爆燃检测装置的制作方法

本发明涉及爆燃检测装置。

背景技术：

已知与多级(多段)喷射、分割喷射时对应的爆燃检测装置(例如参考专利文献1)。专利文献1的爆燃检测装置基于发动机的点火时刻设定基本的爆燃判断期间，与分割喷射的后级喷射的关闭时刻对应地设定屏蔽期间，在反映了屏蔽期间的最终爆燃判断期间判断是否发生了爆燃。该技术通过从爆燃判断期间中屏蔽燃料喷射的关闭时刻，而使燃料喷射阀的开闭阀噪声与爆燃分离。

另外，已知在无爆燃状态时学习因燃料喷射阀的动作而产生的开闭阀噪声的强度，基于开闭阀噪声的强度的学习值计算爆燃判断值，实施爆燃判断的爆燃检测装置(例如参考专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-207491号公报

专利文献2：日本特开2013-15105号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

上述专利文献1中公开的技术中，为了提高爆燃检测精度，从爆燃判断期间中屏蔽燃料喷射的关闭时刻，以使因燃料喷射阀的动作而产生的喷射阀噪声产生期间与爆燃判断期间不重叠。因此，不能检测屏蔽期间中发生的爆燃。

另一方面，上述专利文献2中公开的技术中，为了提高爆燃检测精度，在无爆燃状态时学习因燃料喷射阀的动作而产生的开闭阀噪声，基于学习值计算爆燃判断值。但是，并未实施根据燃料喷射的条件切换学习值。

此处，燃料喷射阀的开闭阀噪声的强度因多级喷射次数和气缸而不同。即，专利文献2中公开的技术中，不能在各种条件下确保同等的爆燃检测精度。

本发明的目的在于，提供一种即使喷射阀噪声产生期间与爆燃判断期间重叠也能够与燃料喷射的条件无关地确保爆燃检测精度的爆燃检测装置。

用于解决课题的技术方案

为了达成上述目的，本发明包括：第一计算部，其对从检测内燃机的振动的爆燃传感器输出的信号进行频率分析而计算频率成分；第二计算部，其计算表示所述频率成分的平均值的背景水平；存储部，其将表示在1个燃烧周期中的规定期间中喷射燃料的次数的燃料喷射次数与表示所述频率成分的修正量的学习值关联地存储；爆燃判断部，其基于表示各个所述频率成分与对应于所述燃料喷射次数的所述学习值的差相对于所述背景水平的比的爆燃指数，判断有无爆燃。

发明效果

根据本发明，即使喷射阀噪声产生期间与爆燃判断期间重叠，也能够与燃料喷射的条件无关地确保爆燃检测精度。上述以外的课题、结构和效果，将通过以下实施方式的说明而明确。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的包括发动机控制单元(爆燃检测装置)和发动机(火花点火内燃机)的系统的基本结构图。

图2是图1所示的发动机控制单元的内部结构图。

图3是图1所示的发动机控制单元的控制框图。

图4是用于说明爆燃传感器信号与燃料喷射阀的开闭阀噪声的关系的图。

图5是表示通常学习时的开闭阀噪声的学习方法的流程图。

图6是表示强制学习时的开闭阀噪声的学习方法的流程图。

具体实施方式

以下，用附图说明本发明的一个实施方式的爆燃检测装置的结构和动作。其中，各图中，相同的符号表示相同的部分。

首先，用图1说明爆燃检测装置的结构。图1是本发明的一个实施方式的包括发动机控制单元9(爆燃检测装置)和发动机1(火花点火内燃机)的系统的基本结构图。本说明中，以下用缸内喷射式火花点火内燃机进行说明，但是也能够应用于进气口喷射式火花点火内燃机、或具备缸内喷射和进气口喷射双方的双喷射式火花点火内燃机。

如图1所示，发动机1具备活塞2、进气阀3、排气阀4。进气通过空气流量计(afm)18进入节流阀17，从作为分支部的集气室14经由进气管10、进气阀3对发动机1的燃烧室19供给。燃料从燃料喷射阀5对发动机1的燃烧室19喷射供给，用点火线圈7、火花塞6点火。

燃烧后的废气经由排气阀4向排气管11排出。排气管11中具备用于净化废气的三效催化剂12。对于发动机控制单元(ecu)9，输入发动机1的曲柄角度传感器15的信号、afm18的空气量信号、检测废气中的空燃比的空燃比传感器13的信号、油门开度传感器20的油门开度等信号。

发动机控制单元9根据油门开度传感器20的信号进行对发动机的要求转矩的计算、怠速状态的判断等，计算发动机1所需的吸入空气量，对节流阀17输出与其对应的开度信号。另外，发动机控制单元9对燃料喷射阀5输出燃料喷射信号，对火花塞6输出点火信号。

安装在发动机1上的爆燃传感器8，检测发动机1异常燃烧时产生的噪音(爆燃)，对点火信号进行反馈控制。

接着，用图2说明发动机控制单元9的内部结构。图2是图1所示的发动机控制单元9的内部结构图。

发动机控制单元9由包括输入电路101、a/d转换部102、中央运算部(cpu)103、rom104、ram105和输出电路106的微型计算机构成。输入电路101用于在输入信号100为模拟信号的情况(例如，来自afm18、油门开度传感器20等的信号)下，进行从信号除去噪声成分等处理，将该信号对a/d转换部102输出。

中央运算部103具备通过导入a/d转换结果，执行rom104等介质中存储的、燃料喷射控制程序及其他控制程序，而执行各控制和诊断等的功能。另外，运算结果和上述a/d转换结果被暂时保存在ram105中，并且运算结果通过输出电路106以控制信号107的方式输出，用于燃料喷射阀5、点火线圈7等的控制。

接着，用图3说明发动机控制单元9的控制。图3是图1所示的发动机控制单元9的控制框图。

爆燃控制区间判断部301基于发动机转速、发动机负荷值，判断是否在爆燃控制区间内。爆燃频率成分计算部302基于爆燃传感器信号计算爆燃频率成分。判断在爆燃控制区间内的情况下，爆燃指数计算部303基于爆燃频率成分和用开闭阀噪声学习值计算部306计算出的开闭阀噪声学习值计算出爆燃指数。

多级(多段)喷射次数计算部304基于发动机转速、发动机负荷和发动机水温等参数计算多级喷射次数。爆燃传感器信号检测区间计算部305基于对中央运算部103输入的曲柄角度传感器15的信号，计算爆燃传感器信号检测区间。

开闭阀噪声学习值计算部306在判断为在爆燃控制区间外的情况下，对于爆燃传感器信号检测区间内的多级喷射次数的每一种计算开闭阀噪声学习值。

爆燃判断部307基于爆燃指数和开闭阀噪声学习值实施有无爆燃的判断。

接着，用图4说明爆燃传感器信号与燃料喷射阀的开闭阀噪声的关系。图4是用于说明爆燃传感器信号与燃料喷射阀的开闭阀噪声的关系的图。另外，图4是直列4气缸发动机的例子。图4中，#1～#4表示气缸编号。

在爆燃传感器正常、发动机中发生异常燃烧引起的爆燃的情况下，在燃烧后的压缩上止点附近，爆燃传感器信号中产生爆燃波形。

另一方面，发动机旋转时，爆燃传感器信号中总是发生爆燃以外的原因引起的振动。具体而言，总是发生进气阀和排气阀的振动、燃料喷射阀的开闭引起的振动等。

在爆燃控制中为了检测爆燃，使用以压缩上止点为基准的爆燃传感器信号检测区间(窗口)。此处，爆燃传感器信号检测区间设定为能够检测发动机中发生的爆燃。

单级喷射(1次喷射)的情况下，在气缸1(#1)的点火后设定的爆燃传感器信号检测区间(窗口)中，有因气缸4(#4)的进气冲程喷射而产生的燃料喷射阀的开闭阀噪声进入。继续单级喷射(1次喷射)的情况下燃料喷射阀的开闭阀噪声的水平不变，所以容易与因爆燃发生的振动分离。

另一方面，多级喷射的情况下，在气缸1(#1)的点火后设定的爆燃传感器信号检测区间中，在因气缸4(#4)的进气冲程喷射而产生的燃料喷射阀的开闭阀噪声之外，有因气缸3(#3)的压缩冲程喷射而产生的燃料喷射阀的开闭阀噪声进入。

另外，取决于设定的多级喷射次数和运转条件，爆燃传感器信号检测区间中进入的多级喷射次数改变，结果，燃料喷射阀的开闭阀噪声也会改变。因此，多级喷射次数过渡性地发生变化的情况下，即使实际发生爆燃，爆燃引起的振动也被埋没在燃料喷射阀的开闭阀噪声中，发生难以进行爆燃检测的状况。

本实施方式中为了确保爆燃检测精度，学习燃料喷射阀的开闭阀噪声，用于爆燃判断。另外，燃料喷射阀的开闭阀噪声学习值，按每一种喷射次数、每一个气缸、每一种频率设定，实现为了提高爆燃检测精度的控制。

由此，在因单级喷射(1次喷射)和多级喷射，爆燃传感器信号检测区间中进入的燃料喷射阀的开闭阀噪声发生变化时，也能够适当地进行爆燃检测。

接着，用图5说明燃料喷射阀5的开闭阀噪声的第一学习方法。图5是表示通常学习时的开闭阀噪声的学习方法的流程图。

如图5所示，该程序起动时，首先，在步骤501中对爆燃传感器信号进行频率分析，由此ecu9计算出爆燃频率成分(kdl)。例如，ecu9使用傅立叶变换，计算出表示构成爆燃传感器信号的正弦波的频率的爆燃频率成分kdli(i＝1,2,……,n)。作为一例，kdli是7～14khz的值。

此处，ecu9实现对从检测内燃机的振动的爆燃传感器8输出的信号进行频率分析而计算频率成分kdli的计算部的功能。

之后，在步骤502中，ecu9判断爆燃控制区间是否成立。例如，ecu9判断发动机转速和发动机负荷的测定值是否在表示进行抑制爆燃的控制的区间的爆燃控制区间内。ecu9在发动机转速和发动机负荷的测定值在爆燃控制区间内的情况下，判断为爆燃控制区间成立，当发动机转速和发动机负荷的测定值在爆燃控制区间外的情况下，判断为爆燃控制区间不成立。由此，能够在爆燃控制起动之前，完成燃料喷射阀的开闭阀噪声学习。另外，因为爆燃控制区间不成立，所以能够在未发生爆燃的条件下实施开闭阀噪声学习。

在该步骤502中，在ecu9判断爆燃控制区间成立的情况下，前进至步骤503，计算爆燃指数。

例如，ecu9根据下式(1)、(2)计算爆燃指数ksi(i＝1,2,……,n)。

ksi＝(kdli-αi)/bgli(1)

bgli＝mbgl×kdli+(1-mbgl)×上一次的bgli(2)

此处，kdli是步骤501中计算出的爆燃频率成分。bgli是背景水平，作为一例，是爆燃频率成分kdli和上一次频率分析时的背景水平bgli的加权平均值。mbgl是权重系数。αi是在后述的步骤507中计算的开闭阀噪声的学习值。

ecu9实现计算表示频率成分kdli的平均值的背景水平bgli的计算部的功能。

在步骤504中，ecu9实施有无爆燃的判断。

例如，ecu9在全部的爆燃指数ksi或某些爆燃指数ksi在规定的阈值thi以上的情况下，判断为存在爆燃，在全部的爆燃指数ksi或某些爆燃指数ksi不到规定的阈值thi的情况下，判断为不存在爆燃。

此处，ecu9实现基于表示各个频率成分kdli与对应于燃料喷射次数的学习值αi的差相对于背景水平的比的爆燃指数ksi，判断有无爆燃的爆燃判断部的功能。

上述步骤502中，判断为爆燃控制区间不成立的情况下，在步骤505中，ecu9判断爆燃传感器信号检测区间内的燃料喷射次数是否是1次。在该步骤505中，判断为爆燃传感器信号检测区间内的燃料喷射次数为1次的情况下，ecu9不计算燃料喷射阀的开闭阀噪声学习值，而是结束。

另一方面，上述步骤505中，判断为爆燃传感器信号检测区间内的燃料喷射次数为2次以上的情况下，在步骤506中，判断爆燃传感器信号检测区间内的燃料喷射次数是否是2次。在该步骤506中，判断为爆燃传感器信号检测区间内的燃料喷射次数是2次的情况下，前进至步骤507，基于步骤501中计算出的爆燃频率成分(kdl)，计算2次喷射时的开闭阀噪声学习值。

另外，该流程图中记载至2次喷射，但爆燃传感器信号检测区间内的燃料喷射次数增加至3次、4次、5次时也实施同样的处理，计算出每一种燃料喷射次数的开闭阀噪声学习值。

例如，ecu9对爆燃传感器信号检测区间内的燃料喷射次数为1次时的爆燃传感器信号进行频率分析，计算出频率成分kdli¹(ii＝1,2,……,n)，对爆燃传感器信号检测区间内的燃料喷射次数为p次(p：2以上的自然数)时的爆燃传感器信号进行频率分析，计算出频率成分kdli^p(i＝1,2,……,n)。

该情况下，ecu9根据下式(4)计算开闭阀噪声学习值αi。

αi＝kdli^p-kdli^l(3)

通过对爆燃传感器信号进行频率分析，能够区分燃料喷射阀的开闭阀噪声和爆燃引起的振动，能够精度更高地进行爆燃检测。另外，因为在通常控制中进行燃料喷射阀的开闭阀噪声学习，所以能够不发生排气性能的恶化或反过来对运转性能的影响来计算开闭阀噪声学习值。

此处，ecu9将表示在1个燃烧周期中的规定期间(爆燃传感器信号检测区间)中喷射燃料的次数的燃料喷射次数与表示频率成分的修正量的学习值αi关联地存储在存储器(存储部)中。

ecu9实现基于燃料喷射次数为n次(n：2以上的自然数)时从爆燃传感器8输出的第一信号和燃料喷射次数为1次时从爆燃传感器8输出的第二信号计算出学习值αi，将存储在存储部中的对应于n次的喷射级数的学习值αi更新为计算出的学习值的更新部的功能。ecu9(更新部)也可以根据第一信号与第二信号的差的频率成分计算学习值αi。

如以上所说明，根据本实施方式，即使喷射阀噪声产生期间与爆燃判断期间重叠也能够与燃料喷射的条件无关地确保爆燃检测精度。

即，能够与爆燃传感器信号检测区间内的喷射次数相应地学习燃料喷射阀的打开和关闭的振动，使开闭阀噪声学习值反映在爆燃判断中。因此，能够防止爆燃传感器信号检测区间内的喷射次数因内燃机的运转条件的变化而增加，将燃料喷射阀的开闭阀噪声增大的状态误判断为发生爆燃。

另外，在因设定喷射次数的变化或燃料喷射时刻的变化，燃料喷射阀的开闭阀噪声离开爆燃传感器信号检测区间时、或进入爆燃传感器信号检测区间时这样的过渡性的变化下，也对于每一种喷射次数计算燃料喷射阀的开闭阀噪声学习值，所以能够适当地实施爆燃判断。

(第一变形例)

爆燃传感器的安装位置与燃料喷射阀的距离按每一个气缸而不同，所以即使发生了相同水平的开闭阀噪声的情况下，爆燃传感器检出的燃料喷射阀的开闭阀噪声也在各个气缸产生差异。

于是，也可以对于内燃机的每一个气缸，将燃料喷射次数与学习值αi关联地存储，ecu9(爆燃判断部)基于内燃机的每一个气缸的爆燃指数，判断有无爆燃。

根据该变形例，通过正确地掌握按每一个气缸而不同的燃料喷射阀的开闭阀噪声，能够与气缸无关地确保爆燃检测精度。

(第二变形例)

接着，用图6说明第二学习方法。图6是表示强制学习时的开闭阀噪声的学习方法的流程图。图6中，与图5相比，步骤606～步骤610的处理不同。

ecu9与图5的步骤501～505同样地进行步骤601～605的处理。

在步骤605中，判断爆燃传感器信号检测区间内的燃料喷射次数为2次以上的情况下，ecu9强制地变更燃料喷射次数，计算开闭阀噪声学习值。具体而言，前进至步骤606，ecu9将爆燃传感器信号检测区间内的燃料喷射次数强制地变更为2次。

在步骤607中，ecu9基于步骤601中计算出的爆燃频率成分(kdl)，计算2次喷射时的开闭阀噪声学习值。

ecu9前进至步骤608，将爆燃传感器信号检测区间内的燃料喷射次数强制地变更为3次。

在步骤609中，ecu9基于步骤601中计算出的爆燃频率成分(kdl)，计算3次喷射时的开闭阀噪声学习值。

在步骤610中，通过爆燃传感器信号检测区间内的燃料喷射次数的强制变更而进行的开闭阀噪声学习值的计算结束的情况下，结束通过燃料喷射次数变更而进行的强制学习。

另外，该流程图中记载至3次喷射，但将爆燃传感器信号检测区间内的燃料喷射次数强制地增加至4次、5次时也实施同样的处理，计算每一种燃料喷射次数的开闭阀噪声学习值。

此处，ecu9实现在燃料喷射次数为1次时，与内燃机的运转状态无关地将燃料喷射次数强制地变更为n次的变更部的作用。

根据该变形例，在多级喷射时强制地变更喷射次数，进行燃料喷射阀的开闭阀噪声学习，所以能够在爆燃控制起动之前，完成开闭阀噪声学习值的计算。

(第三变形例)

一般而言，在多级喷射时，将要求喷射量分割进行燃料喷射，所以每一次的燃料喷射量减小，是燃料喷射阀在开阀动作完成前开始关闭的半升程状态下的燃料喷射。半升程状态下，在开阀动作完成前开始关闭，所以不会与开阀侧的限位部碰撞，也不会产生开阀时的噪声。

于是，ecu9也可以判断燃料喷射阀是否为半升程的状态。ecu9(更新部)在燃料喷射次数为n次时，对燃料喷射次数减去燃料喷射阀为半升程的状态的次数，由此对燃料喷射次数进行修正。

根据该变形例，在计算燃料喷射阀的开闭阀噪声学习值时，能够除去开阀噪声小的燃料喷射，所以能够计算出更正确的开闭阀噪声学习值。

另外，ecu9(更新部)也可以在判断为燃料喷射阀为半升程的状态的情况下，不更新学习值αi。由此，能够屏蔽半升程状态这样、开阀噪声小的情况下的学习值更新，所以能够计算出正确的开闭阀噪声学习值。

(第四变形例)

关于燃料压力，燃料喷射阀的开闭阀噪声的强度根据燃料压力是低压还是高压而不同。具体而言，燃料压力为低压的情况下，燃料喷射阀打开时，因为流体(燃料)产生的反作用力较小，所以开阀动作变快，对开阀侧的限位部的碰撞力较强，开阀的噪声增大。燃料喷射阀关闭时，对燃料喷射阀施加的压力较小，所以闭阀动作变慢，阀体落座时的碰撞力较弱，闭阀的噪声减小。

另一方面，燃料压力为高压的情况下，燃料喷射阀打开时，因为流体(燃料)产生的反作用力较大，所以开阀动作变慢，对开阀侧的限位部的碰撞力较弱，开阀的噪声减小。燃料喷射阀关闭时，对燃料喷射阀施加的压力较大，闭阀动作变快，阀体落座时的碰撞力较强，闭阀的噪声增大。

于是，ecu9(更新部)也可以根据燃料喷射阀的开阀噪声和闭阀噪声中的至少一方计算学习值αi。

根据该变形例，基于因条件而不同的开阀和闭阀的噪声强度的特征，进行开闭阀噪声学习，所以能够高精度地计算开闭阀噪声学习值。

(第五变形例)

ecu9也可以与用燃料压力传感器21测定的燃料压力相应地对学习值αi进行修正。

根据该变形例，能够对燃料压力的变化引起的燃料喷射阀的开闭阀噪声的强度变化进行修正，所以即使在燃料压力发生了变化的情况下，也能够确保爆燃检测精度。

以上，详细叙述了本发明的一个实施方式，但本发明不限定于上述实施方式，能够不脱离要求的权利范围中记载的本发明的精神而在设计中进行各种变更。

上述实施方式易于理解地说明了本发明，并不限定于必须具备说明的全部结构。另外，能够将某个实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，也能够在某个实施方式的结构上添加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。

上述实施方式中，在频率分析时使用傅立叶变换计算爆燃频率成分，但也可以使用沃尔什变换等其他变换。

上述实施方式中，用爆燃频率成分kdli和上一次频率分析时的背景水平bgli的加权平均值作为背景水平bgli，但也可以是其他平均值(移动平均值)。

附图标记说明

1…发动机

2…活塞

3…进气阀

4…排气阀

5…燃料喷射阀

6…火花塞

7…点火线圈

8…爆燃传感器

9…ecu(发动机控制单元)

10…进气管

11…排气管

12…三效催化剂

13…空燃比传感器

14…集气室

15…曲柄角度传感器

16…信号盘

17…节流阀

18…afm

19…燃烧室

20…油门开度传感器

21…燃料压力传感器。