JP5117141B2 - 内燃機関の燃焼状態の指標をリアルタイムで求める方法 - Google Patents
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Description
a)N個の第1のサンプル[n1,・・・,nN]からなる第1のシーケンスを取得した後、
第1のシーケンスを、バンドパスフィルタを用いて前記周波数帯域でフィルタリングし、
フィルタリングされた該第1のシーケンスの離散的フーリエ変換を行うことによって、フィルタリングされた前記第1のシーケンスの少なくともk個のスペクトル成分を求める段階と、
b)次に、新しいサンプルnN+1ごとに、前記第1のシーケンスから第1のサンプルn1を除き前記新しいサンプルnN+1を含むサンプルからなる、N個のサンプル[n2,・・・,nN+1]の新しいシーケンスを構成し、
前記新しいシーケンスを、再帰バンドパスフィルタを用いて前記周波数帯域でフィルタリングし、
前記フーリエ変換の循環シフト特性を適用して計算される、フィルタリングされた前記新しいシーケンスの離散的フーリエ変換を行うことによって、フィルタリングされた前記新しいシーケンスの少なくともk個のスペクトル成分を求める段階と、
c)求められた前記スペクトル成分から燃焼状態の指標を求める段階と、
を有している。
p個の前記シーケンスを得た後に、
前記各シーケンスについて、前記スペクトル成分を組み合わせた値を定める段階と、
p個の前記シーケンスの前記スペクトル成分を組み合わせたp個の前記値の極値を求める段階と、
前記極値から前記燃焼状態の指標を求める段階と、
によって求めることができる。
−内燃機関に配置された振動検出器によって得られる振動信号、
−内燃機関に配置された圧力検出器によって得られる内燃機関のシリンダ内の圧力、
−イオン化電流信号
を用いることができる。
段階1−燃焼現象に関連する周波数帯域の同定
リアルタイムで行われる各段階
段階2−検出器(A)からの、時間またはクランク角度に応じた信号xの取得
段階3−1つまたは2つ以上の対象周波数帯域の分離及びスペクトル成分の決定
段階4−スペクトル成分の変化による燃焼状態の指標(CROP)の決定
段階5−内燃機関制御:燃焼制御(CTRL)に関する機関パラメータの調整
(段階1:燃焼現象に関連する周波数帯域の同定)
シリンダ内の圧力勾配変化によって特徴付けられる燃焼現象はブロックに伝えられ、例えば加速度計などの検出器によって記録可能な振動を発生させる。燃焼現象に関連する、記録される振動の周波数成分は、燃焼室の形状や燃焼タイプなどのいくつかのパラメータに依存するが、一般に30000Hzより低い周波数帯域内にある。
この段階及び以後のすべての段階はリアルタイムで行われる。この方法の第1のリアルタイムフェーズは、検出器(例えば、エンジンブロックまたはシリンダヘッド上に配置された加速度計)によって振動成分を含む信号を記録することにある。検出器技術はそれほど重要ではない。しかし、記録すべき振動成分を含む信号に検出器が適していること、すなわち、検出器が所望の周波数成分を含む帯域を有しており、かつ信号を乱す大きな歪がないことを確認しておく必要がある。
信号はサンプルごとに処理され、本方法のリアルタイム機能が確実に実現される。この段階は、順次行われる2つのフェーズ、すなわち信号フィルタリングと時間−周波数分析とに分かれる。
第1のフェーズの本質は、対象周波数帯域、特に燃焼現象に関連する振動成分を分離することにある。従って、再帰バンドパスフィルタが用いられる。バンドパスフィルタは主として、そのカットオフ周波数と次数とによって特徴付けられる。リアルタイムのバンドパスフィルタリングを実現するために、フィルタは時間領域または角度領域で適用される。以下の差分方程式が用いられる。
この段階の第2のフェーズは、時間またはクランク角度に応じたスペクトル成分の変化に追従するように、フィルタリングされた信号の時間−周波数分析を行うことにある。この方法によれば、段階1で使用された方法とは異なり、それほど大量の計算を必要とせずに時間−周波数分析が行われる。実際には、検討される燃焼現象に関連する周波数帯域に属する非常に限定された数の離散化周波数(通常1〜10)のスペクトル成分の変化が追跡される。
このようにして、新しいサンプルが得られるたびに、スペクトル成分のエネルギー和が算出される。p個のサンプルが得られた後に、スペクトル成分のエネルギー和の分布曲線と呼ばれる、p個の値を有する曲線が得られる。この分布は、所定のシリンダの燃焼現象を含むウインドーに対して評価される。このウインドーのサイズは、定義上、機関の1サイクルの継続時間より小さい。言い換えれば、得られたサンプルの数pは、機関の1サイクル中の燃焼状態の指標を求めることを可能にするウインドーを定める。
・sCROP(燃焼関連振動現象の開始)と呼ばれる、燃焼フェーズに関連する振動現象の開始
・eCROP(燃焼関連振動現象の終了)と呼ばれる、燃焼フェーズに関連する振動現象の終了
・bCROP(燃焼関連振動現象の重心)と呼ばれる、振動現象のエネルギー重心
・mCROP(燃焼関連振動現象の規模)と呼ばれる、振動現象の大きさ。
特にこの4つの燃焼状態の指標の組み合わせに基づいて閉ループ制御方式を実現することができる。このような方式は、シリンダの作動ドリフトを識別することを可能にし、適切な補正処置を実行してこのような作動ドリフトを制御することができる。多シリンダ機関を制御する問題は、コントローラがマッピングに基づいて解決できないシリンダ間のアンバランスに関連する問題であることが少なくない。実際には、考えられる変動を考慮せずに各シリンダごとにベースマッピングが適用されている。閉ループ制御は、各シリンダ内の燃焼に適した追加的な補正項目を与える。シリンダ間のドリフトは、
−燃焼ガスの質量の不適切な分布
−シリンダ間の熱のばらつき
−アクチュエータのドリフトによるパイロット噴射の不良
など、様々な原因で起こる可能性がある。
直列4気筒内燃機関に、機関ブロック上に位置する加速度検出器を備えた。プラットフォームによって、オンラインデータ取得及び処理が可能となる。
燃焼現象に関連する周波数帯域は、時間−周波数分析によって0kHzから2kHzの範囲内で求められる。
この方法は以下のパラメータを用いて適用される。
提供される方法は、コストのかかる計測検出器によるシリンダ圧力の直接的な測定を必要とせずに、1組の燃焼状態の指標をリアルタイムで知ることを可能にする。従って、機関の1サイクルの終了時に燃焼状態の指標が得られ、この指標を用いて、検討対象のシリンダの前サイクルの診断を行い、次に、任意のシリンダについて、次の燃焼の安定性と基準点(例えば、反応開始、燃焼持続時間、ノイズなど)との合致を保証するように、噴射パラメータを(必要に応じて)修正することができる。この方法は、効率的な機関制御に必須の以下の利点をもたらす。
eCROP 燃焼関連振動現象の終了
bCROP 燃焼関連振動現象の重心
mCROP 燃焼関連振動現象の規模)
α クランク角度
p サンプルの数
k 周波数
N サンプル数
Claims (11)
- 内燃機関の燃焼状態の指標を求める方法であって、燃焼現象と相関する信号が一連のサンプルの形で得られ、前記燃焼と相関する周波数帯域が、前記信号の時間−周波数分析を行うことによって求められ、前記周波数帯域に属するk個の周波数が選択される方法において、
a)N個の第1のサンプル[n1,・・・,nN]からなる第1のシーケンスを取得した後、
前記第1のシーケンスを、バンドパスフィルタを用いて前記周波数帯域でフィルタリングし、
フィルタリングされた該第1のシーケンスの離散的フーリエ変換を行うことによって、フィルタリングされた前記第1のシーケンスの少なくともk個のスペクトル成分を求める段階と、
b)次に、新しいサンプルnN+1ごとに、前記第1のシーケンスから第1のサンプルn1を除き前記新しいサンプルnN+1を含むサンプルからなる、N個のサンプル[n2,・・・,nN+1]の新しいシーケンスを構成し、
前記新しいシーケンスを、再帰バンドパスフィルタを用いて前記周波数帯域でフィルタリングし、
前記フーリエ変換の循環シフト特性を適用して計算される、フィルタリングされた前記新しいシーケンスの離散的フーリエ変換を行うことによって、フィルタリングされた前記新しいシーケンスの少なくともk個のスペクトル成分を求める段階と、
c)求められた前記スペクトル成分から燃焼状態の指標を求める段階と、
を行うことを特徴とする方法。 - 前記燃焼状態の指標は、
p個の前記シーケンスを得た後に、
前記各シーケンスについて、前記スペクトル成分を組み合わせた値を定める段階と、
p個の前記シーケンスの前記スペクトル成分を組み合わせたp個の前記値の極値を求める段階と、
前記極値から前記燃焼状態の指標を求める段階と、
によって求められる、請求項1に記載の方法。 - 前記スペクトル成分を組み合わせた前記値は、前記各シーケンスの前記スペクトル成分の和に相当する、請求項2に記載の方法。
- 前記信号は時間の関数として得られる、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記信号はクランク角度の関数として得られる、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
- 選択される前記周波数の数kは1から10の範囲にある、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記信号は、前記内燃機関に配置された振動検出器によって得られる振動信号である、請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記信号は、前記内燃機関に配置された圧力検出器によって得られる、前記内燃機関の前記シリンダ内の圧力である、請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記信号は、イオン化電流信号である、請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記燃焼状態の指標は、燃焼フェーズに関連する振動現象の開始、該燃焼フェーズに関連する該振動現象の終了、前記振動現象のエネルギー重心、及び前記振動現象の大きさのうちの少なくとも1つを表す、請求項7に記載の方法。
- 前記内燃機関の燃焼制御を行うために、前記燃焼状態の指標に従って機関パラメータが修正される、請求項1から10のいずれか1項に記載の方法。
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