(57)【要約】【課題】可変動弁機構の故障時においても機関の吸入空気量を確保して車両走行を継続させるに好適な内燃機関の空気量制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１の複数の気筒群毎に吸気バルブ４のバルブリフト量を可変にする吸気バルブ用可変動弁機構、及び、排気バルブ８のバルブタイミングを可変にする排気バルブ用可変動弁機構を備えると共に、前記内燃機関１の各排気バルブ８下流に二次空気を供給する二次空気供給装置２２と、前記吸気バルブ用可変動弁機構の作動角が規定値より小さくなる故障状態を判定する手段と、を備え、いずれかの気筒群の吸気バルブ用可変動弁機構が故障した場合には、前記二次空気供給装置２２を排気行程から吸気行程に渡って作動させると共に、当該気筒群の排気バルブ用可変動弁機構により当該気筒群の排気バルブ８のバルブタイミングを遅角制御してその閉弁時期を上死点以降に遅角させるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に吸気バルブのバルブリフト量を可変にする吸気バルブ用可変動弁機構と、
排気バルブのバルブタイミングを可変にする排気バルブ用可変動弁機構と、
前記内燃機関の排気通路に配置された触媒による排気浄化のために各排気バルブ下流に二次空気を供給する二次空気供給装置と、
前記吸気バルブ用可変動弁機構の故障状態を判定する手段と、
前記各可変動弁機構及び二次空気供給装置を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記故障状態判定手段により吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合には、前記二次空気供給装置を排気行程または吸気行程に作動させると共に、前記排気バルブ用可変動弁機構により排気バルブのバルブタイミングを遅角制御してその閉弁時期を上死点以降に遅角させることを特徴とする内燃機関の空気量制御装置。
【請求項２】
前記吸気バルブ用可変動弁機構は複数の気筒群毎に設けられ、
前記排気バルブ用可変動弁機構は複数の気筒群毎に設けられ、
前記制御手段は、前記故障状態判定手段によりいずれかの気筒群の吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合には、前記二次空気供給装置を排気行程または吸気行程に作動させると共に、当該気筒群の排気バルブ用可変動弁機構により当該気筒群の排気バルブのバルブタイミングを遅角制御してその閉弁時期を上死点以降に遅角させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空気量制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、吸気バルブ用可変動弁機構が故障した気筒群の導入空気量に応じて、正常な気筒群の吸気バルブ用可変動弁機構のバルブリフト量を調整することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の空気量制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、吸気バルブ用可変動弁機構が故障した気筒群の導入空気量に応じて当該気筒群の燃料噴射量を補正すると共に、前記正常な吸気バルブ用可変動弁機構の補正したバルブリフト特性に応じて対応する気筒群の燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の空気量制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記故障状態判定手段により吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合に、導入空気量に応じて燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空気量制御装置。
【請求項６】
前記吸気バルブ用可変動弁機構は、
クランク軸に同期し回転するカム軸と、
前記カム軸に固定された駆動カムと、
揺動することで吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、
一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、
前記伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、
前記制御軸を回動するアクチュエータからなり、
前記アクチュエータにより前記制御軸を回動制御することにより吸気バルブのリフト特性を変化しえる構成を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の内燃機関の空気量制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の気筒群は、Ｖ型内燃機関の各バンク毎に備えることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一つに記載の内燃機関の空気量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気バルブのバルブリフト量を可変にする可変動弁機構を備えた内燃機関の空気量制御装置に関し、特に、前記可変動弁機構の故障時におけるフェールセーフ走行に好適な内燃機関の空気量制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から吸気バルブのバルブリフト量を可変にする可変動弁機構を備えて、可変動弁機構が吸気バルブの低リフト側で故障しても、機関の運転に要求される吸入空気量の確保しようとする内燃機関の空気量制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、吸気バルブのバルブリフト量を可変とする可変動弁機構の故障が判定されると、可変動弁機構の駆動を停止する。そして、機関回転速度が所定値を超え、かつ、吸入負圧が所定値よりも小さいときには、スロットルバルブの開度上限値を設定し、該開度上限値以下でスロットルバルブを制御して、機関の吸入空気量を制御するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１４１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例では、可変動弁機構の故障により吸気バルブのバルブリフト量が所定リフト量以上確保されている状態では、スロットルバルブの開放により機関の吸入空気量が確保されて車両走行を継続可能であるが、吸気バルブの開閉が繰返されると制御軸が小リフト方向に付勢されて徐々にバルブリフト量が低下し、最小リフト量に規制するストッパ位置に戻されて、機関の吸入空気量を確保できなくなり、車両走行を継続できなくなる課題があった。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、可変動弁機構の故障時においても機関の吸入空気量を確保して車両走行を継続させるに好適な内燃機関の空気量制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内燃機関に吸気バルブのバルブリフト量を可変にする吸気バルブ用可変動弁機構、及び、排気バルブのバルブタイミングを可変にする排気バルブ用可変動弁機構を備えると共に、前記内燃機関の排気通路に配置された触媒による排気浄化のために各排気バルブ下流に二次空気を供給する二次空気供給装置と、前記吸気バルブ用可変動弁機構の故障状態を判定する手段と、を備え、前記故障状態判定手段により吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合には、前記二次空気供給装置を排気行程または吸気行程に作動させると共に、前記排気バルブ用可変動弁機構により排気バルブのバルブタイミングを遅角制御してその閉弁時期を上死点以降に遅角させるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明では、前記故障状態判定手段により吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合には、二次空気供給装置を排気行程または吸気行程に作動させると共に、前記排気バルブ用可変動弁機構により排気バルブのバルブタイミングを遅角制御してその閉弁時期を上死点以降に遅角させるようにしたため、排気バルブの下流に噴射される二次空気が、吸気行程時に排気バルブを経由しても燃焼室に導入されることにより車両をフェール走行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態を示す内燃機関の空気量制御装置を適用した概略システム構成図。
【図２】同じく排気系統を含む内燃機関の空気量制御装置を適用した概略システム構成図。
【図３】二次空気供給装置の構成図。
【図４】吸気バルブの可変動弁機構を示す概念図。
【図５】可変動弁機構の作動状態を説明する説明図。
【図６】排気バルブの可変動弁機構を説明する概念図。
【図７】制御系の構成図。
【図８】吸気バルブの可変動弁機構の故障時のフェールセーフ制御のフローチャート。
【図９】フェールセーフ制御時に実行される故障制御のサブルーチン。
【図１０】フェールセーフ制御時に実行される片バンク故障制御のサブルーチン。
【図１１】フェールセーフ制御時に実行される両バンク故障制御のサブルーチン。
【図１２】片バンクのＶＥＬ装置の故障時における排気バルブと吸気バルブの開閉タイミング及びリフト量の変化を説明する説明図。
【図１３】両バンクのＶＥＬ装置の故障時における排気バルブと吸気バルブの開閉タイミング及びリフト量の変化を説明する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の内燃機関の空気量制御装置を各実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用した内燃機関の空気量制御装置の第１実施形態を示す構成図である。
【００１１】
図１において、Ｖ型内燃機関１の上流側の吸気通路２には、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＭという）１０により開度制御される電制スロットル弁３が設置されている。前記電制スロットル弁３により制御された空気は、分岐して左右の各バンク１Ａ、１Ｂに接続される吸気マニホールド２Ａ、２Ｂに導入され、各気筒の吸気バルブ４を介して、燃焼室５に吸入される。
【００１２】
各気筒の吸気バルブ４は、吸気バルブ４のバルブ作動角（開期間）、詳しくは、バルブ作動角及びリフト量を連続的に変化させることができるバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ装置；ＶＥＬアクチュエータ４９Ｒ、４９Ｌ）と、吸気バルブ４のバルブタイミング（バルブ作動角の中心位相）を連続的に変化させることができるバルブタイミング可変装置（ＶＴＣ装置；ＶＴＣアクチュエータ５１Ｒ、５１Ｌ）と、を備える可変動弁装置により駆動される。
【００１３】
前記燃焼室５には、点火プラグ６と、図示しない燃料噴射弁７とが設置されている。前記燃料噴射弁７は、ＥＣＭ１０からエンジン回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、燃焼室５内に所定圧力に調圧された燃料を噴射する。
【００１４】
前記燃焼室５内に噴射された燃料は、燃焼室５に導入された空気と共に混合気を形成し、点火プラグ６によりＥＣＭ１０により決定された点火時期にて点火されて燃焼する。燃焼後の排気は、排気バルブ８を介して、排気通路９へ排出され、図２に示すように、前段触媒１３Ｒ，１３Ｌ・三元触媒１４Ｒ，１４Ｌ及びＨＣトラップ機能を備える下流側触媒１５Ｒ，１５Ｌにより浄化された後、図示しないマフラーを介して大気中に放出される。
【００１５】
前記前段触媒１３Ｒ，１３Ｌ、三元触媒１４Ｒ，１４Ｌ及びＨＣトラップ機能を備える下流側触媒１５Ｒ，１５Ｌの排気浄化機能を促進させるために、燃焼室５出口である排気バルブ８の下流の排気マニホールド９Ａの各入口には、二次空気を供給する二次エア噴射ノズル２１が配置されている。この二次エア噴射ノズル２１には、後述する二次エア噴射装置２２より、二次エアが供給される。
【００１６】
また、前記前段触媒１３Ｒ，１３Ｌと三元触媒１４Ｒ，１４Ｌとの間の排気通路９には空燃比センサ２３(Ａ／Ｆセンサ)が装備され、三元触媒１４Ｒ，１４Ｌと下流側触媒１５Ｒ，１５Ｌとの間の排気通路９には酸素センサ２４(Ｏ２センサ)が装備され、これらの信号はＥＣＭ１０に入力されて、前記燃料噴射弁７より供給する燃料量を最適に制御する空燃比フィードバック制御が実施される。
【００１７】
前記二次エア供給装置２２は、図３に示すように、サブエアクリーナ３１、導入通路３２、エアポンプ３３、供給管路３４、左右バンクの供給バルブ３５Ｒ，３５Ｌを介して外気を導入し、前記各二次エア噴射ノズル２１へ供給して、二次エア噴射ノズル２１より各気筒の排気マニホールド９Ａの入口へ噴射する構成を備える。前記エアポンプ３３は、ＥＣＭ１０により開閉制御されるポンプリレー２６のＯＮ作動により、電源２５よりヒューズを介して供給される電力によりＯＮ−ＯＦＦ制御される。また、前記供給バルブ３５Ｒ，３５Ｌは、ＥＣＭ１０により開閉制御されるバルブリレー２７のＯＮ作動により、電源２５よりヒューズを介して供給される電力によりＯＮ−ＯＦＦ制御される。サブエアクリーナ３１の下流には、導入される空気量を計測するエアフローメータ３６が配置され、検出した空気量信号をＥＣＭ１０へ入力するよう構成している。
【００１８】
図１に戻り、前記排気バルブ８は、バンク毎の排気側カム軸８Ａに設けたカムによって一定のバルブリフト量を保って開閉駆動される。そして、排気バルブ８のバルブタイミング（バルブ作動角の中心位相）を連続的に変化させることができるバルブタイミング可変装置（ＶＴＣ装置；ＶＴＣアクチュエータ８Ｂ）よりなる可変動弁装置を備える。
【００１９】
前記ＥＣＭ１０には、アクセルペダルセンサ１１により検出されるアクセル開度ＡＰＯ、クランク角センサ１２により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、エアフローメータ１３により検出される吸入空気量Ｑａなどのエンジン運転条件としての信号が入力されている。
【００２０】
前記吸気バルブ４の可変動弁装置は、各バンク毎に、図４に示すように構成されている。なお、図示例では、一方(例えば、右バンク)の可変動弁装置についてのみ図示しており、他方(例えば、左バンク)のバンクについては単にブロック形式で記載しているが、同様に構成されている。ここでは、一方のバンク(例えば、右バンク)についてのみ説明する。
【００２１】
前記吸気バルブ４（１気筒につき２つ設けられる）の端部のバルブリフタ４０の上方には、図外のクランク軸に連動して軸周りに回転駆動されるカム軸４１が気筒列方向に延在している。前記カム軸４１の外周には、吸気バルブ４に対応して揺動カム４２が揺動可能に外装されており、この揺動カム４２がバルブリフタ４０に当接してこれを押圧することにより、吸気バルブ４が図外のバルブスプリングのバネ力に抗して開閉駆動される。
【００２２】
前記カム軸４１と揺動カム４２との間には、両者４１、４２を機械的に連携するリンクの姿勢を変化させて、吸気バルブ４のバルブ作動角（開期間）及びリフト量を連続的に可変制御可能なバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ装置）が設けられている。
【００２３】
前記ＶＥＬ装置は、カム軸４１に偏心して設けられてカム軸４１と一体的に回転する駆動カム４３と、この駆動カム４３の外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンク４４と、カム軸４１と略平行に気筒列方向へ延在する制御軸４５と、この制御軸４５に偏心して設けられて制御軸４５と一体的に回転する制御カム４６と、この制御カム４６の外周に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク４４の先端と相対回転可能に連結されたロッカアーム４７と、このロッカアーム４７の他端と揺動カム４２の先端とに回転可能に連結され、両者４７、４２を機械的に連携するロッド状リンク４８と、を備える。
【００２４】
前記カム軸４１及び制御軸４５は、軸受ブラケットを介してエンジン１のシリンダヘッド側へ回転可能に支持されている。前記制御軸４５の一端にはバルブ作動角及びリフト量変更用のアクチュエータ（ＶＥＬアクチュエータ）４９の出力端が接続され、制御軸４５はＶＥＬアクチュエータ４９によって所定の制御角度範囲内で軸周りに回転駆動され且つ所定の回転位相に保持される。
【００２５】
上記した構成により、クランク軸に連動してカム軸４１が回転すると、駆動カム４３を介してリング状リンク４４をカム軸４１に直交する方向に往復移動するよう作動させ、それによりロッカアーム４７が制御カム４６周りを揺動し、ロッド状リンク４８を介して揺動カム４２を揺動させて、吸気バルブ４を開閉駆動する。
【００２６】
また、ＶＥＬアクチュエータ４９により制御軸４５の回動位置を変化させることにより、ロッカアーム４７の揺動中心となる制御カム４６の中心位置が変化して、各リンク４４、４８等の姿勢が変化し、揺動カム４２の揺動角度範囲が変化する。これにより、バルブ作動角の中心位相が略一定のままで、バルブ作動角及びリフト量が連続的に変化する。例えば、制御軸４５を一方向へ回動することにより、バルブ作動角及びリフト量が増加し、他方向へ回動することによりバルブ作動角及びリフト量が減少するようになる。尚、バルブ作動角が決まれば、バルブリフト量は一義的に定まる。
【００２７】
従って、ＶＥＬアクチュエータ４９の通電量をデューティ制御することで、制御軸４５の回転位置を変更して、吸気バルブ４のバルブ作動角及びリフト量を変更することができ（図５のＡ参照）、これによりバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ装置）が構成される。
【００２８】
一方、カム軸４１は、クランク軸の回転がタイミングベルトによりスプロケット５０に入力されて駆動されるが、バルブタイミング変更のために、スプロケット５０とカム軸４１との間に、これらの回転位相を制御可能なロータリー式のアクチュエータ（ＶＴＣアクチュエータ）５１が装着されている。
【００２９】
従って、ＶＴＣアクチュエータ５１の通電量をデューティ制御することで、クランク軸とカム軸４１との回転位相を変更して、吸気バルブ４のバルブタイミング（バルブ作動角の中心位相）を変更することができ（図５のＡ参照）、これによりバルブタイミング可変装置（ＶＴＣ装置）が構成される。
【００３０】
また、前記各バンクに設ける可変動弁装置のＶＴＣ装置は、図６に示すように、吸気バルブ４のＶＴＣ装置と同様に、排気カム軸８Ａは、クランク軸の回転がタイミングベルトによりスプロケット５２に入力されて駆動されるが、バルブタイミング変更のために、スプロケット５２とカム軸８Ａとの間に、これらの回転位相を制御可能なロータリー式のアクチュエータ（ＶＴＣアクチュエータ）８Ｂが装着されている。
【００３１】
従って、ＶＴＣアクチュエータ８Ｂの通電量をデューティ制御することで、クランク軸とカム軸８Ａとの回転位相を変更して、排気バルブ８のバルブタイミング（バルブ作動角の中心位相）を変更することができ、これによりバルブタイミング可変装置（ＶＴＣ装置）が構成される。
【００３２】
前記左右バンクの吸気バルブ４及び排気バルブ８のＶＴＣ装置のＶＴＣアクチュエータ５１Ｒ,５１Ｌ,８ＢＲ,８ＢＬは、図７に制御系の構成を示すように、第１コントロールユニットであるＥＣＭ１０により制御するが、左右バンクの吸気バルブ４のＶＥＬ装置のＶＥＬアクチュエータ４９Ｒ,４９Ｌは、第１コントロールユニットであるＥＣＭ１０とは別の、第２コントロールユニット（以下ＶＥＬ−Ｃ／Ｕという）２０Ｒ，２０Ｌにより制御する。
【００３３】
上記各制御のため、ＥＣＭ１０には、ＶＴＣアクチュエータ５１Ｒ,５１Ｌの実位置を検出するＶＴＣ位置センサ５１ＲＳ，５１ＬＳ，８ＣＲ，８ＣＬの信号を入力して、ＶＴＣ実際値（実バルブタイミング）を検出する機能を持たせ、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０Ｒ，２０Ｌには、ＶＥＬアクチュエータ４９Ｒ，４９Ｌの実位置を検出するＶＥＬ位置センサ４９ＲＳ，４９ＬＳの信号を入力して、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）を検出する機能を持たせている。
【００３４】
しかしながら、エンジン運転条件に応じてＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）を算出する機能と、エンジン運転条件に応じてＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）を算出する機能とは、エンジン運転条件に関する各種センサの信号が入力されるＥＣＭ１０に集中させている。
【００３５】
ＥＣＭ１０とＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０Ｒ，２０Ｌとは、通信手段（ＣＡＮ）３０により接続し、ＥＣＭ１０からＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０Ｒ，２０Ｌへ、ＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）を送信するようにしている。前記ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）は、それぞれのコントロールユニットを通信線でつないでシリアル通信することにより、コントロールユニット間でのデータの送受信を可能としている。
【００３６】
また、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０Ｒ，２０ＬからＥＣＭ１０へは、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）を送信するようにしている。これは、ＥＣＭ１０にて吸入空気量の演算などに実バルブ作動角を用いるためである。
【００３７】
次に、前記吸入空気量制御系統であるＶＥＬ装置をバンク（気筒群）毎に２つ備えたＶ型内燃機関１において、本発明に係る吸入空気量制御系統故障時のフェールセーフ制御について説明する。
【００３８】
具体的には、ＶＥＬ装置について故障の有無を診断し、少なくとも一方のＶＥＬ装置が故障した場合には、二次エア供給装置２２を排気行程から吸気行程に渡って作動させると共に故障したバンクの排気バルブ８のＶＴＣ装置のバルブタイミングを遅角制御させる。これにより、二次エア供給装置２２より供給した二次エアを故障側バンクの排気バルブ８を経由させて燃焼室５に導入し、故障側バンクの吸入空気量制御を補償するフェールセーフ制御を行う。前記フェールセーフ制御を、図８、９のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３９】
ステップＳ１では、左右バンクのＶＥＬ装置について故障診断を行い、ステップＳ２へ進む。この故障診断は、左右バンクのＶＥＬ位置センサ４９ＲＳ，４９ＬＳの出力を監視し、ＥＣＭ１０のＶＥＬ目標値に対してＶＥＬ実際値が所定時間の経過後も変化しない場合に、ＶＥＬ実際値が変化しないバンク側において故障していると判定する。この判定において、例えば、ＶＥＬアクチュエータ４９Ｒ，４９Ｌが故障する場合においては、一方のバンクのＶＥＬ装置のみが故障する状態となる。しかしながら、例えば、ＶＥＬアクチュエータ４９Ｒ，４９Ｌへの電力供給系統の故障に起因する場合においては、両方のバンクのＶＥＬ装置が故障する状態となる。
【００４０】
ステップＳ２では、ステップＳ１の診断結果から左右バンクのＶＥＬ装置が共に正常か否かを判定し、両バンクのＶＥＬ装置が共に正常である場合にはステップＳ３へ進み、通常制御を継続させて処理を終了する。しかしながら、いずれか一方のバンクのＶＥＬ装置が故障である場合にはステップＳ４へ進み、ＶＥＬ故障制御を実行し、その後にステップＳ５へ進む。
【００４１】
ステップＳ４のＶＥＬ故障制御は、図９に示すように、ステップＳ８において二次エア供給装置２２を排気行程から吸気行程に渡って作動させ、ステップＳ９において故障バンク側の排気バルブ８のＶＴＣ装置のバルブタイミングを遅角制御する。
【００４２】
これにより、片バンクのＶＥＬ装置が故障した場合には、二次エア噴射ノズル２１から排気バルブ８の直ぐ下流に噴射された二次エアは、排気行程においては排気通路９の下流に向かって流れるも、吸気行程に移行した段階において、故障したバンク側の排気バルブ８が遅角制御されることにより開いているために、排気マニホールド９Ａから排気バルブ８を経由して燃焼室５内に導入される。この場合に、正常なバンク側のＶＥＬ装置は正常に作動しているため、吸気マニホールド２Ａ，２Ｂに導入された空気が吸気バルブ４を経由して燃焼室５に導入される。また、両バンクのＶＥＬ装置が故障した場合には、二次エア噴射ノズル２１から排気バルブ８の直ぐ下流に噴射された二次エアは、排気行程においては排気通路９の下流に向かって流れるも、吸気行程に移行した段階において、両バンク側の排気バルブ８が遅角制御されることにより開いているために、両バンク共に排気マニホールド９Ａから排気バルブ８を経由して燃焼室５内に導入される。
【００４３】
ステップＳ５では、ステップＳ１の診断結果から残りのバンク側のＶＥＬ装置は正常か否かを判定し、一方のバンクのＶＥＬ装置は正常である場合にはステップＳ６へ進み、ステップＳ６で片バンク故障制御を開始させる。ステップＳ５の判定が、両バンクのＶＥＬ装置の故障である場合にはステップＳ７へ進み、ステップＳ７で両バンク故障制御を開始させる。
【００４４】
前記片バンク故障制御は、図１０に示すように、ＥＣＭ１０により実行される。
【００４５】
先ずステップＳ２１では、故障側バンクの気筒当たりの導入空気量を演算する。この場合の導入空気量は、排気バルブ８の吸気行程での開弁期間とリフト量との積、即ち、排気バルブ８の吸気行程時の開弁面積量に比例するため、この開弁面積量を演算する。
【００４６】
ステップＳ２２では、前記ステップＳ２１の排気バルブ８の吸気行程時の開弁面積量と同等となる、正常側バンクのＶＥＬ装置のＶＥＬ目標値を演算し、正常側バンクのＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０Ｒ若しくは２０Ｌへ出力する。
【００４７】
ステップＳ２３では、正常側バンクの点火時期を、出力、熱効率が最大となる点火時期、即ち、ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）となる最適な点火時期に設定する。即ち、低回転−高負荷側ほど遅れ(ＴＤＣに近づく)、高回転−低負荷側ほど進ませる。これは高負荷ほど残留ガス割合が減少し燃焼速度が速くなることと、高回転化とともに作動ガスの乱れレベルも強くなり、熱発生のクランク角度で見た期間は回転数によらずほぼ一定であるが、点火から熱発生開始までの絶対時間の変化は小さく、高速ほど必要なクランク角度は大きくなるため、点火時期を進める必要があるためである。
【００４８】
ステップＳ２４では、前記ステップＳ２２〜Ｓ２３により、正常側バンクの出力トルクと故障側バンクの出力トルクとが同等となるよう制御する。これは、故障側バンクでの出力トルクと正常側バンクでの出力トルクとが、大きく相違する場合には、内燃機関出力トルクに変動が伴い騒音振動が大きくなり乗り心地を損なうためである。
【００４９】
ステップＳ２５では、各バンクの排気通路９に配置されている酸素センサ２４の出力値に基づいて、各バンクの排気の空燃比Ａ／Ｆを検出する。
【００５０】
ステップＳ２６では、故障側バンクの排気通路９の空燃比が理論空燃比(ストイキ)に保持されるよう故障側バンクの燃料噴射量をフィードバック制御する。三元触媒１４Ｒ，１４Ｌは、燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比近傍の狭い範囲でのみ、排気中の主要有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）のすべてを酸化還元反応により効率的に浄化する。そうした三元触媒１４Ｒ，１４Ｌを有効に機能させるには、混合気の空燃比を上記理論空燃比近傍の狭い範囲の中心に合わせこむ、厳密な空燃比制御が必要となる。
【００５１】
このため、酸素センサ２４の出力がリッチを示している間は、三元触媒１４Ｒ，１４Ｌ上流側の空燃比が一定量ずつリーン寄りに変化するように、すなわち三元触媒１４Ｒ，１４Ｌの上流側の空燃比が少しずつリーン側に近づいていくように、サブフィードバック補正量が一定量ずつマイナス側に増大される。一方、下流側酸素センサ２４の出力がリーンを示している間は、三元触媒１４Ｒ，１４Ｌの上流側の空燃比が一定量ずつリッチ寄りに変化するように、すなわち三元触媒１４Ｒ，１４Ｌの上流側の空燃比が少しずつリッチ側に近づいていくように、サブフィードバック補正量が一定量ずつプラス側に増大される。このようなサブフィードバック制御により、三元触媒１４Ｒ，１４Ｌの浄化作用が有効に活用される。
【００５２】
ステップＳ２７では、故障側バンクの点火時期を熱効率が最大となる点火時期、即ち、ＭＢＴとなる最適な点火時期に設定してトルク調整を行う。
【００５３】
ステップＳ２８では、正常側バンクの排気通路９の空燃比が理論空燃比(ストイキ)に保持されるよう夫々のバンクの燃料噴射量をフィードバック制御する。同時に、点火時期を熱効率が最大となる点火時期、即ち、ＭＢＴとなる最適な点火時期に設定してトルク調整を行う。
【００５４】
ステップＳ２９では、上記ステップＳ２６〜Ｓ２８の実行により、両バンクのトルクを同等として、車両をフェール走行させる。
【００５５】
前記両バンク故障制御は、図１１に示すように、ＥＣＭ１０により実行される。
【００５６】
先ずステップＳ３１では、各バンクの排気通路９に配置されている酸素センサ２４の出力値に基づいて、各バンクの排気の空燃比Ａ／Ｆを検出する。
【００５７】
ステップＳ３２では、前記ステップＳ２６と同様に、両バンクの排気通路９の空燃比が理論空燃比(ストイキ)に保持されるよう各バンクの燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００５８】
ステップＳ３３では、両バンクの点火時期を熱効率が最大となる点火時期、即ち、ＭＢＴとなる最適な点火時期に設定してトルク調整を行う。
【００５９】
ステップＳ３４では、上記ステップＳ３２〜Ｓ３３の実行により、両バンクのトルクを同等として、車両をフェール走行させる。
【００６０】
図１２及び図１３は片バンク及び両バンクのＶＥＬ装置の故障時における排気バルブ８と吸気バルブ４の開閉タイミング及びリフト量の変化を説明する説明図である。
【００６１】
図１２に示す片バンクのＶＥＬ装置の故障時においては、正常時の排気バルブ８と吸気バルブ４の開閉タイミング及びリフト量を示すＡ状態から、ＶＥＬアクチュエータ４９の故障により、吸気バルブ４の開閉が繰返されると制御軸４５が小リフト方向に付勢されて徐々にバルブリフト量が低下し、最小リフト量に規制するストッパ位置に戻されて、機関１の吸入空気量を確保できなくなる(Ｂ状態)。
【００６２】
しかしながら、ＶＥＬ故障制御のステップＳ８〜Ｓ９が実行されることにより、Ｃ状態に示すように、当該バンクの排気バルブ８のＶＴＣ装置によりそのバルブタイミングが遅角側に制御されると共に、排気バルブ８の下流直下に二次エア供給装置２２により排気行程〜吸気行程において二次エアが噴射されることにより、吸気行程時に排気バルブ８を経由しても燃焼室５に空気が導入される。
【００６３】
従って、正常側バンク(Ｄ状態)の燃焼室５での燃焼と故障側バンク(Ｃ状態)の燃焼室５での燃焼とが交互に繰返されることにより車両をフェール走行させることができる。
【００６４】
しかも、ステップＳ２１〜Ｓ２４により正常側バンク(Ｄ状態)の燃焼室５での燃焼圧力と故障側バンク(Ｃ状態)の燃焼室５での燃焼圧力とが同等に制御されるため、内燃機関の出力変動が抑制されて走行フィーリングが阻害されることを防止できる。また、ステップＳ２５〜Ｓ２８が実行されるため、燃費性能及び排気の浄化性能を低下させることなくフェール走行させることができる。
【００６５】
図１３に示す両バンクのＶＥＬ装置の故障時においては、正常時の排気バルブ８と吸気バルブ４の開閉タイミング及びリフト量を示すＡ状態から、両バンクのＶＥＬアクチュエータ４９Ｒ，４９Ｌの故障により、吸気バルブ４の開閉が繰返されると制御軸４５が小リフト方向に付勢されて徐々にバルブリフト量が低下し、最小リフト量に規制するストッパ位置に戻されて、両バンクにおいて機関の吸入空気量を確保できなくなる(Ｂ状態)。
【００６６】
しかしながら、ＶＥＬ故障制御のステップＳ８〜Ｓ９が実行されることにより、Ｃ状態に示すように、両バンクの排気バルブ８のＶＴＣ装置によりそのバルブタイミングが遅角側に制御されると共に、排気バルブ８の下流直下に二次エア供給装置２２により排気行程〜吸気行程において二次エアが噴射されることにより、吸気行程時に排気バルブ８を経由しても燃焼室５に空気が導入される。
【００６７】
従って、一方の故障側バンクの燃焼室５での燃焼と他方の故障側バンクの燃焼室５での燃焼とが交互に繰返されることにより車両をフェール走行させることができる。また、ステップＳ３１〜Ｓ３３が実行されるため、燃費性能及び排気の浄化性能を低下させることなくフェール走行させることができる。
【００６８】
上記実施形態では、バンク毎に可変動弁装置を備えてフェールセーフ制御のため特別追加する必要もないＶ型内燃機関に適用したものについて説明したが、直列型内燃機関にも適用するものであってもよく、その場合は、例えば６気筒機関の場合、♯１気筒〜♯３気筒の気筒群と、♯４気筒〜♯６気筒の気筒群に対して、それぞれ１個ずつ可変動弁装置に設ける構成とすればよい。さらに、全気筒を１個の可変動弁装置で制御する直列型内燃機関に適用するものであってもよい。
【００６９】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００７０】
（ア）内燃機関１に吸気バルブ４のバルブリフト量を可変にする吸気バルブ用可変動弁機構、及び、排気バルブ８のバルブタイミングを可変にする排気バルブ用可変動弁機構を備えると共に、前記内燃機関１の排気通路９に配置された触媒による排気浄化のために各排気バルブ８下流に二次空気を供給する二次空気供給装置２２と、前記吸気バルブ用可変動弁機構の故障状態を判定する手段としてのステップＳ１と、前記各可変動弁機構及び二次空気供給装置を制御する制御手段としてのＥＣＭ１０と、を備え、前記制御手段は、前記故障状態判定手段により吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合には、前記二次空気供給装置２２を排気行程または吸気行程に作動させると共に、前記排気バルブ用可変動弁機構により排気バルブ８のバルブタイミングを遅角制御してその閉弁時期を上死点以降に遅角させるようにした。このため、排気バルブ８の下流に噴射される二次空気が、吸気行程時に排気バルブ８を経由しても燃焼室５に導入されることにより車両をフェール走行させることができる。
【００７１】
（イ）吸気バルブ用可変動弁機構は複数の気筒群毎に設けられ、前記排気バルブ用可変動弁機構は複数の気筒群毎に設けられ、前記制御手段は、前記故障状態判定手段によりいずれかの気筒群の吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合には、前記二次空気供給装置２２を排気行程から吸気行程に渡って作動させると共に、当該気筒群の排気バルブ用可変動弁機構により当該気筒群の排気バルブ８のバルブタイミングを遅角制御してその閉弁時期を上死点以降に遅角させるようにした。このため、排気バルブ８の下流に噴射される二次空気が、吸気行程時に排気バルブ８を経由しても燃焼室５に導入され、正常側気筒群の燃焼室５での燃焼と故障側気筒群の燃焼室５での燃焼とが交互に繰返されることにより車両をフェール走行させることができる。
【００７２】
(ウ)制御手段としてのＥＣＭ１０は、吸気バルブ用可変動弁機構が故障した気筒群の導入空気量に応じて、正常な気筒群の吸気バルブ用可変動弁機構のバルブリフト量を調整するため、故障側気筒群と正常側気筒群との交互の燃焼圧力に段差がなく円滑なフェールセーフ走行が可能となる。
【００７３】
(エ)制御手段としてのＥＣＭ１０は、吸気バルブ用可変動弁機構が故障した気筒群の導入空気量に応じて当該気筒群の燃料噴射量を補正すると共に、前記正常な吸気バルブ用可変動弁機構の補正したバルブリフト特性に応じて対応する気筒群の燃料噴射量を補正するため、燃費性能及び排気の浄化性能を低下させることなくフェール走行させることができる。
【００７４】
(オ)制御手段としてのＥＣＭ１０は、前記故障状態判定手段により吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合に、導入空気量に応じて燃料噴射量を補正するため、吸気バルブ用可変動弁機構が故障した場合においても燃費性能及び排気の浄化性能を低下させることなくフェール走行させることができる。
【００７５】
(カ)吸気バルブ用可変動弁機構は、クランク軸に同期し回転するカム軸４１と、前記カム軸８Ａに固定された駆動カム４３と、揺動することで吸気バルブ４を開閉作動する揺動カム４２と、一端で前記駆動カム４３側と連係し他端で前記揺動カム４２側と連係する伝達機構４４，４７，４８と、前記伝達機構の姿勢を変化させる制御カム４６を有する制御軸４５と、前記制御軸４５を回動するアクチュエータ４９からなり、前記アクチュエータ４９により前記制御軸４５を回動制御することにより吸気バルブ４のリフト特性を変化しえる構成を有するため、前記吸気バルブリフト特性を変化しえる構成を有した可変動弁機構により、各可変動弁機構で制御される気筒群の吸入空気量を制御することができる。
【００７６】
(キ)内燃機関１の気筒群は、Ｖ型内燃機関の各バンク毎に備えるため、予めバンク毎に吸入空気量制御系統を備えることになり、フェールセーフ制御のため特別追加する必要もないため、簡易かつ低コストで実施できる。
【符号の説明】
【００７７】
１  内燃機関、エンジン
２  吸気通路
３  電制スロットル弁
４  吸気バルブ
５  燃焼室
６  点火プラグ
７  燃料噴射弁
８  排気バルブ
９  排気通路
１０  ＥＣＭ
２０，２０Ｒ，２０Ｌ  ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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