JP5405950B2 - 内燃エンジンの異常燃焼の検出方法 - Google Patents
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Description
この異常燃焼は、ノッキングのために気化した混合気の燃焼のタイミングを最適化できず、高負荷で、全体的にエンジンが低回転のときに発生することが判っている。過給の結果として燃焼室内が高圧及び高温に達するために、気化した混合気への点火プラグによる点火が発生する前に、異常燃焼は散発的に、または連続的に開始することがある。この燃焼は、通常の燃焼における第1の炎の伝播段階に比べて、第1の炎の伝播段階があまりにも遅く調整されている特徴がある。この伝播段階は、燃焼室内に存在している気化した混合気の大部分(ノッキングの場合よりも多い)を巻き込む自己着火によって中断することがある。
技術の現状
検出段階は、信号の取得段階と、その次の信号処理段階とを有している。信号処理段階では、特徴付けと定量化とによって高負荷時における過早着火の発生の検出が可能になる。
b−物理モデルと吸気圧力の計測からシリンダ圧力Pe(α)を予測するステップ
c−シリンダ圧力の計測値を使用して計算された変数の少なくとも1つの第1の値と、シリンダ圧力の予測値を使用して計算された変数の少なくとも1つの第2の値とを比較することによって、異常燃焼の開始を検出するステップ
d−いくつかの定められたクランク軸角度でステップb)とステップc)とを繰り返すことによって、過早着火の大きさを特徴付けるステップ
e−燃焼室内で検出された異常燃焼の進行が過早着火現象の大きさによって制御されるステップ
本発明によれば、物理モデルはシリンダ(12)内の圧力の進行を吸気圧力とシリンダ(12)の燃焼室の容積との関数として表すことができる。
1−シリンダ12内の圧力をモデル化するステップ
2−シリンダ12内の圧力を計測するステップ
3−計測されたシリンダ圧力をモデル化されたシリンダ圧力と比較することによって、異常燃焼の開始を検出するステップ
4−燃焼室内で検出された異常燃焼の進行を制御するステップ
1−シリンダ内の圧力のモデル化
圧縮行程の途中のシリンダ圧力は、ポリトロープ圧縮の仮定を使用して、各エンジンサイクルについてモデル化することができる。
2−シリンダ内の圧力計測
シリンダ圧力Pm(α)の計測は、シリンダ圧力の計測手段46aを使用して実施される。圧力測定のための複数のシリンダ12の計装は、車両では次第に一般的になってきている。
3−計測されたシリンダ圧力とモデル化されたシリンダ圧力との比較
過早着火が発生する過程にあるかどうかを判断するために、計測されたシリンダ圧力Pm(α)とモデル化されているシリンダ圧力Pe(α)とを比較する。したがって、この比較は、各クランク角度の位置で実施することができる。つまり、これは、理論的な(モデル化された)シリンダ圧力と比較して、計測されたシリンダ圧力の最小の偏差を非常に高速に検出することを可能にする。この比較を実施することによって、いくつかのクランク軸角度に渡って、この偏差を特徴付けることができる。偏差としては、ゆっくり増加、速く増加、安定している、減少している等がある。したがって、この偏差の傾向の関数として、過早着火が特徴付けられ、修正動作を行うかどうかを決定するために計測される。
4−異常燃焼の制御
この比較によって、エンジンコンピュータ48は、燃焼室14内で「ランブル」型つまり「過早着火」型の異常燃焼の開始を検出することができる。
変形例
シリンダ圧力のモデルを直接使用する実施形態を説明した。他の実施形態によれば、微分モデル(図4)を使用することができる。実際、実時間で過早着火を検出するために、いくつかの信号が使用可能である。例えば、以下の信号である:シリンダ圧力の勾配、エネルギー放出、新しい混合気の温度、場合によっては、log P/log Vのグラフ。
シリンダ圧力の勾配(図5)
一般的に、過早着火の発生の状態(低エンジン回転と高負荷)は、ノッキングを防止するための圧力減少段階において点火プラグからの花火による着火がはるかに遅れたときに生じる。そして、シリンダ圧力曲線は、圧縮に関係する第1のピークと、燃焼に関係する第2のオフセットピークとの発生を示している(図3)。したがって、シリンダ圧力の勾配の符号のみに基づいて過早着火を検出することができる。点火が行われる前に符号が正の場合は、過早着火が発生している。
エネルギーの放出
シリンダ圧力の微分値は、簡略化されているエネルギー放出δQの計算にも使用できる。
新しい混合気の温度(図6A〜6D)
新しい混合気(空気と燃料)の平均温度Tは、過早着火時の燃焼の感応性への影響が非常に大きいという利点があるパラメータである。さらに、この温度は、吸気分配器の内部の温度(図6A)、吸入された空気と燃料の量、シリンダ圧力などのいくつかの他の変数を使用して予測することができる。したがって、この新しい混合気の温度に閾値を設定することによって、過早着火を検出したり、予測したりすることさえできる。過早着火の早期の検出と良好な予測とによって、同じサイクル内での是正措置を開始するための時間を容易により長く用意することができる。
グラフlog P/log V(図7)
変数log(P)とlog(V)とによって、エンジンサイクルの途中のシリンダ圧力の傾向の表現が簡単になる利点がある。
一実施形態によれば、実験変数とモデル化されている変数との間の全てで比が成立するように、特に互いに相殺するおそれのある変数については、1つまたはいくつかの定数項(この場合はP0 mとP0 e)によって式を調整することによって比の不安定さを減少させる。さらに変数の間の厳密な非線形性を保障できるようになる。例えば次にようにする。
12 シリンダ
14 燃焼室
16 燃料供給手段
18 燃料インジェクタ
20 摺動弁
22 吸気手段
24 吸気手段の弁
26 吸気管
28 排気手段
30 排気手段の弁
32 排気管
34 点火手段
36 排気コレクタ
38 排気ライン
40 過給装置
42 作動ステージ
44 圧縮ステージ
46a シリンダ圧力の計測手段
46b 吸気圧力の計測手段
48 計算と制御のユニット
50 導体
52、53 電線
54 導体
Claims (10)
- 点火が制御されている過給内燃エンジンの燃焼を制御する方法であって、前記エンジンの少なくとも1つのシリンダ(12)の燃焼室(14)内の異常燃焼を前記シリンダ(12)内の圧力Pm(α)の連続計測によって検出する方法において、
(a)クランク軸の回転の角度の関数として、過早着火現象を伴わない1つの燃焼の範囲内において前記シリンダ(12)内の前記圧力の進行を表す物理モデルを選択するステップと、
(b)前記物理モデルと吸気圧力の計測値とからシリンダ圧力Pe(α)を予測するステップと、
(c)前記シリンダ圧力の前記計測値を使用して計算された変数の少なくとも1つの第1の値と、前記シリンダ圧力の前記予測値を使用して計算された前記変数の少なくとも1つの第2の値とを比較することによって、異常燃焼の開始を検出するステップと、
(d)いくつかの定められたクランク軸角度で前記ステップ(b)と前記ステップ(c)とを繰り返すことによって、過早着火の大きさを特徴付けるステップと、
(e)前記燃焼室(14)内で検出された前記異常燃焼の進行を前記過早着火現象の大きさによって制御するステップと、
を有することを特徴とする方法。 - 前記物理モデルは前記シリンダ(12)内の前記圧力の傾向を前記吸気圧力と前記シリンダ(12)の前記燃焼室(14)の容積との関数として表されている、請求項1に記載の方法。
- 燃料、水、または炭化水素を含んでいる薬品の前記燃焼室(14)内への導入によって前記異常燃焼の進行を制御する、請求項1または2に記載の方法。
- 前記燃焼室(14)の内側で圧力を低下させることによって前記異常燃焼の進行を制御する、請求項1または2に記載の方法。
- 前記燃焼室(14)の内側で圧力を低下させるように少なくとも1つの追加弁を開くことによって前記異常燃焼の進行を制御する、請求項1または2に記載の方法。
- 前記燃焼室(14)の内側で圧力を低下させるように弁(24、30)の少なくとも1つを開くことによって前記異常燃焼の進行を制御する、請求項1または2に記載の方法。
- 前記変数はシリンダ圧力勾配であって、前記異常燃焼の開始は前記勾配の符号を解析することによって検出される、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記変数は、シリンダ圧力勾配、エネルギー放出、新しい混合気の温度、シリンダ圧力の対数から選択される、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法。
- いくつかの計測された変数と予測された変数とを比較する、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記計測された変数と前記予測された変数とは複数の閾値を使用して比較される、請求項9に記載の方法。
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