内燃机爆震判定设备的制作方法

专利名称：内燃机爆震判定设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及爆震判定设备，更具体而言，涉及基于内燃机的振动波形 判定是否发生爆震的用于内燃机的爆震判定设备。
背景技术：
传统地，公知用于检测内燃机爆震的技术。日本专利公开No. 2001-227400公开了一种能够精确地判定发动机是否发生爆震的用于内燃机的爆 震控制设备。该用于内燃机的爆震控制设备包括信号检测器、发生时段检 测器、波峰位置检测器、爆震判定器和爆震控制器，其中信号检测器检测 表示内燃机中发生的振动波形的信号(或者振动波形信号)，发生时段检 测器将由检测信号检测器检测的振动波形信号为预定值或者更高的时段检 测为发生时段，波峰位置检测器检测在由发生时段检测器检测的发生时段 中的波峰位置，爆震判定器基于发生时段和波峰位置之间的关系判定内燃 机是否发生爆震，爆震控制器根据爆震判定器的判定结果控制内燃机的工 作状态。当相对于发生时段的波峰位置处于预定范围中时，爆震判定器判 定发生 爆震。
根据在公开中所揭示的用于内燃机的爆震控制设备，表示在内燃机中 发生的振动波形的信号是由信号检测器检测的。振动波形信号为预定值或 者更高的发生时段和其中的波峰位置分别由发生时段检测器和波峰位置检 测器检测。因而，爆震判定器能够通过检测振动波形信号的发生时段中波 峰的位置来判定发生是否发生爆震。根据爆震判定结果，控制内燃机的工 作状态。当相对于发生时段的波峰位置在预定范围中时，即，当波形的形 状为波峰的位置相对于振动波形信号的发生时段的预定长度出现较早时， 爆震判定器将其识别为爆震特有的。因而，即使在内燃机的工作状态急剧 变化的过渡状态或者当电负荷开启/关闭时，可以精确地判定内燃机是否发
生爆震，因而能够适合地控制内燃机的工作状态。
然而，在内燃机发生爆震时，幅度比因爆震引起的振动大的振动有时 会检测为噪声。即，在一些情况下，因爆震传感器的异常或者因内燃机自 身振动引起的振动的幅度会比因爆震引起的振动大。在此情况下，利用曰
本专利公开No. 2001-227400的用于内燃机的爆震控制设备，会有这样的 问题，即在发动机实际发生爆震时，基于相对于发生时段的波峰位置不在 预定范围内这样的情况而判定发动机没有发生爆震。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够高精度地判定发动机是否发生爆震 的爆震判定设备。
根据一方面，本发明提供一种用于判定内燃机的爆震的爆震判定设 备。爆震判定设备包括曲轴转角检测单元，其检测内燃机的曲轴转角； 波形检测单元，其检测预定的曲轴转角之间内燃机的振动波形；存储单 元，其预先存储一个波形，波形表示与爆震相对应的振动波形，且不管内 燃机的类型和工作状态如何都不变化；以及判定单元，其基于所检测到的 波形和存储在存储单元中的波形之间的比较结果来判定在内燃机中是否发 生爆震。
根据本发明，曲轴转角检测单元检测内燃机的曲轴转角，波形检测单 元检测预定的曲轴转角之间内燃机的振动波形。存储单元预先存储一个与 爆震相对应的振动的波形，该波形不管内燃机的类型和工作状态如何都不 变化。基于所检测到的波形和所存储的波形之间的比较结果来判定在内燃 机中是否发生爆震。因而，如果例如可以规定一个与爆震相对应的且不依 内燃机的类型和工作状态而变化的振动波形，可以预先形成和存储作为当 爆震发生时出现的振动波形的爆震波形模型，并通过比较爆震波形模型和 所检测到的波形，能够判定是否发生爆震。此外，爆震波形模型是不依内 燃机的类型和工作状态而变化的一个波形。因而，不必针对内燃机的不同 类型和不同的工作状态存储大量爆震波形模型，因而，能够减小预先要存 储的数据量。此外，不必针对内燃机的不同类型设定多个爆震波形模型，
因而设定所需的时间能够变短。因而，能够提供一种在能够减小预先存储 数据量的同时能够精确地判定在内燃机中是否发生爆震的爆震判定设备。
根据另一方面，本发明提供一种用于判定内燃机的爆震的爆震判定设 备。该爆震判定设备包括曲轴转角检测单元，其检测内燃机的曲轴转 角；波形检测单元，其检测预定的曲轴转角之间内燃机的振动波形；存储 单元，其预先存储内燃机的多个振动波形，振动波形与内燃机的工作状态 相对应；以及判定单元，其基于所检测到的波形与存储在存储单元中的多 个波形中与内燃机的工作状态相对应的波形之间的比较结果来判定在内燃 机中是否发生爆震。
根据本发明，曲轴转角检测单元检测内燃机的曲轴转角，波形检测单 元检测预定的曲轴转角之间内燃机的振动波形。存储单元存储内燃机的多 个振动波形，该振动波形与内燃机的工作状态(诸如曲轴的转数)相对 应。基于所检测到的波形与所存储的波形之间的比较结果来判定在内燃机 中是否发生爆震。具体地，通过实验等准备表示爆震发生时的振动波形且 与工作状态相对应的多个爆震波形模型，并将其预先存储。通过比较所检 测到的波形和所存储的多个爆震波形模型中与工作状态相对应的一个，能 够判定是否发生爆震。与爆震相对应的振动可以根据内燃机的工作状态 (其随时间而变化)而具有不同的趋势。因而，通过存储与内燃机的工作 状态相对应的多个爆震波形模型，可以提供一种能够精确地判定在内燃机 中是否发生爆震的爆震判定设备。
优选地，爆震判定设备还包括转数感测单元，其感测内燃机的输出轴 的转数。存储单元预先存储与转数相对应的多个振动波形。判定单元基于 所检测到的波形与存储在存储单元中与所感测的转数相对应的波形之间的 比较结果来判定在内燃机中是否发生爆震。
根据本发明，存储单元存储例如通过实验获得的、与内燃机的输出轴 (发动机的曲轴)的转数相对应的多个振动波形。通过比较所检测到的波 形与所存储的多个波形中与所感测的转数相对应的波形来高精度地判定在 内燃机中是否发生爆震。
更优选地，爆震判定设备还包括负荷率感测单元，其感测内燃机的负 荷率。存储单元预先存储与负荷率相对应的多个振动波形。判定单元基于 所检测到的波形与存储在存储单元中与所感测的负荷率相对应的波形之间 的比较结果来判定在内燃机中是否发生爆震。
根据本发明，存储单元存储例如通过实验获得的、与内燃机的负荷率 相对应的多个振动波形。通过比较所检测到的波形与所存储的多个波形中 与所感测的负荷率相对应的波形来高精度地判定在内燃机中是否发生爆 震。
更优选地，爆震判定设备还包括转数感测单元，其感测内燃机的输出 轴的转数，以及负荷率感测单元，其感测内燃机的负荷率。存储单元预先 存储与转数和负荷率相对应的多个振动波形。判定单元基于所检测到的波 形与存储在存储单元中与所感测的转数和所感测的负荷率相对应的波形之 间的比较结果来判定在内燃机中是否发生爆震。
根据本发明，存储单元存储例如通过实验获得的、与内燃机的输出轴 (发动机的曲轴)的转数和负荷率相对应的多个振动波形。通过比较所检 测到的波形与所存储的多个波形中与所感测的转数和负荷率相对应的波形 来高精度地判定在内燃机中是否发生爆震。
更优选地，存储在存储单元中的波形是第一转角和第二转角之间的区 间的波形。第一和第二转角都大于或者都小于与振动波形的峰值相对应的 转角。
根据本发明，由于第一和第二转角都大于或者都小于与振动波形的峰 值相对应的转角，振动波形的上升部分或者衰减部分都可以用作爆震波形 模型。因而，通过比较爆震波形模型与所检测到的波形的上升部分或者衰 减部分的波形，能够高精度地判定爆震特有的波形的形状。此外，仅仅存 储与爆震相对应的振动的特征部分，因而能够减小预先要存储的数据量。
更优选地，存储在存储单元中的波形是第一转角和第二转角之间的区 间的波形。区间包括与振动波形的峰值相对应的转角。
根据本发明，存储单元存储与振动波形的峰值相对应的第一转角和第 二转角之间的区间的波形，因而，覆盖包括峰值的振动波形的上升部分和 衰减部分中至少一者的波形能够用作爆震波形模型。因而，通过比较爆震
波形模型与对应区间的波形，能够高精度地判定爆震特有的波形的形状， 因为包括峰值部分的波形具有高信号输出。此外，仅仅存储与爆震相对应 的振动的特征部分，因而能够减小预先要存储的数据量。
更优选地，第一转角是与振动波形的峰值相对应的转角。 根据本发明，第一转角对应于振动波形的峰值。具体地，覆盖包括峰 值的振动波形的上升部分和衰减部分中至少一者的波形能够用作爆震波形 模型。因而，通过比较爆震波形模型与对应区间的波形，能够高精度地判 定爆震特有的波形的形状，因为包括峰值部分的波形具有高信号输出。 更优选地，第二转角是从第一转角前进了预定转角的转角。 根据本发明，第二转角是从对应于峰值的第一转角前进了预定转角的 转角。具体地，通过存储从与振动波形的峰值相对应的第一转角到第二转 角的区间的波形，包括峰值的振动波形的衰减部分能够用作爆震波形模 型。因而，由于包括峰值的部分的波形的信号输出较高，通过比较爆震波 形模型与所检测到的包括峰值的衰减部分的波形，能够高精度地判定爆震 特有的波形的形状。
根据另一方面，本发明提供一种用于判定内燃机的爆震的爆震判定设 备。该爆震判定设备包括曲轴转角检测单元，其检测内燃机的曲轴转 角；波形检测单元，其检测预定的曲轴转角之间内燃机的振动波形；存储 单元，其预先存储与爆震相对应的振动波形的振幅的包络线；以及判定单 元，其基于所检测到的波形与所存储的包络线之间的比较结果来判定在内 燃机中是否发生爆震。
根据本发明，曲轴转角检测单元检测内燃机的曲轴转角，波形检测单 元检测预定的曲轴转角之间内燃机的振动波形。存储单元预先存储与爆震 相对应的振动波形的振幅的包络线。基于所检测到的波形与所存储的包络 线之间的比较结果来判定在内燃机中是否发生爆震。具体地，通过实验等 基于发生爆震时振动波形的振幅的包络线准备爆震波形模型，并将其预先 存储。通过比较所检测到的波形与所存储的包络线，能够判定是否发生爆 震。因而，能够不仅基于内燃机振动的幅度而且基于振动发生时的曲轴转 角来判定发动机是否发生爆震。此外，在振动波形的峰值之后的振幅的包
络线具有爆震特有的振动衰减曲线。因而，可以提供这样一种爆震判定设 备，其通过比较所检测到的波形与爆震波形模型而能够精确地判定在内燃 机中是否发生爆震。
根据另一方面，本发明提供一种用于判定内燃机的爆震的爆震判定设 备。该爆震判定设备包括曲轴转角检测单元，其检测内燃机的曲轴转 角；波形检测单元，其检测预定的曲轴转角之间内燃机的振动波形；存储 单元，其预先存储与内燃机的振动波形的峰值相对应的转角之后预定的衰 减率；以及判定单元，其基于所检测到的波形与从所存储的衰减率得到的 波形之间的比较结果来判定在内燃机中是否发生爆震。
根据本发明，曲轴转角检测单元检测内燃机的曲轴转角，波形检测单 元检测预定的曲轴转角之间内燃机的振动波形。存储单元预先存储与内燃 机的振动波形的峰值相对应的转角之后预定的衰减率。基于所检测到的波 形与从所存储的衰减率得到的波形之间的比较结果来判定在内燃机中是否 发生爆震。具体地，通过实验等预先存储在与爆震发生时的振动波形的峰 值相对应的转角之后的衰减率，并比较所检测到的波形与从所存储的衰减 率得到的波形，能够判定是否发生爆震。因而，能够不仅基于内燃机振动 的幅度而且基于振动发生时的曲轴转角来判定发动机是否发生爆震。此 外，根据预定的衰减率，能够近似计算在与爆震相对应的振动峰值之后的 衰减波形，因而，能够减小预先要存储的数据量。可选地，通过存储多个 衰减率，可以提供这样一种爆震判定设备，其通过比较所检测到的波形与 从与内燃机的工作状态相对应的衰减率得到的波形能够精确地判定在内燃 机中是否发生爆震。
优选地，存储在存储单元中的波形是第一转角和第二转角之间的区间 的波形。第一转角是与振动波形的峰值相对应的转角。
根据本发明，由于存储单元存储与振动波形的峰值相对应的第一转角 和第二转角之间的区间的波形，包括峰值的振动波形的衰减部分能够用作 爆震波形模型。因而，通过比较爆震波形模型与所检测到的波形中包括峰 值的衰减部分的波形，能够高精度地判定爆震特有的波形的形状，因为包 括峰值部分的波形具有高信号输出。此外，仅仅存储与爆震相对应的振动
的特征部分，因而能够减小预先要存储的数据量。
更优选地，第二转角是从第一转角前进了预定转角的转角。 根据本发明，第二转角是从对应于振动波形的峰值的第一转角前进了 预定转角的转角。具体地，通过存储从与振动波形的峰值相对应的第一转 角到第二转角的区间的波形，包括峰值的振动波形的衰减部分能够用作爆 震波形模型。因而，由于包括峰值的部分的波形的信号输出较高，通过比 较爆震波形模型与所检测到的包括峰值的衰减部分的波形，能够高精度地 判定爆震特有的波形的形状。


图1是示出由根据本发明实施例的爆震判定设备控制的发动机的示意 构造图。
图2是表示在发动机中发生的振动的频率的图。 图3表示爆震波形模型(1)。
图4表示限定爆震波形模型的区间。
图5表示爆震波形模型(2)。
图6表示由爆震传感器感测的振动波形。
图7A至图7C示出不同发动机速度下的振动波形。
图8是图示由发动机ECU执行的程序的控制结构的流程图。
图9A和图9B表示与发动机的速度相对应的爆震波形模型。
图IOA和图IOB表示发动机速度和衰减率之间关系。
图11是表示用于比较归一化振动波形与爆震波形模型的正时图。
具体实施例方式
以下将参照附图描述本发明的实施例。在以下描述中，相同的部件用 相同的参考符号表示。其名称和功能也相同。因而，不再重复其详细描 述。
参照图1，将描述包括了根据本发明实施例的爆震判定设备的车辆的 发动机100。本实施例的爆震判定设备由例如发动机ECU (电子控制单
元)200执行的程序来实现。
发动机IOO是这样的内燃机，在其中，通过空气滤清器102吸入的空 气与由喷射器104喷射的燃料的混合气由火花塞106点燃，然后在燃烧室 中燃烧。
空气燃料混合气的燃烧产生了将活塞108向下压的燃烧压力，由此曲 轴110旋转。已燃空气燃料混合气(或者排出气体)由三元催化剂112净 化，然后排出到车外。吸入发动机110的空气量由节气门114调节。
发动机100由发动机ECU200控制，发动机ECU200具有与其相连的 爆震传感器300、水温传感器302、与正时转子304相对布置的曲轴位置 传感器306、节气门开度传感器308、车辆速度传感器310和点火开关 312。
爆震传感器300由压电元件来实现。随着发动机100振动，爆震传感 器300产生幅度对应于振动幅度的电压。爆震传感器300将表示该电压的 信号传输到发动机ECU200。水温传感器302检测发动机100的水套内冷 却水的温度，然后将表示检测结果的信号传输到发动机ECU200。
正时转子304设置在曲轴110处，并随着曲轴IIO旋转而旋转。正时 转子304的外周设置有多个以预定的距离间隔开的突起。曲轴位置传感器 306与正时转子304的突起相对布置。当正时转子304旋转时，正时转子 304的突起和曲轴位置传感器306之间的空气间隙变化，使得通过曲轴位 置传感器的线圈部分的磁通量增大/减小，由此产生了电动势。曲轴位置传 感器306将表示电动势的信号传输到发动机ECU200。根据从曲轴位置传 感器306传输的信号，发动机ECU200检测曲轴IIO的曲轴转角和转数。
节气门开度传感器308检测节气门打开位置，并将表示检测结果的信 号传输到发动机ECU200。车辆速度传感器310检测车轮(未示出)的转 数，并将表示检测结果的信号传输到发动机ECU200。根据车轮的转数， 发动机ECU200计算车辆速度。点火开关312由驾驶员开启，以起动发动 机100。
发动机ECU200使用从各个传感器和点火开关312传输的信号以及存 储在存储器202中的映射图和程序，来进行控制设备的操作，使得发动机100达到所期望的驱动状况。
在本实施例中，使用从爆震传感器300传输的信号和曲轴转角，发动
机ECU200在预定的爆震检测距离(从预定第一曲轴转角到预定第二曲轴 转角的区间)检测发动机100的振动的波形(以下，该振动的波形也将简 称为"振动波形")，并根据所检测到的振动波形判定发动机100是否发 生爆震。本实施例的爆震检测距离是在燃烧行程中从上死点(0° )到 90° 。注意，爆震检测距离不限于此。
当发动机发生爆震时，发动机100发生振动，振动的频率在由图2中 的实线表示的频率附近。即，当发动机100发生振动时，发生振动的频率 包括在第一频带A、第二频带B、第三频带C和第四频带D中。在图2 中，CA表示曲轴转角。包括因爆震引起的振动的频率的频带的数量不限于 四个。
在这些频带中，第四频带D包括由图2中的点划线表示的、发动机 100自身的共振频率。不管是否有爆震，共振频率的振动都产生。
因而，在本实施例中，基于不包括共振频率的第一至第三频带A至C 的振动幅度检测振动波形。用在检测振动波形中的频带数量不限于三个。 注意。在受发动机自身共振或者机械噪声影响较小的发动机中，可以不必 选择频带。至于提取频带的方法，可以采用任何公知的方法。所检测到的 振动波形与后述的爆震波形模型进行比较。
为了判定是否发生了爆震，发动机ECU200的存储器202存储爆震波 形模型。爆震波形模型是如图3中的虚线所示、发动机100发生爆震的振 动波形的模型。
在爆震波形模型中，振动大小由无量纲数字0至1表示，并不唯一地 对应于曲轴转角。更具体地，对于本实施例的爆震波形模型，尽管确定了 振动的幅度在振动幅度的峰值之后随着曲轴转角增大而减小，但是不确定 振动幅度为峰值时的曲轴转角。在本实施例中，爆震波形模型存储在存储 器202中，且振动幅度为峰值时的曲轴转角设定为零。
爆震波形模型是第一到第三频带A至C的合成波(实线)的振幅(振 动幅度)的包络线。计算包络线的方法不受特定的限制，可以用任何公知
的方法计算。例如，其可以通过每隔预定转角对振幅进行积分来计算，或 者其可以使用均方根(RMS)或者希耳伯特包络来计算。在本实施例中，
通过每隔五度(5° )对通过实验等获得的波形的第一至第三频带A至C
的每个的振幅进行积分，并通过将第一至第三频带的积分值进行合成来计 算包络线。
在本实施例中，参照图4，在通过实验获得的波形中，例如，将从转 角a (1)到转角a (2)的区间(虚线)的波形设定为爆震波形模型，其 中转角。(1)对应于爆震产生的振动幅度的峰值，转角a (2)从转角a (1)前进预定的转角。爆震波形模型不限于此区间。例如，转角a (1) 和a (2)可以都大于或者小于对应于振动波形峰值的转角，覆盖爆震引起 的振动的上升部分或者衰减部分中任一者的波形可以设定为爆震波形模 型。可选地，覆盖因爆震引起的振动的上升部分和衰减部分中至少一者的 波形可以设定为爆震波形模型。
爆震模型是这样的获得的进行实验等强制发动机100爆震，检测发 动机100的振动波形，根据此波形形成爆震波形模型，然后将其进行预先 存储。
注意，爆震波形模型不具体地限制为如上所述所检测到的与爆震相对 应的振动的、第一至第三频带A至C的合成波的振幅的包络线。例如，可 以基于预定的衰减率、通过规定与爆震相对应的振动的衰减部分的近似波 形的方程式计算爆震波形模型。具体地，参照图5，与爆震相对应的振动 的衰减波形能够近似地用指数函数式表示(振动大小)=exp (—入X 曲轴转角)，其中A表示衰减率(对数衰减率)。因而，仅仅衰减率入 和上述式必须预先存储在存储器202中。同样以此方式，可以形成对应于 图4所示的从转角a (1)到转角a (2)的区间的波形的爆震波形模型， 其中转角a (1)对应于振动的峰值，转角a (2)从转角a (1)前进预定 的转角。可以用不同的方法形成爆震波形模型。
发动机ECU200比较所检测到的波形与所存储的爆震波形模型，并判 定发动机IOO是否发生爆震。
在本实施例中，图6所示的从转角P (1)到转角P (2)的区间用
作用于判定爆震波形模型的区间，其中转角3 (1)对应于由爆震传感器 300检测的波形的峰值，转角3 (2)从转角3 (1)前进预定的转角。判 定区间限定在爆震检测距离内，并对应于上述的爆震判定模型的设定区 间。
发动机ECU200计算由爆震传感器300检测的波形的第一至第三频率 的合成波(实线)的振幅的包络线(虚线)。计算包络线的方法与针对爆 震波形模型的方法相同，因而，其详细描述将不再重复。
本发明的特征在于发动机ECU基于存储在存储器202中的爆震波形 模型和所检测到的波形之间的比较结果来判定在发动机100中是否发生爆 震。
注意，在本实施例中，爆震波形模型包括对应于发动机100的工作状 态的多个爆震波形模型。如图7A至图7C所示，取决于发动机100的曲轴 IIO的转数，与爆震相对应的振动波形示出不同的趋势。尤其是，图7A至 图7C所示的波形的衰减部分随着转数变高而变更缓和。与爆震相对应的 振动的峰值之后的衰减具有依赖于曲轴转角的分量和依赖于实时时间的分 量。因而，当曲轴IIO高速旋转(伴随转数较高)，依赖于实时时间的分 量的影响相对增大，依赖于曲轴转角的分量的影响减小，由此波形的衰减 区域更缓和。
参考图9，将描述在根据本实施例的爆震判定设备中由发动机200执 行的程序控制结构。
在步骤(以下简称为"S" ) 100，发动机ECU200根据从爆震传感器 300传输的信号检测发动机100的振动幅度。振动幅度由爆震传感器300 输出的电压值表示。注意，振动幅度可以由与从爆震传感器300输出的电 压值相对应的值表示。在燃烧行程中，在从上死点到90°曲轴转角之间的 转角对振动幅度进行检测。
在S102，发动机ECU200每隔五度的曲轴转角对从爆震传感器300输 出的电压值(即，表示振动幅度)进行积分计算(以下还称为"积分 值")。针对第一至第三频带A至C的每个的振动计算积分值。
在S104，发动机ECU200将相应频带的振动波形进行合成。具体地，
根据所计算的积分值，将第一至第三频带A至C的振动的积分值进行合 成。因而，检测发动机100的振动波形的振幅的包络线。
在S106,发动机ECU200使用合成振动波形的积分值的最大值对波形 进行归一化。此处，对波形进行归一化意思是例如将各积分值除以所检测 到的波形中积分值的最大值，使得振动幅度由无量纲数字0至l表示。每 个积分值的除数不限于积分值的最大值。
在S108，发动机ECU200设定爆震波形模型。具体地，发动机 ECU200感测从曲轴位置传感器306接收到的曲轴110的转数，并设定对 应于所感测转数的爆震波形模型。例如，诸如图9所示的映射图预先存储 在存储器202中，ECU可以从该映射图插值计算对应于所感测的转数的爆 震波形模型。
可选地，当参照图5所述用预定衰减率人和指数函数式计算的近似 波形用作爆震波形模型时，如图10A所示对应于每隔1000转的转数的衰 减率A的值可以作为映射图存储在存储器202中，可以插值计算与爆震 相对应的波形模型、与从曲轴位置传感器306接收的曲轴110的转数一致 的率减率A,从而设定爆震波形模型。可选地，诸如图10B所示的映射图 可以预先存储在存储器202中，可以从映射图计算对应于所感测的转数的 衰减率A的值，以设定爆震波模型，或者衰减率A可以存储为函数。具 体地，可以预先存储衰减率X=fl (转数Ne)的函数式，并基于所感测 的转数Ne计算衰减率入。
此外，尽管已经在本实施例中描述了基于转数计算衰减率入的值， 但是可以不基于转数来计算。例如，取决于发动机100的负荷率，与爆震 相对应的振动的波形也趋于不同。负荷率表示实际进气量相对于发动机 100满负荷时的进气量的比率。因而，能够基于由设置在发动机100的进 气系统中的空气流量计(未示出)所感测的进气量计算负荷率。
如图9B所示，与爆震相对应的振动波形的衰减部分随着发动机100 的曲轴上的负荷增大(负荷率增大)而变缓和，并随着负荷减小(负荷率 减小)而变陡。
因而，如图9B所示的、表示负荷率KL和衰减率之间的关系的映射图
可以存储在存储器202中，并通过从发动机100的进气量检测负荷率，可 以从该映射图计算对应于所感测的负荷率的衰减率入的值，从而设定爆 震波形模型。
该映射图不限于图9B所示的映射图，可以存储如图10B所示的、负 荷率代替转数Ne作为横轴的映射图。可选地，衰减率入可以存储为发动 机100的负荷率KL的函数。具体地，可以预先存储衰减率A 二f2 (负荷 率KL)的函数式，并基于所感测的负荷率KL计算衰减率入。
可选地，衰减率入可以存储为发动机100的转数Ne和负荷率KL的 函数。具体地，可以预先存储衰减率A 二f3 (转数Ne，负荷率KL)的函 数式，并可以基于所感测的转数NE和所感测的负荷率KL计算衰减率入。 可以预先存储衰减率入、转数Ne和负荷率KL的三维映射图(未示出)， 并可以基于所感测的转数NE和所感测的负荷率KL计算衰减率入。
在SllO，发动机ECU200计算相关系数K，该相关系数K是关于归 一化的振动波形和爆震波形模型之间偏差的值。使归一化的振动波形的最 大振动幅度时刻与爆震波形模型的最大振动幅度时刻一致，同时针对每个 (每隔五度)曲轴转角计算归一化的振动波形和爆震波形模型之间的偏差 绝对值(或者偏离量)，由此获得相关系数K。
当我们用AS (I)(其中I是自然数)表示每个曲轴转角的归一化振 动波形和爆震波形模型之间的偏差绝对值，用S表示将爆震波形模型的振 动幅度相对于曲轴转角进行积分的值(即，爆震波形模型的面积)时，于
是由式k= (s—i:as a) ) /s计算相关系数k，其中，i:as (i)表示
从上死点到90°的AS (I)之和。注意，可以用不同的方法计算相关系数 K。
在S112，发动机ECU200计算爆震强度N。当我们用P表示所计算的 积分值的最大值，用BGL (Back Ground Level)表示发动机100不发生爆 震时发动机100的振动幅度的值时，由式N^PXK/BGL计算爆震强度N。 BGL存储在存储器202中。注意可以用不同的方法计算爆震强度N。
在SI 14，发动机ECU200判定爆震强度N是否大于预定的基准值。 如果爆震强度N大于预定基准值(在S114中为是)，控制进行到S116。 否则(在S114为否)，控制进行到S120。
在S116，发动机ECU200判定发动机IOO发生爆震。在S118，发动 机ECU200延迟点火。在S120，发动机ECU200判定发动机IOO不发生爆 震。在S126，发动机ECU200提前点火。
将描述基于上述构造和流程图、本实施例的爆震判定设备的发动机 ECU200的工作。
当驾驶员开启点火开关312，发动机100起动时，根据从爆震传感器 300传输的信号检测发动机100的振动幅度(S100)。
在燃烧行程的上死点到90°的范围，针对第一至第三频带A至C的 每个的相应振动计算每隔五度的积分值(S102)。然后在所计算的积分值 中，将第一至第三频带A至C的振动的积分值合成在一起(S104)。因 而，将发动机100的振动波形检测为第一至第三频带A至C的振动的合成
、、 由于使用每隔五度的积分值来检测振动波形，所以可以检测细微变化 受到抑制的振动波形。在这样检测的振动波形的积分值中，最大积分值用 来对波形进行归一化(S106)。
此处，假定每个积分值除以从转角P (1)到5°的积分值，且对振 动波形进行归一化。通过归一化，振动波形的振动大小由无量纲数字0至 1表示。因而，不管振动幅度如何，所检测到的振动波形能够与爆震波形 模型进行比较。这能够消除存储大量的对应于振动幅度的爆震波形模型的 必要性，因而便于准备爆震波形模型。
设定与由曲轴位置传感器306感测的曲轴110的转数相对应的爆震波 形模型(S108),并如图11所示，使归一化的振动波形的最大振动幅度 时刻与爆震波形模型的最大振动幅度时刻一致，同时针对每个曲轴转角计 算归一化的振动波形和爆震波形模型之间的偏差绝对值AS (I)(阴影部分)。
使用AS (I)的总和EAS (I)和表示爆震波形模型的振动幅度相对 于曲轴转角进行积分的值S来计算相关系数K二 (S—EAS (I) ) /S (S110)。这允许用数值表示所检测到的振动波形和爆震波形模型之间的
一致程度，因而允许进行客观的判定。
所计算的相关系数K与最大积分值P的乘积除以BGL，以计算爆震
强度N (S112)。因而，使用振动幅度和所检测到的振动波形与爆震波形 模型之间的一致程度，能够更详细地分析发动机100的振动是否由爆震引 起的。此处，假定相关系数K与从转角P (1)前进到5°的积分值的乘 积除以BGL以计算爆震强度N。
如果爆震强度N大于预定基准值(在S114中为是)，则判定发动机 发生爆震(S116)，并延迟点火(S118)以抑制爆震。
如果爆震强度N不大于预定基准值(在S114中为否)，则判定发动 机没有发生爆震(S120)，并提前点火(S122)。
如上所示，在根据本实施例的爆震判定设备中，发动机ECU基于从 爆震传感器传输的信号检测发动机的振动波形，并通过比较振动波形和爆 震波形模型，计算相关系数。例如，通过实验等准备表示发生爆震时振动 波形且对应于发动机速度的多个爆震波形模型，并预先将其存储。通过比 较所检测到的波形和所存储的多个爆震波形模型中与所感测的发动机速度 相对应的波形进行比较，可以判定是否已经发生爆震。因而，可以通过存 储对应于发动机速度的多个爆震波形模型，并和所检测到的波形比较，可 以提供一种能够精确地判定在内燃机中是否发生爆震的爆震判定设备。
此外，通过比较爆震波形模型与包括振动波形的上升部分和衰减部分 中至少一者的波形，能够高精度地判定爆震特有的波形的形状。
此外，通过比较爆震波形模型与覆盖包括峰值的振动波形的衰减部分 的波形，且限定判定区间的转角3 (1)设定为与振动波形的峰值相对应 的转角，由于包括峰值的部分的波形的信号输出较大，能够高精度地判定 爆震特有的波形的形状。
通过仅仅将与爆震相对应的振动的特征部分存储为爆震波形模型，能 够减小预先存储的数据量。
当根据预定的衰减率近似计算与爆震对应的振动的峰值之后的衰减波 形时，所需做的仅仅是存储衰减率和方程式。因而，能够减小预先存储的 数据量。当存储多个衰减率时，可以通过比较所检测到的波形和根据与内
燃机的工作状态相对应的衰减率得到的波形来高精度地判定是否发生爆 震。
在前面的描述中，假定根据发动机的工作状态设定多个爆震波形模 型。然而，爆震波形模型可以作为一个具有爆震特有的形状且不管内燃机 的类型或者工作状态如何而不变化的波形存储在存储器中。通过这样的方 法，可以不必根据内燃机的类型和工作状态存储多个爆震波形模型，因 而，能够减小预先要存储的数据量。此外，由于不必根据内燃机的类型和 工作状态设定多个爆震波形模型，能够减小设定所需的时间。
此外，在本实施例中，通过计算爆震波形模型和所检测到的波形的形 状的相关系数来将两者进行比较，判定所检测到的波形是否表示与爆震相 对应的振动，但是这样的方法不受限制，可以使用任何其它方法，只要两 者之间的类似性能够数值化即可。例如，通过使图案一致的方法可以获得 表示爆震波形模型和所检测到的波形之间类似性的数值，因而可以判定所 检测到的波形是否是与爆震相对应的振动。使图案一致的具体方法已经公 知，因而此处不对其进行详细描述。
应该理解到，此处公开的实施例在各个方面是示例性和非限制性。本 发明的范围由权利要求项限定，而不是以上描述，并意在包括该范围和与 权利要求项等同的意义内的任何修改。
权利要求
1.一种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括曲轴转角检测单元(306)，其检测所述内燃机(100)的曲轴转角；波形检测单元(300)，其检测预定的曲轴转角之间所述内燃机(100)的振动波形；存储单元(202)，其预先存储一个波形，所述波形表示与爆震相对应的振动波形，且不管所述内燃机(100)的类型和工作状态如何都不变化；以及判定单元(200)，其基于所述检测到的波形和存储在所述存储单元(202)中的所述波形之间的比较结果来判定在所述内燃机(100)中是否发生爆震。
2. 根据权利要求1所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 存储在所述存储单元(202)中的所述波形是第一转角和第二转角之间的区间的波形；并且所述第一和第二转角都大于或者都小于与振动波形的峰值相对应的转角。
3. 根据权利要求1所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 存储在所述存储单元(202)中的所述波形是第一转角和第二转角之间的区间的波形；并且所述区间包括与振动波形的峰值相对应的转角。
4. 根据权利要求3所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 所述第一转角是与所述振动波形的峰值相对应的转角。
5. 根据权利要求4所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 所述第二转角是从所述第一转角前进了预定转角的转角。
6. —种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括 曲轴转角检测单元(306)，其检测所述内燃机(100)的曲轴转角； 波形检测单元(300)，其检测预定的曲轴转角之间所述内燃机(100)的振动波形； 存储单元(202)，其预先存储所述内燃机(100)的多个振动波形， 所述振动波形与所述内燃机(100)的工作状态相对应；以及判定单元(200)，其基于所述检测到的波形与存储在所述存储单元 (202)中的所述多个波形中与所述内燃机(100)的工作状态相对应的波 形之间的比较结果来判定在所述内燃机(100)中是否发生爆震。
7. 根据权利要求6所述的用于内燃机的爆震判定设备，还包括-转数感测单元(306)，其感测所述内燃机(100)的输出轴(110)的转数；其中，所述存储单元(202)预先存储与所述转数相对应的多个振动波形；并且所述判定单元(200)基于所述检测到的波形与存储在所述存储单元 (202)中的与所述感测到的转数相对应的波形之间的比较结果来判定在 所述内燃机(100)中是否发生爆震。
8. 根据权利要求6所述的用于内燃机的爆震判定设备，还包括 负荷率感测单元，其感测所述内燃机(100)的负荷率；其中， 所述存储单元(202)预先存储与所述负荷率相对应的多个振动波形；并且所述判定单元(200)基于所述检测到的波形与存储在所述存储单元 (202)中的与所述感测到的负荷率相对应的波形之间的比较结果来判定 在所述内燃机(100)中是否发生爆震。
9. 根据权利要求6所述的用于内燃机的爆震判定设备，还包括 转数感测单元(306)，其感测所述内燃机(100)的输出轴(110)的转数；以及负荷率感测单元，其感测所述内燃机(100)的负荷率；其中， 所述存储单元(202)预先存储与所述转数和所述负荷率相对应的多个振动波形；并且所述判定单元基于所述检测到的波形与存储在所述存储单元(202)中的与所述感测到的转数和所述感测到的负荷率相对应的波形之间的比较结果来判定在所述内燃机(100)中是否发生爆震。
10. 根据权利要求6所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 存储在所述存储单元(202)中的所述波形是第一转角和第二转角之间的区间的波形；并且所述第一和第二转角都大于或者都小于与振动波形的峰值相对应的转角。
11. 根据权利要求6所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 存储在所述存储单元(202)中的所述波形是第一转角和第二转角之间的区间的波形；并且所述区间包括与振动波形的峰值相对应的转角。
12. 根据权利要求11所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中，所述第一转角是与所述振动波形的峰值相对应的转角。
13. 根据权利要求12所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 所述第二转角是从所述第一转角前进了预定转角的转角。
14. 一种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括曲轴转角检测单元(306)，其检测所述内燃机(100)的曲轴转角； 波形检测单元(300)，其检测预定的曲轴转角之间所述内燃机 (100)的振动波形；存储单元(202)，其预先存储与爆震相对应的振动波形的振幅的包 络线；以及判定单元，其基于所述检测到的波形与所述存储的包络线之间的比较 结果来判定在所述内燃机(100)中是否发生爆震。
15. 根据权利要求14所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 存储在所述存储单元(202)中的所述波形是第一转角和第二转角之间的区间的波形；并且所述第一转角是与所述振动波形的峰值相对应的转角。
16. 根据权利要求15所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 所述第二转角是从所述第一转角前进了预定转角的转角。
17. —种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括 曲轴转角检测单元(306)，其检测所述内燃机(100)的曲轴转角； 波形检测单元(300)，其检测预定的曲轴转角之间所述内燃机 (100)的振动波形；存储单元(202)，其预先存储在与所述内燃机(100)的振动波形的 峰值相对应的转角之后的预定的衰减率；以及判定单元，其基于所述检测到的波形与从所述存储的衰减率得到的波形之间的比较结果来判定在所述内燃机(100)中是否发生爆震。
18. 根据权利要求17所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 存储在所述存储单元(202)中的所述波形是第一转角和第二转角之间的区间的波形；并且所述第一转角是与所述振动波形的峰值相对应的转角。
19. 根据权利要求18所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 所述第二转角是从所述第一转角前进了预定转角的转角。
20. —种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括 曲轴转角检测装置(306)，其用于检测所述内燃机(100)的曲轴转角；波形检测装置(300)，其用于检测预定的曲轴转角之间所述内燃机 (100)的振动波形；存储装置(202)，其用于预先存储一个波形，所述波形表示与爆震 相对应的振动波形，且不管所述内燃机(100)的类型和工作状态如何都 不变化；以及判定装置，其用于基于所述检测到的波形和存储在所述存储装置 (202)中的所述波形之间的比较结果来判定在所述内燃机(100)中是否 发生爆震。
21. 根据权利要求20所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 存储在所述存储装置(202)中的所述波形是第一转角和第二转角之间的区间的波形；并且所述第一和第二转角都大于或者都小于与振动波形的峰值相对应的转角。
22. 根据权利要求20所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 存储在所述存储装置(202)中的所述波形是第一转角和第二转角之 间的区间的波形；并且所述区间包括与振动波形的峰值相对应的转角。
23. 根据权利要求22所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中，所述第一转角是与所述振动波形的峰值相对应的转角。
24. 根据权利要求23所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 所述第二转角是从所述第一转角前进了预定转角的转角。
25. —种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括 曲轴转角检测装置(306)，其用于检测所述内燃机(100)的曲轴转角；波形检测装置(300)，其用于检测预定的曲轴转角之间所述内燃机 (100)的振动波形；存储装置(202)，其用于预先存储所述内燃机(100)的多个振动波 形，所述振动波形与所述内燃机(100)的工作状态相对应；以及判定装置，其用于基于所述检测到的波形与存储在所述存储装置 (202)中的所述多个波形中与所述内燃机(100)的工作状态相对应的波 形之间的比较结果来判定在所述内燃机(100)中是否发生爆震。
26. 根据权利要求25所述的用于内燃机的爆震判定设备，还包括 转数感测装置(306)，其用于感测所述内燃机(100)的输出轴(110)的转数；其中，所述存储装置(202)包括用于预先存储与所述转数相对应的多个振 动波形的装置；并且所述判定装置包括这样的装置，所述装置用于基于所述检测到的波形 与存储在所述存储装置(202)中的与所述感测到的转数相对应的波形之 间的比较结果来判定在所述内燃机(100)中是否发生爆震。
27. 根据权利要求25所述的用于内燃机的爆震判定设备，还包括 负荷率感测装置，其用于感测所述内燃机(100)的负荷率；其中， 所述存储装置(202)包括用于预先存储与所述负荷率相对应的多个振动波形的装置；并且 所述判定装置包括这样的装置，所述装置用于基于所述检测到的波形 与存储在所述存储装置(202)中的与所述感测到的负荷率相对应的波形 之间的比较结果来判定在所述内燃机(100)中是否发生爆震。
28. 根据权利要求25所述的用于内燃机的爆震判定设备，还包括 转数感测装置(306)，其用于感测所述内燃机(100)的输出轴(110)的转数；以及负荷率感测装置，其用于感测所述内燃机(100)的负荷率；其中，所述存储装置(202)包括用于预先存储与所述转数和所述负荷率相对应的多个振动波形的装置；并且所述判定装置包括这样的装置，所述装置用于基于所述检测到的波形与存储在所述存储装置(202)中的与所述感测到的转数和所述感测到的 负荷率相对应的波形之间的比较结果来判定在所述内燃机(100)中是否 发生爆震。
29. 根据权利要求25所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 存储在所述存储装置(202)中的所述波形是第一转角和第二转角之间的区间的波形；并且所述第一和第二转角都大于或者都小于与振动波形的峰值相对应的转角。
30. 根据权利要求25所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 存储在所述存储装置(202)中的所述波形是第一转角和第二转角之间的区间的波形；并且所述区间包括与振动波形的峰值相对应的转角。
31. 根据权利要求30所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 所述第一转角是与所述振动波形的峰值相对应的转角。
32. 根据权利要求31所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 所述第二转角是从所述第一转角前进了预定转角的转角。
33. —种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括 曲轴转角检测装置(306)，其用于检测所述内燃机(100)的曲轴转角； 波形检测装置(300)，其用于检测预定的曲轴转角之间所述内燃机 (100)的振动波形；存储装置(202)，其用于预先存储与爆震相对应的振动波形的振幅 的包络线；以及判定装置，其用于基于所述检测到的波形与所述存储的包络线之间的 比较结果来判定在所述内燃机(100)中是否发生爆震。
34. 根据权利要求33所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 存储在所述存储装置(202)中的所述波形是第一转角和第二转角之间的区间的波形；并且所述第一转角是与所述振动波形的峰值相对应的转角。
35. 根据权利要求34所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 所述第二转角是从所述第一转角前进了预定转角的转角。
36. —种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括 曲轴转角检测装置(306)，其用于检测所述内燃机(100)的曲轴转角；波形检测装置(300)，其用于检测预定的曲轴转角之间所述内燃机 (100)的振动波形；存储装置(202)，其用于预先存储在与所述内燃机(100)的振动波 形的峰值相对应的转角之后的预定的衰减率；以及判定装置，其用于基于所述检测到的波形与从所述存储的衰减率得到 的波形之间的比较结果来判定在所述内燃机(100)中是否发生爆震。
37. 根据权利要求36所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 存储在所述存储装置(202)中的所述波形是第一转角和第二转角之间的区间的波形；并且所述第一转角是与所述振动波形的峰值相对应的转角。
38. 根据权利要求37所述的用于内燃机的爆震判定设备，其中， 所述第二转角是从所述第 一转角前进了预定转角的转角。
39. —种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括 曲轴转角检测传感器(306)，其检测所述内燃机(100)的曲轴转 角；波形检测传感器(300)，其检测预定曲轴转角之间的所述内燃机(100)的振动波形；以及 ECU;其中，所述ECU预先存储一个波形，所述波形表示与爆震相对应的振动波 形，且不管所述内燃机(100)的类型和工作状态如何都不变化，并且基于所述检测到的波形和所述存储的波形之间的比较结果来判定在所 述内燃机(100)中是否发生爆震。
40. —种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括 曲轴转角检测传感器(306)，其检测所述内燃机(100)的曲轴转角；波形检测传感器(300)，其检测预定曲轴转角之间的所述内燃机 (100)的振动波形；以及 ECU;其中，所述ECU预先存储所述内燃机(100)的多个振动波形，所述振动波 形与所述内燃机(100)的工作状态相对应，并且基于所述检测到的波形与所述存储的多个波形中与所述内燃机 (100)的工作状态相对应的波形之间的比较结果来判定在所述内燃机 (100)中是否发生爆震。
41. 一种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括 曲轴转角检测传感器(306)，其检测所述内燃机(100)的曲轴转角；波形检测传感器(300)，其检测预定的曲轴转角之间所述内燃机 (100)的振动波形；以及 ECU;其中，所述ECU预先存储与爆震相对应的振动波形的振幅的包络线，并且 基于所述检测到的波形与所述存储的包络线之间的比较结果来判定在 所述内燃机(100)中是否发生爆震。
42. —种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括.- 曲轴转角检测传感器(306)，其检测所述内燃机(100)的曲轴转角；波形检测传感器(300)，其检测预定的曲轴转角之间所述内燃机(100)的振动波形；以及 ECU;其中，所述ECU预先存储在与所述内燃机(100)的振动波形的峰值相对应 的转角之后的预定的衰减率，并且基于所述检测到的波形与从所述存储的衰减率得到的波形之间的比较 结果来判定在所述内燃机(100)中是否发生爆震。
全文摘要
发动机ECU执行包括以下步骤的程序设定与由曲轴位置传感器感测的发动机速度相对应的爆震波形模型(S108)；基于所检测到的波形和所设定的爆震波形模型的比较结果计算爆震强度N；当爆震强度N大于预定基准值时(在S114中为是)，判定爆震已经发生(S116)；当爆震强度N不大于预定基准值(在S114中为否)，判定爆震还未发生(S120)。
文档编号G01L23/22GK101184980SQ20068001428
公开日2008年5月21日 申请日期2006年4月25日 优先权日2005年4月26日
发明者大原康司, 大江修平, 岩出纯, 神尾茂, 竹村优一, 笠岛健司, 金子理人 申请人:丰田自动车株式会社;株式会社电装;株式会社日本自动车部品综合研究所