(57)【要約】【課題】バルブタイミングの制御によって燃焼安定性の低下という弊害が起こらないように対策することを課題とする。【解決手段】コントロールユニット２０は、エンジン１の運転状態に基いて吸気バルブ７及び排気バルブ８の目標バルブタイミングを設定し、該目標バルブタイミングが実現するように吸気側及び排気側のバルブタイミング可変機構１３，１４を制御する。コントロールユニット２０は、目標バルブタイミング又は該目標バルブタイミングから定まる吸気バルブ７と排気バルブ８とのオーバーラップ期間に基いて燃焼悪化を招くか否かを判定し、燃焼悪化を招くと判定したときは、エンジン１の燃焼室４内に吸気スワールを生成するスワール制御弁１１に吸気スワールを生成させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出されたエンジンの運転状態に基いて上記バルブの目標バルブタイミングを設定する目標バルブタイミング設定手段と、該設定手段で設定された目標バルブタイミングが実現するように上記バルブタイミング可変機構を制御するバルブタイミング制御手段とを有するエンジンのバルブタイミング制御装置であって、エンジンの燃焼室内に吸気スワールを生成するスワール生成手段と、上記目標バルブタイミング設定手段で設定された目標バルブタイミング又は該目標バルブタイミングから定まる吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ期間に基いて燃焼悪化を招くか否かを判定する判定手段と、該判定手段で燃焼悪化を招くと判定されたときは上記スワール生成手段に吸気スワールを生成させるスワール制御手段とを備えることを特徴とするエンジンのバルブタイミング制御装置。
【請求項２】
スワール制御手段により燃焼室内に吸気スワールが生成される前にバルブタイミング制御手段により目標バルブタイミングが実現されるのを抑制する抑制手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのバルブタイミング制御装置。
【請求項３】
抑制手段は、スワール制御手段がスワール生成手段にスワール生成指令を出力してから所定時間経過後にバルブタイミング制御手段がバルブタイミング可変機構にバルブタイミング変更指令を出力するように制御するものであることを特徴とする請求項２に記載のエンジンのバルブタイミング制御装置。
【請求項４】
目標バルブタイミング設定手段で設定された目標バルブタイミングと現在のバルブタイミングとの偏差が大きいときは小さいときに比べて所定時間を短くする所定時間補正手段を備えることを特徴とする請求項３に記載のエンジンのバルブタイミング制御装置。
【請求項５】
吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出されたエンジンの運転状態に基いて上記バルブの目標バルブタイミングを設定する目標バルブタイミング設定手段と、該設定手段で設定された目標バルブタイミングが実現するように上記バルブタイミング可変機構を制御するバルブタイミング制御手段とを有するエンジンのバルブタイミング制御装置であって、エンジンの燃焼室内に吸気スワールを生成するスワール生成手段と、上記目標バルブタイミング設定手段で設定された目標バルブタイミング又は該目標バルブタイミングから定まる吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ期間に基いて燃焼悪化を招くか否かを判定する判定手段と、該判定手段で燃焼悪化を招くと判定されたときは上記スワール生成手段に吸気スワールを生成させ、判定されないときは吸気スワールを生成させないスワール制御手段と、上記判定手段で燃焼悪化を招くと判定されたときは判定されないときに比べて上記バルブタイミング制御手段による目標バルブタイミング実現のための制御の開始を遅延させる遅延手段とを備えることを特徴とするエンジンのバルブタイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンのバルブタイミング制御装置に関し、自動車等の車輛に搭載されるエンジンの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、吸気バルブ及び排気バルブの両方にバルブタイミング（開閉タイミング）を可変とするバルブタイミング可変機構を具備したエンジンが知られている。このようなエンジンでは、一般に、エンジンの運転状態に基づいて各バルブの目標バルブタイミングが設定され、その目標バルブタイミングが実現するように各バルブタイミング可変機構が個別に制御される。その結果、各運転状態に最適の態様で吸気及び排気が行われ、エンジン出力・燃焼安定性・燃費・排気エミッション等の改善が図られる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１７６５５８号公報（特許請求の範囲、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングが可変であり、吸気バルブと排気バルブとでそれぞれ独立にバルブタイミングを制御することのできるエンジンでは、例えば、吸気バルブだけを進角させて吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ期間を長くすることも可能であるし、逆に、排気バルブだけを遅角させて同じくオーバーラップ期間を長くすることも可能であるし、あるいは、その両方を行ってオーバーラップ期間を長くすることもまた可能である。この場合、１例として、内部ＥＧＲ量を増大させて、排気エミッションや燃費の改善を図るために、排気バルブの遅角を行ったときは、オーバーラップ期間の長期化に伴い、内部ＥＧＲ量が過度に多くなって、燃焼安定性の低下が懸念される。したがって、エンジンの運転状態に基づいて設定した目標バルブタイミング、あるいは該目標バルブタイミングから定まるオーバーラップ期間等に基いて、燃焼安定性の低下が懸念されるか否かを判定し、燃焼安定性の低下が懸念される場合には、その対策を講じる必要がある。
【０００５】
本発明は、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングが可変とされたエンジンにおける上記問題に対処するもので、バルブタイミングの制御によって燃焼安定性の低下という弊害が起こらないよう対策することを主たる課題とする。以下、その他の課題を含め本発明を詳しく説明する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出されたエンジンの運転状態に基いて上記バルブの目標バルブタイミングを設定する目標バルブタイミング設定手段と、該設定手段で設定された目標バルブタイミングが実現するように上記バルブタイミング可変機構を制御するバルブタイミング制御手段とを有するエンジンのバルブタイミング制御装置であって、エンジンの燃焼室内に吸気スワールを生成するスワール生成手段と、上記目標バルブタイミング設定手段で設定された目標バルブタイミング又は該目標バルブタイミングから定まる吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ期間に基いて燃焼悪化を招くか否かを判定する判定手段と、該判定手段で燃焼悪化を招くと判定されたときは上記スワール生成手段に吸気スワールを生成させるスワール制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、エンジンの運転状態に基づいて設定された目標バルブタイミング又は該目標バルブタイミングから定まるオーバーラップ期間に基いて、燃焼悪化を招くか否かを判定し、その結果、燃焼悪化を招くと判定されたときには、エンジンの燃焼室内に吸気スワールが生成されるので、該吸気スワールにより燃料の気化・霧化が促進され、良好な混合気が得られて、燃焼悪化が回避される（燃焼安定性が確保される）。
【０００８】
なお、燃焼悪化を招くか否かの判定は、専ら、内部ＥＧＲ量に着目して行い、該内部ＥＧＲ量が多いほど燃焼悪化を招く可能性が高いと考える。そして、内部ＥＧＲ量は、例えば、前述したように、排気バルブが遅角されて、排気バルブが吸気上死点を超えて開いているとき等には、燃焼室内の負圧（吸入負圧）に起因して多くなる。その場合に、排気バルブの遅角量が大きいほど、内部ＥＧＲ量はさらに多くなる。
【０００９】
また、本発明に係るエンジンでは、その運転状態に応じてオーバーラップ期間が変更されるから、例えばオーバーラップ期間を長くして、内部ＥＧＲ量を増大させ、これにより排気エミッションや燃費の改善を図ることができるし、また、オーバーラップ期間を短くして（ゼロを含む）、排気効率・吸気充填効率を増大させ、これによりエンジン出力や燃焼安定性の向上を図ることができることは、いうまでもない。
【００１０】
次に、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、スワール制御手段により燃焼室内に吸気スワールが生成される前にバルブタイミング制御手段により目標バルブタイミングが実現されるのを抑制する抑制手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、燃焼室内に吸気スワールが生成された後に目標バルブタイミングが実現されるので、燃焼悪化が確実に回避できる。すなわち、上記請求項１において、燃焼悪化の可能性が判定されたときは燃焼室内に吸気スワールを生成させるといっても、現実にスワール制御手段及びスワール生成手段が働いて燃焼室内に吸気スワールが生成するタイミングが、バルブタイミング制御手段及びバルブタイミング可変機構が働いて目標バルブタイミングが実現するタイミングよりも遅いと、上記吸気スワールによる燃焼悪化回避の効果が十分に得られない。そこで、この発明は、スワール制御手段により燃焼室内に吸気スワールが生成される前にバルブタイミング制御手段により目標バルブタイミングが実現されるのを抑制して、上記吸気スワールによる燃焼悪化回避（燃焼安定性確保）の実効を図ったものである。
【００１２】
次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項２に記載の発明において、抑制手段は、スワール制御手段がスワール生成手段にスワール生成指令を出力してから所定時間経過後にバルブタイミング制御手段がバルブタイミング可変機構にバルブタイミング変更指令を出力するように制御するものであることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、上記請求項２に記載の抑制手段の動作が具体化される。すなわち、スワール制御手段からスワール生成手段にスワール生成指令が出力された時刻から、所定時間が経過した時刻に、バルブタイミング制御手段からバルブタイミング可変機構にバルブタイミング変更指令が出力される。これにより、バルブタイミング可変機構に対するバルブタイミング変更指令が、スワール生成手段に対するスワール生成指令より後に出力されるから、スワール制御手段により燃焼室内に吸気スワールが生成される前にバルブタイミング制御手段により目標バルブタイミングが実現されるのが抑制される。
【００１４】
また、例えば、スワール生成手段に不可避的な動作遅れがあり（例えば、該スワール生成手段が、吸気通路を開閉するバタフライ弁や、該弁の弁軸を回転させるＤＣモータ等で構成されている場合には、該モータの駆動時におけるモータ回転の立ち上がりが遅いこと、あるいは、バタフライ弁が動作してから燃焼室内に実際に吸気スワールが生成されるまでの時間遅れ・タイムラグ等を指す）、スワール生成手段に対するスワール生成指令と、バルブタイミング可変機構に対するバルブタイミング変更指令とを同時に出力していたのでは、どうしても現実に燃焼室内に吸気スワールが生成するタイミングが、目標バルブタイミングが実現するタイミングよりも遅れ気味となるような場合であっても、燃焼室内に吸気スワールが確実に生成された状態で（すなわち、燃焼室内に吸気スワールが生成された後に、あるいは生成されるのと同時に）、目標バルブタイミングが実現することが図られて、燃焼悪化が確実に回避できる。
【００１５】
次に、請求項４に記載の発明は、上記請求項３に記載の発明において、目標バルブタイミング設定手段で設定された目標バルブタイミングと現在のバルブタイミングとの偏差が大きいときは小さいときに比べて所定時間を短くする所定時間補正手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、スワール生成手段へのスワール生成指令の出力と、バルブタイミング可変機構へのバルブタイミング変更指令の出力とのタイミング取りの精度が向上する。すなわち、上記請求項３において、スワール生成手段にスワール生成指令を出力してから所定時間経過後にバルブタイミング可変機構にバルブタイミング変更指令を出力するといっても、上記所定時間が一律固定であると、例えば該所定時間が長すぎる場合は、なかなか目標バルブタイミングが実現せず、バルブタイミング制御本来のエンジン出力・燃焼安定性・燃費・排気エミッション等の改善効果が減損してしまう。逆に、上記所定時間が短すぎる場合は、現実に燃焼室内に吸気スワールが生成する前に目標バルブタイミングが実現し、上記吸気スワールによる燃焼悪化回避の効果が減損してしまう。
【００１７】
そこで、この発明は、目標バルブタイミング設定手段で設定された目標バルブタイミングと現在のバルブタイミングとの偏差が大きいとき、換言すれば、目標バルブタイミングを実現するためのバルブタイミング可変機構の動作量が大きいとき（目標バルブタイミングを実現するのにより長い時間が必要なとき）は、所定時間を短くして、なかなか目標バルブタイミングが実現しないときの不利益の解消を図り、逆に、目標バルブタイミング設定手段で設定された目標バルブタイミングと現在のバルブタイミングとの偏差が小さいとき、換言すれば、目標バルブタイミングを実現するためのバルブタイミング可変機構の動作量が小さいとき（目標バルブタイミングを実現するのにより短い時間で済むとき）は、所定時間を長くして、現実に燃焼室内に吸気スワールが生成する前に目標バルブタイミングが実現してしまうときの不利益の解消を図ったものである。
【００１８】
次に、請求項５に記載の発明は、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出されたエンジンの運転状態に基いて上記バルブの目標バルブタイミングを設定する目標バルブタイミング設定手段と、該設定手段で設定された目標バルブタイミングが実現するように上記バルブタイミング可変機構を制御するバルブタイミング制御手段とを有するエンジンのバルブタイミング制御装置であって、エンジンの燃焼室内に吸気スワールを生成するスワール生成手段と、上記目標バルブタイミング設定手段で設定された目標バルブタイミング又は該目標バルブタイミングから定まる吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ期間に基いて燃焼悪化を招くか否かを判定する判定手段と、該判定手段で燃焼悪化を招くと判定されたときは上記スワール生成手段に吸気スワールを生成させ、判定されないときは吸気スワールを生成させないスワール制御手段と、上記判定手段で燃焼悪化を招くと判定されたときは判定されないときに比べて上記バルブタイミング制御手段による目標バルブタイミング実現のための制御の開始を遅延させる遅延手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、請求項１に記載の発明と同様、エンジンの運転状態に基づいて設定された目標バルブタイミング又は該目標バルブタイミングから定まるオーバーラップ期間に基いて、燃焼悪化を招くか否かを判定し、その結果、燃焼悪化を招くと判定されたときには、エンジンの燃焼室内に吸気スワールが生成されるので、該吸気スワールにより燃料の気化・霧化が促進され、良好な混合気が得られて、燃焼悪化が回避される（燃焼安定性が確保される）。
【００２０】
しかもその場合に、請求項２や３と類似して、バルブタイミング制御手段による目標バルブタイミング実現のための制御（バルブタイミング可変機構に対する制御）の開始が遅延されるので、燃焼室内に吸気スワールが確実に生成された状態で、目標バルブタイミングが実現することが図られ、燃焼悪化が確実に回避される。
【００２１】
一方、燃焼悪化を招くと判定されないときには、吸気スワールの生成が行われないばかりか、バルブタイミング制御手段による目標バルブタイミング実現のための制御（バルブタイミング可変機構に対する制御）の開始が遅延されないので、上記制御が遅滞なく開始され、目標バルブタイミングが早期に実現して、バルブタイミング制御本来のエンジン出力・燃焼安定性・燃費・排気エミッション等の改善効果が速やかに達成されるという格別の利益が得られる。以下、実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説明する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、本実施の形態に係るエンジン１は、シリンダブロックやシリンダヘッド等で構成されるエンジン本体２の各気筒に、ピストン３で画成された燃焼室４を有し、該燃焼室４に、吸気通路５及び排気通路６が接続している。燃焼室４と吸気通路５及び排気通路６とを連通又は遮断させる吸気バルブ７及び排気バルブ８は、それぞれ吸気カムシャフト１３Ｃ又は排気カムシャフト１４Ｃ（図３（ｂ）参照）に設けられた図示しない吸気カム又は排気カムにより開閉される。燃焼室４の中央上部に点火プラグ９のギャップが臨み、吸気通路５に燃料噴射弁１０の噴口が臨んでいる。このエンジン１のコントロールユニット２０は、エアフロセンサ１２からの吸入空気量信号、吸気側カムポジションセンサ１５からの吸気カムのポジション信号、排気側カムポジションセンサ１６からの排気カムのポジション信号、クランク角センサ１７からのエンジン回転数信号、及び水温センサ１８からの水温信号等を入力し、スワール制御弁１１へのスワール生成指令信号Ｓｓｗ、吸気側バルブタイミング可変機構１３及び排気側バルブタイミング可変機構１４へのバルブタイミング変更指令信号Ｓｖｔ等を出力する。
【００２３】
図２に示すように、スワール制御弁１１は、吸気通路５に配置された軸１１ｂを中心に回動するバタフライ弁で、弁本体１１ａに切欠き１１ｃが設けられている。図示したように、アクチュエータ（この例ではＤＣモータ）１９でスワール制御弁１１が閉じられると、矢印で示したように、上記切欠き１１ｃにより吸気が吸気通路５内で偏倚して流れて、燃焼室４内に吸気スワールが生成する。一方、スワール制御弁１１が開かれると、吸気スワールは消滅する。コントロールユニット２０からのスワール生成指令信号Ｓｓｗは上記アクチュエータ１９に印加される。
【００２４】
図３に示すように、吸気側（ＩＮ）及び排気側（ＥＸ）のバルブタイミング可変機構１３，１４は、それぞれ吸気カムシャフト１３Ｃ及び排気カムシャフト１４Ｃの１端に組み付けられたロータ１３Ｂ，１４Ｂと、該ロータ１３Ｂ，１４Ｂを収容するハウジング１３Ａ，１４Ａとを有する。ロータ１３Ｂ，１４Ｂとハウジング１３Ａ，１４Ａとの間に複数の油圧室が形成されている。ロータ１３Ｂ，１４Ｂはカムシャフト１３Ｃ，１４Ｃと一体であり、ハウジング１３Ａ，１４Ａは吸気側及び排気側のカムスプロケットと一体である。カムスプロケットはチェーンによりクランクシャフトが２回転する間にＲ方向に１回転する。
【００２５】
図３（ａ）の吸気側（ＩＮ）及び図３（ｃ）の排気側（ＥＸ）に示すように、バルブタイミング可変機構１３，１４の遅角用油圧室に遅角用油圧Ｐｒｅが供給され、進角用油圧室から進角用油圧Ｐａｄが排出されると、ロータ１３Ｂ，１４Ｂ及びカムシャフト１３Ｃ，１４Ｃ（ひいては吸気カム及び排気カムないし吸気バルブ７及び排気バルブ８）は、ハウジング１３Ａ，１４Ａ及びカムスプロケット（ひいてはクランクシャフト）に対し最遅角位置に移動する。同様に、図３（ａ）の排気側（ＥＸ）及び図３（ｃ）の吸気側（ＩＮ）に示すように、バルブタイミング可変機構１３，１４の進角用油圧室に進角用油圧Ｐａｄが供給され、遅角用油圧室から遅角用油圧Ｐｒｅが排出されると、ロータ１３Ｂ，１４Ｂ及びカムシャフト１３Ｃ，１４Ｃは、ハウジング１３Ａ，１４Ａ及びカムスプロケットに対し最進角位置に移動する。
【００２６】
一方、図３（ｂ）の吸気側（ＩＮ）に示すように、バルブタイミング可変機構１３の進角用油圧室の進角用油圧Ｐａｄが増大し、遅角用油圧室の遅角用油圧Ｐｒｅが減少すると、ロータ１３Ｂ及びカムシャフト１３Ｃは、矢印のように、ハウジング１３Ａ及びカムスプロケットに対し最進角位置へ向けて移動する。同様に、図３（ｂ）の排気側（ＥＸ）に示すように、バルブタイミング可変機構１４の遅角用油圧室の遅角用油圧Ｐｒｅが増大し、進角用油圧室の進角用油圧Ｐａｄが減少すると、ロータ１４Ｂ及びカムシャフト１４Ｃは、矢印のように、ハウジング１４Ａ及びカムスプロケットに対し最遅角位置へ向けて移動する。
【００２７】
上記進角用油圧Ｐａｄ及び遅角用油圧Ｐｒｅは、それぞれ図示しない吸気側及び排気側のオイルコントロールバルブにより生成される。コントロールユニット２０からのバルブタイミング変更指令信号Ｓｖｔは上記オイルコントロールバルブのアクチュエータ（例えば電磁ソレノイド）に印加される。
【００２８】
図４に示すように、コントロールユニット２０のメモリには、エンジン１の運転状態、すなわち負荷Ｃｅ（本実施形態では、負荷として、吸気充填効率Ｃｅ（＝吸入空気量Ｑ／エンジン回転数Ｎ）を採用した）及びエンジン回転数Ｎに基いて、吸気バルブ７の進角量Θｉｎの目標値α（以下、目標吸気進角量αという）が予め格納されている。同様に、図５に示すように、コントロールユニット２０のメモリには、エンジン１の運転状態、すなわち負荷Ｃｅ及びエンジン回転数Ｎに基いて、排気バルブ８の遅角量Θｅｘの目標値β（以下、目標排気遅角量βという）が予め格納されている。ここで、吸気バルブ７の目標吸気進角量αは、図３（ａ）に示した最遅角位置を基準にして、該最遅角位置からの進角量である。また、排気バルブ８の目標排気遅角量βは、図３（ａ）に示した最進角位置を基準にして、該最進角位置からの遅角量である。これらの目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βは、各運転状態Ｃｅ，Ｎに応じて、最適の態様で吸気及び排気が行われ、その結果、エンジン出力・燃焼安定性・燃費・排気エミッション等が改善されるように、ゼロを含む各種数値に設定されている。
【００２９】
図６に示すように、このエンジン１においては、運転状態Ｃｅ，Ｎに基いて、上記図４の吸気バルブ７の目標吸気進角量αと、上記図５の排気バルブ８の目標排気遅角量βとから、３種のバルブタイミングパターンＩ，ＩＩ，ＩＩＩが設定される。バルブタイミングパターンＩは、低回転領域〜低負荷中回転領域〜高回転領域に設定される。バルブタイミングパターンＩＩは、高負荷中回転領域に設定される。バルブタイミングパターンＩＩＩは、中負荷中回転領域に設定される。
【００３０】
図７（ａ）に示すように、バルブタイミングパターンＩでは、吸気バルブ７の進角量Θｉｎの目標値（すなわち目標吸気進角量）αはゼロで、吸気バルブ７は図３（ａ）に示した最遅角位置（基準）にある。また、排気バルブ８の遅角量Θｅｘの目標値（すなわち目標排気遅角量）βもゼロで、排気バルブ８は図３（ａ）に示した最進角位置（基準）にある。その結果、吸気バルブ７は吸気上死点で開き始め、排気バルブ８は吸気上死点で閉じ終わって、吸気バルブ７と排気バルブ８とのオーバーラップＸは生じず、オーバーラップ期間Ｏ／Ｌはゼロである。
【００３１】
このバルブタイミングパターンＩでは、オーバーラップＸが少ない（あるいは無い）から、次のような作用が奏される。すなわち、低回転領域及び低負荷中回転領域においては、燃焼室４での内部ＥＧＲ量が少なくなり、燃焼安定性が改善する。また、高回転領域においては、排気バルブ８の開弁時期が早くなり、排気効率が向上して、高出力が得られる。また、同じく高回転領域においては、吸気バルブ７の閉弁時期が遅れ、吸気行程終期の充填効率が向上して、やはり高出力が得られる。
【００３２】
図７（ｂ）に示すように、バルブタイミングパターンＩＩでは、吸気バルブ７のみ進角する。その結果、吸気バルブ７は吸気上死点より前で開き始め、吸気バルブ７と排気バルブ８とのオーバーラップＸが生じる。オーバーラップ期間Ｏ／Ｌは目標吸気進角量αに依存して変化し、明らかに、目標吸気進角量αが大きいほど長くなる。オーバーラップＸは吸気上死点で終了する。
【００３３】
このバルブタイミングパターンＩＩでは、オーバーラップＸが増大する（あるいは生じる）から、上記タイミングパターンＩの作用（燃焼安定性・エンジン出力の改善）と次に説明するタイミングパターンＩＩＩの作用（排気エミッション・燃費の改善）とが最適バランスで奏される。
【００３４】
図７（ｃ）に示すように、バルブタイミングパターンＩＩＩでは、吸気バルブ７が進角すると共に、排気バルブ８が遅角する。その結果、吸気バルブ７は吸気上死点より前で開き始め、排気バルブ８は吸気上死点より後で閉じ終わって、吸気バルブ７と排気バルブ８とのオーバーラップＸが拡大する。オーバーラップ期間Ｏ／Ｌは目標排気遅角量βにも依存して変化し、明らかに、目標排気遅角量βが大きいほど長くなる。オーバーラップＸは吸気上死点を超えて終了する。
【００３５】
このバルブタイミングパターンＩＩＩでは、オーバーラップＸが拡大するから、次のような作用が奏される。すなわち、内部ＥＧＲ量が多くなり、排気エミッションが改善する。また、燃焼室４内の吸入負圧が減少し、ポンピングロスが低減して、燃費が改善する。さらに、排気バルブ８の開弁時期が遅れ、膨張比が大きくなって、やはり燃費が改善する。
【００３６】
ただし、このバルブタイミングパターンＩＩＩでは、排気バルブ８が吸気上死点を超えて開いているから、燃焼室４内の吸入負圧に起因して内部ＥＧＲ量が大量・顕著となり、内部ＥＧＲの影響が大きく出て、燃焼安定性の低下が懸念される。よって、エンジン１の運転状態Ｃｅ，Ｎが、このバルブタイミングパターンＩＩＩに移行したときは、コントロールユニット２０は、上記スワール制御弁１１のアクチュエータ１９にスワール生成指令信号Ｓｓｗを出力して、燃焼室４内に吸気スワールを生成させる。これにより、燃料の気化・霧化が促進され、良好な混合気が得られて、燃焼悪化が回避される（燃焼安定性が確保される）。
【００３７】
次に、図８のフローチャート及び図９のタイムチャートを参照して、コントロールユニット２０が行うこのエンジン１のバルブタイミング制御の具体的動作の１例を説明する。まずステップＳ１１で、エンジン１の運転状態、すなわち負荷Ｃｅ及びエンジン回転数Ｎを読み込む。次にステップＳ１２で、上記運転状態に基いて、吸気バルブ７及び排気バルブ８の目標バルブタイミング、すなわち目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βを、上記図４及び図５のマップから設定する。なお、この例は、図９に示したように、バルブタイミングパターンがＩからＩＩＩに移行する例である。
【００３８】
次にステップＳ１３で、上記目標吸気進角量αが所定進角量Ｋｉｎ以上か否かを判定し、またステップＳ１４で、上記目標排気遅角量βが所定遅角量Ｋｅｘ以上か否かを判定する。そして、いずれもがＹＥＳの場合、つまりオーバーラップ期間Ｏ／Ｌが長くなり、内部ＥＧＲ量が過度に多くなって、燃焼安定性の低下が懸念されると判定されたときには、ステップＳ１５で、スワール制御弁１１のアクチュエータ１９にスワール生成指令信号Ｓｓｗを出力する（時刻ｔ１）。
【００３９】
次にステップＳ１６で、遅延タイマＴの値を所定値τにセットし、ステップＳ１７及びステップＳ１８で、遅延タイマＴの値を１づつデクリメントして、遅延タイマＴの値が０になったときに、ステップＳ１９で、吸気側バルブタイミング可変機構１３及び排気側バルブタイミング可変機構１４のアクチュエータにバルブタイミング変更指令信号Ｓｖｔを出力する（時刻ｔ２）。
【００４０】
一方、ステップＳ１３又はステップＳ１４で、いずれかがＮＯの場合、つまり燃焼安定性の低下が懸念されないと判定されたときには、ステップＳ１５〜Ｓ１８を実行せずに、直ちに、ステップＳ１９で、吸気側バルブタイミング可変機構１３及び排気側バルブタイミング可変機構１４のアクチュエータにバルブタイミング変更指令信号Ｓｖｔを出力する。
【００４１】
この制御動作によれば、燃焼悪化を招くと判定されたときには、燃焼室４内に吸気スワールが生成された状態で（すなわち、燃焼室４内に吸気スワールが生成された後に、あるいは生成されるのと同時に）、目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βが実現されるので、該燃焼悪化が確実に回避できる。すなわち、燃焼悪化を招くと判定されたときは燃焼室４内に吸気スワールを生成させるといっても、現実にスワール制御弁１１のアクチュエータ１９が働いて燃焼室４内に吸気スワールが生成するタイミングが、バルブタイミング可変機構１３，１４のアクチュエータが働いて目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βが実現するタイミングよりも遅いと、上記吸気スワールによる燃焼悪化回避の効果が十分に得られない。そこで、この制御は、スワール制御弁１１により燃焼室４内に吸気スワールが生成される前にバルブタイミング可変機構１３，１４により目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βが実現されるのを抑制して、上記吸気スワールによる燃焼悪化回避（燃焼安定性確保）の実効を図ったものである。
【００４２】
しかも、その吸気スワールの生成の前に目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βの実現を抑制する手法として、コントロールユニット２０からスワール制御弁１１のアクチュエータ１９にスワール生成指令信号Ｓｓｗが出力された時刻ｔ１から、所定の遅延時間τが経過した時刻ｔ２に、コントロールユニット２０からバルブタイミング可変機構１３，１４のアクチュエータにバルブタイミング変更指令信号Ｓｖｔが出力されるようにしたので、その目的が確実・合理的に達成される。
【００４３】
また、例えば、スワール制御弁１１に、構造上不可避的な動作遅れがあり（例えば、該スワール制御弁１１のアクチュエータであるＤＣモータ１９の駆動時におけるモータ回転の立ち上がりが遅いことや、あるいは、弁本体１１ａが回動してから燃焼室４内に実際に吸気スワールが生成されるまでの時間遅れ・タイムラグ等を指していう）、該ＤＣモータ１９に対するスワール生成指令信号Ｓｓｗと、バルブタイミング可変機構１３，１４のアクチュエータ（例えば電磁ソレノイド）に対するバルブタイミング変更指令信号Ｓｖｔとを同時刻に出力していたのでは、どうしても現実に燃焼室４内に吸気スワールが生成するタイミングが、目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βが実現するタイミングよりも遅れ気味となるような場合であっても、燃焼室４内に吸気スワールが確実に生成された状態で（すなわち、燃焼室４内に吸気スワールが生成された後に、あるいは生成されるのと同時に）、目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βが実現することが図られて、燃焼悪化が確実に回避できる。
【００４４】
つまり、図９に矢印で示したように、スワール生成指令信号Ｓｓｗが出力されてから現実に燃焼室４内に吸気スワールが生成されるまでに要する時間が、バルブタイミング変更指令信号Ｓｖｔが出力されてから現実に目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βが実現されるまでに要する時間よりも長いから、前者信号Ｓｓｗを後者信号Ｓｖｔよりも所定の遅延時間τだけ早く出力することで、現実の吸気スワールの生成と現実の目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βの実現とを、図中破線で示したように、ほぼ同時刻とすることが図れるようになる。
【００４５】
一方、この制御動作によれば、燃焼悪化を招くと判定されないときには、吸気スワールの生成が行われないばかりか、コントロールユニット２０による目標吸気進角量α及び目標排気遅角量β実現のための制御（バルブタイミング可変機構１３，１４に対する制御）の開始（つまりバルブタイミング変更指令信号Ｓｖｔの出力）が遅延されないので、上記の本来のバルブタイミング制御が遅滞なく開始され、目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βが早期に実現して（この例ではバルブタイミングパターンＩＩＩが早期に達成されて）、このバルブタイミング制御本来のエンジン出力・燃焼安定性・燃費・排気エミッション等の改善効果が速やかに達成されるという格別の利益が得られる。
【００４６】
なお、その場合、図１０や図１１に例示したように、上記遅延時間τを状況に応じて補正すると、スワール制御弁１１へのスワール生成指令信号Ｓｓｗの出力と、バルブタイミング可変機構１３，１４へのバルブタイミング変更指令信号Ｓｖｔの出力とのタイミング取りの精度が向上するから、より好ましい。すなわち、スワール制御弁１１にスワール生成指令信号Ｓｓｗを出力してから所定の遅延時間τ経過後にバルブタイミング可変機構１３，１４にバルブタイミング変更指令信号Ｓｖｔを出力するといっても、上記遅延時間τが一律固定であると、例えば該遅延時間τが長すぎる場合は、なかなか目標吸気進角量α及び目標排気遅角量β（つまり、狙いのバルブタイミングパターン）が実現せず、バルブタイミング制御本来のエンジン出力・燃焼安定性・燃費・排気エミッション等の改善効果が減損してしまう。逆に、上記遅延時間τが短すぎる場合は、現実に燃焼室４内に吸気スワールが生成する前に目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βが実現し、上記吸気スワールによる燃焼悪化回避の効果が減損してしまう。
【００４７】
そこで、例えば、図１０に示したように、目標バルブタイミングと現在のバルブタイミング（実バルブタイミング）との偏差が大きいとき、換言すれば、目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βを実現するためのバルブタイミング可変機構１３，１４の動作量が大きいとき（目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βを実現するのにより長い時間が必要なとき）は、遅延時間τを短くして、なかなか目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βが実現しないとき（つまり、狙いのバルブタイミングパターンがなかなか達成されないとき）の不利益（すなわち、前述したように、バルブタイミング制御本来のエンジン出力・燃焼安定性・燃費・排気エミッション等の改善効果が減損してしまうこと）の解消を図り、逆に、目標バルブタイミングと現在のバルブタイミングとの偏差が小さいとき、換言すれば、目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βを実現するためのバルブタイミング可変機構１３，１４の動作量が小さいとき（目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βを実現するのにより短い時間で済むとき）は、遅延時間τを長くして（図９の鎖線ア参照）、現実に燃焼室４内に吸気スワールが生成する前に目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βが実現してしまうときの不利益（すなわち、前述したように、吸気スワールによる燃焼悪化回避の効果が減損してしまうこと）の解消を図ったものである。
【００４８】
同様に、図１１に示したように、油温や水温等の温度が高いとき、換言すれば、作動油の粘度が低く、作動油の流動性が高く、目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βを実現するためのバルブタイミング可変機構１３，１４の応答性が高いとき（目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βを実現するのにより短い時間で済むとき）は、遅延時間τを長くし（図９の鎖線ア参照）、逆に、油温や水温等の温度が低いとき、換言すれば、作動油の粘度が高く、作動油の流動性が低く、目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βを実現するためのバルブタイミング可変機構１３，１４の応答性が低いとき（目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βを実現するのにより長い時間が必要なとき）は、遅延時間τを短くすればよい。
【００４９】
他にも、遅延時間τを補正するパラメータとしては、温度に応じて変化する電気抵抗（例えばＤＣモータ等に採用される電気回路に含まれる）等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を組み合わせて、遅延時間τを総合的に補正してもよい。
【００５０】
また、図１２に例示したように、燃焼安定性の低下が懸念されるか否かの判定を、目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βに代えて、あるいはこれと共に、該目標吸気進角量α及び目標排気遅角量βから定まるオーバーラップ期間Ｏ／Ｌに基いて行ってもよい。図１２に例示したフローチャートでは、図８のステップＳ１３，Ｓ１４に代えて、ステップＳ２４で、オーバーラップ期間Ｏ／Ｌが所定期間Ｋｏｌ以上か否かを判定している。そして、ＹＥＳの場合、つまりオーバーラップ期間Ｏ／Ｌが長くなり、内部ＥＧＲ量が過度に多くなって、燃焼安定性の低下が懸念されると判定されたときには、ステップＳ２５で、スワール制御弁１１のアクチュエータ１９にスワール生成指令信号Ｓｓｗを出力している。その余のステップ（Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２６〜Ｓ２９）は、先の図８のフローチャートに示した相当する各ステップ（Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１６〜Ｓ１９）と同様である。
【００５１】
【発明の効果】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明によれば、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングが可変とされたエンジンにおいて、バルブタイミングの制御によって燃焼安定性の低下という弊害が起こらないように対策することが可能となる。
【００５２】
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、エンジンの運転状態に基づいて設定された目標バルブタイミング又は該目標バルブタイミングから定まるオーバーラップ期間に基いて、燃焼悪化を招くか否かを判定し、その結果、燃焼悪化を招くと判定されたときには、エンジンの燃焼室内に吸気スワールが生成されるので、該吸気スワールにより燃料の気化・霧化が促進され、良好な混合気が得られて、燃焼悪化が回避される（燃焼安定性が確保される）。
【００５３】
次に、請求項２に記載の発明によれば、燃焼室内に吸気スワールが生成された後に目標バルブタイミングが実現されるので、燃焼悪化が確実に回避できる。すなわち、上記のように、燃焼悪化の可能性が判定されたときは燃焼室内に吸気スワールを生成させるといっても、現実にスワール制御手段及びスワール生成手段が働いて燃焼室内に吸気スワールが生成するタイミングが、バルブタイミング制御手段及びバルブタイミング可変機構が働いて目標バルブタイミングが実現するタイミングよりも遅いと、上記吸気スワールによる燃焼悪化回避の効果が十分に得られない。そこで、この発明は、スワール制御手段により燃焼室内に吸気スワールが生成される前にバルブタイミング制御手段により目標バルブタイミングが実現されるのを抑制して、上記吸気スワールによる燃焼悪化回避（燃焼安定性確保）の実効を図ったものである。
【００５４】
次に、請求項３に記載の発明によれば、上記請求項２に記載の抑制手段の動作が具体化される。すなわち、スワール制御手段からスワール生成手段にスワール生成指令が出力された時刻から、所定時間が経過した時刻に、バルブタイミング制御手段からバルブタイミング可変機構にバルブタイミング変更指令が出力される。これにより、バルブタイミング可変機構に対するバルブタイミング変更指令が、スワール生成手段に対するスワール生成指令より後に出力されるから、スワール制御手段により燃焼室内に吸気スワールが生成される前にバルブタイミング制御手段により目標バルブタイミングが実現されるのが抑制される。
【００５５】
また、例えば、スワール生成手段に前述したような不可避的な動作遅れがあり、スワール生成手段に対するスワール生成指令と、バルブタイミング可変機構に対するバルブタイミング変更指令とを同時に出力していたのでは、どうしても現実に燃焼室内に吸気スワールが生成するタイミングが、目標バルブタイミングが実現するタイミングよりも遅れ気味となるような場合であっても、燃焼室内に吸気スワールが確実に生成された状態で（すなわち、燃焼室内に吸気スワールが生成された後に、あるいは生成されるのと同時に）、目標バルブタイミングが実現することが図られて、燃焼悪化が確実に回避できる。
【００５６】
次に、請求項４に記載の発明によれば、スワール生成手段へのスワール生成指令の出力と、バルブタイミング可変機構へのバルブタイミング変更指令の出力とのタイミング取りの精度が向上する。すなわち、上記のように、スワール生成手段にスワール生成指令を出力してから所定時間経過後にバルブタイミング可変機構にバルブタイミング変更指令を出力するといっても、上記所定時間が一律固定であると、例えば該所定時間が長すぎる場合は、なかなか目標バルブタイミングが実現せず、バルブタイミング制御本来のエンジン出力・燃焼安定性・燃費・排気エミッション等の改善効果が減損してしまう。逆に、上記所定時間が短すぎる場合は、現実に燃焼室内に吸気スワールが生成する前に目標バルブタイミングが実現し、上記吸気スワールによる燃焼悪化回避の効果が減損してしまう。
【００５７】
そこで、この発明は、目標バルブタイミング設定手段で設定された目標バルブタイミングと現在のバルブタイミングとの偏差が大きいとき、換言すれば、目標バルブタイミングを実現するためのバルブタイミング可変機構の動作量が大きいとき（目標バルブタイミングを実現するのにより長い時間が必要なとき）は、所定時間を短くして、なかなか目標バルブタイミングが実現しないときの不利益の解消を図り、逆に、目標バルブタイミング設定手段で設定された目標バルブタイミングと現在のバルブタイミングとの偏差が小さいとき、換言すれば、目標バルブタイミングを実現するためのバルブタイミング可変機構の動作量が小さいとき（目標バルブタイミングを実現するのにより短い時間で済むとき）は、所定時間を長くして、現実に燃焼室内に吸気スワールが生成する前に目標バルブタイミングが実現してしまうときの不利益の解消を図ったものである。
【００５８】
次に、請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様、エンジンの運転状態に基づいて設定された目標バルブタイミング又は該目標バルブタイミングから定まるオーバーラップ期間に基いて、燃焼悪化を招くか否かを判定し、その結果、燃焼悪化を招くと判定されたときには、エンジンの燃焼室内に吸気スワールが生成されるので、該吸気スワールにより燃料の気化・霧化が促進され、良好な混合気が得られて、燃焼悪化が回避される（燃焼安定性が確保される）。
【００５９】
しかもその場合に、請求項２や３と類似して、バルブタイミング制御手段による目標バルブタイミング実現のための制御（バルブタイミング可変機構に対する制御）の開始が遅延されるので、燃焼室内に吸気スワールが確実に生成された状態で、目標バルブタイミングが実現することが図られ、燃焼悪化が確実に回避される。
【００６０】
一方、燃焼悪化を招くと判定されないときには、吸気スワールの生成が行われないばかりか、バルブタイミング制御手段による目標バルブタイミング実現のための制御（バルブタイミング可変機構に対する制御）の開始が遅延されないので、上記制御が遅滞なく開始され、目標バルブタイミングが早期に実現して、バルブタイミング制御本来のエンジン出力・燃焼安定性・燃費・排気エミッション等の改善効果が速やかに達成されるという格別の利益が得られる。
【００６１】
本発明は、エンジンのバルブタイミング制御に用いて好適であり、自動車等の車両の技術分野において幅広い産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジンのシステム構成図である。
【図２】上記エンジンの吸気通路に配置されたスワール制御弁（スワール生成手段）の構成を示す拡大図である。
【図３】上記エンジンの吸気カムシャフト及び排気カムシャフトにそれぞれ独立して備えられたバルブタイミング可変機構の構成及び動作を示す拡大図であって、（ａ）は吸気カムが最遅角位置にあり排気カムが最進角位置にある状況を、（ｂ）はそこから吸気カムが進角方向に移動し排気カムが遅角方向に移動している状況を、（ｃ）は吸気カムが最進角位置に到達し排気カムが最遅角位置に到達した状況をそれぞれ示す。
【図４】上記エンジンの運転状態に基いて吸気バルブの目標吸気進角量を設定するのに用いられるマップである。
【図５】図４と類似して、上記エンジンの運転状態に基いて排気バルブの目標排気遅角量を設定するのに用いられるマップである。
【図６】図４の吸気バルブの目標吸気進角量と図５の排気バルブの目標排気遅角量とから設定されるバルブタイミングパターンのマップである。
【図７】図６のバルブタイミングパターンをタイムチャート（クランク角）で表したものであって、（ａ）はバルブタイミングパターンＩを、（ｂ）はバルブタイミングパターンＩＩを、（ｃ）はバルブタイミングパターンＩＩＩをそれぞれ示す。
【図８】上記エンジンのバルブタイミング制御の具体的動作の１例を示すフローチャートである。
【図９】同、タイムチャートである。
【図１０】目標バルブタイミングと現在のバルブタイミングとの偏差に基いて遅延時間（所定時間）を設定するのに用いられる特性図である。
【図１１】図１０と類似して、油温や水温に基いて遅延時間（所定時間）を設定するのに用いられる特性図である。
【図１２】上記エンジンのバルブタイミング制御の具体的動作の他の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１          エンジン
４          燃焼室
５          吸気通路
６          排気通路
７          吸気バルブ
８          排気バルブ
１１        スワール制御弁（スワール生成手段）
１２        エアフロセンサ（運転状態検出手段）
１３        吸気側バルブタイミング可変機構
１３Ｃ      吸気カムシャフト
１４        排気側バルブタイミング可変機構
１４Ｃ      排気カムシャフト
１７        クランク角センサ（運転状態検出手段）
１９        スワール制御弁のアクチュエータ（スワール生成手段）
２０        コントロールユニット（目標バルブタイミング設定手段、バルブタイミング制御手段、判定手段、スワール制御手段、抑制手段、所定時間補正手段、遅延手段）
【図１】
2004176686.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
2004176686.tif 000011
【図１０】
2004176686.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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