CN108691713A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种内燃机的控制装置，能够使用爆震传感器的信号高精度地推定使预混合气自着火燃烧的内燃机的自着火开始正时。本发明的内燃机的控制装置取入爆震传感器的信号并进行处理，根据该信号处理的结果取得爆震传感器的信号出现了有意的变化的正时。并且，基于爆震传感器的信号出现了有意的变化的正时算出标准燃烧的自着火开始正时。所算出的自着火开始正时，在用于控制内燃机的动作的致动器的操作量、例如燃料的喷射正时的决定中使用。

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，详细而言涉及使预混合气自着火燃烧的内燃机的控制装置。
背景技术
在使预混合气自着火燃烧的内燃机中，为了管理燃烧效率、噪声、以及NOx等的排放，对自着火开始正时的控制是有效的。为了对自着火开始正时进行适当的控制，需要高精度地推定当前的自着火开始正时。与自着火开始正时相关的信息，例如能够通过使用缸内压传感器而以高精度获得。但是，缸内压传感器比较昂贵，另外，缸内压传感器的实用化存在一些问题。故而，正在研究使用当前已经普遍搭载的振动传感器、具体地说是爆震传感器来推定自着火开始正时。例如，在日本特开2007-127004号公报中公开了利用爆震传感器检测自着火燃烧的发生，推定其开始正时的技术。
但是，上述公报中关于如何使用爆震传感器的信号来推定自着火开始正时，并没有记载。在火花点火发动机中使用爆震传感器的信号来检测爆震的情况下，通常，爆震传感器的信号的振幅成为最大的正时被视为爆震的发生正时。同样地，关于使预混合气自着火燃烧的内燃机的自着火开始正时，将爆震传感器的信号的振幅成为最大的正时推定为自着火开始正时，这可以作为1个方法来考虑。但是，本申请的发明人进行实验，对爆震传感器的信号的振幅成为最大的正时与自着火开始正时的关系进行了调查，结果，虽然发现两者之间存在一定的相关性，但是，判明了相关性没有高到能够高精度地推定自着火开始正时的程度。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2007-127004号公报
专利文献2：日本特开2004-116466号公报
专利文献3：日本特开2011-190729号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明为了解决上述那样的课题而提出，目的在于提供能够使用爆震传感器的信号来高精度地推定使预混合气自着火燃烧的内燃机的自着火开始正时的内燃机的控制装置。
用于解决课题的技术方案
本发明涉及的内燃机的控制装置是使预混合气自着火燃烧的内燃机的控制装置，该控制装置构成为取入安装于内燃机的爆震传感器的信号并进行处理。为了实现上述目的，本控制装置具备：自着火开始正时算出单元，其基于爆震传感器的信号出现了有意的变化的正时算出自着火开始正时；和致动器操作量决定单元，其基于自着火开始正时来决定用于控制内燃机的动作的致动器的操作量。本控制装置是具备至少1个处理器和至少1个存储器的计算机。本控制装置构成为利用处理器执行存储于存储器的程序，由此作为自着火开始正时算出单元以及致动器操作量决定单元发挥功能。
使预混合气自着火燃烧的内燃机中的标准(regular)的自着火燃烧，与火花点火发动机中的火焰传播相比燃烧急剧。在该急剧的燃烧的开始正时产生的压力波作为振动被传递至爆震传感器时，作为爆震传感器的信号的有意的变化而被检测。爆震传感器的信号的有意的变化是指能够与干扰下的信号的变化区分开的变化。在使预混合气自着火燃烧的内燃机的情况下，与火花点火发动机不同，非标准的自着火燃烧不易发生。也就是说，在出现了能够与干扰下的信号的变化区分开的信号的变化时，该变化就是因在自着火燃烧的开始正时产生的振动而导致的变化。
本申请的发明人进行实验，对爆震传感器的信号出现有意的变化的正时与自着火开始正时的关系进行了研究，结果，判明了两者之间存在高的相关性。这意味着通过取得爆震传感器的信号出现有意的变化的正时，能够高精度地推定自着火开始正时。
如上所述，本控制装置构成为基于爆震传感器的信号出现了有意的变化的正时来算出自着火开始正时。故而，根据本控制装置，能够高精度地推定自着火开始正时，通过基于该高精度地推定出的自着火开始正时来决定用于控制内燃机的动作的致动器的操作量，能够提高内燃机的控制精度。
作为检测在爆震传感器的信号出现的有意的变化的方法，也可以使用将爆震传感器的信号的大小与预定的阈值进行比较的方法。例如，也可以取得爆震传感器的信号的大小超过了预定的阈值的正时，作为爆震传感器的信号出现了有意的变化的正时。由于自着火燃烧急剧，因此，通过阈值能够明确地将干扰下的信号和自着火燃烧的振动下的信号区分开。此外，阈值也可以根据表示内燃机的运转状态的参数、例如目标转矩或发动机转速而变更。
为了更准确地将干扰下的信号和自着火燃烧的振动下的信号区分开，也可以根据干扰的等级(level)来变更阈值。具体地说，也可以是，计算确实没有发生自着火燃烧的期间中的爆震传感器的信号的波动(variation)，根据通过计算得到的爆震传感器的信号的波动来变更阈值。确实没有发生自着火燃烧的期间例如是明显不具备自着火燃烧发生的条件的期间，这能够提前预测。另外，如果知道爆震传感器的信号的振幅成为最大的正时，则也会知道大概的自着火开始正时，因此，也可以将爆震传感器的信号的振幅成为最大的正时作为基准来决定计算爆震传感器的信号的波动的期间。
作为检测爆震传感器的信号出现的有意的变化的其他的方法，也可以使用基于爆震传感器的信号的波形的方法。具体地说，在将爆震传感器的信号的大小设为Y轴、将曲轴角或时间设为X轴的正交坐标系中，取比爆震传感器的信号的振幅成为了最大的正时靠提前侧的、确实发生了自着火燃烧的期间中的多个极大点。并且，求出将多个极大点的关系近似而成的直线或曲线与X轴的交点，取得该交点的X值作为爆震传感器的信号出现了有意的变化的正时。在该方法中，不使用出现了有意的变化之前的爆震传感器的信号，而是使用出现了有意的变化之后的爆震传感器的信号，来推测爆震传感器的信号出现了有意的变化的正时。出现了有意的变化之后的爆震传感器的信号的S/N比高，因此，根据该方法，能够将干扰对自着火开始正时的推定精度的影响抑制为低。
自着火燃烧发生时的爆震传感器的信号的电平取决于燃烧速度而变化。例如，在高负荷下，燃烧速度快而爆震传感器的信号的电平高，但是在低负荷下，燃烧速度慢而爆震传感器的信号的电平也变低。如果爆震传感器的信号的电平变低，则爆震传感器的信号出现的有意的变化也会相对地不明了。于是，也可以是，在爆震传感器的信号的振幅的最大值比预定的下限值大的情况下，基于出现了有意的变化的正时算出自着火开始正时，而在振幅的最大值为下限值以下的情况下，基于爆震传感器的信号的振幅成为了最大的正时算出自着火开始正时。
同爆震传感器的信号出现有意的变化的正时与自着火开始正时的相关性相比较，爆震传感器的信号的振幅成为最大的正时与自着火开始正时的相关性并不高。但是，若仅在爆震传感器的信号出现的有意的变化不明了的情况下使用爆震传感器的信号的振幅成为最大的正时，则能够拓宽可基于自着火开始正时来决定致动器操作量的运转区域。
另外，本申请的发明人进行实验，对基于爆震传感器的信号出现有意的变化的正时算出自着火开始正时的情况下的误差进行了调查，结果，判明了若爆震传感器的信号的电平变低，则自着火开始正时的算出值与真实值相比向延迟侧偏移，爆震传感器的信号的电平越低，则该误差越大。故而，也可以是，在爆震传感器的信号的振幅的最大值为预定的下限值以下的情况下，将基于出现了有意的变化的正时算出的自着火开始正时向提前侧修正，振幅的最大值越小，则使自着火开始正时向提前侧的修正量越大。
发明的效果
如上所述，根据本控制装置，基于爆震传感器的信号出现了有意的变化的正时算出自着火开始正时，由此，能够高精度地推定使预混合气自着火燃烧的内燃机的自着火开始正时。
附图说明
图1是表示应用本发明的发动机系统的构成的图。
图2是表示构成发动机系统的控制装置的功能的框图。
图3是示出表示自着火燃烧的波形与爆震传感器的信号的关系的图。
图4是表示爆震振幅最大正时与自着火开始正时的相关性的图表。
图5是表示爆震发生正时与自着火开始正时的相关性的图表。
图6是表示自着火燃烧开始前后的爆震传感器的信号的波形的图表。
图7是以绝对值表现出图6所示的爆震传感器的信号的图表。
图8是表示实施方式1涉及的自着火开始正时反馈控制的例程的流程图。
图9是表示实施方式2涉及的用于算出爆震判定阈值的标准偏差的算出期间的图。
图10是表示实施方式2涉及的自着火开始正时反馈控制的主例程的流程图。
图11是表示实施方式2涉及的用于取得爆震发生正时的子例程的流程图。
图12是表示实施方式3涉及的爆震发生正时的算出方法的图。
图13是表示实施方式3涉及的用于取得爆震发生正时的子例程的流程图。
图14是表示因运转条件导致的爆震传感器的信号的电平的差异的图。
图15是表示实施方式4涉及的自着火开始正时反馈控制的主例程的流程图。
图16是表示爆震传感器的信号的最大振幅与自着火正时的算出值相对于真实值的误差的关系的图表。
图17是表示实施方式5涉及的自着火开始正时反馈控制的主例程的流程图。
标号说明
2内燃机；10爆震传感器；20燃料喷射装置；30控制装置。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。不过，在以下所示的实施方式中，在谈及各要素的个数、数量、量、范围等数的情况下，除了特别明示的情况或原理上明确地特定为该数的情况之外，本发明不限定于所谈及的数。另外，在以下所示的实施方式中说明的构造、步骤等，除了特别明示的情况或原理上明确地特定为此的情况之外，在本发明中不一定是必须的。
1.发动机系统的构成
首先，对在下述的各实施方式中应用本发明的发动机系统进行说明。
图1是示出发动机系统的构成的图。该图所示的发动机系统的构成在各实施方式中是共通的。发动机系统是汽车用的发动机系统，由内燃机2和控制装置30构成。内燃机2是使预混合气自着火燃烧的内燃机、具体地说是HCCI(Homogeneous Charge CompressionIgnition，均质充量压缩着火)、SACI(Spark Assisted Compression Ignition，火花辅助压缩着火)、PPC(Partially Premixed Compression，部分预混合压缩)、PCCI(PremixedCharge Compression Ignition，预混合充量压缩着火)等能够采取自着火燃烧方式的自着火燃烧发动机。
在内燃机2安装有至少包括爆震传感器10和曲轴角传感器12的多个传感器。另外，在内燃机2安装有用于控制其动作的多个致动器。该致动器至少包括燃料喷射装置20。燃料喷射装置20包括向燃烧室内直接喷射燃料的缸内喷射阀。这些传感器或致动器与控制装置30电连接。
控制装置30是具有至少1个处理器和至少1个存储器的ECU(Electronic ControlUnit，电子控制单元)。存储器中存储有包括用于内燃机2的控制的各种程序和/或映射的各种数据。存储器中存储的程序被加载并由处理器执行，由此，控制装置30实现各种功能。从安装于内燃机2的传感器向控制装置30输入与内燃机2的运转状态和/或运转条件相关的各种信息。控制装置30至少基于这些信息来决定关系到内燃机2的动作的致动器的操作量。此外，控制装置30也可以由多个ECU构成。
图2是表示控制装置30的功能的框图。图2中，提取控制装置30所具有的各种功能中的尤其是爆震发生正时的取得所涉及的功能、自着火开始正时的算出所涉及的功能、致动器操作量的决定所涉及的功能并用框图表现。控制装置30还具备除此之外的各种功能，但是，省略关于它们的图示。在图2中，按各功能分配运算单元40、42、44。不过，各运算单元40、42、44不是作为硬件存在的，而是在用处理器执行存储于存储器的程序时虚拟地实现。图2所示的控制装置30的构成在各实施方式中是共通的，但是，各运算单元40、42、44的功能在各实施方式中有差异。故而，以下，对爆震发生正时取得单元40、自着火开始正时算出单元42以及致动器操作量决定单元44各自的功能概要进行说明，关于详细内容在各实施方式中进行说明。
2.使用了爆震传感器的信号的自着火开始正时的推定
在此，首先，使用图3对表示自着火燃烧的波形与爆震传感器的信号的关系进行说明。图3中，用四段组合的图表表示本发明的发明人所进行的自着火燃烧的实验结果。此外，实验中的自着火燃烧是HCCI燃烧，但是，以下要说明的表示自着火燃烧的波形与爆震传感器的信号的关系，是也适合SACI燃烧等其他的自着火燃烧方式的关系。
图3的第一段是表示自着火燃烧下的缸内压力的波形的图表。第二段是表示通过缸内压传感器得到的爆震信号的波形的图表。更具体而言，使从缸内压传感器输出的信号通过带通滤波器后的信号在图表中示出。带通滤波器与爆震的一次频段(例如5～10kHz)相匹配。第三段是表示通过爆震传感器得到的爆震信号的波形的图表。更具体而言，使从爆震传感器输出的信号通过具有与上述同样的频段的带通滤波器后的信号在图表中示出。并且，第四段是表示根据缸内压力计算出的热发生率的波形的图表。
图表中的(A)表示自着火开始正时。图表中的(B)表示通过缸内压传感器得到的爆震信号的振幅成为最大的正时、即燃烧室内的压力变动的振幅成为最大的正时。图表中的(C)表示通过爆震传感器得到的爆震信号的振幅成为最大的正时。在本说明书中，将该正时(C)称为爆震振幅最大正时。并且，图表中的(D)表示通过爆震传感器得到的爆震信号开始变化的正时。该正时(D)是通过爆震传感器检测到发生了爆震的正时，因此，在本说明书中，将该正时(D)称为爆震发生正时。
在火花点火发动机中检测爆震的情况下，通常使用爆震振幅最大正时(C)。但是，在自着火燃烧发动机中，自着火开始正时(A)与爆震振幅最大正时(C)之间存在偏离。该偏离包含：从自着火开始正时(A)到正时(B)的延迟即从自着火的开始到燃烧室内的压力变动的振幅成为最大的延迟、和从正时(B)到爆震振幅最大正时(C)的延迟即从燃烧室内的压力变动的振幅成为最大起到通过爆震传感器得到的爆震信号的振幅成为最大的延迟。
故而，为了从爆震振幅最大正时(C)算出自着火开始正时(A)，需要对上述两种类的延迟进行修正。从正时(B)到爆震振幅最大正时(C)的延迟，是振动的从燃烧室内向发动机气缸体的传递延迟，因此，若换算为时间则几乎恒定。关于对该延迟的修正，由于时间与曲轴角的关系根据发动机转速而变化，因此考虑发动机转速的影响来进行即可。另一方面，关于从自着火开始正时(A)到正时(B)的延迟，认为受到与自着火燃烧中的热发生率有关系的所有要素(例如，燃料量、空气量、EGR率、缸内温度、自着火正时)的影响，因此，不容易准确地进行该修正。
于是，在本申请中，不关注爆震振幅最大正时(C)，而是关注爆震发生正时(D)。自着火燃烧发动机中的标准的自着火燃烧与火花点火发动机中的火焰传播相比，燃烧急剧。在该急剧的燃烧的开始正时产生的压力波作为振动传递至爆震传感器时，爆震传感器的信号出现有意的变化。通过检测该有意的变化，能够取得爆震发生正时(D)。从自着火开始正时(A)到爆震发生正时(D)的延迟与从自着火开始正时(A)到爆震振幅最大正时(C)的延迟相比较，小到能够无视的程度，难以受到与上述的热发生率有关系的要素的影响。故而，认为如果基于爆震发生正时(D)则能够高精度地推定自着火开始正时(A)。
本申请的发明人进行实验，关于爆震振幅最大正时和爆震发生正时分别调查了与自着火开始正时的相关性，将该结果在图表中示出。在实验中，关于一边改变发动机转速、燃料喷射量、EGR率、空气量以及进气温度一边进行了基于HCCI燃烧的运转的情况下的约100点工作点，收集了图3所示那样的数据。根据所收集到的数据确定自着火开始正时、爆震振幅最大正时以及爆震发生正时，绘制成图表后的图是图4以及图5。图4表示自着火开始正时与爆震振幅最大正时的相关性，图5表示自着火开始正时与爆震发生正时的相关性。2个图表的纵轴都是曲轴角度，刻度(scale)相等。另外，2个图表的横轴都是曲轴角度，刻度相等。
根据图4的图表可知，在自着火开始正时与爆震振幅最大正时之间可看出一定的相关性，但是相对于近似直线的波动不小。也就是说，两者的相关性没有高到能够使用近似直线从爆震振幅最大正时高精度地推定自着火开始正时的程度。与此相对，根据图5的图表可知，自着火开始正时与爆震发生正时的相关性高，相对于近似直线的波动小。若存在这样的高相关性，则能够使用近似直线从爆震发生正时高精度地推定自着火开始正时。
根据以上的理由，在本申请中，控制装置30构成为基于爆震发生正时算出自着火开始正时。爆震发生正时取得单元40是对爆震传感器10的信号进行处理而取得爆震发生正时的单元，构成为通过下述的各实施方式的方法取得爆震发生正时。自着火开始正时算出单元42构成为以图5所示的相关关系作为前提，基于爆震发生正时算出自着火开始正时。此外，爆震发生正时取得单元40和自着火开始正时算出单元42构成本申请的权利要求中记载的自着火开始正时算出单元。
所算出的自着火开始正时在控制装置30用于对内燃机2的控制。致动器操作量决定单元44构成为基于自着火开始正时来决定致动器操作量的至少一个。通过致动器操作量决定单元44能够决定的致动器操作量包含燃料喷射量、燃料喷射正时、燃料喷射压力、点火正时(自着火燃烧为SACI燃烧的情况下的辅助点火正时)、空气量、EGR阀开度、进气门开闭正时、排气门开闭正时、臭氧供给量、进气温度、发动机冷却水温以及燃料性状。
3.实施方式1
以下，对本发明的实施方式1进行说明。首先，使用图6以及图7对实施方式1涉及的爆震发生正时的取得方法进行说明。图6是表示自着火燃烧开始前后的爆震传感器的信号的波形的图表。图7是以绝对值表现了图6所示的爆震传感器的信号的图表。从这些图表可知，若发生自着火燃烧，则能够与干扰下的信号的变化区分开的有意的变化在爆震传感器的信号中出现。作为检测该有意的变化的方法，在实施方式1中，使用将爆震传感器的信号的大小与预定的阈值进行比较的方法。
由于自着火燃烧急剧，因此，干扰下的信号和自着火燃烧的振动下的信号能够利用阈值被明确地区分开。在实施方式1中进行：将爆震传感器的信号的大小(即，信号的绝对值)与爆震判定阈值进行比较，取得爆震传感器的信号的大小超过了爆震判定阈值的正时，作为爆震发生正时。爆震判定阈值虽然可以是常数，但是，在实施方式1中根据内燃机2的运转状态而变更。具体地说，使用在输入中具有目标转矩(或燃料喷射量)的映射来算出爆震判定阈值。由于负荷越低爆震传感器的信号的电平越小，因此，在该映射中，目标转矩越小，则爆震判定阈值越小。此外，在决定爆震判定阈值的映射的输入中也可以加入发动机转速。
在实施方式1中，控制装置30基于内燃机2的运转状态决定目标自着火开始正时，实施用于使基于爆震发生正时算出的自着火开始正时接近目标自着火开始正时的反馈控制。通过根据爆震发生正时推定当前的自着火开始正时并进行反馈控制，能够在所有状况下(气温、气压、湿度等环境影响下、市场的燃料偏差等)控制成作为目标的自着火开始正时。其结果，能够使得实际燃油效率提高，驾驶性能提高，还能够恰当地保持排气排放。此外，作为自着火开始正时反馈控制涉及的致动器操作量，使用燃料喷射装置20的燃料喷射正时。
图8是示出实施方式1涉及的自着火开始正时反馈控制的例程的流程图。实施方式1涉及的控制装置30的存储器中存储有与图8所示的例程对应的程序。通过由处理器执行该程序，赋予控制装置30用于自着火开始正时反馈控制的功能。
在流程图的步骤S1中，判定内燃机2是否处于自着火运转中。进行自着火运转的运转区域是预先确定的。在该步骤中，判定由发动机转速和目标转矩决定的内燃机2的工作点是否进入了预先确定的自着火运转区域。在内燃机2不处于自着火运转中的情况下，自此之后的处理全部跳过，本例程结束。
在内燃机2处于自着火运转中的情况下，进行步骤S2的处理，接着进行步骤S3的判定。在步骤S2中，利用映射算出爆震判定阈值(NKth)。该映射是在输入中至少具有目标转矩(或燃料喷射量)的映射。在步骤S3中，判定爆震信号即爆震传感器10的信号的大小是否比爆震判定阈值大。如果爆震信号的大小为爆震判定阈值以下，则爆震信号没有出现能够与干扰下的信号的变化区分开的有意的变化。在该情况下，自此之后的处理全部跳过，本例程结束。
在爆震信号的大小比爆震判定阈值大的情况下，进行从步骤S4到步骤S6的处理。在步骤S4中，取得爆震信号的大小超过了爆震判定阈值的时间点，作为爆震发生正时(TNKst)。此外，从步骤S2到步骤S4的处理由爆震发生正时取得单元40进行。
在步骤S5中，基于在步骤S4中算出的爆震发生正时来算出自着火开始正时(NKTig)。自着火开始正时的计算例如使用以下的式子进行。在该式子中，α和β是图5所示的近似直线的系数。f(Engspd)是表示燃烧室内的压力变动成为发动机气缸体的振动为止的传递延迟的项，用Engspd(发动机转速)的函数表示。
NKTig＝α×TNKst+β+f(Engspd)
在上述的式子中，α、β、f(Engspd)通过基于使用了实际设备的实验结果的匹配(adaptation)来决定。不过，从自着火开始正时到爆震发生正时的延迟，与从自着火开始正时到爆震振幅最大正时的延迟相比较，较微小，因此，也可以将爆震发生正时直接视为自着火开始正时。此外，步骤S5的处理由自着火开始正时算出单元42进行。
在步骤S6中，利用映射算出目标自着火开始正时(TTig)。该映射是在输出中至少具有目标转矩或燃料喷射量、和发动机转速的映射。内燃机2的运转区域中存在优先发出转矩的区域、优先抑制燃烧噪声的区域等优先的性能不同的多个区域。自着火开始正时对这些性能产生影响，因此，在步骤S6中，进行根据运转区域来决定目标自着火开始正时。
接着，进行步骤S7的判定。在步骤S7中，计算在步骤S5中算出的自着火开始正时(NKTig)与在步骤S6中算出的目标自着火开始正时(TTig)之间的控制误差，判定该控制误差的大小是否比预定的修正控制判定阈值(Tigth)大。修正控制判定阈值既可以是常数，也可以利用映射而算出。自着火开始正时的影响根据运转区域而变化，因此，算出修正控制判定阈值的映射，优选在输入中具有目标转矩或燃料喷射量、和发动机转速。在控制误差的大小为修正控制判定阈值以下的情况下，跳过剩下的处理，本例程结束。
在控制误差的大小超过修正控制判定阈值的情况下，进行步骤S8的处理。在步骤S8中，根据在步骤S7中计算出的控制误差的符号来变更燃料的喷射正时。在控制误差为负的情况下、也就是说自着火开始正时比目标自着火开始正时提前的情况下，喷射正时被延迟。在控制误差为正的情况下、也就是说自着火开始正时比目标自着火开始正时延迟的情况下，喷射正时被提前。此外，从步骤S6到步骤S8的处理由致动器操作量决定单元44进行。
以上的例程，针对内燃机2的各气缸以循环为单位来执行。不过，在步骤S1到步骤S7的处理与步骤S8的处理之间存在1循环的错开。在本次循环中执行的步骤S1到步骤S7的处理的结果，反映于在下次循环中执行的步骤S8的处理。
4.实施方式2
接着，对本发明的实施方式2进行说明。实施方式2，在爆震发生正时的取得方法中具有特征。在实施方式2中，与实施方式1同样地，作为取得爆震发生正时的方法，使用将爆震信号的大小与爆震判定阈值进行比较的方法。不过，在实施方式1中，利用映射算出爆震判定阈值，与此相对，在实施方式2中，利用与此不同的方法算出爆震判定阈值。
在实施方式2中，为了更准确地将干扰下的信号和自着火燃烧的振动下的信号区分开，进行根据干扰的等级来变更爆震判定阈值。具体地说，实施方式2涉及的控制装置30算出确实没有发生自着火燃烧的期间中的爆震信号的标准偏差。并且，将标准偏差的整数倍的值(例如5～10×σ，统计上波动不会超过的值)设定为爆震判定阈值。确实没有发生自着火燃烧的期间例如是指明显不具备发生自着火燃烧的条件的期间。在实施方式2中，如图9所示，以比爆震振幅最大正时(CANKMX)靠提前侧预定期间(CAth)的正时作为基准，将比该正时靠提前侧的期间作为标准偏差的算出期间。此外，预定期间例如是30～40deg。另外，如果内燃机2是直列四气缸发动机，则优选标准偏差算出期间的起始是BTDC90。
图10是表示实施方式2涉及的自着火开始正时反馈控制的主例程的流程图。图11是表示在主例程中调出的用于取得爆震发生正时的子例程的流程图。实施方式2涉及的控制装置30的存储器中存储有与图10所示的主例程对应的程序和与图11所示的子例程对应的程序。通过由处理器执行这些程序，赋予控制装置30用于自着火开始正时反馈控制的功能。
首先，根据图10所示的主例程的流程图进行说明。在该流程图的步骤S11中，判定内燃机2是否处于自着火运转中。该判定方法如实施方式1涉及的流程图的步骤S1中说明的那样。在内燃机2不处于自着火运转中的情况下，自此之后的处理全部跳过，本例程结束。
在内燃机2处于自着火运转中的情况下，进行步骤S12到步骤S14的处理。在步骤S12中，调出用于取得爆震发生正时(TNKst)的子例程并执行。关于子例程的详细内容将在后面描述。此外，步骤S12的处理由爆震发生正时取得单元40执行。
在步骤S13中，基于在步骤S12中算出的爆震发生正时来算出自着火开始正时(NKTig)。该算出方法如实施方式1涉及的流程图的步骤S5中说明的那样。此外，步骤S13的处理由自着火开始正时算出单元42执行。
在步骤S14中，利用映射算出目标自着火开始正时(TTig)。映射的内容如实施方式1涉及的流程图的步骤S6中说明的那样。
接着，进行步骤S15的判定。在步骤S15中，计算在步骤S13中算出的自着火开始正时(NKTig)与在步骤S14中算出的目标自着火开始正时(TTig)之间的控制误差，判定该控制误差的大小是否比修正控制判定阈值(Tigth)大。在控制误差的大小为修正控制判定阈值以下的情况下，跳过剩下的处理，本例程结束。
在控制误差的大小超过修正控制判定阈值的情况下，进行步骤S16的处理。该处理的内容如实施方式1涉及的流程图的步骤S8中说明的那样。此外，步骤S14到步骤S16的处理由致动器操作量决定单元44进行。
以上的主例程，针对内燃机2的各气缸以循环为单位来执行。不过，在步骤S11到步骤S15的处理与步骤S16的处理之间存在1循环的错开。在本次循环中执行的步骤S11到步骤S15的处理的结果，反映于在下次循环中执行的步骤S16的处理。
接着，对图11所示的子例程的流程图进行说明。在该流程图的步骤S21中，从爆震传感器10取得爆震信号。爆震传感器10基本上在发动机气缸体安装有1个，因此，爆震信号以用气缸数除720deg而得的间隔取得。例如在四气缸发动机的情况下，以180deg间隔取得爆震信号。更具体而言，将从BTDC90deg至ATDC90deg作为1组(set)来取得爆震信号。
在步骤S22中，算出在步骤S21中取得了爆震信号的期间内爆震信号的振幅成为最大的正时、即爆震振幅最大正时(CANKMX)。
在步骤S23中，以在步骤S22中算出的爆震振幅最大正时(CANKMX)为基准来决定标准偏差算出期间。标准偏差算出期间例如是从BTDC90到比爆震振幅最大正时(CANKMX)靠提前侧预定期间的正时(CAth)。并且，通过对标准偏差算出期间内的爆震信号进行统计处理，算出标准偏差(σ)。
在步骤S24中，算出对标准偏差(σ)乘以常数(Kth)而得到的值作为爆震判定阈值。并且，判定爆震信号的大小是否比爆震判定阈值(Kth×σ)大。如果爆震信号的大小为爆震判定阈值以下，则爆震信号没有出现能够与干扰下的信号的变化区分开的有意的变化。在该情况下，跳过剩下的处理，本子例程结束。
在爆震信号的大小比爆震判定阈值大的情况下，进行步骤S25的处理。在步骤S25中，取得爆震信号的大小超过了爆震判定阈值的时间点作为爆震发生正时(TNKst)。
根据以上的子例程，根据施加于爆震信号的干扰的大小来自动地变更爆震判定阈值，因此，能够准确地将干扰下的信号和自着火燃烧的振动下的信号区分开，能够高精度地取得爆震发生正时。
5.实施方式3
接着，对本发明的实施方式3进行说明。实施方式3也在爆震发生正时的取得方法中有特征。在实施方式3中，与实施方式1以及2不同，作为取得爆震发生正时的方法，使用基于爆震信号的波形的方法。
根据实施方式3涉及的方法，如图12所示，在将爆震信号的绝对值设为Y轴，将曲轴角设为X轴的正交坐标系中，取比爆震振幅最大正时(CANKMX1)靠提前侧、并且确实发生了自着火燃烧的期间中的多个极大点。确实发生了自着火燃烧的期间，例如能够根据爆震信号的大小来判断。在图12所示的例子中，取包含与爆震振幅最大正时(CANKMX1)对应的极大点在内的5个极大点。基于这5个极大点的坐标(CANKMX1，NKMX1)、(CANKMX2，NKMX2)、(CANKMX3，NKMX3)、(CANKMX4，NKMX4)、(CANKMX5，NKMX5)，例如能够通过最小二乘法，画出将极大点的关系近似而成的近似直线。实施方式3涉及的控制装置30取得近似直线与X轴的交点的X值作为爆震发生正时。
图13是表示用于爆震发生正时取得的子例程的流程图。该子例程在自着火开始正时反馈控制的主例程中被调出。主例程与实施方式2共通，在图10中示出。实施方式3涉及的控制装置30的存储器中存储有与图10所示的主例程对应的程序和与图13所示的子例程对应的程序。通过由处理器执行这些程序，赋予控制装置30用于自着火开始正时反馈控制的功能。
在流程图的步骤S31中，从爆震传感器10取得爆震信号。爆震信号的取得方法如实施方式2涉及的流程图的步骤S21中说明的那样。
在步骤S32中，算出在步骤S31中取得了爆震信号的期间内的爆震信号的最大振幅值(NKMX1)和爆震振幅最大正时(CANKMX1)。
在步骤S33中，在比爆震振幅最大正时(CANKMX1)靠提前侧的期间内，算出4点极大点的峰值振幅值(NKMX2～5)以及正时(CANKMX2～5)。与在步骤S32中算出的振幅最大点的最大振幅值(NKMX1)以及正时(CANKMX1)合在一起，汇集共计5点极大点的坐标信息。
在步骤S34中，基于共计5点极大点的坐标信息(CANKMX1～5，NKMX1～5)，算出用一次函数将极大点的关系近似而成的近似直线。此外，也可以取代近似直线，而使用用二次函数将极大点的关系近似而成的近似曲线。
在步骤S35中，算出在步骤S34中算出的近似直线或近似曲线与X轴的交点的X值、即在近似直线或近似曲线中使爆震信号的值为零的情况下的曲轴角。并且，取得所算出的曲轴角作为爆震发生正时。
通过该子例程取得的爆震发生正时读入主例程，用于自着火开始正时的算出。此外，该子例程由爆震发生正时取得单元40执行。
根据以上的子例程，不使用出现有意的变化之前的爆震信号，而使用出现了有意的变化之后的爆震信号，推测爆震信号出现了有意的变化的正时、也就是说爆震发生正时。出现了有意的变化之后的爆震信号的S/N比高，因此，根据该方法，能够将干扰对爆震发生正时的推定精度的影响抑制为低，进而，能够将干扰对自着火开始正时的推定精度的影响抑制为低。
6.实施方式4
接着，对本发明的实施方式4进行说明。图14是表示根据运转条件的爆震信号的电平的差异的图。图14的第一段是表示自着火燃烧下的缸内压力的波形的图表。第二段是表示通过爆震传感器得到的爆震信号的波形的图表。第三段是表示根据缸内压力计算出的热发生率的波形的图表。各个图表按各条件A、B、C准备。在以条件A为基准条件时，条件B与条件A相比为低负荷，条件C与条件A相比燃烧正时延迟。
爆震信号的电平取决于燃烧速度而变化。在将条件A与条件B进行比较的情况下，在相对地高负荷的条件A下，燃烧速度快，爆震信号的电平高，但是在相对地低负荷的条件B下，燃烧速度慢，爆震信号的电平也低。另外，在对条件A与条件C进行比较的情况下，在燃烧正时相对地提前侧的条件A下，燃烧速度快，爆震信号的电平高，但是在相对地低负荷的条件C下，燃烧速度慢，爆震信号的电平也低。如果爆震信号的电平变低，则爆震信号中出现的有意的变化也会相对地不明了。具体地说，在条件A下，爆震信号超过爆震判定阈值的爆震发生正时是明了的，但是，在条件B下，爆震信号超过爆震判定阈值的爆震发生正时是不明了的。进而，在条件C下，由于爆震信号未超过爆震判定阈值，因此得不到爆震发生正时。
于是，在实施方式4中，基于爆震信号的最大振幅值变更自着火开始正时的算出方法。具体地说，实施方式4涉及的控制装置30，在爆震信号的最大振幅值比预定的下限值大的情况下，与实施方式1-3同样地基于爆震发生正时算出自着火开始正时，但是，在爆震信号的最大振幅值为下限值以下的情况下，基于爆震振幅最大正时算出自着火开始正时。这是因为，即使在条件C那样的情况下，爆震信号的振幅也会在某正时成为最大。同爆震发生正时与自着火开始正时的相关性相比较，爆震振幅最大正时与自着火开始正时的相关性并不高。但是，若仅在爆震发生正时不明了的情况下使用爆震振幅最大正时，则能够拓宽可实施自着火开始正时反馈控制的运转区域。
图15是示出实施方式4涉及的自着火开始正时反馈控制的主例程的流程图。在主例程中，调出用于爆震发生正时取得的子例程。子例程与实施方式2或3共通，在图11或图13中示出。实施方式4涉及的控制装置30的存储器中存储有与图15所示的主例程对应的程序和与图11或图13所示的子例程对应的程序。通过由处理器执行这些程序，赋予控制装置30用于自着火开始正时反馈控制的功能。
在流程图的步骤S41中，判定内燃机2是否处于自着火运转中。该判定方法，如实施方式1涉及的流程图的步骤S1中说明的那样。在内燃机2不处于自着火运转中的情况下，自此之后的处理全部跳过，本例程结束。
在内燃机2处于自着火运转中的情况下，进行步骤S42到步骤S44的处理。在步骤S42中，从爆震传感器10取得爆震信号。爆震信号的取得方法如实施方式2涉及的流程图的步骤S21中说明的那样。
在步骤S43中，算出在步骤S42中取得了爆震信号的期间内的爆震信号的最大振幅值(NKMX)和爆震振幅最大正时(CANKMX)。
在步骤S44中，以在步骤S43中算出的爆震振幅最大正时(CANKMX)作为基准来决定标准偏差算出期间。并且，通过对标准偏差算出期间内的爆震信号进行统计处理，来算出标准偏差(σ)。
接着，进行步骤S45的判定。在步骤S45中，算出对标准偏差(σ)乘以常数(NKth)而得到的值作为下限值。并且，判定爆震信号的大小是否比下限值(NKth×σ)大。在此使用的常数(NKth)比在爆震判定阈值的计算中所使用的常数(Kth)大。
在爆震信号的大小比下限值大的情况下，进行步骤S46以及S47的处理。在步骤S46中，调出用于取得爆震发生正时(TNKst)的子例程并执行。此外，步骤S46的处理由爆震发生正时取得单元40进行。
在步骤S47中，基于在步骤S46中算出的爆震发生正时(TNKst)算出自着火开始正时(NKTig)。该算出方法如实施方式1涉及的流程图的步骤S5中说明的那样。
另一方面，在爆震信号的大小为下限值以下的情况下，进行步骤S48的处理。在步骤S48中，基于在步骤S43中算出的爆震振幅最大正时(CANKMX)算出自着火开始正时(NKTig)。自着火开始正时的计算例如使用以下的式子进行。在该式中，α1和β1是常数，通过基于使用了实际设备的实验结果的匹配来决定。此外，步骤S42到S45的处理和步骤S47以及S48的处理由自着火开始正时算出单元42进行。
NKTig＝α1×CANKMX+β1+f(Engspd)
在步骤S49中，利用映射算出目标自着火开始正时(TTig)。映射的内容如实施方式1涉及的流程图的步骤S6中说明的那样。
接着，进行步骤S50的判定。在步骤S50中，计算在步骤S47或S48中算出的自着火开始正时(NKTig)与在步骤S49中算出的目标自着火开始正时(TTig)之间的控制误差，判定该控制误差的大小是否比修正控制判定阈值(Tigth)大。在控制误差的大小为修正控制判定阈值以下的情况下，跳过剩下的处理，本例程结束。
在控制误差的大小超过修正控制判定阈值的情况下，进行步骤S51的处理。该处理的内容如实施方式1涉及的流程图的步骤S8中说明的那样。此外，步骤S49到步骤S51的处理由致动器操作量决定单元44进行。
以上的主例程，针对内燃机2的各气缸以循环为单位来执行。不过，在步骤S41到步骤S50的处理与步骤S51的处理之间存在1循环的错开。在本次循环中执行的步骤S41到步骤S50的处理的结果，反映于在下次循环中执行的步骤S51的处理。
7.实施方式5
接着，对本发明的实施方式5进行说明。图16是根据本申请的发明人所进行的使用了实际设备的实验结果得到的、表示爆震信号的最大振幅与自着火正时的算出值相对于真实值的误差的关系的图表。如该图表所示，判明了若爆震信号的最大振幅值(NKMX)比某下限值低，则自着火开始正时的算出值与真实值相比向延迟侧偏离，爆震信号的最大振幅值(NKMX)越低，则该误差(NKTig误差)越大。
于是，在实施方式5中，基于爆震信号的最大振幅值来修正自着火开始正时。具体地说，实施方式5涉及的控制装置30，在爆震信号的最大振幅值比预定的下限值大的情况下，与实施方式1-3同样地基于爆震发生正时算出自着火开始正时，但是在爆震信号的最大振幅值为下限值以下的情况下，将基于爆震发生正时算出的自着火开始正时向提前侧修正，爆震信号的最大振幅值越小，则使自着火开始正时的算出值向提前侧的修正量越大。通过进行这样的修正，自着火开始正时的算出值与真实值的误差减小，自着火开始正时反馈控制的精度提高。
图17是表示实施方式5涉及的自着火开始正时反馈控制的主例程的流程图。在主例程中，调出用于爆震发生正时取得的子例程。子例程与实施方式2或3共通，在图11或图13中示出。实施方式5涉及的控制装置30的存储器中存储有与图17所示的主例程对应的程序和与图11或图13所示的子例程对应的程序。通过由处理器执行这些程序，赋予控制装置30用于自着火开始正时反馈控制的功能。
在流程图的步骤S61中，判定内燃机2是否处于自着火运转中。该判定方法如实施方式1涉及的流程图的步骤S1中说明的那样。在内燃机2不处于自着火运转中的情况下，自此之后的处理全部跳过，本例程结束。
在内燃机2处于自着火运转中的情况下，进行步骤S62到步骤S65的处理。在步骤S62中，调出用于取得爆震发生正时(TNKst)的子例程并执行。此外，步骤S62的处理由爆震发生正时取得单元40进行。
在步骤S63中，基于在步骤S62中算出的爆震发生正时算出自着火开始正时(NKTig)。该算出方法如实施方式1涉及的流程图的步骤S5中说明的那样。
在步骤S64中，通过对标准偏差算出期间内的爆震信号进行统计处理来算出标准偏差(σ)。标准偏差算出期间的算出方法如实施方式2涉及的流程图的步骤S23中说明的那样。
在步骤S65中，算出爆震信号的最大振幅值(NKMX)。
接着，进行步骤S66的判定。在步骤S66中，算出对标准偏差(σ)乘以常数(NKth2)而得到的值作为下限值。并且，判定爆震信号的大小是否比下限值(NKth2×σ)大。在此使用的常数(NKth2)比在爆震判定阈值的计算中所使用的常数(Kth)大。
在爆震信号的大小为下限值以下的情况下，进行步骤S67的处理。在步骤S67中，基于图16所示的爆震信号的最大振幅值(NKMX)与自着火开始正时的误差(NKTig误差)的关系，对在步骤S63中算出的自着火开始正时(NKTig)进行修正。爆震信号的最大振幅值比下限值越小，则使自着火开始正时向提前侧的修正量越大。此外，步骤S63到步骤S67的处理由自着火开始正时算出单元42进行。
在步骤S68中，利用映射算出目标自着火开始正时(TTig)。映射的内容如实施方式1涉及的流程图的步骤S6中说明的那样。
接着，进行步骤S69的判定。在步骤S69中，计算在步骤S68中算出的自着火开始正时(NKTig)或在步骤S67中修正后的自着火开始正时(NKTig)与在步骤S68中算出的目标自着火开始正时(TTig)之间的控制误差，判定该控制误差的大小是否比修正控制判定阈值(Tigth)大。在控制误差的大小为修正控制判定阈值以下的情况下，跳过剩下的处理，本例程结束。
在控制误差的大小超过修正控制判定阈值的情况下，进行步骤S70的处理。该处理的内容如实施方式1涉及的流程图的步骤S8中说明的那样。此外，步骤S68到步骤S70的处理由致动器操作量决定单元44进行。
以上的主例程，针对内燃机2的各气缸以循环为单位来执行。不过，在步骤S61到步骤S69的处理与步骤S70的处理之间存在1循环的错开。在本次循环中执行的步骤S61至步骤S69的处理的结果，反映于在下次循环中执行的步骤S70的处理。
8.其他实施方式
在实施方式3中，在用于对近似直线或近似曲线进行近似的极大点的点数少的情况下，难以从近似直线或近似曲线取得精度高的爆震发生正时。故而，在由于爆震信号的电平低而没能取得预定点数(例如，3～5点)的极大点的情况下，可以基于爆震信号的最大振幅值来变更自着火开始正时的算出方法。具体地说，在成功取得的极大点的点数为预定点数以上的情况下，基于通过实施方式3的方法取得的爆震发生正时算出自着火开始正时，但是在成功取得的极大点的点数比预定点数少的情况下，可以基于爆震振幅最大正时算出自着火开始正时。
另外，在上述的实施方式中，致动器操作量决定单元44决定作为用于自着火发生正时反馈控制的致动器操作量的燃料喷射正时，但是，致动器操作量决定单元44也可以决定将自着火发生正时作为输入的前馈控制的致动器操作量。

Claims (7)

1.一种内燃机的控制装置，是使预混合气自着火燃烧的内燃机的控制装置，所述控制装置构成为取入安装于所述内燃机的爆震传感器的信号并进行处理，
其特征在于，具备：
自着火开始正时算出单元，其基于所述爆震传感器的信号出现了有意的变化的正时来算出自着火开始正时；和
致动器操作量决定单元，其基于所述自着火开始正时来决定用于控制所述内燃机的工作的致动器的操作量。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述自着火开始正时算出单元，取得所述爆震传感器的信号的大小超过了预定的阈值的正时，作为所述出现了有意的变化的正时。
3.根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述自着火开始正时算出单元，计算确实没有发生自着火燃烧的期间中的所述爆震传感器的信号的波动，根据所述爆震传感器的信号的波动来变更所述阈值。
4.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述自着火开始正时算出单元，将所述爆震传感器的信号的振幅成为最大的正时作为基准来决定计算所述爆震传感器的信号的波动的期间。
5.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述自着火开始正时算出单元，在将所述爆震传感器的信号的大小设为Y轴、将曲轴角或时间设为X轴的正交坐标系中，取多个极大点，并取得将多个所述极大点的关系近似而成的直线或曲线与所述X轴的交点的X值，作为所述出现了有意的变化的正时，所述极大点是比所述爆震传感器的信号的振幅成为了最大的正时靠提前侧的、确实发生了自着火燃烧的期间中的极大点。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述自着火开始正时算出单元，在所述爆震传感器的信号的振幅的最大值比预定的下限值大的情况下，基于所述出现了有意的变化的正时算出所述自着火开始正时，在所述最大值为所述下限值以下的情况下，基于所述爆震传感器的信号的振幅成为了最大的正时算出所述自着火开始正时。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述自着火开始正时算出单元，在所述爆震传感器的信号的振幅的最大值为预定的下限值以下的情况下，将基于所述出现了有意的变化的正时算出的所述自着火开始正时向提前侧修正，所述最大值越小，则使所述自着火开始正时向提前侧的修正量越大。
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