CN108730057B - 内燃机的异常燃烧检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明即使在爆震和提前燃烧的振动大小和发生时刻相同的情况下，也能确定爆震和提前燃烧而不助长提前燃烧。在检测到无法确定是爆震还是提前燃烧的异常燃烧的情况下，将点火时刻提前，此时若异常燃烧强度增加则判定为爆震，若点火时刻与异常燃烧发生时刻的差扩大则判定为提前燃烧。

Description

内燃机的异常燃烧检测装置
技术领域
本发明涉及对内燃机中发生的爆震、提前燃烧引起的异常燃烧进行检测的内燃机的异常燃烧检测装置。
背景技术
以往，已知有通过爆震传感器检测作为内燃机(以下也称为发动机)中发生的异常燃烧之一的爆震的方法。已知若在发动机的运转中发生爆震，则根据发动机、爆震的振动模式而产生固有频带的振动，爆震检测即通过测定该固有频率的振动强度来进行。
爆震引起的异常燃烧如下所述。
首先，利用火花塞进行火花点火后，火焰以火花塞为中心扩大。这时，远离火花塞的部位中存在的未燃烧的混合气体(尾气)被压向活塞、气缸壁面而形成高温高压状态。其结果导致在尾气自燃时产生冲击波。由此，考虑会产生缸内压力、发动机组振动、金属噪音。
作为发动机中发生的其它异常燃烧，还已知有提前燃烧(以下也称为早燃)。被称为早燃的异常着火例如考虑有下述两种情况。
首先，第一，考虑火花塞、缸内沉积物达到高温，它们作为热源而引起着火的情况。第二，考虑在压缩比较高时，在压缩冲程中混合气体达到高温、高压状态从而引起自燃的情况。这种情况下，有时也伴随有缸内压力、发动机组振动、金属噪音。
近年逐步引入的在低速区域中高输出化的直喷涡轮发动机中，存在低速区域中发生早燃的问题，这被称为低速早燃(LSPI：Low SpeedPre-Ignition)。
在发生了早燃的情况下，由于有时也伴随有发动机振动，因此提出了应用上述的爆震检测方法来检测早燃的方法。作为该方法，已知有例如日本专利特开2013-160200号公报(专利文献1)、日本专利特开2013-142333号公报(专利文献2)所公开的那样，基于异常燃烧的振幅大小和发生时刻，来检测早燃的方法。
作为抑制爆震的方法，一般已知有例如日本专利特开2002-357156号公报(专利文献3)所公开的那样，使点火时刻延迟的方法。作为抑制早燃的方法，已知有例如日本专利特开平08-319931号公报(专利文献4)、日本专利特开昭61-187558号公报(专利文献5)、日本专利特开2015-014229号公报(专利文献6)所公开的那样，使进气量降低的方法、使燃料喷射量增加的方法、将燃料喷射量的增量和点火时刻的提前相组合的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2013-160200号公报
专利文献2：日本专利特开2013-142333号公报
专利文献3：日本专利特开2002-357156号公报
专利文献4：日本专利特开平08-319931号公报
专利文献5：日本专利特开昭61-187558号公报
专利文献6：日本专利特开2015-014229号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，上述现有技术存在以下问题。即，在基于异常燃烧的振动大小和发生时刻来检测早燃的以往的方法中，检测与控制中可能发生的爆震相比振动较大的早燃，但早燃发生时的振幅大小各异，在振幅大小和发生时刻与爆震相同的情况下的早燃无法检测，从而会将早燃误判定为爆震。若误判定为爆震而延迟点火时刻，则燃烧效率降低，随之废气的温度上升，导致缸内温度的上升。若缸内温度上升，则在下一个压缩冲程成为容易发生早燃的状态，存在助长了早燃的问题。进而，在误判定为爆震的期间，由于持续延迟点火时刻，因此产生大幅的转矩持续下降的问题。
上述抑制早燃的现有方法对于爆震的抑制也是有效的方法，但由于点火时刻的延迟而导致输出降低、油耗恶化，从而存在下述问题：对于通常运转状态下频繁出现的爆震无法积极地实施抑制，而不得不在早燃确定后实施。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种内燃机的异常燃烧检测装置，即使在爆震与提前燃烧的振动的大小和发生时刻相同的情况下，也能确定爆震和提前燃烧，而不会助长提前燃烧。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明涉及的内燃机的异常燃烧检测装置具有：检测内燃机的运转状态的运转状态检测装置；以及基于来自上述运转状态检测装置的输出信号控制上述内燃机的控制装置，上述控制装置包括：
点火时刻控制部，该点火时刻控制部根据上述运转状态控制点火时刻；曲柄角度检测部，该曲柄角度检测部检测上述内燃机的曲柄角度；异常燃烧振动计算部，该异常燃烧振动计算部基于设置于上述内燃机的燃烧状态检测装置的输出信号，求出异常燃烧振动的大小；异常燃烧振动发生时刻计算部，该异常燃烧振动发生时刻计算部基于设置于上述内燃机的燃烧状态检测装置的输出信号，求出异常燃烧振动发生时刻；异常燃烧相对发生期间计算部，该异常燃烧相对发生期间计算部计算上述点火时刻与异常燃烧发生时刻的相对期间；异常燃烧检测部，该异常燃烧检测部对在上述异常燃烧振动的大小超过预先设定的异常燃烧判定阈值时发生了异常燃烧的情况进行检测；爆震强度计算部，该爆震强度计算部将超过上述异常燃烧判定阈值的量计算为爆震强度；异常燃烧种类判定部，该异常燃烧种类判定部基于上述异常燃烧振动发生时刻，判定是爆震、提前燃烧或非确定异常燃烧中的某一种；以及非确定异常燃烧控制部，在由上述异常燃烧种类判定部判定为非确定异常燃烧的情况下，该非确定异常燃烧控制部使得根据上述运转状态设定的点火时刻提前，在提前了点火时刻时，若爆震强度增加则判定为爆震，若异常燃烧相对发生期间扩大则判定为提前燃烧。
发明效果
根据本发明涉及的内燃机的异常燃烧检测装置，利用上述结构，在检测到无法确定为爆震或提前燃烧的异常燃烧的情况下，不进行助长提前燃烧的点火时刻的延迟而使点火时刻提前。这时，若异常燃烧的振动的大小增加则能判定为爆震，若点火时刻与异常燃烧发生时刻的期间扩大则能判定为提前燃烧。由此，能在不助长提前燃烧的情况下确定爆震和提前燃烧。
附图说明
图1是本发明的实施方式1涉及的内燃机的简要结构图。
图2是本发明的实施方式1涉及的内燃机的控制装置的框图。
图3是本发明的实施方式1涉及的内燃机的控制装置的硬件结构图。
图4A是对本发明的实施方式1涉及的爆震发生时的点火时刻提前之前的爆震传感器信号的变化进行说明的时序图。
图4B是对本发明的实施方式1涉及的爆震发生时的点火时刻提前之后的爆震传感器信号的变化进行说明的时序图。
图5A是对本发明的实施方式1涉及的提前燃烧发生时的点火时刻提前之前的爆震传感器信号的变化进行说明的时序图。
图5B是对本发明的实施方式1涉及的提前燃烧发生时的点火时刻提前之后的爆震传感器信号的变化进行说明的时序图。
图6是表示本发明的实施方式1涉及的内燃机的控制装置的处理的流程图。
图7是对本发明的实施方式1涉及的非确定异常燃烧控制部的处理进行说明的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明涉及的内燃机的异常燃烧检测装置的优选实施方式进行说明。此外，各图中对相同或相当的部分标注相同标号来进行说明。
实施方式1
图1是实施方式1涉及的内燃机1的简要结构图。另外，内燃机1包括多个气缸2以及活塞3，但图1中为了方便，仅示出一个气缸2以及一个活塞3。内燃机1以及后述的控制装置4搭载于车辆，内燃机1成为车辆(车轮)的驱动力源。
1.内燃机1的结构
首先，对内燃机1的结构进行说明。内燃机1具有将空气和燃料的混合气体进行燃烧的气缸2。内燃机1包括向气缸2提供空气的进气路径5、以及使气缸2中燃烧过的废气排出的排气路径6。内燃机1包括使进气路径5开闭的节流阀7。节流阀7由利用电动机(未图示)来进行开闭驱动的电子控制式节流阀构成，该电动机由控制装置4来进行控制。节流阀7处设有输出与节流阀7的开度相对应的电信号的节流开度传感器8。
在进气路径5的最上游部，设有对吸入进气路径5中的空气进行净化的空气净化器9。在节流阀7的上游侧的进气路径5设置有输出与吸入进气路径5中的吸入空气流量相对应的电信号的气流传感器10。节流阀7下游侧的进气路径5的部分被设为进气歧管11，与多个气缸2连结。进气歧管11的上游侧的部分被设为抑制进气波动的调压室(surge tank)。
进气歧管11处设有输出与进气歧管11内的气体的压力即歧管压力相对应的电信号的歧管压传感器12。另外，也可仅设置气流传感器10及歧管压传感器12中的任一方。
进气歧管11下游侧的部分设置有喷射燃料的喷射器13。另外，喷射器13也可以设置为直接向气缸2内喷射燃料。
在气缸2的顶部设有对空气与燃料的混合气体进行点火的火花塞14、以及将点火能量提供给火花塞14的点火线圈15。此外，在气缸2的顶部设置有调节从进气路径5吸入气缸2内的吸入空气量的进气阀16、以及调节从气缸2内排出至排气路径6的废气量的排气阀17。进气阀16设有使其阀开闭定时可变的进气可变阀定时机构。进气可变阀定时机构具有使进气阀16的开闭定时变化的电动致动器(未图示)。
在内燃机1的曲柄轴设置有信号板，在该信号板的外周以预先设定的角度间隔设置了多个齿部。曲柄角传感器18与曲柄轴的信号板的齿部相对并固定于气缸体，输出与齿部的通过相同步的脉冲信号。虽省略图示，但在内燃机1的凸轮轴设置有信号板，在该信号板的外周以预先设定的角度间隔设置了多个齿部。凸轮角传感器19与凸轮轴的信号板的齿部相对并固定，输出与齿部的通过相同步的脉冲信号。
控制装置4基于曲柄角传感器18以及凸轮角传感器19的两种输出信号，利用曲柄角度检测部(未图示)对以各火塞3的上止点为基准的曲柄角度进行检测，并判断各气缸2的冲程。
在气缸体固定有作为燃烧状态检测装置发挥作用的爆震传感器20。爆震传感器20由压电元件等构成，输出与内燃机1的振动相对应的信号(振动波形信号)。
2.控制装置4的结构
接着，对控制装置4进行说明。控制装置4是以内燃机1为控制对象的控制装置。如图2的框图所示，控制装置4包括控制部，该控制部包含：爆震信号计算部4a、作为异常燃烧检测部的爆震判定阈值计算部4b、爆震强度计算部4c、异常燃烧种类判定部4d、非确定异常燃烧控制部4e、早燃控制部4f、以及爆震控制部4g。控制装置4的各控制部4a～4g等利用控制装置4所具备的处理电路来实现。具体而言，控制装置4如图3所示，构成为包含CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等运算处理装置(计算机)30、与运算处理装置30进行数据交换的存储装置31、向运算处理装置30输入外部的信号的输入电路32、以及从运算处理装置30向外部输出信号的输出电路33来作为处理电路。
作为存储装置31，包括构成为能从运算处理装置30读取并写入数据的RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)31a、构成为能从运算处理装置30读取数据的ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)31b等。输入电路32与各种传感器、开关相连接，并具备将这些传感器、开关的输出信号输入至运算处理装置30的A/D转换器(未图示)等。输出电路33包括与电负载相连接，并从运算处理装置30向这些电负载输出控制信号的驱动电路(未图示)等。
此外，运算处理装置30执行存储在ROM31b等存储装置31中的软件(程序)，并与存储装置31、输入电路32、以及输出电路33等控制装置4的其它硬件进行协作，由此来实现控制装置4所具备的各控制部4a～4g等的各功能。另外，各控制部4a～4g等使用的阈值等设定数据作为软件(程序)的一部分存储在ROM31b等存储装置31中。
本实施方式中，输入电路32连接有气流传感器10、节流开度传感器8、歧管压传感器12、曲柄角传感器18、凸轮角传感器19、爆震传感器20、以及油门位置传感器34等检测内燃机1的运转状态的运转状态检测装置。输出电路33连接有节流阀7(电动机)、喷射器13、由进气可变阀定时机构所构成的进气阀16、以及点火线圈15等。另外，控制装置4还连接有未图示的各种传感器、开关以及致动器等。
控制装置4基于气流传感器10或歧管压传感器12的输出信号等检测吸入空气量，基于节流开度传感器8的输出信号检测节流开度，基于油门位置传感器34的输出信号检测油门开度。控制装置4基于曲柄角传感器18及凸轮角传感器19的输出信号，检测曲柄轴的角度和转速、及进气阀16的开闭定时。
作为基本的控制，控制装置4基于所输入的各种传感器的输出信号等计算燃料喷射量、点火时刻等，并对喷射器13及点火线圈15等进行驱动控制。控制装置4基于油门开度等，计算驾驶员所要求的内燃机1的输出转矩，并对节流阀7等进行控制，以达到实现该要求输出转矩的吸入空气量。
具体而言，控制装置4计算目标节流开度，并对节流阀7的电动机进行驱动控制，使得节流开度接近目标节流开度。此外，控制装置4基于内燃机1的曲柄轴的转速及吸入空气量等，计算进气阀16的目标开闭定时，并对进气可变阀定时机构的电动致动器进行驱动控制，使得进气阀16的开闭定时接近目标开闭定时。由此，控制装置4包括控制点火时刻的点火时刻控制部(未图示)。
<爆震信号计算部4a的结构>
接着，对爆震信号计算部4a进行说明。爆震信号计算部4a基于输出与内燃机1的燃烧状态相对应的信号的燃烧状态检测装置的输出信号，计算表示爆震的特征分量的爆震信号KNK。本实施方式中，燃烧状态检测装置被设为爆震传感器20。
如图2所示，爆震信号计算部4a包括从爆震传感器20的输出信号中去除高频的噪声分量的噪声去除低通滤波器40a、将噪声去除低通滤波器40a的输出值输入到运算处理装置30的A/D转换器40b、及在运算处理装置30中对A/D转换值进行数字信号处理的数字信号处理部40c。噪声去除低通滤波器40a及A/D转换器40b构成输入电路32。
如上所述，噪声去除低通滤波器40a接收从爆震传感器20输出的内燃机1的振动波形信号，从该振动波形信号中去除高频噪声分量。噪声去除低通滤波器40a构成为对滤波前或滤波后的信号施加2.5[V]的偏置电压，滤波器的输出信号在以2.5[V]为中心的0[V]～5[V]的范围内振动，所有振幅由A/D转换器40b进行转换。此外，噪声去除低通滤波器40a还具有增益转换功能，在信号的振幅较小的情况下，以2.5[V]为中心将信号放大，在信号的振幅较大的情况下，以2.5[V]为中心将信号减小。
A/D转换器40b将从噪声去除低通滤波器40a输出的模拟信号A/D转换成数字信号。该A/D转换以一定的时间间隔、例如每隔10[μs]或20[μs]等执行。
另外，A/D转换器40b始终进行A/D转换，仅将A/D转换后的数据内、与爆震发生期间相对应的爆震检测期间(例如，从活塞的上止点(TDC：TopDeath Center)起到上止点后(ATDC：After Top Death Center)50℃A)的数据传送到数字信号处理部40c。或者，A/D转换器40b也可仅在爆震检测期间进行A/D转换，将A/D转换后的数据传送到数字信号处理部40c。
数字信号处理部40c对于从A/D转换器40b输入的数字信号进行时间/频率分析。例如，数字信号处理部40c利用离散傅立叶变换(DFT)或短时傅立叶变换(STFT)等处理，计算每隔规定时间的爆震固有频率分量的频谱序列。或者，数字信号处理部40c也可以利用无限脉冲响应(IIR)滤波器、或有限脉冲响应(FIR)滤波器等提取出爆震固有频率分量。数字信号处理部40c计算频谱序列的峰值作为爆震信号KNK。另外，数字信号处理部40c也可计算频谱序列的平均值作为爆震信号KNK。此外，数字信号处理部40c将计算出的爆震信号KNK的曲柄角度计算作为异常燃烧发生时刻PKNK。异常燃烧发生时刻也可以使用振动的上升位置等来作为表示振动位置的值。像这样，数字信号处理部40c起到下述部分的作用，即：基于爆震传感器20的输出信号求出异常燃烧振动的大小的异常燃烧振动计算部、求出异常燃烧振动发生时刻的异常燃烧振动发送时刻计算部、以及计算点火时刻和异常燃烧发生时刻的相对期间的异常燃烧相对发生期间计算部。
使用爆震信号KNK以及异常燃烧发生时刻PKNK的爆震判定阈值计算部4b、爆震强度计算部4c、异常燃烧种类判定部4d的处理利用与预先设定的曲柄角度同步的中断处理(例如，上止点前(BTDC：Before Top Death)75℃A的中断处理)来实施。因此，数字信号处理部40c直至爆震判定阈值计算部4b等的中断处理开始为止才结束处理。
<爆震判定阈值计算部4b的结构>
接着，对爆震判定阈值计算部4b进行说明。爆震判定阈值计算部4b针对由爆震信号计算部4a计算出的爆震信号KNK，如下式(1)所示进行平滑处理，计算平均化后的背景水平BGL。另外，以下记载的“(n)”表示利用本次的中断处理计算出的值，“(n-1)”表示利用上一次的中断处理计算出的值。
BGL(n)＝K×BGL(n-1)+(1-K)×KNK(n)···(1)
接着，基于背景水平BGL计算爆震判定阈值TH。本实施方式中，如下式(2)所示，爆震判定阈值计算部4b计算背景水平BGL乘以阈值计算系数Kth后得到的值作为爆震判定阈值TH。
TH(n)＝Kth×BGL(n)···(2)
阈值计算系数Kth是使得爆震的发生强度的判定结果变得适当的适合的值，例如设定为“3”左右的值。
<爆震强度计算部4c的结构>
接着，对爆震强度计算部4c进行说明。爆震强度计算部4c基于爆震信号KNK及爆震判定阈值TH，判定爆震的发生强度IKNK。本实施方式中，如下式(3)所示，爆震强度计算部4c从爆震信号KNK中减去爆震判定阈值TH，将得到的值除以背景水平BGL，然后将由此得到的值计算作为爆震的发生强度IKNK。由此，通过将相减值除以背景水平BGL，来使其标准化。
IKNK(n)＝(KNK-TH(n))/BGL(n)···(3)
在爆震信号KNK超过爆震判定阈值TH、爆震的发生强度IKNK变成正值时，表示发生了爆震，爆震的发生强度IKNK与爆震信号KNK超过爆震判定阈值TH的超过量成正比地变大。
<异常燃烧种类判定部4d的结构>
接下来，对异常燃烧种类判定部4d进行说明。异常燃烧种类判定部4d基于异常燃烧发生时刻PKNK，判定是爆震、早燃或非确定异常燃烧中的某一种。本实施方式中，由于爆震是因点火火花而发生的异常燃烧，因此将检测爆震的曲柄期间设定在点火时刻之后。此外，早燃是因点火火花之前发生自燃而引起的异常燃烧，但由于异常燃烧时的爆震传感器振动的定时有时也可能在点火时刻的延迟侧发生，因此检测早燃的曲柄期间设定在点火时刻的延迟侧。由于爆震和早燃的检测期间重复，因此将爆震和早燃的检测期间不重复的爆震检测期间设为爆震单独检测期间，将爆震和早燃的检测期间不重复的早燃检测期间设为早燃单独检测期间，将爆震和早燃的检测期间重复的期间设为爆震/早燃重复检测期间。
异常燃烧发生时刻PKNK在爆震单独检测期间内的情况下判定为爆震，异常燃烧发生时刻PKNK在早燃单独检测期间内的情况下判定为早燃。异常燃烧发生时刻PKNK处于爆震和早燃的重复检测期间的情况下，无法确定是爆震或早燃，因此判定为非确定异常燃烧。由于早燃容易在低旋转高负载时发生，因此也可以仅在预先设定的低旋转高负载区域中设置检测早燃的期间。
<非确定异常燃烧控制部4e的结构>
接下来，对非确定异常燃烧控制部4e进行说明。非确定异常燃烧控制部4e在异常燃烧为非确定异常燃烧时，判定是否能将点火时刻提前，在判定为能提前点火时刻时使点火时刻提前。本实施方式中，判定爆震强度IKNK是否为预先设定的阈值以下，当爆震强度IKNK在阈值以下时使点火时刻提前。对于阈值，例如可以设定爆震控制范围的最大值，当爆震强度IKNK为阈值以上时判定为早燃，利用后述的早燃控制部4f记载的方法实施早燃控制。此外，点火时刻的提前例如可以提前到MBT为止，也可以提前到预先设定的提前量为止。
这里，利用图4A、图4B以及图5A、图5B，对使点火时刻提前时的爆震以及早燃的爆震传感器信号的动作变化进行说明。
图4A、图4B示出了异常燃烧为爆震的情况下使点火时刻提前时的爆震信号的变化。图4A示出了点火时刻提前之前，图4B示出了点火时刻提前之后，由于爆震是因为点火火花而发生的异常燃烧，因此若提前点火时刻则异常燃烧发生时刻也提前，爆震强度IKNK也开始增加。
图5A、图5B示出了异常燃烧为早燃的情况下使点火时刻提前时的爆震信号的变化。图5A示出了点火时刻提前之前，图5B示出了点火时刻提前之后，由于早燃的着火源不是点火火花，因此即使将点火时刻提前爆震信号也不发生变化。即，爆震强度IKNK不发生变化，异常燃烧发生时刻也不发生变化，因此点火时刻与异常燃烧发生时刻的差扩大。
由此，当将点火时刻进行了提前时，若爆震强度IKNK增加则能判定为爆震，若点火时刻与异常燃烧发生时刻的差扩大则能判定为早燃。
接着，对使点火时刻提前时的具体处理进行说明。首先将点火时刻提前之前的爆震强度IKNK储存为初始爆震强度IKNK0，将点火时刻θIG与异常燃烧发生时刻PKNK的差即异常燃烧相对发生期间DPKNK储存为初始异常燃烧相对发生期间DPKNK0。
IKNK0＝IKNK···(4)
DPKNK0＝DPKNK···(5)
∵DPKNK＝PKNK-θIG
接着，计算使点火时刻提前时的爆震强度IKNK与初始爆震强度IKNK0的偏差ΔIKNK、以及使点火时刻提前时的异常燃烧相对发生期间DPKNK与初始异常燃烧相对发生期间DPKNK0的偏差ΔDPKNK。
ΔIKNK＝IKNK-IKNK0···(6)
ΔDPKNK＝DPKNK-DPKNK0···(7)
在使点火时刻提前时的偏差ΔIKNK为预先设定的阈值以上的情况下，判定为爆震，在非确定异常燃烧的判定持续的期间保持点火时刻不变。在由于点火时刻的提前而从早燃转变为爆震的情况下，若因判定为爆震而将点火时刻延迟则再次成为发生早燃的状态，因此不实施后述的爆震控制部4g的点火时刻的延迟。
接着，在使点火时刻提前时的偏差ΔDPKNK为预先设定的规定值以上的情况下，判定为早燃，解除非确定异常燃烧控制执行的点火提前，例如按照后述的早燃控制部4f记载的方法来抑制早燃。
通过以上内容，能在不助长早燃的情况下确定爆震和早燃，能实施与各异常燃烧相对应的控制。
<早燃控制部4f的结构>
接下来，对早燃控制部4f进行说明。早燃控制部4f在早燃判定时使内燃机1的控制参数发生变化从而抑制早燃的发生。本实施方式中，早燃控制部4f构成为使作为内燃机1的控制参数的燃料喷射的增量和有效压缩比发生变化。对于抑制早燃，降低缸内的温度是有效的，因此作为用于降低缸内温度的方法，通过减少进气量、降低有效压缩比来实现的压缩冲程时的缸内温度的降低，以及通过燃料的增量、燃料喷射定时的延迟来实现的缸内冷却是有效的。早燃控制部4f为了避免早燃而进行目标喷射量以及目标有效压缩比的计算，控制装置4基于目标喷射量进行喷射器13的驱动控制，基于目标有效压缩比对进气阀16中进气可变阀定时机构的电动致动器进行驱动控制。
<爆震控制部4g的结构>
接着，对爆震控制部4g进行说明。爆震控制部4g根据爆震的发生强度IKNK，使内燃机1的控制参数变化，从而抑制爆震的发生。本实施方式中，爆震控制部4g构成为使作为内燃机1的控制参数的点火时刻发生变化。如下式(8)所示，爆震控制部4g在爆震的发生强度IKNK为正、判定为正发生爆震的情况下，将爆震的发生强度IKNK乘以预先设定的延迟量计算系数Kg及-1，利用预先设定的最大延迟量ΔθRmin对上述相乘得到的值进行下限限制，计算由此得到的值以作为延迟更新量ΔθR。延迟更新量ΔθR为负值。另一方面，如下式(9)所示，爆震控制部4g在爆震的发生强度IKNK为负(本例中为0以下)、判定为未发生爆震的情况下，将延迟更新量ΔθR设定为0。
此处，max{A，B}为输出A和B的最大值的函数。
IKNK＞0···(8)
ΔθR(n)＝max{-Kg×IKNK(n)，ΔθRmin}
IKNK≦0···(9)
ΔθR(n)＝0
然后，如下式(10)所示，爆震控制部4g在每一中断处理时，累积计算延迟更新量ΔθR，计算延迟修正量θR。
θR(n)＝min{θR(n-1)+ΔθR(n)+Ka，θRmax}
···(10)
此处，Ka为预先设定的提前侧的恢复量，在爆震的发生强度IKNK为负、判定为未发生爆震(ΔθR(n)＝0)的情况下，将延迟修正量θR逐渐恢复到提前侧。θRmax为预先设定的提前侧的最大值，为延迟修正量θR的上限限制值。此处，min{A，B}为输出A和B的最小值的函数。
如下式(11)所示，爆震控制部4g将基本点火时刻θB加上延迟修正量θR后的值设定为最终点火时刻θIG。
θIG(n)＝θB(n)+θR(n)···(11)
基本点火时刻θB为基于内燃机1的转速、填充效率及废气再循环量等内燃机1的运转条件计算出的基本点火时刻，通常设为转矩达到最大的点火时刻。控制装置4基于最终点火时刻θIG及曲柄角度，进行向点火线圈15通电的通电控制。
实施方式1涉及的控制装置4如上所述而构成，接着基于图6所示的流程图对其简要的处理的步骤(内燃机1的控制方法)进行说明。
通过由运算处理装置30执行存储在存储装置31中的软件(程序)，从而每隔规定的运算周期重复执行图6的流程图的处理。
图6的步骤S601中，爆震信号计算部4a如上述那样执行爆震信号计算处理(爆震信号计算步骤)，该爆震信号计算处理中，基于输出与内燃机1的燃烧状态相对应的信号的燃烧状态检测装置(本例中为爆震传感器20)的输出信号，来计算表示爆震的特征分量的爆震信号KNK以及异常燃烧发生时刻PKNK。
然后，在步骤S602中，爆震强度计算部4c如上述那样执行爆震强度计算处理(爆震强度计算步骤)，该爆震强度计算处理中，基于爆震信号KNK及爆震判定阈值TH，来计算爆震的发生强度IKNK。
步骤S603中，异常燃烧种类判定部4d如上所述那样执行下述处理(异常燃烧种类确定处理步骤)，即：在计算出爆震强度IKNK的情况下(IKNK>0)，根据异常燃烧的发生时刻PKNK，将异常燃烧的种类判定为爆震、早燃、或非确定异常燃烧。
在步骤S604中，非确定异常燃烧控制部4e如上所述，在被判定为非确定异常燃烧的情况下，将点火时刻提前，基于爆震强度IKNK的偏差ΔIKNK、和异常燃烧相对发生期间DPKNK的偏差ΔDPKNK，判定是爆震还是早燃。执行非确定异常燃烧控制处理(非确定异常燃烧控制步骤)，该非确定异常燃烧控制处理中，在判定为爆震的情况下保持点火时刻，在判定为早燃的情况下解除点火时刻的提前。
在步骤S605中，爆震控制部4g如上述那样在判定为爆震的情况下执行爆震控制处理(爆震控制步骤)，该爆震控制处理中，根据爆震的发生强度IKNK，使内燃机1的控制参数(本例中为点火时刻)发生变化，从而抑制爆震的发生。
在步骤S606中，早燃控制部4f如上述那样在异常燃烧被判定为早燃的情况下，执行早燃控制处理(早燃控制步骤)，该早燃控制处理中，使内燃机1的控制参数(本例中为燃料喷射、进气阀16的进气可变阀定时机构)变化，从而抑制早燃的发生。
接着，图7的流程图中示出了步骤S604中非确定异常燃烧控制处理的更详细的处理。
图7的步骤S701中判定是否为非确定异常燃烧，在判定为是非确定异常燃烧的情况下前进至步骤S703。在不是非确定异常燃烧的情况下前进至步骤S702，在进行下述的步骤S706的点火时刻提前的情况下，解除点火时刻的提前，结束非确定异常燃烧控制处理。
在步骤S703中，判定利用下述的步骤S706的点火时刻的提前进行的早燃判定是否完成。在早燃判定完成的情况下，为了执行采用点火时刻以外的方法来抑制早燃的早燃控制处理而前进至步骤S702，解除点火时刻的提前，结束非确定异常燃烧控制处理。在早燃判定未完成的情况下，前进至步骤S704。
在步骤S704中，判定利用下述的步骤S706的点火时刻的提前进行的爆震判定是否完成。在爆震判定完成的情况下，前进至步骤S705，保持点火时刻的提前，结束非确定异常燃烧控制处理。在爆震判定未完成的情况下，前进至步骤S706。
在步骤S706中，为了确定异常燃烧的种类，将点火时刻提前，并前进至步骤S707。
在步骤S707中，利用点火时刻提前来判定爆震强度IKNK的偏差ΔIKNK是否为规定值XKNK以上。在爆震强度IKNK的偏差ΔIKNK为规定值XKNK以上的情况下，异常燃烧判定为爆震，前进至步骤S708，并设为爆震判定完成，结束非确定异常燃烧控制处理。在爆震强度IKNK的偏差ΔIKNK不在规定值XKNK以上的情况下，前进至步骤S709。
在步骤S709中，通过将点火时刻提前来判定异常燃烧相对发生期间偏差ΔDPKNK是否为规定值XPRIG以上。异常燃烧相对发生期间偏差ΔDPKNK为规定值XPRIG以上的情况下，异常燃烧判定为早燃，前进至步骤S710，并设为早燃判定完成，结束非确定异常燃烧控制处理。异常燃烧相对发生期间偏差ΔDPKNK不在规定值XPRIG以上的情况下，由于尚无法确定异常燃烧的种类而不作任何处理，结束非确定异常燃烧控制处理。
如上详细说明的那样，根据实施方式1涉及的内燃机的异常燃烧检测装置，在检测到无法确定是爆震还是早燃的异常燃烧的情况下，不进行助长早燃的点火时刻的延迟而将其提前。这时，若异常燃烧的振动的大小增加则能判定为爆震，若点火时刻与异常燃烧发生时刻的期间扩大则能判定为早燃。由此，能在不助长早燃的情况下确定爆震和早燃。
此外，本发明在其发明的范围内可对实施方式适当地进行变形、省略。
标号说明
1内燃机、2气缸、3活塞、4控制装置、4a爆震信号计算部、4b爆震判定阈值计算部、4c爆震强度计算部、4d异常燃烧种类判定部、4e非确定异常燃烧控制部、4f提前燃烧控制部、4g爆震控制部、5进气路径、6排气路径、7节流阀、8节流开度传感器、9空气净化器、10气流传感器、11进气歧管、12歧管压传感器、13喷射器、14火花塞、15点火线圈、16进气阀、17排气阀、18曲柄角传感器、19凸轮角传感器、20爆震传感器、30运算处理装置、31存储装置、31aRAM、31b ROM、32输入电路、33输出电路、40a噪声去除低通滤波器、40b A/D转换器、40c数字信号处理部、KNK爆震信号、PKNK异常燃烧发生时刻、K平均化系数、BGL背景水平、TH爆震判定阈值、IKNK爆震的发生强度、θB基本点火时刻、θIG最终点火时刻、DPKNK异常燃烧相对发生期间。

Claims (9)

1.一种内燃机的异常燃烧检测装置，其特征在于，具有：
运转状态检测装置，该运转状态检测装置检测内燃机的运转状态；以及
控制装置，该控制装置基于来自所述运转状态检测装置的输出信号，控制所述内燃机，
所述控制装置包括：
点火时刻控制部，该点火时刻控制部根据所述运转状态控制点火时刻；
曲柄角度检测部，该曲柄角度检测部检测所述内燃机的曲柄角度；
异常燃烧振动计算部，该异常燃烧振动计算部基于设置于所述内燃机的燃烧状态检测装置的输出信号，求出异常燃烧振动的大小；
异常燃烧振动发生时刻计算部，该异常燃烧振动发生时刻计算部基于设置于所述内燃机的燃烧状态检测装置的输出信号，求出异常燃烧振动发生时刻；
异常燃烧相对发生期间计算部，该异常燃烧相对发生期间计算部计算所述点火时刻与异常燃烧发生时刻的相对期间；
异常燃烧检测部，该异常燃烧检测部对在所述异常燃烧振动的大小超过预先设定的异常燃烧判定阈值时发生了异常燃烧的情况进行检测；
爆震强度计算部，该爆震强度计算部将超过所述异常燃烧判定阈值的量计算作为爆震强度；
异常燃烧种类判定部，该异常燃烧种类判定部基于所述异常燃烧振动发生时刻，对是爆震、提前燃烧或非确定异常燃烧中的哪一种进行判定；以及
非确定异常燃烧控制部，在通过所述异常燃烧种类判定部判定为非确定异常燃烧的情况下，该非确定异常燃烧控制部使根据所述运转状态而设定的点火时刻提前，在提前了点火时刻时，若爆震强度增加则判定为爆震，若异常燃烧相对发生期间扩大则判定为提前燃烧。
2.如权利要求1所述的内燃机的异常燃烧检测装置，其特征在于，
所述异常燃烧种类判定部在所述爆震强度为预先设定的阈值以上时，不执行所述非确定异常燃烧的控制。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的异常燃烧检测装置，其特征在于，
所述异常燃烧种类判定部在低旋转高负载的运转区域外不设置提前燃烧的检测期间，不执行所述非确定异常燃烧的控制。
4.如权利要求1或2所述的内燃机的异常燃烧检测装置，其特征在于，
所述非确定异常燃烧控制部在判定为爆震时保持提前状态的点火时刻。
5.如权利要求3所述的内燃机的异常燃烧检测装置，其特征在于，
所述非确定异常燃烧控制部在判定为爆震时保持提前状态的点火时刻。
6.如权利要求1或2所述的内燃机的异常燃烧检测装置，其特征在于，
所述非确定异常燃烧控制部在判定为提前燃烧时解除点火时刻的提前。
7.如权利要求3所述的内燃机的异常燃烧检测装置，其特征在于，
所述非确定异常燃烧控制部在判定为提前燃烧时解除点火时刻的提前。
8.如权利要求4所述的内燃机的异常燃烧检测装置，其特征在于，
所述非确定异常燃烧控制部在判定为提前燃烧时解除点火时刻的提前。
9.如权利要求5所述的内燃机的异常燃烧检测装置，其特征在于，
所述非确定异常燃烧控制部在判定为提前燃烧时解除点火时刻的提前。
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