JP5619404B2 - 内燃機関の異常燃焼検出方法 - 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での過早点火タイプの異常燃焼を検出する方法に関する。

本発明は、特に、非常に高い負荷で動作する小型化された火花点火機関に適用されるこのような方法に関するが、それに限定されるわけではない。

この種の機関は、気筒の側面内壁と、この気筒内をスライドするピストンの頂部と、気筒の頭部（シリンダヘッド）とによって形成されている燃焼室を有する少なくとも１つの気筒を含む。一般に、この燃焼室内に燃料混合物が入れられ、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の下で燃焼段階が実施される。これらの段階は、以下の説明では「燃焼段階」という用語で一緒にグループ化される。

この燃料混合物は様々なタイプの燃焼の対象となることがあり、これらの燃焼タイプが、様々な圧力レベルと、機関に深刻な損傷を与えることもある機械応力および／または熱応力の原因となることが分かっている。

第１の燃焼は、通常の燃焼または正常燃焼と呼ばれ、前の機関圧縮段階中に圧縮された燃料混合物の燃焼が伝播した結果である。この燃焼は、通常、プラグで発生した火花から火炎前面（flame front）で伝播し、機関を損傷するおそれはない。

他の燃焼タイプは、燃焼室内の望ましくない自己発火の結果生じるノッキング燃焼である。すなわち、燃料混合物の圧縮段階の後で、この燃料混合物の点火を可能にするようにプラグが作動させられる。ピストンによって発生する圧力と、燃料混合物の燃焼の開始によって放出される熱の作用で、圧縮された燃料混合物の一部が、点火プラグによる燃料混合物の点火の結果生じる火炎前面に接近する前に急激にかつ局所的に自己発火する。このメカニズムは、機関のノック（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、繰り返し生じる場合には、機関、主としてピストンに破壊作用を及ぼすことがある。

最後に、他の燃焼タイプは、点火プラグが燃焼室内に存在する燃料混合物の点火を開始させる前の燃料混合物の過早点火による異常燃焼である。

この異常燃焼は小型化された機関に影響を及ぼす。小型化は、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、機関のサイズの縮小および／または機関の容量の低減を行うことを目的としている。一般に、この種の機関は基本的にガソリン式であり、高度に過給される。

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、高い負荷であって、通常は低機関速度のときに生じることが分かっている。過給の結果として燃焼室内が高圧および高温に達することを考慮すると、異常燃焼の開始は、点火プラグによる燃料混合物の点火よりもかなり前に、散発的または連続的に起こる可能性がある。この燃焼は、通常の燃焼の第１の火炎伝播相と比べて過度に早く生じる第１の火炎伝播相を特徴とする。この伝播相は、エンジンノックの場合よりもずっと大きい、燃焼室内に存在する燃料混合物の大部分に関連する自己発火によって妨害されることがある。

この異常燃焼が機関サイクルごとに繰り返し生じ、たとえば気筒の高温箇所から始まる場合、それを「過早点火」と呼ぶ。この燃焼が急激に、不規則に、かつ散発的に生じる場合、それを「ランブル（rumble）」と呼ぶ。

後者の異常燃焼は、非常に高い圧力レベル（１２０バール〜２５０バール）を生じさせるとともに、熱の移動を増大させ、それによりピストンやピストンロッドなどの機関の可動部材を部分的または全体的に破壊することがある。

このような異常燃焼に対処する一般的な方法が図１に概略的に示されており、まず、最大の現象出現リスクに制限するための予防段階（prevention phase：ＰＰ）が行われ、次に、その予防が現象を回避するのに十分なものでないときに検出段階（detection phase：ＰＤ）が行われ、過早点火が検出されたサイクルに補正段階（corrective phase：ＰＣ）によって介入するのが適切であるかどうかが判定される。

検出段階は、信号取得段階と、それに続く、高負荷での過早点火の発生を検出し過早点火を特徴付けして数値で表すことを可能にする信号処理段階とを含む。

ヨーロッパ特許出願第１８２８７３７号は、ランブルタイプの、高負荷での過早点火の発生を検出する方法を記載している。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方法である。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、燃焼室内にランブルタイプの異常燃焼が存在することが検出される。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燃焼（通常の燃焼）の際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、このようにして実現した検出は、検出したサイクル中に処置を行うことを可能にするわけではない。この種の過早点火に対する補正処置は、このような現象が起こった後にしか実施できず、機関の完全さに対して深刻な影響を及ぼすことがある。

また、他の方法がフランス特許第２８９７９００号に記載されている。この方法によれば、過早点火が検出された後でより迅速に処置を講じることができ、現象が検出されたサイクルと同じサイクル中に処置することができる。したがって、しきい値信号は、最初に、すなわち機関の動作の前に算出され、次に、マップと呼ばれる計算機のデータチャートに保存される。

しかし、機関のマップを使用することによって、このような現象の開始を任意の時点で、すなわちリアルタイムに検出することが可能になるわけではない。つまり、検出が遅過ぎることがある。さらに、現象の変化を数値で表すことはできない。したがって、補正段階を適用する必要があるか否かは、所定のタイミングで２つの振幅を比較することのみに基づく。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、補正段階が不要な場合もある。

そこで、本発明の目的は、機関で一般に使用される装置およびシステムによって、（ランブルタイプの）高負荷での過早点火現象をリアルタイムで検出して、特徴付けして数値で表すことを可能にし、検出したサイクルと同じサイクル中に、次の機関動作段階での過早点火現象を防止するのを可能にする措置を講じることができるようにする代替方法である。この方法は、過早点火が生じるサイクルを無視しつつ、数回のサイクルにわたる燃焼指標値（combustion indicator values）、たとえばＣＡ１０を特徴付けすることに基づく。

従って、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において、異常燃焼が、前記機関の少なくとも１つの気筒（１２）の燃焼室（１４）内で検出され、燃焼の状態を表す信号が、機関内に配置された検出器によって記録され、機関の各サイクルごとに燃焼の少なくとも１つの指標が前記信号から推定（deduce）される方法である。この方法は、機関の各サイクルごとに以下の段階、すなわち、
−進行中のサイクルに先立つＮ回のサイクルで得られたＮ個の燃焼指標値の分布を特徴付ける少なくとも１つのパラメータを、前記Ｎ個の値のうちの極値を無視しつつ、求めることと、
−前記分布を特徴付ける前記パラメータによって、前記指標についての少なくとも１つのしきい値を定めることと、
−燃焼指標を前記しきい値と比較することによって、異常燃焼の開始を検知することと、
−燃焼室内で検出された異常燃焼の進行を制御することと
を含む。

一実施態様では、信号は、気筒内の連続圧力測定値であってもよい。指標は、導入されたエネルギーの１０％が放出されたときのクランク角度であってもよい。

一実施態様では、分布を特徴付けるパラメータは、ロバスト推定量によって決められる。このロバスト推定量は、以下のロバスト推定量、すなわち、トリム平均と、中央値と、以下の関数ｆを最小化した結果得られる推定値ｍの中から選択され、

ａは０から２までの間の範囲の実数であり、Ｖ（１）...Ｖ（ｎ）はＮ個の燃焼指標値である。

他の実施態様によると、分布を特徴付けるパラメータは、以下の段階、すなわち、
ａ−モデル化すべき分布のＮ個の値からＸ個の指標値を取り除く段階と、
ｂ−演繹的に実験により求めた分布則（priori experimental distribution law）を選択することによって、残りの指標値の分布をモデル化する段階と、
ｃ−モデル化の品質の基準を算出する段階と、
ｄ−基準が、モデル化の品質が不十分であることを示している場合に、残りのＮ−Ｘ個の値から他の指標値を取り除き、段階ｂを繰り返す段階と、
を実施することによって分布をモデル化することで求められる。

この実施態様によると、モデル化の品質の基準は、演繹的に実験により求めた分布とモデル化された分布との間のｒｍｓ偏差の合計、または、演繹的に実験により求めた分布とモデル化された分布との間の絶対偏差の合計に一致することができる。

本発明では、しきい値は、分布を特徴付けるパラメータの公差を定めることによって求められてもよい。例えば、しきい値は、Ｎ個の指標値のトリム平均と、前記Ｎ個の指標値の標準偏差のｋ倍（ｋは正または負の実数）との和に一致していてもよい。

しきい値は、テストベンチで得られたしきい値、および／または前のサイクルで得られたしきい値から定められる制約によって求められてもよい。

最後に、本発明では、複数の燃焼指標を求めてもよく、それぞれの燃焼指標ごとに少なくとも１つのしきい値が求められる。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、後述する説明を読むことによって明らかになるであろう。

過早点火タイプの異常燃焼に対処する一般的な方法を示す図である。 本発明に係る検出方法を用いる機関を示す図である。 正常燃焼（ＣＮ）と過早点火を伴う燃焼（ＣＰＡ）とを識別することによって、サイクル（ＣＹ）の関数としてＣＡ１０値の分布を示す図である。 ＣＡ１０値がごく少数しか得られない場合の、正常燃焼（ＣＮ）と過早点火を伴う燃焼（ＣＰＡ）とを識別することによって、サイクル（ＣＹ）の関数としてＣＡ１０値の分布を示す図である。 平均および標準偏差が従来通りの統計から算出された場合の、サイクルの関数としてＣＡ１０値の分布を示す図である。 平均および標準偏差がロバスト統計から得られた場合の、サイクルの関数としてＣＡ１０値の分布を示す図である。 ＣＡ１０値のヒストグラムと、このヒストグラムの最良の調整を可能にする正規法則（normal law）とを示す図である。 過早点火が発生した場合（ＰＡ）の、ＣＡ１０値のヒストグラムと、このヒストグラムの最良の調整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。 ３つの法則、すなわち、ＧＥＶ、ナカガミ、およびログ−ロジスティックに従ったモデル化に用いられるサイクルの数（Ｎｃｙ）の関数として、基準Ｉ２およびＩ３の変化を示す図である。

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起こる燃焼室１４を含む少なくとも１つの気筒１２を有している。

気筒は、たとえば、弁２０によって制御され、燃焼室内に開口している燃料噴射ノズル１８の形の、圧力下で燃料を送る少なくとも１つの手段１６と、プレナム（plenum）２６ｂ（不図示）で終わる吸気管２６に接続された弁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に点火するのを可能にする１つまたは複数の火花を発生可能にす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や容積式圧縮機が、この排気配管に配置されており、過給装置４０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、圧力下の吸気を吸気管２６を通して燃焼室１４に送り込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も有することができる。このような測定手段は一般に、吸気プレナムの吸気圧力の変化を表す信号の生成を可能にする圧電式の絶対圧力検出器からなる。

機関は、導体によって機関の様々な部材および検出器に（導体によっては双方向に）連結され、それによって、水の温度やオイルの温度のような、これらの検出器によって送信される様々な信号を受信し、それらの信号を処理して、それから機関の円滑な走行を確保するようにこの機関の各構成部材を制御することができる、機関計算機と呼ばれ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、燃料混合物の点火時間を制御するために導体５０によって機関計算機４８に連結され、気筒圧力検出器４６ａは、気筒内の圧力の変化を表す信号を機関計算機に送信するために配線５２によって機関計算機に接続され、噴射ノズル１８を制御する弁２０は、燃焼室内の燃料噴射を制御するために導体５４によって計算機４８に接続されている。手段４６ｂも、配線５３によって機関計算機４８に接続されている。

このような機関において、本発明に係る方法は、（ランブルタイプの）高負荷での過早点火現象の発生を検出することができ、過早点火現象を特徴付けして過早点火現象を数値で表すことを可能にする。一実施形態によれば、この方法は以下の段階を含む。
１−気筒内の圧力を測定し、その圧力から機関の各サイクルの燃焼指標を推定（演繹）する
次に、各サイクルごとに、
２−進行中のサイクルに先立つＮ回のサイクルにわたってＮ個の指標値の分布を特徴付けるパラメータを、極値と呼ばれるいくつかの値を無視しつつ、求める
３−その分布を特徴付けるパラメータによって、過早点火を伴わない燃焼を特徴付けるしきい値を定める
４−進行中のサイクルの間に算出された指標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
５−燃焼室内で検出された異常燃焼の進行を制御する。

１−各サイクルの燃焼指標を求める
燃焼の状態を表す信号が、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、機関圧力が選択される。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。圧力測定が可能なように各気筒を構成することは、車両においてますます一般的になっている。

次に、各サイクル中に、この信号から燃焼指標が算出される。一実施形態によれば、指標ＣＡ１０が選択される。ＣＡ１０は、投入されたエネルギーの１０％が放出された場合、または使用される規定によっては、総エネルギーの１０％が放出された場合のクランク角度に相当する。

２−指標による正常燃焼の特徴付け
正常燃焼、すなわち過早点火現象が生じない燃焼の特徴付けは、前のＮ−１回のサイクルと進行中のサイクルとで算出されたＮ個のＣＡ１０値から、オンラインで実施される。

この特徴付けを実施するには２つの問題を解消しなければならない。

１−過早点火が起こったサイクル中でいくつかのＣＡ１０値が得られた。したがって、これらの値は正常燃焼を特徴付けるものではない。過早点火が起こったサイクル中に得られたこれらのＣＡ１０値を異常値または極値と呼ぶ。これらの値は、それらが属するデータ群のその他の観測結果から過度に逸脱している。図３は、サイクル（ＣＹ）の関数としてＣＡ１０値のこの分布を示している。密集した上部のクラスタは正常燃焼（ＣＮ）に相当し、一方、下部のクラスタは、過早点火を伴う燃焼（ＣＰＡ）に相当する。

２−燃焼を迅速に制御する必要があるため、サイクルの数が制限され（Ｎの値が小さく、通常は１０程度）、したがって、正常燃焼を特徴付けるためのＣＡ１０値が少ない。したがって、過早点火が起こるサイクル中に得られるＣＡ１０値はより大きい影響を及ぼし、後で過早点火を検出するのに十分な特徴付けができなくなる。図４は、この問題を示している。これは、サイクルの関数としていくつかのＣＡ１０値の分布を示している。

本発明によれば、正常燃焼、すなわち過早点火現象を伴わない燃焼は、先のＮ−１回のサイクルと進行中のサイクルとで算出されたＮ個のＣＡ１０値の分布を特徴付ける１つまたは複数のパラメータを、極値と呼ばれる値を無視しつつ求めることによって特徴付けられる。

一実施形態によれば、これらのパラメータはロバスト推定量から求められる。ロバスト推定量は、得られた測定値の中にある量の極値が存在していてもそれほど影響を受けないという点で非ロバスト推定量とは異なる。このような推定量は、たとえば以下の文献に記載されている。
−G., SAPORTA, 1990 "Probabilite analyse des donnees et statisques", Editions Technip, pp.311-313
たとえば、以下の推定量のうちの１つを選択することができる。
−トリム平均：この平均は、最高スコアのｘ％および最低スコアのｘ％が破棄された残りの測定値から算出される。
−中央値：測定値は最低スコアから最高スコアまでグループ分け、中央値は、それより上に測定値の半分が存在し、それより下に測定値の他の半分が存在する値である。
−特定の種類のロバスト推定量は、測定値から定められる特定の損失関数（cost function）を最小化することによって得られる。たとえば中央値は、測定値からの絶対偏差の合計を最小化するこの種の推定量である。しかし、他の関数を用いることもできる。

一般的に言えば、このようなロバスト推定量を算出するために、Ｖ（１）...Ｖ（Ｎ）で示されるＮ個のＣＡ１０値と求められた推定量とから定められる関数ｆを最小化する。この関数の最小化により、ロバスト推定量の値が導き出される。たとえば、以下の関数ｆを最小化するロバスト推定量ｍを算出することができる。

ａは、０から２までの範囲の実数である。

これらのパラメータ（ロバスト推定量）は極値の影響を受けない。この実施形態によれば、安定した動作点でも、または過渡動作中でも、異常燃焼を検出することができる。

図５はこの方法の結果を示している。図５Ａおよび５Ｂは、サイクルの関数としてＣＡ１０値の分布を示している。線ｍは平均を表し、σは標準偏差を表している。図５Ａでは、平均および標準偏差は従来通りの統計から算出されている。図５Ｂでは、平均および標準偏差は、ＲｍおよびＲσで示されているロバスト統計から得られている。

他の実施形態によれば、これらのパラメータは、インタラクティブなプロセスを用いて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。

燃焼のサイクル間のばらつきは、一般に、機関の挙動を特徴付ける基準としての役目を持つ平均と、観測された数量の安定性を数値で表すために従来用いられている標準偏差とが関連付けられる正規法則（normal law）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しておらず、かつ、図６に示されているように、正規法則による周期分散のモデル化は、ある条件の下では最適ではないと考えられる。この図面は、ＣＡ１０値のヒストグラム（縦座標は密集状態（density）Ｄを示す）と、このヒストグラムを最適に調整するのを可能にする正規法則（Lnorm）を示している。この燃焼の不安定さは、たとえば点火の不発（運転性の問題、排出物）を通じてユーザによって直接感じられ、極端な場合には、機関の破壊を導くおそれがある異常燃焼（火花点火機関における高負荷での過早点火）につながることもある。

本発明による分布のモデル化方法は、正規法則に関して算出される「平均／標準偏差」の組よりも適切な情報を提供するのを可能にする。このことは、過早点火などの異常燃焼を検出するために重要である。

図７は、過早点火（ＰＡ）が発生する場合の、実験的に得られたＣＡ１０の分布と、正規法則（Lnorm）によるモデル化の一例を示している。過早点火を伴うサイクルが、分布を、ＣＡ１０値が低い方へ引き下げていることが分かる。したがって、実施されるモデル化は、（正規法則に基づくモデル化であるか、他の法則に基づくモデル化にあるかに関わらず）正常燃焼を表すことは全くないため、必然的にこの引き下げによって歪められる。

Ｎ回のサイクルの完全なサンプルから、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）のみをモデル化することはできない。したがって、正常燃焼を最適にモデル化する自動化方法を提供する。この手順は、最適なモデル化を見つけるためのサンプルの数を越えて反復することからなる。

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個の数値から、Ｘ個のＣＡ１０値を取り除く。最低値を取り除くことが好ましい
２−図８に示されているように、演繹的法則（priori law）（ガンマ則、極値の一般化（Generalized Extreme Values）、ワイブル（Weibull）、ナカガミ（Nakagami）、ログ−ロジスティック（log-logistic）等）を選択することによって、残りのＣＡ１０値の分布をモデル化する
３−モデル化の品質の基準（modelling quantity criterion）を算出する
４−基準（criterion）が不十分な品質を示す場合には、Ｎ−Ｘ個のＣＡ１０値から他のＣＡ１０値を取り除く。残りの値のうち最低値を取り除くことが好ましい。それから、このプロセスを反復する。

ＣＡ１０値が最低であるＸ回のサイクルを取り除き、過早点火に相当する可能性のある値をサンプルから破棄する。このアルゴリズムでは、数回の反復の後、すべての過早点火を除外し、それによって、点火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を得るのが可能になる。過早点火と正常燃焼との間の検出しきい値は、モデル化基準が最適モデル化を示したときに、このアルゴリズムによって自動的に設定される。

最小化すべきこれらの基準のうちで、たとえば、実験的に求められた分布（ｘ_i__exp）とモデル化された分布（ｘ_i__modelises）との間のｒｍｓ偏差の合計

または、２つの分布の間の絶対偏差の合計

を用いることを提案する。

この方法は、３つの法則（ＧＥＶ、ナカガミ、およびログ−ロジスティック）によるモデル化に用いられるサイクルの数（Ｎｃｙ）の関数として基準Ｉ₂およびＩ₃の変化を示す図９に示されている。まず、過早点火を破棄する場合にはモデル化の信頼性が高くなるため、これらの基準は小さくなる。それから、過早点火に加えて正常なサイクルも取り除かれるとモデル化の品質が損なわれるため、これらの基準は徐々に大きくなる。したがって、過早点火検出のしきい値は、最適なモデル化に達するために、全サンプルから取り除くべきサイクルの数を数値で表すものである。

本例では、反復選別手順（iterative sorting procedure）によって検出できる過早点火の数に相当する８０〜１００サイクルがサンプルから取り除かれたときに、これらの基準が最小値に達することが分かる。

次に、このようにモデル化されたＣＡ１０値分布則から、この分布を特徴付ける１つまたは複数のパラメータが算出される。たとえば、以下のパラメータ、すなわち、平均（mean）、中央値（median）、非対称因子（asymmetry factor）、または平坦化因子（flattening factor）を用いることができる。

３−しきい値の定義および過早点火を伴う燃焼の検出
正常燃焼の分布を特徴付けるこれらのパラメータから、しきい値が定められる。このようなしきい値は、過早点火を伴う燃焼を考慮せずに、与えられたＣＡ１０値が、前のＮ回のサイクルのＣＡ１０値の分布に属するか否かを明らかにすることを可能にする。

ある値が所定の分布に属するかどうかを判定するための多数の公知技術が存在する。一例として、Ｘ２検定（X2 test）、コルモゴルフ検定（Kolmogorov test）、最大尤度検定（maximum likelihood test）が挙げられる。

ロバスト平均ｍ（Ｎ）および標準偏差σ（Ｎ）のみを用いることも可能である。たとえば、ＣＡ１０値が標準偏差の２倍より大きい場合、この値は過早点火を伴う燃焼に相当するとみなすことができる。

したがって、算出されるしきい値は、各サイクルで変化する動的な値である。つまり、各サイクルごとに、前のＮ回のサイクルのＣＡ１０値の分布が、極値を無視しつつ特徴付けられる。次に、この分布を特徴付けるために用いられたパラメータを用いて、しきい値が定められる。次のサイクルで、分布が再び特徴付けられ、したがって、しきい値が修正される。

要するに、しきい値は、過早点火を伴わない燃焼時に得られるＣＡ１０値の分布を特徴付けるパラメータと、このようなパラメータに関する公差、たとえば、標準偏差に関係するロバスト平均および公差とから定められる。

しきい値が定められた後、進行中のサイクルについてＣＡ１０が算出され、それが、定められたしきい値と比較され、燃焼指標（ＣＡ１０）としきい値を比較することによって異常燃焼の開始が検知される。

他の実施形態
特定の一実施形態によれば、正常燃焼の分布を特徴付けるパラメータの定義は、テストベンチで得られた既知の値および／または前のサイクルで得られた値によって制約されることがある。

前のサイクルで得られたしきい値を用いると、機関の動特性をより良く監視し、平滑化することができる。

テストベンチで得られた値を用いると、動的なしきい値の「範囲を定める」ための較正制約をまとめることができる。

実際には、しきい値ｔ_D（Ｎ）は、以下の段階を適用することによって算出される。

１．較正制約に関連するしきい値ｔ_Cを機関のテストベンチで求め、および／または、進行中のサイクルに先立つサイクルについて算出されたＮ_D個の動的なしきい値を記録する（ｔ_D（Ｎ−１）、ｔ_D（Ｎ−２））。

２．前のＮ−１回のサイクルと進行中のサイクルとで算出されたＮ個のＣＡ１０値の分布を特徴付けるパラメータを、「極値」と呼ばれる値を無視しつつ算出する。

ＣＡ１０値Ｖ（ｉ）、ｍ、ｔ_C、およびｔ_Dから定められた、関数ｆを最小化するロバスト推定量ｍ（Ｎ）を算出する。たとえば、次式を使用することが可能である。

この例では、推定量ｍ（Ｎ）は中央値に類似しているが、ｍ（Ｎ−１）およびｍ（Ｎ−２）で示される直前の２つの「平均」の平均に近い値になるように制約される。

３．しきい値を定める。
Ｖ、ｍ、ｔ_C、およびｔ_Dに依存する関数ｇと、事前に求められたパラメータｋｊとから、しきい値ｔ_D（Ｎ）が算出される。たとえば、次式を使用することが可能である。

したがって、たとえば、ｍ（Ｎ）がサイクルごとに変化する場合、しきい値はそれに比例して大きくなる（項 ｍ（Ｎ）−ｍ（Ｎ−１）＋ｔ_D（Ｎ−１））が、較正時に設定されたしきい値ｔ_Cを超えることはない。

４−異常燃焼制御
この比較によって、機関計算機は、燃焼室内のランブルまたは過早点火タイプ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、この計算機は次に、この燃焼の制御に必要な処置を開始し、このような燃焼が継続するのを回避する。

異常燃焼制御とは、急激な破壊的圧力の上昇を回避するためにこの燃焼の進行を抑制できるようにすることと、たとえば火を覆い消すことによってこのような燃焼を完全に停止できるようにすることである。

この燃焼制御は、噴射ノズル１８によって決定されたクランク角度での燃料噴射によって行われることが好ましい。より厳密には、計算機は、関連する気筒の噴射ノズルがある量の燃料を液体の形で燃焼室に送り込むのを可能にするように、弁２０を制御する。再噴射される燃料の量は、機関の構成によって決まり、この燃焼室に最初に送り込まれる燃料の量の１０％から２００％の間の範囲であってよい。したがって、再噴射された燃料は、異常燃焼の場合に広がり始める炎を阻止するために用いられる。再噴射は、この炎を吹き飛ばすか、または燃料混合物の空気／燃料の比を高くすることによって炎を覆い消すのを可能にする。さらに、液体の形で噴射された燃料は、この炎の周りに存在する熱を利用して気化し、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、特にその自動点火が遅らせられる。

この燃料噴射の後で気筒内の圧力が上昇するが、急激な上昇ではない。その後、この圧力は低下し、通常燃焼の圧力レベルに匹敵するレベルに達する。

このメカニズムは、高燃焼率および高圧力を伴う異常燃焼の進行を抑止する。もちろん、異常燃焼を制御するように構成された手段が、このような燃焼が計算機によって検出される各サイクルで使用される。

上述した方法の処置を、スロットルを閉じることなど、より低速の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での異常燃焼を促進するのを防止することができる。

本発明は、上述の例に限定されず、任意の変形実施形態および均等実施形態を包含する。

特に、本発明の範囲から逸脱せずに、異常燃焼を止めるための他の作用物質を燃焼室に送り込むことができる。したがって、このような作用物質は、蒸気または液体の形をした水、あるいは二酸化炭素であってよい。この場合、機関は、専用の循環路（ポンプ、タンク、...）に関連して、このような作用物質を導入するための特定の追加のノズルを有する。

圧力解放弁を開くことによって、圧力解放により燃焼室の内部圧力を低下させることで異常燃焼を制御することも可能である。この弁は、追加の弁であっても、吸気弁２４および／または排気弁３０であってもよい。

さらに、本発明は、間接噴射火花点火機関にも関する。この場合、異常燃焼の進行は、上述したように特定のノズル（燃料、水、ＣＯ₂）によって制御されるか、または弁を開くことによって制御される。

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）、電離信号（ionization signal）、...など、気筒圧力以外の測定値を用いることも可能にする。本発明では、他の指標を用いることもできる。
−気筒圧力から：ＭＩＰ、最大気筒圧力、最大圧力でのクランク角度、ＣＡxx、最大エネルギー放出
−瞬間的なトルクから：最大トルク、最大トルク導関数
−瞬間的な機関速度から：最大速度、最大加速度。

気筒圧力または電離信号から得られる指標を用いることが好ましい。つまり、まず第１に、過早点火の特徴付けを良好に行うには、室内の燃焼の進行をできるだけよく表す指標を定める必要がある。したがって、たとえば、ＣＡ１０などの指標は、瞬間的なトルクの測定値から得られる指標よりもロバストであり、それは、この測定値の「距離（distance）」のためである（クランクシャフトの所で回復されるトルクは、燃焼後に回復されるエネルギーを表すものであり、燃焼の進行を直接表すものではない）。しかし、これらのトルク測定値および機関速度測定値によって機関を監視することも考えられる。

ＣＡ１０の角度および開始遅延（initiation delay）の大きな利点は、燃焼の最初の瞬間を直接捉えることである。したがって、このような最初の瞬間における異常な挙動を検出すると、同じサイクル中の処置により長い時間をかけることができる。

本発明は、単一の指標の使用に限定されない。むしろ、複数の基準しきい値を用いるか、または各指標ごとのしきい値を用いて、いくつかの数量を組み合わせると有利である。

最後に、本発明に係る方法を機関のテストベンチに適用することもできる。

Claims (10)

1. 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、前記火花点火内燃機関の少なくとも１つの気筒（１２）の燃焼室（１４）内で検出され、燃焼の状態を表す信号が、前記火花点火内燃機関内に配置された検出器によって記録され、各機関サイクルごとに燃焼の少なくとも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、
   −進行中のサイクルに先立つＮ回のサイクルで得られたＮ個の燃焼指標値の分布を特徴付ける少なくとも１つのパラメータを、前記Ｎ個の燃焼指標値のうちの極値を無視しつつ、求めることと、
   −前記分布を特徴付ける前記パラメータによって、前記指標についての少なくとも１つのしきい値を定めることと、
   −前記燃焼の指標を前記しきい値と比較することによって、異常燃焼の開始を検知することと、
   −前記燃焼室内で検出された前記異常燃焼の進行をリアルタイムで制御することと、
   を含み、
   前記指標は、導入されたエネルギーの１０％が放出されたときのクランク角度であることを特徴とする、燃焼を制御する方法。
2. 前記信号は、前記気筒内の連続圧力測定値である、請求項１に記載の方法。
3. 前記分布を特徴付ける前記パラメータは、ロバスト推定量によって決められる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ロバスト推定量は、以下のロバスト推定量、すなわち、トリム平均と、中央値と、以下の関数ｆを最小化することによって得られる推定値ｍの中から選択され、
   

   

   
   ａは０から２までの間の範囲の実数であり、Ｖ（１）・・・Ｖ（ｎ）はＮ個の燃焼指標値である、請求項３に記載の方法。
5. 前記分布を特徴付ける前記パラメータは、以下の段階、すなわち、
   ａ−モデル化すべき前記分布のＮ個の値からＸ個の指標値を取り除く段階と、
   ｂ−演繹的に実験により求めた分布則を選択することによって、残りの指標値の分布をモデル化する段階と、
   ｃ−モデル化の品質の基準を算出する段階と、
   ｄ−前記基準が、モデル化の品質が不十分であることを示している場合に、残りのＮ−Ｘ個の値から他の指標値を取り除き、段階ｂを繰り返す段階と、
   を実施することによって前記分布をモデル化することで求められる、請求項１または２に記載の方法。
6. 前記モデル化の品質の基準は、演繹的に実験により求めた分布と前記モデル化された分布との間のｒｍｓ偏差の合計、または、演繹的に実験により求めた分布と前記モデル化された分布との間の絶対偏差の合計に一致する、請求項５に記載の方法。
7. 前記しきい値は、前記分布を特徴付ける前記パラメータの公差を定めることによって求められる、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記しきい値は、Ｎ個の前記指標値のトリム平均と、Ｎ個の前記指標値の標準偏差のｋ倍（ｋは正または負の実数）との和に一致する、請求項７に記載の方法。
9. 前記しきい値は、テストベンチで得られたしきい値、および／または前のサイクルで得られたしきい値から定められる制約によって求められる、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 複数の燃焼指標を求め、それぞれの燃焼指標ごとに少なくとも１つのしきい値も求める、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。

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