DE112007001073B4

DE112007001073B4 - Klopfbestimmungsvorrichtung und Klopfbestimmungsverfahren einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE112007001073B4
Application number: DE112007001073T
Authority: DE
Inventors: Masatomo Yoshihara; Kenji Kasashima; Rihito Kaneko; Kenji Senda; Yuuichi Takemura; Shuhei Oe
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2006-05-29
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2027-05-29
Also published as: US20090005956A1; JP2007315363A; DE112007001073T5; WO2007139221A1; US7822533B2; JP4357501B2

Abstract

Klopfbestimmungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit: einem Kurbelpositionssensor (306), der einen Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine (100) erfasst; und einer Arbeitseinheit (200), wobei die Arbeitseinheit (200) eine Wellenform einer Schwingung der Brennkraftmaschine (100) in einem ersten Bereich des Kurbelwinkels in einer zu dem Kurbelwinkel korrespondierenden Weise erfasst, einen Kurbelwinkel erfasst, der eine vorbestimmte Bedingung in einem zweiten Bereich erfüllt, der in dem ersten Bereich beinhaltet ist, auf der Grundlage eines Ergebnisses eines Vergleichs bestimmt, ob die Brennkraftmaschine (100) klopft oder nicht, wobei der Vergleich bei dem Kurbelwinkel, der auf dem Kurbelwinkel basiert, der die Bedingung erfüllt, zwischen der erfassten Wellenform und einem Wellenformmodell ausgeführt wird, das eine Breite aufweist, die kleiner als die des ersten Bereichs ist, und das als eine Referenz der Wellenform der Schwingung der Brennkraftmaschine (100) definiert ist, einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100) erfasst, und den zweiten Bereich gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100) festlegt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Klopfbestimmungsverfahren gemäß Anspruch 6 für eine Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Technik zum Bestimmen, ob ein Klopfen vorliegt oder nicht vorliegt, auf der Grundlage einer Wellenform einer Schwingung einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Üblicherweise sind verschiedene Verfahren zum Erfassen eines Klopfens (Klopfgeräusches) vorgeschlagen, das in einer Brennkraftmaschine auftreten kann. Zum Beispiel gibt es eine Technik zum Bestimmen eines Auftretens eines Klopfens, wenn eine Magnitude (ein Ausmaß) einer Schwingung in einer Brennkraftmaschine größer als ein Grenzwert ist. Jedoch können, selbst wenn das Klopfen nicht aufgetreten ist, Schwingungen aufgrund von zum Beispiel einem Schließen von Einlassventilen und Auslassventilen den Grenzwert übersteigen. In diesem Fall wird irrtümlich bestimmt, dass das Klopfen aufgetreten ist, obwohl das Klopfen nicht aufgetreten ist. Demgemäß ist eine derartige Technik vorgeschlagen, dass das Vorliegen oder Nichtvorliegen des Klopfens aufgrund einer Wellenform einer Schwingung unter Betrachtung von Charakteristika wie zum Beispiel von einem Kurbelwinkel, bei dem die Schwingung auftritt, und/oder von einem Dämpfungsfaktor, das heißt von Charakteristika anders als die Magnitude, bestimmt wird.
JP-A-2004-353531 offenbart eine Klopfsteuerungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine, die unter Verwendung von einer Wellenform genau bestimmt, ob ein Klopfen auftritt oder nicht, und die dadurch einen Betrieb oder einen Betriebszustand einer Brennkraftmaschine geeignet steuert. Die Klopfsteuerungsvorrichtung, die in JP-A-2004-353531 offenbart ist, hat einen Signaldetektor, der ein Schwingungswellenformsignal erfasst, das in der Brennkraftmaschine erzeugt wird, einen Frequenzseparator, der das Schwingungswellenformsignal, das durch den Signaldetektor erfasst wird, in eine Vielzahl von Frequenzkomponenten trennt, eine Wellenformfestlegungseinheit, die eine Form einer Klopfwellenform gemäß Werten bestimmt, von denen jeder durch eine Magnitudenintegration erhalten wird, die bei jeder der Vielzahl von Frequenzkomponenten ausgeführt wird, die durch den Frequenzseparator für jeden vorbestimmten Bereich eines vorbestimmten Kurbelwinkels getrennt werden, eine Klopfbestimmungseinheit, die auf der Grundlage der Klopfwellenformform, die durch die Wellenformformfestlegungseinrichtung festgelegt ist, bestimmt, ob die Brennkraftmaschine klopft oder nicht, ein Klopfsteuergerät, das einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine gemäß einem Ergebnis der Bestimmung durch die Klopfbestimmungseinheit steuert, und eine Festlegungseinheit einer idealen Wellenform, die als eine ideale Klopfwellenform eine ideale Form einer Klopfwellenform eines Schwingungswellenformsignals voreinstellt, das in der Brennkraftmaschine auftritt. Die Wellenformfestlegungseinheit korrigiert die Wellenform, um eine Klopfmagnitude zu verringern, wenn ein Magnitudenanstiegsabschnitt, der einem Höchstwert der Klopfwellenform vorausgeht, eine Magnitudenanstiegsrate hat, die kleiner als die der idealen Klopfwellenform ist.
Gemäß der in JP-A-2004-353531 offenbarten Klopfsteuerungsvorrichtung wird ein Schwingungswellenformsignal, das in der Brennkraftmaschine auftritt und durch die Signalerfassungseinheit erfasst wird, durch den Frequenzseparator in eine Vielzahl von Frequenzkomponenten getrennt. Die Wellenformfestlegungseinheit legt die Klopfwellenform gemäß dem Wert fest, der durch eine Magnitudenintegration erhalten wird, die bei den Frequenzkomponenten ausgeführt wird, die für jeden vorbestimmten Bereich eines vorbestimmten Kurbelwinkels getrennt werden. Auf der Grundlage der Klopfwellenform bestimmt die Klopfbestimmungseinheit, ob die Brennkraftmaschine klopft oder nicht. Auf der Grundlage eines Ergebnisses dieser Bestimmung steuert das Klopfsteuergerät den Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Auf diese Weise wird das Schwingungswellenformsignal, das in der Brennkraftmaschine erzeugt wird, in die Vielzahl von Frequenzkomponenten unterteilt und wird die Klopfwellenform durch den Wert festgelegt, der durch die Magnitudenintegration erhalten wird, die bei der Vielzahl von getrennten Frequenzkomponenten für jeden vorbestimmten Bereich des vorbestimmten Kurbelwinkels ausgeführt wird, so dass die Klopfwellenform als die Summe oder Gesamtmenge der jeweiligen Schwingungsmodi dargestellt werden kann. Gemäß dieser Klopfwellenform ist es möglich, genau zu bestimmen, ob die Brennkraftmaschine klopft oder nicht, so dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine geeignet gesteuert wird. Wenn der Magnitudenanstiegsabschnitt, der dem Höchstwert der Klopfwellenform vorausgeht, mit einer Magnitudenanstiegsrate ansteigt, die niedriger als die ideale Klopfwellenform ist, kann dieser Abschnitt mit der Klopfwellenform verwechselt werden und wird daher korrigiert, um die Magnitude zu verringern. Da große Schwankungen in einer Magnitudenanstiegsrate des Magnitudenanstiegsabschnitts vorliegen, der dem Höchstwert der Klopfwellenform vorausgeht, wird eine Korrektur ausgeführt, wenn die Magnitudenanstiegsrate höher als die der idealen Klopfwellenform ist, und wird die Korrektur ausgeführt, um die Magnitude zu verringern, wenn die Magnitudenanstiegsrate niedriger als die der idealen Klopfwellenform ist. Dadurch ist es möglich, eine irrtümliche Erfassung des Klopfens aus einer Geräuschwellenform zu verhindern, die bezüglich der Form von der des Klopfens verschieden ist.
Wenn der Vergleich zwischen der erfassten Wellenform und der idealen Klopfwellenform in Bezug auf den Höchstwert der Wellenform ausgeführt wird, wie es in dem in JP-A-2004-353531 offenbarten Klopfsteuerungsbestimmung ausgeführt wird, muss der Kurbelwinkel des Höchstwerts genau erfasst werden. Wenn der Kurbelwinkel des Höchstwerts fehlerhaft erfasst wird, kann der Vergleich zwischen der erfassten Wellenform und der idealen Klopfwellenform nicht korrekt ausgeführt werden und kann ein Fehler bei der Bestimmung auftreten, ob das Klopfen auftritt oder nicht. Jedoch ist in JP-A-2004-353531 weder eine Methode des genauen Erfassens des Kurbelwinkels zum Beispiel des Höchstwerts, der eine Referenz für den Vergleich zwischen der erfassten Wellenform und der idealen Klopfwellenform vorsieht, offenbart noch vorgeschlagen. Daher ist es für diese Vorrichtung notwendig, eine weitere Verbesserung zum korrekten Vergleichen der erfassten Wellenform mit der idealen Klopfwellenform und zur genauen Bestimmung vorzusehen, ob das Klopfen auftritt oder nicht.
DE 10 2004 046 081 A1 und WO 2005/103466 A2 zeigen weitere Klopfbetimmungsvorrichtungen/-verfahren gemäß dem Stand der Technik.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Klopfbestimmungsvorrichtung und ein Klopfbestimmungsverfahren für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit denen ein Auftreten eines Klopfens genau bestimmt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Klopfbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1 und mit einem Klopfbestimmungsverfahren nach Anspruch 6 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Eine Klopfbestimmungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung hat einen Kurbelpositionssensor, der einen Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine erfasst, und eine Arbeitseinheit. Die Arbeitseinheit erfasst eine Wellenform einer Schwingung der Brennkraftmaschine in einem ersten Bereich des Kurbelwinkels in einer Art, die zu dem Kurbelwinkel korrespondiert, erfasst einen Kurbelwinkel, der eine vorbestimmte Bedingung in einem in dem ersten Bereich enthaltenen zweiten Bereich erfüllt, bestimmt auf der Grundlage eines Ergebnisses eines Vergleichs, ob die Brennkraftmaschine klopft oder nicht, wobei der Vergleich bei dem Kurbelwinkel, der auf dem Kurbelwinkel basiert, der die Bestimmung erfüllt, zwischen der erfassten Wellenform und einem Wellenformmodell ausgeführt wird, das eine Breite aufweist, die kleiner als die des ersten Bereichs ist, und das als eine Referenz der Wellenform der Schwingung der Brennkraftmaschine definiert ist, erfasst einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine und legt den zweiten Bereich gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine fest.
Gemäß dieser Struktur wird der Kurbelwinkel erfasst und wird auch die Schwingungsmagnitude der Brennkraftmaschine gemäß dem Kurbelwinkel erfasst. Auf der Grundlage dieser Schwingungsmagnitude wird die Schwingungswellenform in dem ersten Bereich des Kurbelwinkels erfasst. Wenn ein Klopfen auftritt, hat diese Wellenform eine Form, die dem Klopfen entspricht. Daher kann das Vorliegen oder Nichtvorliegen des Klopfens durch Vergleichen der erfassten Wellenform mit dem Wellenformmodell bestimmt werden, das als eine Wellenform vorliegt, die beobachtet wird, wenn das Klopfen auftritt. Bevorzugt wird der Kurbelwinkel, der aus einem Vergleich zwischen der erfassten Wellenform und dem Wellenformmodell verwendet wird, auf der Grundlage des vorbestimmten Kurbelwinkels bestimmt. In Verbindung damit erfordert, wenn der gesamte erste Bereich als der Sollbereich zum Erfassen des als die Referenz zu verwendenden Kurbelwinkels verwendet wird, die Verarbeitung eine lange Zeit. Demgemäß wird der Kurbelwinkel, der die vorbestimmte Bedingung erfüllt, in einem zweiten Bereich erfasst, der in dem ersten Bereich beinhaltet ist. Die Bestimmung, ob eine Brennkraftmaschine klopft oder nicht, wird auf der Grundlage des Ergebnisses des Vergleichs ausgeführt, der zwischen der erfassten Wellenform und dem Wellenformmodell bei dem Kurbelwinkel ausgeführt wird, der auf diesem somit erfassten Kurbelwinkel basiert. Zum Erfassen der Schwingungswellenform führt eine Vorrichtung wie zum Beispiel ein Bandpassfilter eine Signalverarbeitung aus. Daher ist eine gewisse Zeit erforderlich, bevor die Schwingungswellenform erhalten wird. Ferner verstreicht eine gewisse Zeit nach einem Auftreten der Schwingung, bis die Schwingung an einer Stelle zum Beispiel des Klopfsensors ankommt. Daher wird die Schwingungswellenform mit einer Verzögerung der Erfassung des Kurbelwinkels erfasst. Diese Differenz hängt von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ab. Zum Beispiel erhöht sich die Differenz mit einer Maschinendrehzahl der Brennkraftmaschine. Daher kann, wenn der zweite Bereich immer in Bezug auf den gleichen Kurbelwinkel festgelegt ist, ein Kurbelwinkel, der die Bedingung erfüllt, außerhalb des zweiten Bereichs fallen. In diesem Fall kann der Kurbelwinkel, der die Bedingung erfüllt, nicht erfasst werden. Demgemäß wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfasst. Der zweite Bereich zum Festlegen des Referenzwerts des Kurbelwinkels wird gemäß diesem Betriebszustand festgelegt. Dadurch kann der zweite Bereich der erfassten Wellenform folgen und es ist möglich, eine derartige Situation zu verhindern, dass der Kurbelwinkel, der die Bedingung erfüllt, außerhalb des zweiten Bereichs fällt. Daher ist es möglich, den Kurbelwinkel genau zu erfassen, der die Referenz des Kurbelwinkels zum Vergleichen der erfassten Wellenform und des Wellenformmodells vorsieht. Folglich ist es möglich, die Klopfbestimmungsvorrichtung der Brennkraftmaschine bereitzustellen, die die erfasste Wellenform mit dem Wellenformmodus korrekt vergleichen kann und genau bestimmen kann, ob das Klopfen auftritt oder nicht.
Bevorzugt ist die vorbestimmte Bedingung, dass die Schwingung die größte Magnitude (Ausmaß) erreicht.
Gemäß dieser Struktur wird der Kurbelwinkel, der die Bedingung erfüllt, dass die Schwingung die größte Magnitude (Ausmaß) erreicht, erfasst. Dadurch kann die Struktur den Kurbelwinkel erfassen, bei dem das Klopfen wahrscheinlich auftritt.
Weiter bevorzugt ist der Betriebszustand eine Maschinendrehzahl der Brennkraftmaschine.
Gemäß dieser Struktur wird der zweite Bereich, in dem der Kurbelwinkel, der die Bedingung erfüllt, erfasst wird, abhängig von der Maschinendrehzahl der Brennkraftmaschine fastgelegt. Dadurch folgt der zweite Bereich der erfassten Wellenform und kann die Situation, in der der Kurbelwinkel außerhalb des zweiten Bereichs fällt, verhindert werden. Daher ist es möglich, den Kurbelwinkel genau zu erfassen, der die Referenz des Kurbelwinkels vorsieht, bei dem die erfasste Wellenform mit dem Wellenformmodel verglichen wird.
Weiter bevorzugt legt die Arbeitseinheit den zweiten Bereich fest, um den größeren Kurbelwinkel zu umfassen, wenn sich eine Maschinendrehzahl der Brennkraftmaschine erhöht.
Gemäß dieser Struktur wird der zweite Bereich, in dem der Kurbelwinkel, der die Bedingung erfüllt, erfasst wird, festgelegt, um den größeren Kurbelwinkel zu umfassen, wenn sich die Maschinendrehzahl der Brennkraftmaschine erhöht. Dadurch kann die Wellenform, in der der zweite Bereich erfasst wird, der Wellenform folgen, die mit einer Verzögerung von der Erfassung des Kurbelwinkels erfasst wird. Daher ist es möglich, die Situation zu verhindern, in der der Kurbelwinkeln, der die Bedingung erfüllt, außerhalb zweiten Bereichs fällt. Folglich ist es möglich, den Kurbelwinkel genau zu erfassen, der die Referenz des Kurbelwinkels vorsieht, der für den Vergleich zwischen dem Wellenformmodell und der Wellenform verwendet wird, die als die Wellenform der Schwingung der Brennkraftmaschine erfasst wird.
Weiter bevorzugt bestimmt, wenn der Kurbelwinkel, der zu dem Wellenformmodell korrespondiert, einen Kurbelwinkel außerhalb des ersten Bereichs bei einem Vergleich der erfassten Wellenform mit dem Wellenformmodell umfasst, die Arbeitseinheit, oh die Brennkraftmaschine klopft oder nicht, auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs, der zwischen dem Wellenformmodell und der erfassten Wellenform bei dem Kurbelwinkel ausgeführt wird, der verursacht, dass der erste Bereich mit dem Kurbelwinkel überlappt, der zu dem Wellenformmodell korrespondiert.
Gemäß dieser Struktur werden, wenn der Kurbelwinkel, der zu dem Wellenformmodell korrespondiert, den Kurbelwinkel außerhalb des ersten Bereichs bei dem Vergleich der erfassten Wellenform mit dem Wellenformmodell umfasst, da die Erfassung der Wellenform von der Erfassung des Kurbelwinkels verzögert ist, das Wellenformmodell und die erfasste Wellenform bei dem Winkel verglichen, der verursacht, dass der erste Bereich mit dem Kurbelwinkel. überlappt, der zu dem Wellenformmodell korrespondiert. Dadurch kann das Vorliegen oder Nichtvorliegen des Klopfens bestimmt werden, während die Region ausgeschlossen wird, in der die Schwingungswellenform der Brennkraftmaschine nicht erfasst wird. Demgemäß kann die irrtümliche Bestimmung des Vorliegens oder Nichtvorliegens des Klopfens verhindert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematische Schaubild einer Maschine, die durch eine Maschinen-ECU gesteuert wird, die eine Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
2 in Diagramm, das ein Frequenzband einer Schwingung zeigt, die in der Maschine zu der Zeit eines Klopfens erzeugt wird.
3 ist ein Steuerungsblockschaubild, das die Maschinen-ECU in 1 zeigt.
4 ist ein Diagramm, das eine Wellenform einer Schwingung in der Maschine zeigt.
5 ist ein Diagramm, das ein Klopfwellenformmodell zeigt, das in einem ROM der Maschinen-ECU gespeichert ist.
6 ist ein Diagramm (Nr. 1) zum Vergleichen der Schwingungswellenform mit dem Klopfwellenformmodell.
7 ist ein Diagramm, das ein Kennfeld eines Bestimmungswerts V(KX) zeigt, der in dem ROM oder SRAM der Maschinen-ECU gespeichert ist.
8 ist ein Diagramm (Nr. 1), das eine Häufigkeitsverteilung von Magnitudenwerten LOG(V) zeigt.
9 ist ein Diagramm (Nr. 2), das eine Häufigkeitsverteilung von Magnitudenwerten LOG(V) zeigt.
10 ist ein Diagramm (Nr. 3), das eine Häufigkeitsverteilung von Magnitudenwerten LOG(V) zeigt.
11 ein Diagramm (Nr. 4), das eine Häufigkeitsverteilung von Magnitudenwerten LOG(V) zeigt.
12 ist ein Diagramm, das Magnitudenwerte LOG(V) zeigt, die zum Bilden der Häufigkeitsverteilung der Magnitudenwerte LOG(V) verwendet werden.
13 ist ein Ablaufschaubild, das ein Steuerungsstruktur des Programms zeigt, das durch die Maschinen-ECU ausgeführt wird, die die Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
14 ist ein Diagramm (Nr. 1), das einen Suchbereich eines Höchstwerts P darstellt.
15 ist ein Diagramm (Nr. 2), das einen Suchbereich eines Höchstwerts P darstellt.
16 ist ein Diagramm (Nr. 3), das einen Suchbereich eines Höchstwerts P darstellt.
10 ist ein Diagramm (Nr. 2) zum Vergleichen der Schwingungswellenform mit dem Klopfwellenformmodell.
Beste Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Sie weisen dieselben Bezeichnungen und Funktionen auf. Daher wird eine ausführliche Beschreibung der gleichen Teile nicht. wiederholt.
In Bezug auf 1 ist eine Maschine 100 eines Fahrzeugs beschrieben, in dem eine Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung montiert ist. Die Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch ein Programm erreicht, das zum Beispiel durch eine Maschinen-ECU (elektronische Steuerungseinheit) 200 ausgeführt wird.
Die Maschine 100 ist eine Brennkraftmaschine, in der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Luft, die von einem Luftfilter 102 angesaugt wird, und aus Kraftstoff, der von einem Injektor 104 eingespritzt wird, durch eine Zündkerze 100 gezündet wird und in einer Brennkammer verbrannt wird. Eine Zündzeitabstimmung (Zündzeit bzw. Zündzeitpunkt) wird auf MBT (minimaler Vorlauf für bestes Drehmoment) gesteuert, bei dem ein Abtriebsmoment maximal wird, wobei die Zündzeitabstimmung gemäß einem Betriebszustand der Maschine 100 zum Beispiel bei einem Auftreten eines Klopfens verzögert wird oder vorauseilt.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird, wird ein Kolben 108 durch einen Verbrennungsdruck nach unten gedrückt und wird eine Kurbelwelle 110 gedreht. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch nach der Verbrennung (das Abgas) wird durch Dreiweg-Katalysatoren 112 gereinigt und zu der Außenseite eines Fahrzeugs abgegeben. Eine Luftmenge, die in die Maschine 100 angesaugt wird, wird durch ein Drosselventil 114 reguliert.
Die Maschine 100 wird durch die Maschinen-ECU 200 gesteuert. Verbunden mit der Maschinen-ECU 200 sind ein Klopfsensor 300, ein Wassertemperatursensor 302, ein Kurbelpositionssensor 306, der vorgesehen ist, um zu einem Zeitabstimmungsrotor 304 zugewandt zu sein, ein Drosselnöffnungssensor 308, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 310, ein Zündschalter 312 und ein Luftmengenmesser 314.
Der Klopfsensor 300 ist an einem Zylinderblock der Maschine 100 angeordnet. Der Klopfsensor 300 ist aus einem piezoelektrischen Element gebildet. Der Klopfsensor 202 erzeugt eine Spannung in Erwiderung auf eine Schwingung der Maschine 100. Eine Magnitude (ein Ausmaß) der Spannung korrespondiert zu der Magnitude (dem Ausmaß) der Schwingung. Der Klopfsensor 300 sendet ein Signal, das eine Spannung wiedergibt, zu der Maschinen-ECU 200. Der Wassertemperatursensor 302 erfasst eine Temperatur eines Kühlwassers in einem Wasserkühlkörper der Maschine 102 und sendet ein Signal, das ein Erfassungsergebnis zu der Maschinen-ECU 200.
Der Zeitabstimmungsrotor 304 ist an der Kurbelwelle 110 angeordnet und dreht sich mit der Kurbelwelle 110. An einem äußeren Umfang des Zeitabstimmungsrotors 304 ist eine Vielzahl von Vorsprüngen in vorbestimmten Abständen vorgesehen. Der Kurbelpositionssensor 306 ist gegenüberliegend zu den Vorsprüngen des Zeitabstimmungsrotors 304. Wenn sich der Zeitabstimmungsrotor 304 dreht, verändert sich ein Luftspalt zwischen dem Vorsprung des Zeitabstimmungsrotors 304 und dem Kurbelpositionssensor 306 und als Ergebnis erhöht und verringert sich ein durch einen Spulenabschnitt des Kurbelpositionssensors 306 hindurchtretender, magnetischer Fluss, um eine elektromagnetische Kraft in dem Spulenabschnitt zu erzeugen. Der Kurbelpositionssensor 306 sendet ein Signal, das die elektromagnetische Kraft wiedergibt, zu der Maschinen-ECU 200. Die Maschinen-ECU 200 erfasst einen Kurbelwinkel und die Anzahl der Drehungen der Kurbelwelle 110 auf der Grundlage des Signals, das von dem Kurbelpositionssensor 306 gesendet wird.
Der Drosselöffnungssensor 308 erfasst eine Öffnung einer Drossel und sendet ein Signal, das ein Erfassungsergebnis wiedergibt, zu der Maschinen-ECU 200. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 310 erfasst die Anzahl der Drehungen eines Rads (nicht gezeigt) und sendet ein Signal, das ein Erfassungsergebnis wiedergibt, zu der Maschinen-ECU 200. Die Maschinen-ECU 200 berechnet eine Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Grundlage der Anzahl der Drehungen des Rads. Ein Zündschalter 312 wird von einem Fahrer beim Starten der Maschine 100 gedreht. Der Luftmengenmesser 314 erfasst die Luftmenge, die in die Maschine 100 eingebracht wird, und sendet ein Signal, das ein Erfassungsergebnis wiedergibt, zu der Maschinen-ECU 200.
Die Maschinen-ECU 200 wird durch elektrische Energie betrieben die von einer Hilfsbatterie 320 zugeführt wird, die eine Energiezufuhr ist. Die Maschinen-ECU 200 führt eine Berechnung auf der Grundlage von Signalen, die von den jeweiligen Sensoren und dem Zündschalter 312 gesendet werden, sowie dem Kennfeld und dem Programm aus, die in dem ROM (Festwert-Speicher) 210 oder SRAM (Statischer LeseSchreib-Speicher) 204 gespeichert sind, und steuert die Vorrichtungen, um die Maschine 100 in einen gewünschten Betriebszustand zu bringen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfasst die Maschinen-ECU 200 eine Wellenform einer Schwingung (nachstehend als eine ”Schwingungswellenform” bezeichnet) der Maschine 100 in einen vorbestimmten Klopferfassungsfenster (ein Bereich zwischen einem vorbestimmten ersten Kurbelwinkel und einem vorbestimmten zweiten Kurbelwinkel) auf der Grundlage des Signals, das von dem Klopfsensor 300 gesendet wird, und dem Kurbelwinkel und bestimmt, ob ein Klopfen in der Maschine 100 aufgetreten ist oder nicht, auf der Grundlage der erfassten Schwingungswellenform. Das Klopferfassungsfenster in dem Ausführungsbeispiel erstreckt sich von einem oberen Totpunkt (0°) bis 90° in einem Verbrennungshub. Das Klopferfassungsfenster ist nicht darauf beschränkt.
Wenn ein Klopfen auftritt, wird eine Schwingung mit einer Frequenz nahe einer Frequenz, die durch eine durchgezogene Linie in 2 gezeigt ist, in einem Motor erzeugt. Die Frequenz der Schwingung, die aufgrund des Klopfens erzeugt wird, ist nicht konstant und variiert in einem gewissen Bereich von Frequenzen. Daher werden in dem Ausführungsbeispiel, wie in 2 gezeigt ist, Schwingungen erfasst, die in einem ersten Frequenzband A, einem zweiten Frequenzband B und einem dritten Frequenzband C umfasst sind. In 2 bezeichnet CA den Kurbelwinkel. Die Anzahl der Frequenzbänder von Schwingungen, die aufgrund des Klopfens erzeugt werden, ist nicht auf drei beschränkt.
In Bezug auf 3 ist die Maschinen-ECU 200 weiter beschrieben. Die Maschinen-ECU 200 weist einen A/D-(Analog/Digital)Umwandler 400, einen Bandpassfilter (1) 410, einen Bandpassfilter (2) 420, einen Bandpassfilter (3) 430 und eine Integrationseinheit 450 auf.
Der A/D-Umwandler 400 wandelt ein Analogsignal, das von dem Klopfsensor 300 gesendet wird, in ein digitales Signal um.
Der Bandpassfilter (1) 410 ermöglicht, dass nur Signale in dem ersten Frequenzband A von den Signalen hindurchtreten, die von dem Klopfsensor 300 gesendet werden. Mit anderen Worten werden durch den Bandpassfilter (1) 410 nur Schwingungen in dem ersten Frequenzband A aus den Schwingungen extrahiert, die durch den Klopfsensor 300 erfasst werden.
Der Bandpassfilter (2) 420 ermöglicht, dass nur Signale in dem zweiten Frequenzband B von den Signalen hindurchtreten, die von dem Klopfsensor 300 gesendet werden. Mit anderen Worten werden durch den Bandpassfilter (2) 420 nur Schwingungen in dem zweiten Frequenzband B aus den Schwingungen extrahiert, die durch den Klopfsensor 300 erfasst werden.
Der Bandpassfilter (3) 430 ermöglicht, dass nur Signale in dem dritten Frequenzband C von den Signalen hindurchtreten, die von dem Klopfsensor 300 gesendet werden. Mit anderen Worten werden durch den Bandpassfilter (3) 430 nur Schwingungen in dem dritten Frequenzband C aus den Schwingungen extrahiert, die durch den Klopfsensor 300 erfasst worden.
Die Integrationseinheit 450 integriert Signale, die durch die Bandpassfilter (1) 410 bis (3) 430 ausgewählt das heißt jeweils Magnituden der Schwingungen für einen Kurbelwinkel von 5°. Ein Wert, der durch die Integration erhalten wird, ist nachstehend als ein integrierter Wert bezeichnet. Der integrierte Wert wird in jedem Frequenzband berechnet. Durch diese Berechnung des integrierten Werts wird die Schwingungswellenform in jedem Frequenzband erfasst.
Außerdem werden die berechneter, integrierten Werte in dem ersten bis dritten Frequenzband A bin C zusammengezählt, um zu den Kurbelwinkeln zu korrespondieren. In anderen Worten werden die Schwingungswellenformen des ersten bis dritten Frequenzbands A bis C zusammengefügt.
Als Ergebnis wird, wie in 4 gezeigt ist, eine Schwingungswellenform der Maschine 100 erfasst. in anderen Worten wird die zusammengefügte Wellenform des erstere bis dritten Frequenzbands A bis C als die Schwingungswellenform der Maschine 100 verwendet.
Die erfasste Schwingungswellenform wird mit einem Klopfwellenformmodell verglichen, das in dem ROM 202 der Maschinen-ECU 200 gespeichert ist, wie in 5 gezeigt ist. Das Klopfwellenformmodell wird im Voraus als ein Modell einer Schwingungswellenform gebildet, um zur Verfügung zu stehen, wenn das Klopfen in der Maschine 100 auftritt.
In dem Klopfwellenformmodell werden die Magnituden der Schwingungen als dimensionslose Zahlen in einem Bereich von 0 bis 1 ausgedrückt und korrespondieren die Magnituden der Schwingung nicht eindeutig zu dem Kurbelwinkel. In anderen Worten wird es in dem Klopfwellenformmodell in dem Ausführungsbeispiel bestimmt, dass sich die Magnitude der Schwingung verringert, wenn sich der Kurbelwinkel nach einem Höchstwert der Magnitude der Schwingung erhöht, wobei aber ein Kurbelwinkel, bei dem die Magnitude der Schwingung der Höchstwert ist, nicht erfasst wird. Das Klopfwellenformmodell hat eine kürzere Breite in Bezug auf den Kurbelwinkel als das Klopferfassungsfenster.
Das Klopfwellenformmodell in dem Ausführungsbeispiel korrespondiert zu der Schwingung nach dem Höchstwert der Magnitude der Schwingung, die aufgrund des Klopfen erzeugt wird. Es ist ferner möglich, ein Klopfwellenformmodell so speichern, das zu einer Schwingung nach einer Anstiegskante der Schwingung korrespondiert, die durch das Klopfen verursacht wird.
Das Klopfwellenformmodell wird auf der Grundlage einer Schwingungswellenform der Maschine 100, die erfasst wird, wenn ein Klopfen im Versuch zwangsweise erzeugt wird, im Voraus gebildet und gespeichert.
Das Klopfwellenformmodell wird mittels der Maschine 100 mit Abmessungen der Maschine 100 und einem Ausgangswert des Klopfsensors 300 gebildet, die Mittelwerte der Abmessungstoleranz des Ausgangswerts des Klopfsensors 300 sind (nachstehend als ”Mittelwertcharakteristikmaschine” bezeichnet). In anderen Worten ist das Klopfwellenformmodell eine Schwingungswellenform in dem Fall, in dem das Klopfen in der Mittelwertcharakteristikmaschine zwangsweise erzeugt wird. Ein Verfahren zum Bilden des Klopfwellenformmodells ist nicht darauf beschränkt und es ist ferner möglich, das Modell durch Simulation zu bilden.
Beim Vergleich zwischen der erfassten Wellenform in Klopfwellenformmodell wie in 6 gezeigt ist, werden eine normierte Wellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander verglichen. Eine Normierungseinrichtung drückt zum Beispiel die Magnitude der Schwingung als eine dimensionslose Zahl in einen Bereich von 0 bis 1 durch Teilen jedes integrierten Werts mit einem maximalen Wert der integrierten Werte in der erfassten Schwingungswellenform aus. Jedoch ist ein Verfahren zur Normierung nicht darauf begrenzt.
In dem Ausführungsbeispiel berechnet die Maschinen-ECU 200 einen Korrelationskoeffizienten K, der ein Wert ist, der sich auf eine Abweichung zwischen der normierten Schwingungswellenform und dem Klopfwellenformmodell bezieht. Mit einem Zeitpunkt, bei dem die Magnitude her Schwingung ein maximaler Wert in der Schwingungswellenform nach der Normierung wird, und einem Zeitpunkt, bei dem die Magnitude der Schwingung ein maximaler Wert in dem zusammengefügten Klopfwellenformmodell wird, wird ein absoluter Wert (Abweichungsbetrag) der Abweichung der Schwingungswellenform nach der Normierung und dem Klopfwellenformmodell voneinander bei jedem Kurbelwinkel (alle 5° Kurbelwinkel) berechnet, um dadurch den Korrelationskoeffizienten K zu berechnen.
Wenn der absolute Wert der Abweichung der Schwingungswellenform nach der Normierung und der Klopfwellenformmodells voneinander bei jedem Kurbelwinkel ΔS(I) beträgt. (I ist eine natürliche Zahl) und ein Wert (eine Fläche des Klopfwellenformmodells), der durch Integrieren der Magnitude in dem Klopfwellenformmodell nach dem Kurbelwinkel erhalten wird, S beträgt, wird der Korrelationskoeffizient K durch eine Gleichung K – (S – ΣΔS(I))/S berechnet, wobei ΣΔS(I) die Gesamtmenge von ΔS(I) ist. Je näher in dem Ausführungsbeispiel eine Form der Schwingungswellenform einer Form des Klopfwellenformmodells ist, desto größer ist der berechnete Wert des Korrelationskoeffizienten K. Daher wird, wenn eine Wellenform der Schwingung, die durch Faktoren verursacht wird, die von dem Klopfen verschieden sind, in der Schwingungswellenform umfasst ist, der Korrelationskoeffizient K als ein kleiner Wert berechnet. Ein Verfahren zum Berechnen des Korrelationskoeffizienten K ist nicht darauf beschränkt.
Außerdem berechnet die Maschinen-ECU 200 eine Klopfmagnitude (ein Klopfausmaß) N auf der Grundlage des maximalen Werts (Höchstwerts) der integrierten Werte. Wenn der maximale integrierte Wert P ist und ein Wert, der die Magnitude der Schwingung der Maschine 100 wiedergibt, bei der ein Klopfen nicht auftritt, BGL ist (Hintergrundniveau) wird die Klopfmagnitude N mit einer Gleichung N = P/BGL berechnet. Es ist anzumerken, dass der maximale integrierte Wert P, der beim Berechnen der Klopfmagnitude N verwendet wird logarithmisch umgewandelt ist. Ein Verfahren zum Berechnen der Klopfmagnitude N ist nicht darauf begrenzt.
BGL wird als ein Wert berechnet, der durch Abziehen des Produkts einer Standardabweichung σ und eines Koeffizienten (zum Beispiel ”1”) von einem Medianwert V(50) der Häufigkeitsverteilung der Magnitudenwerte LOG(V) erhalten wird, was nachstehend beschrieben ist. Ein Verfahren zum Berechnen von BGL ist nicht darauf begrenzt, und BGL kann auch in dem ROM 202 im Voraus gespeichert sein.
In dem Ausführungsbeispiel vergleicht die Maschinen-ECU 200 die berechnete Klopfmagnitude N und einen Bestimmungswert V(KX), der in dem SRAM 204 gespeichert ist, miteinander und vergleicht weiter die erfasste Wellenform und das gespeicherte Klopfwellenformmodell miteinander. Dann bestimmt die Maschinen-ECU 200 für jeden Zündzyklus, ob ein Klopfen in der Maschine 100 aufgetreten ist oder nicht.
Wie in 1 gezeigt ist, werden die Bestimmungswerte V(KX), als ein Kennfeld für jeden Bereich gespeichert, der durch einen Betriebszustand unterteilt ist, der durch eine Maschinendrehzahl NE und eine Ansaugluftmenge KL als Parameter definiert ist. In dem Ausführungsbeispiel sind neun Bereiche für jeden Zylinder vorgesehen, die wie folgt unterteilt sind: niedrige Drehzahl (NE < NE(1)); mittlere Drehzahl (NE(1) ≤ NE < NE(2)); hohe Geschwindigkeit (NE(2) ≤ NE); niedrige Last (KL < KL(1)); mittlere Last (KL(1) ≤ KL < KL(2)); und hohe Last (KL(2) ≤ KL). Die Anzahl der Bereiche ist nicht darauf beschränkt. Die Bereiche können mittels Parameter unterteilt werden, die von der Maschinendrehzahl NE und der Ansaugluftmenge KL verschieden sind.
Zu der Zeit einer Lieferung der Maschine 100 oder des Fahrzeugs, wird ein Wert, der im Voraus durch einen Versuch oder dergleichen bestimmt ist, als ein Bestimmungswert V(KX) verwendet, der in dem ROM (202) gespeichert ist (ein Anfangswert des Bestimmungswerts V(KX) zu der Zeit einer Lieferung). Jedoch kann eine Magnitude der gleichen Schwingung, die in der Maschine 100 auftritt, als verschiedene Werte aufgrund einer Schwankung der Ausgangswerte und einer Verschlechterung des Klopfsensors 300 erfasst werden. In diesem Fall ist es erforderlich, den Bestimmungswert V(KX) zu korrigieren und zu bestimmen, oh ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, unter Verwendung von dem Bestimmungswert V(KX), der zu der tatsächlich erfassten Magnitude korrespondiert.
Daher wird in dem Ausführungsbeispiel ein Klopfbestimmungsniveau V(KD) auf der Grundlage einer Häufigkeitsverteilung berechnet, die ein Verhältnis zwischen einem Magnitudenwert LOG(V), der ein Wert ist, der durch logarithmisches Umwandeln von Magnituden V erhalten wird, und einer Häufigkeit (die Anzahl von Malen, eine Wahrscheinlichkeit) einer Erfassung jedes Magnitudenwerts LOG(V) wiedergibt.
Der Magnitudenwert LOG(V) wird für jeden Bereich berechnet, in dem die Maschinendrehzahl NE und die Ansaugluftmenge KL als Parameter verwendet werden. Die Magnitude V, die zum Berechnen des Magnitudenwerts LOG(V) verwendet wird, ein Höchstwert (Höchstwert der integrierten Werte bei jeden 5°) der Magnituden zwischen den vorbestimmten Kurbelwinkeln. Auf der Grundlage des berechneten Magnitudenwerts LOG(V) wird der Medianwert V(50) berechnet, bei dem die akkumulierte Summe der Häufigkeiten der Magnituden LOG(V) von dem minimalen Wert 50% erreicht. Außerdem wird eine Standardabweichung σ der Magnitudenwerte LOG(V) berechnet, die gleich wie oder kleiner als der Medianwert V(50) ist. Zum Beispiel werden in dem Ausführungsbeispiel ein Medianwert V(50) und eine Standardabweichung σ, die den Medianwert und die Standardabweichung annähern, die auf der Grundlage einer Vielzahl von Magnitudenwerten LOG(V) berechnet werden (zum Beispiel in 200 Zyklen), für jeden Zündzyklus durch das nachstehende Berechnungsverfahren berechnet.
Wenn ein derzeitig erfasster Magnitudenwert LOG(V) größer als ein vorher berechneter Medianwert V(50) ist, dann wird ein Wert, der durch Addieren eines vorbestimmten Werts C(1) zu dem vorher berechneten Medianwert V(50) erhalten wird, als ein derzeitiger Medianwert V(50) berechnet. Andererseits wird, wenn ein derzeitig erfasster Magnitudenwert LOG(V) kleiner als ein vorher berechneter Medianwert V(50) ist, darin ein Wert, der durch Subtrahieren eines vorbestimmten Werts C(2) (zum Beispiel C(2) und C(1) sind der gleiche Wert) von dem vorher berechneten Medianwert V(50) erhalten wird, als ein derzeitiger Medianwert V(50) berechnet.
Wenn ein derzeitig erfasster Magnitudenwert LOG(V) kleiner als ein vorher berechneter Medianwert V(50) ist und größer als ein Wert ist, der durch Subtrahieren einer vorher berechneten Standardabweichung σ von dem vorher berechneten Medianwert V(50) erhalten wird, dann wird ein Wert, der durch Subtrahieren eines Werts, der zweimal so groß wie vorbestimmter Wert C(3) ist, von der vorher berechneten Standardabweichung σ erhalten wird, als eine derzeitige Standardabweichung σ berechnet. Andererseits wird, wenn ein derzeitig erfasster Magnitudenwert LOG(V) größer als ein vorher berechneter Medianwert V(50) ist oder kleiner als ein Wert ist, der durch Subtrahieren einer vorher berechneten Standardabweichung σ von dem vorher berechneten Medianwert V(50) erhalten wird, dann ein Wert, der durch Addieren eines vorbestimmten Werts C(4) (zum Beispiel C(3) und C(4) sind der gleiche Wert) zu der vorher berechneten Standardabweichung σ erhalten wird, als eine derzeitige Standardabweichung σ berechnet. Ein Verfahren zum Berechnen des Medianwerts V(50) und der Standardabweichung σ ist nicht darauf beschränkt. Ferner können Anfangswerte des Medianwerts V(50) und der Standardabweichung σ Werte sein, die im Voraus festgelegt sind, oder können ”0” sein.
Mittels des Medianwerts V(50) und der Standardabweichung σ wird ein Klopfbestimmungsniveau V(KD) berechnet. Wie in 8 gezeigt ist, ist ein Wert, der durch Addieren des Produkts eines Koeffizienten U(1) (U(1) ist eine Konstante und zum Beispiel ist U(1) = 3) und der Standardabweichung σ zu dem Medianwert V(50) erhalten wird, ein Klopfbestimmungsniveau V(KD). Ein Verfahren zum Berechnen des Klopfbestimmungsniveau V(KD) ist nicht darauf beschränkt.
Ein Anteil (Häufigkeit) von Magnitudenwerten LOG(V), die größer als das Klopfbestimmungsniveau V(KD) sind, wird als eine Auftrittshäufigkeit des Klopfens bestimmt und als Klopfanteil KC gezählt. Wenn der Klopfanteil KC größer als ein Grenzwert KC(0) ist, denn wird der Bestimmungswert V(KX) korrigiert, um um einen vorbestimmen Korrekturbetrag reduziert zu werden, so dass die Häufigkeit zum Verzögern des Zündzeitpunkts höher wird. Wenn der Klopfanteil KC kleiner als der Grenzwert KC(0) ist, dann wird der Bestimmungswert V(KX) korrigiert, um um einen vorbestimmten Korrekturbetrag erhöht zu werden, so dass die Häufigkeit zum Vorauseilen des Zündzeitpunkts höher wird.
Der Koeffizient U(1) ist ein Koeffizient, der auf der Grundlage von Daten und Untersuchungen erhalten wird, die durch Experimente und dergleichen erhalten werden. Der Magnitudenwert LOG(V), der größer als das Klopfbestimmungsniveau V(KD) ist, wenn U(1) = 3 ist, stimmt im Wesentlichen mit dem Magnitudenwert LOG(V) in einem Zündzyklus überein, in dem ein Klopfen tatsächlich aufgetreten ist. Es ist ferner möglich, andere Werte als ”3” als den Koeffizienten U(1) zu verwenden.
Wenn das Klopfen in der Maschine 100 nicht aufgetreten ist, ist die Häufigkeitsverteilung der Magnitudenwerte LOG(V) eine Normalverteilung, wie in 9 gezeigt ist, und stimmen der maximale Wert V(MAX) des Magnitudenwerts LOG(V) und das Klopfbestimmungsniveau V(KD) miteinander überein. Andererseits wird durch das Auftreten des Klopfens eine größere Magnitude V erfasst. Wenn ein großer Magnitudenwert LOG(V) berechnet wird, wie in 10 gezeigt ist, ist der maximale Wert V(MAX) größer als das Klopfbestimmungsniveau V(KD).
Wenn die Auftrittshäufigkeit des Klopfens weiter erhöht wird, wie in 11 gezeigt ist, erhöht sich der maximale Wert V(MAX) weiter. Der Medianwert V(50) und die Standardabweichung σ in der Häufigkeitsverteilung vergrößern sich mehr als der maximale Wert V(MAX). Als Ergebnis erhöht sich das Klopfbestimmungsniveau V(KD).
Ein magnitudenwert LOG(V), der kleiner als das Klopfbestimmungsniveau V(KD) ist, wird nicht als ein Magnitudenwert LOG(V) in einem Zyklus bestimmt, in dem ein aufgetreten ist. Daher wird, wenn das Klopfbestimmungsniveau V(KD) höher wird, die Häufigkeit des erhöht, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, obwohl ein Klopfen tatsächlich aufgetreten ist.
Daher werden in dem Ausführungsbeispiel die Magnitudenwerte LOG(V) in einem Bereich, der von einer strichlierten Linie in 12 umgehen ist, verwendet, so dass der Medianwert. V(50) und die Standardabweichung σ ohne Verwendung der Medianwerte LOG(V) berechnet werden, die größer als ein Grenzwert V(1) sind. 12 ist ein Diagramm, in dem berechnete Magnitudenwerte LOG(V) für jeden Korrelationskoeffizienten K in einem Zyklus dargestellt sind, in dem die Magnitudenwerte LOG(V) erhalten werden.
Der Grenzwert V(1) ist ein Wert, der durch Addieren des Produkts eines Koeffizienten U(2) (U(2) ist eine Konstante und zum Beispiel ist U(2) = 3) und einer Standardabweichung der Magnitudenwerte LOG(V), die gleich wie oder kleiner als der Medianwert sind, zu einem Medianwert der Häufigkeitsverteilung der Magnitudenwerte LOG(V) erhalten wird.
Durch Extrahieren nur der Magnitudenwerte LOG(V), die kleiner als der Grenzwert V(1) sind, um den Medianwert V(50) und die Standardabweichung σ zu berechnen, werden die Medianwerte V(50) und die Standardabweichung σ nicht außerordentlich groß und sind stabile Werte. Als Ergebnis kann verhindert werden, dass das Klopfbestimmungsniveau V(KD) außerordentlich hoch wird. Daher kann verhindert werden, dass die Häufigkeit zum Bestimmen, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, während das Klopfen tatsächlich aufgetreten ist, hoch wird.
Das Verfahren zum Extrahieren der Magnitudenwert LOG(V) die zum berechnen des Medianwerts V(50) und der Standardabweichung σ verwendet werden, ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können aus den Magnitudenwerten LOG(V), die kleiner als der vorstehend beschriebene Grenzwert V(1) sind, Magnitudenwerte LOG(V), die in den Zündzyklen berechnet werden, in denen der Korrelationskoeffizient K größer als der Grenzwert K(1) ist, extrahiert werden.
In Bezug auf 13 ist nachstehend eine Steuerungsstruktur eines Programms beschrieben, das durch die Maschinen-ECU 200 ausgeführt wird, die die Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß dem Ausführungbeispiel ist, um die Zündzeitabstimmung durch eine Bestimmung, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, in jedem Zündzyklus zu steuern.
In einem Schritt 100 (nachstehend wird ”Schritt” mit ”S” abgekürzt) erfasst die Maschinen-ECU 200 die Maschinendrehzahl NE auf der Grundlage eines Signals, das von dem Kurbelpositionssensor 306 gesendet wird, und erfasst die Ansaugluftmenge KL auf der Grundlage eines Signals, das von dem Luftmengenmesser 314 gesendet wird.
In S102 erfasst die Maschinen-ECU 200 die Magnitude einer Schwingung der Maschine 200 auf der Grundlage des Signals, das von dem Klopfsensor 300 gesendet wird. Die Magnitude der Schwingung wird als eine Ausgangsspannung des Klopfsensors 300 ausgedrückt. Die Magnitude der Schwingung kann als ein Wert ausgedrückt werden, der zu der Ausgangsspannung des Klopfsensors 300 korrespondiert. Die Erfassung der Magnitude wird zwischen dem oberen Totpunkt sind 90° (einem Kurbelwinkel von 90°) in einem Verbrennungshub durchgeführt.
In S134 berechnet die Maschinen-ECU 200 einen Wert (integrierter Wert), der durch Integrieren der Ausgangsspannungen (Werte, die die Magnitude der Schwingungen wiedergeben) des Klopfsensors 300 für jede 5° (für 5°) des Kurbelwinkels erhalten werden. Der integrierte Wert wird für die Schwingungen in jedem von dem ersten bis dem dritten Frequenzband A bis C berechnet. Außerdem werden die integrierten Werte in dem ersten bis dritten Frequenzband A bis C addiert, um zu den Kurbelwinkeln zu korrespondieren, um dadurch eine Schwingungswellenform der Maschine 100 so erfassen.
In S104 legt die Maschinen-ECU 200 auf der Grundlage der Machinendrehzahl NE einen Suchbereich für den Kurbelwinkel größten integrierten Werts (Höchstwert P) aus den integrierten Werten in einer zusammengefügten Wellenform (Schwingungswellenform der Maschine 100) des ersten bis dritten Frequenzbands A bis C fest.
Der Suchbereich ist in dem Klopfsuchfenster beinhaltet und hat eine konstante Breite. Der Suchbereich wird in Richtung einer verzögerten Seite verschoben, um einen größeren Kurbelwinkel bei einer Erhöhung der Maschinendrehzahl NE zu umfassen. Weiter ist auf der Grundlage von Ergebnissen von Simulationen und/oder Versuchen der Suchbereich festgelegt, um einen Kurbelwinkel zu umfassen, bei dem der integrierte Wert einen Höchstwert P erreicht.
In S108 erfasst die Maschinen-ECU 200 den größten integrierten Wert in dem Suchbereich und legt den erfassten integrierten Wert als den Höchstwert P in der Schwingungswellenform fest. Somit sucht die Maschinen-ECU 200 den Suchbereich für den Höchstwert P.
In S110 erfasst die Maschinen-ECU 200 den Kurbelwinkel des größten integrierten Werts in dem Suchbereich und legt den erfassten Kurbelwinkel als den Kurbelwinkel des Höchstwerts P in der Schwingungswellenform fest. Somit sucht die Maschinen-ECU 200 den Suchbereich für den Kurbelwinkel des Höchstwerts P.
In S112 normiert die Maschinen-ECU 200 die Schwingungswellenform der Maschine. Eine Normierung bedeutet, die Magnitude der Schwingung als eine dimensionslose Zahl in einem Bereich von 0 bis 1 durch Dividieren jedes integrierten Werts durch den berechneten Höchstwert P auszudrücken.
In S114 berechnet die Maschinen-ECU 200 den Korrelationskoeffizienten K, der der Wert ist, der sich auf die Abweichung der Schwingungswellenform von dem Klopfwellenformmodell bezieht, wobei der Kurbelwinkel des Höchstwerts P mit einem Zeitpunkt übereinstimmt, der die größte Schwingungsmagnitude in dem Klopfwellenformmodell erreicht. Somit wird der Korrelationskoeffizient K durch Vergleichen der Schwingungswellenform und der Klopfwellenform bei dem Kurbelwinkel berechnet, der auf dem Kurbelwinkel des Höchstwerts P basiert.
Wenn der Kurbelwinkel, der zu dem Klopfwellenformmodell korrespondiert, den Kurbelwinkel außerhalb des Klopferfassungsfensters umfasst, wird der Vergleich zwischen der Schwingungswellenform und dem Klopfwellenformmodell in einem Bereich des Kurbelwinkels von dem Höchstwert P bis zu dem Ende des Klopferfassungsfensters ausgeführt und dadurch wird der Korrelationskoeffizient K berechnet.
In S116 dividiert die Maschinen-ECU 200 den Höchstwert P durch BGL, um eine Klopfmagnitude N zu berechnen.
In S118 bestimmt die Maschinen-ECU 200, ob der Korrelationskoeffizient K größer als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht und ob die Klopfmagnitude N größer als der Bestimmungswert V(KX) ist oder nicht. Wenn der Korrelationskoeffizient K größer als ein vorbestimmter Wert, ist und die Klopfmagnitude N größer als der Bestimmungswert V(KX) ist (JA in S118), schreitet der Prozess zu S120 voraus. Andererseits (NEIN in S118) schreitet der Prozess zu S124 voraus.
In S120 bestimmt die Maschinen-ECU 200, dass ein Klopfen in der Maschine 100 aufgetreten ist. In S122 verzögert die Maschinen-ECU 200 die Zündzeitabstimmung bzw. den Zündzeitpunkt.
In S121 bestimmt die Maschinen-ECU 200, dass das Klopfen in der Maschine 100 nicht aufgetreten ist. In S120 lässt die Maschinen-ECU 200 den Zündzeitpunkt bzw. die Zündzeitabstimmung vorauseilen.
Eine Arbeitsweise der Maschinen-ECU 200, die die Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel ist, auf der Grundlage der vorstehenden Konfiguration und den Ablaufschaubildern ist nachstehend beschrieben.
Während eines Betriebs der Maschine 100 wird die Maschinendrehzahl NE auf der Grundlage des Signals, das von dem Kurbelpositionssensor 306 gesendet wird, erfasst und wird die Ansaugluftmenge KL auf der Grundlage des Signals erfasst, das von dem Luftmengenmesser 314 gesendet wird (S100). Außerdem wird auf der Grundlage des Signals, das von dem Klopfsensor 300 gesendet wird, eine Magnitude einer Schwingung der Maschine 100 erfasst (S102).
Zwischen dem oberen Totpunkt und 90° in dem Verbrennungshub wird der integrierte Wert für jede 5° von Schwingungen in jedem von dem ersten bis dritten Frequenzband A bis C berechnet (S104). Die berechneten integrierten Werte in dem ersten bis dritten Frequenzband A bis C werden addiert, um so den Kurbelwinkeln zu korrespondieren, um dadurch die vorstehend beschriebene Schwingungswellenform der Maschine 100 zu erfassen, wie in 4 gezeigt ist.
Da ein integrierter Wert für jede 5° verwendet wird, um eine Schwingungswellenform zu erfassen, ist es möglich, empfindliche Schwankungen der Magnitude in einer Schwingungswellenform zu verhindern. Daher ist es einfach, die erfasste Schwingungswellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander zu vergleichen.
Die erfasste Schwingungswellenform und das Klopfwellenformmodell werden miteinander bei dem Kurbelwinkel verglichen, der auf dem Kurbelwinkel basiert, der den größten integrierten Wert in der Schwingungswellenform vorsieht. Daher ist es erforderlich, den Kurbelwinkel zu erfassen, der den größten integrierten Wert vorsieht.
Das Klopfen tritt in im Wesentlichen demselben Bereich des Kurbelwinkels unabhängig von dem Betriebszustand auf. Daher ist es nicht erforderlich, den gesamten Bereich des Klopferfassungsfensters für den Höchstwert P der integrierten Werte in der Schwingungswellenform und dessen Kurbelwinkel zu suchen, und es ist lediglich erforderlich, nur einen Teil des Bereichs zu beobachten. Demgemäß wird, wie in 14 dargestellt ist, der Suchbereich des Kurbelwinkels des Höchstwerts P derart festgelegt, dass er in dem Klopferfassungsfenster beinhaltet ist und eine gewisse Breite hat (S106).
Jedoch wird die Verarbeitung mittels des Bandpassfilters zum Erfassen der Schwingungswellenform ausgeführt, so dass eine gewisse Zeit erforderlich ist, um die Schwingungswellenform zu erhalten. Ferner ist eine gewisse Zeit erforderlich, bevor die Schwingung sich eines Stelle des Klopfsensors 300 nähert, nachdem die Schwingung auftritt. Daher wird die Schwingungswellenform mit, einer Verzögerung von dem Kurbelwinkel erfasst, bei dem die Schwingung tatsächlich auftritt, das heißt der Kurbelwinkel, der durch den Kurbelpositionssensor 306 erfasst wird. Diese Differenz erhöht sich mit der Maschinendrehzahl NE.
Daher kann, wenn der Suchbereich in Bezug auf den gleichen Kurbelwinkel immer festgelegt ist, der Kurbelwinkel des Höchstwerts P in der Schwingungswellenform außerhalb des Suchbereichs fallen, wie durch eine strichpunktierte Linie angezeigt ist. In diesem Fall kann ein integrierter Wert, der kleiner als der tatsächliche Höchstwert P ist, als der Höchstwert P festgelegt werden.
In diesem Ausführungsbeispiel wird daher der Suchbereich des Kurbelwinkels des Höchstwertes P festgelegt, ein den Kurbelwinkel zu umfassen, der sich mit der Maschinendrehzahl NE erhöht (S106) wie in 16 gezeigt ist. Dadurch kann der Suchbereich der Schwingungswellenform folgen. Daher kann der Suchbereich den Kurbelwinkel des Höchstwerts P unabhängig von der Maschinendrehzahl NE umfassen.
Der größte integrierte Wert wird in diesem Suchbereich erfasst und der Höchstwert P wird in der Schwingungswellenform festgelegt (S108). Ferner wird der Kurbelwinkel des größten integrierten Werts in dem Suchbereich erfasst und wird als der Kurbelwinkel des Höchstwerts F in der Schwingungswellenform festgelegt (S110). Dadurch kann der Höchstwert P in der Schwingungswellenform und sein Kurbelwinkel genauer erfasst werden.
Der integrierte Wert der Schwingungswellenform der Maschine 100 wird durch den berechneten Höchstwert P dividiert, um die Schwingungswellenform zu normieren (S112). Durch die Normierung wird die Magnitude der Schwingungen der Schwingungswellenform als eine dimensionslose Zahl in einem Bereich von 0 bis 1 ausgedrückt. Somit ist es möglich, die erfasste Schwingungswellenform mit dem Klopfwellenformmodell unabhängig von der Magnitude der Schwingung zu vergleichen. Daher ist es nicht erforderlich, die große Anzahl von Klopfwellenformmodellen zu speichern, die zu den Magnituden der Schwingungen korrespondieren, und dies ermöglicht eine einfache Bildung des Klopfwellenformmodells.
Die Zeitabstimmung (Zeitpunkt), gemäß der die Schwingung die größte Amplitude in dem Klopfwellenformmodell erreicht, ist gestaltet, um mit dem Kurbelwinkel des Höchstwerts P übereinzustimmen (siehe 6). In diesem Zustand wird der Korrelationskoeffizient K durch K = (S – ΣΔS(I))/S auf der Grundlage der Gesamtmenge ΣΔS(I) der absoluten Werte ΔS(I) der Abweichungen zwischen der normierten Schwingungswellenform und dem Klopfwellenformmodell bei jeweiligen Kurbelwinkeln sowie dem Wert S berechnet, der durch Integrieren der Magnitude der Schwingung in dem Klopfwellenformmodell in Bezug auf den Kurbelwinkel erhalten wird (S114).
Somit kann ein Übereinstimmungsgrad zwischen der erfassten Schwingungswellenform und dem Klopfwellenformmodell in eine Zahl umgewandelt werden und dadurch objektiv bestimmt werden. Außerdem ist es durch Vergleichen der Schwingungswellenform mit dem Klopfwellenformmodell möglich, aus dem Verhalten der Schwingung wie zum Beispiel einer Schwingungsdämpfungseigenschaft zu analysieren, ob die Schwingung eine Schwingung aufgrund des Klopfens ist oder nicht.
Wie in 17 dargestellt ist, wenn der Kurbelwinkel, der zu dem Klopfwellenformmodell korrespondiert, den Kurbelwinkel außerhalb des Klopferfassungsfensters umfasst, werden die Schwingungswellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander in einem Bereich von dem Kurbelwinkel des Höchstwerts P zu dem Kurbelwinkel an dem Ende des Klopferfassungsfensters verglichen und dadurch wird der Korrelationskoeffizient K berechnet. Dadurch kann das Vorliegen oder Nichtvorliegen des Klopfens durch einen Bereich bestimmt werden, der den Bereich nicht umfasst dem die Wellenform nicht erfasst wird. Daher kann eine irrtümliche Bestimmung des Klopfens verhindert werden.
Außerdem wird die Klopfmagnitude N durch Dividieren des Höchstwerts P mit BGL berechnet (S116). Somit ist möglich, detaillierter zu analysieren, ob die Schwingung der Maschine 100 eine Schwingung aufgrund des Klopfens ist oder nicht.
Wenn der Korrelationskoeffizient K größer als ein vorbestimmter Wert ist und weiter die Klopfmagnitude N größer als der vorbestimmte Bestimmungswert V(KX) ist (JA in S118) ist es bestimmt, dass das Klopfen aufgetreten ist (S120), und die Zündzeitabstimmung wird verzögert (S122). Als Ergebnis wird das Klopfen verhindert.
Wenn der Korrelationskoeffizient K größer als ein vorbestimmter Wert ist und die Klopfmagnitude N nicht größer als der vorbestimmte Bestimmungswert V(KX) ist (NEIN in S118), ist es bestimmt, dass das Klopfen nicht aufgetreten ist (S122), und die Zündzeitabstimmung eilt voraus (S126). Somit wird durch Vergleichen der Klopfmagnitude N mit dem Bestimmungswert V(KX) die Bestimmung, ob das Klopfen aufgetreten ist oder nicht, für jeden Zündzyklus ausgeführt, und die Zündzeitabstimmung wird verzögert oder eilt voraus.
Wie vorstehend beschrieben ist, legt die Maschinen die die Klopfbestimmungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels ist, den Suchbereich den Höchstwerts P im der Schwingungswellenform derart fest, dass der Bereich einen größeren Kurbelwinkel umfasst, wenn sich die Maschinendrehzahl NE erhöht. Dadurch kann der Suchbereich festgelegt werden, um immer den Kurbelwinkel zu umfassen, bei dem das Schwingungsausmaß am höchsten ist. Daher ist es möglich, den Kurbelwinkel genau zu erfassen, der die Referenz für den Vergleich zwischen der Schwingungswellenform und dem Klopfwellenformmodell vorsieht. Folglich kann ein korrekter Vergleich zwischen der Schwingungswellenform und dem Klopfwellenformmodell ausgeführt werden und kann das Vorliegen oder Nichtvorliegen des Klopfens genau bestimmt werden.
In dem Ausführungsbeispiel ist der Suchbereich konstant. Jedoch kann die Breite des Suchbereichs gemäß der Maschinendrehzahl NE verändert werden. In diesem Fall kann die Breite des Suchbereichs vergrößert werden, um einen größeren Kurbelwinkel bei einer Maschinendrehzahl NE zu umfassen.
Anstelle oder zusätzlich zu der Maschinendrehzahl NE können Parameter wie zum Beispiel eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung, die der Maschinendrehzahl NE entspricht/entsprechen, verwendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben und dargestellt wurde, ist es selbstverständlich, dass sie nur illustrativ und beispielhaft und nicht als beschränkend anzusehen ist und dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung anhand der angefügten Ansprüche auszulegen ist.

Claims

Klopfbestimmungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit: einem Kurbelpositionssensor (306), der einen Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine (100) erfasst; und einer Arbeitseinheit (200), wobei die Arbeitseinheit (200) eine Wellenform einer Schwingung der Brennkraftmaschine (100) in einem ersten Bereich des Kurbelwinkels in einer zu dem Kurbelwinkel korrespondierenden Weise erfasst, einen Kurbelwinkel erfasst, der eine vorbestimmte Bedingung in einem zweiten Bereich erfüllt, der in dem ersten Bereich beinhaltet ist, auf der Grundlage eines Ergebnisses eines Vergleichs bestimmt, ob die Brennkraftmaschine (100) klopft oder nicht, wobei der Vergleich bei dem Kurbelwinkel, der auf dem Kurbelwinkel basiert, der die Bedingung erfüllt, zwischen der erfassten Wellenform und einem Wellenformmodell ausgeführt wird, das eine Breite aufweist, die kleiner als die des ersten Bereichs ist, und das als eine Referenz der Wellenform der Schwingung der Brennkraftmaschine (100) definiert ist, einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100) erfasst, und den zweiten Bereich gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100) festlegt.
Klopfbestimmungsvorrichtung der Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Bedingung ist, dass die Schwingung die größte Magnitude erreicht.
Klopfbestimmungsvorrichtung der Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei der Betriebszustand eine Maschinendrehzahl der Brennkraftmaschine (100) ist.
Klopfbestimmungsvorrichtung der Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, wobei die Arbeitseinheit (200) den zweiten Bereich festlegt, um den größeren Kurbelwinkel zu umfassen, wenn sich eine Maschinendrehzahl der Brennkraftmaschine (100) erhöht.
Klopfbestimmungsvorrichtung der Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei, wenn der Kurbelwinkel, der zu dem Wellenformmodell korrespondiert, einen Kurbelwinkel außerhalb des ersten Bereichs bei einem Vergleich der erfassten Wellenform mit dem Wellenformmodell umfasst, die Arbeitseinheit (200) auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs bestimmt, ob die Brennkraftmaschine (100) klopft oder nicht, wobei der Vergleich zwischen dem Wellenformmodell und der erfassten Wellenform bei dem Kurbelwinkel ausgeführt wird, der verursacht, dass der erste Bereich mit dem Kurbelwinkel überlappt, der zu dem Wellenformmodell korrespondiert.
Klopfbestimmungsverfahren mit den Schritten: Erfassen eines Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine (100); Erfassen einer Wellenform einer Schwingung der Brennkraftmaschine (100) in einem ersten Bereich des Kurbelwinkels in einer zu dem Kurbelwinkel korrespondierenden Weise; Erfassen eines Kurbelwinkels, der eine vorbestimmte Bedingung in einem zweiten Bereich erfüllt, der in dem ersten Bereich beinhaltet ist; Bestimmen, ob die Brennkraftmaschine (100) klopft oder nicht, auf der Grundlage eines Vergleichs, der bei dem Kurbelwinkel, der auf dem Kurbelwinkel basiert, der die Bedingung erfüllt, zwischen der erfassten Wellenform und einem Wellenformmodell ausgeführt wird, das eine Breite aufweist, die kleiner als die des ersten Bereichs ist, und das als eine Referenz der Wellenform der Schwingung der Brennkraftmaschine (100) definiert ist, Erfassen eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine (100); und Festlegen des zweiten Bereichs gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100).
Klopfbestimmungsverfahren der Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmte Bedingung ist, dass die Schwingung die größte Magnitude erreicht.
Klopfbestimmungsverfahren der Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, wobei der Betriebszustand eine Maschinendrehzahl der Brennkraftmaschine (100) ist.
Klopfbestimmungsverfahren der Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, wobei der Schritt zum Festlegen des zweiten Bereichs den zweiten Bereich festlegt, um den größeren Kurbelwinkel zu umfassen, wenn sich eine Maschinendrehzahl der Brennkraftmaschine (100) erhöht.
Klopfbestimmungsverfahren der Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, wobei der Schritt zum Bestimmen, ob das Klopfen aufgetreten ist oder nicht, einen Schritt zum Bestimmen, ob die Brennkraftmaschine (100) klopft oder nicht, auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs umfasst, der zwischen dem Wellenformmodell und der erfassten Wellenform bei dem Kurbelwinkel ausgeführt wird, der verursacht, dass der erste Bereich mit dem Kurbelwinkel überlappt, der zu dem Wellenformmodell korrespondiert, wenn der Kurbelwinkel, der zu dem Wellenformmodell korrespondiert, einen Kurbelwinkel außerhalb des ersten Bereichs bei einem Vergleich der erfassten Wellenform mit dem Wellenformmodell umfasst.