專利名稱：內燃機的爆震判定裝置及爆震判定方法
技術領域：
本發明涉及判定內燃機內的爆震發生狀態的裝置及方法。
背景技術：
一般的內燃機的爆震判定裝置具有安裝在內燃機的氣缸體上的爆震傳感器，該爆震傳感器檢測由爆震引起的氣缸體的震動。上述判定裝置使用帶通濾波器從該爆震傳感器的輸出信號中抽出爆震頻率分量，把該爆震頻率分量的峰值或者在預定區間中的爆震頻率分量的積分值與爆震判定閾值進行比較，進行爆震判定。
爆震可通過延遲點火時期來防止，但是由于點火時期的滯后會使發動機的輸出和燃油效率下降。因此，要求在聽覺允許的爆震音的范圍內使點火時期超前，從而提高發動機的輸出和燃油效率。因此，需要使爆震判定閾值符合僅可以檢測出超過聽覺上允許水平的爆震的值。
從這一觀點出發，如日本專利文獻特公平6-60621號公報記載的那樣，有修正爆震判定閾值以使對爆震傳感器的輸出信號的峰值進行了對數變換的值的分布成為預定形狀的方法。
但是，在只使用爆震傳感器的輸出信號峰值的分布中，當爆震傳感器的輸出信號上重疊有機械或電氣噪聲時，會形成與爆震發生時相同的分布形狀。這會惡化爆震判定閾值的修正精度，進而會惡化爆震判定精度。
發明內容
本發明的目的是提供一種內燃機的爆震判定裝置及爆震判定方法，它能消除由噪聲引起的爆震判定精度的惡化，從而提高爆震判定精度以及可靠性。
為實現上述目的，本發明提供的內燃機的爆震判定裝置包括傳感器，輸出具有與內燃機的爆震狀態對應的波形的信號；分布判定部，每次對所述內燃機進行點火時從所述傳感器的輸出信號求出表示爆震特征的多個變量，并求出關于這些多個變量的預定點火次數數量的分布；以及爆震狀態判定部，基于在所述分布判定部求得的所述分布的形狀是否具有爆震發生時顯現的特征來判定爆震的發生狀態。
如上所述，在本發明中，從傳感器的輸出信號求出表示爆震特征的多個變量，并求出關于這些多個變量的預定點火次數數量的分布。因此，與如上述特公平6-60621號公報中只使用傳感器輸出的峰值的分布不同，可以制成能夠區別開噪聲和爆震的分布，從而可消除由噪聲引起的爆震判定精度的惡化，進而可提高爆震判定精度以及可靠性。
作為表示爆震特征的多個變量，可以使用傳感器輸出信號中的爆震頻率分量的峰值，和表示該輸出信號的波形與表示爆震特有波形的理想爆震波形之間相關性的形狀相關系數。這樣，即使在僅用傳感器輸出信號中的爆震頻率分量的峰值根本無法區別開噪聲和爆震的情況下，也可以通過形狀相關系數來高精度地區別開噪聲和爆震。
但是，氣缸體的震動狀態和燃燒壓力的變動狀態隨著內燃機的運行條件的不同而有比較大的變化。因此，如果從傳感器的輸出信號直接制成分布的話，根據內燃機運行條件，分布形狀也會變化。因此，當從傳感器的輸出信號直接制作分布時，需要對每一發動機運行條件制作分布。
因此，可以對有關多個變量的預定點火次數數量的數據，使用各變量的平均值和標準偏差來進行規格化(標準化，無量綱化)后，求出該多個變量的規格化數據的分布。這樣，可制成消除了由于內燃機運行條件而導致的誤差的普遍的分布，從而不需要對每一內燃機運行條件制作分布。這樣，可減輕制作分布的處理負荷，并且還可以避免由于內燃機運行條件的變化而引起的分布精度下降的問題。
另外，在按照定義方程式計算平均值及標準偏差時，需要能夠存儲大量數據的存儲器。而且，在積累到預定數量的數據之前的期間，也不能更新平均值及標準偏差。因此，只要通過對上述變量進行濾波處理來近似地求出平均值及標準偏差即可。這樣，可節約存儲器的容量，并且還由于每當取得一次變量時可更新平均值及標準偏差，所以響應性能優良。
但是，在制作分布時，雖然可以詳細區分具有分布存在可能性的全部區域，并為每一區域設置計數器，但在這種情況下，由于計數器的數目過多，從而存在存儲器使用量過多的缺點。
因此，可以從具有分布存在可能性的區域中抽出顯著顯現爆震特征的多個區域(以下稱“特征區域”)，并為每一特征區域設置計數器，從而在每次點火時通過使上述多個變量從屬的特征區域的計數器向上計數來求分布。這樣，由于只要僅對顯著顯現爆震特征的少數特征區域進行計數即可，因此具有可以大幅度節約存儲器使用量的優點。而且，由于可以只選擇抽出顯著顯現爆震特征的部分，因此也可以充分確保爆震判定的精度、可靠性。
再有，可以將有關發生超過允許水平的爆震時的上述多個變量的預定點火次數數量的分布作為理想爆震預先存儲到存儲部中，并在內燃機的運行中，求出在上述分布判定部求出的分布和理想爆震分布之間的相關性，并且作出相關性越高爆震水平就越大(爆震發生頻率高)的判定。這樣，可高精度地判定爆震水平。
在實施本發明時，可以基于由分布判定部求出的上述分布來判定爆震水平(爆震發生頻率)，并且通過比較該爆震水平與預定的爆震判定閾值來判定有無爆震，另外根據上述爆震水平和上述爆震判定閾值的比較結果來修正上述爆震判定閾值。這樣，即使在傳感器的輸出信號上重疊有機械或電氣噪聲的情況下，也可以高精度地修正爆震判定閾值，從而可防止由于噪聲引起的爆震判定精度的下降。而且，可以追隨由于內燃機的制造偏差或老化引起的震動水平的變化來自動修正爆震判定閾值。因此，總是能那個使用適當的爆震判定閾值來進行高精度的爆震判定。此外，當由設計、開發技術人員進行爆震判定閾值與內燃機的適配時，不需要詳細研究內燃機的制造偏差或老化的影響，從而具有能夠簡化爆震判定閾值與內燃機適配的作業的優點。
此外，作為輸出具有與內燃機的爆震狀態對應的波形的信號的傳感器，可以使用檢測內燃機的氣缸體震動的爆震傳感器、檢測內燃機的燃燒壓力的燃燒壓力傳感器、或者檢測內燃機的燃燒室內的離子電流的離子電流傳感器。爆震是由于內燃機氣缸內的混合氣體不等待根據火花塞點火引起的火焰傳播而自點火來急劇燃燒引起的。由混合氣體的自點火引起的急劇燃燒使氣缸內的燃燒氣體震動，從而使燃燒壓力和燃燒過程中發生的離子變化。這樣的震動或變化被傳遞到氣缸體上，從而發生外部可聽到的聲音(咯吱咯吱或者當當的聲音)。由此，不管使用爆震傳感器、燃燒壓力傳感器、離子電流傳感器中的哪一個，都可以檢測出爆震特有的震動波形。
本發明還提供一種內燃機的一種爆震判定方法，其包括如下步驟從傳感器輸出具有與內燃機的爆震狀態對應的波形的信號；每次對所述內燃機進行點火時從所述傳感器的輸出信號求出表示爆震特征的多個變量；求出關于所述多個變量的預定點火次數數量的分布；以及基于所求的所述分布的形狀是否具有爆震發生時顯現的特征來判定爆震的發生狀態。
圖1是本發明一個實施例中的發動機控制系統整體的概略結構圖；圖2是表示爆震判定閾值修正例程的處理流的流程圖；圖3是表示形狀相關系數計算例程的處理流的流程圖；圖4是表示峰值的規格化例程的處理流的流程圖；圖5是表示形狀相關系數的規格化例程的處理流的流程圖；圖6是表示檢測波形s[θ]以及理想爆震波形a[θ]的一例的示意圖；圖7是表示尖峰前形狀相關系數c[θ]的一例的示意圖；圖8是表示尖峰后形狀相關系數c[θ]的一例的示意圖。
具體實施例方式
下面根據
將本發明具體化了的一個實施例。首先根據圖1說明發動機控制系統整體的概略結構。在作為內燃機的發動機11的吸氣管12的最上游部設有空氣濾清器13，在該空氣濾清器13的下游側設有檢測吸入空氣量的氣流計14。在該氣流計14的下游側設有通過電動機10進行開度調節的節流閥15及檢測節流開度的節流開度傳感器16。
再有，在節流閥15的下游側設有與上述吸氣管12連接的浪涌槽17，在該浪涌槽17上設有檢測吸氣管壓力的吸氣管壓力傳感器18。另外，在浪涌槽17上連接有向發動機11的多個氣缸分別導入空氣的吸氣多支管19。吸氣多支管19從浪涌槽17到多個氣缸的吸氣口分支延伸。噴射燃料的燃料噴射閥20以分別位于這些吸氣口附近的方式被安裝在吸氣多支管19上。另外，在發動機11的氣缸頭上對應每一氣缸安裝有火花塞21，通過各火花塞21的火花放電，點燃對應的氣缸內的混合氣。
另一方面，在發動機11的排氣管22中設有凈化排出氣體中的CO、HC、NOx等的三效催化劑等催化劑23，在該催化劑23的上游側設有檢測排出氣體的空燃比的空燃比傳感器24。另外，在發動機11的氣缸體上安裝有檢測冷卻水溫度的冷卻水溫度傳感器25、檢測爆震震動的爆震傳感器28、在發動機11的曲柄軸每轉動預定的曲柄角時輸出脈沖信號的曲柄角傳感器26。根據該曲柄角傳感器26的輸出信號檢測出曲柄角和發動機旋轉速度。
這些各種傳感器的輸出都被輸入到發動機控制單元(以下用“ECU”表記)27中。該ECU27以微計算機作為主體構成，其通過執行存儲于內置ROM(存儲介質)中的各種發動機控制程序來控制燃料噴射閥20的燃料噴射量和火花塞21的點火時期。
再有，該ECU27通過執行后述圖2至圖5的爆震判定用的各例程來在每次點火時從爆震傳感器28的輸出(以下簡稱為“傳感器輸出”)求出表示爆震特征的兩個變量(峰值和形狀相關系數)。然后ECU27使用各變量的平均值和標準偏差，對與這兩個變量有關的預定點火次數數量的數據進行規格化(標準化，無量綱化)，從而求出該兩個變量的規格化數據的分布。ECU27作為表示爆震水平(爆震發生頻率)的指標，計算出表示上述分布和理想爆震分布之間的相關性(類似性)的爆震判定用的相關系數(類似度)，并根據這一爆震判定用的相關系數來修正在每一次燃燒的爆震判定中使用的爆震判定閾值。然后ECU27在每一次燃燒時對兩個變量(峰值和形狀相關系數)的積與上述爆震判定閾值進行比較，從而在每一次燃燒時判定有無爆震。ECU27進行如下的爆震控制即，在判定出有爆震時對點火時期進行延遲修正，從而抑制點火，而在無爆震的狀態繼續時對點火時期進行超前修正。由此，在聽覺可以允許的爆震音的范圍內使點火時期超前，從而提高發動機輸出和燃油效率。
以下詳細說明該爆震判定方法。
(1)從傳感器輸出抽出的變量從傳感器輸出抽出的變量是表示爆震特征的變量。在本實施例中，作為該變量，使用傳感器輸出中的爆震頻率分量的峰值和表示該傳感器輸出的波形與表示爆震特有波形的理想爆震波形之間相關性的形狀相關系數。該形狀相關系數的計算如下進行。首先，將在尖峰前后的預定期間內表示理想形狀的爆震波形確定為理想爆震波形。然后，如果在尖峰前的傳感器輸出波形的上升率比理想爆震波形的上升率急劇的話，則直接積分理想爆震波形來求出尖峰前的波形面積。另一方面，如果在尖峰前的傳感器輸出波形的上升率比理想爆震波形平緩的話，則根據傳感器輸出波形和理想爆震波形之差，減小預定量地修正理想爆震波形，并對修正后的值進行積分，由此求出尖峰前的波形面積。
關于尖峰后的波形面積，對根據尖峰后的傳感器輸出波形和理想爆震波形之差來減小地修正理想爆震波形之后的值進行積分，從而求出尖峰后的波形面積。這樣，在就尖峰前、后各自的波形面積的計算結束之后，求出尖峰前的波形面積和尖峰后的波形面積的總和，從而求出從尖峰前到尖峰后的預定期間的波形面積。然后，將用理想爆震波形的面積除該波形面積得到的值作為形狀相關系數。
(2)變量的規格化在發動機的運行中，從傳感器抽出的峰值以及形狀相關系數的數據被積累到ECU27中。然后，每次積累預定點火次數數量時計算關于峰值和形狀相關系數各自的平均值和標準偏差。使用該平均值和標準偏差，根據下式對峰值和形狀相關系數進行規格化(標準化，無量綱化)。
規格化峰值＝(峰值-峰值平均值)/峰值標準偏差規格化形狀相關系數＝(形狀相關系數-形狀相關系數平均值)/形狀相關系數標準偏差通過該規格化，可以求消除了由于發動機的運行條件引起的誤差的普遍的變量(峰值和形狀相關系數)。
此外，為按照定義方程式計算平均值和標準偏差，需要能夠存儲大量數據的存儲器。因此，在本實施例中，通過濾波處理(鈍化處理)近似地求出平均值和標準偏差。這樣，因為可逐次計算平均值和標準偏差，所以即使不在存儲器中存儲大量數據，也可以通過近似地逐次計算的平均值和標準偏差來進行逐次規格化處理。
(3)檢測分布的制作判斷峰值Sp和形狀相關系數Sc的規格化數據(Sp，Sc)與預先區分的多個區域的何處相應，并向上計數相應區域的計數器。通過重復進行預定點火次數數量的這一處理來制作檢測分布。
此時，雖然可以精細區分具有檢測分布存在可能性的全部區域，并為每一區域設置計數器來制作檢測分布。但在這種情況下，由于計數器數量過多，從而存在ECU27的存儲器使用量過多的缺點。
因此，在本實施例中，從具有檢測分布存在可能性的區域中抽出顯著顯現爆震特征的少數區域(以下稱“特征區域”)，并為每一特征區域設置計數器，從而通過在每次點火時使峰值Sp和形狀相關系數Sc的規格化數據(Sp，Sc)所屬的特征區域的計數器向上計數，來求出規格化數據(Sp，Sc)的分布。這樣，因為只要僅對顯著顯現爆震特征的少數特征區域的規格化數據(Sp，Sc)進行計數即可，因此具有可以大幅度節約存儲器使用量的優點。而且，因為可以只選擇抽出顯著顯現爆震特征的部分，因此也可以充分確保爆震判定的精度、可靠性。
(4)檢測分布和理想爆震分布的相關性(爆震水平的判定)計算表示基于規格化數據(Sp，Sc)的檢測分布和理想爆震分布之間相關性(類似性)的爆震判定用的相關系數(類似度)。該爆震判定用的相關系數成為用來判定檢測分布的形狀是否具有爆震發生時顯現的特征的指標。
這里，理想爆震分布是在發生了超過允許水平的爆震時預先用上述方法計算的規格化數據(Sp，Sc)的分布，其被存儲在ECU27的ROM等非易失性存儲器(存儲設備或存儲部)中。爆震判定用的相關系數可通過將檢測分布的圖形和理想爆震分布的圖形之間的內積除以范數的積來求出。通過除以范數的積，爆震判定用的相關系數的絕對值總是小于等于1(-1≤爆震判定用的相關系數≤1)，并且檢測分布和理想爆震分布的相關性越高，爆震判定用的相關系數就越接近1。因此，爆震判定用的相關系數成為表示爆震水平(爆震發生頻率)的指標，爆震判定用的相關系數越接近1，可以判定爆震水平越大(爆震發生頻率高)。
(5)爆震判定閾值的修正比較爆震判定用的相關系數與預先設定的爆震判定閾值，如果該爆震判定用的相關系數大于等于爆震判定閾值的話，則判斷出發生了超過允許水平的爆震，從而進行減少在每一次燃燒的爆震判定中使用的爆震判定閾值的修正。由此，可以檢測更小的爆震。
相反，如果爆震判定用的相關系數小于爆震判定閾值小的話，則判斷出爆震水平低于允許水平。此時存在由于爆震控制，點火時期延遲所需以上，從而使發動機轉矩下降的可能性。因此，進行使爆震判定閾值變大的修正，以便只檢測出較大的爆震。此外，當爆震判定用的相關系數被收納在與適當的爆震狀態相應的預定范圍內時，也可以不修正爆震判定閾值。
通過這樣的處理，可追隨由于發動機的制造偏差或老化引起的震動水平的變化而自動修正爆震判定閾值。因此，能夠總是使用適當的爆震判定閾值來進行高精度的爆震判定。此外，當由設計、開發技術人員對爆震判定閾值與發動機進行適配時，不需要詳細研究發動機的制造偏差或老化的影響，從而還具有能夠簡化爆震判定閾值與發動機適配的作業的優點。
以上說明的爆震判定閾值的修正由ECU27遵照圖2至圖5的各例程來執行。以下說明這些各個例程的處理內容。
圖2的爆震判定閾值修正例程在發動機運行中周期執行。本例程一被起動，首先在步驟100中，ECU27就使對變量(峰值P和形狀相關系數C)的采樣數進行計數的總計數器向上計數。接著，ECU27在步驟101在每次點火時檢測傳感器輸出中的爆震頻率分量的峰值P，并且在步驟102中執行后述圖3的形狀相關系數計算例程，從而計算出形狀相關系數C。
其后，ECU27在步驟103中執行后述圖4的峰值的規格化例程。亦即，ECU27通過鈍化處理計算出關于峰值P的平均值和標準偏差σ，并使用這些平均值和標準偏差σ對峰值P進行規格化(標準化，無量綱化)。另外，ECU27在步驟104中執行后述圖5的形狀相關系數的規格化例程。亦即，ECU27通過鈍化處理計算出關于形狀相關系數C的平均值和標準偏差σ，并使用這些平均值和標準偏差σ對形狀相關系數C進行規格化(標準化，無量綱化)。
此后，ECU27前進到步驟105，執行檢測分布制作例程(未圖示)，從而如下制作檢測分布。在本實施例中，從具有檢測分布存在可能性的區域中抽出顯著顯現爆震特征的少數區域(特征區域)，并為每一特征區域設置計數器。然后，判定峰值P和形狀相關系數C的規格化數據(Sp，Sc)是否與某一特征區域相應，如果存在相應的特征區域，則向上計數該特征區域的計數器，如果不存在相應的特征區域，則不向上計數任何特征區域的計數器。執行以上說明的步驟101～105的處理的ECU27起分布判定裝置或分布判定部的作用。
其后，ECU27前進到步驟106，判定總計數器的值是否達到預定值，如果總計數器的值沒有達到預定值，則重復上述步驟100～105的處理。由此，在峰值P和形狀相關系數C的采樣數達到各自的預定值以前，重復峰值P和形狀相關系數C的采樣、這些數據的規格化、以及檢測分布的制作。
然后，在總計數器的值達到預定值的時刻，ECU27前進到步驟107，執行爆震判定用相關系數計算例程(未圖示)，從而計算出表示基于規格化數據(Sp，Sc)的檢測分布與理想爆震分布之間相關性的爆震判定用的相關系數。該爆震判定用的相關系數通過將基于規格化數據(Sp，Sc)的檢測分布圖形和理想爆震分布圖形的內積除以范數的積來求出。
其后，ECU27前進到步驟108，比較爆震判定用的相關系數與預先設定的爆震判定閾值，如果該相關系數大于等于爆震判定閾值的話，則判斷出發生了超過允許水平的爆震，前進到步驟109。在步驟109，ECU27進行減少在每一次燃燒的爆震判定中使用的爆震判定閾值的修正。由此，可以檢測更小的爆震。相反，如果爆震判定用的相關系數小于爆震判定閾值的話，則ECU27判斷出爆震水平低于允許水平。此時，存在由于爆震控制，點火時期延遲所需以上，從而使發動機轉矩下降的可能性。因此，ECU27前進到步驟110，進行增加爆震判定閾值的修正，以便只檢測出較大的爆震。其后，ECU27前進到步驟111，復位本例程中使用的全部計數器，并結束本例程。
執行步驟107以及108的處理的ECU27起爆震判定裝置或爆震判定部的作用。
圖3的形狀相關系數計算例程是在上述圖2的爆震判定閾值修正例程的步驟102執行的子例程。本例程一被起動，ECU27就首先在步驟201對檢測出的傳感器輸出波形(以下稱“檢測波形”)的尖峰位置進行檢測(參照圖6)。
然后，ECU27在下面的步驟202中比較尖峰前的檢測波形s[θ]與理想爆震波形a[θ]，從而如下計算出尖峰前的形狀相關系數c[θ]。亦即，ECU27判定尖峰前的曲柄角θ中的檢測波形s[θ]是否小于等于理想爆震波形a[θ]。如果尖峰前的曲柄角θ中的檢測波形s[θ]小于等于理想爆震波形a[θ]，則ECU27將尖峰前的曲柄角θ中的尖峰前形狀相關系數c[θ]設置為1。另一方面，如果尖峰前的曲柄角θ中的檢測波形s[θ]大于理想爆震波形a[θ]，則ECU27按照下式計算出尖峰前的曲柄角θ中的尖峰前形狀相關系數c[θ]。
c[θ]＝1-{s[θ]-a[θ]}/a[θ]
此時，因為檢測波形s[θ]和理想爆震波形a[θ]的偏差{s[θ]-a[θ]}越大相關性就越低，因此尖峰前形狀相關系數c[θ]變小。圖7示出了尖峰前形狀相關系數c[θ]的計算例。
另外，ECU27在步驟203中，使用尖峰后的檢測波形s[θ]和理想爆震波形a[θ]，根據下式計算出尖峰后的曲柄角θ中的尖峰后形狀相關系數c[θ]。
c[θ]＝1-|s[θ]-a[θ]|/a[θ]此時，也因為檢測波形s[θ]和理想爆震波形a[θ]的偏差的絕對值|s[θ]-a[θ]|越大相關性就越低，因此尖峰后形狀相關系數c[θ]變小。圖8示出了尖峰后形狀相關系數c[θ]的計算例。
在如上所述對從尖峰前到尖峰后的整個預定期間內的所有曲柄角θ重復進行計算形狀相關系數c[θ]的處理之后，ECU27前進到步驟204，按照下式計算出最終的形狀相關系數C。
C＝∑c[θ]·a[θ]/∑a[θ]由此，形狀相關系數C總小于等于1(0≤C≤1)，并且檢測波形s[θ]和理想爆震波形a[θ]的相關性越高，形狀相關系數C就越接近1。
圖4的峰值的規格化例程是在上述圖2的爆震判定閾值修正例程的步驟103執行的子例程。本例程一被起動，ECU27就首先在步驟301使用在ECU27的RAM中存儲的上次計算出來的峰值P的平均值Pav[n-1]和此次的峰值P[n]，按照下面的鈍化處理公式計算出此次峰值P[n]的平均值Pav[n]。
Pav[n]＝α1·P[n]+(1-α1)·Pav[n-1]上式中α1是鈍化系數。該鈍化系數α1為簡化運算處理可以取固定值，但是也可以根據發動機運行狀態并通過映射或數學公式等來改變鈍化系數α1。這樣，例如在發動機穩定運行時進行重視平均值Pav的正確性的設定，在發動機過渡運行時進行重視追隨性的設定，這種做法具有可根據發動機運行狀態來調整正確性和追隨性的優點。
其后，ECU27前進到步驟302，使用在ECU27的RAM中存儲的上次計算出來的峰值P的方差(分散)Vp[n-1]和此次的峰值P的平均值Pav[n]，使用下面的鈍化處理公式計算出此次峰值P的方差Vp[n]。
Vp[n]＝β1·{P[n]-Pav[n]}2+(1-β1)·Vp[n-1]上式中β1是鈍化系數。該鈍化系數β1為簡化運算處理可以取固定值，但是也可以根據發動機運行狀態并通過映射或數學公式等來改變鈍化系數βl。這樣，例如在發動機穩定運行時進行重視方差Vp的正確性的設定，在發動機過渡運行時進行重視追隨性的設定，這種做法具有可根據發動機運行狀態來調整正確性和追隨性的優點。
另外，ECU27在同一步驟302中，通過計算峰值P的方差Vp[n]的平方根來求出峰值P的標準偏差σp(σp＝Vp[n])。
此后，ECU27前進到步驟303，按照下式計算出峰值P的規格化數據Sp。
Sp＝{P[n]-Pav[n])/σp[形狀相關系數的規格化例程]圖5的形狀相關系數的規格化例程是在上述圖2的爆震判定閾值修正例程的步驟104執行的子例程。本例程一被起動，ECU27就首先在步驟401使用在ECU27的RAM中存儲的上次計算出來的形狀相關系數C的平均值Cav[n-1]和此次的形狀相關系數C[n]，按照下面的鈍化處理公式計算出此次形狀相關系數C[n]的平均值Cav[n]。
Cav[n]＝α2·C[n]+(1-α2)·Cav[n-1]上式中α2是鈍化系數。該鈍化系數α2為簡化運算處理可以取固定值，但是也可以根據發動機運行狀態并通過映射或數學公式等來該改變鈍化系數α2。這樣，例如在發動機穩定運行時進行重視平均值Cav的正確性的設定，在發動機過渡運行時進行重視追隨性的設定，這種做法具有可根據發動機運行狀態來調整正確性和追隨性的優點。
此后，ECU27前進到步驟402，使用在ECU27的RAM中存儲的上次計算出來的形狀相關系數C的方差Vc[n-1]和此次的形狀相關系數C的平均值Cav[n]，根據下面的鈍化處理公式計算出此次形狀相關系數C的方差Vc[n]。
Vc[n]＝β2·{C[n]-Cav[n]}2+(1-β2)·Vc[n-1]上式中β2是鈍化系數。該鈍化系數β2為簡化運算處理可以取固定值，但是也可以根據發動機運行狀態并通過映射或數學公式等來改變鈍化系數β2。這樣，例如在發動機穩定運行時進行重視方差Vc的正確性的設定，在發動機過渡運行時進行重視追隨性的設定，這種做法具有可根據發動機運行狀態來調整正確性和追隨性的優點。
另外，ECU27在同一步驟402中，通過計算形狀相關系數C的方差Vc[n]的平方根來求出形狀相關系數C的標準偏差σc(σc＝Vc[n])。
此后，ECU27前進到步驟403，按照下式計算出形狀相關系數C的規格化數據Sc。
Sc＝{C[n]-Cav[n]}/σc在以上說明的本實施例中，求出傳感器輸出中的爆震頻率分量的峰值和表示該傳感器輸出的波形與表示爆震特有波形的理想爆震波形之間相關性的形狀相關系數，從而制作關于這些峰值和形狀相關系數的預定點火次數數量的分布。因此，與如上述特公平6-60621號公報中只使用傳感器的輸出的峰值的分布不同，可以制作能夠區分噪聲和爆震的分布，從而可解決由于噪聲引起的爆震判定精度的惡化的問題，進而可提高爆震判定的精度、可靠性。
而且，在本實施例中，對于預定點火次數數量的峰值以及形狀相關系數的數據，使用各自對應的平均值和偏差來進行規格化，從而制作檢測分布。因此，可以制成消除了由于發動機運行條件導致的誤差的普遍的檢測分布，從而不需要對每一發動機運行條件制作檢測分布。這樣，可減輕制作分布的處理負荷，并且還可以避免由于發動機運行條件的變化而引起的檢測分布精度下降的問題。
再有，在本實施例中，作為爆震水平的指標計算表示檢測分布和理想爆震分布之間相關性(類似性)的爆震判定用的相關系數，并根據這一爆震判定用的相關系數(爆震水平)來修正在每一次燃燒的爆震判定中使用的爆震判定閾值。因此，即使在傳感器的輸出上重疊有機械或電氣噪聲的情況下，也可以高精度地修正爆震判定閾值，從而可防止由于噪聲引起的爆震判定精度的下降。而且，可追隨由于發動機的制造偏差或老化引起的震動水平的變化而自動修正爆震判定閾值。因此，能夠總是使用適當的爆震判定閾值來進行高精度的爆震判定。此外，當由設計、開發技術人員對爆震判定閾值與發動機進行適配時，不需要詳細研究發動機的制造偏差或老化的影響，從而還具有能夠簡化爆震判定閾值與發動機適配的作業的優點。
此外，在本實施例中，作為輸出具有與爆震狀態對應的波形的信號的傳感器，使用了檢測氣缸體的震動的爆震傳感器28，但是也可以使用檢測燃燒壓力的燃燒壓力傳感器，或者也可以使用檢測燃燒室內的離子電流的離子電流傳感器。
權利要求
1.一種內燃機的爆震判定裝置，其特征在于包括傳感器，輸出具有與內燃機的爆震狀態對應的波形的信號；分布判定部，在每次對所述內燃機進行點火時從所述傳感器的輸出信號求出表示爆震特征的多個變量，并求出關于這些多個變量的預定點火次數數量的分布；以及爆震狀態判定部，基于在所述分布判定部求得的所述分布的形狀是否具有爆震發生時顯現的特征來判定爆震的發生狀態。
2.如權利要求1所述的爆震判定裝置，其特征在于，所述多個變量包括所述傳感器的輸出信號中的爆震頻率分量的峰值，和表示該輸出信號的波形與表示爆震特有波形的理想爆震波形之間的相關性的形狀相關系數。
3.如權利要求1所述的爆震判定裝置，其特征在于，所述分布判定部對關于所述多個變量的預定點火次數數量的數據，使用各變量的平均值和標準偏差進行規格化，從而求出該多個變量的規格化數據的分布。
4.如權利要求3所述的爆震判定裝置，其特征在于，所述平均值及所述標準偏差通過對相應的變量進行濾波處理來近似地求出。
5.如權利要求1至4中任一項所述的爆震判定裝置，其特征在于，所述分布判定部從具有所述分布存在可能性的區域中抽出顯著顯現爆震特征的多個區域(以下稱“特征區域”)，并為每一特征區域設置計數器，從而通過在每次點火時使所述多個變量從屬的特征區域的計數器向上計數來求出所述分布。
6.如權利要求1至4中任一項所述的爆震判定裝置，其特征在于，還具有作為理想爆震分布而存儲與發生超過允許水平的爆震時的所述多個變量相關的預定點火次數數量的分布的存儲部，所述爆震狀態判定部在所述內燃機的運行中求出在所述分布判定部求出的分布和所述理想爆震分布之間的相關性，并且相關性越高，則判定爆震水平就越大。
7.如權利要求1至4中任一項所述的爆震判定裝置，其特征在于，所述爆震狀態判定部包含水平判定部，基于由所述分布判定部求得的所述分布來判定爆震水平；爆震判定部，比較所述爆震水平與預定的爆震判定閾值，從而判定有無爆震；修正部，根據所述爆震水平和所述爆震判定閾值的比較結果來修正所述爆震判定閾值。
8.如權利要求1至4中任一項所述的爆震判定裝置，其特征在于，所述傳感器是檢測所述內燃機的氣缸體震動的爆震傳感器、檢測所述內燃機的燃燒壓力的燃燒壓力傳感器、或者檢測所述內燃機的燃燒室內的離子電流的離子電流傳感器。
9.一種內燃機的爆震判定方法，其特征在于包括如下步驟從傳感器輸出具有與內燃機的爆震狀態對應的波形的信號；每次對所述內燃機進行點火時從所述傳感器的輸出信號求出表示爆震特征的多個變量；求出關于所述多個變量的預定點火次數數量的分布；以及基于所求的所述分布的形狀是否具有爆震發生時顯現的特征來判定爆震的發生狀態。
10.如權利要求9所述的爆震判定方法，其特征在于，所述多個變量包括所述傳感器的輸出信號中的爆震頻率分量的峰值，和表示該輸出信號的波形與表示爆震特有波形的理想爆震波形之間的相關性的形狀相關系數。
全文摘要
本發明提供一種內燃機的爆震判定裝置及爆震判定方法。從爆震傳感器的輸出信號求出表示爆震特征的多個變量。這些變量包括傳感器輸出信號中的爆震頻率分量的峰值，和表示該輸出信號的波形與表示爆震特有波形的理想爆震波形之間相關性的形狀相關系數。分別對這些峰值及形狀相關系數進行規格化后，使用所得的規格化數據來制作檢測分布。從而計算出表示該檢測分布和理想爆震分布之間相關性的爆震判定用相關系數。比較爆震判定用相關系數與預先設定的爆震判定閾值，并根據該比較結果來修正在每一次燃燒的爆震判定中使用的爆震判定閾值。其結果提高了爆震判定的精度及可靠性。
文檔編號G01L23/00GK1683911SQ200510064608
公開日2005年10月19日 申請日期2005年4月15日 優先權日2004年4月16日
發明者竹村優一, 枡田哲, 井上正臣, 笠島健司, 金子理人 申請人:豐田自動車株式會社