JP2008520876A - System and method for processing accelerometer signals to assist in flammability control of an internal combustion engine - Google Patents

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アンシマー,リチャード
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ウエストポート・パワー・インコーポレイテッド
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Abstract

動作中の内燃機関における燃焼過程に関連した加速度計信号を処理するための方法である。この方法は、前記機関の1サイクル中に、選択されたクランク角度の窓を横断して、燃焼加速度成分及び受動加速度成分を含んだ加速度計信号を測定する工程と、前記受動加速度成分を低減するために、前記測定された加速度計信号に形状関数を適用する工程とを備える。
【選択図】図1
A method for processing accelerometer signals associated with a combustion process in an internal combustion engine in operation. The method measures an accelerometer signal including a combustion acceleration component and a passive acceleration component across a selected crank angle window during one cycle of the engine, and reduces the passive acceleration component. To apply a shape function to the measured accelerometer signal.
[Selection] Figure 1

Description

[関連出願との相互参照]
この出願は、2004年11月18日に出願された“加速度計ベースの燃焼センサ”なる名称の米国仮出願第60/629,489号に関係し、その優先権利益を主張する。この‘489号出願は、ここに参照によって完全に組み入れられる。
[Cross-reference with related applications]
This application is related to and claims the priority benefit of US Provisional Application No. 60 / 629,489, filed November 18, 2004, entitled “Accelerometer-Based Combustion Sensor”. This' 489 application is hereby fully incorporated by reference.

この出願は、2004年4月12日に出願された“加速度計を使用して内燃機関を制御するための方法及び装置”なる名称の米国特許出願第10/822,333号の一部継続出願である。この‘333号出願は、2003年6月30日に出願された“加速度計を使用して内燃機関を制御するための方法及び装置”なる名称の米国仮出願第60/483,855号に関係し、その優先権利益を主張する。これら‘333号及び‘855号出願は、ここに参照によって完全に組み入れられる。   This application is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 10 / 822,333 filed Apr. 12, 2004, entitled “Method and Apparatus for Controlling Internal Combustion Engines Using Accelerometers”. It is. This' 333 application is related to US Provisional Application No. 60 / 483,855, filed June 30, 2003, entitled “Method and Apparatus for Controlling Internal Combustion Engines Using Accelerometers”. And insist on its priority interests. These '333 and' 855 applications are hereby fully incorporated by reference.

[発明の分野]
本発明は、内燃機関の燃焼性を決定するための方法及びシステムに関し、特に燃焼性決定用のデジタル信号処理(DSP)技術と組み合わせて加速度計を使用することに関する。この場合、燃焼性インジケータは、限定されるものではないが、(i)燃焼時期、例えば燃焼の開始(SOC)インジケータと、(ii)燃焼率と、(iii)不着火又は部分的燃焼と、(iv)速すぎるシリンダ圧力上昇(ノック)とを含む。
[Field of the Invention]
The present invention relates to a method and system for determining the flammability of an internal combustion engine, and more particularly to using an accelerometer in combination with a digital signal processing (DSP) technique for flammability determination. In this case, the flammability indicator is not limited, but (i) the combustion timing, eg, the start of combustion (SOC) indicator, (ii) the combustion rate, (iii) non-ignition or partial combustion, (Iv) including a cylinder pressure increase (knock) that is too fast.

「背景技術」
通常の内燃機関、例えばジーゼル又はスパーク着火式エンジンは、燃焼性特徴、例えば効率及び排気制御の双方に対するSOCの制御を必要とする。例えば、ジーゼルエンジンは、燃料噴射のタイミングによって燃焼の開始を制御するのに対し、スパーク着火式エンジンは、スパークタイミングによって燃焼の開始を制御する。
"Background Technology"
Conventional internal combustion engines, such as diesel or spark ignition engines, require control of the SOC for both flammability characteristics, such as efficiency and exhaust control. For example, a diesel engine controls the start of combustion by the timing of fuel injection, while a spark ignition engine controls the start of combustion by the spark timing.

しかしながら、追加的燃焼制御が、通常のエンジンでは望まれることがあり、また他のエンジンでは必要とされることがある。フィードバック燃焼性センサから強く利益を得るエンジンの一例は、HCCI型燃焼を使用して動くものである。伝統的なSI又はジーゼルエンジンとは異なり、HCCI燃焼は、自然に、そして一般的には火炎伝播なしに均質的に起こる。HCCI燃焼は、比較的良好に予混合された燃料/空気混合物の圧縮着火である。HCCI原理に基づいた種々の燃焼戦略が開発されている。例えば、HCCIエンジンと伝統的なエンジン噴射技術の組み合わせは、燃料/空気混合物が予混合されるが均質である必要はない予混合圧縮着火(PCCI)に至る。追加的燃焼戦略は、PCCI燃焼イベントによって与えられるエネルギを、一般的に一度燃焼が開始されると与えられる直噴される量の燃料によって補給する戦略である。このタイプのエンジンは、予混合直噴(PCDI)エンジンとして知られている。   However, additional combustion control may be desired for normal engines and may be required for other engines. One example of an engine that would benefit greatly from a feedback flammability sensor is one that uses HCCI combustion. Unlike traditional SI or diesel engines, HCCI combustion occurs naturally and generally homogeneously without flame propagation. HCCI combustion is a compression ignition of a relatively well premixed fuel / air mixture. Various combustion strategies based on the HCCI principle have been developed. For example, the combination of HCCI engines and traditional engine injection techniques leads to premixed compression ignition (PCCI) where the fuel / air mixture is premixed but need not be homogeneous. An additional combustion strategy is a strategy that replenishes the energy provided by the PCCI combustion event with a directly injected amount of fuel that is generally provided once combustion is initiated. This type of engine is known as a premixed direct injection (PCDI) engine.

HCCIエンジンの1つの問題は、燃焼性が多数のパラメータ、特に吸気マニホルド温度、燃料/空気比、燃料品質、捕捉された残留ガス成分及び排気ガス再循環量によって影響されやすい点である。燃焼性に強く影響するパラメータを制御しないと、燃焼性は大きなサイクル間変化に遭遇する。かくして、通常のジーゼル及びSIエンジンと比べた場合、不着火及び速すぎる率の圧力上昇が起こりがちである。燃焼の開始、即ちSOC又は、時折呼ばれるような、燃焼時期の時刻を知ることは、将来のエンジンサイクルの燃焼性を調整する制御戦略を与えることを助けて、エンジンの改良された性能を可能にする。かくして、HCCI型エンジンは、SOC及び他の燃焼性インジケータの正確で堅牢な決定から利益を得る。   One problem with HCCI engines is that flammability is susceptible to many parameters, particularly intake manifold temperature, fuel / air ratio, fuel quality, trapped residual gas components and exhaust gas recirculation. Unless parameters that strongly affect flammability are controlled, flammability will encounter large cycle-to-cycle changes. Thus, when compared to conventional diesel and SI engines, misfires and pressure increases at a rate that is too fast are prone to occur. Knowing the start of combustion, that is, the time of combustion, sometimes referred to as SOC or occasionally, helps to provide a control strategy that adjusts the flammability of future engine cycles and enables improved engine performance To do. Thus, an HCCI engine benefits from an accurate and robust determination of SOC and other flammability indicators.

上記で与えられたHCCI例の他に、燃焼性の知見、例えば燃焼の開始及び率の知見は、リアルタイムの診断目的用にシステムの性能を監視する以外の理由が無い場合には、ジーゼル及びSIエンジンに対して商業的に有益なものとなりつつある。そのようなエンジンについては、調整作用がなされて、燃焼性の測定された変化を補償し、高いエンジン燃料節約と低いエンジン外部排出を維持する。   In addition to the HCCI examples given above, flammability findings, such as the onset and rate of combustion, may be obtained if there is no reason other than monitoring system performance for real-time diagnostic purposes. It is becoming commercially useful for engines. For such engines, adjustments are made to compensate for the measured changes in flammability and maintain high engine fuel savings and low engine external emissions.

エンジンサイクルの燃焼性を評価するための1つの既知の手法は、例えばセンサを配置して、シリンダ内圧力と接触するダイヤフラムの偏向を測定することによる、燃焼室内での直接圧力測定に依存するものである。測定された圧力信号は、SOC又は他の燃焼性インジケータに相関付けられる。例えば、フィードバック制御ループは、エンジンパラメータを調整することに使用され、測定されたSOCと目標SOCとの間のエラーを最小化することによって、将来のエンジンサイクルのSOCに影響を与える。燃焼室内の圧力を示す信号の直接測定を記載した米国特許第6,598,468号及びドイツ特許第4341796.5号を参照されたい。典型的に、光学センサ、又は他の直接圧力測定機器が使用される。燃焼性の適切に正確なインジケータ、例えばセンサは、高価であり、且つ/又は現在のところ多数の応用にとって必要な信頼性及び堅牢性を(燃焼室内の過酷な環境に起因して)欠いている。   One known approach to assessing engine cycle flammability relies on direct pressure measurement in the combustion chamber, for example, by placing sensors to measure the deflection of the diaphragm in contact with the pressure in the cylinder. It is. The measured pressure signal is correlated to the SOC or other flammability indicator. For example, the feedback control loop is used to adjust engine parameters and affects the SOC of future engine cycles by minimizing the error between the measured SOC and the target SOC. See U.S. Patent No. 6,598,468 and German Patent No. 4,341,796.5 which describe a direct measurement of the signal indicative of pressure in the combustion chamber. Typically, an optical sensor or other direct pressure measuring device is used. Appropriately accurate indicators of flammability, such as sensors, are expensive and / or currently lack the reliability and robustness (due to the harsh environment in the combustion chamber) necessary for many applications. .

燃焼室圧力を評価するためのもう1つの手法は、米国特許第6,408,819号に記載されているようなノックセンサ(加速度計)を使用する。加速度計は、さほど高価でなく、しかも現在のところ直接圧力測定センサと比べて信頼性があり且つ堅牢であるが、この手法が、多くの燃焼性制御法、例えば効果的なSOC制御にとっては十分に精密でない圧力信号再現法に依存している欠点がある。   Another technique for evaluating combustion chamber pressure uses a knock sensor (accelerometer) as described in US Pat. No. 6,408,819. Although accelerometers are less expensive and are currently more reliable and robust than direct pressure measurement sensors, this approach is sufficient for many flammability control methods, such as effective SOC control. However, it has the disadvantage of relying on inaccurate pressure signal reproduction methods.

加速度計を使用する効果的なシステムは、2004年4月12日に出願された本出願人の共継続中の“加速度計を使用して内燃機関を制御するための方法及び装置”なる名称の米国特許出願第10/822,333号(“‘333号”)に記載され、そしてここに参照によって完全に組み入れられる。圧力信号を加速度計データから再現するのではなく、‘333号出願は、未処理の加速度計データから燃焼情報を抽出するための熱放出率再現法(HRR)を説明している。
上述した手法の有効性が改良可能であるか否かについて研究がなされた。
An effective system using an accelerometer is the applicant's co-pending "Method and apparatus for controlling an internal combustion engine using an accelerometer" filed on April 12, 2004. US patent application Ser. No. 10 / 822,333 (“'333”) and is hereby fully incorporated by reference. Rather than reproducing pressure signals from accelerometer data, the '333 application describes a heat release rate reproduction method (HRR) for extracting combustion information from raw accelerometer data.
Research has been done on whether the effectiveness of the above-described method can be improved.

[発明の要約]
前述したことに照らして、現在説明中の技術は、内燃機関の燃焼性、例えばSOCを決定するための改良された方法及びシステムを提供することを求める。この場合、新規な方法及びシステムは、種々のエンジン応用、例えば燃焼制御又は燃焼診断において、より効果的に使用され得る。
このことは、未処理の加速度計データの追加的前処理によって達成され得る。
[Summary of Invention]
In light of the foregoing, the presently described technique seeks to provide an improved method and system for determining the flammability, eg, SOC, of an internal combustion engine. In this case, the novel method and system can be used more effectively in various engine applications such as combustion control or combustion diagnostics.
This can be achieved by additional preprocessing of the raw accelerometer data.

現在説明中の技術の1つの利点は、熱放出率再現法に導入されるデータの質を前処理が改良して、より堅牢で信頼性の高い低コストの燃焼センサを生じさせる点である。
現在説明中の技術のもう1つの利点は、それが燃焼性及びSOCのリアルタイムの評価を与える点である。
One advantage of the presently described technology is that the pre-processing improves the quality of the data introduced into the heat release rate reproduction method, resulting in a more robust, reliable and low cost combustion sensor.
Another advantage of the presently described technology is that it gives a real-time assessment of flammability and SOC.

加速度計センサを使用してSOCの効果的な決定を可能にするために、本出願人は、未処理の加速度計データから、燃焼に関するデータを、熱放出率を再現すること並びにそのデータをSOCに相関付けることに先行して、分離することに利点があることを見出した。この技術は有用である。何故ならば、燃焼過程に関連した振動をピックアップするためにエンジンの適切な位置に搭載された加速度計は、燃焼過程と同様にエンジン部品の運動に起因したデータを含んでいるからである。   In order to enable effective determination of SOC using an accelerometer sensor, Applicants have recreated data relating to combustion, raw heat release rate, and the data from raw accelerometer data as well as SOC. We found that there is an advantage in separating prior to correlating to. This technique is useful. This is because an accelerometer mounted in the proper position of the engine to pick up vibrations related to the combustion process contains data resulting from the motion of the engine components as well as the combustion process.

従って、現在説明中の技術は、加速度計データを処理して、燃焼に関するデータを抽出するための方法及び装置を提供する。   Accordingly, the presently described technique provides a method and apparatus for processing accelerometer data and extracting data related to combustion.

現在説明中の技術によれば、動作中の内燃機関における燃焼過程に関連した加速度計信号を処理するための方法が提供される。この方法は、
a.前記機関の1サイクル中に、選択されたクランク角度の窓を横断して、燃焼加速度成分及び受動加速度成分を含んだ加速度計信号を測定する工程と、
b.前記受動加速度成分を低減するために、前記測定された加速度計信号に形状関数を適用する工程、
とを備える。
According to the presently described technique, a method is provided for processing accelerometer signals associated with combustion processes in an operating internal combustion engine. This method
a. Measuring an accelerometer signal including a combustion acceleration component and a passive acceleration component across a selected crank angle window during a cycle of the engine;
b. Applying a shape function to the measured accelerometer signal to reduce the passive acceleration component;
With.

別の実施形態では、形状関数は、前記エンジンを受動モードで動作させることによって評価される。
もう1つの実施形態では、測定された加速度計信号に適用される前に、形状関数に旋回法が適用される。
もう1つの実施形態では、形状関数と測定された加速度計信号との間の差に反映法が適用される。
もう1つの実施形態では、形状と測定された加速度計信号との間の差に微分法が適用される。
In another embodiment, the shape function is evaluated by operating the engine in a passive mode.
In another embodiment, the swivel method is applied to the shape function before it is applied to the measured accelerometer signal.
In another embodiment, a reflection method is applied to the difference between the shape function and the measured accelerometer signal.
In another embodiment, a differentiation method is applied to the difference between the shape and the measured accelerometer signal.

現在説明中の技術の別の実施形態によれば、圧縮着火エンジンの燃焼を制御するためのシステムが提供される。この場合、加速度計信号がDSPチップベースのマイクロコントローラに入力され、そして方法工程がDSPコントローラで実行されて、燃焼情報を生成する。   According to another embodiment of the presently described technology, a system for controlling the combustion of a compression ignition engine is provided. In this case, the accelerometer signal is input to a DSP chip based microcontroller, and method steps are performed on the DSP controller to generate combustion information.

現在説明中の技術の前述した及び他の目的、特徴及び利点は、添付図面に図解されたような、現在説明中の技術の好ましい実施形態の以下の特別な説明から明らかとなる。図面では、同様の参照文字が異なる図全体を通じて同じ部品を指す。図面は比例している必要はなく、その代わりに、現在説明中の技術の原理を図解することに重点がおかれている   The foregoing and other objects, features and advantages of the presently described technology will become apparent from the following specific description of a preferred embodiment of the presently described technology, as illustrated in the accompanying drawings. In the drawings, like reference characters refer to the same parts throughout the different views. The drawings do not have to be proportional; instead, emphasis is placed on illustrating the principles of the presently described technology

[好ましい実施形態の詳細な説明]
現在説明中の技術は、加速度計データを使用して、内燃機関における燃焼性を決定するための方法及び装置に向けられている。一般に、この開示の目的のために、開示された方法を使用して、燃焼性、例えば不着火、燃焼の率、ピークシリンダ圧力、燃焼時期(例えばSOC)が測定され得る。燃焼性を測定する1つの利益は、エンジン性能の尺度を与えて、リアルタイムでエンジン挙動を調整する能力を可能にし、効率を改良する一方で、放出を低減することを可能にする点にある。ここで留意されるべき点は、以下で開示される現在説明中の技術による装置及び方法は、種々の異なる内燃機関、例えば(限定されるものではないが)ジーゼルエンジン、スパーク着火式ガソリンエンジン、代替燃料エンジン、及び修正熱サイクルで動作するそれらの変形品に適用され得る。現在説明中の技術は、そのようなエンジンの多くで使用され、燃焼性を決定及び監視することにより、改良されたエンジン効率を促進し、放出を低減し、又は他の用途、例えば燃焼診断に使用される。
Detailed Description of Preferred Embodiments
The presently described technique is directed to a method and apparatus for determining combustibility in an internal combustion engine using accelerometer data. In general, for the purposes of this disclosure, the disclosed methods can be used to measure flammability, eg, misfire, rate of combustion, peak cylinder pressure, timing of combustion (eg, SOC). One benefit of measuring flammability is that it provides a measure of engine performance, allowing the ability to tune engine behavior in real time, improving efficiency while allowing emissions to be reduced. It should be noted that the apparatus and method according to the presently described technology disclosed below can be used in a variety of different internal combustion engines such as, but not limited to, diesel engines, spark ignition gasoline engines, It can be applied to alternative fuel engines and their variants operating with a modified thermal cycle. The presently described techniques are used in many such engines to promote improved engine efficiency, reduce emissions, or to other applications such as combustion diagnostics by determining and monitoring flammability. used.

より具体的に、現在説明中の技術は、‘333号出願に予め記載されている燃焼性例えばSOCを決定する加速度計ベースの方法の改良に関する。現在説明中の技術の実施形態は、以下で説明されるように、精度及び堅牢性を改良するための未処理加速度計データの処理の改善に関する。   More specifically, the presently described technique relates to an improvement in an accelerometer-based method for determining flammability, eg, SOC, previously described in the '333 application. Embodiments of the presently described technology relate to improved processing of raw accelerometer data to improve accuracy and robustness, as described below.

更には、この論議の大半がSOCを監視又は決定することに向けられた方法に言及するが、加速度計データ及びそのようなデータに由来して結果的に生じた処理済みの熱放出トレースは、ここに包含される技術の当業者によって理解されるように、燃焼性の形態、例えば限定されるものではないが、ピークシリンダ圧力、ピークシリンダ圧力の位置、燃焼の率、燃焼時期、不着火、及び早期燃焼を制御又は査定する方法に適用可能である。   Furthermore, while most of this discussion refers to methods directed to monitoring or determining SOC, accelerometer data and the resulting heat release traces resulting from such data are: As will be appreciated by those skilled in the art included herein, flammability forms such as, but not limited to, peak cylinder pressure, location of peak cylinder pressure, rate of combustion, combustion timing, misfire, And can be applied to methods for controlling or assessing premature combustion.

図1を参照すると、現在説明中の技術の実施形態を適用可能なエンジン100が示されている。このエンジン100は、シリンダブロックを備える(単純化のために1つのシリンダのみが示されているが、このエンジンは典型的に2以上のシリンダを有する)。このシリンダブロックは、シリンダ14と、その中に配設されてクランクシャフト18を駆動するための往復運動式ピストン16とを有する。種々の吸気及び排気弁(図示せず)は、シリンダと連通してシリンダに混合気を配送し、また副生成物を排気する。これは、エンジンが、燃料及び空気配送システムや、内燃機関に関連した他の標準システムをも有することができるためである。   Referring to FIG. 1, an engine 100 is shown to which an embodiment of the presently described technology can be applied. The engine 100 includes a cylinder block (only one cylinder is shown for simplicity, but the engine typically has two or more cylinders). The cylinder block has a cylinder 14 and a reciprocating piston 16 disposed therein for driving a crankshaft 18. Various intake and exhaust valves (not shown) communicate with the cylinder to deliver air-fuel mixture to the cylinder and exhaust by-products. This is because the engine can also have fuel and air delivery systems and other standard systems associated with internal combustion engines.

エンジン100は、エンジン100の主ベアリングキャップ19上に搭載されることが好ましい加速度計22を備える。この加速度計は、ピストン16上の圧力に起因するベアリングキャップの偏向に関連した電気信号を出力する。図1を参照すると、以下で説明されるように加速度計22の信号を処理するための、現在説明中の技術の実施形態による、例示的燃焼性処理システム12がまた示されている。この処理システム12は、信号調節ブロック13と、加速度計22からのデータを処理する入力チャネルを有したデジタル信号処理(DSP)ベースのマイクロコントローラ20とを備える。ここで理解されるべき点は、SOCが、シリンダ内で燃焼が開始する時間又は位置を指すということである。一般的に、SOCは、エンジンのクランクシャフトの角度位置に関して参照される。この結果、開示された実施形態では、エンジン100には、エンジン位置センサ(図示せず)とエンジンスピードセンサ(図示せず)とが設けられて、これらでエンジンのクランクシャフト18の角度位置と回転スピードを監視する。SOCは、クランクシャフト位置に関して参照される。しかしながら、現在説明中の技術の他の実施形態では、SOCはまた、もう1つのパラメータ、例えば時間、又は時間とクランクシャフト位置の双方、あるいは他のパラメータ及び種々の他のセンサ及びオプションで、シリンダ内圧力変換器センサ(図示せず)について参照される。好ましい実施形態では、DSPコントローラは、各チャネルを20kHzの最小サンプリング周波数でサンプリングし、単一チャネルを7.5msで処理することが可能である。クランク及びカムシャフトセンサからの信号24,26は、DSP20に与えられ、加速度計22からの信号のクランク同期サンプリングを可能にする。現在説明中の技術の必要部分ではないが、CANバス29に対するCAN(コントローラ・エリア・ネットワーク)インターフェース28が示されている。主エンジンコントローラ(図示せず)は、CANバスを介してDSPから信号を受信し、そしてPIコントローラを実施して、この技術分野で既知であると共に、例えば‘333号出願に記載されているように、エンジンの種々のパラメータを制御する。ここで留意されるべき点は、DSP処理システム12もまた主エンジンコントローラ内に一体化され、これによりCANを通して結果を送信する必要性を不要にすることができる。   The engine 100 includes an accelerometer 22 that is preferably mounted on the main bearing cap 19 of the engine 100. This accelerometer outputs an electrical signal related to the deflection of the bearing cap due to the pressure on the piston 16. Referring to FIG. 1, an exemplary flammability processing system 12 is also shown in accordance with an embodiment of the presently described technology for processing accelerometer 22 signals as described below. The processing system 12 includes a signal conditioning block 13 and a digital signal processing (DSP) based microcontroller 20 having an input channel for processing data from the accelerometer 22. It should be understood that the SOC refers to the time or position where combustion begins in the cylinder. In general, the SOC is referenced with respect to the angular position of the crankshaft of the engine. As a result, in the disclosed embodiment, engine 100 is provided with an engine position sensor (not shown) and an engine speed sensor (not shown), which provide the angular position and rotation of engine crankshaft 18. Monitor speed. The SOC is referenced with respect to crankshaft position. However, in other embodiments of the presently described technology, the SOC may also be another parameter, such as time, or both time and crankshaft position, or other parameters and various other sensors and options. Reference is made to an internal pressure transducer sensor (not shown). In the preferred embodiment, the DSP controller is capable of sampling each channel with a minimum sampling frequency of 20 kHz and processing a single channel in 7.5 ms. Signals 24 and 26 from the crank and camshaft sensors are provided to the DSP 20 to enable crank synchronous sampling of the signal from the accelerometer 22. Although not a necessary part of the presently described technology, a CAN (Controller Area Network) interface 28 to the CAN bus 29 is shown. A main engine controller (not shown) receives signals from the DSP via the CAN bus and implements a PI controller, as known in the art and as described, for example, in the '333 application. In addition, various parameters of the engine are controlled. It should be noted that the DSP processing system 12 is also integrated into the main engine controller, thereby eliminating the need to send results through the CAN.

動作時に、DSPベースの燃焼性処理システム12は、ユーザが定義したクランク度θに基づく加速度計センサ信号のアナログ/デジタル(AD)サンプリングをサンプリング周波数fSRで開始する。サンプリングが完了したら、コントローラは、信号処理アルゴリズムを実施する。典型的に、計算の時間は、シリンダ当たり10ms/サイクルよりも短い。計算結果は、CANバスを介して主コントローラに送られる。それから主コントローラは、診断目的用の情報、個別シリンダSOCに関する閉ループ制御用の情報、又は概ね燃焼性に関連しているように見える多くの他目的用の情報を使用できる。 In operation, the DSP-based flammability processing system 12 begins analog / digital (AD) sampling of the accelerometer sensor signal based on a user-defined crank degree θ at a sampling frequency f SR . When sampling is complete, the controller implements a signal processing algorithm. Typically, the calculation time is less than 10 ms / cycle per cylinder. The calculation result is sent to the main controller via the CAN bus. The main controller can then use information for diagnostic purposes, information for closed loop control with respect to the individual cylinder SOC, or many other purposes that appear to be generally related to flammability.

以下の説明で、受動モードという用語は単純に、燃料が噴射されず且つ燃焼が起こらないエンジンサイクルを指す。   In the following description, the term passive mode simply refers to an engine cycle in which no fuel is injected and no combustion occurs.

図2Aを参照すると、燃焼性制御用のDSP20によって加速度計22の信号を処理するための、現在説明中の技術の一実施形態による改良された方法の一般的な工程のフローチャート400が示されている。図2Bは、各工程に対応する信号を図表的に示している。この方法は、センサデータを取得する工程402と、そのデータを前処理する工程403と、セプストラル平滑化及び伝達関数を前処理されたセンサデータに適用してHRRトレース信号を計算すると共に、計算されたHRRトレース信号から燃焼性情報を抽出する工程404とを備える。前処理する工程403は、この開示の焦点となる。   Referring to FIG. 2A, there is shown a flowchart 400 of the general steps of an improved method according to one embodiment of the presently described technique for processing accelerometer 22 signals by a DSP 20 for flammability control. Yes. FIG. 2B graphically shows signals corresponding to each process. The method includes obtaining 402 sensor data, pre-processing 403 the data, and applying a septal smoothing and transfer function to the pre-processed sensor data to calculate the HRR trace signal. And 404 for extracting combustibility information from the HRR trace signal. The preprocessing step 403 is the focus of this disclosure.

図3は、エンジン100の主ベアリングキャップ上に搭載された加速度計22によって工程402で測定された典型的な未処理加速度計信号300のプロットを示している。熱放出率のプロット310は、エンジンサイクル中に起こったもの仮定されている。図示のように、加速度計信号300は、−50dATDCと+60dATDCとの間のクランク角度の窓にわたって設定されている。このクランク角窓は、エンジンの1サイクルに対する燃焼イベントタイミングに焦点が置かれている。未処理加速度計信号300は、2つの主たる成分を有するものと考えられる。第1に、シリンダ内の受動圧力変化によって生じる加速度に関連した下地信号302があり、これは受動加速度成分と呼ばれる。第2に、燃焼信号304によってピストン上に生じる追加圧力に関連した加速度があり、これは燃焼加速度成分と呼ばれ、これから熱放出率310のような情報が抽出され得る。他の成分もデータ中に見出されるが、受動加速度成分と燃焼加速度成分は、選択されたサンプル範囲内の信号を支配するものと考えられる。一般的に、燃焼はTDC後のある時点で完了される。この時点以降、燃焼は、パワーストローク中のピストン運動に関連した圧力より高い圧力増加に寄与しない。未処理加速度計300と受動加速度成分302は収束する。この場合、未処理加速度計信号300の減衰率は、受動加速度成分302の減衰率よりも僅かに高い。受動加速度成分を未処理加速度計信号から減算すると、差信号304と呼ばれる信号を生じる。この差信号304は、燃焼加速度成分に起因した加速度に関連している。燃焼306後のほぼ平坦な差加速度成分304応答は、ほぼ完了していることに留意されたい。燃焼の終了点306(この実施形態では+20dATDCに示されている)より前の加速度計信号300に含まれている情報は、総燃焼加速度成分の影響力の尺度である。燃焼の終了点306より後の燃焼の率に関する情報は限定的である。‘333号出願で説明され且つ参照されたセプストラル平滑化及び再現手法を適用する前に、未処理加速度計信号300から非燃焼率情報の多くを除去する処理方法は、開発されている。上述した前処理解決法を使用することには利益がある。第1に、燃焼加速度成分対雑音比が有意に改良されている。第2の副生成物は、前処理手法の適用が、大きなデータサンプルのセット(TDCより充分前からTDCより充分後まで)を処理する必要性を不要にして、非ゼロエッジの影響を低減する点である。そのように低減されたセットは、計算時間を減少させる。   FIG. 3 shows a plot of a typical raw accelerometer signal 300 measured at step 402 by an accelerometer 22 mounted on the main bearing cap of engine 100. The heat release rate plot 310 is assumed to have occurred during the engine cycle. As shown, the accelerometer signal 300 is set over a crank angle window between -50 dATDC and +60 dATDC. This crank angle window focuses on the combustion event timing for one cycle of the engine. The raw accelerometer signal 300 is considered to have two main components. First, there is a ground signal 302 related to the acceleration caused by the passive pressure change in the cylinder, which is called the passive acceleration component. Second, there is an acceleration related to the additional pressure produced on the piston by the combustion signal 304, which is called the combustion acceleration component, from which information such as the heat release rate 310 can be extracted. Other components are also found in the data, but the passive acceleration component and the combustion acceleration component are believed to dominate the signal within the selected sample range. In general, combustion is completed at some point after TDC. From this point on, combustion does not contribute to a pressure increase higher than the pressure associated with piston motion during the power stroke. The raw accelerometer 300 and the passive acceleration component 302 converge. In this case, the decay rate of the raw accelerometer signal 300 is slightly higher than the decay rate of the passive acceleration component 302. Subtracting the passive acceleration component from the raw accelerometer signal results in a signal called the difference signal 304. This difference signal 304 is related to the acceleration due to the combustion acceleration component. Note that the substantially flat differential acceleration component 304 response after combustion 306 is nearly complete. The information contained in the accelerometer signal 300 prior to the combustion end point 306 (shown in this embodiment at +20 dATDC) is a measure of the influence of the total combustion acceleration component. Information regarding the rate of combustion after the end of combustion 306 is limited. Prior to applying the septal smoothing and reproduction technique described and referenced in the '333 application, a processing method has been developed that removes much of the non-burning rate information from the raw accelerometer signal 300. There are benefits to using the pretreatment solution described above. First, the combustion acceleration component to noise ratio is significantly improved. The second byproduct is that the application of preprocessing techniques eliminates the need to process large sets of data samples (from well before TDC to well after TDC), reducing the effects of non-zero edges. It is. Such a reduced set reduces the computation time.

現在説明中の技術のここで説明されている実施形態は、ピストン運動に関連したデータ中の下地の傾向を除去するための前処理法を示している。現在説明中の技術の前処理法は、図3に示す受動加速度成分302をエミュレートする形状関数を規定する。この形状関数は、一般的に、エンジンが受動モードにあるときは、加速度計信号300とマッチする。受動加速度成分を示すマッチした形状関数と、所定のシリンダに対する支配的な燃焼加速度成分、即ち下地のピストン運動信号、受動加速度成分の多くを持つ加速度計データセット内の未処理加速度計信号300の結果と、の差304は、除去される。   The presently described embodiment of the presently described technique illustrates a pre-processing method for removing substrate trends in data associated with piston motion. The pre-processing method of the technology currently being described defines a shape function that emulates the passive acceleration component 302 shown in FIG. This shape function generally matches the accelerometer signal 300 when the engine is in passive mode. Resulting raw accelerometer signal 300 in an accelerometer data set with a matched shape function indicating a passive acceleration component and a dominant combustion acceleration component for a given cylinder, ie, the underlying piston motion signal, many of the passive acceleration components The difference 304 is removed.

受動加速度成分は、所定のエンジンに対する校正過程で取得され、適切な形状関数を決定する。このデータは、1つのシリンダから、異なるエンジン動作条件で決定される。異なるエンジン動作条件は、異なるエンジン回転スピード、負荷、又はシリンダ圧力を含む。受動加速度成分の位相は、いくつかの要因、例えばシリンダ圧力、エンジンスピード及びエンジン負荷に依存した多数の度数によってシフトできる。殆どのエンジン動作条件に対して、シリンダ毎に1つの形状関数が使用されることが好ましい。   The passive acceleration component is acquired during a calibration process for a given engine to determine an appropriate shape function. This data is determined from one cylinder at different engine operating conditions. Different engine operating conditions include different engine rotational speeds, loads, or cylinder pressures. The phase of the passive acceleration component can be shifted by a number of factors depending on several factors such as cylinder pressure, engine speed and engine load. For most engine operating conditions, one shape function is preferably used per cylinder.

1つの実施形態では、形状関数を適応的に調整して、受動加速度成分を殆どのエンジン動作条件に対して正しくマッチさせる方法が望ましい。形状関数の時期を適応的に調整するか、又は所定の未処理加速度計信号300に対して何の形状関数が使用されるべきかを予測する方法は、以下で説明されるように、適用され得る。   In one embodiment, it is desirable to adaptively adjust the shape function to correctly match the passive acceleration component to most engine operating conditions. The method of adaptively adjusting the timing of the shape function or predicting what shape function should be used for a given raw accelerometer signal 300 is applied as described below. obtain.

別の実施形態では、形状関数は、動的に、あるいはリアルタイムベースで決定される。例えば、エンジンは、オペレータによって周期的に不着火とされ、そして受動測定成分がとられる。典型的に、制御された仕方で燃焼を遅延させ、そして測定されたモータ関数のピークがどこにあるかを圧縮ストローク中に決定することで、このことを行う。このことは、オペレータに判り易い手法でなされ得る。   In another embodiment, the shape function is determined dynamically or on a real-time basis. For example, the engine is periodically misfired by the operator and a passive measurement component is taken. This is typically done by delaying combustion in a controlled manner and determining during the compression stroke where the peak of the measured motor function is. This can be done in a way that is easy for the operator to understand.

もう1つの異なる実施形態では、形状関数をリアルタイムベースで決定することが、形状関数の時期の適応的調整と組み合わせて使用される。   In another different embodiment, determining the shape function on a real-time basis is used in combination with an adaptive adjustment of the shape function timing.

図4Aを参照すると、加速度計信号を前処理するための第1のそのような手法が実証され、そしてここでは旋回法として説明されている。測定された未処理加速度信号300のデータと、受動加速度成分302の双方は、前述したように決定されているものとする。信号の前処理は、図2の工程403で起こる。第1に、形状関数は、未処理加速度計信号300から引かれる前に、その未処理信号とマッチさせられることが好ましい。加速度計22は、データのほぼ全てがピストン運動単独から、即ち、一般に、燃焼室内の燃焼に先行して生ずる範囲である約−40dATDCからTDCまでのピストン運動範囲にわたるデータセットを発生する。かくして、形状関数が未処理信号とマッチさせられた場合のクランク角度は、圧縮ストローク内で、より具体的には、約−40dATDCとTDCとの間でなされる。このマッチングは、以下のように実行される。   Referring to FIG. 4A, a first such technique for preprocessing the accelerometer signal is demonstrated and is described herein as a turning technique. It is assumed that both the measured raw acceleration signal 300 data and the passive acceleration component 302 are determined as described above. Signal preprocessing occurs at step 403 in FIG. First, the shape function is preferably matched to the raw signal before it is subtracted from the raw accelerometer signal 300. The accelerometer 22 generates a data set that spans a range of piston motion from about -40 dATDC to TDC, where almost all of the data originates from piston motion alone, i.e., generally occurs prior to combustion in the combustion chamber. Thus, the crank angle when the shape function is matched to the raw signal is made within the compression stroke, more specifically between about -40 dATDC and TDC. This matching is performed as follows.

i.受動加速度成分を表す未処理加速度計信号と形状関数は、固定クランク度(例えば、−30dATDC)でゼロに安定させられる。   i. The raw accelerometer signal representing the passive acceleration component and the shape function are stabilized to zero at a fixed crank degree (eg, -30 dATDC).

ii.圧縮過程中の未処理加速度計信号データと形状関数の勾配が計算される(例えば、−25から−15dATDCの間で)。未処理加速度計のゼロクロス点と、形状関数のゼロクロス点は、それから計算される。これらのゼロクロス点は、それぞれの勾配が計算されたクランク角の範囲内の1点から外挿することによって、計算される。例えば、勾配が−25から−15dATDCの間で計算された場合、−20dATDCから開始するライン312は、ゼロラインとクロスするように外挿される。   ii. The raw accelerometer signal data and shape function slope during the compression process are calculated (eg, between -25 and -15 dATDC). The zero cross point of the raw accelerometer and the zero cross point of the shape function are then calculated. These zero cross points are calculated by extrapolating from one point within the range of crank angles for which the respective slopes were calculated. For example, if the slope is calculated between −25 and −15 dATDC, the line 312 starting from −20 dATDC is extrapolated to cross the zero line.

iii.形状関数は位相シフトされ、未処理加速度計信号データと形状関数のゼロクロス点は一致する。エラー強さについて、形状関数の位相シフトは制限されている。±2又は±3クランク度の典型的限界が使用される。   iii. The shape function is phase shifted so that the raw accelerometer signal data matches the zero cross point of the shape function. Regarding the error strength, the phase shift of the shape function is limited. Typical limits of ± 2 or ± 3 crank degrees are used.

vi.未処理加速度計信号データと形状関数は、再び固定クランク度(例えば、−30dATDC)でゼロに安定させられる。   vi. The raw accelerometer signal data and shape function are again stabilized to zero at a fixed crank degree (eg, -30 dATDC).

v.形状関数がTDC前の固定角(例えば、−10dATDC)で未処理加速度計信号データの大きさにマッチするように利得が適用される。   v. Gain is applied so that the shape function matches the magnitude of the raw accelerometer signal data at a fixed angle before TDC (eg, -10 dATDC).

未処理加速度計信号データと、マッチした形状関数と、の差がそれから計算される。形状関数マッチングからの結果の一例が、図4Aで実証されている。結果は、圧縮ストローク中のマッチングを示している。結果として生じた差信号304の前端は、燃焼率に関係した情報を含んでいるが、差信号304の後端は、殆どがピストンの移動に関連した情報を含んでいる。ここで開示された処理技術は、この差信号から燃焼率に関係した情報を抽出する。旋回法は、形状関数を、図4Aに参照符号314によって示される40dATDCで、未処理加速度計信号とクロスさせることに使用される。平滑な形状関数を維持することに内挿が使用される。この場合、TDCに近い形状関数302上の旋回点316が識別される。内挿は、形状関数ベクターの旋回点316(TDC)とクロス点314(40dATDC)の間を満たすことに使用される。結果として得られる旋回差曲線318(未処理データと旋回された形状関数曲線の差)が、目標熱放出率曲線310を更に表す図4Aに示されている。しかしながら、いくつかの例では、非燃焼に関連した情報、例えば受動加速度成分も、ここでは反映法と呼ばれる第2の方法を使用することによって除去される。ここで、加速度計燃焼成分の前縁は、差信号データ上の予め定義された点の回りで反映される。その結果は、対称的な加速度計燃焼成分プロフィールとなり、それに対し伝達関数が適用されると、熱放出率を再現することができる。よって、図4Bは、この反映法を図表的に示している。再び、未処理加速度計信号300及び受動信号302、形状関数の双方は、前述したと同様の手法で取得されるものとする。差曲線304(測定された信号300と受動信号302の差)上のピーク322が決定される。ピークのサーチは、限定的な事前選択されたクランク角範囲内でなされる点に留意されたい。制限された窓範囲を使用して、計算効率を改良し、また“偽”ピークの識別によってノイズが結果に影響することを防止する。この窓は、予測される燃焼時期の範囲をカバーするに十分な広さであることが好ましい。−10dATDCから+20乃至+30dATDCまでの範囲は一般的に適切な範囲であるが、当業者が理解するように、その範囲は、エンジン毎に、又は応用毎に変化することができる。ピーク322に関連した値の端数に関連した時間位置(クランク角)が計算される。選択された端数値は、(a)ノイズを伴う比較的平坦な信号に関連したピーク位置の不確実性を除去するために十分小さく、また(b)有意な量の燃焼情報が失われないように十分大きくあるべきである。適切な端数は、50%から99%の範囲にあることができる。この場合、好ましくは、90%の値が選ばれる。90%点を超えた差曲線302上の点は、この点を中心として反映され、対照的な燃焼に関連した加速度曲線を生じさせる。加えて、反映された曲線の上部のピーク回りに平均化フィルタが適用されると、ピークを丸めることができる。この方法は、HCCI型エンジンに対して良好に機能する。   The difference between the raw accelerometer signal data and the matched shape function is then calculated. An example of the results from shape function matching is demonstrated in FIG. 4A. The result shows matching during the compression stroke. The resulting leading edge of the difference signal 304 contains information related to the combustion rate, while the trailing edge of the difference signal 304 contains mostly information related to piston movement. The processing technique disclosed here extracts information related to the combustion rate from this difference signal. The swivel method is used to cross the shape function with the raw accelerometer signal at 40 dATDC, indicated by reference numeral 314 in FIG. 4A. Interpolation is used to maintain a smooth shape function. In this case, a turning point 316 on the shape function 302 close to TDC is identified. Interpolation is used to fill between the turning point 316 (TDC) and the cross point 314 (40 dATDC) of the shape function vector. The resulting swirl difference curve 318 (difference between raw data and swirled shape function curve) is shown in FIG. 4A, which further represents the target heat release rate curve 310. However, in some examples, information related to non-combustion, such as passive acceleration components, is also removed by using a second method, referred to herein as a reflection method. Here, the leading edge of the accelerometer combustion component is reflected around a predefined point on the difference signal data. The result is a symmetrical accelerometer combustion component profile against which the heat release rate can be reproduced. Therefore, FIG. 4B graphically illustrates this reflection method. Again, it is assumed that both the raw accelerometer signal 300, the passive signal 302, and the shape function are obtained in the same manner as described above. A peak 322 on the difference curve 304 (difference between the measured signal 300 and the passive signal 302) is determined. Note that the peak search is done within a limited pre-selected crank angle range. A limited window range is used to improve computational efficiency and to prevent noise from affecting the results by identifying “false” peaks. This window is preferably wide enough to cover the expected range of combustion times. The range from -10 dATDC to +20 to +30 dATDC is generally a suitable range, but as those skilled in the art will appreciate, the range can vary from engine to engine or from application to application. The time position (crank angle) associated with the fraction of the value associated with peak 322 is calculated. The selected fractional value is (a) small enough to remove the uncertainty of the peak position associated with a relatively flat signal with noise, and (b) a significant amount of combustion information is not lost. Should be large enough. A suitable fraction can be in the range of 50% to 99%. In this case, a value of 90% is preferably chosen. Points on the difference curve 302 that exceed the 90% point are reflected around this point, resulting in an acceleration curve associated with contrast combustion. In addition, if an averaging filter is applied around the top peak of the reflected curve, the peak can be rounded. This method works well for HCCI type engines.

現在説明中の技術の別の実施形態では、非燃焼に関連した情報も、微分法を使用することによって除去される。上述した他の2つの方法でのように、この方法は、差曲線304に適用される。図3に示された差曲線304が微分されると、積分された熱放出率310と同様の曲線が求められる。この方法の結果は、図表的に図4Cに示されている。差曲線304を微分すると、微分曲線324が求められる。この場合、微分法は、前述した端効果の影響を除去する。微分法は、エラー強さを確保するために多数の工程を有する点に留意されたい。第1に、未処理加速度計信号データに対してフィルタが適用されて、差信号の微分時に比較的平滑な結果を確保する。位相情報へのフィルタの影響を低減するために、有限インパルス応答型フィルタが好まれる。このフィルタの極に関連した極と値の数により、カットオフ周波数と、遷移領域長と、帯域幅リップルと、計算時間との間にトレードオフが生じる。一例として、19極フィルタは、位相情報への影響も少なく、良好に機能する。同時に、微分信号は、比較的平滑のままである。この場合、フィルタタップの値は、ガウス型減衰に基づく(即ち、減衰はexp{−(x/σ)}に比例する。ここで、xはフィルタの中心からタップまでの距離を示し、またσはフィルタのエッジがσの値の2〜3倍のx値に関連付けられることを確実にするように選択される)。 In another embodiment of the presently described technology, information related to non-combustion is also removed by using a differential method. As with the other two methods described above, this method is applied to the difference curve 304. When the difference curve 304 shown in FIG. 3 is differentiated, a curve similar to the integrated heat release rate 310 is obtained. The result of this method is shown graphically in FIG. 4C. When the difference curve 304 is differentiated, a differential curve 324 is obtained. In this case, the differential method removes the influence of the end effect described above. It should be noted that the differential method has a number of steps to ensure error strength. First, a filter is applied to the raw accelerometer signal data to ensure a relatively smooth result when the difference signal is differentiated. In order to reduce the influence of the filter on the phase information, a finite impulse response type filter is preferred. The number of poles and values associated with this filter pole creates a trade-off between cutoff frequency, transition region length, bandwidth ripple, and computation time. As an example, the 19-pole filter has little influence on the phase information and functions well. At the same time, the differential signal remains relatively smooth. In this case, the value of the filter tap is based on Gaussian attenuation (ie, the attenuation is proportional to exp {− (x / σ) 2 }, where x is the distance from the center of the filter to the tap, and σ is selected to ensure that the filter edge is associated with an x value that is 2-3 times the value of σ).

第2に、形状関数と未処理加速度計信号データとのミスマッチが、早期段階の熱放出率の評価にエラーを持ち込むことが見出されている。これらの問題が現れるので、ほぼ全てのスピード及び負荷の条件に対して単一の形状関数が使用される。この場合、形状関数の勾配は、未処理加速度計データ信号の上死点付近の勾配と確実にマッチすることはない。旋回法及び反映法にとって、このミスマッチは、単に信号対雑音比の減少にすぎない。しかしながら、微分法にとって、この問題は悪化される。何故ならば、微分がミスマッチの効果を増幅するからでる。この問題を回避するための、1つの方法が開発されている。この方法は、微分された信号のピーク位置を参照点として使用する。ピーク位置よりも手前の固定時点又はクランク度間隔での情報は、ゼロに設定される。この方法は、‘333号出願に示されたセプストラル平滑化法と組み合わせて使用されるときに、良く機能する。この問題を解決するために、他の方法も使用できる。例えば、微分された信号全体は、しきい値に基づいて下方にオフセットされ、早期ミスマッチの影響を除去することができる。ピーク位置を参照点として使用する方法は、好ましい方法である。   Second, it has been found that the mismatch between the shape function and the raw accelerometer signal data introduces errors in the early stage heat release rate assessment. As these problems appear, a single shape function is used for almost all speed and load conditions. In this case, the slope of the shape function does not reliably match the slope near the top dead center of the raw accelerometer data signal. For the swivel and reflection methods, this mismatch is simply a reduction in the signal to noise ratio. However, for differential methods this problem is exacerbated. This is because differentiation amplifies the effect of mismatch. One method has been developed to avoid this problem. This method uses the peak position of the differentiated signal as a reference point. Information at a fixed time point or a crank degree interval before the peak position is set to zero. This method works well when used in combination with the septal smoothing method shown in the '333 application. Other methods can be used to solve this problem. For example, the entire differentiated signal can be offset downward based on a threshold to eliminate the effects of early mismatch. A method using the peak position as a reference point is a preferred method.

上記の手法は、エラー強さ問題を持ち込むことがある。例えば、名目燃焼条件下で、ミスマッチに関連した第1ピークの大きさは、燃焼に対応した主ピークの大きさの一部である。一般的に、第1ピークは、この主ピークの10%の範囲内にある。しかしながら、燃焼時期が名目燃焼に対して遅くされたり、進められると、主ピークの大きさは、減少し始める。これに対し、ミスマッチピークの大きさは、比較的一定のままであるか、主ピークは第1ピークと付加的に干渉する。いずれの場合にも、燃焼に関連したピークは、識別することがより困難になる。一般的に、各ピークの絶対的大きさがしきい値より小さい場合、エンジンは不着火であると考えられる。しかしながら、絶対的大きさがこのしきい値より大きく、且つ第1ピークの絶対的大きさが第2ピークの大きさの所定率より小さい場合、第2ピークは、上述したように参照位置として選ばれる。一例として、典型的に、相対的大きさが第2ピークの大きさの75%以下である第1ピークは、第2ピークが参照位置として選ばれるようにする。しかしながら、相対的大きさがこのしきい値レベルより大きい(与えられた例では75%)場合には、通常、第1ピークが選ばれる。   The above approach can introduce error strength problems. For example, under nominal combustion conditions, the size of the first peak associated with the mismatch is part of the size of the main peak corresponding to combustion. Generally, the first peak is within 10% of this main peak. However, as the combustion time is slowed or advanced relative to nominal combustion, the magnitude of the main peak begins to decrease. In contrast, the size of the mismatch peak remains relatively constant or the main peak additionally interferes with the first peak. In either case, the peaks associated with combustion are more difficult to identify. Generally, if the absolute magnitude of each peak is less than a threshold, the engine is considered non-ignited. However, if the absolute magnitude is greater than this threshold and the absolute magnitude of the first peak is less than a predetermined percentage of the second peak magnitude, the second peak is selected as the reference position as described above. It is. As an example, a first peak whose relative magnitude is typically 75% or less of the magnitude of the second peak is such that the second peak is selected as the reference position. However, if the relative magnitude is greater than this threshold level (75% in the given example), the first peak is usually selected.

非燃焼に関連した加速度情報を補償することに、他の手法も使用可能である。例えば、モデルベースの方法は、所定の加速度計信号についての減衰率を予測することに使用できる。   Other approaches can be used to compensate for acceleration information associated with non-combustion. For example, model-based methods can be used to predict the decay rate for a given accelerometer signal.

この処理の次工程は、上述した前処理法、即ち、旋回法、反映法及び微分法の1つによって求められた信号からHRRを構築することである。主ベアリングキャップとシリンダの模式図が図5に示されている。各シリンダについて利用可能な2つのベアリングキャップがある。1つの潜在的な問題は、点火順序がシリンダベアリングキャップのペアリングに強い影響を与えるか否かである。一般的に判明していることは、殆どのベアリングキャップ/シリンダの組み合わせが、使用可能な燃焼性情報を与えるということである。形状関数の選択は、各ベアリングキャップ/シリンダの組み合わせについて実行されることが好ましい。加えて、信号品質が受容可能な、即ち比較的高い信号対雑音比であることを確実にするように注意が払われるべきである。例えば、ある種のシリンダ/ベアリングキャップの組み合わせについて観察された場合、雑音スパイクが燃焼エベント内で観察されることがある。第2のエンジンでは、特別なベアリングキャップからの信号は、受動又は燃焼過程に関連しない同相低周波変動をもつ。この低周波変動は、同相であり得るが、ある程度の位相ジッターを伴う。上記の各場合、結果は、通常、受容できないほど低い信号対雑音比である。かくして、ベアリングキャップ/シリンダの組み合わせを選択するときに、注意が払われるべきである。余剰目的のために、2つの隣接するシリンダについての受容可能な燃焼情報を与える2つのセンサをベアリングキャップ上に搭載することは有利である。   The next step in this process is to build the HRR from the signal determined by one of the pre-processing methods described above, ie, the turning method, the reflection method and the differentiation method. A schematic diagram of the main bearing cap and cylinder is shown in FIG. There are two bearing caps available for each cylinder. One potential problem is whether the firing sequence has a strong impact on cylinder bearing cap pairing. It is generally known that most bearing cap / cylinder combinations provide usable flammability information. The selection of the shape function is preferably performed for each bearing cap / cylinder combination. In addition, care should be taken to ensure that the signal quality is acceptable, ie, a relatively high signal to noise ratio. For example, noise spikes may be observed in combustion events when observed for certain cylinder / bearing cap combinations. In the second engine, the signal from the special bearing cap has in-phase low frequency fluctuations that are not related to passive or combustion processes. This low frequency variation can be in phase, but with some phase jitter. In each of the above cases, the result is usually an unacceptably low signal to noise ratio. Thus, care should be taken when selecting a bearing cap / cylinder combination. For redundant purposes, it is advantageous to mount two sensors on the bearing cap that provide acceptable combustion information for two adjacent cylinders.

要約すれば、以下のように、未処理加速度計データから燃焼情報を抽出するために、4工程の方法が説明された。第1に、測定された加速度計信号が燃焼及び受動加速度(形状関数)成分に分解される。第2に、伝達関数を使用して熱放出率が燃焼成分から再現される。最後の2工程は、再現された熱放出から燃焼性情報を抽出することを含む。非燃焼に関連した情報の多くを除去するために前処理法が使用され、SOC予測に顕著な改良を生じる。加速度計ベースのSOC制御システムの能力がHCCIエンジンで実証された。加速度計ベースの制御システムは、シリンダ内圧力センサベースのSOC制御システムと同様の能力を持つ。開発されたアルゴリズムは、燃焼時期の使用可能で堅牢な評価を生じる。   In summary, a four-step method has been described for extracting combustion information from raw accelerometer data as follows. First, the measured accelerometer signal is decomposed into combustion and passive acceleration (shape function) components. Second, the heat release rate is reproduced from the combustion components using the transfer function. The last two steps include extracting flammability information from the reproduced heat release. Pre-processing methods are used to remove much of the information related to non-combustion, resulting in significant improvements in SOC prediction. The ability of an accelerometer-based SOC control system has been demonstrated with an HCCI engine. The accelerometer based control system has the same capabilities as the in-cylinder pressure sensor based SOC control system. The developed algorithm yields a usable and robust assessment of combustion timing.

現在説明中の技術の特別な要素及び実施形態が図示され説明されたが、勿論、現在説明中の技術は、それらに限定されるものでないことが理解されるであろう。何故ならば、当業者によって、本開示の範囲から逸脱することなしに、特に前述した教示に照らして、変形がなされ得るからである。   While particular elements and embodiments of the presently described technology have been illustrated and described, it will be understood that the presently described technology is not limited thereto. This is because variations can be made by those skilled in the art, particularly in light of the above teachings, without departing from the scope of the present disclosure.

現在説明中の技術の一実施形態に係る燃焼制御システムの模式図である。It is a schematic diagram of the combustion control system which concerns on one Embodiment of the technique now in description. 現在説明中の技術の一実施形態に係る加速度計信号を処理するための工程のフローチャートである。6 is a flowchart of steps for processing accelerometer signals according to one embodiment of the presently described technology. 図2Aの各工程の信号を示す。The signal of each process of FIG. 2A is shown. 加速度計データを表すグラフである。It is a graph showing accelerometer data. 現在説明中の技術の1つの実施形態に係る処理された加速度計データを表すグラフである。6 is a graph representing processed accelerometer data according to one embodiment of the presently described technology. 現在説明中の技術のもう1つの実施形態に係る処理された加速度計データを表すグラフである。6 is a graph representing processed accelerometer data according to another embodiment of the presently described technology. 現在説明中の技術の別の実施形態に係る処理された加速度計データを表すグラフである。6 is a graph representing processed accelerometer data according to another embodiment of the presently described technology. 現在説明中の本技術の一実施形態に係るベアリングキャップ選択を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing bearing cap selection concerning one embodiment of this art under present explanation.

符号の説明Explanation of symbols

100 エンジン、
10: 主ベアリングキャップ
12 例示的燃焼性処理システム
13 信号調節ブロック
16 ピストン
18 クランクシャフト
20 マイクロコントローラ
22 加速度計
28 インターフェース
29 CANバス
100 engine,
10: Main bearing cap 12 Exemplary flammability treatment system 13 Signal conditioning block 16 Piston 18 Crankshaft 20 Microcontroller 22 Accelerometer 28 Interface 29 CAN bus

Claims (3)

動作中の内燃機関における燃焼過程に関連した加速度計信号を処理するための方法であって、
a)前記機関の1サイクル中に、選択されたクランク角度の窓を横断して、燃焼加速度成分及び受動加速度成分を含んだ加速度計信号を測定する工程と、
b)前記受動加速度成分を低減するために、前記測定された加速度計信号に形状関数を適用する工程と
を備えることを特徴とする方法。
A method for processing accelerometer signals associated with a combustion process in an internal combustion engine in operation, comprising:
a) measuring an accelerometer signal including a combustion acceleration component and a passive acceleration component across a selected crank angle window during a cycle of the engine;
b) applying a shape function to the measured accelerometer signal to reduce the passive acceleration component.
a)前記適用する工程に先行して前記形状関数を旋回させる工程と、
b)前記適用する工程において、前記測定された加速度計信号と前記形状関数の差信号を決定すると共に、所定のクランク角度に関する前記差信号の一部を反映して前記燃焼成分を抽出する工程と、
c)前記適用する工程において、前記測定された加速度計信号と前記形状関数の差信号を決定すると共に、前記差信号を微分して前記燃焼成分を抽出する工程と
から選択された1つの前処理工程を含む請求項1に記載の方法。
a) swiveling the shape function prior to the applying step;
b) determining, in the applying step, a difference signal between the measured accelerometer signal and the shape function, and extracting the combustion component reflecting a part of the difference signal relating to a predetermined crank angle; ,
c) one preprocessing selected from the step of determining in the applying step a difference signal between the measured accelerometer signal and the shape function and differentiating the difference signal to extract the combustion component; The method of claim 1, comprising a step.
前記前処理工程に先行して前記形状関数に位相シフトを与える工程を含む請求項2に記載の方法。   3. The method of claim 2, including the step of providing a phase shift to the shape function prior to the preprocessing step.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014144690A (en) * 2013-01-28 2014-08-14 Denso Corp Hybrid vehicle control device

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7444231B2 (en) 2004-11-18 2008-10-28 Westport Power Inc. Method of mounting an accelerometer on an internal combustion engine and increasing signal-to-noise ratio
DE102007020764A1 (en) 2007-05-03 2008-03-27 Schoen, Andre, Dr. Internal combustion engine operating method, involves measuring time period directly or indirectly in operating cycle of engine, to which mixture of ignition provided in cylinder changes in combustion phase or when combustion phase begins
CA2673216C (en) * 2009-07-31 2011-05-03 Westport Power Inc. Method and apparatus for reconstructing in-cylinder pressure and correcting for signal decay
US8027782B2 (en) * 2009-09-16 2011-09-27 GM Global Technology Operations LLC Pattern recognition for random misfire

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04331329A (en) * 1991-05-07 1992-11-19 Japan Electron Control Syst Co Ltd Self-diagnostic device in knocking detection device of internal combustion engine
JP3780549B2 (en) * 1995-11-27 2006-05-31 株式会社デンソー Fuel injection timing control device
DE69740148D1 (en) * 1996-08-23 2011-04-21 Cummins Inc Combustion engine with compression ignition and fuel-air premix with optimal combustion control
US5789667A (en) * 1997-04-25 1998-08-04 Leader; David N. Apparatus and method for testing electric motors
EP1019625B1 (en) * 1997-09-29 2001-07-18 Siemens Aktiengesellschaft Method for monitoring an injection system
US6273064B1 (en) * 2000-01-13 2001-08-14 Ford Global Technologies, Inc. Controller and control method for an internal combustion engine using an engine-mounted accelerometer
JP2003003883A (en) * 2001-06-22 2003-01-08 Nippon Soken Inc Method of detecting combustion condition of diesel engine
WO2004005686A1 (en) * 2002-07-02 2004-01-15 Robert Bosch Gmbh Method and device for the control of an internal combustion engine
FR2844830B1 (en) * 2002-09-23 2006-06-02 Peugeot Citroen Automobiles Sa SYSTEM FOR MONITORING THE OPERATION OF A DIESEL ENGINE OF A MOTOR VEHICLE
JP4211565B2 (en) * 2003-10-16 2009-01-21 いすゞ自動車株式会社 Cylinder internal pressure detection method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014144690A (en) * 2013-01-28 2014-08-14 Denso Corp Hybrid vehicle control device

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