內(nèi)燃機的控制裝置制造方法
【專利摘要】一種內(nèi)燃機的控制裝置。以往使用不同的傳感器采用不同的檢測機制來檢測爆燃或失火，因此存在控制裝置(1)內(nèi)的運算負荷增大的課題。此外，從內(nèi)燃機的提高效率的觀點來看，在減小使點火時期延遲的方向上的余地方面有效，因此需要檢測輕度爆燃。采用離子傳感器來檢測在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的燃燒離子，對該離子信號進行積分并求得積分信號，將該積分信號與失火判定值以及基于對過去的規(guī)定循環(huán)數(shù)的積分信號進行平均化后得到的信號的爆燃判定值進行比較來判定爆燃以及失火。采用相同的離子傳感器檢測失火以及爆燃，采用相同的判定功能邏輯進行判定處理，能夠減輕運算負荷，而且通過爆燃判定閾值的設定能檢測輕度爆燃，因此能夠?qū)崿F(xiàn)點火時期控制的高精度化。
【專利說明】內(nèi)燃機的控制裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機的控制裝置，尤其涉及通過將汽缸內(nèi)的燃燒狀態(tài)作為離子信號 進行檢測從而能夠正確地估計內(nèi)燃機的爆燃（knock)狀態(tài)和失火狀態(tài)的內(nèi)燃機的控制裝 置。

【背景技術】
[0002] 近年來，由于機動車的燃料耗費量增大，需要嘗試改善內(nèi)燃機的燃燒效率。該改善 技術之一為高壓縮比化，通過提高內(nèi)燃機的壓縮比來提高內(nèi)燃機的熱效率這一點在理論上 已被證明。
[0003] 在使用了汽油的火花點火式的內(nèi)燃機中壓縮比為10左右，在柴油式的內(nèi)燃機中 壓縮比被設定為18左右，可以說柴油式的內(nèi)燃機與火花點火式的內(nèi)燃機相比熱效率高。在 使用了汽油的火花點火式的內(nèi)燃機中，如果為了提高燃燒效率而增大壓縮比，則隨著該壓 縮比的增加而容易產(chǎn)生爆燃（或者稱作爆震（knocking))之類異常燃燒，因此可以說在高 壓縮比化中也自然而然地存在界限。
[0004] 作為對該爆燃進行抑制的技術提出以下方法：通過利用廢氣再次循環(huán)技術（通常 稱作EGR)，將廢氣反流到吸氣側(cè)并再次導入到燃燒室來緩慢地進行燃燒，從而減少爆燃。
[0005] 這種方法以以下情況作為目標：通過將EGR氣體中所包括的二氧化碳或氧化氮等 惰性成分較多地獲取到燃燒室中，使相對于空氣對燃燒沒有貢獻的動作氣體量增大，從而 燃燒反應變得緩慢，通過減小燃燒速度從而抑制爆燃的產(chǎn)生。
[0006] 高壓縮比的內(nèi)燃機中也通過采用廢氣再次循環(huán)技術，能夠抑制爆燃的產(chǎn)生，因此 能將壓縮比提高到14左右。此外，該方法也能適用于高增壓內(nèi)燃機中。
[0007] 另一方面，將該EGR氣體再次導入并使其燃燒的方法，如果使EGR氣體進入規(guī)定量 以上而過量，則由于火花塞所引起的點燃性的惡化或燃燒速度的降低等從而燃燒在中途中 斷，或者產(chǎn)生不開始燃燒等燃燒不良情況，其結(jié)果，會報告燃燒的質(zhì)量變差，燃燒循環(huán)中的 燃燒質(zhì)量的偏差變大的情況。
[0008] 因此，為了利用廢氣再次循環(huán)技術來將內(nèi)燃機高壓縮比化，需要作為異常燃燒的 爆燃的探測、以及成為燃燒偏差主要原因的失火的探測。如果不避開至少這些爆燃和失火， 則難以將內(nèi)燃機高壓縮比化。
[0009] 作為這種異常燃燒的爆燃的探測、以及對成為燃燒偏差主要原因的失火進行探測 的方法，如JP特開平11-159431號公報（專利文獻1)中所記載的那樣，提出在點火線圈內(nèi) 判定失火或爆燃并將該判定結(jié)果輸出到控制裝置側(cè)的技術。
[0010] 根據(jù)該技術，單獨設置失火的檢測電路、爆燃的檢測電路，將各個檢測結(jié)果作為電 壓值，例如失火時為輸出5V、通常燃燒中輸出2. 5V、爆燃中輸出0V，控制裝置能夠根據(jù)該電 壓值判定失火或爆燃。
[0011] 現(xiàn)有技術文獻
[0012] 專利文獻
[0013] 專利文獻1 :JP特開平11-159431號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 發(fā)明所要解決的課題
[0015] 首先，在對本發(fā)明進行說明之前根據(jù)附圖對現(xiàn)有的爆燃檢測方法及其課題進行說 明。圖1表示內(nèi)燃機的控制裝置的結(jié)構，采用該圖對現(xiàn)有的爆燃探測方法和失火探測手法 進行說明。
[0016] 此外，在此進行與爆燃和失火相關的說明，關于圖1在后面對發(fā)明的實施例進行 說明時進一步詳細地進行說明。
[0017] 圖1中，參照序號9為爆燃傳感器，該爆燃傳感器9為將伴隨著在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的 爆燃的壓力振動捕捉為內(nèi)燃機的汽缸體的機械振動的傳感器。
[0018] 該爆燃傳感器9不僅檢測出爆震所引起的振動，而且還檢測出傳遞到內(nèi)燃機的汽 缸體的各種機械振動，控制裝置1對所檢測出的振動進行頻率分析而僅提取爆燃成分，來 判定有無爆燃。
[0019] 參照序號11為在與活塞12的運動同步的曲柄軸中裝配的缺齒金屬板，例如每隔 曲柄角度6。而配置60個齒。參照序號10為曲柄角度傳感器，對缺齒金屬板11的齒進行 檢測并將角度信號和基準信號發(fā)送到控制裝置1。在控制裝置1內(nèi)，基于該信號算出曲柄角 度和內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速。這些算出值被用于內(nèi)燃機的各種致動器的控制或燃料噴射閥4的噴射 控制、火花塞7的點火控制。
[0020] 如果產(chǎn)生失火，則表現(xiàn)為燃燒循環(huán)的轉(zhuǎn)速的微小變化，因此采用算出該轉(zhuǎn)速的變 化（角速度）來判定為失火的手法。
[0021] 如上那樣，在爆燃的檢測中對爆燃傳感器的信號進行頻率分析來探測爆燃產(chǎn)生， 此外為了檢測失火而根據(jù)來自缺齒金屬板的角度信號來求得角度差從而對失火進行探測。 以上所說明的兩種檢測手法使用不同的傳感器并采用不同的檢測機制來檢測爆燃和失火， 因此存在在控制裝置1內(nèi)的運算負荷大的課題。
[0022] 此外，如上述那樣在專利文獻1中記載的技術中，提出了在點火線圈內(nèi)求得與失 火或爆燃相對應的信號輸出并輸出到控制裝置側(cè)的簡單的結(jié)構。即，設置失火的檢測電路、 爆燃的檢測電路，將各個檢測結(jié)果作為電壓值，在失火時輸出5V、通常燃燒中輸出2. 5V、爆 燃中輸出0V，在控制裝置中根據(jù)該電壓值來判定失火和爆燃。但是，專利文獻1中記載的技 術僅判定有無爆燃，不能對爆燃強度的連續(xù)的變化進行檢測。
[0023] 因此，現(xiàn)狀是不能檢測通常燃燒（沒有爆燃）與作為重度爆燃的中間狀態(tài)的"輕度 爆燃（trace knock)"這樣的狀態(tài)，從用于提高燃料耗費量的最優(yōu)控制的觀點來看可以說并 不充分。
[0024] 進而，為了提高燃料耗費量，期望內(nèi)燃機的點火時期設定在最優(yōu)點火時期 "MBT(Minimum spark advance for Best Torque)"附近，但通常為了防止爆燃產(chǎn)生，在使點 火時期相對于MBT定時發(fā)生延遲的方向上具有余地來設定點火時期的情況較多。從內(nèi)燃機 的效率提高的觀點來看減小使點火時期發(fā)生延遲的方向上的余地是有效的，但是為此需要 檢測輕度爆燃（無爆燃的通常燃燒與重度爆燃之間的區(qū)域）。
[0025] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種能夠采用運算負荷少的相同的判定功能邏輯來 判定失火的檢測和爆燃的檢測，而且能夠檢測輕度爆燃的內(nèi)燃機的控制裝置。
[0026] 用于解決課題的手段
[0027] 本發(fā)明的特征在于，采用離子傳感器來檢測燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的燃燒離子，對該離子 信號進行積分而求得積分信號，將該積分信號與失火判定值、以及基于對過去的規(guī)定循環(huán) 數(shù)的積分信號進行平均化而得到的信號的爆燃判定值進行比較來判定爆燃以及失火。
[0028] 發(fā)明效果
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，能夠采用相同的離子傳感器檢測內(nèi)燃機燃燒的失火狀態(tài)以及爆燃狀 態(tài)，采用相同的判定功能邏輯進行判定處理，從而能夠減輕運算負荷，而且通過爆燃判定閾 值的設定能夠檢測輕度爆燃，因此能實現(xiàn)點火時期控制的高精度化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1為應用本發(fā)明的內(nèi)燃機的控制裝置的內(nèi)燃機系統(tǒng)的結(jié)構圖。
[0031] 圖2為表示本發(fā)明的一實施例的內(nèi)燃機的控制裝置的結(jié)構以及輸入輸出關系的 結(jié)構圖。
[0032] 圖3為表示汽缸內(nèi)的燃燒所產(chǎn)生的離子信號的測定結(jié)果的離子信號測定結(jié)果圖。
[0033] 圖4為用于對點火信號和離子信號的產(chǎn)生狀況、使用離子信號的區(qū)域進行說明的 特性圖。
[0034] 圖5為用于說明離子信號積分值與內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩之間的關系的特性圖。
[0035] 圖6為用于說明離子信號積分值與爆燃強度之間的關系的特性圖。
[0036] 圖7為用于說明失火與爆燃的判定手法的說明圖。
[0037] 圖8為表示用于實施圖2中所示的實施例的控制流程的流程圖。
[0038] 圖9為表示本發(fā)明的其他實施例的內(nèi)燃機的控制裝置的結(jié)構以及輸入輸出關系 的結(jié)構圖。
[0039] 圖10為用于對圖9中所示的實施例中的點火信號和離子信號的產(chǎn)生狀況、使用離 子信號的區(qū)域進行說明的特性圖。
[0040] 圖11為表示用于實施圖9所示的實施例的控制流程的流程圖。
[0041] 圖12為用于說明離子信號的判定處理的第1時序圖。
[0042] 圖13為用于說明離子信號的判定處理的第2時序圖。
[0043] 圖14為用于說明離子信號的判定處理的第3時序圖。
[0044] 圖15為用于說明離子信號的判定處理的第4時序圖。

【具體實施方式】
[0045] 以下，基于附圖對本發(fā)明的一實施例詳細地進行說明，圖1表示適用本發(fā)明的內(nèi) 燃機的整體系統(tǒng)。
[0046] 圖1中，參照序號1為內(nèi)燃機的控制裝置，輸入來自空氣量傳感器2、離子傳感器 8、爆燃傳感器9、曲柄角度傳感器10或未圖示的其他傳感器的信號。這些輸入信號用于由 內(nèi)置于控制裝置1中的計算機等來計算各種控制致動器的控制量，在此所計算出的控制量 被輸出到各控制致動器。
[0047] 具體地來說，將控制信號輸出到節(jié)流閥3、燃料噴射閥4、吸氣可變動閥5、排氣可 變動閥6、和對火花塞7施加高電壓的點火線圈13。
[0048] 這種致動器的基本的控制等已被公知，因此在此省略詳細的說明。接著以下對本 發(fā)明的實施例進行說明。
[0049] 實施例1
[0050] 圖2為表示本發(fā)明的一實施例的內(nèi)燃機的控制裝置（以下，簡稱為控制裝置）的 輸入輸出信號的處理模塊的圖。在控制裝置1內(nèi)，基于來自各種傳感器的輸入信號，在點火 時期運算模塊102中算出點火時期，在充電時間運算模塊103中算出該點火所需的能量即 一次電流的充電時間，將使這些點火時期和充電時間成對的點火信號14輸出到點火線圈 13。
[0051] 點火線圈13由初級線圈13A和次級線圈13B構成，構成為初級線圈13A的上端與 電源連接，下端被輸入點火信號14。在此省略一般使用的晶體管等驅(qū)動電路的詳細記載。
[0052] 次級線圈13B的上端與電源連接，下端與火花塞7連接，如果輸入點火信號14,則 對初級線圈13A開始充電，經(jīng)規(guī)定的期間（通常為曲柄角度換算）進行充電。
[0053] 接下來，如果充電期間結(jié)束，則隨著點火信號14的切斷在次級線圈13B中產(chǎn)生高 電壓，由于該產(chǎn)生的高電壓而對火花塞7飛濺火花從而對汽缸內(nèi)的混合氣體進行點火。
[0054] 通過該火花而對汽缸內(nèi)形成的燃燒室的混合氣體點燃并開始燃燒，通過燃燒室內(nèi) 的壓力增大而按下活塞12,使與活塞12接連的曲柄軸旋轉(zhuǎn)并作為內(nèi)燃機的旋轉(zhuǎn)輸出而取 出。
[0055] 曲柄角度傳感器10檢測在固定于曲柄軸的缺齒金屬板11中形成的齒數(shù)，并將該 曲柄軸的轉(zhuǎn)速輸入到控制裝置1。
[0056] 接下來，如果以下對離子信號的檢測的方法進行說明，則通過對燃燒室內(nèi)的混合 氣體進行點燃而產(chǎn)生的燃燒火焰中，存在多個作為中間生成物的離子。來自對該離子進行 檢測的離子傳感器8的信號被輸入到控制裝置1，通過離子信號處理單元111判定失火和爆 燃的產(chǎn)生狀況。
[0057] 在此，離子信號能夠采用各種方式來檢測，但在此公開了將離子信號作為電流進 行檢測的實施例。將離子信號作為電流來表示的方法公知，因此在此省略說明。
[0058] 在離子信號處理單元111內(nèi)，首先由離子信號積分處理模塊112進行離子信號自 身的積分處理。此時，不經(jīng)由帶通濾波器等，對離子信號進行積分處理。這是用于將通過燃 燒產(chǎn)生的離子成分的總和與燃燒狀態(tài)相關聯(lián)對應的前處理。
[0059] S卩，燃燒在整個規(guī)定時間連續(xù)進行，但即使最初正常地燃燒，在后半部分有時也會 產(chǎn)生燃燒中斷的異常燃燒，因此為了檢測這種燃燒，也需要在整個燃燒期間對燃燒進行監(jiān) 視。此外，如后述那樣，該燃燒期間也可以不是整個燃燒期間，也可以為通過燃燒的進行而 燃燒壓力實際上升并在此后下降的被選擇的期間。
[0060] 在此，將從尚子信號積分處理模塊112輸出的信號稱作尚子信號積分值。該尚子 信號積分值被輸入到具備由半導體存儲器等構成的保存部的離子信號平均值算出處理模 塊113中，對在過去的燃燒循環(huán)中產(chǎn)生的離子信號的積分值進行數(shù)次循環(huán)的相加，將該相 加后的積分值除以該循環(huán)數(shù)，將由此得到的值作為離子信號積分值的平均值輸出。
[0061] 將該值稱作離子信號的背景水平（該值成為爆燃判定值的基礎：background level)，該背景水平被輸入到失火/爆燃判定模塊115,與此時的離子信號積分值相比較來 判定爆燃的產(chǎn)生狀態(tài)。關于該失火/爆燃判定模塊115內(nèi)的處理在后面進行敘述。
[0062] 在此，在失火/爆燃判定模塊115中用于判定的背景水平的運算中，不使用所判定 的本次的離子信號積分值，而是包括被判定的此前的離子信號積分值的數(shù)次循環(huán)。因此，所 判定的本次的離子信號積分值被使用于下一次的背景水平的運算中。
[0063] 而且，如果在失火/爆燃判定模塊115中判定為產(chǎn)生爆燃，則在爆燃回避控制模 塊122中進行使點火時期產(chǎn)生滯后角等處理來回避爆燃，此外如果在失火/爆燃判定模塊 115中判定為產(chǎn)生失火，則在失火回避控制模塊123中進行使混合氣體變濃，或者增加混合 氣體量等的處理，來進行回避失火的處理。
[0064] 圖3表示從離子傳感器8輸出的離子信號的測定結(jié)果，為了比較，與燃燒室內(nèi)的壓 力波形一起顯示。根據(jù)圖3可以理解，離子信號中存在產(chǎn)生3個峰值的特征。
[0065] 第1峰值8A為離子傳感器8被內(nèi)置于點火線圈7中的情況下所看到的波形，在輸 入點火信號14時電流在離子傳感器8的檢測部中流動并作為離子信號輸出。該峰值8A實 際上為在燃燒室內(nèi)不存在燃燒火焰的定時，需要將該峰值作為噪聲進行處理。
[0066] 第2峰值8B為切斷點火信號14而在火花塞7的間隙間火花飛濺之后所看到的波 形，雖然在間隙間火花飛濺的期間不能檢測離子信號，但檢測此后燃燒初期火焰中的離子 成分。但是，難以說該第2峰值8B與燃燒壓力沒有關聯(lián)而正確地捕獲燃燒，在爆燃或失火 的檢測不能使用。
[0067] 第3峰值8C為燃燒火焰在燃燒室整體中進行延燃的過程中所檢測到的波形，由于 也與燃燒室內(nèi)的壓力波形完全一致，因此可以說是檢測主燃燒部分的火焰中的離子成分。
[0068] 本發(fā)明中將該第3峰值8C利用于設定規(guī)定的燃燒期間并采用離子信號來估計燃 燒狀態(tài)由此來判定爆燃或失火中。
[0069] 圖4表不點火信號14與離子信號8之間的關系。在時刻T1輸入點火信號14并 開始用于在初級線圈13A中積蓄點火能量的充電，但此時觀測圖3中所說明的噪聲波形即 第1峰值8A。該峰值8A如先前所述那樣，由于為點火信號所引起的噪聲，因此不使用于爆 燃或失火的檢測中。
[0070] 在充電時間Λ tl后的時刻T2切斷點火信號14,在切斷點火信號14之后在時間 Λ t2的期間觀測第2峰值8B。但是該峰值8B如上述那樣與燃燒壓力沒有關聯(lián)而不表示正 確的燃燒狀態(tài)，因此該峰值8B也不使用于爆燃或失火的檢測中。
[0071] 另一方面，從時間Λ t2的經(jīng)過后的時刻T3到經(jīng)過時間Λ t3后的時刻T4為止的 第3峰值8C與燃燒壓力相關聯(lián)，因此能較好地表示燃燒狀態(tài)，在Λ t3的整個期間對該峰值 8C依次進行采樣并發(fā)送到離子信號積分處理模塊112中，在該離子信號積分處理模塊112 中算出離子信號積分值。
[0072] 如果將該值設為本次的離子信號積分值S(i)，則在離子信號平均值算出處理模塊 113中將內(nèi)部蓄積的過去的離子信號積分值、即前一次的離子信號積分值S(i-l)、前兩次 的離子信號積分值S(i_2)、前三次的離子信號積分值S(i_3) · · · ·包含在內(nèi)對其進行平 均化處理并作為背景水平輸出，將此設為背景水平Sh。該背景水平Sh用于爆燃的檢測。
[0073] 該平均化處理中使用的離子信號積分值的個數(shù)為數(shù)次循環(huán)，因此決定為不超過10 循環(huán)的程度。
[0074] 圖5表示圖2中所示的進行本實施例的失火檢測的結(jié)果，尤其為在穩(wěn)定運行狀態(tài) 下驗證的結(jié)果。圖表的橫軸表示實際平均有效壓力作為內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)矩，縱軸表示離子信號 積分值。
[0075] 圖5中參照序號22表示能夠以轉(zhuǎn)速Nel進行穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)的區(qū)域，此外，參照序號 23表示能夠以轉(zhuǎn)速Ne2進行穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)的區(qū)域，同樣地，參照序號24也表示能夠以轉(zhuǎn)速 Ne3進行穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)的區(qū)域。
[0076] 因此，區(qū)域22至區(qū)域24表示轉(zhuǎn)速Nel至Ne3的運行狀態(tài)的背景水平Sh。背景水 平Sh為過去數(shù)次循環(huán)的離子信號積分值的平均值，因此在穩(wěn)定狀態(tài)下沒有大的變動。因 此，在燃燒狀態(tài)穩(wěn)定時收于區(qū)域22至區(qū)域24內(nèi)。
[0077] 這種狀態(tài)中如果產(chǎn)生失火，則在燃燒室內(nèi)不存在燃燒火焰或者即使存在燃燒火焰 也較弱小，因此該燃燒循環(huán)下的離子信號積分值S(i)變小，能夠在進入到事先預先決定的 區(qū)域21內(nèi)的情況下判定為失火。
[0078] 如圖5所示那樣隨著燃燒朝向不穩(wěn)定的方向進行，對于各個轉(zhuǎn)速，離子信號積分 值的數(shù)值變小，如果突入到區(qū)域21，則燃燒變得非常不穩(wěn)定，因此判定為失火。
[0079] 圖6同樣地表示進行了圖2所示的本實施例的爆燃檢測的結(jié)果，為穩(wěn)定運行下驗 證的結(jié)果。圖表的橫軸表示點火時期作為爆燃強度，在實驗中對點火時期進行控制并使爆 燃強度發(fā)生變化，此外縱軸表示離子信號積分值。
[0080] 由于越向圖表的左邊行進則點火時期越進展，因此爆燃強度變大，最左部處于產(chǎn) 生重度爆燃的狀態(tài)。在此區(qū)域25表示規(guī)定的轉(zhuǎn)速域Ne下的通常的燃燒狀態(tài)的區(qū)域，該區(qū) 域為沒有所謂爆燃時的背景水平Sh的狀態(tài)。
[0081] 在此，如果使點火時期產(chǎn)生超前角，則開始產(chǎn)生爆燃，在表示燃燒室內(nèi)的燃燒狀態(tài) 的離子信號的波形中出現(xiàn)變化。根據(jù)爆燃強度的變化而離子信號積分值也發(fā)生變化，從輕 度爆燃區(qū)域到重度爆燃區(qū)域中具有足夠的靈敏度。即，如果從沒有產(chǎn)生爆燃的通常燃燒區(qū) 域25依次推進點火時期，則離子信號積分值也追隨該變化而增加并突入到重度爆燃的區(qū) 域中，因此在此期間能夠充分地檢測輕度爆燃。
[0082] 例如，如果在區(qū)域25的運行狀態(tài)中產(chǎn)生爆燃，則由于燃燒室內(nèi)的壓力/溫度上升， 因此離子信號積分值S(i)變大而成為超過了背景水平Sh的值。
[0083] 通過在該背景水平Sh上加上規(guī)定值后所得到的值、或者對背景水平Sh乘以規(guī)定 的比率（1.0以上的系數(shù)）來設置爆燃判定閾值，從而能夠判定為爆燃。此外，由于按照內(nèi) 燃機的每個運行狀態(tài)所允許的爆燃強度不同，因此也能采用在存儲器中保存爆燃判定閾值 并按照每個運行狀態(tài)進行參照的方式。
[0084] 圖7為根據(jù)圖2所示的實施例同時進行爆燃檢測和失火檢測時的驗證結(jié)果。橫軸 為時間，表示運行狀態(tài)緩慢地變化的狀態(tài)，此外縱軸表示離子信號積分值。
[0085] 圖7中，□標記為沒有產(chǎn)生爆燃也沒有產(chǎn)生失火的正常的離子信號積分值S(i)， 該值以背景水平Sh26為邊界而收于規(guī)定的范圍內(nèi)。此外圖7中失火判定閾值由虛線27表 示，低于該值的離子信號積分值S(i)用〇標記表示并判定為失火。
[0086] 進而圖7中虛線28為爆燃判定閾值，這種情況如先前所述那樣，與背景水平Sh相 匹配地加上規(guī)定值，或者乘以規(guī)定系數(shù)，因此與背景水平Sh相匹配地進行變化。而且，高于 該爆燃判定閾值的離子信號積分值s (i)用?標記表示，并判定為爆燃。
[0087] 圖8中表示實施圖2中所示的實施例的失火/爆燃的判定流程圖。
[0088] 首先，控制裝置1在步驟1(以下，將步驟記為"S"）中基于來自各種傳感器的信號 讀入內(nèi)燃機的運行狀態(tài)，例如電源電壓、轉(zhuǎn)速、負載等，進入到S2中，根據(jù)這些信號算出點 火時期。同時在S3中運算充電時間或者參照分配圖來求得充電時間。
[0089] 接下來進入S4而生成點火信號，并將該點火信號輸出到點火線圈13。此后通過火 花塞7進行點火動作。
[0090] 接下來在S5中，從點火信號的切斷時起設定圖4中的At2的延遲時間，但通過利 用圖4中所示那樣的想法來決定上述情況。接下來S6中決定離子信號的采樣開始時期T3， 進而在S7中決定結(jié)束時期T4。在這些步驟中獲取如圖4中所示那樣的包括第3峰值8C在 內(nèi)的離子信號。
[0091] 因此，在S8A中在所決定的采樣開始定時T3與采樣結(jié)束定時T4的整個期間內(nèi)對 從點火動作后離子傳感器8所檢測的信號實施采樣，此后在S8B中在時刻T3與時刻T4之 間對所采樣的離子信號進行積分并運算離子信號積分值（Si)。
[0092] 接下來，在S9中進行平均化處理來運算背景水平Sh。該背景水平Sh如先前所述 那樣，將在過去的燃燒循環(huán)中所產(chǎn)生的離子信號的積分值相加數(shù)次循環(huán)，將該相加后得到 的積分值除以該循環(huán)數(shù)，將這樣得到的值作為離子信號積分值的平均值輸出。
[0093] 此外，在背景水平Sh的運算中不使用所判定的本次的離子信號積分值，而為包含 所判定的此前的離子信號積分值在內(nèi)的數(shù)次循環(huán)。因此，所判定的本次的離子信號積分值 被使用于下一次的背景水平的運算中。
[0094] 接下來，S10中設定與內(nèi)燃機的運行狀態(tài)相應的爆燃判定閾值（a)與失火判定閾 值（b)。這些爆燃判定閾值（a)與失火判定閾值（b)的決定方法如已說明的那樣。此外，爆 燃判定閾值（a)與失火判定閾值（b)也可參照預先設定的分配圖值。
[0095] 接下來，S11中進行本次的離子信號積分值S(i)與爆燃判定閾值（a)、失火判定閾 值（b)的比較，將與各個判定條件相符合的情況分別判定為爆燃或者失火。
[0096] 根據(jù)本實施例中所代表的本發(fā)明，采用相同的離子傳感器檢測內(nèi)燃機燃燒的失火 狀態(tài)以及爆燃狀態(tài)，通過采用相同的判定功能邏輯進行判定處理能夠減輕運算負荷，而且 通過爆燃判定閾值的設定能檢測輕度爆燃，因此能實現(xiàn)點火時期控制的高精度化。
[0097] 實施例2
[0098] 接下來采用附圖對本發(fā)明的其他實施例詳細地進行說明。圖9為將實施例1所示 的離子信號處理單元111的離子信號積分處理模塊112變更為離子信號峰值檢測模塊116 的結(jié)構。
[0099] 該第2實施例的動作基本上與實施例1實質(zhì)上相同，但如上述那樣在采用離子信 號峰值檢測模塊116這一點上不同。
[0100] 接下來如果簡單地對動作進行說明，則圖1〇為與圖4相同的離子信號的波形，表 示點火信號14與離子信號8的關系。在時刻T1輸入點火信號14,開始用于在初級線圈13A 中積蓄點火能量的充電，但此時觀測圖3中所說明的噪聲波形即第1峰值8A。該峰值8A如 先前所述那樣，由于為點火信號所引起的噪聲，因此不使用于爆燃或失火的檢測中。
[0101] 在充電時間Λ tl后的時刻T2切斷點火信號14,在切斷點火信號14之后在時間 Λ t2期間觀測第2峰值8B。但是該峰值8B如上述那樣與燃燒壓力不相關聯(lián)而不能表示正 確的燃燒狀態(tài)，因此該峰值8B也不使用于爆燃或失火的檢測中。
[0102] 另一方面，從經(jīng)過時間Λ t2后的時刻T3到經(jīng)過時間Λ t3后的時刻T4為止的第3 峰值8C與燃燒壓力相關聯(lián)，因此能很好地表示燃燒狀態(tài)，在Λ t3的整個期間依次采樣該峰 值8C，由離子信號峰值檢測模塊116提取離子信號的峰值并將其設為離子信號峰值P (i)。
[0103] 在離子信號峰值平均處理模塊117中，將在內(nèi)部蓄積的過去的燃燒循環(huán)的離子信 號峰值？(1-1)、？(1-2)、？(卜3)****包含在內(nèi)對其進行平均化處理，作為背景水平卩11 來輸出。
[0104] 圖11中表示實施圖9中所示的實施例的失火/爆燃的判定流程圖。
[0105] 首先，在S1中基于來自各種傳感器的信號讀入內(nèi)燃機的運行狀態(tài)，例如電源電 壓、轉(zhuǎn)速、負載等，進入S2并根據(jù)這些信號算出點火時期。同時，在S3中運算充電時間或者 參照分配圖來求得充電時間。
[0106] 接下來進入S4并生成點火信號，將該信號輸出到點火線圈13。此后由火花塞7進 行點火動作。
[0107] 接下來在S5中從點火信號的切斷時起設定圖4中的Λ t2的延遲時間，但通過利 用圖10中所示那樣的想法來決定該延遲時間。接下來在S6中決定離子信號的采樣開始時 期T3,進而在S7中決定結(jié)束時期T4。在這些步驟中獲取包含圖10中那樣的第3峰值8C 在內(nèi)的離子信號。
[0108] 因此，在S8A中在所決定的采樣開始定時T3與采樣結(jié)束定時T4的整個期間內(nèi)對 從點火動作后離子傳感器8所檢測的信號實施采樣，此后在S8B求得在時刻T3與時刻T4 之間被采樣的離子信號峰值（Pi)。
[0109] 接下來，在S9進行平均化處理并運算背景水平Ph。該背景水平Ph與實施例1同 樣地，將過去的燃燒循環(huán)中所產(chǎn)生的離子信號的峰值相加數(shù)次循環(huán)，將該相加后得到的峰 值除以該循環(huán)數(shù)，將這樣得到的值作為離子信號峰值的平均值輸出。
[0110] 此外，在背景水平Ph的運算中不使用所判定的本次的離子信號峰值，而為包含所 判定的此前的離子信號峰值在內(nèi)的數(shù)個循環(huán)。因此，所判定的本次離子信號峰值被使用于 下一次的背景水平的運算中。
[0111] 接下來，在S10中設定與內(nèi)燃機的運行狀態(tài)相應的爆燃判定閾值（a)和失火判定 閾值（b)。這些爆燃判定閾值（a)與失火判定閾值（b)的決定方法如已說明過的那樣。此 夕卜，爆燃判定閾值（a)與失火判定閾值（b)也可參照預先設定的分配圖值。
[0112] 接下來，在S11中進行本次的離子信號峰值P(i)與爆燃判定閾值（a)、失火判定閾 值（b)的比較，將與各個判定條件相符合的情況分別判定為爆燃或者失火。
[0113] 如上所述，通過不對離子信號積分而采用峰值信號，從而除了實施例1的效果之 夕卜，還能期待能進一步減小控制裝置的運算負荷的新的效果。
[0114] 此外，實施例2中采用離子信號峰值檢測模塊116來代替離子信號積分處理模塊 112,但也可采用離子信號積分處理模塊112和離子信號峰值檢測模塊116這兩者來檢測爆 燃和失火。
[0115] 例如即使峰值沒有達到規(guī)定的判定閾值的情況下也預想引起異常燃燒，對此能夠 采用離子信號積分值進行判定，此外，反過來即使在積分值沒有達到規(guī)定的判定閾值的情 況下，也預想引起異常燃燒，對此能夠采用離子信號峰值進行判定。
[0116] 接下來，說明離子信號波形的判定處理的方法，但在以下的例子中對采用實施例1 中所示的離子信號積分值的情況的處理方法進行說明。
[0117] 圖12表示通常燃燒狀態(tài)下的離子信號與點火信號之間的關系。在離子信號處理 單元111中，切斷點火信號14后采用內(nèi)部計時器1以及內(nèi)部計時器2來決定時間W1和時 間W2并設定檢測窗口。
[0118] 該檢測窗口相當于時刻T3與時刻T4之間，對檢測窗口中的離子信號進行積分而 設為離子信號積分值S(i)。
[0119] 與此相對，圖13為爆燃產(chǎn)生時的離子信號，離子信號自身面積和峰值增大。因此， 離子信號積分值也變大，該情況下以圖8所示的檢測邏輯判定為爆燃。
[0120] 另一方面，在圖14中，觀測與爆燃產(chǎn)生時相同規(guī)模的離子信號，由于從檢測窗口 偏離，離子信號積分值成為較小的值，因此不判定為爆燃，此外，同樣地，在圖15中，觀測與 爆燃產(chǎn)生時相同規(guī)模的離子信號，產(chǎn)生時期向前側(cè)移位，檢測窗口中的離子信號積分值較 小，因此不判定為爆燃。
[0121] 如以上所說明那樣，根據(jù)本發(fā)明，通過采用相同的離子傳感器來檢測內(nèi)燃機燃燒 的失火狀態(tài)以及爆燃狀態(tài)，并以相同的判定功能邏輯進行判定處理，從而能夠減輕運算負 荷，而且通過爆燃判定閾值的設定能檢測輕度爆燃，因此能實現(xiàn)點火時期控制的高精度化。
[0122] 符號說明
[0123] 1...控制裝置、2. .·空氣量傳感器、3. .·節(jié)流閥、4. .·燃料噴射閥、5. .·吸氣可 變動閥、6...排氣可變動閥、7...火花塞、8...離子傳感器、9...爆燃傳感器、10...曲柄 角度傳感器、11...曲柄金屬板、12...活塞、13...點火線圈、14...點火信號、21...失 火判定區(qū)域、22、23、24、25、26...背景水平、27...失火判定閾值、28...爆燃判定閾值、 101.. .點火信號生成單元、102...充電時間決定部、103...點火時期決定部、111...離子 信號處理單兀、112...尚子信號積分部、113...尚子信號積分值保存部、115…失火/爆燃 判定部、116…離子信號峰值檢測部、117…離子信號峰值保存部、121...致動器控制單元、 122.. .點火控制部、123...可變動閥控制部。
【權利要求】
1. 一種內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于，具備： 點火信號生成單元，其對內(nèi)燃機的點火線圈輸出包括點火時期和對初級線圈的充電時 間在內(nèi)的點火信號； 離子信號檢測單元，其對伴隨汽缸內(nèi)的混合氣體的燃燒而產(chǎn)生的離子信號進行探測； 積分單元，其在切斷上述點火信號后，設定規(guī)定的延遲時間對離子信號進行積分； 背景水平生成單元，其遍及過去的規(guī)定的燃燒循環(huán)數(shù)將上述離子信號的積分值進行平 均化來求得背景水平；和 爆燃判定單元，其對由上述背景水平?jīng)Q定的規(guī)定的閾值與瞬時的離子信號積分值進行 比較，將瞬時的離子信號積分值超過上述規(guī)定的閾值的情況判定為爆燃。
2. -種內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于，具備： 點火信號生成單元，其對內(nèi)燃機的點火線圈輸出包括點火時期和對初級線圈的充電時 間在內(nèi)的點火信號； 離子信號檢測單元，其對伴隨汽缸內(nèi)的混合氣體的燃燒而產(chǎn)生的離子信號進行探測； 積分單元，其在切斷上述點火信號后，設定規(guī)定的延遲時間對離子信號進行積分；和 失火判定單元，其對用于檢測失火的預先決定的規(guī)定的閾值與瞬時的離子信號積分值 進行比較，將瞬時的離子信號積分值超過上述規(guī)定的閾值的情況判定為失火。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于， 采用相同的運算處理來進行爆燃判定和失火判定。
4. 一種內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于，具備： 點火信號生成單元，其對內(nèi)燃機的點火線圈輸出包括點火時期和對初級線圈的充電時 間在內(nèi)的點火信號； 離子信號檢測單元，其對伴隨汽缸內(nèi)的混合氣體的燃燒而產(chǎn)生的離子信號進行探測； 離子信號峰值檢測單元，其在切斷上述點火信號后，設定規(guī)定的延遲時間并設定離子 信號的采樣開始時期和結(jié)束時期，提取該采樣期間中的離子信號的峰值； 背景水平生成單元，其遍及過去的規(guī)定的燃燒循環(huán)數(shù)將上述離子信號的峰值進行平均 化來求得背景水平；和 爆燃判定單元，其對由上述背景水平?jīng)Q定的規(guī)定的閾值與瞬時的離子信號峰值進行比 較，將瞬時的離子信號峰值超過上述規(guī)定的閾值的情況判定為爆燃。
5. -種內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于，具備： 點火信號生成單元，其對內(nèi)燃機的點火線圈輸出包括點火時期和對初級線圈的充電時 間在內(nèi)的點火信號； 離子信號檢測單元，其對伴隨汽缸內(nèi)的混合氣體的燃燒而產(chǎn)生的離子信號進行探測； 積分單元，其在切斷上述點火信號后，設定規(guī)定的延遲時間對離子信號進行積分； 離子信號峰值檢測單元，其在切斷上述點火信號后，設定規(guī)定的延遲時間并設定離子 信號的采樣開始時期和結(jié)束時期，提取該采樣期間中的離子信號的峰值；和 失火判定單元，其對用于檢測失火的預先決定的規(guī)定的閾值與瞬時的離子信號峰值進 行比較，將瞬時的離子信號峰值超過上述規(guī)定的閾值的情況判定為失火。
6. 根據(jù)權利要求4或5所述的內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于， 采用相同的運算處理來進行爆燃判定與失火判定。
7. 根據(jù)權利要求1或4所述的內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于， 在判定為爆燃時由上述點火信號生成單元使點火時期產(chǎn)生滯后角。
8. -種內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于，具備： 點火信號生成單元，其對內(nèi)燃機的點火線圈輸出包括點火時期和對初級線圈的充電時 間在內(nèi)的點火信號； 離子信號檢測單元，其對伴隨汽缸內(nèi)的混合氣體的燃燒而產(chǎn)生的離子信號進行探測； 積分單元，其在切斷上述點火信號后，設定規(guī)定的延遲時間對離子信號進行積分來求 得離子信號積分值； 背景水平生成單元，其遍及過去的規(guī)定的燃燒循環(huán)將上述離子信號積分值進行平均化 來求得背景水平；和 爆燃以及失火判定單元，其將上述離子信號積分值與預先決定的失火判定值以及基于 上述背景水平的爆燃判定值進行比較來判定爆燃以及失火。
9. 一種內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于，具備： 點火信號生成單元，其對內(nèi)燃機的點火線圈輸出包括點火時期和對初級線圈的充電時 間在內(nèi)的點火信號； 離子信號檢測單元，其對伴隨汽缸內(nèi)的混合氣體的燃燒而產(chǎn)生的離子信號進行探測； 離子信號峰值算出單元，其在切斷上述點火信號后，設定規(guī)定的延遲時間并設定離子 信號的采樣開始和結(jié)束時期，提取該采樣期間中的離子信號的峰值； 背景水平生成單元，其遍及過去的規(guī)定的燃燒循環(huán)將上述離子信號峰值進行平均化來 求得背景水平；和 爆燃以及失火判定單元，其將上述離子信號峰值與預先決定的失火判定值以及基于上 述背景水平的爆燃判定值進行比較來判定爆燃以及失火。
10. 根據(jù)權利要求8或者9所述的內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于， 上述預先決定的失火判定值是在每個運行區(qū)域決定失火判定值。
11. 根據(jù)權利要求8或者9所述的內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于， 上述規(guī)定的延遲時間被設定為能夠?qū)υ谇袛嗌鲜鳇c火信號后最先出現(xiàn)的離子信號的 峰值進行屏蔽的時間。
12. 根據(jù)權利要求8或者9所述的內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于， 上述背景水平生成單元將所取入的離子信號的積分值、或者在峰值前取入的規(guī)定的燃 燒循環(huán)數(shù)的離子信號的積分值、或者峰值相加，將相加而得到的離子信號的積分值、或者峰 值除以上述規(guī)定的燃燒循環(huán)數(shù)來求得上述背景水平。
【文檔編號】F02P17/12GK104126067SQ201380010069
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年2月6日 優(yōu)先權日:2012年3月14日
【發(fā)明者】白石拓也, 熊野賢吾, 緒方健一郎, 赤城好彥, 真戶原伸也 申請人:日立汽車系統(tǒng)株式會社