根据现有技术，在内燃机(以下，称作发动机)上设置振动传感器， 根据该振动传感器的输出，来检测爆震的发生。
根据下述专利文献1的方法，振动传感器被设置于发动机的汽缸中。 对振动传感器的输出应用小波变换，算出振动频率特性。通过将振动频 率特性与预定值进行比较，来检测爆震等燃烧不良的情况。
参照图20，在(a)中，示出了被配置在发动机的汽缸中的振动传 感器的输出的一例。在区域101和102中，由于爆震的发生使得振动传 感器的输出发生变动。在区域103和104中，由于进排气门关闭时的噪 声(以下称为落位噪声)，振动传感器的输出发生变动。这样，在振动传 感器的输出中可能会包含落位噪声，有可能会将这种落位噪声误识别为 爆震的发生。
在(b)中，示出了通过利用上述专利文献那样的技术对(a)中所 示的振动传感器的输出应用小波变换而得到的信号的波形。在这里，通 过小波变换，从振动传感器的输出中提取与爆震对应的频率成分(4.5～ 9kHz)。像落位噪声这样的脉冲式信号会对宽频带造成影响。因此，如区 域105和106所示，落位噪声所造成的影响也出现在通过小波变换而得 到的信号中。因此，即使提取出与爆震对应的频率成分，还是有可能会 将像落位噪声这样的脉冲式噪声误识别为爆震。
为了避免这种误识别，考虑对振动传感器的输出设定用于检测爆震 的区间的方法。但是，当将检测区间设定得较宽时，可能会在该检测区 间中出现各种噪声的影响，另外，当将检测区间设定得较窄时，在爆震 发生的定时由于某些原因而产生偏差的情况下，有可能不能从该检测区 间检测到爆震。例如，在发动机内部蓄积了沉积物的情况下等，爆震发 生的定时有可能产生偏差。另外，在变更了压缩比的情况下，发动机汽 缸内的压力达到峰值的定时发生改变，因此爆震发生的定时有可能产生 偏差。
因此，需要一种装置，能够最适当地决定爆震可能发生的区间，更 准确地检测爆震。

根据该发明的一个方面，设置有输出与发动机的缸内压对应的信号 的缸内压传感器。从该缸内压传感器的输出信号中提取出第1信号和第2 信号。第1信号具有与发动机的爆震对应的频带。第2信号具有用于检 测缸内压的峰值的频带。基于第2信号，设定爆震检测区间。在爆震检 测区间检查第1信号，判断是否发生了爆震。
根据本发明，因为根据燃烧最适当地设定爆震检测区间，所以，可 以不受缸内压传感器的输出中所包含的其它噪声的影响，来检测爆震。
在该发明的一个实施方式中，如果在爆震检测区间，第1信号的峰 值超过了预定值，则判断为发生了爆震。这样，由于检测爆震的区间被 限定，所以可减轻将第1信号的峰值与预定值进行比较的运算负担。取 而代之，也可使用对第1信号进行了统计处理而得到的值来代替第1信 号的峰值。
根据该发明的一个实施方式，缸内压传感器的输出信号是表示发动 机的缸内压的微分值的信号。在对缸内压传感器的输出进行了积分而获 得的值中，有可能会产生漂移(drift)。由于该漂移，该积分值可能会 过冲(overshoot)。当过冲产生时，爆震的检测精度下降。通过根据缸 内压传感器的输出信号算出爆震检测区间，可防止由这种漂移引起的爆 震检测精度的下降。
根据该发明的一个实施方式，第2信号是当缸内压达到了峰值时产 生的脉冲信号所出现的频带的信号。脉冲信号表示缸内压的峰值的产生。 通过将第2信号与预定值进行比较，来检测该脉冲信号。将从检测到该 脉冲信号的时间开始跨越预定时间的时间区间设定为爆震检测区间。
根据该发明，通过使用脉冲信号，可检测出缸内压的峰值。通过针 对缸内压的峰值设定爆震检测区间，可设定对应于燃烧的最适合的爆震 检测区间。即使爆震发生的定时产生偏差，由于设定了最适合的爆震检 测区间，所以也能够更准确地检测爆震。
在该发明的其它实施方式中，第2信号是具有包含缸内压的频率成 分的频带的信号。基于第2信号，计算缸内压的2次微分信号。通过将 该2次微分信号与预定值进行比较，来检测缸内压的峰值的发生。将从 检测到缸内压的峰值的发生的时间开始跨越预定时间的时间区间设定为 爆震检测区间。
根据该发明，可以根据缸内压的2次微分值来检测缸内压的峰值。 通过针对缸内压的峰值来设定爆震检测区间，能够设定对应于燃烧的最 适合的爆震检测区间。即使爆震发生的定时产生偏差，由于设定了最适 合的爆震检测区间，所以也能够更准确地检测爆震。
在该发明的一个实施方式中，判断对发动机所检测出的曲柄角信号 是否在预定范围内。如果该曲柄角信号在该预定范围内，则缸内压的峰 值的检测被允许。如果该曲柄角信号不在该预定范围内，则缸内压的峰 值的检测被禁止。
根据该发明，基于曲柄角信号，限定第2信号的范围，该第2信号 成为检测缸内压的峰值的处理的对象，所以，可以避免响应第2信号中 包含的某些噪声而使得错误地设定了爆震检测区间的情况。在计算2次 微分信号的实施方式中，如果曲柄角信号在预定范围内，则允许缸内压 的峰值的检测。如果该曲柄角信号不在该预定范围内，则禁止该缸内压 的峰值的检测。

图1是概略表示基于本发明的一个实施例的发动机及其控制装置的 图。
图2是表示基于本发明的一个实施例的缸内压传感器的安装的图。
图3是表示基于本发明的一个实施例的缸内压变化信号以及缸内压 信号的图。
图4是表示基于本发明的一个实施例的爆震检测装置的框图。
图5是表示基于本发明的一个实施例的小波变换器的框图。
图6(a)是表示基于本发明的一个实施例的高频子带滤波器，图6 (b)是表示基于本发明的一个实施例的低频子带滤波器的结构的图。
图7是表示基于本发明的其它实施例的小波变换器的框图。
图8是用于说明基于本发明的一个实施例的判定爆震的方法的图。
图9是基于本发明的第1实施例的爆震检测区间设定装置的框图以 及用于说明设定爆震检测区间的方法的图。
图10是基于本发明的第2实施例的爆震检测区间设定装置的框图以 及用于说明设定爆震检测区间的方法的图。
图11是表示信号的2次微分值的图。
图12是基于本发明的第3实施例的爆震检测区间设定装置的框图以 及用于说明设定爆震检测区间的方法的图。
图13是基于本发明的第4实施例的爆震检测区间设定装置的框图以 及用于说明设定爆震检测区间的方法的图。
图14是基于本发明的一个实施例的小波变换处理的流程图。
图15是基于本发明的一个实施例的小波变换处理的流程图。
图16是基于本发明的一个实施例的检测缸内压的峰值的处理的流 程图。
图17是基于本发明的一个实施例的设定爆震检测区间的处理的流 程图。
图18是基于本发明的一个实施例的计算爆震水平的处理的流程图。
图19是基于本发明的一个实施例的判定爆震的处理的流程图。
图20(a)是表示基于现有技术的振动传感器的输出信号，图20(b) 是表示通过对该输出信号应用小波变换而得到的信号的图。
符号说明
1：ECU；2：发动机；8：燃烧室；15：缸内压传感器；17：曲柄角 传感器。

下面，参照附图说明本发明的实施方式。图1是基于本发明的实施 方式的发动机及其控制装置的整体结构图。
电子控制单元(以下称为“ECU”)1是具有中央运算处理装置(CPU) 1b的计算机。ECU 1具有存储器1c，该存储器1c具有存储用于实现车辆 的各种控制的计算机程序以及执行该程序所需要的控制图(map)的读取 专用存储器(ROM)，和提供用于CPU 1b的运算的工作区域、暂时存储程 序以及数据的随机存取存储器(RAM)。而且，ECU 1具有接收由车辆的各 部发送的数据的输入接口1a，以及向车辆的各部发送控制信号的输出接 口1d。
发动机2在该实施例中是4循环(4-cycle)发动机。典型地，发动 机2具有多个汽缸，为了简化，在图中表示了其中的一个。发动机2通 过进气门3与进气管4连接，通过排气门5与排气管6连接。根据来自 ECU 1的控制信号而喷射燃料的燃料喷射阀7被设置于进气管4上。
发动机2将从进气管4吸入的空气和从燃料喷射阀7喷射的燃料的 混合气吸入到燃烧室8中。在燃烧室8中设置有火花塞9，其根据来自 ECU 1的点火正时信号而点燃火花。依靠由火花塞9发出的火花，混合气 燃烧。由于燃烧，混合气的体积增大，从而向下方推动活塞10。活塞10 的往复运动被转换为曲轴11的旋转运动。
缸内压传感器15是例如由压电元件构成的传感器，被埋入到火花塞 9的与发动机汽缸接触的部分中。缸内压传感器15输出表示燃烧室8内 的压力(缸内压)的变化的信号dP，并将其发送给ECU 1。
在发动机2中设置有曲柄角传感器17。随着曲轴11的旋转，曲柄 角传感器17将作为脉冲信号的CRK信号和TDC信号输出给ECU 1。
CRK信号是在预定的曲柄角处所输出的脉冲信号。ECU 1根据该CRK 信号，算出发动机2的转速NE。TDC信号是在与活塞10的TDC位置相关 联的曲柄角处所输出的脉冲信号。
在发动机2的进气管4中设置有节气门18。节气门18的开度由来自 ECU 1的控制信号所控制。与节气门18连接的节气门开度传感器(θTH) 19将与节气门18的开度对应的电信号提供给ECU 1。
进气管压力(Pb)传感器20被设置于节气门18的下游侧。由Pb传 感器20所检测出的进气管压力Pb被发送给ECU 1。
在节气门18的上游侧，设置有空气流量计(AFM)16。空气流量计 16检测通过节气门18的空气量，将其发送给ECU 1。
向ECU 1发送的信号被传递给输入接口1a，进行模拟—数字转换。 CPU 1b可以根据存储在存储器1c中的程序，对转换后的数字信号进行处 理，制作用于发送给车辆的致动器(actuator)的控制信号。输出接口 1d将这些控制信号发送给燃料喷射阀7、火花塞9、节气门18以及其它 的机械元件的致动器。另外，CPU 1b可以使用该转换后的数字信号，依 照存储在存储器1c中的程序，检测发动机的爆震。
图2是表示缸内压传感器15的安装的一例的图。在汽缸盖21的螺 孔22中拧进火花塞9。在汽缸盖21的火花塞的安装接合面23与火花塞 垫圈部24之间，一起夹入有缸内压传感器的传感器元件部25和垫圈26。 传感器元件部25由压电元件构成。
因为传感器元件部25作为火花塞9的垫圈而被紧固，所以在该传感 器元件部25上，被给予预定的紧固载荷。如果燃烧室8内的压力发生变 化，则施加给该传感器元件部25的负荷发生变化。缸内压传感器15将 针对该预定的紧固载荷的载荷的变化，作为缸内压的变化来进行检测。
参照图3，在(a)中，示出了在如下条件下进行的仿真中得到的缸 内压传感器的输出，即，表示缸内压的变化的信号dP(以下称作缸内压 变化信号)。
<仿真条件>
·对缸内压传感器的输出进行抽样的频率Fs：36kHz
·奈奎斯特频率(Nyquist frequency)Fn：18kHz
·发动机转速NE：1500rpm
·发动机的负荷：低
如公式(1)所示，可通过对缸内压变化信号dP进行积分，来算出 表示缸内压的信号P(以下称作缸内压信号)。
P＝∫dP(1)
在该图(b)中，示出了通过按照公式(1)对(a)的缸内压变化信 号dP进行积分而得到的缸内压信号P。在该仿真中，在时间t1的附近发 生了爆震。可以知道，当爆震发生时，在缸内压变化信号dP以及缸内压 信号P中包含了表示爆震的信号(以下称作爆震信号)。在区域31以及 32中，示出了含有这种爆震信号的波形。
缸内压具有依赖于发动机转速的频率成分。具体地说，缸内压的频 带覆盖从0直至发动机转速的k次的频率(k大于等于2)的范围。因为 发动机转速越高，发动机的1个周期的时间变得越短，所以缸内压的频 带变得越高。
本发明人确定了在发动机的转速为1500rpm的上述仿真中，缸内压 具有从0到约150Hz的频带。另外，本发明人对于其它的各种发动机转 速也进行了同样的仿真，确定了对于可能的发动机转速，缸内压具有小 于约1kHz的频带。
另一方面，爆震具有依赖于发动机的缸径以及冲程等的特定的频率 成分，发生在缸内压的峰值前后。在上述的仿真中所使用的发动机中， 确定了爆震具有大约8kHz的频率。在针对其它的发动机的计算结果中， 也了解到爆震具有大于等于6kHz的频带。
这样，缸内压的频带比爆震的频带低很多。因此，可以通过对缸内 压变化信号进行频率分析，从缸内压变化信号中提取出爆震信号。
如公式(2)以及(3)所示，因为正弦波(sinθ)以及余弦波(cosθ) 的频率成分不因积分运算而发生变化，所以缸内压变化信号dP具有与缸内 压信号P相同的频率成分。
∫(sinθ)＝cosθ(2)
∫(cosθ)＝sinθ(3)
因此，频率分析对象也可以是缸内压信号P。但是，通过积分运算， 可能会在缸内压信号P中包含漂移。可能会因为这种漂移，而在算出的 缸内压信号P中产生过冲。因此，优选对缸内压变化信号dP进行频率分 析。
图4是基于本发明的一个实施方式的爆震检测装置的框图。典型地， 各模块的功能通过执行被存储在ECU 1(图1)的存储器1c中的程序来实 现。取而代之，也可以通过硬件来实现这些功能。
抽样装置41以预定的频率对缸内压传感器15(图1)的输出进行抽 样，获得缸内压变化信号dP的样本。
小波变换器42使用离散小波变换来进行频率分析。具体地说，小波 变换器42从抽样装置41接收缸内压变化信号dP的样本。小波变换器42 对该缸内压变化信号dP的样本应用离散小波转换，提取出具有与爆震对 应的频带的第1信号Pw1和具有用于检测缸内压的峰值的频带的第2信 号Pw2。
作为频率分析的方法，考虑FFT(快速傅立叶变换)，但用FFT不能 递归地进行频率分析。另外还有通过窗口傅立叶变换等将时间划分得很 细的FFT来进行频率分析的方法。但是，因为这种方法具有当将时间分 辨率变细时频率分辨率变粗的特性，所以不适用于递归频率分析。
因此，如在该实施方式中所示，优选使用离散小波转换。根据离散 小波转换，能高效地进行递归频率分析。取而代之，也可使用进行递归 频率分析的其它合适的技术。
爆震门限计算装置43基于第2信号Pw2，在每个燃烧周期检测缸内 压的峰值。爆震门限计算装置43还根据该检测出的缸内压的峰值，设定 检测爆震的区间(以下称作爆震检测区间)。图中所示的门限信号F_GATE 是表示爆震检测区间的信号。关于爆震门限计算装置43，有几个实施例， 将在后面详细叙述。
爆震水平计算装置44在爆震检测区间内检查第1信号Pw1，求出第 1信号Pw1的峰值Kmax。爆震判定装置45通过比较该第1信号Pw1的峰 值Kmax和预定值，判定是否发生了爆震。
取而代之，也可以代替第1信号Pw1的峰值Kmax，使用对该第1信 号Pw1进行了统计处理得到的值，例如平均值以及累计值。此时，爆震 判定装置45通过将该统计处理后的值和预定值进行比较，判定是否发生 了爆震。通过使用统计处理值，可降低由噪声引起的误判定。
这样，由于通过爆震门限计算装置43，根据缸内压的峰值针对每个 燃烧周期来决定爆震检测区间，所以爆震检测区间被设定为与该燃烧周 期的燃烧对应的最适当的区间。因此，即使爆震发生的定时产生偏差， 也能更准确地检测爆震。
通常，落位噪声在进排气门关闭的时刻发生。另一方面，爆震在缸 内压的峰值的前后发生。因为落位噪声和爆震发生的时刻不同，所以如 果根据燃烧最适当地设定爆震检测区间，则不存在在该爆震检测区间包 含落位噪声的可能性。因此，能够避免将落位噪声误判定为爆震。
图5是表示小波变换器42的详细框图。小波变换器42的级数(也 叫次数)为5，在各个级设置有高频子带滤波器以及低频子带滤波器。
需要注意一点：小波变换器的级数是根据对缸内压传感器的输出进 行抽样的频率Fs而设定的。这是因为缸内压变化信号dP的抽样频率Fs 被各级的高频子带滤波器以及低频子带滤波器所分割。如前所述，第1 信号Pw1具有与爆震对应的频带，第2信号Pw2具有用于检测缸内压的 峰值的频带。因此，需要注意一点：小波变换器构成为被设定了为了提 取这些频带所需要的级数。在图中，将抽样频率Fs为36kHz的情况作为 示例进行了表示。
另外，小波变换器42的级数还取决于后述的爆震门限计算装置43 是按照哪个实施例被实现的。这是因为，用于检测缸内压的峰值的频带 因爆震门限计算装置43是按照哪个实施例被实现的而不同。图5表示使 用基于第1和第2实施例的爆震门限计算装置43的情况下的小波变换器 42。
小波变换器42接收通过抽样装置41得到的缸内压变化信号的样本 dP(n)。n表示抽样时刻，利用频率Fs得到缸内压变化信号的样本。
第1高频子带滤波器按照公式(4)生成输出信号PH1。公式中向下的 箭头表示下抽样。利用频率(Fs/2)生成输出信号PH1。
PH1(n)＝{(dP(n)-dP(n-1))/2}↓(4)
如果利用框图表示由第1高频子带滤波器执行的公式(4)，则可如 图6(a)所示来表示。通过差分器52计算缸内压变化信号的本次值dP(n) 与通过延迟元件51延迟后的信号，即缸内压变化信号的前次值dP(n-1) 的差量。差分器52的输出被放大器53乘以(1/2)。来自放大器53的输 出被下抽样电路54进行下抽样。取而代之，被放大器53乘以的值也可 使用其它的值。
在该例中，因为抽样频率Fs是36kHz，所以通过下抽样，第1高频 子带滤波器的输出信号PH1的频率Fs1是18kHz，奈奎斯特频率Fn1变为 9kHz。在0～18kHz的频带中，第1高频子带滤波器输出高侧的频带的信 号，即9～18kHz的信号。
第2～第5高频子带滤波器也具有与第1高频子带滤波器同样的结 构和功能。即，各个高频子带滤波器输出具有输入信号的频率的一半频 率的信号。输出信号具有将输入信号的频带分成两半后的高侧的频带。
第1低频子带滤波器按照公式(5)生成输出信号PL1。公式中的向 下的箭头表示下抽样。利用频率(Fs/2)生成输出信号PL1。
PL1(n)＝{(dP(n)+dP(n-1))/2}↓(5)
如果利用框图表示由第1低频子带滤波器执行的公式(5)，则可如 图6(b)所示来表示。通过加法器57算出缸内压变化信号的本次值dP(n) 与通过延迟元件56延迟后的信号，即缸内压变化信号的前次值dP(n-1) 的和。加法器57的输出被放大器58乘以(1/2)。来自放大器58的输出 被下抽样电路59进行下抽样。取而代之，被放大器58乘以的值也可以 使用其它的值。
在该例中，因为抽样频率Fs是36kHz，所以通过下抽样，第1低频 子带滤波器的输出信号PL1的频率Fs1是18kHz，奈奎斯特频率Fn1变为 9kHz。在0～18kHz的频带中，第1低频子带滤波器输出低侧的频带的信 号，即0～9kHz的信号。
第2～第5低频子带滤波器也具有与第1低频子带滤波器同样的结 构和功能。即，各低频子带滤波器输出具有输入信号的频率的一半的频 率的信号。输出信号具有将输入信号的频带分成两半时的低侧的频带。
如前所述，爆震信号依赖于发动机而出现在特定的频带上。在上述 的仿真中，爆震信号的频率大约是8kHz。8kHz的频率被包含于第2高频 子带滤波器的输出信号的频带(4.5～9kHz)中。因此，能够从第2高频 子带滤波器的输出信号PH2中提取出爆震信号。第2高频子带滤波器的输 出信号PH2作为第1信号Pw1被使用。
另外，如前所述，缸内压具有依赖于发动机转速的频率成分。在发 动机转速为1500rpm的上述的仿真中，缸内压的频带为0～约150Hz，其 被包含于第5低频子带滤波器的输出信号PL5的频带(0～600Hz)中。因 此，将第5低频子带滤波器的输出信号PL5的频带作为不包含爆震信号的 缸内压信号的频带来处理。
取而代之，因为在发动机转速为1500rpm的情况下，缸内压的频带 为0～约150Hz，所以也可以设置第6低频子带滤波器，将该第6低频子 带滤波器的输出信号用于提取缸内压信号。但是，如果考虑到高频噪声， 则优选使用0～600Hz左右的宽频带。另外，如果设置第6低频子带滤波 器，则小波变换的级数增加，所以计算负担增大。另外，随着发动机转 速变高，缸内压的频带也变高，而0～600Hz的频带，即使发动机转速变 高(例如，大约6000rpm)，也能用于提取缸内压信号。因此，在该实施 方式中，将第5低频子带滤波器的输出信号PL5的频带(0～约600Hz)作 为缸内压的频带来处理。
第2信号Pw2是用于检测缸内压的峰值的信号。在基于后述的第1 和第2实施例的爆震门限计算装置43中，使用缸内压达到峰值时所产生 的脉冲信号，检测缸内压的峰值。该脉冲信号可以从第5高频子带滤波 器的输出信号PH5中提取(理由后述)。因此，第5高频子带滤波器的输出 信号PH5被作为第2信号Pw2使用。
图7表示在使用基于后述的第3和第4实施例的爆震门限计算装置 43的情况下的小波变换器42的框图。图7所示的小波变换器42与图5 所示的小波变换器42仅级数不同，而高频子带滤波器以及低频子带滤波 器的结构和功能相同。将第2高频子带滤波器的输出信号PH2作为第1信 号Pw1来使用这一点也相同。在该实施例中，因为缸内压变化信号dP的 抽样频率Fs为36kHz，所以使用4级，但如前所述，需要注意的一点是 级数要根据该抽样频率而改变。
基于第3和第4实施例的爆震门限计算装置43根据缸内压的2次微 分信号，算出缸内压的峰值。缸内压的2次微分信号可以根据第4低频 子带滤波器的输出信号PL4算出(理由后述)。因此，将第4低频子带滤波 器的输出信号PL4作为第2信号Pw2来使用。
下面，参照图8，更详细地对爆震水平计算装置44以及爆震水平判 定装置45的动作进行说明。
从爆震门限计算装置43输出的门限信号F_GATE是表示爆震检测区 间的信号。在时间t1～t2中，门限信号F_GATE被维持在高电平，该区 间是爆震检测区间。
爆震水平计算装置44如公式(6)所示，每次在爆震检测区间得到 了第1信号Pw1，就算出该第1信号Pw1的绝对值Pw1_abs。公式中的ABS 表示求绝对值的函数。而且，爆震水平计算装置44如公式(7)所示， 求出爆震检测区间内的第1信号的绝对值Pw1_abs的峰值Kmax。在图中 表示了这样算出的绝对值Pw1_abs以及峰值Kmax。
$\mathrm{Pw}1\_\mathrm{abs}\Leftarrow \mathrm{ABS}\left(\mathrm{Pw}1\right)---\left(6\right)$

爆震判定装置45将峰值Kmax与预定值SHknock进行比较。如果峰 值Kmax大于等于预定值SHknock，则表示在缸内压传感器的输出中包含 爆震信号。爆震判定装置45如公式(8)所示，如果峰值Kmax大于等于 预定值SHknock，则判定为发生了爆震。如果峰值Kmax小于预定值 SHknock，则判定为未发生爆震。
Kmax≥SHknock：发生爆震
Kmax＜SHknock：未发生爆震(8)
在图中所示的例中，在时间t1～t2中，检测到具有大于等于预定值 SHknock的值的峰值Kmax，因此爆震判定装置45判定为发生了爆震。
如前所述，也可以取代峰值Kmax，而使用对第1信号的绝对值进行 了统计处理后的值，例如平均值和积分值。用于计算该平均值Kabe的公 式(9)和用于计算该积分值Kint的公式(10)表示如下。n表示在1个 燃烧周期中的爆震检测区间第1信号被抽样的次数。在该情况下，如果 该平均值Kabe或积分值Kint比预定值SHknock小，则判定为未发生爆 震。
$\mathrm{Kabe}=\frac{\mathrm{Pw}1\_\mathrm{abs}\left(1\right)+······+\mathrm{Pw}1+\mathrm{abs}(n-1)+\mathrm{Pw}1\_\mathrm{abs}\left(n\right)}{n}--\left(9\right)$
$\mathrm{Kint}=\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}(\mathrm{Pw}1\_\mathrm{abs}\left(k\right))---\left(10\right)$
下面，在参照几个实施例的同时说明爆震门限计算装置43。
爆震门限计算装置的第1实施例
参照图9，在(a)中，表示了基于第1实施例的爆震门限计算装置 43的框图。缸内压峰值检测装置61将小波变换器42的第5高频子带滤 波器的输出信号作为第2信号Pw2进行接收。第2信号Pw2的频带如图5 所示，为0.6～1.2kHz。根据第2信号Pw2检测缸内压的峰值。
阐述根据具有这种频带的信号Pw2来检测缸内压的峰值的理由。缸 内压的峰值，因为其变化急剧，所以包含宽范围的频率成分。为了消除 爆震以及缸内压信号产生的影响，优选选择与爆震的频带以及缸内压信 号的频带不同的频带来检测缸内压峰值。
在该实施例中，具体地说，爆震的频率约为8kHz，但有可能爆震的 2次以上的频率成分也包含在缸内压变化信号中。因此，优选不选择大于 等于8kHz的频带。选择比爆震的频带低、而且与缸内压的频带(0～600Hz) 不同的频带。这样，在该实施例中，选择第5高频子带滤波器的输出信 号PH5的频带600Hz～1.2kHz，将该输出信号PH5作为第2信号Pw2来使用。
取而代之，因为第4高频子带滤波器的输出信号PH4以及第4低频子 带滤波器的输出信号PL4具有比爆震的频带低、而且与缸内压的频带不同 的频带，所以也可以将这些信号作为第2信号Pw2来使用。
缸内压峰值检测装置61如公式(11)所示，每当得到了第2信号 Pw2，就将该第2信号Pw2与预定值SHpmax进行比较。如果得到了具有 大于等于该预定值SHpmax的值的第2信号Pw2，则判断为检测到了缸内 压的峰值，在峰值标记F_Pmax上设置值1。如果没有出现具有大于等于 该预定值SHpmax的值的第2信号Pw2，则峰值标记F_Pmax仍被保持在设 置成0的状态。
Pw2≥SHPmaxF_Pmax＝1
Pw2＜SHPmaxF_Pmax＝0(11)
爆震检测区间设定装置62根据峰值标记F_Pmax被设置为值1的情 况，将门限信号F_GATE设为值1，开始预定期间Cgate的计测。在该预 定期间Cgate内，门限信号F_GATE被维持为值1。门限信号F_GATE被维 持为值1的区间是爆震检测区间。
参照图9(b)，具体说明基于第1实施例的爆震门限计算装置的动作 的一例。为了表示在哪个时刻发生了缸内压的峰值，在图中示出了缸内 压信号P，需要注意的一点是爆震门限计算装置43实际上并不使用缸内 压信号P。
可以知道对应于时间t1的缸内压的峰值，在第2信号Pw2中出现了 脉冲信号。因为在时间t1得到了具有大于等于预定值SHpmax的值的第2 信号Pw2，所以峰值标记F_Pmax被设定为值1。因为峰值标记F_Pmax被 设定为值1，所以在整个Cgate期间(时间t1～t2)，门限信号F_GATE 的值被设定为1。
这样，因为根据缸内压的峰值来设定爆震检测区间，所以能够避免 在该爆震检测区间内包含落位噪声，并且能够在各燃烧周期设定与燃烧 对应的爆震检测区间。即使爆震发生的定时产生偏差，因为适当地设定 了爆震检测区间，所以也能更准确地检测爆震。
爆震门限计算装置的第2实施例
如前所述，脉冲信号具有各种频率成分。落位噪声也是不连续地发 生的，因此，也有可能使这种脉冲信号产生。如果在第2信号Pw2中混 入了落位噪声，则响应于该落位噪声的脉冲信号，爆震检测区间可能会 被误设定。这使得检测爆震的精度降低。基于第2实施例的爆震门限计 算装置43避免了爆震检测区间被这样误设定的情况。
参照图10，在(a)中，表示了基于第2实施例的爆震门限计算装 置43的框图。与第1实施例的不同点在于信号通过许可装置71被设置 在缸内压峰值检测装置72的上游。信号通过许可装置71接收从曲柄角 传感器17(图1)输出的曲柄角CRK。信号通过许可装置71判断曲柄角CRK 是否在预定范围(Dpw2s～Dpw2e)内。如公式(12)所示，如果曲柄角 CRK在该预定范围内，则允许第2信号Pw2通过到缸内压峰值检测装置 72。即，第2信号Pw2的值被设置为Pw2_tp。如果曲柄角CRK不在该预 定范围内，则禁止第2信号Pw2通过缸内压峰值检测装置72。即，Pw2_tp 被设置为0。
CRK＞Dpw2s且CRK＜Dpw2ePw2_tp＝Pw2
CRK＜Dpw2s或CRK＞Dpw2ePw2_tp＝0(12)
上述的预定范围被设定成包含产生缸内压的峰值的曲柄角。典型地， 因为在活塞到达上止点(TDC)时得到缸内压的峰值，所以以上止点为基 准来进行设定(例如TDC前5度～TDC后10度)。
缸内压峰值检测装置72根据信号Pw2_tp，用与第1实施例相同的 方法来检测缸内压的峰值。即，如公式(13)所示，如果出现了具有大 于等于预定值SHpmax的值的信号Pw2_tp，则判断为检测到了缸内压的峰 值，将峰值标记F_Pmax设置为值1。如果没有出现具有大于等于该预定 值SHpmax的值的信号Pw2_tp，则将峰值标记F_Pmax保持在被设置为0 的状态。
Pw2_tp≥SHPmaxF_Pmax＝1
Pw2_tp＜SHPmaxF_Pmax＝0(13)
爆震检测区间设定装置73与第1实施例的爆震检测区间设定装置 62相同。即，对应于将峰值标记F_Pmax设定为值1，将门限信号F_GATE 设定为值1，开始预定期间Cgate的计测。在该预定期间Cgate内，门限 信号F_GATE被维持在值1。门限信号F_GATE被维持在值1的区间是爆震 检测区间。
参照图10(b)，具体说明基于第2实施例的爆震门限计算装置的动 作的一例。在信号Pw2_tp中，出现了信号通过许可装置71所允许的期 间的第2信号Pw2。因为在时间t1得到了具有大于等于预定值SHpmax的 值的信号Pw2_tp，所以峰值标记F_Pmax被设定为值1。因为峰值标记 F_Pmax被设定为值1，所以在整个Cgate期间(时间t1～t2)，门限信号 F_GATE的值被设定为1。
爆震门限计算装置的第3实施例
参照图11，在(a)中表示了信号的一例，在(b)中表示了对(a) 的信号进行了1次微分后的信号，在(c)中表示了对(b)的信号再次 进行了微分后的信号，即对(a)的信号进行了2次微分后的信号。这样， 通过对信号进行2次微分，能够得到该信号的边缘(信号的值的变化剧 烈的部分)被增强了的2次微分信号。在该实施例中，使用通过2次微 分来增强信号的边缘的方法，来求出缸内压的峰值。
参照图12，在(a)中表示了基于第3实施例的爆震门限计算装置 43的框图。微分器81将小波变换器42的第4低频子带滤波器的输出信 号PL4作为第2信号Pw2进行接收。该第2信号Pw2的频带如图7所示， 为0～1.2kHz。
如前所述，缸内压的频带是0～600Hz。根据第3实施例，可以将包 含该频带、而且与爆震的频带(在该例中，大于等于8kHz)不同的频带 的信号作为第2信号Pw2来使用。在该实施例中，选择0～1.2kHz的频 带，但取而代之，也可以使用0～600Hz的频带。但是，通过使用0～1.2kHz 的频带，能够如图7所示减少小波变换器42的级数。
根据第3实施例，要想提取第2信号，只要选择包含缸内压的频率 成分的频带即可，所以与选择仅能够提取脉冲信号的频带的第1以及第2 实施例相比，从频带选择的角度看，选择的自由度增大。
微分器81如公式(14)所示，对第2信号Pw2进行微分，算出Pw2’。 在该实施例中，因为第2信号Pw2是根据缸内压信号P的1次微分信号 即缸内压变化信号dP而生成的，所以信号Pw2’是缸内压信号P的2次 微分信号。
Pw2′＝d(Pw2)/dt(14)
缸内压峰值检测装置82将2次微分信号Pw2’与预定值Shpmax进 行比较。如公式(15)所示，如果出现了具有大于等于该预定值SHpmax 的值的2次微分信号Pw2’，则判断为检测到了缸内压的峰值，将峰值标 记F_Pmax设置为值1。如果没有出现具有大于等于该预定值SHpmax的值 的2次微分信号Pw2’，则保持峰值标记F_Pmax被设置为0的状态。
Pw2′≥SHpmaxF_Pmax＝1
Pw2′＜SHpmaxF_Pmax＝0(15)
爆震检测区间设定装置83与第1实施例的爆震检测区间设定装置 62相同。即，对应于峰值标记F_Pmax被设定为值1，将门限信号F_GATE 设定为值1，开始预定期间Cgate的计测。在该预定期间Cgate内，门限 信号F_GATE被维持在值1。门限信号F_GATE被维持在值1的区间是爆震 检测区间。
参照图12(b)，具体说明基于第3实施例的爆震门限计算装置的动 作的一例。为了表示缸内压的峰值在哪个时刻发生，在图中示出了缸内 压信号P，需要注意的一点是爆震门限计算装置43实际上并不使用缸内 压信号P。
可以知道对应于时间t1的缸内压的峰值，2次微分信号Pw2’急剧 变化。在时间t1，得到具有大于等于预定值HSpmax的值的2次微分信号 Pw2’，所以峰值标记F_Pmax被设定为值1。因为峰值标记F_Pmax被设 定为值1，所以在整个Cgate期间(时间t1～t2)，门限信号F_GATE的 值被设定为1。
这样，因为根据缸内压的峰值设定爆震检测区间，所以能够避免在 该爆震检测区间内包含落位噪声，并且能够在各燃烧周期设定与燃烧对 应的爆震检测区间。即使爆震发生的定时产生偏差，因为适当地设定了 爆震检测区间，所以也能更准确地检测爆震。
如上所述，频率分析的对象也可以不是缸内压变化信号dP，而是缸 内压信号P。在用小波变换器42对缸内压信号P进行频率分析时，微分 器81对由第4低频子带滤波器生成的信号进行2次微分，算出2次微分 信号Pw2’。
爆震门限计算装置的第4实施例
参照图13，在(a)中示出了基于第4实施例的爆震门限计算装置 43的框图。与第3实施例的不同点在于将信号通过许可装置92设置在微 分器91和缸内压峰值检测装置93之间。信号通过许可装置92与参照第 2实施例所说明的信号通过许可装置71同样地进行动作。
微分器91与第3实施例的微分器81相同，将来自小波变换器42的 第4低频子带滤波器的输出信号PL4作为第2信号Pw2进行接收，生成2 次微分信号Pw2’。
信号通过许可装置92接收从曲柄角传感器17(图1)输出的曲柄角 CRK。信号通过许可装置92判断曲柄角CRK是否在预定范围(Dpw2s～ Dpw2e)内。可以将预定范围设定成与第2实施例的信号通过许可装置71 的预定范围相同。
如公式(16)所示，如果曲柄角CRK在该预定范围内，则允许2次 微分信号Pw2’通过到缸内压峰值检测装置93。即，2次微分信号Pw2’ 的值被设置为Pw2’_tp。如果曲柄角CRK不在该预定范围内，则禁止2 次微分信号Pw2’通过缸内压峰值检测装置93。即，Pw2’_tp被设置为 0。
CRK＞Dpw2s且CRK＜Dpw2ePw2’_tp＝Pw2’
CRK＜Dpw2s或CRK＞Dpw2ePw2’_tp＝0      (16)
缸内压峰值检测装置93和爆震检测区间设定装置94与第3实施例 的缸内压峰值检测装置和爆震检测区间设定装置同样地进行动作。具体 地说，缸内压峰值检测装置93如公式(17)所示，每当得到信号Pw2’_tp， 就比较该信号Pw2’_tp和预定值SHpmax。如果得到了具有大于等于该预 定值SHpmax的值的信号Pw2’_tp，则判断为检测到了缸内压的峰值，将 峰值标记F_Pmax设置为值1。如果没有得到具有大于等于该预定值 SHpmax的值的信号Pw2’_tp，则保持峰值标记F_Pmax被设置为0的状 态。
Pw2′_tp≥SHPmaxF_Pmax＝1
Pw2′_tp＜SHPmaxF_Pmax＝0(17)
对应于峰值标记F_Pmax被设定为值1，爆震检测区间设定装置94 将门限信号F_GATE设置为值1，开始预定区间Cgate的计测。在该预定 期间Cgate内(t1～t2)，门限信号F_GATE被维持在值1。门限信号F_GATE 被维持在值1的区间是爆震检测区间。
参照图13的(b)，具体说明基于第4实施例的爆震门限计算装置的 动作的一例。在信号Pw2’_tp中，出现由信号通过许可装置92所允许 的期间的2次微分信号Pw2’。因为在时间t1得到了具有大于等于预定 值SHpmax的值的信号Pw2’_tp，所以峰值标记F_Pmax被设定为值1。 因为峰值标记F_Pmax被设定为值1，所以在整个Cgate期间(时间t1～ t2)，门限信号F_GATE的值被设定为1。
下面，参照图14～图19，示出检测爆震的处理的流程图。典型地， 该处理可通过图4所示的功能块来执行。爆震检测区间的设定根据由基 于上述第2实施例的爆震门限计算装置43所执行的处理来进行。因此， 小波变换处理根据由图5所示的小波变换器42所执行的处理来进行。但 是，如果是本领域的技术人员，则可以理解能够对该处理进行修正，以 便与基于第1、第3以及第4实施例的爆震门限计算装置43对应。
图14和图15是表示小波变换的处理的流程图。每次缸内压传感器 的输出被抽样，就执行该处理。
步骤S1～S5表示第1低频子带滤波器的处理。在步骤S1中，进行 用于接收缸内压传感器的输出信号的本次值dP(n)的替换处理。通过步 骤S1的处理，缸内压传感器的输出信号的本次值dP(n)被存储到P(n) 中，前次值被存储到P(n-1)中。
在步骤S2中，根据公式(5)，算出第1低频子带滤波器的输出PL1(n)。 在步骤S3～5中，进行下抽样。设定计数器Count，如果Count的值为0， 则增加Count的值(S5)，结束该处理。如果Count的值为1，则将Count 的值复位(S4)，将该滤波器的输出PL1(n)传递到小波的第2级。
步骤S6～S8表示第2低频子带滤波器的处理。在步骤S6中，使用 从第1级接收的值的本次值PL1(n)和前次值PL1(n-1)，用与公式(5)相 同的方法，生成第2低频子带滤波器的输出信号PL2(n)。在步骤S7中， 进行从第1级接收的值PL1的替换处理。在步骤S8的下抽样的处理中，实 际上进行与步骤S3～S5相同的处理，但为了简化而省略了。
步骤S9以及S10表示第2高频子带滤波器的处理。使用从第1级接 收的本次值PL1(n)和前次值PL1(n-1)，用与公式(4)相同的方法，生成 第2高频子带滤波器的输出信号，即第1信号Pw1(n)。在步骤S10中， 进行下抽样(和S3～S5相同)。
步骤S11～S13表示第3低频子带滤波器的处理。这与第2低频子带 滤波器的处理S6～S8同样地进行，因此省略说明。
进入图15，步骤S14～S16表示第4低频子带滤波器的处理。这与 第2低频子带滤波器的处理S6～S8同样地进行，因此省略说明。步骤 S17～S19表示第5低频子带滤波器的处理。这也与第2低频子带滤波器 的处理S6～S8同样地进行。这里生成第2信号Pw2。
图16表示检测缸内压的峰值的处理。每当在小波变换处理的步骤 S17中算出第2信号Pw2，就执行该处理。例如，在抽样频率Fs为36kHz 的情况下，因为第2信号Pw2利用1.2kHz的频率生成，所以该处理也利 用1.2kHz的频率来进行。如前所述，需要注意的一点是因为小波变换的 各级的输出信号的频率随着抽样频率Fs而变化，因此1.2kHz仅仅是一 例而已。
在步骤S31以及S32中，检查由曲柄角传感器检测出的当前的曲柄 角CRK是否在由Dpw2s和Dpw2e所规定的预定范围内。如果曲柄角CRK 不在该预定范围内，则将信号Pw2_tp设定为0(S33)。如果曲柄角CRK在 该预定范围内，则将信号Pw2_tp设定为在步骤S17算出的Pw2(S34)。
在步骤S35中，比较信号Pw2_tp和预定值SHpmax。如果信号Pw2_tp 大于等于预定值SHpmax，则表示检测到了缸内压的峰值，所以将峰值标 记F_Pmax设置为值1(S36)。如果Pw2_tp比预定值SHpmax小，则表示未 检测到缸内压的峰值，所以将峰值标记F_Pmax设置为0(S37)。
图17表示设定爆震检测区间的处理。在对缸内压传感器的输出进行 抽样的定时执行该处理。例如，在抽样频率Fs为36kHz的情况下，也利 用36kHz的频率来执行该处理。
在步骤S41中，检查用于计测爆震检测区间的持续时间的定时器的 值T，如果T为0则进入步骤S42，如果T不为0则进入步骤S44。
在步骤S42中，检查峰值标记F_Pmax的值。如果峰值标记F_Pmax 的值为1，则表示检测到了缸内压的峰值，所以将定时器的值T设定为预 定值Cgate(S43)。
步骤S44以及S45是更新定时器的值T的处理。在步骤S44中，定 时器的值T仅被递减1。在步骤S45中，如果定时器的值T没有达到0， 则将门限信号F_GATE的值维持在1(S46)。因此，爆震检测区间持续。
在步骤S45中，如果定时器的值T小于等于0，则表示已经经过了 预定时间Cgate。在步骤S47中，将定时器T的值复位为0，在步骤S48 中，将门限信号F_GATE的值设置为0。这样，爆震检测区间结束。
图18表示算出爆震水平的处理。每当在小波变换处理的步骤S9中 算出第1信号Pw1，就执行该处理。例如，在抽样频率Fs为36kHz的情 况下，因为第1信号Pw1利用9kHz的频率生成，所以该处理也利用9kHz 的频率来执行。如前所述，需要注意的一点是因为小波变换的各级的输 出信号的频率随着抽样频率Fs而变化，所以9kHz仅仅是一例而已。
在步骤S51中，检查门限信号F_GATE的值。如果门限信号F_GATE 的值为0，则表示是爆震检测区间外，所以结束该处理。如果门限信号 F_GATE的值为1，则表示是爆震检测区间。
在步骤S52中，对第1信号Pw1应用绝对值函数，算出第1信号的 绝对值Pw1_abs。
步骤S53和S54表示求出第1信号的绝对值Pw1_abs的峰值Kmax的 处理。Kmax的初始值被设定为0。在步骤S53中，如果绝对值Pw1_abs 比当前的峰值Kmax大，则用该绝对值Pw1_abs更新该峰值Kmax(S54)。 在步骤S53中，如果绝对值Pw1_abs小于等于当前的峰值Kmax，则不更 新该峰值Kmax，结束该处理。
图19表示判定爆震的处理。该处理在每1个燃烧周期被执行1次。
在步骤S61中，比较在步骤S54中算出的峰值Kmax和预定值 SHknock。如果峰值Kmax大于等于SHkmock，则判断为发生爆震，将爆震 标记F_Knock设置为值1(S62)。如果峰值Kmax比预定值SHknock小， 则判断为没有发生爆震，将爆震标记F_Knock设置为0(S63)。在步骤S64 中，为了针对下一燃烧周期的处理而将峰值Kmax复位为0。
本发明可适用于通用内燃机(例如，舷外发动机等)。
【专利文献1】特开2002-221074号公报