DE102007000354B4

DE102007000354B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007000354B4
Application number: DE102007000354A
Authority: DE
Inventors: Rihito Kaneko; Kenji Kasashima; Masatomo Yoshihara; Kenji Senda; Yuuichi Takemura; Shuhei Oe
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2027-06-28
Also published as: US7478622B2; JP4180090B2; DE102007000354A1; JP2008008177A; US20080000449A1

Abstract

Vorrichtung zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine mit: einem eine Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine (100) erfassenden Klopfsensor (300); und einer Arbeitseinheit (200), wobei die Arbeitseinheit (200) entsprechend der Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine (100) einen ersten Wert berechnet, die Arbeitseinheit (200) basierend auf einem Vergleichsergebnis zwischen dem ersten Wert und einem vorbestimmten zweiten Wert bestimmt, ob ein Klopfen bei der Brennkraftmaschine (100) aufgetreten ist oder nicht, die Arbeitseinheit (200) den zweiten Wert basierend auf Vibrationsstärken korrigiert, die in einer Vielzahl von Zündzyklen erfasst werden, die Arbeitseinheit (200) einen oberen Grenzwert und/oder einen unteren Grenzwert des zweiten Werts basierend auf den in der Vielzahl an Zündzyklen erfassten Vibrationsstärken einstellt, und die Arbeitseinheit (200) den zweiten Wert so begrenzt, dass der zweite Wert kleiner gleich dem oberen Grenzwert und/oder größer gleich dem unteren Grenzwert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Technik eines Bestimmens, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, durch Verwenden eines Werts, der gemäß der Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine korrigiert wird.
Es wurden verschiedene Verfahren zum Erfassen eines in einer Brennkraftmaschine auftretenden Klopfens (Nagelns) vorgeschlagen. Beispielsweise bestimmt eine Technik, dass ein Klopfen aufgetreten ist, wenn die Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine größer ist, als ein Schwellenwert. Es existiert jedoch ein Fall, bei dem die Stärke eines derartigen Geräuschs als Vibration, welches auftritt, wenn sich beispielsweise ein Einlassventil oder ein Auslassventil schließt, größer ist, als der Schwellenwert, während ein Klopfen nicht auftritt. In diesem Fall könnte fälschlicher Weise das Auftreten des Klopfens bestimmt werden, obwohl in Wirklichkeit kein Klopfen aufgetreten ist. Folglich wurde eine Technik vorgeschlagen, die basierend auf der Wellenform einer Vibration bestimmt, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, um derartige andere Eigenschaften, als die Stärke, zu berücksichtigen, wie den Kurbelwinkel, bei dem eine Vibration auftritt, und die Dämpfungsrate.
Eine Klopfsteuerungsvorrichtung für eine in JP 2003-021032 A offenbarte Brennkraftmaschine hat: einen ein Klopfen in der Brennkraftmaschine erfassenden Klopfsensor; einen Abschnitt zum statistischen Verarbeiten, der ein durch den Klopfsensor erfasstes Ausgabesignal statistisch verarbeitet; einen ersten Zeitbestimmungsabschnitt, der ein Auftreten eines Klopfens basierend auf einem Verarbeitungsergebnis durch den Abschnitt zum statistischen Verarbeiten bestimmt; einen zweiten Zeitbestimmungsabschnitt, der ein Auftreten des Klopfens basierend auf einer Wellenform des durch den Klopfsensor erfassten Ausgabesignals bestimmt; und einen Abschnitt zum endgültigen Klopfbestimmen, der schließlich ein Auftreten eines Klopfens basierend auf der Klopfzeitbestimmung des ersten Zeitbestimmungsabschnitts und der Klopfzeitbestimmung des zweiten Zeitbestimmungsabschnitts bestimmt. Wenn die beiden ersten und zweiten Zeitbestimmungsabschnitte bestimmen, dass ein Klopfen aufgetreten ist, bestimmt der Abschnitt zum endgültigen Klopfbestimmen letztendlich, dass ein Klopfen aufgetreten ist. Der erste Zeitbestimmungsabschnitt vergleicht den durch den Klopfsensor erfassten Maximalwert des Ausgabesignals und eine Klopfbestimmungsniveau (einen Klopfbestimmungswert), die basierend auf dem Ergebnis eines Verarbeitens durch den Abschnitt zum statistischen Verarbeiten berechnet wird, um zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Der Klopfbestimmungswert wird basierend auf der Klopfauftrittshäufigkeit auf einen Wert korrigiert, der durch Subtrahieren eines Einstellwerts ΔV von dem Klopfbestimmungswert bestimmt wird, oder auf einen Wert, der durch Addieren des Klopfbestimmungswerts zu dem Produkt aus einem Wert A, der größer als „1” ist, und dem Einstellwert ΔV bestimmt wird.
Wenn der Klopfbestimmungswert korrigiert wird, ist es nicht wünschenswert, dass der Klopfbestimmungswert ohne eine Begrenzung korrigiert wird. Dies liegt daran, dass die bei der Brennkraftmaschine auftretende Vibrationsstärke abhängig von dem Maschinenzustand selbst und der Antriebsgebung variiert und somit der korrigierte Klopfbestimmungswert nicht unbedingt jederzeit geeignet ist. Deshalb, wenn eine extreme Korrektur vorgenommen wird, ist der Klopfbestimmungswert in Bezug auf die Vibrationsstärke, die in der Brennkraftmaschine auftritt, zu groß oder zu klein, was im Gegensatz zu der Erfindung zu einer Verschlechterung der Genauigkeit führt, mit der die Bestimmung durchgeführt wird, ob ein Klopfen aufgetreten ist. Die JP 2003-021032 A schweigt jedoch hinsichtlich eines Begrenzens des Klopfbestimmungswerts.
Die US 5 215 058 A offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen eines Klopfens einer Brennkraftmaschine. Dabei wird ein Klopfen erfasst und ein Klopfintensitätswert ermittelt und kumuliert und erneuert.
Die DE 10 2007 000 166 A1 offenbart eine weitere Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen eines Klopfens einer Brennkraftmaschine. Dabei wird ein Klopfausmaß auf der Basis einer Vibration in einem ersten Frequenzband und in einem zweiten breiteren Frequenzband ermittelt.
Die DE 11 2007 001 077 T5 offenbart eine wiederum andere Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen eines Klopfens einer Brennkraftmaschine. Dabei werden Verlaufsformen von Vibrationen in vorbestimmten Intervallen ermittelt und Rauschanteile entfernt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen eines Klopfens einer Brennkraftmaschine vorzusehen, durch die es möglich ist, dass eine Verschlechterung der Genauigkeit, mit der bestimmt wird, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, unterdrückt wird.
In Hinblick auf die Vorrichtung ist die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In Hinblick auf das Verfahren ist die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der Erfindung hat eine Vorrichtung zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine einen eine Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine erfassenden Klopfsensor und eine Arbeitseinheit. Die Arbeitseinheit berechnet einen ersten Wert entsprechend der Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine, bestimmt basierend auf einem Vergleichsergebnis zwischen dem ersten Wert und einem vorbestimmten zweiten Wert, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine aufgetreten ist oder nicht, korrigiert den zweiten Wert basierend auf Stärken, die in einer Vielzahl von Zündzyklen erfasst werden, setzt zumindest eine von der Obergrenze und einer Untergrenze des zweiten Werts basierend auf den Stärken, die bei der Vielzahl Zündzyklen erfasst wurden, und begrenzt den zweiten Wert so, dass der zweite Wert zumindest innerhalb der eingestellten Obergrenze und Untergrenze ist.
Hinsichtlich des vorstehend beschriebenen Aufbaus wird der erste Wert gemäß der Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine berechnet. Basierend auf dem Vergleichsergebnis zwischen dem ersten Wert und einem vorbestimmten zweiten Wert wird bestimmt, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine aufgetreten ist oder nicht. Der mit dem ersten Wert zu vergleichende zweite Wert, um zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, wird basierend auf den Stärken korrigiert, die in einer Vielzahl von Zündzyklen erfasst werden. Ferner wird basierend auf den Stärken, die in den Zündzyklen erfasst werden, zumindest eine von einer Obergrenze und einer Untergrenze des zweiten Werts eingestellt. Der zweite Wert wird so begrenzt, dass der zweite Wert innerhalb zumindest einer von der oberen Grenze und der unteren Grenze ist. Somit kann bei einem Vibrationsstärkebereich, der in der Brennkraftmaschine tatsächlich auftritt, der zweite Wert korrigiert werden, der als ein Bezugswert zum Bestimmen verwendet wird, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Somit kann unterdrückt werden, dass der zweite Wert hinsichtlich der Vibrationsstärke zu groß oder zu klein ist, die bei der Brennkraftmaschine auftritt. Folglich kann die Vorrichtung zum Bestimmen des Klopfens der Brennkraftmaschine vorgesehen werden, die eine Verschlechterung bei einer Genauigkeit der Bestimmung, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, unterdrücken kann.
Vorzugsweise stellt die Arbeitseinheit zumindest eine von der oberen Grenze und der unteren Grenze des zweiten Werts basierend auf einer Standardabweichung der Stärken ein.
In Bezug auf den vorstehend beschriebenen Aufbau wird zumindest eine von der oberen Grenze und der unteren Grenze des zweiten Werts basierend auf der Standardabweichung der Stärken eingestellt. Somit kann die Obergrenze oder die Untergrenze gemäß der Vibrationsstärke erhalten werden, die tatsächlich in der Brennkraftmaschine auftritt.
Noch wünschenswerter stellt die Arbeitseinheit zumindest eine von der oberen Grenze und der unteren Grenze des zweiten Werts auf ein Produkt aus der Standardabweichung und einem vorbestimmten Faktor ein.
In Bezug auf den vorstehend beschriebenen Aufbau können die Obergrenze oder die Untergrenze durch Multiplizieren der Standardabweichung mit dem vorbestimmten Faktor erhalten werden.
Noch wünschenswerter begrenzt die Arbeitseinheit den zweiten Wert so, dass der zweite Wert innerhalb zumindest einer von der eingestellten oberen Grenze und der eingestellten unteren Grenze ist und innerhalb zumindest einer von einer vorbestimmten konstanten Obergrenze und einer vorbestimmten konstanten Untergrenze ist.
In Bezug auf den vorstehend beschriebenen Aufbau wird der zweite Wert so begrenzt, dass der zweite Wert innerhalb zumindest einer von der oberen Grenze und der unteren Grenze ist, die basierend auf den Stärken eingestellt werden, die in einer Vielzahl von Zündzyklen erfasst werden, und so begrenzt, dass der zweite Wert innerhalb zumindest einer von einer vorbestimmten konstanten oberen Grenze und einer vorbestimmten konstanten unteren Grenze ist. Somit, selbst wenn die Vibrationsstärke nicht korrekt erfasst wird, und die Obergrenze oder die Untergrenze, die basierend auf einer Vibrationsstärke bestimmt werden, ein ungeeigneter Wert ist, kann eine Verschlechterung bei einer Genauigkeit der Bestimmung, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, unterdrückt werden.
Die vorangehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung offensichtlicher werden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
1 ist eine schematisch Aufbaudarstellung, die eine Maschine zeigt, die durch eine Maschinen-ECU gesteuert wird, die eine Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
2 zeigt ein Vibrationsfrequenzband, das in der Maschine erzeugt wird, wenn ein Klopfen auftritt.
3 ist ein Steuerblockdiagramm, das die Maschinen-ECU in 1 zeigt.
4 zeigt eine Vibrationswellenform der Maschine.
5 zeigt ein Klopfwellenformmodell, das in einem ROM der Maschinen-ECU gespeichert ist.
6 zeigt eine Vibrationswellenform und ein Klopfwellenformmodell im Vergleich zueinander.
7 zeigt eine Karte eines Bestimmungswerts V(KX), die in dem ROM der Maschinen-ECU gespeichert ist.
8 zeigt eine Häufigkeitsverteilung eines Stärkewerts LOG(V).
Die 9 bis 12 sind (erste bis vierte) Flussdiagramme, die eine Steuerungsstruktur eines Programms zeigen, das durch die Maschinen-ECU ausgeführt wird, die die Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden gleiche Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen angegeben. Sie sind gleich benannt und funktionieren auch identisch. Deshalb wird eine detaillierte Beschreibung dieser nicht wiederholt.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Maschine 100 eines Fahrzeugs beschrieben, an der eine Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung befestigt ist. Die Maschine 100 ist mit einer Vielzahl Zylinder versehen. Die Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel wird durch ein Programm geschaffen, das beispielsweise durch eine Maschinen-ECU (elektronische Steuereinheit) 200 ausgeführt wird.
Die Maschine 100 ist eine Brennkraftmaschine, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Luft, die durch einen Luftfilter 102 angesaugt wird, und Kraftstoff, der von einer Einspritzeinrichtung 104 eingespritzt wird, durch eine Zündkerze 106 gezündet wird und in einer Brennkammer verbrannt wird. Während die Zündzeit gesteuert wird, um MBT (minimal vorverlegt für ein bestmögliches Moment) zu sein, bei dem das Ausgabemoment maximal wird, wird der Zündzeitpunkt gemäß einem Betriebszustand der Maschine 100 hinausgezögert oder vorverlegt, beispielsweise, wenn Klopfen auftritt.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird, wird durch den Verbrennungsdruck ein Kolben 108 nach unten gedrückt und eine Kurbelwelle 110 wird gedreht. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach der Verbrennung (Abgas) wird durch Dreiwegekatalysatoren 112 gereinigt und zu der Fahrzeugumgebung ausgelassen. Eine in die Maschine 100 eingesaugte Luftmenge wird durch ein Drosselventil 114 reguliert.
Die Maschine 100 wird durch die Maschinen-ECU 200 gesteuert. Mit der Maschinen-ECU 200 verbunden sind ein Klopfsensor 300, ein Wassertemperatursensor 302, ein Kurbelpositionssensor 306, der vorgesehen ist, einem Impulsrad 304 zugewandt zu sein, ein Drosselöffnungspositionssensor 308, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 310, ein Zündungsschalter 312 und ein Luftmengenmesser 314.
Der Klopfsensor 300 ist an einem Zylinderblock der Maschine 100 vorgesehen. Der Klopfsensor 300 besteht aus einem piezoelektrischen Element. Der Klopfsensor 300 erzeugt in Antwort auf eine Vibration der Maschine 100 eine Spannung. Die Spannungshöhe entspricht der Vibrationsstärke. Der Klopfsensor 300 sendet ein die Spannung darstellendes Signal zu der Maschinen-ECU 200. Der Wassertemperatursensor 302 erfasst die Temperatur eines Kühlmittels in einem Wassermantel einer Maschine 100 und sendet ein das Erfassungsergebnis darstellendes Signal zu der Maschinen-ECU 200.
Das Impulsrad 304 ist an der Kurbelwelle 110 vorgesehen und dreht sich mit der Kurbelwelle 110. An einem Außenumfang des Rads 304 ist eine Vielzahl von Vorsprüngen bei vorbestimmten Abständen vorgesehen. Ein Kurbelpositionssensor 306 ist vorgesehen, den Vorsprüngen des Impulsrads 304 zugewandt zu sein. Wenn sich das Impulsrad 304 dreht, ändert sich ein Luftspalt zwischen dem Vorsprung des Impulsrads 304 und des Kurbelpositionssensors 306 und in Folge dessen nimmt ein durch einen Wicklungsabschnitt des Kurbelpositionssensors 306 tretender magnetischer Fluss zu/ab, um eine elektromotorische Kraft in dem Wicklungsabschnitt zu erzeugen. Der Kurbelpositionssensor 306 sendet ein die elektromotorische Kraft darstellendes Signal zu der Maschinen-ECU 200. Die Maschinen-ECU 200 erfasst den Kurbelwinkel und die Umdrehungsanzahl der Kurbelwelle 110 basierend auf dem von dem Kurbelpositionssensor 206 gesendeten Signal. Der Drosselöffnungspositionssensor 308 erfasst eine Öffnungsposition der Drossel und sendet ein das Erfassungsergebnis darstellendes Signal zu der Maschinen-ECU 200. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 310 erfasst die Umdrehungsanzahl eines Rads (nicht gezeigt) und sendet ein das Erfassungsergebnis darstellendes Signal zu der Maschinen-ECU 200. Die Maschinen-ECU 200 berechnet die Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf der Umdrehungsanzahl des Rads. Ein Zündungsschalter 312 wird durch einen Fahrer eingeschaltet, wenn die Maschine 100 gestartet werden soll. Ein Luftmengenmesser 314 erfasst die Einlassluftmenge in die Maschine 100 und sendet ein das Erfassungsergebnis darstellendes Signal zu der Maschinen-ECU 200.
Die Maschinen-ECU 200 wird durch die von einer Hilfsbatterie 320, die eine Stromquelle ist, zugeführte elektrische Energie betrieben. Die Maschinen-ECU 200 führt basierend auf von jeweiligen Sensoren gesendeten Signalen und dem Zündungsschalter 312 und einer Karte und einem in einem ROM (Nur-Lese-Speicher) 202 gespeicherten Programm eine Berechung durch und steuert die Vorrichtungen, um die Maschine 100 in einen gewünschten Betriebszustand zu bringen.
Bei dem Ausführungsbeispiel erfasst die Maschinen-ECU 200 eine Wellenform einer Vibration (nachstehend bezeichnet als „Vibrationswellenform”) der Maschine 100 in einem vorbestimmten Klopferfassungsbereich (einem Abschnitt zwischen einem vorbestimmten ersten Kurbelwinkel und einem vorbestimmten zweiten Kurbelwinkel) basierend auf dem von dem Klopfsensor 300 gesendeten Signal und dem Kurbelwinkel und bestimmt basierend auf der erfassten Vibrationswellenform, ob ein Klopfen bei der Maschine 100 aufgetreten ist. Der Klopferfassungsbereich bei dem Ausführungsbeispiel ist der Teilbereich von dem oberen Totpunkt (0°) bis 90° bei einem Arbeitstakt. Der Klopferfassungsbereich ist nicht darauf beschränkt.
Wenn ein Klopfen auftritt, wird eine Vibration bei einer Frequenz in der Nähe der durch eine durchgezogene Linie in 2 gezeigten Frequenz in der Maschine 100 erzeugt. Die Frequenz der aufgrund des Klopfens erzeugten Vibration ist nicht konstant und variiert in einem bestimmten Frequenzbereich. Deshalb wird bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Vibration in einem vierten Vibrationsband D erfasst, das ein erstes Frequenzband A, ein zweite Frequenzband B und ein drittes Frequenzband C umfasst. In 2 stellt CA den Kurbelwinkel dar. Die Anzahl an Frequenzbändern einer aufgrund des Klopfens erzeugten Vibration ist nicht auf drei beschränkt.
Unter Bezugnahme auf 3 wird die Maschinen-ECU 200 weiter beschrieben. Die Maschinen-ECU 200 hat einen A/D-(Analog/Digital-)-Wandler 400, einen Bandpassfilter 410 und einen Integrationsabschnitt 420.
Der A/D-Wandler 400 wandelt ein von dem Klopfsensor 300 gesendetes analoges Signal in ein digitales Signal um. Der Bandpassfilter 410 erlaubt einen Durchtritt von ausschließlich Signalen in dem vierten Frequenzband D von den von dem Klopfsensor 300 gesendeten Signalen. Anders gesagt extrahiert der Bandpassfilter 410 nur die Vibration in dem vierten Frequenzband D aus der durch den Klopfsensor 300 erfassten Vibration.
Der Integrationsabschnitt 420 integriert die durch den Bandpassfilter 410 ausgewählten Signale, d. h. die Vibrationsstärken für einen Kurbelwinkel von jeweils 5°. Der sich ergebende, durch die Integration bestimmte Wert wird nachstehend als integrierter Wert bezeichnet. Durch Berechnen des integrierten Werts in Verbindung mit dem Kurbelwinkel wird die Vibrationswellenform der Maschine 100 erfasst, wie es in 4 gezeigt ist.
Die erfasste Vibrationswellenform wird mit einem in dem ROM 202 der Maschinen-ECU 200 gespeicherten und in 5 gezeigten Klopfwellenformmodell verglichen. Das Klopfwellenformmodell wird im Voraus als ein Modell der Vibrationswellenform ausgebildet, wenn das Klopfen in der Maschine 100 auftritt.
In dem Klopfwellenformmodell werden die Vibrationsstärken als dimensionslose Zahlen in einem Bereich von 0 bis 1 ausgedrückt und die Vibrationsstärke ist dem Kurbelwinkel nicht eindeutig zugeordnet. Anders gesagt ist für das Klopfwellenformmodell ein Kurbelwinkel nicht definiert, bei dem die Vibrationsstärke den Höchstwert aufweist, während die Vibrationsstärke als diejenige definiert ist, die abnimmt, wenn der Kurbelwinkel nach einem Höchstwert der Vibrationsstärke zunimmt.
Das Klopfwellenformmodell bei dem Ausführungsbeispiel entspricht der Vibration in einem vorbestimmten Bereich eines Kurbelwinkels und nach dem Höchstwert der Stärke der Vibration, die aufgrund des Klopfens erzeugt wird. Ein Klopfwellenformmodell kann gespeichert werden, dass der Vibration nach einer ansteigenden Flanke einer durch das Klopfen bewirkten Vibration entspricht.
Das Klopfwellenformmodell wird im Voraus basierend auf einer Vibrationswellenform der Maschine 100 ausgebildet und gespeichert, die erfasst wird, wenn ein Klopfen zwangsweise experimentell erzeugt wird.
Das Klopfwellenformmodell wird durch Verwenden einer Maschine 100 mit den Abmessungen der Maschine 100 ausgebildet und durch Verwenden eines Ausgabewerts des Klopfsensors 300, welche Mittelwerte von Abmessungstoleranzen und einer Toleranz des Ausgabewerts eines Klopfsensors 300 ist (nachstehend bezeichnet als „Durchschnittsmaschine”). Anders gesagt ist das Klopfwellenformmodell eine Vibrationswellenform bei dem Fall, bei dem das Klopfen bei der Durchschnittsmaschine zwangsweise erzeugt wird. Das Verfahren zum Ausbilden des Klopfwellenformmodells ist nicht darauf beschränkt und das Modell kann alternativ durch eine Simulation ausgebildet werden.
Beim Vergleich der erfassten Wellenform mit dem Klopfwellenformmodell, wie er in 6 gezeigt ist, werden eine normalisierte Wellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander verglichen. Hier bedeutet Normalisierung, die Stärke einer Vibration als eine dimensionslose Zahl in einem Bereich von 0 bis 1 auszudrücken, indem beispielsweise jeder integrierte Wert durch einen Maximalwert des integrierten Werts bei der erfassten Vibrationswellenform geteilt wird. Jedoch ist das Normalisierungsverfahren nicht darauf beschränkt.
Bei dem Ausführungsbeispiel berechnet die Maschinen-ECU 200 eine Korrelationskoeffizienten K, der den Ähnlichkeitsgrad der normalisierten Vibrationswellenform zu dem Klopfwellenformmodell darstellt (eine Abweichung der Vibrationswellenform und des Klopfwellenformmodells von einander). Bei dem Zustand, bei dem die Zeit, bei der die Vibrationsstärke bei der normalisierten Vibrationswellenform ein Maximalwert wird, mit der Zeit synchronisiert ist, bei der die Vibrationsstärke bei dem Klopfwellenformmodell ein Maximalwert wird, wird der Absolutwert der Differenz (des Abweichungsbetrags) zwischen der Stärke bei der normalisierten Vibrationswellenform und der Stärke bei dem Klopfwellenformmodell für jeden Kurbelwinkel berechnet (alle 5° des Kurbelwinkels), um dadurch den Korrelationskoeffizienten K zu berechnen. Der Absolutwert des Unterschieds zwischen der Stärke bei der Vibrationswellenform und der Stärke bei dem Klopfwellenformmodell kann alternativ für jeden anderen Kurbelwinkel als 5° berechnet werden.
Angenommen, dass der Absolutwert der Abweichung der normalisierten Vibrationswellenform und des Klopfwellenformmodells voneinander für jeden Kurbelwinkel ΔS(I) (I ist eine natürliche Zahl) ist und ein Wert, der durch Integrieren der Stärke einer Vibration bei dem Klopfwellenformmodell durch den Kurbelwinkel (einen Bereich des Klopfwellenformmodells) erhalten wird, S ist, wird der Korrelationskoeffizient K durch die Gleichung: K = (S – ΣΔS(I))/S berechnet, wobei ΣΔS(I) die Summe von ΔS(I) ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gilt, dass, je näher eine Form der Vibrationswellenform einer Form des Klopfwellenformmodells ist, der berechnete Korrelationskoeffizient K umso größer ist. Deshalb ist der Wert des berechneten Korrelationskoeffizienten K klein, wenn eine Wellenform einer durch andere Faktoren, als das Klopfen, hervorgerufenen Vibration in der Vibrationswellenform enthalten ist. Das Verfahren zum Berechnen des Korrelationskoeffizienten K ist nicht darauf beschränkt.
Des Weiteren berechnet die Maschinen-ECU 200 eine Klopfstärke N basierend auf dem Maximalwert (Höchstwert) der integrierten Werte. Angenommen, dass der größte integrierte Wert P ist und ein die Vibrationsstärke der Maschine 100 darstellender Wert, bei dem ein Klopfen nicht auftritt, BGL (Hintergrundniveau) ist, wird die Klopfstärke N durch die Gleichung: N = P/BGL berechnet. Es ist zu beachten, dass der maximale, beim Berechnen der Klopfstärke N verwendete integrierte Wert P logarithmisch konvertiert ist. Das Verfahren zum Berechnen der Klopfstärke N ist nicht darauf beschränkt.
BGL wird als ein Wert berechnet, der durch Subtrahieren des Produkts aus einer Standardabweichung σ und einem Koeffizienten (beispielsweise „1”) von einem Mittelwert V (50) bei der Häufigkeitsverteilung von Stärkewerten LOG(V) erhalten wird, was nachstehend beschrieben wird. Das Verfahren zum Berechnen von BGL ist nicht darauf beschränkt und BGL kann im Voraus in dem ROM 202 gespeichert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel vergleicht die Maschinen-ECU 200 die berechnete Klopfstärke N und einen Bestimmungswert V(KX) miteinander und vergleicht ferner die erfasste Wellenform und das gespeicherte Klopfwellenformmodell miteinander. Dann bestimmt die Maschinen-ECU 200, ob ein Klopfen in der Maschine 100 für jeden Zündzyklus (von 0° bis 720° Kurbelwinkel) aufgetreten ist oder nicht.
Wie es in 7 gezeigt ist, werden die Bestimmungswerte V(KX) als eine Karte für jeweilige Bereiche gespeichert, die entsprechend einem Betriebszustand unterteilt sind, der durch die Parameter dargestellt wird, die die Maschinendrehzahl NE und die Einlassluftmenge KL sind. Bei dem Ausführungsbeispiels sind neun Bereiche für jeden Zylinder vorgesehen, die folgendermaßen unterteilt sind: niedrige Drehzahl (NE < NE(1)); mittlere Drehzahl (NE(1) ≤ NE < NE(2)); hohe Drehzahl (NE(2) ≤ NE); geringe Last (KL < KL(1)); mittlere Last (KL(1) ≤ KL < KL(2)); und hohe Last (KL(2) ≤ KL). Die Anzahl der Bereiche ist nicht auf diese beschränkt. Die Bereiche können aufgeteilt werden, indem andere Parameter als die Maschinendrehzahl NE und die Einlassluftmenge KL verwendet werden.
Beim Versand der Maschine 100 oder des Fahrzeugs wird ein im Voraus durch ein Experiment oder dergleichen bestimmter Wert als der in dem ROM 202 gespeicherte Bestimmungswert V(KX) verwendet (ein Anfangswert eines Bestimmungswerts V(KX) zu der Zeit eines Versands). Jedoch können aufgrund einer Variation bei den Ausgabewerten und einer Verschlechterung des Klopfsensors 300 die gleichen Vibrationen, die in der Maschine 100 auftreten, als Vibrationen mit jeweiligen Stärken erfasst werden, die sich einander unterscheiden. In diesem Fall ist es erforderlich, den Bestimmungswert V(KX) zu korrigieren und zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, indem ein Bestimmungswert V(KX) verwendet wird, der für die tatsächlich erfasste Stärke geeignet ist.
Deshalb wird bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel die Auftrittshäufigkeit eines Klopfens basierend auf der Häufigkeitsverteilung bestimmt, die eine Beziehung zwischen einem Stärkewert LOG(V), der ein Wert ist, der durch logarithmisches Umwandeln einer Stärke V erhalten wird, und einer Häufigkeit (eine Wiederholungsanzahl, einer Wahrscheinlichkeit) eines Erfassens jedes Stärkewerts LOG(V) erhalten wird, und korrigiert den Bestimmungswert V(KX) gemäß der Auftrittshäufigkeit des Klopfens.
Der Stärkewert LOG(V) wird für jeden Bereich berechnet, bei dem die Maschinendrehzahl NE und die Einlassluftmenge KL als Parameter verwendet werden. Die zum Berechnen des Stärkewerts LOG(V) verwendete Stärke V ist ein Höchstwert (Höchstwert von integrierten Werten je 5°) von Stärken zwischen vorbestimmten Kurbelwinkeln. Basierend auf dem berechneten Stärkewert LOG(V) wird ein Mittelwert V(50) berechnet, bei dem die akkumulative Summe an Häufigkeiten an Stärken LOG(V) von dem Minimalwert 50% erreicht. Des Weiteren wird eine Standardabweichung σ von Stärkewerten LOG(V) berechnet, die gleich oder kleiner als der Mittelwert V(50) sind. Beispielsweise werden bei dem Ausführungsbeispiel ein Mittelwert V(50) und eine Standardabweichung σ, die sich dem Mittelwert und der Standardabweichung annähern, die basierend auf einer Vielzahl von Stärkewerten LOG(V) (beispielsweise 200 Zyklen) berechnet werden, durch das folgende Berechnungsverfahren für jeden Zündzyklus berechnet.
Wenn ein gegenwärtig erfasster Stärkewert LOG(V) größer als ein vorher berechneter Mittelwert V(50) ist, dann wird ein Wert, der durch Addieren eines vorbestimmten Werts C(1) zu dem vorherig berechneten Mittelwert V(50) erhalten wird, als gegenwärtiger Mittelwert V(50) berechnet. Im Gegensatz dazu, wenn ein gegenwärtig erfasster Stärkewert LOG(V) kleiner ist, als ein vorherig berechneter Mittelwert V(50), dann wird ein Wert, der durch Subtrahieren eines vorbestimmten Werts C(2) (beispielsweise sind C(2) und C(1) der gleiche Wert) von dem vorherig berechneten Mittelwert V(50) erhalten wird, als gegenwärtiger Mittelwert V(50) berechnet.
Wenn ein gegenwärtig erfasster Stärkewert LOG(V) kleiner ist, als ein vorherig berechneter Mittelwert V(50), und größer ist, als ein Wert, der durch Subtrahieren einer vorherig berechneten Standardabweichung σ von dem vorherig berechneten Mittelwert V(50) erhalten wird, dann wird ein Wert, der durch Subtrahieren eines Wertes, der zweimal so groß ist, wie der vorbestimmte Wert C(3), von der vorherig berechneten Standardabweichung σ erhalten wird, als eine gegenwärtige Standardabweichung σ berechnet. Wenn im Gegensatz dazu ein gegenwärtig erfasster Stärkewert LOG(V) größer ist, als ein vorher berechneter Mittelwert V(50), oder kleiner ist, als ein Wert, der durch Subtrahieren einer vorherig berechneten Standardabweichung σ von dem vorherig berechneten Mittelwert V(50) erhalten wird, dann wird ein Wert, der durch Addieren eines vorbestimmten Werts C(4) (beispielsweise sind C(3) und C(4) der gleiche Wert) zu der vorherig berechneten Standardabweichung σ erhalten wird, als gegenwärtige Standardabweichung σ berechnet. Das Verfahren zum Berechnen des Mittelwerts V(50) und der Standardabweichung σ ist nicht auf dieses beschränkt. Auch können die Anfangswerte eines Mittelwerts V(50) und der Standardabweichung σ Werte sein, die im Voraus eingestellt sind, oder können „0” sein.
Durch Verwenden des Mittelwerts V(50) und der Standardabweichung σ wird ein Klopfbestimmungsniveau V(KD) berechnet. Wie es in 8 gezeigt ist, ist ein Wert, der durch Addieren eines Produkts eines Koeffizienten U(1) (U(1) ist eine Konstante, beispielsweise U(1) = 3) und einer Standardabweichung σ zu dem Mittelwert V(50) erhalten wird, ein Klopfbestimmungsniveau V(KD). Das Verfahren zum Berechnen des Klopfbestimmungsniveaus V(KD) ist nicht auf dieses beschränkt.
Der Anteil (die Häufigkeit) der Stärkewerte LOG(V), der größer ist, als das Klopfbestimmungsniveau V(KD), wird als eine Klopfauftrittshäufigkeit bestimmt und als ein Klopfanteil KC gezählt. Wenn der Klopfanteil KC größer ist, als ein Schwellenwert KC(0), dann wird der Bestimmungswert V(KX) korrigiert, um um einen vorbestimmten Korrekturbetrag verringert zu werden, so dass die Häufigkeit eines Hinauszögerns des Zündzeitpunkts höher wird. Wenn der Klopfanteil KC kleiner ist, als der Schwellenwert KC(0), dann wird der Bestimmungswert V(KX) korrigiert, um um einen vorbestimmten Korrekturbetrag so erhöht zu werden, dass die Häufigkeit eines Vorverlegens des Zündzeitpunkts höher wird.
Der Koeffizient U ist ein Koeffizient, der basierend auf Daten und Ergebnissen erhalten wird, die durch Experimente und dergleichen gewonnen werden. Der Stärkewert LOG(V), der größer ist, als das Klopfbestimmungsniveau V(KD), wenn U = 3, stimmt im Wesentlichen mit dem Stärkewert LOG(V) bei einem Zündzyklus überein, bei dem ein Klopfen tatsächlich aufgetreten ist. Jeder andere Wert als „3” kann als Koeffizient U verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 9 wird eine Beschreibung einer Steuerungsstruktur eines Programms gegeben, dass durch die Maschinen-ECU 200 ausgeführt wird, die die Klopfbestimmungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel ist, um den Zündzeitpunkt zu steuern, indem bestimmt wird, ob ein Klopfen bei jedem Zündzyklus aufgetreten ist oder nicht.
Bei Schritt 100 (nachstehend wird „Schritt” abgekürzt als „S”) erfasst die Maschinen-ECU 200 die Maschinendrehzahl NE basierend auf dem von dem Kurbelpositionssensor gesendeten Signal und erfasst die Einlassluftmenge KL basierend auf dem von dem Luftmengenmesser 314 gesendeten Signal.
Bei S102 erfasst die Maschinen-ECU 200 die Vibrationsstärke der Maschine 100 basierend auf dem von dem Klopfsensor 300 gesendeten Signal. Die Vibrationsstärke wird als eine Ausgabespannung des Klopfsensors 300 ausgedrückt. Die Vibrationsstärke kann als ein Wert ausgedrückt werden, der der Ausgabespannung des Klopfsensors 300 entspricht. Die Erfassung der Stärke wird zwischen dem oberen Totpunkt und 90° (einem Kurbelwinkel von 90°) bei einem Arbeitstakt ausgeführt.
Bei S104 berechnet die Maschinen-ECU 200 einen Wert (integrierten Wert), der erhalten wird, indem die Ausgabespannungen (die Werte, die die Vibrationsstärken darstellen) des Klopfsensors 300 für je 5° (für 5°) Kurbelwinkel integriert werden. Der integrierte Wert wird berechnet, um dabei eine Vibrationswellenform der Maschine 100 zu erfassen.
Bei S106 berechnet die Maschinen-ECU 200 den größten integrierten Wert (Höchstwert P) unter den integrierten Werten der Vibrationswellenform der Maschine 100.
Bei S108 normalisiert die Maschinen-ECU 200 die Vibrationswellenform der Maschine 100. Hier bedeutet Normalisieren, die Vibrationsstärke als die dimensionslose Zahl in einem Bereich von 0 bis 1 auszudrücken, indem jeder integrierte Wert durch den berechneten Höchstwert P geteilt wird.
Bei S110 berechnet die Maschinen-ECU 200 den Korrelationskoeffizienten K. Bei 5112 berechnet die Maschinen-ECU 200 die Klopfstärke N.
Bei S114 bestimmt die Maschinen-ECU 200, ob der Korrelationskoeffizient K größer ist, als der Schwellenwert K(0), und ob die Klopfstärke N größer ist, als der Bestimmungswert V(KX). Wenn der Korrelationskoeffizient K größer ist, als der Schwellenwert K(0), und die Klopfstärke N größer ist, als der Bestimmungswert V(KX) (JA in S114), geht der Prozess zu S116 weiter. Andernfalls (NEIN in S114) geht der Prozess zu S120 weiter.
Bei S116 bestimmt die Maschinen-ECU 200, dass ein Klopfen in der Maschine 100 aufgetreten ist. Bei S118 zögert die Maschinen-ECU 200 den Zündzeitpunkt hinaus. Bei S120 bestimmt die Maschinen-ECU 200, dass kein Klopfen in der Maschine 100 aufgetreten ist. Bei S122 verlegt die Maschinen-ECU 200 den Zündzeitpunkt vor.
Bezug nehmend auf die 10 bis 12 wird eine Beschreibung einer Steuerungsstruktur eines Programms gegeben, dass durch die Maschinen-ECU 200 ausgeführt wird, welches die Klopfbestimmungsvorrichtung der Erfindung ist, um den Bestimmungswert V(KX) für jede vorbestimmte Anzahl an Zündzyklen zu korrigieren.
Bei S200 berechnet die Maschinen-ECU 200 den Stärkewert LOG(V) aus der Stärke V, die basierend auf dem von dem Klopfsensor 300 gesendeten Signal erfasst wird. Hier bezieht sich Stärke V auf den Höchstwert der Stärken für einen vorbestimmten Bereich eines Kurbelwinkels (Höchstwert der integrierten Werte je 5°).
Bei S202 berechnet die Maschinen-ECU 200 den Mittelwert V(50) und eine Standardabweichung σ der Stärkewerte LOG(V). Der Mittelwert V(50) und die Standardabweichung σ können jederzeit berechnet werden, wenn die Größenwerte LOG(V) bei N Zündzyklen (N ist eine natürliche Zahl, beispielsweise N = 200) extrahiert werden.
Bei S204 berechnet die Maschinen-ECU 200 das Klopfbestimmungsniveau V(KD) basierend auf dem Mittelwert V(50) und der Standardabweichung σ.
Bei S206 stellt die Maschinen-ECU 200 eine erste Obergrenze des Bestimmungswerts V(KX) auf das Produkt aus Standardabweichung σ und einem Faktor A (A ist beispielsweise 5) ein und stellt eine erste Untergrenze des Bestimmungswerts V(KX) auf das Produkt aus Standardabweichung σ und einem Faktor B (B < A, beispielsweise B = 2) ein. Eine von der ersten Obergrenze und der ersten Untergrenze kann eingestellt werden.
Bei S208 zählt die Maschinen-ECU 200 Stärkewerte LOG(V), die größer sind, als das Klopfbestimmungsniveau V(KD), um das Verhältnis oder den Anteil der gezählten Stärkewerte zu den gesamten Stärkewerten zu bestimmen und das bestimmte Verhältnis als Klopfanteil KC vorzusehen.
Bei S210 bestimmt die Maschinen-ECU 200 ob die Stärkewerte LOG(V) in N Zyklen seit der letzten Korrektur des Bestimmungswerts V(KX) berechnet wurden oder nicht. Im Falle, dass die Größenwerte LOG(V) in N Zyklen berechnet wurden (JA bei S210), geht der Prozess zu S212 weiter. Andernfalls (NEIN bei S210) geht der Prozess zu S200 zurück.
Bei S212 bestimmt die Maschinen-ECU 200 ob ein Klopfanteil KC größer ist, als der Schwellenwert KC(0) oder nicht. Bei dem Fall, bei dem der Klopfanteil KC größer ist, als der Schwellenwert KC(0) (JA in S212), geht der Prozess zu S214 weiter. Andernfalls (NEIN bei S212) geht der Prozess zu S116 weiter.
Bei S214 verringert die Maschinen-ECU 200 den Bestimmungswert V(KX) um einen vorbestimmten Korrekturbetrag. Bei S216 erhöht die Maschinen-ECU 200 den Bestimmungswert V(KX) um einen vorbestimmten Korrekturwert.
Bei S300 bestimmt die Maschinen-ECU 200 ob der korrigierte Bestimmungswert V(KX) kleiner ist, als zumindest eine von einer ersten Untergrenze und einer vorbestimmten konstanten zweiten Untergrenze, oder nicht.
Bei dem Fall, bei dem der Bestimmungswert V(KX) kleiner ist, als zumindest eine von der ersten Untergrenze und der zweiten Untergrenze (JA bei S300), geht der Prozess zu S302 weiter. Andernfalls (NEIN bei S300) wird der Prozess beendet.
Bei S302 stellt die Maschinen-ECU 200 den Bestimmungswert V(KX) auf den größeren Wert von der ersten Untergrenze und der zweiten Untergrenze ein. Anders gesagt wird der Bestimmungswert V(KX) so begrenzt, dass der Bestimmungswert innerhalb (nicht jenseits) der ersten Untergrenze und der zweiten Untergrenze ist.
Bei S304 bestimmt die Maschinen-ECU 200 ob der Bestimmungswert V(KX) in seiner korrigierten Form größer ist, als zumindest eine von der ersten Obergrenze und einer vorbestimmten konstanten zweiten Obergrenze oder nicht.
Bei dem Fall, bei dem der Bestimmungswert V(KX) größer ist, als zumindest eine von der ersten Obergrenze und der zweiten Obergrenze (JA bei S304), geht der Prozess S306 weiter. Andernfalls (NEIN bei S304) wird der Prozess beendet.
Bei S306 stellt die Maschinen-ECU 200 den Bestimmungswert V(KX) auf die kleinere von der ersten Obergrenze und der zweiten Obergrenze ein. Anders gesagt wird der Bestimmungswert V(KX) so begrenzt, dass der Bestimmungswert innerhalb, also nicht jenseits der ersten Obergrenze und der zweiten Obergrenze ist.
Eine Beschreibung eines Betriebs der Maschinen-ECU 200, welche die Klopfbestimmungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels ist, wird basierend auf dem Aufbau und den Flussdiagrammen gegeben, wie sie vorstehend beschrieben sind.
Während die Maschine 100 in Betrieb ist, wird die Maschinendrehzahl NE basierend auf dem von dem Kurbelpositionssensor 306 gesendeten Signal erfasst und die Einlassluftmenge KL wird basierend auf dem von dem Luftmengenmesser 314 gesendeten Signal erfasst (S100). Darüber hinaus wird basierend auf dem von dem Klopfsensor 300 gesendeten Signal die Vibrationsstärke der Maschine 100 erfasst (S102).
Zwischen dem oberen Totpunkt und 90° bei dem Arbeitstakt wird der integrierte Wert bei jeweils 5° berechnet (S104). Auf diese Art und Weise wird die vorstehend beschriebene Vibrationswellenform der Maschine 100 erfasst, wie sie in 4 gezeigt ist.
Da der integrierte Wert für je 5° zum Erfassen der Vibrationswellenform verwendet wird, kann die Vibrationswellenform erfasst werden, bei der empfindliche Schwankungen unterdrückt werden. Deshalb ist es einfach, die erfasste Vibrationswellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander zu vergleichen.
Der Höchstwert P der integrierten Werte wird berechnet (S106). Der integrierte Wert bei der Vibrationswellenform der Maschine 100 wird durch den berechneten Höchstwert P geteilt, um dadurch die Vibrationswellenform zu normalisieren (S108). Durch das Normalisieren werden die Vibrationsstärken der Vibrationswellenform als dimensionslose Zahl in einem Bereich von 0 bis 1 ausgedrückt. Auf diese Art und Weise können die erfasste Vibrationswellenform und das Klopfwellenformmodell ohne Rücksicht auf die Stärke der Vibration miteinander verglichen werden. Deshalb ist es nicht erforderlich, eine große Anzahl von den Vibrationsstärken entsprechenden Klopfwellenformmodellen zu speichern, um dadurch das Ausbilden des Klopfwellenformmodells zu erleichtern.
Der Zeitpunkt, bei dem die Vibrationsstärke bei der Vibrationswellenform nach der Normalisierung ein Maximalwert ist, und den Zeitpunkt, bei dem die Vibrationsstärke bei dem Klopfwellenformmodell ein Maximalwert ist, werden synchronisiert (siehe 6) und ein Absolutwert ΔS(I) der Abweichung der Vibrationswellenform nach der Normalisierung und des Klopfwellenformmodells von einander bei jedem Kurbelwinkel wird berechnet. Basierend auf dem Gesamtbetrag der berechneten ΔS(I), d. h., ΣΔS(I) und dem Wert S, der durch Integrieren der Vibrationsstärke in dem Klopfwellenformmodell über den Kurbelwinkel erhalten wird, wird der Korrelationskoeffizient K durch K = (S – ΣΔS(I))/S berechnet (S110). Auf diese Art und Weise wird der Übereinstimmungsgrad zwischen der erfassten Vibrationswellenform und dem Klopfwellenformmodell numerisch dargestellt, um den Grad objektiv zu bestimmen. Des Weiteren, indem die Vibrationswellenform und das Klopfwellenformmodell miteinander verglichen werden, kann aus dem Verhalten der Vibration, wie beispielsweise einem Abschwächungsverlauf der Vibration, analysiert werden, ob die Vibration eine Vibration bei der Zeit eines Klopfens ist oder nicht.
Des Weiteren wird die Klopfstärke N berechnet, indem der Höchstwert P durch BGL geteilt wird (S112). Dadurch kann basierend auf der Vibrationsstärke detaillierter analysiert werden, ob eine Vibration der Maschine 100 aufgrund des Klopfens vorliegt oder nicht.
Wenn der Korrelationskoeffizient K größer ist, als ein vorbestimmter Wert, und die Klopfstärke N größer ist, als der vorbestimmte Bestimmungswert V(KX) (JA bei S114), wird bestimmt, dass ein Klopfen aufgetreten ist (S116) und der Zündzeitpunkt wird hinausgezögert (S118). Infolge dessen wird ein Auftreten des Klopfens unterdrückt. Wenn der Korrelationskoeffizient K nicht größer ist, als ein vorbestimmter Wert, und die Klopfstärke N nicht größer ist, als ein vorbestimmter Bestimmungswert (NEIN bei S114), wird bestimmt, dass ein Klopfen nicht aufgetreten ist (S122) und der Zündzeitpunkt wird vorverlegt (S122). Daher, indem die Klopfstärke N und der Bestimmungswert V(KX) miteinander verglichen werden, wird für jeden Zündzyklus bestimmt, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, und der Zündzeitpunkt wird hinausgezögert oder vorverlegt.
Aufgrund der Schwankung des Ausgabewerts und der Verschlechterung von beispielsweise dem Klopfsensor 300 könnte die erfasste Vibrationsstärke verschieden sein, selbst wenn die gleiche Vibration bei der Maschine 100 auftritt. In diesem Fall ist es erforderlich, den Bestimmungswert V(KX) zu korrigieren und zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, indem der Bestimmungswert V(KX) verwendet wird, der für die tatsächlich erfasste Stärke geeignet ist.
Folglich wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Stärkewert LOG(V) berechnet (S200). Ferner werden der Mittelwert V(50) und die Standardabweichung σ der Stärkewerte LOG(V) berechnet (S202). Basierend auf diesem Mittelwert V(50) und der Standardabweichung σ wird das Klopfbestimmungsniveau V(KD) berechnet (S204).
Zu dieser Zeit wird die erste Obergrenze des Bestimmungswerts V(KX) auf das Produkt aus Standardabweichung σ und Faktor A eingestellt und die erste Untergrenze des Bestimmungswerts V(KX) wird auf das Produkt aus Standardabweichung σ und Faktor B eingestellt (S206).
Die Stärkewerte LOG(V), die größer sind, als das Klopfbestimmungsniveau V(KD), werden gezählt, um das Verhältnis oder den Anteil der gezählten Werte an den gesamten Stärkewerten zu bestimmen, und um dadurch das Verhältnis als Klopfanteil KC vorzusehen (S208).
Wenn Stärkewerte LOG(V) für N Zyklen seit der letzten Korrektur des Bestimmungswerts V(KX) berechnet wurden (JA S210) und bei dem Fall, bei dem der Klopfanteil KC größer, als der Schwellenwert KC(0) ist (JA bei S212), wird der Bestimmungswert V(KX) so verringert, dass die Häufigkeit, bei der der Zündzeitpunkt gesteuert wird, um verzögert zu sein (S118), größer ist (S214). Bei dem Fall, bei dem der Klopfanteil KC kleiner ist, als der Schwellenwert KC(0) (NEIN bei S212), wird der Bestimmungswert V(KX) so erhöht, dass die Häufigkeit, bei der die Zündzeit gesteuert wird, um vorverlegt zu sein (5222), größer ist (S216). Auf diese Art und Weise kann der Bestimmungswert V(KX), der zum Bestimmen des Klopfens für einen Zündzyklus verwendet wird, passend korrigiert werden, und der Zündzeitpunkt kann geeignet gesteuert werden.
Wenn der Bestimmungswert V(KX) korrigiert wird, um kleiner zu sein, wenn der Bestimmungswert V(KX) nach einer Korrektur kleiner ist, als zumindest einer von der ersten Untergrenze und einer vorbestimmten konstanten zweiten Untergrenze (JA bei S300), wird der Bestimmungswert V(KX) auf den größeren Wert von der ersten Untergrenze und der zweiten Untergrenze eingestellt (S302).
In gleicher Weise, wenn der Bestimmungswert V(KX) korrigiert wird, um größer zu sein, wenn der Bestimmungswert V(KX) größer ist, als zumindest einer von der ersten Obergrenze und einer vorbestimmten konstanten zweiten Obergrenze (JA bei S304), wird der Bestimmungswert V(KX) auf den kleineren Wert von der ersten Obergrenze und der zweiten Obergrenze eingestellt (S306). Auf diese Art und Weise kann verhindert werden, dass der Bestimmungswert V(KX) zu klein oder zu groß ist.
Wie es bis jetzt beschrieben ist, bestimmt die Maschinen-ECU, die die Klopfbestimmungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels ist, basierend auf der Bestimmung, ob eine Klopfstärke N, die aus der Vibrationsstärke berechnet wird, die in der Maschine auftritt, größer ist, als der Bestimmungswert V(KX) oder nicht, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Der Bestimmungswert V(KX) wird basierend auf der Häufigkeitsverteilung der Stärkewerte LOG(V) korrigiert, die durch logarithmisches Konvertieren der Stärken V bestimmt werden. Ferner wird die erste Obergrenze des Bestimmungswerts V(KX) auf das Produkt aus Standardabweichung σ, die aus der Häufigkeitsverteilung berechnet wird, und Faktor A eingestellt. Die erste Untergrenze des Bestimmungswerts V(KX) wird auf das Produkt aus Standardabweichung σ und Faktor B eingestellt. Auf diese Art und Weise können die Obergrenze und die Untergrenze, die für die Vibrationsstärke geeignet sind, die tatsächlich in der Maschine auftritt, erhalten werden. Innerhalb des Bereichs, der durch die Obergrenze und die Untergrenze definiert wird, wird der Bestimmungswert V(KX) korrigiert. Deshalb kann unterdrückt werden, dass der Bestimmungswert V(KX) in Bezug auf die Vibrationsstärke, die in der Maschine auftritt, zu groß oder zu klein ist. Infolge dessen kann eine Verschlechterung der Bestimmungsgenauigkeit, ob Klopfen aufgetreten ist oder nicht, unterdrückt werden.
Obwohl die Erfindung detailliert beschrieben und dargestellt wurde, ist es klar zu verstehen, dass dies nur beispielhaft und zum Zwecke der Darstellung ist, und nicht als eine Einschränkung erachtet werden sollte, wobei der Anwendungsbereich der Erfindung nur durch den Wortlaut der beigefügten Ansprüche beschränkt ist.
Eine Maschinen-ECU führt ein Programm aus, dass die Schritte aufweist: Berechnen eines Stärkewerts LOG(V) durch logarithmisches Konvertieren einer in einer Maschine auftretenden Vibrationsstärke V (S200), Berechnen eines Mittelwerts V(50) und einer Standardabweichung σ der Stärkewerte LOG(V) (S202); und Einstellen einer ersten Obergrenze eines Bestimmungswerts V(KX), der mit einer Klopfstärke N zu vergleichen ist, um zu bestimmen, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, auf das Produkt aus Standardabweichung σ und einem Faktor A, und Einstellen einer ersten Untergrenze des Bestimmungswerts V(KX) auf das Produkt aus Standardabweichung σ und einem Faktor B (S206).

Claims

Vorrichtung zum Bestimmen des Klopfens einer Brennkraftmaschine mit: einem eine Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine (100) erfassenden Klopfsensor (300); und einer Arbeitseinheit (200), wobei die Arbeitseinheit (200) entsprechend der Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine (100) einen ersten Wert berechnet, die Arbeitseinheit (200) basierend auf einem Vergleichsergebnis zwischen dem ersten Wert und einem vorbestimmten zweiten Wert bestimmt, ob ein Klopfen bei der Brennkraftmaschine (100) aufgetreten ist oder nicht, die Arbeitseinheit (200) den zweiten Wert basierend auf Vibrationsstärken korrigiert, die in einer Vielzahl von Zündzyklen erfasst werden, die Arbeitseinheit (200) einen oberen Grenzwert und/oder einen unteren Grenzwert des zweiten Werts basierend auf den in der Vielzahl an Zündzyklen erfassten Vibrationsstärken einstellt, und die Arbeitseinheit (200) den zweiten Wert so begrenzt, dass der zweite Wert kleiner gleich dem oberen Grenzwert und/oder größer gleich dem unteren Grenzwert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Arbeitseinheit (200) zumindest den oberen Grenzwert und/oder den unteren Grenzwert des zweiten Werts basierend auf einer Standardabweichung der Vibrationsstärken einstellt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Arbeitseinheit (200) zumindest den oberen Grenzwert und/oder den unteren Grenzwert des zweiten Werts auf ein Produkt aus der Standardabweichung und einem vorbestimmtem Faktor einstellt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Arbeitseinheit (200) den zweiten Wert so begrenzt, dass der zweite Wert kleiner gleich dem oberen Grenzwert und/oder größer gleich dem unteren Grenzwert ist und kleiner gleich einem vorbestimmten konstanten oberen Grenzwert und/oder größer gleich einem vorbestimmten konstanten unteren Grenzwert ist.
Verfahren zum Bestimmen eines Klopfens einer Brennkraftmaschine mit den Schritten: Erfassen einer Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine (100); Berechnen eines ersten Werts gemäß der Vibrationsstärke der Brennkraftmaschine (100); auf einem Vergleichsergebnis zwischen dem ersten Wert und einem vorbestimmten zweiten Wert basierendes Bestimmen, ob ein Klopfen in der Brennkraftmaschine (100) aufgetreten ist oder nicht; Korrigieren des zweiten Werts basierend auf Vibrationsstärken, die in einer Vielzahl von Zündzyklen erfasst werden; Einstellen eines oberen Grenzwerts und/oder eines unteren Grenzwerts des zweiten Werts basierend auf den Vibrationsstärken, die in der Vielzahl von Zündzyklen erfasst werden; und Begrenzen des zweiten Werts, so dass der zweite Wert kleiner gleich dem oberen Grenzwert und/oder größer gleich dem unteren Grenzwert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Schritt des Einstellens des oberen Grenzwerts und/oder des unteren Grenzwerts des zweiten Werts den Schritt eines Einstellens des oberen Grenzwerts und/oder des unteren Grenzwerts des zweiten Werts basierend auf einer Standardabweichung der Vibrationsstärken aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der Schritt des Einstellens des oberen Grenzwerts und/oder des unteren Grenzwerts des zweiten Werts den Schritt eines Einstellens des oberen Grenzwerts und/oder des unteren Grenzwerts des zweiten Werts auf ein Produkt aus der Standardabweichung und einem vorbestimmtem Faktor aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Schritt des Begrenzens des zweiten Werts den Schritt eines Begrenzens des zweiten Werts umfasst, so dass der zweite Wert kleiner gleich dem oberen Grenzwert und/oder größer gleich dem unteren Grenzwert ist, die bei dem Schritt des Einstellens eingestellt werden, und kleiner gleich einem vorbestimmten konstanten oberen Grenzwert und/oder größer gleich einem vorbestimmten konstanten unteren Grenzwert ist.