內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠快速檢測大的爆震且容易進(jìn)行爆震判定的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置。為此，使用爆震用時(shí)間窗及BPF(B1～B2)從爆震傳感器信號(hào)(Sg1)提取爆震頻率的波形信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行積分而求出第一運(yùn)算值(B3)，使用參考用時(shí)間窗及BPF(B4～B5)從爆震傳感器信號(hào)(Sg1)提取參考頻率的波形信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行積分而求出第二運(yùn)算值(B6)、求出第二運(yùn)算值的多個(gè)平均值(B7)、求出將第一運(yùn)算值除以平均值而得到的S/N比(B8)、求出將S/N乘以權(quán)重系數(shù)而得到的乘積(B9)、求出乘積的多個(gè)移動(dòng)平均值(B10)、使用移動(dòng)平均值作為爆震指標(biāo)來進(jìn)行爆震的判定、控制(B11～B13)。
【專利說明】
內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種進(jìn)行燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)等的爆震判定及控制的內(nèi)燃機(jī)的 爆震判定裝置及爆震控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)中，會(huì)在缸內(nèi)產(chǎn)生燃料異常燃燒的爆震。如 果爆震強(qiáng)度大，則發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)受到損傷。因此在這些發(fā)動(dòng)機(jī)中要進(jìn)行檢測爆震的、根據(jù)爆 震強(qiáng)度進(jìn)行點(diǎn)火正時(shí)的控制和降低輸出的控制。
[0003] 在使用缸內(nèi)壓力傳感器進(jìn)行爆震判定的情況下，例如存在使用加速度傳感器等情 況。在爆震判定中一般使用下述方法。
[0004] (1)從傳感器信號(hào)提取發(fā)生爆震的時(shí)間帶(時(shí)間窗)的數(shù)據(jù)。
[0005] (2)使傳感器信號(hào)通過僅使爆震頻率的成分通過的帶通濾波器（以下稱作BPF)，來 提取爆震頻率的波形信號(hào)。
[0006] (3)對(duì)提取的波形信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，求出爆震強(qiáng)度。例如，進(jìn)行求出振幅最大值 的運(yùn)算處理、進(jìn)行高速傅里葉變換分析（以下稱作FFT分析)而求出爆震頻率附近的功率譜 密度的平方和即局部整體值(パ一シ十少才一，一才一少）的（以下稱作Ρ0Α)的運(yùn)算處理、 對(duì)波形信號(hào)進(jìn)行積分而求出相當(dāng)于Ρ0Α的值的運(yùn)算處理，從而求出爆震強(qiáng)度。
[0007] (4)在各循環(huán)中進(jìn)行這些運(yùn)算，針對(duì)在各循環(huán)中運(yùn)算出的爆震強(qiáng)度，求出考慮了規(guī) 定次數(shù)的循環(huán)(例如50次循環(huán)）中的頻度的爆震指標(biāo)，來進(jìn)行爆震判定。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1:(日本)特開2007-231903號(hào)公報(bào) [0011] 專利文獻(xiàn)2:(日本)特許第4919097號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0013] 爆震并非在各循環(huán)中連續(xù)成為相同強(qiáng)度。在容易發(fā)生爆震的狀態(tài)下，上述爆震指 標(biāo)的平均值上升，并且具有爆震指標(biāo)大的頻度變高的傾向。另外，在爆震強(qiáng)度大的情況下， 為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)損傷，要求具有快速檢測性能。
[0014] 因此，在防止發(fā)動(dòng)機(jī)損傷、維持一定爆震等級(jí)的控制中，需要考慮到下述項(xiàng)目來進(jìn) 行爆震判定。
[0015] (a)根據(jù)爆震強(qiáng)度和爆震頻度兩種信息來進(jìn)行爆震判定；
[0016] (b)在爆震強(qiáng)度大的情況下，為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)損傷，要快速(例如在一個(gè)循環(huán)中）進(jìn) 行檢測。
[0017] 然而，在現(xiàn)有的爆震檢測中，不僅要統(tǒng)計(jì)爆震強(qiáng)度，還要統(tǒng)計(jì)爆震頻度，因此需要 規(guī)定次數(shù)的循環(huán)，因而存在以下問題:無法進(jìn)行大的爆震的快速檢測（例如參照專利文獻(xiàn)1 的0041段）、爆震指標(biāo)的運(yùn)算(例如參照專利文獻(xiàn)2的圖8、圖9,尤其是用于求出爆震判定值 Vkdl的u值的運(yùn)算)復(fù)雜、無法快速且容易地檢測大的爆震。
[0018] 本發(fā)明是鑒于上述技術(shù)問題而做出的，其目的在于，提供一種內(nèi)燃機(jī)的爆震判定 裝置及爆震控制裝置，能夠快速檢測出大的爆震，并且容易進(jìn)行爆震判定。
[0019] 用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0020] 解決上述技術(shù)問題的第一發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置的特征在于，具備：
[0021] 加速度傳感器或缸內(nèi)壓力傳感器，其安裝于內(nèi)燃機(jī)的各氣缸，并且測定與爆震的 強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)的加速度或缸內(nèi)壓力；
[0022] 控制單元，基于由所述加速度傳感器或所述缸內(nèi)壓力傳感器測定的傳感器信號(hào)， 進(jìn)行爆震的判定及控制；
[0023] 所述控制單元，
[0024] 從所述傳感器信號(hào)中提取爆震頻率的波形信號(hào)，計(jì)算基于所述爆震頻率的波形信 號(hào)的第一運(yùn)算值，
[0025] 從所述傳感器信號(hào)中提取參考頻率的波形信號(hào)，計(jì)算基于所述參考頻率的波形信 號(hào)的第二運(yùn)算值，求出所述第二運(yùn)算值的多個(gè)平均值，
[0026] 求出將所述第一運(yùn)算值除以所述平均值的比，
[0027] 將所述比變換為包括爆震強(qiáng)度和爆震頻度的爆震指標(biāo)，
[0028] 基于所述爆震指標(biāo)的大小來進(jìn)行爆震的判定。
[0029] 解決上述技術(shù)問題的第二發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置的特征在于，
[0030] 在上述第一發(fā)明所記載的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置中，
[0031] 所述控制單元預(yù)先規(guī)定將所述比變換為所述爆震指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，求出將所述比 乘以所述權(quán)重系數(shù)的乘積，求出所述乘積的多個(gè)移動(dòng)平均值，將所述移動(dòng)平均值作為進(jìn)行 爆震的判定的所述爆震指標(biāo)來使用。
[0032] 解決上述技術(shù)問題的第三發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置的特征在于，
[0033] 在上述第二發(fā)明所記載的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置中，
[0034] 所述控制單元隨著所述比變大而使所述權(quán)重系數(shù)增大。
[0035] 解決上述技術(shù)問題的第四發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置的特征在于，
[0036] 在上述第一發(fā)明所記載的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置中，
[0037] 所述控制單元預(yù)先規(guī)定相對(duì)于所述比的閾值和與該閾值對(duì)應(yīng)的規(guī)定次數(shù)，求出將 所述比超過所述閾值的次數(shù)除以所述規(guī)定次數(shù)的百分比，將所述百分比作為進(jìn)行爆震的判 定的所述爆震指標(biāo)來使用。
[0038] 解決上述技術(shù)問題的第五發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置的特征在于，
[0039] 在上述第四發(fā)明所記載的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置中，
[0040] 所述控制單元規(guī)定多組各不相同的所述閾值和與各個(gè)所述閾值對(duì)應(yīng)的所述規(guī)定 次數(shù)的組，隨著所述閾值變大而使所述規(guī)定次數(shù)減小。
[0041] 解決上述技術(shù)問題的第六發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置的特征在于，
[0042] 在上述第一~第五任一發(fā)明所記載的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置中，
[0043] 所述控制單元從所述傳感器信號(hào)的相同時(shí)間帶中提取所述爆震頻率的波形信號(hào) 和所述參考頻率的波形信號(hào)，并且將預(yù)先規(guī)定的規(guī)定值以下的信號(hào)作為所述參考頻率的波 形信號(hào)。
[0044] 解決上述技術(shù)問題的第七發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置的特征在于，
[0045] 在上述第一~第五任一發(fā)明所記載的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置中，
[0046] 所述控制單元從所述傳感器信號(hào)的不同時(shí)間帶中提取所述爆震頻率的波形信號(hào) 和所述參考頻率的波形信號(hào)，并且使所述參考頻率的波形信號(hào)的所述時(shí)間帶為與所述爆震 頻率的波形信號(hào)的所述時(shí)間帶臨近的時(shí)間帶或未點(diǎn)火時(shí)的時(shí)間帶。
[0047] 解決上述技術(shù)問題的第八發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置的特征在于，
[0048] 在上述第一~第七任一發(fā)明所記載的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置中，
[0049] 所述控制單元求出多個(gè)所述第二運(yùn)算值的標(biāo)準(zhǔn)差，使用處于該標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)的所 述第二運(yùn)算值來求出所述平均值。
[0050] 解決上述技術(shù)問題的第九發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置的特征在于，
[0051] 在上述第一~第八任一發(fā)明所記載的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置中，
[0052] 所述控制單元，
[0053]將所述內(nèi)燃機(jī)的初始的所述第二運(yùn)算值作為基準(zhǔn)值保存，并且規(guī)定相對(duì)于該基準(zhǔn) 值的基準(zhǔn)閾值，
[0054]在重新計(jì)算出的所述第二運(yùn)算值相對(duì)于所述基準(zhǔn)值下降超過所述基準(zhǔn)閾值的情 況下，判定為所述加速度傳感器或所述缸內(nèi)壓力傳感器的靈敏度下降而進(jìn)行通知。
[0055] 解決上述技術(shù)問題的第十發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置的特征在于，
[0056] 在上述第一~第八任一發(fā)明所記載的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置中，
[0057] 所述控制單元預(yù)先將所有的所述氣缸的所述第二運(yùn)算值的平均值作為基準(zhǔn)值保 存，并且預(yù)先規(guī)定相對(duì)于該基準(zhǔn)值的基準(zhǔn)閾值，
[0058] 在重新計(jì)算出的所述第二運(yùn)算值相對(duì)于所述基準(zhǔn)值下降超過所述基準(zhǔn)閾值的情 況下，判定為所述加速度傳感器或所述缸內(nèi)壓力傳感器的靈敏度下降而進(jìn)行通知。
[0059] 解決上述技術(shù)問題的第十一發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的爆震控制裝置的特征在于，
[0060] 使用上述第一~第十任一發(fā)明所記載的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，
[0061] 所述控制單元根據(jù)爆震的判定來進(jìn)行所述氣缸點(diǎn)火正時(shí)的滯后角化、所述內(nèi)燃機(jī) 的輸出的降低或停止。
[0062]發(fā)明的效果
[0063]根據(jù)本發(fā)明，由于使用包括爆震強(qiáng)度和爆震頻度的爆震指標(biāo)，因此能夠容易地對(duì) 爆震進(jìn)行判定，越是大的爆震越能夠快速地進(jìn)行檢測。另外，還能夠檢測出老化引起的靈敏 度降低。
【附圖說明】
[0064]圖1是對(duì)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置的實(shí)施方式的一個(gè)例子 進(jìn)行說明的簡要結(jié)構(gòu)圖。
[0065]圖2是對(duì)圖1所示的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置的爆震判定及控制的 一個(gè)例子(實(shí)施例1)進(jìn)行說明的方框圖。
[0066] 圖3是對(duì)圖2所示的方框圖中的時(shí)間窗進(jìn)行說明的圖。
[0067] 圖4是對(duì)圖1所示的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置中的爆震判定及控制 的另外的一個(gè)例子(實(shí)施例2)進(jìn)行說明的方框圖。
[0068] 圖5對(duì)圖1所示的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置中的爆震判定及控制的 另外的一個(gè)例子(實(shí)施例3)進(jìn)行說明的方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0069] 以下，參照圖1~圖5對(duì)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置的實(shí)施方 式進(jìn)行說明。
[0070] (實(shí)施例1)
[0071]圖1是對(duì)本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置進(jìn)行說明的簡要結(jié)構(gòu) 圖。另外，圖2是對(duì)圖1所示的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置中的爆震判定及控制 進(jìn)行說明的方框圖，圖3是對(duì)圖2所示的方框圖中的時(shí)間窗進(jìn)行說明的圖。
[0072]在本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置中，如圖1所示，內(nèi)燃機(jī)(發(fā) 動(dòng)機(jī))具有:至少一個(gè)氣缸1〇(在圖1中作為一個(gè)例子而圖示了四個(gè)氣缸10)、根據(jù)后述的運(yùn) 算處理來進(jìn)行判定和控制的EQJ(Electronics Control Unit)20、基于來自ECU20的指令來 控制后述火花塞14的點(diǎn)火裝置21。需要說明的是，在后述的實(shí)施例4中會(huì)對(duì)警報(bào)裝置22進(jìn)行 說明。
[0073]各氣缸10具有缸體11、在缸體11內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞12、與活塞12連結(jié)的曲柄13，曲 軸(未圖示)經(jīng)由曲柄13而被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。另外還具有:將由燃?xì)饣蚱偷冉M成的燃料與空氣 一起向缸體11供給的進(jìn)氣閥及進(jìn)氣道、將燃燒后的燃料從缸體11排出的排氣閥及排氣道 等，但在圖1中省略了圖示。
[0074]利用在缸體11上安裝的火花塞14對(duì)供給到缸體11的燃料進(jìn)行點(diǎn)火使其燃燒。此 時(shí)，利用在缸體11上安裝的爆震傳感器15檢測與在各氣缸10中產(chǎn)生的爆震強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)的物 理量作為爆震傳感器信號(hào)Sgl。在本實(shí)施例中，作為爆震傳感器15,使用檢測加速度的加速 度傳感器，但是使用檢測缸內(nèi)壓力的缸內(nèi)壓力傳感器也能夠?qū)嵤┍緦?shí)施例及后述的實(shí)施例 2~4〇
[0075]爆震傳感器15所檢測出的各氣缸10的爆震傳感器信號(hào)Sgl向ECU20輸入，利用所輸 入的爆震傳感器信號(hào)Sgl進(jìn)行后述運(yùn)算處理，來進(jìn)行爆震判定。然后，E⑶20基于運(yùn)算處理所 進(jìn)行的爆震判定，向點(diǎn)火裝置21發(fā)送相對(duì)于各氣缸10的點(diǎn)火正時(shí)指令Sg2,點(diǎn)火裝置21基于 點(diǎn)火正時(shí)指令Sg2來向各氣缸10發(fā)送點(diǎn)火信號(hào)Sg3。
[0076] 需要說明的是，在圖1所示的各氣缸10中，還設(shè)置有檢測曲軸的曲軸轉(zhuǎn)角的曲軸轉(zhuǎn) 角傳感器，來自該傳感器的信號(hào)也向E⑶20輸入，用于后述的運(yùn)算處理。
[0077] 另外，圖1所示的內(nèi)燃機(jī)，只要是具有同等功能的結(jié)構(gòu)，也可以是其它內(nèi)燃機(jī)。例如 也可以是燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等。
[0078] 接著，參照圖2、圖3,對(duì)圖1所示的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置中的爆 震判定及控制進(jìn)行說明。需要說明的是，以下的爆震判定及控制在各氣缸、各循環(huán)中分別進(jìn) 行。
[0079] (方框B1)
[0080]爆震傳感器15所檢測出的各氣缸10的爆震傳感器信號(hào)Sgl向ECU20輸入，使用作為 爆震發(fā)生的時(shí)間帶的爆震用時(shí)間窗TW1(參照圖3)，從爆震傳感器信號(hào)Sgl截取爆震用數(shù)據(jù)。 作為爆震用時(shí)間窗TW1，預(yù)先規(guī)定曲軸轉(zhuǎn)角的范圍即可。在這里，作為一個(gè)例子，將點(diǎn)火后， 即從即將到達(dá)缸內(nèi)壓力的峰值的曲軸轉(zhuǎn)角到燃燒結(jié)束的曲軸轉(zhuǎn)角視為爆震用時(shí)間窗TW1。 [0081](方框 B2)
[0082]使截取的爆震用數(shù)據(jù)通過僅使爆震頻率的成分通過的BPF，來提取爆震頻率(例如 3kHz左右）的波形信號(hào)。
[0083] (方框 B3)
[0084] 進(jìn)行所提取的爆震頻率的波形信號(hào)的運(yùn)算處理，求出第一運(yùn)算值。例如，進(jìn)行求出 波形信號(hào)的絕對(duì)值的積分值而求出相當(dāng)于Ρ0Α的值的運(yùn)算處理。需要說明的是，也可以進(jìn)行 求出振幅最大值的運(yùn)算處理或者執(zhí)行FFT分析而求出Ρ0Α的運(yùn)算處理來代替該運(yùn)算處理。需 要說明的是，上述積分值與Ρ0Α在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的。
[0085]在執(zhí)行FFT分析而求出Ρ0Α的情況下，通過FFT分析來計(jì)算功率譜，基于計(jì)算出的功 率譜來計(jì)算功率譜密度，再通過計(jì)算爆震頻率附近的功率譜密度的平方和而求出Ρ0Α即可。 [0086](方框 B4)
[0087]與上述方框B1相同，使用參考用時(shí)間窗，從爆震傳感器信號(hào)Sgl截取參考用數(shù)據(jù)。 [0088]在這里，參照圖3對(duì)參考用時(shí)間窗以及參考用數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。作為參考用數(shù)據(jù)，能 夠使用未發(fā)生爆震時(shí)的數(shù)據(jù)Drl、燃燒初始階段的數(shù)據(jù)Dr2或者未點(diǎn)火時(shí)的背景數(shù)據(jù)Dr3。需 要說明的是，在圖3中，為了便于參考，也一并記載了缸體11的缸內(nèi)壓力。
[0089]在使用未發(fā)生爆震時(shí)的數(shù)據(jù)Drl的情況下，使用與檢測爆震的爆震用時(shí)間窗TW1相 同的時(shí)間窗，保存預(yù)先規(guī)定的規(guī)定值以下的數(shù)據(jù)，將其作為參考用數(shù)據(jù)來使用。在能夠重新 獲得規(guī)定值以下的數(shù)據(jù)的情況下，逐次更新所保存的數(shù)據(jù)，將其作為參考用數(shù)據(jù)來使用。
[0090] 另外，在使用燃燒初始階段的數(shù)據(jù)Dr2的情況下，與時(shí)間窗TW1不同，而使用與時(shí)間 窗TW1臨近的時(shí)間窗TW2的數(shù)據(jù)。另外，在使用未點(diǎn)火時(shí)的背景數(shù)據(jù)Dr3的情況下，也與時(shí)間 窗TW1不同，而使用未點(diǎn)火時(shí)的時(shí)間窗TW3的數(shù)據(jù)。
[0091] (方框 B5)
[0092]與上述方框B2相同，使截取的參考用數(shù)據(jù)通過僅使參考頻率的成分通過的BPF，來 提取參考頻率的波形信號(hào)。
[0093] 在這里，在參考用數(shù)據(jù)和爆震用數(shù)據(jù)的時(shí)間窗使用同一時(shí)間窗TW1的情況下，使用 僅使與爆震檢測頻率相同的頻率成分(例如3kHz左右)通過的BPF即可。另一方面，在參考用 數(shù)據(jù)和爆震用數(shù)據(jù)的時(shí)間窗不同，而使用時(shí)間窗TW2或者TW3的情況下，參考用的BPF也不 同，使用僅使與爆震檢測頻率不同的頻率成分(例如1kHz左右)通過的BPF即可。
[0094] (方框 B6)
[0095]與上述方框B3相同，進(jìn)行對(duì)提取的參考頻率的波形信號(hào)的運(yùn)算處理而求出第二運(yùn) 算值，例如參考頻率的波形信號(hào)的絕對(duì)值的積分值或者振幅最大值或者Ρ0Α。
[0096](方框 B7)
[0097]進(jìn)行第二運(yùn)算值的平均處理而求出參考平均值，該第二運(yùn)算值是利用方框B6的運(yùn) 算處理求出的，。
[0098] 此時(shí)，可以通過移動(dòng)平均處理來求出參考平均值，該移動(dòng)平均處理使用最近多次 循環(huán)的第二運(yùn)算值，但是，也可以例如在通過用于除去上限值和下限值的低通濾波器后求 出參考平均值，或者也可以求出多次循環(huán)的第二運(yùn)算值的標(biāo)準(zhǔn)差(〇)，對(duì)于處于所求出的1〇 范圍內(nèi)的第二運(yùn)算值，求出參考平均值。雖然需要預(yù)先決定上限值和下限值，但在使用處于 1σ范圍內(nèi)的第二運(yùn)算值的情況下，不需要預(yù)先決定上限值和下限值，例如，即使存在經(jīng)時(shí)變 化也能夠追隨該經(jīng)時(shí)變化來求出參考平均值。
[0099](方框 Β8)
[0100]將利用方框Β3的運(yùn)算處理求出的第一運(yùn)算值除以利用方框Β7的平均處理求出的 參考平均值，求出第一運(yùn)算值的S/N比。由此，能夠修正爆震傳感器15的傳感器靈敏度的個(gè) 體差異。
[0101] (方框 Β9)
[0102] 預(yù)先規(guī)定S/N比與權(quán)重系數(shù)的關(guān)系，對(duì)在方框Β8中求出的S/N比進(jìn)行加權(quán)。也就是 說，求出將所求出的S/N與對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)相乘的乘積。該權(quán)重系數(shù)是相對(duì)于所求出的S/N 比，包括爆震強(qiáng)度和爆震頻度的數(shù)值的系數(shù)，由此，僅通過在一個(gè)循環(huán)中評(píng)價(jià)一個(gè)數(shù)值就能 夠進(jìn)行爆震判定。以往，根據(jù)爆震強(qiáng)度和爆震頻度進(jìn)行爆震判定，為了進(jìn)行判定而需要規(guī)定 次數(shù)的循環(huán)，但通過進(jìn)行上述加權(quán)，能夠快速且容易地檢測出大的爆震。
[0103] 實(shí)際上，S/N比與權(quán)重系數(shù)的關(guān)系要進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)的試運(yùn)轉(zhuǎn)而規(guī)定為映射數(shù)據(jù)。此 時(shí)，規(guī)定S/N比與權(quán)重系數(shù)的關(guān)系，以使得與表示對(duì)內(nèi)燃機(jī)的損傷(例如，氣缸套溫度所造成 的損傷、活塞環(huán)、襯墊的損傷等）的爆震強(qiáng)度和點(diǎn)火正時(shí)的提前角化的關(guān)系成為同等關(guān)系。 例如，以僅發(fā)生一次就會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成損傷的最大S/N比為基準(zhǔn)，規(guī)定S/N比和權(quán)重系數(shù)的 關(guān)系，以成為如方框Β9所示的曲線(例如，η次曲線），即，S/N比越大，權(quán)重系數(shù)越大。
[0104] (方框 Β10)
[0105]對(duì)于在方框Β9加權(quán)的S/N比（乘積），求出移動(dòng)平均值。例如，對(duì)于最近多個(gè)加權(quán)的 S/N比，求出移動(dòng)平均值。
[0106] (方框 Β11)
[0107] 在本實(shí)施例中，在方框Β10求出的移動(dòng)平均值成為爆震指標(biāo)。
[0108] (方框 Β12)
[0109] 基于預(yù)先規(guī)定的爆震判定閾值對(duì)方框Β11中的爆震指標(biāo)進(jìn)行爆震判定。需要說明 的是，爆震判定閾值根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的規(guī)格而不同，因此與內(nèi)燃機(jī)的規(guī)格對(duì)應(yīng)地設(shè)定，例如是20 ~50%〇
[0110] (方框 Β13)
[0111]基于方框Β13中的爆震判定來進(jìn)行控制。例如，根據(jù)爆震指標(biāo)的大小，使點(diǎn)火正時(shí) 小幅延遲或者大幅延遲(滯后角化），進(jìn)而向點(diǎn)火裝置21發(fā)送使輸出降低或使內(nèi)燃機(jī)關(guān)閉 (停止)的點(diǎn)火正時(shí)指令Sg2。
[0112] 這樣，通過使用進(jìn)行了加權(quán)的爆震指標(biāo)，而能夠成為包括爆震強(qiáng)度和爆震頻度的 數(shù)值，因此從小的爆震到大的爆震都能夠以一個(gè)模擬值進(jìn)行處理。由此，爆震判定變得容 易，能夠容易地進(jìn)行控制，并且快速檢測出大的爆震。
[0113] (實(shí)施例2)
[0114] 圖4是說明本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置中的爆震判定及控 制的方框圖。參照圖4,對(duì)本實(shí)施例的爆震判定及控制進(jìn)行說明。在這里，作為一個(gè)例子，在 圖1所示的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置中實(shí)施了以下所說明的爆震判定及控 制，但只要是具有同等功能的結(jié)構(gòu)，也可以是其它裝置。另外，以下的爆震判定及控制也在 各氣缸、各循環(huán)中分別進(jìn)行。
[0115] (方框 B21)
[0116] 爆震傳感器15所檢測出的各氣缸10的爆震傳感器信號(hào)Sgl向ECU20輸入，使用爆震 發(fā)生的時(shí)間帶的爆震用時(shí)間窗TW1從爆震傳感器信號(hào)Sgl中截取爆震用數(shù)據(jù)。對(duì)于爆震用時(shí) 間窗TW1，可以是在實(shí)施例1中說明的時(shí)間窗(參照圖3)。
[0117] (方框 B22)
[0118] 使截取的爆震用數(shù)據(jù)通過僅使爆震頻率的成分通過的BPF，提取爆震頻率（例如 3kHz左右）的波形信號(hào)。
[0119] (方框 B23、B24)
[0120] 對(duì)提取的爆震頻率的波形信號(hào)進(jìn)行FFT分析，進(jìn)行求出經(jīng)過FFT的爆震頻率的波形 信號(hào)的Ρ0Α的運(yùn)算處理。需要說明的是，可以代替該運(yùn)算處理，而進(jìn)行求出振幅最大值的運(yùn) 算處理、或者進(jìn)行求出波形信號(hào)的絕對(duì)值的積分值來求出相當(dāng)于Ρ0Α的值的運(yùn)算處理。需要 說明的是，上述Ρ0Α與積分值在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的。
[0121] (方框 B25、B26)
[0122] 使用以下式1及表1，對(duì)于經(jīng)過運(yùn)算處理的Ρ0Α，對(duì)各爆震指標(biāo)，即大爆震指標(biāo)、中爆 震指標(biāo)以及小爆震指標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算。在以下式1中，C1是超過相對(duì)于Ρ0Α預(yù)先規(guī)定的閾值Th的 循環(huán)次數(shù)，C2是規(guī)定循環(huán)次數(shù)，求出將超過閾值Th的循環(huán)次數(shù)C1除以規(guī)定循環(huán)次數(shù)C2所得 的百分比。
[0123] 另外，在表1中，從爆震強(qiáng)度與爆震頻度這兩個(gè)觀點(diǎn)來規(guī)定多組大爆震指標(biāo)、中爆 震指標(biāo)以及小爆震指標(biāo)中的閾值Th和與該閾值Th對(duì)應(yīng)的規(guī)定循環(huán)次數(shù)C2的組。需要說明的 是，表1所示的閾值Th以及規(guī)定循環(huán)次數(shù)C2僅是示例，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的特性能夠適當(dāng)?shù)刈兏?閾值Th越大使規(guī)定循環(huán)次數(shù)C2越小。
[0124] 各爆震指標(biāo)[%]=C1/C2X100 · · ·(式1)
[0125] [表 1]
[0126] LU12/」（萬柩 B27、B28)
[0128] 基于預(yù)先規(guī)定的相對(duì)于大爆震指標(biāo)、中爆震指標(biāo)以及小爆震指標(biāo)的爆震判定閾值 來判定計(jì)算出的大爆震指標(biāo)、中爆震指標(biāo)以及小爆震指標(biāo)，基于該判定進(jìn)行控制。例如，在 判定為小爆震的情況下，使點(diǎn)火正時(shí)小幅延遲，在判定為中爆震的情況下大幅延遲(滯后角 化），另外，在判定為大爆震的情況下，向點(diǎn)火裝置21發(fā)送降低輸出或使內(nèi)燃機(jī)關(guān)閉（停止） 的點(diǎn)火正時(shí)指令Sg2。需要說明的是，爆震判定閾值根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的規(guī)格而不同，因此與其規(guī) 格對(duì)應(yīng)地設(shè)定，例如是20~50%。
[0129] (方框 B29)
[0130] 針對(duì)在方框B24運(yùn)算處理的Ρ0Α，求出移動(dòng)平均。例如，針對(duì)最近多個(gè)Ρ0Α求出移動(dòng) 平均。通過求出Ρ0Α移動(dòng)平均能夠掌握爆震的傾向。
[0131] 以往，如果僅進(jìn)行FFT分析而進(jìn)行Ρ0Α計(jì)算，在檢測上需要花費(fèi)時(shí)間，不適合大爆震 的檢測。然而，如上所述，將Ρ0Α分為大爆震指標(biāo)、中爆震指標(biāo)及小爆震指標(biāo)，在計(jì)算各爆震 指標(biāo)時(shí)，對(duì)于每個(gè)爆震指標(biāo)改變規(guī)定循環(huán)次數(shù)，能夠?qū)τ诿總€(gè)爆震指標(biāo)改變檢測的速度，由 此，越是大爆震越能夠快速進(jìn)行檢測。
[0132] (實(shí)施例3)
[0133] 圖5是對(duì)本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置中的爆震判定及控制 進(jìn)行說明的方框圖。參照圖5來對(duì)本實(shí)施例的爆震判定及控制進(jìn)行說明。在這里，作為一個(gè) 例子，在圖1所示的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置中實(shí)施以下說明的爆震判定及 控制，但只要是具有同等功能的結(jié)構(gòu)，也可以是其它的裝置。另外，以下的爆震判定及控制 也在各氣缸、各循環(huán)中分別進(jìn)行。
[0134] (方框 B31)
[0135] 爆震傳感器15所檢測出的各氣缸10的爆震傳感器信號(hào)Sgl向ECU20輸入，使用爆震 發(fā)生的時(shí)間帶的爆震用時(shí)間窗TW1從爆震傳感器信號(hào)Sgl截取爆震用數(shù)據(jù)。對(duì)于爆震用時(shí)間 窗TW1，可以是在實(shí)施例1中說明的時(shí)間窗(參照圖3)。
[0136] (方框 B32)
[0137] 使截取的爆震用數(shù)據(jù)通過僅使爆震頻率的成分通過的BPF，來提取爆震頻率(例如 3kHz左右）的波形信號(hào)。爆震用BPF可以是在實(shí)施例1中說明的爆震用BPF。
[0138] (方框 B33)
[0139] 對(duì)提取的爆震頻率的波形信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，求出第一運(yùn)算值。例如，進(jìn)行求出波 形信號(hào)的絕對(duì)值的積分值而求出相當(dāng)于Ρ0Α的值的運(yùn)算處理。需要說明的是，可以進(jìn)行求出 振幅的最大值的運(yùn)算處理，或者執(zhí)行FFT分析而求出Ρ0Α的運(yùn)算處理來代替該運(yùn)算處理。需 要說明的是，上述積分值與Ρ0Α在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的。
[0140] (方框 B34)
[0141]與上述方框B31相同，使用參考用時(shí)間窗從爆震傳感器信號(hào)Sgl截取參考用數(shù)據(jù)。 對(duì)于參考用時(shí)間窗及參考用數(shù)據(jù)，可以是在實(shí)施例1中說明的參考用時(shí)間窗及參考用數(shù)據(jù) (參照圖3)。
[0142] (方框 B35)
[0143] 與上述方框B32相同，使截取的參考用數(shù)據(jù)通過僅使參考頻率的成分通過的BPF， 來提取參考頻率的波形信號(hào)。參考用BPF可以是在實(shí)施例1中說明的參考用BPF。
[0144] (方框 B36)
[0145] 與上述方框B33相同，對(duì)提取的參考頻率的波形信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，求第二運(yùn)算 值，例如，參考頻率的波形信號(hào)的絕對(duì)值的積分值或者振幅的最大值或者Ρ0Α。
[0146] (方框 B37)
[0147] 對(duì)利用方框B36的運(yùn)算處理求出的第二運(yùn)算值進(jìn)行平均處理，求出參考平均值。在 這里，與實(shí)施例1相同，求出參考平均值即可。
[0148] (方框 B38)
[0149] 將利用方框B33的運(yùn)算處理求出的第一運(yùn)算值除以利用方框B37的平均處理求出 的參考平均值，求出第一運(yùn)算值的S/N比。由此，能夠修正爆震傳感器15的傳感器靈敏度的 個(gè)體差異。
[0150] (方框 B39、B40)
[0151] 對(duì)于經(jīng)過運(yùn)算處理所得的S/N比，使用上述式1及表1，對(duì)各爆震指標(biāo)，即大爆震指 標(biāo)、中爆震指標(biāo)以及小爆震指標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算。需要說明的是，在本實(shí)施例中，相對(duì)于S/N比規(guī)定 表1中的閾值Th即可。
[0152] (方框 B41、B42)
[0153] 基于相對(duì)于大爆震指標(biāo)、中爆震指標(biāo)以及小爆震指標(biāo)預(yù)先規(guī)定的爆震判定閾值， 來判定計(jì)算出的大爆震指標(biāo)、中爆震指標(biāo)以及小爆震指標(biāo)，基于該判定進(jìn)行控制。例如，在 判定為小爆震的情況下使點(diǎn)火正時(shí)小幅延遲，在判定為中爆震的情況下使其大幅延遲(滯 后角化），另外，在判定為大爆震的情況下，向點(diǎn)火裝置21發(fā)送降低輸出或使內(nèi)燃機(jī)關(guān)閉（停 止)的點(diǎn)火正時(shí)指令Sg2。需要說明的是，爆震判定閾值根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的規(guī)格而不同，因此與其 規(guī)格對(duì)應(yīng)地設(shè)定，例如是20~50%。
[0154]這樣，在計(jì)算出各爆震指標(biāo)時(shí)，通過針對(duì)每個(gè)爆震指標(biāo)改變規(guī)定循環(huán)數(shù)，能夠針對(duì) 每個(gè)爆震指標(biāo)改變檢測的速度。由此，越是大爆震越能夠快速進(jìn)行檢測。
[0155](實(shí)施例4)
[0156]參照圖1對(duì)本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置進(jìn)行說明。在這里， 作為一個(gè)例子，例示了圖1所示的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置及爆震控制裝置，但只要具有同等 功能的結(jié)構(gòu)，也可以是其它裝置。
[0157] 在本實(shí)施例中，還具有基于來自E⑶20的指令而發(fā)出、發(fā)送警報(bào)的警報(bào)裝置22。
[0158] 對(duì)于在實(shí)施例1中說明的第二運(yùn)算值(參考頻率的波形信號(hào)的絕對(duì)值的積分值、振 幅最大值或者POA)，ECU20預(yù)先保存內(nèi)燃機(jī)出廠初始階段的數(shù)據(jù)，將其作為基準(zhǔn)值。然后，在 其后獲得的任意的氣缸10的第二運(yùn)算值相對(duì)于基準(zhǔn)值下降超過預(yù)先規(guī)定的基準(zhǔn)閾值時(shí)，判 定為因老化而引起靈敏度降低。
[0159] 或者也可以進(jìn)行所有氣缸10的第二運(yùn)算值的平均處理，將其作為基準(zhǔn)值。在該情 況下，當(dāng)之后獲得的任意的氣缸10的第二運(yùn)算值相對(duì)于基準(zhǔn)值下降超過預(yù)先規(guī)定的基準(zhǔn)閾 值時(shí)，判定為因老化而引起靈敏度降低。
[0160] 在任一情況下，都能夠?qū)⒈饌鞲衅?5的劣化和線纜的劣化這兩種檢測為老化。
[0161] 然后，ECU20通過使用警報(bào)裝置22將因老化而引起靈敏度降低的檢測結(jié)果報(bào)告給 使用者或發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)備，來通知老化或其預(yù)兆。
[0162] 這樣，能夠檢測出由爆震傳感器15、線纜的老化惡化而引起的靈敏度降低。
[0163] 工業(yè)實(shí)用性
[0164] 本發(fā)明可應(yīng)用于燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)。
[0165] 附圖標(biāo)記說明
[0166] 10 氣缸
[0167] 11 缸體
[0168] 14火花塞
[0169] 15爆震傳感器
[0170] 20 ECU(控制單元）
[0171] 21點(diǎn)火裝置
[0172] 22警報(bào)裝置
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其特征在于，具備： 加速度傳感器或缸內(nèi)壓力傳感器，其安裝于內(nèi)燃機(jī)的各氣缸，并且測定與爆震的強(qiáng)度 相關(guān)聯(lián)的加速度或缸內(nèi)壓力； 控制單元，基于由所述加速度傳感器或所述缸內(nèi)壓力傳感器測定的傳感器信號(hào)，進(jìn)行 爆震的判定及控制； 所述控制單元， 從所述傳感器信號(hào)中提取爆震頻率的波形信號(hào)，計(jì)算基于所述爆震頻率的波形信號(hào)的 第一運(yùn)算值， 從所述傳感器信號(hào)中提取參考頻率的波形信號(hào)，計(jì)算基于所述參考頻率的波形信號(hào)的 第二運(yùn)算值，求出所述第二運(yùn)算值的多個(gè)平均值， 求出將所述第一運(yùn)算值除以所述平均值的比， 將所述比變換為包括爆震強(qiáng)度和爆震頻度的爆震指標(biāo)， 基于所述爆震指標(biāo)的大小來進(jìn)行爆震的判定。2. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其特征在于， 所述控制單元預(yù)先規(guī)定將所述比變換為所述爆震指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，求出將所述比乘以 所述權(quán)重系數(shù)的乘積，求出所述乘積的多個(gè)移動(dòng)平均值，將所述移動(dòng)平均值作為進(jìn)行爆震 的判定的所述爆震指標(biāo)來使用。3. 如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其特征在于， 所述控制單元隨著所述比變大而使所述權(quán)重系數(shù)增大。4. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其特征在于， 所述控制單元預(yù)先規(guī)定相對(duì)于所述比的閾值和與該閾值對(duì)應(yīng)的規(guī)定次數(shù)，求出將所述 比超過所述閾值的次數(shù)除以所述規(guī)定次數(shù)的百分比，將所述百分比作為進(jìn)行爆震的判定的 所述爆震指標(biāo)來使用。5. 如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其特征在于， 所述控制單元規(guī)定多組由各不相同的所述閾值和與各個(gè)所述閾值對(duì)應(yīng)的所述規(guī)定次 數(shù)組成的組，隨著所述閾值變大而使所述規(guī)定次數(shù)減小。6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其特征在于， 所述控制單元從所述傳感器信號(hào)的相同時(shí)間帶中提取所述爆震頻率的波形信號(hào)和所 述參考頻率的波形信號(hào)，并且將預(yù)先規(guī)定的規(guī)定值以下的信號(hào)作為所述參考頻率的波形信 號(hào)。7. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其特征在于， 所述控制單元從所述傳感器信號(hào)的不同時(shí)間帶中提取所述爆震頻率的波形信號(hào)和所 述參考頻率的波形信號(hào)，并且使所述參考頻率的波形信號(hào)的所述時(shí)間帶為與所述爆震頻率 的波形信號(hào)的所述時(shí)間帶臨近的時(shí)間帶或未點(diǎn)火時(shí)的時(shí)間帶。8. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其特征在于， 所述控制單元求出多個(gè)所述第二運(yùn)算值的標(biāo)準(zhǔn)差，使用處于該標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)的所述第 二運(yùn)算值來求出所述平均值。9. 如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其特征在于， 所述控制單元， 將所述內(nèi)燃機(jī)的初始的所述第二運(yùn)算值作為基準(zhǔn)值保存，并且規(guī)定相對(duì)于該基準(zhǔn)值的 基準(zhǔn)閾值， 在重新計(jì)算出的所述第二運(yùn)算值相對(duì)于所述基準(zhǔn)值下降超過所述基準(zhǔn)閾值的情況下， 判定為所述加速度傳感器或所述缸內(nèi)壓力傳感器的靈敏度下降而進(jìn)行通知。10. 如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其特征在于， 所述控制單元預(yù)先將所有的所述氣缸的所述第二運(yùn)算值的平均值作為基準(zhǔn)值保存，并 且預(yù)先規(guī)定相對(duì)于該基準(zhǔn)值的基準(zhǔn)閾值， 在重新計(jì)算出的所述第二運(yùn)算值相對(duì)于所述基準(zhǔn)值下降超過所述基準(zhǔn)閾值的情況下， 判定為所述加速度傳感器或所述缸內(nèi)壓力傳感器的靈敏度下降而進(jìn)行通知。11. 一種內(nèi)燃機(jī)的爆震控制裝置，其特征在于， 使用權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置， 所述控制單元根據(jù)爆震的判定來進(jìn)行所述氣缸點(diǎn)火正時(shí)的滯后角化、所述內(nèi)燃機(jī)的輸 出的降低或停止。
【文檔編號(hào)】F02D45/00GK105899792SQ201480072758
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月25日
【發(fā)明人】高柳恒, 白石匡孝, 佐瀬遼
【申請人】三菱重工業(yè)株式會(huì)社