JP2016511364A - 内燃エンジンにおける予測補正 - Google Patents
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Abstract
Description
本特許文献は、「内燃エンジンにおける予測補正」という発明の名称で2013年3月11日に出願された米国仮特許出願第61/776421号の、米国特許法第119条(e)に基づく出願日の利益を主張するものであり、当該米国仮特許出願は参照により本明細書に組み込まれるものとする。
エンジンのサイクル毎の変動を低減する方法及びシステムを提供する。システムは、燃料噴射特性を特定し、燃料噴射特性に基づいてガス燃焼速度又は火炎速度を予測することができる。システムは、予測されたガス燃焼速度に応じて同じエンジンサイクル中に点火時期を調整することができる。
I.動作パラメーターの検出
本開示は、燃料供給速度を内燃エンジンの燃焼室内の火炎速度又は燃料燃焼速度と関連付けるための新たな技術に関する。燃料供給速度は、ホール効果センサー、電流プローブ、針弁リフトセンサー、又は燃料比供給センサーなどの様々な方法で検出することができる。火炎速度又は燃料燃焼速度は、火炎が燃焼室の内部で特定の既知の距離にわたって伝播するのに必要な時間を測定することによって検出することができる。この距離は、燃焼室の内部に挿入された、火炎の特定の場所への到達を検出することが可能な任意の2つ又は複数のセンサーの間にあってもよい。このようなセンサーは、これらに限定されないが、イオン電流センサー、光学センサー、又は火炎に曝されたときに電気信号を生成することが可能な任意のセンサーを含む。本開示はまた、異常なエンジン動作をその発生前に予測するために、エンジンの燃焼室の内部で燃料燃焼速度又は火炎速度を監視するための新しい技術に関することもできる。
II.サイクル毎の変動の予測及び制御
エンジン動作におけるサイクル毎の変動は、内燃エンジンの動作に関連する様々な問題を引き起こす可能性がある。最も顕著な問題の1つは、エンジンの熱効率が、この変動によって、特にエンジンにかかる負荷が減少するにつれて、低下することである。すなわち、エンジンの負荷が減少するにつれて、サイクル毎の変動が増大する。正常動作条件下でのサイクル毎の変動は、エンジンにかかる負荷に応じて、少なくとも20〜40%以上の最大気筒圧力の変動を引き起こす可能性がある。サイクル毎の変動を制限することは、特に実質的な車両停止を含む市街地走行又は交通渋滞の状況で、燃費の向上をもたらすことができる。
III.エンジンノックの予測及び制御
第I節で述べたシステムに関連する別の実施は、エンジンノックを予測することが可能なシステムを提供することができる。エンジンノックは一般に、火花が起こり、火炎が伝播を開始し、火炎前面が到達する前にエンドガスが自己着火するときに引き起こされる。これは、過早点火とエンジンの摩耗及び損傷につながる可能性がある。現在の技術は、エンジンノックを検出することが可能なノックセンサーを提供することができるが、現在のシステムは、より早いサイクルでノックを予測し、ノックが発生するのを防ぐことができるエンジン制御システムを提供しない。第II節に記載されるイオン電流センサーを実施することによって、本開示は、特定の気筒に対して、前の気筒燃焼サイクルでノックを予測し、且つ現在の気筒燃焼サイクルでその発生を防止することができる方法及びシステムを提供する。
IV.過早点火及びランダム過早点火の予測及び制御
第III節に記載されるのと同様のシステム及び方法は更に、内燃エンジンにおける過早点火の予測を提供することができる。第II節で述べたように、エンジンノック及び過早点火は異なる現象によって引き起こされ、このため、それらは異なる予測アプローチを必要とする可能性がある。過早点火は厳しいノック条件によって引き起こされる可能性がある。一方、ランダムな過早点火の原因は知られておらず、それはエンジンが順調に且つ着実に動作しているときに突然発生する。過早点火の発生は、本明細書に開示される燃焼室内の燃焼速度を検出する方法及びシステムの様々な実施形態によって予測し且つ防止することができる。
V.結論
開示される予測方法及びシステムはまた、センサーの様々な組み合わせによって予測し且つ制御することができ、センサーは、本開示の主旨から逸脱することなく、異なる場所に配置することができ、且つ燃焼、流量、電流変化、及び本明細書に記載される、又は記載されるものに類似する任意の他の診断信号を監視することが可能な他の機器を含むことができる。開示される方法及びシステムは、サイクル毎の変動、ノック、過早点火、及び任意の他の関連する又は組み合わせた内燃特性の予測及び補正を提供することができる。
Claims (17)
- エンジンのサイクル毎の変動を低減する方法であって、
燃料噴射特性を特定することと、
前記燃料噴射特性に基づいて、ガス燃焼速度又は火炎速度を予測することと、
予測したガス燃焼速度に応じて同じエンジンサイクル中に点火時期を調整することと
を含む方法。 - 前記燃料噴射特性は、少なくともホール効果信号、電流プローブ信号、針弁リフトセンサー信号、又は燃料比供給センサー信号によって特定される、請求項1に記載の方法。
- 前記燃料噴射特性は、振幅、長さ、傾き、タイミング、最大値、及び/又は形状の少なくとも1つ又は組み合わせを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記ガス燃焼速度又は火炎速度は、第1イオン電流信号のタイミング及び第2イオン電流信号のタイミング、又は第1光学センサータイミング信号及び第2光学センサーの信号タイミングなどの、燃焼室内の1つ又は複数の位置への火炎の到着を予測することによって特定される、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ガス燃焼速度は、第1イオン電流信号の始点、終点、最大値、又は重心の少なくとも1つのタイミングを第2のイオン電流信号の始点、終点、最大値、又は重心の少なくとも1つのタイミングと比較することによって特定される、請求項4に記載の方法。
- エンジンにおけるノックを予測する方法であって、
第1燃焼信号を感知することと、
第2燃焼信号を感知することと
を含む気筒内の複数の場所で燃焼を感知することと、
前記第1燃焼信号のタイミングを前記第2燃焼信号のタイミングと比較することと、
前記第1燃焼信号のタイミングの前記第2燃焼信号のタイミングとの比較に応じて、エンジン動作パラメーターを調整することと
を含む方法。 - 前記第1燃焼信号は第1イオン電流信号を含む、請求項6に記載の方法。
- 前記第2燃焼信号が第2イオン電流信号を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記エンジン制御パラメーターを調整することは、数度のクランク角度の間スパークを遅らせること、二重の噴射を行うこと、及びバルブタイミングを調整することのうちの少なくとも1つを含む、請求項6から8のいずれか1項に記載の方法。
- エンジンの過早点火を予測する方法であって、
燃料噴射特性を特定することと、
前記燃料噴射特性に基づいて、第1ガス燃焼速度信号を予測することと
前記第1ガス燃焼速度信号を点火時期又は第2ガス燃焼速度信号の特性の少なくとも1つと比較することと
を含む方法。 - 前記燃料噴射特性はホール効果信号によって特定される、請求項10に記載の方法。
- 前記燃料噴射特性は、振幅、長さ、傾き、タイミング、最大値、及び形状の少なくとも1つ又は組み合わせを含む、請求項10又は11に記載の方法。
- 前記第1ガス燃焼速度信号は第1イオン電流信号タイミングであり、第2ガス燃焼速度信号は第2イオン電流信号である、請求項10から12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ガス燃焼速度は、第1イオン電流信号の始点、終点、最大値、又は重心の少なくとも1つのタイミングを第2イオン電流信号の始点、終点、最大値、又は重心の少なくとも1つのタイミングと比較することによって特定される、請求項10から13のいずれか1項に記載の方法。
- 内燃エンジンにおけるサイクル毎の変動の予測及び制御の方法であって、
燃焼サイクルの前に気筒への燃料供給速度を測定することと、
前記燃料供給速度からサイクル毎の変動を示す燃焼要素を予測することと、
前記気筒の燃焼要素を制御するために前記燃焼サイクルの少なくとも1つの制御パラメーターを調整することと
を含む方法。 - 内燃エンジンにおけるサイクル毎の変動の予測及び制御のためのシステムであって、
燃料供給速度を測定するように構成された第1センサーと、
燃料燃焼のタイミングを検出するように構成された第2センサーと、
前記第1センサー及び前記第2センサーに動作可能に連結されたコントローラであって、燃料燃焼の速度から燃焼サイクルのタイミング特性を予測し、前記タイミング特性のタイミングを制御するために前記燃焼サイクルの少なくとも1つの制御パラメーターを調整し、前記燃料燃焼のタイミングのタイミングから予測の精度を監視するように構成されたコントローラと
を含むシステム。 - 燃焼サイクルにおける異常な動作状態の予測及び制御の方法であって、
燃焼サイクル中に気筒内の燃料燃焼の第1特性を監視することと、
前記燃焼サイクル中に前記気筒内の燃焼燃料の第2特性を監視することと、
後続の燃焼サイクルにおける異常を検出するために前記第1特性を前記第2特性と比較することと、
前記異常を防ぐために前記後続の燃焼サイクルの少なくとも1つの制御パラメーターを調整することと
を含む方法。
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