(57)【要約】【課題】２つのバンクを有する内燃機関であって、二次空気供給装置を備え該装置の空気制御弁の異常を判定する際にも該空気制御弁の耐久性を損ねることなく排気エミッションの悪化をも抑制しうる内燃機関を提供すること。【解決手段】本発明の内燃機関において空気制御弁の異常判定を行う場合には、各空気制御弁への開放指令を維持しつつエアポンプを駆動し、異常判定実施側バンクに対しては、吸入空気量の増量を実行し、また、筒内全体としての燃焼空燃比はリーン空燃比としつつ圧縮行程において筒内燃料噴射弁から燃料を噴射して燃焼室の一部分の燃料濃度が上昇した高濃度領域及び該高濃度領域よりも燃料の濃度が低い低濃度領域を形成する制御と、点火時期を遅角する制御とを含む第１触媒暖機制御を実行し、異常判定非実施側バンクに対しては、筒内全体に均質な混合気を形成してリッチ空燃比にて燃焼させる制御を含む第２触媒暖機制御を実行する。【選択図】図１
2015004353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのバンクを有する内燃機関であって、各燃焼室の内部に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、各排気管に配置されている排気浄化触媒と、該各排気管に二次空気を供給する二次空気供給装置とを備える内燃機関において、
前記二次空気供給装置は、単管部分から分岐部分に二股に分岐された二次空気供給管と、前記単管部分に配置され前記分岐部分を介して前記各排気管に二次空気をもたらすエアポンプと、前記分岐部分のそれぞれに配設された空気制御弁であって前記各排気管への二次空気の通過を制御する空気制御弁と、前記エアポンプよりも下流側の前記単管部分に配設され前記エアポンプと前記空気制御弁との間の圧力を検出する圧力センサとを有し、
当該内燃機関は、前記二次空気供給装置の前記圧力センサにて検出される圧力の挙動に基づいて前記空気制御弁の異常を判定する空気制御弁異常判定手段と、前記２つのバンクの各バンクの吸入空気量を個別に制御可能な吸入空気量制御手段とをさらに有し、
前記空気制御弁異常判定手段は、
前記空気制御弁の異常判定を行う場合には、前記分岐部分のそれぞれに配設された前記空気制御弁への開放指令を維持しつつ前記エアポンプを駆動し、異常判定の対象となる一方の空気制御弁により二次空気の流入が制御される側のバンクとなる異常判定実施側バンクの排気管内の背圧を、異常判定の対象とならない他方の空気制御弁により二次空気の流入が制御される側のバンクとなる異常判定非実施側バンクの排気管の背圧よりも大きくすべく、前記異常判定実施側バンクに対しての吸入空気量を増量し、
前記異常判定実施側バンクに対しては、筒内全体としての燃焼空燃比はリーン空燃比としつつ圧縮行程において前記筒内燃料噴射弁から燃料を噴射して燃焼室の一部分の燃料濃度が上昇した高濃度領域及び該高濃度領域よりも燃料の濃度が低い低濃度領域を形成する制御と、点火時期を遅角して燃焼室から流出する排気ガスの温度を上昇させる制御とを含む第１触媒暖機制御を実行し、
前記異常判定非実施側バンクに対しては、未燃成分を含む排気ガスを排気管へ流出させるべく筒内全体に均質な混合気を形成してリッチ空燃比にて燃焼させる制御を含む第２触媒暖機制御を実行する、内燃機関。
【請求項２】
前記空気制御弁異常判定手段は、
前記空気制御弁の異常を判定する場合には、前記分岐部分のそれぞれに配設された前記空気制御弁への開放指令を維持しつつ前記エアポンプを駆動し、前記異常判定実施側バンクの排気管内の背圧を前記異常判定非実施側バンクの排気管の背圧よりも大きくすべく、前記異常判定実施側バンクに対しての吸入空気量を増量するとともに、前記異常判定非実施側バンクに対しての吸入空気量を減量し、
前記異常判定非実施側バンクに対して実行される前記第２触媒暖機手段は、未燃成分を含む排気ガスを前記排気管へ流出させるべく筒内全体に均質な混合気を形成してリッチ空燃比にて燃焼させる制御とともに、吸入空気量の減量に応じて点火時期を進角させる制御を含む、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
筒内全体としての燃焼空燃比は第１リッチ空燃比としつつ圧縮行程において前記筒内燃料噴射弁から燃料を噴射して燃焼室の一部分の燃料濃度が上昇した高濃度領域及び該高濃度領域よりも燃料の濃度が低い低濃度領域を形成する制御を含む機関運転状態から前記空気制御弁の異常判定を実行する場合には、
前記異常判定非実施側バンクに対して実行される前記第２触媒暖機手段により筒内にて形成される均質な混合気のリッチ空燃比は、前記１リッチ空燃比よりもリッチ側の第２リッチ空燃比となるように制御される、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記吸入空気量制御手段は、前記２つのバンクの各バンク毎に配設された独立スロットルバルブを有し、該独立スロットルバルブにより、前記２つのバンクの各バンクへの吸入空気量を個別に制御する、請求項１から請求項３のいずれか一つの請求項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記吸入空気量制御手段は、吸気弁の閉弁時期を調整可能な可変動弁機構を有し、該可変動弁機構により、前記２つのバンクの各バンクへの吸入空気量を個別に制御する、請求項１から請求項３のいずれか一つの請求項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つのバンクを有する内燃機関であって、各燃焼室の内部に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、各排気管に配置されている排気浄化触媒と、該各排気管に二次空気を供給する二次空気供給装置とを備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気管に排気浄化触媒を配置し、排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）または窒素酸化物（ＮＯX）等の成分を浄化することが知られている。排気浄化触媒は、排気ガスの成分を高効率で浄化することが可能になる活性化温度を有する。内燃機関を長期間停止した後に始動した直後等には、排気浄化触媒は活性化温度未満であり、早期に排気浄化触媒を活性化温度以上に昇温することが好ましい。
【０００３】
内燃機関の始動時等には、排気浄化触媒の暖機を促進するために、二次空気供給装置により排気管に二次空気を供給することで、燃焼室から流出する排気ガスに酸素を供給することが知られている。排気ガスに含まれる一酸化炭素等を酸化することにより、排気ガスの温度を上昇させて排気浄化触媒を短時間で昇温することができる。
【０００４】
このような二次空気供給装置を備える内燃機関においては、二次空気が必要な場合に二次空気が排気管に供給されなければ所望する排気浄化触媒の活性化を得ることが出来ず、逆に、温度が充分に上がり排気浄化触媒が活性化している状態で二次空気を排気管に供給すると排気浄化触媒が過熱する場合がある。そこで、排気管と流体連通して二次空気の流通をもたらす二次空気供給管に、二次空気の通過を遮断可能な空気制御弁が配設され、該空気制御弁を制御して排気管への二次空気の適切な供給が実行されるようにしている。
【０００５】
もし、空気制御弁の動作に異常があると、二次空気の適切な供給されなくなって、排気エミッションの悪化、あるいは、触媒の過熱が生じる場合がある。そこで、空気制御弁の異常を診断するようにした空気制御弁異常判定手段を有する内燃機関の開発が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２９９５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、例えばＶ型内燃機関のような２つのバンクを有して構成される内燃機関に対しても上記のような、空気制御弁の異常を診断しうるようにした二次空気供給装置の開発が進められている。
【０００８】
例えば、特許文献１においては、２つのバンクを有する内燃機関の各排気管に二次空気を供給する二次空気供給装置であって、各排気管に、エアポンプと該エアポンプの下流側に位置せしめられ二次空気の通過を遮断可能な空気制御弁が付設されている二次空気供給管が取付けられており、一方の二次空気供給管のエアポンプと空気制御弁の間の圧力と、他方の二次空気供給管のエアポンプと空気制御弁の間の圧力との差圧を検出可能な差圧センサを具備し、エアポンプの駆動した状態で一方のバンクの排気管への二次空気の通過を制御する空気制御弁を閉鎖状態とし、他方のバンクの排気管への二次空気の通過を制御する空気制御弁を開放状態として、その際の差圧センサにて検出される圧力の脈動に基づいて空気制御弁の異常を診断するようにした二次空気供給装置が開示されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示されるような空気制御弁の異常診断手段においては、空気制御弁の異常を診断する際、２つのバンクの内の一方のバンクの排気管への二次空気の通過を制御する空気制御弁は閉鎖されるがゆえに、該一方のバンクの排気管には二次空気が導入されず、空気制御弁が開放され二次空気が導入される他方のバンク側の排気管に配設された排気浄化触媒の暖機と比較して、二次空気が導入されない一方のバンク側の排気管に配設された排気浄化触媒の暖機には遅延が生じ、排気エミッションに悪影響を及ぼす場合がありうる。さらに、特許文献１に開示されるような空気制御弁の異常診断手段においては、空気制御弁の異常診断が実行される際には必ず空気制御弁の開閉作動がなされることとなり、空気制御弁の開閉作動回数の増加を伴うこととなり空気制御弁自体の耐久性という点において支障がもたらされる場合もありうる。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑み、２つのバンクを有する内燃機関であって、各排気管に二次空気を供給する二次空気供給装置を備える内燃機関において、二次空気供給装置の一構成要素となる空気制御弁であって各排気管への二次空気の通過を制御する空気制御弁の閉作動を行うことなく該空気制御弁の異常を判定しうるような空気制御弁異常判定手段であって、なお且つ、該空気制御弁の異常を判定する際における排気エミッションの悪化を抑制することをも可能としうるような空気制御弁異常判定手段を有する内燃機関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】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、２つのバンクを有する内燃機関であって、各燃焼室の内部に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、各排気管に配置されている排気浄化触媒と、該各排気管に二次空気を供給する二次空気供給装置とを備える内燃機関において、
前記二次空気供給装置は、単管部分から分岐部分に二股に分岐された二次空気供給管と、前記単管部分に配置され前記分岐部分を介して前記各排気管に二次空気をもたらすエアポンプと、前記分岐部分のそれぞれに配設された空気制御弁であって前記各排気管への二次空気の通過を制御する空気制御弁と、前記エアポンプよりも下流側の前記単管部分に配設され前記エアポンプと前記空気制御弁との間の圧力を検出する圧力センサとを有し、
当該内燃機関は、前記二次空気供給装置の前記圧力センサにて検出される圧力の挙動に基づいて前記空気制御弁の異常を判定する空気制御弁異常判定手段と、前記２つのバンクの各バンクの吸入空気量を個別に制御可能な吸入空気量制御手段とをさらに有し、
前記空気制御弁異常判定手段は、
前記空気制御弁の異常判定を行う場合には、前記分岐部分のそれぞれに配設された前記空気制御弁への開放指令を維持しつつ前記エアポンプを駆動し、異常判定の対象となる一方の空気制御弁により二次空気の流入が制御される側のバンクとなる異常判定実施側バンクの排気管内の背圧を、異常判定の対象とならない他方の空気制御弁により二次空気の流入が制御される側のバンクとなる異常判定非実施側バンクの排気管の背圧よりも大きくすべく、前記異常判定実施側バンクに対しての吸入空気量を増量し、
前記異常判定実施側バンクに対しては、筒内全体としての燃焼空燃比はリーン空燃比としつつ圧縮行程において前記筒内燃料噴射弁から燃料を噴射して燃焼室の一部分の燃料濃度が上昇した高濃度領域及び該高濃度領域よりも燃料の濃度が低い低濃度領域を形成する制御と、点火時期を遅角して燃焼室から流出する排気ガスの温度を上昇させる制御とを含む第１触媒暖機制御を実行し、
前記異常判定非実施側バンクに対しては、未燃成分を含む排気ガスを排気管へ流出させるべく筒内全体に均質な混合気を形成してリッチ空燃比にて燃焼させる制御を含む第２触媒暖機制御を実行する、内燃機関が提供される。
【００１２】
すなわち、請求項１に記載の発明では、２つのバンクを有する内燃機関の各排気管への二次空気の通過を制御する空気制御弁の異常を判定する空気制御弁異常判定手段は、該空気制御弁の異常を判定する場合には、二次空気供給管の分岐部分のそれぞれに配設された両方の空気制御弁への開放指令を維持しつつエアポンプを駆動し、異常判定実施側バンクの排気管内の背圧を、異常判定非実施側バンクの排気管の背圧よりも大きくすべく、異常判定実施側バンクに対しての吸入空気量を増量する。このような異常判定実施側バンクに対しての吸入吸気量の増量がなされた場合であって、異常判定実施側バンクの排気管への二次空気の流入を制御する異常判定実施側空気制御弁に閉固着などの異常がない場合においては、排気脈動の振幅が大きくなることにともない、圧力センサにて検出される圧力の脈動の振幅が大きいものへと変化することとなる。その一方で、異常判定実施側空気制御弁に閉固着などの異常がある場合には、吸入空気量増量に起因する圧力脈動の変化は圧力センサにて検出されないこととなる。
【００１３】
よって、異常判定実施側バンクに対して吸入空気量を増量することによれば、このような圧力脈動の変化の有無を監視することにより、いずれの空気制御弁の閉作動をも必要とすることなく圧力センサにて検出される圧力の挙動に基づいて異常判定実施側空気制御弁の異常の有無を判定することを可能とする。従って、このような空気制御弁異常判定手段によれば、空気制御弁の作動回数を低減することができ、空気制御弁自体の耐久性の劣化の抑制を図ることが可能であり、なお且つ、異常判定の際の空気制御弁の開閉動作に起因して発生する二次空気の気流音変化を抑制することができ、商品性の向上を図ることをも可能とする。
【００１４】
ところで、空気制御弁の異常を判定する際に、上記のように異常判定実施側バンクに対しての吸入空気量を増量する場合、異常判定実施側バンクの排気管の背圧が、異常判定非実施側バンクの排気管の背圧よりも高くなるが故に、エアポンプにて供給される二次空気が異常判定非実施側バンクの排気管へ偏って流れることとなる。また、二次空気供給管に逆流防止弁などの逆流防止手段を有しない場合、あるいは、逆流防止手段を有している場合であってもそれが機能しない場合などには、異常判定実施側バンクの排気ガスの逆流であって二次空気供給管を介して異常判定非実施側バンクの排気管への向かう逆流が生じうる場合もありうる。これにより異常判定非実施側バンクではリーンガスが流れることになり、排気浄化触媒の昇温が遅れ、排気エミッションが悪化する虞がある。
【００１５】
このことに基づいて、本発明の空気制御弁異常判定手段は、空気制御弁の異常を判定する場合に、異常判定実施側バンクにおいては、筒内全体としての燃焼空燃比はリーン空燃比としつつ圧縮行程において筒内燃料噴射弁から燃料を噴射して燃焼室の一部分の燃料濃度が上昇した高濃度領域及び該高濃度領域よりも燃料の濃度が低い低濃度領域を形成する（所謂、成層リーン燃焼制御）と、点火時期を遅角して燃焼室から流出する排気ガスの温度を上昇させる制御とを含む第１触媒暖機制御を実行する。その一方で、異常判定非実施側バンクに対しては、未燃成分を含む排気ガスを排気管へ流出させるべく筒内全体に均質な混合気を形成してリッチ空燃比にて燃焼させる制御（均質リッチ燃焼制御）を含む第２触媒暖機制御を実行する。
【００１６】
このような本発明の空気制御弁異常判定手段によれば、異常判定実施側バンクにおいては、二次空気の導入はないものの、所謂成層リーン燃焼制御と点火時期の遅角制御とにより、炭化水素などの排出を低減しつつ排気ガスの温度を上昇させることができ、また、吸入空気量が増量されているので、点火時期の遅角化に伴う機関回転数の低下を抑制することができ、機関運転に支障をきたすことなく排気エミッションの悪化の抑制を可能とする。一方で、異常判定非実施側バンクにおいては、所謂均質リッチ燃焼制御により、一酸化炭素などの未燃成分を含む排気ガスを機関排気通路に流出させることができ、該未燃成分を二次空気により酸化させることで、排気ガスの温度を上昇させて排気浄化触媒を短時間で昇温させることを可能とし、排気エミッションの悪化の抑制を可能とする。また、このような本発明の空気制御弁異常判定手段によれば、逆流防止弁などの逆流防止手段を廃止しうるのでコスト低減や構成簡素化をも可能としうる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、前記空気制御弁異常判定手段は、前記空気制御弁の異常を判定する場合には、前記分岐部分のそれぞれに配設された前記空気制御弁への開放指令を維持しつつ前記エアポンプを駆動し、前記異常判定実施側バンクの排気管内の背圧を前記異常判定非実施側バンクの排気管の背圧よりも大きくすべく、前記異常判定実施側バンクに対しての吸入空気量を増量するとともに、前記異常判定非実施側バンクに対しての吸入空気量を減量し、前記異常判定非実施側バンクに対して実行される前記第２触媒暖機手段は、未燃成分を含む排気ガスを前記排気管へ流出させるべく筒内全体に均質な混合気を形成してリッチ空燃比にて燃焼させる制御とともに、吸入空気量の減量に応じて点火時期を進角させる制御を含む、請求項１に記載の内燃機関が提供される。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、筒内全体としての燃焼空燃比は第１リッチ空燃比としつつ圧縮行程において筒内燃料噴射弁から燃料を噴射して燃焼室の一部分の燃料濃度が上昇した高濃度領域及び該高濃度領域よりも燃料の濃度が低い低濃度領域を形成する制御を含む機関運転状態から前記空気制御弁の異常判定を実行する場合には、前記異常判定非実施側バンクに対して実行される前記第２触媒暖機手段により筒内にて形成される均質な混合気のリッチ空燃比は、前記１リッチ空燃比よりもリッチ側の第２リッチ空燃比となるように制御される、請求項２に記載の内燃機関が提供される。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、前記吸入空気量制御手段は、前記２つのバンクの各バンク毎に配設された独立スロットルバルブを有し、該独立スロットルバルブにより、前記２つのバンクの各バンクへの吸入空気量を個別に制御する、請求項１から請求項３のいずれか一つの請求項に記載の内燃機関が提供される。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、前記吸入空気量制御手段は、吸気弁の閉弁時期を調整可能な可変動弁機構を有し、該可変動弁機構により、前記２つのバンクの各バンクへの吸入空気量を個別に制御する、請求項１から請求項３のいずれか一つの請求項に記載の内燃機関が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
各請求項に記載の発明によれば、２つのバンクを有する内燃機関であって、各排気管に二次空気を供給する二次空気供給装置を備える内燃機関において、各排気管への二次空気の通過を制御する空気制御弁の閉作動を行うことなく該空気制御弁の異常を判定することを可能とし、なお且つ、空気制御弁の異常を判定する際における排気エミッションの悪化を抑制することをも可能とする、という共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の内燃機関の一実施形態の概略図である。
【図２】本発明の内燃機関における機関本体気筒部の一実施形態の概略図である。
【図３】本実施形態における空気制御弁異常判定手段による異常判定の際の、エアポンプ、第１空気制御弁、第２空気制御弁の各機器の操作タイミング、及び、吸入空気量制御手段による各バンクに対する吸入空気量制御のタイムチャートの一例を示す図である。
【図４】エアポンプの正常な駆動が確認されていて且つ第１空気制御弁及び第２空気制御弁に異常がない場合に、空気制御弁異常判定期間に圧力センサが検出する圧力の挙動の一例を示す図である。
【図５】エアポンプの正常な駆動が確認されていて且つ第２空気制御弁に異常がないが、第１空気制御弁に異常がある場合における、空気制御弁異常判定期間に圧力センサが検出する圧力の挙動の一例を示す図である。
【図６】エアポンプの正常な駆動が確認されていて且つ第１空気制御弁に異常がないが、第２空気制御弁に異常がある場合における、空気制御弁異常判定期間に圧力センサが検出する圧力の挙動の一例を示す図である。
【図７】本実施形態における空気制御弁異常判定手段による第１触媒暖機制御と第２触媒暖機制御との切替えタイミングのタイムチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付の図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の内燃機関の一実施形態の概略図であり、図２は、本発明の内燃機関における機関本体気筒部の一実施形態の概略図である。図１及び図２において、１は内燃機関、２ａは第１バンク、２ｂは第２バンク、３は機関本体気筒部、４はシリンダブロック、５はピストン、６はシリンダヘッド、７は燃焼室、８は吸気弁、９は排気弁、１０は点火装置、１１は筒内燃料噴射弁、１２はポート燃料噴射弁、１３は吸気ポート、１４は排気ポート、１５ａは第１排気管、１５ｂは第２排気管、１６ａは第１排気浄化触媒、１６ｂは第２排気浄化触媒、１７は二次空気供給装置、１８はエアポンプ、１９は圧力センサ、２０は二次空気供給管、２１ａは第１空気制御弁、２１ｂは第２空気制御弁、２２はＥＣＵ、２３は吸入空気量制御手段のそれぞれを示す。
【００２４】
本実施形態の内燃機関は、２つのバンク２ａ、２ｂを有する内燃機関１であって、各燃焼室７の内部に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁１１と、各排気管１５ａ、１５ｂに配置されている排気浄化触媒１６ａ、１６ｂと、該各排気管に二次空気を供給する二次空気供給装置１７とを備える。そして、二次空気供給装置は、単管部分から分岐部分に二股に分岐された二次空気供給管２０と、単管部分に配置され分岐部分を介して各排気管に二次空気をもたらすエアポンプ１８と、分岐部分のそれぞれに配設された空気制御弁であって各排気管への二次空気の通過を制御する第１空気制御弁２１ａ及び第２空気制御弁２１ｂと、エアポンプ１８よりも下流側の単管部分に配設されエアポンプと空気制御弁との間の圧力を検出する圧力センサ１９とを有して構成される。本内燃機関は更に、二次空気供給装置１７の圧力センサ１９にて検出される圧力の挙動に基づいて空気制御弁の異常を判定する空気制御弁異常判定手段と、２つのバンクの各バンクの吸入空気量を個別に制御可能な吸入空気量制御手段２３とをさらに有して構成される。
【００２５】
本実施形態においては、吸入空気量制御手段２３は、図１から理解されうるごとく、２つの各バンク毎に配設された独立スロットルバルブを有して構成され、該各独立スロットルバルブにより、２つのバンクの各バンクへの吸入空気量を個別に制御する。尚、２つバンクの各バンクへの吸入空気量を個別に制御する吸入空気量制御手段は、これに限られることはなく、別の実施形態においては、吸気弁の閉弁時期を調整可能な可変動弁機構を有し、該可変動弁機構により２つのバンクの各バンクへの吸入空気量が個別に制御されるように構成されてもよい。
【００２６】
第１バンク２ａ及び第２バンク２ｂには、第１排気管１５ａ及び第２排気管１５ｂが接続されている。また、第１排気管１５ａ及び第２排気管１５ｂには三元触媒を用いた第１排気浄化触媒１６ａ及び第２排気浄化触媒１６ｂが介装され、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯxの浄化をおこなっている。そのために排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ2センサが排気浄化触媒の上流側の第１排気管１５ａ及び第２排気管１５ｂに取付けられている。第１排気浄化触媒１６ａ及び第２排気浄化触媒１６ｂで浄化された排気ガスは集合された排気管を通って排出される。
【００２７】
第１排気管１５ａ及び第２排気管１５ｂには二次空気供給口が設けられ、二次空気供給口には二次空気供給管２０の下流端が接続されている。二次空気供給管２０は上流端で集合され、単管の集合二次空気供給管に接続されている。集合二次空気供給管の上流端はエアポンプ１８の吐出側に接続されている。エアポンプ１８の吸い込み側はエアクリーナと空気取入管を介して接続されている。
【００２８】
ＥＣＵ２２はマイクロコンピュータであるが、電源を切っても記憶が残るバックアップＲＡＭを含んでいる。そして、ＥＣＵ２２には本発明に関連する圧力センサ１９、第１空気制御弁２１ａ、第２空気制御弁２１ｂ、吸入空気量制御手段２３等が接続され後述するようにして異常診断を行うが、その他の一般の数多くの制御をおこなう。
【００２９】
以下、上記のようなハード構成において本発明の内燃機関における空気制御弁異常判定手段にて実行される異常診断の制御の一実施形態について説明する。初めに、この診断の考え方について説明する。この診断は基本的に、空気制御弁２１ａ、２１ｂとエアポンプ１８と吸入空気量制御手段２３とを制御して、二次空気供給管２０の分岐部分のそれぞれに配設された空気制御弁２１ａ、２１ｂへの開放指令を維持しつつエアポンプ１８を駆動し、異常判定の対象となる一方の空気制御弁により二次空気の流入が制御される側のバンクとなる異常判定実施側バンクの排気管内の背圧を、異常判定の対象とならない他方の空気制御弁により二次空気の流入が制御される側のバンクとなる異常判定非実施側バンクの排気管の背圧よりも大きくすべく、異常判定実施側バンクに対しての吸入空気量を増量し、その際に圧力センサ１９にて検出される圧力の挙動に基づいて空気制御弁の異常を判定する。
【００３０】
本実施形態においては、１回の診断において第１空気制御弁２１ａ及び第２空気制御弁２１ｂのそれぞれの空気制御弁の異常を判定すべく、エアポンプ１８、第一空気制御弁２１ａ及び第２空気制御弁２１ｂ、吸入空気量制御手段２３の各機器が操作される。図３は、本実施形態における空気制御弁異常判定手段による異常判定の際の、エアポンプ１８、第１空気制御弁２１ａ、第２空気制御弁２１ｂの各機器の操作タイミング、及び、吸入空気量制御手段２３による各バンクに対する吸入空気量制御のタイムチャートの一例を示す図である。
【００３１】
図３から理解されうるごとく、本実施形態において空気制御弁の異常を判定する場合、空気制御弁異常判定手段は、先ず、エアポンプ１８の正常な駆動（ＯＮ）が確認されていて且つ第１空気制御弁２１ａ及び第２空気制御弁２１ｂに対して開放指令がなされている機関運転状態にある際に、第１排気管１５ａへの二次空気の供給を制御する第１空気制御弁２１ａの異常の有無、特に閉固着による異常の有無を判定すべく、エアポンプ１８の駆動と第１空気制御弁２１ａ及び第２空気制御弁２１ｂの開放指令は維持しつつ、第１バンク２ａに対する吸入空気量を増量し、この状態の機関運転を第１所定期間実行させる。そして、第１所定期間に連続して続く第２所定期間において、第２排気管１５ｂへの二次空気の供給を制御する第２空気制御弁２１ｂの異常の有無、特に閉固着による異常の有無を判定すべく、エアポンプ１８の駆動と第１空気制御弁２１ａ及び第２空気制御弁２１ｂの開放指令は維持しつつ、第２バンク２ｂに対する吸入空気量を増量する。そして、少なくとも上記第１所定期間及び第２所定期間にわたり、圧力センサ１９により二次空気供給管２０内の圧力の挙動を追跡し、該圧力の挙動に基づいて、第１空気制御弁２１ａ及び第２空気制御弁２１ｂのそれぞれの空気制御弁の異常の有無を判定する。尚、ここでの第１所定期間、第２所定期間は、予めに実行される評価試験や解析評価などに基づいて、検出データのバラツキの影響を低減することが可能であるような範囲にて適宜設定されるものとする。
【００３２】
ちなみに、排気エミッション規制などの観点から、空気制御弁異常判定の判定精度のさらなる向上が要求される場合もある。このことに基づいて、本発明の内燃機関における空気制御弁異常判定手段の一実施形態においては、空気制御弁異常判定手段は、空気制御弁の異常を判定する場合には、空気制御弁２１ａ、２１ｂへの開放指令を維持しつつエアポンプ１８を駆動し、異常判定実施側バンクに対しての吸入空気量を増量するとともに、異常判定非実施側バンクに対しての吸入空気量を減量する。
【００３３】
このように、異常判定実施側バンクに対しての吸入空気量を増量するとともに、異常判定非実施側バンクに対しての吸入空気量を減量することによれば、異常判定実施側バンクの排気管内における排気脈動であって異常判定の際に生じる排気脈動変化を、より大きな振幅変化を有するものとすることができ、空気制御弁異常判定の判定精度のさらなる向上を図ることを可能とする。図３においては、異常判定実施側バンクに対しての吸入空気量を増量するとともに、異常判定非実施側バンクに対しての吸入空気量を減量する実施例が示される。
【００３４】
図４は、エアポンプ１８の正常な駆動（ＯＮ）が確認されていて且つ第１空気制御弁及び第２空気制御弁に異常がない場合に、空気制御弁異常判定期間となる上記第１所定期間及び第２所定期間に圧力センサが検出する圧力の挙動の一例を示す図である。図５は、エアポンプの正常な駆動（ＯＮ）が確認されていて且つ第２空気制御弁に異常がないが、第１空気制御弁に異常がある場合における、空気制御弁異常判定期間となる上記第１所定期間及び第２所定期間に圧力センサが検出する圧力の挙動の一例を示す図である。図６は、エアポンプの正常な駆動（ＯＮ）が確認されていて且つ第１空気制御弁に異常がないが、第２空気制御弁に異常がある場合における、空気制御弁異常判定期間となる上記第１所定期間及び第２所定期間に圧力センサが検出する圧力の挙動の一例を示す図である。
【００３５】
図４から図６から理解されうるごとく、エアポンプ１８の正常な駆動（ＯＮ）が確認されていて且つ第１空気制御弁２１ａ及び第２空気制御弁２１ｂに異常がない場合すなわち第１制御弁２１ａ及び第２制御弁２１ｂがともに開放されている場合には、空気制御弁異常判定期間となる上記第１所定期間及び第２所定期間に圧力センサ１９が検出する圧力の挙動は、異常判定実施側バンクの吸入空気量が増量されたことに起因して異常判定実施側の排気脈動の振幅が大きくなることにともない、圧力センサにて検出される圧力の脈動の振幅が大きいものへと変化する傾向を示すものとなる。
【００３６】
その一方で、エアポンプ１８の正常な駆動（ＯＮ）が確認されていて且つ異常判定非実施側空気制御弁となる第２空気制御弁２１ｂには異常がないが、異常判定実施側空気制御弁となる第１空気制御弁２１ａに異常がある場合すなわち第１空気制御弁２１ａが閉固着してしまっている場合には、異常判定実施側バンクの排気管と二次空気供給管との流体連通が遮断されていることになるが故に、空気制御弁異常判定期間となる上記第１所定期間に圧力センサ１９が検出する圧力の挙動は、異常判定実施側バンクに対する吸入空気量増量に起因する圧力脈動の振幅増大の変化が圧力センサ１９にて検出されない傾向を示すことになる。また、エアポンプ１８の正常な駆動（ＯＮ）が確認されていて且つ異常判定非実施側空気制御弁となる第１空気制御弁２１ａには異常がないが、異常判定実施側空気制御弁となる第２空気制御弁２１ｂに異常がある場合すなわち第２空気制御弁２１ｂが閉固着してしまっている場合には、異常判定実施側バンクの排気管と二次空気供給管との流体連通が遮断されていることになるが故に、空気制御弁異常判定期間となる上記第２所定期間に圧力センサ１９が検出する圧力の挙動は、異常判定実施側バンクに対する吸入空気量増量に起因する圧力脈動の振幅増大の変化が圧力センサ１９にて検出されない傾向を示すことになる。
【００３７】
よって、異常判定実施側バンクに対して吸入空気量を増量することによれば、このような圧力脈動の変化の有無を監視することにより、いずれの空気制御弁の閉作動を必要とすることなく圧力センサにて検出される圧力の挙動に基づいて異常判定実施側空気制御弁の異常の有無を判定することを可能とする。従って、このような空気制御弁異常判定手段によれば、空気制御弁の作動回数を低減することができ、空気制御弁自体の耐久性の劣化の抑制を図ることが可能であり、なお且つ、異常判定の際の空気制御弁の開閉動作に起因して発生する二次空気の気流音変化を抑制することができ、商品性の向上を図ることをも可能とする。
【００３８】
ところで、先に説明したように、空気制御弁の異常を判定する際に、上記のように異常判定実施側バンクに対しての吸入空気量を増量する場合、異常判定実施側バンクの排気管の背圧が、異常判定非実施側バンクの排気管の背圧よりも高くなるが故に、エアポンプ１８にて供給される二次空気が異常判定非実施側バンクの排気管へ偏って流れることとなる。また、二次空気供給管２０に逆流防止弁などの逆流防止手段を有しない場合、あるいは、逆流防止手段を有している場合であってもそれが機能しない場合などには、異常判定実施側バンクの排気ガスの逆流であって二次空気供給管２０を介して異常判定非実施側バンクの排気管への向かう逆流が生じうる場合もありうる。これにより異常判定非実施側バンクではリーンガスが流れることになり、排気浄化触媒の昇温が遅れ、排気エミッションが悪化する虞がある。
【００３９】
このことに基づいて、本発明の空気制御弁異常判定手段は、空気制御弁の異常を判定する際に、異常判定実施側バンクにおいては、筒内全体としての燃焼空燃比はリーン空燃比としつつ圧縮行程において筒内燃料噴射弁から燃料を噴射して燃焼室の一部分の燃料濃度が上昇した高濃度領域及び該高濃度領域よりも燃料の濃度が低い低濃度領域を形成する（所謂、成層リーン燃焼制御）と、点火時期を遅角して燃焼室から流出する排気ガスの温度を上昇させる制御とを含む第１触媒暖機制御を実行する。その一方で、異常判定非実施側バンクに対しては、未燃成分を含む排気ガスを排気管へ流出させるべく筒内全体に均質な混合気を形成してリッチ空燃比にて燃焼させる制御（均質リッチ燃焼制御）を含む第２触媒暖機制御を実行する。
【００４０】
このような本発明の空気制御弁異常判定手段によれば、異常判定実施側バンクにおいては、二次空気の導入はないものの、所謂成層リーン燃焼制御と点火時期の遅角制御とにより、炭化水素などの排出を低減しつつ排気ガスの温度を上昇させることができ、また、吸入空気量が増量されているので、点火時期の遅角化に伴う機関回転数の低下を抑制することができ、機関運転に支障をきたすことなく排気エミッションの悪化の抑制を可能とする。一方で、異常判定非実施側バンクにおいては、所謂均質リッチ燃焼制御により、一酸化炭素などの未燃成分を含む排気ガスを機関排気通路に流出させることができ、該未燃成分を二次空気により酸化させることで、排気ガスの温度を上昇させて排気浄化触媒を短時間で昇温させることを可能とし、排気エミッションの悪化の抑制を可能とする。また、このような本発明の空気制御弁異常判定手段によれば、逆流防止弁などの逆流防止手段を廃止しうるのでコスト低減や構成簡素化をも可能としうる。
【００４１】
図７は、本実施形態における空気制御弁異常判定手段による第１触媒暖機制御と第２触媒暖機制御との切替えタイミングのタイムチャートの一例を示す図である。図７から理解されうるごとく、空気制御弁異常判定期間の開始期間となる第１所定期間であって、異常判定実施側バンクが第１バンク２ａとなる第１所定期間において、吸入空気量が増量される第１バンク２ａに対しては、筒内全体としての燃焼空燃比はリーン空燃比としつつ圧縮行程において筒内燃料噴射弁から燃料を噴射して燃焼室の一部分の燃料濃度が上昇した高濃度領域及び該高濃度領域よりも燃料の濃度が低い低濃度領域を形成する制御と、点火時期を遅角して燃焼室から流出する排気ガスの温度を上昇させる制御とを含む第１触媒暖機制御が実行される。その一方で、エアポンプ１８にてもたらされる二次空気が背圧差に起因して偏って排気管に供給されることとなる異常判定非実施側バンクとなる第２バンク２ｂに対しては、未燃成分を含む排気ガスを排気管へ流出させるべく筒内全体に均質な混合気を形成してリッチ空燃比にて燃焼させる制御を含む第２触媒暖機制御が実行される。
【００４２】
また、第１所定期間に続く第２所定期間であって、異常判定実施側バンクが第１バンク２ａから第２バンク２ｂに切替えられる第２所定期間においては、吸入吸気量が増量される第２バンク２ｂの触媒暖機制御は、第２触媒暖機制御から第１触媒暖機制御、すなわち、筒内全体としての燃焼空燃比はリーン空燃比としつつ圧縮行程において筒内燃料噴射弁から燃料を噴射して燃焼室の一部分の燃料濃度が上昇した高濃度領域及び該高濃度領域よりも燃料の濃度が低い低濃度領域を形成する制御と、点火時期を遅角して燃焼室から流出する排気ガスの温度を上昇させる制御とを含む第１触媒暖機制御へ切替えられる。その一方で、エアポンプ１８にてもたらされる二次空気が背圧差に起因して偏って排気管に供給されることとなる異常判定非実施側バンクとなる第１バンク２ａに対しては、未燃成分を含む排気ガスを排気管へ流出させるべく筒内全体に均質な混合気を形成してリッチ空燃比にて燃焼させる制御を含む第２触媒暖機制御が実行される。
【００４３】
ちなみに、本実施例のように、異常判定実施側バンクに対しての吸入空気量を増量するとともに、異常判定非実施側バンクに対しての吸入空気量を減量する場合においては、異常判定非実施側バンクに対して実行される上記第２触媒暖機手段は、未燃成分を含む排気ガスを排気管へ流出させるべく筒内全体に均質な混合気を形成してリッチ空燃比にて燃焼させる制御とともに、吸入空気量の減量に応じて点火時期を進角させる制御を含むとされる。
【００４４】
このような本発明の空気制御弁異常判定手段によれば、異常判定実施側バンクにおいては、二次空気の導入はないものの、所謂成層リーン燃焼制御と点火時期の遅角制御とにより、炭化水素などの排出を低減しつつ排気ガスの温度を上昇させることができ、また、吸入空気量が増量されているので、点火時期の遅角化に伴う機関回転数の低下を抑制することができ、機関運転に支障をきたすことなく排気エミッションの悪化の抑制を可能とする。一方で、異常判定非実施側バンクにおいては、所謂均質リッチ燃焼制御により、一酸化炭素などの未燃成分を含む排気ガスを機関排気通路に流出させることができ、該未燃成分を二次空気により酸化させることで、排気ガスの温度を上昇させて排気浄化触媒を短時間で昇温させることを可能とし、排気エミッションの悪化の抑制を可能とする。また、このような本発明の空気制御弁異常判定手段によれば、逆流防止弁などの逆流防止手段を廃止しうるのでコスト低減や構成簡素化をも可能としうる。
【００４５】
以上、このような本発明によれば、２つのバンク２ａ、２ｂを有する内燃機関であって、各排気管１５ａ、１５ｂに二次空気を供給する二次空気供給装置１７を備える内燃機関において、各排気管への二次空気の通過を制御する空気制御弁２１ａ、２１ｂの閉作動を行うことなく該空気制御弁の異常を判定することを可能とし、なお且つ、空気制御弁の異常を判定する際における排気エミッションの悪化を抑制することをも可能とする。すなわち、２つのバンクを有する内燃機関であって、二次空気供給装置を備え該装置の空気制御弁の異常を判定する際にも該空気制御弁の耐久性を損ねることなく排気エミッションの悪化をも抑制しうるような内燃機関を提供することを可能とする。
【符号の説明】
【００４６】
１    内燃機関
２ａ    第１バンク
２ｂ    第２バンク
３    機関本体気筒部
１１    筒内燃料噴射弁
１３    吸気ポート
１４    排気ポート
１５ａ    第１排気管
１５ｂ    第２排気管
１６ａ    第１排気浄化触媒
１６ｂ    第２排気浄化触媒
１７    二次空気供給装置
１８    エアポンプ
１９    圧力センサ
２０    二次空気供給管
２１ａ    第１空気制御弁
２１ｂ    第２空気制御弁
２３    吸入空気量制御手段
【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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