(57)【要約】【課題】ノック検出装置に関し、ノック検出精度を向上させる。【解決手段】カムローブ１８とこれに軸支されたローラー２０とを有するローラー付きカム構造の動弁機構１９を具備したエンジン１０に対し、エンジン１０の振動を検出する検出手段２５を備える。また、カム構造の従動部材１６との接点がローラー２０及びカムローブ１８の何れか一方から他方へと移動するクランク角範囲を記憶する記憶手段２を備える。さらに、検出手段２５で検出された振動の大きさに基づき、エンジン１０のノックの有無を判定する判定手段４を備える。  判定手段４は、ノックの判定を停止するための条件として、検出手段２５で検出された振動がクランク角範囲内で検出されたことを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフトの回転運動を従動部材の往復運動に変換するカムローブと、前記カムローブに軸支されたローラーとを有するローラー付きカム構造の動弁機構を具備したエンジンのノック検出装置であって、
前記エンジンの振動を検出する検出手段と、
前記従動部材との接点が前記ローラー及び前記カムローブの何れか一方から他方へと移動するクランク角範囲を記憶する記憶手段と、
前記検出手段で検出された前記振動の大きさに基づき、前記エンジンのノックの有無を判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段が、前記ノックの判定を停止するための条件として、前記検出手段で検出された前記振動が前記クランク角範囲内で検出されたことを判定する
ことを特徴とする、ノック検出装置。
【請求項２】
前記判定手段が、前記ノックの判定を停止するための条件として、前記検出手段で検出された前記振動が前記エンジンの燃焼サイクルに対応する周期で検出されたことを判定する
ことを特徴とする、請求項１記載のノック検出装置。
【請求項３】
前記検出手段で検出された前記振動に基づき、前記記憶手段に記憶される前記クランク角範囲を学習する学習手段を備えた
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のノック検出装置。
【請求項４】
前記学習手段が、前記検出手段で検出された前記振動のうち、前記エンジンの燃焼サイクルに対応する周期で検出された振動に基づき、前記クランク角範囲を学習する
ことを特徴とする、請求項３記載のノック検出装置。
【請求項５】
前記学習手段は、前記エンジンの負荷が所定負荷未満であるときに、前記クランク角範囲を学習する
ことを特徴とする、請求項３又は４記載のノック検出装置。
【請求項６】
前記学習手段は、前記エンジンの回転速度が所定速度未満であるときに、前記クランク角範囲を学習する
ことを特徴とする、請求項３〜５の何れか１項に記載のノック検出装置。
【請求項７】
前記動弁機構のバルブの開閉位相を制御する位相制御手段を備え、
前記判定手段が、前記位相制御手段で制御された前記開閉位相を考慮して前記ノックの有無を判定する
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載のノック検出装置。
【請求項８】
前記記憶手段は、前記従動部材との接点が前記ローラー及び前記カムローブの何れか一方から他方へと移動する際に生じる乗り換え振動の波形を記憶し、
前記判定手段は、前記検出手段で検出された前記振動の波形から、前記記憶手段に記憶された前記乗り換え振動の波形を差し引いた波形に基づき、前記ノックの有無を判定する
ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載のノック検出装置。
【請求項９】
前記判定手段は、前記エンジンの燃焼サイクルから燃焼中の気筒を判定するとともに、気筒毎に前記ノックの有無を判定する
ことを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載のノック検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動弁機構にローラー付きのカム構造を備えたエンジンにおいて、ノック（ノッキング）の発生を検出するノック検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン筒内におけるノックの発生を抑制しながらエンジンの運転状態を制御する技術が開発されている。例えば、火花点火式のエンジンでは、点火時期の進角方向，遅角方向への調節により、ノックが発生しない範囲内でエンジンの出力効率を向上させるノック制御が知られている。また、圧縮点火式のエンジンにおいても、ノックの有無に応じて燃料噴射のタイミングを制御することで、混合気の着火時期を適正化するノック制御が知られている。これらのノック制御では、ノックの度合いを把握するためのセンサーとしてノックセンサーが用いられる。
【０００３】
ノックセンサーは、おもに共振型と非共振型とに大別される。共振型のノックセンサーは、ノック発生時の共鳴振動モードに応じた周波数成分の振動を抽出する。一方、非共振型のノックセンサーは、ノックに伴う振動の加速度を出力する。何れの方式のノックセンサーにおいても、センサーに内蔵された圧電素子の変形量に基づいて、ノックに伴って発生する振動の大きさや加速度が取得される。
【０００４】
ところで近年、エンジンの動弁機構を構成するカム構造の一つとして、カムローブにローラーを軸支させたものが提案されている。すなわち、カムローブの先端部にローラーを回転自在に取り付けて、このローラーが従動部材（バルブタペットやロッカーアーム，スイングアーム等）に接触しながら回転するように設けたものである（例えば、特許文献１〜３参照）。このようなローラー付きカム構造を適用することで、接触箇所のフリクションを軽減することができ、動弁機構の性能を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2011-080372号公報
【特許文献２】特開2012-202355号公報
【特許文献３】特開2012-202356号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、動弁機構にローラー付きのカム構造を備えたエンジンにおけるノック制御では、カム構造の正常な作動によって生じる加速度変動とノック振動に伴う加速度変動との判別，切り分けが難しい場合があり、ノックの検出精度を向上させにくいという課題がある。
例えば、特許文献１の技術では、バルブタペットとの接触箇所がベースカムのバルブリフト部からローラー本体に乗り移るときに、バルブ加速度ピークが発生する。このような加速度変動がノックセンサーで検出されると、実際にはノックが発生していないにもかかわらず、ノックが発生したものと判断される可能性がある。この場合、ノックの判定精度が低下するだけでなく、この誤判定によってエンジンの制御性や燃費等が低下しうる。
【０００７】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、ローラー付きのカム構造を備えたエンジンにおいて、ノックの判定精度を向上させることができるようにしたノック検出装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）ここで開示するノック検出装置は、カムシャフトの回転運動を従動部材の往復運動に変換するカムローブと、前記カムローブに軸支されたローラーとを有するローラー付きカム構造の動弁機構を具備したエンジンのノック検出装置である。
前記ノック検出装置は、前記エンジンの振動を検出する検出手段と、前記従動部材との接点が前記ローラー及び前記カムローブの何れか一方から他方へと移動するクランク角範囲を記憶する記憶手段と、を備える。また、前記検出手段で検出された前記振動の大きさに基づき、前記エンジンのノックの有無を判定する判定手段を備える。さらに、前記判定手段は、前記ノックの判定を停止するための条件として、前記検出手段で検出された前記振動が前記クランク角範囲内で検出されたことを判定する。
【０００９】
例えば、前記検出手段で検出された前記振動が前記クランク角範囲内にある場合には、原則的にはその振動をノック判定対象から除外し、前記ノックの判定を停止することが好ましい。つまり、前記従動部材との接点が前記ローラー及び前記カムローブの何れか一方から他方へと移動する「乗り換え範囲」内に含まれる前記振動は、前記ノックの判定対象から除外することが好ましい。
【００１０】
ただしこれは、前記検出手段で検出された前記振動が前記クランク角範囲内にあった場合に、前記判定手段による前記ノックの判定が常に禁止されることを意味しない。一方、前記検出手段で検出された前記振動が前記クランク角範囲外にある場合には、前記振動の大きさに基づいてノックの有無を判定することが好ましい。
なお、ここでいう「従動部材」とは前記カムローブに押圧されて移動する部材であり、例えばバルブタペットやロッカー部材（ロッカーアーム，スイングアーム）等を含む。
【００１１】
（２）また、前記判定手段が、前記ノックの判定を停止するための条件として、前記検出手段で検出された前記振動が前記エンジンの燃焼サイクルに対応する周期で検出されたことを判定することが好ましい。例えば、前記検出手段で検出された前記振動が前記クランク角範囲内にあり、かつ、前記エンジンの燃焼サイクルに対応する周期で検出された場合に、前記ノックの判定を停止することが考えられる。
【００１２】
（３）また、前記検出手段で検出された前記振動に基づき、前記記憶手段に記憶される前記クランク角範囲を学習する学習手段を備えることが好ましい。つまり、前記記憶手段に記憶される前記クランク角範囲は、予め設定された固定範囲ではなく、修正変更可能な可変範囲とすることが好ましい。
【００１３】
（４）また、前記学習手段が、前記検出手段で検出された前記振動のうち、前記エンジンの燃焼サイクルに対応する周期で検出された振動に基づき、前記クランク角範囲を学習することが好ましい。
例えば、前記エンジンの燃焼サイクルに対応するクランクタイミングで周期的に振動が検出された場合には、その振動を「乗り換え振動」として学習することが好ましい。つまり、前記エンジンの燃焼サイクルに同期しない振動に関しては、学習対象から除外することが好ましい。
【００１４】
（５）また、前記学習手段は、前記エンジンの負荷が所定負荷未満であるときに、前記クランク角範囲を学習することが好ましい。例えば、前記エンジンの吸気流量，充填効率，アクセル開度等が既定値以下である場合に、前記クランク角範囲を学習することが好ましい。なお、前記エンジンの負荷が小さいほど、ノックが発生しにくくなる。
【００１５】
（６）また、前記学習手段は、前記エンジンの回転速度が所定速度未満であるときに、前記クランク角範囲を学習することが好ましい。例えば、前記エンジンのクランク軸の回転速度，カム軸の回転速度等が既定値以下である場合に、前記クランク角範囲を学習することが好ましい。なお、前記エンジンの回転速度が小さいほど、前記検出手段における前記振動の検出精度や、前記記憶手段に記憶される前記クランク角範囲の学習精度が向上する。
【００１６】
（７）また、前記動弁機構のバルブの開閉位相を制御する位相制御手段を備え、前記判定手段が、前記位相制御手段で制御された前記開閉位相を考慮して前記ノックの有無を判定することが好ましい。
【００１７】
（８）また、前記記憶手段は、前記従動部材との接点が前記ローラー及び前記カムローブの何れか一方から他方へと移動する際に生じる乗り換え振動の波形を記憶することが好ましい。この場合、前記判定手段は、前記検出手段で検出された前記振動の波形から、前記記憶手段に記憶された前記乗り換え振動の波形を差し引いた波形に基づき、前記ノックの有無を判定することが好ましい。
つまり、ある振動が乗り換え範囲内に含まれる場合に、その振動を完全に前記ノックの判定対象から除外するのではなく、乗り換え振動に相当する部分のみを前記ノックの判定対象から除外することが好ましい。
【００１８】
（９）また、前記判定手段は、前記エンジンの燃焼サイクルから燃焼中の気筒を判定するとともに、気筒毎に前記ノックの有無を判定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
開示のノック検出装置によれば、ローラー及びカムローブの乗り換えに伴う振動が発生するクランク角範囲を除外したノック判定により、ノックの誤検出を低減させることができる。これにより、ノックの判定精度を向上させることができ、延いてはエンジンの制御性や燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態に係るノック検出装置のブロック構成及びこのノック検出装置が適用されたエンジンの構成を例示する図である。
【図２】エンジンに装備された動弁機構を例示する図であり、（ａ）はローラー付きカム及びタペットの断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ方向矢視図（側面図）である。
【図３】エンジンにおけるカム構造の動弁特性を示すグラフであり、（ａ）はバルブリフト、（ｂ）はバルブ加速度を示す。
【図４】ノック検出装置でのノック判定に係るグラフであり、（ａ）は乗り換え振動パターン、（ｂ）はノックセンサーで検出された振動パターンを例示するものである。
【図５】エンジンの運転状態と学習領域との関係を例示するマップである。
【図６】ノック検出装置での制御手順を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
【００２２】
［１．装置構成］
本実施形態のノック検出装置は、図１に示す火花点火式のエンジン１０に適用される。ここでは、多気筒のエンジン１０に設けられた複数のシリンダーのうちの一つを示す。エンジン１０のシリンダーヘッドには、吸気ポート１１及び排気ポート１２が設けられ、各々のポート１１，１２におけるシリンダー側の開口端には吸気弁，排気弁が設けられる。以下、これらの吸気弁，排気弁を総称してバルブ１３と呼ぶ。また、吸気ポート１１の上流側には吸気通路２３（インマニ，吸気管等）が接続され、排気ポート１２の下流側には排気通路２４（エキマニ，排気管等）が接続される。
【００２３】
シリンダーの頂部には、点火プラグ１４がその先端をシリンダー側に突出させた状態で設けられる。また、吸気ポート１１内には、燃料を噴射するインジェクター１５が設けられる。点火プラグ１４による点火時期及びインジェクター１５から噴射される燃料量は、後述するエンジン制御装置１によって制御される。
【００２４】
シリンダーヘッドの上部には、各バルブ１３の動作を制御するDOHC（Double Over Head Camshaft）方式の動弁機構が設けられる。この動弁機構は、ローラー付きのカム構造を備えた動弁機構であり、図２（ａ），（ｂ）に示すように、中空円筒状のカムシャフト１７に固定されたカムローブ１８と、カムローブ１８に軸支されたローラー２０とを有する。なお、本実施形態のカム構造で駆動される従動部材は、バルブ１３の上端部に冠着されたタペット１６であるが、このタペット１６の代わりに、バルブ１３の上端部を上下方向に揺動させるロッカーアーム，スイングアーム等のアーム部材を用いた動弁機構としてもよい。
【００２５】
カムローブ１８は、カムシャフト１７の回転運動をタペット１６及びバルブ１３の往復運動に変換する板状部材である。カムローブ１８のプロファイルはほぼ卵形であり、円盤状のベース円部１８ａと、ベース円部１８ａの外縁を部分的に拡径方向へと膨出させてなるバルブリフト部１８ｂとを一体形成した形状を持つ。また、バルブリフト部１８ｂの先端側には、板厚方向の中間部分をベース円部１８ａ側に向かって欠成してなる欠成部が設けられ、その内部にローラー２０がシャフト２１を中心として回転可能に軸支される。なお、シャフト２１の回転軸C2（すなわち、ローラー２０の回転軸）は、カムシャフト１７の回転軸C1（すなわち、カムローブ１８の回転軸）と平行に配置される。
【００２６】
カムローブ１８をカムシャフト１７の回転軸C1方向に眺めたときにローラー２０が軸支される位置は、ローラー２０の輪郭がカムローブ１８の先端側の輪郭よりも外側に突出するように設定される。また、ベース円部１８ａの半径は、バルブ１３が閉鎖状態であるときのタペット１６の上面からカムシャフト１７の回転軸C1までの距離よりも僅かに小さく設定される。したがって、例えばバルブリフト部１８ｂが回転軸C1よりも上方に位置する状態では、ベース円部１８ａとタペット１６との間に隙間が形成され、タペット１６とカムローブ１８とが非接触とされる。
【００２７】
これにより、バルブ１３はスプリング２２の付勢力を受けて上方に押圧され、バルブ１３の閉鎖状態が維持される。一方、カムローブ１８が回転してバルブリフト部１８ｂとタペット１６とが接触し始めると、タペット１６が下方に押圧されて、バルブ１３が開放され始める。なお、本実施形態のカム構造によるバルブ１３の開閉動作の詳細に関しては後述する。
【００２８】
また、このエンジン１０の動弁機構には、吸排気系の各バルブ１３の開閉タイミングを個別に変化させるVVT（Variable Valve Timing）機能を持った可変動弁装置１９（位相制御手段）が付設される。可変動弁装置１９は、エンジン１０のクランク軸の回転位相に対するカムシャフト１７又はカムローブ１８の回転位相を変更する機能を持ち、すなわち、バルブ１３の開閉位相を制御する機能を持つ。
【００２９】
以下、基準となるカムシャフト１７の回転角から実際のカムシャフト１７の回転角がどの程度進角，遅角しているかを示す回転角変化量のことを、位相角θVVTと呼ぶ。この位相角θVVTは、バルブタイミングの制御量に対応するパラメーターである。可変動弁装置１９で制御される位相角θVVTの情報は、随時、エンジン制御装置１に伝達される。
【００３０】
図１に示すように、エンジン１０のシリンダーブロックの外表面には、エンジン１０の振動を検出するノックセンサー２５（検出手段）が取り付けられる。このノックセンサー２５は、例えば圧電素子の変形量に応じた電気信号を出力する非共振型の加速度センサーであり、シリンダーブロックの振動の加速度Kを検出する。ここで検出された加速度Kの情報は、エンジン制御装置１に伝達される。
【００３１】
また、エンジン１０の運転状態に対応した情報を取得するためのその他のセンサーとして、クランク角センサー２６，エアフローセンサー２７，アクセル開度センサー２８等が設けられる。クランク角センサー２６は、エンジン１０のクランク軸の角度（クランク角θ）及びその回転速度Neを取得するものであり、エアフローセンサー２７は、吸気通路２３を通過する吸気流量Qを検出するものである。また、アクセル開度センサー２８は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量をアクセル開度Aとして検出するものである。これらのクランク角θ，回転速度Ne，吸気流量Q，アクセル開度Aの各情報は、エンジン制御装置１に伝達される。なお、吸気流量Q及びアクセル開度Aの情報は、エンジン１０の負荷に対応するパラメーターとして取り扱われる。
【００３２】
［２．カム構造の動作］
図３（ａ），（ｂ）は、可変動弁装置１９での位相角θVVTがゼロの状態（標準的なバルブタイミングでバルブ１３を駆動している状態）における、カムシャフト１７の回転角に対するバルブ１３のバルブリフト量，加速度の関係を例示するグラフである。例えば、バルブリフト部１８ｂが回転軸C1の上方側から下方側へと移動する過程において、カムローブ１８とタペット１６とが最初に接触するのは、ベース円部１８ａとバルブリフト部１８ｂとの境界近傍である。
【００３３】
カムローブ１８とタペット１６とが接触すると、タペット１６がカムローブ１８のバルブリフト部１８ｂによって下方に押圧され、バルブリフト量が増加し始める。続いて、カムローブ１８が回転するに連れてタペット１６が下降し、バルブリフト量が増加する。これに伴い、バルブ１３の加速度が急激に上昇し、図３（ｂ）中に記号P1で示す加速度ピークが発生する。この加速度ピークP1のグラフ形状は、バルブリフト部１８ｂのプロファイル形状に応じた滑らかな曲線形状であって、例えばノックセンサー２５で検出可能な大きさの振動はほぼ発生しない。
【００３４】
カムローブ１８がさらに回転すると、バルブリフト部１８ｂ及びローラー２０の双方がタペット１６に接触した状態となり、図３中にP2で示す加速度ピークが発生する。この加速度ピークP2のグラフ形状は、ローラー２０とタペット１６との衝突に起因するやや不連続的な傾向を持った曲線形状であって、ノックセンサー２５で検出可能な大きさの振動を発生させうる。
【００３５】
続いて、バルブリフト部１８ｂがタペット１６の表面から離れ、ローラー２０のみがタペット１６に接触した状態となる。このとき、バルブ１３の加速度は負の値となり、バルブ１３の移動速度が徐々に減少する。また、ローラー２０との接触部分におけるタペット１６の法線がシャフト２１の回転軸C2を通る状態となるまでカムローブ１８が回転したときに、バルブ１３のバルブリフト量が最大となる。これ以降は、バルブリフト量が徐々に減少するとともに、上記の二つの加速度ピークP1，P2と同様の加速度ピークが逆の順序で発生することになる。
【００３６】
すなわち、バルブリフト部１８ｂ及びローラー２０の双方が再びタペット１６に接触したときには、図３中にP3で示す加速度ピークが発生する。この加速度ピークP3は、バルブリフト部１８ｂとタペット１６との衝突に起因するものであり、前述の加速度ピークP2と同様にノックセンサー２５で検出可能な大きさの振動を発生させうる。
【００３７】
その後、ローラー２０がタペット１６の表面から離れ、バルブリフト部１８ｂのみがタペット１６に接触した状態となる。このとき、バルブリフト部１８ｂのプロファイル形状に応じてバルブリフト量が減少し、これに伴う加速度ピークP4が生じる。また、バルブリフト量がゼロに漸近するに連れて、バルブ１３の加速度もゼロに向かって収束する。なお、加速度ピークP4は、加速度ピークP1と同様に滑らかな曲線を描いて変動する。したがってこのとき、ノックセンサー２５で検出可能な大きさの振動は、ほぼ発生しない。
【００３８】
なお、カムシャフト１７は複数気筒の複数バルブを駆動する複数のカムローブ１８を有するが、個々のカムローブ１８のバルブリフト部１８ｂとローラー２０の位置精度は厳密には異なる。このため、バルブリフト部１８ｂとローラー２０の位置精度により加速度ピークP1〜P4は個々の気筒毎，カムローブ１８毎に異なる。
【００３９】
［３．エンジン制御装置］
図１に示すように、本実施形態のエンジン１０には、エンジン制御装置１が設けられる。エンジン制御装置１は、例えばマイクロプロセッサやCPU，ROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。このエンジン制御装置１は、エンジン１０に関する点火系，燃料系，吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを総合的に制御する電子制御装置（ECU）であり、エンジン１０の各シリンダーに供給される空気量や燃料噴射量、各シリンダーの点火時期等を制御する。
【００４０】
本実施形態のエンジン制御装置１では、ノックの発生を抑制しながらエンジン１０の運転状態を制御するノック制御が実施される。このノック制御では、ノックセンサー２５で検出された加速度Kの情報に基づき、エンジン１０のノックに由来する周波数の振動が発生したか否かが判定され、すなわちノックの有無が判定される。このような判定は、エンジン１０の気筒毎に実施される。また、ノックが発生したと判定された場合には、その気筒の点火プラグ１４での点火時期が遅角方向に制御され、ノックが発生していないと判定された場合には、再びノックが発生しない程度まで点火時期が進角方向に制御される。このような制御により、過大なノックが発生しない点火時期範囲内で良好な出力効率を得ることのできる点火時期が設定される。
【００４１】
ところで、上記のエンジン１０は、ローラー付きのカム構造を備えた動弁機構を具備したエンジン１０であって、図３（ｂ）中に符号P2，P3に示すように、ノックセンサー２５で検出可能な大きさの振動が発生しうる。すなわち、タペット１６の接触対象となる部材がバルブリフト部１８ｂ及びローラー２０の何れか一方から他方へと乗り換えられる際にエンジン１０が僅かに振動し、この振動が誤ってノックによる振動であると判断される可能性がある。本実施形態のエンジン制御装置１は、このようなノックの誤判定を防止するためのノック制御及び学習制御を実施する。以下、タペット１６がバルブリフト部１８ｂ，ローラー２０と衝突する際に生じる振動のことを「乗り換え振動」と呼ぶ。
【００４２】
図１に示すように、エンジン制御装置１には、記憶部２，学習部３，ノック判定部４，点火時期制御部５が設けられる。これらの各要素に含まれる諸機能は、電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、ソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしてもよい。
【００４３】
記憶部２（記憶手段）は、乗り換え振動に関する情報を記憶するものであり、クランク角範囲記憶部２ａと振動波形記憶部２ｂとが設けられる。
クランク角範囲記憶部２ａは、乗り換え振動が生じるタイミング（期間）を気筒毎に記憶するものである。ここでは、タペット１６との接点がカムローブ１８のバルブリフト部１８ｂ及びローラー２０の何れか一方から他方へと移動するクランク角θの範囲が「乗り換え範囲」として記憶される。
【００４４】
この乗り換え範囲には、バルブリフト部１８ｂ及びローラー２０の双方がタペット１６に接触する瞬間のクランク角（乗り換え振動が発生する時刻に対応するクランク角）が含まれる。本実施形態では、乗り換え振動に対応する加速度Kの情報が試験，実験を通して予め測定されており、例えば図３（ｂ）中の加速度ピークP2，P3のそれぞれについて、バルブ１３の加速度が所定値以上となるクランク角θの範囲（θ1≦θ≦θ2，θ3≦θ≦θ4）が乗り換え範囲としてクランク角範囲記憶部２ａに気筒毎，カムローブ１８毎に記憶される。ただし、ここでいう「予め測定された加速度に基づく乗り換え範囲のデータ」は初期値としてのデータであって、後述する学習制御によって変更，修正，更新可能である。
【００４５】
乗り換え範囲の設定は、エンジン１０や可変動弁装置１９の形式に応じて多様に考えられる。例えば、一つの気筒についての吸気弁，排気弁がそれぞれ一個ずつ設けられているエンジン１０の場合、それぞれの弁の乗り換え振動に対応する二つの期間を設定すればよい。一方、一つの気筒に複数の吸気弁を備えたエンジン１０において、それぞれの吸気弁の開閉タイミングが異なる場合には、弁毎の乗り換え振動に対応する期間を設定すればよい。
【００４６】
振動波形記憶部２ｂは、乗り換え振動の波形を気筒毎に記憶するものである。ここでは、クランク角範囲記憶部２ａが記憶する乗り換え範囲を定義域とした加速度Kの波形（エンジンブロックの振動の加速度Kの波形）が記憶される。例えば、図４（ａ）に示すように、乗り換え範囲の一つであるθ1≦θ≦θ2での加速度Kの振動波形が記憶される。同様に、θ3≦θ≦θ4での加速度Kの振動波形も記憶される。ここに記憶される加速度Kの振動波形は、前述の加速度ピークP2，P3のそれぞれに対応するものである。
【００４７】
学習部３（学習手段）は、ノックセンサー２５で検出された加速度Kの情報に基づく学習により、記憶部２が記憶している情報を気筒毎に修正して実情に沿った情報へと変化させるものである。ここでは、クランク角範囲記憶部２ａに記憶された乗り換え範囲と、振動波形記憶部２ｂに記憶された加速度Kの振動波形との両方が学習の対象とされる。学習部３には、学習条件判定部３ａ，乗り換え振動学習部３ｂが設けられる。
【００４８】
学習条件判定部３ａは、学習を行うためのエンジン１０の運転状態を判定するものである。ここでは、例えば以下の全ての条件が成立するか否かが判定される。
学習条件１．エンジン１０の回転速度Neが所定速度Ne0以下である
学習条件２．エンジン１０の負荷が所定値以下である
学習条件３．前回の燃焼サイクルにおける乗り換え範囲内（又はその近傍）で
今回の燃焼サイクルと同様の加速度Kが検出されている
【００４９】
学習条件２に係る負荷の大きさの判断手法は種々考えられる。例えば、吸気流量Qが所定量以下である場合や、吸気流量Qに基づいて算出される充填効率Ecが所定値以下である場合、アクセル開度センサー２８で検出されたアクセル開度Aが所定開度A0以下である場合等に、学習条件２が成立することとしてもよい。本実施形態では、図５に示すように、エンジン１０の回転速度Ne及び負荷の対応関係が規定されたマップを用いて、エンジン１０の運転状態が図中に斜線で示す学習領域内に入っている場合に学習条件１，２がともに成立するものと判断する。
【００５０】
また、学習条件３は、学習対象となる加速度Kの情報が乗り換え振動に対応するものであるか否かを確認するための条件である。乗り換え振動は、エンジン１０の燃焼サイクルに対応するサイクルで（カムシャフト１７の回転角に対応して）周期的に発生するものであることから、乗り換え範囲内（又はその近傍）で周期性の認められる加速度Kの情報のみを学習対象とする。上記の学習条件１〜３が全て成立したときに、学習条件判定部３ａは、エンジン１０の運転状態が学習に適した状態であると判断する。
【００５１】
乗り換え振動学習部３ｂは、学習条件判定部３ａにおいて学習条件１〜３がともに成立したと判断された場合に、ノックセンサー２５から伝達された加速度Kの情報に基づき、乗り換え範囲と加速度Kの振動波形との学習を実施するものである。ここでは、その時点までに実測された情報を記憶部２に記憶されている情報に反映させる学習制御が実施される。
【００５２】
例えば、直前の燃焼サイクルで検出された加速度Kの情報から、加速度ピークP2，P3に対応する加速度Kの実測情報が抽出され、その加速度Kが所定値以上となるクランク角θの範囲の実測範囲が演算される。そして、クランク角範囲記憶部２ａに記憶されている乗り換え範囲を実測範囲に近づける補正演算が実施される。また、振動波形記憶部２ｂに記憶されている加速度Kの振動波形を実測情報の振動波形に近づける補正演算が実施される。これにより、エンジン１０の作動環境や経年変化による乗り換え振動の特性が精度よく把握される。
【００５３】
ノック判定部４（判定手段）は、ノックセンサー２５で検出された加速度Kの情報に基づいて、気筒毎にノックの有無を判定するものである。ノック判定部４は、原則的には、クランク角範囲記憶部２ａに記憶された乗り換え範囲内における加速度Kの情報をノック判定から除外する。ただし、ノック判定から除外すべき加速度Kの情報は、乗り換え振動に対応する加速度Kの情報であることから、同一のクランクタイミングで継続的（周期的）に大きな振動を検知した場合に、その大きな振動をノック判定から除外することとする。また、可変動弁装置１９で制御されている位相角θVVTがゼロでない場合には、乗り換え振動の発生するクランク角θが位相角θVVTの分だけ変化するため、位相角θVVTを考慮してノック判定から除外するクランク角θの閾値を算出する。
【００５４】
本実施形態のノック判定部４は、例えば以下の判定条件１，２の何れかが成立し、かつ、判定条件３が成立したときに、ノックが発生したと判定する。
判定条件１．加速度Kの判定対象となる部分が、その気筒の乗り換え範囲内
（θ1≦θ≦θ2，θ3≦θ≦θ4）で検出されたものではない
判定条件２．加速度Kの判定対象となる部分が、周期性を持った振動を示していない
判定条件３．判定対象となる加速度Kの大きさが所定値K0以上である
【００５５】
判定条件１〜３をリアルタイムに判定する場合には、判定条件１の代わりに「その時点でのクランク角θがθ1≦θ≦θ2ではなく、かつ、θ3≦θ≦θ4ではない」ことを判定してもよい。例えば、エンジン１０のクランク角θがθ1≦θ≦θ2又はθ3≦θ≦θ4であるときのノックセンサー２５の検出信号を無効とし、有効な検出信号から得られる加速度Kの大きさが所定値K0以上である場合に、ノックが発生したと判断することが考えられる。また、エンジン１０のクランク角θがθ1≦θ≦θ2又はθ3≦θ≦θ4であるときには、前回の燃焼サイクルにおける乗り換え範囲での加速度Kの変化を参照して、加速度Kが突発的に大きくなった場合（燃焼サイクルに同期する周期性を持たない場合）に、ノックが発生したと判断してもよい。
【００５６】
ノック判定の対象となる気筒は、エンジン１０の全気筒としてもよい。あるいは、加速度Kのピーク値が所定値以上である気筒のみを判定対象としてもよい。燃焼中の気筒がどの気筒であるかは、クランク角θ及び点火時期制御部５からの信号により識別可能である。ノック判定部４は、検出された加速度Kが何番気筒のものであるかを判定し、例えば１番気筒の加速度KをK1、２番気筒の加速度KをK2等として、加速度Kが発生したクランク角θ及び気筒番号とともにクランク角範囲記憶部２ａに記憶させてもよい。また、各気筒で位相の異なる二つのカムローブ１８を設けて、バルブ１３の開閉タイミングをずらして気筒内にタンブル流を発生させる場合には、カムローブ１８毎に例えば１番気筒の前側のカムローブ１８の加速度KであればK1-F、後ろ側はK1-R等として記憶させてもよい。
【００５７】
ここで判定されたノックの有無の情報は、点火時期制御部５に伝達される。なお、判定条件３の判定対象となる加速度Kとしては、ノックセンサー２５で実測された加速度Kをそのまま使用してもよいし、この加速度Kの波形から振動波形記憶部２ｂに記憶されている乗り換え振動の波形を差し引いたものを使用してもよい。つまり、実測された振動波形から乗り換え振動の波形を減じた上で、その加速度Kの大きさが所定値K0以上である場合に、ノックが発生したと判断してもよい。
【００５８】
点火時期制御部５は、ノック判定部４でノックが発生したと判定されたときに、その気筒についての点火プラグ１４での点火時期を遅角方向に移動させる遅角制御を実施するものである。また、点火時期制御部５は、点火時期を遅角方向に制御することによってノックが発生しなくなった場合には、徐々に点火時期を進角方向に移動させる進角制御を実施する。ノックの発生の有無が気筒毎に判定されることから、遅角制御，進角制御も気筒毎に実施されることになる。
【００５９】
遅角制御，進角制御での点火時期の移動量（遅角量，進角量）は、例えばノック判定部４でノックが発生したと判定されたときの加速度Kの絶対値に応じたものとしてもよいし、その時点のエンジン１０の回転速度Neや負荷の大きさに応じて予め設定されている所定値としてもよい。
【００６０】
［４．フローチャート］
図６は、エンジン制御装置１で実施されるノック制御の手順を例示するフローチャートである。このフローは、予め設定された周期で気筒毎に繰り返し実施される。ノック制御に関するフローは、おもにステップＡ１０〜Ａ８０であり、学習制御に関するフローは、おもにステップＡ４０及びＡ９０〜Ａ１００である。
【００６１】
ステップＡ１０では、クランク角センサー２６，エアフローセンサー２７，アクセル開度センサー２８の各々で検出されたエンジン１０の回転速度Ne，クランク角θ，吸気流量Q，アクセル開度A等の情報がエンジン制御装置１に入力される。また、ステップＡ２０ではノックセンサー２５で検出された加速度Kの情報がエンジン制御装置１に入力される。
【００６２】
続くステップＡ３０では、ノック判定部４において、その時点でのクランク角θが乗り換え範囲内にあるか（θ1≦θ≦θ2、又はθ3≦θ≦θ4であるか）否かが判定される。このステップでの判定は、上記の判定条件１に対応する。ここで、クランク角θが乗り換え範囲内にない場合には、ステップＡ６０に進んで通常のノック判定が実施される。一方、この条件が成立する場合にはステップＡ４０に進む。
【００６３】
なお、可変動弁装置１９で位相角θVVTがゼロ以外の値に制御されている場合には、クランク角範囲記憶部２ａに記憶されている乗り換え範囲とノックセンサー２５で検出された加速度Kに対応するクランク角θとが位相角θVVT分だけ相違しているはずである。したがって、ステップＡ３０でのクランク角θの判定では、位相角θVVTのずれが考慮され、クランク角θが乗り換え範囲内にあるか否かが判定されることが好ましい。
【００６４】
前述の通り、カムシャフト１７は複数気筒の複数バルブを駆動する複数のカムローブ１８を有するが、個々のカムローブ１８のバルブリフト部１８ｂとローラー２０の位置精度は厳密には異なる。また、各気筒で発生する乗り換え振動のレベルは、気筒毎に異なる。そのため、ステップＡ３０では何番気筒が対象であるか、あるいは、何番目のカムローブ１８の乗り換え位置に相当するかを判定し、対象となる気筒やカムローブ１８についてのクランク角θが乗り換え範囲内にあるか否かが判定される。
【００６５】
ステップＡ４０では、前回の燃焼サイクルにおける乗り換え範囲でも同様の加速度Kが検出されているか否かが判定される。このステップでの判定は、上記の判定条件２に対応し、エンジン１０の燃焼サイクルに対応する周期で発生した振動であるか否かを判断するための判定である。ここで、前回の燃焼サイクルにおける同一クランクタイミングでも同様の加速度Kが検出されている場合には、ステップＡ５０に進んでノック判定が禁止され、続いてステップＡ９０に進む。つまり、乗り換え範囲内（θ1≦θ≦θ2，θ3≦θ≦θ4）で検出された加速度Kのうち、燃焼サイクルに同期する周期性を持った振動は、乗り換え振動であると判断されて、ノック判定から除外される。これにより、ノックの判定精度が向上する。一方、ステップＡ４０の条件が不成立の場合には、ステップＡ６０に進んで通常のノック判定が実施される。
【００６６】
この際、ステップＡ３０で識別された気筒毎にノック判定を禁止してもよい。例えば、最も乗り換え時の加速度Kが高い気筒のみノック判定を禁止するなどしてもよい。これにより、「ノック判定を除外するクランク角θが増えると、本来のノック判定できる範囲が過度に限定されること」を防止することができる。
また、気筒毎に乗り換え範囲のクランク角（θ1≦θ≦θ2，θ3≦θ≦θ4）を変更してもよい。各気筒のカムローブ１８のバルブリフト部１８ｂとローラー２０の位置精度に応じて適切に乗り越え振動を除外し、ノック判定精度を向上できる。
【００６７】
ステップＡ６０では、ノック判定部４において、エンジン１０のノックが発生したか否かが判定される。ここでは例えば、加速度Kの大きさが所定値K0以上の振動が認められるか否かが判定される。このステップでの判定は、上記の判定条件３に対応する。ここで、加速度Kが所定値K0以上である場合には、ノックが発生したものと判断されて、ステップＡ７０に進む。一方、加速度Kが所定値K0未満である場合には、ノックが発生していないものと判断されて、ステップＡ８０に進む。
【００６８】
なお、ステップＡ６０において、加速度Kの振動波形〔図４（ｂ）中に実線で示す〕から振動波形記憶部２ｂに記憶された乗り換え振動の波形を差し引いたもの〔図４（ｂ）中に破線で示す〕を算出し、これに基づいてノックが発生したか否かを判定してもよい。すなわち、実測した振動から乗り換え振動を減じた振動波形のピーク値が所定値K0以上である場合には、乗り換え振動とほぼ同時にノックも発生したものと判断してもよい。
【００６９】
ステップＡ７０では、点火時期制御部５において遅角制御が実施される。ここでは、点火プラグ１４での点火時期がリタード方向に制御される。これにより、次回以降の燃焼サイクルではノックが発生しにくくなる。一方、ステップＡ８０では、点火時期制御部５において進角制御が実施され、点火時期がアドバンス方向に制御される。この進角制御は、遅角制御によるリタード量を減少させる（点火時期を元に戻す）ように機能する。例えば、前回の演算周期で遅角制御が実施されてノックが発生しなくなると、その点火時期を少しずつ進角させるように働く。なお、それまでに遅角制御が実施されていない場合には、進角制御を実施しなくてもよい。上記のステップＡ７０，Ａ８０を実行した後は、そのままこのフローを終了する。
【００７０】
ステップＡ９０では、学習条件判定部３ａにおいて、エンジン１０の運転状態が学習領域内にあるか否かが判定される。このステップでの判定は、上記の学習条件１及び学習条件２に対応する。ここで、エンジン１０の運転状態が学習領域外にある場合には、そのままこのフローを終了する。また、学習条件３はステップＡ４０の判定ですでに成立しているものと判断され、ステップＡ９０の条件が成立する場合にはステップＡ１００に進む。
【００７１】
ステップＡ１００では、乗り換え振動学習部３ｂにおいて、乗り換え範囲と加速度Kの振動波形との学習が実施される。これにより、記憶部２に記憶されている乗り換え範囲の閾値θ1，θ2，θ3，θ4に実測情報が反映されるとともに、実際の乗り換え振動に対応する加速度Kの振動波形が学習される。なお、可変動弁装置１９で位相角θVVTがゼロ以外の値に制御されている場合には、位相角θVVTのずれを考慮した学習が実施される。
【００７２】
［５．作用，効果］
（１）このような制御により、上記のエンジン制御装置１におけるノック制御では、乗り換え振動が生じるクランク角θの範囲が「乗り換え範囲」として記憶され、原則的には、乗り換え範囲内で検出された振動がノック判定から除外される。これにより、ノック判定部４が乗り換え振動をノックと間違えることがなくなり、すなわちノックの誤検出を減少させることができるとともに、ノックの判定精度を向上させることができる。また、ノックの誤検出が減少することから、エンジン１０の制御性や燃費を向上させることができる。
【００７３】
（２）また、上記のノック制御では、乗り換え範囲内で検出された振動が、エンジン１０の燃焼サイクルに対応するような周期性を持った振動であるか否かが判定される。これにより、乗り換え範囲内で検出された振動が乗り換え振動であるか否かを精度よく把握することができ、乗り換え振動とノック振動との判別精度を向上させることができる。したがって、ノックの誤検出を減少させることができるとともに、ノックの判定精度を向上させることができる。
【００７４】
（３）また、上記のエンジン制御装置１では、実測された振動の加速度Kの情報に基づき、クランク角範囲記憶部２ａに記憶される乗り換え範囲が学習され、実情に沿った情報へと更新される。これにより、エンジン１０の作動環境や経年変化による乗り換え振動の特性の変化を精度よく把握することができ、ノックの誤検出をさらに減少させることができ、ノックの検出精度を向上させることができる。
【００７５】
（４）さらに、上記のエンジン制御装置１では、ノックセンサー２５で検出される振動のうち、エンジン１０の燃焼サイクルに対応するサイクルで周期的に発生した振動が「乗り換え振動」とみなされて、その乗り換え振動に基づく学習制御が実施される。このように、エンジン１０の燃焼サイクルと振動の発生サイクルとを対応させるという制御構成により、クランク角範囲記憶部２ａに記憶される乗り換え範囲の学習精度を高めることができ、ノックの検出精度を向上させることができる。
【００７６】
（５）また、このような学習制御の実施条件に関して、上記のエンジン制御装置１では、図５に示すように、比較的ノックが発生しにくい低負荷の運転領域が学習領域として設定されている。これにより、学習精度をさらに向上させることができ、ノックの検出精度を向上させることができる。
【００７７】
（６）同様に、上記のエンジン制御装置１では、図５に示すように、エンジン１０の回転速度が低回転の運転領域が学習領域として設定されている。エンジン１０の回転速度が低いほど、クランク角センサー２６におけるクランク角θの検出精度が向上する。したがって、乗り換え範囲の閾値θ1，θ2，θ3，θ4の値をより正確なものとすることができ、ノックの検出精度を向上させることができる。
【００７８】
（７）また、上記のエンジン制御装置１では、可変動弁装置１９で制御される位相角θVVTを考慮して、ノック判定から除外するクランク角θの閾値が算出される。例えば、位相角θVVTがゼロであるときの乗り換え範囲が「θ1≦θ≦θ2」とすると、位相角θVVTがθVVT1に制御された場合には乗り換え範囲が「θ1−θVVT1≦θ≦θ2−θVVT1」に変更される。このように、位相角θVVTに応じてノック判定条件を変更することで、可変動弁装置１９の作動状態や位相角θVVTの大小に関わらず、精度よくノックを検出することができる。
【００７９】
（８）また、上記のエンジン制御装置１では、図４（ｂ）に示すように、加速度Kの振動波形から乗り換え振動の波形を差し引いたものを算出し、これに基づいてノックが発生したか否かを判定することも可能である。このような手法によれば、乗り換え振動とほぼ同時にノックが発生したような場合であっても、そのノックの発生を精度よく発見することができる。したがって、ノックの判定精度を向上させることができる。
【００８０】
（９）また、ノック判定から除外されるクランク角θの範囲は、気筒毎に設定され、それぞれの気筒での乗り換えタイミングや実際に発生した加速度Kに応じて個々に学習される。このように、気筒毎にマスキングされるタイミングを調整することで、ノック制御が実施される範囲を可能な限り拡大することができ、ノックの検出精度を高めることができる。
さらに、同一気筒内に回転位相の異なるカムローブ１８が設けられている場合には、カムローブ１８毎に乗り換え範囲をノック判定から除外することで、ノックの検出精度を高めることができる。
【００８１】
（１０）また、乗り換え時の加速度Kを気筒毎に検出し、最も加速度Kが高い気筒のみでのノック判定を禁止するような制御構成とすれば、ノックが実際に発生しているのではないかと疑わしい気筒のみを選択的に判定することができ、ノック判定の除外領域を削減することができる。これにより、エンジン１０全体でのノック判定精度を向上させることができる。
【００８２】
［６．変形例］
上述の実施形態は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ、上述の実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択してもよく、あるいは適宜組み合わせてもよい。
例えば、上述の実施形態ではノックセンサー２５を備えたエンジン１０を例示したが、エンジン１０の振動を検出する手段はこれに限定されない。少なくともエンジン１０のシリンダーブロックやシリンダーヘッドに作用する振動の変位，速度，加速度等を検出するセンサーが設けられていればよい。この場合、センサーから伝達される検知信号に基づいて、エンジン制御装置１の内部でエンジン１０の振動に対応する変位情報，速度情報，加速度情報等を演算するような制御構成としてもよい。つまり、エンジン１０の振動を検出する手段がソフトウェアであってもよい。
【００８３】
また、上述の実施形態のノック制御では、ノックが発生したときに点火プラグ１４での点火時期が遅角方向に制御され、ノックが発生していないときに進角方向に制御されているが、具体的な制御手法はこれに限らず種々考えられ、公知のノック制御における制御手法を適用可能である。
【００８４】
また、上述の実施形態のクランク角範囲記憶部２ａは、乗り換え振動が生じるクランク角θの範囲を乗り換え範囲として記憶しているが、クランク角θの代わりにカム軸の回転角や時間の範囲を記憶するものとしてもよい。少なくとも、乗り換え振動が生じるタイミングに相関するパラメーターの範囲を記憶するものであれば、実測された振動と乗り換え振動とを判別することができる。
【００８５】
さらに、上述の実施形態では、乗り換え振動の加速度Kの波形を振動波形記憶部２ｂに記憶させたものを示したが、ここに記憶される振動の波形は加速度Kの波形に限定されない。例えば、振動の変位や速度の波形を記憶させてもよい。なお、振動波形記憶部２ｂに記憶される振動の波形は、ノックの有無を判定するための加速度Kの実測値から乗り換え振動を除外するための情報であることから、上記の判定条件３に係る判定対象となるパラメーターについての波形を記憶させることが好ましい。
【００８６】
なお、上述の実施形態では、火花点火式のエンジン１０（例えばガソリンエンジン）に適用されたノック検出装置を示したが、エンジン１０の代わりに他の種類，形式の内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）に適用することも可能である。したがって、本実施形態のエンジン制御装置１で判定可能なノックの種類としては、高速ノック（高回転域で発生するノック），低速ノック（低回転域で発生するノック）だけでなく、ディーゼルノック等も挙げることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１  エンジン制御装置
２  記憶部（記憶手段）
３  学習部（学習手段）
４  ノック判定部（判定手段）
５  点火時期制御部
１０  エンジン
１４  点火プラグ
１６  タペット
１８  カムローブ
１８ａ  ベース円部
１８ｂ  バルブリフト部
１９  可変動弁装置（位相制御手段，動弁機構）
２０  ローラー
２５  ノックセンサー（検出手段）
２６  クランク角センサー
【図１】
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【図２】
2014169676.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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