CN101321946B - 用于对内燃机的点火正时进行控制的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

发动机ECU执行包括下列步骤的程序：根据计算出的幅度值(LOG(V))来计算(204)中间值(V50)和标准偏差；从中间值(V(50))减去标准偏差与系数(U(3))的乘积来计算BGL。将幅度值(LOG(P))除以BGL而计算出的爆震幅度N与预定判定值(V(VK))进行比较来执行爆震判定。根据爆震判定结果来控制发动机的点火正时。

Description

用于对内燃机的点火正时进行控制的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于对内燃机的点火正时进行控制的设备和方法，具体地说，涉及根据是否存在爆震(knocking)来对点火正时进行控制的技术。
背景技术
传统上，已知对内燃机中是否存在爆震进行判定的技术。例如，一种技术根据内燃机中检测到的振动幅度是否大于爆震判定值，来判定是否存在爆震。这种技术检测到的振动幅度包括内燃机自身的机械振动。内燃机自身的机械振动随着内燃机的速度而变化。因此，为了提高爆震判定的精确性，必须将随着内燃机的速度而变化的内燃机自身机械振动考虑在内来执行爆震判定。
日本专利早期公开No.8-4580公开了一种用于内燃机的爆震判定设备，该设备能够判定爆震而不削弱跟随发动机速度变化的能力。日本专利早期公开No.8-4580中公开的用于内燃机的爆震判定设备包括：爆震传感器，其检测内燃机的振动并将其转换成电信号水平；幅度校正设备，其利用发动机速度对来自爆震传感器的电信号的幅度进行校正；背景水平设定设备，其计算经幅度校正设备校正过的幅度校正值的加权平均值，并将加权平均值作为背景水平进行更新和设定；以及爆震判定设备，其根据经幅度校正设备校正过的幅度校正值以及由背景水平设定设备所设定的背景水平，来判定内燃机中是否存在爆震。
根据该文献中公开的用于内燃机的爆震判定设备，考虑到发动机的振动幅度与发动机速度成比例，用发动机速度对要作为判定爆震所用标准的背景水平以及来自爆震传感器的幅度信号进行校正。即，通过把要作为判定标准的背景水平设定为不易因发动机速度而发生水平变化的值，可以执行对于发动机的任何速度都能够处理的爆震判定。因此，即使在发动机速度急剧升高或降低的发动机过渡模式中，也能够执行爆震判定而不削弱跟随发动机速度变化的能力。
但是，在日本专利早期公开No.8-4580中公开的用于内燃机的爆震判定设备中，作为判定爆震所用标准的背景水平是根据内燃机的振动中检测到的电信号来设定的，所述振动除了包括内燃机自身的机械振动外还包括由于爆震造成的振动。因此，背景水平除了包括内燃机自身的机械振动幅度外，还包括由于爆震造成的振动幅度的效果。这样，在日本专利早期公开No.8-4580中公开的用于内燃机的爆震判定设备中，背景水平是根据是否发生爆震而变化的。在此情况下，即使存在爆震，也可能不能恰当地执行爆震判定。因此存在这样的问题：当存在爆震的时候不能将点火正时正确地延迟，或者当不存在爆震的时候不能将点火正时正确地提前。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于对内燃机的点火正时进行控制的装置等，其能够恰当地控制点火正时。
根据本发明用于对内燃机的点火正时进行控制的设备包括运算单元。运算单元对与内燃机的振动幅度有关的第一值进行检测。运算单元根据第一值来计算中间值和标准偏差。运算单元从中间值减去标准偏差与预定常数的乘积，来计算与内燃机的振动幅度有关的第二值。运算单元根据第二值来计算与内燃机的振动幅度有关的爆震幅度。运算单元根据爆震幅度与预定值之间的比较结果，来控制内燃机的点火正时。
根据本发明，对与内燃机的振动幅度有关的第一值进行检测。由于实际制造的发动机尺寸变化、传感器(例如爆震传感器)的输出变化以及爆震传感器的性能下降，内燃机中检测到的振动幅度值对于各个单独的内燃机而言是不同的。类似地，检测到的振动幅度值中包括的内燃机机械振动幅度值对于各个单独的内燃机也是不同的。由于第一值是各个单独的内燃机中实际检测到的值，所以它是对于各个内燃机具体的。计算出第一值的中间值和标准偏差。通过从中间值减去标准偏差与预定常数(例如“1”)的乘积，来计算第二值。在频繁发生爆震的操作状况下，与不发生爆震的操作状况相比，大的振动幅度被更加频繁地检测到。由此，中间值和标准偏差成为更大的值。这样，从中间值减去标准偏差与预定常数的乘积所得的第二值成为几乎不受爆震影响的稳定值。这样，第二值可以看作代表了对于单独内燃机而言具体的机械振动幅度的值。根据第二值来计算爆震幅度。例如，将与内燃机中检测到的振动幅度有关的值除以第二值来计算爆震幅度。这样，爆震幅度可以被计算为这样的值：该值代表了相对于代表机械振动幅度的第二值的相对幅度。由此，所得爆震幅度可以是代表了由除对于内燃机而言具体的机械振动之外的因素造成的振动幅度。根据这个爆震幅度与预定值之间的比较结果来控制点火正时。例如，将爆震幅度与预定判定值进行比较来判定是否发生了爆震，并根据判定结果来将点火正时延迟或提前。这样，可以提供一种用于对内燃机的点火正时进行控制的设备，它能够对是否存在爆震进行精确的判定，以恰当地控制点火正时。
优选地，标准偏差是比中间值小的第一值的标准偏差。
根据本发明，标准偏差是比根据第一值计算出的中间值小的那些第一值的标准偏差。这里，如果发生了爆震，则与未发生爆震的情况相比，小于中间值的那些第一值的中间值和标准偏差变大。通过从较大的中间值减去较大的标准偏差与预定常数的乘积来计算第二值。这样的第二值成为与未发生爆震的情况下的第二值基本上相同的稳定值。因此，第二值可以看作这样的值：该值代表了对于内燃机而言具体的机械振动幅度，几乎不受爆震影响。根据这样的第二值来计算爆震幅度。例如，通过将与内燃机中检测到的振动幅度有关的值除以第二值来计算爆震幅度。这样，可以获得爆震幅度，作为代表了相对于代表机械振动幅度的第二值的相对幅度。由此，可以获得这样的爆震幅度：该爆震幅度代表了由除对于内燃机而言具体的机械振动之外的因素造成的振动幅度。根据这样的爆震幅度与预定值之间的比较结果来控制点火正时。例如，将爆震幅度与预定判定值进行比较来判定是否发生了爆震，并根据判定结果来将点火正时延迟或提前。这样，可以提供一种用于对内燃机的点火正时进行控制的设备，它能够对是否存在爆震进行精确的判定，以恰当地控制点火正时。
优选地，运算单元还对与内燃机的振动幅度有关的第三值进行检测，运算单元将第三值除以第二值来执行校正，以计算爆震幅度。
根据本发明，对与内燃机的振动幅度有关的第三值进行检测。通过将第三值除以第二值来执行校正以计算爆震幅度。这样，爆震幅度可以被计算为代表了相对于第二值的相对幅度，其中第二值代表了变化的机械振动幅度。由此，可以获得这样的爆震幅度：该爆震幅度代表了由除对于内燃机而言具体的机械振动之外的因素造成的振动幅度。根据这样的爆震幅度与预定值之间的比较结果来控制点火正时。例如，将爆震幅度与预定判定值进行比较来判定是否发生了爆震，并根据判定结果来将点火正时延迟或提前。这样，可以提供一种用于对内燃机的点火正时进行控制的设备，它能够对是否存在爆震进行精确的判定，以恰当地控制点火正时。
附图说明
图1是由发动机ECU控制的发动机的示意性结构图，该发动机ECU是根据本发明一种实施例的点火正时控制设备；
图2是示出了爆震时发动机中产生的振动的频率带的示意图；
图3是示出了图1中发动机ECU的控制框图；
图4是示出了发动机中振动波形的示意图；
图5是示出了发动机ECU的存储器中储存的爆震波形模型的示意图；
图6是将振动波形与爆震波形模型进行比较的示意图；
图7的示意图示出了发动机ECU的存储器中储存的判定值V(KX)的对照图；
图8是示出了幅度值LOG(V)的频率分布的示意图(No.1)；
图9是示出了幅度值LOG(V)的频率分布的示意图(No.2)；
图10是示出了幅度值LOG(V)的频率分布的示意图(No.3)；
图11是示出了幅度值LOG(V)的频率分布的示意图(No.4)；
图12的流程图示出了形成幅度值LOG(V)的频率分布所用的幅度值LOG(V)；
图13是示出了由图1中的发动机ECU执行的程序的控制结构的流程图(No.1)；
图14是示出了由图1中的发动机ECU执行的程序的控制结构的流程图(No.2)；
图15是示出了幅度值LOG(V)的频率分布的示意图(No.5)；
图16是示出了幅度值LOG(V)的频率分布的示意图(No.6)；
图17是示出了爆震时的综合值以及噪声造成的综合值的示意图(No.1)；
图18是示出了爆震时的综合值以及噪声造成的综合值的示意图(No.2)。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的实施例进行详细说明。在下面的说明中，相同的部件被赋予相同的标号。它们具有相同的名称和功能。因此，将不再对相同部件进行重复的详细说明。
参考图1，将对车辆的发动机100进行说明，该发动机100安装了根据本发明实施例的点火正时控制设备。根据本发明的点火正时控制设备例如由发动机ECU(电子控制单元)200执行的程序来实现。
发动机100是内燃机，其中，从空气滤清器102抽入的空气和从喷射器104喷射的燃料构成的空气燃料混合物由火花塞106点火并在燃烧室中燃烧。点火正时被控制为MBT(最大扭矩的最小提前角)，在MBT的情况下，输出扭矩最大，但是根据发动机100的操作状态(例如爆震发生情况)而被延迟或提前。
在空气燃料混合物燃烧时，活塞108被燃烧压力向下推动，曲轴110旋转。燃烧后的空气燃料混合物(排气)由三元催化剂112净化并排出到汽车外部。被抽入发动机100中的空气量的大小由节气门114调节。
发动机100由发动机ECU 200控制。爆震传感器300、水温传感器302、面向正时转子304设置的曲轴位置传感器306、节气门开启位置的传感器308、车速传感器310、点火开关312以及空气流量计314连接到发动机ECU 200。
爆震传感器300设置在发动机100的气缸座上。爆震传感器300由压电元件形成。爆震传感器300响应于发动机100的振动而产生电压。电压的幅度对应于振动的幅度。爆震传感器300向发动机ECU 200发送代表电压的信号。水温传感器302对发动机100的水套中的冷却水的温度进行检测，并向发动机ECU 200发送代表检测结果的信号。
正时转子304设置在曲轴110上，并随着曲轴110旋转。多个突起以预定间隔设置在正时转子304的外周上。曲轴位置传感器306设置成面向正时转子304的突起。在正时转子304旋转时，正时转子304的突起与曲轴位置传感器306之间的空气间隙改变，因而经曲轴位置传感器306的线圈部分穿过的磁通量增大和减小，在线圈部分中产生电动势。曲轴位置传感器306向发动机ECU 200发送代表电动势的信号。发动机ECU 200根据从曲轴位置传感器306发送的信号来检测曲轴110的曲轴角度和转数。
节气门开启位置传感器308检测节气门的开启位置，并向发动机ECU200发送代表检测结果的信号。车速传感器310检测车轮(未示出)的转数，并向发动机ECU 200发送代表检测结果的信号。发动机ECU 200根据车轮的转数来计算车速。发动机100起动时由驾驶员开启点火开关312。空气流量计314检测进入发动机100的进气量，并向发动机ECU200发送代表检测结果的信号。
发动机ECU 200根据从各个传感器和点火开关312发送的信号以及存储器202中储存的程序和对照图来执行计算并控制各个设备，以使发动机100进入所需的操作状态。
在本实施例中，发动机ECU 200根据从爆震传感器300发送的信号和曲轴角度来检测预定的爆震检测门(预定的第一曲轴角度与预定的第二曲轴角度之间的部分)中发动机100的振动波形(下文中称为“振动波形”)，并根据所检测到的振动波形来判定发动机100中是否已经发生了爆震。本实施例中的爆震门从燃烧冲程中的上死点(0°)至90°。爆震检测门不限于这样。
在发生爆震时，发动机100中产生了由图2中实线所示频率附近频率的振动。由于爆震而产生的振动的频率不是恒定的，并在某个频率范围内变化。因此，在本实施例中，如图2所示，第一频率带A、第二频率带B和第三频率带C中所包括的振动被检测到。在图2中，CA表示曲轴角度。由于爆震而产生的振动的频率带数目不限于三个。
参考图3，下面将对发动机ECU 200进行进一步说明。发动机ECU200包括A/D(模拟/数字)转换器400、带通滤波器(1)410、带通滤波器(2)420、带通滤波器(3)430和综合部分(integrating portion)450。
A/D转换器400把从爆震传感器300发送的模拟信号转换成数字信号。带通滤波器(1)410只允许从爆震传感器300发送的信号中处于第一频率带A中的信号通过。换言之，利用带通滤波器(1)410，从由爆震传感器300检测到的振动中只提取出第一频率带A中的振动。
带通滤波器(2)420只允许从爆震传感器300发送的信号中处于第二频率带B中的信号通过。换言之，利用带通滤波器(2)420，从由爆震传感器300检测到的振动中只提取出第二频率带B中的振动。
带通滤波器(3)430只允许从爆震传感器300发送的信号中处于第三频率带C中的信号通过。换言之，利用带通滤波器(3)430，从由爆震传感器300检测到的振动中只提取出第三频率带C中的振动。
综合部分450每当曲轴角度转5°时对由带通滤波器(1)410至带通滤波器(3)430所选择的信号(即振动的幅度)进行综合(integrate)。下文中，综合所得的值将称为综合值(integrated value)。在每个频率带中计算综合值。通过这种综合值计算，检测到各个频率带中的振动波形。
此外，第一频率带A至第三频率带C中计算出的综合值被对应于曲轴角度地相加。换言之，第一频率带A至第三频率带C的振动波形被合成。
由此，如图4所示，检测到发动机100的振动波形。换言之，第一频率带A至第三频率带C的经合成的波形被用作发动机100的振动波形。
将所检测到的振动波形与图5所示发动机ECU 200的存储器202中储存的爆震波形模型进行比较。爆震波形模型被预先形成，作为发动机100中发生爆震时的振动波形的模型。
在爆震波形模型中，振动的幅度以0至1范围内的无量纲数字的形式表示，振动的幅度并不是与曲轴角度一一对应的。换言之，在本实施例的爆震波形模型中，判定为在振动幅度的峰值之后振动幅度随着曲轴角度增大而减小，但不判定振动幅度成为峰值时的曲轴角度。
本实施例中的爆震波形模型对应于由于爆震而产生的振动的幅度峰值之后的振动。也可以储存与由爆震造成的振动的上升沿之后的振动对应的爆震波形模型。
根据由实验强制产生爆震时检测到发动机100的振动波形，预先形成和储存爆震波形模型。
爆震波形模型是用下述发动机100(下文中称为“中间特性发动机”)来形成的：所述发动机100的尺寸以及爆震传感器300的输出值是尺寸容限和爆震传感器300的输出值容限的中间值。换言之，爆震波形模型是在中间特性发动机中强制产生爆震的情况下的振动波形。形成爆震波形模型的方法不限于这种，也可以通过模拟来形成该模型。
在检测到的波形与爆震波形模型进行比较时，如图6所示，将归一化的波形与爆震波形模型相互比较。这里，归一化的意思是，例如通过将各个综合值除以所检测到的振动波形中综合值的最大值，来将振动的幅度表示为0至1范围内的无量纲数字。但是，归一化的方法不限于这种。
在本实施例中，发动机ECU 200计算相关系数K，相关系数K是与归一化振动波形和爆震波形模型相对于彼此的偏差有关的值。通过将振动幅度成为归一化之后振动波形中最大值的正时与振动幅度成为爆震波形模型中最大值的正时进行同步，在每个曲轴角度(每隔5°的曲轴角度)处计算归一化之后的振动波形与爆震波形模型相对于彼此的偏差的绝对值(偏差量)，从而计算相关系数K。
如果在各个曲轴角度处，归一化之后振动波形与爆震波形模型相对于彼此的偏差的绝对值为ΔS(I)(I为自然数)，而通过将爆震波形模型中的振动幅度对曲轴角度进行积分所得的值(爆震波形模型的面积)为S，则通过等式K＝(S-∑ΔS(I))/S来计算相关系数K，其中∑ΔS(I)为ΔS(I)的总和。在本实施例中，振动波形的形状与爆震波形模型的形状越接近，计算出的相关系数K的值越大。因此，如果振动波形中包括了除爆震之外的因素所造成的振动波形，则计算出的相关系数K是较小的值。计算相关系数K的方法不限于这种。
此外，发动机ECU 200根据综合值的最大值(峰值)来计算爆震幅度N。如果对最大综合值P进行对数转换所得的值为幅度值LOG(P)，而代表具体发动机100的机械振动幅度的值为BGL(背景水平)，则爆震幅度N由等式N＝LOG(P)/BGL来计算。计算爆震幅度N的方法不限于这种。
在本实施例中，发动机ECU 200对使用BGL计算出的爆震幅度N与存储器202中储存的判定值V(KX)进行相互比较，并根据所检测到的波形与所储存的爆震波形模型的比较结果，来对每个点火循环判定发动机100中是否发生了爆震。如图7所示，判定值V(KX)以对照图的形式储存，该对照图使用发动机速度NE和进气量KL作为参数。使用预先通过实验等方式确定的值作为判定值V(KX)的初始值。
但是，由于输出值的变化和爆震传感器300的性能下降，发动机100中发生的相同幅度的振动可能被检测为不同的值。在此情况下，需要用与实际检测到的幅度对应的判定值V(KX)来对判定值V(KX)进行校正并判定是否发生了爆震。
因此，在本实施例中，根据频率分布来计算爆震判定值V(KD)，所述频率分布代表了幅度值LOG(V)与检测到各个幅度值LOG(V)的频率(次数、几率)之间的关系，所述幅度值LOG(V)是对幅度V进行对数转换所得的值。
对于用发动机速度NE和进气量KL作为参数的每个范围计算幅度值LOG(V)。用于计算幅度值LOG(V)的幅度V是预定曲轴角度之间的幅度峰值(每隔5°的综合值的峰值)。根据计算出的幅度值LOG(V)来计算中间值V(50)，中间值V(50)是从最小值起直到50％时幅度LOG(V)的频率的累积总和。此外，还计算等于或小于中间值V(50)的幅度值LOG(V)的标准偏差σ。例如，在本实施例中，通过下述计算方法来对每个点火循环计算中间值V(50)和标准偏差σ，中间值V(50)和标准偏差σ近似于根据多个幅度值LOG(V)(例如200个循环)计算出的中间值和标准偏差。
如果当前检测到的幅度值LOG(V)大于此前计算出的中间值V(50)，则计算出通过将预定值C(1)加到此前计算出的中间值V(50)上而得到的值，作为当前的中间值V(50)。另一方面，如果当前检测到的幅度值LOG(V)小于此前计算出的中间值V(50)，则计算出通过从此前计算出的中间值V(50)减去预定值C(2)(C(2)和C(1)例如是相同的值)而得到的值，作为当前的中间值V(50)。
如果当前检测到的幅度值LOG(V)小于此前计算出的中间值V(50)并且大于从此前计算出的中间值V(50)减去此前计算出的标准偏差σ所得的值，则计算出从此前计算出的标准偏差σ减去两倍于预定值C(3)的值所得的值，作为当前的标准偏差σ。另一方面，如果当前检测到的幅度值LOG(V)大于此前计算出的中间值V(50)或者小于从此前计算出的中间值V(50)减去此前计算出的标准偏差σ所得的值，则计算出将预定值C(4)(C(3)和C(4)例如是相同的值)加到此前计算出的标准偏差σ上所得的值，作为当前的标准偏差σ。计算中间值V(50)和标准偏差σ的方法不限于这种。另外，中间值V(50)和标准偏差σ的初始值也可以是预先设定的值或可以为“0”。
使用中间值V(50)和标准偏差σ来计算爆震判定水平V(KD)。如图8所示，将系数U(1)(U(1)为常数，例如U(1)＝3)与标准偏差σ的乘积加到中间值V(50)所得的值是爆震判定水平V(KD)。计算爆震判定水平V(KD)的方法不限于这种。比爆震判定水平V(KD)更大的幅度值LOG(V)发生的频率被确定为爆震的发生频率。根据爆震的发生频率，对判定值V(KX)进行校正。
系数U(1)是根据由实验等方式获得的数据和结果而得到的系数。比U(1)＝3时的爆震判定水平V(KD)更大的幅度值LOG(V)基本上与实际发生了爆震的点火循环中的幅度值LOG(V)相符。也可以使用除了“3”以外的其他值作为系数U(1)。
如果发动机100中不发生爆震，则幅度值LOG(V)的频率分布成为图9所示的正态分布，幅度值LOG(V)的最大值V(MAX)与爆震判定水平V(KD)彼此相符。另一方面，通过爆震的发生，检测到了更大的幅度V。在计算出大的幅度值LOG(V)时，如图10所示，最大值V(MAX)变得大于爆震判定水平V(KD)。
在爆震的发生频率进一步变高时，如图11所示，最大值V(MAX)进一步增大。频率分布中的中间值V(50)和标准偏差σ随着最大值V(MAX)的增大而增大。这样，爆震判定水平V(KD)变大。
在发生了爆震的循环中，比爆震判定水平V(KD)小的幅度值LOG(V)不被判定为幅度值LOG(V)。因此，随着爆震判定水平V(KD)变大，判定为没有发生爆震但实际发生了爆震的情况频率也变大。
因此，在本实施例中，用由图12中的虚线包围的范围中的幅度值LOG(V)来排除比阈值V(1)更大的幅度值LOG(V)，从而获得中间值V(50)和标准偏差σ。在图12的示意图中，在获得幅度值LOG(V)的循环中，对各个校正系数K绘出了计算出的幅度值LOG(V)。
阈值V(1)是通过将系数U(2)(U(2)为常数，例如U(2)＝3)与等于或小于中间值的幅度值LOG(V)的标准偏差的乘积加到幅度值LOG(V)的频率分布中间值上而获得的值。
通过只提取出比阈值V(1)小的幅度值LOG(V)来计算中间值V(50)和标准偏差σ，可以抑制爆震判定水平V(KD)变得过高。由此，能够抑制判定为未发生爆震而实际发生了爆震的情况的发生频率变得过高。
提取用于计算中间值V(50)和标准偏差σ的幅度值LOG(V)的方法不限于这种。例如，可以从上述比阈值V(1)小的幅度值LOG(V)中，提取出相关系数K大于阈值K(1)的点火循环中计算出的幅度值LOG(V)。
参考图13，下面将说明发动机ECU 200执行的程序的控制结构，发动机ECU 200是根据本实施例的点火正时控制设备，其通过对各个点火循环中是否发生了爆震进行判定来控制点火正时。
在步骤100(下文中，“步骤”将简写为“S”)，发动机ECU 200根据从曲轴位置传感器306发送的信号来检测发动机速度NE，并根据从空气流量计314发送的信号来检测进气量KL。
在S102中，发动机ECU 200根据从爆震传感器300发送的信号来检测发动机100的振动幅度。振动幅度以爆震传感器300的输出电压的形式表示。振动幅度也可以以与爆震传感器300的输出电压对应的值的形式表示。在燃烧冲程的上死点与90°(90°的曲轴角度)之间执行幅度检测。
在S104，发动机ECU 200每隔5°的曲轴角度计算对爆震传感器的输出电压(代表振动幅度的值)进行综合而获得的值(综合值)。对第一频率带A至第三频率带C的每一者中的振动计算综合值。此外，对应于这些曲轴角度将第一频率带A至第三频率带C中的综合值相加，从而检测发动机100的振动波形。
在S106，发动机ECU 200计算第一至第三频率带A至C的合成波形(发动机100的振动波形)的综合值中的最大综合值(峰值P)。
在S108，发动机ECU 200将发动机100的振动波形归一化。这里，归一化意思是通过将各个综合值除以计算出的峰值来用0至1的范围内的无量纲数字表示振动幅度。
在S110，发动机ECU 200计算相关系数K，相关系数K是与归一化振动波形和爆震波形模型相对于彼此的偏差有关的值。
在S112，发动机ECU 200计算通过对计算出的综合值的峰值P进行对数转换来获得的幅度值LOG(P)。在S114，发动机ECU 200计算爆震幅度N。如上所述，爆震幅度N是通过等式N＝LOG(P)/BGL来计算的。下文中会说明计算BGL的方法。
在S116，发动机ECU 200判定是否相关系数K大于预定值并且爆震幅度N大于判定值V(KX)。如果相关系数K大于预定值并且爆震幅度大于判定值V(KX)(S116中为“是”)，则处理进行到S118。否则(S116中为“否”)，处理进行到S122。
在S118，发动机ECU 200判定为发动机100中发生了爆震。在S120，发动机ECU 200将点火正时延迟。在S122，发动机ECU 200判定为发动机100中未发生爆震。在S124，发动机ECU 200将点火正时提前。
参考图14，下面说明由发动机ECU 200执行的程序控制结构，发动机ECU 200是根据本实施例的点火正时控制设备，其使用中间值V(50)和标准偏差σ来计算BGL并对判定值V(KX)进行校正。
在S200，发动机ECU 200由幅度V计算幅度值LOG(V)，幅度V是根据从爆震传感器300发送的信号而检测的。幅度V是预定曲轴角度之间的峰值(每隔5°的综合值的峰值)。
在S202，发动机ECU 200判定幅度值LOG(V)是否小于前述阈值V(1)。在幅度值LOG(V)小于前述阈值V(1)时(S202中为“是”)，处理进行到S204。否则(S202中为“否”)，处理返回S200。
在S204，发动机ECU 200计算所提取的幅度值LOG(V)的中间值V(50)和标准偏差σ。
在S206，发动机200计算BGL。BGL是通过从中间值V(50)减去标准偏差σ与系数U(3)(U(3)为常数，例如U(3)＝3)的乘积而获得的值。系数U(3)是根据通过实验等方式获得的数据和结果而得到的系数。所计算出的BGL用于前述S114中。计算BGL的方法不限于这种。
在S208，发动机ECU 200根据中间值V(50)和标准偏差σ来计算爆震判定水平V(KD)。在S210，发动机ECU 200计算所提取的幅度值LOG(V)中大于爆震判定水平V(KD)的幅度值LOG(V)所占的比例，作为爆震比例KC。
在S212，发动机ECU 200对爆震比例KC是否大于阈值KC(0)进行判定。如果爆震比例KC大于阈值KC(0)(S212为“是”)，则处理进行到S214。否则(S212为“否”)，处理进行到S216。在S214，发动机ECU200减小判定值V(KX)。在S216，发动机ECU 200增大判定值V(KX)。
下面将根据上述结构和流程图说明发动机ECU 200的操作，发动机ECU 200是根据本实施例的点火正时控制设备。
在发动机100的操作中，根据从曲轴位置传感器306发送的信号来检测发动机速度NE并根据从空气流量计314发送的信号来检测进气量KL(S100)。此外，还根据从爆震传感器300发送的信号来检测发动机100的振动幅度(S102)。
在燃烧冲程中的上死点与90°之间，计算第一频率带A至第三频率带C各自的振动每隔5°的综合值。对应于各个曲轴角度将计算出的第一频率带A至第三频率带C中的综合值相加，从而检测到如图4所示的发动机100的上述振动波形。
由于使用每隔五度的综合值来检测振动波形，所以可以检测到细微变化受到抑制的振动波形。因此，容易将检测到的振动波形与爆震波形模型进行相互比较。
根据计算出的综合值，计算第一频率带A至第三频率带C的合成波形(发动机100的振动波形)中综合值的峰值P(S106)。
发动机100的振动波形中的综合值被除以计算出的峰值P，从而将振动波形归一化(S108)。通过归一化，振动波形中的振动幅度被表示为0至1范围内的无量纲数。由此，不管振动的幅度如何都可以将检测到的振动波形与爆震波形模型进行相互比较。因此，不必储存与振动幅度对应的大量爆震波形模型，从而方便了形成爆震波形模型。
通过将归一化之后的振动波形中振动幅度为最大值的正时以及爆震波形模型中振动幅度为最大值的正时进行同步(参见图6)，在每个曲轴角度处计算出归一化后的振动波形与爆震波形模型相对于彼此的偏差的绝对值ΔS(I)。根据ΔS(I)的总和(即∑ΔS(I))以及对爆震波形模型中振动幅度对曲轴角度进行积分所得的值S，由K＝(S-∑ΔS(I))/S来计算相关系数K(S110)。由此，可以将检测到的振动波形与爆震波形模型之间的相符程度转换为数字来客观地判定该相符程度。此外，通过将振动波形与爆震波形模型进行相互比较，可以根据振动的行为(例如振动的衰减趋势)来分析该振动是否是爆震时的振动。
除了相关系数K，还通过对综合值的峰值P进行对数转换来计算幅度值LOG(P)(S112)。通过将幅度值LOG(P)除以BGL来计算爆震幅度N，BGL是代表具体发动机100的机械振动的幅度(S114)。这样，可以计算爆震幅度N，作为代表相对于BGL的相对幅度的值。由此，可以计算爆震幅度N，作为代表了除对于具体发动机100的机械振动之外的因素引起的振动幅度的值。
同时，发动机100的机械振动的实际幅度几乎不会随着是否存在爆震而变化。但是，发动机100的机械振动的幅度具有这样的特性：它对于各个单独的发动机100不同，并随着发动机100的载荷或速度而变化。因此，为了计算爆震幅度N，作为精确地代表了除对于发动机100的机械振动之外的因素的振动幅度的值，就必须计算BGL，BGL反映了发动机100的机械振动的实际幅度的特性。
因此，对于采用发动机速度NE和进气量KL作为参数的各个区域，根据单独发动机100的实际工作状况中检测到的幅度V来计算幅度值LOG(V)。在计算出的幅度值LOG(V)小于前述阈值V(1)(S202为“是”)时，计算中间值V(50)和标准偏差σ(S204)。
如图15所示，在发生了爆震时计算出的幅度LOG(V)大于没有爆震时内燃机的振动幅度分布中的上限振动幅度。因此，与不频繁发生爆震时相比，频繁发生爆震时的幅度LOG(V)的中间值V(50)和标准偏差σ更大。这样，获得从中间值V(50)减去标准偏差σ与系数U(3)的乘积所得的值，作为几乎不随着是否存在爆震而变化的稳定值。
如图16所示，与发动机100的机械振动幅度较小时相比，当发动机100的机械振动幅度较大时，中间值V(50)也变大。发动机100的机械振动幅度较小和较大时，振动幅度分布的形状基本上相同。因此，获得标准偏差σ，作为发动机100的机械振动幅度较小和较大时几乎相同的值。这样，从中间值V(50)减去标准偏差σ与系数U(3)的乘积所得的值是对于单独的发动机100具体的，并随着发动机100的载荷或速度而变化。
因此，计算从中间值V(50)减去标准偏差σ与系数U(3)的乘积所得的值作为BGL。如上所述，获得计算出的BGL，作为几乎不随着是否存在爆震而变化的稳定值。BGL是对于单独的发动机100而言具体的值，并随着发动机100的载荷或速度而变化。由此可以获得BGL，BGL反映了发动机100的实际机械振动的特性。即，BGL可以看作代表了对于发动机100具体的机械振动幅度的值。通过用实际检测到的幅度值LOG(P)除以这个BGL来计算爆震幅度N。这样，可以计算爆震幅度N，作为精确地代表了除发动机100的机械振动之外的因素引起的振动的幅度。
根据计算出的相关系数K和爆震幅度N，对各个点火循环中是否发生了爆震以及对点火正时进行延迟还是提前进行判定。如果相关系数K大于预定值并且爆震幅度N大于预定判定值(S116为“是”)，则判定为发生了爆震(S118)并将点火正时延迟(S120)。由此，抑制了爆震发生。如果相关系数K不大于预定判定值或爆震幅度N不大于预定判定值(S116为“否”)，则判定为并未发生爆震(S122)并将点火正时提前(S124)。
这里，将幅度值LOG(P)除以BGL来计算爆震幅度N，BGL可以认为是代表了对于发动机100而言具体的机械振动幅度的值。由此，计算出爆震幅度N，作为精确地代表了除对于发动机100而言具体的机械振动之外的因素的振动幅度的值。相应地，可以精确判定是否存在爆震，并可以将点火正时恰当地延迟或提前。
同时，发动机100中发生的相同振动幅度可能由于爆震传感器300的输出值变化和性能下降而被检测为不同的值。这样，爆震幅度N的值被检测为不同的值。因此，需要对判定值V(KX)进行校正，并用与实际检测到的幅度对应的判定值V(KX)来判定是否发生了爆震。
因此，根据用于计算上述BGL的中间值V(50)和标准偏差σ来计算爆震判定值V(KD)(S208)。计算比爆震判定水平V(KD)大的幅度值LOG(V)所占比例作为爆震比例KC(S210)。在爆震比例KC大于阈值KC(0)时(S212为“是”)，可以认为爆震发生得比允许程度更加频繁。在此情况下，将判定值V(KX)减小，使得更容易判定为发生了爆震(S214)。这样，增大了判定为发生了爆震的频率，从而将点火正时延迟以抑制爆震发生。
另一方面，在爆震比例KC小于阈值KC(0)时(S212为“否”)，可以认为爆震发生的频率在可允许的值以内。在此情况下，可以认为发动机的输出还可以进一步增大。因此，将判定值V(KX)增大(S216)。这样，对于每个点火循环可以将爆震判定中的判定值设定为恰当的值，从而恰当地设定点火正时。
如上所述，利用作为根据本实施例的点火正时控制设备的发动机ECU，根据单独发动机的实际操作状况下检测到的幅度V来计算中间值和标准偏差。通过从中间值减去标准偏差与预定系数的乘积，来计算BGL，BGL是代表了发动机的机械振动幅度的值。计算出的BGL几乎不随着是否存在爆震而变化。但是，计算出的BGL对于各个单独的发动机不同，并随着发动机的载荷或速度而变化。这样，BGL可以看作这样的值：该值代表了对于发动机而言具体的机械振动幅度，反映了发动机的实际机械振动特性。通过用实际检测到的幅度值LOG(P)除以这个BGL，来计算爆震幅度N。这样，可以计算爆震幅度，作为精确地代表了由于除发动机的机械振动之外的因素引起的振动幅度。根据这个爆震幅度与判定值V(VK)之间的比较，来执行爆震判定。这样，可以精确地判定是否存在爆震，并可以恰当地控制点火正时。
如图17所示，在噪声造成的振动幅度较大时，爆震时综合值的最大值与噪声造成的综合值的最大值之间的差异较小，可能难以从爆震幅度N来区分爆震和噪声。因此，如图18所示，还可以用振动波形中的综合值的总和(将爆震检测门中爆震传感器的所有输出电压综合所得的值)代替综合值的峰值P来计算爆震幅度N。换言之，也可以将振动波形中综合值的总和除以BGL来计算爆震幅度N。
如图18所示，由于噪声造成的振动发生的周期比爆震造成的振动发生的周期短，所以爆震的综合值的总和与噪声的综合值的总和之间的差异可以较大。因此，通过根据综合值的总和来计算爆震幅度N，可以在爆震时计算出的爆震幅度N与因噪声而计算出的爆震幅度N之间获得较大差异。这样，可以清楚地区分由于爆震造成的振动以及由于噪声造成的振动。
尽管已经详细说明和图示了本发明，但是显然这些只是示例性的，而不应理解为限制性的，本发明的精神和范围只由所附权利要求项来限定。

Claims (9)

1.一种用于对内燃机的点火正时进行控制的设备，包括：
运算单元(200)，其中，
所述运算单元(200)对与所述内燃机的振动幅度有关的第一值进行检测，
所述运算单元(200)根据所述第一值来计算中间值和标准偏差，
所述运算单元(200)从所述中间值减去所述标准偏差与预定正常数的乘积，来计算与所述内燃机的振动幅度有关并且小于所述中间值的第二值，
所述运算单元(200)根据所述第二值来计算与所述内燃机的振动幅度有关的爆震幅度，并且
所述运算单元(200)根据所述爆震幅度与预定值之间的比较结果，来控制所述内燃机的点火正时。
2.根据权利要求1所述的用于对内燃机的点火正时进行控制的设备，其中，
所述标准偏差是比所述中间值小的所述第一值的标准偏差。
3.根据权利要求1所述的用于对内燃机的点火正时进行控制的设备，其中，
所述运算单元还对与所述内燃机的振动幅度有关的第三值进行检测，并且
所述运算单元将所述第三值除以所述第二值来执行校正，以计算所述爆震幅度。
4.一种对内燃机的点火正时进行控制的方法，包括下列步骤：
对与所述内燃机的振动幅度有关的第一值进行检测，
根据所述第一值来计算中间值和标准偏差，
从所述中间值减去所述标准偏差与预定正常数的乘积，来计算与所述内燃机的振动幅度有关并且小于所述中间值的第二值，
根据所述第二值来计算与所述内燃机的振动幅度有关的爆震幅度，以及
根据所述爆震幅度与预定值之间的比较结果，来控制所述内燃机的点火正时。
5.根据权利要求4所述的用于对内燃机的点火正时进行控制的方法，其中，
所述标准偏差是比所述中间值小的所述第一值的标准偏差。
6.根据权利要求4所述的用于对内燃机的点火正时进行控制的方法，还包括下列步骤：
对与所述内燃机的振动幅度有关的第三值进行检测，其中，
所述计算爆震幅度的步骤包括将所述第三值除以所述第二值来执行校正以计算所述爆震幅度。
7.一种用于对内燃机的点火正时进行控制的设备，包括：
用于对与所述内燃机的振动幅度有关的第一值进行检测的装置(200)，
用于根据所述第一值来计算中间值和标准偏差的装置(200)，
第一计算装置(200)，用于从所述中间值减去所述标准偏差与预定正常数的乘积，来计算与所述内燃机的振动幅度有关并且小于所述中间值的第二值，
第二计算装置(200)，用于根据所述第二值来计算与所述内燃机的振动幅度有关的爆震幅度，以及
用于根据所述爆震幅度与预定值之间的比较结果来控制所述内燃机的点火正时的装置(200)。
8.根据权利要求7所述的用于对内燃机的点火正时进行控制的设备，其中，
所述标准偏差是比所述中间值小的所述第一值的标准偏差。
9.根据权利要求7所述的用于对内燃机的点火正时进行控制的设备，还包括，
用于对与所述内燃机的振动幅度有关的第三值进行检测的装置(200)，其中，
所述第二计算装置(200)包括用于将所述第三值除以所述第二值来执行校正以计算所述爆震幅度的装置。
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