内燃机的控制装置.pdf

本发明的内燃机的控制装置防止因内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态时的振动水平变化所引起的滤波运算的跟踪延迟而导致误判定为爆震。包括对内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态这一情况进行判定的燃烧开始判定部(101)；在由燃烧开始判定部(101)判定为内燃机(1)的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态时，到经过规定的滤波系数切换期间为止，输出滤波系数切换请求的滤波系数切换请求部(102)，基于滤波系数切换请求，利用背景水平计算部(104)和标准偏差计算部(105)中的至少一方将滤波运算中使用的滤波系数的值向滤波效果变弱的一侧变更。

权利要求书一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
爆震传感器，该爆震传感器检测内燃机中产生的振动；
曲柄角度传感器，该曲柄角度传感器检测所述内燃机的曲柄角度；
特征值计算部，该特征值计算部基于在规定的曲柄角度期间内检测出的所述振动，计算对所述规定的曲柄角度期间内的所述振动的振动水平赋予特征的特征值；
背景水平计算部，该背景水平计算部基于所述特征值、和用于将所述特征值平均化的第1滤波系数，计算所述特征值的背景水平；
标准偏差计算部，该标准偏差计算部基于所述特征值、所述背景水平、及用于计算所述特征值的标准偏差的第2滤波系数，计算所述特征值的标准偏差；
阈值计算部，该阈值计算部基于所述背景水平和所述标准偏差，计算爆震判定用阈值；
爆震判定部，该爆震判定部基于所述特征值和所述爆震判定用阈值，判定爆震的产生；
爆震强度计算部，该爆震强度计算部在由所述爆震判定部判定为产生爆震时，基于所述特征值、所述背景水平、及所述爆震判定用阈值，计算爆震强度；
延迟点火量计算部，该延迟点火量计算部基于所述爆震强度，计算所述内燃机的点火时期的爆震延迟点火量；
点火时期修正部，该点火时期修正部基于所述爆震延迟点火量，对点火时期进行修正；
燃烧开始判定部，该燃烧开始判定部基于表示所述内燃机的运转状态的各种信息，对所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态这一情况进行判定；及
滤波系数切换请求部，该滤波系数切换请求部在由所述燃烧开始判定部判定为所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态时开始到经过规定的滤波系数切换期间为止的期间内，输出滤波系数切换请求，
基于所述滤波系数切换请求部所产生的滤波系数切换请求，至少进行下述的(1)和(2)中的至少一方：
(1)所述背景水平计算部将所述第1滤波系数的值向滤波效果变弱的一侧切换；
(2)所述标准偏差计算部将所述第2滤波系数的值向滤波效果变弱的一侧切换。
如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在开始进行使处于停止状态的所述内燃机起动的起动操作时，所述燃烧开始判定部判定为所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态。
如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在处于燃料切断控制状态的所述内燃机中，当解除执行所述燃料切断控制，对重新开始喷射燃料的气缸中的混合气进行点火时，所述燃烧开始判定部判定为所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态。
如权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述延迟点火量计算部在所述第1滤波系数的值和所述第2滤波系数的值中的至少一方向滤波效果变弱的一侧切换时开始到经过规定的延迟点火运算限制期间为止的期间内，禁止更新或计算所述爆震延迟点火量。
如权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
由所述延迟点火量计算部设定的所述延迟点火运算限制期间被设定为等于小于由所述滤波系数切换请求部设定的所述滤波系数切换期间的期间。

说明书内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及具有在基于内燃机中产生的振动而判定出产生爆震时对点火时期进行修正以抑制爆震产生的功能的内燃机的控制装置，特别涉及扩大内燃机的气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态之后的爆震抑制功能的动作范围、且防止爆震误判定的内燃机的控制装置。
背景技术
以往，采用具有如下功能的内燃机的控制装置：利用爆震传感器检测出在内燃机异常燃烧时产生的缸内振动，将点火时期向延迟点火侧(延迟点火时期的一侧)变更，从而抑制爆震的产生。
在这种具有爆震抑制功能的内燃机的控制装置中，例如，对于由爆震传感器检测出的内燃机的振动实施带通滤波等处理，仅提取出特定频率的振动分量，将该特定频率的振动分量中的规定的曲柄角度期间内的最大水平的值作为本次燃烧周期内的振动水平的特征值来取出。
另外，所谓上述特定频率，是预先选择能灵敏度良好地检测因产生爆震而产生的振动水平的频率(一般而言，为5～15kHz附近的频率)。此外，对于上述曲柄角度期间，也预先选择能灵敏度良好地检测因产生爆震而产生的振动水平的曲柄角度范围(一般而言，从压缩上死点到压缩上死点后60[deg]附近为止的曲柄角度)，一般称为爆震检测期间。
若提取出赋予振动水平特征的特征值，则接下来，通过滤波运算来计算将特征值平均化后的背景水平(以下称为BGL)，基于特征值和BGL，通过滤波运算来计算特征值的标准偏差，基于BGL和标准偏差，计算用于判定产生爆震的爆震判定用阈值。
若计算出爆震判定用阈值，则将特征值和爆震判定用阈值进行比较，从而判定有没有产生爆震。此处，在特征值为爆震判定用阈值以下的情况下，判定为未产生爆震，将表示爆震所产生的振动强度的爆震强度设定零。反之，在特征值超过爆震判定用阈值的情况下，判定为产生爆震，基于特征值、BGL、及爆震判定用阈值，计算爆震强度。若计算出爆震强度，则计算与爆震强度相应的爆震延迟点火量，将点火时期向延迟点火侧变更爆震延迟点火量。
若根据以上所述的一连串处理，基于由爆震传感器检测出的内燃机的振动，判定为产生爆震，则根据爆震的振动强度，将点火时期向延迟点火侧变更，从而抑制爆震的产生。
然而，已知由爆震传感器检测出的振动水平会根据内燃机的运转状态而发生较大变化。例如，在使处于停止状态的内燃机起动的情况下，若开始向通过起动电动机开始旋转的内燃机提供燃料，将压缩的混合气点火，则气缸内会发生燃烧，从非燃烧状态转移至燃烧状态，成为起动状态。在该起动状态下，在内燃机到达稳定的运转状态之前，内燃机的转速处于过渡变化的过渡状态，因此，由爆震传感器检测出的振动水平会发生较大变动。
因此，在内燃机处于起动状态时，原样使用以内燃机处于正常运转状态时为前提而设定为适当值的滤波系数来计算出上述BGL、标准偏差的情况下，对于会发生较大变动的特征值的特性，滤波效果过强，跟踪性变差，其结果是，爆震判定用阈值变成不适当的值，产生误判定为爆震的问题。
因而，在专利文献1(日本专利特开2006－183662号公报)中，提出了如下技术：在内燃机起动时，在经过利用滤波运算来计算的BGL达到正确值所需的时间为止的期间内，禁止爆震的判定。根据该现有技术，可防止因起动时的滤波运算的跟踪延迟而导致爆震的误判定。
此外，在专利文献2(日本专利特开平4－140454号公报)中，提出了如下技术：基于内燃机的转速的变化程度，判定内燃机是否变成了过渡运转状态，在判定为内燃机变成了过渡运转状态时，将用于计算BGL的滤波系数向滤波效果变弱的一侧切换。根据该现有技术，可防止因过渡运转时的滤波运算的跟踪延迟而导致爆震的误判定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2006－183662号公报
专利文献2：日本专利特开平4－140454号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在采用专利文献1所记载的现有技术的情况下，虽然可防止因起动时的滤波运算的跟踪延迟而导致爆震的误判定，但由于原样使用以内燃机处于正常运转状态时为前提而设定为适当值的滤波系数来进行滤波运算，因此，从在内燃机起动后想尽早开始检测爆震从而扩大爆震抑制功能的动作范围这一观点来看，在使用以内燃机处于正常运转状态时为前提而设定为适当值的滤波系数的滤波运算的结果达到正确值之前，禁止爆震的判定，从而存在爆震抑制功能的动作范围变窄的问题。
此外，在一般的内燃机中，采用即使内燃机在运转过程中当规定条件成立时也暂时停止提供燃料的所谓燃料切断控制。该燃料切断控制例如是在内燃机的运转过程中，在驾驶员的脚离开加速踏板时停止提供燃料，在驾驶员回踩加速踏板时或在驾驶员的脚离开加速踏板的状态下内燃机的转速降低至规定值时重新开始提供燃料这样的控制，以提高燃料消耗效率、防止转速的过度上升等为目的而得到广泛采用。
若在内燃机的运转过程中规定条件成立而执行燃料切断控制，则停止提供燃料，气缸内从燃烧状态变化至非燃烧状态，因此，之前因燃烧而产生的振动水平消失，特征值变小，BGL也变成极小的值。
而且，之后，若规定条件不成立而解除执行燃料切断控制，则重新开始提供燃料，气缸内从非燃烧状态恢复至燃烧状态，因此，振动水平也瞬间恢复至燃烧时的振动水平，从而特征值从燃料切断控制过程中计算出的较小值一举变化至较大值。然而，由于BGL、标准偏差是通过使用以内燃机处于正常运转状态时为前提而设定为适当值的滤波系数的滤波运算来计算的，因此，BGL、标准偏差的运算结果无法跟踪特征值的变化，在BGL、标准偏差达到正确值为止的期间内，爆震判定用阈值成为不适当的值(比原来要小的值)，其结果是，产生如下问题：从燃料切断进行恢复时，误判定为爆震。
在这样的燃料切断恢复过程中，即使采用专利文献2所记载的现有技术，在例如因与变速器的齿轮相连接而导致内燃机的转速未呈现较大变化的情况下，也不会判定为处于过渡运转状态，因此，不会切换滤波系数，不足以防止因滤波运算而导致的爆震的误判定。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种内燃机的控制装置，该控制装置不会缩小内燃机的气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态后的爆震抑制功能的动作范围，能防止爆震的误判定。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的内燃机的控制装置的特征在于，包括：
爆震传感器，该爆震传感器检测内燃机中产生的振动；
曲柄角度传感器，该曲柄角度传感器检测所述内燃机的曲柄角度；
特征值计算部，该特征值计算部基于在规定的曲柄角度期间内检测出的所述振动，计算对所述规定的曲柄角度期间内的所述振动的振动水平赋予特征的特征值；
背景水平计算部，该背景水平计算部基于所述特征值和用于将所述特征值平均化的第1滤波系数，计算所述特征值的背景水平；
标准偏差计算部，该标准偏差计算部基于所述特征值、所述背景水平和用于计算所述特征值的标准偏差的第2滤波系数，计算所述特征值的标准偏差；
阈值计算部，该阈值计算部基于所述背景水平和所述标准偏差，计算爆震判定用阈值；
爆震判定部，该爆震判定部基于所述特征值和所述爆震判定用阈值，判定爆震的产生；
爆震强度计算部，该爆震强度计算部在由所述爆震判定部判定为产生爆震时，基于所述特征值、所述背景水平、及所述爆震判定用阈值，计算爆震强度；
延迟点火量计算部，该延迟点火量计算部基于所述爆震强度，计算所述内燃机的点火时期的爆震延迟点火量；
点火时期修正部，该点火时期修正部基于所述爆震延迟点火量，对点火时期进行修正；
燃烧开始判定部，该燃烧开始判定部基于表示所述内燃机的运转状态的各种信息，对所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态这一情况进行判定；及
滤波系数切换请求部，该滤波系数切换请求部在由所述燃烧开始判定部判定为所述内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态时开始到经过规定的滤波系数切换期间为止的期间内，输出滤波系数切换请求，
基于所述滤波系数切换请求部所产生的滤波系数切换请求，至少进行下述的(1)和(2)中的至少一方：
(1)所述背景水平计算部将所述第1滤波系数的值向滤波效果变弱的一侧切换；
(2)所述标准偏差计算部将所述第2滤波系数的值向滤波效果变弱的一侧切换。
发明效果
根据本发明所涉及的内燃机的控制装置，不会缩小内燃机的气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态后的爆震抑制功能的动作范围，能降低因滤波运算相对于振动水平变化的跟踪延迟而导致的爆震的误判定。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的整体结构图。
图2是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的爆震抑制功能的功能框图。
图3是说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的动作的时序图。
图4是说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的动作的时序图。
图5是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的滤波系数切换处理的流程图。
图6是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的爆震抑制功能的控制动作的流程图。
图7是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的延迟点火量计算部的控制动作的流程图。
具体实施方式
实施方式1
下面，基于附图，说明本发明所涉及的内燃机的控制装置的优选实施方式。图1是表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的整体结构图。图1中，内燃机1中的气缸1a的燃烧室1b包括进气阀1c、排气阀1d、和活塞1e，此外，还以面向燃烧室1b内的方式设有火花塞2和燃料喷射阀3。
此外，内燃机1中，利用设置于进气通路4上的电子控制节流器(throttle)5，调整空气的进气量。电子控制节流器5包括节流阀(throttle valve)5a、对其进行驱动的电动机5b、及检测节流阀5a的开度的节流开度传感器5c。
内燃机控制单元(以下称为ECU)6获取对加速踏板7的操作量进行检测的加速位置传感器8的输出信号，向电动机5b发送控制信号，基于来自节流开度传感器5c的节流阀开度信号，将节流阀5a控制在适当的开度。除加速位置传感器8、曲柄角度传感器9、凸轮角度传感器10、爆震传感器11、气流传感器12外，ECU6还获取来自各种传感器种类(未图示)的输出信号，决定点火时期、燃料喷射量等。
然后，基于上述各决定值，驱动燃料喷射阀3，向燃烧室1b内喷射、提供燃料，驱动与火花塞2相连接的点火线圈13，从而从火花塞2的塞间隙进行火花放电。
由空气净化器14去除灰尘、微粒后的吸入空气由气流传感器12测量流量之后，通过电子控制节流器5并被导入至稳压罐15，进一步通过进气阀1c从稳压罐15导入至燃烧室1b。导入至燃烧室1b内的吸入空气和从燃料喷射阀3喷射的燃料混合，形成混合气，混合气因火花塞2的火花放电而点火燃烧。
混合气的燃烧压力传递至活塞1e，使活塞1e进行往复运动。活塞1e的往复运动经由连接杆1h传递到曲柄轴1f，由曲柄轴1f转换成旋转运动，作为内燃机1的输出而取出。燃烧后的混合气成为废气，通过排气阀1d排放到排气歧管16，由催化剂17净化后，排放到大气中。
接下来，对在上述ECU6内执行的爆震抑制功能进行说明。图2是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的爆震抑制功能的功能框图。图2中，对燃烧开始判定部101输入表示内燃机的运转状态的各种信息(未图示)。燃烧开始判定部101基于上述各种信息，对内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态这一情况进行判定。此外，在滤波系数切换请求部102中，基于燃烧开始判定部101的判定结果，设置滤波系数切换请求CHG，并将其输出到后述的背景水平计算部(以下称为BGL计算部)104、标准偏差计算部105、及延迟点火量计算部109。
另外，在起动时对内燃机的气缸内是非燃烧状态还是燃烧状态进行判定的情况下，作为输入到燃烧开始判定部101的各种信息，例如利用起动电动机的控制信号、燃料喷射阀3的控制信号、点火线圈13的控制信号(均未图示)等。
在滤波系数切换请求部102中，当通过内燃机停止这一情况而判定为气缸内处于非燃烧状态时，将滤波系数切换请求CHG复位为CHG＝0。然后，当在起动时判定出内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态时，将滤波系数切换请求设置为CHG＝1，之后，在经过了滤波系数切换期间后，再次将滤波系数切换请求复位为CHG＝0。
此外，在从燃料切断控制进行恢复时对内燃机的气缸内是非燃烧状态还是燃烧状态进行判定的情况下，作为输入到燃烧开始判定部101的各种信息，例如利用燃料切断控制信号、燃料喷射阀3的控制信号、点火线圈13的控制信号(均未图示)等。
在滤波系数切换请求部102中，当通过燃料切断控制已被执行这一情况而判定为气缸内处于非燃烧状态时，将滤波系数切换请求复位为CHG＝0。然后，当在从燃料切断控制进行恢复时判定出内燃机的气缸内从非燃烧状态切换至燃烧状态时，将滤波系数切换请求设置为CHG＝2，之后，在经过了滤波系数切换期间后，再次将滤波系数切换请求复位为CHG＝0。
另一方面，由爆震传感器11检测出的内燃机的振动由A/D转换器(未图示)从模拟信号转换至数字信号之后，输入到特征值计算部103。此外，还对特征值计算部103输入由曲柄角度传感器9检测出的曲柄角度。然后，在特征值计算部103中，对于转换成数字信号的振动数据，例如通过实施带通滤波处理，从而仅提取出特定频率的振动分量，并且，基于曲柄角度，将提取出的特定频率的振动分量中在规定的曲柄角度期间内的最大值，作为对本次燃烧周期中的振动水平赋予特征的特征值PKL来取出。
对BGL计算部104输入来自滤波系数切换请求部102的滤波系数切换请求CHG、及由特征值计算部103计算出的特征值PKL这2个信号。BGL计算部104基于特征值PKL和用于计算BGL的第1滤波系数F1(未图示)，利用下述式(1)，计算与特征值PKL的平均值相当的背景水平BGL。
BGL＝(1‑F1)×PKL+(F1×[BGL上一次的值])
                                            ······式(1)
另外，用于计算BGL的第1滤波系数F1设定为“0”与“1”之间的值，构成为设定的值越小，滤波效果越弱，设定的值越大，滤波效果越强。
在BGL计算部104中，在滤波系数切换请求为CHG＝0的情况下，将对于内燃机为正常运转状态时的特征值PKL的变动状态，为了恰当地计算出BGL而设定的值Mn(其中，0＜Mn＜1)设定为第1滤波系数F1，以进行式(1)的运算。
此外，在滤波系数切换请求为CHG＝1的情况下，将对于起动时气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态之后的特征值PKL的变动状态，为了尽量使BGL的运算不产生延迟而设定的值Ms(其中，0＜Ms＜Mn＜1)设定为第1滤波系数F1，以进行式(1)的运算。
此外，在滤波系数切换请求为CHG＝2的情况下，将对于燃料切断进行恢复时气缸内刚从非燃烧状态切换至燃烧状态之后的特征值PKL的变动状态，为了尽量使BGL的运算不产生延迟而设定的值Mf(其中，0＜Mf＜Mn＜1)设定为第1滤波系数F1，以进行式(1)的运算。
对标准偏差计算部105输入来自滤波系数切换请求部102的滤波系数切换请求CHG、由特征值计算部103计算出的特征值PKL、及由BGL计算部104计算出的BGL这3个信号。标准偏差计算部105基于特征值PKL、BGL、及用于计算方差的第2滤波系数F2(未图示)，利用下述的式(2)，计算特征值PKL的方差VAR，并利用下述的式(3)，计算标准偏差SGM。
VAR＝(1‑F2)×(PKL‑BGL)2
+(F2×[VAR上一次的值])······式(2)