CN101111752A - 用于发动机的爆震确定装置和方法 - Google Patents

Abstract

在确定发动机(11)的爆震中，通过对数转换爆震传感器(28)输出信号的峰值或整数值而计算震动强度。此外，计算震动强度分布的中心值VMED，并且同样计算震动强度小于该中心值VMED的区域中的标准偏差σ。计算震动强度参考值VIB为VMED－u×σ，由此设定震动强度参考值VIB接近震动强度分布中的最小值。此外，通过将预定值K加到震动强度参考值VIB而设定爆震参考值KCK。由爆震传感器(28)检测得到的震动强度与爆震参考值KCK比较以确定存在/不存在爆震。

Description

用于发动机的爆震确定装置和方法

技术领域

本发明涉及用于内燃机的爆震确定装置和方法，其将由爆震传感器的输出信号表示的震动强度或等级与爆震参考值比较，用于确定存在/不存在爆震。

背景技术

例如，如US4993387(JP2605805)所建议的，常规爆震确定装置确定从爆震传感器的输出信号计算得到的震动强度或等级的值的分布(震动强度分布)，并且从震动强度分布中计算爆震参考值KCK。该爆震参考值如图6的(a)中所示计算。特别是，计算中心值(central value)VMED和标准偏差σ，其中中心值VMED作为用于评估震动强度分布形状的统计指数。通过将标准偏差σ的三倍值3σ加到中心值VMED而确定爆震参考值KCK。

KCK＝VMED+3σ

如图6的(b)中所示，震动强度分布相对于震动强度的位置，由于在诸如发动机或爆震传感器的部件中的变化而改变。这个位置中的差别形成为偏移。然而，震动强度分布的形状保持为基本上相同，而不考虑部件变化。结果，当如上所述使用震动强度分布的中心值VMED作为参考值而计算爆震参考值(KCK＝VMED+3σ)时，爆震参考值KCK可以以这种方式设定以消除部件变化的影响。该方法有利于执行爆震确定，而没有部件变化的影响。

另一方面，如图6的(c)中所示，在频繁或周期性发生爆震的运行条件下，震动强度分布的中心值VMED和标准偏差σ都增加，而产生发散度。因而，在爆震频繁发生的条件下，与不存在爆震的时候相比，爆震参考值KCK变得非常大。结果，虽然事实上发生尽管爆震频繁发生，但是爆震可能并不确定为事故(occurring)。

发明内容

因而，本发明的一个目的时提供一种用于内燃机的爆震确定装置，即使在震动强度分布的偏移或震动强度分布的发散度产生的条件下，也可以精确地检测爆震。

根据本发明一个方面，由爆震传感器检测诸如爆震震动的爆震参数。在内燃机运行期间的预定采样周期中从爆震传感器的输出信号计算震动强度或大小。通过统计地处理震动强度的数据，确定震动分布。震动强度参考值设定在震动强度较小的震动强度的区域中，并且通过使用震动强度参考值设定爆震参考值。震动强度与爆震参考值相比较，用于确定存在/不存在爆震。

由于爆震的震动强度大于震动强度分布中未发生爆震时的最大震动强度，如图5(c)中所示，在爆震发生时产生的震动强度分布的发散度(divergence)的这种现象，即在震动强度分布中，在它的增加方向上偏移最大震动强度。不考虑震动强度分布的发散度，震动强度分布的最小震动强度几乎不改变。因此，如果震动强度参考值设定在震动强度较小的震动强度分布的区域中，可以设定震动强度参考值位于震动强度分布的发散度的影响微小的区域中。因此，即使在震动强度分布的发散度产生的条件下，可以通过使用具有较小的发散度影响的震动强度参考值而设定爆震参考值，作为参考(as reference)。

结果，与常规方法相比，可以设定爆震参考值在发散度影响较小处。由此，即使在震动强度分布的发散度产生的条件下，可以设定爆震参考值接近未发生爆震时的爆震参考值，使得可以精确检测爆震。另外，不考虑部件的变化，爆震强度分布的形状保持基本上相同。因此，即使震动强度参考值设定在震动强度较小的震动强度分布的区域中，可以与使用震动强度分布的中心值作为震动强度参考值的情况相似，设定在部件变化的影响消除处的爆震参考值。结果，可以进行爆震确定，而不受部件变化改变的影响。

在这种情况下，优选地，可以计算通过对数变换预定爆震确定部分期间产生的峰值或爆震传感器的输出信号的整数值而获得的值，作为震动强度。这样，未发生爆震时的震动强度分布通常是正态分布，使得可以设定稳定的爆震参考值。

此外，优选地，可以计算震动强度分布的中心值和在震动强度小于该中心值的区域中的变动指数(例如，标准偏差)，以计算震动强度参考值，可以使用下列数学表达式进行计算。

震动强度参考值＝中心值-(变动指数×常量)

在此，优选地是常量是适应的，从而震动强度参考值是接近震动强度分布的最小值的值。认为常量通常设定为3。然而，存在一种情况，其中更优选地根据震动强度分布的形状而设定常量为3以外的值(例如，2、2.5、3.5、4等)。当通过上述表达式计算震动强度参考值时，可以始终设定震动强度参考值为接近震动强度分布的最小值的值，其最少受到由于爆震的频繁发生引起的发散度的影响。因此，可以进一步提高爆震参考值的精确度。

此外，通过将预定值加到震动强度参考值或者在震动强度参考值上乘以预定值而获得的值，可以设定为爆震参考值。

爆震参考值＝震动强度参考值+预定值    (1)，或

爆震参考值＝震动强度参考值×预定值    (2)

在此，优选地是预定值是适应的，从而在未发生爆震时，爆震参考值对应于“中心值+3σ”(σ：标准偏差)的值。因此，在使用上述数学表达式(1)的情况下，当震动强度参考值是“中心值-3σ”的值时，认为预定值可能优选适合于近似6σ的值。然而，存在这样一种情况，其中更优选地根据所需爆震检测性能等设定预定值为6σ之外的值(例如，5σ、5.5σ、7σ等)。当通过上述表达式计算爆震参考值时，可以使用非常简单的计算，而设定部件变化和在爆震频繁发生时的震动强度分布的发散度的影响尽可能消除处的爆震参考值。

根据本发明另一方面，检测与发动机爆震相关的爆震参数。统计地处理检测得的爆震参数的强度，并且确定参数强度分布。参数强度参考值设定为大约在确定的强度分布的最小参数强度，并且通过将预定值加到或乘以设定的强度参考值而设定爆震参考值。通过将检测得的爆震参数的强度与设定的爆震参考值比较而确定存在/不存在爆震。

附图说明

从参考随附附图进行的下列详细描述中，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加明显。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的包括爆震确定装置的发动机控制系统的示意性结构图；

图2是示出该实施例中执行的爆震确定程序的过程的流程图；

图3是示出该实施例中执行的VMED和σ更新程序的过程的流程图；

图4是说明震动强度分布区域中震动强度小于中心值VMED处的标准偏差σ的技术意义的图；

图5是说明本发明该实施例中爆震确定方法的图；以及

图6是说明常规爆震确定方法的图。

具体实施方式

参考图1，示出了发动机控制系统，空气过滤器13位于内燃机11的进气管12的最上游部分。用于检测进口空气量的空气流量计装配在空气过滤器13的下游位置。在空气流量计14下游位置装配有其一个开口由电动机10调整的节气门15和用于检测节气门位置的节气门位置传感器16。

此外，在节气门15的下游位置装配稳压箱(surge tank)17，并且稳压箱17装配有进气管压力传感器18，用于检测稳压箱17中的进气压力。此外，稳压箱17连接到每个进气歧管19，用于将空气引导到发动机11的每个汽缸中。燃料喷射阀20安装在接近每个汽缸的进气歧管19的进气口的位置以在进气口喷射燃料。对于每个汽缸，火花塞21安装在发动机11的每个汽缸的汽缸盖上。由每个火花塞21的火花放电点燃汽缸中的混合物。

另一方面，诸如用于净化废气中CO、HC、NOx等的三元催化器的催化器23装配在发动机11的排气管22中。用于检测排气的空气燃料比的空气燃料比传感器24装配在催化器23的上游位置。另外，用于检测冷却水温的冷却水温传感器25、用于检测爆震震动作为爆震相关参数的爆震传感器28和用于检测发动机11曲轴的预定角旋转的曲柄角传感器26安装在发动机11的汽缸体上。根据曲柄角传感器26的脉冲信号计算曲柄角或发动机转速。

将这些各种传感器的输出输入到用于发动机11的电子控制单元(ECU)27。该ECU27主要由微型计算机构成，并且执行存储在封装在ECU27中的ROM(存储介质)中的各种发动机控制程序。因而，ECU27控制燃料喷射阀20的燃料喷射量和火花塞21的点火时间点。

此外，ECU27执行图2中的爆震确定程序，以执行爆震控制作为点火控制的一部分。对每次点火从爆震传感器28的输出信号计算震动强度，以通过将震动强度与爆震参考值KCK比较而确定存在/不存在爆震。当确定爆震已经发生时，延迟点火时间点以限制爆震。当未持续发生爆震时，点火时间点逐步提前。具有这种爆震控制，点火时间点在可接受的爆震声音等的范围内提前以提高发动器输出和燃料燃烧效率(fuel economy)。

至于计算震动强度的方法，爆震传感器28a的输出信号的峰值在预定爆震确定部分(时间阶段)经历对数变换或者转换，以获得震动强度。作为选择，通过对数转换在预定爆震确定部分中爆震传感器28输出信号的整数值而获得的值，可以计算作为震动强度。

爆震参考值KCK计算如下。

首先，统计处理震动强度的数据以确定震动强度分布，并且将震动强度参考值VIB设定在震动强度分布中震动强度小于预定强度处的区域中。关于震动强度参考值VIB的设定，通过近似统计处理(图3中的VEMD和σ更新程序)计算震动强度分布的中心值VMED，所述近以统计处理将在稍后描述，并且同样的，计算标准偏差σ作为震动强度小于中心值VMED的区域中的变动指数。震动强度参考值VIB计算如下。

VIB＝VMED-u×σ(u：“常量”)

在此，常量“u”优选是适应的，从而震动强度参考值VIB是接近震动强度分布最小值的值。认为常量“u”可能优选通常设定为3。然而，存在一种情况，其中更优选地根据震动强度分布的形状而设定常量为3以外的值(例如，2、2.5、3.5、4等)。

通过将预定值K加到震动强度参考值(VMED-u×σ)而获得的值被使用作为爆震参考值KCK。

REF＝(VMED-u×σ)+K

在此，优选地是预定值K是适应的，从而在未发生爆震时，爆震参考值对应于“VMED+3σ”(或VMED+u×σ)的值。因此，当震动强度参考值VIB是“VMED-3σ”的值时，认为预定值可能优选适合于近似6σ(或2×u×σ)的值。然而，存在这样一种情况，其中更优选地根据所需爆震检测性能等设定预定值为6σ之外的值(例如，5σ、5.5σ、7σ等)。应当注意到，通过在震动强度参考值(VMED-u×σ)上乘以预定值而获得的值可以使用作为爆震参考值KCK。

本实施例的爆震确定通过ECU27根据图2的爆震确定程序执行如下。每当每个汽缸中的爆震确定部分(时间阶段)终止时，图2中的爆震确定程序激活。当本程序激活时，首先在步骤S101，检测对于预定爆震确定部分的爆震传感器28的输出信号的峰值(或整数值)。其后，在步骤S102，通过对数转换峰值(或整数值)获得的值计算作为震动强度。因而，步骤S102的处理用于震动强度计算。

其后，在步骤S103，图3中的VEMD和σ更新程序执行以计算震动强度分布的中心值VMED和震动强度小于中心值VMED的区域中的标准偏差“σ”(变动指数)。

其后，在步骤S104，根据下列数学表达式，使用震动强度分布的中心值VMED、标准偏差“σ”和常量“u”计算震动强度参考值VIB。

VIB＝VMED-u×σ

其后，在步骤S105，通过将预定值K加到震动强度参考值(VMED-u×σ)而获得的值使用作为爆震参考值KCK。

KCK＝VIB+K

在步骤S104和S105的处理因而用于爆震参考值设定。

其后，在步骤S 106，震动强度与爆震参考值KCK比较。当震动强度大于爆震参考值KCK时，在步骤S107确定爆震已经发生。当震动强度小于爆震参考值KCK时，在步骤S108确定爆震未发生。在步骤S106至S108的处理用于爆震确定。

图3中的VMED和σ更新程序是在图2的爆震确定程序中在步骤S103执行的子程序。该程序用于震动分布确定，其统计地处理震动强度的数据，用于确定震动强度分布。当本程序开始时，首先在步骤S201，将震动强度分布的中心值VMED与此时的震动强度相比较。在当前震动强度大于震动强度分布的中心值VMED时，在步骤S202，通过将预定值C1加到当前中心值VMED而获得的值(VMED+C1)设定作为新中心值VMED。同样地，当此时震动强度小于震动强度分布的中心值VMED，在步骤S203，通过从当前中心值VMED减去预定值C1获得的值(VMED-C1)设定作为新中心值VMED。因而，中心值VMED通过根据震动强度和中心值VMED之间的关系加/减C1而更新，由此迅速地将中心值的更新值收敛到适应的值。

其后，过程进行到步骤S204，其中确定是否当前震动强度处于震动强度分布的中心值VMED至VMED-σ(VMED-σ＜震动强度≤VMED)中的一个值中。当此时震动强度是在从中心值VMED至VMED-σ的一个值中时，在步骤S205，通过从当前标准偏差σ减去两倍预定值C2获得的值(σ-2×C2)设定作为新标准偏差σ。在当前震动强度不是在从中心值VMED至VMED-σ的一个值中时，在步骤S206，通过从当前标准偏差σ加预定值C2获得的值(σ+C2)设定作为新标准偏差σ。

即，如图4中所示假设震动强度分布是正态分布，那么当前震动强度处于从震动强度分布的中心值VMED至VMED-σ的值中的频率(次数)与此时震动强度处于上述值之外的值的频率的比例为1∶2。因此。当此时震动强度是从震动强度分布的中心值VMED至VMED-σ的值中时，值(σ-2×C2)设定作为新标准偏差σ。当此时震动强度不是从震动强度分布的中心值VMED至VMED-σ的值中时，值(σ+C2)设定作为新标准偏差σ。因而这些过程重复执行，由此标准偏差σ的更新值基本上等于假设震动强度分布成为正态分布的情况下的标准偏差。

应当注意到，中心值VMED和标准偏差σ的每个的初始值可以是预先设定的预定值或学习值(在前次发动机停止时的存储值)，或者可以为零。无论如何，中心值VMED和标准偏差σ的每个的更新值在发动机启动后约数秒之内收敛到适合的值。

爆震的震动强度大于未发生爆震时震动强度分布的最大震动强度。因此，如图5的(c)中所示，在发生爆震时产生的震动强度分布的发散度，出现这种现象，即在震动强度分布中，在它的增加方向上偏移最大震动强度。不考虑震动强度分布的发散度，震动强度分布的最小震动强度几乎不改变。因此，如果震动强度参考值设定在震动强度较小的震动强度分布的区域中，可以设定震动强度参考值VIB位于震动强度分布的发散度的影响微小的区域中。因此，即使在震动强度分布的发散度产生的条件下，可以通过使用具有较小的发散度影响的震动强度参考值VIB而设定爆震参考值KCK，作为参考。

结果，在本实施例中，与通过使用具有较大发散度影响的中心值VMED而设定爆震参考值KCK的常规方法相比，可以设定爆震参考值KCK具有较少的发散度影响。由此，即使在震动强度分布的发散度产生的条件下，可以设定爆震参考值KCK接近未发生爆震时的爆震参考值，使得可以精确检测爆震。

另外，如图5的(b)中所示，不考虑发动机部件的变化，爆震强度分布的形状保持基本上相同。因此，如在本实施例中所示，即使震动强度参考值VIB设定在震动强度较小的震动强度分布的区域中，可以与使用震动强度分布的中心值VMED作为震动强度参考值VIB的情况相似，设定部件变化的影响消除处的爆震参考值KCK。结果，可以进行爆震确定，而不受发动机部件变化的影响。

此外，由于作为评估震动强度分布形状的统计指数的中心值VMED和标准偏差σ(变动指数)通过近似统计过程(图3中的VMED和σ更新程序)而计算，本实施例具有加速震动强度分布的中心值VMED和标准偏差σ(变动指数)的更新速度、即加速爆震参考值的更新速度的优点，但是震动强度分布的中心值VMED和标准偏差σ(变动指数)可以通过通用统计过程而计算。同样，例如，可以使用发散度V(＝σ²)代替标准偏差σ作为变动指数。

应当注意到，在本实施例中，使用用于检测汽缸体的震动的爆震传感器28而检测爆震，但是可以使用任何其它检测爆震参数(与爆震相关的参数)的传感器，所述爆震参数诸如用于检测燃烧压力的燃烧压力传感器(汽缸内传感器)。

Claims (6)

1.一种用于内燃机(11)的爆震确定装置，包括：

爆震传感器(28)，用于检测内燃机(11)的爆震震动；

震动强度计算装置(27，102)，用于在内燃机(11)运行期间的预定采样周期中从爆震传感器(28)的输出信号计算震动强度；

分布确定装置(27，103)，用于统计地处理震动强度的数据，以用于确定震动强度分布；

爆震参考值设定装置(27，104，105)，用于在震动强度分布中震动强度较小的区域中设定震动强度参考值，并且还通过使用震动强度参考值作为参考而设定爆震参考值；以及

爆震确定装置(27，106至108)，用于将震动强度与爆震参考值比较，以确定存在/不存在爆震。

2.根据权利要求1的爆震确定装置，其特征在于，

震动强度计算装置(27，102)通过对数转换在预定爆震确定部分期间传感器(28)的输出信号的峰值或整数值，计算震动强度。

3.根据权利要求1或2的爆震确定装置，其特征在于，

爆震参考值设定装置(27，104，105)计算震动强度分布的中心值和在震动强度小于该中心值的区域中的变动指数，并且计算震动强度参考值为：中心值-(变动指数×常量)。

4.根据权利要求1或2的爆震确定装置，其特征在于，

爆震参考值设定装置(27，104，105)通过将预定值加到震动强度参考值或在震动强度参考值上乘以预定值，而设定爆震参考值。

5.一种用于内燃机(11)的爆震确定方法，包括：

确定(101)与内燃机爆震相关的爆震参数；

统计地处理(102)检测得到的爆震参数的强度以确定参数强度分布；

设定(104)参数强度参考值大约为已确定的强度分布的最小参数强度；

通过将预定值加到或乘以设定的强度参考值而设定爆震参考值(105)；以及

通过比较检测得到的爆震参数的强度和设定的爆震参考值而确定(106至108)存在/不存在爆震。

6.根据权利要求5的爆震确定方法，其特征在于，还包括：

确定(103)已确定的强度分布的中心值，

其中根据已确定的中心值和标准偏差设定参数强度参考值。

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