(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼エンジンの中へ噴射される、燃料の燃料品質値を推定する。【解決手段】システムは、コントローラーを含み、コントローラーは、燃焼エンジンの動作を制御し、燃焼エンジンに連結されている少なくとも１つのノックセンサーから信号を受信し、信号からノックマージン値を決定し、ノックマージン値と実験室性能データセットとの間の比較に少なくとも基づいて、燃焼エンジンの中へ噴射される燃料の燃料品質値を推定するように構成されている。【選択図】図１
2016145570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼エンジン（１０）の動作を制御し、前記燃焼エンジン（１０）に連結されている少なくとも１つのノックセンサー（２３）から信号を受信し、前記信号からノックマージン値を決定し、前記ノックマージン値と実験室性能データセットとの間の比較に少なくとも基づいて、前記燃焼エンジン（１０）の中へ噴射される燃料の燃料品質値を推定するように構成されているコントローラー（２５）
を含む、システム（８、１００）。
【請求項２】
前記ノックマージン値は、ベースタイミング値とノックタイミング値との間の差を構成し、前記ノックタイミング値は、前記燃焼エンジン（１０）の中にエンジンノッキング事象を引き起こすタイミングを相関する、請求項１記載のシステム（８、１００）。
【請求項３】
前記コントローラー（２５）が、エンジンタイミングマップに少なくとも基づいてエンジンタイミングを決定するように、および、エンジンノッキング事象が前記燃焼エンジン（１０）の中で起こるまで前記エンジンタイミングを前進させることによって、前記ノックマージン値をコンピューター計算するように構成されている、請求項１記載のシステム（８、１００）。
【請求項４】
前記コントローラー（２５）が、前記燃料品質値に応答して、前記エンジンタイミングマップを調節するように構成されている、請求項３記載のシステム（８、１００）。
【請求項５】
前記コントローラー（２５）が、前記１つまたは複数のセンサー（２３）から受信される１つまたは複数の信号に基づいて、前記エンジンノッキング事象のときの前記燃焼エンジン（１０）の１つまたは複数の動作条件を測定するように、および、前記１つまたは複数の動作条件および前記ノックマージン値を前記実験室性能データセットと比較し、前記燃料品質値を推定するように構成されており、前記１つまたは複数の追加的なセンサーは、ノックセンサー（２３）を除外する、請求項３記載のシステム（８、１００）。
【請求項６】
前記システム（８、１００）が、前記燃焼エンジン（１０）の中へ燃料を噴射するように構成されている燃料噴射システム（１０２）を含み、前記コントローラー（２５）が、前記燃料品質値に応答して酸化剤／燃料比率を調節するように構成されている、請求項１記載のシステム（８、１００）。
【請求項７】
前記実験室性能データセットが、前記燃焼エンジン（１０）の少なくとも１つの動作条件の公知の値に対応する公知の燃料品質値を含む、請求項１記載のシステム（８、１００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの動作条件が、前記燃焼エンジン（１０）の温度、圧力、湿度、負荷、速度、もしくはノックタイミング、または、それらの任意の組み合わせを含む、請求項７記載のシステム（８、１００）。
【請求項９】
前記燃料品質値が、Ｗａｕｋｅｓｈａノックインデックス（「ＷＫＩ」）値、アンチノックインデックス（「ＡＫＩ」）値、リサーチオクタン価（「ＲＯＮ」）、モーターオクタン価（「ＭＯＮ」）、オクタンブレンディング値、セタン価、メタン価、低位発熱量（「ＬＨＶ」）、高位発熱量（「ＨＨＶ」）、英国熱量単位（「ＢＴＵ」）値、層流火炎速度値、水素−炭素比率、または、燃料品質に対応する任意の他の値を含む、請求項１記載のシステム（８、１００）。
【請求項１０】
燃焼エンジンコントローラー（２５）を含むシステム（８、１００）であって、前記燃焼エンジンコントローラー（２５）は、
燃焼エンジン（１０）に連結されている少なくとも１つのノックセンサー（２３）から信号を受信し、
前記信号からノックマージン値を決定し、
前記ノックマージン値と実験室性能データセットとの間の比較に少なくとも基づいて、前記燃焼エンジン（１０）の中へ噴射される燃料の燃料品質値を推定し、
前記推定された燃料品質値に基づいて、少なくとも前記燃焼エンジン（１０）に関する制御アクションを出力する
ように構成されている、システム（８、１００）。
【請求項１１】
前記ノックマージン値が、ベースタイミング値とノックタイミング値との間の差を構成し、前記ノックタイミング値は、前記燃焼エンジン（１０）の中にエンジンノッキング事象を引き起こすタイミングを相関する、請求項１０記載のシステム（８、１００）。
【請求項１２】
前記燃焼エンジンコントローラー（２５）が、エンジンタイミングマップに少なくとも基づいてエンジンタイミングを決定するように、および、エンジンノッキング事象が前記燃焼エンジン（１０）の中で起こるまで前記燃焼エンジン（１０）のタイミングを前進させることによって、前記ノックマージン値をコンピューター計算するように構成されている、請求項１０記載のシステム（８、１００）。
【請求項１３】
前記燃焼エンジンコントローラー（２５）が、前記燃料品質値に応答して、前記エンジンタイミングマップを調節するように構成されている、請求項１２記載のシステム（８、１００）。
【請求項１４】
前記燃焼エンジンコントローラー（２５）が、１つまたは複数の追加的なセンサーから受信される１つまたは複数の信号に基づいて、前記エンジンノッキング事象のときの前記燃焼エンジン（１０）の１つまたは複数の動作条件を測定するように、および、前記１つまたは複数の動作条件および前記ノックマージン値を前記実験室性能データセットと比較し、前記燃料品質値を推定するように構成されており、前記１つまたは複数の追加的なセンサーは、ノックセンサー（２３）を除外する、請求項１２記載のシステム（８、１００）。
【請求項１５】
前記燃焼エンジンコントローラー（２５）が、前記燃料品質値に応答して酸化剤／燃料比率を調節するように構成されている、請求項１０記載のシステム（８、１００）。
【請求項１６】
前記実験室性能データセットが、前記燃焼エンジン（１０）の少なくとも１つの動作条件の公知の値に対応する公知の燃料品質値を含む、請求項１０記載のシステム（８、１００）。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの動作条件が、前記燃焼エンジン（１０）の温度、圧力、湿度、負荷、速度、もしくはノックタイミング、または、それらの任意の組み合わせを含む、請求項１６記載のシステム（８、１００）。
【請求項１８】
コントローラー（２５）を介して、燃焼エンジン（１０）に連結されている少なくとも１つのノックセンサー（２３）から信号を受信するステップと、
前記コントローラー（２５）を介して、前記信号からノックマージン値を決定するステップと、
前記コントローラー（２５）を介して、前記ノックマージン値と実験室性能データセットとの間の比較に少なくとも基づいて、前記燃焼エンジン（１０）の中へ噴射される燃料の燃料品質値を推定するステップと、
前記コントローラー（２５）を介して、前記推定された燃料品質値に基づいて、少なくとも前記燃焼エンジン（１０）に関する制御アクションを出力するステップと
を含む、方法。
【請求項１９】
前記方法が、前記燃料品質値に応答して酸化剤／燃料比率を調節するステップを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記実験室性能データセットが、前記燃焼エンジン（１０）の少なくとも１つの動作条件の公知の値に対応する公知の燃料品質値を含み、前記少なくとも１つの動作条件が、前記燃焼エンジン（１０）の温度、圧力、湿度、負荷、速度、もしくはノックタイミング、または、それらの任意の組み合わせを含む、請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示されている主題は、燃焼エンジンを監視および制御するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼エンジンは、典型的に、天然ガス、ガソリン、およびディーゼルなどのような、炭素質燃料を燃焼し、高温高圧ガスの対応する膨張を使用し、エンジンの特定のコンポーネント（たとえば、シリンダーの中に配設されているピストン）に力を加え、ある距離にわたってコンポーネントを移動させる。それぞれのシリンダーは、炭素質燃料の燃焼に相関して開閉する１つまたは複数の弁を含むことが可能である。たとえば、吸気弁は、空気などのような酸化剤をシリンダーの中へ方向付けることが可能である。燃料は、酸化剤と混合して燃焼し（たとえば、スパークを介したイグニッション）、燃焼流体（たとえば、高温ガス）を発生させ、燃焼流体は、次いで、排気弁を介してシリンダーを出ていく。エンジンタイミング（たとえば、イグニッションタイミング）は、燃費、パワー、および他の動作パラメーターに影響を及ぼし得る。残念ながら、適切なイグニッションタイミングは、燃料品質に応じて変化する可能性があり、それは、未知であり、および／または、時間の経過とともに可変である可能性がある。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書で開示されている特定の実施形態の概要が、以下で述べられている。これらの態様は、単に、これらの特定の実施形態の概要を読者に提供するために提示されているということ、および、これらの態様は、この開示の範囲を限定することを意図していないということが理解されるべきである。実際に、この開示は、以下に述べられていない可能性がある様々な態様を包含することが可能である。
【０００４】
第１の実施形態では、システムは、コントローラーを含み、コントローラーは、燃焼エンジンの動作を制御し、燃焼エンジンに連結されている少なくとも１つのノックセンサーから信号を受信し、信号からノックマージン値を決定し、ノックマージン値と実験室性能データセットとの間の比較に少なくとも基づいて、燃焼エンジンの中へ噴射される燃料の燃料品質値を推定するように構成されている。
【０００５】
第２の実施形態では、システムは、燃焼エンジンコントローラーを含む。燃焼エンジンコントローラーは、燃焼エンジンに連結されている少なくとも１つのノックセンサーから信号を受信し、信号からノックマージン値を決定し、ノックマージン値と実験室性能データセットとの間の比較に少なくとも基づいて、燃焼エンジンの中へ噴射される燃料の燃料品質値を推定し、推定された燃料品質値に基づいて、少なくとも燃焼エンジンに関する制御アクションを出力するように構成されている。
【０００６】
第３の実施形態では、方法は、コントローラーを介して、燃焼エンジンに連結されている少なくとも１つのノックセンサーから信号を受信するステップと、コントローラーを介して、信号からノックマージン値を決定するステップと、コントローラーを介して、ノックマージン値と実験室性能データセットとの間の比較に少なくとも基づいて、燃焼エンジンの中へ噴射される燃料の燃料品質値を推定するステップと、コントローラーを介して、推定された燃料品質値に基づいて、少なくとも燃焼エンジンに関する制御アクションを出力するステップとを含む。
【０００７】
本発明のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに、他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読めば、より良く理解されるであろう。図面では、同様の文字は、図面を通して同様の部分を表している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】往復動内燃エンジンを有するエンジン駆動式の発電システムの一部分の実施形態のブロック図である。
【図２】図１の往復動エンジンのシリンダーの中に配設されているピストンを有するピストン−シリンダーアッセンブリの実施形態の側断面図である。
【図３】燃料噴射システムに連結されているコントローラーを有する、図１のエンジン駆動式の発電システムの一部分の実施形態のブロック図である。
【図４】図３のコントローラーの実施形態のブロック図である。
【図５】図１のエンジンなどのようなエンジンの燃料品質を決定するための方法の実施形態のフローチャートである。
【図６】図１のエンジンなどのようなエンジンの燃料品質を決定するための実験室性能データセットの実施形態のグラフィック表示である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の１つまたは複数の具体的な実施形態が、以下に説明されることとなる。これらの実施形態の簡潔な説明を提供する目的で、実際の実施のすべての特徴が、明細書の中に説明されてはいない可能性がある。任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトなどのような任意の実際の実施の開発において、システム関連の制約およびビジネス関連の制約（それは、実施ごとに変化する可能性がある）を順守するなどのような、開発者の特定の目標を実現するために、多数の実施時固有の決断がなされなければならないということが認識されるべきである。そのうえ、そのような開発努力は、複雑であり、時間がかかるが、それにもかかわらず、この開示の利益を有する当業者にとって、設計、組み立て、製造の日常的業務であるいうことが認識されるべきである。
【００１０】
本開示の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「前記（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、要素のうちの１つまたは複数が存在するということを意味するように意図されている。用語の「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であることが意図されており、列挙されている要素以外の追加的な要素が存在することが可能であるということを意味することが意図されている。
【００１１】
現在開示されているシステムおよび方法は、ノックセンサーなどのような１つまたは複数のセンサーを使用して、内燃エンジンの中の燃料品質を正確に推定することに関する。エンジンノックは、たとえば、燃焼に関する通常の時間のウィンドウ（ｗｉｎｄｏｗ）の外側など、エンジンサイクルの間の予想外の時間における酸化剤／燃料混合物（たとえば、空気／燃料混合物）の燃焼を表し、または、含むことが可能である。ノックセンサーは、音響センサーもしくはサウンドセンサー、振動センサー、または、それらの任意の組み合わせを含むことが可能である。たとえば、ノックセンサーは、圧電型加速度計、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサー、ホール効果センサー、磁歪センサー、ならびに／または、振動、加速度、音響、サウンド、および／もしくは移動を感知するように設計された任意の他のセンサーとすることが可能である。ノックセンサーは、エンジンの中の燃焼に関連付けされる音響および／または振動を監視し、ノック条件、たとえば、燃焼に関する通常の時間のウィンドウの間ではなく予想外の時間における燃焼を検出することが可能である。他の実施形態では、センサーは、ノックセンサーとしなくてもよいが、振動、圧力、加速度、たわみ、または移動を感知することができる任意のセンサーとすることが可能である。
【００１２】
特定の場合には、通常のエンジン動作の間のエンジンタイミング（たとえば、イグニッションタイミング）を、目的を持って調節し、ノックマージンが測定され得るようにエンジンノックを引き起こすことが望ましい可能性がある。ノックマージンは、ベースエンジンタイミングとエンジンノックが起こるタイミングとの間の差を表している。特定の実施形態では、ノックセンサーおよびエンジンコントローラーは、ノックマージンを測定するために使用され得る。たとえば、エンジンコントローラーは、ノックセンサーがエンジンノッキング事象を測定するまで、ベースタイミング値からエンジンタイミング（たとえば、イグニッションタイミング）を調節することが可能である。測定されるノックマージン値は、実験室性能データと比較され、エンジン性能に関連し得るエンジンの様々な動作条件を推定することが可能であるので、通常のエンジン動作の間にノックマージンを測定することは有益である可能性がある。たとえば、ノックマージン値は、実験室性能データと比較され、内燃エンジンの中の燃料の品質を推定することが可能である。
【００１３】
エンジンタイミング（たとえば、イグニッションタイミング）は、スパークがエンジンの燃焼室の中で起こるときに、エンジンサイクルの中のポイントを表すことが可能である。スパークは、スパークプラグ、または、スパークを発生させるように構成されている任意の他のデバイスによって生成され得る。他の実施形態では、エンジンタイミングは、燃料がエンジンの燃焼室の中へ導入されるとき、または、エンジンの中への燃料および／もしくは酸化剤を制御する弁が調節されるときに、対応することが可能である。エンジンタイミングは、エンジン性能に影響を与えることが可能であり、したがって、測定されたエンジンの動作条件に基づいて、エンジンタイミングを最適なレベルに調節することが望ましい。エンジンのいくつかの要因または動作条件は、エンジンタイミングに影響を及ぼすことが可能である。たとえば、そのような要因は、なかでも、燃料品質、燃料温度、燃料圧力、エンジン速度、負荷、空気温度、エンジン温度、および吸気空気圧力を含むことが可能である。
【００１４】
通常のエンジン動作の間に、エンジンタイミングは、コントローラーを使用して調節することが可能であり、コントローラーは、適当なエンジンタイミング値を決定するために、エンジンタイミングマップを使用することが可能である。エンジンタイミングマップは、他の要因の中でも特に、エンジン速度および／または負荷に対応するエンジンタイミング値を提供するデータのセットを含むことが可能である。しかし、エンジンタイミングマップの中のエンジンタイミング値は、燃料品質、燃料温度、燃料圧力、空気温度、エンジン温度、および吸気空気圧力などのような、エンジン動作条件に依存する。したがって、エンジンタイミングマップは、測定されたエンジンの動作パラメーターに基づいて、コントローラーによって調節され、最適なタイミング値を決定し、それによって、エンジン性能を向上させることが可能である。たとえば、エンジンタイミングマップは、ノックマージンから決定される測定された燃料品質値に基づいて調節され得る。
【００１５】
燃料は様々な供給源から受け入れられる可能性があるので、内燃エンジンの中の燃料の品質は、日によって変化する可能性があり、したがって、燃料特性は、エンジンサイクルとエンジンサイクルの間で変化する可能性がある。開示されている実施形態でなければ、エンジンタイミングマップは、燃料品質変化にしたがって調節されなくてもよい。その理由は、燃料品質が一般的に連続的に測定されないからである。したがって、燃料品質の変化は、エンジン制御において、気付かれずに考慮されないことが多い。いくつかの場合では、エンジンのオペレーターは、燃料品質に関する値（たとえば、Ｗａｕｋｅｓｈａノックインデックス（「ＷＫＩ」）値、アンチノックインデックス（「ＡＫＩ」）値、リサーチオクタン価（「ＲＯＮ」）、モーターオクタン価（「ＭＯＮ」）、オクタンブレンディング（ｏｃｔａｎｅ  ｂｌｅｎｄｉｎｇ）値、セタン価、メタン価、低位発熱量（「ＬＨＶ」）、高位発熱量（「ＨＨＶ」）、英国熱量単位（「ＢＴＵ」）値、層流火炎速度、および／または水素−炭素比率）をユーザーインターフェース（たとえば、ＨＭＩパネル）の中へ手動で入力することが可能であり、コントローラーが燃料品質値を考慮し得るようになっている。オペレーターは、燃料の供給者から、または、カロリーメーターまたはガスクロマトグラフなどのような測定デバイスから、そのような値を得ることが可能であり、セットインターバル（たとえば、１日に１回、１週間に１回、１月に１回など）で燃料品質値を打ち込むことが可能である。しかし、オペレーターがそのようなデータを正確に入力することとなるということは保証されず、したがって、エンジンタイミングマップは、エンジン性能低下につながり得る燃料品質変化を考慮するように調節され得る。
【００１６】
燃料品質値を連続的におよび正確に推定し、燃料品質値に関連する信号をコントローラーに送ることが可能であり、ユーザー入力が必要でないようになっている、システムを有することが望ましい可能性がある。ノックセンサーおよびエンジンコントローラーは、内燃エンジンの中に事前搭載されている可能性があるので、センサー（たとえば、ノックセンサー）を使用することが望ましい可能性があり、より具体的には、ノックセンサーから測定されるノックマージンを実験室性能データと比較し、燃料品質を測定することが望ましい可能性がある。さらに、カロリーメーターおよびガスクロマトグラフなどのような、燃料品質を測定するための別々のデバイスは、高価である可能性があり、かつ、エンジンオペレーターがユーザー入力部の中へ燃料品質値を手動で入力することを依然として要求する可能性がある。
【００１７】
図面を見てみると、図１は、往復動内燃エンジンを有するエンジン駆動式の発電システムの一部分の実施形態のブロック図を図示している。以下に詳細に説明されているように、システム８は、１つまたは複数の燃焼室１２（たとえば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、１０個、１２個、１４個、１６個、１８個、２０個、またはそれ以上の燃焼室１２）を有するエンジン１０（たとえば、往復動内燃エンジン）を含む。酸化剤供給部１４（たとえば、空気供給部）は、空気、酸素、酸素富化空気、酸素低減空気、または、それらの任意の組み合わせなどのような、加圧酸化剤１６をそれぞれの燃焼室１２に提供するように構成されている。また、燃焼室１２は、燃料供給部１９から燃料１８（たとえば、液体燃料および／またはガス燃料）を受け入れるように構成されており、燃料−空気混合物は、それぞれの燃焼室１２の中で点火および燃焼する。高温の加圧燃焼ガスは、それぞれの燃焼室１２に隣接するピストン２０をシリンダー２６の中で直線的に移動させ、ガスによって及ぼされる圧力を回転運動に転換し、回転運動は、シャフト２２を回転させる。さらに、シャフト２２を負荷２４に連結することが可能であり、負荷２４は、シャフト２２の回転を介して動力を与えられる。たとえば、負荷２４は、発電機などのような、システム８の回転出力を介して電力を発生させることが可能な任意の適切なデバイスとすることが可能である。追加的に、以下の議論は、酸化剤１６を空気と称しているが、開示されている実施形態とともに、任意の適切な酸化剤を使用することが可能である。同様に、燃料１８は、たとえば、天然ガス、関連の石油ガス、プロパン、バイオガス、下水ガス、ランドフィルガス、炭鉱ガスなどのような、任意の適切なガス燃料とすることが可能である。また、燃料１８は、ガソリンまたはディーゼル燃料などのような、様々な液体燃料を含むことが可能である。
【００１８】
本明細書で開示されているシステム８は、定置式の用途において（たとえば、産業用発電エンジンにおいて）、または、可動式の用途において（たとえば、車もしくは航空機において）使用するために適合させることが可能である。エンジン１０は、２ストロークエンジン、３ストロークエンジン、４ストロークエンジン、５ストロークエンジン、または６ストロークエンジンとすることが可能である。また、エンジン１０は、任意の数の燃焼室１２、ピストン２０、および関連のシリンダー２６（たとえば、１個〜２４個）を含むことが可能である。たとえば、特定の実施形態では、システム８は、４個、６個、８個、１０個、１６個、２４個、またはそれ以上の、シリンダー２６の中で往復運動するピストン２０を有する大型の産業用往復動エンジンを含むことが可能である。いくつかのそのようなケースでは、シリンダー２６および／またはピストン２０は、おおよそ１３．５〜３４センチメートル（ｃｍ）の間の直径を有することが可能である。いくつかの実施形態では、シリンダー２６および／またはピストン２０は、おおよそ１０〜４０ｃｍの間の、１５〜２５ｃｍの間の、または、約１５ｃｍの直径を有することが可能である。システム８は、１０ｋＷから１０ＭＷの範囲にある電力を発生させることが可能である。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、おおよそ毎分１８００回転（ＲＰＭ）未満で動作することが可能である。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、おおよそ２０００ＲＰＭ未満、１９００ＲＰＭ未満、１７００ＲＰＭ未満、１６００ＲＰＭ未満、１５００ＲＰＭ未満、１４００ＲＰＭ未満、１３００ＲＰＭ未満、１２００ＲＰＭ未満、１０００ＲＰＭ未満、９００ＲＰＭ未満、または７５０ＲＰＭ未満で動作することが可能である。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、おおよそ７５０〜２０００ＲＰＭの間、９００〜１８００ＲＰＭの間、または、１０００〜１６００ＲＰＭの間で動作することが可能である。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、おおよそ１８００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、または９００ＲＰＭで動作することが可能である。例示的なエンジン１０は、たとえば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＣｏｍｐａｎｙのＪｅｎｂａｃｈｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅ（たとえば、Ｊｅｎｂａｃｈｅｒ  Ｔｙｐｅ２、Ｔｙｐｅ３、Ｔｙｐｅ４、Ｔｙｐｅ６、もしくはＪ９２０  ＦｌｅＸｔｒａ）またはＷａｕｋｅｓｈａ  Ｅｎｇｉｎｅ（たとえば、Ｗａｕｋｅｓｈａ  ＶＧＦ、ＶＨＰ、ＡＰＧ、２７５ＧＬ）を含むことが可能である。
【００１９】
駆動式の発電システム８は、エンジン「ノック」を検出するのに適切な１つまたは複数のノックセンサー２３を含むことが可能である。ノックセンサー２３は、エンジン１０の中の燃焼によって引き起こされる振動、音響、またはサウンドを感知することが可能であり、それは、たとえば、デトネーション、プレイグニッション、および／またはピンジング（ｐｉｎｇｉｎｇ）に起因する振動、音響、またはサウンドなどである。したがって、ノックセンサー２３は、音響センサーもしくはサウンドセンサー、振動センサー、または、それらの組み合わせを含むことが可能である。たとえば、ノックセンサー２３は、圧電振動センサーを含むことが可能である。ノックセンサー２３は、エンジン１０の中の燃焼に関連付けされる音響および／または振動を監視し、ノック条件、たとえば、燃焼に関する通常の時間のウィンドウの間ではなく予想外の時間における燃焼を検出することが可能である。ノックセンサー２３は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）２５などのような、制御システムまたはコントローラー２５に通信可能に連結されるように示されている。動作の間に、ノックセンサー２３からの信号は、ＥＣＵ２５に伝達され、ノッキング条件（たとえば、ピンジング）が存在するかどうかということを決定する。次いで、ＥＣＵ２５は、特定のエンジン１０パラメーターを調節し、ノッキング条件を改善するか、または排除することが可能である。たとえば、ＥＣＵ２５は、イグニッションタイミングおよび／または燃料／酸化剤比率を調節し、エンジン性能を向上させることが可能である。
【００２０】
図２は、往復動エンジン１０のシリンダー２６（たとえば、エンジンシリンダー）の中に配設されているピストン２０を有するピストン−シリンダーアッセンブリの実施形態の側断面図である。シリンダー２６は、円筒形状のキャビティー３０（たとえば、ボア）を画定する内側環状壁部２８を有している。ピストン２０は、軸線方向軸線または軸線方向３４、半径方向軸線または半径方向３６、および、円周方向軸線または円周方向３８によって画定され得る。ピストン２０は、上部部分４０（たとえば、トップランド）を含む。上部部分４０は、一般的に、燃料１８および空気１６、または燃料−空気混合物３２が、ピストン２０の往復運動の間に燃焼室１２から逃げることを阻止する。
【００２１】
示されているように、ピストン２０は、コネクティングロッド５６およびピン５８を介してクランクシャフト５４に取り付けられている。クランクシャフト５４は、ピストン２０の往復直線運動を回転運動に変換する。ピストン２０が移動するとき、クランクシャフト５４は、上記に議論されているように、負荷２４（図１に示されている）に動力を与えるように回転する。示されているように、燃焼室１２は、ピストン２４のトップランド４０に隣接して位置決めされている。燃料噴射器６０は、燃料１８を燃焼室１２に提供し、吸気弁６２は、燃焼室１２への酸化剤（たとえば、空気１６）の送達を制御する。排気弁６４は、エンジン１０からの排気の排出を制御する。しかし、燃料１８および空気１６を燃焼室１２に提供するための、および／または、排気を排出させるための、任意の適切なエレメントおよび／または技法を利用することが可能であり、いくつかの実施形態では、燃料噴射が使用されないということが理解されるべきである。動作時に、燃焼室１２の中で酸化剤１６とともに燃料１８が燃焼することは、ピストン２０が、シリンダー２６のキャビティー３０の中で、軸線方向３４に、往復運動様式（たとえば、後退および前進）で移動することを引き起こすことが可能である。
【００２２】
動作の間に、ピストン２０がシリンダー２６の中の最高点にあるときには、ピストン２０は、上死点（ＴＤＣ）と呼ばれる位置にある。ピストン２０がシリンダー２６の中のその最低点にあるときには、ピストン２０は、下死点（ＢＤＣ）と呼ばれる位置にある。ピストン２０が、ＴＤＣからＢＤＣへ、または、ＢＤＣからＴＤＣへ、移動するときに、クランクシャフト５４は、半回転だけ回転する。ＴＤＣからＢＤＣへの、または、ＢＤＣからＴＤＣへのピストン２０のそれぞれの移動は、ストロークと呼ばれ、エンジン１０の実施形態は、２ストロークエンジン、３ストロークエンジン、４ストロークエンジン、５ストロークエンジン、６ストロークエンジン、またはそれ以上を含むことが可能である。
【００２３】
エンジン１０動作の間に、吸気プロセス、圧縮プロセス、パワープロセス、および排気プロセスを含むシーケンスが、典型的に起こる。吸気プロセスは、燃料１８および酸化剤１６（たとえば、空気）などのような、可燃性の混合物が、シリンダー２６の中へ引き入れられることを可能にし、したがって、吸気弁６２は開いており、排気弁６４は閉じられている。圧縮プロセスは、より小さいスペースの中へ可燃性の混合物を圧縮し、したがって、吸気弁６２および排気弁６４の両方が閉じられている。パワープロセスは、圧縮された燃料−空気混合物を点火し、それは、スパークプラグシステムによるスパークイグニッション、および／または、圧縮熱による圧縮イグニッションを含むことが可能である。次いで、燃焼から結果として生じる圧力は、ピストン２０をＢＤＣへ押し出す。排気プロセスは、典型的に、排気弁６４を開けたままに維持しながら、ピストン２０をＴＤＣへ戻す。したがって、排気プロセスは、使用済みの燃料−空気混合物を、排気弁６４を通して吐き出す。１つのシリンダー２６当たり、２つ以上の吸気弁６２および排気弁６４を使用することが可能であるということが留意されるべきである。
【００２４】
示されているエンジン１０は、クランクシャフトセンサー６６、ノックセンサー２３、およびエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）２５を含むことが可能であり、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）２５は、プロセッサー７２およびメモリーユニット７４を含む。クランクシャフトセンサー６６は、クランクシャフト５４の位置および／または回転速度を感知する。したがって、クランク角度またはクランクタイミング情報を導き出すことが可能である。すなわち、燃焼エンジンを監視するとき、タイミングは、クランクシャフト角度の観点から表現されることが多い。たとえば、４ストロークエンジン１０のフルサイクルを、７２０°サイクルとして測定することが可能である。ノックセンサー２３は、圧電型加速度計、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサー、ホール効果センサー、磁歪センサー、ならびに／または、振動、加速度、音響、サウンド、および／もしくは移動を感知するように設計された任意の他のセンサーとすることが可能である。他の実施形態では、センサー２３は、ノックセンサーとしなくてもよいが、振動、圧力、加速度、たわみ、または移動を感知することができる任意のセンサーとすることが可能である。
【００２５】
エンジン１０の衝撃（ｐｅｒｃｕｓｓｉｖｅ）性質に起因して、ノックセンサー２３は、シリンダー２６の外部の上に装着されるときでさえ、シグネチャー（ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ）を検出することができ得る。しかし、ノックセンサー２３は、シリンダー２６の中または周りの様々な場所に配設することが可能である。追加的に、いくつかの実施形態では、単一のノックセンサー２３を、たとえば、１つまたは複数の隣接するシリンダー２６と共有することが可能である。他の実施形態では、それぞれのシリンダーは、１つまたは複数のノックセンサー２３を含むことが可能である。クランクシャフトセンサー６６およびノックセンサー２３は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）２５と電子通信する状態で示されている。ＥＣＵ２５は、非一時的なコードまたはインストラクションを含み、非一時的なコードまたはインストラクションは、機械可読媒体（たとえば、メモリーユニット７４）の中に記憶されており、プロセッサー（たとえば、プロセッサー７２）によって使用され、本明細書で開示されている技法を実装する。メモリーは、プロセッサー７２によって実行され得るコンピューターインストラクションを記憶することが可能である。追加的に、メモリーは、エンジン１０の通常の動作条件に関連するルックアップテーブルおよび／または実験室性能データを記憶することが可能であり、それは、ノックセンサー２３および／またはクランクシャフトセンサー６６から受信される信号と比較することが可能である。ＥＣＵ２５は、たとえば、イグニッションタイミング、弁６２および６４を開ける／閉じるタイミングを調節することによって、また、燃料および酸化剤（たとえば、空気）の送達を調節することなどによって、エンジン１０の動作を監視および制御する。
【００２６】
また、特定の実施形態では、他のセンサーが、システム８の中に含まれ、ＥＣＵ２５に連結され得る。たとえば、センサーは、圧力センサー、温度センサー、および速度センサーなどのような、大気センサーおよびエンジンセンサーを含むことが可能である。たとえば、センサーは、ノックセンサー、クランクシャフトセンサー、酸素センサーまたはラムダセンサー、エンジン空気取り入れ口温度センサー、エンジン空気取り入れ口圧力センサー、ジャケット水温度センサー、エンジン排気温度センサー、エンジン排気圧力センサー、および排気ガス組成センサーを含むことが可能である。また、他のセンサーは、温度および圧力に関する圧縮機入口センサーおよび出口センサーを含むことが可能である。
【００２７】
図３は、エンジン１０と、燃料噴射システム１０２と、吸気弁６２と、燃料噴射システム１０２に少なくとも連結されているコントローラー２５（たとえば、ＥＣＵ）とを有するエンジン駆動式の発電システム１００の一部分の実施形態のブロック図を図示している。特定の実施形態では、燃料１８は、弁１０４を通って燃料噴射システム１０２に進入することが可能である。弁１０４は、燃料噴射システム１０２の中への燃料１８の流量を制御するように構成され得る。次いで、制御された量の燃料１８は、燃料噴射システム１０２を介してエンジン１０（たとえば、燃焼室１２）の中へ噴射され得る。また、追加的に、酸化剤１６は、吸気弁６２を介してエンジン（たとえば、燃焼室１２）の中へ給送され得る。燃焼室１２の中では、スパークが、（たとえば、スパークプラグから）導入され得り、または、既に存在している可能性があり、燃料１８および酸化剤１６の混合物が燃焼することを引き起こす。燃焼後に、排気ガス１１０は、排気弁６４、排気マニホールド、または、エンジン１０からの流出を促進させるように構成されている別のデバイスを介してエンジンを出ていくことが可能である。燃焼は、シリンダー２６の中のピストン２０を駆動し、ピストン２０は、発電機１１２などのような負荷２４を駆動することが可能である。
【００２８】
燃料噴射システム１０２は、エンジン１０に進入する燃料１８の量を調整するように構成され得る。特定の実施形態では、燃料噴射システム１０２は、１つまたは複数の弁、および、コントローラー２５に接続されている対応するアクチュエーターを有することが可能である。たとえば、燃料噴射システム１０２は、他のデバイスの中でも特に、燃料噴射器６０を含むことが可能であり、燃料噴射器６０は、エンジン１０の中へ噴射される燃料１８の量を制御することが可能である。（たとえば、アクチュエーターを介して）燃料噴射器６０を調節することによって、エンジン１０の中の燃料／酸化剤比率は、コントローラー２５によって制御され得る。他の実施形態では、燃料噴射システム１０２は、燃料１８および酸化剤１６を混合するように構成され得る。そのような実施形態では、燃料噴射システム１０２は、燃料１８および酸化剤１６の混合物をエンジン１０の中へ噴射することが可能である。
【００２９】
また、特定の実施形態では、システム１００は、エンジン１０の中に配設されているノックセンサー２３を含むことが可能である。ノックセンサー２３は、コントローラー２５（たとえば、ＥＣＵ）に通信可能に連結され得る。ノックセンサー２３は、エンジンノッキング、たとえば、燃焼に関する通常の時間のウィンドウの間ではなく予想外の時間における燃焼を測定することが可能であり、ノッキング事象が起こるときに、コントローラー２５に信号を送ることが可能である。特定の実施形態では、コントローラー２５は、通常のエンジン動作の間にエンジンノッキングを意図的に引き起こすように構成され得り、コントローラー２５が、ノックマージン値を決定することができるようになっている。ノックマージン値は、エンジンノックのタイミングおよびベースタイミング値に基づいて決定され得る。コントローラー２５は、エンジン１０の他の動作条件パラメーターとともに、ノックマージンを実験室性能データと比較し、燃料品質推定をコンピューター計算することが可能である。コントローラー２５は、燃料品質推定を利用し、エンジンタイミングマップを調節し、全体エンジン性能を向上させることが可能である。他の実施形態では、コントローラーは、燃料品質推定を利用し、エンジン１０の中へ噴射される酸化剤に対する燃料の比率を調節することが可能である。
【００３０】
システム１００のエンジン１０は、往復動エンジンまたはピストンエンジン（たとえば、内燃エンジン）を含むことが可能である。エンジン１０は、スパークイグニッションエンジンまたは圧縮イグニッションエンジンを含むことが可能である。エンジン１０は、天然ガスエンジン、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、またはデュアル燃料エンジンを含むことが可能である。エンジン１０は、２ストロークエンジン、３ストロークエンジン、４ストロークエンジン、５ストロークエンジン、または６ストロークエンジンとすることが可能である。また、エンジン１０は、任意の数のシリンダー２６（たとえば、１個〜２４個のシリンダー、または、任意の他の数のシリンダー）、ならびに、関連のピストン２０およびライナーを含むことが可能である。
【００３１】
図４は、図２および図３のコントローラー２５（たとえば、ＥＣＵ）の実施形態のブロック図を図示している。コントローラー２５は、プロセッサー７２およびメモリーユニット７４を含むことが可能である。コントローラー２５は、システム１００全体を通して、様々なセンサーおよびデバイスに連結され得り、コントローラー２５は、それらのセンサーおよびデバイスから入力を受け入れるように構成されている。様々な入力を受け入れることによって、コントローラー２５は、他のものの中でも特に、エンジン１０の中の燃料／酸化剤の比率を調整するように、および／または、エンジンタイミングマップを調節するように構成され得る。
【００３２】
特定の実施形態では、コントローラー２５は、ノックセンサー２３などのような、エンジン駆動式の発電システム１００の中に含まれ得る１つまたは複数のセンサーから信号を受信することが可能である。センサーは、圧力センサー、温度センサー、および速度センサーなどのような、大気センサーおよびエンジンセンサーを含むことが可能である。たとえば、センサーは、ノックセンサー、酸素センサーまたはラムダセンサー、エンジン空気取り入れ口温度センサー、エンジン空気取り入れ口圧力センサー、ジャケット水温度センサー、エンジン排気温度センサー、エンジン排気圧力センサー、および排気ガス組成センサーを含むことが可能である。また、他のセンサーは、温度および圧力に関する圧縮機入口センサーおよび出口センサーを含むことが可能である。コントローラー２５は、１つまたは複数のアクチュエーターを介して他のデバイス（たとえば、燃料噴射システム１０２の中の弁）を制御することが可能である。
【００３３】
様々なセンサーおよびデバイスから信号を受信した後に、コントローラー２５は、（たとえば、プロセッサー７２を介して）様々な信号をアクチュエーターおよび／または他のデバイスに送り、エンジン１０の動作を制御することが可能である。たとえば、ノックセンサー２３は、エンジンノックが起こるときに、たとえば、燃焼に関する通常の時間のウィンドウの間ではなく予想外の時間における燃焼のときに、コントローラー２５に信号を送ることが可能である。ノックセンサー２３信号に基づいて、コントローラー２５は、燃料噴射システム１０２の中の１つまたは複数の弁を制御するアクチュエーターに信号を送ることによって、酸化剤に対する燃料の比率を調節することが可能である。特定の実施形態では、ノックセンサー２３信号は、コントローラー２５がエンジンの中の燃料品質の値を推定することを可能にすることができる。燃料品質を推定することは、図５を参照して、より詳細に本明細書で議論されることとなる。
【００３４】
特定の実施形態では、コントローラー２５が、燃料品質に関連した信号をノックセンサー２３から受信すると、コントローラー２５は、燃料と酸化剤との比率を調節することが可能である。燃料品質は、Ｗａｕｋｅｓｈａノックインデックス（「ＷＫＩ」）値、アンチノックインデックス（「ＡＫＩ」）値、リサーチオクタン価（「ＲＯＮ」）、モーターオクタン価（「ＭＯＮ」）、オクタンブレンディング値、セタン価、メタン価、低位発熱量（「ＬＨＶ」）、高位発熱量（「ＨＨＶ」）、英国熱量単位（「ＢＴＵ」）値、層流火炎速度、水素−炭素比率、または、燃料品質を定量化するために使用される任意の他のシステムを使用して定量化され得る。特定の実施形態では、エンジン１０の中の燃料品質は、４０から１２０．３の間のオクタン価（たとえば、ＲＯＮまたはＭＯＮ）、７８．０から１２０．３の間のオクタン価（たとえば、ＲＯＮまたはＭＯＮ）、０．１から１００．０の間のセタン価、０．１から４０．０の間のセタン価、３５．０から１００．０の間のメタン価、または、４５．０から１００．０の間のメタン価を有することが可能である。他の実施形態では、エンジン１０の中の燃料品質は、１２０．３から１６０．０の間のオクタンブレンド値を有することが可能である。特定の実施形態では、オクタンブレンド値は、１２０．３を超えるオクタン価を可能にするブレンド比率を有する燃料に関して、外挿されたオクタン価に対応することが可能である。
【００３５】
コントローラー２５によって推定された燃料品質値が、閾値を超える場合には、コントローラー２５は、アクチュエーターに信号を送り、吸気弁６２を調節し、酸化剤１６のフローを増加させることによって、エンジン１０の中の酸化剤１６の量を増加させることが可能である。追加的に、コントローラー２５は、アクチュエーターに信号を送り、燃料噴射器６０を調節し、燃料１８のフローを減少させることによって、エンジン１０の中の燃料１８の量を減少させることが可能である。逆に、コントローラー２５によって推定される燃料品質値が閾値を下回る場合には、コントローラー２５は、アクチュエーターに信号を送り、吸気弁６２を調節し、酸化剤１６のフローを減少させることによって、エンジン１０の中の酸化剤１６の量を減少させることが可能である。追加的に、コントローラー２５は、アクチュエーターに信号を送り、燃料噴射器６０を調節し、燃料１８のフローを増加させることによって、エンジン１０の中の燃料１８の量を増加させることが可能である。
【００３６】
他の実施形態では、コントローラー２５は、ノックセンサー２３から受信される信号に応答して、エンジンタイミングマップを調節することが可能である。コントローラー２５は、エンジンノッキングが起こったというノックセンサー２３からの信号に基づいて、ノックマージンを決定することが可能である。場合によっては、エンジンタイミングは、目的を持って調節され、通常のエンジン動作の間にエンジンノッキング（それは、一般的に、望ましくない事象としてみなされている）を引き起こすことが可能である。ベースタイミング値からエンジンノックタイミングへエンジンタイミングを調節することは、コントローラー２５がノックマージンを測定することを可能にする。ノックマージン測定を使用して、コントローラー２５は、燃料品質などのような、エンジン１０の未知の動作パラメーターを推定することが可能である。そして、コントローラー２５は、推定された動作条件に基づいて、エンジンタイミングマップを調節することが可能であり、エンジンタイミングマップの中に含まれるエンジンタイミング値が、動作パラメーターにしたがって最適化され得るようになっている。エンジンタイミングマップは、エンジン速度、負荷などのような、公知の動作条件に対応するエンジンタイミング値を含むデータのセットであることが可能である。エンジンタイミング（たとえば、イグニッションタイミング、燃料噴射タイミング、弁タイミングなど）は、スパークが（たとえば、スパークプラグを介して）導入され、燃料１８および酸化剤１６の燃焼をトリガーするときの、内燃エンジンの所与のサイクルの間の瞬間を表すことが可能である。
【００３７】
ノックマージンは、エンジンノッキング事象のタイミングとベースタイミング値との間の差を表すことが可能である。ベースタイミング値は、選ばれたベースタイミング値とエンジンノックの予想されたタイミングとの間のクッションを提供する任意のタイミング値とすることが可能である。エンジンノックの予想されたタイミングは、履歴データ、経験的データ、または、知識ベースのデータを利用することによって推定され得る。特定の実施形態では、ベースタイミング値は、エンジン１０の速度および負荷に依存し得る。ノックマージンは、通常のエンジン動作の間にコントローラー２５によって計算され、次いで、メモリーユニット７４の中に記憶されている実験室性能データと比較され得る。この比較は、プロセッサー７２がエンジン１０の中の燃料１８の燃料品質を推定することを可能にすることができる。特定の実施形態では、実験室性能データは、実験計画法（「ＤＯＥ」）プロセスを通して集められた大規模なデータセット（たとえば、ルックアップテーブル、等式、アルゴリズム、コンピューターモデルなど）とすることが可能である。ＤＯＥは、１つの変数（たとえば、速度および／または負荷などのような、エンジンの動作条件）が変化させられ、他の変数がどのように応答するかを観察する組織的な方法を表すことが可能である。たとえば、実験室性能データセットは、すべての実際的なエンジン速度および負荷値において、内燃エンジンに関する動作条件データを有することが可能である。エンジン速度および負荷とともに変化するすべての対応する動作条件は、実験室性能データの中に含まれ得り、それは、なかでも、温度、周囲湿度、大気圧、燃料品質、およびノックマージンなどのようなものである。いくつかの実施形態では、実験室性能データセットの中の通常のエンジン動作の間に測定されるノックマージン、エンジン速度、および負荷に対応する燃料品質値（たとえば、ＷＫＩ値、ＡＫＩ値、ＲＯＮ、ＭＯＮ、オクタンブレンディング値、セタン価、メタン価、ＬＨＶ、ＨＨＶ、ＢＴＵ値、層流火炎速度値、水素−炭素比率）を見出すことによって、コントローラー２５は、燃料品質値を推定するように構成され得る。
【００３８】
図５は、エンジン１０の燃料品質を決定するためのコンピューター実装方法の実施形態のフローチャート１３０を図示している。たとえば、コントローラー２５のプロセッサー７２は、プログラムを実行し、メモリー７４の中の記憶されているデータを実行することが可能である。ブロック１３２において、方法が始まり、またはスタートする。したがって、プロセッサー７２は、ユーザーによって、または、別の処理ユニットから受信される電子信号によって、方法を始めるように命令され得る。ブロック１３４において、プロセッサー７２は、エンジンノッキング事象を引き起こすようにエンジン１０タイミングを前進させる前に、先のプロセスが終了してから十分な時間が経過したかどうかということを決定する。十分な時間が経っていない場合には、エンジン１０は、（たとえば、エンジンノッキング事象の誘発を受けることなく）通常に動作し続けることが可能である。特定の実施形態では、プリセット遅延時間（たとえば、閾値時間）が、プロセッサー７２の中へプログラムされ得り、プリセット遅延時間が経過するまで、それが、エンジンタイミングを前進させ始めることとならないようになっている。換言すれば、ノックマージンを測定することは、エンジン１０が、エンジンノッキング、一般的に望ましくない事象を受けることを誘発することを伴うので、プリセット遅延時間が、方法の中に含められ得り、エンジン１０が、エンジンノッキングを結果として生じさせる連続的な燃焼サイクルを引き起こさないようになっている。たとえば、プリセット時間値は、おおよそ１時間から２４時間の間、３０分から５時間の間、１０分から２時間の間、５分から１時間の間、および、１０秒から３０分の間とすることが可能である。特定の実施形態では、エンジン１０のオペレーターは、プリセット遅延時間値をオーバーライドすることが可能であり、新しい燃料が使用される場合には、オペレーターが、プリセット遅延時間が満了するのを待つ必要なく、即座にプロセスを始めることができるようになっている。
【００３９】
ブロック１３６において、プロセッサー７２は、エンジンタイミングをベースタイミングレベルの上方に前進させ始めることが可能である。上記に議論されているように、ベースタイミング値は、ベースタイミング値とエンジンノッキングの予想されたタイミングとの間のクッションを提供するように選ばれる任意のタイミング値とすることが可能である。エンジンノッキングの予想されたタイミングは、履歴データ、経験的データ、または、知識ベースのデータなどを利用することによって推定され得る。ブロック１３８において、プロセッサー７２は、エンジンタイミングを前進させ続けることが可能である。特定の実施形態では、前進インターバルは、プロセッサー７２の中へ事前プログラムされ得り、プロセッサー７２が、エンジン１０タイミングを所定のレートで前進させることが可能であるようになっている。たとえば、それぞれのタイミング前進が、おおよそ０．１度から５０度の間、０．１度から２５度の間、０．１度から１０度の間、０．１度から５度の間、または、０．５度から１度の間となるように、クランクシャフト５４角度を調節することによって、プロセッサー７２は、エンジンタイミングを前進させることが可能である。他の実施形態では、エンジンタイミングは、０．１度、０．２度、０．３度、０．４度、０．５度、１度、２度、３度、４度、５度、１０度、１５度、２５度、４０度、５０度、６０度、７０度、８０度、または９０度の増分で前進させられ得る。タイミング前進インターバルは、ブロック１３８におけるそれぞれのタイミング前進に関して、同じまたは異なることが可能であるということが留意されるべきである。
【００４０】
特定の実施形態では、プロセッサー７２は、ブロック１３８におけるエンジンタイミングのそれぞれの前進の後に、ブロック１４０においてエンジンノッキングが起こったかどうかということを決定することが可能である。エンジンノッキングが起こったかどうかということを決定するために、プロセッサー７２は、ノックセンサー２３から信号１４２を受信することが可能である。信号１４２は、電圧、電圧の変化、振動シグネチャー、サウンドシグネチャー、または、エーテルエンジンノッキングが起こったかどうかを表す別のノックセンサーシグネチャーの形態とすることが可能である。特定の実施形態では、閾値は、プロセッサー７２の中へ事前プログラムされ得り、プロセッサー７２が、ノックセンサー２３から受信される信号を、事前プログラムされた閾値と比較し、エンジンノックが起こったどうかということを決定し得るようになっている。たとえば、ノックセンサー２３から受信される信号１４２が、閾値レベルにあるか、または、閾値レベルを上回る場合には、プロセッサー７２は、エンジンノッキングが起こったということを決定することが可能であり、それ以上のエンジンタイミング前進は、プロセッサー７２によって命令されることとはならない。逆に、ノックセンサー２３から受信される信号１４２が、閾値レベルを下回る場合には、プロセッサー７２は、エンジンノッキングが起こっていないということを決定し、また、ブロック１３８に戻ることによって、所定のインターバルでエンジンタイミングを前進させ続けることが可能である。
【００４１】
プロセッサー７２が、エンジンノッキングが起こったということを決定する場合には、プロセッサー７２は、ブロック１４４および１４６に示されているアクションを実行することが可能である。たとえば、プロセッサー７２が、エンジンノッキングが起こったということを決定する場合には、プロセッサー７２は、ブロック１４４に示されているように、システム１００の中の他のセンサーからプロセッサー７２が受信する信号１４８に基づいて、ノックのときのエンジン１０の動作条件を測定することが可能である。たとえば、プロセッサー７２が、エンジンノッキング事象が起こったということを検出すると、プロセッサー７２は、温度、周囲湿度、大気圧、エンジン速度、負荷、または、エンジン性能に関連した任意の他の動作条件に対応する信号１４８を受信することが可能である。追加的に、プロセッサー７２は、エンジン１０の他の動作条件を測定することと同時に、または、その前後に、ブロック１４６に示されているように、ノックマージン値を決定することが可能である。特定の実施形態では、プロセッサー７２は、エンジンノックが起こったときのタイミングとベースエンジンタイミング（たとえば、ブロック１３６におけるタイミング）との間の差をとることによって、ノックマージン値を計算することが可能である。
【００４２】
特定の実施形態では、プロセッサー７２が、エンジンノッキングのときのエンジンの動作条件を測定し、ノックマージンを決定した後に、プロセッサー７２は、ブロック１５０に示されているように、ベースタイミングに戻ることが可能である。そのため、エンジン１０は、通常の条件（たとえば、エンジンノッキングが誘発されない）の下で動作する。ベースタイミング値は、ブロック１３６におけるベースタイミング値と同じまたは異なることが可能である。たとえば、ベースタイミング値は、エンジン１０の１つまたは複数の動作条件（たとえば、エンジン速度および／または負荷）に依存し得るので（また、それは、反復同士の間でも変化し得る）、ベースタイミング値は、プロセスのそれぞれの反復に関して同じでなくてもよい。
【００４３】
ブロック１５２において、プロセッサー７２は、ブロック１４４において測定された動作条件、および、ブロック１４６からのノックマージンを、実験室性能データセット１５４の中の値と比較することが可能である。測定された動作条件およびノックマージンを実験室性能データセット１５４と比較することによって、プロセッサー７２は、対応する燃料品質値（たとえば、ＷＫＩ値、ＡＫＩ値、ＲＯＮ、ＭＯＮ、オクタンブレンディング値、セタン価、メタン価、ＬＨＶ、ＨＨＶ、ＢＴＵ値、層流火炎速度値、水素−炭素比率）を内挿および／または推定することが可能である。特定の実施形態では、実験室性能データセット１５４は、コントローラー２５のメモリーユニット７４の中に記憶され得る。実験室性能データセット１５４は、図６を参照して、より詳細に本明細書で議論されている。
【００４４】
特定の実施形態では、プロセッサー７２が燃料品質値を推定した後に、プロセッサー７２は、ブロック１５６に示されているように、燃料品質入力を調節することが可能である。燃料品質入力を調節することによって、プロセッサー７２は、次いで、推定された燃料品質値、および、ブロック１４４において測定されるものなどのような他の動作条件値を利用して、エンジンタイミングマップを調節することが可能である。したがって、エンジンタイミングマップは、エンジンタイミングに影響を及ぼし得る複数の要因（たとえば、燃料品質、吸気弁タイミング、燃料噴射器タイミング、燃料温度、燃料圧力、エンジン速度、負荷、空気温度、エンジン温度、および吸気空気圧力）を考慮に入れることによって調節され、それによって、エンジン性能を向上させることが可能である。代替的に、プロセッサー７２は、推定された燃料品質値だけに基づいてエンジンタイミングマップを直接的に調節することが可能である。
【００４５】
燃料品質値が調節された後に、または、エンジンタイミングマップが調節された後に、ブロック１３４に示されているように、先のプロセスが完了してからプリセット遅延時間が経過したかどうかということをプロセッサー７２が決定するように、プロセスは繰り返すことが可能である。
【００４６】
他の実施形態では、プロセッサー７２は、推定された燃料品質値に基づいて、酸化剤に対する燃料の比率を調節することが可能である。たとえば、燃料品質値が予想したよりも高いということをプロセッサー７２が推定する場合には、エンジン１０の中の燃料の量は、（たとえば、燃料噴射器６０を調節する信号をアクチュエーターに送ることによって）減少させられ得る。逆に、燃料品質値が予想したよりも低いということをプロセッサー７２が推定する場合には、エンジン１０の中に燃料の量は、（たとえば、吸気弁６２を調節する信号をアクチュエーターに送ることによって）増加させられ得る。
【００４７】
図６は、エンジン１０の燃料品質を決定するための実験室性能データセット１６０の実施形態のグラフィック表示である。図示されているように、実験室性能データセット１６０は、３次元のグラフの形態である。したがって、特定の実施形態では、燃料品質値は、２つの測定される動作条件（たとえば、エンジン温度、周囲湿度、大気圧、燃料品質、およびノックマージン）の値を関連の燃料品質値に対応させることによって推定され得る。他の実施形態では、実験室性能データセット１６０は、データテーブル、リスト、または、別の形態のデータストレージとすることが可能である。
【００４８】
特定の実施形態では、実験室性能データは、実験計画法（「ＤＯＥ」）プロセスを通して集められた大規模なデータセット（たとえば、履歴データ、経験的データ、および、知識ベースのデータなど）とすることが可能である。ＤＯＥは、１つの変数（たとえば、速度および／または負荷などのような、エンジンの動作条件）が変化させられ、他の変数がどのように応答するかを観察する組織的な方法を表すことが可能である。たとえば、実験室性能データセットは、すべての実際的なエンジン速度および負荷値において、内燃エンジンに関する動作条件データ（たとえば、ノックマージン）を有することが可能である。エンジン速度および負荷とともに変化し得るすべての対応する動作条件は、実験室性能データの中に含まれ得り、それは、なかでも、温度、周囲湿度、大気圧、燃料品質、およびノックマージンなどのようなものである。
【００４９】
本発明の技術的効果は、エンジンノッキング事象に関連した信号をノックセンサーから受信することを含む。信号が使用され、ノックマージンを決定することが可能であり、ノックマージンは、実験室性能データを使用して燃料品質を推定するために使用され得る。次いで、内燃エンジンのパラメーター（たとえば、エンジンタイミングマップ）は、燃料品質推定に基づいて調節され、燃料効率を改善し、パワー出力を向上させることなどが可能である。
【００５０】
この書面による説明は、本発明を開示するために、また、任意の当業者が本発明を実施（任意のデバイスまたはシステムを製造および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含む）することができるように、例（最良の形態を含む）を使用している。本発明の特許の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が考え付く他の例を含むことが可能である。そのような他の例が、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含んでいる場合には、または、特許請求の範囲の文言とわずかに異なる、均等な構造的要素を含んでいる場合には、そのような他の例は、特許請求の範囲内に含まれるということが意図されている。
【符号の説明】
【００５１】
８  発電システム
１０  往復動エンジン
１２  燃焼室
１４  酸化剤供給部
１６  空気、酸化剤
１８  燃料
１９  燃料供給部
２０  ピストン
２２  シャフト
２３  ノックセンサー
２４  負荷
２５  コントローラー、ＥＣＵ
２６  シリンダー
２８  内側環状壁部
３０  キャビティー
３２  燃料−空気混合物
３４  軸線方向軸線、軸線方向
３６  半径方向軸線、半径方向
３８  円周方向軸線、円周方向
４０  トップランド、上部部分
５４  クランクシャフト
５６  コネクティングロッド
５８  ピン
６０  燃料噴射器
６２  吸気弁
６４  排気弁
６６  クランクシャフトセンサー
７２  プロセッサー
７４  メモリーユニット
１００  エンジン駆動式の発電システム
１０２  燃料噴射システム
１０４  弁
１１０  排気ガス
１１２  発電機
１３０  フローチャート
１３２  ブロック
１３４  ブロック
１３６  ブロック
１３８  ブロック
１４０  ブロック
１４２  信号
１４４  ブロック
１４６  ブロック
１４８  信号
１５０  ブロック
１５２  ブロック
１５４  実験室性能データセット
１５６  ブロック
１６０  実験室性能データセット
【図１】
2016145570.tif 000003
【図２】
2016145570.tif 000004
【図３】
2016145570.tif 000005
【図４】
2016145570.tif 000006
【図５】
2016145570.tif 000007
【図６】
2016145570.tif 000008
【外国語明細書】
2016145570000001.pdf