CN103161641A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的内燃机的控制装置防止因内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态时的振动水平变化所引起的滤波运算的跟踪延迟而导致误判定为爆震。包括对内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态这一情况进行判定的燃烧开始判定部(101)；在由燃烧开始判定部(101)判定为内燃机(1)的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态时，到经过规定的滤波系数切换期间为止，输出滤波系数切换请求的滤波系数切换请求部(102)，基于滤波系数切换请求，利用背景水平计算部(104)和标准偏差计算部(105)中的至少一方将滤波运算中使用的滤波系数的值向滤波效果变弱的一侧变更。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及具有在基于内燃机中产生的振动而判定出产生爆震时对点火时期进行修正以抑制爆震产生的功能的内燃机的控制装置，特别涉及扩大内燃机的气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态之后的爆震抑制功能的动作范围、且防止爆震误判定的内燃机的控制装置。
背景技术
以往，采用具有如下功能的内燃机的控制装置：利用爆震传感器检测出在内燃机异常燃烧时产生的缸内振动，将点火时期向延迟点火侧(延迟点火时期的一侧)变更，从而抑制爆震的产生。
在这种具有爆震抑制功能的内燃机的控制装置中，例如，对于由爆震传感器检测出的内燃机的振动实施带通滤波等处理，仅提取出特定频率的振动分量，将该特定频率的振动分量中的规定的曲柄角度期间内的最大水平的值作为本次燃烧周期内的振动水平的特征值来取出。
另外，所谓上述特定频率，是预先选择能灵敏度良好地检测因产生爆震而产生的振动水平的频率(一般而言，为5～15kHz附近的频率)。此外，对于上述曲柄角度期间，也预先选择能灵敏度良好地检测因产生爆震而产生的振动水平的曲柄角度范围(一般而言，从压缩上死点到压缩上死点后60[deg]附近为止的曲柄角度)，一般称为爆震检测期间。
若提取出赋予振动水平特征的特征值，则接下来，通过滤波运算来计算将特征值平均化后的背景水平(以下称为BGL)，基于特征值和BGL，通过滤波运算来计算特征值的标准偏差，基于BGL和标准偏差，计算用于判定产生爆震的爆震判定用阈值。
若计算出爆震判定用阈值，则将特征值和爆震判定用阈值进行比较，从而判定有没有产生爆震。此处，在特征值为爆震判定用阈值以下的情况下，判定为未产生爆震，将表示爆震所产生的振动强度的爆震强度设定零。反之，在特征值超过爆震判定用阈值的情况下，判定为产生爆震，基于特征值、BGL、及爆震判定用阈值，计算爆震强度。若计算出爆震强度，则计算与爆震强度相应的爆震延迟点火量，将点火时期向延迟点火侧变更爆震延迟点火量。
若根据以上所述的一连串处理，基于由爆震传感器检测出的内燃机的振动，判定为产生爆震，则根据爆震的振动强度，将点火时期向延迟点火侧变更，从而抑制爆震的产生。
然而，已知由爆震传感器检测出的振动水平会根据内燃机的运转状态而发生较大变化。例如，在使处于停止状态的内燃机起动的情况下，若开始向通过起动电动机开始旋转的内燃机提供燃料，将压缩的混合气点火，则气缸内会发生燃烧，从非燃烧状态转移至燃烧状态，成为起动状态。在该起动状态下，在内燃机到达稳定的运转状态之前，内燃机的转速处于过渡变化的过渡状态，因此，由爆震传感器检测出的振动水平会发生较大变动。
因此，在内燃机处于起动状态时，原样使用以内燃机处于正常运转状态时为前提而设定为适当值的滤波系数来计算出上述BGL、标准偏差的情况下，对于会发生较大变动的特征值的特性，滤波效果过强，跟踪性变差，其结果是，爆震判定用阈值变成不适当的值，产生误判定为爆震的问题。
因而，在专利文献1(日本专利特开2006－183662号公报)中，提出了如下技术：在内燃机起动时，在经过利用滤波运算来计算的BGL达到正确值所需的时间为止的期间内，禁止爆震的判定。根据该现有技术，可防止因起动时的滤波运算的跟踪延迟而导致爆震的误判定。
此外，在专利文献2(日本专利特开平4－140454号公报)中，提出了如下技术：基于内燃机的转速的变化程度，判定内燃机是否变成了过渡运转状态，在判定为内燃机变成了过渡运转状态时，将用于计算BGL的滤波系数向滤波效果变弱的一侧切换。根据该现有技术，可防止因过渡运转时的滤波运算的跟踪延迟而导致爆震的误判定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2006－183662号公报
专利文献2：日本专利特开平4－140454号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在采用专利文献1所记载的现有技术的情况下，虽然可防止因起动时的滤波运算的跟踪延迟而导致爆震的误判定，但由于原样使用以内燃机处于正常运转状态时为前提而设定为适当值的滤波系数来进行滤波运算，因此，从在内燃机起动后想尽早开始检测爆震从而扩大爆震抑制功能的动作范围这一观点来看，在使用以内燃机处于正常运转状态时为前提而设定为适当值的滤波系数的滤波运算的结果达到正确值之前，禁止爆震的判定，从而存在爆震抑制功能的动作范围变窄的问题。
此外，在一般的内燃机中，采用即使内燃机在运转过程中当规定条件成立时也暂时停止提供燃料的所谓燃料切断控制。该燃料切断控制例如是在内燃机的运转过程中，在驾驶员的脚离开加速踏板时停止提供燃料，在驾驶员回踩加速踏板时或在驾驶员的脚离开加速踏板的状态下内燃机的转速降低至规定值时重新开始提供燃料这样的控制，以提高燃料消耗效率、防止转速的过度上升等为目的而得到广泛采用。
若在内燃机的运转过程中规定条件成立而执行燃料切断控制，则停止提供燃料，气缸内从燃烧状态变化至非燃烧状态，因此，之前因燃烧而产生的振动水平消失，特征值变小，BGL也变成极小的值。
而且，之后，若规定条件不成立而解除执行燃料切断控制，则重新开始提供燃料，气缸内从非燃烧状态恢复至燃烧状态，因此，振动水平也瞬间恢复至燃烧时的振动水平，从而特征值从燃料切断控制过程中计算出的较小值一举变化至较大值。然而，由于BGL、标准偏差是通过使用以内燃机处于正常运转状态时为前提而设定为适当值的滤波系数的滤波运算来计算的，因此，BGL、标准偏差的运算结果无法跟踪特征值的变化，在BGL、标准偏差达到正确值为止的期间内，爆震判定用阈值成为不适当的值(比原来要小的值)，其结果是，产生如下问题：从燃料切断进行恢复时，误判定为爆震。
在这样的燃料切断恢复过程中，即使采用专利文献2所记载的现有技术，在例如因与变速器的齿轮相连接而导致内燃机的转速未呈现较大变化的情况下，也不会判定为处于过渡运转状态，因此，不会切换滤波系数，不足以防止因滤波运算而导致的爆震的误判定。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种内燃机的控制装置，该控制装置不会缩小内燃机的气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态后的爆震抑制功能的动作范围，能防止爆震的误判定。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的内燃机的控制装置的特征在于，包括：
爆震传感器，该爆震传感器检测内燃机中产生的振动；
曲柄角度传感器，该曲柄角度传感器检测所述内燃机的曲柄角度；
特征值计算部，该特征值计算部基于在规定的曲柄角度期间内检测出的所述振动，计算对所述规定的曲柄角度期间内的所述振动的振动水平赋予特征的特征值；
背景水平计算部，该背景水平计算部基于所述特征值和用于将所述特征值平均化的第1滤波系数，计算所述特征值的背景水平；
标准偏差计算部，该标准偏差计算部基于所述特征值、所述背景水平和用于计算所述特征值的标准偏差的第2滤波系数，计算所述特征值的标准偏差；
阈值计算部，该阈值计算部基于所述背景水平和所述标准偏差，计算爆震判定用阈值；
爆震判定部，该爆震判定部基于所述特征值和所述爆震判定用阈值，判定爆震的产生；
爆震强度计算部，该爆震强度计算部在由所述爆震判定部判定为产生爆震时，基于所述特征值、所述背景水平、及所述爆震判定用阈值，计算爆震强度；
延迟点火量计算部，该延迟点火量计算部基于所述爆震强度，计算所述内燃机的点火时期的爆震延迟点火量；
点火时期修正部，该点火时期修正部基于所述爆震延迟点火量，对点火时期进行修正；
燃烧开始判定部，该燃烧开始判定部基于表示所述内燃机的运转状态的各种信息，对所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态这一情况进行判定；及
滤波系数切换请求部，该滤波系数切换请求部在由所述燃烧开始判定部判定为所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态时开始到经过规定的滤波系数切换期间为止的期间内，输出滤波系数切换请求，
基于所述滤波系数切换请求部所产生的滤波系数切换请求，至少进行下述的(1)和(2)中的至少一方：
(1)所述背景水平计算部将所述第1滤波系数的值向滤波效果变弱的一侧切换；
(2)所述标准偏差计算部将所述第2滤波系数的值向滤波效果变弱的一侧切换。
发明效果
根据本发明所涉及的内燃机的控制装置，不会缩小内燃机的气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态后的爆震抑制功能的动作范围，能降低因滤波运算相对于振动水平变化的跟踪延迟而导致的爆震的误判定。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的整体结构图。
图2是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的爆震抑制功能的功能框图。
图3是说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的动作的时序图。
图4是说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的动作的时序图。
图5是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的滤波系数切换处理的流程图。
图6是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的爆震抑制功能的控制动作的流程图。
图7是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的延迟点火量计算部的控制动作的流程图。
具体实施方式
实施方式1
下面，基于附图，说明本发明所涉及的内燃机的控制装置的优选实施方式。图1是表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的整体结构图。图1中，内燃机1中的气缸1a的燃烧室1b包括进气阀1c、排气阀1d、和活塞1e，此外，还以面向燃烧室1b内的方式设有火花塞2和燃料喷射阀3。
此外，内燃机1中，利用设置于进气通路4上的电子控制节流器(throttle)5，调整空气的进气量。电子控制节流器5包括节流阀(throttlevalve)5a、对其进行驱动的电动机5b、及检测节流阀5a的开度的节流开度传感器5c。
内燃机控制单元(以下称为ECU)6获取对加速踏板7的操作量进行检测的加速位置传感器8的输出信号，向电动机5b发送控制信号，基于来自节流开度传感器5c的节流阀开度信号，将节流阀5a控制在适当的开度。除加速位置传感器8、曲柄角度传感器9、凸轮角度传感器10、爆震传感器11、气流传感器12外，ECU6还获取来自各种传感器种类(未图示)的输出信号，决定点火时期、燃料喷射量等。
然后，基于上述各决定值，驱动燃料喷射阀3，向燃烧室1b内喷射、提供燃料，驱动与火花塞2相连接的点火线圈13，从而从火花塞2的塞间隙进行火花放电。
由空气净化器14去除灰尘、微粒后的吸入空气由气流传感器12测量流量之后，通过电子控制节流器5并被导入至稳压罐15，进一步通过进气阀1c从稳压罐15导入至燃烧室1b。导入至燃烧室1b内的吸入空气和从燃料喷射阀3喷射的燃料混合，形成混合气，混合气因火花塞2的火花放电而点火燃烧。
混合气的燃烧压力传递至活塞1e，使活塞1e进行往复运动。活塞1e的往复运动经由连接杆1h传递到曲柄轴1f，由曲柄轴1f转换成旋转运动，作为内燃机1的输出而取出。燃烧后的混合气成为废气，通过排气阀1d排放到排气歧管16，由催化剂17净化后，排放到大气中。
接下来，对在上述ECU6内执行的爆震抑制功能进行说明。图2是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的爆震抑制功能的功能框图。图2中，对燃烧开始判定部101输入表示内燃机的运转状态的各种信息(未图示)。燃烧开始判定部101基于上述各种信息，对内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态这一情况进行判定。此外，在滤波系数切换请求部102中，基于燃烧开始判定部101的判定结果，设置滤波系数切换请求CHG，并将其输出到后述的背景水平计算部(以下称为BGL计算部)104、标准偏差计算部105、及延迟点火量计算部109。
另外，在起动时对内燃机的气缸内是非燃烧状态还是燃烧状态进行判定的情况下，作为输入到燃烧开始判定部101的各种信息，例如利用起动电动机的控制信号、燃料喷射阀3的控制信号、点火线圈13的控制信号(均未图示)等。
在滤波系数切换请求部102中，当通过内燃机停止这一情况而判定为气缸内处于非燃烧状态时，将滤波系数切换请求CHG复位为CHG＝0。然后，当在起动时判定出内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态时，将滤波系数切换请求设置为CHG＝1，之后，在经过了滤波系数切换期间后，再次将滤波系数切换请求复位为CHG＝0。
此外，在从燃料切断控制进行恢复时对内燃机的气缸内是非燃烧状态还是燃烧状态进行判定的情况下，作为输入到燃烧开始判定部101的各种信息，例如利用燃料切断控制信号、燃料喷射阀3的控制信号、点火线圈13的控制信号(均未图示)等。
在滤波系数切换请求部102中，当通过燃料切断控制已被执行这一情况而判定为气缸内处于非燃烧状态时，将滤波系数切换请求复位为CHG＝0。然后，当在从燃料切断控制进行恢复时判定出内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态时，将滤波系数切换请求设置为CHG＝2，之后，在经过了滤波系数切换期间后，再次将滤波系数切换请求复位为CHG＝0。
另一方面，由爆震传感器11检测出的内燃机的振动由A/D转换器(未图示)从模拟信号转换至数字信号之后，输入到特征值计算部103。此外，还对特征值计算部103输入由曲柄角度传感器9检测出的曲柄角度。然后，在特征值计算部103中，对于转换成数字信号的振动数据，例如通过实施带通滤波处理，从而仅提取出特定频率的振动分量，并且，基于曲柄角度，将提取出的特定频率的振动分量中在规定的曲柄角度期间内的最大值，作为对本次燃烧周期中的振动水平赋予特征的特征值PKL来取出。
对BGL计算部104输入来自滤波系数切换请求部102的滤波系数切换请求CHG、及由特征值计算部103计算出的特征值PKL这2个信号。BGL计算部104基于特征值PKL和用于计算BGL的第1滤波系数F1(未图示)，利用下述式(1)，计算与特征值PKL的平均值相当的背景水平BGL。
BGL＝(1-F1)×PKL+(F1×[BGL上一次的值])
                                            ······式(1)
另外，用于计算BGL的第1滤波系数F1设定为“0”与“1”之间的值，构成为设定的值越小，滤波效果越弱，设定的值越大，滤波效果越强。
在BGL计算部104中，在滤波系数切换请求为CHG＝0的情况下，将对于内燃机为正常运转状态时的特征值PKL的变动状态，为了恰当地计算出BGL而设定的值Mn(其中，0＜Mn＜1)设定为第1滤波系数F1，以进行式(1)的运算。
此外，在滤波系数切换请求为CHG＝1的情况下，将对于起动时气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态之后的特征值PKL的变动状态，为了尽量使BGL的运算不产生延迟而设定的值Ms(其中，0＜Ms＜Mn＜1)设定为第1滤波系数F1，以进行式(1)的运算。
此外，在滤波系数切换请求为CHG＝2的情况下，将对于燃料切断进行恢复时气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态之后的特征值PKL的变动状态，为了尽量使BGL的运算不产生延迟而设定的值Mf(其中，0＜Mf＜Mn＜1)设定为第1滤波系数F1，以进行式(1)的运算。
对标准偏差计算部105输入来自滤波系数切换请求部102的滤波系数切换请求CHG、由特征值计算部103计算出的特征值PKL、及由BGL计算部104计算出的BGL这3个信号。标准偏差计算部105基于特征值PKL、BGL、及用于计算方差的第2滤波系数F2(未图示)，利用下述的式(2)，计算特征值PKL的方差VAR，并利用下述的式(3)，计算标准偏差SGM。
VAR＝(1-F2)×(PKL-BGL)2
+(F2×[VAR上一次的值])······式(2)
SGM = ( VAR ) ······式(3)
另外，用于计算方差VAR的第2滤波系数F2设定为“0”与“1”之间的值，构成为设定的值越小，滤波效果越弱，设定的值越大，滤波效果越强。
然后，在标准偏差计算部105中，在滤波系数切换请求为CHG＝0的情况下，对于内燃机为正常运转状态时的特征值PKL的变动状态，将为了恰当地计算出方差VAR及标准偏差SGM而设定的值Nn(其中，0＜Nn＜1)设定为第2滤波系数F2，以进行式(2)的运算。
此外，在滤波系数切换请求为CHG＝1的情况下，对于起动时气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态之后的特征值PKL的变动状态，将为了尽量使方差VAR及标准偏差SGM的运算不产生延迟而设定的值Ns(其中，0＜Ns＜Nn＜1)设定为第2滤波系数F2，以进行式(2)的运算。
此外，在滤波系数切换请求为CHG＝2的情况下，对于燃料切断进行恢复时气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态之后的特征值PKL的变动状态，将为了尽量使方差VAR及标准偏差SGM的运算不产生延迟而设定的值Nf(其中，0＜Nf＜Nn＜1)设定为第2滤波系数F2，以进行式(2)的运算。
对阈值计算部106输入由BGL计算部104计算出的BGL、及由标准偏差计算部105计算出的标准偏差SGM这2个信号。然后，阈值计算部106利用下述的式(4)，计算爆震判定用阈值THD。
THD＝BGL+(K1×SGM)······式(4)
此处，K1是为了计算THD而预先设定的调整系数。
对爆震判定部107输入由特征值计算部103计算出的特征资PKL、及由阈值计算部106计算出的爆震判定用阈值THD这2个信号。然后，爆震判定部107将特征值PKL和爆震判定用阈值THD进行比较，在PKL≤THD的情况下，判定为未产生爆震，在PKL＞THD的情况下，判定为产生爆震。
对爆震强度计算部108输入由特征值计算部103计算出的特征值PKL、由BGL计算部104计算出的BGL、由阈值计算部106计算出的爆震判定用阈值THD、及爆震判定部107的有没有产生爆震的判定结果这4个信号。然后，在由爆震判定部107判定为未产生爆震的情况下，爆震强度计算部108对爆震强度KNK设定KNK＝0。反之，在判定为产生爆震的情况下，根据特征值PKL、BGL、及爆震判定用阈值THD，利用下述的式(5)，计算爆震强度KNK。
KNK＝(PKL-THD)／BGL  ······式(5)
对延迟点火量计算部109输入由爆震强度计算部108计算出的爆震强度KNK。然后，延迟点火计算部109利用下述的式(6)，计算爆震延迟点火量RTD。
RTD＝K2×KNK    ·······式(6)
此处，K2是为了将爆震强度KNK转换成爆震延迟点火量RTD而预先设定的规定系数。
此外，对延迟点火量计算部109输入来自滤波系数切换请求部102的滤波系数切换请求CHG，在从CHG＝0变成CHG≠0时，延迟点火量计算部109在从该时刻经过延迟点火运算限制期间为止的期间内，禁止更新爆震延迟点火量RTD(例如，将RTD的值保持为上一次的值)或禁止计算RTD(复位为RTD＝0)。另外，将本发明所进行的滤波系数的切换控制安装到作为对象的内燃机的控制装置并使其动作，评价此时的抗误检测性能，根据需要预先设定延迟点火运算限制期间。
对点火时期修正部110输入由延迟点火量计算部109计算出的爆震延迟点火量RTD、及由ECU6内计算出的基本点火时期IGB这2个信号。然后，点火时期修正部110利用下述的式(7)，将基本点火时期IGB向延迟点火侧变更爆震延迟点火量RTD，以确定最终点火时期IGT。
IGT＝IGB-RTD    ······式(7)
另外，若不再产生爆震，则将爆震强度KNK设定为零，爆震延迟点火量RTD变成零，因此，最终点火时期IGT返回到基本点火时期IGB。
接下来，基于示出BGL及爆震判定用阈值THD的计算状态的图3和图4的流程图，对滤波系数切换请求部102中的滤波系数切换期间、及延迟点火量计算部109中的延迟点火运算限制期间各自的设定方法进行说明。
图3是说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的动作的时序图，以横轴为时刻，示出内燃机起动时的内燃机的转速、及特征值PKL、BGL、爆震判定用阈值THD的各计算状态。
图3(A)中，示出起动时内燃机的转速的特性的一个示例，即在时刻T0进行起动操作以使燃烧开始、转速在暂时上升之后收敛于正常运转状态(例如，怠速转速)时的特性。
图3(B)中，以时间序列示出在多个燃烧周期中计算出的特征值PKL(细实线)、利用作为正常运转时用而设定的第1滤波系数F1(＝Mn)和第2滤波系数F2(＝Nn)进行滤波运算时的BGL(粗虚线)及爆震判定阈值THD(粗点划线)的各值。
图3(C)中，以时间序列示出在多个燃烧周期中计算出的特征值PKL(细实线)、利用作为起动时用而设定的第1滤波系数F1(＝Ms)和第2滤波系数F2(＝Ns)进行滤波运算时的BGL(粗实线)及爆震判定阈值THD(粗点线)的各值。
然后，图3(D)中，以时间序列示出在多个燃烧周期中计算出的特征值PKL(细实线)、基于本发明所设定的滤波系数切换期间而在中途切换起动时用的各滤波系数(F1＝Ms及F2＝Ns)和正常运转时用的各滤波系数(F1＝Mn及F2＝Nn)以进行滤波运算时的BGL(粗实线及粗虚线)、及爆震判定阈值THD(粗点线及粗点划线)的各值。
图3(A)～图3(D)中，若在时刻T0对停止中的内燃机进行起动操作，则气缸内从非燃烧状态转移到燃烧状态，转速上升，特征值PKL随之发生较大变动。另外，图3(B)、图3(C)、图3(D)中的特征值PKL全都是相同波形。
然后，图3(B)中，由于对于起动时的特征值PKL的过渡特性，利用以处于正常运转状态时为前提而设定为适当值的滤波系数(F1＝Mn及F2＝Nn)进行滤波运算，因此，在期间P3(时刻T0～T3之间)，BGL、爆震判定阈值THD的计算有延迟，在期间P2(时刻T0～T2之间)，特征值PKL超过爆震判定阈值THD，从而误判定为爆震。
因而，在现有技术中，在BGL、爆震判定阈值THD的计算达到正确值所需的期间(图3中为期间P3)内，禁止爆震的判定，以防止误判定。因此，在现有技术中，从开始起动到经过期间P3为止，爆震抑制功能不工作。
另一方面，图3(C)中，由于对于起动时的特征值PKL的过渡特性也利用设定成使运算尽量不产生延迟的各滤波系数(F1=Ms及F2=Ns)进行滤波运算，因此，虽然在期间P1(时刻T0～T1之间)，BGL、爆震判定阈值THD的计算仍有延迟，但在时刻T1以后，跟踪延迟被消除。其结果是，能将BGL、爆震判定阈值THD的计算达到正确值所需的期间从期间P3缩短到期间P1。但是，作为减弱滤波效果时的弊端，在BGL、爆震判定阈值THD的计算达到正确值之后，与图3(B)相比，BGL、爆震判定阈值THD的特性有偏差。
因而，图3(D)中，考虑起动时的特征值PKL的过渡特性及其收敛性，设定滤波系数切换期间，使得在起动时的前半部分(从时刻T0到时刻T3之间)，利用减弱滤波效果的起动时用的各滤波系数(F1＝Ms及F2＝Ns)进行滤波运算，在起动时的后半部分(时刻T3以后)，利用增强跟踪性的正常运转用的各滤波系数(F1＝Mn及F2＝Nn)进行滤波运算。
另外，在本发明的实施方式1中，能分别设定由滤波系数切换请求部102设定的滤波系数切换期间、和由延迟点火量计算部109设定的延迟点火运算限制期间。因此，虽然在图3(D)中示出将滤波系数切换期间设定为期间P3时的示例，但能将此时的延迟点火运算限制期间例如缩短至期间P2为止，由此，与现有技术相比，能缩短起动时的爆震抑制控制的禁止时间，扩大爆震抑制控制的动作范围。
接下来，图4是说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的动作的时序图，以横轴为时刻，示出从燃料切断进行恢复时的内燃机的转速、及特征值PKL、BGL、爆震判定用阈值THD的各计算状态。
图4(A)中，示出燃料切断恢复时内燃机的转速的特性的一个示例，即虽然在时刻T4从燃料切断进行恢复以使燃烧开始、但因内燃机与变速器的齿轮相连接而使得转速难以呈现过渡变化时的特性。
图4(B)中，以时间序列示出在多个燃烧周期中计算出的特征值PKL(细实线)、利用作为正常运转时用而设定的第1滤波系数F1(＝Mn)和第2滤波系数F2(＝Nn)进行滤波运算时的BGL(粗虚线)及爆震判定阈值THD(粗点划线)的各值。
图4(C)中，以时间序列示出在多个燃烧周期中计算出的特征值PKL(细实线)、利用作为燃料切断恢复时用而设定的第1滤波系数F1(＝Mf)和第2滤波系数F2(＝Nf)进行滤波运算时的BGL(粗实线)及爆震判定阈值THD(粗点线)的各值。
图4(D)中，以时间序列示出在多个燃烧周期中计算出的特征值PKL(细实线)、基于本发明所设定的滤波系数切换期间而在中途切换燃料切断恢复时用的各滤波系数(F1＝Mf及F2＝Nf)和正常运转时用的各滤波系数(F1＝Mn及F2＝Nn)以进行滤波运算时的BGL(粗虚线及粗实线)、及爆震判定阈值THD(粗点划线及粗点线)的各值。
图4(A)～图4(D)中，若在时刻T4使处于燃料切断中的内燃机从燃料切断进行恢复，则即使转速没有较大的变化，气缸内也从非燃烧状态转移到燃烧状态，特征值PKL变化成有较大变动。另外，图4(B)、图4(C)、图4(D)中的特征值PKL全都是相同波形。
然后，图4(B)中，对于燃料切断恢复时的特征值PKL的过渡特性，由于利用以处于正常运转状态时为前提而设定为适当值的滤波系数(F1＝Mn及F2＝Nn)进行滤波运算，因此，在期间P6(时刻T4～T7之间)，BGL、爆震判定阈值THD的计算有延迟，在期间P5(时刻T4～T6之间)，特征值PKL超过爆震判定阈值THD，从而误判定为爆震。
另一方面，图4(C)中，由于对于燃料切断恢复时的特征值PKL的过渡特性也利用设定成使运算尽量不产生延迟的各滤波系数(F1=Mf及F2=Nf)进行滤波运算，因此，虽然在期间P4(时刻T4～T5之间)，BGL、爆震判定阈值THD的计算仍有延迟，但在时刻T5以后，跟踪延迟被消除。
其结果是，在无法判定内燃机处于过渡运转状态的状况下，对于特征值PKL的过渡变化，能将BGL、爆震判定阈值THD的计算达到正确值所需的期间从期间P6缩短到期间P4。
但是，作为减弱滤波效果时的弊端，在BGL、爆震判定阈值THD的计算达到正确值之后，与图4(B)相比，BGL、爆震判定阈值THD的特性有偏差。
因而，图4(D)中，考虑燃料切断恢复时的特征值PKL的过渡特性及其收敛性，设定滤波系数切换期间，使得在燃料切断刚恢复之后（从时刻T4到时刻T5之间)，利用减弱滤波效果的燃料切断恢复时用的各滤波系数(F1＝Mf及F2＝Nf)进行滤波运算，在此之后(时刻T5以后)，利用增强跟踪性的正常运转用的各滤波系数(F1＝Mn及F2＝Nn)进行滤波运算。
另外，在本发明的实施方式1中，能分别设定由滤波系数切换请求部102设定的滤波系数切换期间、由延迟点火量计算部109设定的延迟点火运算限制期间。因此，虽然在图4(D)中示出将滤波系数切换期间设定为期间P5时的示例，但像图4(D)那样，在从时刻T4到时刻T5之间不产生误检测的情况下，能将此时的延迟点火运算限制期间例如缩短至零为止，由此，能取消在燃料切断恢复时禁止爆震抑制控制，扩大爆震抑制控制的动作范围。
接下来，对本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的爆震抑制功能的动作进行说明。图5是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的滤波系数切换处理的流程图。首先，基于图5，对利用燃烧开始判定部101、滤波系数切换请求部102、BGL计算部104、标准偏差计算部105的各部来切换滤波系数时的处理进行说明。
图5中，在步骤S 101中，利用燃烧开始判定部101，判定气缸内是否刚从非燃烧状态切换至燃烧状态。在步骤S101中的判定结果为是的情况下，从步骤S101前进至步骤S102，利用滤波系数切换请求部102，将滤波系数切换请求CHG设置为零以外的值(“1”或“2”)，并前进至步骤S106。
另一方面，在步骤S101中的判定结果为否的情况下，从步骤S101前进至步骤S103。步骤S103中，判定滤波系数切换请求CHG是否为零以外的值(CHG＝1或CHG＝2)。然后，在步骤S 103中的判定结果为是的情况下，从步骤S103前进至步骤S104。另一方面，在步骤S103中的判定结果为否的情况下，从步骤S103前进至步骤S106。
步骤S104中，判定从滤波系数切换请求CHG被设置为零以外的值(CHG＝1或CHG＝2)的时刻起是否经过了规定的滤波切换时间。然后，在步骤S104中的判定结果为是的情况下，从步骤S104前进至步骤S105，将滤波系数切换请求CHG复位为零，前进至步骤S106。此外，在步骤S104中的判定结果为否的情况下，从步骤S 104前进至步骤S106。
在接下来的步骤S106及步骤S107中，判定滤波系数切换请求CHG是否为CHG＝0(正常运转时的请求)、CHG＝1(起动时的请求)、CHG＝2(燃料切断恢复时的请求)中的任一种。在CHG＝0的情况下，步骤S106及步骤S107中的判定均为否，因此，从步骤S 106前进至步骤S107、步骤S 110，对第1滤波系数F1及第2滤波系数F2设置正常运转时用的滤波系数即Mn及Nn，退出处理。
另一方面，在CHG＝1的情况下，步骤S106中的判定为是，因此，从步骤S106前进至步骤S108，对第1滤波系数F1及第2滤波系数F2设置起动时用的滤波系数即Ms及Ns，退出处理。
此外，在CHG＝2的情况下，步骤S106中的判定为否，且步骤S107中的判定为是，因此，从步骤S 106经由步骤S107前进至步骤S109，对第1滤波系数F1及第2滤波系数F2设置燃料切断恢复时用的滤波系数即Mf及Nf，退出处理。
接下来，图6是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的爆震抑制功能的控制动作的流程图。图6中，首先，在步骤S201中，利用曲柄角度传感器9检测出曲柄角度，在接下来的步骤S202中，基于步骤S201中检测出的曲柄角度，判定当前是否处于爆震检测期间。
然后，在步骤S202中的判定结果为是的情况下，从步骤S202前进至步骤S203，将用于使爆震抑制控制有效的标记F设置为F＝1，并前进至步骤S204，获取由爆震传感器11检测出的振动数据，返回至步骤S201。
重复以上的从步骤S201到步骤S204的循环处理，直至由曲柄角度传感器9检测出的曲柄角度偏离爆震检测期间，将对每一曲柄角度检测出的振动数据作为1个燃烧周期中的爆震检测期间内的连续信号数据暂时进行存储。然后，在由曲柄角度传感器9检测出的曲柄角度偏离爆震检测期间时，步骤S202中的判定结果成为否，退出循环处理，前进至步骤S205。
若前进至步骤S205，则判定用于使爆震抑制控制有效的标记F是否被设置为F＝1。在该判定结果为F＝1的情况(是)下，执行步骤S206以后的爆震抑制控制的各处理。此外，在不是F＝1的情况(否)下，退出处理，而不执行从步骤S206到步骤S216的有关爆震抑制控制的各处理。
在步骤S205中的判定结果为是的情况下，从步骤S205前进至步骤S206，对当前所存储的1个燃烧周期中的爆震检测期间的振动数据实施带通滤波处理，仅提取出特定频率的振动分量，前进至步骤S207。然后，在步骤S207中，将由步骤S206提取出的特定频率的振动分量中的最大值确定作为对本次燃烧周期中的振动水平赋予特征的特征值PKL，前进至步骤S208。
在步骤S208中，利用上述式(1)，计算BGL，接着，在步骤S209中，利用上述式(2)、式(3)，计算方差VAR，并计算标准偏差SGM。另外，对于步骤S208中计算BGL时的第1滤波系数F1、及步骤S209中计算方差VAR时的第2滤波系数F2的各滤波系数，均使用由上述的图5的流程图所确定的值。
在接下来的步骤S210中，利用上述式(4)，计算爆震判定用阈值THD，接着，在步骤S211中，将特征值PKL和爆震判定用阈值THD进行比较，判定有没有产生爆震。然后，在步骤S211的判定结果为是的情况下，判定为产生爆震，从步骤S211前进至步骤S212，利用上述式(5)，计算爆震强度KNK，前进至步骤S214。此外，在步骤S211的判定结果为否的情况下，判定为未产生爆震，从步骤S211前进至步骤S213，设定爆震强度KNK＝0，前进至步骤S214。
接下来，在步骤S214中，基于爆震强度KNK，利用上述式(6)，计算爆震延迟点火量RTD，接着，在步骤S215中，利用上述式(7)，将基本点火时期IGB向延迟点火侧变更爆震延迟点火量RTD，从而计算最终点火时期IGT，前进至步骤S216。然后，在最后的步骤S216中，将用于使爆震抑制控制有效的标记复位为F＝0，退出处理。
若根据以上所述的一连串处理，基于由爆震传感器检测出的内燃机的振动，判定为产生爆震，则根据爆震的振动强度，将点火时期向延迟点火侧修正，抑制爆震的产生。
图7是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的延迟点火量计算部的控制动作的流程图，示出延迟点火量计算部109所进行的追加控制动作。另外，图7的处理由计算爆震延迟点火量RTD的图6的步骤S214来执行。
图7中，首先，在步骤S301中，判定上述图5的步骤S102中滤波系数切换请求CHG是否处于被设置为零以外的值(CHG＝1或CHG＝2)的状态，且从滤波系数切换请求CHG由零变化成零以外的值的时刻开始是否经过了规定的延迟点火运算限制期间。在步骤S301中的判定结果为是的情况下，前进至步骤S302，如上述图6的步骤S214中说明的那样，利用式(6)，计算爆震延迟点火量RTD。
另一方面，在步骤S301中的判定结果为否的情况下，前进至步骤S303，采取禁止更新爆震延迟点火量RTD(例如，将RTD的值保持为上一次的值)或禁止计算RTD(复位为RTD＝0)的措施。由此，在从滤波系数切换请求CHG被设置为零以外的值的时刻到经过规定的延迟点火运算限制期间为止的期间内，禁止更新爆震延迟点火量RTD，防止因气缸内刚从非燃烧状态转移至燃烧状态之后的爆震的误检测而导致误延迟点火。
另外，在将滤波系数切换到减弱滤波效果的一侧时未产生爆震的误检测的情况下，还能将此时的延迟点火运算限制期间例如缩短到零为止。在此情况下，步骤S301中的判定成为否，不禁止更新爆震延迟点火量RTD，而从步骤S301前进至步骤S302，利用式(6)，计算爆震延迟点火量RTD。
以上所述的本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置将以下发明具体化。
1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
爆震传感器，该爆震传感器检测内燃机中产生的振动；
曲柄角度传感器，该曲柄角度传感器检测所述内燃机的曲柄角度；
特征值计算部，该特征值计算部基于在规定的曲柄角度期间内检测出的所述振动，计算对所述规定的曲柄角度期间内的所述振动的振动水平赋予特征的特征值；
背景水平计算部，该背景水平计算部基于所述特征值、和用于将所述特征值平均化的第1滤波系数，计算所述特征值的背景水平；
标准偏差计算部，该标准偏差计算部基于所述特征值、所述背景水平、及用于计算所述特征值的标准偏差的第2滤波系数，计算所述特征值的标准偏差；
阈值计算部，该阈值计算部基于所述背景水平和所述标准偏差，计算爆震判定用阈值；
爆震判定部，该爆震判定部基于所述特征值和所述爆震判定用阈值，判定爆震的产生；
爆震强度计算部，该爆震强度计算部在由所述爆震判定部判定为产生爆震时，基于所述特征值、所述背景水平、及所述爆震判定用阈值，计算爆震强度；
延迟点火量计算部，该延迟点火量计算部基于所述爆震强度，计算所述内燃机的点火时期的爆震延迟点火量；
点火时期修正部，该点火时期修正部基于所述爆震延迟点火量，对点火时期进行修正；
燃烧开始判定部，该燃烧开始判定部基于表示所述内燃机的运转状态的各种信息，对所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态这一情况进行判定；及
滤波系数切换请求部，该滤波系数切换请求部在由所述燃烧开始判定部判定为所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态时开始到经过规定的滤波系数切换期间为止的期间内，输出滤波系数切换请求，
基于所述滤波系数切换请求部所产生的滤波系数切换请求，至少进行下述的(1)和(2)中的至少一方：
(1)所述背景水平计算部将所述第1滤波系数的值向滤波效果变弱的一侧切换；
(2)所述标准偏差计算部将所述第2滤波系数的值向滤波效果变弱的一侧切换。
2.一种内燃机的控制装置，其特征在于，在开始进行使处于停止状态的所述内燃机起动的起动操作时，所述燃烧开始判定部判定为所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态。
根据本发明，特别是在起动时，不会缩小内燃机的气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态后的爆震抑制功能的动作范围，可降低因滤波运算相对于振动水平变化的跟踪延迟而导致的爆震的误判定。
3.一种内燃机的控制装置，其特征在于，在处于燃料切断控制状态的所述内燃机中，当解除执行所述燃料切断控制，对重新开始喷射燃料的气缸中的混合气进行点火时，所述燃烧开始判定部判定为所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态。
根据本发明，特别是在从燃料切断进行恢复时，不会缩小内燃机的气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态后的爆震抑制功能的动作范围，可降低因滤波运算相对于振动水平变化的跟踪延迟而导致的爆震的误判定。
4.一种内燃机的控制装置，其特征在于，所述延迟点火量计算部在所述第1滤波系数的值和所述第2滤波系数的值中的至少一方向滤波效果变弱的一侧切换时开始到经过规定的延迟点火运算限制期间为止的期间内，禁止更新或计算所述爆震延迟点火量。
根据本发明，不会缩小内燃机的气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态后的爆震抑制功能的动作范围，可降低因滤波运算相对于振动水平变化的跟踪延迟而导致的爆震的误判定。
5.一种内燃机的控制装置，其特征在于，由所述延迟点火量计算部设定的所述延迟点火运算限制期间被设定为等于小于由所述滤波系数切换请求部设定的所述滤波系数切换期间的期间。
根据本发明，可扩大内燃机的气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态后的爆震抑制功能的动作范围，并可靠地防止因滤波运算相对于振动水平变化的跟踪延迟而导致的爆震的误判定。
以上所述的本申请的发明用于实现一种内燃机的控制装置，该控制装置不会缩小内燃机的气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态后的爆震抑制功能的动作范围，并防止因振动水平的变化而导致滤波运算的跟踪有延迟，爆震判定用阈值变成不适当的值，从而误判定为产生爆震。
标号说明
1   内燃机
1a  气缸
1b  燃烧室
1c  进气阀
1d  排气阀
1e  活塞
1f  曲柄轴
1g  凸轮轴
1h  连接杆
2   火花塞
3   燃烧喷射阀
4   进气通路
5   电子控制节流器
5a  节流阀
5b  电动机
5c  节流开度传感器
6    内燃机控制单元(ECU)
7    加速踏板
8    加速位置传感器
9    曲柄角度传感器
10   凸轮角度传感器
11   爆震传感器
12   气流传感器
13   点火线圈
14   空气净化器
15   稳压罐
16   排气歧管
17   催化剂
101  燃烧开始判定部
102  滤波系数切换请求部
103  特征值计算部
104  BGL计算部
105  标准偏差计算部
106  阈值计算部
107  爆震判定部
108  爆震强度计算部
109  延迟点火量计算部
110  点火时期修正部
PKL  对规定的曲柄角度期间内的振动水平赋予特征的值
BGL  与特征值PKL的平均值相当的背景水平
SGM  标准偏差
THD  爆震判定用阈值
KNK  爆震强度
RTD  爆震延迟点火量
IGB  基本点火时期
IGT  最终点火时期

Claims (5)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
爆震传感器，该爆震传感器检测内燃机中产生的振动；
曲柄角度传感器，该曲柄角度传感器检测所述内燃机的曲柄角度；
特征值计算部，该特征值计算部基于在规定的曲柄角度期间内检测出的所述振动，计算对所述规定的曲柄角度期间内的所述振动的振动水平赋予特征的特征值；
背景水平计算部，该背景水平计算部基于所述特征值、和用于将所述特征值平均化的第1滤波系数，计算所述特征值的背景水平；
标准偏差计算部，该标准偏差计算部基于所述特征值、所述背景水平、及用于计算所述特征值的标准偏差的第2滤波系数，计算所述特征值的标准偏差；
阈值计算部，该阈值计算部基于所述背景水平和所述标准偏差，计算爆震判定用阈值；
爆震判定部，该爆震判定部基于所述特征值和所述爆震判定用阈值，判定爆震的产生；
爆震强度计算部，该爆震强度计算部在由所述爆震判定部判定为产生爆震时，基于所述特征值、所述背景水平、及所述爆震判定用阈值，计算爆震强度；
延迟点火量计算部，该延迟点火量计算部基于所述爆震强度，计算所述内燃机的点火时期的爆震延迟点火量；
点火时期修正部，该点火时期修正部基于所述爆震延迟点火量，对点火时期进行修正；
燃烧开始判定部，该燃烧开始判定部基于表示所述内燃机的运转状态的各种信息，对所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态这一情况进行判定；及
滤波系数切换请求部，该滤波系数切换请求部在由所述燃烧开始判定部判定为所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态时开始到经过规定的滤波系数切换期间为止的期间内，输出滤波系数切换请求，
基于所述滤波系数切换请求部所产生的滤波系数切换请求，至少进行下述的(1)和(2)中的至少一方：
(1)所述背景水平计算部将所述第1滤波系数的值向滤波效果变弱的一侧切换；
(2)所述标准偏差计算部将所述第2滤波系数的值向滤波效果变弱的一侧切换。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在开始进行使处于停止状态的所述内燃机起动的起动操作时，所述燃烧开始判定部判定为所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态。
3.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在处于燃料切断控制状态的所述内燃机中，当解除执行所述燃料切断控制，对重新开始喷射燃料的气缸中的混合气进行点火时，所述燃烧开始判定部判定为所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态。
4.如权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述延迟点火量计算部在所述第1滤波系数的值和所述第2滤波系数的值中的至少一方向滤波效果变弱的一侧切换时开始到经过规定的延迟点火运算限制期间为止的期间内，禁止更新或计算所述爆震延迟点火量。
5.如权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
由所述延迟点火量计算部设定的所述延迟点火运算限制期间被设定为等于小于由所述滤波系数切换请求部设定的所述滤波系数切换期间的期间。
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