CN1189650C - 通过离子流检测内燃机中的暴震的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通过检测从燃烧起流入发动机的气缸内的离子流，并根据判断值对与离子流交叠的暴震分量进行判断，从而检测内燃机中暴震的发生的方法，该方法包括以下步骤：检测离子流的峰值；以及根据这样检测的峰值对判断值和暴震分量中的至少一个进行相对调节，从而使得在检测的峰值增加时更难于判断暴震是否发生。

Description

通过离子流检测内燃机中的暴震的方法

本发明涉及一种根据离子流的特性曲线检测内燃机中发生的暴震的方法。

检测内燃机中发生的暴震的普通方法是利用测振动形式的暴震传感器来检测该暴震。并通过对该暴震传感器发出的信号的预定部分进行判别来检测暴震。尤其是，从该暴震传感器发出的信号中取出在预定频率段内的信号并对该信号进行处理以检测暴震。

最近出现了另一种检测暴震的方法，即通过在一点火后就使离子流流入燃烧室，并检测与离子流交叠的暴震分量。例如，这样的一种已知方法是将与离子流交叠的暴震分量分离，并根据该分离的暴震分量来确定暴震是否发生，该方法例如如日本专利公报No.H6-159129所述。另一方面，日本专利公报No.H11-2174所述的技术中给出了一个根据直到该时刻的离子流的平均值来判断暴震是否发生的参考值，并将暴震分量与该参考值进行比较以检测是否发生暴震。

在上述利用离子流检测暴震的方法中，发现所测得的离子流的波形的变化取决于处理电路的电特性和其它在检测时的状态。离子流的波形基本是在燃烧峰值的同时达到其峰值或最大值，在该燃烧峰值时，燃烧压力达到其最大值。通常，暴震分量与离子流在越过离子流波形峰值的位置处交叠。

例如，当由于驱动状态或检测状态的变化而使离子流的峰值基本翻倍时，与离子流交叠的暴震分量也基本翻倍。因此，当暴震判断值根据该变化的离子流来确定时，这样确定的暴震判断值也是变化的，因此需要知道每次离子流检测的暴震判断值。因为离子流的峰值基本与燃烧压力的峰值同时变化，因此所知的暴震判断值并不能减小暴震判断值的波动，除非该已知值用于内燃机的每个驱动状态。不过，该已知值并不需要为适应根据驱动区确定的不同已知区而变化，并被用于所有已知区，因此其控制变得很复杂。而且，后一个现有技术的判断准确度有限，因为在燃烧时对暴震发生的判断是通过参考值进行的，而确定该参考值所根据离子流是在所测量的燃烧时刻之前的燃烧时刻的。

本发明将克服这些缺点。

根据本发明，提供了一种通过检测从燃烧起流入发动机的气缸内的离子流，并根据判断值对与离子流交叠的暴震分量进行判断，从而检测内燃机中暴震的发生的方法，该方法包括以下步骤：检测离子流的峰值；以及根据这样检测的峰值对判断值和暴震分量中的至少一个进行相对调节，从而使得在检测的峰值增加时更难于判断暴震是否发生。

通过对判断值和暴震分量中的至少一个进行相对调节，本发明更难于在检测的峰值增加时判断暴震是否发生。因此，即使当离子流峰值增加时暴震分量明显放大到高于其真实值，该明显高于其真实值的暴震分量也能被排除到暴震的检测值外。因此，本方法提高了检测的准确性。例如，本方法不会出现这样的错误，即对于非常小且不能判断成暴震的暴震分量，由于驱动状态波动而引起的离子流峰值的增加，该暴震分量被放大到高于其真实值，从而被错误的检测为表示发生了暴震。这样，本方法只能检测到表示真正暴震的暴震分量，从而能准确检测暴震的发生。而且，本发明能根据在相同燃烧时刻所出现的峰值而检测在该燃烧时刻所发生的暴震，因此对暴震发生的检测没有任何检测错误，即使是在驱动状态不稳定的燃烧过渡期。

在上述方法中，该判断值和暴震分量中至少一个的调节可以通过例如在峰值增加时减小暴震分量和例如在峰值增加时增大判断值这两种方法中的至少一个来进行的。因为该调节使得在该离子流的峰值增大时该暴震分量相对减少，因此，本发明的特点是即使表面上看暴震分量的幅值等于真正的暴震幅值，也能确实防止发生检测错误。因此，本方法增加了检测的准确性。

优选是，根据判断暴震分量的参考值来确定该判断值，该参考值通过在正常的无暴震燃烧情况下的离子流峰值来计算的。该方法有这样的特征，即能够通过根据实际测量值调节在正常的无暴震燃烧情况下计算得到的参考值，从而将判断值调节成合适值。优选是，本方法还有这样的特征，即该判断值通过将参考值与正系数N相乘而获得且该判断值与暴震分量进行比较，或者是该判断值确定为等于该参考值且该判断值与暴震分量除以正系数M所得的值进行比较。由于该特征，判断值能够适应参考值的变化而很好地确定。当与参考值相乘或者除暴震分量的系数根据驱动状态而变化时，例如根据发动机转数或发动机负载而变化时，能够进一步增加检测的准确性。

为了将在内燃机实际驱动状态下所产生的噪音的影响减至最小，优选是本方法还包括在暴震分量的检测过程中检测与无噪音驱动状态下的离子流交叠的噪音分量的步骤，其中，该判断值和暴震分量中的一个根据这样测得的噪音分量进行调节。该特征可以判断暴震且消除各种噪音的影响，尤其是白噪音或类似噪音，该白噪音或类似噪音是由于用于产生离子流的电子电路的改变或由于不同的驱动状态而产生的，因此增加了判断的准确性。

通过阅读下面的详细说明并参考附图，可以理解本发明的前述和其它目的、特征和附加的优点。

图1是表示本发明的一个实施例的示意图；

图2是在该实施例中离子流测量电路的方框图；

图3是表示在该实施例中暴震流与离子流交叠的位置的波形曲线图；

图4是概括表示本发明的一个实施例的控制过程的流程图；

图5是表示该实施例的工作过程的线图；

图6是概括表示本发明的另一实施例的控制过程的流程图；

图7是表示后一个实施例的工作过程的线图。

下面将通过本发明的优选实施例并参考附图介绍本发明。

首先参考图1，图1示意表示了四缸的汽车发动机100，该发动机100包括：有节流阀2的进气系统1，该节流阀2根据加速踏板(未示出)的操作而打开或关闭；以及布置于阀2下游的稳压罐3。与稳压罐3连通的进气集气管4在靠近远离稳压罐3的端头处有燃料注入阀5。该燃料注入阀5由电子控制装置6控制，以便彼此独立地向各气缸中注入燃料。确定了燃烧室30的气缸头31装有火花塞18，该火花塞18在用于产生火花的同时还作为离子流的一个电极。发动机100还包括一排气系统20，该排气系统20有用于测量排气的氧气浓度的氧气传感器21，该氧气传感器在三通催化转换器22上游，该三通催化转换器布置在通向消音器(未示出)的通道内。

电子控制装置6包括微机系统，该微机系统包括中心处理单元7、存储器8、输入接口9、输出接口11和A/D转换器10。该输入接口9用于接收以下信号：由进口压力传感器13发出的进口压力信号(a)，以便检测稳压罐3内的压力；气缸识别信号(G1)、曲柄角参考信号(G2)和表示发动机转数的发动机转速信号(b)；由车速传感器15发出的车速信号(c)；由空转开关16发出的IDL信号(d)，以便检测节流阀2是否打开；由冷却剂温度传感器17发出的冷却剂温度信号(e)，以便检测发动机冷却剂的温度；由前述氧气传感器21发出的气流信号(h)等。另一方面，输出接口11分别向燃料注入阀5和火花塞18输出燃料注入信号(f)和点火脉冲(g)。

火花塞18与用于通过高压二极管23测量离子流的偏压电源24相连。离子流测量电路25与输入接口9和偏压电源24相互连接。该离子流测量电路25例如如图2所示，包括：离子线圈25a，用于放大离子流，该离子线圈25a有不大于暴震频率的时间常数，以避免在输入波形上产生阶跃噪音(stepnoise)；带通滤波器25b，用于从离子线圈25a输出的信号中析取离子流峰值和暴震流In；ABS线圈25c，用于生成在包括这样析取的离子流峰值和暴震流In的预定频带内的各信号的绝对值；以及积分电路25d，用于积分该ABS电路25c输出的信号绝对值。在该电路结构中，离子流在点火后陡然升高，再暂时降低，然后再一次升高，并在燃烧压力出现最大值时的曲柄角处出现最大值或峰值，如图3所示。因为暴震流In很可能在过了峰值后的位置与该离子流交叠，因此该暴震流In在暴震窗口中析取，该暴震窗口是从离子流峰值点之前的位置到离子流基本消失的位置之间的暴震检测区间。在该暴震窗口中，可以检测到离子流峰值和暴震流In。该离子流测量电路25可以采用任意已知技术的电路。在本实施例中，该电路25用于检测各气缸的离子流。

电子控制装置6中储存有这样的程序，该程序根据由发动机的状态和一些信息而确定的各种调节系数来调节基本的燃料注入时间周期，这些信息主要包括由进口压力传感器13输出的进口压力信号(a)和由凸轮位置传感器14发出的发动机转速信号(b)，从而最终确定燃料注入阀5打开的时间周期，即注射器启动的准确时间周期，然后根据发动机负载并通过根据这样确定的准确时间周期控制燃料注入阀5，从而将合适量的燃料注入进气系统1中。

电子控制装置6还有这样的程序，即通过在每次刚刚点火后测量燃烧室内的离子流，从而检测在发动机100的所有驱动区(drivingregion)内发生的暴震。特别是，该暴震检测程序能够检测从开始燃烧起流入各气缸内的离子流，并参考判断值对与离子流交叠的暴震分量进行判断，从而检测暴震的发生。在暴震检测中，对离子流的峰值进行检测，并根据这样测得的峰值对至少一个判断值和暴震分量进行相对调节，从而在检测的离子流峰值增大时，对暴震发生的判断更困难。

通过离子流来检测暴震的程序如图4概括表示。根据图示程序，在正常的无暴震燃烧时的参考值NKNKAPB通过NIONPK峰值计算，该NIONPK是离子流特性曲线的函数，并根据参考值NKNKAPB对由暴震流In获得的暴震分量NIONKNK进行判断，以确定暴震是否发生。

在图4的步骤S1中，对离子流的峰值NIONPK进行计算。该峰值NIONPK是通过积分电路25d而获得的作为频率的幅值分量的积分值(面积)，以消除脉冲形的噪音。该离子流幅值的大小随不同驱动状态而变化，且该峰值NIONPK随燃烧压力的增加而增加。在步骤S2，将这样获得的峰值NIONPK代入下面的方程式以计算参考值NKNKAPB。

NKNKAPB＝NKNPAKBA×NIONPK+NKNKAPBB      ……(1)

在上述方程式(1)中，NKNPAKBA是比例常数，NKNKAPBB是附加常数。暴震分量NIONKNK随峰值NIONPK的增加而增加，即使在该离子流峰值NIONPK例如由于离子电路25a的输出的波动而上下波动时。因此，比例常数NKNPAKBA和附加常数NKNKAPBB被发现是这样的函数，其表示峰值NIONPK和与通过实验获得的在无暴震燃烧时的暴震分量NIONKNK更类似的流分量之间的关系。

当离子流的值较高、较低或中等时，NKNKAPB和NIONPK这两值之间的关系都基本相同。因此，比例常数NKNPAKBA和附加常数NKNPAKBB都是单独的值，与离子流的大小无关。因此，参考值NKNKAPB是峰值NIONPK的线性函数，如图5所示。这样，通过将检测的峰值NIONPK代入方程式(1)，就可以确定每个膨胀冲程，即每个驱动状态的参考值NKNKAPB，而不管是什么驱动状态且不需要知道该驱动状态。

在步骤S3中，参考值NKNKAPB与调节常数NKNKJD相乘，以确定判断值CLVL，并将这样计算的判断值CLVL与暴震分量NIONKNK比较以判断是否发生暴震。当暴震分量NIONKNK不小于该判断值CLVL时，就认为发生了暴震。这由下面的公式(2)表示：

NIONKNK＝KNKNAPB×NKNKJD                     ……(2)

在上述公式(2)中，NKNKJD是调节常数，该调节常数是考虑到离子流测量电路25的波动而确定的值，以便排除任何在离子流测量电路25中被放大成大于其真实大小的暴震分量NIONKNK。在本实施例中，调节常数NKNKJD用于确定判断值CLVL，因此当参考值NKNKAPB增大时该判断值CLVL也增大。换句话说，判断值CLVL是以这样的方向进行调节的，即该判断值CLVL随峰值NIONPK的增大而增大，因为该参考值NKNKAPB随峰值NIONPK的增大而增大。

在上述确定判断值CLVL时，调节常数NKNKJD可以是N(正数)，例如为4，参考值NKNKAPB与该调节常数相乘。当该调节常数NKNKJD是1时，即参考值NKNKAPB等于判断值时，暴震分量NIONKNK可以用系数M(正数)除。对于公式(2)，暴震分量NIONKNK被系数4除且参考值NKNKAPB被系数4乘的工况等于参考值NKNKAPB被系数1乘的工况。当参考值NKNKAPB不是特别小且暴震分量NIONKNK不是特别大时，判断值CLVL可以确定为参考值NKNKAPB的两倍，这时暴震分量NIONKNK被系数2除。

当暴震发生且暴震流In与离子流交叠成上述形状时，暴震分量NIONKNK通过离子流测量电路25析取。这时，在步骤S2中，参考值NKNKAPB通过步骤S1得出的峰值NIONPK计算，判断值CLVL根据该参考值NKNKAPB计算，并将暴震分量NIONKNK与判断值CLVL进行比较以检测暴震的发生。在步骤S3中，当这样析取的暴震分量NIPONKNK不小于该判断值CLVL时，则判断发生了暴震。

因为参考值NKNKAPB是通过每个气缸内的每次膨胀冲程的离子流峰值NIONPK计算的，而判断值CLVL是根据这样计算的参考值NKNKAPB计算的，因此对于所有驱动区都可以确定该判断值CLVL，而不管是什么驱动状态且不需要知道该驱动状态。如果在析取暴震分量NIONKNK时该峰值NIONPA较大，则暴震的检测很困难，即使在离子流测量电路25中使该暴震分量NIONKNK明显放大到峰值大于其真实大小，因为该判断值CLVL随峰值NIONPK的增大而增大。从而可以防止这样的检测错误，即在没有发生暴震时错误地检测成发生了暴震。另一方面，当真正有大幅值的暴震发生时，该暴震也能被检测到，因为该暴震的幅值足够比判断值更大。

这样，与需要知道每个驱动区相比，能简化对暴震发生进行检测的步骤，且暴震检测(判断)的准确度也能增加，因为没有由于所知道的情况错误而导致的判断值波动。而且，即使在驱动状态变化的过渡期，对暴震发生的检测也不会有任何判断错误，因为判断值CLVL是通过对燃烧时的峰值NIONPK进行计算而确定的，而在该同一燃烧时间的暴震是通过该判断值CLVL来判断的。而且，因为判断值CLVL是通过使根据峰值NIONPK计算的参考值NKNKAPB与系数N相乘而得出，因此，通过根据驱动状态而对系数N进行适当变化，可以增加检测的准确性，该驱动状态例如：低负载低转速状态、低负载高转速状态、高负载低转速状态、高负载高转速状态。

下面将介绍本发明的另一实施例。

本实施例的结构基本相同，但特别设计成能防止暴震判断的准确性由于噪音，特别是白噪音而降低，该白噪音是由于离子流测量电路25的改变、在车辆运行过程中启动散热器风扇等而引起的。这样的白噪音与离子流交叠，从而导致防止NIONPK偏离，因此，由于白噪音分量，参考值NKNKAPB大于其真实值，从而使暴震判断准确性降低。

图6概括表示了该实施例的暴震检测过程。如图所示，步骤S11判断在暴震窗口内所测得的、由与离子流交叠的噪音导致的流信号NIONKNKW的波动是否不大于预定的判别标准。尤其是，当暴震并没有发生，但是有与离子流交叠的白噪音时，在检测暴震流In时在暴震窗口中检测到与离子流交叠的流信号NIONKNKW。当这样测得的流信号NIONKNKW超过判别标准时，则认为该流信号NIONKNKW是由于白噪音产生的。该判别标准设定为低于较小暴震所产生的暴震流In的波动值。在步骤S11中，当判断该流信号NIONKNKW的波动小于判别标准时，该控制过程终止。

在步骤S12，变量NKNBSB通过由噪音和流信号NIONKNKW交叠的离子流峰值NTONPK来计算。当噪音不与离子流交叠时，流信号NIONKNKW的值等于峰值NIONPK与比例常数NKNKAPBA相乘的乘积。当噪音与离子流交叠时，该差值是由于该噪音产生的。在本步骤中，该差值作为变量NKNBSB。这表示为下面的方程式(3)：

NKNBSB＝NIONKNKW-NKNKAPBA×NIONPK        ……(3)

在步骤S13，对该变量NKNBSB进行计算以减小在膨胀冲程中的波动。在步骤S14，反应噪音的参考值NKNKAPB的偏差值OFFSET是通过平均值NKNBSNB和在没有噪音与离子流交叠时所获得的参考值NKNKAPB来计算。这表示成下面的方程式(4)：

OFFSET＝NKNKAPB-NKNBSNB                 ……(4)

在步骤S15中，判断值CLVL通过从参考值NKNKAPB与调节常数NKNKJD的乘积中减去该偏差值OFFSET来计算。这由下面的方程式(5)表示：

CLVL＝NKNKAPB×NKNKJD-OFFSET            ……(5)

当方程式(1)中的附加常数NKNKAPBB根据由噪音交叠的离子流获得的并从而获得参考值NKNKAPB时，判断值CLVL通过该参考值NKNKAPB与调节常数NKNKJD相乘而算出，噪音值也与该调节常数NKNKJD相乘。因此，可能有这样的情况，即很微小幅值的暴震分量也被错误地判断成暴震或者不可能对小噪音进行判断。相反，根据本实施例，判断值CLVL通过公式(3)、(4)和(5)计算，且偏差值OFFSET不会与调节常数NKNKJD相乘，同时，判断值通过校正的参考值NKNKAPB确定，从而不会将偏差值包含进去。这样，可以防止发生这样的错误，即微小幅值的暴震分量被错误地判断成暴震，或者相反，无法判别很小的噪音，因此，能增加暴震检测的准确性。

在本实施例中，尽管判断值CLVL通过参考值NKNKAPB与调节常数NKNJD相乘而确定，但是如前面实施例所述，该暴震分量NIONKNK可以用系数M(正数)去除，再与实际上作为判断值的参考值NKNKAPB相比。

如前所述，当由于对暴震分量和判断值中的至少一个进行相对调节而使检测的峰值增加时，本发明的方法更难判断暴震是否发生。因此，即使在离子流峰值增加的情况下暴震分量明显放大到高于它自身的真实值时，该明显高于其自身值的暴震分量可以从暴震的检测值中排除。这样，本方法增加了暴震检测的准确性。例如，本方法不会出现这样的检测错误，即对于实际极小的、不能判断成暴震的暴震分量，由于驱动状态波动而使得离子流峰值增加，从而被放大到高于其自身的实际值，并被错误地检测成表示发生了暴震。因此，本方法能够仅检测表示真实暴震的暴震分量，从而准确检测暴震的发生。而且，本方法能够根据在燃烧时出现的峰值检测在该燃烧时刻发生的暴震，从而即使在驱动状态不稳定的燃烧过渡期中也能够检测暴震的发生，且没有任何检测错误。

本方法还有这样的特征，即该判断值和暴震分量中至少一个的调节是通过例如在峰值增加时减小暴震分量和例如在峰值增大时增加判断值这两种方法中的至少一个来进行的，该调节使得在该离子流的峰值增加时该暴震分量相对减少，因此，即使表面上看暴震分量的幅值等于真正的暴震幅值，也能确实防止发生检测错误。因此，本方法增加了检测的准确性。

本方法还有这样的特征，即该判断值是根据判断暴震分量的参考值确定的，该参考值通过普通的无暴震燃烧情况下的离子流峰值计算，因此本发明能够通过根据该实际测量值调节在正常的无暴震燃烧情况下计算得到的参考值，从而将判断值调节成合适值。而且，本方法还有这样的特征，即该判断值通过将参考值与正系数N相乘而获得且该判断值与暴震分量进行比较，或者是该判断值确定为等于该参考值且该判断值与暴震分量除以正系数M所得的值进行比较，因此该判断值能够适应参考值的变化而很好地确定。当与参考值相乘或者除暴震分量的系数根据驱动状态而变化时，例如根据发动机转数或发动机负载而变化时，能够进一步增加检测的准确性。

本方法还包括在暴震分量的检测过程中检测与无噪音驱动状态下的离子流交叠的噪音分量的步骤，其中，该判断值和暴震分量中的一个根据这样测得的噪音分量进行调节，从而减小在内燃机的实际驱动状态下产生的噪音的影响，该方法可以判断暴震且消除各种噪音，尤其是白噪音或类似噪音，该白噪音或类似噪音是由于用于产生离子流的电子电路的改变或不同的驱动状态而产生的，因此增加了判断的准确性。

尽管仅详细介绍了本发明的优选实施例，但是如本领域技术人员所知，可以在不脱离本发明的范围的情况下对该实施例进行某种变化和改变，本发明的范围由下面的权利要求限定。

Claims (4)

1.一种通过检测从燃烧起流入发动机的气缸内的离子流，并根据判断值对与离子流交叠的暴震分量进行判断，从而检测内燃机中暴震的发生的方法，该方法包括以下步骤：

检测离子流的峰值；以及

以根据检测的峰值中的增加以便减少暴露分量的方向和根据检测的峰值中的增加以便提高判断值的方向中至少一个对判断值和暴震分量中的至少一个进行修正，由此，使得在检测的峰值增加时更难于判断暴震是否发生。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：根据判断暴震分量的参考值来确定该判断值，该参考值通过在正常的无暴震燃烧情况下的离子流峰值来计算的。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：该判断值确定成通过将参考值与正系数N相乘而获得的值，且该判断值与暴震分量进行比较，或者是该判断值确定为等于该参考值，且该判断值与暴震分量除以正系数M所得的值进行比较。

4.根据权利要求1至3中任意一个所述的方法，还包括在暴震分量的检测过程中检测与无噪音驱动状态下的离子流交叠的噪音分量的步骤，其中，该判断值和暴震分量中的一个根据这样测得的噪音分量进行调节。

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