CN105571774B - 内燃机的爆震判定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的爆震判定装置，其根据用于爆震判定的门区间内的缸内压传感器(26)的输出信号算出爆震强度。爆震判定装置，在所算出的爆震强度比爆震判定阈值大的情况下，判定为产生了爆震。爆震判定装置，还从在同一气缸的连续的N循环中按每个循环算出的爆震强度中算出目标爆震等级的97％点的爆震强度以上的爆震强度的累计值即累计强度。爆震判定装置修正爆震判定阈值，以使得所算出的累计强度与目标累计强度的差变小。

Description

内燃机的爆震判定装置
技术领域
本发明涉及内燃机的爆震判定装置，尤其涉及使用缸内压传感器进行爆震判定的内燃机的爆震判定装置。
背景技术
以往，例如在专利文献1中公开了利用爆震传感器来进行爆震控制的内燃机的控制装置。在该现有的控制装置中，将根据爆震传感器的输出信号算出的振动的强度值与各强度值的个数(频度)的频度分布利用于爆震判定。更加具体而言，算出频度分布中的强度值的中央值V(50)和标准偏差σ。然后，将在中央值V(50)加上3σ而得到的值用作用于进行爆震判定的爆震判定等级V(KD)。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2007-009734号公报
【专利文献2】日本特开2003-021032号公报
【专利文献3】日本特开2013-133710号公报
【专利文献4】日本特开2008-157087号公报
【专利文献5】日本特开2012-163078号公报
【专利文献6】日本特开平03-164552号公报
【发明要解决的问题】
专利文献1所述的现有的爆震判定方法是以爆震传感器为对象的方法。另一方面，也能够通过缸内压传感器取得由爆震引起的频率成分，所以能够将缸内压传感器的输出信号利用于爆震判定。但是，因以下的理由，不能说上述方法适于利用缸内压传感器的爆震判定。即，与直接检测气缸体的振动的爆震传感器不同，缸内压传感器的输出信号受缸内的气柱振动的影响。在利用缸内压传感器进行爆震判定时，该气柱振动成为主要的噪音源。因该噪音(气柱振动)的影响而频度分布的中央值会不均。另外，缸内压传感器的动态范围一般比爆震传感器的动态范围小。因而，缸内压传感器与爆震传感器相比更容易受到电噪音的影响，这也成为容易使频度分布的中央值变化的主要原因。并且，因为噪音的影响在气缸间不均，所以由这些噪音的影响引起的中央值的不均也会在气缸间产生。因此，在利用缸内压传感器的情况下，若将以中央值为基准的相对值即上述爆震判定等级V(KD)设为爆震判定阈值，则爆震判定阈值会因噪音的影响而大幅不均。其结果，在各气缸中难以进行准确的爆震判定。
发明内容
本发明是为了解决上述的问题而完成的发明，其目的在于提供能够将能够从爆震成分区分出噪音成分的参数利用于爆震判定，且既抑制用于爆震判定的适用工时(applicable man-hours)，又可进行准确的爆震判定的内燃机的爆震判定装置。
本发明的内燃机的爆震判定装置提供于具备缸内压传感器的内燃机，具备爆震强度算出单元、爆震判定单元、累计强度算出单元和修正单元。缸内压传感器设置于各气缸，检测缸内压力。爆震强度算出单元根据预定曲轴角区间的所述缸内压传感器的输出信号，算出包含爆震频带的预定频带的信号强度即爆震强度。爆震判定单元在由所述爆震强度算出单元算出的爆震强度比爆震判定阈值大的情况下，判定为产生了爆震。累计强度算出单元从在同一气缸的预定的多个循环中按每个循环算出的爆震强度中算出预定的爆震强度阈值以上的爆震强度的累计值即累计强度。修正单元修正所述爆震判定阈值，以使得由所述累计强度算出单元算出的累计强度与目标累计强度的差变小。所述预定的爆震强度阈值是下述频度分布所包含的爆震强度中强度较强的前预定百分比的分界处的爆震强度，所述频度分布是表示在根据爆震强度和爆震频度规定的爆震等级成为目标爆震等级的状态下内燃机运转时在所述预定的多个循环中取得的爆震强度与各爆震强度的算出频度的关系的分布。并且，所述目标累计强度是从在爆震等级成为目标爆震等级的状态下所述内燃机运转时在所述预定的多个循环中取得的爆震强度中提取出的所述爆震强度阈值以上的爆震强度的累计值。
优选，所述修正单元，在所述累计强度比所述目标累计强度大的情况下，减小所述爆震判定阈值。
优选，所述修正单元，在所述累计强度比所述目标累计强度小的情况下，增大所述爆震判定阈值。
优选，所述前预定百分比是前百分之三以上且百分之五以下。
根据本发明，通过利用以上述预定的爆震强度阈值以上的爆震强度为对象而得到的累计强度，能够将良好地区分由气柱振动等引起的噪音成分和爆震成分的参数利用于爆震判定。并且，根据本发明，以该累计强度与目标累计强度的差变小的方式修正爆震判定阈值。由此，即使因经时变化等的影响而成为爆震的产生容易程度在气缸间不同的状况，若设定1个所有气缸共用的目标累计强度，则能够使在各气缸中算出的累计强度与目标累计强度相一致，其结果，能够使各气缸的爆震等级与目标爆震等级相一致。因而，能够抑制适用工时。
附图说明
图1是对本发明的实施方式的系统构成进行说明的图。
图2是示出本发明的实施方式的爆震判定处理的概要的框图。
图3表示通过了HPF后的缸内压传感器的输出信号的波形的图。
图4是表示爆震强度的频度分布的图。
图5是表示在实际的爆震等级成为目标爆震等级的状态下内燃机运转时的N循环中的爆震强度的频度分布的图。
图6是在本发明的实施方式中所执行的例程的流程图。
具体实施方式
[实施方式的系统构成]
图1是用于对本发明的实施方式的系统构成进行说明的图。图1所示的系统具备火花点火式的内燃机10。在内燃机10的缸内设置有活塞12。在缸内的活塞12的顶部侧形成有燃烧室14。进气通路16和排气通路18连通于燃烧室14。
在进气通路16设置有电子控制式的节气门20。另外，在内燃机10的各气缸，设置有用于向燃烧室14内供给燃料的燃料喷射阀(作为一例，是缸内直喷式的燃料喷射阀)22和具有用于对混合气体进行点火的火花塞24的点火装置(省略火花塞24以外的部位的图示)。各气缸还组装有用于检测缸内压力的缸内压传感器26。
进而，本实施方式的系统具备ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)30。ECU30至少具备输入输出端口、存储器以及运算处理装置(CPU)。输入输出端口为了从安装于内燃机10的各种传感器取入传感器信号，并且对内燃机10所具备的各种致动器输出操作信号而设置。在ECU30取入信号的传感器中，除了上述的缸内压传感器26之外，还包含用于取得曲轴的旋转位置和发动机旋转速度的曲轴角传感器32以及用于检测吸入空气量的空气流量计34等用于取得内燃机10的运转状态的各种传感器。在ECU30输出操作信号的致动器中，包含上述的节气门20、燃料喷射阀22以及上述点火装置等用于控制内燃机10的运转的各种致动器。在存储器存储有用于控制内燃机10的各种的控制程序和映射等。CPU从存储器读取并执行控制程序等，基于取入的传感器信号生成操作信号。具体而言，ECU30进行燃料喷射控制和点火控制等预定的发动机控制。另外，ECU30具有使缸内压传感器26的输出信号与曲轴角度同步地进行AD变换并取得的功能。由此，能够在AD变换的分辨能力所允许的范围内，检测任意的曲轴角定时下的缸内压力。
[实施方式的爆震判定方法]
(按每个循环进行的爆震判定处理)
图2是示出本发明的实施方式的爆震判定处理的概要的框图。由图2所示的结构进行的处理按内燃机10的每个气缸进行。各气缸的缸内压传感器26经由高通滤波器(HPF)36连接于ECU30。HPF36从缸内压传感器26的输出信号除去与爆震成分无关的预定的低频成分。ECU30具备模拟/数字(A/D)变换器38和带通滤波器(BPF)40。通过了HPF36的信号(模拟值)被取入A/D变换器38。A/D变换器38将所输入的信号变换为数字值。数字变换后的信号被输送到BPF40。BPF40对所输入的信号，进行以爆震成分所重叠的频带即爆震频带(可听域)为通过域的数字滤波器处理，提取该爆震频带的信号。此外，在此，举出将以模拟信号的状态使用的HPF36和进行数字滤波器处理的BPF40组合而成的滤波器为例子进行了说明，但双方的滤波器也可以都构成为数字滤波器或者模拟滤波器。上述的通过域不仅限于爆震频带，也可以是包含爆震频带的预定频带。
作为用于按内燃机10的每个循环进行爆震判定的结构，ECU30具备爆震强度算出部42、爆震强度比较部44以及爆震判定部46。对爆震强度算出部42输入通过BPF40后的缸内压传感器26的输出信号。以下，将通过BPF40后的缸内压传感器26的输出信号称作“爆震判定用信号”。
爆震强度算出部42算出包含可能产生爆震的区间的预定曲轴角区间(以下，称作“门区间”)内的爆震判定用信号的强度的峰值即“爆震强度”。作为在此所说的门区间，例如是从压缩上止点到上止点后90℃A的区间。此外，爆震强度例如也可以是门区间内的爆震判定用信号的强度的积分值。
爆震强度比较部44将由爆震强度算出部42算出的爆震强度与预定的爆震判定阈值J进行比较。具体而言，爆震强度比较部44算出爆震强度与爆震判定阈值J的差并将其输出到爆震判定部46。爆震判定部46基于由爆震强度比较部44算出的差来判定有无爆震。具体而言，在爆震强度比爆震判定阈值J大的情况下，判定为产生了爆震。在该情况下，使下一循环以后的循环的点火正时相对于当前值延迟。由此，抑制超过爆震判定阈值J的等级的爆震的产生。另一方面，在爆震强度为爆震判定阈值J以下的情况下，判定为没有产生爆震。在不产生爆震的判定持续预定期间的情况下，使下一循环以后的循环的点火正时相对于当前值提前。根据这样的点火正时的控制，在可容许的等级内，容许爆震的产生并且尽量使点火正时提前，由此能够有效地发挥内燃机10的燃料经济性能以及输出性能。
(基于爆震判定用信号的累计强度的爆震判定阈值J的修正)
图3是表示通过了HPF36后的缸内压传感器26的输出信号的波形的图。更具体而言，图3是用于算出爆震强度的上述门区间内的爆震产生时的输出信号波形。如图3所示，缸内的气柱振动作为噪音而与缸内压传感器26的输出信号重叠，该气柱振动成为主要的噪音源。
图4是表示爆震强度的频度分布的图。更具体而言，图4按#1～#4的每个气缸示出预定的多个N循环(例如，数百～数千循环)中的爆震强度与各爆震强度的算出频度(度数)的关系的频度分布。
图4(A)示出没有产生爆震时的频度分布。由该图可知，由于噪音(上述的气柱振动)的产生在气缸间的不均所带来的影响，爆震强度的频度分布在气缸间会不均。另一方面，在产生了爆震的循环中，算出的爆震强度的值高。因而，如图4(B)所示那样，爆震产生时的频度分布与不产生爆震时的频度分布(图4(A))相比，成为下端被大幅向爆震强度高的一侧牵引的分布。并且，关于爆震产生时的频度分布，也因上述噪音的影响，而在气缸间产生不均。
作为利用直接检测气缸体的振动的爆震传感器的爆震判定方法，已知有利用示出根据爆震传感器的输出信号算出的振动的强度值与各强度值的算出频度的关系的频度分布的方法。在该现有方法中，以频度分布的中央值为基准设定爆震判定阈值。但是，该现有方法因以下理由，不能说适于利用受到由气柱振动引起的噪音的影响的缸内压传感器26的爆震判定。即，如图4所示那样，频度分布因上述噪音的影响而不均，由此各气缸的频度分布上的爆震强度的中央值也在气缸间不均。另外，缸内压传感器的动态范围一般比爆震传感器的动态范围小。因而，缸内压传感器与爆震传感器相比更容易受到电噪音的影响，这也成为容易使频度分布的中央值变化的主要原因。
于是，在本实施方式中，从在同一气缸中的连续的N循环中按每个循环算出的爆震强度中，提取目标爆震等级的97％强度以上的爆震强度，算出所提取的爆震强度的累计值，作为“累计强度”。以下，将这样算出的累计强度称作“实际累计强度”。并且，修正爆震判定阈值J的基值，以使实际累计强度与其目标值即目标累计强度之差变小。对于该爆震判定阈值J的修正处理，以下参照图2的框图进行详细叙述。
如图2所示，ECU30还具备爆震强度累计部48、累计强度比较部50、修正量算出部52以及加算部54。爆震强度累计部48按连续的N循环的每个循环，从由爆震强度算出部42按每个循环算出的爆震强度中提取成为目标爆震等级的97％强度(相当于本发明的“预定的爆震强度阈值”)以上的爆震强度，并算出关于所提取的爆震强度的实际累计强度。
此处，参照图5，对目标累计强度的设定方法进行说明。图5是示出在实际的爆震等级成为目标爆震等级的状态下内燃机10运转时的N循环中的爆震强度的频度分布的图。此处所说的爆震等级是基于爆震强度和爆震频度的值。此处所说的爆震频度是指在N循环中由爆震判定部46判定为是爆震的爆震的产生频度。更具体而言，在N循环中所产生的爆震的爆震强度越高、另外该N循环中的爆震频度越高，则爆震等级越大。图5所示的目标爆震等级下的频度分布是在爆震强度和爆震频度与目标爆震等级一致的状态下基于N循环中的计测数据算出的。上述的“目标爆震等级的97％强度”相当于图5所示的频度分布所包含的爆震强度较强的前3％的分界处的爆震强度。并且，目标累计强度相当于作为成为图5所示的频度分布中的97％强度(即，该频度分布所包含的爆震强度中强度较强的前3％的分界处的爆震强度)以上的爆震强度的累计值而算出的值。在ECU30中，事先存储有在目标的爆震等级下合适的目标累计强度和97％强度。此外，目标爆震等级自身考虑内燃机10的规格和搭载内燃机10的车辆的规格等而事先决定。
累计强度比较部50将由爆震强度累计部48算出的实际累计强度与预定的目标累计强度进行比较。具体而言，累计强度比较部50算出实际累计强度与目标累计强度之差并将其向修正量算出部52输出。修正量算出部52算出与由累计强度比较部50算出的差相应的值，作为爆震判定阈值J的修正量。累计强度比较部50在实际累计强度比目标累计强度大的情况下，算出用于减小爆震判定阈值J的修正量(负的修正量)，另一方面，在实际累计强度比目标累计强度小的情况下，算出用于增大爆震判定阈值J的修正量(正的修正量)。加算部54将所算出的修正量与爆震判定阈值J的基值相加，将相加后的最终的爆震判定阈值J向爆震强度比较部44输出。此外，爆震判定阈值J的基值作为与内燃机10的规格等相应的值而事先适当设定。
根据由上述的累计强度比较部50、修正量算出部52以及加算部54进行的处理，在实际累计强度比目标累计强度大的情况下，减小爆震判定阈值J，由此，与修正前相比，变得更容易检测到爆震。因此，容易使点火正时延迟(即，更加抑制爆震产生)，所以产生降低爆震等级的作用。其结果，能够使实际累计强度接近目标累计强度。另一方面，在实际累计强度比目标累计强度小的情况下，增大爆震判定阈值J，由此，与修正前相比，更加难以检测到爆震。因此，不易使点火正时延迟(即，变得更加容许爆震产生)，所以产生提升爆震等级的作用。其结果，在该情况下，也能够使实际累计强度接近目标累计强度。
如以上所说明那样，根据上述处理，能够修正爆震判定阈值J，以使得在内燃机10的运转期间实际累计强度与目标累计强度一致。其结果，能够使各气缸的爆震等级与目标爆震等级一致。如上所述，在各气缸具备缸内压传感器26的内燃机10中，能够单独地得到各气缸的内部的信息，所以能够按每个气缸执行上述处理。因而，能够使各气缸的实际累计强度与目标累计强度一致，其结果，能够使各气缸的爆震等级与目标爆震等级一致。并且，根据本实施方式的方法，如以下详细叙述那样，能够进行利用了既能良好地区分爆震成分和噪音成分又能使所期望的爆震等级定量化的参数(即，爆震判定用信号的上述累计强度)的精度高的爆震判定。另外，如以下所详细叙述那样，能够抑制用于各气缸的爆震判定的适用工时。
即，若产生爆震，则所算出的爆震强度变大。因而，通过利用爆震强度的频度分布中排位靠前的爆震强度，能够良好地区分由气柱振动等引起的噪音成分和爆震成分。并且，爆震等级是已叙述那样基于爆震强度和爆震频度设定的指标(更具体而言，是以爆震强度越大、另外爆震频度越高则越高的方式设定的指标)。另外，实际累计强度是将爆震强度的频度分布中排位靠前的爆震强度相加而算出的值，爆震等级越高(爆震强度与爆震频度的一方或者双方越高)，则被算出为越大的值。因而，根据这样的实际累计强度，既能合适地排除噪音的影响，又能为了进行爆震判定而得到与爆震等级具有相关性(换言之，能够使爆震等级定量化)的参数。由此，能够进行准确的爆震判定。并且，通过一边以实际累计强度成为目标累计强度的方式修正爆震判定阈值J一边进行点火正时控制，能够高精度地将爆震等级控制成目标爆震等级。此处，关于作为用于算出实际累计强度的爆震强度的下限而使用目标爆震等级的频度分布所包含的爆震强度的前多少百分比的分界处的爆震强度，只要能够算出累计强度作为与爆震等级具有相关性的值即可。但是，累计对象的爆震强度的下限因以下理由，在本实施方式中，包含作为一例而示出的前3％的分界较好，优选设为前3％以上且5％以下的范围内的预定％的分界。作为用于修正爆震判定阈值J的参数，通过不使用在1个循环中得到的爆震强度而是使用在多个循环中按每个循环得到的关于爆震强度的累计强度，能够减轻该参数的气缸间不均。但是，在例如设为前1％的分界的情况那样作为累计的对象的爆震强度的数量过少的情况下，容易受到由各气缸算出的爆震强度的不均的影响，所以实际累计强度的气缸间不均变大。相反，在例如设为前10％的分界的情况那样作为累计的对象的爆震强度的数量过多的情况下，实际累计强度容易受到噪音成分的影响，所以S/N比恶化，难以进行爆震等级的区别化。考虑这些方面，优选设为前3％以上且5％以下。
另外，因时间经过而积碳附着于燃烧室14的壁面等的理由，有时爆震的产生容易程度会变化。这不限于对各气缸带来同样的变化，有时在气缸间爆震的产生容易程度也会变化。根据以实际累计强度与目标累计强度一致的方式修正爆震判定阈值J的本实施方式的处理，在相对容易产生爆震的气缸中，为了与其他的气缸相比更加抑制爆震，在爆震判定阈值J的基值加上大的修正量(负的修正量)。因此，即使因经时变化等的影响而成为在气缸间爆震的产生容易程度不同的状况，只要设定一个所有气缸共用的目标累计强度，就能够使各气缸中的实际累计强度与目标累计强度一致，能够使各气缸的爆震等级与目标爆震等级一致。因而，能够抑制适用工时。
图6是示出本发明的实施方式的爆震判定处理例程的流程图。此外，本例程在各气缸中燃烧结束后的预定定时，按每个循环反复执行。
在图6所示的例程中，ECU30首先执行步骤100的处理。步骤100的处理是爆震强度算出部42所承担的处理。在步骤100中，通过了BPF40后的爆震判定用信号(绝对值化后的信号)的门区间内的强度的峰值作为爆震强度而算出。
接着，ECU30进入步骤102。步骤102的处理是爆震强度比较部44和爆震判定部46所承担的处理。在步骤102中，基于在步骤100中算出的爆震强度是否比当前的爆震判定阈值J大来判定有无产生爆震。根据该爆震的判定结果，如已经叙述那样根据需要执行点火正时的控制。
接着，ECU30进入步骤104。步骤104～110的处理是爆震强度累计部48所承担的处理。在步骤104中，判定在步骤100中算出的爆震强度是否是成为目标爆震等级中的97％强度以上的爆震强度。其结果，在本步骤104的判定不成立的情况下，结束对本次循环的处理，另一方面，在本判定成立的情况下，在本次的循环中算出的爆震强度暂时存储而保持于ECU30的缓存(步骤106)。
接着，在步骤108中，判定是否从进行了上次的实际累计强度的算出的循环经过了N循环。其结果，在本步骤108的判定不成立的情况下，结束对本次循环的处理，另一方面，在本判定成立的情况下，即在能够判断为结束了N循环量的爆震强度的算出的情况下，累计在步骤106中保持的爆震强度，由此算出针对当前的N循环的实际累计强度(步骤110)。此外，伴随于此，清除上述缓存。
接着，ECU30进入步骤112。步骤112～116的处理是累计强度比较部50、修正量算出部52以及加算部54所承担的处理。在步骤112中，判定在步骤110中算出的实际累计强度是否比目标累计强度大。其结果，在实际累计强度比目标累计强度大的情况下，为了减小爆震判定阈值J而算出负的修正量，将爆震判定阈值J的基值与该修正量相加(步骤114)。修正量的大小自身可以是预先适当设定的固定值，也可以预先设定为实际累计强度与目标累计强度的差越大(向负侧)则越大的值。
另一方面，在上述步骤112的判定不成立的情况下，接着，判定实际累计强度是否比目标累计强度小(步骤116)。其结果，在本步骤116的判定不成立、即实际累计强度与目标累计强度相等的情况下，不进行爆震判定阈值J的修正。另一方面，在本判定成立的情况下，为了加大爆震判定阈值J而算出正的修正量，将爆震判定阈值J的基值与该修正量相加(步骤118)。本步骤118的修正量的大小的设定与步骤114的修正量是同样的。
此外，在上述的实施方式中，ECU30通过执行上述步骤100的处理来实现本发明中的“爆震强度算出单元”，ECU30通过执行上述步骤102的处理来实现本发明中的“爆震判定单元”，ECU30通过根据爆震的判定结果控制点火正时来实现本发明中的“点火正时控制单元”，ECU30通过执行上述步骤104～110的一系列的处理来实现本发明中的“累计强度算出单元”，并且，ECU30通过执行步骤112～118的一系列的处理来实现本发明中的“修正单元”。

Claims (5)

1.一种内燃机的爆震判定装置，是具备设置于各气缸并检测缸内压力的缸内压传感器的内燃机的爆震判定装置，其特征在于，具备：
爆震强度算出单元，其根据预定曲轴角区间内的所述缸内压传感器的输出信号，算出包含爆震频带的预定频带的信号强度即爆震强度；
爆震判定单元，其在由所述爆震强度算出单元算出的爆震强度比爆震判定阈值大的情况下，判定为产生了爆震；
累计强度算出单元，其从在同一气缸的预定的多个循环中按每个循环算出的爆震强度中算出预定的爆震强度阈值以上的爆震强度的累计值即累计强度；以及
修正单元，其修正所述爆震判定阈值，以使得由所述累计强度算出单元算出的累计强度与目标累计强度的差变小，
所述预定的爆震强度阈值是下述频度分布所包含的爆震强度中强度较强的前预定百分比的分界处的爆震强度，所述频度分布是表示在根据爆震强度和爆震频度规定的爆震等级成为目标爆震等级的状态下内燃机运转时在所述预定的多个循环中取得的爆震强度与各爆震强度的算出频度的关系的分布，
所述目标累计强度是从在爆震等级成为目标爆震等级的状态下所述内燃机运转时在所述预定的多个循环中取得的爆震强度中提取出的所述爆震强度阈值以上的爆震强度的累计值。
2.根据权利要求1所述的内燃机的爆震判定装置，其特征在于，
所述修正单元，在所述累计强度比所述目标累计强度大的情况下，减小所述爆震判定阈值。
3.根据权利要求1所述的内燃机的爆震判定装置，其特征在于，
所述修正单元，在所述累计强度比所述目标累计强度小的情况下，增大所述爆震判定阈值。
4.根据权利要求2所述的内燃机的爆震判定装置，其特征在于，
所述修正单元，在所述累计强度比所述目标累计强度小的情况下，增大所述爆震判定阈值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃机的爆震判定装置，其特征在于，
所述前预定百分比是前百分之三以上且百分之五以下。
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