(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃エンジンに投入される排気ガス再循環（ＥＧＲ）ガス量を効果的に調整するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】エンジン１０に結合されてエンジンの少なくとも１つの作動状態に対応した信号をコントローラ２５に送るノックセンサ２３を含む。コントローラは、ノックセンサからの信号に基づき、エンジンに投入されたＥＧＲガス量を推定して、推定されたＥＧＲガス量が有効量でない場合にはエンジンに投入されるＥＧＲガス量を調整する。【選択図】図１
2016125494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気マニホルド（１０８）及び排気マニホルド（１１０）を備える内燃エンジン（１０）と、
前記内燃エンジンに接続され、前記内燃エンジンが生成した排気を前記排気マニホルドから前記吸気マニホルドに送るように構成された排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム（１０２）と、
前記内燃エンジンに結合された少なくとも１つのノックセンサ（２３）と、
前記内燃エンジン及び前記ＥＧＲシステムに通信可能に接続されたコントローラ（２５）と、
を備えるシステム（１００）であって、
前記コントローラは、前記内燃エンジン及び前記ＥＧＲシステムの両方の作動を制御し、前記少なくとも１つのノックセンサから信号を受信し、前記信号から少なくとも１つの作動状態値を決定して、少なくとも前記１つの作動状態値に基づいて前記内燃エンジンのＥＧＲガス量を推定するように構成される、システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの作動状態は、シリンダ内圧を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記シリンダ内圧は、最大燃焼圧を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの作動状態は、トルク出力を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの作動状態は、負荷を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラは、参照テーブルを利用して前記少なくとも１つの作動状態値を前記ＥＧＲガス推定量に相関させることで、前記内燃エンジンの前記ＥＧＲガス量を推定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記少なくとも１つの作動状態値に加えて他の作動状態値を利用して前記内燃エンジンの前記ＥＧＲガス量を推定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記他の作動状態は、空気燃料比、吸気マニホルド圧力、ガス燃料圧力、ＥＧＲバルブ位置、スロットルバルブ位置、点火時期、火花点火角度、燃料品質、回転速度、又はこれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記内燃エンジンの前記ＥＧＲガス推定量を前記内燃エンジンのＥＧＲガス期待量と比較して、ＥＧＲガス有効量が前記内燃エンジンに投入されたか否かを判定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記少なくとも１つの作動状態値を前記少なくとも１つの作動状態の期待値と比較して、前記ＥＧＲガス有効量が前記内燃エンジンに投入されたか否かを判定するように構成され、前記少なくとも１つの作動状態の期待値は、前記内燃エンジンに投入された前記ＥＧＲガス期待量から導き出される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記内燃エンジンのＥＧＲガス推定量を利用して前記内燃エンジン又は前記ＥＧＲシステムに関する制御動作を出力するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
コントローラを備えたシステムであって、前記コントローラは、
排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムに接続された内燃エンジンに結合された少なくとも１つのノックセンサからの信号を受信し、
前記信号から少なくとも１つの作動状態値を決定し、
少なくとも前記１つの作動状態値に基づいて前記内燃エンジンのＥＧＲガス量を推定し、
前記内燃エンジンの前記推定されたＥＧＲガス量に基づいて、前記内燃エンジン又は前記ＥＧＲシステムに関する制御動作を出力する、
ように構成されるシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの作動状態は、シリンダ内圧を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記コントローラは、参照テーブルを利用して前記少なくとも１つの作動状態値を前記ＥＧＲガス推定量に相関させることで、前記内燃エンジンの前記ＥＧＲガス量を推定するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コントローラは、前記少なくとも１つの作動状態値に加えて他の作動状態値を利用して前記内燃エンジンの前記ＥＧＲガス量を推定するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記内燃エンジンの前記ＥＧＲガス推定量を前記内燃エンジンのＥＧＲガス期待量と比較して、ＥＧＲガス有効量が前記内燃エンジンに投入されたか否かを判定するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記コントローラは、前記少なくとも１つの作動状態値を前記少なくとも１つの作動状態の期待値と比較して、前記ＥＧＲガス有効量が前記内燃エンジンに投入されたか否かを判定するように構成され、前記少なくとも１つの作動状態の期待値は、前記内燃エンジンに投入された前記ＥＧＲガス期待量から導き出される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
コントローラを使用して、
排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムに接続された内燃エンジンに結合された少なくとも１つのノックセンサからの信号を受信し、
前記信号から少なくとも１つの作動状態値を決定し、
少なくとも前記１つの作動状態値に基づいて前記内燃エンジンのＥＧＲガス量を推定し、
前記内燃エンジンの前記推定されたＥＧＲガス量に基づいて、前記内燃エンジン又は前記ＥＧＲシステムに関する制御動作を出力する、
ことを含む方法。
【請求項１９】
前記内燃エンジンのＥＧＲガス推定量を前記内燃エンジンのＥＧＲガス期待量と比較して、ＥＧＲガス有効量が前記内燃エンジンに投入されたか否かを判定することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの作動状態値を前記少なくとも１つの作動状態の期待値と比較して、前記ＥＧＲガス有効量が前記内燃エンジンに投入されたか否かを判定することを含み、前記少なくとも１つの作動状態の期待値は、前記内燃エンジンに投入された前記ＥＧＲガス期待量から導き出される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、内燃エンジンに投入される排気ガス再循環（ＥＧＲ）ガス量を調整するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃エンジンは、天然ガス、ガソリン、ディーゼル等の炭素質燃料を燃焼させて、これに伴う高温高圧ガスの膨張を利用して、エンジンの特定の構成要素（例えば、シリンダ内に設けられたピストン）に力を与えてこの構成要素を所定距離にわたって動かすようになっている。各シリンダは、炭素質燃料の燃焼に相関して開閉する１又はそれ以上のバルブを含むことができる。例えば、吸気バルブは、空気等の酸化剤をシリンダに送ることができ、この酸化剤は燃料と混合されて燃焼する。次に、燃焼流体（例えば、高温ガス）は、排気バルブを通ってシリンダから出るように方向付けることができる。一部の排気ガスは、再循環させることができ、ＥＧＲガスはシリンダ内に戻される。ＥＧＲガスは、窒素酸化物（ＮＯＸ）エミッションを低減すること並びにシリンダ内の温度を低下させることができる。最終的に、炭素質燃料は、機械的な動きに変換されて負荷を駆動することができる。例えば、負荷は、電力を発生する発電機とすることができる。内燃エンジンへのＥＧＲガスを効果的に調整するとエンジン性能を向上させることができる。
【０００３】
本明細書に開示される実施形態の概要を以下に記載する。これらの態様は、これらの特定の実施形態の簡潔な概要を単に提示するものであり、これらの態様は本開示の範囲を限定するものではないことを理解されたい。実際には、本開示は以下に記載されていない種々の態様を包含することができる。
【０００４】
第１の実施形態において、システムは、吸気マニホルド及び排気マニホルドを備える内燃エンジンを含む。また、システムは、内燃エンジンに接続され、内燃エンジンが生成した排気を排気マニホルドから吸気マニホルドに送るように構成された排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムを含む。さらに、システムは、内燃エンジンに結合された少なくとも１つのノックセンサと、内燃エンジン及びＥＧＲシステムに通信可能に接続されたコントローラとを含む。コントローラは、内燃エンジン及びＥＧＲシステムの両方の作動を制御し、少なくとも１つのノックセンサから信号を受信し、該信号から少なくとも１つの作動状態値を決定して、少なくとも１つの作動状態値に基づいて内燃エンジンのＥＧＲガス量を推定するように構成される。
【０００５】
第２の実施形態において、システムはコントローラを含み、該コントローラは、排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムが接続された内燃エンジンに結合した少なくとも１つのノックセンサからの信号を受信するように構成される。また、コントローラは、該信号から少なくとも１つの作動状態値を決定し、少なくとも１つの作動状態値に基づいて内燃エンジンのＥＧＲガス量を推定するように構成される。最後に、システムは、内燃エンジンの推定されたＥＧＲガス量に基づいて、内燃エンジン又はＥＧＲシステムに関する制御動作を出力するように構成される。
【０００６】
第３の実施形態において、コントローラを使用して、排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムが接続された内燃エンジンに結合した少なくとも１つのノックセンサからの信号を受信する方法を含む。また、本方法は、該信号から少なくとも１つの作動状態値を決定し、少なくとも１つの作動状態値に基づいて内燃エンジンのＥＧＲガス量を推定することを含む。最後に、本方法は、内燃エンジンの推定されたＥＧＲガス量に基づいて、内燃エンジン又はＥＧＲシステムに関する制御動作を出力することを含む。
【０００７】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】レシプロ式内燃エンジンを有するエンジン駆動式発電システムの一部の実施形態のブロック図。
【図２】図１のレシプロ式エンジンのシリンダ内に配置されたピストンを有するピストン−シリンダ組立体の実施形態の断面側面図。
【図３】図１及び２のエンジン等の内燃エンジンシステムに接続された排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムを備えたシステムの実施形態のブロック図。
【図４】図１及び２のエンジン等のエンジン内のＥＧＲガス量を推定するための方法の実施形態のフローチャート。
【図５】ＥＧＲガス有効量が図１及び２のエンジン等のエンジンに投入されたか否かを判定するための方法の実施形態のフローチャート。
【図６】ＥＧＲガス有効量が図１及び２のエンジン等のエンジンに投入されたか否かを判定するための方法の実施形態のフローチャート。
【図７】図１及び２のエンジン等のエンジンの制御システム及びプロセスに使用することができる参照テーブルの一部の実施形態。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の１つ又はそれ以上の特定の実施形態について、以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行うために、本明細書では、実際の実施態様の全ての特徴については説明しないことにする。何れかの技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実施構成の開発において、システム及びビジネスに関連した制約への準拠など、実施構成毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために、多数の実施時固有の決定を行う必要がある点は理解されたい。更に、このような開発の取り組みは、複雑で時間を要する可能性があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１０】
本発明の種々の実施形態の要素を導入する際に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素の１つ又はそれ以上が存在することを意味するものとする。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包括的なものであり、記載した要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味する。
【００１１】
本開示のシステム及び方法は、ノックセンサ等の１又はそれ以上のセンサを用いる排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムの制御を可能にする。エンジンノックは、エンジンサイクル時の予想外の時間の、例えば、燃焼時間の通常時間帯外の酸化剤／燃料混合気（例えば、空気／燃料混合気）の燃焼を意味し、又はこれを含むことができる。ノックセンサは、音響又は音センサ、振動センサ、又はこれらの任意の組み合わせを含むことができる。詳細には、本開示の実施形態は、吸気マニホルド及び排気マニホルドを有する内燃エンジン（例えば、ディーゼル、ガソリン、ガスエンジン等のレシプロ式内燃エンジン）を含む。内燃エンジンは、内燃エンジンが発生した排気を排気マニホルドから吸気マニホルドに送るＥＧＲシステムに接続される。コントローラ（例えば、プロセッサベースのコントローラ）は、内燃エンジン及びＥＧＲシステムの両方の作動を制御することができる。例えば、コントローラは、測定された作動状態値（例えば、ノックセンサ測定値に基づく最大燃焼圧、シリンダ内圧、トルク出力、又は負荷）を使用して内燃エンジン又はＥＧＲシステムのための制御動作を実行することができる。コントローラは、ノックセンサ測定値に基づいて（例えば、ＥＧＲ流量、ＥＧＲバルブトリム、ＥＧＲバルブ位置等を変更することで）ＥＧＲ流量を調整することができる。また、特定の実施形態において、コントローラは、期待される作動状態値と測定された（例えば、推定された）作動状態値との間の差分に基づいて、内燃エンジンの所望のＥＧＲ量に対する流量調整量を決定することができる。コントローラは（例えば、ＥＧＲ制御デバイスによって）、ＥＧＲバルブの位置を調整する（例えば、１又はそれ以上のアクチュエータによって）ための制御信号を発生することができる。ノックセンサは、シリンダ内の作動状態に基づいてどれ位のＥＧＲガスが内燃エンジンの各シリンダに流入するかのフィードバックを提供することができる。ノックセンサからのフィードバックは、シリンダ内圧センサから提供されるフィードバックよりも信頼性がより高い可能性がある。加えて、ノックセンサはシリンダ内圧センサに比べてより安価かつ丈夫である。
【００１２】
請求の範囲に記載の発明の主題を明瞭かつ簡潔に説明するために、以下の説明及び請求の範囲で使用される特定の用語を以下に定義する。
【００１３】
本明細書で使用される場合、用語「推定量」は、エンジンの実際の作動パラメータ（例えば、ノックセンサから受信した振動特性又は音響特性等の信号に基づく）を意味するか又は含むことができる。
【００１４】
本明細書で使用される場合、用語「期待量」は、エンジンの第１の作動パラメータが、エンジンの作動時に第１の作動パラメータと第２の作動パラメータとの間の１又はそれ以上の相関に基づいて特定の値を有することになることを意味することができる。相関は、パラメータ相関ツール（例えば、参照テーブル、コンピュータモデル、方程式、アルゴリズム、又はこれらの任意の組み合わせ）を含むことができる。詳細には、第１の作動パラメータが未知であるが、第２の作動パラメータが既知であるか又は推定できる場合は、パラメータ相関ツールを使用して第１の作動パラメータの期待量を決定することができる。
【００１５】
本明細書で使用される場合、用語「有効量」は、正常なエンジン動作に対応する値域（例えば、上限値と下限値の間の）の範囲にある作動パラメータの量を意味することができる。例えば、エンジンのシリンダに投入されたＥＧＲガスの有効量は、ＥＧＲガスの上限値（例えば、失火につながる可能があるＥＧＲガス量）とＥＧＲガスの下限値（例えば、エンジンのノックイベントにつながる可能性のあるＥＧＲガス量）との間の量を意味することができる。
【００１６】
図１を参照すると、エンジン駆動式発電システム８の一部の実施形態のブロック図が示されている。以下に詳細に説明するように、システム８は、１又はそれ以上の燃焼室１２（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、又はそれ以上の燃焼室１２）を有するエンジン１０（例えば、レシプロ式内燃エンジン）を含む。酸化剤供給装置１４（例えば、空気供給装置）は、空気、酸素、酸素富化空気、貧酸素空気、又はこれらの任意の組み合わせといった加圧酸化剤１６を各燃焼室１２に供給するように構成される。また、燃焼室１２は、燃料供給装置１９から燃料１８（例えば、液体及び／又はガス燃料）を受け取るように構成され、燃料−空気混合気は、各燃焼室１２で点火されて燃焼する。高温加圧燃焼ガスは、各燃焼室１２に隣接したピストン２０をシリンダ２６内で直線的に動かし、ガスがもたらす圧力を回転運動に変換するシャフト２２を回転させるようになっており、この回転運動によってシャフト２２が回転する。さらに、シャフト２２は負荷２４に連結することができ、この負荷２４はシャフト２２の回転で動力供給される。例えば、負荷２４は、システム１０の回転出力により動力を発生することができる発電機等の適切な任意のデバイスとすることができる。加えて、以下の説明は、酸化剤１６として空気に言及するが、何らかの適切な酸化剤を開示される実施形態に使用することができる。同様に、燃料１８は、例えば、石油ガス、プロパン、バイオガス、下水ガス、埋立地ガス、炭鉱ガスに関連した、天然ガス等の何らかの適切なガス燃料とすることができる。また、燃料１８は、ガソリン又はディーゼル燃料等の液体燃料を含むことができる。
【００１７】
本明細書に開示されるシステム８は、定置用途（例えば、工業用発電エンジン）又は移動体用途（例えば、自動車又は航空機）での使用に適することができる。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、又は６ストロークエンジンとすることができる。また、エンジン１０は、任意の数の燃焼室１２、ピストン２０、及び関連のシリンダ２６（例えば、１−２４）を含むことができる。例えば、特定の実施形態において、システム８は、シリンダ２６内を往復する４、６、８、１０、１６、２４、又はそれ以上のピストン２０を有する大型工業用レシプロ式エンジンを含むことができる。この場合、シリンダ２６及び／又はピストン２０は、約１３．５−３４センチメートル（ｃｍ）の間の直径を有することができる。いくつかの実施形態において、シリンダ２６及び／又はピストン２０は、約１０−４０ｃｍ、１５−２５ｃｍ、又は約１５ｃｍの直径を有することができる。システム１０は、１０ｋＷから１０ＭＷの範囲の動力を発生することができる。いくつかの実施形態において、エンジン１０は、約１８００回転／分（ＲＰＭ）未満で作動することができる。いくつかの実施形態において、エンジン１０は、約２０００ＲＰＭ、１９００ＲＰＭ、１７００ＲＰＭ、１６００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１４００ＲＰＭ、１３００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、９００ＲＰＭ、又は７５０ＲＰＭ未満で作動することができる。いくつかの実施形態において、エンジン１０は、約７５０−２０００ＲＰＭ、９００−１８００ＲＰＭ、又は１０００−１６００ＲＰＭの間で作動することができる。いくつかの実施形態において、エンジン１０は、約１８００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、又は９００ＲＰＭで作動することができる。例示的なエンジン１０は、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＣｏｍｐａｎｙのＪｅｎｂａｃｈｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｓ（例えば、Ｊｅｎｂａｃｈｅｒ  Ｔｙｐｅ２、Ｔｙｐｅ３、Ｔｙｐｅ４、Ｔｙｐｅ６  、又はＪ９２０  ＦｌｅＸｔｒａ）又はＷａｕｋｅｓｈａ  Ｅｎｇｉｎｅｓ（例えば、Ｗａｕｋｅｓｈａ  ＶＧＦ、ＶＨＰ、ＡＰＧ、２７５ＧＬ）を含むことができる。
【００１８】
駆動式発電システム８は、エンジン「ノック」を検出するのに適する１又はそれ以上のノックセンサ２３を含むことができる。ノックセンサ２３は、異常燃焼、過早点火、及び／又はピンジング（ｐｉｎｇｉｎｇ）に起因する振動、音響作用、音といった、エンジン１０の燃焼に起因する振動、音響作用、音を検知することができる。従って、ノックセンサ２３は、音響又は音センサ、振動センサ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。例えば、ノックセンサ２３は圧電振動センサを含むことができる。ノックセンサ２３は、エンジン１０の燃焼に関連する音響作用及び／又は振動をモニタして、ノック状態、例えば燃焼時間の正常な時間帯ではない不測の時間での燃焼を検出することができる。ノックセンサ２３は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）２５等の制御システム又はコントローラ２５に通信可能に接続するように示されている。作動時、ノックセンサ２３からの信号は、ノッキング状態（例えば、ピンジング）が存在するか否かを判定するためにＥＣＵ２５に送られる。次に、ＥＣＵ２５は、ノッキング状態を改善又は解消するために特定のエンジン１０のパラメータを調整することができる。例えば、ＥＣＵ２５は、点火時期を調整して及び／又はエンジン１０へのＥＧＲガス流れを調整してノッキングを解消する。
【００１９】
図２は、レシプロ式エンジン１０のシリンダ２６（例えば、エンジンシリンダ）内に設けられたピストン２０を有するピストン−シリンダ組立体の実施形態の断面側面図である。シリンダ２６は、円筒キャビティ３０（例えば、ボア）を定める環状内壁２８を有する。ピストン２０は、軸方向の軸線又は方向３４、半径方向の軸線又は方向３６、及び円周方向の軸線又は方向３８によって規定することができる。ピストン２０は、上部分４０（例えば、トップランド）を含む。上部分４０は、一般にピストン２０の往復運動時に燃料１８及び空気１６、又は燃料−空気混合気３２が燃焼室１２から逃げるのを妨げる。
【００２０】
図示のように、ピストン２０は、コネクティングロッド５６及びピン５８を介してクランクシャフト５４に取り付けられる。クランクシャフト５４は、ピストン２４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、クランクシャフト５４は回転して前述のように負荷２４（図１に示す）に動力を供給する。図示のように、燃焼室１２は、ピストン２４のトップランド４０の近くに位置付けられる。燃料インジェクタ６０は燃料１８を燃焼室１２に供給し、吸気バルブ６２は燃焼室１２への酸化剤（例えば、空気１６）の送給を制御する。排気バルブ６４はエンジン１０からの排気の排出を制御する。しかしながら、燃料１８及び空気１６を燃焼室１２に供給するための及び／又は排気を排出するための任意の適切な要素及び／又は技術を使用できること、及びいくつかの実施形態において、燃料噴射を使用しないことを理解されたい。作動時、燃焼室１２での空気１６を用いた燃料１８の燃焼により、ピストン２０は、シリンダ２６のキャビティ３０内において往復様式で（例えば、往復して）軸方向３４に移動することができる。
【００２１】
作動時、ピストン２０は、シリンダ２６内で最上点にある場合に上死点（ＴＤＣ）と呼ばれる位置にある。ピストン２０は、シリンダ２６内で最下点にある場合に下死点（ＢＤＣ）と呼ばれる位置にある。ピストン２０がＴＤＣからＢＤＣ、又はＢＤＣからＴＤＣに動く間に、クランクシャフト５４は、半回転だけ回転する。ピストン２０のＴＤＣからＢＤＣ又はＢＤＣからＴＤＣへの各々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、又はそれ以上のもの含むことができる。
【００２２】
エンジン１０の作動時、吸気行程、圧縮行程、出力行程、及び排気行程を含むシーケンスが一般に生じる。吸気行程では、燃料及び空気等の可燃混合気をシリンダ２６内に引き込むことができ、吸気バルブ６２は開いており排気バルブ６４は閉じている。圧縮行程では可燃混合気が狭い空間に圧縮され、吸気バルブ６２及び排気バルブ６４ともに閉じている。出力行程では、圧縮された燃料−空気混合気が点火するが、これはスパークプラグシステムによる火花点火及び／又は圧縮熱による圧縮点火を含むことができる。結果として得られた燃焼圧はピストン２０をＢＤＣに押し進める。一般に排気行程はピストン２０をＴＤＣに戻すが、排気バルブ６４は開いたままである。従って、排気行程は、使用済み燃料−空気混合気を排気バルブ６４から排出する。シリンダ２６毎に１以上の吸気バルブ６２及び排気バルブ６４を使用できることに留意されたい。
【００２３】
図示のエンジン１０は、クランクシャフトセンサ６６、ノックセンサ２３、並びにプロセッサ７２及びメモリ７４を含むエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）２５を含むことができる。クランクシャフトセンサ６６は、クランクシャフト５４の位置及び／又は回転速度を検知する。従って、クランク角又はクランクタイミング情報を得ることができる。換言すると、内燃エンジンをモニタする場合、タイミングはクランクシャフト角を用いて表すことが多い。例えば、４ストロークエンジン１０の全サイクルは、７２０度サイクルとして測定することができる。ノックセンサ２３は、圧電式加速度計、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）センサ、ホール効果センサ、磁気ひずみセンサ、及び／又は振動、加速度、音響作用、音、び／又は動きを検知できるように設計された任意の他のセンサとすることができる。他の実施形態において、センサ２３はノックセンサである必要はないが、振動、圧力、加速度、たわみ、又は動きを検知できる任意のセンサとすることができる。
【００２４】
エンジン１０の衝撃特性に起因して、ノックセンサ２３は、シリンダ２６の外部に取り付けられている場合でも特性を検出することができる。しかしながら、ノックセンサ２３は、シリンダ２６の内部又はその周りの種々の位置に設けることができる。加えて、いくつかの実施形態において、例えば、１又はそれ以上の隣接するシリンダ２６は、単一のノックセンサ２３を共用することができる。他の実施形態において、各シリンダは、１又はそれ以上のノックセンサ２３を含むことができる。クランクシャフトセンサ６６及びノックセンサ２３は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）２５と電子通信するように示されている。ＥＣＵ２５は、プロセッサ７２及びメモリ７４を含む。ＥＣＵ２５は、機械可読媒体（例えば、メモリ７４）に格納され、本明細書に開示される技術を実行するためにプロセッサ（例えば、プロセッサ７２）が使用する非一時的コード又は命令を含む。メモリは、プロセッサ７２が実行することができるコンピュータ命令を記憶することができる。加えて、メモリは、ノックセンサ２３及び／又はクランクシャフトセンサ６６から受信した信号と比較することができる、エンジン１０の正常な作動状態に関する参照テーブル及び／又は他の実験データを記憶することができる。ＥＣＵ２５は、エンジン１０の作動をモニタして、例えば、燃焼時期、バルブ６２及び６４の開閉時期を調整することで、燃料及び酸化剤（例えば、空気）の供給を調整してエンジン１０を制御する。
【００２５】
図３は、内燃エンジンシステム１０４に接続した排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム１０２を含むシステム１００のブロック図を例示する。以下に詳細に示すように、開示されたシステム１００は、ＥＧＲ流量の制御信号としてノックセンサ２３の出力を用いることができる（例えば、ノックセンサ２３からの測定された（例えば、推定された）作動状態信号に基づいてＥＧＲ流量を制御するために）。システム１００は、機関車、自動車、バス、又はボート等の乗物を含むことができる。もしくは、システム１００は、発電機１０６に結合された内燃エンジンシステム１０４を有する発電システム等の定置システムを含むことができる。内燃エンジンシステム１０４は、吸気マニホルド１０８、排気マニホルド１１０、燃料噴射システム１１２、及びＥＣＵ２５（例えば、コントローラ）を有することができるエンジン１０を含むことができる。
【００２６】
エンジン１０は、レシプロ式又はピストンエンジン（例えば、内燃エンジン）を含むことができる。エンジン１０は、火花点火エンジン又は圧縮点火エンジンを含むことができる。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、又は２系統燃料エンジンを含むことができる。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、又は６ストロークエンジンとすることができる。また、エンジン１０は、任意の数のシリンダ２６（例えば、１−２４シリンダ又は他の任意の数のシリンダ）及び関連のピストン２０及びライナを含むことができる。
【００２７】
また、特定の実施形態において、システム１００は、ターボ過給器１１４及び中間冷却器１１６（例えば、熱交換器）を含むことができる。例示のターボ過給器１１４は、駆動シャフト１２２によってタービン１２０に結合された圧縮器１１８を含む。タービン１２０は、排気ガスで駆動され、結果的に圧縮器１１８を駆動する。圧縮器１１８は、吸入空気１６及びＥＧＲ流を圧縮し、中間冷却器１１６で冷却した後に吸気マニホルド１０８に取り入れる。ＥＧＲシステム１０２は、排気マニホルド１１０の下流かつ圧縮器１１８の上流に配置されたＥＧＲバルブ１２４を含む。
【００２８】
ＥＣＵ２５は、システム１００全体にわたる（内燃エンジンシステム１０４及びＥＧＲシステム１０２を含む）種々のセンサ及びデバイスに接続することができる。例えば、例示のＥＣＵ２５はＥＧＲバルブ１２４及び燃料噴射システム１１２に接続する。しかしながら、ＥＣＵ２５は、特に、センサ（図３においてＳで示す）及びシステム１００の例示の構成要素の各々の制御特徴部に接続することができる。センサは、圧力センサ、温度センサ、速度センサ等の大気及びエンジンセンサを含むことができる。例えば、センサは、ノックセンサ、ＮＯｘセンサ、酸素又はラムダセンサ、エンジン吸気口温度センサ、エンジン吸気口圧力センサ、ジャケット水温度センサ、ＥＧＲ流量センサ、ＥＧＲ温度センサ、ＥＧＲ入口圧力センサ、ＥＧＲバルブ圧力センサ、ＥＧＲバルブ位置センサ、エンジン排気温度センサ、エンジン排気圧力センサ、及び排気ガス組成物センサを含むことができる。また、他のセンサとしては、圧縮器入口及び出口の温度及び圧力センサを含むことができる。ＥＣＵ２５は、１又はそれ以上のアクチュエータで他のデバイス（例えば、ＥＧＲバルブ）を制御することができる。
【００２９】
特定の実施形態において、エンジン１０は、１又はそれ以上のノックセンサ２３を含むことができる。ノックセンサ２３は、エンジン１０のシリンダの外側に配置することができる。ノックセンサ２３は、圧電式加速度計、又は振動、音響作用、音、加速度、又は動きを検知するように設計された他のセンサとすることができる。ノックセンサ２３は、エンジン１０の作動状態に相関することができる、シリンダの振動、音響作用、音、加速度、又は動きに対して応答することができる。例えば、ノックセンサ２３で測定した振動数は、シリンダ内の圧力に相関することができる。このような測定値によって、ＥＣＵ２５は、作動状態値を正確に推定することができる。本明細書で詳細に説明するように、特定の実施形態において、正確に推定された作動状態は、エンジン性能を最適にするために有用であろう。
【００３０】
図３の例示の実施形態において、システム１００は、矢印１２６で示すように圧縮器１１８に空気を吸入する。吸気口セクションにおいて、圧縮器１１８は、矢印１２８で示すように、ＥＧＲバルブ１２４の制御によって排気マニホルド１１０（例えば、排気セクションにおける）から排気の一部（例えば、ＥＧＲ流）を吸入する。次に、圧縮器１１８は吸気及びエンジン排気の一部（例えば、ＥＧＲ流）を圧縮して、圧縮ガスを導管１３０経由で中間冷却器１１６に出す。中間冷却器１１６は、熱交換器として機能することができ、圧縮プロセスの結果としての圧縮ガスから熱を取り除く。中間冷却器１１６は、水、空気、又は他の冷却源を利用する熱交換器（例えば、直接式又は間接式熱交換器）とすることができる。理解できるように、圧縮プロセスは、吸気及び排気ガスの一部の温度を上げるので、吸気マニホルド１０８に吸入される前に冷却を行う。図示のように、圧縮されて冷却されたガス（例えば、空気及びＥＧＲガス）は、中間冷却器１１６から導管１３２を経由して吸気マニホルド１０８に移動する。
【００３１】
次に、吸気マニホルド１０８は、圧縮ガスをエンジン１０に（例えば、ピストンシリンダ組立体に）送る。燃料噴射システム１１２からの燃料は、エンジンシリンダに直接噴射することができる。ＥＣＵ２５は、燃料が適切な時期にエンジン１０に噴射されるように、燃料噴射システム１１２の燃料噴射時期を制御することができる。燃料及び空気（又は酸化剤）の燃焼により、高温燃焼ガスが発生し、これは結果的にそれぞれのシリンダ内のピストン（例えば、往復式ピストン）を駆動する。
【００３２】
次に、エンジン１０は、個々のピストンシリンダ組立体からの燃焼生成物を排気マニホルド１１０から排出する。次に、エンジン１０からの排気は、排気マニホルド１１０から導管１３４（又は排気セクション）を通ってタービン１２０に移動する。加えて、排気の一部は矢印１３６で示すように導管１３４（又は排気セクション）からＥＧＲバルブ１２４に送ることができる。この時点では、排気の第１の部分は、前述の矢印１２８で示すように圧縮器１１８の吸気口セクションに移動する。加えて、排気ガスの第２の部分はタービン１２０を駆動し、このタービン１２０はシャフト１２２を回転させて圧縮器１１８を駆動する。次に、排気ガスの第２の部分は、矢印１３８で示すように、システム１００、特にタービン１２０から出て行く。
【００３３】
ＥＣＵ２５は、ＥＧＲバルブ１２４を（例えば、１又はそれ以上のアクチュエータによって）制御することができ、システム１００の種々の作動パラメータに応じて適切な一部の排気が圧縮器１１８に再循環する。例えば、ノックセンサ２３は、システム１００の作動状態（例えば、シリンダ内圧、トルク出力、負荷等）をモニタするためのセンサフィードバックを提供し、この作動状態に対応した信号をＥＣＵ２５に送る。例えば、現在、ノックセンサ２３の振動特性又は音響特性は、内燃エンジン１０の各サイクルのシリンダ内圧、トルク出力、負荷を判定するために利用できることが分かっている。また、ＥＣＵ２５は、エンジン１０のＥＧＲガスの期待される流量に対応する信号を受信することができる（例えば、ＥＧＲバルブ１２４の下流に設けられた流量センサから）。ＥＣＵのプロセッサ７２は、メモリ７４に記憶されたパラメータ相関ツール（例えば、エンジン１０が健全な状態で作動している場合に各作動状態パラメータを互いに関連付ける、参照テーブル、コンピュータモデル、方程式、アルゴリズム、又はいくつかの他の手段）において、少なくとも作動状態信号に対応する推定されたＥＧＲガス値を捜し出すことができる。プロセッサ７２は、パラメータ相関ツールからのＥＧＲガス推定値とエンジンのＥＧＲガス期待流量とを比較して、ＥＧＲガス有効量がエンジン１０に投入されたか否かを判定することができる。この比較に基づいて、ＥＣＵ２５は、適宜ＥＧＲバルブ１２４を調整するために、１又はそれ以上のアクチュエータに信号を送ることができる。例えば、ＥＧＲガス期待流量がＥＧＲガス推定値よりも大きい場合、プロセッサ７２は、エンジン１０に対するＥＧＲガス流を増やすよう１又はそれ以上のアクチュエータに信号を送ることができる。エンジン１０のＥＧＲガス量を照合することで、エンジン１０の性能を向上させることができる。
【００３４】
パラメータ相関ツールは、エンジン１０が健全な状態で作動している場合に各作動状態パラメータを互いに関連付ける、参照テーブル、コンピュータモデル、方程式、アルゴリズム、又はいくつかの他の手段とすることができるが、本開示の残りの部位ではパラメータ相関ツールを参照テーブルとして参照する。
【００３５】
いくつかの実施形態において、システム１００は、図３に例示する全ての構成要素を含む必要はない。加えて、システム１００は、制御構成要素、後処理構成要素、及び／又は熱回収構成要素等の追加の構成要素を含むことができる。例えば、ＥＧＲシステム１０２は、ＥＧＲシステム１０２を通る排気流れを加熱及び／又は冷却する構成要素を含むことができる。システム１００は、２つ以上の中間冷却器１１６を含むことができる。また、システム１００は、（例えば、燃料バルブ、圧力バルブ等）の様々なバルブを含むことができる。
【００３６】
図４は、エンジンのＥＧＲガス量を推定するためのフローチャート１５０を例示する。特定の実施形態において、フローチャート１５０に例示された全て又は一部の動作又はステップは、ＥＣＵ２５のプロセッサ７２で実行することができる。例えば、プロセッサ７２は、メモリ７４に記憶されたデータを実行するプログラムを実行することができる。ブロック１５２において、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３からの信号を受信することができる。信号は、エンジン１０の最大燃焼圧、シリンダ内圧、トルク出力、負荷、又は他の作動状態等のエンジン１０の作動状態を決定するために用いることができる、振動特性又は音響特性とすることができる。ブロック１５４において、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３から受信した信号を作動状態値に変換することができる。例えば、ノックセンサ２３は、圧電式加速度計とすることができ、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３から電圧、電圧変化、振動特性、音響特性、又は作動状態を示す他のノックセンサ特性の形態の信号を受信することができる。次に、プロセッサ７２は、履歴データ、経験的データ、知識ベースデータ等に基づいて、この信号を対応する作動状態（例えば、最大燃焼圧、シリンダ内圧、トルク出力、又は負荷）の値に変換することができる。
【００３７】
例えば、ノックセンサ２３は、レシプロ式エンジンのシリンダに又はその近くに結合してＥＣＵ２５に通信可能に接続することができる。ノックセンサ２３は、振動又は音（例えば、シリンダの振動）を検出することができ、ＥＣＵ２５は、ノックセンサ２３からもたらされるシリンダの振動特性又は音響特性をシリンダ内の燃焼状態を決定するのに有用なパラメータに変換することができる。例えば、ノックセンサ２３は、シリンダの又はその近くの振動又は音を検出して、振動特性又は音響特性を示す信号をＥＣＵ２５に伝えることができる。例えば、ＥＣＵ２５は、振動特性又は音響特性を示す信号を、膨張行程時にピストン上で膨張する燃焼ガスによってもたらされる最大シリンダ内圧を表す最大燃焼圧を示すパラメータに変換することができる。また、最大燃焼圧を示すパラメータは、シリンダ内のピストン位置（例えば点火時に、例えばクランク角で測定される）、シリンダ内のピストン速度、シリンダ内のピストン加速度、又はシリンダ内の圧力に関連することができる。換言すると、運転最大燃焼圧は、これらのパラメータ（例えば、位置、速度、加速度、又は圧力）のうちのいずれか１つから決定すること、又はノックセンサ信号から推定することができる。
【００３８】
ブロック１５６において、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３で測定された作動状態値を利用してエンジン１０のＥＧＲガス量を推定することができる。特定の実施形態において、プロセッサ７２は、測定された作動状態値に加えて、他の既知の作動状態値１５８（例えば、ピストンの位置、速度、又は加速度、もしくはシリンダ内圧）を利用してエンジン１０のＥＧＲガス量を推定することができる。例えば、プロセッサ７２は、シリンダ内温度（例えば、熱電対又は他の温度測定デバイス）、空気燃料比（例えば、流量センサから）、エンジン回転速度（例えば、毎分回転数（ＲＰＭ））、吸気マニホルド圧力（例えば、圧力センサ又は圧力変換器から）、クランクシャフト５４の位置（例えば、エンコーダ、フライホイールピックアップ、又はクランクシャフトセンサ６６から）、ガス燃料圧力（例えば、圧力センサ又は圧力変換器から）、ＥＧＲバルブ１２４の位置、燃料品質、火花点火角、及び／又は点火時期等の他のセンサから受信した値を利用することもことができる。
【００３９】
ブロック１６０において、エンジン１０のＥＧＲガス量は、プロセッサ７２によって推定することができる。エンジン１０のＥＧＲガス量を推定するために、プロセッサ７２は、参照テーブル１６２（例えば、パラメータ相関ツール）を利用することができる。参照テーブル１６２は、様々な作動状態値（例えば、シリンダ内圧、トルク出力、負荷、又は他の作動状態値）に対応するＥＧＲガス量のテーブルを含むことができる。従って、プロセッサ７２は、少なくとも作動状態の測定値を利用して、参照テーブル１６２を用いて対応するＥＧＲガス量を推定することができる。例えば、プロセッサ７２は、図７に例示するものと類似の参照テーブを用いることができる。参照テーブル１６２は、図７に関して以下に詳細に説明する。
【００４０】
ブロック１６４は、プロセッサ７２がエンジン１０のＥＧＲガス量の値を推定した後、制御信号を送信できることを示す。例えば、プロセッサ７２は、信号を１又はそれ以上のアクチュエータに送信してＥＧＲバルブ１２４を調整することができる。この信号は、１又はそれ以上のアクチュエータが、ＥＧＲガス流が増加又は減少するようにＥＧＲバルブ１２４の位置を変更するように命令することができる。プロセッサ７２から送信される信号は、測定された作動状態値及び／又は他の作動状態値に依存することができる。例えば、シリンダ内圧は、エンジン１０に投入されたＥＧＲガス量に対して反比例関係とすることができる。従って、最大燃焼圧が高すぎる場合、プロセッサ７２は、ＥＧＲガスバルブ１２４を調整して（例えば、１又はそれ以上のアクチュエータによって）、エンジン１０へのＥＧＲガス流を増加させる信号を送信することができる。逆に、最大燃焼圧が低すぎる場合、プロセッサ７２は、ＥＧＲガスバルブ１２４を調整して（例えば、１又はそれ以上のアクチュエータによって）、エンジン１０へのＥＧＲガス流を低減する信号を送信することができる。
【００４１】
図５は、ＥＧＲガス有効量がエンジン１０に投入されたか否かを判定するために用いることができるフローチャート２００を例示する。特定の実施形態において、フローチャート２００に例示する全て又は一部の動作又はステップは、ＥＣＵ２５のプロセッサ７２で実行することができる。例えば、プロセッサ７２は、メモリ７４に記憶されたデータを実行するプログラムを実行することができる。ブロック１５２において、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３からの信号を受信することができる。信号は、エンジン１０の最大燃焼圧、シリンダ内圧、トルク出力、負荷、又は他の作動状態等のエンジン１０の作動状態に対応することができる。ブロック１５４において、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３から受信した信号を作動状態値に変換することができる。例えば、ノックセンサ２３は、圧電式加速度計とすることができ、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３から電圧、電圧変化、振動特性、音響特性、又はエンジン１０の作動状態を示す他のノックセンサ特性の形態の信号を受信することができる。次に、プロセッサ７２は、この信号を対応する作動状態（例えば、最大燃焼圧、シリンダ内圧、トルク出力、又は負荷）の値に変換することができる。
【００４２】
ブロック２０２において、プロセッサ７２は、既知の作動状態２０４及び参照テーブル２０６に基づいてＥＧＲガス期待量を決定することができる。参照テーブル２０６は、参照テーブル１６２と同じか又は異なるものとすることができる。プロセッサ７２は、少なくとも１つの既知の（例えば、センサで測定した）作動状態を用いて参照テーブル２０６において対応するＥＧＲガス値を見出すことでＥＧＲガス期待量を決定することができる。参照テーブル２０６は、複数のＥＧＲガス量を包含するテーブルであり、各々のＥＧＲガス値は、エンジン１０の少なくとも１つの他の作動状態値に対応する。例えば、プロセッサ７２は、他のセンサから種々の作動状態に対応する値を受信することができる。このような作動状態としては、シリンダ内温度（例えば、熱電対又は他の温度測定デバイス）、空気燃料比（例えば、流量センサから）、エンジン回転速度（例えば、毎分回転数（ＲＰＭ））、吸気マニホルド圧力（例えば、圧力センサ又は圧力変換器から）、クランクシャフト５４の位置（例えば、エンコーダ、フライホイールピックアップ、又はクランクシャフトセンサ６６から）、ガス燃料圧力（例えば、圧力センサ又は圧力変換器から）、ＥＧＲバルブ１２４の位置、燃料品質、火花点火角、及び／又は点火時期を挙げることができる。
【００４３】
従って、プロセッサは、少なくとも１つの既知の（例えば、ノックセンサ等のセンサで測定した）作動状態値を利用して、参照テーブル２０６内で対応するＥＧＲガス量を見出すことができる。例えば、プロセッサ７２は、図７に例示するものと類似の参照テーブを用いることができる。参照テーブル２０６は、図７に関して以下に詳細に説明する。
【００４４】
ブロック１６０において、プロセッサ７２は、ブロック１５４で求めた作動状態値を用いて前述の実施形態に関して説明したような方法でエンジン１０のＥＧＲガス量を推定することができる。例えば、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３から内燃エンジン１０の作動状態に対応する信号を受信することができる。次に、プロセッサ７２は、参照テーブル１６２又は２０６を用いて、エンジン１０のＥＧＲガス推定量を決定することができる。
【００４５】
ブロック２０８及びブロック２１０において、プロセッサ７２は、ＥＧＲガス推定量とＥＧＲガス期待量を比較してＥＧＲガス有効量がエンジン１０に投入されたか否かを判定することができる。特定の実施形態において、ＥＧＲガス期待量は、所定範囲のＥＧＲガス値とすることができる。例えば、エンジン１０のＥＧＲガス推定量がＥＧＲガスの期待値範囲の上限値を超える場合、エンジン１０は、低出力並びに所定の速度及び負荷を維持できないことに起因して失火する可能性がある。従って、エンジンは、最適以下の状態で作動することになるので、ＥＧＲガス有効量を受け入れることができないであろう。もしくは、エンジン１０のＥＧＲガス推定量がＥＧＲガスの期待値範囲の下限値を下回る場合、エンジンのノッキングイベントが発生することができる。エンジンノッキングは、十分なＥＧＲガスが存在しない場合に生じる可能性があり、燃焼時期が早過ぎる。従って、ＥＧＲガス推定量がＥＧＲガスの期待値範囲の下限値よりも小さい場合、エンジン１０は、ＥＧＲガス有効量を受け入れていない。エンジン１０がＥＧＲガス有効量の受け入れていない場合、ＥＧＲバルブ１２４の調整を行うことができる。
【００４６】
ブロック１６４は、エンジン１０がＥＧＲガス有効量を受け入れなかったと判定した後に、プロセッサ７２が制御信号を送信できることを示す。例えば、プロセッサ７２は、信号を１又はそれ以上のアクチュエータに送信してＥＧＲバルブ１２４を調整することができる。この信号は、１又はそれ以上のアクチュエータが、ＥＧＲガス流が増加又は減少するようにＥＧＲバルブ１２４の位置を変更するように命令することができる。例えば、ＥＧＲガス推定量がＥＧＲガス期待量範囲の下限値を下回る場合、ＥＧＲガスバルブ１２４を調整して（例えば、１又はそれ以上のアクチュエータによって）、エンジン１０へのＥＧＲガス流を増加させる信号を送信することができる。ＥＧＲガス推定量がＥＧＲガス期待量範囲の上限値よりも大きい場合、プロセッサ７２は、ＥＧＲガスバルブ１２４を調整して（例えば、１又はそれ以上のアクチュエータによって）、エンジン１０へのＥＧＲガス流を低減する信号を送信することができる。
【００４７】
図６は、ＥＧＲガス有効量がエンジン１０に投入されたか否かを判定するために用いることができる他のフローチャート２３０を例示する。特定の実施形態において、フローチャート２３０に例示する全て又は一部の動作又はステップは、ＥＣＵ２５のプロセッサ７２で実行することができる。例えば、プロセッサ７２は、メモリ７４に記憶されたデータを実行するプログラムを実行することができる。ブロック１５２において、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３からの信号を受信することができる。この信号は、エンジン１０の最大燃焼圧、シリンダ内圧、トルク出力、負荷、又は他の作動状態等のエンジン１０の作動状態に対応することができる。ブロック１５４において、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３から受信した信号を作動状態値に変換することができる。例えば、ノックセンサ２３は、圧電式加速度計とすることができ、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３から電圧、電圧変化、振動特性、音響特性、又はエンジン１０の作動状態を示す他のノックセンサ特性の形態の信号を受信することができる。次に、プロセッサ７２は、この信号を対応する作動状態（例えば、最大燃焼圧、シリンダ内圧、トルク出力、又は負荷）の値に変換することができる。
【００４８】
ブロック２３２において、プロセッサ７２は、作動状態の期待値を決定することができる。作動状態の期待値を決定するために、プロセッサ７２は、エンジン１０のＥＧＲガス期待量の値を有することができる。特定の実施形態において、プロセッサ７２は、フローチャート２００のブロック２０２と同じ方法でＥＧＲガス期待量を得ることができる（例えば、少なくとも１つの既知の又は測定された作動状態、及び参照テーブルを用いて）。もしくは、プロセッサ７２は、流量計又はＥＧＲガス流量を測定する他のセンサから信号を受信することで、エンジン１０のＥＧＲガス期待量の値を決定することができる。例えば、流量計は、ＥＧＲガスバルブ１２４を出るＥＧＲガス量を測定して、エンジン１０のＥＧＲガス期待量に対応する信号をプロセッサ７２へ送信することができる。
【００４９】
作動状態の期待値を決定するために、プロセッサ７２は、他の既知の作動状態２３４及び／又は参照テーブル２３６を使用することができる。参照テーブル２３６は、参照テーブル１６２及び２０６と同じか又は異なるものとすることができる。プロセッサ７２は、エンジン１０のＥＧＲガス期待量を用いて参照テーブル２３６において対応する作動状態値を見出すことで期待される作動状態を決定することができる。参照テーブル２３６は、複数の作動状態量を包含するテーブルとすることができ、各々の作動状態値は、少なくともエンジン１０のＥＧＲガス量に対応する。特定の実施形態において、参照テーブルのＥＧＲガス期待量は所定の範囲（例えば、上限値及び下限値）の形態とすることができる。加えて、プロセッサ７２は、種々のセンサから、他の作動状態に対応する値を受信することができる。このような他の作動状態としては、シリンダ内温度（例えば、熱電対又は他の温度測定デバイス）、空気燃料比（例えば、流量センサから）、エンジン回転速度（例えば、毎分回転数（ＲＰＭ））、吸気マニホルド圧力（例えば、圧力センサ又は圧力変換器から）、クランクシャフト５４の位置（例えば、エンコーダ、フライホイールピックアップ、又はクランクシャフトセンサ６６から）、ガス燃料圧力（例えば、圧力センサ又は圧力変換器から）、ＥＧＲバルブ１２４の位置、燃料品質、火花点火角、及び／又は点火時期を挙げることができる。従って、特定の実施形態において、エンジン１０のＥＧＲガス期待量は、作動状態の少なくとも１つの既知の値を使用して計算することができ、次に、別の未知の作動状態の期待値は、ＥＧＲガスの期待値及び参照テーブル２３６を利用して決定することができる。
【００５０】
ブロック２３８において、作動状態の期待値は、ノックセンサ２３から受信した信号に対応する作動状態値と比較することができる。
【００５１】
ブロック２４０において、プロセッサ７２は、作動状態の期待値をノックセンサ２３から受信した信号で決定された作動状態値（例えば、作動状態の推定値）と比較することで、ＥＧＲガス有効量が内燃エンジンに投入されたか否かを判定することができる。特定の実施形態において、作動状態の期待値は、作動状態の期待値の所定範囲（例えば、上限値及び下限値）とすることができる。例えば、測定された作動状態がシリンダ内圧であり、推定されたシリンダ内圧がシリンダ内の期待値範囲の上限値を上回る場合、エンジンが受け取るＥＧＲガスが少なすぎることになる（例えば、ＥＧＲガス量は有効量ではない）。同様に、シリンダ内圧の推定値がシリンダ内圧の推定値範囲の下限値を下回る場合、エンジン１０が受け取るＥＧＲガスが多すぎることになる（例えば、ＥＧＲガス量は有効量ではない）。エンジン１０がＥＧＲガス有効量を受け取ることができない場合、ＥＧＲバルブ１２４の調整を行うことができる。
【００５２】
ブロック１６４は、エンジン１０がＥＧＲガス有効量を受け入れなかったと判定した後に、プロセッサ７２が制御信号を送信できることを示す。例えば、プロセッサ７２は、信号をＥＧＲバルブ１２４の１又はそれ以上のアクチュエータに送信することができる。この信号は、ＥＧＲガス流が増加又は減少するようにＥＧＲバルブ１２４にその位置を変更するように命令することができる。例えば、エンジン１０が受け取るＥＧＲが少なすぎる場合、プロセッサ７２は、エンジン１０へのＥＧＲガス流量が増加するようにＥＧＲバルブ１２４を調整する（例えば、１又はそれ以上のアクチュエータによって）信号を送信することができる。逆に、エンジン１０が受け取るＥＧＲガスが多すぎる場合、プロセッサ７２は、エンジン１０へのＥＧＲガス流量が減少するようにＥＧＲバルブ１２４を調整する（例えば、１又はそれ以上のアクチュエータによって）信号を送信することができる。
【００５３】
図７は、参照テーブル１６２、２０６、及び／又は２３６の部分２５０の実施形態を例示する。実施例の部分２５０は、２つの作動状態であるエンジンの回転速度（ＲＰＭ）２５６及び吸気マニホルド圧力（ＩＭＡＰ）２５８に対応する、最大燃焼圧下限値２５２及び最大燃焼圧上限値２５４を示す。従って、プロセッサ７２は、回転速度２５６及び／又は吸気マニホルド圧力２５８に関する既知の（例えば、測定された）値を受信して、シリンダ２６の最大燃焼圧の期待値範囲２５２、２５４を決定することができる。また、種々の他の作動状態値を参照テーブル１６２、２０６、及び２３６に包含することができる。例えば、参照テーブル１６２、２０６、及び／又は２３６は、エンジン１０のＥＧＲガス、シリンダ内温度（例えば、熱電対又は他の温度測定デバイス）、空気燃料比（例えば、流量センサから）、エンジン回転速度（例えば、毎分回転数（ＲＰＭ））、吸気マニホルド圧力（例えば、圧力センサ又は圧力変換器から）、クランクシャフト５４の位置（例えば、エンコーダ、フライホイールピックアップ、又はクランクシャフトセンサ６６から）、ガス燃料圧力（例えば、圧力センサ又は圧力変換器から）、ＥＧＲバルブ１２４の位置、燃料品質、火花点火角、及び／又は点火時期を含むことができる。
【００５４】
参照テーブルの部分２５０は、実験室の試験データから作ることができる。例えば、試験エンジンを既知の空気燃料比で運転して、種々のセンサを使用して他の作動状態を測定する。試験エンジンが定常状態になると（例えば、測定された作動状態が１つのエンジンサイクルから次のサイクルまで実質的に変化しない）、作動状態を記録して参照テーブルに記入することができる。空気燃料比を別の既知の値に調整して、別の空気燃料比での作動状態を再度記録することができる。空気燃料比を引き続き調整してエンジン１０を実行可能な全ての空気燃料比の値で作動させる。次に、各々の空気燃料比において対応する作動状態を記録する。このような実験は、シリンダ内温度、エンジン回転速度、吸気マニホルド圧力、クランクシャフト５４の位置、ガス燃料圧力、ＥＧＲバルブ１２４の位置、燃料品質、火花点火角、及び／又は点火時期等の、空気燃料比以外の様々な既知のエンジン作動状態を調整することで繰り返すことができる。
【００５５】
本発明の技術的効果は、ノックセンサから信号を受信して、この信号を内燃エンジンの作動状態パラメータに関連付けることを含む。作動状態パラメータは、ＥＧＲガス有効量が内燃エンジンに投入されたか否かを判定するための使用することができ、適宜、内燃エンジンへのＥＧＲガスを調整することができる。
【００５６】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本開示の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００５７】
１０  内燃エンジン
２３  ノックセンサ
２５  エンジン制御ユニット
１００  システム
１０２  排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム
１０４  内燃エンジンシステム
１０６  発電機
１０８  吸気マニホルド
１１０  排気マニホルド
１１２  燃料噴射システム
１１４  ターボ過給器
１１６  中間冷却器
１１８  圧縮器
１２０  タービン
１２２  駆動シャフト
１２４  ＥＧＲバルブ
１３０  導管
１３２  導管
１３４  導管
【図１】
2016125494.tif 000003
【図２】
2016125494.tif 000004
【図３】
2016125494.tif 000005
【図４】
2016125494.tif 000006
【図５】
2016125494.tif 000007
【図６】
2016125494.tif 000008
【図７】
2016125494.tif 000009
【外国語明細書】
2016125494000001.pdf