JP5596502B2 - 燃焼指標の分布のモデル化による、内燃機関の異常燃焼を検出する方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼段階の制御の分野に関する。本発明は特に、このような機関の燃焼室における、低速かつ高負荷時の早期点火型の異常燃焼を検出する方法に関する。

本発明は、詳細には、非常に大きい負荷で運転される小型化された火花点火機関に適用される方法に関するが、それのみに限定されるわけではない。

火花点火機関は、（空燃比１における）動作モードと、火花点火機関の簡素で低コストの後処理システムとがうまく適合するため、局所的な排出ガス（ＨＣ、ＣＯ、およびＮＯ_ｘ）を制限する利点をもたらす。この本質的な利点にもかかわらず、このような機関は、競合するディーゼル機関がＣＯ_２排出を平均で２０％削減できるため、温室効果ガスの排出に関して不利な状況にある。

小型化と過給の組み合わせは、火花点火機関の消耗を低下させるためにますます広まっている解決手段の１つである。残念なことに、このような機関における従来の燃焼機構は、異常燃焼の悪影響を受けることがある。この種の機関は、気筒の内側横壁と、この気筒内をスライドするピストンの頂部と、気筒ヘッドとによって区画される燃焼室を含む少なくとも１つの気筒を含む。一般に、この燃焼室内に燃料混合物が収容され、圧縮段階が実施され、次に点火プラグによる火花点火の作用によって燃焼段階が実施される。以下の説明では、これらの段階が「燃焼段階」という言葉で一緒にまとめられている。

この燃料混合物に様々な燃焼タイプを施すことができ、かつこれらの燃焼タイプが、それぞれの異なる圧力レベルを供給することと、機関に重大な損傷を与える場合もある機械的応力および／または熱応力を供給することがわかっている。

標準的な燃焼または正常燃焼と呼ばれる第１の燃焼は、以前の機関圧縮段階において圧縮された燃料混合物の燃焼が伝搬した結果である。この燃焼は、通常、プラグで発生した火花からの火炎前面として伝搬し、これによって機関が損傷を受けるおそれはない。

他の燃焼タイプは、燃焼室内の望ましくない自己点火の結果であるノッキング燃焼である。したがって、燃料混合物の圧縮段階の後で、この燃料混合物を点火させるようにプラグが作動させられる。ピストンによって生じさせられる圧力と燃料混合物の燃焼開始によって放出される熱との作用によって、点火プラグによる燃料混合物の点火の結果として生じる火炎前面が近づく前に、圧縮された燃料混合物の一部が急激にかつ局所的に自己点火する。このメカニズムは、エンジンノックと呼ばれ、局所的に圧力および温度を上昇させ、繰り返し生じた場合には、機関、主としてピストンに破壊的な影響を及ぼすおそれがある。

最後に、他の燃焼タイプは、点火プラグが燃焼室に存在する燃料混合物の点火を開始する前の、燃料混合物の早期点火による異常燃焼である。

この異常燃焼は、小型化を施された機関において特に悪影響を及ぼす。この処理は、従来の機関と同じ出力および／または同じトルクを維持しつつ機関のサイズおよび／または容量を小さくするための工程である。一般に、この種の機関は基本的にガソリン式であり、高過給される。

この異常燃焼は、エンジンノックのために燃料混合物の燃焼のタイミングを最適化できないときに、高負荷かつ概ね低機関速度で生じることがわかっている。過給の結果として燃焼室内で高圧および高温に達することを考慮すると、点火プラグによって燃料混合物が点火されるよりもかなり前に、異常燃焼が散発的にまたは連続的に開始する可能性がある。この燃焼は、第１の火炎伝搬相が標準的な燃焼と比べて過度に早く生じることを特徴とする。この伝搬相は、エンジンノックの場合よりもはるかに多い、燃焼室内に存在する燃料混合物の大部分を巻き込む自己点火によって中断されることがある。

この異常燃焼が何回もの機関サイクルにわたって繰り返し生じ、たとえば気筒のホットスポットから開始する場合、それは「早期点火」と呼ばれる。この燃焼が急激に、不規則に、かつ散発的に生じる場合は「ランブル」と呼ばれる。

後者の異常燃焼では、圧力レベルが非常に高くなり（１２０〜２５０バール）、伝熱量が増大し、それによって、ピストンやピストンロッドのような機関の可動部材が部分的または全体的に破壊されるおそれがある。この早期点火タイプは、現在、実際に火花点火機関の小型化を制限している。これは非常に複雑な現象であり、多数の原因が考えられる。その出現について説明するいくつかの仮説が文献に記載されているが、現在までのところ、明確に立証されている仮説は無く、むしろ、考えられるこれらの原因のいくつかが同時に起こって互いに作用していると考えられる。この相互作用、この現象の激しさ、およびその確率的特性が、分析を極めて複雑にしている。さらに、この問題に関する様々な研究の全てにおいて、これらの異常燃焼に固有の認識の問題が生じている。実際に、所与のサンプルの燃焼の各々の性質を判定できないかぎり、ある機関が他の機関より早期点火の影響を生じやすいかどうかを述べるのは困難である。

したがって、これらの異常燃焼を検出し定量化するのを可能にする方法が間違いなく必要である。その理由は、そのような方法は、このヒエラルキーを確立することと、機関の設計および調整の向上を可能にする筋道の確認を、厳密に実現できるからである。この作用は、テストベンチ機関開発時に特に興味深い。

これらの異常燃焼に対処する一般的な方法は図１に概略的に示されており、この場合、まず、この現象が出現する最大のリスクを制限する防止相（ＰＰ）が実施され、次に、防止策がこの現象を回避するのに十分でないときに、検出相（ＰＤ）が実施され、補正相（ＰＣ）によって、早期点火が検出されたまさにそのサイクルに介入するのが適切であるかどうかが判定される。

検出相は、信号取得段階と、次の、高負荷での早期点火の出現を検出してそれを特徴づけて定量化するのを可能にする信号処理段階と、を含む。

欧州特許出願第１８２８７３７号には、ランブル型の高負荷での早期点火の出現を検出する方法が記載されている。この方法は、燃焼の進行に関する信号の測定と、しきい値信号との比較とに基づく。ランブル型の異常燃焼が燃焼室内に存在することは、信号の振幅がしきい値信号の振幅を著しく超えたときに検出される。この方法によれば、しきい値信号は、ノッキング燃焼または正常（標準的な）燃焼の時に生成される信号の振幅に相当する。

しかし、この方法によれば、このように実施される検出は、本来の検出サイクル中には実施できない。この種の早期点火に対する補正処置は、このような現象が発生した後にしか実施できず、機関の完全性が著しく損なわれるおそれがある。

フランス特許第２８９７９００号にも、他の方法が記載されている。この方法によれば、早期点火が検出された後により迅速に処置を講じることができ、現象検出サイクルと同じサイクル中に処置を施すことができる。したがって、まず、機関が作動する前に、しきい値信号が算出され、次に、マップと呼ばれる計算器のデータチャートに格納される。

しかし、機関のマップを用いると、このような現象の開始を任意の時間に、すなわちリアルタイムに検出することはできない。したがって、検出が過度に遅れることがある。さらに、現象の変化の定量化を実施することができない。したがって、補正相を適用する必要があるか否かは、所与の時間における２つの振幅の比較のみに基づいて決まる。ここで、このような現象が開始し、機関に損傷を与えることなく終了し、したがって、補正相が必要とされないこともある。

欧州特許出願第１８２８７３７号 フランス特許第２８９７９００号

したがって、本発明の目的は、一般に機関で使用されている装置およびシステムによって、（ランブル型の）高負荷での早期点火現象をリアルタイムで検出し、それを特徴づけて定量化するのを可能にし、それによって、検出サイクルと同じサイクル中の次の機関動作相における早期点火現象を防止できるようにする処置を講じる代替方法である。この方法は、燃焼状態の指標のモデル化と、モデル化に使用される理論的法則の係数の変化の分析とに基づく。

そこで、本発明の目的は、火花点火内燃機関の燃焼を制御する方法であって、異常燃焼が機関の少なくとも１つの気筒（１２）の燃焼室（１４）内で検出され、燃焼の状態を表す少なくとも１つの信号が、機関内に配置された少なくとも１つの検出器によって記録され、各機関サイクルでの燃焼の少なくとも１つの指標がその信号から推定される。この方法は、各機関サイクルごとに以下の段階を含む。
ａ−理論的な分布法則の係数を求めることによって、進行中のサイクルの前のＮ回のサイクルにわたって取得されたＮ個の燃焼指標値の分布をモデル化する。
ｂ−Ｎ個の値から極値を取り除くことによって前の段階を繰り返すか、あるいは、機関の様々な作用点について前の段階を繰り返して、前記係数の変化を得る。
ｃ−少なくとも１つの係数の変化を特徴づける少なくとも１つのパラメータを求める。
ｄ−パラメータを所定のしきい値と比較することによって、異常燃焼の開始を検出する。
ｅ−燃焼室内で検出された異常燃焼の進行を制御する。

本発明によれば、係数の総計値に対する公差からしきい値を直接定めることができる。各係数の一次および二次導関数を計算することによってしきい値を定めることも可能であり、各導関数について最大変動限界および相対的変動限界（maximum and relative variation bounds）が決められる。各係数を別個に分析し、各係数によって所定数の早期点火の平均を別個に算出することによって、早期点火の出現の頻度の平均を求めることも可能である。

信号は、気筒内の連続的な圧力測定値であってよい。指標は、導入されたエネルギーの１０％が放出された場合のクランク角度であってよい。

最後に、本発明によれば、指標を、正常燃焼の場合に、進行中のサイクルの前のＮ回のサイクルにわたって取得されたＮ個の値の分布が、変換されていない指標より小さい分散を示すような、少なくとも１つの新しい指標に変換することができる。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。

早期点火型の異常燃焼に対処する一般的な方法を示す図である。 本発明による検出方法を用いる機関を示す図である。 ＣＡ１０値のヒストグラムと、このヒストグラムに最も良く適合するのを可能にする正規法則（normal law）とを示す図である。 ＣＡ１０値のヒストグラムと、早期点火（ＰＡ）が出現した場合にこのヒストグラムに最も良く適合するのを可能にする正規法則とを示す図である。 非正規法則によるＣＡ１０値のモデル化を示す図である。 全ての初期データサンプルからすべてのサンプルが漸次取り除かれるときのＧＥＶ法則の係数の変化を示す図である。 サンプルのサイズの関数としてのＧＥＶ法則の係数の一次導関数の変化を示す図である。 サンプルのサイズの関数としてのＧＥＶ法則の係数の二次導関数の変化を示す図である。 ＧＥＶ法則の「スケール」係数（平均、平均±可算される標準偏差）の二次導関数の変化を示す図である。 サンプルのサイズの関数としてのＧＧ法則の係数の変化を示す図である。 サンプルのサイズの関数としての一般化されたガンマ法則の係数の一次導関数の変化を示す図である。 サンプルのサイズの関数としての一般化されたガンマ法則の係数の二次導関数の変化を示す図である。 動作負荷（operating load）の関数としてのＧＥＶ法則係数の変化を示す図である。 １０００回のサイクルにわたっての燃焼開始の遅延の変化の例を示す図である。 ＣＡ＝ＣＡ１０であるときの、ＣＡ１０と圧力の角度導関数との関係を示す図である。 １０００回のサイクルにわたっての「低減」量であるベータの変化を示す図である。 ＣＡ＝ＣＡ１０であるときの、ＣＡ１０と圧力の角度導関数との関係を示す図である。 Ｘ２の関数としてのＹ２、すなわち、フレームＣＡ１０、ＤＰで識別された主方向から得られた基準フレームにおける各サイクルの射影を示す図である。 各サンプルごとのＹ２（上部）およびＸ２（下部）を示す図である。

図２において、特にガソリン式の火花点火過給内燃機関１０は、内部で過給空気と燃料の混合物の燃焼が生じる燃焼室１４を含む少なくとも１つの気筒１２を有している。

気筒は、例えば、燃焼室内に開放されている、弁２０によって制御される燃料噴射ノズル１８の形態をした、加圧下で燃料を供給する少なくとも１つの手段１６と、端部がプレナム２６ｂ（不図示）になっている吸気管２６に結合された弁２４を含む少なくとも１つの給気手段２２と、弁３０および排気管３２を含む少なくとも１つの燃焼ガス排気手段２８と、燃焼室内に存在する燃料混合物の点火を可能にする１つまたは複数の火花を発生させる点火プラグのような少なくとも１つの点火手段３４と、を有している。

この機関の排気手段２８の管３２は、排気配管３８に連結された排気マニフォールド３６に連結されている。過給装置４０、たとえばターボ圧縮機が、この排気配管に配置されている。ターボ圧縮機の場合、ターボ圧縮機は、排気配管内を循環する排気ガスによって掃気されるタービンを含む駆動ステージ４２と、加圧下で吸気を、吸気管２６を通して燃焼室１４に送りこむのを可能にする圧縮ステージ４４とを有している。

機関は、機関の気筒１２内に配置された、気筒圧力を測定する手段４６ａを有している。このような測定手段は、一般に、気筒内の圧力の変化を表す信号の生成を可能にする圧力検出器からなる。

機関は、プレナム２６ｂ内に配置された、吸気圧力を測定する手段４６ｂを有していてもよい。これらの測定手段は、一般に、吸気プレナム内の吸気圧力の変化を表す信号の生成を可能にする圧電型の絶対圧力検出器からなる。

機関は、機関計算器と呼ばれ、複数の導体（そのうちのいくつかは双方向導体）によって機関の様々な部材および検出器に接続されており、水温や油温のような、これらの検出器から放出された様々な信号を受信可能であって、信号を処理し、次いで、この機関が円滑に運転されるように機関の構成部材を制御することができる計算および制御ユニット４８も有している。

したがって、図２に示されている例の場合、点火プラグ３４は、導体５０によって機関計算器４８に接続されており、それにより、燃料混合物の点火時間を制御し、気筒圧力検出器４６ａが、気筒内の圧力の変化を表す信号を機関計算器に送るように、ライン５２によって機関計算器に接続され、噴射ノズル１８を制御する弁２０が、燃焼室内の燃料噴射を制御するために、導体５４によって計算器４８に接続されている。手段４６ｂもライン５３によって機関計算器４８に接続されている。

このような機関において、本発明による方法は、（ランブル型の）高負荷時の早期点火現象の出現を検出して、この現象を特徴づけるとともに定量化するのを可能にする。一実施例によれば、この方法は、
１−各機関サイクルにおいて、気筒内の圧力を測定し、この圧力から少なくとも１つの燃焼指標を推定する段階と、
次に、各サイクルごとに、
２−様々な構成についての理論的な分布法則の係数を求めることによって、進行中のサイクルの前のＮ回のサイクルにわたって取得されたＮ個の燃焼指標値の分布をモデル化し、Ｎ個の値から極値を取り除くことによってモデル化段階を繰り返すか、あるいは前記機関の様々な作用点についてモデル化段階を繰り返す段階と、
３−前記Ｎ個の値から極値を漸次無視するときの、前記係数の変化を特徴づける少なくとも１つのパラメータを求め、前記係数によって前記パラメータの少なくとも１つのしきい値を定める段階と、
４−パラメータをしきい値と比較することによって異常燃焼の開始を検出する段階と、
５−燃焼室内で検出された異常燃焼の進行を制御する段階と、を含む。

１−各サイクルで燃焼指標を求める
燃焼の状態を表す少なくとも１つの信号は、機関内に配置された検出器によって記録される。一実施形態によれば、気筒圧力が選択される。気筒圧力の測定は、気筒圧力測定手段４６ａによって実施される。車輌では、圧力測定用の気筒を装備することがますます一般的になっている。

次に、各サイクル中に、この信号から少なくとも１つの燃焼指標が算出される。一実施形態によれば、ＣＡ１０が選択される。ＣＡ１０は、導入されたエネルギーの１０％が放出された場合のクランク角度に相当する。

２−Ｎ個の燃焼指標値の分布をモデル化する
正常燃焼、すなわち、早期点火現象を伴わない燃焼の特徴付けが、前のＮ−１回のサイクルと進行中のサイクルとにわたって算出されたＮ個のＣＡ１０値からオンラインで実施される。

正常燃焼、すなわち、早期点火現象を伴わない燃焼は、前のＮ−１回のサイクルと進行中のサイクルとにわたって算出されたＮ個のＣＡ１０値の分布の特徴を示す１つ以上のパラメータを求めることによって特徴づけられる。

本発明によれば、これらのパラメータは、Ｎ個のＣＡ１０値の分布をモデル化することによって求められる。このモデル化は、観測された分布の最良の再生を可能にする理論的法則の係数を求めることからなる。

好ましい実施形態によれば、様々なモデル化は、反復プロセスによって「極値」と呼ばれる値を無視することによって実施される。

燃焼の何サイクルにもわたる分散は、一般に、機関の挙動を特徴付ける基準として使用される平均と、観測された量の安定性を定量化するために従来用いられている標準偏差とを関連付ける正規法則によって表される。ここで、従来の標準偏差は必ずしも安定性を表すとは限らず、かつ図３に示されているように、正規法則による周期的分散はある条件の下では最適にならないと考えられる。この図は、ＣＡ１０値のヒストグラム（縦軸は密度Ｄを表す）と、このヒストグラムに最も良く適合する正規法則（Lnorm）とを示している。この燃焼の不安定性は、たとえば点火ミスによってユーザに直接感じられること（運転性および排出ガスの問題）があり、さらに極端な場合には、機関を破壊するおそれがある異常燃焼に結びつくこと（火花点火機関の高負荷時の早期点火の問題）がある。

この分布モデル化方法では、正規法則として算出される「平均／標準偏差」の対よりも適切な情報を提供することができる。このことは、早期点火などの異常燃焼を検出する上で重要である。

実験によるＣＡ１０分布と、早期点火（ＰＡ）が出現した場合に正規法則（Lnorm）を使用するモデル化の例が、図４に示されている。早期点火を伴うサイクルでは、ＣＡ１０値が小さい方へ向かって分布が広がっていることがわかる。したがって、実施されたモデル化は（正規法則に基づくものであるか他の法則に基づくものであるかとは無関係に）正常燃焼を全く表していないため、この広がりによって必然的に歪む。

正常燃焼（すなわち、プラグの火花によって開始される燃焼）のみのモデル化を、Ｎ回のサイクルの全てのサンプルから実施することはできない。

この場合、本発明による方法は、燃焼指標分布法則のこのモデル化により、使用される理論的な分布法則の係数の変化に従うことによって早期点火の割合を定量化するのを可能にする。この場合、この方法は以下の段階を含む。
１．モデル化すべき分布のＮ個の値から、Ｘ個のＣＡ１０値を取り除く段階。最低値を取り除くことが好ましい。
２．図５に示されているように、先験的な法則の選択（ガンマ法則、一般化された極値、ワイブル、ナカガミ、対数ロジスティック・・・）によって、残りのＣＡ１０値の分布をモデル化する段階。
３．Ｎ−Ｘ個のＸＣＡ１０値からさらに他のＣＡ１０値を取り除く段階。残りの最低値を取り除くことが好ましい。以後このプロセスが繰り返される。

したがって、ＣＡ１０値の分布をモデル化する理論的法則の係数の変化が得られる。

ＣＡ１０値が最低の方からＸ回のサイクルを取り除くことは、早期点火に対応する可能性のあるサンプル値を取り除くことに相当する。このアルゴリズムでは、数回の反復の後、すべての早期点火を取り除くことができ、したがって、プラグによって正常に開始される燃焼のみからなるサンプルが得られる。したがって、早期点火と正常燃焼との間の検出しきい値は、このアルゴリズムによって自動的に設定される。

たとえば、ＧＥＶ型の分布法則を考えると、密度関数は以下のような一般的な形態を有する。

したがって、考えられる実際の係数は以下の通りである。
μ∈［−∞，∞］ 《位置》係数と呼ばれる。
σ∈［０，∞］ 《スケール》係数と呼ばれる。
ξ∈［−∞，∞］ 《形状》係数と呼ばれる。

反復プロセスの間のこれらの係数の変化は、極めて特有の傾向を示す。より正確に言えば、サンプルが早期点火を含むときと含まないときとで、変化は異なる。したがって、これらの変化を使用して早期点火の割合を定量化するのが賢明である。

図６は、全ての初期データサンプルから、すべてのサンプルが漸次取り除かれるときのＧＥＶ法則の係数の変化を示している。

図６に示されているようなＧＥＶ法則を使用する反復モデル化の場合、係数σ（《スケール》）およびμ（《位置》）が極めて特徴的な変化を示すことに注目することができる。したがって、最大値や変曲点（flex points）のような、これらの変化曲線の特異値を用いて、これらの変化から早期点火の頻度を定量化することが可能である。

他の実施形態によれば、理論的な分布法則の係数は、反復プロセスの範囲内では用いられない。実際に、統計的モデル化を様々な作用点に直接適用し、かつ用いられた法則の係数値を直接比較することによって、早期点火開始の出現を機関負荷の関数として検出することが可能である（これに対して、上記の例では、負荷が安定していた）。

図１３は、機関速度の等値線（すなわち、動作速度が同じであるが負荷が異なる状態で記録された様々な点）との比較を示している。これによって、この特定の法則によって各作用点のＣＡ１０の分布をモデル化したいときに、ＧＥＶ法則の係数の値を比較することができる（この図に示されているパラメータ「k」、「sigma」、および「mu」は、上記の図では「形状」、「スケール」、および「位置」と呼ばれている）。この場合も、早期点火の出現はこれらの係数の特定の変化に反映され、特に係数「mu」が著しく増大する形で反映される。したがって、ＧＥＶ法則による検出方法は、早期点火が、例えば、基準である小さい負荷で出現する前に、この係数の平均値を検討することによって、この明確な増大を検出することからなり、この値を３０％超えることが早期点火の開始に相当する。

３−しきい値を定め、早期点火を伴う燃焼を検出する
一実施形態によれば、しきい値は、係数（μ、σ、ξ）の総計値に関する公差から直接定められる。

他の実施形態によれば、各係数（μ、σ、ξ）の一次および二次導関数が算出され、各導関数について最大変動限界および相対的変動限界が設定される。図６に示されている３つの係数の導関数が図７および図８に示されている。

たとえば、係数σ（《スケール》）およびμ（《位置》）に関して、「厳密に選択された」範囲にわたって一次および二次導関数の平均値を算出し、早期点火検出のしきい値を、平均値を中心として標準偏差の２倍に相当する変動（図９の係数σ（《スケール》）の二次導関数に示されている）に設定することが可能である。

算出ゾーンを適切に選択することは、早期点火が存在しないことが先験的に既知であるゾーンを選択することからなる。たとえば図９では、ＧＥＶ法則の係数σ（《スケール》）の平均値および標準偏差は、２００サイクルのみの範囲にわたって特徴づけられ、したがって、以下の外乱、すなわち、
−考えられる早期点火に関連する外乱（１０００サイクルしか取得しない場合に、３００サイクルに早期点火が含まれることが極めてまれであることを考慮して、ＣＡ１０が小さい方から３００サイクルを使用しないようにすることによって、十分なマージンが得られる）と、
−モデル化されたサンプルが十分な量のデータを含まないとき（たとえば、サンプルサイズが２００サイクル未満であるとき）のモデル化収束失敗（the modeling convergence failures）に関連する外乱と、が回避される。

各係数を別個に分析し、かつ各々の前記係数によって別個に求められた早期点火の数の平均を算出して、早期点火量の平均指標を得ることによって、平均の早期点火出現頻度を求めることも可能である。

図１０は、同じ反復プロセスによる一般化されたガンマ法則（ＬＧ）の係数の変化を示している。この場合も、係数は、全ての初期サンプルから、早期点火と推定されるサイクルを取り除いたときの、特定の変化を示している（係数「ｂ」および「ｃ」は、初期サンプルから１００回のサイクルが取り除かれたときに極めて明らかに安定し、係数「ａ」も、すべての早期点火が取り除かれたときに最大値に達するため、特定の変化に従っている）。図１１および図１２は、一般化されたガンマ法則についての、これらの係数の一次および二次導関数の変化を示している。

４−異常燃焼制御
この比較によって、機関計算器は、燃焼室内における「ランブル」型または「早期点火」型の異常燃焼の開始を検出することができる。

異常燃焼の場合、この計算器は、次に、このような燃焼が継続するのを避けるために、この燃焼の制御に必要な処置を開始する。

異常燃焼制御と呼ばれる制御は、急激で破壊的な圧力上昇を回避するように、この燃焼の進行を制御する可能性と、たとえば鎮火（smothering）によってこのような燃焼を完全に停止させる可能性である。

燃焼制御は、噴射ノズル１８による所定のクランク角度での燃焼再噴射によって実施することが好ましい。より正確に言えば、関連する気筒の噴射ノズルが、ある量の燃料を液体の形態で燃焼室に送りこむのを可能にするように、計算器が弁２０を制御する。再噴射される燃料の量は、機関の構成に応じて決まり、この燃焼室に最初に送りこまれる燃料の量の１０％から２００％の間の範囲であってよい。したがって、再噴射される燃料は、異常燃焼の場合に広がり始める火炎に対抗するために使用される。この再噴射は、この火炎を吹き飛ばすこと、あるいは、燃料混合物の空燃比を高くすることによって火炎を鎮火することを可能にする。さらに、液体の形態で噴射された燃料は、この火炎の周りに存在する熱を用いて蒸発し、火炎の周りの温度条件が低下し、したがって、燃料混合物の燃焼、特に燃料混合物の自動点火が抑制される。

この燃料噴射の後に、気筒内の圧力が上昇するが、それほど急激な上昇ではない。その後、この圧力は低下し、従来の燃焼の圧力レベルに適合するレベルに達する。

このメカニズムは、高い燃焼速度および高い圧力を有する異常燃焼の進行を抑止する。もちろん、計算器によってこのような燃焼が検出された各サイクルで、異常燃焼を制御するように構成された手段が使用される。

上述したような方法の処置を、スロットルを閉じることなどの、時間のかかる他の処置と組み合わせて、燃焼室内の圧力条件が次のサイクルの異常燃焼を推進するのを防止することができる。

５−他の実施形態
本発明は、瞬間的なトルク、瞬間的な機関速度、振動レベル（加速度検出器）、イオン化信号・・・のような、気筒圧力以外の測定値を使用するのを可能にする。

本発明は、他の燃焼指標、すなわち、
−気筒圧力から得られるＭＩＰ、最大気筒圧力、最大圧力時のクランク角度、ＣＡ_ｘｘ、最大エネルギー放出量、
−瞬間的なトルクから得られる最大トルク、最大トルク導関数、
−瞬間的な機関速度から得られる最高速度、最高加速度、
−燃焼室の容積、または、ある時間の容積勾配（たとえばＣＡ１０）
を用いることもできる。

本発明は、単一の燃焼指標の使用に制限されない。実際に、このような指標のいくつかを同時に組み合わせると有利である場合がある。現在の方法では、このような指標は、常に別個に分析される。

燃焼の進行状態についてのいくつかの指標の値（ＣＡ１０、ＭＩＰ）を同時に分析するために、いくつかの指標が組み合わされ、正常燃焼と早期点火などの異常燃焼とをより迅速かつより効率的に区別するのを可能にする他の指標が得られる。

組み合わせるべき指標（ＣＡ１０、最高気筒圧力、最高気筒圧力導関数・・・）を適切に選択すると、Ｘ_１、Ｘ_２・・・Ｘ_ｎで示され、正常燃焼の場合に、直接指標ｘ_１、ｘ_２・・・ｘ_ｎよりもずっと低い分散を示す「低減指標（reduced indicators）」と呼ばれる指標を得ることができる。同じ早期点火感度を維持しつつ、燃焼に関連する自然分散を「消去」することも可能である。

したがって、様々な指標間の関係を最もうまく利用するように、次元減少（dimension reduction）が実施される（指標は次元を表す）。

この次元減少を実施するには、様々な数量間の相関関係を最も良く表す空間の方向（ｘ_１、ｘ_２・・・ｘ_ｎ）を求める。この手法の根拠となる前提は、早期点火型の異常燃焼が、正常燃焼が従う燃焼モードとはいくつかの点で異なる燃焼モードを有することである。言い換えれば、このような早期点火の１つ以上の特徴は、早期点火を他の正常燃焼と区別するのを可能にする不連続性を示す。様々な指標間の相関関係を示すと、このような燃焼モードの変化をより容易に強調することができる。

第１の実施形態によれば、様々な指標間の相関関係は、指標間の回帰（regression）によって求められる。

図１４は、安定化走行条件の下で１０００回の機関サイクルを得る間のＣＡ１０の変化を示している。正常燃焼に関連する分散は、クランク角度で４°程度である。早期点火が、ＣＡ１０値の平均から、最大でクランク角度約１９°（１９°Ｖ）だけ逸脱することもわかる。

図１５は、同じサンプルのＣＡ１０／ＤＰ面内の点を示しており、ＤＰは、クランク角度がＣＡ１０の角度に等しいときの角度圧力導関数である。この表示によって、正常燃焼（ＣＮ）の場合にこの２つの変数が線形の関係で連結され、一方、異常燃焼（ＣＡＮ）はこの傾向から極めて明確に逸脱することがわかる。図１５の点線は、正常燃焼（ＣＮ）の場合の２つの燃焼指標ＣＡ１０とＤＰの間の線形回帰線を示している。したがって、この考え方では、異常燃焼を正常燃焼とより容易に区別するために、この２つの指標を組み合わせて、それらから、より興味深い可能性がある第３の指標を抽出する。

たとえば、変換されるかまたは組み合わされた指標、すなわち、回帰線とＣＡ１０との誤差によって示される変数βを第３の指標として用いることが可能である。

（α．ＤＰ＋γ）は、正常燃焼（ＣＮ）の場合のＣＡ１０とＤＰとの間の線形回帰線である。図１６は、１０００回の機関サイクル（Ncy）の変数βの変化を示している。正常燃焼に関連する分散はクランク角度で０．５°より小さく、一方、早期点火は、βの値の平均から依然として逸脱したままになる可能性があることに注目することができる。したがって、この変数の変化は、正常な分散を非常に厳密にし、それによって、異常燃焼をより精密に識別するのを可能にする。

第２の実施形態によれば、様々な指標間の相関関係が主成分（principal component）の分析によって求められ、前記した新しい指標は主成分に相当する。したがって、互いに相関する指標は、互いに独立した新しい指標に変換される。このような変換された指標は、変換されていない指標の変動性を最も良く明らかにするのを可能にする。

主成分の分析は、多変数のデータ分析群の因子分析であり、互いに関係する変数（互いに相関する変数）を、互いに独立した新しい変数に変換することからなる。この技術は、情報を、最初の変数の数よりも限られた数の成分に削減するのを可能にする。これらの成分は、データの変動性（分散）を最も良く明らかにし、すなわち、最大量の情報の「ピックアップ」を可能にする。

この方法を最適化するために、いくつかの自由度、すなわち、
−用いられる指標の数、
−用いるべき指標の選択、
−選択された指標間の相関関係を識別するのに用いられる削減方法（たとえばＰＣＡ）
を用いることができる。

図１７〜図１９は、機関のテストベンチで取得されたデータを処理した場合の単純な例を示している。

図１７に概略的に示されている２本の新しい軸（主成分）Ｘ２およびＹ２（Ｘ２は正常燃焼の線形の高密度のゾーンによって「保持」され（carried）、Ｘ２とＹ２は直交する）をＰＣＡによって定義することにより、基準フレームの変更が実施される。フレームＸ２、Ｙ２内の同じサンプルの点の表示が、図１８に示されている。

次に、主成分（軸）が分析されて、早期点火が異常燃焼と区別される。これらの成分の変化を図１９に見ることができる（Ｙ２が上部、Ｘ２が下部である）。図１６と同様に、早期点火が、はるかに高密度の正常燃焼に対して、同じ「動力学的特徴」を維持することが分かる。一方、正常燃焼がすべて非常に高密度である場合には、正常燃焼と早期点火の境界を定めることがはるかに簡単かつ直接的である。

この実施形態によれば、これらの新しい指標を求めた後、これらの新しい指標の分散をモデル化する理論的法則の少なくとも１つの係数の変化が分析される。

Claims (7)

1. 火花点火内燃機関の燃焼を制御する方法であって、燃焼の状態を表す少なくとも１つの信号が、前記機関内に配置された少なくとも１つの検出器によって記録され、各機関サイクルでの燃焼の少なくとも１つの指標が前記信号から推定される、燃焼を制御する方法において、
   各機関サイクルごとに、
   ａ−理論的な分布法則の係数を求めることによって、進行中のサイクルの前のＮ回のサイクルにわたって取得されたＮ個の燃焼指標値の分布をモデル化する段階と、
   ｂ−前記Ｎ個の値から極値を取り除くことによって前記段階を繰り返すか、あるいは、前記機関の様々な作用点について前記段階を繰り返して、前記係数の変化を得る段階と、
   ｃ−少なくとも１つの前記係数の変化を特徴づける少なくとも１つのパラメータを求める段階と、
   ｄ−前記パラメータを所定のしきい値と比較することによって、前記進行中のサイクルの前のＮ回のサイクル中に発生した異常燃焼の頻度を求める段階と、
   ｅ−早期点火現象検出サイクルと同じサイクル中に、前記燃焼室内で検出された前記異常燃焼の進行を制御する段階と、
   を含む方法。
2. 前記しきい値は、係数の総計値に対する公差から直接定められる、請求項１に記載の方法。
3. 前記しきい値は、前記係数の各々の一次および二次導関数を計算することによって定められ、前記導関数の各々について最大変動限界および相対的変動限界が決められる、請求項１に記載の方法。
4. 前記係数の各々を別個に分析し、前記係数の各々によって所定数の早期点火の平均を別個に算出することによって、早期点火の出現の頻度の平均が求められる、請求項１に記載の方法。
5. 前記信号は、前記気筒内の連続的な圧力測定値である、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記指標は、導入されたエネルギーの１０％が放出された場合のクランク角度である、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 段階（ａ）の前に、前記指標は少なくとも１つの新しい指標に変換され、該新しい指標は、正常燃焼の場合に、進行中のサイクルの前の前記Ｎ回のサイクルにわたって取得されたＮ個の値の分布が、変換されていない指標より小さい分散を示す、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。

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