УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕТОНАЦИИ И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕТОНАЦИИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DEVICE FOR DETECTING DETONATION AND METHOD OF DETECTING DETONATION FOR INTERMAL COMBUSTION ENGINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к определению детонации в двигателе внутреннего сгорания, более конкретно к способу определения, работает ли двигатель с детонацией, на основании форм колебательного сигнала двигателя внутреннего сгорания.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Традиционно, были предложены различные способы обнаружения возникающей в двигателе внутреннего сгорания детонации. В качестве примера, имеется способ определения образования детонации, если интенсивность вибрации в двигателе внутреннего сгорания больше пороговой величины. Даже если двигатель работает без детонации, тем не менее интенсивность шума, такого как вибрация, испытываемая при закрытии впускного клапана или выпускного клапана, может быть выше пороговой величины. В таком случае может ложно определяться, что возникла детонация, хотя фактически детонация не возникала. Следовательно, был предложен способ, в котором определение, работает ли двигатель с детонацией, основано на результате сравнения между заранее заданной моделью формы сигнала детонации и зарегистрированной формой колебательного сигнала, чтобы принимать во внимание помимо интенсивности другие характеристики, такие как коэффициент затухания и угол поворота коленчатого вала, при которых вибрация возникает.
В японской выложенной заявке на патент № 2006-226967 раскрывается устройство определения детонации, предназначенное для двигателя внутреннего сгорания, с высокой точностью определяющее, возникла или не возникла детонация. Устройство определения детонации, предназначенное для двигателя внутреннего сгорания, включает в себя средство для регистрации колебательного сигнала двигателя внутреннего сгорания, средство извлечения, чтобы извлекать колебательный сигнал в диапазоне частот, по меньшей мере, одной моды из третьей и четвертой тангенциальных резонансных мод (возникающих) в цилиндре двигателя внутреннего сгорания из зарегистрированного колебательного сигнала, и средство определения, чтобы определять, возникла ли детонация в двигателе внутреннего сгорания, на основании извлеченного колебательного сигнала.
В устройстве определения детонации, раскрытом в вышеупомянутой выложенной заявке на патент, колебательный сигнал в диапазоне частот, по меньшей мере, одной моды из третьей и четвертой тангенциальных резонансных мод, являющихся типичными резонансными модами, регистрируемыми, в частности, в момент детонации, извлекается из колебательного сигнала двигателя внутреннего сгорания, и, следовательно, может быть извлечен колебательный сигнал, включающий в себя меньший шум, отличный от детонации. А именно, характеристика колебательного сигнала относительно возникновения детонации может быть извлечена с высокой точностью. На основании колебательного сигнала определяется, возникла ли детонация. В результате, может обеспечиваться устройство определения детонации, предназначенное для двигателя внутреннего сгорания, которое может с высокой точностью определять, возникла или не возникла детонация.
Представительный диапазон частот, который охватывает колебательный сигнал, регистрируемый, в частности, в момент детонации, включает в себя диапазоны частот первой, второй, третьей и четвертой тангенциальных резонансных мод. Среди этих диапазонов частот некоторые диапазоны частот являются весьма чувствительными к наложению колебательного сигнала, специфического для детонации, тогда как другие диапазоны частот являются менее чувствительными. В качестве примера, колебательный сигнал в частотном диапазоне первой тангенциальной моды является относительно чувствительным к наложению колебательного сигнала, специфического для детонации. Отмечается, однако, что диапазон частот, соответствующий первой тангенциальной моде, также имеет тенденцию находиться под значительным влиянием шума, отличного от детонации.
Если колебательный сигнал в диапазоне частот первой тангенциальной моды удален, как в устройстве определения детонации, раскрытом в упомянутой выше выложенной заявке, из этого следует, что удален диапазон частот, весьма чувствительный к наложению колебательного сигнала, специфического для детонации, и, следовательно, возможно происходит ложное определение детонации. Более того, ложное определение детонации также может происходить, если влияние диапазона частот первой тангенциальной моды является значительным в ходе определения, возникла ли детонация.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в создании устройства определения детонации и способа определения детонации, предназначенных для двигателя внутреннего сгорания, которые могут снижать ложное определение наличия детонации.
В соответствии с одним аспектом, согласно настоящему изобретению предложено устройство определения детонации, предназначенное для двигателя внутреннего сгорания, включающее в себя: блок регистрации, регистрирующий колебательный сигнал двигателя внутреннего сгорания, и блок определения, соединенный с блоком регистрации. Блок определения из зарегистрированного колебательного сигнала извлекает колебательные сигналы, соответствующие множеству заранее заданных диапазонов частот, соответственно, изменяет весовые коэффициенты по отношению к интенсивностям извлеченных колебательных сигналов множества диапазонов частот так, чтобы уменьшалось влияние шума, отличного от детонации, регистрирует форму колебательного сигнала для заранее определенного интервала угла поворота коленчатого вала на основании интенсивности колебательных сигналов множества диапазонов частот, и определяет, возникла или не возникла детонация в двигателе внутреннего сгорания, используя зарегистрированную форму колебательного сигнала.
Согласно настоящему изобретению блок определения изменяет весовые коэффициенты среди интенсивностей колебательных сигналов в извлекаемом множестве диапазонов частот так, что уменьшается влияние шума, отличного от детонации. В качестве примера, если уменьшается весовой коэффициент по отношению к колебательному сигналу в диапазоне частот (например, диапазоне частот первой тангенциальной моды), который находится под значительным влиянием наложения шума, отличного от детонации, и является чувствительным к наложению колебательного сигнала, соответствующего детонации, то может быть уменьшено влияние шума в определении детонации. Соответственно, предотвращается ложное определение наличия детонации, обусловленное колебательным сигналом в диапазоне частот, находящемся под влиянием шума, тогда как определение детонации может выполняться с использованием колебательного сигнала в диапазоне частот, чувствительном к наложению колебательного сигнала, соответствующего детонации, посредством чего может снижаться ложное определение. Следовательно, может быть создано устройство определения детонации, предназначенное для двигателя внутреннего сгорания, которое может снижать ложное определение наличия детонации.
Предпочтительно, блок определения изменяет весовой коэффициент так, что среди интенсивностей извлеченных колебательных сигналов множества диапазонов частот уменьшается отношение колебательного сигнала, по меньшей мере, для одного диапазона частот, оказывающего влияние на определение детонации больше, чем заранее установленное значение вследствие наложения шума, отличного от детонации.
Согласно настоящему изобретению, если весовой коэффициент изменяется так, что уменьшается отношение интенсивности колебательных сигналов в диапазоне частот (например, диапазоне частот первой тангенциальной моды), который значительно влияет на определение детонации вследствие наложения шума, отличного от детонации, и является чувствительным к наложению колебательного сигнала, соответствующего детонации, то может уменьшаться влияние шума в определении детонации. Таким образом, может снижаться ложное определение наличия детонации.
Более предпочтительно, колебательные сигналы множества диапазонов частот включают в себя колебательный сигнал диапазона частот первой тангенциальной моды. Блок определения изменяет весовой коэффициент так, что весовой коэффициент по отношению к интенсивности колебательного сигнала в диапазоне частот первой тангенциальной моды становится меньше весового коэффициента по отношению к интенсивностям колебательных сигналов в других частотных диапазонах.
Согласно настоящему изобретению, путем изменения весового коэффициента так, что становится меньше отношение интенсивности колебательных сигналов в диапазоне частот первой тангенциальной моды, может быть уменьшено влияние шума в определении детонации. Таким образом, может быть снижено ложное определение наличия детонации.
Более предпочтительно, блок определения изменяет весовой коэффициент так, что среди интенсивностей извлеченных колебательных сигналов множества диапазонов частот, возрастает отношение колебательных сигналов, по меньшей мере, одного диапазона частот, оказывающего влияние на определение детонации меньше, чем заранее установленное значение вследствие наложения шума, отличного от детонации.
Согласно настоящему изобретению, путем изменения весового коэффициента так, что увеличивается отношение интенсивности колебательных сигналов в диапазоне частот (например, диапазоне частот третьей тангенциальной моды), который не оказывает значительного влияния на определение детонации вследствие наложения шума, отличного от детонации, и является чувствительным к наложению колебательного сигнала, соответствующего детонации, может уменьшаться влияние шума в выполнении определения детонации. Таким образом, может снижаться ложное определение наличия детонации.
Более предпочтительно, колебательные сигналы множества диапазонов частот включают в себя колебательный сигнал из диапазона частот третьей тангенциальной моды. Блок определения изменяет весовой коэффициент так, что весовой коэффициент по отношению к интенсивности колебательного сигнала в диапазоне частот третьей тангенциальной моды становится больше, чем весовой коэффициент по отношению к интенсивностям колебательных сигналов в других диапазонах частот.
Согласно настоящему изобретению, путем изменения весового коэффициента так, что отношение интенсивности колебательных сигналов в диапазоне частот третьей тангенциальной моды становится больше, может быть уменьшено влияние шума при определении детонации. Таким образом, может снижаться ложное определение наличия детонации.
Предпочтительно, на основании медианы интенсивности в плотности распределения интенсивностей колебательных сигналов множества диапазонов частот, блок определения корректирует плотность распределения и определяет, возникла ли детонация в двигателе внутреннего сгорания, используя скорректированную плотность распределения в дополнение к зарегистрированной форме колебательного сигнала.
Согласно настоящему изобретению блок определения корректирует плотность распределения на основании медианы интенсивности в плотности распределения интенсивности колебательных сигналов для множества диапазонов частот. Вследствие какого-либо изменения в значении весового коэффициента или в зависимости от чувствительности по отношению к наложению специфического для детонации колебательного сигнала на каждый диапазон частот, медиана плотности распределения для каждого диапазона частот может вероятно иметь отклонение от медианы плотности распределения интенсивности колебательного сигнала для других диапазонов частот. Следовательно, на основании медианы плотности распределения интенсивности колебательного сигнала каждого диапазона частот (например, используя среднее значение медиан), плотность распределения корректируется, посредством чего сдерживается влияние отклонения медианы среди плотностей распределения на регистрируемую интенсивность колебательного сигнала, и может снижаться ложное определение наличия детонации.
Более предпочтительно, блок определения корректирует плотность распределения, используя в качестве опорного значения среднее значение медиан интенсивности в плотности распределения интенсивностей колебательного сигнала для множества диапазонов частот.
Согласно настоящему изобретению блок определения корректирует плотность распределения на основании среднего значения медиан интенсивности в плотностях распределений интенсивности колебательного сигнала для множества диапазонов частот. В результате сдерживается влияние отклонения медианы среди плотностей распределения по отношению к регистрируемой интенсивности колебательного сигнала и может снижаться ложное определение наличия детонации.
Более предпочтительно, блок определения вычисляет интенсивность детонации на основе суммы интегрированных, вычисляемых между заранее заданными углами поворота коленчатого вала, значений интенсивностей колебательного сигнала для множества диапазонов частот, и определяет, возникла ли детонация в двигателе внутреннего сгорания, на основании результата сравнения между вычисленной интенсивностью детонации и заранее заданным определяющим значением.
Согласно настоящему изобретению, на основании результата сравнения между заранее заданным определяющим значением и интенсивностью детонации, вычисленной из суммы интегрированных в заранее определенном диапазоне углов поворота коленчатого вала значения интенсивности колебательного сигнала во множестве диапазонов частот, может определяться с высокой точностью, возникла ли детонация в двигателе внутреннего сгорания.
Более предпочтительно, блок определения определяет, возникла ли детонация в двигателе внутреннего сгорания, на основании результата сравнения между зарегистрированной формой колебательного сигнала и заранее определенной моделью формы колебательного сигнала в качестве опорной формы колебательного сигнала для двигателя внутреннего сгорания, в дополнение к результату сравнения интенсивности детонации.
Согласно настоящему изобретению определение, возникла ли детонация в двигателе внутреннего сгорания, может осуществляться с высокой точностью на основании результата сравнения между зарегистрированной формой колебательного сигнала и заранее определенной моделью формы колебательного сигнала в качестве опорной формы колебательного сигнала для двигателя внутреннего сгорания, в дополнение к результату сравнения интенсивности детонации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты воплощения изобретения описаны ниже со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематическое представление конфигурации, показывающее двигатель, управляемый электронным управляющим блоком (ECU) двигателя в качестве устройства определения детонации в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг.2 - (первая) иллюстрация, показывающая диапазон частот колебательного сигнала давления внутри цилиндра;
Фиг.3 изображает диапазон частот колебательного сигнала, регистрируемого датчиком детонации;
Фиг.4 - схема блока управления, показывающая ECU двигателя по Фиг.1;
Фиг.5 - диаграмма формы колебательного сигнала двигателя;
Фиг.6 - диаграмма модели формы сигнала детонации, хранимой в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ, ROM) в составе ECU двигателя;
Фиг.7 - диаграмма (первой) схемы сравнения формы колебательного сигнала и модели формы сигнала детонации;
Фиг.8 - таблица определяющих значений V(KX), хранимой в ПЗУ в составе ECU двигателя;
Фиг.9 - диаграмма плотности распределения интенсивности LOG(V);
Фиг.10 - диаграммы, показывающие плотности распределений интенсивности колебательного сигнала для различных диапазонов частот;
Фиг.11 - диаграммы, показывающие плотности распределений интенсивности колебательного сигнала для различных диапазонов частот после коррекции;
Фиг.12 - блок-схема, представляющая структуру управления последовательности операций (программу), исполняемых ECU двигателя в качестве устройства определения детонации двигателя внутреннего сгорания в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг.13 - диаграмма, показывающая сравнение нормализованной формы колебательного сигнала и модели формы сигнала детонации.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на чертежи. В нижеследующем описании одинаковые компоненты обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Названия и функции также являются одинаковыми. Следовательно, подробное описание таковых не будет повторяться.
Со ссылкой на Фиг.1 будет описан двигатель 100 автотранспортного средства с установкой устройства определения детонации в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Двигатель 100 оснащен несколькими цилиндрами. Устройство определения детонации в соответствии с настоящим вариантом осуществления реализуется посредством последовательности операций (программы), исполняемых электронным управляющим блоком (ECU) 200 двигателя.
Двигатель 100 является двигателем внутреннего сгорания, в котором смесь воздуха, впускаемого через воздушный фильтр 102, и топливо, впрыскиваемое инжектором 104, воспламеняется свечой 106 зажигания и сжигается в камере сгорания. Хотя установка момента зажигания регулируется, чтобы достигала MBT (минимального опережения для наилучшего крутящего момента), чтобы максимизировать выходной крутящий момент, его опережают или замедляют в соответствии с состоянием работы двигателя 100, когда, например, возникает детонация.
Горение воздушно-топливной смеси обуславливает давление сгорания, которое толкает вниз поршень 108, посредством чего коленчатый вал 110 вращается. Сгоревшая воздушно-топливная смесь (или выхлопной газ) очищается посредством трехкомпонентного нейтрализатора 112 и после этого выпускается наружу автотранспортного средства. Объем массы воздуха, впускаемого в двигатель 100, регулируется дроссельной заслонкой 114.
Двигателем 100 управляет ECU 200 двигателя, имеющий соединенный с ним датчик 300 детонации, датчик 302 температуры жидкости, датчик 306 положения коленчатого вала, выполненный противолежащим ротору (бегунку) 304 распределителя зажигания, датчик 308 открытого положения дроссельной заслонки, датчик 310 скорости транспортного средства, замок 312 зажигания и датчик 314 расхода воздуха.
Датчик 300 детонации выполнен в блоке цилиндров двигателя 100. Датчик 300 детонации реализован посредством пьезоэлектрического элемента. Если двигатель 100 работает с вибрацией, датчик 300 детонации создает напряжение, имеющее величину, соответствующую этой вибрации. Датчик 300 детонации передает на ECU 200 двигателя сигнал, представляющий собой напряжение. Датчик 302 температуры жидкости регистрирует температуру охлаждающей жидкости в двигателе 100 в кожухе водяного охлаждения и передает на ECU 200 двигателя сигнал, представляющий собой результат регистрации.
На коленчатом валу 110 выполнен ротор 304 распределителя зажигания, который вращается вместе с коленчатым валом 110. Ротор 304 распределителя зажигания по окружности снабжен множеством выступов, отстоящих на заранее определенное расстояние. Датчик 306 положения коленчатого вала расположен напротив выступов ротора 304 распределителя зажигания. При вращении ротора 304 распределителя зажигания изменяется воздушный зазор между выступами ротора 304 распределителя зажигания и датчиком 306 положения коленчатого вала, так что магнитный поток, проходящий через блок катушки датчика 306 положения коленчатого вала, возрастает/уменьшается, создавая таким образом электродвижущую силу в блоке катушки. Датчик 306 положения коленчатого вала передает на ECU 200 двигателя сигнал, представляющий собой электродвижущую силу. На основе сигнала, переданного от датчика 306 положения коленчатого вала, ECU 200 двигателя определяет угол поворота коленчатого вала и число вращения для коленчатого вала 110.
Датчик 308 открытого положения дроссельной заслонки регистрирует открытое положение дроссельной заслонки и передает на ECU 200 двигателя сигнал, представляющий собой результат регистрации. Датчик 310 скорости транспортного средства регистрирует число оборотов колеса (шестерни вала) (не показано) и передает на ECU 200 двигателя сигнал, представляющий собой результат регистрации. Исходя из числа оборотов колеса, ECU 200 двигателя вычисляет скорость транспортного средства. Замок 312 зажигания включается водителем для запуска двигателя 100. Датчик 314 расхода воздуха регистрирует объем воздуха, впускаемого в двигатель 100, и передает на ECU 200 двигателя сигнал, представляющий собой результат регистрации.
ECU 200 двигателя работает посредством электроэнергии, подаваемой от вспомогательной аккумуляторной батареи 320 в качестве источника питания. ECU 200 двигателя использует сигналы, передаваемые от различных датчиков и замка 312 зажигания, а также таблицы и программы, хранимые в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 202, чтобы выполнять операцию для управления оборудованием с тем, чтобы двигатель 100 достигал требуемого условия движения.
В настоящем варианте осуществления, используя сигнал, передаваемый от датчика 300 детонации, и угол поворота коленчатого вала, ECU 200 двигателя регистрирует форму колебательного сигнала (в дальнейшем именуемую "форма колебательного сигнала") для двигателя 100 в заранее заданном окне обнаружения детонации (сегмент от заранее заданного первого угла поворота коленчатого вала до заранее заданного второго угла поворота коленчатого вала), и, исходя из зарегистрированной формы колебательного сигнала, определяет, возникла ли детонация в двигателе 100. Окно обнаружения детонации по настоящему варианту осуществления находится от верхней мертвой точки (0°) до 90° в рабочем такте. Следует отметить, что окно обнаружения детонации не ограничивается таковым.
Если детонация возникает внутри цилиндра двигателя 100, давление внутри цилиндра резонирует. Этот резонанс давления внутри цилиндра является причиной вибрации блока цилиндров двигателя 100. Таким образом, вибрация блока цилиндров, то есть частота колебательного сигнала, регистрируемого датчиком 300 детонации, зачастую включается в диапазон резонансных частот давления внутри цилиндра.
Резонансная частота давления внутри цилиндра соответствует резонансной моде столба воздуха внутри цилиндра. Диапазоны частот, где специфический для детонации колебательный сигнал появляется представительно, включают в себя диапазоны частот тангенциальных мод первого, второго, третьего и четвертого порядков.
Резонансная частота давления внутри цилиндра вычисляется на основании резонансной моды, диаметра цилиндра и скорости звука. На Фиг.2 показан один пример резонансной частоты давления внутри цилиндра для каждой резонансной моды при постоянной скорости звука и диаметре цилиндра, изменяющемся от X до Y. Как показано на Фиг.2, резонансная частота давления внутри цилиндра становится выше в упорядоченности по возрастанию для тангенциального первого порядка, тангенциального второго порядка, радиального первого порядка, тангенциального третьего порядка, и тангенциального четвертого порядка частотных диапазонов.
На Фиг.2 показана резонансная частота давления внутри цилиндра в случае возникновения детонации. После возникновения детонации, объем камеры сгорания увеличивается, поскольку поршень опускается, и, следовательно, температура и давление внутри камеры сгорания снижаются. В результате, снижается скорость звука и снижается резонансная частота давления внутри цилиндра. Соответственно, как показано на Фиг.3, если угол поворота коленчатого вала возрастает от ATDC (после верхней мертвой точки, ВМТ), пиковая составляющая частоты давления внутри цилиндра уменьшается.
Вследствие резонанса давления внутри цилиндра с наличием таких характеристик, блок цилиндров вибрирует. Следовательно, в цикле зажигания, где возникла детонация, колебательные сигналы, зарегистрированные датчиком 300 детонации, включают в себя колебательные сигналы частотного диапазона А, который является таким же, как диапазон частот тангенциальной резонансной моды первого порядка, колебательные сигналы частотного диапазона B, который является таким же, как диапазон частот тангенциальной резонансной моды второго порядка, колебательные сигналы частотного диапазона C, который является таким же, как диапазон частот тангенциальной резонансной моды третьего порядка, и колебательные сигналы частотного диапазона D, который является таким же, как диапазон частот тангенциальной резонансной моды четвертого порядка.
Как показано на Фиг.3, диапазон частот тангенциальной резонансной моды первого порядка включает в себя резонансные частоты блока цилиндров, поршня 108, шатуна, коленчатого вала 110 и т.п. Следовательно, даже если не возникает детонация, в частотном диапазоне А появляется колебательный сигнал, неизбежно вызываемый, поскольку функционируют инжектор 104, поршень 108, впускной клапан 116, выпускной клапан 118, насос 120, осуществляющий сжатие и таким образом подающий топливо на инжектор 104, и подобное.
Ввиду вышеизложенного, настоящий вариант осуществления отличается тем, что ECU 200 двигателя извлекает колебательные сигналы частотных диапазонов A, B, D и E из частот, регистрируемых датчиком 300 детонации, и изменяет весовой коэффициент среди интенсивностей колебательных сигналов в извлеченных частотных диапазонах А-D так, что влияние шума отличного от детонации, становится меньше.
Конкретно, весовой коэффициент изменяется так, что среди интенсивностей колебательных сигналов извлеченных частотных диапазонов А-D уменьшается отношение интенсивности колебательного сигнала, по меньшей мере, одного диапазона частот, оказывающего влияние на определение детонации больше заранее установленного уровня вследствие наложения шума, отличного от детонации. В настоящем варианте осуществления, весовой коэффициент изменяется так, что весовой коэффициент по отношению к колебательному сигналу в диапазоне частот А первой тангенциальной моды становится меньше весовых коэффициентов колебательных сигналов в других диапазонах частот B-D. Это препятствует ложному определению детонации.
Если диапазон частот для обнаружения колебательного сигнала является узким, возможно уменьшить шумовую составляющую, входящую в зарегистрированную интенсивность колебательного сигнала, тогда как характеристические порции (такие как момент возникновения колебательного сигнала и коэффициент затухания) шумовой составляющей удалены из формы колебательного сигнала. В таком случае будет регистрироваться форма сигнала, не включающая в себя шумовую составляющую, то есть, форма сигнала, подобная форме колебательного сигнала в момент детонации, даже если колебательный сигнал фактически получен из шумовой составляющей. Следовательно, становится трудным отличить в форме колебательного сигнала колебательный сигнал, обусловленный детонацией, от колебательного сигнала, обусловленного шумом.
Следовательно, в настоящем варианте осуществления, для того, чтобы определять, возникла ли детонация, или не принимать во внимание шум, если шум генерируется, колебательный сигнал регистрируется в широком частотном диапазоне E, охватывающем частотные диапазоны А-D полностью, чтобы охватывать шумы. Колебательный сигнал в частотном диапазоне E используется, чтобы регистрировать форму колебательного сигнала двигателя 100.
Форма колебательного сигнала в частотном диапазоне E, когда возникает детонация, имеет вид умеренно затухающего колебательного сигнала после пикового значения колебательного сигнала. Если детонация не возникала, а колебательный сигнал обусловлен шумом, форма колебательного сигнала становится куполообразной. Следовательно, на основании формы колебательного сигнала в частотном диапазоне E, является возможным с высокой точностью отличать колебательный сигнал, обусловленный детонацией, от колебательного сигнала, обусловленного шумом.
Со ссылкой на Фиг.4 будет дополнительно описан ECU 200 двигателя. ECU 200 двигателя включает в себя блок 400 аналого-цифрового (A/D) преобразования, полосовой фильтр (1) 410, полосовой фильтр (2) 420, полосовой фильтр (3) 430, полосовой фильтр (4) 440, полосовой фильтр (5) 450 и блок 460 интегрирования.
Блок 400 аналого-цифрового преобразования преобразует аналоговый сигнал, передаваемый от датчика 300 детонации, в цифровой сигнал. Полосовой фильтр (1) 410 пропускает сигнал только в первом частотном диапазоне А из сигналов, передаваемых от датчика 300 детонации. Конкретно, относительно колебательных сигналов, регистрируемых датчиком 300 детонации, только колебательные сигналы, находящиеся в первом частотном диапазоне, извлекаются полосовым фильтром (1) 410.
Полосовой фильтр (2) 420 пропускает сигнал только во втором частотном диапазоне B из сигналов, передаваемых от датчика 300 детонации. Конкретно, относительно колебательных сигналов, регистрируемых датчиком 300 детонации, полосовым фильтром (2) 420 извлекаются только колебательные сигналы во втором частотном диапазоне B.
Полосовой фильтр (3) 430 пропускает сигнал только в третьем частотном диапазоне C из сигналов, передаваемых от датчика 300 детонации. Конкретно, относительно колебательных сигналов, регистрируемых датчиком 300 детонации, полосовым фильтром (3) 430 извлекаются только колебательные сигналы в третьем частотном диапазоне C.
Полосовой фильтр (4) 440 пропускает только сигнал частотного диапазона D из числа сигналов, передаваемых от датчика 300 детонации. То есть, полосовым фильтром (4) 440 извлекаются только колебательные сигналы частотного диапазона D из колебательных сигналов, регистрируемых датчиком 300 детонации. Отмечается, что полосовой фильтр (4) 440 может извлекать, в качестве колебательного сигнала частотного диапазона D, колебательный сигнал в частотном диапазоне второй тангенциальной первой радиальной моды, вместо четвертой тангенциальной моды.
Полосовой фильтр (5) 450 пропускает только сигнал частотного диапазона E из числа сигналов, передаваемых от датчика 300 детонации. То есть, полосовым фильтром (5) 450 из колебательных сигналов, регистрируемых датчиком 300 детонации, извлекаются только колебательные сигналы из частотного диапазона E.
Блок 460 интегрирования интегрирует сигнал, отобранный каждым из полосовых фильтров от (1) 410 до (5) 450, то есть интенсивность колебательных сигналов, по углу поворота коленчатого вала на каждые пять градусов. В дальнейшем, значение, полученное на основе интегрирования (объединения), именуется интегрированным значением. Интегрированное значение вычисляется для каждого диапазона частот.
Синтезирующий блок 470 из числа интегрированных значений, вычисленных блоком 460 интегрирования, суммирует интегрированные значения частотных диапазонов А-D в соответствии с углами поворота коленчатого вала. В настоящем варианте осуществления, синтезирующий блок 470 умножает каждое из вычисленных интегрированных значений для частотных диапазонов А-D на весовые коэффициенты, соответствующие каждому диапазону частот, и суммирует интегрированные значения для частотных диапазонов А-D в соответствии с углами поворота коленчатого вала. Таким образом, синтезируются формы колебательных сигналов для частотных диапазонов A-D. Дополнительно, интегрированное значение частотного диапазона E используется в качестве формы колебательного сигнала двигателя 100.
В настоящем варианте осуществления, описание будет дано в предположении, что весовым коэффициентом, соответствующим частотному диапазону A, является “0,5” и весовые коэффициенты, соответствующие другим частотным диапазонам B-D, все являются “1,0”. Значения, однако, не ограничиваются таковыми и могут надлежащим образом выбираться посредством эксперимента или подобного, пока весовой коэффициент для частотного диапазона А меньше таковых, соответствующих частотным диапазонам B-D.
Форма колебательного сигнала частотного диапазона E, показанная на Фиг.5, сравнивается с моделью формы сигнала детонации, показанной на Фиг.6, и определяется, возникла ли детонация или нет. Модель формы сигнала детонации является моделью формы колебательного сигнала при работе двигателя 100 с детонацией и определенной заранее в качестве опорной для формы колебательного сигнала двигателя 100. Модель формы сигнала детонации хранится в запоминающем устройстве 202 в ECU 200 двигателя.
В модели формы сигнала детонации, амплитуда колебательного сигнала представлена безразмерным числом от 0 до 1 и не соответствует углу поворота коленчатого вала однозначным образом. Более конкретно, для модели формы сигнала детонации по настоящему варианту осуществления, хотя определено, что интенсивность колебательных сигналов уменьшается, если увеличивается угол поворота коленчатого вала после пикового значения интенсивности колебательного сигнала, не определяется угол поворота коленчатого вала, в котором предполагается пиковое значение интенсивности колебательного сигнала.
Модель формы сигнала детонации по настоящему варианту осуществления соответствует колебательному сигналу после пиковой интенсивности колебательного сигнала, создаваемого детонацией. Модель формы сигнала детонации, соответствующая колебательному сигналу после повышения вибрации, обусловленной детонацией, может быть сохранена.
Модель формы сигнала детонации формируется и заранее сохраняется на основании формы колебательного сигнала двигателя 100, регистрируемой, когда детонация обеспечивается принудительно экспериментом или подобным. Модель формы сигнала детонации формируется с использованием двигателя 100 (в дальнейшем именуемого центральным характеристическим двигателем), для которого размер и выходное значение датчика 300 детонации являются центральными значениями для допуска на размер и допуска на выходной сигнал датчика 300 детонации. Другими словами, моделью формы сигнала детонации является форма колебательного сигнала, полученная, когда детонация обеспечивается принудительно в центральном характеристическом двигателе. Способ формирования модели формы сигнала детонации не ограничивается этим, и она может формироваться, в качестве примера, посредством моделирования.
ECU 200 двигателя сравнивает зарегистрированную форму сигнала и сохраненную модель формы сигнала детонации и определяет, возникла ли детонация в двигателе 100.
В ходе сравнения зарегистрированной формы сигнала и сохраненной модели формы сигнала детонации, вычисляется наибольшее интегрированное значение (пиковое значение) из интегрированных значений синтезированной формы сигнала для частотных диапазонов A-D. Затем регистрируется позиция пикового значения (угол поворота коленчатого вала) в синтезированной форме сигнала для частотных диапазонов A-D. В нижеследующем, позиция пикового значения в синтезированной форме сигнала частотных диапазонов A-D обозначается “пиковая позиция (1)”.
В заранее установленном интервале (угла поворота коленчатого вала) от пиковой позиции (1), определяется позиция пикового значения в частотном диапазоне E. В нижеследующем, позиция пикового значения для частотного диапазона E обозначается “пиковая позиция (2)”.
В настоящем варианте осуществления, пиковая позиция (2) определяется в интервале, предшествующем пиковой позиции (1). В качестве примера, пиковая позиция (2) определяется из числа позиций трех интегрированных значений, предшествующих пиковой позиции (1). Позиция интегрированного значения в частотном диапазоне E, которое является наибольшим в интервале перед пиковым значением (1), определяется в качестве пиковой позиции (2). Интервал определения пиковой позиции (2) не ограничивается этим, и ее можно определять в интервале, следующем после пиковой позиции (1).
В сравнении между зарегистрированной формой сигнала и моделью формы сигнала детонации, сравниваются нормализованная форма сигнала и модель формы сигнала детонации, как показано на Фиг.6. При этом нормализация может относиться, например, к представлению интенсивности колебательного сигнала безразмерным числом от 0 до 1 путем деления каждого интегрированного значения на максимальное интегрированное значение в зарегистрированной форме колебательного сигнала. Способ нормализации не ограничивается этим.
В настоящем варианте осуществления, ECU 200 двигателя вычисляет коэффициент K корреляции, представляющий собой степень подобия нормализованной формы колебательного сигнала по отношению к модели определения детонации (представляющий собой величину расхождения между формой колебательного сигнала и моделью определения детонации). Момент зажигания, при котором имеет пик интенсивности колебательного сигнала из нормализованной формы колебательного сигнала, сравнивается с моментом зажигания, при котором имеет пик интенсивности колебательного сигнала из модели формы сигнала детонации, и в этом состоянии абсолютное значение разности (величина отклонения) между интенсивностью нормализованной формы колебательного сигнала и интенсивностью из модели формы сигнала детонации вычисляется по каждому (один за другим) углу поворота коленчатого вала (на каждые 5 градусов), посредством чего вычисляется коэффициент K корреляции. Возможно вычислять абсолютное значение разности интенсивности из формы колебательного сигнала и интенсивности из модели формы сигнала детонации для каждого угла поворота коленчатого вала, отличного от 5 градусов.
Абсолютное значение разности между нормализованной формой колебательного сигнала и моделью формы сигнала детонации для каждого угла поворота коленчатого вала можно представить посредством ∆S(I) (где I является натуральным числом), и посредством S представить сумму разностей, при каждом угле поворота коленчатого вала, между интенсивностью колебательного сигнала из модели формы сигнала детонации и положительным опорным значением, то есть область модели формы сигнала детонации, занимаемую интенсивностью не ниже опорного значения. Коэффициент K корреляции вычисляется в виде
K=(S-Σ∆S(I))/S (1)
где Σ∆S(I) представляет сумму значений ∆S(I) при угле поворота коленчатого вала, при котором сравниваются форма колебательного сигнала и модель формы сигнала детонации. В качестве опорного значения, используемого для вычисления области S модели формы сигнала детонации, используется минимальное значение интенсивности из формы колебательного сигнала в интервале угла поворота коленчатого вала, при котором выполняется сравнение с моделью формы сигнала детонации и вычисляется разность между интенсивностью из формы колебательного сигнала и интенсивностью из модели формы сигнала детонации. В качестве опорного значения может использоваться значение, отличное от минимального значения интенсивности из формы колебательного сигнала, при условии, что значение является положительным. Обратите внимание, что коэффициент K корреляции может вычисляться другим способом.
Затем ECU 200 двигателя вычисляет интенсивность N детонации на основании интегрированного значения (в дальнейшем именуемого интегрированным по углу 90 град значением) по заранее заданному углу поворота коленчатого вала (от 0 до 90 градусов) в синтезированной форме сигнала для частотных диапазонов A-D. Если интегрированное по углу 90 градусов значение представить посредством P, а посредством BGL (фоновый уровень) представить значение, представляющее интенсивность колебательного сигнала двигателя 100, в то время как двигатель 100 работает без детонации, то интенсивность N детонации вычисляется согласно уравнению N=P/BGL. BGL определяется заранее посредством моделирования или эксперимента и сохраняется в ПЗУ 202. Обратите внимание, что интенсивность N детонации может вычисляться другим способом.
В настоящем варианте осуществления, ECU 200 двигателя сравнивает вычисленную интенсивность N детонации с определяющим значением V(KX), сохраненным в ПЗУ 202, и дополнительно сравнивает зарегистрированную форму сигнала с сохраненной моделью формы сигнала детонации, и для каждого цикла зажигания определяет, возникла ли детонация в двигателе 100.
Как показано на Фиг.8, определяющее значение V(KX) хранится в виде таблицы для каждого из диапазонов, разделенных в соответствии с состоянием функционирования с использованием в качестве параметров числа NE оборотов двигателя и объема KL поступающего воздуха. В настоящем варианте осуществления, для каждого цилиндра предусмотрены девять диапазонов, согласно делению на диапазоны низких оборотов (NE<NE(1)), средних оборотов (NE(1)≤NE<NE(2)), высоких оборотов (NE(2)≤NE), низкой нагрузки (KL<KL(1)), средней нагрузки (KL(1)≤KL<KL(2)) и высокой нагрузки (KL(2)≤KL). Количество диапазонов не ограничивается этим. Кроме того, диапазоны могут быть выделены с использованием параметра или параметров, отличных от числа NE оборотов двигателя и объема KL поступающего воздуха.
Во время отгрузки двигателя 100 или автотранспортного средства, значение, определенное заранее посредством эксперимента или подобного, используется в качестве определяющего значения V(KX) (начальное определяющее значение V(KX) при отправке), сохраненного в ПЗУ 202. В зависимости от изменения в выходных значениях или ухудшения параметров датчика 300 детонации, регистрируемая интенсивность может меняться, даже если вибрация, имеющая место в двигателе 100, является той же. В этом случае, является необходимым скорректировать определяющее значение V(KX) и определять, возникла ли детонация или нет, используя определяющее значение V(KX), подходящее для фактически регистрируемой интенсивности.
Следовательно, в настоящем варианте осуществления, уровень определения детонации, V(KD), вычисляется на основании плотности распределения, представляющего взаимосвязь между значением LOG(V) интенсивности, получаемого логарифмическим преобразованием интенсивности V, и частотностью (числом повторений или вероятностью) регистрации каждого значения LOG(V) интенсивности.
Для каждого диапазона, задаваемого числом NE оборотов двигателя и объемом KL поступающего воздуха в качестве параметров, вычисляется значение LOG(V) интенсивности. Интенсивность V, используемая для вычисления значения LOG(V) интенсивности, является значением, интегрируемым между заранее заданными углами поворота коленчатого вала (интегрированным значением от 0 до 90 градусов) по синтезированной форме сигнала для частотных диапазонов A-D. На основании вычисленного значении LOG(V) интенсивности, вычисляется медиана V(50), при которой частотность значения LOG(V) интенсивности, накопленная от минимального значения, достигает 50%. Затем вычисляется стандартное отклонение σ для значения LOG(V) интенсивности, которое не больше медианы V(50). В качестве примера, в настоящем варианте осуществления, медиана V(50) и стандартное отклонение σ, которые являются близкими медиане и стандартному отклонению, вычисленным на основании многих (например, 200 циклов) значений LOG(V) интенсивности, вычисляется согласно нижеследующему способу по каждому циклу зажигания.
Если значение LOG(V) интенсивности, определенное в текущий момент, больше медианы V(50), вычисленной в прошлый раз, значение, получаемое путем сложения заранее заданного значения C(1) с медианой (50), вычисленной в прошлый раз, обеспечивается в качестве медианы V(50) в данный момент. Напротив, если значение LOG(V) интенсивности, определенное в текущий момент, меньше медианы V(50), вычисленной в прошлый раз, то значение, получаемое путем вычитания заранее заданного значения C(2) (в качестве примера, значение C(2) может быть одинаковым с C(1)) из медианы (50), вычисленной в прошлый раз, обеспечивается в качестве медианы V(50) в данный момент.
Если значение LOG(V) интенсивности, определенное в данный момент, меньше медианы V(50), вычисленной в прошлый раз, и больше значения, полученного путем вычитания вычисленного в прошлый раз стандартного отклонения σ, из медианы V(50), вычисленной в прошлый раз, значение, полученное путем вычитания двойного, заранее заданного значения C(3) из стандартного отклонения σ, вычисленного в прошлый раз, обеспечивается в качестве стандартного отклонения σ в данный момент. Напротив, если значение LOG(V) интенсивности, определенное в настоящий момент, больше медианы V(50), вычисленной в прошлый раз, или если оно меньше значения, полученного путем вычитания стандартного отклонения σ, вычисленного в прошлый раз, из медианы V(50), вычисленной в прошлый раз, значение, полученное путем сложения заранее заданного значения C(4) (в качестве примера, значение C(4) может быть одинаковым с C(3)) со стандартным отклонением σ, вычисленным в прошлый раз, обеспечивается в качестве стандартного отклонения σ в данный момент. Медиана V(50) и стандартное отклонение σ могут вычисляться другими способами. Дополнительно, начальные значения медианы V(50) и стандартного отклонения σ могут быть заранее установленными значениями или "0".
С использованием медианы V(50) и стандартного отклонения σ вычисляется уровень определения детонации, V(KD). Как показано на Фиг.9, значение, полученное путем сложения произведения коэффициента U(1) (U(1) является постоянным и, например, U(1)=3) и стандартного отклонения σ с медианой V(50), обеспечивается в качестве уровня определения детонации V(KD). Уровень определения детонации, V(KD), может вычисляться другим способом.
Определяется, что отношение (частотность) значений LOG(V) интенсивности, которые больше уровня определения детонации, V(KD), будет частотностью детонации, и подсчитывается в качестве отношения KC занятости (уровня) детонации.
Если отношение KC занятости детонации больше порогового значения KC(0), определяющее значение V(KX) корректируется, чтобы было меньше на заранее заданную величину коррекции, так что возрастает частотность установки зажигания с запаздыванием. Скорректированное определяющее значение V(KX) сохраняется в статическом ОЗУ (СОЗУ, SRAM).
Если отношение KC занятости детонации меньше порогового значения KC(0), определяющее значение V(KX) корректируется, чтобы было больше на заранее заданную величину коррекции, так что возрастает частотность установки зажигания с опережением.
Коэффициентом U(1) является коэффициент, устанавливаемый на основании данных и сведений, полученных посредством эксперимента или подобного. Значение LOG(V) интенсивности, которое больше уровня определения детонации при U(1)=3, является по существу равным значению LOG(V) интенсивности цикла зажигания, в котором фактически имела место детонация. В качестве коэффициента U(1) может использоваться отличное от "3" значение.
Плотность распределения на основе множества значений LOG(V) интенсивности получают на основе плотности распределения множества интенсивностей колебательных сигналов в каждом из частотных диапазонов A-D. Конкретно, плотность распределения на основе множества значений LOG(V) интенсивности получают на основе суммы плотностей распределения для множества интенсивностей колебательных сигналов в частотных диапазонах A-D.
Если весовой коэффициент, соответствующий частотному диапазону А, установлен, чтобы был “0,5”, то медиана плотности распределения для множества интенсивностей колебательных сигналов в диапазоне частот может отклоняться от медианы плотности распределения для множества интенсивностей колебательных сигналов в частотных диапазонах B-D. К тому же, изменяется выходная интенсивность, регистрируемая среди частотных диапазонов A-D. К тому же, среди диапазонов частот, некоторые являются весьма чувствительными к наложению детонации, тогда как другие являются менее чувствительными. Следовательно, может вероятно ухудшаться точность результирующей плотности распределения значений LOG(V) интенсивности. Следовательно, в настоящем варианте осуществления плотности распределения, соответствующие частотным диапазонам A-D, корректируются каждая на основании медианы интенсивности из плотности распределения интенсивности колебательных сигналов для частотных диапазонов A-D.
Конкретно, если плотностями распределения частотных диапазонов A-D будут такие, как показанные на Фиг.10, то плотности распределения корректируются с использованием среднего значения медиан для частотных диапазонов A-D в качестве опорного значения. Конкретно, плотности распределения для частотных диапазонов A-D корректируются с использованием величины отклонения между средним значением медиан и медианой для каждого из частотных диапазонов A-D в качестве величины коррекции.
В качестве примера, можно предположить, что медианой, вычисленной в плотности распределения для частотного диапазона А, является Va(50) и средним значением медиан для частотных диапазонов A-D является Vm(50). При этом величина отклонения между средним значением медиан и медианой плотности распределения частотного диапазона A дается в виде Vm(50)-Va(50). Следовательно, путем сложения величины отклонения Vm(50)-Va(50) с каждым значением интенсивности из плотности распределения для частотного диапазона A, среднее значение плотности распределения для диапазона частот корректируется в Vm(50). Таким образом, средние значения плотностей распределения для частотных диапазонов A-D корректируются, чтобы были по существу равными друг другу, как показано на Фиг.11. На основании скорректированных плотностей распределения для частотных диапазонов A-D, получают плотность распределения для множества значений LOG(V) интенсивности колебательных сигналов, и, следовательно, может предотвращаться ухудшение точности.
Со ссылкой на Фиг.12 будет описана структура управления для программы, исполняемой ECU 200 двигателя в качестве устройства определения детонации в соответствии с настоящим вариантом осуществления, чтобы определять, возникла ли детонация, и таким образом управлять установкой зажигания в каждом цикле зажигания.
На этапе (в дальнейшем представляемом в виде S) 100, ECU 200 двигателя определяет число NE оборотов двигателя на основании сигнала, передаваемого от датчика 306 положения коленчатого вала, и определяет объем KL поступающего воздуха на основании сигнала, передаваемого от датчика 314 расхода воздуха.
На этапе S102, ECU 200 двигателя определяет интенсивность колебательных сигналов двигателя 100 на основании сигнала, передаваемого от датчика 300 детонации. Интенсивность колебательных сигналов представлена посредством значения напряжения, выводимого из датчика 300 детонации. Следует обратить внимание, что интенсивность колебательных сигналов может быть представлена значением, соответствующим значению напряжения, выводимого из датчика 300 детонации. Интенсивность колебательных сигналов определяется в рабочем такте для угла от верхней мертвой точки до 90° (угол поворота коленчатого вала на 90°).
На этапе S104, ECU 200 двигателя вычисляет интегрированное значение напряжения, выводимого из датчика 300 детонации (то есть представляющего интенсивность колебательного сигнала), для угла поворота коленчатого вала на каждые пять градусов (интегрируемого только по 5 градусам). Интегрированное значение вычисляется по каждому частотному диапазону один за другим. В этот момент, интегрированные значения для частотных диапазонов A-D умножаются на весовые коэффициенты, соответствующие соответственным частотным диапазонам, и суммируются в соответствии с углом поворота коленчатого вала (синтезируется форма сигнала). Далее вычисляется интегрированное значение для частотного диапазона E, посредством чего определяется форма колебательного сигнала для двигателя 100.
На этапе S106, ECU 200 двигателя вычисляет интегрированное по углу 90 градусов значение для синтезированной формы сигнала для частотных диапазонов A-D. На этапе S108 ECU 200 двигателя вычисляет наибольшее интегрированное значение (пиковое значение) из числа интегрированных значений в синтезированной форме сигнала для частотных диапазонов A-D. На этапе S110 определяется пиковая позиция (1) в синтезированной форме сигнала частотных диапазонов A-D.
На этапе S112, ECU 200 двигателя определяет пиковую позицию (2) в частотном диапазоне E, в заранее заданном интервале (угла поворота коленчатого вала) от позиции пикового значения (угла поворота коленчатого вала).
На этапе S114, ECU 200 двигателя нормализует интегрированное значение (форму колебательного сигнала для двигателя 100) для частотного диапазона E. При этом нормализация относится, например, к представлению интенсивности колебательных сигналов безразмерным числом от 0 до 1 путем деления каждого интегрированного значения на пиковое значение, вычисленное на этапе S108. Способ нормализации не ограничивается этим, и, в качестве примера, каждое интегрированное значение может делиться на интегрированное значение в пиковой позиции (2).
На этапе S116, ECU 200 двигателя вычисляет коэффициент K корреляции, который является значением, связанным с величиной отклонения между нормализованной формой колебательного сигнала и моделью формы сигнала детонации. Пиковая позиция (2) соотносится с позицией (момента зажигания), в которой интенсивность колебательных сигналов в модели формы сигнала детонации является пиковой, и в этом состоянии, вычисляется абсолютное значение разности (величина отклонения) между интенсивностью нормализованной формы колебательного сигнала и интенсивностью из модели формы сигнала детонации по каждому углу поворота коленчатого вала (на каждые 5 градусов), посредством чего вычисляется коэффициент K корреляции.
Если представлять абсолютное значение разности между нормализованной формой колебательного сигнала и моделью формы сигнала детонации для каждого угла поворота коленчатого вала посредством ∆S(I) (где I является натуральным числом) и значение, полученное интегрированием интенсивности колебательных сигналов в модели формы сигнала детонации по углу поворота коленчатого вала (область модели формы сигнала детонации), посредством S, то коэффициент K корреляции вычисляется согласно уравнению K=(S-Σ∆S(I))/S, где Σ∆S(I) представляет сумму значений ∆S(I). Коэффициент K корреляции может вычисляться другим способом.
На этапе S118, ECU 200 двигателя делит интегрированное по углу 90 градусов значение на BGL и вычисляет интенсивность N детонации. На этапе S120, ECU 200 двигателя определяет, является ли коэффициент K корреляции больше порогового значения K(0) и является ли интенсивность N детонации больше определяющего значения V(KX). Если коэффициент K корреляции больше порогового значения K(0) и интенсивность N детонации больше определяющего значения V(KX) (ДА на этапе S120), процесс переходит на этап S122. Если не больше (НЕТ на этапе S120), процесс переходит на этап S126.
При этом Уравнение (1) выше может быть модифицировано в
K = 1-ΣΔS(I)/S (2).
Дополнительно, Уравнение (2) может быть модифицировано в
ΣΔS(I)/S = 1-K (3).
Следовательно, превышение коэффициентом K корреляции порогового значения K(0) означает, что ΣΔS(I)/S меньше 1-K(0).
На этапе S122, ECU 200 двигателя определяет, что детонация возникла в двигателе 100. На этапе S124, ECU 200 двигателя устанавливает зажигание с запаздыванием.
На этапе S126 ECU 200 двигателя определяет, что детонация не возникла. На этапе S128, ECU 200 двигателя устанавливает зажигание с опережением.
Ниже будет описана работа ECU 200 двигателя в качестве устройства определения детонации согласно настоящему варианту осуществления на основании вышеописанной конфигурации и блок-схемы.
При функционировании двигателя 100, число NE оборотов двигателя определяется на основании сигнала, передаваемого от датчика 306 положения коленчатого вала, и объем KL поступающего воздуха определяется на основании сигнала, передаваемого от датчика 314 расхода воздуха (S100). Затем определяется интенсивность колебательных сигналов двигателя 100 на основании сигнала, передаваемого от датчика 300 детонации (S102).
В рабочем такте по интервалу от верхней мертвой точки до 90°, вычисляется интегрированное значение по каждым пяти градусам для колебательных сигналов каждого из частотных диапазонов A-E (S104).
В этот момент, интегрированные значения для частотных диапазонов A-D умножаются на заранее заданные коэффициенты, соответствующие соответственным частотным диапазонам A-D, и суммируются, посредством чего синтезируется форма колебательного сигнала, как представлено линией из точек и штрихов на Фиг.13. Затем интегрированное значение для частотного диапазона E, представленного сплошной линией на Фиг.13, используется в качестве формы колебательного сигнала для двигателя 100. Затем вычисляются интегрированные по углу 90 градусов значения для частотных диапазонов A-D (S106).
Поскольку используется интегрированное значение, обеспечиваемое по каждым пяти градусам, чтобы определять форму колебательного сигнала, становится возможным регистрировать форму колебательного сигнала, относительно которой тонкие изменения (неравномерности) подавлены. Это упрощает сравнение зарегистрированной формы колебательного сигнала с моделью формы сигнала детонации.
Вычисленные интегрированные значения используются, чтобы вычислять пиковое значение P для интегрированных значений в синтезированном сигнале в частотных диапазонах A-D (S108). Определяется позиция пикового значения P, или пиковая позиция (1) (S110). При этом, как показано на Фиг.13, полагается, что пиковая позиция (1) имеет шестую позицию, если считать слева, (позиция интегрированного значения для 25-30 градусов).
Пиковая позиция (2) определяется, исходя из позиций трех интегрированных значений, предшествующих пиковой позиции (1) (четвертое - шестое интегрированные значения слева) (S112). Более конкретно, для позиций четвертого, пятого и шестого интегрированных значений, если считать слева в частотном диапазоне E, позиция интегрированного значения, которое больше двух смежных интегрированных значений, определяется в качестве пиковой позиции (2).
При этом, как показано на Фиг.13, пятое интегрированное значение, если считать слева, больше двух смежных интегрированных значений (четвертого и шестого интегрированных значений слева). Соответственно, в качестве пиковой позиции (2) будет определена позиция пятого интегрированного значения, если считать слева.
Интегрированное значение частотного диапазона E делится на пиковое значение P из синтезированной формы сигнала частотных диапазонов A-D, чтобы нормализовать форму колебательного сигнала (S114).
Путем нормализации, форма колебательного сигнала представляется в виде интенсивности колебательных сигналов безразмерным числом от 0 до 1. Таким образом, зарегистрированная форма колебательного сигнала может сравниваться с моделью формы сигнала детонации независимо от интенсивности колебательных сигналов. Это может устранять необходимость хранения большого количества моделей формы сигнала детонации, соответствующих интенсивности колебательных сигналов, и таким образом содействует подготовке модели формы сигнала детонации.
Момент (зажигания), при котором интенсивность колебательных сигналов становится наивысшей для нормализованной формы колебательного сигнала, то есть пиковая позиция (2), и момент (зажигания), при котором интенсивность колебательных сигналов становится наивысшей для модели формы сигнала детонации, приводятся в соответствие, и в этом состоянии для каждого угла поворота коленчатого вала вычисляется величина отклонения абсолютного значения ΔS(I) между нормализованной формой колебательного сигнала и моделью формы сигнала детонации. На основании суммы ΣΔS(I) значений ΔS(I) и значения S, представляющего интенсивность колебательных сигналов для формы сигнала детонации, интегрированной по углу поворота коленчатого вала, вычисляется коэффициент K корреляции в виде K=(S-ΣΔS(I))/S (S116). Это дает возможность численного представления и объективного определения степени соответствия между зарегистрированной формой колебательного сигнала и моделью формы сигнала детонации. Затем посредством сравнения между формой колебательного сигнала и моделью формы сигнала детонации, становится возможным анализировать, получен ли колебательный сигнал в результате детонации или нет, на основании поведения колебательного сигнала, например, тенденции ослабления колебательного сигнала.
Затем интегрированное по углу 90 градусов значение P делится на BGL, посредством чего вычисляется интенсивность N детонации (S118). Если коэффициент K корреляции больше заранее заданного значения и интенсивность N детонации больше определяющего значения V(KX) (ДА на этапе S120), то определяется, что возникла детонация (S122), и зажигание устанавливается запаздывающим (S124). Это препятствует детонации.
Если условия, что коэффициент K корреляции больше заранее заданного значения и интенсивность N детонации больше определяющего значения V(KX), не удовлетворяются (НЕТ на этапе S120), то определяется, что детонация не возникла (S126), и зажигание устанавливается опережающим (S128). Таким образом, посредством сравнения интенсивности N детонации и определяющего значения V(KX) в каждом цикле зажигания определяется, возникла ли детонация, и установка зажигания является запаздывающей или опережающей соответственно.
Как описано выше, в устройстве определения детонации в соответствии с настоящим вариантом осуществления, если уменьшается весовой коэффициент по отношению к колебательным сигналам в частотном диапазоне (например, диапазоне частот первой тангенциальной моды), который находится под значительным влиянием наложения шума, отличного от детонации, и является чувствительным к наложению колебательного сигнала, соответствующего детонации, то может быть уменьшено влияние шума в определении детонации. Соответственно, предотвращается ложное определение наличия детонации, обусловленное колебательным сигналом в частотном диапазоне, находящимся под влиянием шума, тогда как определение детонации может выполняться с использованием колебательного сигнала в диапазоне частот, чувствительном к наложению колебательного сигнала, соответствующего детонации, посредством чего может снижаться ложное определение. Следовательно, могут обеспечиваться устройство определения детонации и способ определения детонации для двигателя внутреннего сгорания, которые могут снижать ложное определение наличия детонации.
Вследствие любого изменения в весовом коэффициенте или в зависимости от чувствительности к наложению специфического для детонации колебательного сигнала на каждый диапазон частот, медиана плотности распределения каждого диапазона частот может вероятно иметь отклонение от медианы плотности распределения интенсивности колебательного сигнала других диапазонов частот. Следовательно, с использованием среднего значения медиан плотности распределения интенсивности колебательного сигнала каждого диапазона частот в качестве опорного, корректируется плотность распределения, посредством чего сдерживается влияние отклонения медианы среди плотностей распределений на регистрируемые интенсивности колебательных сигналов, и может снижаться ложное определение наличия детонации.
В настоящем варианте осуществления, путем уменьшения весового коэффициента по отношению к колебательным сигналам в диапазоне частот первой тангенциальной моды, снижается влияние шума на определение детонации. Альтернативно, или дополнительно, весовой коэффициент может изменяться так, что возрастает отношение интенсивности колебательных сигналов для диапазона частот, который имеет влияние на определение детонации меньше заранее установленного уровня вследствие наложения шума, отличного от детонации, и является чувствительным к наложению колебательного сигнала, соответствующего детонации. Согласно такому подходу также может быть уменьшено влияние шума в определении детонации и, следовательно, может предотвращаться ложное определение наличия детонации. Диапазоном частот, который имеет влияние на определение детонации меньше заранее установленного уровня вследствие наложения шума, отличного от детонации, и чувствителен к наложению колебательного сигнала, соответствующего детонации, например, является диапазон частот третьей тангенциальной моды. Например, весовой коэффициент диапазона частот третьей тангенциальной моды может быть увеличен до значения больше “1,0” (например, “2,0”).
Варианты осуществления, как были описаны в документе, являются всего лишь примерными и не должны интерпретироваться в качестве ограничительных. Объем настоящего изобретения определен согласно каждому из пунктов формулы изобретения с соответствующим рассмотрением письменного описания вариантов осуществления и охватывает модификации в рамках толкования формулировок и эквивалента таковых в формуле изобретения.