CN103161642A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使产生疑似爆震也可抑制爆震检测性及抗误检测性变差的内燃机的控制装置。本发明所涉及的内燃机的控制装置的特征在于，包括：基于表示内燃机的转速的状态量、表示内燃机的负荷的状态量、表示内燃机的空燃比的状态量中的至少任一项，判定爆震检测窗口内是否产生疑似爆震的疑似爆震判定部(23)；在判定为未产生疑似爆震时，将与第1期间同等的期间设定作为第2期间，在判定为产生疑似爆震时，不实施移动平均，或将比第1期间要窄的期间设定作为第2期间的移动平均处理部(18)。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置，更详细而言，涉及具有对内燃机中产生的爆震进行检测的爆震检测功能的内燃机的控制装置。
背景技术
以往，已知有利用振动传感器来检测由内燃机产生的爆震现象的方法。该方法如下：若在内燃机的运转过程中产生爆震，则会产生与内燃机、爆震的振动模式相应的固有频率的振动，利用这一情况，提取规定的爆震检测窗口中的固有频率的振动水平，从而进行爆震的检测。对于提取固有频率的振动水平，一般已知有利用模拟的带通滤波器电路的方法、实施短时间傅里叶变换(以下称为“STFT”)、离散傅里叶变换(以下称为“DFT”)等数字信号处理。
然而，在提取出的固有频率的振动水平中，有时会重叠有因进排气阀的就位、喷射器开始和结束燃料喷射而产生的机械噪声、或电气噪声。因而，在专利文献1(日本专利特开2006－348764号公报)所揭示的技术中，因爆震而产生的振动水平所形成的爆震波形在到达峰值后缓慢衰减，与此相对，机械噪声的振动水平所形成的机械噪声波形及电气噪声波形到达峰值后迅速衰减，着眼于这点，根据内燃机的运转状态切换预先设定的第1频率和第2频率，得到爆震波形更显著地呈现的固有频率。
在专利文献1所揭示的技术中，更详细而言，在第1运转状态下，切换至第1频率，在第2运转状态下，切换至第2频率。然后，在第1频率下，基于振动水平的峰值来判定爆震的产生，在第2频率下，基于振动水平的累计值来判定爆震的产生。
根据专利文献1所记载的现有技术，对于有机械噪声、电气噪声重叠的第2频率，利用第2频率的振动水平的累计值，将包含爆震波形在内的爆震检测窗口内的振动水平的面积、与包含机械噪声波形在内的爆震检测窗口内的振动水平的面积进行比较，因此，与将包含爆震波形在内的爆震检测窗口内的振动水平的峰值与包含机械噪声波形在内的振动水平的峰值进行比较的情况相比，能提高S/N。
此外，根据内燃机的燃烧室内的环境条件(例如内燃机机油的温度、冷却水的温度)、内燃机的机械误差偏差(例如燃烧室的压缩比偏差)等各种要素，相对于以压缩上死点为基准的曲柄角的爆震波形的开始位置发生变化。因此，难以恰当地设定爆震检测窗口，以配合爆震波形的开始位置和结束位置，而不得不将爆震检测窗口的范围在某一程度上设定得较宽。对此，在专利文献2(日本专利第3083546号公报)所揭示的技术中，按照每一规定的波谱个数将爆震检测窗口内的振动水平(专利文献2中，表示实施STFT而计算出的波谱序列)依次进行移动平均，基于移动平均后的波谱序列来判定爆震的产生。
根据专利文献2所揭示的现有技术，即使将爆震检测窗口的范围在某一程度上设定得较宽，通过利用与爆震波形的开始位置和结束位置的宽度相当的期间(规定的波谱个数)来实施移动平均，也能获得因爆震而产生的振动水平显著呈现的期间，并与专利文献1所揭示的技术中的利用振动水平的累计值的情况同样，能降低机械噪声、电气噪声的振动水平。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2006－348764号公报
专利文献2：日本专利第3083546号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1所揭示的现有技术中，虽然在第1频率下基于爆震检测窗口内的振动水平的峰值来判定爆震的产生，但有的内燃机当然存在第1频率、第2频率均有机械噪声、电气噪声重叠的情况。对此，容易想到对于第1频率也基于爆震检测窗口内的振动水平的累计值来判定爆震的产生。这与专利文献2所揭示的现有技术中，对于多个固有频率全部都按照每一规定的波谱个数将爆震检测窗口内的波谱序列依次进行移动平均的情况是相同的。
然而，例如在“内燃机的转速2000[r/min]附近且高负荷、空燃比(以下称为“A/F”)加浓(enrich)”之类的特定运转条件下，有时会在固有频率产生特异的燃烧噪声(以下称为疑似爆震)，在此情况下，若像专利文献1所揭示的技术那样利用爆震检测窗口内的振动水平的累计值，则在产生疑似爆震时，S/N变差。
图9是将产生爆震时和未产生爆震但产生疑似爆震时的曲柄角与波谱的关系特性进行比较的说明图，横轴表示曲柄角，纵轴表示波谱。而且，图9的(1)表示利用活塞的上死点后(After Top Death Center：以下，称为“ATDC”)“－10°”CA至ATDC“80°”CA间的振动数据来实施DFT时的曲柄角和波谱的关系特性。
图9的(2)表示利用与爆震波形的宽度同一期间的波谱个数对图9的(1)的曲柄角和波谱的关系特性实施了移动平均时的曲柄角和波谱的关系特性。图9的(3)表示利用比图9的(2)所示的情况更多的波谱个数对图9的(1)的曲柄角和波谱的关系特性实施了移动平均时的曲柄角和波谱的关系特性。另外，在以下的说明中，将移动平均中使用的波谱个数称为移动平均个数。
在图9的(1)、图9的(2)、图9的(3)中，S表示产生爆震时的曲柄角和波谱的关系特性的峰值，N表示产生疑似爆震时的曲柄角和波谱的关系特性的峰值，S/N表示峰值S与峰值N之比。
如图9的(1)所示，疑似爆震波形具有如下特征：到达峰值N后的波谱水平的衰减比爆震波形到达峰值S后的波谱水平的衰减要更缓慢。若在产生疑似爆震的情况下实施移动平均，则图9的(1)中为“S/N＝1.364”，与此不同的是，图9的(2)中为“S/N＝0.809”，图9的(3)中为“S/N＝0.644”。这样，移动平均个数(相当于专利文献1中的爆震检测窗口的期间)越多，S/N越小，在有疑似爆震重叠的频率与固有频率大体相同的情况下，存在爆震检测性及抗误检测性变差的问题。
然而，在专利文献1所揭示的现有技术中，在有机械噪声、电气噪声重叠的第2频率下，不管有没有产生疑似爆震，都基于爆震检测窗口内的振动水平的累计值来判定爆震的产生，此外，在专利文献2所揭示的现有技术中，也不管有没有产生疑似爆震，都基于按照每一规定的移动平均个数将波谱序列依次进行移动平均，来判定爆震的产生，因此，存在如下问题：在有疑似爆震重叠时，爆震检测性及抗误检测性变差。
本发明是为了解决现有技术中的上述问题而完成的，其目的在于提供一种即使产生疑似爆震也可抑制爆震检测性及抗误检测性变差的内燃机的控制装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本申请的第1发明所涉及的内燃机的控制装置的特征在于，包括：
振动检测部，该振动检测部将内燃机的气缸内产生的振动或压力波作为振动数据来进行检测；
爆震检测窗口设定部，该爆震检测窗口设定部根据所述内燃机的运转状态，预先设定爆震检测窗口，使其包含由所述内燃机的爆震所产生的振动水平显著呈现的第1期间；
数字信号处理部，该数字信号处理部对于多个频率，同时计算出通过对在所述爆震检测窗口内检测出的所述振动数据实施时间/频率分析而得到的每隔规定时间的振动水平；
移动平均处理部，该移动平均处理部对于所述多个频率，同时实施如下处理，该处理利用基于所述第1期间设定的第2期间，将所述每隔规定时间的振动水平依次进行移动平均，并从所述移动平均后的振动水平中提取峰值；
爆震判定部，该爆震判定部对于所述多个频率，同时实施如下处理，该处理基于所述提取出的峰值，计算爆震判定阈值，将所述峰值和所述爆震判定阈值进行比较，从而判定有没有产生所述爆震；
爆震避免部，该爆震避免部在利用所述多个频率中的至少任一频率判定出产生了所述爆震时，进行用于避免所述爆震的处置；及
疑似爆震判定部，该疑似爆震判定部基于所述频率、表示所述内燃机的转速的状态量、表示所述内燃机的负荷的状态量、表示所述内燃机的空燃比的状态量中的至少任一项，判定所述爆震检测窗口内是否产生疑似爆震，
所述移动平均处理部
在判定为未产生所述疑似爆震时，将与所述第1期间同等的期间设定作为所述第2期间，
在判定为产生所述疑似爆震时，不实施所述移动平均，或将比所述第1期间要窄的期间设定作为所述第2期间。
此外，本申请的第2发明所涉及的内燃机的控制装置的特征在于，包括：
振动检测部，该振动检测部将内燃机的气缸内产生的振动或压力波作为振动数据来进行检测；
爆震检测窗口设定部，该爆震检测窗口设定部根据所述内燃机的运转状态，预先设定爆震检测窗口，使其包含由所述内燃机的爆震所产生的振动水平显著呈现的第1期间；
数字信号处理部，该数字信号处理部对于多个频率，同时计算出通过对在所述爆震检测窗口内检测出的所述振动数据实施时间/频率分析而得到的每隔规定时间的振动水平；
移动平均处理部，该移动平均处理部对于所述多个频率，同时实施如下处理，该处理利用基于所述第1期间设定的第2期间，将所述每隔规定时间的振动水平依次进行移动平均，并从所述移动平均后的振动水平中提取峰值；
爆震判定部，该爆震判定部对于所述多个频率，同时实施如下处理，该处理基于所述提取出的峰值，计算爆震判定阈值，将所述峰值和所述爆震判定阈值进行比较，从而判定有没有产生所述爆震；
爆震避免部，该爆震避免部在利用所述多个频率中的至少任一频率判定出产生了所述爆震时，进行用于避免所述爆震的处置；及
疑似爆震判定部，该疑似爆震判定部基于所述频率、表示所述内燃机的转速的状态量、表示所述内燃机的负荷的状态量、表示所述内燃机的空燃比的状态量中的至少任一项，判定所述爆震检测窗口内是否产生疑似爆震，
所述移动平均处理部不管所述疑似爆震判定部得出的有没有产生所述疑似爆震的判定结果如何，都对于所述多个频率，同时实施如下处理，该处理利用判定为未产生所述疑似爆震时的所述第2期间、和判定为产生所述疑似爆震时的所述第2期间，将所述每隔规定时间的振动水平依次进行移动平均，并从所述移动平均后的振动水平中提取峰值，
所述爆震判定部对于所述多个频率，同时实施基于所述提取出的峰值来计算所述爆震判定阈值的处理。
在上述各发明中，所谓疑似爆震，是指在利用设定为与所述第1期间同等的期间的第2期间来实施所述移动平均的情况下，产生爆震时的所述峰值与未产生爆震时的所述峰值之比成为规定值以下的振动水平的状态。
发明效果
根据本申请的第1发明所涉及的内燃机的控制装置，由于在产生疑似爆震的情况下，不实施移动平均或以比第1期间要窄的期间实施移动平均，因此，可获得如下效果：即使产生疑似爆震，也能抑制爆震检测性及抗误检测性变差。
此外，根据本申请的第2发明所涉及的内燃机的控制装置，可获得如下效果：能紧接在产生疑似爆震的运转状态和未产生疑似爆震的运转状态切换之后迅速判定爆震，抑制紧接在产生疑似爆震的运转状态和未产生疑似爆震的运转状态切换之后到爆震判定阈值收敛为止的期间内发生误检测。
附图说明
图1是简要表示应用本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的内燃机的结构图。
图2是简要表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的控制部的结构图。
图3是简要表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的爆震控制部的结构图。
图4是本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的从振动数据到移动平均的信号处理的示意图。
图5A是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动作的流程图。
图5B是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动作的流程图。
图5C是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动作的流程图。
图6是本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的疑似爆震判定映射。
图7是本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的第1移动平均个数映射。
图8是将产生爆震时和产生机械噪声时(但未产生爆震)的曲柄角－波谱的关系特性进行比较的图。
图9是将产生爆震时和未产生爆震但产生疑似爆震时的曲柄角－波谱的关系特性进行比较的图。
图10是表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中未产生爆震时的峰值和爆震判定阈值的特性图。
具体实施方式
实施方式1
下面，参照附图，详细说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置。图1是简要表示应用本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的内燃机的结构图。另外，汽车等车辆用的内燃机通常包括多个气缸及活塞，但图1中，为了便于说明，仅示出一个气缸及活塞。图2是简要表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的控制部的结构图。
图1中，为了在内燃机1的进气系统的上游调整空气的进气流量，设置有电子控制的电子控制式节流阀2。此外，为了测定电子控制式节流阀2的开度，设置有节流开度传感器3。另外，也可以使用经由导线直接与未图示的制动踏板相连接的机械式节流阀来代替电子控制式节流阀2。
在电子控制式节流阀2的上游侧设置有测定空气的进气流量的气流传感器4，在电子控制式节流阀2的下游侧即内燃机1侧设置有测定稳压罐(surge tank)5内的压力的进气歧管压力传感器(以下称为“进气歧管压力传感器”)6。另外，关于气流传感器4和进气歧管压力传感器6，可以两者都设置，也可以仅设置有其中一方。
对于在稳压罐5的下游侧的进气端口上设置的进气阀，安装有能对进气阀的开关定时、提升量进行可变控制的可变进气阀机构7，此外，在进气端口还设置有喷射燃料的喷射器8。另外，喷射器8也可以设置成可在内燃机1的气缸内直接进行喷射。
在内燃机1内分别设置有用于向内燃机1的气缸内的混合气点火的点火线圈9和火花塞10、用于检测设置在曲柄轴上的板的边缘以检测内燃机1的转速和曲柄角度的曲柄角传感器11、作为用于将内燃机1的气缸内产生的振动或压力波作为振动数据来进行检测的振动检测部的爆震传感器12、及用于检测作为内燃机1的运转状态量的A/F的A/F传感器13。另外，也可以设置例如将内燃机1的气缸内的压力波作为振动数据来进行测量的筒内压力传感器，以代替爆震传感器12。
图2中，将由气流传感器4测定的空气进气流量、由进气歧管压力传感器6测定的进气歧管压力、由节流开度传感器3测定的电子控制式节流阀2的开度、由曲柄角传感器11输出的与设置在曲柄轴上的板的边缘同步的脉冲、由爆震传感器12测定的振动数据、及由A/F传感器13测定的作为内燃机的运转状态量的A/F输入到电子控制单元(以下称为“ECU”)14。此外，还从上述以外的各种传感器向ECU14输入测定值，而且，还输入来自其他控制器(例如自动变速器控制、制动控制、牵引控制等的控制系统)的信号。
ECU14基于油门开度、内燃机的运转状态等，计算目标节流开度，以对电子控制式节流阀2进行控制。此外，ECU14根据此时的内燃机1的运转状态，控制将进气阀的开关定时进行可变控制的可变进气阀机构7，驱动喷射器8以达到目标A/F，向点火线圈9进行通电以达到目标点火时期。另外，在利用后述方法来检测爆震的情况下，ECU14通过将目标点火时期设定在延迟角侧(延迟点火侧)，从而还进行抑制爆震产生的控制。此外，ECU14还计算上述以外的给各种致动器的指示值。
接下来，参照附图，说明ECU14内进行的爆震控制的概要。图3是简要表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的爆震控制部的结构图。图4是本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的从振动数据到移动平均的信号处理的示意图，图4的(1)的纵轴是低通滤波后的振动数据，(2)的纵轴是爆震检测窗口，(3)的纵轴是A/D转换后的振动数据，(4)的纵轴是利用DFT计算出的波谱序列，(5)的纵轴是移动平均后的波谱序列，它们的横轴表示曲柄角。
图3中，爆震传感器12及ECU14分别相当于图1、图2所示的爆震传感器12及ECU。接下来，说明ECU14内的爆震控制部的结构。ECU14包括各种I/F电路141和微机142。微机142包括将模拟信号转换成数字信号的A/D转换器、预先存储控制程序和控制常数的ROM区域、及预先存储执行程序时的变量的RAM区域等。
I/F电路141中的低通滤波器(以下称为“LPF”)15去除来自爆震传感器12的振动数据KARA高频分量，得到图4的(1)所示的爆震、机械噪声、电气噪声重叠的振动数据。
微机142构成A/D转换器16、数字信号处理部17、移动平均处理部18、爆震判定阈值计算部19、比较运算部20、每一点火的延迟角量计算部21、运转状态值检测部22、及疑似爆震判定部23。
A/D转换器16例如每隔10[μs]或20[μs]等一定的时间间隔执行A/D转换，将来自LPF15的模拟振动数据转换成数字振动数据。另外，LPF15中，为了将所有的振动数据取入到A/D转换器16，包含例如预先偏置在2.5[V](使振动数据的中心为2.5[V])的功能，和在振动数据较小的情况下以2.5[V]为中心进行放大、而在振动数据较大的情况下以2.5[V]为中心使其减小以使振动数据集中在以2.5[V]为中心的0～5[V]的范围内的增益变换功能。
另外，可以始终利用A/D转换器16进行A/D转换，并仅将爆震检测窗口的振动数据发送到数字信号处理部17之后，也可以仅在爆震检测窗口进行A/D转换，并发送到数字信号处理部17之后。图4的(2)中示出爆震检测窗口的图，在该实施方式1中，将ATDC“－10℃”CA到ATDC“80℃”CA作为爆震检测窗口。图4的(3)中示出在爆震检测窗口内进行A/D转换后的振动数据。爆震检测窗口由预先设定爆震检测窗口的爆震检测窗口设定部(未图示)根据内燃机1的运转状态来设定，使其包含由内燃机1的爆震所产生的振动水平显著呈现的第1期间。爆震检测窗口设定部由微机142构成。
数字信号处理部17利用数字信号处理对来自A/D转换器16的数字信号进行时间/频率分析。作为该数字信号处理，例如利用STFT、DFT，计算在多个固有频率的每隔规定时间的振动水平即波谱序列。数字信号处理部17对于后述的多个频率，同时计算出通过对在爆震检测窗口内检测出的振动数据实施时间/频率分析而得到的每隔规定时间的振动水平。
另外，作为上述数字信号处理部17所进行的数字信号处理，也可以利用无限脉冲响应(IIR)滤波器、有限脉冲响应(FIR)滤波器提取出固有频率的振动水平。此外，数字信号处理部17中的运算可以在实施A/D转换的同时进行处理，也可以通过与内燃机1的旋转同步的中断处理来一起实施。图4的(4)中示出由DFT计算出的波谱序列的图。
例如，根据图2所示的节流开度传感器3、气流传感器4、进气歧管压力传感器6、曲柄角传感器11、A/F传感器13等多个传感器的信号，利用由运转状态值检测部22检测出的多个运转状态值，由疑似爆震判定部23判定有没有产生疑似爆震，将该判定结果发送到移动平均处理部18。此外，为了设定与后述第1的期间相应的第1移动平均个数，将由运转状态值检测部22检测出的多个运转状态值也输入到移动平均处理部18。
移动平均处理部18根据基于由运转状态值检测部22检测出的多个运转状态值的第1移动平均个数、来自疑似爆震判定部23的判定为产生疑似爆震的判定结果，设定与基于上述第1期间设定的第2期间相应的第2移动平均个数，之后，利用第2移动平均个数，将由数字信号处理部17计算出的波谱序列依次进行移动平均，提取出移动平均后的波谱序列的峰值VMAV2。移动平均处理部18对上述的多个频率同时实施从上述移动平均后的振动水平中提取峰值的处理。
另外，在图4的(5)中示出以“移动平均个数＝5”对图4的(4)所示的波谱序列实施了移动平均时的移动平均后的波谱序列的图。如图4的(4)和图4的(5)所示，使得图4的(4)中的第1个波谱至第5个波谱的平均值成为图4的(5)中的第1个波谱，图4的(4)中的第2个波谱至第6个波谱的平均值成为图4的(5)中的第2个波谱，从而如图4的(5)所示的那样计算出移动平均后的波谱序列。然后，从图4的(5)所示的移动平均后的波谱序列中提取出峰值VMAV2。
返回至图3，爆震判定阈值计算部19计算出爆震判定阈值VTH。在多个固有频率的各个频率下，利用下述公式(1)～(3)计算出爆震判定阈值VTH。首先，利用下述公式(1)，对按每一周期(另外，在不是按气缸计算爆震判定阈值的内燃机的控制装置的情况下，为每一内燃机的冲程)计算出的上述峰值VMAV2进行滤波处理，进行平均化。
VBGL(n)＝K1(n)×VBGL(n-1)
  +(1-K1(n))×VMAV2(n)    ·····(1)
此处，VBGL(n)是滤波值，VMAV2(n)是利用第2移动平均个数进行移动平均后的波谱序列的峰值，K1(n)是第1滤波系数，n为周期数。
接下来，利用下述的公式(2)、(3)，计算方差及标准偏差。
VV(n)＝K2(n)×VV(n-1)
  +(1-K2(n))×(VBGL(n)-VMAV2(n))^2
                           ·····(2)
VSGM(n)＝sqrt(VV(n))       ·····(3)
此处，VSGM(n)是标准偏差，VV(n)是方差，K2(n)是第2滤波系数，sqrt是计算平方根的函数。
接下来，利用下述的公式(4)，计算爆震判定阈值。
VTH(n)＝VBGL(n)+Kth×VSGM(n)·····(4)
此处，VTH(n)是爆震判定阈值，Kth是阈值计算系数。
另外，爆震判定阈值VTH的计算方法并不限于上述公式(1)～(4)的方法，也可以使用其他计算方法。
接下来，作为爆震判定部的比较运算部20将峰值VMAV2和爆震判定阈值VTH进行比较，利用下述的公式(5)来判定有没有产生爆震，输出与爆震强度相应的信号。比较运算部20对上述多个频率同时实施上述判定有没有产生爆震的处理。
VK(n)＝max[{VMAV2(n)-VTH(n)}／VTH(n),0]
                         ·····(5)
此处，VK(n)是爆震强度，在“VK(n)＞0”时，判定为有爆震。
作为爆震避免部的每一点火的延迟角量计算部21根据比较运算部20所得到的爆震判别结果，利用下述公式(6)来计算与每一点火的爆震强度相应的延迟角量。
ΔθR(n)＝max{-VK(n)×Kg(n),θmin}  ·····(6)
此处，ΔθR(n)是每一点火的延迟角量，Kg(n)是延迟角量反映系数，θmin是最大延迟角量。
在“ΔθR(n)＞0”的情况下，根据每一点火的延迟角量ΔθR(n)，将点火时期进行角度延迟，在“ΔθR(n)＝0”的情况下，使点火向提前角侧复原规定量。另外，判定有没有产生爆震的判定方法及点火控制方法并不限于上述公式(5)、(6)所记载的方法，也可以使用其他方法。
图5A至图5C是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动作的流程图，示出从获取运转状态值到计算爆震强度的处理。另外，图5A至图5C所示的流程图中的处理是针对在爆震检测中使用的多个频率、在该实施方式1中是针对作为第1频率的较低频率F1(以下称为“频率F1”)和作为第2的较高频率F2(以下称为“频率F2”)这2个频率分别实施的。
图5A所示的流程图包括获取运转状态值(步骤101)、判定有没有产生疑似爆震(步骤102)、设定第2移动平均个数后计算爆震判定阈值(步骤103、107～115)、计算爆震强度(104～106)。以下，从步骤101起依次进行说明。
图5(A)中，在步骤101中，从运转状态值检测部22获取内燃机的转速Ne、作为表示内燃机1的负荷状态的状态量的燃料的填充率Ce、A/F，并前进至步骤102。
在步骤102中，基于步骤101中获取的转速Ne、填充率Ce、A/F、爆震检测中使用的频率F1、频率F2、及接下来要阐述的疑似爆震判定映射，判定有没有产生疑似爆震。
此处，说明疑似爆震判定映射。图6是本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的疑似爆震判定映射。图6所示的疑似爆震判定映射中，将转速Ne、填充率Ce、A/F、爆震检测中使用的频率F1及频率F2作为参数，利用与转速Ne相关的作为第1阈值的阈值Ne(1)和作为第2阈值的阈值Ne(2)、与填充率Ce相关的作为第1阈值的阈值Ce(1)和作为第2阈值的阈值Ce(2)、与A/F相关的作为第1阈值的阈值A/F(1)和作为第2阈值的阈值A/F(2)、及频率F1、频率F2来进行划分。
然后，在各划分部分中存放关于有没有产生疑似爆震的信息，在图6所示的疑似爆震判定映射中，记载为“产生疑似爆震”的划分部分表示是产生疑似爆震的运转状态，记载为“未产生疑似爆震”的划分部分表示是未产生疑似爆震的运转状态。
疑似爆震判定映射中的上述各阈值预先写入到ECU14的ROM区域中，通过事先实施内燃机的试验以确定产生疑似爆震的运转状态等来进行设定。例如，通过内燃机的试验，确定在频率F1下，当“Ne<2500[r/min]且Ce≥0.7且A/F≤13”时，产生疑似爆震，在频率F2下，当“2500≦Ne<3500[r/min]且Ce≥0.8且A/F≤12.5”时，产生疑似爆震，在此情况下，设定为“Ne(1)=2500[r/min]”、“Ne(2)=3500[r/min]”、“Ce(1)=0.7”、“Ce(2)=0.8”、“A/F(1)=13、A/F(2)=12.5”即可。
设图6所示的疑似爆震判定映射的各阈值为上述值，图5A中的步骤101中获取的转速Ne、填充率Ce、A/F分别为“Ne=2000[r/min]”、“Ce=0.8”、“A/F=12.5”，在此情况下，由于与图6的疑似爆震判定映射中箭头X所指示的划分部分相对应，因此，若是实施对F1的处理，则判定为产生了疑似爆震，若是实施对F2的处理，则判定为未产生疑似爆震。这样，在步骤102中，基于步骤101中获取的Ne、Ce、A/F、爆震检测中使用的F1、F2、及图6的疑似爆震判定映射，判定有没有产生疑似爆震。
另外，图6的疑似爆震判定映射是一个示例，也可以基于由事先的内燃机的试验所得到的产生疑似爆震的运转状态的确定结果，根据产生疑似爆震的运转状态的划分需要，将疑似爆震判定映射的划分进一步细化。
返回至图5A，在步骤102中如上述那样判定有没有产生疑似爆震之后，前进至步骤103。在步骤103中，不管步骤102中的判定结果如何，都并行处理后述的图5B所示的作为第1处理的处理α、和图5C所示的作为第2处理的处理β。
图5B所示的处理α由步骤107～111构成，是判定为未产生疑似爆震时的利用第2移动平均个数的处理。图5C所示的处理β由步骤112～115构成，是判定为产生疑似爆震时的利用第2移动平均个数的处理。另外，关于将处理α和处理β进行并行处理的理由，将在后面阐述。
此处，说明图5B所示的处理α。图5B的流程图所示的处理α包括设定第1移动平均个数MAV1(步骤107)、设定第2移动平均个数MAV2α(步骤108)、实施移动平均(步骤109)、提取移动平均后的波谱序列的峰值VMAV2α(步骤110)、计算爆震判定阈值VTHα(步骤111)。
图5B中，首先利用步骤107，根据上述步骤101中获取的转速Ne、填充率Ce、爆震检测中使用的频率F1和频率F2、及图7所示的第1移动平均个数映射，设定第1移动平均个数MAV1。
此处，说明图7所示的第1移动平均个数映射。图7所示的第1移动平均个数映射中，将转速Ne、填充率Ce、爆震检测中使用的频率F1和频率F2作为参数，利用与转速Ne相关的阈值Ne1(1)和阈值Ne1(2)、与填充率Ce相关的阈值Ce1(1)至阈值Ce1(6)、频率F1、频率F2来进行划分。
另外，图7所示的映射中，为了便于说明，将“Ne＜Ne1(1)”划分为低转速区域(A1)，将“Ne1(1)≤Ne＜Ne1(2)”划分为中间转速区域(A2)，将“Ne≥Ne1(2)”划分为高转速区域(A3)。
然后，在低转速区域(A1)中，将“Ce＜Ce1(1)”划分为低负荷区域(B1)，将“Ce1(1)≤Ce＜Ce1(2)”划分为中间负荷区域(B2)，将“Ce≥Ce1(2)”划分为高负荷区域(B3)。
同样地，在中间转速区域(A2)中，将“Ce＜Ce1(3)”划分为低负荷区域(B4)，将“Ce1(3)≤Ce＜Ce1(4)”划分为中间负荷区域(B5)，将“Ce≥Ce1(4)”划分为高负荷区域(B6)。
此外，在高转速区域(A3)中，将“Ce＜Ce1(5)”划分为低负荷区域(B7)，将“Ce1(5)≤Ce＜Ce1(6)”划分为中间负荷区域(B8)，将“Ce≥Ce1(6)”划分为高负荷区域(B9)。
在图7的映射的各划分部分中预先存放第1移动平均个数MAV1(A1、B1、F1)～MAV1(A3、B9、F2)，例如MAV1(A1、B1、F1)表示在低转速区域(A1)、低负荷区域(B1)、频率F1下的第1移动平均个数MAV1的值。
另外，第1移动平均个数映射的各阈值及第1移动平均个数MAV1(A1、B1、F1)～MAV1(A3、B9、F2)预先写入到ECU14的ROM区域中。
图7所示的映射中的第1移动平均个数MAV1(A1、B1、F1)～MAV1(A3、B9、F2)设定成降低机械噪声、电气噪声而使S/N提高，接下来，参照图8，说明第1移动平均个数MAV1(A1、B1、F1)～MAV1(A3、B9、F2)和第1移动平均个数的各阈值的设定。
图8是将产生爆震时和产生机械噪声时(但未产生爆震)的曲柄角与波谱的关系特性进行比较的图，横轴表示曲柄角，纵轴表示波谱。图8的(1)表示利用ATDC“－10°”CA至ATDC“80°”CA间的振动数据来实施DFT时的曲柄角和波谱的关系特性。图8的(2)表示利用与爆震波形的宽度(参照图8－(1))同一期间的移动平均个数对图8的(1)的曲柄角和波谱的关系特性实施了移动平均时的曲柄角和波谱的关系特性。图8的(3)表示利用比图8－(2)更多的移动平均个数对图8的(1)的曲柄角和波谱的关系特性实施了移动平均时的曲柄角和波谱的关系特性。
此外，在图8的(1)、图8的(2)、图8的(3)中，S表示产生爆震时的曲柄角和波谱的关系特性的峰值，N表示产生机械噪声时的曲柄角和波谱的关系特性的峰值，在各图的下栏中示出峰值S与峰值N之比S/N。
图8的(1)中，“S/N＝0.875”，与此不同的是，图8的(2)中，“S/N＝3.195”，图8的(3)中，“S/N＝2.762”，优选将第1移动平均个数设定为与爆震波形的宽度同一期间的移动平均个数。因而，通过事先实施内燃机的试验，基于各运转状态下的曲柄角和波谱的关系特性，确定爆震波形的宽度等，设定图7所示的映射的第1移动平均个数MAV1(A1、B1、F1)～MAV1(A3、B9、F2)和第1移动平均个数映射的各阈值。
此处，在事先实施的内燃机的试验中，关于转速Ne，实施“1000[r/min]”、“3000[r/min]”、“5000[r/min]”三种模式，关于填充率Ce，相对于转速Ne的各种模式，实施节流全开时的填充率Ce_HI、爆震界限的点火时期和转矩最大的点火时期大体一致时的填充率Ce_LO、位于节流全开时的填充率Ce_HI与转矩最大的点火时期大体一致时的填充率Ce_LO的中间的填充率Ce_MID三种模式，确定各运转状态下的爆震波形的宽度，以上述情况为例进行说明。
与第1移动平均个数映射的转速Ne相关的阈值设为“Ne1(1)=2000[r/min]”(转速1000[r/min]与3000[r/min]的中间)、“Ne1(2)=4000[r/min]”(转速3000[r/min]与5000[r/min]的中间)。此外，对于与第1移动平均个数映射的填充率Ce相关的阈值，例如，对Ce1(3)设定3000[r/min]下的上述Ce_LO与Ce_MID的中间的填充率Ce的值(作为示例，设“C1(3)＝0.5”)，对Cel(4)设定3000[r/min]下的Ce_MID与Ce_HI的中间的填充率Ce的值(作为示例，设“C1(4)＝0.7”)即可。
此外，关于第1移动平均个数映射的MAV1(A1、B1、F1)～MAV1(A3、B9、F2)，例如，对MAV1(A1、B1、F1)设定与“Ne=1000[r/min]”、“Ce=1000[r/min]下的Ce_LO”、频率F1下的爆震波形的宽度同一期间的移动平均个数，对MAV1(A2、B5、F2)设定与“Ne=3000[r/min]”、“Ce=3000[r/min]下的Ce_MID”、频率F2下的爆震波形的宽度同一期间的移动平均个数，对MAV1(A3、B9、F1)设定与“Ne=5000[r/min]”、“Ce=5000[r/min]下的Ce_HI”、频率F1下的爆震波形的宽度同一期间的移动平均个数即可。像以上那样，可设定第1移动平均个数映射的MAV1(A1、B1、F1)～MAV1(A3、B9、F2)及第1移动平均个数映射的各阈值。
另外，图7的第1移动平均个数映射是一个示例，在事先的内燃机试验中实施的运转状态的模式比上述的要多的情况下，也可以根据需要将第1移动平均个数映射进一步细化。
设图7的第1移动平均个数映射的各阈值为上述值，上述图5A的步骤101中获取的转速Ne、填充率Ce分别为“Ne=2000[r/min]”、“Ce=0.8”，在此情况下，由于处于图7的第1移动平均个数映射中的箭头Y所指示的划分部分，因此，若是实施对F1的处理，则将第1移动平均个数MAV1设定为“MAV1(A2、B6、F1)”的值，若是实施对F2的处理，则将第1移动平均个数MAV1设定为“MAV1(A2、B6、F2)”的值。
返回至图5B，在利用步骤107将第1移动平均个数MAV1如上述那样设定之后，前进至步骤108。步骤108中，作为第2移动平均个数MAV2α，设定步骤107中设定的第1移动平均个数MAV1的值，之后前进至步骤109。
步骤109中，利用步骤108中设定的第2移动平均个数MAV2α来实施移动平均，之后前进至步骤110。
步骤110中，根据步骤109中计算出的移动平均后的波谱序列，提取峰值VMAV2α，之后前进至步骤111。
步骤111中，利用上述公式(1)～(4)计算相对于步骤110中计算出的第2移动平均个数VMAV2α的爆震判定阈值VTHα，结束处理α。
接下来，说明图5C所示的处理β。图5C的流程图所示的处理β包括设定第2移动平均个数MAV2β(步骤112)、实施移动平均(步骤113)、提取移动平均后的波谱序列的峰值VMAV2β(步骤114)、计算爆震判定阈值VTHβ(步骤115)。
图5C中，首先利用步骤112，设定MAVβ作为第2移动平均个数MAV2β。MAVβ预先写入到ECU14的ROM区域中，设“MAVβ＝1”(无移动平均)或例如“MAVβ＝3”(用于降低急剧的电气噪声、机械噪声的设定)，不实施移动平均，或将比第1移动平均个数要少的个数设定作为第2移动平均个数，从而抑制产生疑似爆震时的S/N变差。在步骤112中设定第2移动平均个数MAV2β之后，前进至步骤113。
步骤113中，利用步骤112中设定的第2移动平均个数MAV2β来实施移动平均，之后前进至步骤114。但是，在“MAV2β＝1”的情况下，不实施移动平均，而前进至步骤114。
步骤114中，根据步骤113中计算出的移动平均后的波谱序列(在“MAV2β＝1”的情况下，为未实施移动平均的波谱序列)，提取峰值VMAV2β，之后前进至步骤115。
步骤115中，利用上述公式(1)～(4)计算相对于步骤114中计算出的第2移动平均个数VMAV2β的爆震判定阈值VTHβ，结束处理β。
接下来，返回至图5A，在步骤103中完成上述处理α(图5B)、处理β(图5C)的并行处理之后，前进至步骤104。步骤104中，当步骤102中判定为未产生疑似爆震时，前进至步骤105，当判定为产生疑似爆震时，前进至步骤106。
在前进至步骤105的情况下，由于判定为未产生疑似爆震，因此，利用将与第1移动平均个数相同的个数设定作为第2移动平均个数时的结果，计算爆震强度。即，根据处理α的步骤110中计算出的移动平均后的波谱序列的峰值VMAV2α和步骤111中计算出的爆震判定阈值VTHα，利用上述公式(5)来计算爆震强度，并发送到图3的每一点火的延迟角量计算部21。
在前进至步骤106的情况下，由于判定为产生疑似爆震，因此，利用“第2移动平均个数MAV2β＝1”、或将比第1移动平均个数要少的个数设定作为第2移动平均个数时的结果，计算爆震强度。即，根据处理β的步骤114中计算出的第2移动平均个数MAV2β和步骤115中计算出的爆震判定阈值VTHβ，利用上述公式(5)来计算爆震强度，并发送到图3的每一点火的延迟角量计算部21。
接下来，利用图10，对图5A的步骤103中不管判定是否产生疑似爆震的判定结果如何，都将处理α和处理β进行并行处理的理由进行说明。图10是表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中未产生爆震时的峰值和爆震判定阈值的特性图，示出未产生爆震(在40[秒]以后，判定为产生疑似爆震)时的峰值VMAV2(VMAV2α及VMAV2β)和爆震判定阈值VTH(VTHα及VTHβ)的特性。
图10的(1)示出不是利用图5A的步骤103来将处理α和处理β进行并行处理，而是在图5A的步骤102中判定为未产生疑似爆震时仅实施处理α、在判定为产生疑似爆震时仅实施处理β的情况下的峰值VMAV2及爆震判定阈值VTH的特性。
图10的(2)示出在图5A的步骤103中将处理α和处理β进行并行处理时的峰值VMAV2及爆震判定阈值VTH的特性，图10的(2)的上侧的图表示处理α中的峰值VMAV2(＝VMAV2α)及爆震判定阈值VTH(＝VTHα)的特性，下侧的图表示处理β中的峰值VMAV2(＝VMAV2β)及爆震判定阈值VTH(＝VTHβ)的特性。
另外，在图10所示的图中，设“VMAV2β＝1”。此外，各图的横轴为时间[秒]，纵轴为峰值VMAV2及爆震判定阈值VTH。此外，图10的(2)的上侧的图中加网格的区域(40[秒]以后的区域)和下侧的图中加网格的区域(40[秒]以前的区域)示出图5A的步骤104中判定为不计算爆震强度的区间。
如图10的(1)所示，在不将处理α和处理β进行并行处理的情况下，从未产生疑似爆震的运转状态突然进入产生疑似爆震的运转状态时，由于判定为未产生疑似爆震时的第2移动平均个数和判定为产生疑似爆震时的第2移动平均个数的差异，峰值VMAV2产生急剧的变化，在爆震判定阈值VTH收敛为止的期间内会发生误检测。与此不同的是，如图10的(2)所示，在将处理α和处理β进行并行处理的情况下，即使在从未产生疑似爆震的运转状态突然进入产生疑似爆震的运转状态时，峰值VMAV2也不会产生急剧的变化，从而不会发生误检测。
如上所述，在本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中，基于爆震检测中使用的频率、内燃机的转速、负荷、A/F中的至少任一项来判定有没有产生疑似爆震。然后，在判定为未产生疑似爆震时，将与第1移动平均个数相同的个数设定作为第2移动平均个数，以实施移动平均。另一方面，在判定为产生疑似爆震时，使“第2移动平均个数＝1”、或将比第1移动平均个数要少的个数设定作为第2移动平均个数，以实施移动平均。通过这样，可获得如下效果：即使产生疑似爆震，也抑制爆震检测性及抗误检测性变差。
此外，在本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中，不管判定是否产生疑似爆震的判定结果如何，都利用判定为未产生疑似爆震时的第2移动平均个数、和判定为产生疑似爆震时的第2移动平均个数这两个第2移动平均个数，对从移动平均的实施到爆震判定阈值的计算进行并行处理。通过这样，可获得如下效果：能紧接在产生疑似爆震的运转状态和未产生疑似爆震的运转状态切换之后迅速判定爆震，抑制紧接在产生疑似爆震的运转状态和未产生疑似爆震的运转状态切换之后到爆震判定阈值收敛为止的期间内发生误检测。
标号说明
1   内燃机
2   电子控制式节流阀
3   节流开度传感器
4   气流传感器
5   稳压罐
6   进气歧管压力传感器
7   可变进气阀机构
8   喷射器
9   点火线圈
10  火花塞
11  曲柄角传感器
12  爆震传感器
13  A/F传感器
14  ECU

Claims (7)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
振动检测部，该振动检测部将内燃机的气缸内产生的振动或压力波作为振动数据来进行检测；
爆震检测窗口设定部，该爆震检测窗口设定部根据所述内燃机的运转状态，预先设定爆震检测窗口，使其包含由所述内燃机的爆震所产生的振动水平显著呈现的第1期间；
数字信号处理部，该数字信号处理部对于多个频率，同时计算出通过对在所述爆震检测窗口内检测出的所述振动数据实施时间/频率分析而得到的每隔规定时间的振动水平；
移动平均处理部，该移动平均处理部对于所述多个频率，同时实施如下处理，该处理利用基于所述第1期间设定的第2期间，将所述每隔规定时间的振动水平依次进行移动平均，并从所述移动平均后的振动水平中提取峰值；
爆震判定部，该爆震判定部对于所述多个频率，同时实施如下处理，该处理基于所述提取出的峰值，计算爆震判定阈值，将所述峰值和所述爆震判定阈值进行比较，从而判定有没有产生所述爆震；
爆震避免部，该爆震避免部在利用所述多个频率中的至少任一频率判定出产生了所述爆震时，进行用于避免所述爆震的处置；及
疑似爆震判定部，该疑似爆震判定部基于所述频率、表示所述内燃机的转速的状态量、表示所述内燃机的负荷的状态量、表示所述内燃机的空燃比的状态量中的至少任一项，判定所述爆震检测窗口内是否产生疑似爆震，
所述移动平均处理部在判定为未产生所述疑似爆震时，将与所述第1期间同等的期间设定作为所述第2期间，
在判定为产生所述疑似爆震时，不实施所述移动平均，或将比所述第1期间要窄的期间设定作为所述第2期间。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述第1期间及第2期间相当于将所述每隔规定时间的振动水平依次进行移动平均的移动平均个数。
3.如权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述移动平均个数基于与所述内燃机的转速相对应地预先设定的移动平均个数映射来确定。
4.一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
振动检测部，该振动检测部将内燃机的气缸内产生的振动或压力波作为振动数据来进行检测；
爆震检测窗口设定部，该爆震检测窗口设定部根据所述内燃机的运转状态，预先设定爆震检测窗口，使其包含由所述内燃机的爆震所产生的振动水平显著呈现的第1期间；
数字信号处理部，该数字信号处理部对于多个频率，同时计算出通过对在所述爆震检测窗口内检测出的所述振动数据实施时间/频率分析而得到的每隔规定时间的振动水平；
移动平均处理部，该移动平均处理部对于所述多个频率，同时实施如下处理，该处理利用基于所述第1期间设定的第2期间，将所述每隔规定时间的振动水平依次进行移动平均，并从所述移动平均后的振动水平中提取峰值；
爆震判定部，该爆震判定部对于所述多个频率，同时实施如下处理，该处理基于所述提取出的峰值，计算爆震判定阈值，将所述峰值和所述爆震判定阈值进行比较，从而判定有没有产生所述爆震；
爆震避免部，该爆震避免部在利用所述多个频率中的至少任一频率判定出产生了所述爆震时，进行用于避免所述爆震的处置；及
疑似爆震判定部，该疑似爆震判定部基于所述频率、表示所述内燃机的转速的状态量、表示所述内燃机的负荷的状态量、表示所述内燃机的空燃比的状态量中的至少任一项，判定所述爆震检测窗口内是否产生疑似爆震，
所述移动平均处理部不管所述疑似爆震判定部得出的有没有产生所述疑似爆震的判定结果如何，都对于所述多个频率，同时实施如下处理，该处理利用判定为未产生所述疑似爆震时的所述第2期间、和判定为产生所述疑似爆震时的所述第2期间，将所述每隔规定时间的振动水平依次进行移动平均，并从所述移动平均后的振动水平中提取峰值，
所述爆震判定部对于所述多个频率，同时实施基于所述提取出的峰值来计算所述爆震判定阈值的处理。
5.如权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述第1期间及第2期间相当于将所述每隔规定时间的振动水平依次进行移动平均的移动平均个数。
6.如权利要求5所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述移动平均个数基于与所述内燃机的转速相对应地预先设定的移动平均个数映射来确定。
7.如权利要求1至6中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述疑似爆震判定部基于预先设定的疑似爆震判定映射来进行所述判定。
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