CN101375051B - 用于在内燃机中通过爆震控制来控制点火正时的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
发动机ECU执行包括如下步骤的程序：判定是否满足停止爆震判定的条件(S200)；将对判定值(V(KX))的停止校正标记设置为“ON”(S204)；根据提取的强度值(LOG(V))来计算爆震判定水平(V(KD))(S212)；并且在校正停止标记未置于“ON”时(S214为“否”)，根据作为强度值LOG(V)中大于爆震判定水平V(KD)的比率的爆震比率(KC)来减小或增大判定值(V(KX))(S220，S222)。即使在校正停止标记置于“ON”时(S214为“是”)也对爆震判定水平V(KD)进行计算。
Description
技术领域
本发明涉及用于控制内燃机的点火正时的设备和方法，具体涉及根据是否存在爆震来控制点火正时的技术。
背景技术
传统地，已经提出了诸多判定是否存在爆震(knock)的方法。在日本专利早期公开号2003-021032中揭示的用于内燃机的爆震控制设备包括：检测内燃机中的爆震的爆震传感器；对由爆震传感器检测得到的输出信号进行统计处理的统计处理部分；根据统计处理部分的处理结果来判定爆震发生的第一临时判定部分；根据由爆震传感器检测得到的输出信号的波形来判定爆震发生的第二临时判定部分；以及根据第一临时判定部分的爆震临时判定以及第二临时判定部分的爆震临时判定来最终判定爆震发生的最终判定部分。当第一与第二临时判定部分两者均判定已经发生爆震时，最终判定部分最终判定已经发生爆震。
根据上述专利文献揭示的爆震控制设备，使用由统计处理程序进行的爆震临时判定以及由波形程序进行的爆震临时判定，并且仅当上述临时判定两者均判定已经发生爆震时，才最终判定已经发生爆震。因此，即使在已经由仅采用统计处理程序或者波形程序的爆震判定而得到错误判定的输出信号的情况下，也可以精确地判定爆震的发生。
但是，在日本专利早期公开号2003-021032的爆震控制设备中，独立地执行通过统计处理进行的爆震判定以及通过波形进行的爆震判定。因此，各个判定方法自身的精度并未得到提高，并且在各个判定方法中并未解决因噪音成份造成的精度劣化的问题。因此，为了精确地判定是否存在爆震以在爆震时正确地执行延迟控制等控制，仍然需要进一步地改进。
发明内容
本发明的目的在于提供用于控制内燃机的点火正时的设备等，其可正确地控制点火正时。
根据本发明的用于控制内燃机的点火正时的设备包括爆震传感器，其对与在所述内燃机中发生的震动的强度相关的强度值进行检测；以及运算单元，其连接至所述爆震传感器。所述运算单元根据在所述内燃机中发生的所述震动的强度来对与因爆震造成的震动的强度相关的爆震强度进行计算。所述运算单元根据所述爆震强度与预定判定值之间的比较结果来对所述内燃机的点火正时进行控制。所述运算单元根据所述强度值来执行用于判定爆震发生状态的运算。所述运算单元根据所述运算的结果来判定所述爆震发生状态。所述运算单元根据所述爆震发生状态来校正所述判定值。在满足预定条件时，所述运算单元停止对所述判定值的校正。并且所述运算单元在停止对所述判定值的校正的状态下持续执行所述运算。
根据本发明，根据在内燃机中发生的震动的强度来计算与因爆震造成的震动的强度相关的爆震强度。根据爆震强度与预定判定值之间的比较结果来控制内燃机的点火正时。此外，例如因为爆震传感器的输出值的变化以及劣化而造成将内燃机中发生的相同震动的强度检测为不同值，由此计算得到的爆震强度会不同。在此情况下，在内燃机的初始状态下已经被正确地控制的点火正时可变得不正确。因此，例如当认为爆震的发生频率较高时，需要根据在内燃机中发生的震动状态来校正判定值，使得频繁地执行对点火正时的延迟控制。因此，检测与内燃机中发生的震动的强度相关的强度值。根据检测得到的强度值来执行用于判定爆震发生状态的运算(例如，执行基于强度值来计算爆震判定水平的运算)。根据运算结果来判定爆震发生状态。根据对爆震发生状态(例如，爆震发生频率)的判定结果来对待与爆震强度进行比较的判定值进行校正。由此，当基于过去点火周期中的震动状态认为爆震发生频率较高时，对判定值进行校正，使得更频繁地延迟已经发生爆震时的点火正时。因此，趋于为各个点火周期在爆震判定中做出已经发生爆震的判定。相反，当基于过去点火周期中的震动状态认为爆震发生频率较低时，对判定值进行校正，使得更频繁地提前尚未发生爆震时的点火正时。因此，在为各个点火周期的爆震判定中不易做出已经发生爆震的判定。因此，能够将为各个点火周期的爆震判定中的判定值设定为正确的值，由此获得正确的点火正时。此外，例如在内燃机的状态为怠速状态时，几乎不会发生爆震。因此，无需判定是否存在爆震以控制点火正时。因此，当内燃机的状态满足预定条件时(例如，怠速状态)，对判定值的校正与爆震判定一起均停止。在这里，当在停止对判定值的校正的状态下停止用于判定爆震发生状态(例如，对爆震判定水平的计算)的运算时，在恢复对判定值的校正时，根据紧接停止校正之前的运算结果来判定爆震发生状态。根据该判定结果，执行对判定值的校正。紧接在停止校正之前的运算结果并不能反映在停止对判定值的校正期间内燃机的运转状态的改变的影响。因此，在紧接在校正停止之前的运算结果在重新开始校正之后可能会不正确。因此，在停止对判定值进行校正的情况下，持续执行用于判定爆震发生状态的运算。因此，能够从紧接着恢复对判定值的校正之后的时间点起使用正确的运算结果来判定爆震发生状态，并能够校正待与爆震强度比较的判定值。因此，可以提供一种用于控制内燃机的点火正时的设备，其可将为各个点火周期的爆震判定中的判定值设定至正确的值，由此正确地控制点火正时。
优选地，所述运算是根据所述强度值来计算爆震判定水平的运算。所述运算单元根据所述强度值与所述爆震判定水平之间的比较结果来判定所述爆震发生状态。
根据本发明，根据检测得到的强度值来计算爆震判定水平。这允许获得反映过去点火周期中强度值的爆震判定水平。因此，可以获得其中考虑了内燃机的运转状态或个体差异对强度值的影响的爆震判定水平。根据上述爆震判定水平与强度值之间的比较结果来判定爆震发生状态。例如，在检测得到的强度值中，采用大于爆震判定水平的检测强度值的频率作为爆震发生频率。根据爆震发生频率来校正判定值。这允许根据内燃机的运转状态或个体差异来对爆震发生状态进行精确地判定。因此，可将判定值设定为正确的值，并可正确地控制点火正时。
还优选地，通过将所述强度值的标准偏差与预定系数的乘积加上所述强度值的中值来计算所述爆震判定水平。
根据本发明，通过将所述强度值的标准偏差与预定系数的乘积加上所述强度值的中值来计算所述爆震判定水平。由此允许获得反映过去点火周期中的强度值的爆震判定水平。因此，可以获得其中考虑了内燃机的运转状态或个体差异的影响的爆震判定水平。根据上述爆震判定水平与提取的强度值之间的比较结果来判定爆震发生状态。因此，可根据内燃机的运转状态或个体差异来精确地判定爆震发生状态。
还优选地，所述预定条件是以下条件的至少一种：所述内燃机处于预定运转状态的条件，用于控制点火正时的所述设备的电源电压低于预定电压的条件，以及所述爆震传感器处于异常状态的条件。
根据本发明，例如在内燃机处于低负载的运转状态下，不太可能会发生爆震。在内燃机处于高负载的运转状态下，在一些情况下当校正了判定值并延迟了点火正时时，内燃机的输出下降而不能达到需求输出。当内燃机的温度较低时，不太可能会发生爆震。此外，当点火正时控制设备的电源电压低于预定电压时，可能不能获得稳定的爆震判定或对判定值的校正。此外，当爆震传感器处于异常状态时(例如，当其损坏时)，可能不能将判定值校正为正确的值。因此，当满足所述内燃机处于预定运转状态的条件，用于控制点火正时的所述设备的电源电压低于预定电压的条件，以及所述爆震传感器处于异常状态的条件中的至少一种条件时，对判定值的校正与爆震判定一起停止。在此情况下，持续执行用于判定爆震发生状态的运算。因此，能够从紧接着恢复对判定值的校正之后的时间点起利用正确的运算结果来判定爆震发生状态，并能够对待与爆震强度比较的判定值进行校正。因此，可从紧接着恢复对判定值的校正之后的时间点起将用于各个点火周期的爆震判定中的判定值设定为正确值，以正确地控制点火正时。
还优选地，所述预定运转状态是以下状态的至少一种：怠速状态以及所述内燃机的冷却水温度低于预定温度的状态。
根据本发明，在怠速状态下或在所述内燃机的冷却水温度低于预定温度的状态下(因为爆震不太会发生，故在上述状态下无需判定是否存在爆震)，对判定值的校正与爆震判定一起停止。在此情况下，持续执行用于判定爆震发生状态的运算。因此，因为发动机不再处于怠速状态或者发动机的冷却水温度变得高于预定温度，故能够从紧接着恢复对判定值的校正之后的时间点起利用正确的运算结果来判定爆震发生状态。因此，可以对待与爆震强度进行比较的判定值进行校正。因此，可将用于各个点火周期的爆震判定中的判定值在紧接着怠速状态结束之后或发动机的冷却水温度变得高于预定温度之后设定为正确值，以正确地控制点火正时。
还优选地，所述运算单元判定爆震发生频率。所述运算单元根据所述爆震发生频率来校正所述判定值。
根据本发明，根据利用爆震强度来判定在内燃机中已经发生爆震的频率，来对各个点火周期用于判定是否已经发生爆震的判定值进行校正。因此，当认为爆震发生频率较高时，为了在爆震已经更频繁地发生时延迟点火正时，对判定值进行校正使得趋于在为各个点火周期进行爆震判定时做出已经发生爆震的判定。相反，当认为爆震发生频率较低时，为了在尚未更频繁地发生爆震时提前点火正时，对判定值进行校正使得在为各个点火周期的爆震判定中不易做出已经发生爆震的判定。因此，能够将为各个点火周期的爆震判定中的判定值设定为正确值，由此获得正确的点火正时。
附图说明
图1是由作为根据本发明的实施例的点火正时控制设备的发动机ECU控制的发动机的示意性结构图；
图2是示出了爆震时在发动机中产生的震动的频带的图；
图3是示出了图1中的发动机ECU的控制框图；
图4是示出了发动机中的震动的波形的图；
图5是示出了存储在发动机ECU的存储器中的爆震波形模型的图；
图6是用于将震动波形与爆震波形模型进行比较的图形；
图7是示出存储在发动机ECU的存储器中的判定值V(KX)的对照图的图；
图8是示出强度值LOG(V)的频率分布的(第一)图；
图9是示出强度值LOG(V)的频率分布的(第二)图；
图10是示出强度值LOG(V)的频率分布的(第三)图；
图11是示出强度值LOG(V)的频率分布的(第四)图；
图12是示出用于形成强度值LOG(V)的频率分布的强度值LOG(V)的图；
图13是示出由图1中的发动机ECU执行的程序的控制结构的(第一)流程图；
图14是示出由图1中的发动机ECU执行的程序的控制结构的(第二)流程图；
图15是爆震判定水平V(KD)的(第一)时序图；
图16是爆震判定水平V(KD)的(第二)时序图；
图17是示出爆震时的积分值以及噪音的积分值的(第一)图；并且
图18是示出爆震时的积分值以及噪音的积分值的(第二)图。
具体实施方式
将参考附图描述本发明的实施例。在以下描述中，对相同的部分赋予相同的附图标记。它们具有相同的名称及功能。因此，将不再重复对相同部分的详细描述。
参考图1，将描述安装有根据本发明的实施例的点火正时控制设备的车辆的发动机100。例如通过由发动机ECU(电子控制单元)200执行的程序来实现根据本发明的点火正时控制设备。
发动机100是其中从空气滤清器102吸入的空气与从喷射器104喷射的燃料的空气燃料混合物被火花塞106点燃并在燃烧室内燃烧的内燃机。点火正时被控制为MBT(为最佳转矩的最小提前)，此时输出转矩变为最大但根据发动机100的运转状态(例如发生爆震)而被延迟或提前。
当空气燃料混合物燃烧时，活塞108被燃烧压力下压，且曲轴110转动。在燃烧之后的空气燃料混合物(排气)被三元催化剂112清洁，并排放至车辆外部。由节气门114来调节吸入发动机100的空气量。
发动机100由发动机ECU 200控制。爆震传感器300、水温传感器302、被设置为面对定时转子304的曲轴位置传感器306、节气门开度传感器308、车速传感器310、点火开关312以及气流计314连接至发动机ECU 200。
爆震传感器300设置于发动机100的气缸体。由压电器件形成爆震传感器300。爆震传感器300响应于发动机100的震动而产生电压。电压的大小与震动的强度对应。爆震传感器300向发动机ECU 200发送表示电压的信号。水温传感器302检测发动机100的水套中冷却水的温度，并向发动机ECU 200发送表示检测结果的信号。
定时转子304设置于曲轴110，并与曲轴110一起转动。在定时转子304的外周上，以预定间隔设置多个突起。曲轴位置传感器306被设定为面对定时转子304的突起。当定时转子304转动时，定时转子304的突起与曲轴位置传感器306之间的气隙发生变化，结果通过曲轴位置传感器306的线圈部分的磁通量增大和减小，由此在线圈部分内产生电动势。曲轴位置传感器306向发动机ECU 200发送表示电动势的信号。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的曲轴转角和转数。
节气门开度传感器308检测节气门开度，并向发动机ECU 200发送表示检测结果的信号。车速传感器310检测车轮(未示出)的转数，并向发动机ECU 200发送表示检测结果的信号。发动机ECU 200根据车轮的转数来计算车速。在起动发动机100时由驾驶员接通点火开关312。气流计314检测进入发动机100的进气量，并向发动机ECU 200发送表示检测结果的信号。
发动机ECU 200根据从各个传感器以及点火开关312发送的信号以及存储在存储器202中的对照图及程序来进行演算，并控制上述设备以使发动机100进入所期望的运转状态。
在本实施例中，发动机ECU 200根据从爆震传感器300发送的信号以及曲轴转角，来检测在预定爆震检测区间(gate)(预定第一曲轴转角与预定第二曲轴转角之间的部分)中发动机100的震动的波形(以下称为“震动波形”)，并根据检测得到的震动波形来判定发动机100中是否已经发生爆震。本实施例中的爆震检测区间是在燃烧行程中从上止点(0°)至90°。爆震检测区间并不限于此。
当发生爆震时，在发动机100中产生处于图2的实线所示的频率附近的频率处的震动。因爆震产生的震动的频率并不恒定，并在特定频率范围内发生变化。因此，在本实施例中，如图2所示，检测包含在第一频带A、第二频带B以及第三频带C中的震动。在图2中，CA表示曲轴转角。因爆震产生的震动的频带数量并不限于三个。
参考图3，将描述发动机ECU 200。发动机ECU 200包括A/D(模/数)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以及积分部分450。
A/D转换器400将从爆震传感器300发送的模拟信号转换为数字信号。带通滤波器(1)410仅允许从爆震传感器300发送的信号中处于第一频带A内的信号通过。换言之，通过带通滤波器(1)410，从爆震传感器300检测得到的震动中仅提取处于第一频带A内的震动。
带通滤波器(2)420仅允许从爆震传感器300发送的信号中处于第二频带B内的信号通过。换言之，通过带通滤波器(2)420，从爆震传感器300检测得到的震动中仅提取处于第二频带B内的震动。
带通滤波器(3)430仅允许从爆震传感器300发送的信号中处于第三频带C内的信号通过。换言之，通过带通滤波器(3)430，从爆震传感器300检测得到的震动中仅提取处于第三频带C内的震动。
积分部分450对由带通滤波器(1)410至(3)430选择的信号(即，对于每次5°曲轴转角的震动的强度)进行积分。以下将上述积分值称为积分值。在各个频带内计算积分值。通过对积分值的上述计算，检测各个频带内的震动波形。
此外，在第一至第三频带A至C中计算得到的积分值被相加以与曲轴转角对应。换言之，第一至第三频带A至C的震动波形被合成。
由此，如图4所示，检测得到发动机100的震动波形。换言之，第一至第三频带A至C的合成波形被用作发动机100的震动波形。
将检测得到的震动波形与图5所示的存储在发动机ECU 200的存储器202中的爆震波形模型进行比较。预先形成爆震波形模型作为当在发动机100中发生爆震时的震动波形的模型。
在爆震波形模型中，将震动的强度表达为0至1范围内的无量纲数，并且震动的强度并非明确地与曲轴转角对应。换言之，在本实施例的爆震波形模型中，判定震动的强度在震动的强度的峰值之后随着曲轴转角的增大而减小，但并未判定震动的强度在哪一个曲轴转角变为峰值。
本实施例的爆震波形模型与在因爆震产生的震动的强度的峰值之后的震动对应。还可以存储与在由爆震引起的震动的上升缘之后的震动对应的爆震波形模型。
根据在实验性地强制产生爆震时检测得到的发动机100的震动波形来预先形成并存储爆震波形模型。
通过使用其中发动机100的尺寸以及爆震传感器300的输出值是尺寸公差以及爆震传感器300的输出值公差的中值的发动机100(以下称为“中值特性发动机”)来形成爆震波形模型。换言之，爆震波形模型是在于中值特性发动机中强制产生爆震的情况下的波形模式。形成爆震波形模型的方法并不限于此，也可以通过仿真来形成模型。
如图6所示，在检测得到的波形与爆震波形模型之间的比较中，将归一化波形与爆震波形模型相互进行比较。在这里，归一化意指例如通过将检测得到的震动波形中的各个积分值除以积分值的最大值而将震动的强度表达为范围0至1内的无量纲数。但是，归一化方法并不限于此。
在本实施例中，发动机ECU 200计算相关系数K，其是与归一化震动波形与爆震波形模型相互之间的偏差相关的值。在归一化之后震动波形中震动的强度变为最大值的时间和爆震波形模型中震动的强度变为最大值的时间同步的情况下，对在各个曲轴转角(每5°曲轴转角)处归一化之后的震动波形与爆震波形模型相互之间的偏差的绝对值(偏差量)进行计算，以由此计算相关系数K。
如果在各个曲轴转角处归一化之后的震动波形与爆震波形模型相互之间的偏差的绝对值为ΔS(I)(I为自然数)并且通过将爆震波形模型中的震动的强度对于曲轴转角进行积分而获得的值(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)是ΔS(I)的和。在本实施例中，震动波形的形状越接近爆震波形模型的形状，计算得到的相关系数K的值越大。因此，如果在震动波形中包含有除爆震以外的其他因素引起的震动的波形，则相关系数K被计算为较小的值。计算相关系数K的方法并不限于此。
此外，发动机ECU 200根据积分值的最大值(峰值)来计算爆震强度N。如果最大积分值为P并且表示未发生爆震时发动机100的震动强度的值是BGL(背景水平)，则通过等式N＝P/BGL来计算爆震强度N。BGL存储在存储器202中。计算爆震强度N的方法并不限于此。
在本实施例中，发动机ECU 200将计算得到的爆震强度N与存储在存储器202中的判定值V(KX)相互进行比较，并进一步将检测得到的波形与存储的爆震波形模型相互进行比较。然后，发动机ECU 200为每一个点火周期判定在发动机100中是否已经发生爆震。
如图7所示，使用发动机转速NE以及进气量KL作为参数将判定值V(KX)存储为映射图。
作为判定值V(KX)的初始值，使用预先通过实验等方式确定的值。但是，因为爆震传感器300的输出值的波动以及劣化的原因，在发动机100中发生的相同震动的强度会被检测为不同值。在此情况下，需要校正判定值V(KX)并通过利用与实际检测得到的强度对应的判定值V(KX)来判定是否已经发生爆震。
因此，在本实施例中，利用表示强度值LOG(V)(其是通过对强度V进行对数转换而获得的值)与检测到各个强度值LOG(V)的频率(次数，概率)之间关系的频率分布来校正判定值V(KX)。
对于利用发动机转速NE及进气量KL作为参数的各个范围，根据强度值LOG(V)的频率分布来校正相应判定值V(KX)。用于计算强度值LOG(V)的强度V是预定曲轴转角之间的强度的峰值(每5°的积分值的峰值)。
在频率分布中，计算中值V(50)(在该值处从最小值起的强度值LOG(V)的频率的累积和值达到50％)以及等于或小于中值V(50)的强度值LOG(V)的标准偏差σ。例如，在本实施例中，通过以下计算方法为各个点火周期计算中值V(50)以及标准偏差σ，两者大致是根据多个强度值LOG(V)(例如，200个周期)计算得到的中值以及标准偏差。
如果当前检测得到的强度值LOG(V)大于先前计算得到的中值V(50)，则将通过将预定值C(1)加入先前计算得到的中值V(50)而获得的值计算为当前中值V(50)。另一方面，如果当前检测得到的强度值LOG(V)小于先前计算得到的中值V(50)，则将通过从先前计算得到的中值V(50)减去预定值C(2)(例如，C(2)与C(1)是相同的值)而获得的值计算为当前中值V(50)。
如果当前检测得到的强度值LOG(V)小于先前计算得到的中值V(50)并且大于通过从先前计算得到的中值V(50)减去先前计算得到的标准偏差σ而获得的值，则将通过从先前计算得到的标准偏差σ减去预定值C(3)的两倍的值而获得的值计算为当前标准偏差σ。另一方面，如果当前检测得到的强度值LOG(V)大于先前计算得到的中值V(50)或者小于通过从先前计算得到的中值V(50)减去先前计算得到的标准偏差σ而获得的值，则将通过将预定值C(4)(例如，C(3)与C(4)是相同的值)加入先前计算得到的标准偏差σ而获得的值计算为当前标准偏差σ。计算中值V(50)以及标准偏差σ的方法并不限于此。此外，中值V(50)以及标准偏差σ的初始值可以是预先设定的值或者可以是“0”。
通过将系数U(1)(U(1)是常量且例如U(1)＝3)与标准偏差σ的乘积加入中值V(50)而获得的值是爆震判定水平V(KD)。计算爆震判定水平V(KD)的方法并不限于此。将大于爆震判定水平V(KD)的强度值LOG(V)的频率判定为爆震发生的频率。
系数U(1)是根据通过实验等获得的数据及发现而获得的系数。当U(1)＝3时大于爆震判定水平V(KD)的强度值LOG(V)大致与实际发生爆震的点火周期中的强度值LOG(V)相符。也可使用“3”之外的其他值作为系数U(1)。
如果在发动机100中未发生爆震，则强度值LOG(V)的频率分布变为图9所示的正常分布，并且强度值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，如图10所示，如果因发生了爆震而检测得到更大的强度V并且计算得到了较大的强度值LOG(V)，则最大值V(MAX)变为大于爆震判定水平V(KD)。
如图11所示，当爆震发生的频率变得更高或者发动机100自身的机械震动变得更大时，最大值V(MAX)进一步变大。随着最大值V(MAX)变大时，频率分布中的中值V(50)以及标准偏差σ变大。因此，爆震判定水平V(KD)变得更大。
低于爆震判定水平V(KD)的强度值LOG(V)不会被判定为已经发生爆震的周期中的强度值LOG(V)。因此，随着爆震判定水平V(KD)的增大，在爆震已经实际发生时却判定尚未发生爆震的频率变大。
因此，在本实施例中，在排除大于阈值V(1)的强度值LOG(V)的情况下，使用被图12中的虚线包围的范围内的强度值LOG(V)来计算中值V(50)以及标准偏差σ。图12是其中在获得强度值LOG(V)的周期内为各个相关系数K绘制的计算得到的强度值LOG(V)的图形。
阈值V(1)是通过将系数U(2)(U(2)是常量且例如U(2)＝3)与等于或小于中值的强度值LOG(V)的标准偏差的乘积加入强度值LOG(V)的频率分布的中值而获得的值。
通过仅提取小于阈值V(1)的强度值LOG(V)来计算中值V(50)以及标准偏差σ，中值V(50)以及标准偏差σ不会变得过大，并变为稳定值。因此，可以抑制爆震判定水平V(KD)变得过高。因此，可以抑制在爆震实际已经发生时却判定尚未发生爆震的频率变大。
提取用于计算中值V(50)以及标准偏差σ的强度值LOG(V)的方法并不限于此。例如，在上述小于阈值V(1)的强度值LOG(V)之外，还可提取在相关系数K大于阈值K(1)的点火周期中计算得到的强度值LOG(V)。
参考图13，将描述由作为根据本实施例的点火正时控制设备的发动机ECU 200执行以通过在各个点火周期中判定是否已经发生爆震来控制点火正时的程序的控制结构。
在步骤100(以下将“步骤”简称为“S”)，发动机ECU 200判定是否满足停止爆震判定的条件。例如，当发动机100处于怠速状态时，就判定为满足停止爆震判定的条件。当满足停止爆震判定的条件时(S100为“是”)，处理结束。否则(S100为“否”)，处理进行至S102。
在S102，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转速NE，并根据从气流计314发送的信号来检测进气量KL。
在S104，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的震动的强度。震动的强度被表达为爆震传感器300的输出电压。震动的强度可被表达为与爆震传感器300的输出电压对应的值。在燃烧行程中于上止点与90°(90°曲轴转角)之间进行对强度的检测。
在S106，发动机ECU 200计算对于每5°曲轴转角(对于5°)的爆震传感器300的输出电压(表示震动的强度的值)进行积分而获得的值(积分值)。为第一至第三频带A至C每一个中的震动计算积分值。此外，将第一至第三频带A至C中的积分值相加以与曲轴转角对应，由此检测发动机100的震动波形。
在S108，发动机ECU 200计算第一至第三频带A至C的合成波形(发动机100的震动波形)中积分值里的最大积分值(峰值)。
在S110，发动机ECU 200使发动机100的震动波形归一化。在这里，归一化意指通过使各个积分值除以计算得到的峰值而将震动的强度表达为处于0至1范围内的无量纲数。
在S112，发动机ECU 200计算相关系数K，其是与校正后的震动波形与爆震波形模型相互之间的偏差相关的值。
在S114，发动机ECU 200计算爆震强度N。在S116，发动机ECU200判定相关系数K是否大于预定值并且爆震强度N是否大于判定值V(KX)。如果相关系数K大于预定值并且爆震强度N大于判定值V(KX)(在S116为“是”)，则处理进行至S118。否则(S116为“否”)，处理进行至S122。
在S118，发动机ECU 200判定在发动机100中已经发生爆震。在S120，发动机ECU 200延迟点火正时。在S122，发动机ECU 200判定在发动机100中尚未发生爆震。在S124，发动机ECU 200提前点火正时。
注意，用于停止爆震判定的条件并不限于S100中所述的条件。例如，在以下至少一种情况下，就可判定已经满足了停止爆震判定条件，即：当发动机100处于预定运转状态时(例如，当发动机100在发动机100的负载高于预定负载的范围内运转时)，当由水温传感器302检测得到的冷却水温度低于预定温度时，当发动机ECU 200的电源电压低于预定电压时，以及当爆震传感器300损坏时。
参考图14，将描述由作为根据本实施例的点火正时控制设备的发动机ECU 200执行以校正判定值V(KX)的程序的控制结构。
在S200，发动机ECU 200判定是否满足停止爆震判定的条件。例如，当发动机100处于怠速运转状态时，就判定满足停止爆震判定的条件。当满足停止爆震判定的条件时(S200为“是”)，处理进行至S202。否则(S200为“否”)，处理进行至S206。
在S202，发动机ECU 200停止对判定值V(KX)的校正。在S204，发动机ECU 200将校正停止标记置于“ON”。当不满足停止爆震判定的条件时(S200为“否”)，校正停止标记被自动置于“OFF”。
在S206，发动机ECU 200根据基于从爆震传感器300发送的信号检测得到的强度V来计算强度值LOG(V)。强度V是预定曲轴转角之间的峰值(每5°积分值的峰值)。
在S208，发动机ECU 200判定强度值LOG(V)是否小于上述阈值V(1)。当强度值LOG(V)小于上述阈值V(1)时(S208为“是”)，处理进行至S210。否则(S208为“否”)，处理返回至S200。
在S210，发动机ECU 200计算提取的强度值LOG(V)的中值V(50)以及标准偏差σ。在S212，发动机ECU 200根据中值V(50)以及标准偏差σ来计算爆震判定水平V(KD)。
在S214，发动机ECU 200判定校正停止标记是否被置于“ON”。当校正停止标记为“ON”时(S214为“是”)，处理结束。否则(S214为“否”)，处理进行至S216。
在S216，发动机ECU 200将大于爆震判定水平V(KD)的强度值LOG(V)占计算得到的强度值LOG(V)的比率计数为爆震比率KC。
在S218，发动机ECU 200判定爆震比率KC是否大于阈值KC(0)。如果爆震比率KC大于阈值KC(0)(S218为“是”)，则处理进行至S220。否则(S218为“否”)，处理进行至S222。
在S220，发动机ECU 200减小判定值V(KX)。在S222，发动机ECU 200增大判定值V(KX)。
注意，停止爆震判定的条件并不限于S200中所述的条件。例如，在以下至少一种情况下，就可判定为满足停止爆震判定条件，即：当发动机100处于预定运转状态时(例如，当发动机100在发动机100的负载高于预定负载的范围内运转时)，当由水温传感器302检测得到的冷却水温度低于预定温度时，当发动机ECU 200的电源电压低于预定电压时，以及当爆震传感器300损坏时。
将描述基于上述结构及流程图的作为根据本实施例的点火正时控制设备的发动机ECU 200的工作。
在发动机100运转期间，当不满足停止爆震判定的条件时(S100为“否”)，根据从曲轴位置传感器306发送的信号来检测发动机转速NE，并根据从气流计314发送的信号来检测进气量KL(S102)。此外，根据从爆震传感器300发送的信号来检测发动机100的震动的强度(S104)。在燃烧行程中的上止点与90°之间，计算第一至第三频带A至C每一者中的震动的对于每5°的积分值(S106)。将第一至第三频带A至C中计算得到的积分值相加以与曲轴转角对应，由此如图4所示检测上述发动机100的震动波形。
因为使用每五度的积分值来检测震动波形，故能够检测到抑制了微小变化的震动波形。因此，变得易于将检测得到的震动波形与爆震波形模型相互进行比较。根据计算得到的积分值，计算第一至第三频带A至C的合成波形(发动机100的震动波形)中积分值的峰值P(S108)。
将发动机100的震动波形中的积分值除以计算得到的峰值P，由此使震动波形归一化(S110)。通过归一化，将震动波形中震动的强度表达为0至1范围内的无量纲数。以此方式，无论震动的强度如何，都能够将检测得到的震动波形与爆震波形模型相互进行比较。因此，无需存储与震动的强度对应的大量爆震波形模型，由此有利于形成爆震波形模型。
在将归一化之后震动波形中震动的强度变为最大值的时间与爆震波形模型中震动的强度变为最大值的时间同步的情况下(见图6)，对在各个曲轴转角处归一化之后的震动波形与爆震波形模型相互之间的偏差的绝对值ΔS(I)进行计算。基于ΔS(I)的总和(即∑ΔS(I))以及通过针对曲轴转角对爆震波形中的震动的强度进行积分而获得的值S，通过K＝(S-∑ΔS(I))/S来计算相关系数K(S112)。以此方式，能够将检测得到的震动波形与爆震波形模型之间的相符程度转换为数字，以客观地判定该程度。此外，通过将震动波形与爆震波形模型相互进行比较，能够通过震动的行为(例如，震动的衰减趋势)来分析震动是否为爆震时的震动。
通过使峰值P除以BGL来计算爆震强度N(S114)。因此，能够根据震动强度来更详细地分析是否因爆震而造成发动机100的震动。
如果相关系数K大于预定值并且爆震强度N大于判定值V(KX)(S116为“是”)，则判定已经发生爆震(S118)并且延迟点火正时(S120)。因此，可抑制爆震的发生。如果相关系数K不大于预定值或者爆震强度N不大于判定值V(KX)(S116为“否”)，则判定尚未发生爆震(S122)并且提前点火正时(S124)。
由此，通过将爆震强度N与判定值V(KX)相互进行比较，为各个点火周期判定是否已经发生爆震，并延迟或提前点火正时。
同时，如上所述，因为爆震传感器300的输出值的波动以及劣化的关系，在发动机ECU 100中发生的相同震动的强度会被检测为不同值。在此情况下，需要校正判定值V(KX)并需要通过使用与实际检测得到的强度对应的判定值V(KX)来判定是否已经发生爆震。
因此，在作为本实施例的点火正时控制设备的发动机ECU 200中，当不满足停止爆震判定的条件时(S200为“否”)，计算强度值LOG(V)(S206)。当计算得到的强度值LOG(V)小于预定阈值V(1)时(S208为“是”)，计算中值V(50)以及标准偏差σ(S210)。由此，通过仅提取小于阈值V(1)的强度值LOG(V)来计算中值V(50)以及标准偏差σ，中值V(50)以及标准偏差σ不会变得过大，并变为稳定值。根据上述中值V(50)以及标准偏差σ，计算爆震判定水平V(KD)(S212)。因此，可以抑制爆震判定水平V(KD)变得过大。当校正停止标记并未置于“ON”时(S214为“否”)，对爆震比率KC(发生爆震的频率)进行计数。当爆震比率KC大于阈值KC(0)时(S218为“是”)，判定值V(KX)减小(S220)。当爆震比率KC小于阈值KC(0)时(S218为“否”)，判定值V(KX)增大(S222)。因此，能够用于各个点火周期的爆震判定中的判定值设定为合适的值，由此获得正确的点火正时。
此外，例如当内燃机的状态处于怠速状态时，几乎不会发生爆震。因此，无需判定是否存在爆震以控制点火正时。因此，当满足停止爆震判定的条件时(例如在怠速状态下)(S100为“是”)，不进行爆震判定。此外，停止对判定值V(KX)的校正(S202)。换言之，不对爆震比率KC(爆震发生的频率)进行计数。此外，判定值V(KX)不会根据爆震比率KC与阈值KC(0)的比较结果而减小(S220)或增大(S222)。
在这里，如图15所示，当在停止对判定值V(KX)的校正的状态下停止计算爆震判定水平V(KD)时，当恢复对判定值V(KX)的校正时，根据紧接着在停止校正之前的爆震判定水平V(KD)来对爆震比率KC进行计数。根据该爆震比率KC来进行对判定值V(KX)的校正。紧接着在停止校正之前的爆震判定水平V(KD)并不能反映在对判定值V(KX)的校正已经停止期间发动机运转状态的改变的影响。因此，在紧接着校正停止之前的判定值V(KX)与理想爆震判定水平之间会存在差异，并且紧接着在校正停止之前的爆震判定水平V(KD)在恢复校正之后可能会不是合适的值。因此，在爆震判定水平V(KD)收敛至理想爆震判定水平附近的合适值之前，判定值V(KX)都可能未被正确地校正。
因此，在作为本实施例的点火正时控制设备的发动机ECU 200中，即使在满足停止爆震判定的条件(S200为“是”)并且停止对判定值V(KX)的校正(S202)并将校正停止标记置为“ON”(S204)之后，也与不满足停止爆震判定的条件(S200为“否”)的情况类似来计算强度值LOG(V)(S206)。当计算得到的强度值LOG(V)小于阈值V(1)时(S208为“是”)，计算中值V(50)以及标准偏差σ(S210)。根据中值V(50)以及标准偏差σ来计算爆震判定水平V(KD)(S212)。
换言之，如图16所示，在停止对判定值V(KX)的校正的状态下持续计算爆震判定水平V(KD)。由此允许爆震判定水平V(KD)成为与理想爆震判定水平大致相同水平的合适值。因此，从紧接着在恢复对判定值V(KX)的校正之后的时间点起，根据合适的爆震判定水平V(KD)对判定值V(KX)进行正确的校正。由此允许用于各个点火周期的爆震判定中的判定值在较早阶段就成为正确的值，由此获得正确的点火正时。
如上所述，根据作为本实施例的点火正时控制设备的发动机ECU，当不满足停止爆震判定的条件时，根据强度值LOG(V)来计算中值V(50)以及标准偏差σ。根据中值V(50)以及标准偏差σ来计算爆震判定水平V(KD)。根据爆震判定水平V(KD)来计数爆震比率KC(发生爆震的频率)。根据爆震比率KC与阈值KC(0)之间的比较结果来对判定值V(KX)进行校正。由此允许用于各个点火周期的爆震判定中的判定值成为正确的值，由此获得正确的点火正时。
如图17所示，当震动的强度因噪音而较大时，在爆震时的积分值的最大值与因噪音引起的积分值的最大值之间的差异较小，由此会难以根据爆震强度N来区分爆震与噪音。因此，如图18所示，能够通过使用震动波形中积分值(通过在爆震检测区间中对爆震传感器300的全部输出电压进行积分而获得的值)的总和而非积分值的峰值P来计算爆震强度N。换言之，能够通过使震动波形中的积分值的总和除以BGL来计算爆震强度N。
如图18所示，因为因噪音引起的震动的时段短于因发生爆震而引起的震动的时段，所以爆震的积分值的总和与噪音的积分值的总和之间的差异会较大。因此，通过根据积分值的总和来计算爆震强度N，能够获得在爆震时计算得到的爆震强度N与因噪音引起的计算得到的爆震强度N之间较大的差异。因此，能够清楚地区分因爆震引起的震动和因噪音引起的震动。
应当理解，这里揭示的实施例在各个方面均为说明而限制。本发明的范围由各项权利要求而非以上描述来界定，且本发明的范围意在涵盖落入与各项权利要求相等同的范围和含义内的任何修改方案。
Claims (12)
1.一种用于控制内燃机的点火正时的设备，包括：
爆震传感器(300)，其对与在所述内燃机(100)中发生的震动的强度相关的强度值进行检测；以及
运算单元(200)，其连接至所述爆震传感器(300)，其中
所述运算单元(200)根据在所述内燃机(100)中发生的震动的强度来对与因爆震造成的震动的强度相关的爆震强度进行计算，
所述运算单元(200)根据所述爆震强度与预定的判定值之间的比较结果来对所述内燃机(100)的点火正时进行控制，
所述运算单元(200)根据所述强度值来执行计算爆震判定水平的运算，
所述运算单元(200)将大于所述爆震判定水平的所述强度值的频率判定为爆震发生频率，
所述运算单元(200)根据所述爆震发生频率来校正所述判定值，
在满足预定条件时，所述运算单元(200)停止对所述判定值的校正，并且
所述运算单元(200)在停止对所述判定值的校正的状态下持续执行所述运算。
2.根据权利要求1所述的用于控制内燃机的点火正时的设备，其中
通过将所述强度值的标准偏差与预定系数的乘积加上所述强度值的中值来计算所述爆震判定水平。
3.根据权利要求1所述的用于控制内燃机的点火正时的设备，其中
所述预定条件是以下条件的至少一种：所述内燃机(100)处于预定运转状态的条件，用于控制点火正时的所述设备的电源电压低于预定电压的条件，以及所述爆震传感器(300)处于异常状态的条件。
4.根据权利要求3所述的用于控制内燃机的点火正时的设备，其中
所述预定运转状态是以下状态的至少一种：怠速状态以及所述内燃机(100)的冷却水温度低于预定温度的状态。
5.一种用于控制内燃机的点火正时的方法，包括如下步骤：
根据在所述内燃机(100)中发生的震动的强度来对与因爆震造成的震动的强度相关的爆震强度进行计算；
根据所述爆震强度与预定的判定值之间的比较结果来对所述内燃机(100)的点火正时进行控制；
对与在所述内燃机(100)中发生的震动的强度相关的强度值进行检测；
根据所述强度值来执行计算爆震判定水平的运算；
将大于所述爆震判定水平的所述强度值的频率判定为爆震发生频率；
根据所述爆震发生频率来校正所述判定值；
并且当满足预定条件时，停止对所述判定值的校正，其中
所述执行所述运算的步骤包括在停止对所述判定值的校正的状态下持续执行所述运算的步骤。
6.根据权利要求5所述的用于控制内燃机的点火正时的方法，其中
通过将所述强度值的标准偏差与预定系数的乘积加上所述强度值的中值来计算所述爆震判定水平。
7.根据权利要求5所述的用于控制内燃机的点火正时的方法，其中
所述预定条件是以下条件的至少一种：所述内燃机(100)处于预定运转状态的条件，电源电压低于预定电压的条件，以及爆震传感器(300)处于异常状态的条件。
8.根据权利要求7所述的用于控制内燃机的点火正时的方法，其中
所述预定运转状态是以下状态的至少一种：怠速状态以及所述内燃机(100)的冷却水温度低于预定温度的状态。
9.一种用于控制内燃机的点火正时的设备，包括：
用于根据在所述内燃机(100)中发生的震动的强度来对与因爆震造成的震动的强度相关的爆震强度进行计算的装置(200)；
用于根据所述爆震强度与预定的判定值之间的比较结果来对所述内燃机(100)的点火正时进行控制的装置(200)；
用于对与在所述内燃机(100)中发生的震动的所述强度相关的强度值进行检测的检测装置(300)
用于根据所述强度值来执行计算爆震判定水平的运算的运算装置(200)，
用于将大于所述爆震判定水平的所述强度值的频率判定为爆震发生频率的判定装置(200)，
用于根据所述爆震发生频率来校正所述判定值的校正装置(200)；以及
用于在满足预定条件时停止对所述判定值的校正的停止装置(200)，其中
所述运算装置(200)包括用于在由所述停止装置(200)停止对所述判定值的校正的状态下持续执行所述运算的装置。
10.根据权利要求9所述的用于控制内燃机的点火正时的设备，其中
通过将所述强度值的标准偏差与预定系数的乘积加上所述强度值的中值来计算所述爆震判定水平。
11.根据权利要求9所述的用于控制内燃机的点火正时的设备，其中
所述预定条件是以下条件的至少一种：所述内燃机(100)处于预定运转状态的条件，用于控制点火正时的所述设备的电源电压低于预定电压的条件，以及所述检测装置(300)处于异常状态的条件。
12.根据权利要求11所述的用于控制内燃机的点火正时的设备，其中
所述预定运转状态是以下状态的至少一种：怠速状态以及所述内燃机(100)的冷却水温度低于预定温度的状态。
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