DE102007000356B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine mit: einem Kurbelpositionssensor (306), der einen Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine (100) erfasst; einem Klopfsensor (300), der eine Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine (100) in Verbindung mit dem Kurbelwinkel erfasst; und einer Arbeitseinheit (200), wobei die Arbeitseinheit (200) basierend auf der Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine (100) eine Vibrationswellenform in einem ersten Intervall von einem ersten Kurbelwinkel bis zu einem zweiten Kurbelwinkel ermittelt, die Arbeitseinheit (200) in einem zweiten Intervall, das gleich wie oder kleiner als das erste Intervall ist, basierend auf einem Vergleichsergebnis zwischen der ermittelten Wellenform und einem Wellenformmodell, das für eine Verwendung als eine Referenzvibrationswellenform vorbestimmt ist, bestimmt, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist oder nicht, die Arbeitseinheit (200) basierend darauf, ob die Bedingung erfüllt ist oder nicht, einen integrierten Wert berechnet, indem sie Stärken integriert, die in der ermittelten Wellenform enthalten sind und die in einem dritten Intervall liegen, das gleich wie oder kleiner als das erste Intervall ist, und die Arbeitseinheit (200) basierend auf dem integrierten Wert bestimmt, ob das Klopfen in der Brennkraftmaschine (100) aufgetreten ist oder nicht, wobei die Arbeitseinheit (200) den integrierten Wert berechnet, wenn bestimmt ist, dass die Bedingung erfüllt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine und insbesondere eine Technik eines Bestimmens, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, basierend auf einer Vibrationswellenform der Brennkraftmaschine.
  • Verschiedene Verfahren wurden zum Bestimmen vorgeschlagen, ob ein Klopfen (Nageln) aufgetreten ist oder nicht. Ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, wird beispielsweise durch Erfassen der Vibrationsstärke bestimmt, die in einer Brennkraftmaschine erzeugt wird, und durch Vergleichen der Stärke mit einem Schwellenwert. Unterdessen kann bei der Brennkraftmaschine neben einer Vibration aufgrund des Klopfens eine Vibration auftreten, wenn ein Einlassventil oder ein Auslassventil auf seinem Sitz aufsetzt. Eine Vibration könnte auch aufgrund der Betätigung einer Einspritzeinrichtung (insbesondere einer Zylinderdirekteinspritzeinrichtung, die den Kraftstoff direkt in einen Zylinder einspritzt) oder einer Hochdruckpumpe auftreten, die der Einspritzeinrichtung den Kraftstoff zuführt. Wenn eine derartige Vibration aufgrund dieser Faktoren zusammen mit einer Vibration aufgrund des Klopfens als Geräusch erfasst wird, kann die Vibrationsstärke nicht wirksam beim Unterscheiden der Vibration aufgrund des Klopfens und der Vibration aufgrund des Geräusches sein. Folglich wurde eine Technik eines Bestimmens vorgeschlagen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, unter Berücksichtigung von sowohl der Vibrationsstärke, als auch deren Form der Wellenform.
  • Die JP 2003 021032 A offenbart eine Klopfsteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die ein statistisches Verarbeitungsprogramm verwendet, das bestimmt, dass ein Klopfen aufgetreten ist, wenn ein Ausgabewert erfasst wird, der größer ist, als ein Klopfbestimmungswert, der durch die statistische Verarbeitung korrigiert wurde, und ebenso ein Wellenformausbildungsprogramm verwendet, das die Vibrationswellenform zum Bestimmen verwendet, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Die Klopfsteuerungsvorrichtung für die Brennkraftmaschine, die in der JP 2003021032 A offenbart ist, hat: einen Klopfsensor, der ein Klopfen in der Brennkraftmaschine erfasst; einen Abschnitt zum statistischen Verarbeiten, der ein Signal statistisch verarbeitet, das durch den Klopfsensor erfasst wird und durch einen Tiefpassfilter und einen Hochpassfilter eingegeben wird; einen ersten Zeitbestimmungsabschnitt, der das Auftreten eines Klopfens basierend auf einem Verarbeitungsergebnis durch den Abschnitt der statistischen Verarbeitung bestimmt; einem zweiten Zeitbestimmungsabschnitt, der ein Auftreten eines Klopfens basierend auf einer Wellenform des Ausgabesignals bestimmt, das durch den Klopfsensor erfasst wird; und einen Abschnitt zum endgültigen Klopfbestimmen, der letztendlich das Auftreten des Klopfens basierend auf der Klopfzeitbestimmung des ersten Zeitbestimmungsabschnitts und der Klopfzeitbestimmung des zweiten Zeitbestimmungsabschnitts bestimmt. Wenn beide von den ersten und zweiten Zeitbestimmungsabschnitten bestimmen, dass ein Klopfen aufgetreten ist, bestimmt der Abschnitt zum endgültigen Klopfbestimmen schließlich, dass ein Klopfen aufgetreten ist. Der erste Zeitbestimmungsabschnitt macht einen Vergleich zwischen dem Maximalwert des Ausgabesignals, das durch den Klopfsensor erfasst wird, und einem Klopfbestimmungswert, der basierend auf dem Verarbeitungsergebnis durch den Abschnitt zum statistischen Verarbeiten berechnet wird, um zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
  • Gemäß der in der Veröffentlichung offenbarten Klopfsteuerungsvorrichtung werden eine Klopfzeitbestimmung durch das Programm zum statistischen Verarbeiten und eine Klopfzeitbestimmung durch das Wellenformausbildungsprogramm verwendet, und nur wenn beide von den Zeitbestimmungen bestimmen, dass ein Klopfen aufgetreten ist, wird letztendlich bestimmt, dass ein Klopfen aufgetreten ist. Infolgedessen kann ein Auftreten eines Klopfens genau bestimmt werden, selbst bei einem Ausgabesignal, das fälschlicherweise durch eine Klopfbestimmung bestimmt wurde, die nur das Programm zum statistischen Verarbeiten oder das Wellenformausbildungsprogramm einsetzt.
  • Die erfasste Vibration der Brennkraftmaschine umfasst eine Vibration, die erzeugt wird, wenn das Einlassventil oder das Auslassventil geschlossen werden, und eine Vibration aufgrund der Betätigung einer Einspritzeinrichtung (insbesondere einer Zylinderdirekteinspritzeinrichtung zum direkten Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Zylinder) oder einer Kraftstoffpumpe, die der Einspritzeinrichtung einen Kraftstoff zuführt, also eine Vibration der Geräuschkomponente. Das Stärke einer derartigen Vibration ist groß bis zu dem Ausmaß, das der Vibrationsstärke entspricht, die aufgrund des Klopfens erzeugt wird. Deshalb könnte bei dem Fall, bei dem durch Verwenden eines Maximalwerts des Ausgabesignals, das durch den Klopfsensor erfasst wird, wie es durch die Klopfsteuervorrichtung durchgeführt wird, die in der JP 2003 021032 A offenbart ist, bestimmt wird, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, fälschlicherweise bestimmt werden, dass ein Klopfen aufgetreten ist, trotz der Tatsache, dass in Wirklichkeit kein Klopfen aufgetreten ist.
  • Die DE 101 54 422 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine. Bei der Klopfbestimmung wird jedoch nicht in einem zweiten Intervall durch einen Vergleich einer in einem ersten Intervall erfassten Wellenform mit einem Referenzwellenformmodell bestimmt, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist oder nicht. Auch offenbart die DE 101 54 422 A1 kein zu dem zweiten bzw. dritten Intervall, wie sie in den Ansprüchen definiert sind, vergleichbares Intervall.
  • Weitere Vorrichtungen zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine sind aus der DE 103 05 656 A1 , der DE 10 2007 000 166 A1 sowie der US 6 688 286 B2 bekannt.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine vorzusehen, die dazu im Stande ist, genau zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie einem Verfahren gemäß Anspruch 10 erreicht.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß erfasst der Kurbelpositionssensor den Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine. Der Klopfsensor erfasst die Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine in Verbindung mit dem Kurbelwinkel. Basierend auf der Stärke, wird die Vibrationswellenform in dem ersten Intervall von dem ersten Kurbelwinkel bis zu dem zweiten Kurbelwinkel erfasst. Basierend auf dem Vergleichsergebnis zwischen dieser Wellenform und dem Wellenformmodell, das als eine Vibrationsreferenzwellenform in dem zweiten Intervall vorbestimmt ist, das höchstens das erste Intervall ist, wird bestimmt, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist oder nicht. Beispielsweise wird bestimmt, ob die Bedingung erfüllt ist oder nicht, dass eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Klopfens existiert. Basierend auf dem Ergebnis dieser Bestimmung wird der integrierte Wert berechnet, indem die Stärken integriert werden, die in der erfassten Wellenform enthalten sind, und die in dem dritten Intervall sind, das höchstens das erste Intervall ist. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird die Wellenform korrigiert und dann wird der integrierte Wert berechnet. Es ist zu beachten, dass die Vibration solche Eigenschaften besitzt, dass die Vibration aufgrund des Klopfens allmählich schwächer wird, während die Vibration aufgrund der Geräuschkomponente rasch schwächer wird. Deshalb neigt der Unterschied zwischen dem integrierten Wert der Vibrationsstärken aufgrund des Klopfens und des integrierten Werts der Vibrationsstärken aufgrund der Geräuschkomponente dazu, größer zu werden. Somit wird basierend auf dem integrierten Wert bestimmt, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine aufgetreten ist oder nicht. Auf diese Art und Weise kann die Vibration aufgrund des Klopfens genau von der Vibration aufgrund der Geräuschkomponente unterschieden werden. Folglich kann die Häufigkeit verringert werden, bei der fälschlicherweise bestimmt wird, dass ein Klopfen aufgetreten ist, trotz der Tatsache, dass in Wirklichkeit kein Klopfen aufgetreten ist. Somit kann die Vorrichtung zum Bestimmen des Klopfens der Brennkraftmaschine vorgesehen sein, die genau bestimmen kann, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
  • Erfindungsgemäß berechnet die Arbeitseinheit den integrierten Wert, wenn bestimmt ist, dass die Bedingung erfüllt ist.
  • In Bezug auf diesen Aufbau wird der integrierte Wert berechnet, wenn bestimmt ist, dass die Bedingung erfüllt ist. Wenn beispielsweise bestimmt wird, dass die Bedingung, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens des Klopfens gibt, erfüllt ist, wird der integrierte Wert berechnet. Daher wird der integrierte Wert nur berechnet, wenn eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens des Klopfens existiert, um zu bestimmen, ob ein Klopfen tatsächlich aufgetreten ist oder nicht. Folglich kann die Genauigkeit, mit der die Bestimmung gemacht wird, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, weiter verbessert werden.
  • Bevorzugt ist das zweite Intervall kleiner als das erste Intervall. Die Arbeitseinheit bestimmt basierend auf dem Vergleichsergebnis zwischen der erfassten Wellenform und dem Wellenformmodell, ob die Bedingung für jeden der Bereiche, die jeweils von einer vorbestimmten Anzahl an gewählten Kurbelwinkeln ausgehen, bei welchen die Stärken die größten unter Stärken sind, von denen jede größer ist, als jeweilige Stärken bei benachbarten Kurbelwinkeln, erfüllt ist oder nicht. Wenn bestimmt ist, dass einer der Bereiche die Bedingung nicht erfüllt, korrigiert die Arbeitseinheit die erfasste Wellenform so, dass die Stärke bei jedem Kurbelwinkel in dem Bereich reduziert wird, der, wie bestimmt worden ist, die Bedingung nicht erfüllt, und berechnet den integrierten Wert und korrigiert dann den integrierten Wert, so dass der integrierte Wert erhöht wird.
  • Hinsichtlich dieses Aufbaus ist das zweite Intervall des Kurbelwinkels, in dem das Wellenformmodell definiert ist, kleiner, als das erste Intervall, bei dem die Vibrationswellenform erfasst wird. Die in dem ersten Intervall von dem ersten Kurbelwinkel bis zu dem zweiten Kurbelwinkel erfasste Vibrationswellenform umfasst, selbst wenn das Klopfen aufgetreten ist, die Vibration aufgrund der Geräuschkomponente, die darin zusätzlich zu der Vibration aufgrund des Klopfens eingemischt ist. Die Vibrationsstärke aufgrund des Klopfens und die Vibrationsstärke aufgrund der Geräuschkomponente sind beide groß. Dann werden bei Bereichen, die jeweils von einer vorbestimmten Anzahl an gewählten Kurbelwinkeln ausgehen, bei welchen die größten Stärken auftreten, von denen jede größer ist, als jeweilige Stärken bei benachbarten Kurbelwinkeln, die erfasste Wellenform und das Wellenformmodell miteinander verglichen. Basierend auf diesem Vergleichsergebnis wird für jeden der Bereiche bestimmt, ob die Bedingung erfüllt ist oder nicht. Beispielsweise wird für jeden Bereich bestimmt, ob die Bedingung erfüllt ist, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens des Klopfens gibt oder nicht. Wenn bestimmt ist, dass jeder der Bereiche die Bedingung nicht erfüllt, wird die erfasste Wellenform so korrigiert, dass die Stärke bei jedem Kurbelwinkel in dem Bereich reduziert wird, der, wie bestimmt worden ist, die Bedingung nicht erfüllt, und dann wird der integrierte Wert berechnet. Auf diese Art und Weise kann unterdrückt werden, dass der integrierte Wert um die Stärke übermäßig größer ist, die als die Vibrationsstärke aufgrund der Geräuschkomponente erachtet wird. Wenn jedoch die erfasste Wellenform korrigiert wird, kann der integrierte Wert, der durch Integrieren von Stärken der Wellenform in dem dritten Intervall berechnet wird, verglichen mit dem integrierten Wert übermäßig kleiner sein, der bei dem Fall berechnet wird, bei dem die Wellenform nicht korrigiert wird. In diesem Fall könnte fälschlicherweise bestimmt werden, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, trotz der Tatsache, dass die Vibration aufgrund des Klopfens tatsächlich erfasst wurde. Dann wird der integrierte Wert korrigiert, so dass dieser erhöht wird. Somit, während Einflüsse einer Vibration aufgrund der Geräuschkomponente von dem integrierten Wert entfernt wurden, kann unterdrückt werden, dass der integrierte Wert kleiner als erforderlich wird. Deshalb kann die Häufigkeit reduziert werden, bei der fälschlicherweise bestimmt wird, dass ein Klopfen aufgetreten ist, trotz der Tatsache, dass ein Klopfen in Wirklichkeit nicht aufgetreten ist, oder bei der fälschlicherweise bestimmt wird, dass das Klopfen nicht aufgetreten ist, trotz der Tatsache, dass das Klopfen in Wirklichkeit aufgetreten ist.
  • Bevorzugt bestimmt die Arbeitseinheit, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine aufgetreten ist oder nicht, basierend auf dem integrierten Wert, der bestimmt wird, indem die Größen bei dem dritten Intervall integriert werden, die bei Kurbelwinkeln liegen, einschließlich jedem Kurbelwinkel in dem Bereich, der, wie bestimmt worden ist, die Bedingung erfüllt.
  • Hinsichtlich dieses Aufbaus wird basierend auf dem integrierten Wert, der bestimmt wird, indem die Größen bei dem dritten Intervall integriert werden, die bei Kurbelwinkeln liegen, einschließlich jedem Kurbelwinkel in dem Bereich, der, wie bestimmt worden ist, die Bedingung erfüllt, bestimmt, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine aufgetreten ist oder nicht. Somit kann basierend auf dem integrierten Wert, der unter Berücksichtigung der Stärke berechnet wird, die möglicherweise die Stärke einer Vibration aufgrund des Klopfens sein kann, bestimmt werden, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
  • Bevorzugt bestimmt die Arbeitseinheit, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine aufgetreten ist oder nicht, basierend auf dem integrierten Wert, der durch Integrieren der Stärken in dem dritten Intervall von einem dritten Kurbelwinkel zu einem vierten Kurbelwinkel bestimmt wird.
  • Hinsichtlich dieses Aufbaus kann der integrierte Wert erhalten werden, der durch Integrieren von Stärken in einem Bereich eines Kurbelwinkels berechnet wird, der immer der gleiche ist.
  • Bevorzugt sind der erste Kurbelwinkel und der dritte Kurbelwinkel der gleiche Kurbelwinkel und sind der zweite Kurbelwinkel und der vierte Kurbelwinkel der gleiche Kurbelwinkel.
  • Hinsichtlich dieses Aufbaus kann der integrierte Wert erhalten werden, der durch Integrieren von Stärken in dem gleichen Kurbelwinkelbereich berechnet wird, wie demjenigen, bei dem die Vibrationswellenform in der Brennkraftmaschine erfasst wird.
  • Bevorzugt sind das zweite Intervall und das dritte Intervall das gleiche Intervall.
  • Hinsichtlich dieses Aufbaus kann der integrierte Wert erhalten werden, der durch Integrieren von Stärken in dem gleichen Kurbelwinkelbereich berechnet wird, wie demjenigen des Wellenformmodells.
  • Bevorzugt ist die Bedingung eine Bedingung, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens des Klopfens gibt.
  • Hinsichtlich dieses Aufbaus wird basierend auf dem Vergleichsergebnis zwischen der Vibrationswellenform in der Brennkraftmaschine und dem Wellenformmodell bestimmt, ob die Bedingung, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens des Klopfens gibt, erfüllt ist. Somit kann aus der Vibrationswellenform bestimmt werden, ob es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Klopfens gibt oder nicht.
  • Bevorzugt bestimmt die Arbeitseinheit, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine aufgetreten ist oder nicht, indem der integrierte Wert mit einem vorbestimmten Bestimmungswert verglichen wird, und die Arbeitseinheit korrigiert den Bestimmungswert basierend auf einer Vielzahl der integrierten Werte.
  • Hinsichtlich dieses Aufbaus wird der integrierte Wert mit einem vorbestimmten Bestimmungswert verglichen, um zu bestimmen, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine aufgetreten ist oder nicht. Es ist zu beachten, dass Vibrationseigenschaften, die in der Brennkraftmaschine auftreten, sich unabhängig davon ändern können, ob ein Klopfen auftritt oder nicht, und zwar aufgrund derartiger Faktoren, wie langfristige Änderungen der Brennkraftmaschine und eines Unterschieds zwischen den Produkten. Deshalb, wenn der Bestimmungswert konstant gehalten wird, bleibt der Zustand nicht immer erhalten, bei dem genau bestimmt werden kann, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Deshalb wird basierend auf einer Vielzahl integrierter Werte der Bestimmungswert korrigiert. Beispielsweise wird der Bestimmungswert basierend auf integrierten Werten in 200 Zündzyklen korrigiert. Somit kann gemäß der Vibration, die tatsächlich in der Brennkraftmaschine auftritt, der Bestimmungswert korrigiert werden. Deshalb kann der Zustand beibehalten werden, bei dem genau bestimmt werden kann, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
  • Bevorzugt berechnet die Arbeitseinheit eine Klopfauftrittshäufigkeit basierend auf einer Vielzahl integrierter Werte und korrigiert die Arbeitseinheit den Bestimmungswert basierend auf der Klopfauftrittshäufigkeit.
  • Hinsichtlich dieses Aufbaus wird bestimmt, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, indem der integrierte Wert mit dem Bestimmungswert verglichen wird, und ferner die Klopfauftrittshäufigkeit basierend auf einer Vielzahl integrierter Werte berechnet wird. Basierend auf der Klopfauftrittshäufigkeit wird der Bestimmungswert korrigiert. Wenn beispielsweise die Klopfauftrittshäufigkeit größer als ein Schwellenwert ist, wird der Bestimmungswert so reduziert, dass es wahrscheinlicher wird, dass bestimmt wird, dass ein Klopfen aufgetreten ist. Im Gegensatz dazu, wenn die Klopfauftrittshäufigkeit kleiner ist, als der Schwellenwert, wird der Bestimmungswert so erhöht, dass es unwahrscheinlicher wird, dass bestimmt wird, dass ein Klopfen aufgetreten ist. Auf diese Art und Weise kann ein Bestimmungswert erhalten werden, der gemäß der Klopfauftrittshäufigkeit passend bestimmt ist.
  • Die vorangehenden und andere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung offensichtlicher werden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
  • 1 ist eine schematische Aufbaudarstellung, die eine Maschine zeigt, die durch eine Maschinen-ECU gesteuert wird, die eine Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
  • 2 zeigt ein Frequenzband einer Vibration, die in der Maschine erzeugt wird, wenn ein Klopfen auftritt.
  • 3 ist ein Steuerblockdiagramm, das die Maschinen-ECU in 1 zeigt.
  • 4 ist eine graphische Darstellung, die eine Vibrationswellenform der Maschine zeigt.
  • 5 zeigt ein Klopfwellenformmodell, das in einem ROM der Maschinen-ECU gespeichert ist.
  • 6 zeigt Bereiche zum Vergleichen der Vibrationswellenform und des Klopfwellenformmodells miteinander gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 7 zeigt die Vibrationswellenform und das Klopfwellenformmodell im Vergleich zueinander.
  • 8 ist eine (erste) graphische Darstellung, die einen 40CA integrierten Wert zeigt.
  • 9 zeigt eine Karte eines Bestimmungswerts V(KX), der in dem ROM der Maschinen-ECU gespeichert ist.
  • 10 zeigt eine Häufigkeitsverteilung von 40CA integrierten Werten.
  • Die 11 bis 13 sind (erste bis dritte) Flussdiagramme, die eine Steuerungsstruktur eines Programms zeigen, das durch die Maschinen-ECU ausgeführt wird, die die Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
  • 14 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, dass ein Kurbelwinkel aus der Vibrationswellenform bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung entfernt ist.
  • 15 ist eine (zweite) graphische Darstellung, die einen 40CA integrierten Wert zeigt.
  • 16 zeigt Bereiche zum Vergleichen einer Vibrationswellenform und eines Klopfwellenformmodells gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 17 ist eine graphische Darstellung, die einen 90CA integrierten Wert zeigt.
  • 18 ist ein (erstes) Flussdiagramm, das eine Steuerungsstruktur eines Programms zeigt, das durch eine Maschinen-ECU ausgeführt wird, die eine Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
  • Die 19 bis 21 sind (erste bis dritte) graphische Darstellungen, die einen Kurbelwinkel zeigen, der aus der Vibrationswellenform gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung entfernt wurde.
  • 22 ist ein (zweites) Flussdiagramm, das eine Steuerungsstruktur eines Programms zeigt, das durch die Maschinen-ECU ausgeführt wird, die die Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen angegeben. Sie sind gleich benannt und funktionieren auch identisch. Deshalb wird eine detaillierte Beschreibung dieser nicht wiederholt.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Maschine 100 eines Fahrzeugs, an der eine Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung befestigt ist, beschrieben. Die Maschine 100 ist mit einer Vielzahl Zylindern versehen. Die Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel wird durch ein Programm verwirklicht, das beispielsweise durch eine Maschinen-ECU (elektronische Steuereinheit) ausgeführt wird.
  • Die Maschine 100 ist eine Brennkraftmaschine, in der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch aus von einem Luftfilter 102 angesaugter Luft und von einer Einspritzeinrichtung 104 eingespritztem Kraftstoff durch eine Zündkerze 106 gezündet wird und in einer Brennkammer verbrannt wird. Während der Zündzeitpunkt gesteuert wird, das diese MBT ist (minimal vorverlegt für ein bestmögliches Moment), bei dem das Ausgabemoment maximal ist, wird der Zündzeitpunkt gemäß einem Betriebszustand der Maschine 100 hinausgezögert oder vorverlegt, beispielsweise, wenn Klopfen auftritt.
  • Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird, wird ein Kolben 108 durch den Verbrennungsdruck heruntergedrückt und eine Kurbelwelle 110 wird gedreht. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch nach der Verbrennung (Abgas) wird durch Dreiwegekatalysatoren 112 gereinigt und anschließend zu der Fahrzeugumgebung ausgelassen. Eine in die Maschine 100 gesaugte Luftmenge wird durch ein Drosselventil 114 reguliert.
  • Die Maschine 100 wird durch die Maschinen-ECU 200 gesteuert. Mit der Maschinen-ECU 200 verbunden sind ein Klopfsensor 300, ein Wassertemperatursensor 302, ein Kurbelpositionssensor 306, der vorgesehen ist, einem Impulsrad zugewandt zu sein, ein Drosselöffnungspositionssensor 308, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 310, ein Zündschalter 312 und ein Luftmengenmesser 314.
  • Der Klopfsensor 300 ist an einem Zylinderblock der Maschine 100 vorgesehen. Der Klopfsensor 300 besteht aus einem piezoelektrischen Element. Der Klopfsensor 300 erzeugt in Antwort auf eine Vibration der Maschine 100 eine Spannung. Die Höhe der Spannung entspricht der Höhe der Vibration. Der Klopfsensor 300 sendet ein Signal zu der Maschinen-ECU 200, das die Spannung darstellt. Der Wassertemperatursensor 302 erfasst die Temperatur eines Kühlmittels in einem Wassermantel der Maschine 100 und sendet ein Signal, das das Erfassungsergebnis darstellt, zu der Maschinen-ECU 200.
  • Das Impulsrad 304 ist an der Kurbelwelle 110 vorgesehen und dreht sich mit der Kurbelwelle 110. An einem Außenumfang des Impulsrads 304 ist eine Vielzahl von Vorsprüngen bei vorbestimmten Abständen vorgesehen. Der Kurbelpositionssensor 306 ist vorgesehen, den Vorsprüngen des Steuerrotors 304 zugewandt zu sein. Wenn sich der Steuerrotor 304 dreht, ändert sich ein Luftspalt zwischen dem Vorsprung des Steuerrotors 304 und dem Kurbelpositionssensor 306 und infolgedessen nimmt ein magnetischer Fluss, der durch einen Wicklungsabschnitt des Kurbelpositionssensors 306 tritt, zu/ab, so dass eine elektromotorische Kraft in dem Wicklungsabschnitt erzeugt wird. Der Kurbelpositionssensor 306 sendet ein Signal zu der Maschinen-ECU 200, das die elektromotorische Kraft darstellt. Die Maschinen-ECU 200 erfasst den Kurbelwinkel und die Umdrehungsanzahl der Kurbelwelle 110 basierend auf dem Signal, das von dem Kurbelpositionssensor 306 gesendet wird.
  • Der Drosselöffnungspositionssensor 308 erfasst die Öffnungsposition der Drossel und sendet ein Signal zu der Maschinen-ECU 200, das das Erfassungsergebnis darstellt. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 310 erfasst die Umdrehungsanzahl eines Rads (nicht gezeigt) und sendet ein Signal zu der Maschinen-ECU 200, das das Erfassungsergebnis darstellt. Die Maschinen-ECU 200 berechnet die Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf der Umdrehungsanzahl des Rads. Der Zündungsschalter 312 wird durch einen Fahrer eingeschaltet, wenn die Maschine 100 gestartet werden soll. Der Luftmengenmesser 314 erfasst die Menge an Einlassluft in die Maschine 100 und sendet ein Signal zu der Maschinen-ECU 200, das das Erfassungsergebnis darstellt.
  • Die Maschinen-ECU 200 wird durch die von einer Hilfsbatterie 320, die eine Stromquelle ist, zugeführte elektrische Energie betrieben. Die Maschinen-ECU 200 führt basierend auf von jeweiligen Sensoren gesendeten Signalen und dem Zündungsschalter 312 und einer Karte und einem in einem ROM (Nur-Lese-Speicher) 202 gespeicherten Programm eine Berechung durch und steuert die Vorrichtungen, um die Maschine 100 in einen gewünschten Betriebszustand zu bringen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel erfasst die Maschinen-ECU 200 eine Wellenform einer Vibration (nachstehend bezeichnet als „Vibrationswellenform”) der Maschine 100 in einem vorbestimmten Klopferfassungsbereich (einem Abschnitt zwischen einem vorbestimmten ersten Kurbelwinkel und einem vorbestimmten zweiten Kurbelwinkel) basierend auf dem von dem Klopfsensor 300 gesendeten Signal und dem Kurbelwinkel und bestimmt basierend auf der erfassten Vibrationswellenform, ob ein Klopfen bei der Maschine 100 aufgetreten ist. Der Klopferfassungsbereich bei dem Ausführungsbeispiel ist der Teilbereich von dem oberen Totpunkt (0°) bis 90° bei einem Arbeitstakt. Der Klopferfassungsbereich ist nicht darauf beschränkt.
  • Wenn ein Klopfen auftritt, wird eine Vibration bei einer Frequenz in der Nähe der durch eine durchgezogene Linie in 2 gezeigten Frequenz in der Maschine 100 erzeugt. Die Frequenz der aufgrund des Klopfens erzeugten Vibration ist nicht konstant und variiert in einem bestimmten Frequenzbereich. Deshalb wird bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Vibration in einem vierten Vibrationsband D erfasst, das ein erstes Frequenzband A, ein zweite Frequenzband B und ein drittes Frequenzband C umfasst. In 2 stellt CA den Kurbelwinkel dar. Die Anzahl an Frequenzbändern einer aufgrund des Klopfens erzeugten Vibration ist nicht auf drei beschränkt.
  • Unter Bezugnahme auf 3 wird die Maschinen-ECU 200 weiter beschrieben. Die Maschinen-ECU 200 hat einen A/D-(Analog/Digital-)-Wandler 400, einen Bandpassfilter 410 und einen Integrationsabschnitt 420.
  • Der A/D-Wandler 400 wandelt ein von dem Klopfsensor 300 gesendetes analoges Signal in ein digitales Signal um. Der Bandpassfilter 410 erlaubt einen Durchtritt von ausschließlich Signalen in dem vierten Frequenzband D von den von dem Klopfsensor 300 gesendeten Signalen. Anders gesagt extrahiert der Bandpassfilter 410 nur die Vibration in dem vierten Frequenzband D aus der durch den Klopfsensor 300 erfassten Vibration.
  • Der Integrationsabschnitt 420 integriert Signale, die durch den Bandpassfilter 410 ausgewählt sind, d. h. Vibrationsgrößen für einen Kurbelwinkel von jeweils 5°. Der Ergebniswert, der durch die Integration für je 5° des Kurbelwinkels bestimmt wird, wird nachstehend als 5CA integrierter Wert bezeichnet. Durch Berechnen des 5CA integrierten Werts in Verbindung mit dem Kurbelwinkel wird die Vibrationswellenform der Maschine 100 erfasst, wie es in 4 gezeigt ist.
  • Die erfasste Vibrationswellenform wird mit einem Klopfwellenformmodell verglichen, das in dem ROM 202 der Maschinen-ECU 200 gespeichert ist, wie es in 5 gezeigt ist. Das Klopfwellenformmodell wird im Voraus als ein Modell der Vibrationswellenform ausgebildet, wenn das Klopfen in der Maschine 100 auftritt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Klopfwellenformmodell als ein Modell einer Vibrationswellenform ausgebildet, das einem Intervall eines Kurbelwinkels von 40° entspricht. Hier ist das Kurbelwinkelintervall für das das Klopfwellenformmodell ausgebildet ist, nicht auf 40° beschränkt.
  • Bei dem Klopfwellenformmodell werden die Vibrationsstärken als dimensionslose Zahlen in einem Bereich von 0 bis 1 ausgedrückt und die Vibrationsstärke ist nicht eindeutig mit dem Kurbelwinkel in Verbindung gebracht. Anders gesagt ist für das Klopfwellenformmodell des Ausführungsbeispiels, während die Vibrationsstärke als diejenige definiert ist, die abnimmt, wenn der Kurbelwinkel nach einem Höchstwert der Vibrationsstärke zunimmt, ein Kurbelwinkel, bei dem die Vibrationsstärke den Höchstwert hat, nicht definiert.
  • Das Klopfwellenformmodell wird im Voraus basierend auf einer Vibrationswellenform der Maschine 100, die erfasst wird, wenn ein Klopfen experimentell zwangsweise erzeugt wird, ausgebildet und gespeichert.
  • Das Klopfwellenformmodell wird ausgebildet, indem eine Maschine 100 mit Abmessungen der Maschine 100 und ein Ausgabewert eines Klopfsensors 300 verwendet werden, die Mittelwerte der Abmessungstoleranz und der Toleranz des Ausgabewerts des Klopfsensors 300 (nachstehend bezeichnet als „Durchschnittsmaschine”) sind. Anders gesagt ist das Klopfwellenformmodell eine Vibrationswellenform bei dem Fall, bei dem das Klopfen zwangsweise in der Durchschnittsmaschine erzeugt wird. Das Ausbildungsverfahren des Klopfwellenformmodells ist nicht auf dieses beschränkt und das Modell kann alternativ durch eine Simulation ausgebildet werden.
  • Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Vergleichen der Vibrationswellenform mit dem Klopfwellenformmodell gemäß dem Ausführungsbeispiel gegeben. Der Kurbelwinkelbereich, in dem die Vibrationswellenform und die Klopfwellenform miteinander verglichen werden ist, wie es in 6 gezeigt ist, ein Bereich, der bei einem Kurbelwinkel beginnt, bei dem der 5CA integrierte Wert, nämlich die Stärke, größer als jeweilige Stärken bei angrenzenden Kurbelwinkeln ist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel werden die Vibrationswellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander in den Bereichen verglichen, die jeweils von Kurbelwinkeln starten, bei denen die 5CA integrierten Werte die größten zwischen zwei 5CA integrierten Werten sind, die größer sind, als jeweilige Stärken bei benachbarten Kurbelwinkeln, und dieser Vergleich wird in dem Klopferfassungsbereich durchgeführt. Deshalb, wenn die Vibrationswellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander verglichen werden, wenn das Klopfwellenformmodell vollständig in dem Klopferfassungsbereich enthalten ist, werden die Vibrationswellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander in dem Bereich verglichen, der dem Kurbelwinkelintervall von 40° entspricht, der identisch zu demjenigen des Klopfwellenformmodells ist. Wenn die Vibrationswellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander verglichen werden, wenn das Klopfwellenformmodell teilweise über den Klopferfassungsbereich hinaus liegt, werden die Vibrationswellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander bei dem Bereich verglichen, der einem Kurbelwinkelintervall entspricht, das kleiner als 40° ist.
  • Wie es in 7 gezeigt ist, wird der Kurbelwinkel, bei dem der 5CA integrierte Wert größer ist, als jeweilige Stärken angrenzender Kurbelwinkel, und das am weitesten links befindliche Ende des Klopfwellenformmodells positionell abgeglichen und die Vibrationswellenform wird mit dem Klopfwellenformmodell bei jedem Bereich verglichen.
  • Wenn die Vibrationswellenform mit dem Klopfwellenformmodell verglichen wird, wie es in 7 gezeigt ist, wird die Wellenform für jeden Bereich, bei dem der Vergleich durchgeführt wird, normalisiert. Hier bedeutet Normalisieren die Stärke der Vibration als dimensionslose Zahl in einem Bereich von 0 bis 1 auszudrücken, indem andere 5CA integrierte Werte beispielsweise durch den maximalen 5CA integrierten Wert in dem Bereich geteilt wird, bei dem der Vergleich durchgeführt wird, nämlich den am weitesten links befindlichen 5CA integrierten Wert bei dem Bereich, bei dem der Vergleich durchgeführt wird. Jedoch ist das Normalisierungsverfahren nicht darauf beschränkt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel berechnet die Maschinen-ECU 200 einen Korrelationskoeffizienten K, der den Grad einer Ähnlichkeit der normalisierten Vibrationswellenform zu dem Klopfwellenformmodell darstellt (stellt eine Abweichung der Vibrationswellenform und des Klopfwellenformmodells voneinander dar).
  • Der Absolutwert des Unterschieds (Abweichungsbetrag) zwischen der Stärke in der normalisierten Vibrationswellenform und der Stärke in dem Klopfwellenformmodell wird für jeden Kurbelwinkel (je 5° Kurbelwinkel) berechnet, um dadurch den Korrelationskoeffizienten K zu berechnen. Der Absolutwert des Unterschieds zwischen der Stärke bei der Vibrationswellenform und der Stärke bei dem Klopfwellenformmodell kann alternativ für jeden anderen Kurbelwinkel als 5° berechnet werden.
  • Angenommen, dass der Absolutwert des Unterschieds zwischen der Stärke bei der normalisierten Vibrationswellenform und der Stärke des Klopfwellenformmodells für jeden Kurbelwinkel ΔS(I) ist, (I ist eine natürliche Zahl). Wie es durch Verwenden der schrägen Linien in 7 gezeigt ist, wird die Gesamtvibrationsstärke bei dem Klopfwellenformmodell, nämlich der Bereich des Klopfwellenformmodells, durch S dargestellt. Dann wird der Korrelationskoeffizient K durch die Gleichung berechnet: K = (S – ΣΔS(I))/S (1) wobei ΣΔS(I) die Summe von ΔS(I) ist. Die Gleichung (1) wird verwendet, um den Korrelationskoeffizienten K für jeden Bereich zu berechnen.
  • Je näher bei dem Ausführungsbeispiel eine Form der Vibrationswellenform einer Form des Klopfwellenformmodells ist, desto größer ist der berechnete Korrelationskoeffizient K. Das Verfahren zum Berechnen des Korrelationskoeffizienten K ist nicht darauf beschränkt.
  • Die Maschinen-ECU 200 bestimmt, dass, wenn der Korrelationskoeffizient K gleich oder größer als ein Schwellenwert K(0) ist, die Bedingung erfüllt ist, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Klopfens gibt. Wenn der Korrelationskoeffizient K kleiner ist als der Schwellenwert K(0), bestimmt die Maschinen-ECU, dass die Bedingung, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Klopfens gibt, nicht erfüllt ist. Hier kann die Bestimmung alternativ abhängig davon durchgeführt werden, ob irgendeine andere Bedingung erfüllt ist, als die Bedingung, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Klopfens gibt.
  • Bei dem Fall, bei dem es eine Wahrscheinlichkeit gibt, dass ein Klopfen aufgetreten ist, verwendet die Maschinen-ECU 200 einen Wert, der bestimmt wird, indem die Stärken für ein Kurbelwinkelintervall von 40° integriert werden, nämlich indem die Stärken für das gleiche Kurbelwinkelintervall, wie das Klopfwellenformmodell integriert werden, um zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. In dem Folgenden wird ein Wert, der durch Integrieren der Stärken für den Kurbelwinkel von 40° bestimmt wird, als 40CA integrierter Wert bezeichnet. Der Wert, der bestimmt wird, indem die Stärken für jedes Kurbelwinkelintervall bestimmt werden, das sich von 40° unterscheidet, kann alternativ verwendet werden.
  • Die Kurbelwinkel mit jeweiligen Stärken aus denen der 40CA integrierte Wert berechnet wird, sind die Kurbelwinkel bei dem Bereich, bei dem der Korrelationskoeffizient K relativ größer als bei anderen Bereichen ist, wie es durch die schrägen Linien in 8 angezeigt ist. Hier kann der 40CA integrierte Wert berechnet werden, indem die Stärken bei Kurbelwinkeln, die 40° entsprechen, die jeden Kurbelwinkel bei einem Teil des Bereichs aufweisen, bei dem der Korrelationskoeffizient K relativ größer ist, berechnet werden.
  • Eine Klopfstärke N wird berechnet, indem der 40CA integrierte Wert durch BGL (Hintergrundniveau) geteilt wird, welches die Vibrationsstärke der Maschine 100 darstellt, wenn ein Klopfen nicht auftritt. BGL wird im Voraus beispielsweise durch eine Simulation oder ein Experiment bestimmt, und in dem ROM gespeichert. Das Verfahren zum Berechnen der Klopfstärke N ist nicht darauf beschränkt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel vergleicht die Maschinen-ECU 200 die berechnete Klopfstärke N und einen Bestimmungswert V(KX), der in dem ROM 202 gespeichert ist, miteinander, und vergleicht ferner die erfasste Wellenform und das gespeicherte Klopfwellenformmodell miteinander. Dann bestimmt die Maschinen-ECU 200, ob ein Klopfen in der Maschine 100 für jeden Zündzyklus aufgetreten ist oder nicht.
  • Wie es in 9 gezeigt ist, werden die Bestimmungswerte V(KX) als eine Karte für jeweilige Bereiche gespeichert, die gemäß einem Betriebszustand unterteilt sind, der durch die Parameter dargestellt wird, welche die Maschinendrehzahl NE und die Einlassluftmenge KL sind. Bei dem Ausführungsbeispiel sind neun Bereiche für jeden Zylinder vorgesehen, die folgendermaßen unterteilt sind: niedrige Drehzahl (NE < NE(1)); mittlere Drehzahl (NE(1) ≤ NE < NE(2)); hohe Drehzahl (NE(2) ≤ NE); niedrige Last (KL < KL(1)); mittlere Last (KL(1) ≤ KL < KL(2)); und Hochlast (KL(2) ≤ KL). Die Anzahl der Bereiche ist nicht darauf begrenzt. Die Bereiche können alternativ durch Verwenden von anderen Parametern berechnet werden, als der Maschinendrehzahl NE und der Einlassluftmenge KL.
  • Bei der Zeit eines Versands der Maschine 100 oder des Fahrzeugs wird ein Wert, der im Voraus durch ein Experiment oder dergleichen bestimmt wurde, als der Bestimmungswert V(KX) verwendet, der in dem ROM 202 gespeichert ist (ein Anfangswert des Bestimmungswerts V(KX) zu der Zeit des Versands). Jedoch, aufgrund einer Schwankung bei den Ausgabewerten und einer Verschlechterung des Klopfsensors 300, können die gleichen Vibrationen, die in der Maschine 100 auftreten, als Vibrationen von jeweiligen Stärken erfasst werden, die voneinander verschieden sind. In diesem Fall ist es erforderlich, den Bestimmungswert V(KX) zu korrigieren, und zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, indem der für die tatsächlich erfasste Stärke geeignete Bestimmungswert V(KX) verwendet wird.
  • Somit wird bei dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel die Häufigkeitsverteilung, die eine Beziehung zwischen dem 40CA integrierten Wert und der Häufigkeit (der Wiederholungsanzahl auch als Wahrscheinlichkeit bezeichnet) bei der jeder 40CA integrierte Wert berechnet wird, verwendet, um den Bestimmungswert V(KX) zu korrigieren.
  • Für jeden Bereich wird basierend auf den Parametern, welche die Maschinendrehzahl NE und die Einlassluftmenge KL sind, die Häufigkeitsverteilung des 40CA integrierten Werts vorbereitet. Für die Häufigkeitsverteilung wird ein Wert verwendet, der durch logarithmisches Konvertieren des 40CA integrierten Werts bestimmt wird.
  • Wie es in 10 gezeigt ist, werden für die Häufigkeitsverteilung ein Mittelwert VMED, bei dem die akkumulierte Summe von Häufigkeiten von 40CA integrierten Werten von dem minimalen Wert 50% erreicht, sowie eine Standardabweichung σ berechnet. Bei dem Ausführungsbeispiel werden ein Mittelwert VMED und eine Standardabweichung σ, die den Mittelwert und die Standardabweichung annähern, die basierend auf einer Vielzahl von 40CA integrierten Werten (beispielsweise in 200 Zyklen) berechnet wurden, durch das nachstehend beschriebene Verfahren jedes Mal berechnet, wenn der 40CA integrierte Wert berechnet wird.
  • Wenn der gegenwärtig erfasste 40CA integrierte Wert größer als der vorherig berechnete Mittelwert VMED ist, wird ein vorbestimmter Wert C(1) zu dem vorherig berechneten Mittelwert VMED addiert, um den gegenwärtigen Mittelwert VMED zu bestimmen. Im Gegensatz dazu, wenn der gegenwärtig erfasste 40CA integrierte Wert kleiner als der vorherig berechnete Mittelwert VMED ist, wird ein vorbestimmter Wert C(2) von dem vorherig berechneten Mittelwert VMED (C(2) ist beispielsweise gleich C(1)) subtrahiert, um den gegenwärtigen Mittelwert VMED zu bestimmen.
  • Wenn der gegenwärtig erfasste 40CA integrierte Wert kleiner als der vorherig berechnete Mittelwert VMED ist, und größer als ein Wert ist, der durch Subtrahieren der vorherig berechneten Standardabweichung σ von dem vorherig berechneten Mittelwert VMED bestimmt wird, wird ein Wert, der doppelt so groß ist, wie ein vorbestimmter Wert C(3), von der vorherig berechneten Standardabweichung σ subtrahiert, um ihn als gegenwärtige Standardabweichung σ zu verwenden. Im Gegensatz dazu, wenn der gegenwärtig erfasste 40CA integrierte Wert größer als der vorherig berechnete Mittelwert VMED ist oder kleiner als ein Wert ist, der durch Subtrahieren der vorherig berechneten Standardabweichung σ von dem vorherig berechneten Mittelwert VMED bestimmt wird, wird ein vorbestimmter Wert C(4) (C(4) ist beispielsweise gleich C(3)) zu der vorherig berechneten Standardabweichung σ addiert, um ihn als die gegenwärtige Standardabweichung σ zu verwenden. Die Verfahren zum Berechnen des Mittelwerts VMED und der Standardabweichung σ sind nicht darauf beschränkt. Ferner können die Anfangswerte des Mittelwerts VMED und der Standardabweichung σ Werte sein, die im Voraus eingestellt werden, oder können „0” sein.
  • Dieser Mittelwert VMED und diese Standardabweichung σ werden verwendet, um ein Kopfbestimmungsniveau V(KD) zu berechnen. Wie es in 10 gezeigt ist, wird zu dem Mittelwert VMED das Produkt aus einem Koeffizienten U (U ist eine Konstante, beispielsweise U = 3) und der Standardabweichung σ addiert, um den Ergebniswert als Klopfbestimmungsniveau V(KD) zu verwenden. Das Verfahren zum Berechnen des Klopfbestimmungsniveaus V(KD) ist nicht darauf beschränkt.
  • Der Anteil oder das Verhältnis (die Häufigkeit) der 40CA integrierten Werte, die größer sind, als das Klopfbestimmungsniveau V(KD), wird als eine Klopfauftrittshäufigkeit bestimmt und als Klopfanteil KC gezählt. Wenn der Klopfanteil KC größer als ein Schwellenwert KC(0) ist, dann wird der Bestimmungswert V(KX) korrigiert, so dass dieser um einen vorbestimmten Korrekturbetrag so verringert wird, dass die Häufigkeit eines Hinauszögerns des Zündzeitpunkts höher wird. Wenn der Klopfanteil KC kleiner als der Schwellenwert KC(0) ist, dann wird der Bestimmungswert V(KX) korrigiert, so dass dieser um einen vorbestimmten Korrekturbetrag so erhöht wird, dass die Häufigkeit eines Vorverlegens des Zündzeitpunkts größer wird.
  • Der Koeffizient U ist ein Koeffizient, der basierend auf Daten und Feststellungen durch Experimente und dergleichen erhalten wird. Der 40CA integrierte Wert, der größer als das Klopfbestimmungsniveau V(KD) ist, wenn U = 3, stimmt im Wesentlichen mit dem 40CA integrierten Wert bei einem Zündzyklus überein, bei dem ein Klopfen tatsächlich aufgetreten ist. Jeder andere Wert als „3” kann als Koeffizient U verwendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 11 und 12 wird eine Beschreibung einer Steuerungsstruktur eines Programms gegeben, das durch die Maschinen-ECU 200 ausgeführt wird, welche die Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel ist, um bei jedem Zündzyklus zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
  • Bei Schritt 100 (nachstehend wird Schritt” abgekürzt als „S”) erfasst die Maschinen-ECU 200 die Maschinendrehzahl NE basierend auf dem von dem Kurbelpositionssensor 306 gesendeten Signal und erfasst die Einlassluftmenge KL basierend auf dem von dem Luftmengenmesser 314 gesendeten Signal.
  • Bei S102 bestimmt die Maschinen-ECU 200 die Vibrationsstärke der Maschine 100 basierend auf dem von dem Klopfsensor 300 gesendeten Signal. Die Vibrationsstärke wird als die Ausgabespannung des Klopfsensors 300 ausgedrückt. Die Vibrationsstärke kann als ein Wert ausgedrückt werden, der der Ausgabespannung des Klopfsensors 300 entspricht. Die Erfassung der Stärke wird zwischen dem oberen Totpunkt und 90° (einem Kurbelwinkel von 90°) bei einem Arbeitstakt ausgeführt.
  • Bei S104 berechnet die Maschinen-ECU 200 den 5CA integrierten Wert, indem sie die Ausgabespannungswerte (die Werte, die die Vibrationsstärken darstellen) des Klopfsensors 300 für je 5° (für 5°) des Kurbelwinkels integriert, um dadurch eine Vibrationswellenform der Maschine 100 zu erfassen.
  • Bei S106 erfasst die Maschinen-ECU 200 Kurbelwinkel, bei denen die 5CA integrierten Werte die größten unter denjenigen sind, die jeweils größer sind, als jeweilige 5CA integrierte Werte bei benachbarten Kurbelwinkeln, aus den 5CA integrierten Werten der Vibrationswellenform der Maschine 100.
  • Bei S108 vergleicht die Maschinen-ECU 200 den Bereich, der bei dem 5CA integrierten Wert beginnt, der größer ist, als jeweilige 5CA integrierte Werte bei benachbarten Kurbelwinkeln, mit dem Klopfwellenformmodell und berechnet den Korrelationskoeffizienten K für jeden Bereich.
  • Bei S110 bestimmt die Maschinen-ECU 200, ob irgendeiner von den berechneten Korrelationskoeffizienten K gleich oder größer als der Schwellenwert K(0) ist oder nicht. Wenn zumindest einer der berechneten Korrelationskoeffizienten K gleich oder größer als der Schwellenwert K(0) ist (JA bei S110), geht der Prozess zu S200 weiter. Andernfalls (NEIN bei S110) geht der Prozess zu S210 weiter.
  • Bei S200 bestimmt die Maschinen-ECU 200, dass die Bedingung, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Klopfens gibt, erfüllt ist.
  • Bei S202 entfernt die Maschinen-ECU 200 von der Vibrationswellenform Stärken für einen Bereich eines Kurbelwinkels von 10° von dem am weitesten links befindlichen Kurbelwinkel bei dem Bereich der Vibrationswellenform, bei dem der Korrelationskoeffizient K kleiner als der Schwellenwert K(0) ist. Hier können die Stärken für jeden Bereich eines Kurbelwinkels, der sich von 10° unterscheidet, aus der Vibrationswellenform entfernt werden. Ferner können die Stärken bei Kurbelwinkeln von jedem Kurbelwinkel, der ein anderer ist, als der am weitesten links befindliche Kurbelwinkel, bei dem Bereich, bei dem der Korrelationskoeffizient K kleiner als der Schwellenwert K(0) ist, in der Vibrationswellenform entfernt werden. Wenn kein Korrelationskoeffizient K kleiner als der Schwellenwert K(0) ist, wird dieser Prozessschritt nicht durchgeführt.
  • Bei S204 berechnet die Maschinen-ECU 200 den 40CA integrierten Wert, indem sie die Stärken in einem Bereich integriert, bei dem der Korrelationskoeffizient K größer ist, als der Schwellenwert K(0) für einen Bereich eines Kurbelwinkels von 40°. Wenn alle berechneten Korrelationskoeffizienten K größer sind, als der Schwellenwert K(0), werden Stärken bei einem Bereich, bei dem der Korrelationskoeffizient K relativ größer ist, verwendet, um den 40CA integrierten Wert zu berechnen.
  • Bei S206 korrigiert die Maschinen-ECU 200 den 40CA integrierten Wert, um die Stärken, die aus der Vibrationswellenform entfernt wurden, zu kompensieren. Insbesondere wird der 40CA integrierte Wert korrigiert, so dass dieser erhöht wird. Beispielsweise bei dem Fall, bei dem die Stärken für den Bereich eines Kurbelwinkels von 10° von den Stärken bei Kurbelwinkeln entfernt werden, aus denen der 40CA integrierte Wert berechnet wird, wird der 40CA integrierte Wert mit 8/6 multipliziert. Wenn Kurbelwinkel, aus denen der 40CA integrierte Wert berechnet wird, keine Kurbelwinkel aufweisen, bei denen jeweilige Stärken entfernt werden, wird dieser Prozessschritt nicht ausgeführt.
  • Bei S208 teilt die Maschinen-ECU 200 den 40CA integrierten Wert durch BGL, um die Klopfstärke N zu berechnen.
  • Bei S210 bestimmt die Maschinen-ECU 200, dass die Bedingung, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Klopfens gibt, nicht erfüllt ist.
  • Bei S300 bestimmt die Maschinen-ECU 200, ob die Klopfstärke N größer als der Bestimmungswert V(KX) ist oder nicht. Wenn die Klopfstärke N größer als der Bestimmungswert V(KX) ist (JA bei S300), geht der Prozess zu S302 weiter. Andernfalls (NEIN bei S300) geht der Prozess zu S306 weiter.
  • Bei S302 bestimmt die Maschinen-ECU 200, dass ein Klopfen aufgetreten ist. Bei S304 zögert die Maschinen-ECU 200 den Zündzeitpunkt hinaus.
  • Bei S306 bestimmt die Maschinen-ECU 200, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist. Bei S308 verlegt die Maschinen-ECU 200 den Zündzeitpunkt vor.
  • Bezugnehmend auf 13 wird eine Beschreibung einer Steuerungsstruktur eines Programms gegeben, das zum Korrigieren des Bestimmungswerts V(KX) durch die Maschinen-ECU 200 ausgeführt wird, welche die Klopfbestimmungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels ist.
  • Bei S400 bestimmt die Maschinen-ECU 200, ob die 40CA integrierten Werte berechnet wurden oder nicht. Wenn die 40CA integrierten Werte berechnet wurden (JA bei S400), geht der Prozess zu S402 weiter. Andernfalls (NEIN bei S400) kehrt der Prozess zu S400 zurück.
  • Bei S402 berechnet die Maschinen-ECU 200 den Mittelwert VMED und die Standardabweichung σ der berechneten 40CA integrierten Werte. Der Mittelwert VMED und die Standardabweichung σ können jedes Mal M berechnet werden (M ist eine natürliche Zahl, beispielsweise M = 200), wenn 40CA integrierte Werte berechnet werden.
  • Bei S404 berechnet die Maschinen-ECU 200 das Klopfbestimmungsniveau V(KD) basierend auf dem Mittelwert VMED und der Standardabweichung σ.
  • Bei S406 zählt die Maschinen-ECU 200 die Anzahl von 40CA integrierten Werten, die größer als das Klopfbestimmungsniveau V(KD) sind, aus den berechneten 40CA integrierten Werten, um den Anteil der gezählten Werte als Klopfanteil KC zu bestimmen.
  • Bei S408 bestimmt die Maschinen-ECU 200, ob M 40CA integrierte Werte (40CA integrierte Werte in M Zündzyklen) seit der letzten Korrektur des Bestimmungswerts V(KX) berechnet wurden oder nicht. Wenn M 40CA integrierte Werte seit der letzten Korrektur des Bestimmungswerts V(KX) berechnet wurden (JA bei S408), geht der Prozess zu S410 weiter. Andernfalls (NEIN bei S408) kehrt der Prozess zu S400 zurück.
  • Bei S410 bestimmt die Maschinen-ECU 200, ob der Klopfanteil KC größer als der Schwellenwert KC(0) ist oder nicht. Wenn der Klopfanteil KC größer ist, als der Schwellenwert KC(0) (JA bei S410), geht der Prozess zu S412 weiter. Andernfalls (NEIN bei S410) geht der Prozess zu S414 weiter.
  • Bei S412 verringert die Maschinen-ECU 200 den Bestimmungswert V(KX) um einen vorbestimmten Korrekturbetrag. Bei S414 erhöht die Maschinen-ECU 200 den Bestimmungswert V(KX) um einen vorbestimmten Korrekturbetrag.
  • Ein Betrieb der Maschinen-ECU 200, die die Klopfbestimmungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels ist, wird basierend auf dem vorstehend beschriebenen Aufbau und den Flussdiagrammen beschrieben.
  • Während die Maschine 100 in Betrieb ist, wird die Maschinendrehzahl NE basierend auf dem von dem Kurbelpositionssensor 306 gesendeten Signal erfasst und wird die Einlassluftmenge KL basierend auf dem von dem Luftmengenmesser 314 gesendeten Signal erfasst (S100). Darüber hinaus wird basierend auf dem von dem Klopfsensor 300 gesendeten Signal die Vibrationsstärke der Maschine 100 erfasst (S102).
  • Zwischen dem oberen Totpunkt und 90° bei dem Arbeitstakt werden die 5CA integrierten Werte berechnet (S104). Auf diese Weise wird die vorstehend beschriebene Vibrationswellenform der Maschine 100, wie sie in 4 gezeigt ist, erfasst.
  • Da die 5CA integrierten Werte verwendet werden, um die Vibrationswellenform zu erfassen, kann die Vibrationswellenform erfasst werden, von der schwierige Stärkenschwankungen unterdrückt werden. Deshalb ist es einfach, die erfasste Vibrationswellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander zu vergleichen.
  • Diese Vibrationswellenform kann zusätzlich zu der Vibration aufgrund des Klopfens derartige darin eingemischte Geräuschkomponenten, welche andere sind, als die durch das Klopfen erzeugte Vibration, als Vibration aufweisen, die erzeugt wird, wenn sich das Einlassventil 116 oder das Auslassventil 118 schließen, und eine Vibration umfassen, die beim Betätigen der Einspritzeinrichtung 104 (insbesondere einer Zylinderdirekteinspritzeinrichtung) oder einer Kraftstoffpumpe 120 erzeugt wird. Deshalb ist es schwierig, präzise zu bestimmen, ob ein Klopfen ausschließlich aus der Maximalstärke (5CA integrierter Wert) der Vibrationswellenform aufgetreten ist oder nicht.
  • Folglich werden die Kurbelwinkel erfasst, bei denen jeweilige 5CA integrierte Werte die zwei größten Werte unter 5CA integrierten Werten sind, die jeweils größer sind, als jeweilige 5CA integrierte Werte bei benachbarten Kurbelwinkeln (S106). Bereiche von jeweiligen erfassten Kurbelwinkeln werden jeweils mit dem Klopfmodell verglichen, um den Korrelationskoeffizienten K für jeden Bereich zu berechnen (S108).
  • Wenn alle Korrelationskoeffizienten K kleiner sind, als der Schwellenwert K(0) (NEIN bei S110), existiert eine extrem geringe Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Klopfens. Deshalb wird bestimmt, dass die Bedingung, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Klopfauftritts gibt, nicht erfüllt ist (S210). In diesem Fall wird bestimmt, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist (S306) und der Zündzeitpunkt wird vorverlegt (S308).
  • Wenn zumindest einer von den Korrelationskoeffizienten K unter den berechneten Korrelationskoeffizienten K größer ist, als der Schwellenwert K(0) (JA bei S110), besteht die Wahrscheinlichkeit, dass ein Klopfen auftritt. Dann wird bestimmt, dass die Bedingung, dass es die Wahrscheinlichkeit gibt, dass ein Klopfen auftritt, erfüllt ist (S200).
  • Wenn es eine Wahrscheinlichkeit eines Klopfauftretens gibt, wird der 40CA integrierte Wert, der aus den Stärken in dem Bereich berechnet wird, bei dem der Korrelationskoeffizient K relativ größer ist, verwendet, um eine genauere Bestimmung zu machen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
  • Bei den Kurbelwinkeln, aus denen der 40CA integrierte Wert berechnet worden ist, ist der 40CA integrierte Wert übermäßig um die Geräuschkomponente größer, wenn die Vibration der Geräuschkomponente eingeschlossen ist. Dann, wenn irgendein Korrelationskoeffizient K kleiner ist, als der Schwellenwert K(0), werden, wie es in 14 gezeigt ist, die Stärken von der Vibrationswellenform für den Bereich des Kurbelwinkels von 10° von dem am weitesten links befindlichen Kurbelwinkel in dem Bereich entfernt, in dem der Korrelationseffizient K kleiner als der Schwellenwert K(0) in der Vibrationswellenform (S202) ist.
  • Von den Stärken der Vibrationswellenform, aus der die Stärken für den Bereich eines Kurbelwinkels von 10° entfernt werden, wird der 40CA integrierte Wert durch Integrieren der Stärken für den Bereich des Kurbelwinkels von 40° bei dem Bereich, bei dem der Korrelationskoeffizient K relativ größer ist, berechnet (S204).
  • Zu dieser Zeit, wie es in 15 gezeigt ist, ist der 40CA integrierte Wert kleiner als erforderlich, wenn die Stärken vollständig von den Stärken bei Kurbelwinkeln entfernt werden, aus denen der 40CA integrierte Wert berechnet wird. Deshalb, um die Stärken auszugleichen, die aus der Vibrationswellenform entfernt wurden, wird der 40CA integrierte Wert korrigiert (S206). Der 40CA integrierte Wert wird durch BGL geteilt, um die Klopfstärke N (S208) zu berechnen.
  • Wenn die Klopfstärke N größer ist, als der Bestimmungswert V(KX) (JA bei S300), wird bestimmt, dass ein Klopfen aufgetreten ist (S302) und der Zündzeitpunkt wird hinausgezögert (S304). Auf diese Weise kann ein Auftreten eines Klopfens unterdrückt werden.
  • Wenn die Klopfstärke N kleiner ist als der Bestimmungswert V(KX) (NEIN bei S300), wird bestimmt, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist (S306) und der Zündzeitpunkt wird vorverlegt (S308).
  • Hier hat die Vibration derartige Eigenschaften, dass die Vibration aufgrund des Klopfens allmählich schwächer wird und die Vibration aufgrund der Geräuschkomponente rasch schwächer wird. Deshalb unterscheidet sich der berechnete 40CA integrierte Wert beträchtlich in Abhängigkeit davon, ob der integrierte Wert aus den Stärken der Vibration aufgrund des Klopfens berechnet wird, oder ob der integrierte Wert aus Stärken der Vibration aufgrund der Geräuschkomponente berechnet wird. Aus einem derartigen 40CA integrierten Wert wird die Klopfstärke N berechnet.
  • Auf diese Weise kann ein großer Unterschied zwischen der Klopfstärke N bei dem Fall, bei dem ein Klopfen aufgetreten ist, und einer Klopfstärke N bei dem Fall, bei dem die Vibration aufgrund der Geräuschkomponente erfasst wird, während ein Klopfen nicht aufgetreten ist, vorgesehen sein. Deshalb können die Klopfstärke bei dem Fall, bei dem ein Klopfen aufgetreten ist, und die Klopfstärke bei dem Fall, bei dem eine Vibration aufgrund der Geräuschkomponente erfasst wird, während ein Klopfen nicht aufgetreten ist, präzise voneinander unterschieden werden. Folglich kann präzise bestimmt werden, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
  • Es ist zu beachten, dass aufgrund einer Schwankung bei den Ausgabewerten und einer Verschlechterung des Klopfsensors 300 die gleichen Vibrationen, die in der Maschine 100 auftreten, als Vibrationen von jeweiligen Stärken erfasst werden könnten, die sich einander unterscheiden. In diesem Fall ist es erforderlich, den Bestimmungswert V(KX) zu korrigieren, und zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, indem der Bestimmungswert V(KX) verwendet wird, der für die tatsächlich erfasste Stärke geeignet ist.
  • Folglich verwendet die Maschinen-ECU 200, welche die Klopfbestimmungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels ist, die Häufigkeitsverteilung der 40CA integrierten Werte, um den Bestimmungswert V(KX) zu korrigieren. Wenn die 40CA integrierten Werte berechnet worden sind (JA bei S400), werden der Mittelwert VMED und die Standardabweichung σ der berechneten 40CA integrierten Werte berechnet (S402). Basierend auf diesem Mittelwert VMED und der Standardabweichung σ wird das Klopfbestimmungsniveau V(KD) berechnet (S404).
  • Die Anzahl von 40CA integrierten Werten, die größer sind, als das Bestimmungsniveau V(KD), wird gezählt, um den Klopfanteil KC zu bestimmen (S406). Wenn M 40CA integrierte Werte seit der letzten Korrektur des Bestimmungswerts V(KX) berechnet worden sind (JA bei S408) und bei dem Fall, bei dem der Klopfanteil KC größer ist als der Schwellenwert KC(0) (JA bei S410), wird der Bestimmungswert V(KX) verringert (S412). Somit ist es wahrscheinlicher, dass bestimmt wird, dass ein Klopfen aufgetreten ist. Deshalb kann die Häufigkeit, bei der der Zündzeitpunkt hinausgezögert wird, größer gemacht werden.
  • Bei dem Fall, bei dem der Klopfanteil KC kleiner ist als der Schwellenwert KC(0) (NEIN bei S410), wird der Bestimmungswert V(KX) erhöht (S414). Dadurch ist es wahrscheinlicher, dass bestimmt wird, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist. Deshalb kann die Häufigkeit, bei der der Zündzeitpunkt vorverlegt wird, größer gemacht werden.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, wird hinsichtlich der Maschinen-ECU, welche die Klopfbestimmungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels ist, die Vibrationswellenform mit dem Klopfwellenformmodell verglichen und infolgedessen, wenn bestimmt wird, dass die Bedingung, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Klopfens gibt, erfüllt ist, der 40CA integrierte Wert durch Integrieren von Stärken für einen Bereich eines Kurbelwinkels von 40° berechnet. Somit kann der 40CA integrierte Wert erhalten werden, der sich in großem Maße in Abhängigkeit davon unterscheidet, ob der Wert aus den Stärken einer Vibration aufgrund des Klopfens berechnet wird, oder der Wert aus Stärken einer Vibration aufgrund der Geräuschkomponente berechnet wird. Deshalb kann die aus der Vibration aufgrund des Klopfens berechnete Klopfstärke N größer gemacht werden, als die Klopfstärke N, die aus der Vibration aufgrund der Geräuschkomponente berechnet wird. Folglich kann die Klopfstärke N mit dem Bestimmungswert V(KX) verglichen werden, um präzise zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Das Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Vibrationswellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander in drei Bereichen der Vibrationswellenform verglichen werden und darin, dass der durch Integrieren der Stärken bei Kurbelwinkeln von dem oberen Totpunkt bis 90° bestimmte Wert verwendet wird, um zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Außerdem unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass durch Verwenden des Werts, der durch Integrieren von Stärken bei Kurbelwinkeln von dem oberen Totpunkt bis zu 90° für beide Fälle bestimmt wird, bei denen die Bedingung, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Klopfens gibt, erfüllt ist, und dem Fall, bei dem die Bedingung, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Klopfens gibt, nicht erfüllt ist, bestimmt wird, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
  • Andere Elemente sind gleich denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Jeweilige Funktionen sind ebenfalls gleich. Deshalb wird die detaillierte Beschreibung von diesen hier nicht wiederholt.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zum Vergleichen einer Vibrationswellenform mit einem Klopfwellenformmodell beschrieben.
  • Bei dem in 16 gezeigten Ausführungsbeispiel gibt es Bereiche, die jeweils von drei Kurbelwinkeln ausgehend beginnen, bei denen jeweilige 5CA integrierte Werte die größten drei 5CA integrierten Werte unter denjenigen sind, die jeweils größer als die 5CA integrierten Werte bei benachbarten Kurbelwinkeln sind, und die Bereiche sind in dem Klopferfassungsbereich enthalten. In diesen Bereichen werden jeweils die Vibrationswellenform und die Klopfwellenform miteinander verglichen. Das Verfahren zum Herstellen des Vergleichs mit dem Klopfwellenformmodell bei jedem Bereich ist identisch zu demjenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel und deshalb wird hier eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
  • Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel werden bei dem Ausführungsbeispiel die Stärken in den Bereich eines Kurbelwinkels von dem oberen Totpunkt bis 90°, nämlich dem Bereich eines Kurbelwinkels, der identisch zu dem Klopferfassungsbereich ist, wie es durch die schrägen Linien in 17 gezeigt ist, integriert, um den resultierenden integrierten Wert zum Bestimmen zu verwenden, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Nachfolgend wird der Wert, der durch Integrieren der Stärken in dem Bereich eines Kurbelwinkels von dem oberen Totpunkt bis 90° bestimmt wurde, als 90CA integrierter Wert bezeichnet. Der 90CA integrierte Wert wird durch BGL geteilt, um die Klopfstärke N zu berechnen.
  • Hier kann der Wert, der durch Integrieren der Stärken in einem Bereich eines Kurbelwinkels von einem frei wählbaren konstanten Kurbelwinkel bis zu einem anderen frei wählbaren konstanten Kurbelwinkel bestimmt wird, verwendet werden, um zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. In diesem Fall ist das Kurbelwinkelintervall, für das die integrierte Stärke berechnet wird, das Intervall des Klopferfassungsbereichs, nämlich 90° oder kleiner.
  • Bezugnehmend auf 18 wird eine Beschreibung einer Steuerungsstruktur eines Programms gegeben, das durch die Maschinen-ECU ausgeführt wird, die die Klopfbestimmungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels ist, um jedes Mal, wenn die Zündung auftritt, zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
  • Die Prozessschritte S100 bis S104 und S300 bis S308 sind identisch zu denjenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Deshalb wird die detaillierte Beschreibung von diesen nicht wiederholt.
  • Bei S500 erfasst die Maschinen-ECU 200 drei Kurbelwinkel, bei denen jeweilige 5CA integrierte Werte die größten drei unter 5CA integrierten Werten sind, wobei jeder größer ist als jeweilige 5CA integrierte Werte bei benachbarten Kurbelwinkeln in der Vibrationswellenform der Maschine 100.
  • Bei S502 vergleicht die Maschinen-ECU 200 die Vibrationswellenform bei dem Bereich, der von dem Kurbelwinkel startet, bei dem der 5CA integrierte Wert größer ist als jeweilige 5CA integrierte Werte bei benachbarten Kurbelwinkeln, mit dem Klopfwellenformmodell und berechnet den Korrelationskoeffizienten K für jeden Bereich.
  • Bei S504 entfernt die Maschinen-ECU 200 die Stärken bei einem Kurbelwinkelbereich von 10° von dem am weitesten links liegenden Kurbelwinkel in einem Bereich der Vibrationswellenform, wo der Korrelationskoeffizient K kleiner ist als der Schwellenwert K(0), aus der Vibrationswellenform. Hier können die Stärken bei einem anderen Kurbelwinkelbereich als 10° aus der Vibrationswellenform entfernt werden. Ferner können die Stärken bei Kurbelwinkeln von irgendeinem Kurbelwinkel, der sich von dem am weitesten links liegenden Kurbelwinkel unterscheidet, bei dem Bereich entfernt werden, bei dem der Korrelationskoeffizient K in der Vibrationswellenform kleiner als der Schwellenwert K(0) ist. Wenn kein Korrelationskoeffizient K kleiner ist als der Schwellenwert K(0), wird dieser Prozessschritt nicht ausgeführt.
  • Bei S506 berechnet die Maschinen-ECU 200 den 90CA integrierten Wert durch Integrieren der Stärken in dem Bereich eines Kurbelwinkels von dem oberen Totpunkt bis 90°.
  • Bei S508 korrigiert die Maschinen-ECU 200 den 90CA integrierten Wert, um die Stärken auszugleichen, die aus der Vibrationswellenform entfernt sind. Und zwar wird der 90CA integrierte Wert korrigiert, so dass dieser erhöht wird.
  • Beispielsweise bei dem Fall, bei dem nur ein Korrelationskoeffizient K kleiner als der Schwellenwert K(0) ist und die Stärken in dem Kurbelwinkelbereich von 10° aus der Vibrationswellenform entfernt sind, wie es in 19 gezeigt ist, wird der 90CA integrierte Wert mit 18/16 multipliziert. Bei dem Fall, bei dem zwei Korrelationskoeffizienten K kleiner als der Schwellenwert K(0) sind und die Stärken bei dem Kurbelwinkelbereich von insgesamt 20° aus der Vibrationswellenform entfernt werden, wie es in 20 gezeigt ist, wird der 90CA integrierte Wert mit 18/12 multipliziert. Bei dem Fall, bei dem drei Korrelationskoeffizienten K kleiner sind als der Schwellenwert K(0) und die Stärken in dem Kurbelwinkelbereich von insgesamt 30° aus der Vibrationswellenform entfernt werden, wie es in 21 gezeigt ist, wird der 90CA integrierte Wert mit 18/12 multipliziert.
  • Rückbezug nehmend auf 18 teilt bei S510 die Maschinen-ECU 200 den 90CA integrierten Wert durch BGL, um die Klopfstärke N zu berechnen.
  • Bezugnehmend auf 22 wird eine Beschreibung einer Steuerungsstruktur eines Programms gegeben, das durch die Maschinen-ECU 200 ausgeführt wird, welche die Klopfbestimmungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels ist, um den Bestimmungswert V(KX) zu korrigieren. Die Prozessschritte von S410 bis S414 sind identisch zu denjenigen von dem ersten Ausführungsbeispiel und deshalb wird eine detaillierte Beschreibung dieser hier nicht wiederholt.
  • Bei S600 bestimmt die Maschinen-ECU 200, ob 90CA integrierte Werte berechnet wurden oder nicht. Wenn die 90CA integrierten Werte berechnet wurden (JA bei S600), geht der Prozess zu S602 weiter. Andernfalls (NEIN bei S600) kehrt der Prozess zu S600 zurück.
  • Bei S602 berechnet die Maschinen-ECU 200 einen Mittelwert VMED und eine Standardabweichung σ der berechneten 90CA integrierten Werte. Die Berechnung des Mittelwerts VMED und der Standardabweichung σ können jedes Mal durchgeführt werden, wenn M 90CA integrierte Werte berechnet wurden.
  • Bei S604 berechnet die Maschinen-ECU 200 das Klopfbestimmungsniveau V(KD) basierend auf dem Mittelwert VMED und der Standardabweichung σ.
  • Bei S606 zählt die Maschinen-ECU 200 die Anzahl von 90CA integrierten Werten, die unter den berechneten 90CA integrierten Werten größer als das Klopfbestimmungsniveau V(KD) sind, um den Anteil der gezählten integrierten Werte als Klopfanteil KC zu bestimmen.
  • Bei S608 bestimmt die Maschinen-ECU 200, ob seit der letzten Korrektur des Bestimmungswerts V(KX) M 90CA integrierte Werte (90CA integrierte Werte in M Zyklen) berechnet wurden oder nicht. Wenn seit der letzten Korrektur des Bestimmungswerts V(KX) M 90CA integrierte Werte berechnet wurden (JA in S608), geht der Prozess zu S410 weiter. Andernfalls (NEIN in S608) geht der Prozess zu S600 zurück.
  • Eine Beschreibung des Betriebs der Maschinen-ECU 200 wird gegeben, welche die Klopfbestimmungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels ist, und zwar basierend auf dem vorstehend beschriebenen Aufbau und Flussdiagramm.
  • Ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Vibrationswellenform der Maschine 100 erfasst und dann werden drei Kurbelwinkel erfasst, bei denen jeweilige 5CA integrierte Werte die größten drei unter 5CA integrierten Werten sind, die jeweils größer sind als jeweilige 5CA integrierte Werte bei benachbarten Kurbelwinkeln (S500). Die Vibrationswellenform bei den Bereichen, die jeweils von den erfassten Kurbelwinkeln beginnen, wird mit dem Klopfwellenformmodell verglichen, um den Korrelationskoeffizienten K für jeden Bereich zu berechnen (S502).
  • Jeder Bereich, für den dieser Korrelationskoeffizient K kleiner ist, als der Schwellenwert K(0), wird als der eine angesehen, der die Vibration aufgrund der Geräuschkomponente darstellt. Deshalb werden bei dem Bereich, für den der Korrelationskoeffizient K kleiner als der Schwellenwert K(0) ist, die Stärken für den Kurbelwinkelbereich von 10° von dem am weitesten links befindlichen Kurbelwinkel aus der Vibrationswellenform entfernt (S504).
  • Für diese Vibrationswellenform wird der 90CA integrierte Wert durch Integrieren von Stärken in dem Kurbelwinkelbereich von dem oberen Totpunkt bis 90° bestimmt (S506). Ferner wird der 90CA integrierte Wert korrigiert, um die Stärken auszugleichen, die aus der Vibrationswellenform entfernt wurden (S508). Der 90CA integrierte Wert wird durch BGL geteilt, um die Klopfstärke N zu berechnen (S510).
  • Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, wenn die Klopfstärke N größer ist als der Bestimmungswert V(KX) (JA bei S300), wird bestimmt, dass ein Klopfen aufgetreten ist (S302) und der Zündzeitpunkt wird hinausgezögert (S304). Wenn die Klopfstärke N kleiner als der Bestimmungswert V(KX) ist (NEIN bei S300), wird bestimmt, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist (S306) und der Zündzeitpunkt wird vorverlegt (S308).
  • Der 90CA integrierte Wert, der durch Integrieren von Stärken bei Kurbelwinkeln von dem oberen Totpunkt bis 90° bestimmt wird, wird verwendet und dadurch können immer die integrierten Werte von Stärken bei Kurbelwinkeln in dem gleichen Bereich erhalten werden. Deshalb kann unter im Wesentlichen der gleichen Bedingung die letztendliche Bestimmung gemacht werden, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Somit kann präzise bestimmt werden, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Häufigkeitsverteilung von 90CA integrierten Werten verwendet, um den Bestimmungswert V(KX) zu korrigieren. Wenn die 90CA integrierten Werte berechnet wurden (JA bei S600), werden der Mittelwert VMED und die Standardabweichung σ der berechneten 90CA integrierten Werte berechnet (S602). Basierend auf diesem Mittelwert VMED und der Standardabweichung σ wird das Klopfbestimmungsniveau V(KD) berechnet (S604).
  • Die Anzahl von 90CA integrierten Werten, die größer sind als die Bestimmungshöhe V(KD), wird gezählt, um den Anteil von diesen als Klopfanteil KC zu bestimmen (S606). Wenn seit der letzten Korrektur des Bestimmungswerts V(KX) M 90CA integrierte Werte berechnet wurden (JA bei S608) und wenn der Klopfanteil KC größer als der Schwellenwert KC(0) ist (JA bei S410), wird der Bestimmungswert V(KX) verringert (S412). Dadurch wird es wahrscheinlicher, dass bestimmt wird, dass ein Klopfen aufgetreten ist. Deshalb kann die Häufigkeit, bei der die Zündzeit hinausgezögert wird, größer gemacht werden.
  • Wenn der Klopfanteil KC kleiner als der Schwellenwert KC(0) ist (NEIN bei S410), wird der Bestimmungswert V(KX) verringert (S414). Somit wird es wahrscheinlicher, dass bestimmt wird, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist. Deshalb kann die Häufigkeit, bei der der Zündzeitpunkt vorverlegt wird, größer gemacht werden.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, werden in Bezug auf die Maschinen-ECU, welche die Klopfbestimmungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels ist, die Vibrationswellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander verglichen und infolgedessen, wenn ein Bereich die Bedingung, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Klopfens gibt, nicht erfüllt, die Stärke in diesem Bereich korrigiert wird. Der 90CA integrierte Wert wird durch Integrieren der Stärken der korrigierten Wellenform in dem Bereich eines Kurbelwinkels von dem oberen Totpunkt bis 90° berechnet. Somit kann der 90CA integrierte Wert erhalten werden, der sich beträchtlich in Abhängigkeit davon unterscheidet, ob der integrierte Wert aus Stärken der Vibration aufgrund des Klopfens berechnet wird oder ob der integrierte Wert aus Stärken einer Vibration aufgrund der Geräuschkomponente berechnet wird. Deshalb kann die Klopfstärke N, die aus der Vibration aufgrund des Klopfens berechnet wird, größer gemacht werden, als die Klopfstärke N, die aus der Vibration aufgrund der Geräuschkomponente berechnet wird. Folglich kann die Klopfstärke N mit dem Bestimmungswert V(KX) verglichen werden, um präzise zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
  • Obwohl die Erfindung detailliert beschrieben und dargestellt wurde, ist klar zu verstehen, dass diese nur beispielhaft und zum Zwecke der Darstellung ist, und nicht zum Zwecke eines Einschränkens, wobei der Anwendungsbereich der Erfindung nur durch die Ausdrücke der beigefügten Ansprüche beschränkt ist.

Claims (18)

  1. Vorrichtung zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine mit: einem Kurbelpositionssensor (306), der einen Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine (100) erfasst; einem Klopfsensor (300), der eine Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine (100) in Verbindung mit dem Kurbelwinkel erfasst; und einer Arbeitseinheit (200), wobei die Arbeitseinheit (200) basierend auf der Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine (100) eine Vibrationswellenform in einem ersten Intervall von einem ersten Kurbelwinkel bis zu einem zweiten Kurbelwinkel ermittelt, die Arbeitseinheit (200) in einem zweiten Intervall, das gleich wie oder kleiner als das erste Intervall ist, basierend auf einem Vergleichsergebnis zwischen der ermittelten Wellenform und einem Wellenformmodell, das für eine Verwendung als eine Referenzvibrationswellenform vorbestimmt ist, bestimmt, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist oder nicht, die Arbeitseinheit (200) basierend darauf, ob die Bedingung erfüllt ist oder nicht, einen integrierten Wert berechnet, indem sie Stärken integriert, die in der ermittelten Wellenform enthalten sind und die in einem dritten Intervall liegen, das gleich wie oder kleiner als das erste Intervall ist, und die Arbeitseinheit (200) basierend auf dem integrierten Wert bestimmt, ob das Klopfen in der Brennkraftmaschine (100) aufgetreten ist oder nicht, wobei die Arbeitseinheit (200) den integrierten Wert berechnet, wenn bestimmt ist, dass die Bedingung erfüllt ist.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das zweite Intervall kleiner ist als das erste Intervall, die Arbeitseinheit (200) basierend auf dem Vergleichsergebnis zwischen der ermittelten Wellenform und dem Wellenformmodell bestimmt, ob die Bedingung für jeden der Bereiche, die jeweils von einer vorbestimmten Anzahl an gewählten Kurbelwinkeln ausgehen, bei welchen die größten Stärken auftreten, von denen jede größer ist, als jeweilige Stärken bei benachbarten Kurbelwinkelen, erfüllt ist oder nicht, wenn bestimmt ist, dass einer der Bereiche die Bedingung nicht erfüllt, die Arbeitseinheit (200) die ermittelte Wellenform so korrigiert, dass die Stärke bei jedem Kurbelwinkel in dem Bereich reduziert wird, der, wie bestimmt worden ist, die Bedingung nicht erfüllt, und den integrierten Wert berechnet, und die Arbeitseinheit (200) den integrierten Wert korrigiert, so dass der integrierte Wert erhöht wird.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Arbeitseinheit (200) bestimmt, ob das Klopfen in der Brennkraftmaschine (100) aufgetreten ist oder nicht, basierend auf dem integrierten Wert, der durch Integrieren der Stärken in dem dritten Intervall bestimmt wird, die bei Kurbelwinkeln liegen, einschließlich jedem Kurbelwinkel bei jedem der Bereiche, der, wie bestimmt worden ist, die Bedingung erfüllt.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Arbeitseinheit (200) bestimmt, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine (100) aufgetreten ist oder nicht, basierend auf dem integrierten Wert, der durch Integrieren der Stärken in dem dritten Intervall von einem dritten Kurbelwinkel zu einem vierten Kurbelwinkel bestimmt wird.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der erste Kurbelwinkel und der dritte Kurbelwinkel der gleiche Kurbelwinkel sind, und der zweite Kurbelwinkel und der vierte Kurbelwinkel der gleiche Kurbelwinkel sind.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das zweite Intervall und das dritte Intervall das gleiche Intervall sind.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Bedingung eine Bedingung ist, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Klopfens gibt.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Arbeitseinheit (200) bestimmt, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine (100) aufgetreten ist oder nicht, indem sie den integrierten Wert mit einem vorbestimmten Bestimmungswert vergleicht, und die Arbeitseinheit (200) den Bestimmungswert basierend auf einer Vielzahl der integrierten Werte korrigiert.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Arbeitseinheit (200) eine Klopfauftrittshäufigkeit basierend auf einer Vielzahl integrierter Werte berechnet, und die Arbeitseinheit (200) den Bestimmungswert basierend auf der Klopfauftrittshäufigkeit korrigiert.
  10. Verfahren zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine mit den Schritten: Ermitteln eines Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine (100); Ermitteln einer Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine (100) in Verbindung mit dem Kurbelwinkel; Ermitteln einer Vibrationswellenform in einem ersten Intervall von einem ersten Kurbelwinkel bis zu einem zweiten Kurbelwinkel basierend auf der Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine (100); Bestimmen, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist oder nicht, basierend auf einem Vergleichsergebnis zwischen der ermittelten Wellenform und einem Wellenformmodell, das zur Verwendung als Bezugsvibrationswellenform vorbestimmt ist, in einem zweiten Intervall, das gleich wie oder kleiner als das erste Intervall ist; Berechnen eines integrierten Werts durch Integrieren von Stärken, die in der ermittelten Wellenform enthalten sind und die in einem dritten Intervall liegen, das gleich wie oder kleiner als das erste Intervall ist, basierend darauf, ob die Bedingung erfüllt ist oder nicht; und Bestimmen, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine (100) aufgetreten ist oder nicht, basierend auf dem integrierten Wert, wobei der Schritt des Berechnens des integrierten Werts den Schritt des Berechnens des integrierten Werts umfasst, wenn bestimmt ist, dass die Bedingung erfüllt ist.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das zweite Intervall kleiner ist als das erste Intervall, der Schritt des Bestimmens, ob die Bedingung erfüllt ist oder nicht, den Schritt umfasst, bei dem basierend auf dem Vergleichsergebnis zwischen der ermittelten Wellenform und dem Wellenformmodel bestimmt wird, ob die Bedingung für jeden der Bereiche, die jeweils von einer vorbestimmten Anzahl an gewählten Kurbelwinkeln ausgehen, bei denen die größten Stärken auftreten, von denen jede größer ist, als jeweilige Stärken bei benachbarten Kurbelwinkeln sind, erfüllt ist oder nicht, der Schritt des Berechnens des integrierten Werts, wenn bestimmt ist, dass einer der Bereiche die Bedingung nicht erfüllt, den Schritt eines Korrigierens der ermittelten Wellenform aufweist, so dass die Stärke bei jedem Kurbelwinkel in dem Bereich, der, wie bestimmt worden ist, die Bedingung nicht erfüllt, reduziert wird, und des Berechnens des integrierten Wert umfasst, und das Verfahren zum Bestimmen des Klopfens ferner den Schritt eines Korrigierens des integrierten Werts aufweist, um den integrierten Wert zu erhöhen.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Schritt des Bestimmens, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, den Schritt umfasst, bei dem bestimmt wird, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine (100) aufgetreten ist oder nicht, basierend auf dem integrierten Wert, der durch Integrieren von Stärken in dem dritten Intervall bestimmt wird, die bei Kurbelwinkeln liegen, einschließlich jedem Kurbelwinkel in jedem der Bereiche, der, wie bestimmt ist, die Bedingung erfüllt.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Schritt des Bestimmens, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, den Schritt umfasst, bei dem bestimmt wird, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine (100) aufgetreten ist oder nicht, basierend auf dem integrierten Wert, der durch Integrieren von Stärken in dem dritten Intervall von einem dritten Kurbelwinkel bis zu einem vierten Kurbelwinkel bestimmt wird.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der erste Kurbelwinkel und der dritte Kurbelwinkel der gleiche Kurbelwinkel sind, und der zweite Kurbelwinkel und der vierte Kurbelwinkel der gleiche Kurbelwinkel sind.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das zweite Intervall und das dritte Intervall das gleiche Intervall sind.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Bedingung eine Bedingung ist, dass es eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Klopfens gibt.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Schritt des Bestimmens, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, den Schritt umfasst, bei dem durch Vergleichen des integrierten Werts mit einem vorbestimmten Bestimmungswert bestimmt wird, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine (100) aufgetreten ist oder nicht, und das Verfahren zum Bestimmen des Klopfens ferner den Schritt eines Korrigierens auf Basis einer Vielzahl integrierter Werte des Bestimmungswerts aufweist.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Verfahren zum Bestimmen des Klopfens ferner den Schritt eines Berechnens der Klopfauftrittshäufigkeit basierend auf einer Vielzahl integrierter Werte aufweist, und der Schritt des Korrigierens des Bestimmungswerts den Schritt eines Korrigierens des Bestimmungswerts basierend auf der Klopfauftrittshäufigkeit aufweist.
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