内燃机的控制装置制造方法

内燃机的控制装置制造方法
【专利摘要】一种内燃机的控制装置。以往使用不同的传感器采用不同的检测机制来检测爆燃或失火，因此存在控制装置(1)内的运算负荷增大的课题。此外，从内燃机的提高效率的观点来看，在减小使点火时期延迟的方向上的余地方面有效，因此需要检测轻度爆燃。采用离子传感器来检测在燃烧室内产生的燃烧离子，对该离子信号进行积分并求得积分信号，将该积分信号与失火判定值以及基于对过去的规定循环数的积分信号进行平均化后得到的信号的爆燃判定值进行比较来判定爆燃以及失火。采用相同的离子传感器检测失火以及爆燃，采用相同的判定功能逻辑进行判定处理，能够减轻运算负荷，而且通过爆燃判定阈值的设定能检测轻度爆燃，因此能够实现点火时期控制的高精度化。
【专利说明】内燃机的控制装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及内燃机的控制装置，尤其涉及通过将汽缸内的燃烧状态作为离子信号 进行检测从而能够正确地估计内燃机的爆燃（knock)状态和失火状态的内燃机的控制装 置。

【背景技术】
[0002] 近年来，由于机动车的燃料耗费量增大，需要尝试改善内燃机的燃烧效率。该改善 技术之一为高压缩比化，通过提高内燃机的压缩比来提高内燃机的热效率这一点在理论上 已被证明。
[0003] 在使用了汽油的火花点火式的内燃机中压缩比为10左右，在柴油式的内燃机中 压缩比被设定为18左右，可以说柴油式的内燃机与火花点火式的内燃机相比热效率高。在 使用了汽油的火花点火式的内燃机中，如果为了提高燃烧效率而增大压缩比，则随着该压 缩比的增加而容易产生爆燃（或者称作爆震（knocking))之类异常燃烧，因此可以说在高 压缩比化中也自然而然地存在界限。
[0004] 作为对该爆燃进行抑制的技术提出以下方法：通过利用废气再次循环技术（通常 称作EGR)，将废气反流到吸气侧并再次导入到燃烧室来缓慢地进行燃烧，从而减少爆燃。
[0005] 这种方法以以下情况作为目标：通过将EGR气体中所包括的二氧化碳或氧化氮等 惰性成分较多地获取到燃烧室中，使相对于空气对燃烧没有贡献的动作气体量增大，从而 燃烧反应变得缓慢，通过减小燃烧速度从而抑制爆燃的产生。
[0006] 高压缩比的内燃机中也通过采用废气再次循环技术，能够抑制爆燃的产生，因此 能将压缩比提高到14左右。此外，该方法也能适用于高增压内燃机中。
[0007] 另一方面，将该EGR气体再次导入并使其燃烧的方法，如果使EGR气体进入规定量 以上而过量，则由于火花塞所引起的点燃性的恶化或燃烧速度的降低等从而燃烧在中途中 断，或者产生不开始燃烧等燃烧不良情况，其结果，会报告燃烧的质量变差，燃烧循环中的 燃烧质量的偏差变大的情况。
[0008] 因此，为了利用废气再次循环技术来将内燃机高压缩比化，需要作为异常燃烧的 爆燃的探测、以及成为燃烧偏差主要原因的失火的探测。如果不避开至少这些爆燃和失火， 则难以将内燃机高压缩比化。
[0009] 作为这种异常燃烧的爆燃的探测、以及对成为燃烧偏差主要原因的失火进行探测 的方法，如JP特开平11-159431号公报（专利文献1)中所记载的那样，提出在点火线圈内 判定失火或爆燃并将该判定结果输出到控制装置侧的技术。
[0010] 根据该技术，单独设置失火的检测电路、爆燃的检测电路，将各个检测结果作为电 压值，例如失火时为输出5V、通常燃烧中输出2. 5V、爆燃中输出0V，控制装置能够根据该电 压值判定失火或爆燃。
[0011] 现有技术文献
[0012] 专利文献
[0013] 专利文献1 :JP特开平11-159431号公报


【发明内容】

[0014] 发明所要解决的课题
[0015] 首先，在对本发明进行说明之前根据附图对现有的爆燃检测方法及其课题进行说 明。图1表示内燃机的控制装置的结构，采用该图对现有的爆燃探测方法和失火探测手法 进行说明。
[0016] 此外，在此进行与爆燃和失火相关的说明，关于图1在后面对发明的实施例进行 说明时进一步详细地进行说明。
[0017] 图1中，参照序号9为爆燃传感器，该爆燃传感器9为将伴随着在燃烧室内产生的 爆燃的压力振动捕捉为内燃机的汽缸体的机械振动的传感器。
[0018] 该爆燃传感器9不仅检测出爆震所引起的振动，而且还检测出传递到内燃机的汽 缸体的各种机械振动，控制装置1对所检测出的振动进行频率分析而仅提取爆燃成分，来 判定有无爆燃。
[0019] 参照序号11为在与活塞12的运动同步的曲柄轴中装配的缺齿金属板，例如每隔 曲柄角度6。而配置60个齿。参照序号10为曲柄角度传感器，对缺齿金属板11的齿进行 检测并将角度信号和基准信号发送到控制装置1。在控制装置1内，基于该信号算出曲柄角 度和内燃机的转速。这些算出值被用于内燃机的各种致动器的控制或燃料喷射阀4的喷射 控制、火花塞7的点火控制。
[0020] 如果产生失火，则表现为燃烧循环的转速的微小变化，因此采用算出该转速的变 化（角速度）来判定为失火的手法。
[0021] 如上那样，在爆燃的检测中对爆燃传感器的信号进行频率分析来探测爆燃产生， 此外为了检测失火而根据来自缺齿金属板的角度信号来求得角度差从而对失火进行探测。 以上所说明的两种检测手法使用不同的传感器并采用不同的检测机制来检测爆燃和失火， 因此存在在控制装置1内的运算负荷大的课题。
[0022] 此外，如上述那样在专利文献1中记载的技术中，提出了在点火线圈内求得与失 火或爆燃相对应的信号输出并输出到控制装置侧的简单的结构。即，设置失火的检测电路、 爆燃的检测电路，将各个检测结果作为电压值，在失火时输出5V、通常燃烧中输出2. 5V、爆 燃中输出0V，在控制装置中根据该电压值来判定失火和爆燃。但是，专利文献1中记载的技 术仅判定有无爆燃，不能对爆燃强度的连续的变化进行检测。
[0023] 因此，现状是不能检测通常燃烧（没有爆燃）与作为重度爆燃的中间状态的"轻度 爆燃（trace knock)"这样的状态，从用于提高燃料耗费量的最优控制的观点来看可以说并 不充分。
[0024] 进而，为了提高燃料耗费量，期望内燃机的点火时期设定在最优点火时期 "MBT(Minimum spark advance for Best Torque)"附近，但通常为了防止爆燃产生，在使点 火时期相对于MBT定时发生延迟的方向上具有余地来设定点火时期的情况较多。从内燃机 的效率提高的观点来看减小使点火时期发生延迟的方向上的余地是有效的，但是为此需要 检测轻度爆燃（无爆燃的通常燃烧与重度爆燃之间的区域）。
[0025] 本发明的主要目的在于提供一种能够采用运算负荷少的相同的判定功能逻辑来 判定失火的检测和爆燃的检测，而且能够检测轻度爆燃的内燃机的控制装置。
[0026] 用于解决课题的手段
[0027] 本发明的特征在于，采用离子传感器来检测燃烧室内产生的燃烧离子，对该离子 信号进行积分而求得积分信号，将该积分信号与失火判定值、以及基于对过去的规定循环 数的积分信号进行平均化而得到的信号的爆燃判定值进行比较来判定爆燃以及失火。
[0028] 发明效果
[0029] 根据本发明，能够采用相同的离子传感器检测内燃机燃烧的失火状态以及爆燃状 态，采用相同的判定功能逻辑进行判定处理，从而能够减轻运算负荷，而且通过爆燃判定阈 值的设定能够检测轻度爆燃，因此能实现点火时期控制的高精度化。

【专利附图】

【附图说明】
[0030] 图1为应用本发明的内燃机的控制装置的内燃机系统的结构图。
[0031] 图2为表示本发明的一实施例的内燃机的控制装置的结构以及输入输出关系的 结构图。
[0032] 图3为表示汽缸内的燃烧所产生的离子信号的测定结果的离子信号测定结果图。
[0033] 图4为用于对点火信号和离子信号的产生状况、使用离子信号的区域进行说明的 特性图。
[0034] 图5为用于说明离子信号积分值与内燃机转矩之间的关系的特性图。
[0035] 图6为用于说明离子信号积分值与爆燃强度之间的关系的特性图。
[0036] 图7为用于说明失火与爆燃的判定手法的说明图。
[0037] 图8为表示用于实施图2中所示的实施例的控制流程的流程图。
[0038] 图9为表示本发明的其他实施例的内燃机的控制装置的结构以及输入输出关系 的结构图。
[0039] 图10为用于对图9中所示的实施例中的点火信号和离子信号的产生状况、使用离 子信号的区域进行说明的特性图。
[0040] 图11为表示用于实施图9所示的实施例的控制流程的流程图。
[0041] 图12为用于说明离子信号的判定处理的第1时序图。
[0042] 图13为用于说明离子信号的判定处理的第2时序图。
[0043] 图14为用于说明离子信号的判定处理的第3时序图。
[0044] 图15为用于说明离子信号的判定处理的第4时序图。

【具体实施方式】
[0045] 以下，基于附图对本发明的一实施例详细地进行说明，图1表示适用本发明的内 燃机的整体系统。
[0046] 图1中，参照序号1为内燃机的控制装置，输入来自空气量传感器2、离子传感器 8、爆燃传感器9、曲柄角度传感器10或未图示的其他传感器的信号。这些输入信号用于由 内置于控制装置1中的计算机等来计算各种控制致动器的控制量，在此所计算出的控制量 被输出到各控制致动器。
[0047] 具体地来说，将控制信号输出到节流阀3、燃料喷射阀4、吸气可变动阀5、排气可 变动阀6、和对火花塞7施加高电压的点火线圈13。
[0048] 这种致动器的基本的控制等已被公知，因此在此省略详细的说明。接着以下对本 发明的实施例进行说明。
[0049] 实施例1
[0050] 图2为表示本发明的一实施例的内燃机的控制装置（以下，简称为控制装置）的 输入输出信号的处理模块的图。在控制装置1内，基于来自各种传感器的输入信号，在点火 时期运算模块102中算出点火时期，在充电时间运算模块103中算出该点火所需的能量即 一次电流的充电时间，将使这些点火时期和充电时间成对的点火信号14输出到点火线圈 13。
[0051] 点火线圈13由初级线圈13A和次级线圈13B构成，构成为初级线圈13A的上端与 电源连接，下端被输入点火信号14。在此省略一般使用的晶体管等驱动电路的详细记载。
[0052] 次级线圈13B的上端与电源连接，下端与火花塞7连接，如果输入点火信号14,则 对初级线圈13A开始充电，经规定的期间（通常为曲柄角度换算）进行充电。
[0053] 接下来，如果充电期间结束，则随着点火信号14的切断在次级线圈13B中产生高 电压，由于该产生的高电压而对火花塞7飞溅火花从而对汽缸内的混合气体进行点火。
[0054] 通过该火花而对汽缸内形成的燃烧室的混合气体点燃并开始燃烧，通过燃烧室内 的压力增大而按下活塞12,使与活塞12接连的曲柄轴旋转并作为内燃机的旋转输出而取 出。
[0055] 曲柄角度传感器10检测在固定于曲柄轴的缺齿金属板11中形成的齿数，并将该 曲柄轴的转速输入到控制装置1。
[0056] 接下来，如果以下对离子信号的检测的方法进行说明，则通过对燃烧室内的混合 气体进行点燃而产生的燃烧火焰中，存在多个作为中间生成物的离子。来自对该离子进行 检测的离子传感器8的信号被输入到控制装置1，通过离子信号处理单元111判定失火和爆 燃的产生状况。
[0057] 在此，离子信号能够采用各种方式来检测，但在此公开了将离子信号作为电流进 行检测的实施例。将离子信号作为电流来表示的方法公知，因此在此省略说明。
[0058] 在离子信号处理单元111内，首先由离子信号积分处理模块112进行离子信号自 身的积分处理。此时，不经由带通滤波器等，对离子信号进行积分处理。这是用于将通过燃 烧产生的离子成分的总和与燃烧状态相关联对应的前处理。
[0059] S卩，燃烧在整个规定时间连续进行，但即使最初正常地燃烧，在后半部分有时也会 产生燃烧中断的异常燃烧，因此为了检测这种燃烧，也需要在整个燃烧期间对燃烧进行监 视。此外，如后述那样，该燃烧期间也可以不是整个燃烧期间，也可以为通过燃烧的进行而 燃烧压力实际上升并在此后下降的被选择的期间。
[0060] 在此，将从尚子信号积分处理模块112输出的信号称作尚子信号积分值。该尚子 信号积分值被输入到具备由半导体存储器等构成的保存部的离子信号平均值算出处理模 块113中，对在过去的燃烧循环中产生的离子信号的积分值进行数次循环的相加，将该相 加后的积分值除以该循环数，将由此得到的值作为离子信号积分值的平均值输出。
[0061] 将该值称作离子信号的背景水平（该值成为爆燃判定值的基础：background level)，该背景水平被输入到失火/爆燃判定模块115,与此时的离子信号积分值相比较来 判定爆燃的产生状态。关于该失火/爆燃判定模块115内的处理在后面进行叙述。
[0062] 在此，在失火/爆燃判定模块115中用于判定的背景水平的运算中，不使用所判定 的本次的离子信号积分值，而是包括被判定的此前的离子信号积分值的数次循环。因此，所 判定的本次的离子信号积分值被使用于下一次的背景水平的运算中。
[0063] 而且，如果在失火/爆燃判定模块115中判定为产生爆燃，则在爆燃回避控制模 块122中进行使点火时期产生滞后角等处理来回避爆燃，此外如果在失火/爆燃判定模块 115中判定为产生失火，则在失火回避控制模块123中进行使混合气体变浓，或者增加混合 气体量等的处理，来进行回避失火的处理。
[0064] 图3表示从离子传感器8输出的离子信号的测定结果，为了比较，与燃烧室内的压 力波形一起显示。根据图3可以理解，离子信号中存在产生3个峰值的特征。
[0065] 第1峰值8A为离子传感器8被内置于点火线圈7中的情况下所看到的波形，在输 入点火信号14时电流在离子传感器8的检测部中流动并作为离子信号输出。该峰值8A实 际上为在燃烧室内不存在燃烧火焰的定时，需要将该峰值作为噪声进行处理。
[0066] 第2峰值8B为切断点火信号14而在火花塞7的间隙间火花飞溅之后所看到的波 形，虽然在间隙间火花飞溅的期间不能检测离子信号，但检测此后燃烧初期火焰中的离子 成分。但是，难以说该第2峰值8B与燃烧压力没有关联而正确地捕获燃烧，在爆燃或失火 的检测不能使用。
[0067] 第3峰值8C为燃烧火焰在燃烧室整体中进行延燃的过程中所检测到的波形，由于 也与燃烧室内的压力波形完全一致，因此可以说是检测主燃烧部分的火焰中的离子成分。
[0068] 本发明中将该第3峰值8C利用于设定规定的燃烧期间并采用离子信号来估计燃 烧状态由此来判定爆燃或失火中。
[0069] 图4表不点火信号14与离子信号8之间的关系。在时刻T1输入点火信号14并 开始用于在初级线圈13A中积蓄点火能量的充电，但此时观测图3中所说明的噪声波形即 第1峰值8A。该峰值8A如先前所述那样，由于为点火信号所引起的噪声，因此不使用于爆 燃或失火的检测中。
[0070] 在充电时间Λ tl后的时刻T2切断点火信号14,在切断点火信号14之后在时间 Λ t2的期间观测第2峰值8B。但是该峰值8B如上述那样与燃烧压力没有关联而不表示正 确的燃烧状态，因此该峰值8B也不使用于爆燃或失火的检测中。
[0071] 另一方面，从时间Λ t2的经过后的时刻T3到经过时间Λ t3后的时刻T4为止的 第3峰值8C与燃烧压力相关联，因此能较好地表示燃烧状态，在Λ t3的整个期间对该峰值 8C依次进行采样并发送到离子信号积分处理模块112中，在该离子信号积分处理模块112 中算出离子信号积分值。
[0072] 如果将该值设为本次的离子信号积分值S(i)，则在离子信号平均值算出处理模块 113中将内部蓄积的过去的离子信号积分值、即前一次的离子信号积分值S(i-l)、前两次 的离子信号积分值S(i_2)、前三次的离子信号积分值S(i_3) · · · ·包含在内对其进行平 均化处理并作为背景水平输出，将此设为背景水平Sh。该背景水平Sh用于爆燃的检测。
[0073] 该平均化处理中使用的离子信号积分值的个数为数次循环，因此决定为不超过10 循环的程度。
[0074] 图5表示图2中所示的进行本实施例的失火检测的结果，尤其为在稳定运行状态 下验证的结果。图表的横轴表示实际平均有效压力作为内燃机的转矩，纵轴表示离子信号 积分值。
[0075] 图5中参照序号22表示能够以转速Nel进行稳定的旋转的区域，此外，参照序号 23表示能够以转速Ne2进行稳定的旋转的区域，同样地，参照序号24也表示能够以转速 Ne3进行稳定的旋转的区域。
[0076] 因此，区域22至区域24表示转速Nel至Ne3的运行状态的背景水平Sh。背景水 平Sh为过去数次循环的离子信号积分值的平均值，因此在稳定状态下没有大的变动。因 此，在燃烧状态稳定时收于区域22至区域24内。
[0077] 这种状态中如果产生失火，则在燃烧室内不存在燃烧火焰或者即使存在燃烧火焰 也较弱小，因此该燃烧循环下的离子信号积分值S(i)变小，能够在进入到事先预先决定的 区域21内的情况下判定为失火。
[0078] 如图5所示那样随着燃烧朝向不稳定的方向进行，对于各个转速，离子信号积分 值的数值变小，如果突入到区域21，则燃烧变得非常不稳定，因此判定为失火。
[0079] 图6同样地表示进行了图2所示的本实施例的爆燃检测的结果，为稳定运行下验 证的结果。图表的横轴表示点火时期作为爆燃强度，在实验中对点火时期进行控制并使爆 燃强度发生变化，此外纵轴表示离子信号积分值。
[0080] 由于越向图表的左边行进则点火时期越进展，因此爆燃强度变大，最左部处于产 生重度爆燃的状态。在此区域25表示规定的转速域Ne下的通常的燃烧状态的区域，该区 域为没有所谓爆燃时的背景水平Sh的状态。
[0081] 在此，如果使点火时期产生超前角，则开始产生爆燃，在表示燃烧室内的燃烧状态 的离子信号的波形中出现变化。根据爆燃强度的变化而离子信号积分值也发生变化，从轻 度爆燃区域到重度爆燃区域中具有足够的灵敏度。即，如果从没有产生爆燃的通常燃烧区 域25依次推进点火时期，则离子信号积分值也追随该变化而增加并突入到重度爆燃的区 域中，因此在此期间能够充分地检测轻度爆燃。
[0082] 例如，如果在区域25的运行状态中产生爆燃，则由于燃烧室内的压力/温度上升， 因此离子信号积分值S(i)变大而成为超过了背景水平Sh的值。
[0083] 通过在该背景水平Sh上加上规定值后所得到的值、或者对背景水平Sh乘以规定 的比率（1.0以上的系数）来设置爆燃判定阈值，从而能够判定为爆燃。此外，由于按照内 燃机的每个运行状态所允许的爆燃强度不同，因此也能采用在存储器中保存爆燃判定阈值 并按照每个运行状态进行参照的方式。
[0084] 图7为根据图2所示的实施例同时进行爆燃检测和失火检测时的验证结果。横轴 为时间，表示运行状态缓慢地变化的状态，此外纵轴表示离子信号积分值。
[0085] 图7中，□标记为没有产生爆燃也没有产生失火的正常的离子信号积分值S(i)， 该值以背景水平Sh26为边界而收于规定的范围内。此外图7中失火判定阈值由虚线27表 示，低于该值的离子信号积分值S(i)用〇标记表示并判定为失火。
[0086] 进而图7中虚线28为爆燃判定阈值，这种情况如先前所述那样，与背景水平Sh相 匹配地加上规定值，或者乘以规定系数，因此与背景水平Sh相匹配地进行变化。而且，高于 该爆燃判定阈值的离子信号积分值s (i)用?标记表示，并判定为爆燃。
[0087] 图8中表示实施图2中所示的实施例的失火/爆燃的判定流程图。
[0088] 首先，控制装置1在步骤1(以下，将步骤记为"S"）中基于来自各种传感器的信号 读入内燃机的运行状态，例如电源电压、转速、负载等，进入到S2中，根据这些信号算出点 火时期。同时在S3中运算充电时间或者参照分配图来求得充电时间。
[0089] 接下来进入S4而生成点火信号，并将该点火信号输出到点火线圈13。此后通过火 花塞7进行点火动作。
[0090] 接下来在S5中，从点火信号的切断时起设定图4中的At2的延迟时间，但通过利 用图4中所示那样的想法来决定上述情况。接下来S6中决定离子信号的采样开始时期T3， 进而在S7中决定结束时期T4。在这些步骤中获取如图4中所示那样的包括第3峰值8C在 内的离子信号。
[0091] 因此，在S8A中在所决定的采样开始定时T3与采样结束定时T4的整个期间内对 从点火动作后离子传感器8所检测的信号实施采样，此后在S8B中在时刻T3与时刻T4之 间对所采样的离子信号进行积分并运算离子信号积分值（Si)。
[0092] 接下来，在S9中进行平均化处理来运算背景水平Sh。该背景水平Sh如先前所述 那样，将在过去的燃烧循环中所产生的离子信号的积分值相加数次循环，将该相加后得到 的积分值除以该循环数，将这样得到的值作为离子信号积分值的平均值输出。
[0093] 此外，在背景水平Sh的运算中不使用所判定的本次的离子信号积分值，而为包含 所判定的此前的离子信号积分值在内的数次循环。因此，所判定的本次的离子信号积分值 被使用于下一次的背景水平的运算中。
[0094] 接下来，S10中设定与内燃机的运行状态相应的爆燃判定阈值（a)与失火判定阈 值（b)。这些爆燃判定阈值（a)与失火判定阈值（b)的决定方法如已说明的那样。此外，爆 燃判定阈值（a)与失火判定阈值（b)也可参照预先设定的分配图值。
[0095] 接下来，S11中进行本次的离子信号积分值S(i)与爆燃判定阈值（a)、失火判定阈 值（b)的比较，将与各个判定条件相符合的情况分别判定为爆燃或者失火。
[0096] 根据本实施例中所代表的本发明，采用相同的离子传感器检测内燃机燃烧的失火 状态以及爆燃状态，通过采用相同的判定功能逻辑进行判定处理能够减轻运算负荷，而且 通过爆燃判定阈值的设定能检测轻度爆燃，因此能实现点火时期控制的高精度化。
[0097] 实施例2
[0098] 接下来采用附图对本发明的其他实施例详细地进行说明。图9为将实施例1所示 的离子信号处理单元111的离子信号积分处理模块112变更为离子信号峰值检测模块116 的结构。
[0099] 该第2实施例的动作基本上与实施例1实质上相同，但如上述那样在采用离子信 号峰值检测模块116这一点上不同。
[0100] 接下来如果简单地对动作进行说明，则图1〇为与图4相同的离子信号的波形，表 示点火信号14与离子信号8的关系。在时刻T1输入点火信号14,开始用于在初级线圈13A 中积蓄点火能量的充电，但此时观测图3中所说明的噪声波形即第1峰值8A。该峰值8A如 先前所述那样，由于为点火信号所引起的噪声，因此不使用于爆燃或失火的检测中。
[0101] 在充电时间Λ tl后的时刻T2切断点火信号14,在切断点火信号14之后在时间 Λ t2期间观测第2峰值8B。但是该峰值8B如上述那样与燃烧压力不相关联而不能表示正 确的燃烧状态，因此该峰值8B也不使用于爆燃或失火的检测中。
[0102] 另一方面，从经过时间Λ t2后的时刻T3到经过时间Λ t3后的时刻T4为止的第3 峰值8C与燃烧压力相关联，因此能很好地表示燃烧状态，在Λ t3的整个期间依次采样该峰 值8C，由离子信号峰值检测模块116提取离子信号的峰值并将其设为离子信号峰值P (i)。
[0103] 在离子信号峰值平均处理模块117中，将在内部蓄积的过去的燃烧循环的离子信 号峰值？(1-1)、？(1-2)、？(卜3)****包含在内对其进行平均化处理，作为背景水平卩11 来输出。
[0104] 图11中表示实施图9中所示的实施例的失火/爆燃的判定流程图。
[0105] 首先，在S1中基于来自各种传感器的信号读入内燃机的运行状态，例如电源电 压、转速、负载等，进入S2并根据这些信号算出点火时期。同时，在S3中运算充电时间或者 参照分配图来求得充电时间。
[0106] 接下来进入S4并生成点火信号，将该信号输出到点火线圈13。此后由火花塞7进 行点火动作。
[0107] 接下来在S5中从点火信号的切断时起设定图4中的Λ t2的延迟时间，但通过利 用图10中所示那样的想法来决定该延迟时间。接下来在S6中决定离子信号的采样开始时 期T3,进而在S7中决定结束时期T4。在这些步骤中获取包含图10中那样的第3峰值8C 在内的离子信号。
[0108] 因此，在S8A中在所决定的采样开始定时T3与采样结束定时T4的整个期间内对 从点火动作后离子传感器8所检测的信号实施采样，此后在S8B求得在时刻T3与时刻T4 之间被采样的离子信号峰值（Pi)。
[0109] 接下来，在S9进行平均化处理并运算背景水平Ph。该背景水平Ph与实施例1同 样地，将过去的燃烧循环中所产生的离子信号的峰值相加数次循环，将该相加后得到的峰 值除以该循环数，将这样得到的值作为离子信号峰值的平均值输出。
[0110] 此外，在背景水平Ph的运算中不使用所判定的本次的离子信号峰值，而为包含所 判定的此前的离子信号峰值在内的数个循环。因此，所判定的本次离子信号峰值被使用于 下一次的背景水平的运算中。
[0111] 接下来，在S10中设定与内燃机的运行状态相应的爆燃判定阈值（a)和失火判定 阈值（b)。这些爆燃判定阈值（a)与失火判定阈值（b)的决定方法如已说明过的那样。此 夕卜，爆燃判定阈值（a)与失火判定阈值（b)也可参照预先设定的分配图值。
[0112] 接下来，在S11中进行本次的离子信号峰值P(i)与爆燃判定阈值（a)、失火判定阈 值（b)的比较，将与各个判定条件相符合的情况分别判定为爆燃或者失火。
[0113] 如上所述，通过不对离子信号积分而采用峰值信号，从而除了实施例1的效果之 夕卜，还能期待能进一步减小控制装置的运算负荷的新的效果。
[0114] 此外，实施例2中采用离子信号峰值检测模块116来代替离子信号积分处理模块 112,但也可采用离子信号积分处理模块112和离子信号峰值检测模块116这两者来检测爆 燃和失火。
[0115] 例如即使峰值没有达到规定的判定阈值的情况下也预想引起异常燃烧，对此能够 采用离子信号积分值进行判定，此外，反过来即使在积分值没有达到规定的判定阈值的情 况下，也预想引起异常燃烧，对此能够采用离子信号峰值进行判定。
[0116] 接下来，说明离子信号波形的判定处理的方法，但在以下的例子中对采用实施例1 中所示的离子信号积分值的情况的处理方法进行说明。
[0117] 图12表示通常燃烧状态下的离子信号与点火信号之间的关系。在离子信号处理 单元111中，切断点火信号14后采用内部计时器1以及内部计时器2来决定时间W1和时 间W2并设定检测窗口。
[0118] 该检测窗口相当于时刻T3与时刻T4之间，对检测窗口中的离子信号进行积分而 设为离子信号积分值S(i)。
[0119] 与此相对，图13为爆燃产生时的离子信号，离子信号自身面积和峰值增大。因此， 离子信号积分值也变大，该情况下以图8所示的检测逻辑判定为爆燃。
[0120] 另一方面，在图14中，观测与爆燃产生时相同规模的离子信号，由于从检测窗口 偏离，离子信号积分值成为较小的值，因此不判定为爆燃，此外，同样地，在图15中，观测与 爆燃产生时相同规模的离子信号，产生时期向前侧移位，检测窗口中的离子信号积分值较 小，因此不判定为爆燃。
[0121] 如以上所说明那样，根据本发明，通过采用相同的离子传感器来检测内燃机燃烧 的失火状态以及爆燃状态，并以相同的判定功能逻辑进行判定处理，从而能够减轻运算负 荷，而且通过爆燃判定阈值的设定能检测轻度爆燃，因此能实现点火时期控制的高精度化。
[0122] 符号说明
[0123] 1...控制装置、2. .·空气量传感器、3. .·节流阀、4. .·燃料喷射阀、5. .·吸气可 变动阀、6...排气可变动阀、7...火花塞、8...离子传感器、9...爆燃传感器、10...曲柄 角度传感器、11...曲柄金属板、12...活塞、13...点火线圈、14...点火信号、21...失 火判定区域、22、23、24、25、26...背景水平、27...失火判定阈值、28...爆燃判定阈值、 101.. .点火信号生成单元、102...充电时间决定部、103...点火时期决定部、111...离子 信号处理单兀、112...尚子信号积分部、113...尚子信号积分值保存部、115…失火/爆燃 判定部、116…离子信号峰值检测部、117…离子信号峰值保存部、121...致动器控制单元、 122.. .点火控制部、123...可变动阀控制部。
【权利要求】
1. 一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备： 点火信号生成单元，其对内燃机的点火线圈输出包括点火时期和对初级线圈的充电时 间在内的点火信号； 离子信号检测单元，其对伴随汽缸内的混合气体的燃烧而产生的离子信号进行探测； 积分单元，其在切断上述点火信号后，设定规定的延迟时间对离子信号进行积分； 背景水平生成单元，其遍及过去的规定的燃烧循环数将上述离子信号的积分值进行平 均化来求得背景水平；和 爆燃判定单元，其对由上述背景水平决定的规定的阈值与瞬时的离子信号积分值进行 比较，将瞬时的离子信号积分值超过上述规定的阈值的情况判定为爆燃。
2. -种内燃机的控制装置，其特征在于，具备： 点火信号生成单元，其对内燃机的点火线圈输出包括点火时期和对初级线圈的充电时 间在内的点火信号； 离子信号检测单元，其对伴随汽缸内的混合气体的燃烧而产生的离子信号进行探测； 积分单元，其在切断上述点火信号后，设定规定的延迟时间对离子信号进行积分；和 失火判定单元，其对用于检测失火的预先决定的规定的阈值与瞬时的离子信号积分值 进行比较，将瞬时的离子信号积分值超过上述规定的阈值的情况判定为失火。
3. 根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于， 采用相同的运算处理来进行爆燃判定和失火判定。
4. 一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备： 点火信号生成单元，其对内燃机的点火线圈输出包括点火时期和对初级线圈的充电时 间在内的点火信号； 离子信号检测单元，其对伴随汽缸内的混合气体的燃烧而产生的离子信号进行探测； 离子信号峰值检测单元，其在切断上述点火信号后，设定规定的延迟时间并设定离子 信号的采样开始时期和结束时期，提取该采样期间中的离子信号的峰值； 背景水平生成单元，其遍及过去的规定的燃烧循环数将上述离子信号的峰值进行平均 化来求得背景水平；和 爆燃判定单元，其对由上述背景水平决定的规定的阈值与瞬时的离子信号峰值进行比 较，将瞬时的离子信号峰值超过上述规定的阈值的情况判定为爆燃。
5. -种内燃机的控制装置，其特征在于，具备： 点火信号生成单元，其对内燃机的点火线圈输出包括点火时期和对初级线圈的充电时 间在内的点火信号； 离子信号检测单元，其对伴随汽缸内的混合气体的燃烧而产生的离子信号进行探测； 积分单元，其在切断上述点火信号后，设定规定的延迟时间对离子信号进行积分； 离子信号峰值检测单元，其在切断上述点火信号后，设定规定的延迟时间并设定离子 信号的采样开始时期和结束时期，提取该采样期间中的离子信号的峰值；和 失火判定单元，其对用于检测失火的预先决定的规定的阈值与瞬时的离子信号峰值进 行比较，将瞬时的离子信号峰值超过上述规定的阈值的情况判定为失火。
6. 根据权利要求4或5所述的内燃机的控制装置，其特征在于， 采用相同的运算处理来进行爆燃判定与失火判定。
7. 根据权利要求1或4所述的内燃机的控制装置，其特征在于， 在判定为爆燃时由上述点火信号生成单元使点火时期产生滞后角。
8. -种内燃机的控制装置，其特征在于，具备： 点火信号生成单元，其对内燃机的点火线圈输出包括点火时期和对初级线圈的充电时 间在内的点火信号； 离子信号检测单元，其对伴随汽缸内的混合气体的燃烧而产生的离子信号进行探测； 积分单元，其在切断上述点火信号后，设定规定的延迟时间对离子信号进行积分来求 得离子信号积分值； 背景水平生成单元，其遍及过去的规定的燃烧循环将上述离子信号积分值进行平均化 来求得背景水平；和 爆燃以及失火判定单元，其将上述离子信号积分值与预先决定的失火判定值以及基于 上述背景水平的爆燃判定值进行比较来判定爆燃以及失火。
9. 一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备： 点火信号生成单元，其对内燃机的点火线圈输出包括点火时期和对初级线圈的充电时 间在内的点火信号； 离子信号检测单元，其对伴随汽缸内的混合气体的燃烧而产生的离子信号进行探测； 离子信号峰值算出单元，其在切断上述点火信号后，设定规定的延迟时间并设定离子 信号的采样开始和结束时期，提取该采样期间中的离子信号的峰值； 背景水平生成单元，其遍及过去的规定的燃烧循环将上述离子信号峰值进行平均化来 求得背景水平；和 爆燃以及失火判定单元，其将上述离子信号峰值与预先决定的失火判定值以及基于上 述背景水平的爆燃判定值进行比较来判定爆燃以及失火。
10. 根据权利要求8或者9所述的内燃机的控制装置，其特征在于， 上述预先决定的失火判定值是在每个运行区域决定失火判定值。
11. 根据权利要求8或者9所述的内燃机的控制装置，其特征在于， 上述规定的延迟时间被设定为能够对在切断上述点火信号后最先出现的离子信号的 峰值进行屏蔽的时间。
12. 根据权利要求8或者9所述的内燃机的控制装置，其特征在于， 上述背景水平生成单元将所取入的离子信号的积分值、或者在峰值前取入的规定的燃 烧循环数的离子信号的积分值、或者峰值相加，将相加而得到的离子信号的积分值、或者峰 值除以上述规定的燃烧循环数来求得上述背景水平。
【文档编号】F02P17/12GK104126067SQ201380010069
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年2月6日 优先权日:2012年3月14日
【发明者】白石拓也, 熊野贤吾, 绪方健一郎, 赤城好彦, 真户原伸也 申请人:日立汽车系统株式会社