用于内燃机的控制设备的制造方法
【专利摘要】一种用于内燃机的控制设备被配置为：基于缸内压力传感器检测到的缸内压力，计算与曲柄角同步的MFB的测量数据；基于根据测量数据计算的测量CA10和测量CA50执行SA?CA10反馈控制和CA50反馈控制；基于MFB测量数据和与其对应的基准数据之间的相关度执行发动机控制；以及通过基于目标CA50和指定CA10的线性内插和线性外插产生燃烧时段的基准数据。
【专利说明】
用于内燃机的控制设备
技术领域
[0001] 本发明涉及用于内燃机的控制设备，更特别地涉及这样的用于内燃机的控制设 备:该设备适合作为用于控制包括缸内压力传感器的内燃机的设备。
【背景技术】
[0002] 在公开号为2008-069713的日本专利中，公开了一种用于包括缸内压力传感器的 内燃机的燃烧控制设备。在该燃烧控制设备中，使用缸内压力传感器和曲柄角传感器计算 与曲柄角同步的燃烧质量分数的数据，并且基于该数据计算实际燃烧起点和燃烧中心。此 外，如果通过从燃烧中心减去实际燃烧起点而获取的差值超过上限，则该燃烧控制设备判 定燃烧已经劣化，并且实施对策以改善燃烧，例如增加燃料喷射量。需要指出，在公开号为 2008-069713的日本专利中，例如，在其中燃烧质量分数是从10 %到30 %的时段内的适当值 被用作上述实际燃烧起点，该起点是在缸体(cylinder)内实际开始燃烧时的曲柄角，并且 例如，其中燃烧质量分数是从40%到60%的时段内的适当值被用作燃烧中心。
[0003] 在公开号为2011-106334的日本专利中，公开了一种用于使用韦别函数(Wiebe f unction)推定缸体内的热释放率的方法。根据此推定方法，特定时段内的平均缸内压力和 平均缸内温度，以及进气的体积效率、发动机速度、燃料喷射量、燃料喷射压力和EGR率被用 作运行条件参数以推定热释放率。
[0004] 相关技术列表
[0005] 以下是
【申请人】已经注意到作为本发明的相关技术的专利文献的列表。
[0000][专利文献1]
[0007] 公开号为2008-069713的日本专利 [0008][专利文献2]
[0009] 公开号为2011-106334的日本专利 [0010] 技术问题
[0011]燃烧质量分数的测量数据的波形根据燃烧状态(具体是指根据是否令人满意的燃 烧被执行)或者根据内燃机周围的环境(例如，温度环境)而变化。因此，如果燃烧质量分数 的测量数据可以适当地在运载工具上(on board)进行分析，则可以确定燃烧状态或环境的 变化，并且可以适当地执行发动机控制作为针对此类变化的对策。
[0012] 在此，在燃烧质量分数是指定分数时的曲柄角被称为"指定分数燃烧点"。公开号 为2008-069713的日本专利中公开的技术将两个指定分数燃烧点（即，实际燃烧起点和燃烧 中心)处的测量值之间的差值与判定值(上限值)进行比较，以确定燃烧状态。但是，燃烧质 量分数的测量数据的变化形式根据导致变化的各个因素而不同。因此，如上所述，当仅使用 两个指定分数燃烧点处的测量值时，在某些情况下，无法准确地确定导致测量数据波形变 化的因素。
[0013] 可以认为，如果要用作在运载工具上评价燃烧质量分数的测量数据时的基准的燃 烧质量分数数据被提供，则可以通过将与两个指定分数燃烧点相比更大数量的指定分数燃 烧点的测量数据与基准数据进行比较来更准确地确定燃烧状态或环境的变化。根据公开号 为2011-106334的日本专利中描述的技术，可以使用韦别函数推定热释放率。可基于以此方 式推定的热释放率的数据来产生燃烧质量分数的数据，执行此操作的技术也是公知的。
[0014] 因此可以构想利用通过上述技术而产生的燃烧质量分数的数据作为基准数据。但 是，如上所述，为了使用韦别函数执行计算，需要大量的运行条件参数。因此，该技术涉及高 计算负荷。进一步地，燃烧的数学化就其本身而言本来就难，并且也难以提取所有影响燃烧 的因素。因此，可以说通过此技术难以确保所产生的燃烧质量分数的数据的准确性。所以无 法说该技术适合于针对内燃机实现。
【发明内容】
[0015] 已经作出本发明以解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于内燃机的控制设 备，在其中基于指定分数燃烧点执行发动机控制的内燃机中，该控制设备简单、准确地产生 燃烧质量分数的基准数据，并且能够在将基准数据作为标准的同时执行发动机控制，该发 动机控制用作根据燃烧质量分数的测量数据的变化形式的对策。
[0016] 根据本发明的用于内燃机的控制设备被配置为控制这样的内燃机:该内燃机包括 用于发动机控制的一个或多个致动器。所述控制设备包括:缸内压力传感器，其被配置为检 测缸内压力；曲柄角传感器，其被配置为检测曲柄角;燃烧质量分数计算装置，其被配置为 基于所述缸内压力传感器检测到的缸内压力和所述曲柄角传感器检测到的曲柄角，计算与 曲柄角同步的燃烧质量分数的测量数据;燃烧点计算装置，其被配置为基于燃烧质量分数 的所述测量数据，计算指定分数燃烧点的测量值，该指定分数燃烧点是燃烧质量分数变为 指定分数时的曲柄角;第一控制装置，其被配置为执行第一发动机控制，该第一发动机控制 基于第一指定分数燃烧点，或者基于根据所述第一指定分数燃烧点而定义的第一参数，控 制所述一个或多个致动器中的任一个或多个，以便所述第一指定分数燃烧点或所述第一参 数变为目标值，该第一指定分数燃烧点是燃烧质量分数变为第一指定分数时的曲柄角;第 二控制装置，其被配置为执行第二发动机控制，该第二发动机控制基于第二指定分数燃烧 点，或者基于根据所述第二指定分数燃烧点而定义的第二参数，控制所述一个或多个致动 器中的任一个或多个，以便所述第二指定分数燃烧点或所述第二参数变为目标值，该第二 指定分数燃烧点是燃烧质量分数变为第二指定分数时的曲柄角；以及第三控制装置，其被 配置为执行第三发动机控制，该第三发动机控制基于燃烧质量分数的所述测量数据与燃烧 质量分数的基准数据的相关度，控制所述一个或多个致动器中的任一个或多个，其中所述 基准数据基于所述内燃机的运行条件。燃烧时段中的至少从10%燃烧点到90%燃烧点的曲 柄角时段中的燃烧质量分数的所述基准值通过基于第一目标值和第二目标值的线性内插 和线性外插中的至少一者来产生。所述第一目标值或者是所述第一指定分数燃烧点的目标 值，或者是基于所述第一参数的目标值而指定的所述第一指定分数燃烧点。所述第二目标 值或者是所述第二指定分数燃烧点的目标值，或者是基于所述第二参数的目标值而指定的 所述第二指定分数燃烧点。在第一曲柄角时段被包括在燃烧质量分数的所述基准数据中的 情况下，所述第一曲柄角时段中的燃烧质量分数的所述基准数据是其中燃烧质量分数为百 分之零的数据，该第一曲柄角时段是所述燃烧时段之前的曲柄角时段。在第二曲柄角时段 被包括在燃烧质量分数的所述基准数据的情况下，所述第二曲柄角时段中的燃烧质量分数 的所述基准数据是其中燃烧质量分数为百分之百的数据，该第二曲柄角时段是所述燃烧时 段之后的曲柄角时段。
[0017] 所述第一指定分数燃烧点和所述第二指定分数燃烧点可以是从10%燃烧点到 90 %燃烧点的曲柄角时段内的指定分数燃烧点。
[0018] 所述第三发动机控制可以是升高所述内燃机的温度的发动机暖机控制，并且在以 下情况下执行:其中，在前的时段中的燃烧质量分数的所述测量数据与所述基准数据之间 的相关度大于或等于第一判定值，并且在后的时段中的燃烧质量分数的所述测量数据与所 述基准数据之间的相关度小于第二判定值，该在前的时段是包括燃烧质量分数是第三指定 分数时的第三指定分数燃烧点之前的燃烧时段的曲柄角时段，该在后的时段是包括从所述 第三指定分数燃烧点开始及之后的燃烧时段的曲柄角时段。
[0019] 所述第三发动机控制可以是抑制哑火发生的哑火抑制控制，并且在以下情况下执 行:其中，在前的时段中的燃烧质量分数的所述测量数据与所述基准数据之间的相关度小 于第三判定值，在后的时段中的燃烧质量分数的所述测量数据与所述基准数据之间的相关 度小于第四判定值，该在前的时段是包括燃烧质量分数是第三指定分数时的第三指定分数 燃烧点之前的燃烧时段的曲柄角时段，该在后的时段是包括从所述第三指定分数燃烧点开 始以及之后的燃烧时段的曲柄角时段。
[0020] 指示所述相关度的相关指标值可以使用互相关函数来计算。
[0021] 根据本发明，在其中执行第一发动机控制和第二发动机控制的内燃机中，燃烧时 段中的至少从10%燃烧点到90%燃烧点的曲柄角时段中的燃烧质量分数的基准值通过基 于第一目标值和第二目标值的线性内插和线性外插中的至少一者来产生，该第一发动机控 制基于第一指定分数燃烧点，或者基于根据第一指定分数燃烧点而定义的第一参数，该第 二发动机控制基于第二指定分数燃烧点，或者基于根据所述第二指定分数燃烧点而定义的 第二参数。所述第一目标值或者是所述第一指定分数燃烧点的目标值，或者是基于所述第 一参数的目标值而指定的所述第一指定分数燃烧点。所述第二目标值或者是所述第二指定 分数燃烧点的目标值，或者是基于所述第二参数的目标值而指定的所述第二指定分数燃烧 点。根据此产生方法，可以在掌握燃烧质量分数的数据的波形特征的同时，能够简单、准确 地产生燃烧质量分数的基准数据。进一步地，根据本发明，基于以此方式产生的基准数据与 测量数据之间的相关度执行第三发动机控制。通过此方式，能够以采用基准数据作为标准 的方式执行发动机控制，该发动机控制用作根据燃烧质量分数的测量数据的变化形式的对 策。
【附图说明】
[0022]图1是用于描述根据本发明的第一实施例的内燃机的系统配置的视图；
[0023] 图2是表示燃烧质量分数的波形和点火正时SA的视图；
[0024] 图3是用于描述ECU执行的利用CA10和CA50的两种反馈控制的概要的框图；
[0025] 图4是表示空气-燃料比与SA-CA10之间的关系的视图；
[0026] 图5是用于描述根据本发明的第一实施例的用于创建MFB的基准数据的方法的视 图；
[0027] 图6是其中示意性地表示MFB的测量数据的波形实例的视图，在该实例中，由于过 度的冷却损失，出现相对于基准数据的波形的偏离；
[0028]图7是其中示意性地表示MFB的测量数据的波形实例的视图，在该实例中，由于发 生半哑火或哑火，出现相对于基准数据的波形的偏离；
[0029]图8是示出在本发明的第一实施例中执行的例程的流程图；
[0030] 图9是用于描述这样的实例的视图：在该实例中，在三个指定分数燃烧点处评价 MFB数据的相关度，并且判定冷却损失过度增加所导致的MFB的测量数据的变化。
【具体实施方式】
[0031] 第一实施例
[0032] 将参考图1到图8描述本发明的第一实施例。
[0033][第一实施例的系统配置]
[0034]图1是描述根据本发明的第一实施例的内燃机10的系统配置的视图。图1中所示的 系统包括火花点火型内燃机10。在内燃机10的每个缸体中设置有活塞12。在各个缸体内，在 活塞12的顶部侧形成燃烧室14。进气通道16和排气通道18与燃烧室14连通。
[0035]进气阀20被设置在进气通道16的进气端口中。进气阀20打开和关闭进气端口。排 气阀22被设置在排气通道18的排气端口中。排气阀22打开和关闭排气端口。电子控制的节 流阀24被设置在进气通道16中。内燃机10的每个缸体配备用于将燃料直接喷射到燃烧室14 内（喷射到缸体内）的燃料喷射阀26、以及用于点燃空气-燃料混合物的点火装置(图中仅示 出火花塞)28。在每个缸体中还安装有用于检测缸内压力的缸内压力传感器30。
[0036]除了电子控制单元(ECU)40之外，该实施例的系统还包括下面描述的用于驱动各 种致动器的驱动电路（图中未示出）和各种传感器等，作为控制内燃机10的控制设备。ECU 40包括输入/输出接口、存储器和中央处理单元(CPU)。输入/输出接口被配置为接收来自在 内燃机10或者安装有内燃机10的车辆中安装的各种传感器的传感器信号，并且还将致动信 号输出到用于控制内燃机10的各种致动器。用于控制内燃机10的各种控制程序和映射等被 存储在存储器中。CPU从存储器读出控制程序等，并且执行该控制程序等，并且基于所接收 的传感器信号产生用于各种致动器的致动信号。
[0037]除了上述缸内压力传感器30之外，E⑶40从中接收信号的传感器还包括用于获取 发动机运行状态的各种传感器，诸如被设置在曲柄轴（图中未示出）附近的曲柄角传感器 42，以及被设置在进气通道16的入口附近的气流传感器44。
[0038] ECU 40将致动信号输出到的致动器包括用于控制发动机操作的各种致动器，诸如 上述节流阀24、燃料喷射阀26和点火装置28』〇] 40还具有以下功能:使缸内压力传感器30 的输出信号与曲柄角同步，以及使所同步的信号受到AD转换并且获取所产生的信号。由此 可以在AD转换分辨率允许的范围内检测任意曲柄角正时（crank angle timing)处的缸内 压力。此外，ECU 40存储其中定义了曲柄角与缸内容积之间的关系的映射，并且可以参考该 映射计算与曲柄角对应的缸内容积。
[0039][第一实施例中的燃烧控制]
[0040](利用缸内压力传感器的MFB测量数据计算）
[0041]图2是表示燃烧质量分数的波形和点火正时（spark timing)SA的视图。根据该实 施例的包括缸内压力传感器30和曲柄角传感器42的系统，在内燃机10的每个周期中，可以 获取与曲柄角同步的缸内压力P的测量数据(更具体地是指被计算作为各个预定曲柄角的 值的缸内压力P的集合）。可以根据以下等式（1)和(2)，使用所获取的缸内压力P的测量数据 和热力学第一定律来计算任意曲柄角Θ处的缸体内的热释放量Q。此外，可以根据以下等式 (3)，使用所计算的缸体内的热释放量Q的测量数据(被计算作为各个预定曲柄角的值的热 释放量Q的集合)来计算任意曲柄角Θ处的燃烧质量分数(下文称为"MFB"）。进一步地，可通 过执行计算每个预定曲柄角处的MFB的处理来计算与曲柄角同步的MFB的测量数据（测量 MFB集合）。在燃烧时段中以及在燃烧时段前后的预定曲柄角时段(在本文中，例如，从进气 阀20的关闭时间IVC到排气阀22的打开时间EVO的曲柄角时段）中计算MFB的测量数据。
[0042]
[0043]
[0044]
[0045] 其中，在上述等式（1)中，V表示缸内容积，κ表示缸内气体的比热比（ratio of spec if i c heat)。进一步地，在上述等式(3)中，0min表示燃烧起点，0max表示燃烧终点。
[0046]根据通过上述方式计算的MFB的测量数据，可以获取当MFB是指定分数α( % )时的 曲柄角（在下文中称为"指定分数燃烧点"，并且通过附上"CAa"来指示）。更具体地说，当获 取指定分数燃烧点CAa时，尽管指定分数α的值可以被成功地包括在MFB的测量数据中，但是 在该值未被包括的情况下，可通过基于位于指定分数α两侧的测量数据的内插来计算指定 分数燃烧点CAa。在本描述的下文中，利用MFB的测量数据而获取的CAa值被称为"测量CAa"。 现在将参考图2描述典型的指定分数燃烧点CAa。缸体中的燃烧开始，伴随着在点火正时SA 处执行点燃空气-燃料混合物之后的点火延迟。燃烧的起点（上述等式(3)中的Θ_)(Β卩，MFB 开始升高时的曲柄角)被称为(CA0)。从CA0直到曲柄角CA10 (此时MFB变为10 % )的曲柄角时 段(CA0-CA10)与初始燃烧时段对应，从CA10直到曲柄角CA90(此时MFB变为90 % )的曲柄角 时段(CA10-CA90)与主燃烧时段对应。进一步地，根据该实施例，MFB变为50%时的曲柄角 CA50被用作燃烧中心。MFB变为100 %时的曲柄角CA100与燃烧终点（上述等式(3)中的0max) 对应，在该燃烧终点，热释放量Q达到最大值。燃烧时段被定义为从CA0到CA100的曲柄角时 段。
[0047](利用CAa的发动机控制）
[0048]图3是描述ECU执行的利用CA10和CA50的两种反馈控制的概要的框图。ECU 40执行 的发动机控制包括利用指定分数燃烧点CAa的控制。在此，作为利用指定分数燃烧点CAa的 发动机控制实例，将描述分别利用CA10和CA50的两种反馈控制。根据该实施例，在以比理论 空气-燃料比更大的空气-燃料比(燃料更稀)执行的稀薄燃烧工作期间执行这些控制。
[0049] 1.利用SA-CA10的燃料喷射量反馈控制
[0050] 在该反馈控制中，CA10(10%燃烧点）不被视为直接目标值，而是按照下面的方式 使用。也就是说，在本描述中，从点火正时SA到CA10的曲柄角时段被称为"SA-CA10"。更具体 地说，SA-CA10被称为"测量SA-CA10"，该SA-CA10是通过从测量CA10减去点火正时SA而获取 的差值。需要指出，根据该实施例，在通过后述的利用CA50的点火正时反馈控制进行调整之 后的最终目标点火正时(下一周期中的点火正时的指令值)被用作用于计算测量SA-CA10的 点火正时SA。
[0051]图4是表示空气-燃料比与SA-CA10之间的关系的视图。此关系是相对于理论空气-燃料比位于稀侧的稀薄空气-燃料比范围内的关系，并且是相同运行条件(更具体地是指其 中进气流量和发动机速度相同的发动机运行条件)下的关系。SA-CA10是表示点火延迟的参 数，而且SA-CA10与空气-燃料比之间存在恒定的相关性。更具体地说，如图4所示，在稀薄空 气-燃料比范围内，存在这样的关系：即，SA-CA10随着空气-燃料比变稀而增加。因此，与所 需的目标空气-燃料比对应的目标SA-CA10可利用此关系来确定。此外，根据该实施例采用 这样的配置：即，在稀薄燃烧工作期间执行调整燃料喷射量的反馈控制，以便测量SA-CA10 接近目标SA-CA10(下文简称为"SA-CA10反馈控制"）。
[0052]如图3所示，在SA-CA10反馈控制中，目标SA-CA10根据发动机运行条件(更具体地 是指目标空气-燃料比、发动机速度和进气流量)而被设定。在各个缸体中针对每个周期计 算测量SA-CA10。进一步地，在SA-CA10反馈控制中，作为一实例，PI控制被用于调整燃料喷 射量，以便消除目标SA-CA10与测量SA-CA10之间的差值。在PI控制中，使用目标SA-CA10与 测量SA-CA10之间的差值以及预定的PI增益（比例增益和积分增益），根据差值的大小及其 积分值的大小计算燃料喷射量的校正量。针对每个缸体计算的校正量被反映在作为调整对 象的缸体的基本燃料喷射量中。因此，在缸体处要在下一周期中提供的燃料喷射量通过SA-CA10反馈控制来调整(校正）。
[0053] 根据SA-CA10反馈控制，在其中获得小于目标SA-CA10的测量SA-CA10的缸体中，执 行校正，该校正减少要在下一周期中使用的燃料喷射量，从而使空气-燃料比变稀，并且增 加测量SA-CA10。相反地，在其中获得大于目标SA-CA10的测量SA-CA10的缸体中，执行校正， 该校正增加要在下一周期中使用的燃料喷射量，从而使空气-燃料比变浓，并且减小测量 SA-CA10。
[0054] 根据SA-CA10反馈控制，通过利用SA-CA10(与空气-燃料比高度相关的参数），稀薄 燃烧工作期间的空气-燃料比可以被控制为目标值（目标空气-燃料比）。因此，通过将目标 SA-CA10设定为与稀薄燃烧界限附近的空气-燃料比对应的值，可以将空气-燃料比控制在 稀薄燃烧界限附近。通过此方式，可实现低燃耗和低NOx排放。
[0055] 2.利用CA50的点火正时反馈控制
[0056 ] 最优点火正时（所谓的"MBT (针对最佳转矩的最小点火提前角(m i n imum ad van c e for the best torque))点火正时"）根据空气-燃料比而改变。因此，如果空气-燃料比因为 SA-CA10反馈控制而改变，则MBT点火正时也会改变。另一方面，获得MBT点火正时时的CA50 基本上不会相对于稀薄空气-燃料比范围内的空气-燃料比而改变。因此可以认为，通过采 用获得MBT点火正时时的CA50作为目标CA50,并且校正点火正时以消除测量CA50与目标 CA50之间的差值，从而可以在不受上述空气-燃料比变化影响的情况下，将稀薄燃烧工作时 的点火正时调整为MBT点火正时。因此，根据该实施例采用这样的配置:即，在稀薄燃烧工作 期间，连同SA-CA10反馈控制一起，还执行调整点火正时的反馈控制，以便测量CA50接近目 标CA50(下文简称为"CA50反馈控制"）。
[0057]如图3所示，在CA50反馈控制中，用于使点火正时成为MBT点火正时的目标CA50被 设定为根据发动机运行条件(更具体地是指目标空气-燃料比、发动机速度和进气流量）的 值。需要指出，此处使用的术语"CA50反馈控制"不一定限于控制点火正时以获得MBT点火正 时的控制。也就是说，CA50反馈控制也可被用于这样的情况:其中，采用MBT点火正时之外的 点火正时作为目标值，例如在所谓的延迟燃烧(retarded combustion)时。在这种情况下， 例如，除了上述发动机运行条件之外，目标CA50还可被设定为根据目标点火效率(指示该目 标值与MBT点火正时偏离程度的指标值)而变化。
[0058]在各个缸体中针对每个周期计算测量CA50。进一步地，在CA50反馈控制中，作为一 实例，PI控制被用于相对于基本点火正时校正点火正时，以便消除目标CA50与测量CA50之 间的差值。基本点火正时被预先存储在ECU 40中作为根据发动机运行条件(主要是指进气 流量和发动机速度）的值。在PI控制中，使用目标CA50与测量CA50之间的差值以及预定的PI 增益(比例增益和积分增益），计算根据差值的大小以及该差值的积分值的大小的点火正时 校正量。针对每个缸体计算的校正量被反映在目标缸体的基本点火正时中。借助此方式，通 过CA50反馈控制来调整(校正)在缸体处要在下一周期中使用的点火正时（目标点火正时）。
[0059] 稀薄燃烧界限处的空气-燃料比的值在受到点火正时的影响时变化。更具体地说， 例如，当点火正时相对于MBT点火正时被延迟时，与被控制在MBT点火正时的情况相比，稀薄 燃烧界限处的空气-燃料比的值移到浓侧。如果在不考虑上述点火正时对稀薄燃烧界限处 的空气-燃料比的值的影响的情况下执行SA-CA10反馈控制，则会出现在以下情况下发生哑 火的问题:其中，由于SA-CA10反馈控制，空气-燃料比偏向稀侧的值。因此，根据该实施例， 采用这样的配置作为SA-CA10反馈控制的优选实施例：即，仅在其中CA50反馈控制处于充分 收敛状态（即，其中点火正时充分接近MBT点火正时的状态)的燃烧周期中执行SA-CA10反馈 控制。进一步地，当在此情况下执行SA-CA10反馈控制时，为了有利地确保SA-CA10反馈控制 的执行频率，根据该实施例采用这样的配置：g卩，CA50反馈控制的响应速度被设定为高于 SA-CA10反馈控制的响应速度。例如，可通过使要在CA50反馈控制中使用的PI增益大于要在 SA-CA10反馈控制中使用的PI增益，来实现这样的响应速度设定。
[0060] 需要指出，在上述情况下针对每个缸体执行SA-CA10反馈控制和CA50反馈控制。尽 管该实施例的内燃机10在每个缸体中包括缸内压力传感器30，但是在具有其中例如仅在一 个代表性缸体中设置缸内压力传感器的配置的内燃机的情况下，可以利用基于从单个缸内 压力传感器获得的缸内压力的测量SA-CA10和测量CA50,执行所有缸体的燃料喷射量和点 火正时的反馈控制。
[0061 ][使用基准数据的MFB测量数据评价、以及根据评价结果的对策]
[0062](评价MFB的测量数据的必要性）
[0063] MFB的测量数据的波形根据燃烧状态(具体是指是否令人满意的燃烧被执行)或者 内燃机10周围的环境（例如，温度环境）而变化。因此，如果可以在运载工具上适当地分析 MFB的测量数据，则可以确定燃烧状态或环境的变化，并且可以适当地执行用作针对变化的 对策的发动机控制。进一步地，如果用作上述分析中的标准的基准数据被提供，则可以认为 能够更准确地确定上述变化。也就是说，如果燃烧令人满意（正常），则MFB的测量数据将与 基准数据高度相关。但是，如果燃烧状态或环境出现变化，则测量数据将与基准数据偏离。 因此，如果可以评价测量数据与基准数据之间的相关度，则可以确定燃烧状态等的变化。
[0064] 因此，根据该实施例，为了确保可以在运载工具上准确地执行上述测量数据的分 析，在运载工具上产生要被用作标准的MFB基准数据。此外，优选地采用这样的配置：即，能 够以低计算负荷，简单、准确地产生要被用于评价MFB测量数据的基准数据。进一步地，即使 在令人满意的燃烧状态下，MFB的测量数据的波形也可根据发动机运行条件(主要是指进气 流量、发动机速度以及空气-燃料比）而变化。因此，基准数据有必要能够反映根据发动机运 行条件的MFB波形的变化。
[0065] (MFB的基准数据的创建方法概览）
[0066]图5是描述根据本发明的第一实施例的用于创建MFB的基准数据的方法的视图。图 5表示这样的xy平面(下文称为"MFB-Θ"平面），其将曲柄角Θ作为X坐标值，将燃烧质量分数 MFB作为y坐标值。
[0067]如上面参考图3所述，作为CA50反馈控制的目标值的目标CA50被确定为根据发动 机运行条件（目标空气-燃料比、发动机速度和进气流量）的值。作为SA-CA10反馈控制的目 标值的目标SA-CA10同样被确定为根据发动机运行条件的值。如果在其中执行CA50反馈控 制的稀薄燃烧工作时执行操作，则每个燃烧周期中的点火正时SA的指令值（目标点火正时） 被确定为这样的值:在该值中反映了基于根据发动机运行条件的基本点火正时的CA50反馈 控制。可以基于以此方式计算的目标SA-CA10以及目标点火正时计算CA10的值。但是，由于 该CA10本身不是上述SA-CA10反馈控制的直接控制目标值，因此在下文中将所提及的CA10 称为"指定CA10"。需要指出，目标SA-CA10和目标CA50被设定为标准温度环境(例如，20°C) 中的值。
[0068] CA50是MFB变为50 %时的曲柄角，CA10是MFB变为10 %时的曲柄角。因此，如果目标 CA50的值和指定CA10的值被确定，则自然在图5中所示的MFB-Θ平面上目标CA50和指定CA10 分别位于的点A和点B被确定。为了评价MFB的测量数据的相关度，基准数据有必要具有(不 省略)这样的数据:该数据与针对每个预定的曲柄角而获取的测量数据的每个数据项成对。
[0069] 出于上述目的，根据该实施例采用其中执行基于两点A和B的线性内插和线性外插 的配置，并且在从燃烧起点CA0到燃烧终点CA100的曲柄角时段内产生MFB的基准数据。进一 步地，对于CA0之前的曲柄角时段的基准数据，产生作为MFB为0%时的数据的基准数据，并 且对于CA100之后的曲柄角时段的基准数据，产生作为MFB为100%时的数据的基准数据。根 据该实施例以此方式产生MFB的基准数据。进一步地，所产生的基准数据遵循的波形是图5 中的虚线所示的波形。
[0070] (使用互相关函数的MFB数据相关度评价）
[0071]根据该实施例，为了评价MFB的测量数据，确定示出MFB的基准数据与测量数据之 间相关度的"相关指标值Ir"。根据该实施例，互相关函数被用作用于计算相关指标值Ir的优 选方法。使用互相关函数的互相关系数R的计算使用以下等式(4)来执行。
[0072] R= Zfa~b(0)ga~b(T0-0)---(4)
[0073] 其中，在上述等式(4)中，Θ表示曲柄角。进一步地，τθ是表示对于两个波形在曲柄 角轴方向上的相对偏差的变量，这两个波形作为相关度评价的对象(根据该实施例，是指 MFB的基准数据和测量数据的波形）。函数fa~b(Te-0)与MFB的基准数据对应，基准数据是针 对每个预定的曲柄角而存在的离散值的集合。函数g a~b(T『0)与MFB的测量数据对应，测量 数据同样是离散值的集合。更具体地说，（a~b)指示其中这些函数fd(0)和8Μ(τ θ-θ)分别 被定义的曲柄角轴上的区段。区段(a~b)与其中基准数据和测量数据存在的曲柄角时段 (下文称为"计算时段α"）对应，基准数据和测量数据是用于计算MFB的基准数据和测量数据 中的互相关系数R的对象(换言之，相关度评价的对象）。后面描述了在前的时段α?和在后的 时段α2,这两个时段是该实施例中使用的计算时段α的具体实例。需要指出，在其中发动机 控制中使用的指定分数燃烧点CAa(根据该实施例是指CA10和CA50)的测量值未被包括在基 于缸内压力的测量数据而计算的MFB的测量数据中的情况下，可采用这样的配置：即，通过 基于相邻测量数据的内插确定这样的测量值，并且在也确定基准数据侧的值（用作与测量 值成对的对应方)之后，成对的值被包括在用于评价相关度的对象中。
[0074] 使用等式(4)的卷积运算的执行伴随这样的运算：即，通过在预定范围内改变变量 τθ，当在使基准数据的波形保持固定的同时使计算时段(a)内的MFB的测量数据的整个波形 沿着曲柄角方向（图5中所示的MFB的基准数据的波形的水平轴方向）逐渐移动时，连续地计 算互相关系数R。此运算过程中的互相关系数R的最大值R max与两个波形总体上彼此最接近 时的互相关系数R对应，并且可以按照以下等式(5)所示来表示。在该实施例中使用的相关 指标值Ir并非最大值R max本身，而是通过对互相关系数R执行预定的归一化 (normalization)处理而获得的值。此处使用的术语"归一化处理"指的是这样的处理:该处 理被定义为，使得在这两个波形(基准数据波形和测量数据波形)完全匹配时的R max表示值 1，由于该处理本身是已知的，所以此处省略对其的详细描述。
[0075] Rmax=max(R)=max( 2fa~b(9)ga~b(Te-9))...(5)
[0076] 通过上述计算处理计算的相关指标值Ir在这两个波形完全匹配的情况下变为1 (最大值），并且随着这两个波形之间的相关度减小而逐渐接近零。需要指出，在相关指标值 Ir显示为负值的情况下，在这两个波形之间存在负相关，并且在这两个波形完全倒置的情 况下，相关指标值Ir显示值-1。因此，可以基于按照上述方式获得的相关指标值Ir来确定MFB 的基准数据和测量数据之间的相关度。需要指出，该实施例中对互相关函数的利用是这样 的操作:采用同一种数据（即，MFB数据)作为对象，并且将其测量数据与基准数据（即，理想 的MFB数据）进行比较。因此，可以认为，在这种情况下利用的互相关函数基本是自相关函 数。
[0077]需要指出，尽管根据该实施例采用这样的配置：即，如上所述，通过使互相关系数R 归一化而获得的值的最大值被用作相关指标值Ir，但是根据本发明的"相关指标值"也可以 是不伴随预定的归一化处理的互相关系数R的最大值R max。但是，在不伴随归一化处理的情 况下的相关指标值（即，最大值Rmax)并非简单地随相关度的增加而增加，而是在最大值R max 的大小与相关度的增加/减小之间存在下面描述的关系。也就是说，相关度随着最大值Rmax 增加而增加，当最大值Rmax变为特定值X时，相关度变为最高（也就是说，两个波形完全匹 配）。进一步地，当最大值R max增加到大于值X的值时，相关度随着最大值Rmax增加而减小。因 此，在实际使用最大值R max作为"相关指标值"而不执行归一化处理的情况下，可以通过以下 处理执行有关"相关指标值"是否小于"判定值"的判定。也就是说，在最大值R max偏离以值X 为中心的预定范围的情况下，可以判定"相关指标值小于判定值"，反之，在最大值Rmax落在 上述预定范围内的情况下，可以判定"相关指标值大于或等于判定值"。
[0078](作为根据MFB数据评价结果的对策的发动机控制）
[0079]根据该实施例，通过上述方法产生的基准数据，在每个缸体中针对每个燃烧周期 评价MFB的测量数据与基准数据之间的相关度。在下文中，将参考图6和图7描述被示出为该 实施例的一个实例的测量数据的变化形式。
[0080] 图6是其中示意性地表示MFB的测量数据的波形实例的视图，在该实例中，由于过 度的冷却损失(coo 1 ing loss)导致出现相对于基准数据的波形的偏离。当内燃机10在极低 温度下(例如紧接在寒冷地区的启动之后)工作时，与内燃机10在标准温度环境中工作的情 况相比，冷却损失过度。图6所示的实例还显示，此类过度冷却损失的影响在燃烧的后半时 段(CA50-CA100)中在测量数据中显著地显现。更具体地说，上述影响有时也在燃烧的前半 时段(CA0-CA50)中显现。但是，与在前半时段中相比，冷却损失的影响在后半时段中的显现 程度更大。因此，与在前半时段中相比，测量数据相对于基准数据的相关度在后半时段中更 低。进一步地，上述影响在后半时段中的显现方式不一定限于像在图6所示的实例中那样， 显现在从测量CA50的附近开始及之后的时段内的数据中，有时可能显现在从稍晚于测量 CA50的指定分数燃烧点（例如，测量CA80)的附近开始及之后的时段内的数据中。
[0081] 图7是其中示意性地表示MFB的测量数据的波形实例的视图，在该实例中，由于出 现半哑火或哑火导致出现相对于基准数据的波形的偏离。在此，术语"半哑火"指的是这样 的燃烧:其中，火焰传播在燃烧热产生的过程中停止，因此发动机哑火，火焰未被充分地形 成。进一步地，术语"完全哑火"（下文简称为"哑火"）指的是在没有空气-燃料混合物点火的 情况下发生的哑火。与被用作标准的令人满意的燃烧状态中的基准数据的波形相比，在半 哑火发生的情况下的MFB的测量数据的波形中，如图7所示，燃烧的开始被延迟，并且MFB数 据增加的方式平缓。另一方面，在哑火发生的情况下，由于不产生热，MFB的测量数据以MFB 的0 %值推移。需要指出，实际上，即使在发生哑火时，叠加在缸内压力传感器30的输出上的 噪声的影响有时也在MFB的测量数据的波形中显现，并且这种情况下的MFB的测量数据的波 形在0%MFB的附近波动。如上所述，在半哑火或哑火出现的情况下的测量数据与在基准数 据的整个燃烧时段上的基准数据具有低相关性。
[0082] 通过图6和图7所示的MFB的测量数据与基准数据之间的比较结果可以理解，通过 仅评价燃烧的后半时段中的两种MFB数据之间的相关度，很难准确地区分测量数据的偏离 是由冷却损失造成还是由半哑火/哑火造成。
[0083] 因此，根据该实施例，为了评价燃烧的前半时段中的两种MFB数据之间的相关度， 采用这样的配置:其中，计算将在前的时段α?作为对象的相关指标值I R1，在前的时段α?是包 括前半时段及其周边(periphery)的计算时段。此外，为了评价燃烧的后半时段中的两种 MFB数据之间的相关度，采用这样的配置:其中，计算将在后的时段α2作为对象的相关指标 值IR2,在后的时段α2是包括后半时段及其周边的计算时段。
[0084] 此外，根据该实施例，在尽管与在后的时段α2有关的相关指标值IR2小于预定的判 定值iRth，但是与在前的时段α?有关的相关指标值Iri大于或等于该判定值I Rth的情况下，判 定由于过度的冷却损失导致MFB的测量数据相对于基准数据发生变化。进一步地，在这种情 况下，采用这样的配置:即，执行预定的发动机暖机控制以升高内燃机10的温度。
[0085] 进一步地，根据该实施例，在与在后的时段α2有关的相关指标值IR2小于预定的判 定值iRth，并且与在前的时段α?有关的相关指标值Iri也小于该判定值I Rth的情况下，判定由 于半哑火/哑火导致MFB的测量数据相对于基准数据发生变化。进一步地，在这种情况下，采 用这样的配置:即，执行预定的哑火抑制控制来抑制哑火(包括半哑火)的发生。
[0086](第一实施例的具体处理）
[0087]图8是示出在本发明的第一实施例中ECU 40执行的例程的流程图。需要指出，在稀 薄燃烧工作期间，该例程在每个缸体中排气阀22的打开时间已经过去时开始，并且针对每 个燃烧周期重复地执行。
[0088]在图8所示的例程中，首先，在步骤100，ECU 40获取当前的发动机运行条件。此处 使用的术语"发动机运行条件"主要是指发动机速度、进气流量和空气-燃料比。发动机速度 使用曲柄角传感器42来计算。进气流量使用气流传感器44来计算。空气-燃料比是被用作稀 薄燃烧工作时的目标的空气-燃料比。
[0089] 接下来，ECU 40继续到步骤102，并获取目标CA50和指定CA10作为确定MFB的基准 数据的波形的参数。更具体地说，ECU 40获取目标CA50，该目标CA50被单独地计算以执行 CA50反馈控制。进一步地，ECU40获取目标SA-CA10和目标点火正时，该目标SA-CA10被单独 地计算以执行SA-CA10反馈控制，该目标点火正时与其中已经反映了 CA50反馈控制的最终 点火正时的指令值对应。接下来，E⑶40通过将目标点火正时加到目标SA-CA10上来计算指 定CA10〇
[0090] 在此，例如如果空气-燃料比改变到稀侧，则燃烧时段中的MFB波形的斜率(slope) 降低。MFB的基准数据有必要与根据此类发动机运行条件的MFB波形变化对应。由于目标 CA50被确定为根据发动机运行条件的值，因此发动机运行条件的影响已经作为因素被考虑 到目标CA50中。同样，发动机运行条件的影响已经作为因素被考虑到目标SA-CA10中。进一 步地，如上所述，目标SA-CA10和目标CA50在以下情况下被设定：即，假设在标准温度环境 (例如，20°C)中使用内燃机10。因此，内燃机10周围温度的影响也已经作为因素被考虑到目 标SA-CA10和目标CA50中。用作计算目标点火正时的基础的基本点火正时被确定为根据发 动机运行条件(进气流量和发动机速度）的值。进一步地，通过借助CA50反馈控制校正点火 正时来处理伴随空气-燃料比变化的MBT点火正时变化。因此，还对于其中已经反映了CA50 反馈控制的目标点火正时，可以认为发动机运行条件的影响已经作为因素被考虑在内。因 此，还对于根据目标SA-CA10和目标点火正时而确定的指定CA10,可以认为发动机运行条件 的影响已经作为因素被考虑在内。这样，由于发动机运行条件的影响已经作为因素被考虑 到目标CA50和指定CA10中，因此，还对于基于目标CA50和指定CA10而产生的基准数据，可以 认为由发动机运行条件导致的MFB波形的变化自然被作为因素考虑在内。
[0091] 接下来，E⑶40继续到步骤104。在步骤104，E⑶40执行以下处理：即，使用在步骤 102获取的目标CA50和指定CA10,指定MFB-Θ平面上的两点A和B。
[0092] 接着，E⑶继续到步骤106。在步骤106,基于两点A和B产生位于除两点A和B之外的 点处的MFB的基准数据。具体而言，首先根据以下方式产生从燃烧起点CA0到燃烧终点CA100 的曲柄角时段内的基准数据。也就是说，通过基于两点A和B的线性内插，产生点A与点B之间 的曲柄角时段(CA10到CA50)的基准数据。另一方面，通过基于两点A和B的线性外插，产生在 点A与点B之间指定的曲柄角时段之外的曲柄角时段(CA0到CA10，以及CA50到CA100)的基准 数据。进一步地，如上所述，在CA0之前的曲柄角时段的基准数据作为其中MFB为0%的数据 被产生，以及在CA100之后的曲柄角时段的基准数据作为其中MFB为100 %的数据被产生。 [0093] 接下来，ECU 40继续到步骤108。在步骤108,根据上述等式(3)，基于在当前燃烧周 期中使用缸内压力传感器30获取的缸内压力的测量数据计算MFB的测量数据。
[0094] 接下来，E⑶40继续到步骤110。在步骤110,通过将分别在步骤106和108中计算的 MFB的基准数据和测量数据当中的位于在前的时段α?内的数据作为对象，使用上述等式(4) 计算相关指标值Iri。在此，作为一实例，在前的时段α?是从点火正时SA到小于CA50的曲柄角 的曲柄角时段。
[0095] 然后，Ε⑶40继续到步骤112。在步骤112,通过将分别在步骤106和108计算的MFB 的基准数据和测量数据当中的位于在后的时段α2内的数据作为对象，使用上述等式(4)计 算相关指标值IR2。在此，作为一实例，在后的时段α2是从CA50(包括CA50)到EV0的曲柄角时 段。需要指出，利用MFB的"基准数据"来指定被用于定义在前的时段α?和在后的时段α2的 CA50〇
[0096] 接下来，E⑶40继续到步骤S114。在步骤S114，E⑶40判定在步骤112计算的与在 后的时段α2有关的相关指标值―是否小于判定值IRth。判定值IRth被预先设定为这样的值， 通过该值，可以区分由半哑火导致的在前的时段α?中测量数据相对于基准数据的的偏离。 在出现半哑火导致的变化的情况下，与冷却损失导致的测量数据变化的情况相比，在前的 时段α?的测量数据相对于基准数据显著偏离。进一步地，在出现哑火导致的变化的情况下， 与出现半哑火导致的变化的情况相比，在前的时段α?的测量数据相对于基准数据显著偏 离。因此，例如通过以上述方式设定判定值iRth，可以区分在该例程中被作为对象的测量数 据变化的原因。
[0097]在步骤114的判定结果为否的情况下（IR2 2 IRth)，E⑶40很快地结束当前燃烧周期 中的处理。另一方面，在步骤114的判定结果为肯定的情况下（IR2〈IRth)，也就是说，在可以判 定在后的时段α2的MFB的测量数据相对于基准数据的相关度低的情况下，ECU 40继续到步 骤116。在步骤116，ECU 40判定在步骤110计算的与在前的时段α?有关的相关指标值IR1是否 小于判定值iRth。
[0098] 如果步骤116的判定结果为否定（IR2〈IRth，并且Iri2 iRth)，则ECU40继续到步骤 118。在这种情况下，尽管在后的时段α2中的MFB的测量数据与基准数据之间的相关度低，但 是可以判定在前的时段α?中的MFB的测量数据与基准数据的相关度高。因此在这种情况下， ECU 40判定由冷却损失导致MFB的测量数据变化，并且执行发动机暖机控制。在此，作为发 动机暖机控制的一实例，执行增加燃料喷射量的操作。更具体地说，用于借助该发动机暖机 控制增加燃料喷射量的校正量，被加到以反映借助SA-CA10反馈控制的校正的方式而确定 的燃料喷射量上。根据该控制，由于通过在稀薄燃烧工作下增加燃料喷射量，空气-燃料比 改变到理论空气-燃料比侧，因此热释放量增加，并且可以促进发动机的暖机。在作为当前 判定对象的缸体的下一周期中执行发动机暖机控制到燃料喷射量的反映。但是，由于温度 环境变化(导致冷却损失变得过度的原因）不是特定于上述缸体的状况，因此所提及的控制 的反映不限于上述缸体，也可以从在执行当前判定之后其燃料喷射量最初被指示的缸体开 始。发动机暖机控制继续，直至步骤114的判定结果变为否定。
[0099] 另一方面，如果步骤116的判定结果为肯定（IR2〈IRth，并且lRi〈IRth)，则ECU 40继续 到步骤120。在这种情况下，可以判定在后的时段α2和在前的时段α?中的MFB的测量数据相 对于基准数据的相关度均低。因此，在这种情况下，ECU 40判定由半哑火或哑火导致MFB的 测量数据变化，并且执行哑火抑制控制。在此，作为哑火抑制控制的一实例，执行增加燃料 喷射量的操作。更具体地说，用于借助该哑火抑制控制增加燃料喷射量的校正量，被加到以 反映借助SA-CA10反馈控制的校正的方式而确定的燃料喷射量上。除了通过SA-CA10反馈控 制来控制空气-燃料比之外，还通过以此方式执行哑火抑制控制，可以更可靠地抑制哑火。 哑火抑制控制在燃料喷射量中的反映在作为当前判定对象的缸体的下一周期中执行。哑火 抑制控制继续，直至步骤114的判定结果变为否定。
[0100] 根据上述图8所示的例程的处理，MFB的基准数据可以基于目标CA50和指定CA10来 产生。目标CA50是在CA50反馈控制（内燃机10执行的发动机控制之一）中利用的控制目标 值。指定CA10是根据目标SA-CA10和目标点火定时定义的指定分数燃烧点，该目标SA-CA10 在SA-CA10反馈控制（同样是发动机控制之一）中利用，该目标点火定时通过CA50反馈控制 而确定。与用于产生MFB数据的已知方法形成对比，下面将描述用于利用目标CA50和指定 CA10 (具有此类特征的参数)产生MFB的基准数据的方法的优点。
[0101](第一实施例中用于产生MFB的基准数据的方法的优点）
[0102]产生MFB数据的已知方法的一个实例是利用韦别函数的方法。此方法是尝试数学 化燃烧的一种方法。但是此方法具有下面的问题。也就是说，由于计算量增加，ECU的计算负 荷大。当尝试使用韦别函数以更高的准确性表达燃烧波形(MFB波形)时，有必要适当地设定 要在韦别函数中使用的各种参数。因此，需要考虑各种发动机运行条件参数，例如进气流 量、发动机速度、空气-燃料比、点火正时、以及燃烧温度和缸体内的气体流速。进一步地，当 尝试使用如此多的发动机运行条件参数计算燃烧波形时，数学公式变得更复杂。因此，计算 负荷增加。
[0103] 用于产生MFB数据的已知方法的另一问题是难以确保所产生的MFB数据的准确性。 原因是燃烧的数学化本身很难，而且难以提取影响燃烧的所有因素。因此，与具有以下优点 的本发明的方法相比，不能认为用于产生MFB数据的已知方法适合于实现。
[0104] 与之相反，出于下面的原因，可以认为该实施例的用于产生MFB的基准数据的方法 简单，而且可以产生这样的基准数据:该基准数据更适合作为用于评价MFB的测量数据的相 关度的比较对象。
[0105] 也就是说，首先，对于目标CA50,确定用于作为前提的发动机控制的值。进一步地， 根据目标SA-CA10(以类似于目标CA50的方式确定目标SA-CA10的值)定义指定CA10。也就是 说，没必要为了产生基准数据而预先定义目标CA50和指定CA10(在该实施例中被用作用于 产生基准数据的基础的参数），并且当在运载工具上获取这些值时，也不需要复杂的计算。 因此可认为这些值是易于获取的参数。进一步地，基于目标CA50和指定CA10,可以通过执行 简单计算（即，线性内插和线性外插)来产生基准数据。因此，与上述已知方法相比，根据该 实施例的方法，可以极大地减小计算量，并且ECU 40的计算负荷极低。所以，可以说本方法 更适合于实现。
[0106] MFB波形具有使得波形在主燃烧时段(从CA10到CA90)中直线上升的特征。因此，可 以认为，通过使用线性内插和线性外插在主燃烧时段中产生基准数据，能够在适当地掌握 MFB波形特征的同时，以简单的方式获取基准数据。需要指出，从更严格的意义上讲，燃烧波 形不是像在图5等中示意性地示出的在燃烧起点CA0和燃烧终点CA100处在单个点处弯曲的 波形，而是在从CA0到大约CA10的曲柄角时段以及从CA90到大约CA100的曲柄角时段中稍微 呈圆形弯曲（请参阅图2)。但是，这些曲柄角时段就整个燃烧时段而言为短时段，此外可以 认为，从比较MFB数据的相关度的观点来看，MFB波形在这些曲柄角时段中稍微呈圆形的事 实不会产生大影响。因此，可以认为，如同在该实施例中那样，对于这些曲柄角时段，也足以 通过线性外插产生基准数据。
[0107] 接下来，将描述为何可以认为更适合作为用于评价MFB的测量数据的相关度的比 较对象的基准数据能够通过该实施例的用于产生MFB数据的方法来产生的原因。目标CA50 是被作为前提的CA50反馈控制的目标值。进一步地，在SA-CA10反馈控制中，控制燃料喷射 量，使得测量SA-CA10变为目标SA-CA10,并且还将点火正时控制为通过CA50反馈控制确定 的目标点火正时。因此，可以认为CA10通过SA-CA10反馈控制和CA50反馈控制的执行而被间 接地控制，从而变为根据目标SA-CA10和目标点火正时而定义的指定CA10。在此方面，可以 认为指定CA10与间接控制目标值对应。基于上述内容，可以认为在SA-CA10反馈控制和CA50 反馈控制正被执行的情况下，借助这些控制，燃料喷射量和点火正时被控制，使得MFB的测 量波形变得接近基于目标CA50和指定CA10而产生的基准数据的波形。
[0108] 进一步地，如上所述，因为发动机运行条件的影响已经被作为因素考虑在目标 CA50和指定CA10内，所以因发动机运行条件导致的MFB波形的变化也已经被作为因素考虑 在基于目标CA50和指定CA10而产生的基准数据内。基于上述原因，可以认为，根据该实施例 的方法，通过基于目标CA50和指定CA10直接产生基准数据的波形，并且可以基于目标CA50 和指定CA10唯一地确定燃烧波形(换言之，理想的燃烧波形），该燃烧波形是被作为前提的 发动机控制（此处是指SA-CA10反馈控制和CA50反馈控制）的目标。进一步地，根据该实施 例，具有此类理想燃烧波形的MFB数据被用作基准数据。因此，与使用通过上述已知方法产 生的MFB数据的情况相比，该实施例的方法可以产生更适合作为用于评价MFB的测量数据的 相关度的比较对象的基准数据。
[0109] (导致MFB的测量数据变化的因素的识别、以及与根据所识别的因素的对策有关的 效果）
[0110] 根据上述例程的处理，可以使用具有上述优点的基准数据适当地评价MFB的测量 数据与基准数据之间的相关度。进一步地，可以利用评价结果识别导致测量数据变化的因 素是冷却损失过大还是半哑火/哑火。更具体地说，可以利用依赖于各因素之间差异的测量 数据变化特征准确地执行上述识别。 接下来，根据上述例程的处理，可以执行发动机暖机控制或哑火抑制控制作为根 据所识别的因素的对策。也就是说，发动机控制基于MFB的测量数据与基准数据之间的相关 度来执行。
[0112]进一步地，在继续执行上述发动机暖机控制的情况下，如图6所示的相对于基准数 据偏离的测量数据随着时间推移而更接近基准数据。根据上述例程，当相关度作为偏离消 除的结果而增加时，步骤114的判定结果为否定，并且发动机暖机控制结束。由于可以在每 个燃烧周期中获取MFB数据的评价结果，因此能够认为，根据基于评价结果的发动机暖机控 制，与基于发动机冷却水温度间接地判定用于完成发动机暖机的时间的情况相比，可以在 较早的阶段判定该时间。这样可提高燃料效率。
[0113][第一实施例的变型]
[0114]在上述第一实施例中，燃烧时段(从CA0到CA100)的基准数据基于目标CA50和指定 CA10而产生。但是，用于产生燃烧时段的基准数据的两个指定分数燃烧点不限于CA50和 CA10,只要这些指定分数燃烧点被用在作为前提的发动机控制中，并且可以是从CA0到 CA100中选择的任意指定分数燃烧点（例如，CA90)即可。但是如上所述，从严格的意义上讲， MFB波形在主燃烧时段(从CA10到CA90)中呈直线变化，因此，用作用于产生基准数据的基础 的两个指定分数燃烧点优选地从CA10到CA90中的指定分数燃烧点中选择。
[0115] 进一步地，在上述第一实施例中，从CA0到CA100的整个燃烧时段的基准数据使用 基于目标CA50和指定CA10的线性内插和线性外插来产生。但是，如上所述，严格地讲，从CA0 到CA10的曲柄角时段中的MFB波形以及从CA90到CA100的曲柄角时段中的MFB波形稍微变 圆。因此，这些曲柄角时段中的至少一者的基准数据可以通过以下方式产生：即，例如使用 二次函数再现圆形波形，而不使用线性内插或线性外插。
[0116] 而且，在上述第一实施例中，线性内插和线性外插均被用于产生燃烧时段中的MFB 的基准数据。但是，根据被用作用于产生基准数据的基础的两个指定分数燃烧点的位置，使 用线性内插和线性外插中的一者。例如，在产生将整个燃烧时段作为基于CA0和CA100的对 象的基准数据的情况下，仅使用线性内插。进一步地，尽管认为实际上以下两点被选择的可 能性低，但是如果与燃烧时段中的测量数据的两个相邻项对应的基准数据的两项被选为上 述两个指定分数燃烧点，则仅使用线性外插。
[0117] 进一步地，在上述第一实施例中，目标CA50和指定CA10被用作用于产生基准数据 的基础。但是，根据在作为前提的发动机控制中使用的两个指定分数燃烧点，两个值可以分 别为控制目标值，或者两个值可以分别为根据控制目标值而确定的指定分数燃烧点，也就 是说，这两个值可以分别为间接控制目标值。
[0118]而且，在上述第一实施例中，使用互相关函数计算示出MFB的测量数据与基准数据 之间相关度的相关指标值。但是，本发明使用的术语"燃烧质量分数的测量数据与基准数据 之间的相关度"不一定限于使用互相关函数而计算的值。也就是说，"相关度"例如可以是通 过以下方式获得的值：即，在将预定的计算时段作为对象时，将相同曲柄角处的MFB的测量 数据和基准数据之间差值的平方相加在一起(所谓的"残差平方和"）。在残差平方和的情况 下，该值随着相关度增加而减小。
[0119] 在此可以认为，出于下面的原因，使用互相关函数优于使用残差平方和。也就是 说，在MFB的测量数据的波形中，在燃烧周期之间可能出现由燃烧变化导致的相对于基准数 据的波形的小幅偏离。即使在出现测量数据波形中的此类偏离的情况下，残差平方和也被 计算为具有特定大小的值。也就是说，残差平方和敏感地对由燃烧变化导致的测量数据的 微小偏离做出反应。因此在某些情况下，难以准确地检测与此类燃烧变化有区别的上述燃 烧状态或环境的变化。
[0120] 另一方面，如上所述，互相关函数的计算包括这样的运算：即，在其中基准数据的 波形保持固定的状态下，在使计算时段α内的MFB的测量数据的整个波形在曲柄角方向（图5 所示的MFB的基准数据的波形的水平轴方向）上逐渐移动的同时，连续计算互相关系数R。在 对该计算过程中获得的互相关系数R归一化之后的值的最大值被用作作为计算对象的燃烧 周期中的相关指标值Ir。因此，即使在尽管MFB数据的形状本身等同于基准数据的形状，但 是由燃烧变化导致测量数据在曲柄角方向上相对于基准数据稍微偏离的情况下，根据互相 关函数，在其中测量数据被移动并且与基准数据基本相关的状态下计算相关指标值Ir。因 此，与利用残差平方和的方法相比，利用互相关函数的方法不易受到燃烧变化的影响，所以 可以认为能够利用互相关函数更准确地检测到由燃烧状态或环境变化导致的测量数据波 形变化的特征。
[0121] 进一步地，在上述第一实施例中，在识别导致MFB的测量数据变化的因素的处理 中，针对与在如的时段有关的相关指标值Iri和与在后的时段有关的相关指标值IR2这两者 使用共同判定值iRth。但是，在上述处理中使用的判定值不一定是共同判定值，也可针对与 在如的时段有关的相关指标值Iri和与在后的时段有关的相关指标值Ir2使用单独的判定 值。因此，在本发明中使用的"第一判定值"和"第二判定值"可以是相同的值，也可以是不同 的值。同样，"第三判定值"和"第四判定值"可以是相同的值，也可以是不同的值。这对于"第 一判定值"与"第三判定值"之间的关系，以及"第二判定值"与"第四判定值"之间的关系而 言同样适用。
[0122] 在本发明中，优选地使用诸如上述互相关函数或残差平方和函数之类的技术，将 三个或更多个连续点的波形作为对象来评价"燃烧质量分数的测量数据与基准数据之间的 相关度"。但是，一种用于判定"相关度"以掌握由冷却损失过度增加导致的测量数据波形变 化的方法例如可以是以下参考图9描述的方法。图9是描述这样的实例的视图：在该实例中， 在三个指定分数燃烧点处评价MFB数据的相关度，并且判定由冷却损失过度增加所导致的 MFB的测量数据的变化。在上述两个反馈控制中使用的CA10和CA50以及CA80被用作用于此 判定的三个指定分数燃烧点。进一步地，为了评价燃烧后半侧的测量数据与基准数据之间 的相关度，计算MFB-Θ平面上通过CA50和CA80处的基准数据的两点P1和P2的直线L，以及通 过CA50和CA80处的测量数据的两点ΡΓ和P2'的直线L'。进一步地，为了评价燃烧前半侧的 测量数据与基准数据之间的相关度，计算CA10处的基准数据的点P3与CA10处的测量数据的 点P3'之间的距离D。此外，通过判定距离D是否小于或等于预定值，判定燃烧前半侧(与根据 本发明的"在前的时段"对应）的MFB的测量数据与基准数据之间的相关度是否大于或等于 第一判定值。进一步地，通过判定直线L'的斜率相对于直线L的斜率的变化量是否大于或等 于预定值，判定燃烧后半侧(与根据本发明的"在后的时段"对应）的MFB的测量数据与基准 数据之间的相关度是否小于第二判定值。在判定距离D小于或等于上述预定值，并且上述与 直线L和L'有关的变化量大于或等于上述预定值的情况下，判定由冷却损失过度增加导致 的测量数据变化出现，因此执行发动机暖机控制。
[0123] 在上述第一实施例中，采用这样的配置:该配置利用与MFB数据的相关度有关的评 价结果在冷却损失过度增加与半哑火/哑火之间区分导致MFB的测量数据变化的因素，并且 发动机控制（发动机暖机控制或哑火抑制控制）被执行作为根据因素区分结果的对策。但 是，本发明中基于MFB数据的相关度的发动机控制的具体实例不限于上述实例。也就是说， 除了上述实例之外，执行以下操作就足够:通过掌握MFB的测量数据变化特征来确定燃烧状 态或环境的变化，以及发动机控制用作针对变化的对策。
[0124]进一步地，在上述第一实施例中，增加燃料喷射量被描述为发动机暖机控制的实 例。但是，根据本发明的"发动机暖机控制"不限于上述实例。也就是说，例如，在设置有能够 改变发动机冷却水的循环流量的机构的情况下，或者在使发动机冷却水循环的栗是电动机 驱动栗的情况下，上述发动机暖机控制可以是这样的控制：其减小发动机冷却水的循环流 量。
[0125]进一步地，在上述第一实施例中，增加燃料喷射量被描述为哑火抑制控制的实例。 但是，根据本发明的"哑火抑制控制"不限于上述实例，并且，例如，在设置有能够调整点火 能量的点火装置的情况下，哑火抑制控制可以是这样的控制:其增加点火能量。
[0126] 在上述第一实施例中，采用这样的配置:其中，以将基准数据的CA50作为边界的方 式，将作为相关指标值IR1和I R2的计算对象的曲柄角时段(计算时段α)分为在前的时段α?和 在后的时段α2。但是，根据本发明的"在前的时段"和"在后的时段"不限于与燃烧的前半时 段和后半时段(通过将CA50作为边界进行划分)对应的时段。也就是说，"在前的时段"与"在 后的时段"之间的边界可以是除CA50之外的任意第三指定分数燃烧点，只要该边界位于这 样的范围内即可，该范围使在冷却损失过度增加与半哑火/哑火之间区分MFB的测量数据变 化的可能原因成为可能。进一步地，在第一实施例中，点火正时SA被用作在前的时段α?的起 点，排气阀2 2的打开时间Ε V 0被用作在后的时段α 2的终点。在本发明中，"在前的时段"的起 点不限于点火正时SA，只要该起点在进气阀20的关闭时间IVC处或之后便足以。另一方面， 根据本发明的"在后的时段"的终点不限于EV0,只要是考虑到燃烧变化等提前确定可被判 断为燃烧确实结束的曲柄角正时的情况即可，"在后的时段"的终点可以作为此类曲柄角正 时。此外，根据本发明的"在前的时段"不必包括在燃烧时段之前的曲柄角时段，同样，"在后 的时段"不必包括在燃烧时段之后的曲柄角时段。
[0127] 进一步地，尽管在上述第一实施例中描述这样的实例:其中，使用互相关函数针对 每个缸体评价MFB数据的相关度，但是，也可以采用这样的配置:其中针对作为对象的任意 代表性缸体执行MFB数据的相关度的评价。然后将所有缸体作为对象，可以执行基于代表性 缸体的MFB的相关度的发动机控制。
[0128] 进一步地，在上述第一实施例中，描述这样的实例:其中，借助SA-CA10反馈控制调 整燃料喷射量。但是，SA-CA10反馈控制(在稀薄燃烧工作期间被用于燃烧控制）的调整对象 不限于燃料喷射量，也可以是进气流量或点火能量。需要指出，如果调整对象是燃料喷射量 或进气流量，则反馈控制可以被定位为空气-燃料比控制。进一步地，在该反馈控制中使用 的指定分数燃烧点CAa不必限于CA10,也可以是其它燃烧点。然而，关于对该反馈控制的应 用，出于以下原因可以认为CA10与其它燃烧点相比更佳。也就是说，在使用主燃烧时段 (CA10到CA90)中位于CA10之后的燃烧点的情况下，所获取的曲柄角时段很大程度上受到在 火焰传播时影响燃烧的参数(EGR率、进气温度和滚流比等)影响。也就是说，在这种情况下 获取的曲柄角时段不是仅着重于空气-燃料比的曲柄角时段，而且易受外部干扰。进一步 地，如上所述，由于叠加在缸内压力传感器30的输出信号上的噪声的影响，在燃烧起点CA0 和燃烧终点CA100的周围易于出现误差。随着燃烧点远离燃烧起点CA0和燃烧终点CA100朝 着燃烧时段的中心侧移动，此类噪声的影响减小。就这些点而言，可以认为CA10最佳。
[0129] 此外，在上述第一实施例中，采用这样的配置:其中，在SA-CA10反馈控制和CA50反 馈控制的实现所伴随的稀薄燃烧工作期间，基于相关指标值I R1和I R2执行MFB数据的相关 度的评价。但是，假设执行根据本发明的"第一发动机控制"和"第二发动机控制"，此类评价 不限于在稀薄燃烧工作期间执行的评价，例如，可以采用这样的配置:其中，在理论空气-燃 料比燃烧工作期间执行评价。
[0130]需要指出，在上述第一实施例中，根据本发明的"燃烧质量分数计算装置"通过ECU 40执行步骤108的处理来实现，根据本发明的"燃烧点计算装置"通过ECU 40基于根据上述 等式⑶所计算的MFB的测量数据计算指定分数燃烧点CAa(例如，CA10)来实现，根据本发明 的"第一控制装置"通过ECU 40执行SA-CA10反馈控制来实现，根据本发明的"第二控制装 置"通过ECU 40执行CA50反馈控制来实现，根据本发明的"第三控制装置"通过ECU 40基于 步骤114和116的判定结果执行步骤118或120中的处理来实现。进一步地，燃料喷射阀26和 点火装置28与根据本发明的"一个或多个致动器"对应，CA10与根据本发明的"第一指定分 数燃烧点"对应，SA-CA10与根据本发明的"第一参数"对应，SA-CA10反馈控制与根据本发明 的"第一发动机控制"对应，CA50与根据本发明的"第二指定分数燃烧点"对应，CA50反馈控 制与根据本发明的"第二发动机控制"对应，发动机暖机控制和哑火抑制控制与根据本发明 的"第三发动机控制"对应，指定CA10与根据本发明的"第一目标值"和"基于第一参数的目 标值而指定的第一指定分数燃烧点"对应，目标CA50与根据本发明的"第二目标值"和"第二 指定分数燃烧点的目标值"对应，从点火正时SA到CA0的曲柄角时段与根据本发明的"第一 曲柄角时段"对应，从CA10 0到EVO的曲柄角时段与根据本发明的"第二曲柄角时段"对应。进 一步地，基准数据中的CA50与根据本发明的"第三指定分数燃烧点"对应，在前的时段α?与 根据本发明的"作为包括第三指定分数燃烧点之前的燃烧时段的曲柄角时段的在前的时 段"对应，在后的时段α2与根据本发明的"作为包括从第三指定分数燃烧点开始及之后的燃 烧时段的曲柄角时段的在后的时段"对应。进一步地，判定值iRth与根据本发明的"第一到第 四判定值"中的每一者对应。需要指出，尽管以下是不同于第一实施例的形式，但是在使用 基于CA50所定义的参数(例如，SA-CA50)的情况下，SA-CA50与根据本发明的"第二参数"对 应，并且在针对CA10本身设定目标CA10的情况下，目标CA10与根据本发明的"第一指定分数 燃烧点的目标值"对应。进一步地，在例如针对上述SA-CA50本身设定目标SA-CA50的情况 下，基于目标SA-CA50而指定的指定CA50与根据本发明的"基于第二参数的目标值而指定的 第二指定分数燃烧点"对应。
【主权项】
1. 一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机包括用于发动机控制的一个或多个致动 器， 所述控制设备的特征在于包括： 缸内压力传感器，其被配置为检测缸内压力； 曲柄角传感器，其被配置为检测曲柄角； 燃烧质量分数计算装置，其被配置为基于所述缸内压力传感器检测到的缸内压力和所 述曲柄角传感器检测到的曲柄角，计算与曲柄角同步的燃烧质量分数的测量数据； 燃烧点计算装置，其被配置为基于燃烧质量分数的所述测量数据，计算指定分数燃烧 点的测量值，该指定分数燃烧点是燃烧质量分数变为指定分数时的曲柄角； 第一控制装置，其被配置为执行第一发动机控制，该第一发动机控制基于第一指定分 数燃烧点，或者基于根据所述第一指定分数燃烧点而定义的第一参数，控制所述一个或多 个致动器中的任一个或多个，以便所述第一指定分数燃烧点或所述第一参数变为目标值， 该第一指定分数燃烧点是燃烧质量分数变为第一指定分数时的曲柄角； 第二控制装置，其被配置为执行第二发动机控制，该第二发动机控制基于第二指定分 数燃烧点，或者基于根据所述第二指定分数燃烧点而定义的第二参数，控制所述一个或多 个致动器中的任一个或多个，以便所述第二指定分数燃烧点或所述第二参数变为目标值， 该第二指定分数燃烧点是燃烧质量分数变为第二指定分数时的曲柄角；以及 第三控制装置，其被配置为执行第三发动机控制，该第三发动机控制基于燃烧质量分 数的所述测量数据与燃烧质量分数的基准数据的相关度，控制所述一个或多个致动器中的 任一个或多个，其中所述基准数据基于所述内燃机的运行条件， 其中燃烧时段中的至少从IO %燃烧点到90 %燃烧点的曲柄角时段中的燃烧质量分数 的所述基准值通过基于第一目标值和第二目标值的线性内插和线性外插中的至少一者来 产生， 其中所述第一目标值或者是所述第一指定分数燃烧点的目标值，或者是基于所述第一 参数的目标值而指定的所述第一指定分数燃烧点， 其中所述第二目标值或者是所述第二指定分数燃烧点的目标值，或者是基于所述第二 参数的目标值而指定的所述第二指定分数燃烧点， 其中在第一曲柄角时段被包括在燃烧质量分数的所述基准数据中的情况下，所述第一 曲柄角时段中的燃烧质量分数的所述基准数据是其中燃烧质量分数为百分之零的数据，该 第一曲柄角时段是所述燃烧时段之前的曲柄角时段，并且 其中在第二曲柄角时段被包括在燃烧质量分数的所述基准数据的情况下，所述第二曲 柄角时段中的燃烧质量分数的所述基准数据是其中燃烧质量分数为百分之百的数据，该第 二曲柄角时段是所述燃烧时段之后的曲柄角时段。2. 根据权利要求1所述的控制设备， 其中所述第一指定分数燃烧点和所述第二指定分数燃烧点是从10%燃烧点到90%燃 烧点的曲柄角时段内的指定分数燃烧点。3. 根据权利要求1或2所述的控制设备， 其中所述第三发动机控制是升高所述内燃机的温度的发动机暖机控制，并且在以下情 况下执行：其中，在前的时段中的燃烧质量分数的所述测量数据与所述基准数据之间的相 关度大于或等于第一判定值，并且在后的时段中的燃烧质量分数的所述测量数据与所述基 准数据之间的相关度小于第二判定值，该在前的时段是包括燃烧质量分数是第三指定分数 时的第三指定分数燃烧点之前的燃烧时段的曲柄角时段，该在后的时段是包括从所述第三 指定分数燃烧点开始及之后的燃烧时段的曲柄角时段。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备， 其中所述第三发动机控制是抑制哑火发生的哑火抑制控制，并且在以下情况下执行： 其中，在前的时段中的燃烧质量分数的所述测量数据与所述基准数据之间的相关度小于第 三判定值，在后的时段中的燃烧质量分数的所述测量数据与所述基准数据之间的相关度小 于第四判定值，该在前的时段是包括燃烧质量分数是第三指定分数时的第三指定分数燃烧 点之前的燃烧时段的曲柄角时段，该在后的时段是包括从所述第三指定分数燃烧点开始以 及之后的燃烧时段的曲柄角时段。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的控制设备， 其中指示所述相关度的相关指标值使用互相关函数来计算。
【文档编号】F02D35/02GK105888860SQ201610086583
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月16日
【发明人】北川荣来
【申请人】丰田自动车株式会社