CN101213432A - 爆震状态判定设备 - Google Patents

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Abstract

一种发动机ECU执行包括以下步骤的程序：基于发动机的振动波形和预先存储的爆震波形模型的比较结果，计算关联系数K；基于从爆震传感器发送的信号，从检测的幅度V中计算幅度值LOG(V)(S200)；通过使用其中关联系数K大于计算的阈值(K1)的点火循环中的幅度值LOG(V)产生幅度值LOG(V)的频率分布(S204)；以及通过使用产生的频率分布计数爆震比例KC。与不包括噪音分量的情况相比，如果振动波形包括噪音分量的振动波形，计算的关联系数K更小。

Description

爆震状态判定设备
技术领域
本发明涉及一种爆震状态判定设备，更具体涉及基于内燃机中产生的振动波形判定爆震发生状态。
背景技术
在现有技术中，已经提出用于判定是否存在爆震的各种方法。日本专利早期公开No.2003-021032中描述的内燃机的爆震控制设备包括：爆震传感器，用于检测内燃机的爆震；统计处理部分，用于统计处理爆震传感器检测的输出信号；第一临时判定部分，用于基于统计处理部分的处理结果判定是否已经发生爆震；第二临时判定部分，用于基于爆震传感器检测的输出信号的波形判定是否已经发生爆震；以及最终爆震判定部分，用于基于第一临时判定部分的临时爆震判定结果和第二临时判定部分的临时爆震结判定果最终判定是否已经发生爆震。当第一临时判定部分和第二临时判定部分都判定已经发生爆震时，最终爆震判定部分最终判定是否已经发生爆震。
在官方公报中描述的爆震控制设备中，使用统计处理程序的临时爆震判定和波形程序的临时爆震判定，并且仅在各个临时判定中判定已经发生爆震时，最终判定已经发生爆震。因此，针对基于仅使用统计处理程序和波形程序中一个的爆震判定而错误检测的爆震的输出信号，可以精确地判定是否已经发生爆震。
但是，在日本专利早期公开No.2003-021032中描述的爆震控制设备，彼此独立地进行统计处理的爆震判定和波形的形状的爆震判定。因此，没有提高每种判定方法的精确度，在每种判定方法中没有解决噪音分量的精确度的恶化。因此，该设备容易进一步改进，以精确地判定是否存在爆震。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够高精度地判定爆震发生状态的爆震状态判定设备。
根据本发明的爆震状态判定设备包括：第一检测部分，检测以曲柄角的预定间隔在所述内燃机中引起的振动波形；存储器部分，事先存储所述内燃机的振动波形；第二检测部分，在多个点火循环中检测与所述内燃机中引起的振动幅度相关的幅度值；提取部分，基于检测的波形和存储的波形的比较结果，在多个所述幅度值中提取满足预定条件的幅度值；以及判定部分，基于提取的所述幅度值，判定爆震发生状态。
根据本发明，以预定的曲轴角检测内燃机中引起的振动波形，将检测的波形与预先存储作为例如由爆震引起的振动波形的波形进行比较。此外，检测多个点火循环中与内燃机的振动幅度相关的幅度值，基于检测的波形和存储的检测的多个幅度值中的波形的比较结果，提取满足预定条件的幅度值。因此，在不提取其中波形与诸如由于进气阀/或排气阀的底座或从喷射器的燃料喷射引起的振动的噪音分量的振动引起的振动波形相同或相似的一个点火循环的幅度值的情况下，可以提取其他幅度值。即，可以去除由于噪音分量的振动引起的振动幅度值。基于这样的幅度值，判定爆震发生状态。因此，可以通过抑制噪音分量的影响而判定爆震发生状态。由此，可以提供一种能够高精度判定爆震发生状态的爆震状态判定设备。
优选地，该爆震状态判定设备还包括：爆震幅度计算部分，基于所述存储的波形和所述检测的波形的比较结果以及以所述曲柄角的所述预定间隔在所述内燃机中引起的振动幅度，计算与爆震所引起的振动幅度相关的爆震幅度；以及爆震判定部分，基于所述爆震幅度和预定判定值的比较结果，判定每个点火循环在所述内燃机中是否已经发生爆震。
根据本发明，基于所述存储的波形和所述检测的波形的比较结果以及以所述曲柄角的所述预定间隔在所述内燃机中引起的振动幅度，计算与爆震所引起的振动幅度相关的爆震幅度。由此，可以在考虑振动的波形和幅度的同时获得用于判定爆震的值的爆震幅度。基于爆震幅度和预定判定值的比较结果，判定每个点火循环的内燃机中是否已经发生爆震。因此，除了基于多个点火循环中检测的幅度值的爆震判定，可以对每个点火循环进行爆震判定。因此，可以在考虑过去点火循环的振动状态和一个点火循环的振动状态的同时判定爆震反射状态。因此，可以高精度地判定爆震发生状态。
优选地，基于内燃机的旋转数和吸入内燃机的空气量设定预定判定值。
根据本发明，基于内燃机的旋转数和吸入内燃机的空气量中的至少一者设定每个循环中用于判定是否已经发生爆震的判定值。因此，可以获得与内燃机的操作状态相对应的适当判定值。因此，可以高精度地判定爆震发生状态。
优选地，爆震状判定设备还包括修正部分，其基于判定部分的判定结果修正预定判定值。
根据本发明，基于使用从多个点火循环中检测的幅度值提取的幅度值判定爆震发生状态的判定结果，修正用于判定每个循环中是否已经发生爆震的判定值。因此，考虑过去点火循环的振动状态，在爆震发生频率被认为过高情况下，可以使得容易地通过修正判定值而在每个点火循环中的爆震判定中判定是否已经发生爆震，以当发生爆震时可以更频繁地进行点火正时的延迟。相反，考虑过去点火循环的振动状态，在爆震发生频率被认为较低的情况下，可以使得难以通过修正判定值在每个点火循环中的爆震判定中判定是否已经发生爆震，以当没有发生爆震时可以更频繁地进行点火正时的提前。因此，可以通过使得每个点火循环的爆震判定中使得判定值成为适当的值而使得点火正时适当。
更优选地，爆震状态判定设备还包括修正部分，其基于使用所述爆震幅度判定所述内燃机中已经发生爆震的频率，修正所述判定值。
根据本发明，基于使用所述爆震幅度判定所述内燃机中已经发生爆震的频率，修正用于判定每个点火循环是否发生爆震的判定值。因此，在爆震发生频率被认为较高的情况下，可以通过修正判定值而在每个点火循环的爆震判定中判定是否已经发生爆震，使得当发生爆震时可以更频繁地进行点火正时的延迟。相反，在爆震发生频率被认为较低的情况下，可以使得难以通过修正判定值而在每个点火循环的爆震判定中判定是否已经发生爆震，使得当没有发生爆震时可以更频繁地进行点火正时的提前。因此，可以通过使得每个点火循环的爆震判定的判定值为适当值而使得点火正时适当。
更优选地，爆震状态判定设备还包括：第一修正部分，基于所述判定部分的判定结果，修正所述预定判定值；以及第二修正部分，基于使用所述爆震幅度判定所述内燃机中已经发生的爆震的频率，使用不同于所述第一修正部分的修正量的修正量修正所述判定值。
根据本发明，基于使用从多个点火循环中检测的幅度值中提取的幅度值而判定爆震发生状态的判定结果，修正用于判定每个循环是否已经发生爆震的判定值。此外，基于使用所述爆震幅度判定所述内燃机中已经发生爆震的频率，修正用于判定每个点火循环是否发生爆震的判定值。因此，在爆震发生频率被认为较高的情况下，可以通过修正判定值而在每个点火循环的爆震判定中判定是否已经发生爆震，使得当发生爆震时可以更频繁地进行点火正时的延迟。相反，在爆震发生频率被认为较低的情况下，可以使得难以通过修正判定值而在每个点火循环的爆震判定中判定是否已经发生爆震，使得当没有发生爆震时可以更频繁地进行点火正时的提前。这里，将基于通过使用从多个点火循环中检测的幅度值提取的幅度值而判定爆震发生状态的结果修正判定值的情况和基于使用爆震幅度判定内燃机中已经发生爆震的频率修正判定值的情况进行比较，修正值不同。例如，在基于通过使用爆震幅度判定内燃机中已经发生爆震的频率修正判定值的情况下，通过较大的修正量修正判定值，该较大的修正量大于基于通过使用基于多个点火循环中检测的幅度值的幅度值判定爆震发生状态的结果修正判定值的情况下的修正量。因此，可以从每个点火循环的爆震判定中判定爆震发生频率较高，可以迅速地修正判定值。因此，可以通过使得每个点火循环的爆震判定中的判定值成为适当的值而使得点火正时适当。
更有选地，所述第二修正部分使用大于所述第一修正部分的修正量的修正量修正所述判定值。
根据本发明，在基于使用爆震幅度判定内燃机中已经发生爆震的频率修正判定值的情况下，通过较大的修正量修正判定值，该较大的修正量大于基于通过使用基于多个点火循环中检测的幅度值的幅度值判定爆震发生状态的结果修正判定值的情况下的修正量。因此，可以通过使得每个点火循环的爆震判定中的判定值成为适当的值而使得点火正时适当。
更优选地，爆震状态判定设备还包括偏差计算部分，其计算与所述检测的波形和所述存储的波形之间的偏差相关的值。基于和所述偏差相关的所述值以及以所述曲柄角的所述预定间隔在所述内燃机中引起的振动幅度，所述爆震幅度计算部分计算所述爆震幅度。
根据本发明，计算与检测的波形和存储的波形之间的偏差相关的值。因此，可以客观地例如通过量化检测的波形和存储的波形之间的不同点而判定其是否是爆震引起的振动波形。基于与偏差相关的值和振动幅度，计算爆震幅度。因此，可以获得其中将与爆震引起的振动波形的差适当地反应为数字值的振动幅度。因此，可以高精度地判定是否已经发生爆震。
更优选地，爆震状态判定设备还包括积分部分，其计算以所述曲柄角的所述预定间隔在所述内燃机中引起的振动幅度对所述曲柄角的所述预定间隔积分的积分值。基于和所述偏差相关的所述值与所述积分值的乘积，所述爆震幅度计算部分计算所述爆震幅度。
根据本发明，计算以所述曲柄角的所述预定间隔在所述内燃机中引起的振动幅度对所述曲柄角的所述预定间隔积分的积分值。逐渐地衰减爆震引起的振动，快速地衰减噪音分量引起的振动。因此，由于爆震引起的振动幅度的积分值和由于噪音分量引起的振动幅度的积分值显著不同。基于积分值和与偏差相关的值的乘积，计算爆震幅度。因此，可以获得其中爆震和噪音之间差值较大的爆震幅度。基于这样的爆震幅度，在一个循环中判定是否发生爆震。因此，可以高精度地判定是否已经发生爆震。
更优选地，与没有包括该振动波形的情况相比，如果所述检测的波形包括由所述内燃机的预定部件的操作引起的振动波形，所述偏差计算部分计算的所述偏差相关的所述值更小。所述预定条件是这样的条件，其是计算的与偏差相关的值比预定值大的点火循环中的幅度值。
根据本发明，与没有包括该振动波形的情况相比，如果所述检测的波形包括由所述内燃机的预定部件的操作引起的振动(噪音分量的振动)波形，则计算的与所述偏差相关的所述值更小。从多个点火循环中检测的幅度值中提取满足条件的幅度值，该条件是其为计算的与偏差相关的值比预定值大的点火循环中的幅度值。因此，可以抑制其中检测的波形包括噪音分量的振动的点火循环中的幅度值与提取的幅度值混合的状态。即，可以提取排除噪音分量的振动的幅度值。因此，可以高精度地判定爆震发生状态。
更优选地，所述预定值是与在其中所述内燃机***作使得以所述预定间隔引起由于所述预定部件的操作产生的振动的状态下所计算的偏差相关的值的最大值。
根据本发明，提取满足条件的幅度值，该条件是其为计算的与偏差相关的值满足其大于当检测的振动波形包括噪音分量时的与偏差相关的值中的最大值的点火循环中的幅度值。因此，可以排除被认为是噪音分量的振动幅度值的幅度值并提取幅度值。因此，基于认为不包括噪音分量的振动的幅度值的幅度值，可以判定爆震发生状态。由此，可以高精度判定爆震发生状态，并同时抑制噪音分量。
更优选地，所述预定部件是活塞、喷射器、进气阀和排气阀中的至少一个。
根据本发明，可抑制由于活塞、喷射器、进气阀和排气阀中的至少一个引起的噪音分量，以高精度地判定爆震发生状态。
更优选地，爆震状态判定设备还包括偏差计算部分，其基于所述检测的波形和所述存储的波形之间的比较结果，计算与所述检测的波形和所述存储的波形之间的偏差相关的值。与没有包括该振动波形的情况相比，当所述检测的波形包括由所述内燃机的预定部件的操作引起的振动波形时，所述偏差计算部分计算的与所述偏差相关的所述值更小。所述预定条件是这样的条件，其是计算的与偏差相关的值比预定值大的点火循环中的幅度值。
根据本发明，基于所述检测的波形和所述存储的波形之间的比较结果，计算与所述检测的波形和所述存储的波形之间的偏差相关的值。与没有包括该振动波形的情况相比，如果所述检测的波形包括由所述内燃机的预定部件的操作引起的振动(噪音分量的振动)波形，则计算的与所述偏差相关的所述值。从多个点火循环检测的幅度值中提取满足条件的幅度值，该条件是其为计算的与偏差有关的值大于预定值的循环中的幅度值。因此，可以抑制检测的波形包括噪音分量的振动的点火循环中的幅度值与提取的幅度值混合的状态。即，可以提取排除噪音分量的振动的幅度值。因此，可以判定爆震发生状态，同时抑制噪音分量的影响。由此，可以高精度地判定爆震发生状态。
更优选地，所述预定值是与在其中所述内燃机***作使得以所述预定间隔引起由于所述预定部件的操作产生的振动的状态下所计算的偏差相关的值的最大值。
根据本发明，提取满足条件的幅度值，该条件是其为计算的与偏差相关的值满足其大于当检测的振动波形包括噪音分量时的与偏差相关的值中的最大值的点火循环中的幅度值。因此，可以排除被认为是噪音分量的振动幅度值的幅度值并提取幅度值。因此，基于认为不包括噪音分量的振动的幅度值的幅度值，可以判定爆震发生状态。由此，可以高精度判定爆震发生状态，并同时抑制噪音分量。
更优选地，所述预定部件是活塞、喷射器、进气阀和排气阀中的至少一个。
根据本发明，可抑制由于活塞、喷射器、进气阀和排气阀中的至少一个引起的噪音分量，以高精度地判定爆震发生状态。
更优选地，爆震状态判定设备还包括标准计算部分，其基于所述提取的幅度值，计算爆震判定标准。基于所述提取的幅度值和所述爆震判定标准之间的比较结果，所述判定部分判定爆震发生状态。
根据本发明，基于提取的幅度值计算爆震判定标准。这样，可以获得反应过去点火循环中的幅度值的爆震判定标准。因此，可以在考虑内燃机的操作状态和个体个别性对幅度值的影响下获得爆震判定标准。基于爆震判定标准和提取的幅度值的比较结果，判定爆震发生状态。因此，可以高精度地判定与内燃机的操作状态和个体差异相对应的爆震发生状态。
更优选地，当提取不少于所述预定数的多个幅度值时，所述标准计算部分计算所述爆震判定标准。
根据本发明，当提取不少于所述预定数的多个幅度值时，所述标准计算部分计算所述爆震判定标准。因此，基于适于判定爆震发生状态的多个点火循环的幅度值，可以计算爆震判定标准。因此，可以获得爆震判定标准，同时适当地考虑内燃机的操作状态和个体差异对幅度值的影响。
更优选地，基于所述提取的幅度值和所述爆震判定标准的所述比较结果，所述判定部分判定爆震发生频率。
根据本发明，判定爆震发生频率。这里，是否存在引起车辆乘客能够听得见声音的爆震与爆震发生频率具有联系。因此，可以通过判定爆震发生频率来判定是否存在引起车辆的乘客能够听得见声音的爆震。
更优选地，所述判定部分在提取的所述判定幅度值中将提取大于所述爆震判定标准的幅度值的频率判定为爆震发生频率。
根据本发明，在提取的所述判定幅度值中将提取大于所述爆震判定标准的幅度值的频率判定为爆震发生频率。这里，是否存在引起车辆乘客能够听得见声音的爆震与爆震发生频率具有联系。因此，可以通过判定爆震发生频率来判定是否存在引起车辆的乘客能够听得见声音的爆震。
更优选地，通过将提取的所述幅度值中的标准偏差与预定系数的乘积加到提取的所述幅度值的中值，所述标准计算部分计算所述爆震判定标准。
根据本发明，通过将提取的所述幅度值中的标准偏差与预定系数的乘积加到提取的所述幅度值的中值，计算所述爆震判定标准。这样，可以获得反应过去点火循环中的幅度值的爆震判定标准。因此，可以在考虑内燃机的操作状态和个体个别性对幅度值的影响下获得爆震判定标准。基于爆震判定标准和提取的幅度值的比较结果，判定爆震发生状态。因此，可以高精度地判定与内燃机的操作状态和个体差异相对应的爆震发生状态。
更优选地，所述预定系数为3。
根据本发明，基于从提取的幅度值计算的标准偏差与系数“3”的乘积，计算爆震判定标准。考虑通过实验或经验获得的数据，大于从与标准偏差相乘的系数为“3”计算的爆震判定标准的幅度值被认为实际已经发生爆震的点火循环中的幅度值。因此，通过基于从提取的幅度值计算的标准偏差和系数“3”的乘积计算爆震判定标准，可以高精度地判定爆震发生状态。
更优选地，通过将其中提取的频率示出峰值的幅度值中的不大于最小幅度值的幅度值中的标准偏差与预定系数的乘积加到其中所述提取的频率示出所述峰值的所述幅度值中的所述最小幅度值，所述标准计算部分计算所述爆震判定标准。
根据本发明，将其中提取的频率示出峰值的幅度值中的不大于最小幅度值的幅度值中的标准偏差与预定系数的乘积加到其中所述提取的频率示出所述峰值的所述幅度值中的所述最小幅度值，计算爆震判定标准。这里，在幅度值的频率分布中，无论是否存在噪音分量的振动的幅度值，其中提取的频率示出峰值的幅度值中的不大于最小幅度值的幅度值中的标准偏差经常是大致相同的值。因此，即使由于噪音分量的影响(提取的幅度值)使得检测的幅度值变得较高，可以抑制计算的爆震判定标准变得高于必要值。因此，可以高精度地判定爆震发生状态。
更优选地，所述预定系数为3。
根据本发明，基于从提取的幅度值计算的标准偏差与系数“3”的乘积，计算爆震判定标准。考虑通过实验或经验获得的数据，大于从与标准偏差相乘的系数为“3”计算的爆震判定标准的幅度值被认为实际已经发生爆震的点火循环中的幅度值。因此，通过基于从提取的幅度值计算的标准偏差和系数“3”的乘积计算爆震判定标准，可以高精度地判定爆震发生状态。
更优选地，通过将其中提取的频率高于预定频率并且所述提取的频率示出峰值的幅度值中的不大于最小幅度值的幅度值中的标准偏差与预定系数的乘积加到其中所述提取的频率高于所述预定频率并且所述提取的频率示出所述峰值的所述幅度值中的所述最小幅度值，所述标准计算部分计算所述爆震判定标准。
根据本发明，将其中提取的频率高于预定频率并且所述提取的频率示出峰值的幅度值中的不大于最小幅度值的幅度值中的标准偏差与预定系数的乘积加到其中所述提取的频率高于所述预定频率并且所述提取的频率示出所述峰值的所述幅度值中的所述最小幅度值，计算所述爆震判定标准。这里，在幅度值的频率分布中，无论是否存在噪音分量的振动的幅度值，其中提取的频率示出峰值的幅度值中的最小幅度值经常是大致相同的值。但是，取决于内燃机的振动发生状态，提取的幅度值的差量变大，所以存在低于平常的较低幅度值中在低于平常的较低频率处示出峰值。考虑到这个，作为参考，在提取的频率高于预定频率并且提取的频率示出峰值的幅度值中，使用最小幅度值计算爆震判定标准。因此，即使由于噪音分量的影响(提取的幅度值)而使得检测的幅度值变高，可以抑制计算的爆震判定标准变得高于必要值。此外，即使提取的幅度值的差量变大，可以抑制计算的爆震判定标准变得低于必要值。因此，可以高精度地判定爆震发生状态。
更优选地，所述预定系数为3。
根据本发明，基于从提取的幅度值计算的标准偏差与系数“3”的乘积，计算爆震判定标准。考虑通过实验或经验获得的数据，大于从与标准偏差相乘的系数为“3”计算的爆震判定标准的幅度值被认为实际已经发生爆震的点火循环中的幅度值。因此，通过基于从提取的幅度值计算的标准偏差和系数“3”的乘积计算爆震判定标准，可以高精度地判定爆震发生状态。
更优选地，所述振动的波形是其中所述内燃机中引起的多个频带的振动波形合成的波形。
根据本发明，合成内燃机中引起的多个频带的振动波形。因此，通过合成尤其是爆震时的频带的振动波形，可以获得用于爆震判定的波形。
因此，可以获得抑制噪音分量的振动波形的波形。因此，可以高精度地判定爆震发生状态，同时抑制噪音分量的振动影响。
附图说明
图1是示出发动机ECU控制的发动机的示意性构造图，发动机ECU是根据本发明的爆震判定设备。
图2是示出发动机中在爆震时产生的振动频带的曲线图。
图3是示出图1中发动机ECU的控制框图。
图4是示出发动机中振动波形的曲线图。
图5是示出存储在发动机ECU的存储器中的爆震波形模型的曲线图。
图6是用于比较振动波形和爆震波形模型的曲线图。
图7是示出存储在发动机ECU的在存储器中的判定值V(KX)的映射的曲线图。
图8是示出幅度值LOG(V)的频率分布的曲线图(NO.1)。
图9是示出幅度值LOG(V)的频率分布的曲线图(NO.2)。
图10是示出用于形成幅度值LOG(V)的频率分布的幅度值LOG(V)的图标。
图11是示出设定阈值(V1)的幅度值LOG(V)的曲线图。
图12是示出设定阈值(K1)的幅度值LOG(V)的曲线图。
图13是示出由图1中的发动机ECU执行的控制程序结构的曲线图(NO.1)。
图14是示出由图1中的发动机ECU执行的控制程序结构的曲线图(NO.2)。
图15是示出幅度值LOG(V)的频率分布的曲线图(NO.3)。
图16是示出幅度值LOG(V)的频率分布的曲线图(NO.4)。
图17是示出幅度值LOG(V)的频率分布的曲线图(NO.5)。
图18是示出V(KD)和V(MAX)的级数的曲线。
图19是示出幅度值LOG(V)的频率分布的曲线图(NO.6)。
图20是示出听得见的爆震幅度和爆震比例之间关系的曲线(NO.1)。
图21是示出听得见的爆震幅度和爆震比例之间关系的曲线(NO.2)。
图22是示出爆震时的积分值和噪音的积分值的曲线(No.1)。
图23是示出爆震时的积分值和噪音的积分值的曲线(No.2)。
图24是示出由图3中的发动机ECU执行的控制程序结构的曲线图(NO.3)。
图25是示出幅度值LOG(V)的频率分布的曲线图(NO.7)。
图26是示出幅度值LOG(V)的频率分布的曲线图(NO.8)。
图27是示出幅度值LOG(V)的频率分布的曲线图(NO.9)。
具体实施方式
下面参考附图描述本发明的实施例。在下面的说明书中，相同的部件赋予相同的参考标号。它们具有相同的名称和功能。因此，不再重复相同部件的具体描述。
(第一实施例)
参考图1，描述根据本发明第一实施例的安装爆震状态判定设备的车辆的发动机100。例如，根据本实施例的爆震状态判定设备由发动机ECU(电子控制单元)200执行的程序实现。
发动机100是内燃机，其中从空气滤清器102吸入的空气和从喷射器104喷射的燃料的空燃混合气由火花塞106点燃，并在燃烧室中燃烧。
当空燃混合气燃烧时，燃烧压力向下推动活塞108，曲轴110旋转。燃烧后的空燃混合气(废气)由三通催化剂112清洁，并排出汽车外。吸入到发动机100的空气量由三通阀114调节。
发动机100由发动机ECU200控制。爆震传感器300、水温传感器302、设置成面对正时转子304的曲柄位置传感器306、节流阀的开度位置、车速传感器310、点火开关312以及气流计314连接到发动机100。
爆震传感器300设置到发动机100的气缸体。爆震传感器300由压电元件形成。爆震传感器300响应于发动机100的振动而产生电压。电压的幅度对应于振动的幅度。爆震传感器300将表示电压的信号发送到发动机ECU200。水温传感器302检测发动机100的水套中的冷却水的温度，并将表示检测结果的信号发送到发动机ECU200。
正时转子304设置到曲轴110，并与曲轴110一起旋转。在正时转子304的外周边上，以预定间隔设置多个突起。曲柄位置传感器306设置成面对正时转子304。当正时转子304旋转时，正时转子304的突起和曲柄传感器306之间的气隙变化，由此，通过曲柄位置传感器306的线圈部分的磁通量增大或减小，以在线圈部分中产生电动势。曲柄位置传感器306将表示电动势的信号发送到发动机ECU200。发动机ECU200基于从曲柄位置传感器306发送的信号检测曲柄角。
节流阀的开度位置的传感器308检测节流阀的开度位置，并将表示检测结果的信号发送到发动机ECU200。车速传感器310检测车轮(未示出)的转数，并将表示检测结果的信号发送到发动机ECU200。发动机ECU200基于车轮的转数计算车速。点火开关312在起动发动机100中由驾驶者接通。气流计314检测到发动机100的进气量，并将表示检测结果的信号发送到发动机ECU200。
发动机ECU200基于从各个传感器和点火开关312发送的信号以及存储在存储器202中的映射和程序进行计算，并控制各个设备，以使发动机100进入期望的操作状态。
在本实施例中，发动机ECU200基于从爆震传感器300发送的信号和曲柄角检测发动机100在爆震检测期间(预定第一曲柄角和预定第二曲柄角之间的部分)的振动波形(下面称为“振动波形”)，并基于检测的振动波形判定发动机100中是否已经发生爆震。本实施例中的爆震检测期间是在燃烧冲程中从上死点(0°)到90°。爆震检测期间并不局限于此。
当发生爆震时，发动机100中产生图2中由实线示出的频率附近的频率的振动。由于爆震产生的爆震频率并非恒定，而是在一定频率中变动。因此，在本实施例中，如图2中所示，检测包括在第一频带A、第二频带B以及第三频带C中的振动。在图2中，CA表示曲柄角。由于爆震产生的振动频带数不限于3。
参考图3，将进一步描述发动机ECU200。发动机ECU200包括A/D(模拟/数字)转换器400、带通滤波器(1)410、带通滤波器(2)420、带通滤波器(3)430以及积分部分450。
A/D转换器400将从爆震传感器300发送的模拟信号转换成数字信号。带通滤波器(1)410仅允许从爆震传感器300发送的第一频带A信号通过。换而言之，通过带通滤波器(1)410，从爆震传感器300检测的振动中提取第一频带A中的振动。
带通滤波器(2)420仅允许从爆震传感器300发送的第二频带B信号通过。换而言之，通过带通滤波器(2)420，从爆震传感器300检测的振动中提取第二频带B中的振动。
带通滤波器(3)430仅允许从爆震传感器300发送的第三频带C信号通过。换而言之，通过带通滤波器(3)430，从爆震传感器300检测的振动中提取第三频带C中的振动。
积分部分450将带通滤波器(1)410-(3)430中选择的信号进行积分，即，每次5°的振动幅度。积分值在下文中将称为积分值。在每个频带中计算积分值。通过计算积分值，检测每个频带中的振动波形。
此外，将第一到第三频带A-C中的计算的积分值相加，以对应于曲柄角。换而言之，合成第一到第三频带A-C的振动波形。
由此，如图4中所示，检测发动机100的振动波形。换而言之，使用第一到第三频带A-C的合成波形作为发动机100的振动波形。
将检测的振动波形与发动机ECU200的存储器202中存储的爆震波形模型进行比较，如图5中所示。当发动机100中发生爆震时，提前形成作为爆震波形的模型的爆震波形模型。
在爆震波形模型中，将振动幅度表示为无量纲的0-1范围内的数字，并且振动的幅度并非单一的对应于曲柄角。换而言之，在本实施例的爆震波形模型中，在振动幅度的峰值之后，随着曲柄角的增大，判定振动幅度减小，但是不判定振动幅度变成峰值时的曲柄角。
本实施例中的爆震波形模型对应于由爆震产生的振动幅度的峰值后的振动。还优选地存储与爆震引起的振动的上升边缘后的爆震的爆震波形模型。
基于当通过实验强制产生爆震时检测的发动机100的振动波形，提前形成并存储爆震波形模型。
使用发动机100形成爆震波形模型，其中发动机100的尺寸和爆震传感器300的输出值是尺寸公差和爆震传感器300的输出值的公差的中值(下面称为“中值特性发动机”)。换而言之，爆震波形模型是在中值特性发动机中强制产生爆震的情况下的振动波形。
形成爆震波形模型的方法并不局限于此，并且其可以形成模拟模型。发动机ECU200将检测的波形和存储的波形模型相互比较，并判定发动机100中是否发生爆震。
在检测的波形和爆震波形模型的比较中，如图6所示，相互比较归一化的波形和爆震波形模型。这里，例如，归一化是指通过将检测的振动波形中的每个积分值除以积分值的最大值而将振动的幅度表述为0-1范围的无量纲数。但是，归一化的方法不限于此。
在本实施例中，发动机ECU200计算与归一化的振动波形和爆震波形模型彼此间的偏差相关的值的关联系数K。在归一化后的振动波形中振动幅度变成最大值的正时和合成的爆震波形模型中振动幅度变成最大值的正时下，在曲柄角的每5°时计算归一化后的振动波形与爆震波形模型相互间的偏差的绝对值(偏差量)，以由此计算关联系数K。
如果在每个曲柄角处的归一化后的振动波形和爆震波形模型相互间的偏差的绝对值为ΔS(I)(I是自然数)，爆震波形模型的振动幅度对曲柄角进行积分获得的值(爆震波形模型的面积)是S，则通过等式K＝(S-∑ΔS(I))/S计算关联系数K，其中∑ΔS(I)是ΔS(I)的和。在本实施例中，振动波形的形状越接近于爆震波形模型的形状，则计算的关联系数K的值越大。因此，如果除了爆震之外的其他因素引起的振动波形被包括在振动波形中，则计算的关联系数K的值较小。计算关联系数K的方法不限于此。
此外，发动机ECU200基于关联系数K和积分值的最大值(峰值)计算爆震幅度N。如果积分值的最大值为P并且当没有产生爆震时的表示发动机100的幅度的值为BGL(背景水平)，通过等式N＝P×K/BGL计算爆震幅度N。将BGL存储在存储器202中。计算爆震幅度N的方法不限于此。
在本实施例中，发动机ECU200将计算的爆震幅度N和存储在存储器202中的判定值V(KX)进行比较，由此针对每个点火循环判定是否在发动机100中已经发生爆震。如图7中所示，将判定值V(KX)存储作为使用发动机速度NE和进气量KL作为参数的映射。
作为判定值V(KX)的初始值，使用通过实验等提前判定的值。但是，可能将发动机100中发生的相同的振动幅度检测作为由于爆震传感器300的输出值的变动和恶化而引起的不同值。在此状态下，必须使用与实际检测的幅度对应的判定值V(KX)修正判定值V(KX)，并判定是否已经发生爆震。
因此，在本实施例中，如图8中所示，通过使用表示幅度值LOG(V)和每个幅度值LOG(V)的检测的频率(次数，概率)之间关系的频率分布修正每个判定值V(KX)，其中幅度值LOG(V)是通过对预定次数的点火循环(例如，200个循环)的幅度V进行对数转换而获得的值。
针对于其中发动机速度NE和进气量KL用作参数和修正对应的判定值V(KX)的每个范围内形成幅度值LOG(V)的频率分布。用于计算幅度值LOG(V)的幅度值V是预定曲柄角之间的幅度的峰值(每5°的积分值的峰值)。
在频率分布中，计算中值V(50)，在中值V(50)处，从最小值的幅度LOG(V)的频率的累计和到达50％。此外，计算等于或小于中值V(50)的幅度值LOG(V)处的标准偏差σ。通过将系数U(U为常数，例如U＝3)与标准偏差σ的乘积加到中值V(50)获得的值为爆震判定标准(KD)。将大于爆震判定标准V(KD)的幅度值LOG(V)的频率判定为发生爆震的频率。
注意，系数U是从通过实验等或经验获得的数据计算的系数。大于爆震判定标准V(KD)的幅度值LOG(V)(其中U＝3)几乎与实际发生爆震的点火循环中的幅度值LOG(V)相一致。注意，除了“3”之外的值也可以用作系数U。
在幅度值LOG(V)的频率分布中，如图9所示，如果噪音分量的振动的幅度值LOG(V)混合在幅度值LOG(V)中，则计算的较大幅度值LOG(V)的频率变高，并且频率分布的形状变得偏置。在此情况下，幅度值LOG(V)的分布范围(最小值和最大值之间的差)变窄，并且大于爆震判定标准V(KD)的幅度值LOG(V)在一些情况下变得极少。由此，担心不能够精确判定已经发生***的次数。
因此，在本实施例中，作为用于形成频率分布的幅度值LOG(V)，使用图10中由虚线包围的区域内的幅度值LOG(V)。图10是其中对于一个循环中的每个关联系数K绘制的计算的幅度值LOG(V)的曲线图，在该循环中，获得幅度值LOG(V)。
如图10中所示，在排除大于阈值V(1)和其中在关联系数K小于阈值K(1)的点火循环中计算的幅度值LOG(V)后，形成频率分布。换而言之，提取满足小于阈值V(1)条件的幅度值LOG(V)以及其中关联系数K满足大于阈值K(1)的条件的点火循环中计算的幅度值LOG(V)，以形成频率分布。
参考图11，将进一步描述阈值V(1)。图11示出当操作发动机100使得由于除了爆震之外的因素(噪音分量)引起的振动的幅度V没有包括在当检测用于计算幅度值LOG(V)的幅度V中时的幅度值LOG(V)。
至于由于噪音分量引起的振动，可以想到由于活塞拍击引起的振动、由于喷射器104(尤其是直接的喷射器)的致动引起振动、由于进气阀116或排气阀118的底座引起的振动等。
在包括幅度V的期间(预定曲柄角度之间)，操作发动机100，使得不发生活塞拍击，并且操作发动机100，使得喷射器104、进气阀116和排气阀118停止，由此计算幅度值LOG(V)，如图11中所示。
将本实施例中计算的幅度值LOG(V)的中值设定为阈值V(1)。将中值设定为阈值V(1)，这是因为由噪音分量引起的振动的幅度值被认为大于中值。还可以将除了中值之外的值(例如，小于中值的值)设定为阈值V(1)。
参考图12，将进一步描述阈值K(1)。图12示出当操作发动机100使得噪音波形包括在其中计算幅度值LOG(V)的点火循环中的振动波形时的幅度值LOG(V)。
在爆震检测期间，操作发动机100，使得不发生活塞拍击，并且操作发动机100，使得喷射器104、进气阀116和排气阀118停止，由此计算幅度值LOG(V)，如图12中所示。
将本实施例中计算的幅度值LOG(V)中的相关系数K的最大值设定为阈值K(1)。还可以将除了最大值之外的值(例如，小于最大值的值)设定为阈值K(1)。
因此，通过使用小于阈值V(1)的幅度值LOG(V)和关联系数K大于阈值K(1)的点火循环中的幅度值LOG(V)，形成频率分布。换而言之，在排除被认为是噪音分量的振动的幅度值LOG(V)的幅度值LOG(V)时，形成频率分布。
参考图13，将给出由发动机ECU200执行的用于判定每个点火循环是否发生爆震的程序的控制结构的描述，其中发动机ECU200是根据本实施例的爆震状态判定设备。
在步骤100(下文中将“步骤”简称为“S”)，发动机ECU200基于曲柄传感器306发送的信号检测发动机速度NE以及基于气流计314发送的信号检测进气量KL。
在S102中，发动机ECU200基于爆震传感器300发送的信号检测发动机100的振动幅度。振动幅度表示为爆震传感器300的输出电压。振动幅度可以表示为与爆震传感器300的输出电压对应的值。在点火冲程的上死点和90°(90°的曲柄角)之间执行幅度的检测。
在S104中，发动机ECU200计算通过对每5°(5°)的曲柄角的爆震传感器300的输出电压(表示振动幅度的值)进行积分获得的值(积分值)。对于第一到第三频带A-C的每个频带中的振动计算积分值。另外，将第一到第三频带A-C中的积分值相加，以对应于曲柄角，由此检测发动机100的振动波形。
在S106中，发动机ECU200从第一到第三频带A-C的合成波形(发动机100的振动波形)的积分值中计算最大积分值(峰值)。
在S108中，发动机ECU200对发动机100的振动波形进行归一化。这里，归一化是指通过将每个积分值除以计算的峰值而将振动幅度表示为0-1范围内的无量纲数。
在S110中，发动机ECU200计算与归一化的振动波形和爆震波形模型彼此间的偏差相关的值的关联系数K。
在S112中，发动机ECU200计算爆震幅度N。如果计算的峰值为P并且当发动机100中没有产生爆震时的表示发动机100的振动幅度的值为BGL(背景水平)，通过等式N＝P×K/BGL计算爆震幅度N。将BGL存储在存储器202中。计算爆震幅度N的方法不限于此。
在S114中，发动机ECU200判定爆震幅度N是否大于预定的判定值。如果爆震幅度N大于预定的判定值(S114中是)，处理移动到S116。否则(S114中否)，处理移动到S120。
在S116中，发动机ECU200判定发动机100中已经发生爆震。在S118中，发动机ECU200延迟点火正时。在S120中，发动机ECU200判定发动机100中没有发生爆震。在S122中，发动机ECU200提前点火正时。
参考图14，将给出由发动机ECU200执行的修正用于判定每个点火循环是否发生爆震的程序的控制结构的描述，其中发动机ECU200是根据本实施例的爆震状态判定设备。
在S200中，发动机ECU200基于从爆震传感器300发送的信号从检测的幅度V中计算幅度值LOG(V)。这里，幅度值V是预定曲柄角之间的峰值(每5°的积分值的峰值)。
在S202中，发动机ECU200判定是否已经计算N循环的幅度值LOG(V)  (N是自然数，例如N＝200)。当已经计算图1 0中的虚线包围的上述范围中的N或更多幅度值LOG(V)时，发动机ECU200判定已经计算N循环的幅度值LOG(V)。如果计算N循环的幅度值LOG(V)(S202中是)，处理移动到S204。否则(S202中否)，处理移动到S200。
在S204中，发动机ECU200形成幅度值LOG(V)的频率分布。在S206中，发动机ECU200判定幅度值LOG(V)的最大值V(MAX)。
在S208中，发动机ECU200计算中值V(50)以及等于或小于最大值V(MAX)的幅度值LOG(V)的标准偏差σ。在S210中，发动机ECU200基于中值V(50)和标准偏差σ计算爆震判定标准V(KD)。
在S212中，发动机ECU200判定爆震判定标准V(KD)是否小于最大值V(MAX)。如果爆震判定标准V(KD)小于最大值V(MAX)(S212中是)，则处理移动到S214。否则(S212中否)，处理移动到S218。
在S214中，发动机ECU200从频率分布中去除S216中判定的V(MAX)。在S216中，发动机ECU200将去除最大值V(MAX)的频率和统计为爆震比例KC。然后，处理返回S206。
在S218中，发动机ECU200判定爆震比例KC是否大于阈值KC(0)。如果爆震比例KC大于阈值KC(0)(S218中是)，处理移动到S220。否则(S218中否)，处理移动到S222。在S220中，发动机ECU200减小判定值V(KX)。在S222中，发动机ECU200增大判定值V(KX)。
基于上述结构和流程，给出发动机ECU200操作的描述，其中发动机ECU200是根据本实施例的爆震状态判定设备。
当驾驶者接通点火开关312以起动发动机100时，基于曲柄位置传感器306发送的信号检测发动机速度NE，并给予气流计314发送的信号检测进气量KL(S100)。此外，基于爆震传感器300发送的信号，检测发动机100的爆震幅度。
在点火冲程中的上死点和90°之间，计算第一到第三频带A-C中每个频带中每5°的振动的积分值(S104)。将第一到第三频带A-C中的积分值相加，以对应于曲柄角，由此检测发动机100的上述振动波形，如图4中所示。
作为用于检测振动波形的每5°的积分值，可以检测抑制微弱变动的振动波形。因此，将检测的振动波形和爆震波形模型相互比较变得容易。
基于计算的积分值，计算第一到第三频带A-C的合成波形(发动机100的振动波形)中的积分值的峰值P(S106)。
将发动机100的振动波形中的积分值除以计算的峰值P，由此对振动波形进行归一化(S108)。通过归一化，振动波形中的振动的幅度表示为0-1范围内的无量纲数。这样，不管振动的幅度如何，可以将检测的振动波形和爆震波形模型相互比较。因此，不需要存储与振动幅度相对应的大量的爆震波形模型，由此有利于形成爆震波形模型。
在归一化后的振动波形中振动幅度变成最大值的正时和合成的爆震波形模型中振动幅度变成最大值的正时下(见图6)，在每个曲柄角时计算归一化后的振动波形与爆震波形模型相互间的偏差的绝对值。基于通过将爆震波形模型的振动幅度对曲柄角积分获得的值S和ΔS(I)的和，通过K＝(S-∑ΔS(I))/S计算关联系数K(S110)。这样，可以将检测的振动波形和爆震波形模型之间的一致程度转换为数字，以客观地判定该程度。此外，通过相互比较振动波形和爆震波形模型，可以从振动的行为(诸如振动的衰减趋势)分析振动是否是爆震时的振动。
通过将上述计算的关联系数K与峰值P的乘积除以BGL，计算爆震幅度N(S112)。这样，基于检测的振动波形和爆震波形模型之间的一致程度和振动幅度，可以更严密地分析发动机100的振动是否是由爆震引起的振动。
当爆震幅度N大于预定判定值时(S114中是)，判定已经发生爆震(S116)，并延迟点火正时(S118)。由此，抑制爆震的发生。
另一方面，当爆震幅度N不大于预定判定值时(S114中否)，判定没有发生爆震(S120)，并提前点火正时(S122)。
这样，通过相互比较爆震幅度N和判定值V(KX)，判定每个点火循环中是否已经发生爆震并延迟或提前点火正时。
如上所述，即使当发动机100中发生相同的振动时，由于爆震传感器300的输出值的变动和恶化，检测的幅度可能不同。在此情况下，必须使用与实际检测的幅度对应的判定值V(KX)来修正判定值V(KX)，并判定是否已经发生爆震。
因此，基于爆震传感器300发送的信号，从检测的幅度V中计算幅度值LOG(V)。
当计算N循环的幅度值时(S202中是)，制备计算的幅度值LOG(V)的频率分布(S204)，并确定频率分布中的幅度值LOG(V)的最大值V(MAX)(S206)。此外，计算不大于最大值V(MAX)的幅度值LOG(V)的频率分布中的中值V(50)和标准偏差σ(S208)，并基于中值V(50)和标准偏差σ，计算爆震判定标准V(KD)  (S210)。
如果发动机100中没有发生爆震，频率分布为图15中所示的正常分布，最大值V(MAX)和爆震判定标准V(KD)彼此一致。另一方面，当发生爆震时，检测的幅度值V变大，当计算较大的幅度值LOG(V)时，最大值V(MAX)大于爆震判定标准V(KD)，如图16中所示。
此外，如果爆震发生频率增大或发动机100自身的机械振动增大，则最大值V(MAX)变得更大，如图17中所示。此时，中值V(50)和标准偏差σ亦随最大值V(MAX)而增大。因此，爆震判定标准V(KD)变大。
小于爆震判定标准V(KD)的幅度值LOG(V)不被判定为发生爆震循环中的幅度值LOG(V)。因此，随着爆震判定标准V(KD)变大，即使发生爆震时，判定没有发生爆震的频率增大。
为了抑制上述的爆震判定标准V(KD)的增大，如果爆震判定标准V(KD)小于最大值V(MAX)(S212中是)，从频率分布中去除最大值V(MAX)(S214)。去除最大值V(MAX)的频率的和被记为爆震占有率KC(S216)。
在其中已经去除最大值V(MAX)的频率分布中，再次确定爆震判定标准V(KD)。即，将最大值V(MAX)修正为更小。
此外，在已经去除最大值V(MAX)后的频率分布中，再次计算爆震判定标准V(KD)。即，再次计算幅度值LOG(V)小于再次确定的最大值V(MAX)的频率分布中的爆震判定标准V(KD)。只要爆震判定标准V(KD)小于最大值V(MAX)(S212中是)，重复从S206到S216的处理。
如果去除最大值V(MAX)后再计算爆震判定标准V(KD)，随着最大值V(MAX)的去除数量增加(随着频率分布中的最大值(V(MAX)变小)，爆震判定标准V(KD)变大。因为最大值V(MAX)的减小率大于爆震判定标准V(KD)的减小率，所以存在两者一致的点。
如上所述，在不产生爆震的频率分布中，最大值V(MAX)和爆震判定标准V(KD)一致。因此，如图19中所示，在最大值V(MAX)和爆震判定标准V(KD)一致的情况下(S212中否)，该爆震判定标准V(KD)被认为是模拟不产生爆震的频率分布中的爆震判定标准V(KD)。
因此，在最大值V(MAX)与爆震判定标准V(KD)一致的情况下，大于爆震判定标准V(KD)  (最大值V(MAX))的幅度值LOG(V)的频率和(即，去除最大值V(MAX)直到最大值V(MAX)与爆震判定标准V(KD)一致的频率和)被统计为爆震占有率KC(引起爆震的频率)(S216)。
图20示出当通过使用在不去除最大值V(MAX)的情况下计算的爆震判定标准V(KD)而统计爆震占有率KC时的占有率KC的转变。在此情况下，随着听得见的爆震幅度(乘客通过听觉可以察觉的幅度水平)从没有爆震的状态增大，爆震占有率KC增大。但是，因为爆震判定标准V(KD)随着最大值V(MAX)的增大而增大，如果听得见的爆震幅度过大，反过来减小爆震占有率。
另一方面，如图12所示，如果通过去除最大值V(MAX)直到最大值V(MAX)和爆震判定标准V(KD)一致时再计算爆震判定标准V(KD)，则爆震占有率KC随着听得见的爆震幅度变大而增加。
当爆震占有率KC大于阈值KC(0)时(S218中是)，可以说在大于可接受频率的频率下发生爆震。在此情况下，为了使爆震判定容易，使判定值V(KX)变得更小(S220)。因此，可以增大判定已经发生爆震的频率，并延迟点火，以抑制爆震的发生。
另一方面，如果爆震占有率KC小于阈值KC(0)(S218中否)，可以说爆震发生频率位于可接受的值内。在此情况下，可以说发动机100的输出可以进一步增大。
因此，使得判定值V(KX)变大(S222)。由此，抑制判定已经发生爆震的频率，并延迟点火，以增大电动机100的输出。
如上所述，发动机ECU通过使用关联系数K大于阈值K(1)的点火循环中的幅度值LOG(V)产生频率分布，并且判定爆震占有率KC，即爆震发生频率(次数)，其中发动机ECU是根据本实施例的爆震状态判定设备。阈值K(1)是在发动机***作使得噪音分量的振动波形包括在计算幅度值LOG(V)的点火循环中的情况下计算的关联系数K的最大值。由此，在幅度值LOG(V)的频率分布中，可以抑制被认为是噪音分量的振动的幅度值LOG(V)的幅度值LOG(V)。因此，通过抑制噪音分量的振动的影响，可以判定爆震发生的次数。由此，可以高精度地判定爆震发生的次数。
如图22中所示，当由于噪音引起的振动幅度较大时，爆震时的积分值的最大值与由噪音引起的积分值的最大值之间的区别较小，并且难以从爆震幅度N中区分噪音和爆震。因此，如图23中所示，还可以通过使用振动波形中积分值的和(对爆震检测期间的爆震传感器300的所有输出电压进行积分获得的值)而不是积分值的峰值P来计算爆震幅度N。换而言之，还可以通过将关联系数K与振动波形中的积分值的和的乘积除以BGL来计算爆震幅度N。
如图23中所示，因为由于噪音引起振动发生的期间小于由于爆震引起振动发生的期间，所以爆震的积分值的和与噪音之间的差值可以很大。因此，通过基于积分值的和计算爆震幅度N，可以在计算的爆震时的爆震幅度N与计算的由噪音引起的爆震幅度之间获得较大差值。因此，可以清楚地区分由爆震引起的振动和由噪音引起的振动。
第二实施例
下文中，将描述本发明的第二实施例。本实施例与第一实施例的不同之处在于，除了幅度值LOG(V)的频率分布之外，当每个点火循环的爆震判定中判定已经发生的爆震频率较高时，修正判定值V(KX)。其它构造与上述第一实施例中的相同，并且功能也相同。因此，这里省略其详细描述。
参考图24，描述由发动机ECU200执行的程序的控制结构，其中发动机ECU200是根据本实施例的爆震判定设备。注意，除了上述第一实施例的程序之外，执行下面描述的程序。
在S300中，发动机ECU200判断是否点燃空燃混合气。因此发动机ECU200自身已经判定是否点燃空燃混合气，所以是否已经点燃空燃混合气在发动机ECU200内判断。如果空燃混合气已经点燃(S300中是)，则处理移动到S302。如果没有点燃(S300中否)，处理返回S300。在S302中，发动机ECU200增量点火计数器。
在S304中，发动机ECU判断每个点火循环的爆震判定中是否判定已经发生爆震。如果判定已经发生爆震(S304中是)，则处理移动到S306。如果否(S304中否)，处理移动到S306。在S306中，发动机ECU200增量爆震计数器。
在S308中，发动机ECU200判断通过将爆震计数器的计数除以点火计数器的计数计算的值是否不小于阈值。即，判定已经发生爆震的点火循环的比例(频率)  (下文也称为爆震循环)小于总点火循环中的阈值。如果爆震循环的比例不小于阈值(S308中是)，处理移动到S310。如果否(S308中否)，处理移动到S314。
在S310中，发动机ECU200使得用于判定每个循环中是否已经发生爆震的判定值V(KX)变小。此时的修正值大于通过使用爆震幅度值LOG(V)的频率分布使得判定值V(KX)变小的情况下的修正量。
在S312中，发动机ECU200判断是否已经使用幅度值LOG(V)的频率分布修正判定值V(KX)。如果已经使用幅度值LOG(V)的频率分布修正了判定值V(KX)(S312中YES)，处理移动到S314。如果否(S312中否)，处理返回S300。在S314中，发动机ECU200复位点火计数器和爆震计数器。然后，该处理结束。
基于上述结构和流程，将给出根据本实施例的爆震状态判定设备的发动机ECU200的操作。
当点燃空燃混合气时(S300中是)，增量点火计数器(S302)。在此点火循环，如果判定已经发生爆震(S304中是)，增量爆震计数器(S306)。如果判定没有发生爆震(S304中否)，则不增量爆震计数器。
在爆震循环在总的点火循环中占有的比例小于阈值(S308中否)并且不执行使用幅度值LOG(V)的频率分布修正判定值V(KX)(S312中否)的期间，即，在用于产生频率分布所提取的幅度值LOG(V)没有达到N循环次数的期间，重复S300-S306的处理。
另一方面，当爆震循环的比例是阈值或更多时(S308中是)，通过修正量大于使用幅度值LOG(V)使得判定值V(KX)变小的情况下的修正量，使得判定值V(KX)变小(S310)。
因此，可以在爆震产生频率较大时容易地在每个点火循环的爆震判定中判定已经发生爆震，而不依赖于幅度值LOG(V)的频率分布，即，即使在没有提取N循环的幅度值LOG(V)。因此，可以增大延迟点火的频率，以抑制爆震的发生。
此外，此时，通过修正量大于使用幅度值LOG(V)使得判定值V(KX)变小的情况下的修正量，使得判定值V(KX)变小。因此，即使在使用幅度值LOG(V)使得判定值V(KX)变小也不能够抑制爆震的情况下，可以迅速地抑制爆震的发生。
当修正判定值V(KX)时(S310、S312中是)，复位点火计数器和爆震计数器，再次重复S300后的处理。
如上所述，如果通过每个点火循环的爆震判定中被判定为爆震的点火循环与总的点火循环数的比例大于阈值，发动机ECU使用较大的修正量使得判定值V(KX)变小。因此，在爆震产生频率较高的情况下，可以通过使得容易地判定已经发生爆震而抑制爆震的发生，以增大点火延迟的频率。
其它实施例
在上述第一和第二实施例中，通过使用幅度值LOG(V)获得爆震判定标准V(KD)。但是，当发生较大幅度的振动时，计算的幅度值LOG(V)变大，由此频率分布形状失稳，并且计算的中值可能大于必要值，如图25中的实线所示。
但是，即使在频率分布的形状失稳的情况下，在幅度值LOG(V)的频率示出(频率的变化率为0)时的幅度值LOG(V)中，最小幅度值LOG(V)经常是与不引起爆震时的频率分布的中值V(50)相同的值。
综上所述，通过使用幅度值LOG(V)的频率示出峰值时的幅度值LOG(V)中的最小幅度值LOG(V)，而不使用中值V(50)，可计算爆震判定值V(KD)。
即，将标准偏差和不大于计算频率中示出峰值时的幅度值LOG(V)的最小幅度值LOG(V)的幅度值中的系数U的乘积加到计算的频率示出峰值时的幅度值LOG(V)中的最小幅度值LOG(V)，以由此计算爆震判定标准V(KD)。因此，即使当幅度值LOG(V)由于噪音分量的影响而变高时，可以抑制计算的爆震判定标准V(KD)增大超过必要值。
此外，如图27中所示，存在提取的幅度值LOG(V)的差量变大的情况，所以取决于发动机100中引起振动的状态，在比幅度值LOG(V)的通常频率低的频率下示出的峰值比通常的低。因此，如图27中所示，可以使用在高于预定频率(例如，第三频率最大值)和示出峰值时的幅度值LOG(V)的频率的频率下计算的幅度值LOG(V)中最小幅度值LOG(V)计算爆震判定标准V(KD)。因此，即使当幅度值LOG(V)的差值变大，也可以抑制计算的爆震判定标准V(KD)增大超出必要值。
注意，在使用示出峰值的幅度值LOG(V)的频率的幅度值LOG(V)  (而不使用中值V(50))计算爆震判定标准V(KD)的情况下，可以在不进行去除大于爆震判定标准V(KD)的最大值V(MAX)的处理的情况下计算爆震判定标准V(KD)。
虽然已经详尽描述和解释本发明，但是应当理解其仅是说明性和示例性目的，而不应认为限制性的，本发明的精神和范围仅由权利要求限定。

Claims (53)

1.一种用于内燃机(100)的爆震状态判定设备，包括：
第一检测部分(200)，检测以曲柄角的预定间隔在所述内燃机(100)中引起的振动波形；
存储器部分(202)，事先存储所述内燃机(100)的振动波形；
第二检测部分(200)，在多个点火循环中检测与所述内燃机(100)中引起的振动幅度相关的幅度值；
提取部分(200)，基于检测的波形和存储的波形的比较结果，在多个所述幅度值中提取满足预定条件的幅度值；以及
判定部分(200)，基于提取的所述幅度值，判定爆震发生状态。
2.根据权利要求1所述的爆震状态判定设备，还包括：
爆震幅度计算部分(200)，基于所述存储的波形和所述检测的波形的比较结果以及以所述曲柄角的所述预定间隔在所述内燃机(100)中引起的振动幅度，计算与爆震所引起的振动幅度相关的爆震幅度；以及
爆震判定部分(200)，基于所述爆震幅度和预定判定值的比较结果，判定每个点火循环在所述内燃机(100)中是否已经发生爆震。
3.根据权利要求2所述的爆震状态判定设备，其中，基于所述内燃机(100)的旋转数和所述内燃机(100)中吸入的空气量中的至少一者，设定所述预定判定值。
4.根据权利要求2所述的爆震状态判定设备，还包括：
修正部分(200)，基于所述判定部分(200)的判定结果，修正所述预定判定值。
5.根据权利要求2所述的爆震状态判定设备，还包括：
修正部分(200)，基于使用所述爆震幅度判定所述内燃机(100)中已经发生爆震的频率，修正所述判定值。
6.根据权利要求2所述的爆震状态判定设备，还包括：
第一修正部分(200)，基于所述判定部分(200)的判定结果，修正所述预定判定值。
第二修正部分(200)，基于使用所述爆震幅度判定所述内燃机(100)中已经发生的爆震的频率，使用不同于所述第一修正部分的修正量的修正量修正所述判定值。
7.根据权利要求6所述的爆震状态判定设备，其中，所述第二修正部分(200)使用大于所述第一修正部分(200)的修正量的修正量修正所述判定值。
8.根据权利要求2所述的爆震状态判定设备，还包括：
偏差计算部分(200)，计算与所述检测的波形和所述存储的波形之间的偏差相关的值；以及
基于和所述偏差相关的所述值以及以所述曲柄角的所述预定间隔在所述内燃机(100)中引起的振动幅度，所述爆震幅度计算部分(200)计算所述爆震幅度。
9.根据权利要求8所述的爆震状态判定设备，还包括：
积分部分(200)，计算在所述曲柄角的所述预定间隔内对所述曲柄角的所述预定间隔在所述内燃机(100)中引起的振动幅度积分的积分值；其中
基于和所述偏差相关的所述值与所述积分值的乘积，所述爆震幅度计算部分(200)计算所述爆震幅度。
10.根据权利要求8所述的爆震状态判定设备，其中：
当所述检测的波形包括由所述内燃机(100)的预定部件(104、108、116、118)的操作引起的振动波形时，与没有包括该振动波形时相比，所述偏差计算部分(200)将与所述偏差相关的所述值计算的较小；以及
所述预定条件是这样的条件，其是计算的与偏差相关的值比预定值大的点火循环中的幅度值。
11.根据权利要求10所述的爆震状态判定设备，其中：
所述预定值是与在其中所述内燃机(100)***作使得以所述预定间隔引起由于所述预定部件(104、108、116、118)的操作产生的振动的状态下所计算的偏差相关的值的最大值。
12.根据权利要求10所述的爆震状态判定设备，其中所述预定部件(104、108、116、118)是活塞(108)、喷射器(104)、进气阀(116)和排气阀(118)中的至少一个。
13.根据权利要求1所述的爆震状态判定设备，还包括：
偏差计算部分(200)，基于所述检测的波形和所述存储的波形之间的比较结果，计算与所述检测的波形和所述存储的波形之间的偏差相关的值，其中
当所述检测的波形包括由所述内燃机(100)的预定部件(104、108、116、118)的操作引起的振动波形时，与没有包括该振动波形时相比，所述偏差计算部分(200)将与所述偏差相关的所述值计算的较小；以及
所述预定条件是这样的条件，其是计算的与偏差相关的值比预定值大的点火循环中的幅度值。
14.根据权利要求13所述的爆震状态判定设备，其中所述预定值是与在其中所述内燃机(100)***作使得以所述预定间隔引起由于所述预定部件(104、108、116、118)的操作产生的振动的状态下所计算的偏差相关的值的最大值。
15.根据权利要求13所述的爆震状态判定设备，其中所述预定部件(104、108、116、118)是活塞(108)、喷射器(104)、进气阀(116)和排气阀(118)中的至少一个。
16.根据权利要求1所述的爆震状态判定设备，还包括：
标准计算部分(200)，基于所述提取的幅度值，计算爆震判定标准，其中
基于所述提取的幅度值和所述爆震判定标准之间的比较结果，所述判定部分(200)判定爆震发生状态。
17.根据权利要求16所述的爆震状态判定设备，其中，当提取不少于所述预定数的多个幅度值时，所述标准计算部分(200)计算所述爆震判定标准。
18.根据权利要求17所述的爆震状态判定设备，其中，基于所述提取的幅度值和所述爆震判定标准的所述比较结果，所述判定部分(200)判定爆震发生频率。
19.根据权利要求18所述的爆震状态判定设备，其中，所述判定部分(200)将在提取的所述幅度值中提取大于所述爆震判定标准的幅度值的频率判定为爆震发生频率。
20.根据权利要求16所述的爆震状态判定设备，其中，通过将提取的所述幅度值中的标准偏差与预定系数的乘积加到提取的所述幅度值的中值，所述标准计算部分(200)计算所述爆震判定标准。
21.根据权利要求20所述的爆震状态判定设备，其中，所述预定系数为3。
22.根据权利要求16所述的爆震状态判定设备，其中，通过将其中提取的频率示出峰值的幅度值中的不大于最小幅度值的幅度值中的标准偏差与预定系数的乘积加到其中所述提取的频率示出所述峰值的所述幅度值中的所述最小幅度值，所述标准计算部分(200)计算所述爆震判定标准。
23.根据权利要求22所述的爆震状态判定设备，其中所述预定系数为3。
24.根据权利要求16所述的爆震状态判定设备，其中，通过将其中提取的频率高于预定频率并且所述提取的频率示出峰值的幅度值中的不大于最小幅度值的幅度值中的标准偏差与预定系数的乘积加到其中所述提取的频率高于所述预定频率并且所述提取的频率示出所述峰值的所述幅度值中的所述最小幅度值，所述标准计算部分(200)计算所述爆震判定标准。
25.根据权利要求24所述的爆震状态判定设备，其中所述预定系数为3。
26.根据权利要求1所述的爆震状态判定设备，其中，所述振动的波形是其中所述内燃机(100)中引起的多个频带的振动波形合成的波形。
27.一种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括：
用于检测以曲柄角的预定间隔在所述内燃机(100)中引起的振动波形的装置(200)；
用于事先存储所述内燃机(100)的振动波形的装置(202)；
检测装置(200)，在多个点火循环中检测与所述内燃机(100)中引起的振动幅度相关的幅度值；
提取装置(200)，基于比较检测的波形和存储的波形的结果，在多个所述幅度值中提取满足预定条件的幅度值；以及
判定装置(200)，基于提取的所述幅度值，判定爆震发生状态。
28.根据权利要求27所述的爆震状态判定设备，还包括：
爆震幅度计算装置(200)，基于所述存储的波形和所述检测的波形的比较结果以及以所述曲柄角的所述预定间隔在所述内燃机(100)中引起的振动幅度，计算与爆震所引起的振动幅度相关的爆震幅度；以及
基于所述爆震幅度和预定判定值的比较结果，判定每个点火循环在所述内燃机(100)中是否已经发生爆震的装置(200)。
29.根据权利要求28所述的爆震状态判定设备，其中，基于所述内燃机(100)的旋转数和所述内燃机(100)中吸入的空气量中的至少一者，设定所述预定判定值。
30.根据权利要求28所述的爆震状态判定设备，还包括：
修正装置(200)，基于所述判定装置(200)的判定结果，修正所述预定判定值。
31.根据权利要求28所述的爆震状态判定设备，还包括：
基于使用所述爆震幅度判定所述内燃机(100)中已经发生爆震的频率，修正所述判定值的装置(200)。
32.根据权利要求28所述的爆震状态判定设备，还包括：
第一修正装置(200)，基于所述判定装置(200)的判定结果，修正所述预定判定值；以及
第二修正装置(200)，基于使用所述爆震幅度判定所述内燃机(100)中已经发生的爆震的频率，使用不同于所述第一修正装置(200)的修正量的修正量修正所述判定值。
33.根据权利要求32所述的爆震状态判定设备，其中，所述第二修正装置(200)包括使用大于所述第一修正装置(200)的修正量的修正量修正所述判定值的装置。
34.根据权利要求28所述的爆震状态判定设备，还包括：
偏差计算装置(200)，计算与所述检测的波形和所述存储的波形之间的偏差相关的值；以及
所述爆震幅度计算装置(200)包括基于和所述偏差相关的所述值以及以所述曲柄角的所述预定间隔在所述内燃机(100)中引起的振动幅度计算所述爆震幅度的装置(200)。
35.根据权利要求34所述的爆震状态判定设备，还包括：
计算在所述曲柄角的所述预定间隔内对所述曲柄角的所述预定间隔在所述内燃机(100)中引起的振动幅度积分的积分值的装置(200)；其中
所述爆震幅度计算装置(200)包括基于和所述偏差相关的所述值与所述积分值的乘积计算所述爆震幅度的装置(200)。
36.根据权利要求34所述的爆震状态判定设备，其中：
当所述检测的波形包括由所述内燃机(100)的预定部件(104、108、116、118)的操作引起的振动波形时，与没有包括该振动波形时相比，所述偏差计算装置(200)包括将与所述偏差相关的所述值计算的较小的装置(200)；以及
所述预定条件是这样的条件，其是计算的与偏差相关的值比预定值大的点火循环中的幅度值。
37.根据权利要求36所述的爆震状态判定设备，其中所述预定值是与在其中所述内燃机(100)***作使得以所述预定间隔引起由于所述预定部件(104、108、116、118)的操作产生的振动的状态下所计算的偏差相关的值的最大值。
38.根据权利要求36所述的爆震状态判定设备，其中所述预定部件(104、108、116、118)是活塞(108)、喷射器(104)、进气阀(116)和排气阀(118)中的至少一个。
39.根据权利要求27所述的爆震状态判定设备，还包括：
偏差计算装置(200)，基于所述检测的波形和所述存储的波形之间的比较结果，计算与所述检测的波形和所述存储的波形之间的偏差相关的值，其中
当所述检测的波形包括由所述内燃机(100)的预定部件(104、108、116、118)的操作引起的振动波形时，与没有包括该振动波形时相比，所述偏差计算装置(200)包括将与所述偏差相关的所述值计算的较小的装置(200)；以及
所述预定条件是这样的条件，其是计算的与偏差相关的值比预定值大的点火循环中的幅度值。
40.根据权利要求39所述的爆震状态判定设备，其中所述预定值是与在其中所述内燃机(100)***作使得以所述预定间隔引起由于所述预定部件(104、108、116、118)的操作产生的振动的状态下所计算的偏差相关的值的最大值。
41.根据权利要求39所述的爆震状态判定设备，其中所述预定部件(104、108、116、118)是活塞(108)、喷射器(104)、进气阀(116)和排气阀(118)中的至少一个。
42.根据权利要求27所述的爆震状态判定设备，还包括：
标准计算装置(200)，基于提取的所述幅度值，计算爆震判定标准，其中
所述判定装置(200)包括基于所述提取的幅度值和所述爆震判定标准之间的比较结果判定爆震发生状态的装置(200)。
43.根据权利要求42所述的爆震状态判定设备，其中，所述标准计算装置(200)包括当提取不少于所述预定数的多个幅度值时计算所述爆震判定标准的装置(200)。
44.根据权利要求43所述的爆震状态判定设备，其中，所述判定装置(200)包括基于所述提取的幅度值和所述爆震判定标准的所述比较结果判定爆震发生频率的装置(200)。
45.根据权利要求44所述的爆震状态判定设备，其中，所述判定装置(200)包括将在提取的所述幅度值中提取大于所述爆震判定标准的幅度值的频率判定为爆震发生频率的装置(200)。
46.根据权利要求42所述的爆震状态判定设备，其中，所述标准计算装置(200)包括通过将提取的所述幅度值中的标准偏差与预定系数的乘积加到提取的所述幅度值的中值而计算所述爆震判定标准的装置(200)。
47.根据权利要求46所述的爆震状态判定设备，其中所述预定系数为3。
48.根据权利要求42所述的爆震状态判定设备，其中，所述标准计算装置(200)包括通过将其中提取的频率示出峰值的幅度值中的不大于最小幅度值的幅度值中的标准偏差与预定系数的乘积加到其中所述提取的频率示出所述峰值的所述幅度值中的所述最小幅度值而计算所述爆震判定标准的装置(200)。
49.根据权利要求48所述的爆震状态判定设备，其中所述预定系数为3。
50.根据权利要求42所述的爆震状态判定设备，其中，所述标准计算装置(200)包括通过将其中提取的频率高于预定频率并且所述提取的频率示出峰值的幅度值中的不大于最小幅度值的幅度值中的标准偏差与预定系数的乘积加到其中所述提取的频率高于所述预定频率并且所述提取的频率示出所述峰值的所述幅度值中的所述最小幅度值而计算所述爆震判定标准的装置(200)。
51.根据权利要求50所述的爆震状态判定设备，其中所述预定系数为3。
52.根据权利要求27所述的爆震状态判定设备，其中，所述振动的波形是其中所述内燃机(100)中引起的多个频带的振动波形合成的波形。
53.一种用于内燃机(100)的爆震判定设备，包括：
ECU(200)，其中
所述ECU(200)检测以曲柄角的预定间隔在所述内燃机中引起的振动波形，
事先存储所述内燃机的振动波形，
在多个点火循环中检测与所述内燃机(100)中引起的振动幅度相关的幅度值，
基于检测的波形和存储的波形的比较结果，在多个所述幅度值中提取满足预定条件的幅度值，以及
基于提取的所述幅度值，判定爆震发生状态。
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