JP6621483B2 - 可変分解能サンプリングによる燃焼圧力フィードバックエンジン制御 - Google Patents

Description

本出願は、２０１５年４月１４日出願の米国特許出願第６２／１４７，４０５号に基づく優先権を主張し、その内容の全てを引用して本明細書に組み込む。

シリンダ圧力を介して行う燃焼監視を用いて、研究開発下のほぼ全てのエンジンのエンジン燃焼ストラテジ及びその制御が開発されている。しかし、シリンダ圧力に基づく監視システムは、生産エンジンに対して依然として能力不足であり、高価で信頼性に欠けるので、その適用は、監視システムの利益がそのコストに見合う最大出力密度及び最高効率の用途に限定されている。

エンジン制御システムの略図である。

システムの操作フローの略図である。

入力と、出力と、設定点とを示すエンジン制御ユニットの略図である。

図３のエンジン制御ユニットの内部処理ステップの略図である。

シリンダの圧力対クランク角のグラフであり、３つの圧力サンプリングレートウィンドウを示す。

種々の図面における同様の符号は同様の構成要素を示す。

本明細書における概念には、変動するサンプリングレート（サンプリング割合（頻度））でエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）により処理される高頻度シリンダ内圧力測定（high-frequency in-cylinder pressure measurement）を用いて行うエンジン制御が包含されており、ここでのサンプリングレートは、シリンダが燃焼サイクルのどの位置にあるかに基づいている。本明細書に開示する概念は、シリンダ内圧力測定に基づいて作動する能力を提供する。この能力は、高出力プロセッサを必要としない。また場合によっては、点火タイミング及び燃料供給を決定及び制御するためにＥＣＵから離れて設けられる燃焼メトリクス（燃焼状態を示す数値）への圧力信号を処理するための、別体でより高い出力のＥＣＵを必要としない。可変サンプリングレートは、エンジン運転の、操作上さほど重要ではない範囲内での燃焼メトリクスの計算の割合を減らすことによって、ＥＣＵに対するメモリ及び演算の要求量を減らすことができる。シリンダ内圧力測定を用いることにより、エンジン制御のための多数の他のセンサが不要になる。例えば、流入空気量センサ、ＮＯｘ（窒素酸化物）センサ、ノックセンサ、又は排気温度センサが不要になる。その上、場合により、本明細書における概念は、燃料品質のバラツキ（例えば、メタン数（ＭＮ）及びエネルギー含量（ＭＢＴＵ／ｍ^３）のバラツキ）に良好に適応できる。

エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）は内蔵プロセッサを有する。このプロセッサは、場合により、クランク０．２５°と同じぐらい精細な分解能で高速のシリンダ圧力データを処理する能力があり、燃焼を監視するための総合的な一連の診断をするとともに、リアルタイムで、すなわちエンジンの運転と並行して、燃焼診断をフィルタリングし、平均化することができ、エンジンを制御する制御ループで用いるのに現状では十分である。場合により、ＥＣＵは、各シリンダに対して約２．５ミリ秒の合計処理時間で、最大２０のシリンダをリアルタイムで処理することができる。ＥＣＵにより計算されるリアルタイム燃焼メトリクスは、１つ以上のシリンダの内部のピーク圧力（Ｐ_ｌｏｃ）及び最大圧力（Ｐ_ｍａｘ）の、クランク角又は時間で表した位置を含むことができる。さらに、場合により、ＥＣＵは、シリンダ毎に、サイクル当たりの燃焼の断熱的放熱率と、１０％、５０％、９０％のサイクル当たりの燃焼の、クランク角又は時間で表した位置（ＣＡ１０、ＣＡ５０（ＡＫＡ燃焼中心（ＣｏＣ）としても知られる）、ＣＡ９０）と、１０〜９０％のサイクル当たりの燃焼の持続期間、並びに、ＩＭＥＰ（指示平均有効圧）や、ポリトロープ係数（Ｋ、シリンダの圧縮品質を示す）や、燃焼安定性（ＩＭＥＰのＣＯＶ）等の圧力信号から導かれる他の燃焼診断メトリクスを計算することができる。

内蔵型圧力監視システムの例は、従来の複式燃料天然ガス・ディーゼルモード、及び、研究室環境におけるリアクティブ制御圧縮着火（Reactive Controlled Compression Ignition）すなわちＲＣＣＩガス・ディーゼルモードの両方において、現代の４気筒往復動型ディーゼルエンジンの閉ループ制御において見出すことができる。しかし、この概念は限定されるものではなく、それより少ない又は多い気筒数、異なる種類の燃料による他のエンジン構成に、そして他の非往復動型エンジンに適用できる。そして、本明細書に開示する概念は、研究室（ラボ）環境を越えて内蔵型ＥＣＵで実施される。

ガス・ディーゼル複式燃料運転については、一定のＣＡ５０（５０％の燃焼放熱でのクランク角）への制御が、変動する設定点に関して、及び、ＥＧＲや燃料噴射圧力等の外部擾乱の阻止に関して実証される。ＲＣＣＩモードについては、ＣＡ５０の閉ループ制御が実証される。

場合によっては、本明細書中の概念は天然ガスエンジンを包含する。この天然ガスエンジンはシリンダ圧力監視を採用して、本明細書で開示する放熱等の新たな能力に基づく主たる方法としてＩＭＥＰ及び燃焼中心（ＣＡ５０）を決定する。一方、ピーク圧力の大きさ及び位置等をもっと旧来の圧力のみの方法で監視及び制御でき、火花及び燃料供給を調整して、シリンダ同士のバランスを取る。一方で、ピーク圧力をエンジン設計限度未満に安全に保持する。本明細書中の概念によれば、ディーゼルエンジンによっては、点火遅延を監視してリアルタイムインジェクタの再較正を可能にしてもよい。本明細書中の概念によれば、天然ガス・ディーゼル複式燃料エンジンによっては、圧力監視システムは、燃焼整相及びノッキングを監視し、次いで、ノッキングせずに最大代替率を維持するよう、ガス噴射率及びディーゼル噴射タイミングにより補償することによって、ガスからディーゼルへの代替率を最大化することが可能である。

予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）、予混合圧縮自己着火（ＰＣＣＩ）、ＲＣＣＩ及び他の低温燃焼（ＬＴＣ）モードに対して、燃焼フィードバックを用いて主要燃焼パラメータを特定の限界内に維持することができる。燃焼開始（ＳＯＣ）位置、燃焼中心（ＣＡ５０）、圧力上昇率（ＲＰＲ）等の燃焼パラメータ及びＰ_ｍａｘをエンジン限度未満に維持する機能がコントローラに提供される。

本発明に先立つ従来の方法はＥＣＵシステムを含み、ＥＣＵは、コントローラへ直接送られるシリンダ圧力を監視し、圧力比法を用いる。ＥＣＵは、シリンダ同士のバランスをとり、失火及びノッキングの検出を行うように火花タイミング制御及び希薄制御を適応させる。本発明は、従来の方法とは異なり、効率的なベクトル化と、メトリクスを中心とする制御及び診断を包む柔軟性を提供するアルゴリズムとを用いる高速プロセッサで圧力トレースを処理し、それを複数の有用な燃焼メトリクスに変換することにより、ピーク圧力のみの方法をしのぐものとなっている。このように本発明は、圧力センサの電圧を直接「１種類の制御」コントローラに用いるだけの従来の方法とは対照的なものである。

従来のＥＣＵシステムは、場合によっては、メモリ及びプロセッサの制限に起因して、圧力トレースの解析は、エンジン制御ストラテジ（制御方針）により直接作用するようカスタマイズ（ニーズに合わせて変更）された情報に制限される可能性があり、燃焼メトリクスを決定するプロセッサは、エンジン制御ユニットの残りと同じ装置に組み込まれている。メモリ又はプロセッサが限られた実装において、従来のＥＣＵシステムは燃焼メトリクスの小さなサブセットのみを選択し、一種独特な予め設計されたエンジン制御目的に対してのみ有用な代行解析を用いているが、それらは一般的ではない。

ＥＣＵシステムの目的の１つは、高速シリンダ圧力データを、（特には較正中に）少数のエンジンサイクル内でのエンジンの運転状態をユーザに知らせる意味のある低速データに変換し、安定し信頼性のあるスマートセンサ入力をＥＣＵに提供して以下の利点を与えることにある。場合によっては、ＥＣＵシステムは、過圧保護（Ｐ_ｍａｘ）、圧力上昇率保護（ＲＰＲ）、ノッキング検出、及び失火検出を提供するよう、適切なアクチュエータ変化を通じてエンジンを保護できるようにする。場合によっては、ＥＣＵシステムは、上記のアクチュエータ変化（例えば、点火時期、シリンダ（筒）内噴射及びポート噴射のタイミング及び持続期間、ＡＦＲ制御、スロットル開度）を判断するために、燃焼メトリクスを計算する。場合によっては、算出された燃焼メトリクスは、最適Ｐ_ｌｏｃ、最適ＣＡ５０、結果としてのＲＨＲ、燃焼開始（ＳＯＣ）、及び図示平均有効圧力（indicated mean effective pressure）（ＩＭＥＰ）シリンダ平衡化である。

場合によっては、このシステムは、直接又はコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）リンクにより、著しいタイムラグもなく、メインコントローラと通信する組込コントローラに内蔵される。代替として、場合によっては、この方法は十分な演算能力があると仮定して、ＥＣＵのメインプロセッサ上で直接実行される。

場合によっては、エンジン制御装置は、ガスエンジンにおけるノックマージンを向上させ、ガス・ディーゼル複式燃料用途におけるガスからディーゼルへの最大代替率を向上させ、全てエンジン保護限界内に、ＨＣＣＩ、ＲＣＣＩ、ＰＣＣＩ等のＬＴＣストラテジの燃焼整相を正確に制御できるように構成される。

図１はエンジン制御システムの略図である。図１は、エンジン１３を制御するよう構成されたエンジン制御システム１０内のＥＣＵ１２の略図である。上で触れたように、高速圧力データ１４は複数の圧力センサ４によって生成されるが、各圧力センサは燃焼室へ直接アクセスするように取り付けられている。圧力信号１４は、分解能０．２５°又はエンジンサイクル当たり２８８０サンプルのように精細な高いクランク同期速度で取り込まれる。この合成クランク角信号は、低分解能クランク位置信号から生成される。例えば、典型的なクランク角エンコーダ５は、クランクと共に回転するよう取り付けられたディスク上の歯のエッジの通過を感知することによってクランク角信号１５を生成するが、クランク位置の分解能は歯の数に基づく。典型的な６０−２歯付ホイールの分解能は６°である。しかし、補間法を使ってエッジ間の空きにおけるクランク角を決定することもできる。したがって、エッジ間の空きは、所望の角度サンプリング分解能を達成するために必要なエッジ数で分割される、予め観測された歯の周期を用いる。平均エンジン回転数（速度）が一定であっても見て取れるクランク歯間の小さな変動を考慮して、エンコーダシステムは各エッジと再同期される。

結果として得られる高分解能圧力信号１４をＥＣＵ１１内の燃焼診断ルーチンで用いることにより、シリンダ毎、サイクルベース毎に、主要燃焼診断１９、例えば、ＩＭＥＰ、Ｐ_ｍａｘ、ＣＡ５０が生成される。メトリクス１８は、続いて、フィードバック信号としてＥＣＵ１１に用いられてエンジン制御アクチュエータ設定１９を変調することによって主要燃焼性能特性を調整する。

従来の（非ＬＴＣ）複式燃料運転において、燃焼整相は、効率、排気、及びノッキングマージンに対する重要な因子である。燃焼整相を良好に制御することにより、最大ガス置換率を大幅に向上させることができる。エンジンにおける全ての変数が、厳しい許容範囲に保たたれるわけではないので（例えば、マニホルド絶対温度（ＭＡＴ）、マニホルド絶対圧力（ＭＡＰ）、及びディーゼル噴射レール圧を含む）、燃焼整相を制御する典型的な開ループ方法は、何らかのフィードバック機構により大幅に強化することができる。

リアクティブ制御式圧縮点火（ＲＣＣＩ）は、ＮＯｘ生成を劇的に低減し、同時に希薄混合気の高速燃焼を達成して効率を高める多くのＬＴＣストラテジのうちの１つである。ＲＣＣＩでは、反応性が異なる２種類の燃料が燃焼室内に早期に投入されて燃焼開始の整相及び燃焼速度を調整する。ガス・ディーゼルＲＣＣＩでは、天然ガスが吸気ポートに噴射され、ディーゼル（ディーゼル燃料）は燃焼室内へ直接噴射される。ディーゼル用コモンレールにより、ディーゼル分を噴射システムの限度まで様々な時間及び量で噴射することができる。典型的には、このディーゼルは、吸気バルブの閉じ（ＩＶＣ）直後と同じぐらい早期の、普通のディーゼルやガス・ディーゼル複式燃料よりもかなり早期から、上死点（ＢＴＤＣであって、ＴＤＣとは、ピストンがシリンダ内でその最高点位置にあるときのクランク位置である）前７０°と同じぐらい遅くまで噴射される。加えて、「ゲイン」は符号を切り換え、ここでＲＣＣＩでは、より早期のディーゼルタイミングがより後の燃焼整相に通じる。これは、早期のディーゼルが早期の燃焼整相に通じるディーゼル及び複式燃料燃焼とは逆である。

図２は、システム１０のＥＣＵ１２の内部動作の例示のフロー図である。データバス（Ｄａｔａ Ｂｕｓ）により結合された別体のＥＣＵとして図示されているが、他の例では、ＥＣＵ１２は、燃焼メトリクスの決定及びエンジン制御のための共通プロセッサ又は個別プロセッサを有する単体ＥＣＵであってもよい。図２は、クランク角センサ２０１とシリンダ内圧力センサ２０２とからの入力を受け入れるＥＣＵ１２を示す。クランク角センサ２０１は高分解能センサである必要はなく、場合によっては、６０−２歯付ホイールを読み取るセンサであってもよい。各シリンダのために、ＥＣＵ１２は入力データ２０１、２０１から燃焼メトリクスを計算する。ＥＣＵ１２において、各シリンダのために、圧力センサ処理モジュール２１では以下のステップが実行される。先ず、ステップ２１１において、エンジン・ジオメトリ（構造形状）を介するベクトルを含め、全ての定数が定められる。次に、ステップ２１２において、シリンダ内圧力が、場合によっては、サンプリングレートウィンドウによって定められた特定のサンプリングレートで取り込まれる。次に、ステップ２１３において、生の圧力データが、対応するクランク角に従ってベクトル解析される。次に、ステップ２１４において、燃焼メトリクスが、所定のベクトル及び圧力ベクトルを用いて計算される。最後に、ステップ２１５において、放熱率及び燃焼持続期間（すなわち、１０％、５０％、及び９０％燃焼）が計算される。

シリンダ毎の燃焼メトリクスの結果は、以下のステップが実行されるＥＣＵ１２のエンジン制御モジュール２２に送られる。図２のエンジン制御モジュール２２は、リアルタイムでの放熱計算を用いて複式燃料エンジンを作動させてＩＭＥＰ又は類似の目標に合致させる方法を示している（図４は、火花タイミング、スロットル設定、及び燃料比、の単一燃料ガスエンジンの類似の実施の形態を示す）。最初に、ステップ２２１において、最適なエンジンタイミングが、ステップ８１５で計算されたリアルタイム放熱を介して決定される。次に、ステップ２２２において、インジェクタにより複数又は単一パルスディーゼルタイミングが調整されて整相目標を達成する。次に、ステップ２２３において、目標代替率が、ステップ２１５で計算されたリアルタイム放熱を介して決定される。最後に、ステップ２２４において、ＥＣＵ１２はエンジン制御パラメータを調整して設定点に合致させる。例えば、ＩＭＥＰ目標又は均等物。場合によっては、ステップ２２４で、ＥＣＵ１２は、設定燃料代替率を調整することによって設定点に合致させている。

場合によっては、高分解能の誘発（０．２５°までのＣＡ分解能）は、線形補間を用いることにより低分解能エンコーダ（例えば、６０−２歯付ホイールを読み取るセンサ）から与えられる。

任意ではあるが、以下詳細に検討するように、ＥＣＵ１２は、各サイクルに対して各シリンダ当たり１５を超える燃焼メトリクスの処理を可能としつつ標準的な「自動車」生産ＥＣＵ（最大許容プロセッサ及びメモリを有する）に適する高効率処理方法を採用してもよい。特に、シリンダ圧力センサからの圧力読取値のベクトルは、シリンダが燃焼サイクルにある所に基づき、異なる分解能でサンプリングされる。したがって、ベクトルは最も重要な時間でのみ高分解能（最高分解能）でサンプリングされるので、処理されるデータの総量は減少する。また、データは、全てのシリンダに対して同じメモリに収集され、そこから処理される。

場合によっては、燃焼整相メトリクスの同時制御、例えば、放熱の中心（ＣＡ５０、サイクル毎の放熱率の高速処理から導出されるメトリクス）は、燃焼エネルギーメトリクス（例えば、ＩＭＥＰ）の同時制御と同時の燃焼誘発整相の作動（例えば、火花進角又はディーゼル噴射開始）と共に行われる。この同時制御は、ディーゼル構成におけるシリンダ内、又は、例えば天然ガス又はガソリンのポート内噴射におけるシリンダ外、のどちらか一方の総燃料量の作動により達成される。

場合によっては以下詳細に検討するように、複式燃料最大代替率は、ＣＡ１０、ＣＡ５０、ＣＡ９０等の様々な放熱率メトリクスの比に基づいて計算され、次いで、ここで３つ全てのメトリクスＣＡ１０、ＣＡ５０、及びＣＡ９０は燃料量（燃料プロファイル）の制御に用いられ、ＣＡ５０は、具体的には、整相すなわち噴射開始の制御で用いられる。更に、ＣＡ１０は、燃焼開始のための代行制御メトリクスとして用いることができる。

場合によっては、圧力信号から導出された圧縮及び膨張ポリトロープ係数のリアルタイム処理は、高品質放熱率計算のために用いられる。放熱率計算は、「運転（motored）」圧力曲線の計算による圧縮曲線品質の診断を含む。放熱率は、予想圧縮曲線からの偏差を介してシリンダの変化及び圧力センサ品質を診断できる。場合によっては、ポリトロープ定数が時間とともに記録されて圧力センサのドリフト率又はリング及び／若しくはバルブの気密性に由来するシリンダ圧縮品質を決定する。

場合によっては、システムは、従来のディーゼルのみから、（ｉ）「複式燃料」モード（このモードにより燃焼はＴＤＣ付近のトリガ噴射直後に開始する）へ、又は（ｉｉ）「ＲＣＣＩ」モード（燃焼整相（例えばＳＯＣ、ＣＡ５０、ＬｏｃＰｅａｋ）及び総燃焼エネルギー（ＩＭＥＰ）メトリクスの両方を維持する一方で、誘発媒体の早期噴射を含む）へ「即座に且つ切れ目なく切り換えるように構成される。

場合によっては、圧力に基づくノック指数は、リアルタイム圧力トレース平滑化及び統合、重み付け、リップル計算を用いて計算される。ノック指数は、最大置換又は最大火花進角制限のどちらか一方のために制御ＥＣＵに送られる。ノック指数を用いて、システムはノッキングの瀬戸際で作動を維持する。場合によって、システムはノック指数を監視し、所定のＮＯｘレベルにおける最大効率のために、空燃比（ＡＦＲ、ラムダ）と火花タイミングの両方を調整する。また、ＮＯｘセンサ入力を含んでもよい。場合によって、システムは、ノック指数を用いて、燃焼整相制御変数（例えば火花タイミング）をノッキング強度が予め設定された目標値に達する点まで進めることによって、リアルタイムノックマージン制御を行い、次いで、整相制御がこの整相角度を記録し、システムはその次に、予め設定された「ノッキングからの遅延」値までタイミングを遅延させ、それによって最良のノックマージン及び効率バランスを提供する。場合によって、システムは、実際に関連する燃焼整相目標の変動の統計サンプリングを実行する。続いて投票機能が、火花タイミングを調整する必要性をチェックし、ノックマージン、失火、及び効率が目標と一致した場合、火花タイミングの個別変更が行われる。変更が行われると、別の正当化された変更が影響を受けるまで、その値は一定に保持される。

場合により、システムは、平均を下回る又は上回る各シリンダのためのエネルギーをその後で加算又は減算することによってシリンダ噴射エネルギーの平衡を達成するよう、平均ピーク圧力値から個々のピーク圧力誤差を計算する。

場合によっては、圧力上昇率が計算される。圧力の大きさ及び圧力上昇率を用いて燃料エネルギー噴射含量又は燃焼整相を制限する。場合によっては、複式燃料エンジンにおいて、圧力上昇率は最終的な保護として用いられる一方、放熱率は一次制御パラメータとして用いられる。ＲＣＣＩにおいて、燃焼整相はディーゼル噴射タイミングを通じて最初に制御され、次に、圧力上昇率が主な保護になるとともに２種類の燃料の割合を制御する制御パラメータとなる。

場合により、システムは、燃焼安定性（ＩＭＥＰのＣＯＶ）を演算し、この安定性計算を用いてリーン失火空燃比（ＡＦＲ）を決定する。リーン失火ＡＦＲがわかると、空燃比コントローラは、所定のマージンに従って失火限界よりリッチな（燃料濃度が高い）充填を維持するよう設定され、燃焼整相制御を用いて最高効率を維持する、又は、ＮＯｘ信号を入力してＮＯｘをその限度未満に維持するためにタイミングを遅延する。

場合により、システムは、リアルタイムＩＭＥＰ計算を通じて燃料品質のリアルタイム計算を実行する。燃料別エネルギー含量Ｑを計算するために、ＩＭＥＰを、噴射された燃料質量で除算する。場合により、計算は、エネルギーと整相の混同を避けるためにＣＡ５０制御が必要となる。燃料品質が判ると、適切なＡＦＲ及び燃焼整相制御が行われる。

場合により、システムは、ガス品質センサを必要とすることなく、代わりに燃焼フィードバックを用いることによって、エンジン運転中のガス品質の変更に適応する。

圧力に基づく燃料フレックスガスエンジンのコントローラ

現在、典型的なガスエンジン、例えば天然ガスエンジンは、ＡＦＲのための工場内較正と共に固定の火花タイミングで運転される。この典型的構成は良好なノックマージンを提供し、運転される燃焼エンジンに関する排出基準に合致してもよい。しかし、エンジンによっては、火花タイミング及びＡＦＲは、燃焼の中心又はＣＡ５０（５０％燃料燃焼時間）がＡＴＤＣ１５°から２０°の間の比較的遅角された位置に維持されるように、設定される。それらは控えめな設定と考えられるが、最悪であると想定される燃料ガス品質がエンジンを損傷するノッキングにつながらないように設定される。この種の較正において、提供されるノックセンサは過酷な条件においてのみ利用され、そうでない場合は、ノッキングのサインは比較的低い。この構成の結果、ＮＯｘ排出基準に合致する一方、「良好な燃料」で運転される（すなわち、メタン数（ＭＮ）が高いことによりノッキング傾向が低い）エンジンが最適とは言えない燃費で、そのほとんど又は全運転期間にわたり運転されることである。この潜在的な燃費の損失は、例えば１乃至４％になるかもしれない。

対照的に、エンジンによっては積極的なストラテジが用いられており、そこでは燃焼整相制御のためにという明確な意図をもってノックセンサは用いられている。燃焼整相を軽いノッキング点まで進めることにより、最高燃料効率が与えられると想定される。これは特に、サイクル間の変動が大きいＪギャップ型スパークプラグに当てはまる。これらのシステムでは、燃料品質がＭＮの低下に伴って変化する場合、ノックをコントローラに登録する時間があり、適切な火花タイミング又はＡＦＲリーンを適合させるように達成することができる。このストラテジはノックセンサの働きに依存する。加えて、サイクル間の変動がより小さく、燃焼速度がより速い予燃チャンバスパークプラグ及び燃料供給予燃チャンバ等、良好な点火方式をとる場合、「軽いノッキング」状態は過度に進んだ燃焼となり、効率的ではない。

更に、上記２種類の構成における方式はいずれも、シリンダ圧力を機械的限界未満に維持する方法も、圧縮上昇率を機械的限界未満に維持する方法も備えていない。加えて、燃料品質又はＡＦＲが反対方向に進む場合、すなわち燃焼不良及び失火に至る場合、既存のエンジンでの唯一の検出方法は、シリンダ排気ポート温度を監視する方法が一般的である。しかし、この方法は、高い温度が遅延燃焼を示す一方、非常に低い温度が失火を示すので、曖昧な監視状態を招くことになる。失火は、また、軸の瞬時の軸速度変化によって示され、これを利用して、失火の診断として読み取られた低温の裏付けとしてもよい。

上記のシステムにともなう一の課題は、エンジンをノッキング限界と失火限界との間に維持しつつ、ＮＯｘ基準を維持し、特に、燃料品質が変化し、且つ大気条件が変化するときに、最高効率を達成することである。この課題は、ＮＯｘ基準が極めて低いＮＯｘ、例えば、空気中で、１ＴａＬｕｆｔ、０．５又は０．２５又は０．１ＴａＬｕｆｔ、である場合に難題となる。以下詳述するシステムは、燃料及び大気条件における変化の影響下で最適のままでいるように、リアルタイムシリンダ内燃焼メトリクスを用いて燃焼整相及び燃焼持続期間の両方を調整することによって課題に対処する。

図３はエンジン制御ユニット３００の略図であり、入力３０１乃至３０５、出力３４１乃至３４３、及び設定点３３１乃至３３３を示す。ＥＣＵ３００は図１及び図２と同じＥＣＵ１２であってもよく、さもなければ別の実施の形態であってもよい。ＥＣＵ３００は、軸エンコーダ３０１（例えばクランク角センサ）、シリンダ内圧力センサ３０２、マニホルド圧力センサ３０３、マニホルド温度センサ３０４、及びエンジン出力センサ３０５からのデータを入力する。ＥＣＵ３００は、負荷設定点３３１、ＣＡ５０設定点３３２、及びＮＯｘ設定点３３３も受け入れる。ＥＣＵ３００は、スロットル開度信号３４２、火花進角信号３４１、及び燃料比信号３３４のうちの１つ以上を出力することによってエンジン（不図示）を制御する。

図４は、図３のエンジン制御ユニット３００の内部処理ステップ２１１〜５、３２１〜３の略図である。ＥＣＵ３００は各シリンダに対して以下のステップを実行する。最初に圧力処理モジュール２１において、ステップ２１１でエンジン・ジオメトリを通じてベクトルを含む全ての定数が定められる。次に、ステップ２１２でシリンダ内圧力が高分解能で取り込まれる。場合によっては、圧力センサは、臨界クランク角又は燃焼イベント（燃焼事象）中に第１の（高）周波数で捕捉され、非臨界クランク角又は燃焼イベント時に第２の（低）又は第３の（中間）周波数で取り込まれる。図５で詳細に示すこの圧力サンプリングウィンドウは、ＥＣＵが既存のメモリをより効率的に用い、帯域幅を処理して、重要な燃焼イベントを取り込むようその後の計算を優先させることを可能にしている。シリンダ毎の圧力ステップ２１５では、放熱率及び燃焼メトリクスが計算される。圧力処理モジュール２１はステップ３１６においてＩＭＥＰを計算することができ、エンジンは効率的であり、制動効率はステップ３１７で計算することができる。

最終的に、ＥＣＵ３００のエンジン制御モジュール２２は、空燃比３２１を維持するようスロットル開度３４１を調整する第１のモジュール３２１と、ＣＡ５０をＣＡ５０設定点３３２に維持するよう火花進角３４２を調整する第２のモジュール３２２と、エンジン負荷をエンジン負荷設定点３３１に維持するよう燃料比３２３を調整する第３のモジュール３２３とで構成される。

図３及び図４を参照すると、エンジン出力３０５と、ＭＡＰ３０３と、ＭＡＴ３０４と、軸エンコーダ３０１及びシリンダ圧力３０２の信号とを、シリンダごとにＥＣＵ３００へ直接取り込み、そして、それらをステップ２１１乃至２１３で処理してＣＡ５０（燃焼中心）、１０〜９０％燃焼持続期間、及びＩＭＥＰ等の内部主要燃焼メトリクスを決定することによって、システムは（ノックセンサ、ラムダ／Ｏ２センサ、排気ポート温度センサのうちのいずれのセンサも用いることなく）較正値をこれらのメトリクスのために用い、次いで、適切な火花進角３４２、スロットル開度３４１、及び燃料流量を決定し、それに応じて調整して、エンジン出力及びＮＯｘ排出目標並びに最高運転点効率を維持する一方、エンジンをノッキング、失火、及び過圧から保護する。

ノック、ラムダ、及び排気温度センサの代わりに、圧力センサを用いることによって、エンジンの保護が向上し、センサ数が少なくなり、ＮＯｘ適合性が向上し（特に、低ＮＯｘ点において）、そして効率が最大化されることからして、各態様には著しい改善が見られる。この改善が可能であるのは、ＥＣＵがシリンダ圧力処理機能を有し、放熱率及びこれらのＣＡ５０及び１０〜９０燃焼持続期間の派生物等のリアルタイム燃焼メトリクスにおいて生成する機能を有するからである。

可変圧力サンプリングウィンドウ

図５は、一のシリンダの圧力対クランク角のグラフ５００であり、３つの圧力サンプリングレートウィンドウ５０１ａ、ｂ、ｃを示す。サンプリングレートウィンドウ５０１ａ、ｂ、ｃは、ＥＣＵが、ウィンドウ５０１ａ、ｂ、ｃで生ずる燃焼イベントに対応する異なるサンプリングレートで圧力センサ３０２をサンプリングする範囲を表している。図５には、圧力トレース５０２、５０３が、例えば、シシンダの上死点を０°で表し全７２０°の完全燃焼イベントに対して示されている。圧力トレース５０２は、ピストンによる圧縮に由来する圧力を表すトレース５０３の全体にわたってそれより上にある、シリンダ内での燃焼に由来する圧力上昇を表している。圧力トレース５０２は、シリンダ内圧力センサ３０２の生の出力を表している。グラフ５００は、圧力センサがＥＣＵ３００によって異なるレートでサンプリングされている間を５つのウィンドウ５０１ａ乃至５０１ｃに分割されている。第１のサンプリングウィンドウ５０１ａは、実施面から言えば、これらのウィンドウ内で圧力があまり発生しないので、エンジンを効率的に制御するＥＣＵ３００にとってほとんど関係ない圧力を表している。したがって、このウィンドウでは、圧力を最低レートでサンプリングしてもよい。場合によっては、サンプリングレートは、サンプリング当たり２から８クランク角度（すなわち、クランクの２から８度の回転毎に１回の圧力サンプリング）である。第１のウィンドウ５０１ａは、クランク角上死点の前１８０°及び上死点の後１８０°にわたるが、他の実施例では、それより小さい又は大きいクランク角にわたってもよい。同様に、上記より高い又は低いサンプリングレートを第１のウィンドウに用いてもよい。

第２のサンプリングウィンドウ５０１ｂは、上死点に対してクランク角±１８０°から±６０°にわたっている。第２のウィンドウ５０１ｂの圧力信号の圧力変化は、運転上、より大きくなるので、エンジンの運転に関してＥＣＵ３００にとって中程度に関係する圧力を表す。したがって、第２のウィンドウ５０１ｂ内の圧力５０２は、第１のウィンドウ５０１ａ内の圧力より高いレートでサンプリングされてもよい。場合によっては、第２のウィンドウ内のサンプリングレートは、サンプリング当たり１〜６クランク角度である。上記のように、第２のウィンドウ５０１ｂはそれより小さい又は大きいクランク角度にわたってもよく、サンプリング当たり１〜６クランク角度よりも高い又は低いサンプリングレートを用いてもよい。

最後に、第３のウィンドウ５０１ｃは、残りの範囲（この実施例では１２０°）にわたり、ピストンの上死点がその中央であり、ＥＣＵ３００の燃焼メトリクス３１３の計算と、それに続くエンジン制御３４１乃至３にとって欠かせない圧力信号位置の位置を表している。第３のウィンドウ５０１ｃはＴＤＣを含むうえに、点火イベント（例えば、火花点火エンジンでの火花イベント）の発生も含む。したがって、圧力５０２は、第３のウィンドウ５０１ｃにおいて、第１又は第２のウィンドウよりも高い最高レートでサンプリングされる。場合によっては、第３のウィンドウでのサンプリングレートは、サンプリング当たり０．２５から０．５度（すなわち、クランク角当たり２から４サンプル）である。ここでも、上記のように、第３のウィンドウはそれより小さい又は大きいクランク角にわたってもよく、サンプリングレートはこの例より高くても低くてもよい。

場合によっては、ウィンドウ５０１ａ乃至５０１ｃの長さは、燃焼条件及びエンジンサイクルに基づいて選択され、例えば、エンジンの運転中にＥＣＵが可変的に決定する圧力サンプリングレートを表すものであってもよい。

ＥＣＵ３００の圧力サンプリングウィンドウ５０１ａ、ｂ、ｃを利用することにより、ＥＣＵが、メモリ及び演算リソースを、エンジンベースの効果的な制御にとって重要度が最も高い圧力信号位置を取る間における燃焼メトリクスの計算に割り当てることを可能にする。具体的には、場合により、ＥＣＵ３００は、圧力サンプリングウィンドウ５０１ａ、ｂ、ｃをサンプリングレベルで操作する、すなわち、ＥＣＵは、ウィンドウ５０１ａ、ｂ、ｃによって決定されるレートで圧力センサ３０２からのデータを取り込むだけであるので、サンプリングウィンドウ５０１ａ、ｂ、ｃのパラメータと適合させるために、取り込んだデータを落とす必要がないため、更にリソースを節約できる。

場合によっては、ウィンドウ５０１ａ、ｂ、ｃにおける圧力サンプリングレートは可変であり、ウィンドウは圧力サンプリングレートのレート変化を表している。

頭字語／略語
ＡＴＤＣ＝上死点後
ＢＴＤＣ＝上死点前
ＣＡ５０＝５０％質量分率燃焼の位置（ＡＴＤＣクランク角度）
ＣＡＮ＝コントローラエリアネットワーク
ＣＯＶ＝変動係数
Ｄａｔａ Ｂｕｓ＝データバス
ＥＣＵ＝エンジン制御ユニット
ＥＧＲ＝排気ガス再循環装置
ＨＣＣＩ＝予混合圧縮着火
ＩＭＥＰ＝図示平均有効圧（バール）
ＩＶＣ＝吸気弁閉角度
ＬＴＣ＝低温燃焼
ＭＡＰ＝マニホルド絶対圧力（バール）
ＭＡＴ＝マニホルド絶対温度（Ｋ）
ＮＯｘ＝窒素酸化物
ＰＣＣＩ＝予混合圧縮自己着火
Ｐｌｏｃ＝ピーク圧力の位置（ＡＴＤＣクランク角度）
Ｐｍａｘ＝最大シリンダ圧力（バール）
Ｒ＆Ｄ＝研究開発
ＲＣＣＩ＝リアクティブ制御圧縮着火
ＲＰＲ＝圧力上昇率（バール／クランク角度）
ＲＴ−ＣＤＣ＝リアルタイム燃焼診断及び制御
ＳＯＣ＝燃焼開始（ＡＴＤＣクランク角度）

内燃エンジンの運転を制御するための装置の実例は、前記エンジンのシリンダ内の圧力を測定し、対応する圧力信号を生成するよう構成されたシリンダ内圧力センサと、前記エンジンのクランク角を測定し、対応するクランク角信号を生成するよう構成されたクランク角センサと、前記圧力センサと前記クランク角センサとへ結合可能なエンジン制御ユニットを含む。前記エンジン制御ユニットは：（ａ）前記圧力信号と前記クランク角信号とを特定の頻度でサンプリングし、ピストン上死点を含む前記クランク角の第１の範囲における前記特定の頻度は、前記クランク角の第２の範囲における前記特定の頻度よりも高く、（ｂ）前記シリンダ内で生じる燃焼を示す燃焼メトリクスを、前記圧力信号と前記クランク角信号との関数として計算し、（ｃ）前記燃焼メトリクスに基づいて、前記エンジンのための燃料入力信号と、スロットル開度信号と、点火タイミング信号とを決定するように構成される。

場合によっては、前記第１の範囲における前記特定の頻度は、サンプリング当たり０．２５°から０．５０°クランク角の間にある。

場合によっては、前記第２の範囲は下死点位置を含み、前記第２の範囲における前記特定の頻度は、サンプリング当たり２．０°から８．０°クランク角の間にある。

場合によっては、前記第１と第２の範囲の間に第３の範囲を含み、前記第３の範囲における前記特定の頻度は、サンプリング当たり１．０°から６．０°クランク角の間にある。

場合によっては、前記第１の範囲は前記点火タイミング信号の前記クランク角に一致する。

場合によっては、前記燃焼メトリクスは、前記シリンダ内の燃焼の断熱的放熱率と、前記シリンダ内の最大圧力と、前記シリンダ内の前記最大圧力の前記クランク角の位置と、１０％、５０％、及び９０％燃焼状態のそれぞれのクランク角の位置と、１０％〜９０％の燃焼持続期間と、各シリンダのための図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）と、のうちの少なくとも１つを含む。

場合によっては、前記ＥＣＵは、エンジン負荷設定点と、ＣＡ５０設定点と、ＮＯｘ設定点とのうちの１つ以上の設定点を受け取り、前記ＥＣＵは、更に：前記燃焼メトリクスと前記設定点のうちの１つとの関数として前記スロットル開度信号を決定し、前記燃焼メトリクスと前記設定点のうちの１つとの関数として前記点火タイミング信号を決定し、前記燃焼メトリクスと前記設定点のうちの１つとの関数として前記燃料入力信号を決定するように構成される。

他の場合は、内燃エンジンを制御するための方法である。その方法は、前記エンジンのクランク角センサをサンプリングするステップを備える。シリンダクランク角の第１の範囲の間で第１の頻度で前記エンジンの各シリンダの圧力センサをサンプリングするステップを備え、シリンダクランク角の前記第１の範囲は前記シリンダの点火位置を含む。シリンダクランク角の第２の範囲の間で第２の頻度で前記圧力センサをサンプリングするステップを備え、前記第２の頻度は前記第１の頻度よりも低い。前記サンプリングしたクランク角と圧力とに基づいて燃焼メトリクスを計算するステップを備える。エンジン制御パラメータを決定するステップを備え、前記エンジン制御パラメータは、前記計算された燃焼メトリクスに基づく、エンジンスロットル開度と、火花進角と、空燃比とのうちの少なくとも１つを含む。前記エンジン制御パラメータに基づいて前記エンジンを制御するステップを備える。

場合によっては、第１の頻度が、前記圧力センサのサンプリング当たり前記クランク角の０．２５°と０．５０°の間にある。

場合によっては、前記第２の頻度は、前記圧力センサのサンプリング当たり前記クランク角の２．０°と８．０°の間にある。

場合によっては、シリンダクランク角の第３の範囲の間、第３の頻度で前記圧力センサをサンプリングするステップを更に含み、前記第３の頻度は前記第１と第２の頻度の間にあり、前記第３の範囲は前記第１と第２の範囲の間にある。

場合によっては、前記第３の頻度は、前記圧力信号のサンプリング当たり前記クランク角の１．０°と６．０°の間にある

場合によっては、前記サンプリングされた圧力に基づいて前記第１の範囲を修正するステップを更に含む。

場合によっては、前記計算された燃焼メトリクスに基づいて前記第１の範囲を修正するステップを更に含む。

場合によっては、前記エンジン制御パラメータを判断する前記ステップは、１つ以上の燃焼メトリクスに基づくステップであり、前記１つ以上の燃焼メトリクスは、センサ入力として前記圧力及びクランク角センサのみから計算される。

場合によっては、前記燃焼メトリクスは：前記シリンダ内の燃焼の断熱的放熱率と、前記シリンダ内の最大圧力と、前記シリンダ内の前記最大圧力の前記クランク角の位置と、１０％、５０％、及び９０％燃焼状態のそれぞれのクランク角の位置と、１０％〜９０％の燃焼持続期間と、各シリンダのための図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）と、のうちの少なくとも１つを含む。

場合によっては、前記方法は、エンジン負荷設定点と、ＣＡ５０設定点と、ＮＯｘ設定点とのうちの１つ以上の設定点を受け取るステップと；前記燃焼メトリクスと、前記設定点のうちの１つとの関数として前記スロットル開度信号を決定するステップと；前記燃焼メトリクスと、前記設定点のうちの１つとの関数として前記点火タイミング信号を決定するステップと；前記燃焼メトリクスと、前記設定点のうちの１つとの関数として前記燃料入力信号を決定するステップと、を更に含む。

場合によっては、前記方法は、前記燃焼メトリクスに基づいてシリンダ燃焼イベントのノッキング品質を決定するステップを更に含む。

場合によっては、前記エンジンは複式燃料エンジンであり、前記方法は、第１の燃料と第２の燃料との間の最大安全代替率を決定するステップと；前記最大安全代替率に基づいて前記第１の燃料と前記第２の燃料との間の燃料代替率を制御するステップとを更に含む。

場合によっては、前記方法は、ＣＡ５０設定点に基づいて前記第１の燃料と前記第２の燃料との間の燃料代替を制御するステップを含む。

各態様は、以下のうちの１つ以上を含んでもよい。

場合によっては、方法又は装置は、エンジンシリンダ圧力を監視することを含む。

場合によっては、方法又は装置は、エンジンクランク角信号をエンジン制御ユニットに入力することを含む。

場合によっては、方法又は装置は、シリンダ圧力をエンジンクランク角と組み合わせることにより、シリンダ容積と関連付けることを含む。実施例によっては、データは時間とともに解析され、そのデータにはエンジンクランク角又はエンジンシリンダ容積が含まれる。

場合によっては、方法又は装置は、時間、クランク角（ＣＡ）、又はシリンダ容積に対するシリンダ圧力信号を解析する。

場合によっては、方法又は装置は、主要燃焼メトリクスを計算することを含む。実施例によっては、燃焼メトリクスは、ＩＭＥＰ、ＣＡ５０、及び１０〜９０％燃焼持続期間を含む。

場合によっては、方法又は装置は、エンジン制御パラメータである、火花進角と、スロットル開度と、燃料流量とのうちの１つ以上を制御する手段を含む。実施例によっては、方法又は装置は、上記のエンジン制御パラメータを制御して負荷設定点及びＮＯｘ設定点のうちの１つ以上を達成又は維持し、そのどちらか一方を制御して設定点における最高効率を達成するようにしてもよい。加えて、実施例によっては、方法又は装置は、ノッキングも失火もなく、許容できるＮＯｘ出力と共に上記設定点においてエンジンを制御する。実施例によっては、方法又は装置は、広い範囲の燃料品質にわたって上記設定点においてエンジンを制御するよう構成されている。

概して、当業者は、本明細書中で説明する装置及び方法が、幾つかの構成において、ＭＡＦセンサ、ＮＯｘセンサ、ノックセンサ、排気ポート温度センサを必要としないことを正しく認識するであろう。加えて、本明細書中で説明する装置及び方法は、幾つかの構成において、ノッキングを防ぎ、失火を検出及び防ぎ、ＮＯｘを基準内に維持し、最高のエンジン効率を達成する。当業者は、また、本明細書中で説明する装置及び方法が、ＭＮ（メタン数）及びエネルギー含量（ＭＢＴＵ／ｍ^３）を特徴とする可変燃料品質に適合することも正しく認識するであろう。

多くの実施の形態を説明してきた。それにもかかわらず、様々な変更が行われてもよいことは言うまでもない。したがって、他の実施の形態も、以下の特許請求の範囲内にある。

１０ エンジン制御システム
１２ ＥＣＵ
１３ エンジン
１４ 高速圧力データ、圧力信号
１５ クランク角信号
２１ 圧力センサ処理モジュール
２２ エンジン制御モジュール
３００ ＥＣＵ
５００ シリンダの圧力対クランク角のグラフ
５０１ａ、ｂ、ｃ 圧力サンプリングレートウィンドウ
５０２、５０３ 圧力トレース

Claims (20)

1. 内燃エンジンの運転を制御するための装置であって：
   前記エンジンのシリンダ内の圧力を測定し、対応する圧力信号を生成するよう構成されたシリンダ内圧力センサと；
   前記エンジンのクランク角を測定し、対応するクランク角信号を生成するよう構成されたクランク角センサと；
   前記圧力センサと前記クランク角センサとへ結合可能なエンジン制御ユニットであって；
   （ａ）前記圧力信号と前記クランク角信号とを特定の頻度でサンプリングし、ピストン上死点を含む前記クランク角の第１の範囲における前記特定の頻度は、前記クランク角の第２の範囲における前記特定の頻度よりも高く、
   （ｂ）前記シリンダ内で生じる燃焼を示す燃焼メトリクスを、前記圧力信号と前記クランク角信号との関数として計算し、
   （ｃ）前記燃焼メトリクスに基づいて、前記エンジンのための燃料入力信号と、スロットル開度信号と、点火タイミング信号とを決定するように構成される、
   エンジン制御ユニットとを備える；
   装置。
2. 前記第１の範囲における前記特定の頻度は、サンプリング当たり０．２５°から０．５０°クランク角の間にある、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記第２の範囲は下死点位置を含み、前記第２の範囲における前記特定の頻度は、サンプリング当たり２．０°から８．０°クランク角の間にある、
   請求項１に記載の装置。
4. 前記第１と第２の範囲の間に第３の範囲を含み、前記第３の範囲における前記特定の頻度は、サンプリング当たり１．０°から６．０°クランク角の間にある、
   請求項１に記載の装置。
5. 前記点火タイミング信号は、前記クランク角の第１の範囲の中にある、
   請求項１に記載の装置。
6. 前記燃焼メトリクスは、
   前記シリンダ内の燃焼の断熱的放熱率と、
   前記シリンダ内の最大圧力と、
   前記シリンダ内の前記最大圧力の前記クランク角の位置と、
   １０％、５０％、及び９０％燃焼状態のそれぞれのクランク角の位置と、
   １０％〜９０％の燃焼持続期間と、
   各シリンダのための図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）と、のうちの少なくとも１つを含む；
   請求項１に記載の装置。
7. 前記ＥＣＵは、エンジン負荷設定点と、ＣＡ５０設定点と、ＮＯｘ設定点とのうちの１つ以上の設定点を受け取り、
   前記ＥＣＵは、更に：
   前記燃焼メトリクスと、前記設定点のうちの１つとの関数として前記スロットル開度信号を決定し、
   前記燃焼メトリクスと、前記設定点のうちの１つとの関数として前記点火タイミング信号を決定し
   前記燃焼メトリクスと、前記設定点のうちの１つとの関数として前記燃料入力信号を決定するように構成される、
   請求項６に記載の装置。
8. 内燃エンジンを制御するための方法であって：
   前記エンジンのクランク角を測定し、対応するクランク角信号を生成するよう構成されたクランク角センサの前記クランク角信号をサンプリングするステップと；
   第１の頻度で、前記エンジンのシリンダ内の圧力を測定し、対応する圧力信号を生成するよう構成されたシリンダ内圧力センサの前記圧力信号をサンプリングするステップであって、前記第１の頻度は、ピストン上死点を含むシリンダクランク角の第１の範囲での頻度である、ステップと；
   シリンダクランク角の第２の範囲で第２の頻度で前記圧力信号をサンプリングするステップであって、前記第２の頻度は前記第１の頻度よりも低い、ステップと；
   前記サンプリングしたクランク角信号と圧力信号との関数として、各シリンダ内で生じる燃焼を示す燃焼メトリクスを計算するステップと；
   前記計算された燃焼メトリクスに基づいてエンジン制御パラメータを決定するステップであって、前記エンジン制御パラメータは、少なくとも、前記エンジンのための燃料入力信号と、エンジンスロットル開度信号と、点火タイミング信号と、のうちの少なくとも１つを含む、ステップと；
   前記エンジン制御パラメータに基づいて前記エンジンを制御するステップと、を備える；
   方法。
9. 内燃エンジンを制御するための方法であって：
   前記エンジンのクランク角センサをサンプリングするステップと；
   シリンダクランク角の第１の範囲の間で第１の頻度で前記エンジンの各シリンダの圧力センサをサンプリングするステップであって、シリンダクランク角の前記第１の範囲は前記シリンダの点火位置を含み；
   シリンダクランク角の第２の範囲の間で第２の頻度で前記圧力センサをサンプリングするステップであって、前記第２の頻度は前記第１の頻度よりも低く；
   前記サンプリングしたクランク角と圧力とに基づいて燃焼メトリクスを計算するステップと；
   エンジン制御パラメータを決定するステップであって、前記エンジン制御パラメータは、前記計算された燃焼メトリクスに基づいて、エンジンスロットル開度と、火花進角と、空燃比とのうちの少なくとも１つを含み、
   前記エンジン制御パラメータに基づいて前記エンジンを制御するステップとを備え；
   第１の頻度は、前記圧力センサのサンプリング当たり前記クランク角の０．２５°と０．５０°の間にある、
   方法。
10. 前記第２の頻度は、前記圧力信号のサンプリング当たり前記クランク角の２．０°と８．０°の間にある、
    請求項８に記載の方法。
11. シリンダクランク角の第３の範囲の間、第３の頻度で前記圧力信号をサンプリングするステップを更に含み、前記第３の頻度は前記第１と第２の頻度の間にあり、前記第３の範囲は前記第１と第２の範囲の間にあり、前記第３の頻度は、前記圧力信号のサンプリング当たり前記クランク角の１．０°と６．０°の間にある、
    請求項８に記載の方法。
12. 内燃エンジンを制御するための方法であって：
    前記エンジンのクランク角センサをサンプリングするステップと；
    シリンダクランク角の第１の範囲の間で第１の頻度で前記エンジンの各シリンダの圧力センサをサンプリングするステップであって、シリンダクランク角の前記第１の範囲は前記シリンダの点火位置を含み；
    シリンダクランク角の第２の範囲の間で第２の頻度で前記圧力センサをサンプリングするステップであって、前記第２の頻度は前記第１の頻度よりも低く；
    前記サンプリングしたクランク角と圧力とに基づいて燃焼メトリクスを計算するステップと；
    エンジン制御パラメータを決定するステップであって、前記エンジン制御パラメータは、前記計算された燃焼メトリクスに基づいて、エンジンスロットル開度と、火花進角と、空燃比とのうちの少なくとも１つを含み、
    前記エンジン制御パラメータに基づいて前記エンジンを制御するステップとを備え；
    第記サンプリングされた圧力に基づいて前記第１の範囲を修正するステップを更に備える、
    方法。
13. 内燃エンジンを制御するための方法であって：
    前記エンジンのクランク角センサをサンプリングするステップと；
    シリンダクランク角の第１の範囲の間で第１の頻度で前記エンジンの各シリンダの圧力センサをサンプリングするステップであって、シリンダクランク角の前記第１の範囲は前記シリンダの点火位置を含み；
    シリンダクランク角の第２の範囲の間で第２の頻度で前記圧力センサをサンプリングするステップであって、前記第２の頻度は前記第１の頻度よりも低く；
    前記サンプリングしたクランク角と圧力とに基づいて燃焼メトリクスを計算するステップと；
    エンジン制御パラメータを決定するステップであって、前記エンジン制御パラメータは、前記計算された燃焼メトリクスに基づいて、エンジンスロットル開度と、火花進角と、空燃比とのうちの少なくとも１つを含み、
    前記エンジン制御パラメータに基づいて前記エンジンを制御するステップとを備え；
    第記計算された燃焼メトリクスに基づいて前記第１の範囲を修正するステップを更に備える、
    方法。
14. 前記エンジン制御パラメータを決定する前記ステップは、１つ以上の燃焼メトリクスに基づくステップであり、前記１つ以上の燃焼メトリクスは、センサ入力として前記圧力及びクランク角信号のみから計算される、
    請求項８に記載の方法。
15. 前記燃焼メトリクスは：
    前記シリンダ内の燃焼の断熱的放熱率と、
    前記シリンダ内の最大圧力と、
    前記シリンダ内の前記最大圧力の前記クランク角の位置と、
    １０％、５０％、及び９０％燃焼状態のそれぞれのクランク角の位置と、
    １０％〜９０％の燃焼持続期間と、
    各シリンダのための図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）と、のうちの少なくとも１つを含む、
    請求項８に記載の方法。
16. エンジン負荷設定点と、ＣＡ５０設定点と、ＮＯｘ設定点とのうちの１つ以上の設定点を受け取るステップと；
    前記燃焼メトリクスと、前記設定点のうちの１つとの関数として前記スロットル開度信号を決定するステップと；
    前記燃焼メトリクスと、前記設定点のうちの１つとの関数として前記点火タイミング信号を決定するステップと；
    前記燃焼メトリクスと、前記設定点のうちの１つとの関数として前記燃料入力信号を決定するステップと、を更に備える；
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記燃焼メトリクスに基づいてシリンダ燃焼イベントのノッキング品質を決定するステップを備える、
    請求項１３に記載の方法。
18. 前記エンジンは複式燃料エンジンであり、
    第１の燃料と第２の燃料との間の最大安全代替率を決定するステップと；
    前記最大安全代替率に基づいて前記第１の燃料と前記第２の燃料との間の燃料代替率を制御するステップとを更に備える；
    請求項１３に記載の方法。
19. ＣＡ５０設定点に基づいて前記第１の燃料と前記第２の燃料との間の燃料代替を制御するステップを備える；
    請求項１７に記載の方法。
20. 複式燃料内燃エンジンを制御するための方法であって：
    前記エンジンのクランク角センサをサンプリングするステップと；
    シリンダクランク角の第１の範囲の間、第１の頻度で前記エンジンの各シリンダの圧力センサをサンプリングするステップであって、シリンダクランク角の前記第１の範囲は前記シリンダの点火位置を含み；
    シリンダクランク角の第２の範囲の間、第２の頻度で前記圧力センサをサンプリングするステップであって、前記第２の頻度は前記第１の頻度よりも低く；
    前記サンプリングしたクランク角及び圧力に基づいて放熱率を計算するステップと；
    前記放熱率の関数として最大安全代替率を決定するステップと；
    前記最大安全代替率に基づいて前記エンジンの複式燃料代替を制御するステップとを備える；
    方法。

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