DE102007000166B4

DE102007000166B4 - Einrichtung und Verfahren zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102007000166B4
Application number: DE102007000166A
Authority: DE
Inventors: Rihito Aichi Kaneko; Kenji Aichi Kasashima; Masatomo Aichi Yoshihara; Kenji Aichi Senda; Yuichi Aichi Takemura; Shuhei Aichi Oe
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: US7637247B2; JP2007255208A; DE102007000166A1; US20070214869A1; JP4358198B2

Abstract

Einrichtung zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors, mit einer Operationseinheit (200), wobei die Operationseinheit (200) ein Ausmaß einer Vibration in einem ersten Frequenzband, das eine Frequenz einer Vibration aufgrund eines Klopfens umfasst, aus einer Vibration, die in dem Verbrennungsmotor (100) auftritt, erfasst, die Operationseinheit (200) ein Ausmaß einer Vibration in einem zweiten Frequenzband, das das erste Frequenzband umfasst, und das breiter ist als das erste Frequenzband, aus einer Vibration, die in dem Verbrennungsmotor (100) auftritt, erfasst, die Operationseinheit (200) eine Wellenform der Vibration in dem zweiten Frequenzband basierend auf dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst, die Operationseinheit (200) bestimmt, ob ein Ausmaß größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist oder nicht, aus der Vibration, die in dem zweiten Frequenzband erfasst wurde, wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst...

Description

Diese nicht provisorische Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldeschrift Nr. 2006-076912 , am 20. März 2006 bei dem japanischen Patentamt eingereicht, wobei der gesamte Inhalt hier unter Bezugnahme eingearbeitet ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die gegenwärtige Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors, und insbesondere auf eine Technologie des Bestimmens, ob ein Klopfen vorhanden ist oder fehlt, basierend auf einer Wellenform einer Vibration eines Verbrennungsmotors.
Beschreibung des Standes der Technik
Herkömmlich wurden verschiedene Verfahren zum Bestimmen, ob ein Klopfen (Schlagen) vorhanden ist oder fehlt, vorgeschlagen. Zum Beispiel wird durch Erfassen eines Ausmaßes einer Vibration, die in einem Verbrennungsmotor auftritt, und Vergleichen des Ausmaßes mit einem Schwellenwert, bestimmt, ob ein Klopfen vorhanden ist oder fehlt. Jedoch kann in einem Verbrennungsmotor neben einer Vibration aufgrund eines Klopfens eine Vibration aufgrund eines Ansaugventils oder eines auf seinem Sitz sitzenden Abgasventils auftreten. Eine Vibration kann ebenso aufgrund des Betriebes einer Einspritzdüse auftreten (insbesondere bei einer zylinderinternen Direkteinspritzung, die direkt Treibstoff in einen Zylinder einspritzt), oder einer Hochdruckpumpe, die der Einspritzdüse Treibstoff zuführt. Wenn eine solche Vibration als Geräusch erfasst wird, kann es nicht möglich sein, die Vibration aufgrund eines Klopfens von der Vibration aufgrund eines Geräusches, basierend auf dem Ausmaß einer Vibration, zu unterscheiden. Demzufolge wurde eine Technologie zum Bestimmen, ob ein Klopfen vorhanden ist oder fehlt, unter Beachtung sowohl des Ausmaßes der Vibration als auch einer Wellenform, vorgeschlagen.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-021032 offenbart eine Klopfsteuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor, in der ein statistisches Verarbeitungsprogramm verwendet wird, das bestimmt, dass ein Klopfen aufgetreten ist, wenn ein Ausgabewert größer als ein Klopfbestimmungswert, der durch statistisches Verarbeiten korrigiert wird, erfasst wird, und ein Wellenformprogramm, das bestimmt, ob ein Klopfen von einer Wellenform von einer Vibration vorhanden ist oder fehlt. Die Klopfsteuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-021032 offenbart ist, umfasst: einen Klopfsensor, der ein Klopfen in einem Verbrennungsmotor erfasst; ein statistisches Verarbeitungsteil, das ein durch den Klopfsensor und einer Eingabe durch einen Tiefpassfilter und einen Hochpassfilter erfasstes Signal statistisch verarbeitet; einen ersten temporären Bestimmungsteil, der ein Auftreten eines Klopfens, basierend auf einem Verarbeitungsergebnis, durch den statistischen Verarbeitungsteil bestimmt; einen zweiten temporären Bestimmungsteil, der ein Auftreten eines Klopfens, basierend auf einer Wellenform des durch den Klopfsensor und einer Eingabe durch den Tiefpassfilter und den Hochpassfilter erfassten Signals bestimmt; und einen Schlussbestimmungsteil zum letztendlichen Bestimmen eines Auftretens eines Klopfens, basierend auf der Klopf-Temporärbestimmung des ersten temporären Bestimmungsteils und der Klopf-Temporärbestimmung des zweiten temporären Bestimmungsteils. Wenn sowohl der erste als auch der zweite temporäre Bestimmungsteil bestimmt, dass ein Klopfen aufgetreten ist, bestimmt der Schlussbestimmungsteil, dass ein Klopfen aufgetreten ist.
Gemäß der durch die Veröffentlichung offenbarten Klopfsteuereinrichtung wird eine Klopf-Temporärbestimmung durch ein statistisches Verarbeitungsprogramm und eine Klopf-Temporärbestimmung über ein Wellenformprogramm verwendet, und nur wenn beide der temporären Bestimmungen bestimmen, dass ein Klopfen aufgetreten ist, wird schließlich bestimmt, dass ein Klopfen aufgetreten ist. Als eine Folge kann ein Auftreten eines Klopfens präzise bestimmt werden, auch bei einem Ausgabesignal, das fälschlicherweise über eine Klopfbestimmung bestimmt wurde, das nur das statistische Verarbeitungsprogramm oder das Wellenformprogramm verwendet.
In der Klopfsteuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-021032 wird ein Tiefpassfilter und ein Hochpassfilter verwendet. Um Geräuschkomponenten zu reduzieren, um eine Präzision einer Vibration, insbesondere eines Klopfens zu verbessern, ist es effektiv, die Bandbreite eines Filters zu verschmälern, um nur eine Vibration einer vorbestimmten Bandbreite zu extrahieren. Wenn andererseits die Bandbreite eines Filters verschmälert wird, wird eine Vibration von Geräuschkomponenten entfernt, und als eine Folge wird ein charakteristischer Bereich von Geräuschkomponenten (wie etwa ein Auftreten eines Zeitpunkts einer Vibration, einer Abschwächungsrate, und dergleichen) ebenso von der erfassten Wellenform entfernt. In diesem Fall wird wie bei einer Vibration, die tatsächlich aufgrund von Geräuschkomponenten entsteht, eine Wellenform, die gleich einer Wellenform zum Zeitpunkt eines Klopfens entsteht, erfasst werden. Daher werden Vibrationen zum Zeitpunkt eines Klopfens und der Vibration aufgrund von Geräuschkomponenten schwer voneinander basierend auf der Wellenform unterschieden. Jedoch wird eine Betrachtung der Bandbreite der Filter in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-021032 nicht betrachtet. Demzufolge, auch wenn kein Klopfen aufgetreten ist, kann fälschlicherweise bestimmt werden, dass ein Klopfen aufgetreten ist.
Weiterhin offenbart die nachveröffentlichte Druckschrift WO 2007/004597 A1 , die lediglich für Neuheit heranzuziehen ist, eine Klopfbestimmungseinrichtung, das Schwingungen bzw. Vibrationen in einem ersten Frequenzband sowie Schwingungen bzw. Vibrationen in einem vorbestimmten zweiten Frequenzband erfasst, wobei das zweite Frequenzband breiter als das erste ist. Die erfassten Wellenformen werden mit entsprechenden gespeicherten Referenzwellenformen verglichen. Weiterhin ist eine Bestimmungseinheit bereitgestellt, die das Auftreten eines Klopfens in dem Motor basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs bestimmt.
Die Druckschrift US 4 637 245 A offenbart eine Vorrichtung zum Erfassen eines Klopfens in einer Verbrennungskraftmaschine, wobei Vibrationen bzw. Schwingungen in zwei Frequenzbändern erfasst werden. Dabei ist das zweite Frequenzband breiter als das erste Frequenzband. Eine Filtereinrichtung sowie eine Komparatoreinrichtung sind zum Bestimmen des Auftretens eines Klopfens bereitgestellt.
Weiterhin offenbart die Druckschrift US 2004/0204814 A1 eine Vorrichtung zum Erfassen eines Klopfens, wobei zwei Klopfsensoren zum Erfassen von Vibrationen bzw. Schwingungen unterschiedlicher Zylinder bereitgestellt sind. Ebenso ist eine ECU zum Vergleichen der Erfassten Schwingungen vorgesehen, um so zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, eine Einrichtung und dergleichen zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, die präzise bestimmt, ob ein Klopfen vorhanden ist oder fehlt.
Eine Einrichtung zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors gemäß einem Aspekt der gegenwärtigen Erfindung umfasst eine Operationseinheit. Die Operationseinheit erfasst ein Ausmaß einer Vibration in einem ersten Frequenzband, das eine Frequenz von einer Vibration aufgrund von Klopfen umfasst, außerhalb einer Vibration, die in dem Verbrennungsmotor auftritt. Die Operationseinheit erfasst ein Ausmaß einer Vibration in einem zweiten Frequenzband, das das erste Frequenzband umfasst, und das breiter als das erste Frequenzband ist, aus der Vibration, die in dem Verbrennungsmotor auftritt. Die Operationseinheit erfasst eine Wellenform der Vibration in dem zweiten Frequenzband, basierend auf dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband. Die Operationseinheit bestimmt, ob ein Ausmaß, das von der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das von der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, bestimmt die Operationseinheit, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der von dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfassten Wellenform und einem Wellenform-Modell, das eine Referenz der in dem Verbrennungsmotor auftretenden Vibration und des Ausmaßes der Vibration in dem ersten Frequenzband ist. Wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, nicht von der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, bestimmt die Operationseinheit, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist.
Gemäß der gegenwärtigen Erfindung wird ein Ausmaß einer Vibration in einem ersten Frequenzband, das eine Frequenz einer Vibration aufgrund von Klopfen umfasst, erfasst, aus der Vibration, die in dem Verbrennungsmotor auftritt. Daher kann das Ausmaß einer Vibration besonders aufgrund von Klopfen präzise erhalten werden. Wenn jedoch die Bandbreite des Frequenzbandes verschmälert wird, wenn eine Wellenform von dem Ausmaß einer Vibration erfasst wird, wird eine Vibration von Geräuschkomponenten entfernt. Als eine Folge wird ein charakteristischer Bereich von Geräuschkomponenten (wie etwa ein Zeitpunkt eines Auftretens einer Vibration, eine Abdämpfungsrate und dergleichen) ebenso von der Wellenform entfernt. In diesem Fall kann auch bei einer Vibration, die tatsächlich aufgrund von Geräuschkomponenten entsteht, eine Wellenform erfasst werden, die gleich einer Wellenform zum Zeitpunkt eines Klopfens entsteht. Daher wird die Vibration zum Zeitpunkt eines Klopfens und die Vibration aufgrund von Geräuschkomponenten schwer voneinander basierend auf der Wellenform unterschieden. Demzufolge wird ein Ausmaß einer Vibration in einem zweiten Frequenzband, das das erste Frequenzband umfasst, und das breiter ist als das erste Frequenzband, erfasst. Eine Wellenform der Vibration in dem zweiten Frequenzband wird erfasst, basierend auf dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband. Daher kann eine Wellenform, die durch Vibrationen aufgrund von Geräuschkomponenten entsteht, erfasst werden. Wenn ein Ausmaß, das größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, von der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, kann angenommen werden, dass ein Klopfen wahrscheinlich aufgetreten ist. Umgekehrt, wenn ein Ausmaß, das größer als ein Schwellenwert ist, nicht von der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, kann angenommen werden, dass ein Klopfen weniger wahrscheinlich aufgetreten ist. Demzufolge wird, wenn das Ausmaß, das größer als der Schwellenwert ist, von der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der von dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfassten Wellenform und einem Wellenformmodell, und auf dem Ausmaß der Vibration in dem ersten Frequenzband bestimmt werden, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Andererseits, wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer ist als der Schwellenwert, nicht von der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, wird bestimmt, dass kein Klopfen aufgetreten ist. Daher kann präzise bestimmt werden, wenn angenommen werden kann, dass ein Klopfen wahrscheinlich aufgetreten ist, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, wobei die Charakteristiken sowohl eines Klopfens als auch eines Geräusches vollständig in Betracht gezogen werden. Dies kann eine fehlerhafte Bestimmung verhindern, dass ein Klopfen aufgetreten ist, während es nicht aufgetreten ist. Als eine Folge kann eine Einrichtung zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors, die präzise bestimmen kann, ob ein Klopfen vorhanden ist oder fehlt, bereitgestellt werden.
Vorzugsweise erfasst die Operationseinheit ob ein Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband in einem ersten Intervall eines Kurbelwinkels aus dem ersten Intervall des Kurbelwinkels und einem zweiten Intervall eines Kurbelwinkels, in dem ein Ausmaß der Vibration aufgrund eines Klopfens kleiner ist als in dem ersten Intervall, erfasst wird oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, von der Vibration in dem zweiten Frequenzband in dem ersten Intervall erfasst wird, bestimmt die Operationseinheit, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der aus dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband und dem Wellenformmodell und eines Ausmaßes der Vibration, die in dem ersten Frequenzband aufgetreten ist. Wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, nicht aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband in dem ersten Intervall erfasst wird, bestimmt die Operationseinheit, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist.
Gemäß der gegenwärtigen Erfindung wird bestimmt, ob ein Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband in einem ersten Intervall eines Kurbelwinkels aus dem ersten Intervall eines Kurbelwinkels und einem zweiten Intervall eines Kurbelwinkels, in dem ein Ausmaß der Vibration die Vibration in dem zweiten Frequenzband ist, und die aufgrund eines Klopfens kleiner als die in dem ersten Intervall ist oder nicht. Ein Klopfen weist eine Eigenschaft auf, dass es ungefähr bei dem gleichen Kurbelwinkel auftritt, und dass das Ausmaß einer Vibration aufgrund eines Klopfens nach dem Auftreten eines Klopfens schwächer wird. Daher, wenn das Ausmaß, das größer als der Schwellenwert ist, aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband in dem ersten Intervall erfasst wird, kann angenommen werden, dass ein Klopfen wahrscheinlich aufgetreten ist. Umgekehrt, wenn das Ausmaß, das größer als der Schwellenwert ist, nicht aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband in dem ersten Intervall erfasst wird, kann angenommen werden, dass ein Klopfen weniger wahrscheinlich aufgetreten ist. Demzufolge, wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der Schwellenwert ist, aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband in dem ersten Intervall erfasst wird, wird basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der aus dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband und dem Wellenformmodell, und auf dem Ausmaß der Vibration in dem ersten Frequenzband bestimmt, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Andererseits, wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, nicht aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband in dem ersten Intervall bestimmt wird, wird bestimmt, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist. Daher, wenn angenommen werden kann, dass ein Klopfen wahrscheinlich aufgetreten ist, kann präzise bestimmt werden, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, unter vollständigem Einbeziehen der Eigenschaften sowohl des Klopfens als auch der Geräusche. Dies kann eine fälschliche Bestimmung unterdrücken, dass ein Klopfen aufgetreten ist, während es nicht aufgetreten ist.
Weiterhin gilt vorzugsweise, dass wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, nicht aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, die Operationseinheit bestimmt, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, während nicht Bestimmt wird, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der aus dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband und Wellenformmodell, und auf dem Ausmaß der Vibration in dem ersten Frequenzband erfassten Wellenform.
Gemäß der gegenwärtigen Erfindung, wenn es weniger wahrscheinlich ist, dass ein Klopfen aufgetreten ist, wird bestimmt, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, während nicht bestimmt wird, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der aus dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfassten Wellenform und dem Wellenformmodell, und auf dem Ausmaß der Vibration in dem ersten Frequenzband. Wenn daher ein Auftreten eines Klopfens weniger wahrscheinlich ist, kann das Durchführen einer unnötigen Verarbeitung vermieden werden.
Weiterhin gilt vorzugsweise, dass der Schwellenwert ein Wert ist, der basierend auf einer vorbestimmten Anzahl von durch Platzieren einer höheren Priorität auf kleinere Ausmaße aus den erfassten Ausmaßen gewählten Ausmaßen berechnet wird.
Gemäß der gegenwärtigen Erfindung wird der Schwellenwert basierend auf einer vorbestimmten Anzahl von Ausmaßen, die durch Platzieren einer höheren Priorität auf kleinere Ausmaße ausgewählt wird, berechnet. Daher kann der Schwellenwert basierend auf dem Ausmaß berechnet werden, das nicht aufgrund eines Klopfens oder eines Geräusches, und das die mechanische Vibration des Verbrennungsmotors selbst ist, entsteht. Demzufolge kann der Schwellenwert geeignet für individuelle Verbrennungsmotoren erhalten werden. Durch Vergleichen solch eines Schwellenwertes und des erfassten Ausmaßes miteinander kann die Wahrscheinlichkeit, dass ein Klopfen aufgetreten ist, präzise bestimmt werden.
Weiterhin gilt vorzugsweise, dass der Schwellenwert ein Wert ist, der als ein Produkt eines Durchschnittswerts einer vorbestimmten Anzahl von Ausmaßen, die durch Platzieren einer höheren Priorität auf kleinere Ausmaße aus den erfassten Ausmaßen, und einem vorbestimmten Koeffizienten berechnet wird.
Gemäß der gegenwärtigen Erfindung wird der Schwellenwert als ein Produkt eines Durchschnittswerts einer vorbestimmten Anzahl von Ausmaßen, durch Platzieren einer höheren Priorität auf kleinere Ausmaße, und einem vorbestimmten Koeffizienten berechnet. Daher kann der Schwellenwert basierend auf das Ausmaß, das nicht aufgrund eines Klopfens oder eines Geräusches entsteht, und das die mechanische Vibration des Verbrennungsmotors selbst nicht verursacht, berechnet werden. Demzufolge kann der Schwellenwert geeignet für individuelle Verbrennungsmotoren erhalten werden. Durch miteinander Vergleichen eines solchen Schwellenwert und dem erfassten Ausmaß kann die Wahrscheinlichkeit, dass ein Klopfen aufgetreten ist, präzise bestimmt werden.
Die vorstehenden und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der gegenwärtigen Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der gegenwärtigen Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen betrachtet wird, besser ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm einer schematischen Konfiguration eines Motors, der durch eine Motor-ECU gesteuert wird, die eine Klopfbestimmungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der gegenwärtigen Erfindung darstellt;
2 ist ein Diagramm, das Frequenzbänder in dem Motor zum Zeitpunkt eines Klopfens zeigt;
3 ist ein Steuerblockdiagramm, das die Motor-ECU aus 1 zeigt;
4 ist ein Diagramm, das eine Wellenform einer Vibration in dem Motor zeigt;
5 ist ein Diagramm, das ein Klopf-Wellenform-Modell zeigt, das in einem ROM der Motor-ECU gespeichert ist;
6 ist ein Diagramm (Nr. 1) zum Vergleichen der Vibrationswellenform eines vierten Frequenzbands D mit dem Klopf-Wellenform-Modell;
7 ist ein Diagramm (Nr. 1), das eine synthetisierte Wellenform von ersten bis dritten Frequenzbändern A bis C zeigt, die zum Berechnen eines Klopfausmaßes N verwendet werden;
8 ist ein Diagramm, das ein Referenzausmaß zeigt, das durch Verwenden von integrierten Werten in der Vibrationswellenform des vierten Frequenzbands D berechnet wird;
9 ist ein Diagramm, das ein Kennfeld von Bestimmungswerten V(KX) zeigt, das in dem ROM oder SRAM der Motor-ECU gespeichert ist;
10 ist ein Diagramm (Nr. 1), das eine Frequenzverteilung von Ausmaßwerten LOG(V) zeigt;
11 ist ein Diagramm (Nr. 2), das eine Frequenzverteilung von Ausmaßwerten LOG(V) zeigt;
12 ist ein Diagramm (Nr. 3), das eine Frequenzverteilung von Ausmaßwerten LOG(V) zeigt;
13 ist ein Diagramm (Nr. 4), das eine Frequenzverteilung von Ausmaßwerten LOG(V) zeigt;
14 ist ein Diagramm, das Ausmaßwerte LOG(V) zeigt, die zum Bilden der Frequenzverteilung der Ausmaßwerte LOG(V) verwendet werden;
15 ist ein Flussdiagramm (Nr. 1), das einen Steueraufbau eines Programms zeigt, das durch die Motor-ECU, die die Klopfbestimmungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der gegenwärtigen Erfindung darstellt, ausgeführt wird;
16 ist ein Flussdiagramm (Nr. 2), das den Steueraufbau des Programms zeigt, dass durch die Motor-ECU, die die Klopfbestimmungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der gegenwärtigen Erfindung darstellt, ausgeführt wird;
17 ist ein Flussdiagramm (Nr. 3), das den Steueraufbau des Programms zeigt, das durch die Motor-ECU, die die Klopfbestimmungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der gegenwärtigen Erfindung darstellt, ausgeführt wird;
18 ist ein Diagramm, das eine Vibrationswellenform eines vierten Frequenzbands D zeigt;
19 ist ein Diagramm (Nr. 2) zum Vergleichen der Vibrationswellenform eines vierten Frequenzbands D mit dem Klopf-Wellenform-Modell;
20 ist ein Diagramm (Nr. 3) zum Vergleichen der Vibrationswellenform eines vierten Frequenzbands D mit dem Klopf-Wellenform-Modell;
21 ist ein Diagramm (Nr. 4) zum Vergleichen der Vibrationswellenform eines vierten Frequenzbands D mit dem Klopf-Wellenform-Modell;
22 ist ein Diagramm (Nr. 5) zum Vergleichen der Vibrationswellenform eines vierten Frequenzbands D mit dem Klopf-Wellenform-Modell;
23 ist ein Diagramm (Nr. 6) zum Vergleichen der Vibrationswellenform eines vierten Frequenzbands D mit dem Klopf-Wellenform-Modell;
24 ist ein Diagramm (Nr. 7) zum Vergleichen der Vibrationswellenform eines vierten Frequenzbands D mit dem Klopf-Wellenform-Modell; und
25 ist ein Diagramm (Nr. 2), das eine synthetisierte Wellenform von ersten bis dritten Frequenzbändern A bis C zeigt, die zum Berechnen eines Klopfausmaßes N verwendet werden.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ausführungsbeispiele der gegenwärtigen Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Diese weisen dieselben Namen und Funktionen auf. Daher wird eine detaillierte Beschreibung der gleichen Teile nicht wiederholt.
Mit Bezug auf 1 wird ein Motor 100 eines Fahrzeugs, das mit einer Klopfbestimmungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der gegenwärtigen Erfindung versehen ist, beschrieben. Der Motor 100 ist mit einer Vielzahl von Zylindern ausgestattet. Die Klopfbestimmungseinrichtung gemäß der gegenwärtigen Erfindung wird durch ein Programm erreicht, das z. B. durch eine Motor-ECU (elektronische Steuereinheit) 200 ausgeführt wird.
Der Motor 100 ist ein Verbrennungsmotor, in dem eine Luft-Treibstoff-Mischung von Luft, die von einem Luftfilter 102 angesaugt wird, und Treibstoff, der von einer Einspritzdüse 104 eingespritzt wird, über eine Zündkerze 106 gezündet wird, und in einer Verbrennungskammer verbrannt wird. Ein Zündzeitpunkt wird gesteuert, um MBT zu sein (minimaler Schub für ein bestes Moment), bei dem ein Ausgangsmoment maximal wird, aber verzögert oder erhöht wird, gemäß eines Betriebszustands eines Motors 100, wie etwa einem Auftreten eines Klopfens.
Wenn die Luft-Treibstoff-Mischung verbrannt wird, wird ein Kolben 108 durch den Verbrennungsdruck nach unten gedrückt, und eine Kurbelwelle 110 wird rotiert. Das Luft-Treibstoff-Gemisch wird nach Verbrennung (Abgas) durch einen Dreiwegekatalysator 112 gereinigt, und aus dem Auto nach außen ausgestoßen. Ein Ausmaß einer in den Motor 100 eingesaugten Luftmenge wird über ein Drosselventil 114 reguliert.
Der Motor 100 wird durch die Motor-ECU 200 gesteuert. Mit der Motor-ECU 200 sind ein Klopfsensor 300, ein Wassertemperatursensor 302, ein Kurbelpositionssensor 306, der bereitgestellt ist, einem Zeitpunkt-Rotor 304 gegenüber zu stehen, ein Sensor 308 einer Öffnungsposition einer Drossel, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 310, ein Zündschalter 312 und ein Luftdurchflussmesser 314 verbunden.
Der Klopfsensor 300 ist an einem Zylinderblock des Motors 100 bereitgestellt. Der Klopfsensor 300 besteht aus einem piezoelektrischen Element. Der Klopfsensor 300 erzeugt eine Spannung als Antwort auf eine Vibration des Motors 100. Der Betrag der Spannung entspricht dem Betrag der Vibration. Der Klopfsensor 300 sendet ein Signal, das die Spannung darstellt, an die Motor-ECU 200. Der Wassertemperatursensor 302 erfasst eine Temperatur eines Kühlwassers eines Kühlwassermantels des Motors 100, und sendet ein Signal, das ein Erfassungsergebnis darstellt, an die Motor-ECU 200.
Der Zeitpunktrotor 304 ist an der Kurbelwelle 110 bereitgestellt, und dreht sich mit der Kurbelwelle 110. An einer äußeren Peripherie des Zeitpunktrotors 304 ist eine Vielzahl von Vorsprüngen an vorbestimmten Intervallen bereitgestellt. Der Kurbelpositionssensor 306 ist bereitgestellt, um den Vorsprüngen des Zeitpunktrotors 304 gegenüber zu stehen. Wenn sich der Zeitpunktrotor 304 dreht, ändert sich ein Luftspalt zwischen dem Vorsprung des Zeitpunktrotors 304 und dem Kurbelpositionssensor 306, und als ein Ergebnis erhöht sich ein magnetischer Fluss, der durch einen Spulenbereich des Kurbelpositionssensors 306 fließt, und vermindert sich, um eine elektromotorische Kraft in dem Spulenbereich zu erzeugen. Der Kurbelpositionssensor 306 sendet ein Signal, das der elektromotorischen Kraft entspricht, an die Motor-ECU 200. Die Motor-ECU 200 erfasst einen Kurbelwinkel und die Anzahl von Drehungen der Kurbelwelle 110, basierend auf dem Signal, das von dem Kurbelpositionssensor 306 gesendet wurde.
Der Sensor 308 der Öffnungsposition der Drossel erfasst eine Öffnungsposition der Drossel, und sendet ein Signal, das ein Erfassungsergebnis darstellt, an die Motor-ECU 200. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 310 erfasst die Anzahl von Drehungen eines Rades (nicht gezeigt) und sendet ein Signal, das ein Erfassungsergebnis darstellt, an die Motor-ECU 200. Die Motor-ECU 200 berechnet eine Fahrzeuggeschwindigkeit, basierend auf der Anzahl von Drehungen des Rades. Der Zündschalter 312 wird durch einen Fahrer beim Starten des Motors 100 eingeschaltet. Ein Luftdurchflussmesser 314 erfasst die Ansaugluftmenge in den Motor 100, und sendet ein Signal, das ein Erfassungsergebnis darstellt, an die Motor-ECU 200.
Die Motor-ECU 200 wird durch elektrische Energie, die von einer Hilfsbatterie 320 bereitgestellt wird, die eine Energieversorgung darstellt, betrieben. Die Motor-ECU 200 führt eine Berechnung basierend auf Signalen, die von den entsprechenden Sensoren und dem Zündschalter 312 gesendet wurden, und einem Kennfeld und einem Programm durch, das in dem ROM (Lesespeicher) 202 oder SRAM (statischer Schreib-Lesespeicher) 204 gespeichert sind, und steuert die Einrichtungen, um den Motor in einen gewünschten Betriebszustand zu führen.
In dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel erfasst die Motor-ECU 200 eine Wellenform einer Vibration (nachstehend als Vibrationswellenform bezeichnet) des Motors 100 in einer vorbestimmten Klopferfassungsschranke (eine Sektion zwischen einem vorbestimmten ersten Kurbelwinkel und einem vorbestimmten zweiten Kurbelwinkel), basierend auf dem Signal, das von dem Klopfsensor 300 gesendet wird, und dem Kurbelwinkel, und bestimmt, ob ein Klopfen in dem Motor 100 aufgetreten ist oder nicht, basierend auf der erfassten Vibrationswellenform. Die Klopferfassungsschranke in dem Ausführungsbeispiel erstreckt sich von einem oberen Totpunkt (0°) bis 90° in einem Verbrennungshub. Die Klopferfassungsschranke ist nicht auf dieses beschränkt.
Wenn ein Klopfen auftritt, wird eine Vibration bei einer Frequenz nahe einer mit einer durchgezogenen Linie in 2 gezeigten Frequenz in dem Motor 100 erzeugt. Die Frequenz der aufgrund des Klopfens erzeugten Vibration ist nicht konstant, und variiert in einem bestimmten Bereich von Frequenzen. Daher werden in dem Ausführungsbeispiel, wie in 2 gezeigt, Vibrationen eines ersten Frequenzbandes A, eines zweiten Frequenzbandes B und eines dritten Frequenzbandes C, die die Frequenzen einer Vibration aufgrund des Klopfens beinhalten, erfasst. Weiterhin wird ein viertes Frequenzband D erfasst, das breit ist, und das erste bis dritte Frequenzband A bis C umfasst. In 2 bezeichnet CA den Kurbelwinkel. Die Anzahl von Frequenzbändern von Vibrationen, die aufgrund eines Klopfens erzeugt werden, ist nicht auf drei beschränkt.
Wenn die Bandbreite jedes Frequenzbandes breit ist, ist es sehr wahrscheinlich, dass Geräusche, die nicht den Vibrationen aufgrund des Klopfens entsprechen (z. B. eine Vibration aufgrund einer zylinderinternen Einspritzdüse, oder einem Ansaugventil, oder einem Abgasventil, das auf seinem Sitz sitzt) darin enthalten sind.
Wenn umgekehrt die Bandbreite, in der die Vibration erfasst wird, verschmälert wird, wird ein charakteristischer Bereich von Geräuschkomponenten (wie etwa Auftreten eines Zeitpunkts einer Vibration, Dämpfungsrate, und dergleichen) ebenso von der Vibrationswellenform entfernt, während Geräuschkomponenten, die in dem Betrag einer Vibration enthalten sind, vom Erfassen unterdrückt werden können. In diesem Fall, gleich einer Vibration, die tatsächlich aufgrund von Geräuschkomponenten entsteht, kann eine Wellenform, die keine Geräuschkomponente enthält, d. h. eine Wellenform, die gleich einer Wellenform zum Zeitpunkt eines Klopfens entsteht, erfasst werden. Daher sind die Vibration zum Zeitpunkt eines Klopfens und die Vibration aufgrund von Geräuschkomponenten schwer voneinander, basierend auf einer Wellenform, zu unterscheiden.
Demzufolge werden in dem Ausführungsbeispiel, um präzise eine Vibration speziell eines Klopfens zu umfassen, eine Vibration im ersten bis dritten Frequenzband A bis C erfasst, wobei jedes davon schmal eingestellt ist.
Andererseits, um zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, unter Einbeziehung des Geräusches, wenn Geräusche auftreten, wird eine Vibration in einem vierten Frequenzband D, das breit ist, und das erste bis dritte Frequenzband A bis C umfasst, erfasst, um das Geräusch zu umfassen.
Mit Bezugnahme auf 3 wird die Motor-ECU 200 weiterhin beschrieben. Die Motor-ECU 200 umfasst einen A/D-(Analog/Digital)-Konverter 400, einen Bandpassfilter (1) 410, einen Bandpassfilter (2) 420, einen Bandpassfilter (3) 430, einen Bandpassfilter (4) und ein Integrierteil 450.
Der A/D-Konverter 400 konvertiert einanaloges Signal, das von dem Klopfsensor 300 gesendet wird, in eine digitales Signal. Der Bandpassfilter (1) 410 erlaubt einen Durchgang nur, wenn nur Signale in dem ersten Frequenzband A aus den von dem Klopfsensor 300 gesendeten Signalen bestehen. Mit anderen Worten werden durch den Bandpassfilter (1) 410 nur Vibrationen in dem ersten Frequenzband A und den durch den Klopfsensor 300 erfassten Vibrationen extrahiert.
Der Bandpassfilter (2) 420 erlaubt einen Durchgang nur, wenn nur Signale in dem zweiten Frequenzband B aus den von dem Klopfsensor 300 gesendeten Signalen bestehen. Mit anderen Worten, während durch den Bandpassfilter (2) 420 nur Vibrationen in dem zweiten Frequenzband von durch den Klopfsensor 300 erfassten Vibrationen extrahiert.
Der Bandpassfilter (3) 430 erlaubt einen Durchlauf nur, wenn nur Signale in dem dritten Frequenzband C aus den von dem Klopfsensor 300 gesendeten Signalen besteht. Mit anderen Worten, werden durch den Bandpassfilter (3) 430 nur Vibrationen in dem dritten Frequenzband von durch den Klopfsensor 300 erfassten Vibrationen extrahiert.
Der Bandpassfilter (4) 440 erlaubt einen Durchlauf nur, wenn nur Signale in dem vierten Frequenzband D aus den von dem Klopfsensor 300 gesendeten Signalen bestehen. Mit anderen Worten werden durch den Bandpassfilter (4) 440 nur Vibrationen in dem vierten Frequenzband D durch den Klopfsensor 300 erfasste Vibrationen extrahiert.
Der Integrierteil 450 integriert Signale, die durch die Bandpassfilter (1) 410 bis (4) 440 ausgewählt werden, d. h. Beträge von Vibrationen für einen Kurbelwinkel von 5° zu einem Zeitpunkt. Der integrierte Wert wird nachstehend als ein integrierter Wert bezeichnet. Der integrierte Wert wird in jedem Frequenzband berechnet. Durch diese Berechnung des integrierten Werts wird die Vibrationswellenform in jedem Frequenzband erfasst.
Weiterhin werden die berechneten integrierten Werte in den ersten bis dritten Frequenzbändern A bis C zu den Kurbelwinkeln hinzugefügt, um diesen zu entsprechen. Mit anderen Worten werden die Vibrationswellenformen des ersten bis dritten Frequenzbands A bis C synthetisiert.
Als eine Folge, wie in 4 gezeigt, wird eine Vibrationswellenform des Motors 100 erfasst. Mit anderen Worten wird die synthetisierte Wellenform des ersten bis dritten Frequenzbands A bis C und die Vibrationswellenform des vierten Frequenzbands D als die Vibrationswellenform des Motors 100 verwendet. Die Vibrationswellenform (integrierte Werte) des vierten Frequenzbands D wird nicht synthetisiert, und wird alleine verwendet.
Aus den erfassten Vibrationswellenformen wird die Vibrationswellenform des vierten Frequenzbands D mit einem Klopf-Wellenform-Modell, das in dem ROM 202 der Motor-ECU 200 gespeichert ist, wie in 5 gezeigt, verglichen. Das Klopf-Wellenform-Modell wird zuvor als ein Modell einer Vibrationswellenform bei Auftreten eines Klopfens in dem Motor 100 gebildet.
In dem Klopf-Wellenform-Modell entsprechen die Beträge der Vibrationen, die als dimensionslose Zahlen in einem Bereich von 0 bis 1 dargestellt werden, und das Ausmaß der Vibration nicht eindeutig den Kurbelwinkeln. Mit anderen Worten, in dem Klopf-Wellenform-Modell des Ausführungsbeispiels, wird bestimmt, dass das Ausmaß der Vibration abnimmt, wenn der Kurbelwinkel nach einem Spitzenwert des Ausmaßes der Vibration zunimmt, aber ein Kurbelwinkel, bei dem das Ausmaß der Vibration der Spitzenwert wird, wird nicht bestimmt.
Das Klopf-Wellenform-Modell in dem Ausführungsbeispiel entspricht der Vibration nach dem Spitzenwert des Ausmaßes der Vibration, die aufgrund eines Klopfens erzeugt wird. Es ist ebenso möglich, ein Klopf-Wellenform-Modell zu speichern, das einer Vibration nach einer ansteigenden Flanke der durch Klopfen verursachten Vibration entspricht.
Das Klopf-Wellenform-Modell wird zuvor basierend auf einer Vibrationswellenform des Motors 100, die erfasst wird, wenn ein Klopfen experimentell gewaltsam erzeugt wird, ausgebildet und gespeichert.
Das Klopf-Wellenform-Modell wird durch Verwenden des Motors 100 mit Dimensionen des Motors 100 und einem Ausgabewert des Klopfsensors 300, die Medianwerte einer dimensionalen Toleranz und einer Toleranz des Ausgabewertes des Klopfsensors 300 (nachstehend als ”Mediancharakteristikmotor” bezeichnet) ausgebildet. Mit anderen Worten ist das Klopf-Wellenform-Modell eine Vibrationswellenform in einem Fall, in dem ein Klopfen gewaltsam in dem Mediancharakteristikmotor erzeugt wird. Ein Verfahren zum Bilden des Klopf-Wellenform-Modells ist nicht auf dies beschränkt, und es ist ebenso möglich, das Modell durch Simulation zu bilden.
Im Vergleich zwischen der erfassten Wellenform und dem Klopf-Wellenform-Modell, wie in 6 gezeigt, werden eine normierte Wellenform und das Klopf-Wellenform-Modell miteinander verglichen. Hier bedeutet Normieren, das Ausmaß der Vibration als eine dimensionslose Zahl in einem Bereich von 0 bis 1 durch Teilen jedes integrierten Werts durch einen Maximalwert des integrierten Wertes in der erfassten Vibrationswellenform, als Beispiel, auszudrücken. Jedoch ist ein Verfahren einer Normierung nicht auf dies beschränkt.
In dem Ausführungsbeispiel berechnet die Motor-ECU 200 einen Korrelationskoeffizienten K, der ein Wert ist, der sich auf eine Abweichung der normierten Vibrationswellenform und des Klopf-Wellenform-Modells voneinander bezieht. Durch eine Zeiteinteilung, bei der das Ausmaß der Vibration ein Maximalwert in der Vibrationswellenform nach der Normierung wird, und Zeit einteilen, bei der das Ausmaß der Vibration ein Maximalwert in dem Klopf-Wellenform-Modell wird, und Synchronisieren davon, wird ein Absolutwert (Abweichungsausmaß) der Abweichung der Vibrationswellenform nach der Normierung, und dem Klopf-Wellenform-Modell voneinander bei jedem Kurbelwinkel (alle 5° des Kurbelwinkels) berechnet, um dadurch den Korrelationskoeffizienten K zu berechnen.
Wenn der Absolutwert der Abweichung der Vibrationswellenform nach der Normierung, und das Klopf-Wellenform-Modell bei jedem Kurbelwinkel voneinander ΔS(I) (I ist eine natürliche Zahl), und ein Wert (ein Bereich des Klopf-Wellenform-Modells) durch Integrieren des Ausmaßes einer Vibration in dem Klopf-Wellenform-Modell durch den Kurbelwinkel S ist, erhalten wird, wird der Korrelationskoeffizient K durch eine Gleichung, K = (S – ΣΔS(I)/S, wobei ΣΔS(I) die Summe von ΔS(I) ist, berechnet. In dem Ausführungsbeispiel gilt, je näher eine Form der Vibrationswellenform einer Form des Klopf-Wellenform-Modells entspricht, ein desto größerer Wert wird als Korrelationskoeffizient K berechnet. Daher wird, wenn eine Wellenform einer Vibration durch andere Faktoren als das Klopfen erzeugt wird, die in der Vibrationswellenform enthalten sind, ein Korrelationskoeffizient K als ein kleiner Wert berechnet. Ein Verfahren zum Berechnen des Korrelationskoeffizienten K ist nicht auf dies beschränkt.
Die Vibrationswellenform des vierten Frequenzbands D einer breiten Bandbreite wird mit dem Klopf-Wellenform-Modell verglichen, um den Korrelationskoeffizienten K zu berechnen, da dessen Wellenform im Vergleich mit den ersten bis dritten Frequenzbändern A bis C einer schmalen Bandbreite hoch präzise ist.
Die synthetisierte Wellenform des ersten bis dritten Frequenzbands A bis C wird zum Berechnen eines Klopfausmaßes N verwendet. Wie in 7 durch den schraffierten Bereich angezeigt, wird ein Klopfausmaß N durch Verwenden eines Werts α durch Summieren (Integrieren) von Referenzausmaßen für Kurbelwinkel von 90° verwendet, und ein Bereich β, der größer ist als das Referenzausmaß (die Summe einer Differenz zwischen dem integrierten Wert und dem Referenzausmaß) in einem Klopfbereich, der durch den Kurbelwinkel CA(P) definiert wird, worin der integrierte Wert sich bei seinem Maximum befindet (z. B. ein Bereich für einen Kurbelwinkel bei 40°).
Das heißt, dass in dem Klopfbereich, in dem ein Ausmaß einer Vibration aufgrund eines Klopfens relativ groß ist, wird ein Bereich β, der größer ist als das Referenzausmaß, verwendet. In einem Bereich (anders als der Klopfbereich), in dem ein Ausmaß einer Vibration aufgrund eines Klopfens kleiner (wo Vibrationen auftreten) als im Vergleich zu dem Klopfbereich ist, wird der Bereich, der größer als das Referenzausmaß ist, nicht verwendet, um das Klopfausmaß N zu berechnen. Ein Verfahren zum Berechnen eines Klopfausmaßes N wird später beschrieben.
Das Referenzausmaß wird durch Verwenden der integrierten Werte des vierten Frequenzbands D berechnet. Wie in 8 gezeigt, wird das Referenzausmaß als ein Mittelwert von M-integrierten Werten, die ausgewählt werden, durch höheres Platzieren einer Priorität auf kleineren integrierten Werten aus den integrierten Werten, die als die integrierten Werte des vierten Frequenzbands D erhalten werden, zu berechnen (wobei M eine natürliche Zahl ist, die kleiner als die Zahl ist, die durch die integrierten Werte erhalten wird, und ist z. B. ”3”). Das Verfahren des Berechnens des Referenzausmaßes ist nicht darauf beschränkt, und ein M-ter kleinster integrierter Wert kann als das Referenzausmaß angewendet werden.
In dem Ausführungsbeispiel vergleicht die Motor-ECU 200 ein berechnetes Klopfausmaß N und einen in dem SRAM 204 gespeicherten Bestimmungswert V(KX) miteinander, um zu bestimmen, ob ein Klopfen in dem Motor 100 für jeden Zündungszyklus aufgetreten ist oder nicht.
Wie in 9 gezeigt, werden die Bestimmungswerte V(KX) als ein Kennfeld für jeden Bereich gespeichert, das durch einen Betriebszustand, durch Verwenden einer Motordrehzahl NE und einer Ansaugluftmenge KL als Parameter verwendet werden, für jeden Bereich aufgeteilt wird. In dem Ausführungsbeispiel sind neun Bereiche für jeden Zylinder bereitgestellt, die sich wie folgt aufteilen: niedrige Drehzahl (NE < NE(1)); mittlere Drehzahl (NE(1) ≤ NE < NE(2)); hohe Drehzahl (NE(2) ≤ NE); niedrige Last (KL < KL(1)); mittlere Last (KL(1) ≤ KL < KL(2)); und hohe Last (KL(2) ≤ KL). Die Anzahl von Bereichen ist nicht darauf beschränkt. Die Bereiche können durch Verwenden von Parametern, die anders sind als die Motordrehzahl NE und eine Ansaugluftmenge KL, aufgeteilt werden.
Zum Zeitpunkt eines Auslieferns des Motors 100 oder des Fahrzeugs, wird ein zuvor experimentell oder dergleichen bestimmter Wert als ein Bestimmungswert V(KX) verwendet, der in einem ROM 202 gespeichert ist (ein Initialwert eines Bestimmungswerts V(KX) zum Zeitpunkt des Auslieferns). Jedoch kann ein Ausmaß der gleichen Vibration, die in dem Motor 100 auftritt, als verschiedene Werte aufgrund einer Variation der Ausgabewerte und einem Verschleiß des Klopfsensors 300 erfasst werden. In diesem Fall ist es notwendig, den Bestimmungswert V(KX) zu korrigieren, und zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, durch Verwenden des Bestimmungswerts V(KX), der dem tatsächlich erfassten Ausmaß entspricht.
Daher wird in dem Ausführungsbeispiel ein Klopfbestimmungsniveau V(KD) basierend auf einer Frequenzverteilung, die eine Beziehung zwischen einem Ausmaßwert LOG(V), der ein durch logarithmisches Konvertieren von Ausmaßen V erhalten wird, und einer Frequenz (die Anzahl von Zeitpunkten, eine Wahrscheinlichkeit) einer Bestimmung jedes Ausmaßwerts (LOG(V)) darstellt, berechnet.
Der Ausmaßwert LOG(V) wird für jeden Bereich berechnet, indem die Motordrehzahl NE und die Ansaugluftmenge KL als Parameter verwendet werden. Das Ausmaß V, das zum Berechnen des Ausmaßwerts LOG(V) verwendet wird, ist ein Spitzenwert (Spitzenwert für integrierte Werte, alle 5°) der Ausmaße zwischen vorbestimmten Kurbelwinkeln. Basierend auf dem berechneten Ausmaßwert LOG(V) wird ein Mittelwert V(50), bei dem die akkumulative Summe von Frequenzen der Ausmaße LOG(V) von dem Minimalwert 50% erreicht, berechnet. Weiterhin wird eine Standardabweichung σ der Ausmaßwerte LOG(V), die gleich oder kleiner als der Mittelwert V(50) ist, berechnet. In diesem Ausführungsbeispiel werden z. B. ein Mittelwert V(50) und eine Standardabweichung σ, die sich dem Mittelwert annähert, und die Standardabweichung, basierend auf einer Vielzahl von Ausmaßwerten LOG(V) (z. B. 200 Zyklen) berechnet wird, werden für jeden Zündungszyklus durch das folgende Berechnungsverfahren berechnet.
Wenn ein gegenwärtig erfasster Ausmaßwert LOG(V) kleiner als ein zuvor berechneter Mittelwert V(50), und größer als ein durch Subtrahieren einer zuvor berechneten Standardabweichung σ aus dem zuvor berechneten Mittelwert V(50) ist, dann wird ein Wert, der durch Subtrahieren mit einem zweimal so großen Wert, als ein vorbestimmter Wert C(3) aus der zuvor berechneten Standardabweichung σ, als eine gegenwärtige Standardabweichung σ berechnet. Wenn andererseits ein gegenwärtiger erfasster Ausmaßwert LOG(V) größer als ein zuvor berechneter Mittelwert V(50), oder kleiner als ein durch Subtrahieren einer zuvor berechneten Standardabweichung σ von dem zuvor berechneten Mittelwert V(50) ist, dann wird ein Wert, der durch Hinzufügen eines vorbestimmten Werts C(4) (z. B. C(3) und C(4) sind die gleichen Werte) zu der zuvor berechneten Standardabweichung σ erhalten wird, als eine gegenwärtige Standardabweichung σ berechnet. Ein Verfahren zum Berechnen des Mittelwerts V(50) und der Standardabweichung σ ist nicht darauf beschränkt. Ebenso können Initialwerte des Mittelwerts V(50) und der Standardabweichung σ zuvor eingestellt sein, oder ”0” sein.
Durch Verwenden eines Mittelwerts V(50) und der Standardabweichung σ wird ein Klopfbestimmungsniveau V(KD) berechnet. Wie in 10 gezeigt, ist ein Wert, der durch Hinzufügen des Produkts eines Koeffizienten U(1) (U(1) ist eine Konstante, und z. B. ist U(1) = 3) erhalten wird, und die Standardabweichung σ des Mittelwertes V(50) ein Klopfbestimmungsniveau V(KD). Das Verfahren zum Berechnen des Klopfbestimmungsniveaus V(KD) ist nicht darauf beschränkt.
Der Anteil (Frequenz) der Ausmaßwerte LOG(V), die größer als das Klopfbestimmungsniveau V(KD) sind, werden als eine Frequenz eines Auftretens von Klopfen bestimmt, und als Klopfanteil KC gezählt. Wenn der Klopfanteil KC größer als ein Schwellenwert KC(0) ist, dann wird ein Bestimmungswert V(KX) korrigiert, um um ein vorbestimmtes Korrekturausmaß reduziert zu werden, so dass die Frequenz eines verzögerten Zündzeitpunkts größer wird. Wenn der Klopfanteil KC kleiner als der Schwellenwert KC(0) ist, dann wird der Bestimmungswert V(KX) korrigiert, um durch einen vorbestimmten Korrekturumfang erhöht zu werden, so dass die Frequenz eines vorhergehenden Zündzeitpunkts größer wird. Der korrigierte Bestimmungswert V(KX) wird in dem SRAM 204 gespeichert.
Der Koeffizient U(1) ist ein Koeffizient, der basierend auf Daten und durch Experimente und dergleichen erhaltene Ergebnisse erhalten wird. Der Ausmaßwert LOG(V) ist größer als das Klopfbestimmungsniveau V(KD), wenn U(1) = 3 im Wesentlichen mit dem Ausmaßwert LOG(V) in einem Zündzyklus übereinstimmt, in dem ein Klopfen tatsächlich aufgetreten ist. Es ist ebenso möglich, andere Werte als ”3” als Koeffizient U(1) zu verwenden.
Wenn ein Klopfen nicht in dem Motor 100 auftritt, wird die Frequenzverteilung von Ausmaßwerten LOG(V) eine Normalverteilung, wie in 11 gezeigt, und der Maximalwert V(MAX) des Ausmaßwerts LOG(V) und das Klopfbestimmungsniveau V(KD) miteinander übereinstimmen. Wenn andererseits ein größeres Ausmaß V erfasst wird, und ein größerer Ausmaßwert LOG(V) durch das Auftreten eines Klopfens berechnet wird, wie in 12 gezeigt, wird der Maximalwert V(MAX) größer als das Klopfbestimmungsniveau V(KD).
Wenn die Frequenz eines Auftretens eines Klopfens weiterhin höher wird, wie in 13 gezeigt, wird der Maximalwert V(MAX) weiterhin größer. Der Mittelwert V(50) und die Standardabweichung σ in der Frequenzverteilung werden größer als es der Maximalwert V(MAX) wird. Als eine Folge wird das Klopfbestimmungsniveau V(KD) größer.
Ein Ausmaßwert LOG(V), der kleiner ist als das Klopfbestimmungsniveau V(KD), wird nicht als ein Ausmaßwert LOG(V) in einem Zyklus bestimmt, in dem ein Klopfen aufgetreten ist. Daher wird, wenn das Klopfbestimmungsniveau V(KD) größer wird, die Frequenz eines Bestimmens, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, während ein Klopfen tatsächlich aufgetreten ist, größer.
Daher werden in dem Ausführungsbeispiel Ausmaßwerte LOG(V) in einem Bereich, der mit einer gestrichelten Linie in 14 umgeben ist, verwendet, um Ausmaßwerte LOG(V), die größer als ein Schwellenwert V(1) sind, auszuschließen, um dadurch den Mittelwert V(50) und die Standardabweichung σ zu erhalten. 14 ist ein Diagramm, in dem berechnete Ausmaßwerte LOG(V) für jeden Korrelationskoeffizienten K in einem Zyklus, in dem die Ausmaßwerte LOG(V) erhalten werden, eingezeichnet sind.
Der Schwellenwert V(1) ist ein Wert, der durch Hinzufügen an einen Mittelwert einer Frequenzverteilung von Ausmaßwerten LOG(V) des Produkts eines Koeffizienten U(2) (U(2) ist eine Konstante, und z. B. U(2) = 3) und einer Standardabweichung von Ausmaßwerten LOG(V), die gleich oder kleiner dem Mittelwert sind, erhalten wird.
Durch Extrahieren nur der Ausmaßwerte LOG(V), die kleiner als der Schwellenwert V(1) sind, um den Mittelwert V(50) und die Standardabweichung σ zu berechnen, werden der Mittelwert V(50) und die Standardabweichung σ nicht übermäßig groß, und werden stabile Werte. Als eine Folge kann ein Klopfbestimmungsniveau V(KD) davor bewahrt werden, übermäßig groß zu werden. Daher kann die Frequenz zum Bestimmen, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, während ein Klopfen tatsächlich aufgetreten ist, davor bewahrt werden, groß zu werden.
Das Verfahren zum Extrahieren von Ausmaßwerten LOG(V), das zum Berechnen des Mittelwerts V(50) und der Standardabweichung σ verwendet wird, ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann aus den Ausmaßwerten LOG(V), die wie vorstehend beschrieben kleiner als der Schwellenwert V(1) sind, Ausmaßwerte LOG(V), die in den Zündzyklen berechnet werden, in denen der Korrelationskoeffizient K größer als der Schwellenwert K(1) ist, extrahiert werden.
Mit Bezug auf die 15 bis 17 wird ein Steueraufbau eines Programms, das durch die Motor-ECU 200, die die Klopfbestimmungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel ist, ausgeführt, um den Zündzeitpunkt durch Bestimmen, ob ein Klopfen in jedem Zündzyklus aufgetreten ist oder nicht, zu steuern, beschrieben.
In Schritt 100 (nachstehend wird ”Schritt” mit ”S” abgekürzt), erfasst die Motor-ECU 200 eine Motordrehzahl NE, basierend auf einem Signal, das von einem Kurbelpositionssensor 306 gesendet wird, und erfasst eine Ansaugluftmenge KL, basierend auf einem Signal, das von einem Luftdurchflussmesser 314 gesendet wird.
In S102 erfasst die Motor-ECU 200 ein Ausmaß einer Vibration des Motors 100 basierend auf einem Signal, das von dem Klopfsensor 300 gesendet wird. Das Ausmaß der Vibration wird als eine Ausgangsspannung des Klopfsensors 300 ausgegeben. Das Ausmaß der Vibration kann als ein Wert, der der Ausgangsspannung des Klopfsensors 300 entspricht, dargestellt werden. Eine Erfassung des Ausmaßes wird zwischen dem oberen Totpunkt und 90° (einem Kurbelwinkel von 90°) in einem Zündhub ausgeführt.
In S104 berechnet die Motor-ECU 200 einen Wert (integrierter Wert), der durch Integrieren von Ausgangsspannungen (Spannungen, die ein Ausmaß von Vibrationen darstellen) des Klopfsensors 300 alle 5° des Kurbelwinkels (für Kurbelwinkel von 5°) erhalten wird. Der integrierte Wert wird für Vibrationen in jedem des ersten bis vierten Frequenzband A bis D berechnet. Hier werden die integrierten Werte in dem ersten bis dritten Frequenzband A bis C hinzugefügt, um dem Kurbelwinkel zu entsprechen. Mit anderen Worten werden die Vibrationswellenformen des ersten bis dritten Frequenzbands A bis C synthetisiert.
In S106 berechnet die Motor-ECU 200 ein Referenzausmaß als ein Durchschnittswert von M integrierten Werten, die aus den integrierten Werten des vierten Frequenzbands D ausgewählt werden, wobei eine größere Priorität auf kleinere integrierte Werte platziert wird.
In S108 bestimmt die Motor-ECU 200, ob es einen integrierten Wert gibt, der größer als ein Produkt des Referenzausmaßes und ob es einen Koeffizienten Y (Y ist ein positiver Wert, z. B. ”2”) unter den integrierten Werten des vierten Frequenzbands D zwischen dem oberen Totpunkt und CA(A) des Kurbelwinkels (CA(A) < 90°, z. B. 45°) gibt.
Wenn es einen integrierten Wert gibt, der größer als das Produkt des Referenzausmaßes und des Koeffizienten Y (JA in S108) ist, fährt die Verarbeitung mit S110 fort. Andererseits (NEIN in S108) fährt die Verarbeitung mit S112 fort.
In S110 bestimmt die Motor-ECU 200 temporär, dass ein Klopfen aufgetreten ist. In S112 bestimmt die Motor-ECU 200, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist.
In S114 normiert die Motor-ECU 200 die Vibrationswellenform des vierten Frequenzbands D. Hier bedeutet ein Normieren, das Ausmaß der Vibration als eine dimensionslose Zahl in einem Bereich von 0 bis 1 durch Teilen jedes integrierten Werts durch den berechneten Spitzenwert darzustellen.
In S200 berechnet die Motor-ECU 200 einen absoluten Wert ΔS(I) der Abweichung der Vibrationswellenform des vierten Frequenzbands D nach der Normierung und das Klopf-Wellenform-Modell voneinander bei jedem Kurbelwinkel.
In S202 bestimmt die Motor-ECU 200, ob ein ΔS(I), das größer als ein Schwellenwert ΔS(0) ist, vorhanden ist oder nicht. Wenn ein ΔS(I), das größer als der Schwellenwert ΔS(0) ist, vorhanden ist (JA in S202), fährt die Verarbeitung mit S300 fort. Andererseits (NEIN in S202), fährt die Verarbeitung mit S312 fort.
In S300 bestimmt die Motor-ECU 200 ob die Zahl von ΔS(I), die größer als der Schwellenwert ΔS(0) ist, gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Zahl Q(1) ist. Wenn die Zahl von ΔS(I), die größer als der Schwellenwert ΔS(0) ist, gleich oder kleiner der vorbestimmten Zahl Q(1) ist (JA in S300), fährt die Verarbeitung mit S302 fort. Andererseits (NEIN in S300), fährt die Verarbeitung mit S312 fort.
In S302 bestimmt die Motor-ECU 200, ob die Zahl von ΔS(I), die größer als der Schwellenwert ΔS(0) ist, gleich oder kleiner einer vorbestimmten Zahl Q(2) ist. Wenn die Zahl von ΔS(I), die größer als der Schwellenwert ΔS(0) ist, gleich oder kleiner der vorbestimmten Zahl Q(2) ist (JA in S302), fährt die Verarbeitung mit S304 fort. Andererseits (NEIN in S302), fährt die Verarbeitung mit S306 fort.
In S304 korrigiert die Motor-ECU 200 die normierte Vibrationswellenform, so dass das Ausmaß mit dem Ausmaß des Klopf-Wellenform-Modells übereinstimmt (so dass ΔS(I) auf ”0” reduziert wird), bei Kurbelwinkeln, bei denen ΔS(I) größer als der Schwellenwert ΔS(0) ist.
In S306 korrigiert die Motor-ECU 200 die normierte Vibrationswellenform, so dass das Ausmaß mit dem Ausmaß des Klopf-Wellenform-Modells übereinstimmt (so dass ΔS(I) auf ”0” reduziert wird) bei Q(3) (Q3 < Q(1)) von Kurbelwinkeln, wobei eine höhere Priorität an Kurbelwinkeln platziert wird, die ein größeres ΔS(I) unter den Kurbelwinkeln aufweisen, wo ΔS(I) größer als der Schwellenwert ΔS(0) ist.
In S308 speichert die Motor-ECU 200 die Kurbelwinkel, bei denen eine Korrektur ausgeführt wurde, und das Ausmaß der Korrektur (ein Produkt von ΔS(I) und den Spitzenwert der integrierten Werte) γ in dem SRAM 204.
In S310 vergleicht die Motor-ECU 200 die korrigierte Vibrationswellenform mit dem Klopf-Wellenform-Modell, und berechnet einen Korrelationskoeffizienten K, der ein Wert ist, der die Abweichung der korrigierten Vibrationswellenform und dem Klopf-Wellenform-Modell voneinander zuordnet.
In S312 vergleicht die Motor-ECU 200 die normierte Vibrationswellenform (die nicht korrigiert ist) mit dem Klopf-Wellenform-Modell, und berechnet einen Korrelationskoeffizienten K, der ein Wert ist, der die Abweichung der normierten Vibrationswellenform und dem Klopf-Wellenform-Modell voneinander zuordnet.
In S400 bestimmt die Motor-ECU 200, ob temporär bestimmt wurde, dass ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Wenn temporär bestimmt wurde, dass ein Klopfen aufgetreten ist (JA in S400), fährt die Verarbeitung mit S500 fort. Andererseits (NEIN in S400), endet die Verarbeitung.
In S500 berechnet die Motor-ECU 200 das Klopfausmaß N. Das Klopfausmaß N wird durch Verwenden der synthetisierten Wellenform des ersten bis dritten Frequenzbands A bis C berechnet. Wie durch den schraffierten Bereich in 7 angezeigt, wird das Klopfausmaß N durch die Gleichung N = (α + (β – γ) × K)/α (1) berechnet, wobei α verwendet wird, das ein Wert ist, der durch Summieren (Integrieren) von Referenzausmaßen für Kurbelwinkel von 90° (für die Klopferfassungsschranke) erhalten wird, β einen Bereich darstellt, der größer als das Referenzausmaß in einem von dem Kurbelwinkel CA(P) definierten Klopfbereich ist, wo der integrierte Wert sich bei seinem Maximum befindet, γ ein Korrekturausmaß der Vibrationswellenform darstellt, und K der Korrelationswert K ist. Wenn hier eine Korrektur der Vibrationswellenform nicht ausgeführt wurde, wird das Klopfausmaß N durch Verwenden von γ = 0 berechnet.
In S502 bestimmt die Motor-ECU 200, ob ein Klopfausmaß N größer als der Bestimmungswert V(KX) ist. Wenn das Klopfausmaß N größer als der Bestimmungswert V(KX) ist (JA in S502), fährt die Verarbeitung mit S504 fort. Andererseits (NEIN in S502), fährt die Verarbeitung mit S508 fort.
In S504 bestimmt die Motor-ECU 200, dass ein Klopfen in dem Motor 100 aufgetreten ist. In S506 verzögert die Motor-ECU 200 den Zündzeitpunkt.
In S508 bestimmt die Motor-ECU 200, dass ein Klopfen in dem Motor 100 nicht aufgetreten ist. In S510 setzt die Motor-ECU 200 den Zündzeitpunkt nach vorne.
Es wird ein Betrieb der Motor-ECU 200, die die Klopf-Bestimmungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel ist, basierend auf der vorstehenden Konfiguration und Flussdiagrammen beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass die vorstehend beschriebene vorbestimmte Zahl Q(1) ”3” ist, Q(2) ”2” ist und Q(3) ”1” ist.
Während eines Betriebs des Motors 100 wird die Motordrehzahl NE basierend auf dem Signal, das von dem Kurbelpositionssensor 306 gesendet wird, und eine Ansaugluftmenge KL, die basierend auf dem Signal, das von dem Luftdurchflussmesser 314 gesendet wird, erfasst (S100). Darüber hinaus wird basierend auf dem Signal, das von dem Klopfsensor 300 gesendet wird, ein Ausmaß einer Vibration des Motors 100 erfasst (S102).
Zwischen dem oberen Totpunkt und 90° in dem Zündhub wird der integrierte Wert für alle 5° von Vibrationen in jedem des ersten bis vierten Frequenzband A bis D berechnet (S104). Die berechneten integrierten Werte in dem ersten bis dritten Frequenzband A bis C werden hinzugefügt, um den Kurbelwinkeln zu entsprechen, um dadurch eine Vibrationswellenform zu synthetisieren.
Die Vibrationswellenform des vierten Frequenzbands D und das Klopf-Wellenform-Modell dieser Wellenformen werden miteinander verglichen, um dadurch den Korrelationskoeffizienten K zu berechnen, der bei der Bestimmung, ob ein Klopfen bei jedem Zündzeitpunkt vorhanden oder nicht vorhanden ist, verwendet wird. Andererseits wird manchmal eine Wellenform einer Form, die gleich der Wellenform zum Zeitpunkt eines Klopfens erhalten, auch wenn ein Klopfen nicht aufgetreten ist, und das Vibrationsausmaß klein ist. In solch einem Fall kann fälschlicherweise bestimmt werden, dass ein Klopfen aufgetreten ist, obwohl ein Klopfen nicht aufgetreten ist. Demzufolge wird, ob ein Klopfen vorhanden ist oder nicht vorhanden ist, temporär basierend auf den integrierten Werten (Ausmaß) der Vibration des vierten Frequenzbands D bestimmt.
Um temporär zu bestimmen, ob ein Klopfen vorhanden ist oder nicht vorhanden ist, wird ein Referenzausmaß als ein Durchschnittswert von M integrierten Werten berechnet, die aus den integrierten Werten des vierten Frequenzbands D ausgewählt wurden, wobei eine höhere Priorität kleineren integrierten Werten zugeordnet wird (S106). Daher kann das Referenzausmaß, das nicht aufgrund von Klopfen oder Geräuschen entstehen kann, und das durch die mechanische Vibration des Motors 100 selbst entstehen kann, berechnet werden. Demzufolge kann ein Referenzausmaß, das für einen individuellen Motor 100 geeignet ist, erhalten werden.
Hier weist ein Klopfen eine solche Charakteristik auf, dass es ungefähr an dem gleichen Kurbelwinkel um den oberen Totpunkt auftritt, und dass das Ausmaß der Vibration aufgrund von Klopfen sich nach dem Auftreten eines Klopfens abschwächt. Daher können, wie in 18 gezeigt, wenn ein Klopfen aufgetreten ist, die integrierten Werte der Vibration aufgrund des Klopfens relativ hoch zwischen dem Kurbelwinkel des oberen Totpunkts (dem Start der Klopferfassungsschranke) und CA(A) sein. Das heißt, dass das Ausmaß einer Vibration aufgrund eines Klopfens relativ groß sein kann.
Andererseits können die integrierten Werte der Vibration aufgrund eines Klopfens relativ klein zwischen den Kurbelwinkeln von CA(A) und dem Ende der Klopferfassungsschranke sein. Das heißt, dass das Ausmaß der Vibration aufgrund eines Klopfens relativ klein sein kann.
Wenn demzufolge, wie in 18 gezeigt, ein integrierter Wert größer als ein Produkt des Referenzausmaßes und dem Koeffizienten Y zwischen den Kurbelwinkeln des oberen Totpunkts und CA(A) ist (JA in S108), kann angenommen werden, dass es wahrscheinlich ist, dass ein Klopfen aufgetreten ist. Daher wird temporär bestimmt, das ein Klopfen aufgetreten ist (S110).
Wenn andererseits kein integrierter Wert größer als das Produkt des Referenzausmaßes und dem Koeffizienten Y zwischen den Kurbelwinkeln des oberen Totpunkts und CA(A) ist (NEIN in S108), kann angenommen werden, dass es extrem unwahrscheinlich ist, dass ein Klopfen aufgetreten ist. Daher wird bestimmt, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist (S112).
Danach kann, egal ob eine temporäre Bestimmung getroffen wurde, dass ein Klopfen aufgetreten ist, die Vibrationswellenform des vierten Frequenzbands D normiert werden (S114). Durch Normieren werden die Ausmaße der Vibrationen in der Vibrationswellenform als dimensionslose Zahl in einem Bereich von 0 bis 1 dargestellt. Auf diese Weise ist es möglich, die erfasste Vibrationswellenform und das Klopf-Wellenform-Modell miteinander zu vergleichen, ungeachtet des Ausmaßes der Vibration. Daher ist es unnötig, eine große Anzahl von Klopf-Wellenform-Modellen zu speichern, die den Ausmaßen der Vibrationen entsprechen, wodurch ein Bilden des Klopf-Wellenform-Modells vereinfacht wird.
Durch Wählen eines Zeitpunkts, bei dem das Ausmaß der Vibration einen Maximalwert in der Vibrationswellenform nach der Normierung einnimmt, und Wählen eines Zeitpunkts, bei dem das Ausmaß der Vibration einen Maximalwert in dem Klopf-Wellenform-Modell synchronisiert einnimmt (siehe 6), wird ein absoluter Wert ΔS(I) der Abweichung der Vibrationswellenform nach der Normierung und das Klopf-Wellenform-Modell voneinander bei jedem Kurbelwinkel berechnet (S200).
Hier, wie in 19 gezeigt, da eine Vibrationswellenform, die das Klopf-Wellenform-Modell annähert, erhalten wird, wenn kein ΔS(I) auftritt, das größer als der Schwellenwert ΔS(0) ist (NEIN in S202), wird angenommen, dass die erhaltene Vibrationswellenform keine Vibration aufgrund von Geräuschen umfasst (Vibration aufgrund des Betriebs des Ansaugventils 116, des Auslassventils 118, der Einspritzdüse 104 (besonders eine zylinderinterne Einspritzdüse, die direkt Treibstoff in einen Zylinder einspritzt), einer Pumpe 120 (besonders eine Hochdruckpumpe, die der Einspritzdüse Treibstoff zuführt), die anders sind als ein Klopfen.
Hier wird basierend auf der Summe der berechneten ΔS(I), d. h. ΣΔS(I), und dem durch Integrieren des Ausmaßes der Vibration in dem Klopf-Wellenform-Modell durch den Kurbelwinkel erhaltenen Wert S, der Korrelationskoeffizient K durch K = (S – ΣΔS(I))/S berechnet (S312).
Auf diese Weise ist es möglich, ein Maß von Übereinstimmung zwischen der erfassten Vibrationswellenform und dem Klopf-Wellenform-Modell in eine Zahl zu konvertieren, um objektiv den Grad zu bestimmen. Weiterhin ist es durch Vergleichen der Vibrationswellenform und des Klopf-Wellenform-Modells miteinander möglich, zu analysieren, ob die Vibration eine Vibration zum Zeitpunkt eines Klopfens ist oder nicht, aus dem Verhalten der Vibration, wie etwa einem Abschwächungstrend der Vibration.
Indessen ist es bekannt, dass eine Vibration aufgrund von Geräuschen eines Ansaugventils 116, eines Auslassventils 118, einer Einspritzdüse 104, einer Pumpe 120, und dergleichen, eine solche Charakteristik aufweist, dass diese ein großes Ausmaß aufweist, aber sich schneller abschwächt, als eine Vibration aufgrund eines Klopfens. Das heißt, dass eine Periode eines Auftretens einer Vibration aufgrund von Geräuschen kürzer ist als die einer Vibration aufgrund eines Klopfens.
Demzufolge, wie in 20 gezeigt, wenn eine Vibrationswellenform, die das Klopf-Wellenform-Modell annähert, erhalten wird, aber ein ΔS(I), das größer als der Schwellenwert ΔS(0), vorhanden ist (JA in S202), in einer Anzahl, die gleich oder kleiner als ”3” ist (JA in S300), wird angenommen, dass die erhaltene Vibrationswellenform Vibrationen aufgrund von Geräuschen umfassen kann.
Besonders wenn der Wert von ΔS(I), der größer als der Schwellenwert ΔS(0) ist, gleich oder kleiner als ”2” ist (JA in S302), wird angenommen, dass es höchst wahrscheinlich ist, dass die erhaltene Vibrationswellenform Vibrationen aufgrund von Geräuschen umfasst.
Wenn in diesem Fall die erhaltene Vibrationswellenform unverändert einfach mit dem Klopf-Wellenform-Modell verglichen wird, kann eine fälschliche Bestimmung, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, während ein Klopfen aufgetreten ist, getroffen werden, da ein großes ΔS(I) vorhanden ist.
Anschließend, wie in 21 gezeigt, wird die Vibrationswellenform korrigiert, so dass das Ausmaß mit dem Ausmaß des Klopf-Wellenform-Modells an Kurbelwinkeln, bei denen ΔS(I) größer ist als der Schwellenwert ΔS(0), übereinstimmt (S304).
Daher kann der Effekt einer Vibration aufgrund von Geräuschen, der in der Vibrationswellenform enthalten ist, unterdrückt werden. Als eine Folge kann eine fälschliche Bestimmung, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, während ein Klopfen aufgetreten ist, unterdrückt werden.
Wenn andererseits, wie in 22 gezeigt, der Betrag von ΔS(I), der größer als der Schwellenwert ΔS(0) ist, gleich oder kleiner als ”3” ist (JA in S300), und größer als ”2” ist (NEIN in S302), ist es möglich, dass die erhaltene Vibrationswellenform Vibrationen aufgrund von Geräuschen umfasst oder nicht.
Wenn die Vibrationswellenform in solch einem Fall korrigiert wird, kann eine fälschliche Bestimmung, dass ein Klopfen aufgetreten ist, während ein Klopfen nicht aufgetreten ist, getroffen werden. Demzufolge wird in diesem Fall, wie in 23 gezeigt, die Vibrationswellenform korrigiert, so dass das Ausmaß mit dem Ausmaß des Klopf-Wellenform-Modells bei ”einem” Kurbelwinkel übereinstimmt, wobei eine höhere Priorität Kurbelwinkeln mit größerem ΔS(I) unter den Kurbelwinkeln, bei denen ΔS(I) größer als der Schwellenwert ΔS(0), zugewiesen wird (S306). Daher kann eine übermäßige Korrektur der Vibrationswellenform unterdrückt werden. Als eine Folge kann eine fälschliche Bestimmung, dass ein Klopfen aufgetreten ist, während ein Klopfen nicht aufgetreten ist, unterdrückt werden.
Die/der Kurbelwinkel, bei dem/denen eine Korrektur durchgeführt wurde, und das Ausmaß der Korrektur γ werden in dem SRAM 204 gespeichert (S308). Die korrigierte Vibrationswellenform und das Klopf-Wellenform-Modell werden miteinander verglichen, um den Korrelationskoeffizienten K zu berechnen (S310).
Wie in 24 gezeigt, wenn eine Vibrationswellenform, die sich stark von dem Klopf-Wellenform-Modell unterscheidet, erhalten wird, wenn ΔS(I), das größer als der Schwellenwert ΔS(0) ist (JA in S202), und der Betrag ”4” ist (mehr als ”3”) (NEIN in S300), ist es sehr wahrscheinlich, dass die erhaltene Vibrationswellenform keine Vibration aufgrund von Geräuschen enthält.
Demzufolge werden ohne Korrigieren der Vibrationswellenform die erhaltene Vibrationswellenform und das Klopf-Wellenform-Modell miteinander verglichen, und der Korrelationskoeffizient K wird berechnet (S312). Als eine Folge kann ein fälschliches Bestimmen, dass ein Klopfen aufgetreten ist, während ein Klopfen nicht aufgetreten ist, unterdrückt werden.
Wenn daraufhin nicht temporär bestimmt wurde, dass ein Klopfen aufgetreten ist (NEIN in S400), d. h., wenn bestimmt wird, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, wird das Klopfausmaß N nicht berechnet, und die Verarbeitung endet. Das heißt, dass der berechnete Korrelationskoeffizient K nur zum Ausbilden der vorstehend beschriebenen Frequenzverteilung verwendet wird (siehe 14). Daher kann verhindert werden, dass eine unnötige Verarbeitung durchgeführt wird.
Wenn andererseits temporär bestimmt wurde, dass ein Klopfen aufgetreten ist (JA in S400), wird ein Klopfausmaß N berechnet. Bei der Berechnung des Klopfausmaßes N werden die integrierten Werte in der synthetisierten Wellenform des ersten bis dritten Frequenzbands A bis C verwendet.
Wie in 25 gezeigt, können ein Geräuschbereich (A) und ein Geräuschbereich (B), die einer Vibration aufgrund von Geräuschen entsprechen, ebenso in der synthetisierten Wellenform des ersten bis dritten Frequenzbands (A) bis (C) gemischt werden. Um die Geräuschbereiche zu entfernen, wird durch Verwenden von α, das ein Wert ist, der durch Summieren (Integrieren) von Referenzausmaßen für Kurbelwinkel von 90° erhalten wird, von β, das ein Bereich ist, in dem integrierte Werte größer als das Referenzausmaß in dem Klopfbereich sind, von γ, das ein Korrekturausmaß ist, das Klopfausmaß N durch eine Gleichung N = (α + (β – γ) × K)/α berechnet (S500).
Das heißt, dass das Klopfausmaß N durch Verwenden von β berechnet wird, das ein Bereich ist, in dem integrierte Werte größer als das Referenzausmaß in dem Klopfbereich, in dem das Ausmaß von Vibration aufgrund eines Klopfens groß ist, und ohne Verwenden von Bereichen, in denen integrierte Werte größer als das Referenzausmaß in Bereichen liegt, die anders als der Klopfbereich ist (die Bereiche in der Klopferfassungsschranke, dem Klopfbereich, wo das Ausmaß der Vibration aufgrund eines Klopfens kleiner ist als in dem Klopfbereich). Daher kann ein Geräuschbereich (A) in 25, der außerhalb des Klopfbereichs liegt, entfernt werden. Demzufolge wird in einem Bereich, in dem das Ausmaß der Vibration aufgrund eines Klopfens klein ist, der integrierte Wert, der vermutlich aufgrund von Geräuschen entsteht, da ein großer integrierter Wert berechnet wird, entfernt werden.
Weiterhin wird das Klopfausmaß N durch Subtrahieren des Korrekturbetrags γ von β, das ein Bereich ist, in dem integrierte Werte größer als das Referenzausmaß in dem Klopfbereich ist, berechnet. Daher kann der Geräuschbereich (B) in 25, der sich innerhalb des Klopfbereiches befindet, entfernt werden. Demzufolge kann in einem Bereich, in dem das Ausmaß der Vibration aufgrund eines Klopfens groß ist, der integrierte Wert, der angenommen wird, aufgrund von Geräuschen entstehen, da ein großer integrierter Wert berechnet wurde, entfernt werden.
Wenn daher ein berechnetes Klopfausmaß N größer als der Bestimmungswert V(KX) ist (JA in S502), wird bestimmt, dass ein Klopfen aufgetreten ist (S504), und ein Zündzeitpunkt wird verzögert (S506). Dies kann ein Auftreten eines Klopfens unterdrücken.
Wenn andererseits das Klopfausmaß N nicht größer als der Bestimmungswert V(KX) ist (NEIN in S502), wird bestimmt, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist (S508), und der Zündzeitpunkt wird nach vorne verschoben (S510). Daher, durch miteinander Vergleichen des Klopfausmaßes N und dem Bestimmungswert V(KX), ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, wird für jeden Zündzyklus bestimmt, und der Zündzeitpunkt wird verzögert oder nach vorne gelegt.
Wie vorstehend beschrieben, gemäß der Motor-ECU, die die Klopfbestimmungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel ist, wird bestimmt, ob ein integrierter Wert größer als ein Produkt des Referenzausmaßes und dem Koeffizienten Y unter den integrierten Werten der Vibration in dem vierten Frequenzband D, das das erste bis dritte Frequenzband A bis C umfasst, ist. Wenn es einen integrierten Wert gibt, der größer als ein Produkt des Referenzausmaßes und des Koeffizienten Y ist, wird das Klopfausmaß N durch Verwenden der integrierten Werte in der synthetisierten Wellenform des ersten bis dritten Frequenzbands A bis C berechnet, und der Korrelationskoeffizient K aus einer Vibrationswellenform des vierten Frequenzbands D berechnet. Basierend auf einem Vergleich zwischen dem Klopfausmaß N und dem Bestimmungswert V(KX) wird für jeden Zündzyklus bestimmt, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Wenn andererseits kein integrierter Wert größer als ein Produkt des Referenzausmaßes und des Koeffizienten Y ist, wird bestimmt, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist. Wenn daher angenommen werden kann, dass es wahrscheinlich ist, dass ein Klopfen aufgetreten ist, kann präzise bestimmt werden, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, unter Berücksichtigung der Charakteristiken sowohl des Klopfens als auch der Geräusche. Umgekehrt, wenn es weniger wahrscheinlich ist, dass ein Klopfen aufgetreten ist, kann bestimmt werden, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist. Dies kann eine fälschliche Bestimmung unterdrücken, dass ein Klopfen aufgetreten ist, während es nicht aufgetreten ist. Als eine Folge kann präzise bestimmt werden, ob ein Klopfen vorhanden ist oder nicht.
Obwohl die gegenwärtige Erfindung detailliert beschrieben und dargestellt wurde, soll klar verstanden werden, dass diese nur veranschaulichend und exemplarisch ist, und nicht als Beschränkung herangezogen wird, wobei der Geist und Umfang der gegenwärtigen Erfindung nur durch die Ausdrücke der anhängenden Patentansprüche beschränkt ist.
Eine Motor-ECU führt ein Programm aus, das einen Schritt umfasst, dass wenn temporär bestimmt wurde, dass ein Klopfen aufgrund des Vorhandenseins eines integrierten Wertes, der größer als ein Produkt des Referenzausmaßes und des Koeffizienten Y unter den integrierten Werten der Vibration in dem vierten Frequenzband D, das das erste bis dritte Frequenzband A bis C enthält, ist (JA in S400), wird ein Klopfausmaß N durch Verwenden der integrierten Werte in der synthetisierten Wellenform des ersten bis dritten Frequenzbands A bis C berechnet, und ein Korrelationskoeffizient K aus einer Vibrationswellenform des vierten Frequenzbands D berechnet (S500). Basierend auf einem Vergleich zwischen dem Klopfausmaß N und dem Bestimmungswert V(KX) wird bestimmt, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Wenn kein integrierter Wert größer als ein Produkt des Referenzausmaßes und dem Koeffizienten Y ist, wird bestimmt, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist.

Claims

Einrichtung zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors, mit einer Operationseinheit (200), wobei die Operationseinheit (200) ein Ausmaß einer Vibration in einem ersten Frequenzband, das eine Frequenz einer Vibration aufgrund eines Klopfens umfasst, aus einer Vibration, die in dem Verbrennungsmotor (100) auftritt, erfasst, die Operationseinheit (200) ein Ausmaß einer Vibration in einem zweiten Frequenzband, das das erste Frequenzband umfasst, und das breiter ist als das erste Frequenzband, aus einer Vibration, die in dem Verbrennungsmotor (100) auftritt, erfasst, die Operationseinheit (200) eine Wellenform der Vibration in dem zweiten Frequenzband basierend auf dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst, die Operationseinheit (200) bestimmt, ob ein Ausmaß größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist oder nicht, aus der Vibration, die in dem zweiten Frequenzband erfasst wurde, wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, bestimmt die Operationseinheit (200) ob ein Klopfen aufgetreten ist, basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der Wellenform, die aus dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, und einem Wellenform-Modell, das eine Referenz einer in dem Verbrennungsmotor (100) auftretenden Vibration ist, und auf dem Ausmaß der Vibration in dem ersten Frequenzband, und wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, nicht in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, bestimmt die Operationseinheit (200), dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist.
Einrichtung zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1, wobei die Operationseinheit (200) bestimmt, ob ein Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband aus dem ersten Intervall eines Kurbelwinkels und einem zweiten Intervall des Kurbelwinkels, in dem ein Ausmaß der Vibration aufgrund eines Klopfens kleiner ist als in dem ersten Intervall, erfasst wird oder nicht, wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband in dem ersten Intervall erfasst wird, bestimmt die Operationseinheit (200) ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der Wellenform, die aus dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, und dem Wellenform-Modell, und auf dem Ausmaß der Vibration in dem ersten Frequenzband, und wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, nicht aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband in dem ersten Intervall erfasst wird, bestimmt die Operationseinheit (200), dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist.
Einrichtung zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1, wobei wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, nicht aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, die Operationseinheit (200) bestimmt, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, während ein Auftreten eines Klopfens nicht basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs von der aus dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfassten Wellenform und dem Wellenform-Modell mit dem Ausmaß der Vibration in dem ersten Frequenzband bestimmt wird.
Einrichtung zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1, wobei der Schwellenwert ein Wert ist, der basierend auf einer vorbestimmten Anzahl von Ausmaßen, die durch platzieren einer höheren Priorität auf kleinere Ausmaße aus den erfassten Ausmaßen ausgewählt sind, berechnet wird.
Einrichtung zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 4, wobei der Schwellenwert ein Wert ist, der durch Bilden eines Produkts eines Mittelwerts der vorbestimmten Anzahl von Ausmaßen, die durch platzieren einer höheren Priorität auf kleinere Ausmaße aus den erfassten Ausmaßen ausgewählt sind, und einem vorbestimmten Koeffizienten berechnet wird.
Verfahren zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors, mit den Schritten: Erfassen eines Ausmaßes einer Vibration in einem ersten Frequenzband, das eine Frequenz einer Vibration aufgrund eines Klopfens umfasst, aus einer Vibration, die in dem Verbrennungsmotor (100) auftritt, Erfassen eines Ausmaßes einer Vibration in einem zweiten Frequenzband, das das erste Frequenzband umfasst, und das breiter ist als das erste Frequenzband, aus einer Vibration, die in dem Verbrennungsmotor (100) auftritt, Erfassen einer Wellenform der Vibration in dem zweiten Frequenzband, basierend auf dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband, Bestimmen, ob ein Ausmaß größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist oder nicht, aus der Vibration, die in dem zweiten Frequenzband erfasst wurde, wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, Bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist, basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der Wellenform, die aus dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, und einem Wellenform-Modell, das eine Referenz einer in dem Verbrennungsmotor (100) auftretenden Vibration ist, und auf dem Ausmaß der Vibration in dem ersten Frequenzband, und wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, nicht in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, Bestimmen, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist.
Verfahren zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 6, wobei der Schritt des Bestimmens, ob ein Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, einen Schritt zum Bestimmen umfasst, ob ein Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, aus dem ersten Intervall eines Kurbelwinkels und einem zweiten Intervall des Kurbelwinkels, in dem ein Ausmaß der Vibration aufgrund eines Klopfens kleiner ist als in dem ersten Intervall, erfasst wird oder nicht, der Schritt des Bestimmens, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, einen Schritt zum Bestimmen umfasst, wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband in dem ersten Intervall erfasst wird, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der Wellenform, die aus dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, und dem Wellenform-Modell, und auf dem Ausmaß der Vibration in dem ersten Frequenzband, und der Schritt des Bestimmens, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, einen Schritt zum Bestimmen umfasst, wenn bestimmt wird, dass das Ausmaß, das größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, nicht aus der Vibration in dem zweiten Frequenzband in dem ersten Intervall erfasst wird, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist.
Verfahren zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 6, wobei der Schritt des Bestimmens, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, einen Schritt zum Bestimmen umfasst, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist, während nicht bestimmt wird, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der Wellenform, die aus dem Ausmaß der Vibration in dem zweiten Frequenzband erfasst wird, und dem Wellenform-Modell, und auf dem Ausmaß der Vibration in dem ersten Frequenzband.
Verfahren zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 6, wobei der Schwellenwert ein Wert ist, der basierend auf einer vorbestimmten Anzahl von Ausmaßen, die durch platzieren einer höheren Priorität auf kleinere Ausmaße aus den erfassten Ausmaßen ausgewählt sind, berechnet wird.
Verfahren zum Bestimmen eines Klopfens eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 9, wobei der Schwellenwert ein Wert ist, der durch Bilden eines Produkts eines Mittelwerts der vorbestimmten Anzahl von Ausmaßen, die durch platzieren einer höheren Priorität auf kleinere Ausmaße aus den erfassten Ausmaßen ausgewählt sind, und einem vorbestimmten Koeffizienten berechnet wird.