(57)【要約】【課題】  燃焼室に吸入される空気に排気の一部を還流するエンジンシステムが出力するトルクの変動を小さくするバルブタイミング調整装置を提供する。【解決手段】  Ｓ１０１においてインジェクタが燃焼室に噴射する燃料の量から燃焼室において発生する水分の量を算出し、Ｓ１０２において第一ＥＧＲ率から燃焼室に吸入される水分の量を算出する。次に、Ｓ１０３においてＳ１０２における算出結果に基づいて燃燃焼前の燃焼室に凝縮水が存在するか否かを判定する。燃焼室に凝縮水が存在すると判定されると、Ｓ１０４において燃焼室の混合気は失火するか否かを判定する。燃焼室の混合気は失火すると判定されると、バルブタイミング制御部は、内部ＥＧＲによる還流排気の量が減少するよう吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを調整する。これにより、燃焼室に凝縮水が吸入されても混合気の失火を防止することができる。【選択図】  図２
2015218617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（１０）が有する燃焼室（１０１）に吸入される空気に還流される前記燃焼室から排出された排気の一部が流れる排気還流通路（３５１、５５１）を有するエンジンシステム（５、６）の吸気バルブ（１６）及び排気バルブ（１７）の少なくとも一方の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置（１、２）であって、
前記燃焼室に吸入される空気が流れる吸気通路（２０１）を形成する吸気管（２０）に設けられ、前記燃焼室に吸入される空気の量を検出し、検出した空気の量に応じた信号を出力する空気量検出手段（４１）と、
前記燃焼室に吸入される空気と前記排気還流通路を流れる前記燃焼室から排出された排気の一部である還流排気との混合気の温度を検出し、検出した混合気の温度に応じた信号を出力する混合気温度検出手段（４２）と、
前記排気還流通路を形成する排気還流管（３５、５５）に設けられ、前記排気還流通路を流れる還流排気の量を検出し、検出した還流排気の量に応じた信号を出力する還流排気量検出手段（３６、５６）と、
前記エンジンシステムの燃料噴射弁（１１）が噴射する燃料の量及び前記還流排気量検出手段が検出する還流排気の量に基づいて前記燃焼室に吸入される水分の量を算出する水分量算出手段（４０）と、
前記空気量検出手段が検出する空気の量、前記混合気温度検出手段が検出する空気と還流排気との混合気の温度、及び、前記水分量算出手段が算出する水分の量に基づいて燃焼前の前記燃焼室に凝縮水が存在するか否か判定する凝縮水判定手段（４０）と、
前記水分量算出手段が算出する水分の量に基づいて前記燃焼室の空気と還流排気と燃料との混合気は失火するか否かを判定する失火判定手段（４０）と、
前記凝縮水判定手段の判定及び前記失火判定手段の判定に基づいて吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整部（２５）と、
を備え、
前記バルブタイミング調整部は、前記凝縮水判定手段が燃焼前の前記燃焼室に凝縮水が存在すると判定し、かつ、前記失火判定手段が前記燃焼室の空気と還流排気と燃料との混合気は失火すると判定すると、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを所定の開閉タイミングに調整することを特徴とするバルブタイミング調整装置（１、２）。
【請求項２】
前記エンジンのクランクシャフトの角度を検出し、検出した前記クランクシャフトの角度に応じた信号を出力するクランク角度検出手段（４３）と、
前記クランク角検出手段が出力する信号に基づいて前記エンジンの回転数を算出する回転数算出手段（４０）と、
を備え、
前記バルブタイミング調整部は、前記回転数算出手段が算出した前記エンジンの回転数に応じて前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを調整することを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項３】
前記バルブタイミング調整部は、前記回転数算出手段が算出した前記エンジンの回転数が相対的に低いとき、前記吸気バルブを開いているときは前記排気バルブを閉じ、前記排気バルブを開いているときは前記吸気バルブを閉じることを特徴とする請求項２に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項４】
前記バルブタイミング調整部は、前記回転数算出手段が算出した前記エンジンの回転数が相対的に高いとき、前記吸気バルブの開弁時間の一部と前記排気バルブの開弁時間の一部とが重なるよう前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを調整することを特徴とする請求項２または３に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項５】
前記失火判定手段は、前記水分量算出手段が算出する水分の量と前記燃焼室の空気と還流排気と燃料との混合気の燃焼状態との関係を示すマップを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブタイミング調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンシステムに設けられるバルブタイミング調整装置は、エンジンの燃焼室における空気と燃料との混合気の燃焼状態に応じて吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを調整する。例えば、特許文献１には、吸気バルブが開いている時間の一部と排気バルブが開いている時間の一部とが重なるよう吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを調整し冷間時におけるエンジンの暖機を促進するバルブタイミング調整装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−２１５００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、エンジンの燃費向上を目的として、大気から吸入される空気が流れる吸気通路と燃焼室から排出される排気が流れる排気通路とを連通する通路を利用して吸気通路を流れる空気に排気の一部を還流する外部排気再循環が用いられるエンジンシステムがある。外部排気再循環では、燃費向上に加え、還流される排気（以下、「還流排気」という）の温度を排気クーラによって低下させることによって排気に含まれる窒素酸化物の量を低減することができる。しかしながら、還流排気の温度を低下させると還流排気に含まれる水蒸気が凝縮しやすくなる。このため、この凝縮水が空気とともに燃焼室に吸入されると、燃焼室における空気と還流排気と燃料との混合気は失火しやすくなり、エンジンシステムが出力するトルクが大きく変動するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼室に吸入される空気に排気の一部を還流するエンジンシステムが出力するトルクの変動を小さくするバルブタイミング調整装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エンジンが有する燃焼室に吸入される空気に還流される燃焼室から排出された排気の一部が流れる排気還流通路を有するエンジンシステムの吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置であって、空気量検出手段、混合気温度検出手段、還流排気量検出手段、水分量算出手段、凝縮水判定手段、失火判定手段、及び、バルブタイミング調整部を備える。
空気量検出手段は、燃焼室に吸入される空気が流れる吸気通路を形成する吸気管に設けられ、燃焼室に吸入される空気の量を検出し、検出した空気の量に応じた信号を出力する。混合気温度検出手段は、燃焼室に吸入される空気と排気還流通路を流れる燃焼室から排出された排気の一部である還流排気との混合気の温度を検出し、検出した混合気の温度に応じた信号を出力する。還流排気量検出手段は、排気還流通路を形成する排気還流管に設けられ、排気還流通路を流れる還流排気の量を検出し、検出した還流排気の量に応じた信号を出力する。水分量算出手段は、エンジンシステムの燃料噴射弁が噴射する燃料の量及び還流排気量検出手段が検出する還流排気の量に基づいて燃焼室に吸入される水分の量を算出する。凝縮水判定手段は、空気量検出手段が検出する空気の量、混合気温度検出手段が検出する空気と還流排気との混合気の温度、及び、水分量算出手段が算出する水分の量に基づいて燃焼前の燃焼室に凝縮水が存在するか否か判定する。失火判定手段は、水分量算出手段が算出する水分の量に基づいて燃焼室の空気と還流排気と燃料との混合気は失火するか否かを判定する。バルブタイミング調整部は、凝縮水判定手段の判定及び失火判定手段の判定に基づいて吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを調整する。
本発明のバルブタイミング調整装置は、凝縮水判定手段が燃焼前の燃焼室に凝縮水が存在すると判定し、かつ、失火判定手段が燃焼室の空気と還流排気と燃料との混合気は失火すると判定すると、バルブタイミング調整部が吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを所定の開閉タイミングに調整することを特徴とする。
【０００７】
本発明のバルブタイミング調整装置では、凝縮水判定手段は、空気と還流排気との混合気の温度、空気の量、エンジンの燃料噴射弁が噴射する燃料の量、及び、排気還流通路を流れる還流排気の量に基づいて算出される水分の量に基づいて、燃焼前の燃焼室に凝縮水が存在するか否か判定する。また、失火判定手段は、水分量算出手段が算出する水分の量に基づいて燃焼室の空気と還流排気と燃料との混合気は失火するか否かを判定する。バルブタイミング調整部は、凝縮水判定手段が燃焼前の燃焼室に凝縮水が存在すると判定し、かつ、失火判定手段が燃焼室の空気と還流排気と燃料との混合気は失火すると判定すると、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを所定の開閉タイミングに調整する。これにより、燃焼室から排出された排気の一部をエンジンの吸気ポート及び排気ポートを介して再び燃焼室に戻す内部排気再循環によって燃焼室に還流される排気の量が減少するため、燃焼前に燃焼室に凝縮水が吸入されても、燃焼室における空気と還流排気と燃料との混合気の失火を防止することができる。したがって、本発明のバルブタイミング調整装置は、燃焼室における燃焼を安定させ、エンジンシステムが出力するトルクの変動を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置が適用されるエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置におけるバルブタイミング調整処理のフローチャートである。
【図３】本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置におけるバルブタイミングの調整内容を示す特性図である。
【図４】本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置における燃焼室の水分の量とトルク変動との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の第二実施形態によるバルブタイミング調整装置が適用されるエンジンシステムの概略構成図である。
【図６】本発明の第二実施形態によるバルブタイミング調整装置におけるバルブタイミングの調整内容を示す特性図である。
【図７】本発明のその他の実施形態によるバルブタイミング調整装置におけるバルブタイミングの調整内容を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の複数の実施形態によるバルブタイミング調整装置を図面に基づいて説明する。
【００１０】
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置１は、車両等に搭載されるエンジンシステムに適用される。バルブタイミング調整装置１は、「空気量検出手段」としての空気量センサ４１、「混合気温度検出手段」としての温度センサ４２、「還流排気量検出手段」としての第一排気還流バルブ３６、「水分量算出手段」、「凝縮水判定手段」、「失火判定手段」及び「回転数算出手段」としてのバルブタイミング制御部４０、バルブタイミング調整部２５などから構成されている。
【００１１】
バルブタイミング調整装置１が適用されるエンジンシステムの概略構成について図１を参照して説明する。エンジンシステム５が備えるエンジン１０は、自然吸気エンジンであって、吸気管２０が形成する吸気通路２０１を流れる空気は、燃焼室１０１に発生する負圧によって大気から吸気通路２０１に流入する。エンジン１０は、大気から吸入される空気の量を調整するスロットル弁２１を通じて吸気通路２０１を流れる空気と、「排気還流管」としての第一排気還流管３５の内部を流れる還流排気と、インジェクタ１１から燃焼室１０１に噴射される燃料との混合気を燃焼させる。エンジン１０では、燃焼室１０１での燃焼時の爆発力によってピストン１３を往復運動させる。ピストン１３の往復運動は、クランクシャフト１４によって、回転運動に変換され出力される。空気と還流排気と燃料との混合気が燃焼した後、燃焼室１０１から排出される排気は、排気管３０が形成する排気通路３０１を通じて大気中に放出される。
【００１２】
吸気管２０には、スロットル弁２１の燃焼室１０１側とは反対側に空気量センサ４１が設けられている。空気量センサ４１は、スロットル弁２１の燃焼室１０１側とは反対側において大気から吸気通路２０１に流入する空気の量を検出する。検出された空気の量は信号に変換され、バルブタイミング制御部４０に出力される。
また、吸気管２０には、スロットル弁２１の燃焼室１０１側であって吸気管２０と第一排気還流管３５とが合流する部位の燃焼室１０１側に温度センサ４２が設けられている。温度センサ４２は、吸気ポート１６１から燃焼室１０１に吸入される直前の空気と還流排気との混合気の温度を検出する。検出された空気と還流排気との混合気の温度は信号に変換され、バルブタイミング制御部４０に出力される。
【００１３】
排気管３０には、排気に含まれる窒素酸化物などの化学物質を分解する触媒３１が設けられている。
【００１４】
排気管３０が有する排気通路３０１と吸気管２０が有する吸気通路２０１とは、第一排気還流管３５が形成する「排気還流通路」としての第一排気還流通路３５１によって連通されている。第一排気還流管３５には、第一排気還流バルブ３６及び第一ＥＧＲクーラ３７が設けられている。
第一排気還流バルブ３６は、車両の走行状態やエンジン１０の運転状況に応じて演算される図示しない上位の車両制御部からの指令に応じて開閉し、排気通路３０１と吸気通路２０１とを連通または遮断する。第一排気還流バルブ３６は、バルブタイミング制御部４０と電気的に接続している。
第一ＥＧＲクーラ３７は、第一排気還流通路３５１を流れる還流排気を冷却する。
【００１５】
エンジン１０が有するシリンダヘッド１５には、燃焼室１０１の入口である吸気ポート１６１及び燃焼室１０１の出口である排気ポート１７１が形成されている。吸気ポート１６１には吸気バルブ１６が設けられている。また、排気ポート１７１には排気バルブ１７が設けられている。吸気バルブ１６及び排気バルブ１７は、バルブ駆動機構１８により開閉駆動される。吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の開閉タイミングは、バルブタイミング調整部２５により調整される。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室１０１の空気と還流排気と燃料との混合気に点火する点火プラグ１２が設けられている。
【００１６】
エンジン１０が有するシリンダブロック１９には、インジェクタ１１が設けられている。インジェクタ１１は、上位の車両制御部が出力する指令信号に基づいて燃焼室１０１に燃料を噴射する。当該上位の車両制御部が出力する指令信号は、バルブタイミング制御部４０にも入力される。
【００１７】
バルブタイミング制御部４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポートなどからなるマイクロコンピュータによって構成されている。
バルブタイミング制御部４０には、第一排気還流バルブ３６の開度（以下、「第一ＥＧＲ率」という）に応じた信号、空気量センサ４１が出力する吸気通路２０１を流れる空気の量に応じた信号、温度センサ４２が出力する空気と還流排気との混合気の温度に応じた信号、クランク角センサ４３が出力するクランクシャフト１４のクランク角に応じた信号、及び、上位の車両制御部が出力するインジェクタ１１への指令信号が入力される。バルブタイミング制御部４０は、これらの信号に基づき、バルブタイミング調整部２５の作動を制御する。
【００１８】
次に、バルブタイミング調整装置１におけるバルブタイミング調整処理について説明する。図２には、バルブタイミング調整処理のフローチャートを示す。図３には、バルブタイミング調整装置１によって吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の開閉タイミングを調整したときのそれぞれのバルブリフト量の経時変化を表す特性図を示す。図４には、燃焼室に吸入される水分の量とエンジンシステムが出力するトルク変動との関係を表す特性図を示す。
バルブタイミング調整装置１では、エンジン１０における吸気、圧縮、膨張及び排気の四つの行程を１回の燃焼サイクルとした場合、１回の燃焼サイクル毎に図２に示すフローチャートを実行する。
【００１９】
最初に、ステップ（以下、「Ｓ」とする）１０１において、１回の燃焼サイクルにおいてインジェクタ１１が燃焼室１０１に噴射する燃料の量から燃焼室１０１で発生する水分の量を算出する。バルブタイミング制御部４０は、上位の車両制御部が出力するインジェクタ１１への指令信号に基づいてインジェクタ１１が噴射する燃料の量を算出する。バルブタイミング制御部４０では、インジェクタ１１が噴射する燃料が完全に燃焼したと仮定したときに当該燃料の燃焼によって発生する水分の量を算出する。
【００２０】
次に、Ｓ１０２において、燃焼室１０１に吸入される水分の量を算出する。エンジンシステム５では、燃焼室１０１に吸気通路２０１を流れる空気と還流排気との混合気が吸入される。このうち、当該混合気に含まれる水分は、主に今回の燃焼サイクルより以前の燃焼サイクルにおける燃料を含む混合気の燃焼によって発生する水分が含まれている還流排気に含まれている。そこで、バルブタイミング制御部４０は、第一ＥＧＲ率から空気に還流される還流排気の量を算出する。具体的には、Ｓ１０１において算出された今回の燃焼サイクルより以前の燃焼サイクルの排気に含まれる水分の量と算出された還流排気の量とに基づいて還流排気に含まれる水分の量を算出する。また、空気量センサ４１が検出する吸気通路２０１に流入する空気の量に基づいて空気に含まれる水分の量を算出する。Ｓ１０２では、還流排気に含まれる水分の量と空気に含まれる水分の量とを加算し、吸気ポート１６１を通って燃焼室１０１に吸入される水分の量を算出する。
【００２１】
次に、Ｓ１０３において、燃焼前の燃焼室１０１に凝縮水が存在するか否かを判定する。バルブタイミング制御部４０は、空気量センサ４１が検出する吸気通路２０１を流れる空気の量、第一ＥＧＲ率から算出される還流排気の量、温度センサ４２が検出する空気と還流排気との混合気の温度、及び、Ｓ１０２において算出された燃焼室１０１に吸入される水分の量に基づいて、燃焼室１０１に吸入される直前の空気と還流排気との混合気の相対湿度を算出する。Ｓ１０３においては、算出された相対湿度が１００％以上となる場合、燃焼室１０１に凝縮水が存在すると判定してＳ１０４に移行する。算出された相対湿度が１００％より小さい場合、燃焼室１０１に凝縮水は存在しないと判定して今回の燃焼サイクルにおけるバルブタイミング調整処理を終了する。
【００２２】
次に、Ｓ１０４において、燃焼前の燃焼室１０１の水分の量、及び、失火水量マップに基づいて、燃焼室１０１の空気と還流排気と燃料との混合気は失火するか否かを判定する。Ｓ１０４における判定に用いられる失火水量マップは、燃焼前の燃焼室１０１の水分の量と燃焼室１０１の空気と還流排気と燃料との混合気の燃焼状態との関係を示したマップであって、事前にバルブタイミング制御部４０に記憶されている。失火水量マップにおける「燃焼前の燃焼室１０１の水分の量」とは、Ｓ１０２において算出された燃焼室１０１に吸入される水分の量に加え、吸気ポート１６１及び排気ポート１７１を介して燃焼室１０１から排出された排気の一部を再び燃焼室１０１に戻す内部排気再循環（以下、「内部ＥＧＲ」という）によって燃焼室１０１に残留する水分の量も含む。Ｓ１０４において、燃焼室１０１の空気と還流排気と燃料との混合気は失火すると判定される場合、Ｓ１０５に移行する。燃焼室１０１の空気と還流排気と燃料との混合気は失火しないと判定される場合、今回の燃焼サイクルにおけるバルブタイミング調整処理を終了する。
【００２３】
次に、Ｓ１０５において、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の開閉タイミングを調整する。バルブタイミング制御部４０は、クランク角センサ４３が検出するクランク角に基づいてエンジン１０の回転数を算出する。バルブタイミング制御部４０は、算出されたエンジン１０の回転数に応じて吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の開閉タイミングを調整する。
【００２４】
バルブタイミング制御部４０による吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の開閉タイミングの調整内容について図３を参照して説明する。図３には、吸気バルブ１６のバルブリフト量を破線Ｌ１１で示し、排気バルブ１７のバルブリフト量を実線Ｌ１２で示す。
【００２５】
エンジン１０の回転数が相対的に低いとき、バルブタイミング制御部４０は、図３（ａ）に示すように、ピストン１３が排気行程の下死点（図３（ａ）中の排気ＢＤＣ）の位置にあるときに排気バルブ１７を開き、ピストン１３が排気行程から吸気行程に変わる上死点（図３（ａ）中のＴＤＣ）の位置にあるときに閉じる。また、バルブタイミング制御部４０は、ピストン１３が排気行程から吸気行程に変わる上死点の位置にあるときに吸気バルブ１６を開き、ピストン１３が吸気行程の下死点（図３（ａ）中の吸気ＢＤＣ）の位置にあるときに閉じる。すなわち、エンジン１０の回転数が相対的に低いとき、排気バルブ１７が開いている時間と吸気バルブ１６が開いている時間とは重ならない。
【００２６】
また、エンジン１０の回転数が相対的に高いとき、バルブタイミング制御部４０は、図３（ｂ）に示すように、ピストン１３が排気行程の下死点（図３（ｂ）中の排気ＢＤＣ）の位置にあるときに排気バルブ１７を開き、ピストン１３が排気行程から吸気行程に変わる上死点（図３（ｂ）中のＴＤＣ）から吸気行程の下死点（図３（ｂ）中の吸気ＢＤＣ）に移動する途中にあるときに閉じる。また、バルブタイミング制御部４０は、ピストン１３が排気行程の下死点から、排気行程から吸気行程に変わる上死点までに移動する途中にあるとき吸気バルブ１６を開き、ピストン１３が吸気行程の下死点の位置にあるときに閉じる。すなわち、エンジン１０の回転数が相対的に高いとき、排気行程から吸気行程に変わる前後において排気バルブ１７が開いている時間の一部と吸気バルブ１６が開いている時間の一部とが重なる。
このように、バルブタイミング制御部４０は、Ｓ１０５において、エンジン１０の回転数に応じて吸気バルブ１６の開閉タイミング及び排気バルブ１７の開閉タイミングを調整する。
Ｓ１０５の後、今回の燃焼サイクルにおけるバルブタイミング調整処理を終了する。
【００２７】
図４に燃焼室に吸入される水分の量とトルク変動との関係を実線Ｌ４１で示す。図４には、横軸に燃焼室に吸入される水分の量を示し、縦軸にトルク変動を示す。縦軸に示すトルク変動とは、一定以上のトルクの変化が発生する頻度を示している。図４には、このトルク変動の上限値を上限値Ｔｒｑｍとして示している。トルク変動の上限値Ｔｒｑｍは、これ以上トルク変動が大きくなると車両のドライバビリティが許容値を上回る閾値を示している。
【００２８】
また、図４には、第一実施形態によるバルブタイミング調整装置１における燃焼室に吸入される水分の量とトルク変動との関係を示す実線Ｌ４１に加えて、比較例としてのバルブタイミング調整装置における燃焼室に吸入される水分の量とトルク変動との関係を二点鎖線Ｌ４２で示している。比較例としてのバルブタイミング調整装置は、排気還流バルブの開度、吸気通路を流れる空気の量、吸気ポート直前における空気と還流排気との混合気の温度、及び、インジェクタが噴射する燃料の量に基づいて吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを調整するバルブタイミング制御部を備えていないバルブタイミング調整装置である。
【００２９】
比較例のバルブタイミング調整装置では、燃焼室に吸入される水分の量が増えるに従って燃焼室の空気と還流排気と燃料との混合気は失火しやすくなるため、図４に示すように、燃焼室に吸入される水分の量が増えるに従ってトルク変動が大きくなる。一方、第一実施形態によるバルブタイミング調整装置１では、比較例のバルブタイミング調整装置に比べ、同じ水分の量であってもトルク変動の増加分が小さい。例えば、燃焼室に吸入される水分の量が水分量Ｍｗにおいては、比較例のバルブタイミング調整装置では、上限値Ｔｒｑｍを大きく超える値Ｔｒｑ２となり車両のドライバビリティが許容値を超えるほどに悪化するが、第一実施形態によるバルブタイミング調整装置１では、上限値Ｔｒｑｍより小さい値Ｔｒｑ１となるため、車両のドライバビリティは許容範囲内に維持されている。
【００３０】
大気から燃焼室に吸入される空気に排気の一部を還流する外部排気再循環（以下、「外部ＥＧＲ」という）を有するエンジンシステムでは、還流排気がＥＧＲクーラによって冷却されるため凝縮水が発生しやすい。このため、当該凝縮水が空気とともに燃焼室に吸入されると、凝縮水を比較的多く含む空気と還流排気と燃料との混合気は失火するおそれがある。
そこで、第一実施形態によるバルブタイミング調整装置１では、バルブタイミング制御部４０が燃焼室１０１に凝縮水が存在すると判定し、かつ、燃焼室１０１の混合気は失火すると判定すると、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７のバルブタイミングを「所定の開閉タイミング」として図３に示すよう調整する。
【００３１】
具体的には、エンジン１０の回転数が相対的に低いときには空気と還流排気との混合気の燃焼室１０１への流れ込みによる燃焼室１０１の掃気効果が比較的弱いため、吸気バルブ１６が開いている時間と排気バルブ１７が開いている時間とが重ならないよう吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の開閉タイミングを調整する。これにより、内部ＥＧＲによる排気の燃焼室１０１への逆流を防止する。
また、エンジン１０の回転数が相対的に高いときには空気と還流排気との混合気の燃焼室１０１への流れ込みによる燃焼室１０１の掃気効果が比較的強いため、吸気バルブ１６が開いている時間の一部と排気バルブ１７が開いている時間の一部とが重なるよう吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の開閉タイミングを調整する。これにより、吸気ポート１６１から燃焼室１０１に吸入される空気と還流排気との混合気によって燃焼室１０１に残留する排気を開いている排気ポート１７１から排気通路３０１に排出する。
このように、バルブタイミング調整装置１では、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７のバルブタイミングを調整することによって、内部ＥＧＲによって燃焼室１０１に残留する水分の量を低減し、燃焼室１０１における空気と還流排気と燃料との混合気の失火を防止する。これにより、燃焼室１０１における空気と還流排気と燃料との混合気の燃焼が安定し、エンジンシステム５が出力するトルクの変動を小さくすることができる。したがって、バルブタイミング調整装置１を搭載する車両のドライバビリティを向上することができる。
【００３２】
また、燃焼室１０１における空気と還流排気と燃料との混合気の燃焼が安定するため、
燃焼することなく排気とともに排出される燃料の量を少なくすることができる。これにより、エンジンシステム５の燃費を向上することができる。
【００３３】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について、図５、６に基づいて説明する。第二実施形態によるバルブタイミング調整装置は、過給器が設けられるエンジンシステムに適用される点が第一実施形態と異なる。第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３４】
第二実施形態によるバルブタイミング調整装置２は、例えば、ターボなどの過給器が設けられているエンジンシステム６に適用される。エンジンシステム６に設けられる過給器は、吸気管２０に設けられるコンプレッサ部２２、排気管３０に設けられるタービン部３２、図示しないシャフトなどから構成されている。
【００３５】
タービン部３２は、排気通路３０１を流れる排気によって回転可能な図示しないタービンを収容している。また、コンプレッサ部２２は、シャフトを介して当該タービンに連結する図示しないコンプレッサを回転可能に収容している。
過給器では、排気通路３０１を流れる排気によってタービンが回転すると、タービンの回転トルクがシャフトを介してコンプレッサに伝達される。伝達される回転トルクによって回転するコンプレッサは、吸気通路２０１を流れる空気と還流排気との混合気を加圧する。
【００３６】
エンジンシステム６は、「排気還流管」としての第二排気還流管５５を有している。第二排気還流管５５は、コンプレッサ部２２の燃焼室１０１側とは反対側の吸気通路２０１とタービン部３２の燃焼室１０１側とは反対側の排気通路３０１とを連通する「排気還流通路」としての第二排気還流通路５５１を形成する。第二排気還流管５５には、「還流排気量検出手段」としての第二排気還流バルブ５６及び第二ＥＧＲクーラ５７が設けられている。以下、第二排気還流通路５５１を流れる還流排気を低圧還流排気といい、第二排気還流管５５、第二排気還流バルブ５６及び第二ＥＧＲクーラ５７を含む構成を低圧外部ＥＧＲという。また、第一還流排気通路３５１を流れる還流排気を高圧還流排気といい、第一排気還流管３５、第一排気還流バルブ３６及び第一ＥＧＲクーラ３７を含む構成を高圧外部ＥＧＲという。
【００３７】
第二排気還流バルブ５６は、車両の走行状態やエンジン１０の運転状況に応じて演算される上位の車両制御部からの指令に応じて開閉し、タービン部３２の燃焼室１０１側とは反対側の排気通路３０１とコンプレッサ部２２の燃焼室１０１側とは反対側の吸気通路２０１とを連通または遮断する。第二排気還流バルブ５６は、バルブタイミング制御部５０と電気的に接続している。
第二ＥＧＲクーラ５７は、第二排気還流通路５５１を流れる低圧還流排気を冷却する。
【００３８】
バルブタイミング制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポートなどからなるマイクロコンピュータによって構成されている。
バルブタイミング制御部５０には、第一排気還流バルブ３６の開度に応じた信号、第二排気還流バルブ５６の開度（以下、「第二ＥＧＲ率」という）に応じた信号、空気量センサ４１が出力する吸気通路２０１を流れる空気の量に応じた信号、温度センサ４２が出力する空気と低圧還流排気と高圧還流排気との混合気の温度に応じた信号、及び、上位の車両制御部が出力するインジェクタ１１への指令信号が入力される。バルブタイミング制御部５０は、これらの信号に基づき、バルブタイミング調整部２５の作動を制御する。
【００３９】
次に、第二実施形態によるバルブタイミング調整装置２の作用について、図６を参照して説明する。図６には、バルブタイミング調整装置２によって吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の開閉タイミングを調整したときのそれぞれのバルブリフト量を表す特性図を示す。
【００４０】
バルブタイミング調整装置２では、第一実施形態と同じように、Ｓ１０１において、１回の燃焼サイクルにおいてインジェクタ１１が燃焼室１０１に噴射する燃料の量から燃焼室１０１に発生する水分の量を算出する。次に、Ｓ１０２において、第一ＥＧＲ率及び第二ＥＧＲ率から燃焼室１０１に吸入される水分の量を算出する。
【００４１】
次に、Ｓ１０３において、燃焼前の燃焼室１０１に凝縮水が存在するか否かを判定する。バルブタイミング制御部５０は、吸気通路２０１を流れる空気の量、第一ＥＧＲ率から算出される高圧還流排気の量、第二ＥＧＲ率から算出される低圧還流排気の量、空気と低圧還流排気と高圧還流排気との混合気の温度、及び、Ｓ１０２において算出された燃焼室１０１に吸入される水分の量に基づいて、燃焼室１０１に吸入される直前の空気と低圧還流排気と高圧還流排気との混合気の相対湿度を算出する。Ｓ１０３においては、算出された相対湿度が１００％以上となる場合、燃焼室１０１に凝縮水が存在すると判定してＳ１０４に移行する。算出された相対湿度が１００％より小さい場合、燃焼室１０１に凝縮水は存在しないと判定して今回の燃焼サイクルにおけるバルブタイミング調整処理を終了する。
次に、Ｓ１０４において、燃焼室前の燃焼室１０１の水分の量、及び、失火水量マップに基づいて、燃焼室１０１の空気と低圧還流排気と高圧還流排気と燃料との混合気は失火するか否かを判定する。Ｓ１０４において、燃焼室１０１の空気と低圧還流排気と高圧還流排気と燃料との混合気は失火すると判定される場合、Ｓ１０５に移行する。燃焼室１０１の空気と低圧還流排気と高圧還流排気と燃料との混合気は失火しないと判定される場合、今回の燃焼サイクルにおけるバルブタイミング調整処理を終了する。
【００４２】
次に、Ｓ１０５において、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の開閉タイミングを調整する。バルブタイミング調整装置２では、Ｓ１０５において吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の開閉タイミングを図６に示すよう調整する。
【００４３】
図６には、バルブタイミング調整装置２によって吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の開閉タイミングを調整したときのそれぞれのバルブリフト量を表す特性図を示す。図６には、吸気バルブ１６のバルブリフト量を破線Ｌ２１で示し、排気バルブ１７のバルブリフト量を実線Ｌ２２で示す。
【００４４】
エンジン１０の回転数が相対的に低いとき、バルブタイミング制御部５０は、図６（ａ）に示すように、ピストン１３が排気行程の下死点（図６（ａ）中の排気ＢＤＣ）の位置にあるときに排気バルブ１７を開き、ピストン１３が排気行程から吸気行程に変わる上死点（図６（ａ）中のＴＤＣ）の位置にあるときに閉じる。また、バルブタイミング制御部５０は、ピストン１３が排気行程から吸気行程に変わる上死点の位置にあるときに吸気バルブ１６を開き、ピストン１３が吸気行程の下死点（図６（ａ）中の吸気ＢＤＣ）の位置にあるときに閉じる。すなわち、エンジン１０の回転数が相対的に低いとき、排気バルブ１７が開いている時間と吸気バルブ１６が開いている時間とは重ならない。
【００４５】
また、エンジン１０の回転数が相対的に高いとき、バルブタイミング制御部５０は、図６（ｂ）に示すように、ピストン１３が排気行程の下死点（図６（ｂ）中の排気ＢＤＣ）の位置にあるときに排気バルブ１７を開き、ピストン１３が排気行程から吸気行程に変わる上死点（図６（ｂ）中のＴＤＣ）から吸気行程の下死点（図６（ｂ）中の吸気ＢＤＣ）に移動する途中にあるとき閉じる。また、バルブタイミング制御部５０は、ピストン１３が排気行程から吸気行程に変わる上死点の位置にあるときに吸気バルブ１６を開き、ピストン１３が吸気行程の下死点の位置にあるときに閉じる。すなわち、エンジン１０の回転数が相対的に高いとき、排気行程から吸気行程に変わる前後において排気バルブ１７が開いている時間の一部と吸気バルブ１６が開いている時間の一部とが重なる。
このように、バルブタイミング制御部５０は、Ｓ１０５において、エンジン１０の回転数に応じて吸気バルブ１６の開閉タイミング及び排気バルブ１７の開閉タイミングを調整する。
Ｓ１０５の後、今回の燃焼サイクルにおけるバルブタイミング調整処理を終了する。
【００４６】
第二実施形態によるバルブタイミング調整装置２では、エンジン１０の回転数が相対的に高いとき、排気バルブ１７が開いている時間の一部と吸気バルブ１６が開いている時間の一部とが重なるようピストン１３が排気行程から吸気行程に変わる上死点から吸気行程の下死点に移動する途中にあるとき排気バルブ１７を閉じる。これにより、コンプレッサ部２２において加圧された空気と低圧還流排気との混合気を利用したより強い掃気効果によって燃焼室１０１に残留する排気を排気管３０に排出する。したがって、第二実施形態は、第一実施形態と同じ効果を奏する。
【００４７】
また、バルブタイミング調整装置２は、コンプレッサ部２２の燃焼室１０１側とは反対側の吸気通路２０１とタービン部３２の燃焼室１０１側とは反対側の排気通路３０１とを連通する第二排気還流通路５５１を有するエンジンシステム６に適用されている。第二排気還流通路５５１を流れる低圧還流排気は、第一排気還流通路３５１を流れる高圧還流排気に比べ低温であるため、水分が凝縮しやすい。このため、エンジンシステム６では、第一実施形態のエンジンシステム５に比べ燃焼室１０１に比較的多くの凝縮水が吸入されるおそれがある。そこで、バルブタイミング調整装置２は、第二排気還流通路５５１を流れる低圧還流排気の水分の量も考慮し、燃焼室１０１に凝縮水が存在するか否かを判定する。これにより、第二実施形態によるバルブタイミング調整装置２は、高圧外部ＥＧＲだけでなく低圧外部ＥＧＲを備えるエンジンシステム６に適用することができる。
【００４８】
（その他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、エンジンの回転数に応じて吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを調整するとした。しかしながら、エンジンの回転数とは関係なく、燃焼室に凝縮水が存在しているか否かの判定結果及び燃焼室の空気と還流排気と燃料との混合気は失火しているか否かの判定結果のみに基づいて、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを調整してもよい。
【００４９】
（イ）第二実施形態では、排気バルブが開いている時間を通常の時間より長くし、吸気バルブが開いている時間とオーバーラップさせることによって、燃焼室に残留する排気を排気管に排出するとした。しかしながら、排気バルブが開いている時間の一部と吸気バルブが開いている時間の一部とを重ねる調整内容はこれに限定されない。
図７に第一実施形態及び第二実施形態とは異なるバルブタイミング調整処理の調整内容を示す。図７には、吸気バルブのバルブリフト量を破線Ｌ３１で示し、排気バルブのバルブリフト量を実線Ｌ３２で示す。
エンジンの回転数が相対的に低いとき、図７（ａ）に示すように、バルブタイミング制御部は、排気バルブが開いている時間と吸気バルブが開いている時間とは重ならないよう排気バルブ及び吸気バルブの開閉タイミングを調整する。一方、エンジンの回転数が相対的に高いとき、バルブタイミング制御部は、図７（ｂ）に示すように、ピストンが排気行程の下死点（図７（ｂ）中の排気ＢＤＣ）の位置にあるときに排気バルブを開き、ピストンが排気行程から吸気行程に変わる上死点（図７（ｂ）中のＴＤＣ）の位置にあるときに閉じる。また、バルブタイミング制御部は、ピストンが排気行程の下死点から、排気行程から吸気行程に変わる上死点に移動する途中にあるとき吸気バルブを開き、ピストンが吸気行程の下死点の位置にあるときに閉じる。すなわち、吸気バルブを早めに開き、排気バルブが開いている時間の一部と吸気バルブが開いている時間の一部とが重なるよう開閉タイミングを調整してもよい。
【００５０】
（ウ）上述の実施形態では、「水分量算出手段」、「凝縮水判定手段」、「失火判定手段」及び「回転数算出手段」は、バルブタイミング制御部に一体に設けられるとした。しかしながら、これらは別々であってもよい。
【００５１】
（エ）上述の実施形態では、還流排気の量は排気還流バルブの開度から算出するとした。しかしながら、還流排気の量を検出する方法はこれに限定されない。別途、還流排気の量を検出する還流排気量センサを設けてもよい。
【００５２】
（オ）上述の実施形態では、バルブタイミング調整処理のＳ１０１において、インジェクタが噴射する燃料の量は、上位の車両制御部が出力するインジェクタへの指令信号に基づいて算出するとした。しかしながら、インジェクタが噴射する燃料の量の算出方法はこれに限定されない。
【００５３】
（カ）上述の実施形態では、燃焼室に吸入される水分の量として、還流排気に含まれる水分の量及び空気に含まれる水分の量を算出するとした。しかしながら、燃焼室に吸入される水分の算出方法はこれに限定されない。燃焼室に吸入される水分の量のうち還流排気に含まれる水分の量が大部分を占めるため、還流排気に含まれる水分の量のみを算出してもよい。
【００５４】
（キ）上述の実施形態では、インジェクタはシリンダブロックに設けられ、燃焼室に直接燃料を噴射するとした。しかしながら、インジェクタが設けられる位置はこれに限定されない。吸気管に設けられ、吸気通路を流れる空気、または、空気と還流排気との混合気に同伴されるよう吸気通路に燃料を噴射してもよい。
【００５５】
（ク）第二実施形態では、過給器は、ターボであるとした。しかしながら、過給器の種類はターボに限定されない。スーパーチャージャなどであってもよい。この場合、第一排気還流通路には比較的高圧の還流排気が流れるよう第一排気還流管が設けられ、第二排気還流通路には比較的低圧の還流排気が流れるよう第二排気還流管が設けられればよい。
【００５６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１、２    ・・・バルブタイミング調整装置、
５、６    ・・・エンジンシステム、
１０      ・・・エンジン、
１６      ・・・吸気バルブ、
１７      ・・・排気バルブ、
２５      ・・・バルブタイミング調整部、
３５      ・・・第一排気還流管（排気還流管）、
３６      ・・・第一排気還流バルブ（還流排気量検出手段）、
４０      ・・・バルブタイミング制御部（水分量算出手段、凝縮水判定手段、失火判定手段、回転数算出手段）、
４１      ・・・空気量センサ（空気量検出手段）、
４２      ・・・温度センサ（混合気温度検出手段）、
５５      ・・・第二排気還流管（排気還流管）、
５６      ・・・第二排気還流バルブ（還流排気量検出手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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