(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二次空気供給装置の空気制御弁の異常を判定する際にも排気エミッションの悪化を抑制しうるような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は、空気制御弁の異常を判定する際、二次空気の供給が実行される一方のバンクに対しては、筒内全体としての燃焼空燃比は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第1触媒暖機制御が実行され、二次空気の供給が停止される他方のバンクに対しては、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第2触媒暖機制御が実行される。【選択図】図１
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【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、前記各排気管に取り付けられた二次空気供給管と、該二次空気供給管に二次空気をもたらすエアポンプと、該エアポンプの下流側に位置せしめられ且つ前記二次空気供給管に配設され二次空気の通過を遮断可能な空気制御弁と、前記エアポンプと前記空気制御弁との間に配設されて前記二次空気供給管内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を判定する際には、前記二次空気供給装置の前記空気制御弁及び前記エアポンプを制御して、前記２つのバンクのうちの一方のバンクの排気管への二次空気の供給は実行し、他方のバンクの排気管への二次空気の供給は停止し、
二次空気の供給が実行される前記一方のバンクに対しては、筒内全体としての燃焼空燃比は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第1触媒暖機制御を実行し、
二次空気の供給が停止される前記他方のバンクに対しては、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による前記第1触媒暖機制御及び前記第2触媒暖機制御は、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、吸入空気量を増大する制御とを含む、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記第1触媒暖機制御における点火時期の遅角量は、前記第2触媒暖機制御における点火時期の遅角量よりも小さく制御される、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記エアポンプと前記空気制御弁との間に配設されて前記二次空気供給管内の圧力を検出する前記圧力センサは、前記二次空気供給装置全体で単一の圧力センサとして構成される、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】
当該内燃機関の吸気弁の閉弁時期を変更することにより実圧縮比を制御する実圧縮比制御手段を有し、
前記空気制御弁異常判定手段により前記空気制御弁の異常を判定する際には、前記実圧縮比制御手段は、前記空気制御弁の異常を判定する状態でない通常の機関運転時に設定される吸気弁の閉弁時期よりも吸気下死点側に吸気弁の閉弁時期を制御する、請求項１から請求項４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がされなくなって、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す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。
【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異常を判定する際に、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供給を停止する場合においても、排気エミッションの悪化を抑制することを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、前記各排気管に取り付けられた二次空気供給管と、該二次空気供給管に二次空気をもたらすエアポンプと、該エアポンプの下流側に位置せしめられ且つ前記二次空気供給管に配設され二次空気の通過を遮断可能な空気制御弁と、前記エアポンプと前記空気制御弁との間に配設されて前記二次空気供給管内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を判定する際には、前記二次空気供給装置の前記空気制御弁及び前記エアポンプを制御して、前記２つのバンクのうちの一方のバンクの排気管への二次空気の供給は実行し、他方のバンクの排気管への二次空気の供給は停止し、二次空気の供給が実行される前記一方のバンクに対しては、筒内全体としての燃焼空燃比は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第1触媒暖機制御を実行し、
二次空気の供給が停止される前記他方のバンクに対しては、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、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異常を判定する際には、２つのバンクのうちの一方のバンクの排気管への二次空気の供給は実行し、他方のバンクの排気管への二次空気の供給は停止する。
【００１３】
この際、本発明の空気制御弁異常判定手段においては、二次空気の供給が実行される一方のバンクにおいては、筒内全体としての燃焼空燃比は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（所謂、成層リッチ燃焼制御）を含む第1触媒暖機制御が実行される。その一方で、二次空気の供給が停止される他方のバンクにおいては、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制御（所謂、成層リーン燃焼制御）を含む第2触媒暖機制御が実行される。
【００１４】
このような本発明の空気制御弁異常判定手段によれば、二次空気の供給が実行される一方のバンクにおいては、所謂成層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。一方で、二次空気の供給が停止される他方のバンクにおいては、二次空気の導入はないものの、所謂成層リーン燃焼制御により、燃焼室から排出する排気ガスの空燃比をリーンの状態とし、機関排気通路において未燃の炭化水素や一酸化炭素が燃焼する所謂後燃え反応を促進す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する。
【００１５】
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による前記第1触媒暖機制御及び前記第2触媒暖機制御は、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、吸入空気量を増大する制御とを含む、請求項１に記載の内燃機関が提供される。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、前記第1触媒暖機制御における点火時期の遅角量は、前記第2触媒暖機制御における点火時期の遅角量よりも小さく制御される、請求項２に記載の内燃機関が提供される。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、前記エアポンプと前記空気制御弁との間に配設されて前記二次空気供給管内の圧力を検出する前記圧力センサは、前記二次空気供給装置全体で単一の圧力センサとして構成される、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提供される。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、当該内燃機関の吸気弁の閉弁時期を変更することにより実圧縮比を制御する実圧縮比制御手段を有し、前記空気制御弁異常判定手段により前記空気制御弁の異常を判定する際には、前記実圧縮比制御手段は、前記空気制御弁の異常を判定する状態でない通常の機関運転時に設定される吸気弁の閉弁時期よりも吸気下死点側に吸気弁の閉弁時期を制御する、請求項１から請求項４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】
【００１９】
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、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異常を判定する際に、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供給を停止する場合においても、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を抑制することを可能にする、という共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】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（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（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（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】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である。
【図８】実圧縮比を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、のそれぞれを示す。
【００２２】
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、各排気管に取り付けられた二次空気供給管２０と、該二次空気供給管に二次空気をもたらすエアポンプ１８と、該エアポンプの下流側に位置せしめられ且つ二次空気供給管に配設され二次空気の通過を遮断可能な空気制御弁２１ａ、２１ｂと、エアポンプと空気制御弁との間に配設されて二次空気供給管内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、二次空気供給装置の圧力センサ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を有して構成される。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
本実施形態における集合二次空気供給管には、圧力センサ１９が取付けられている。すなわち、エアポンプ１８と空気制御弁２１ａ、２１ｂとの間に配設されて二次空気供給管２０内の圧力を検出する圧力センサ１９は、二次空気供給装置全体で単一の圧力センサとして構成される。二次空気供給管２０には、第１空気制御弁２１ａ及び第２空気制御弁２１ｂが取付けられている。
【００２６】
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。
【００２７】
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とを制御して、２つのバンク２ａ、２ｂのうちの一方のバンクの排気管への二次空気の供給を実行し、他方のバンクの排気管への二次空気の供給を停止し、その際に圧力センサ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。
【００２８】
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故障検出の際の、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のタイムチャートの一例を示す図である。
【００２９】
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の異常の有無を判定すべく、エアポンプ１８の駆動及び第２空気制御弁２１ｂの開放指令は維持しつつ第１空気制御弁２１ａに対して閉鎖指令を出し、この状態の機関運転を第１所定期間実行させる。そして、該第１所定期間に連続して続く第２所定期間において、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の異常の有無を判定すべく、エアポンプ１８の駆動は維持しつつ第１空気制御弁２１ａに対しては開放指令を出し、一方で第２空気制御弁２１ｂに対しては閉鎖指令を出す。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。
【００３０】
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。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。
【００３１】
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、予め設定された許容範囲内で且つ脈動を有して変動する傾向を示すものとなる。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第１空気制御弁２１ａに異常がないが、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、上記第１所定期間において第１空気制御弁２１ａと第２空気制御弁２１ｂとの両方の空気制御弁が閉鎖された状態となってしまうが故に、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により追跡される圧力の挙動は、予め設定された許容範囲外で且つ脈動を有することなく変動する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第２空気制御弁２１ｂに異常がないが、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、上記第２所定期間において第１空気制御弁２１ａと第２空気制御弁２１ｂとの両方の空気制御弁が閉鎖された状態となってしまうが故に、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に追跡される圧力の挙動は、予め設定された許容範囲外で且つ脈動を有することなく変動する傾向を示すことになる。
【００３２】
このような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に追跡される圧力の挙動に基づいて、本実施形態における本空気制御弁異常判定手段は、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。
【００３３】
ところで、先に説明したように、空気制御弁とエアポンプとを制御して、２つのバンクのうちの一方のバンクの排気管への二次空気の供給を実行し、他方のバンクの排気管への二次空気の供給を停止し、その際に圧力センサ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ような場合においては、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は閉鎖されるがゆえに、該他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と比較して、二次空気が導入されない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。
【００３４】
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、空気制御弁の異常を判定する際に、二次空気の供給が実行される一方のバンクに対しては、筒内全体としての燃焼空燃比は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１１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第1触媒暖機制御を実行する。その一方で、二次空気の供給が停止される他方のバンクに対しては、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筒内燃料噴射弁１１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第2触媒暖機制御を実行する。
【００３５】
このような本発明の内燃機関における空気制御弁異常判定手段によれば、二次空気の供給が実行される一方のバンクにおいては、所謂成層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。一方で、所謂成層リーン燃焼制御により、燃焼室から排出する排気ガスの空燃比をリーンの状態とし、機関排気通路において未燃の炭化水素や一酸化炭素が燃焼する所謂後燃え反応を促進することで排気ガスの温度を上昇させて、炭化水素などの排出を低減しつつ排気浄化触媒を短時間で昇温させることを可能とする。
【００３６】
尚、上記のような空気制御弁異常判定手段による第１触媒暖機制御及び第2触媒暖機制御に対して、排気エミッション規制などの観点から、さらなる排気浄化触媒の暖機の促進を要求される場合もありうる。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による第1触媒暖機制御及び第2触媒暖機制御は、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、吸入空気量を増大する制御とを含むものとされる。燃焼室において成層燃焼を行う場合においては、点火可能期間が長くなり、点火時期を大幅に遅らせることが可能となる。そして、点火時期を遅角する制御を行うことにより、燃焼室から流出する排気ガスの温度を上昇させることができ、また、吸入空気量を増大させることにより、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。
【００３７】
上記のような空気制御弁異常判定手段による第1触媒暖機制御及び第2触媒暖機制御の各暖機制御における点火時期の遅角量及び吸入空気の増大量は、排気浄化触媒の暖機性や排気ガスのエミッションや燃焼限界などのバランスを考慮して決定される。すなわち、第1触媒暖機制御においては、筒内全体としての燃焼空燃比は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が実行され、また、二次空気の供給も実行されているため、触媒暖機性に優れ、点火時期の遅角量は比較的小さくてすむ。一方で、第2触媒暖機制御においては、筒内全体としての燃焼空燃比はリーン空燃比とされており、また、二次空気の供給も禁止されているため、点火時期を遅角することで触媒暖機性を高めることが求められ、よって、第1触媒暖機制御と比較して、点火時期の遅角量は大きいものとされる。このことに基づいて、第1触媒暖機制御における点火時期の遅角量は、第2触媒暖機制御における点火時期の遅角量よりも小さく制御される。また、各触媒暖機制御における点火時期の遅角量は、点火時期の遅角による排出ＨＣ増大分と、点火時期の遅角による触媒暖機性アップに伴う排出ＨＣ減少分とのバランスなどをも考慮して算出される。そして、吸入空気の増加量については、算出された点火時期の遅角量に基づいて、該遅角量による点火時期の遅角化に伴う機関回転数の低下の抑制などの点を考慮して決定される。ちなみに、一実施形態においては、予めの評価試験や解析評価などに基づいて作成されたマップであって、燃焼空燃比に適した点火時期の遅角量及び吸入空気の増大量を算出しうるように作成されたマップを使用して、第1触媒暖機制御及び第2触媒暖機制御の各暖機制御における点火時期の遅角量及び吸入空気の増大量が決定される。
【００３８】
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８から理解されうるごとく、エアポンプ１８の正常な駆動が確認されて且つ第１バンク２ａの排気管に対しては二次空気が供給されることなく第２バンク２ｂの排気管のみ二次空気が供給しうるように第１空気制御弁２１ａ及び第２空気制御弁２１ｂに対して指令が出される第１所定期間においては、排気管に二次空気が供給されない第１バンク２ａに対しては、第２触媒暖機制御が実行される。その一方で、排気管に二次空気が供給される第２バンク２ｂに対しては、第１触媒暖機制御が実行される。
【００３９】
また、エアポンプ１８の正常な駆動が確認されて且つ第２バンク２ｂの排気管に対しては二次空気が供給されることなく第１バンク２ａの排気管のみ二次空気が供給しうるように第１空気制御弁２１ａ及び第２空気制御弁２１ｂに対して指令が出される第２所定期間においては、排気管に二次空気が供給されない第２バンク２ｂに対しては、第２触媒暖機制御が実行される。その一方で、排気管に二次空気が供給される第１バンク２ａに対しては、第１触媒暖機制御が実行される。
【００４０】
ちなみに、本実施形態における空気制御弁異常判定手段では、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所定期間において圧力センサ１９により追跡される圧力の挙動であって圧力の脈動の有無を考慮に含めるような圧力の挙動に基づいて、空気制御弁の異常の有無の判定を行うように構成される。従って、圧力センサ１９により追跡される圧力の挙動に脈動があるか否かを、より明瞭に判定しうるようにすることができれば、空気制御弁の異常判定精度を高めることが可能となる。
【００４１】
このことに基づいて、本発明の内燃機関の別の実施形態においては、内燃機関の吸気弁の閉弁時期を変更することにより実圧縮比を制御する実圧縮比制御手段が備えられる。そして、空気制御弁異常判定手段により空気制御弁の異常を判定する際には、該実圧縮比制御手段は、空気制御弁の異常を判定する状態でない通常の機関運転時に設定される吸気弁の閉弁時期よりも吸気下死点側に吸気弁の閉弁時期を制御する。このような実圧縮比制御手段によれば、空気制御弁の異常を判定する際に、通常の機関運転時と比較して実圧縮比を高めることができ、例えば、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点に設定することにより最大実圧縮比を得ることができ、これにより、空気制御弁に異常がない場合には排気管内にもたらされる背圧を高めて、圧力脈動を安定して発生させることができ、空気制御弁の異常判定精度を高めることが可能となる。
【００４２】
ここで、実圧縮比とは、実際に圧縮作用が開始されたときからピストンが上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの実圧縮比は、（燃焼室容積＋実際の行程容積）／燃焼室容積で表される。即ち、図８に示されるように圧縮行程においてピストンが上昇を開始しても吸気弁が開弁している間は圧縮作用は行われず、吸気弁が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。従って実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記の如く表される。図8に示される例では実圧縮比は（５０ｍｌ＋４５０ｍｌ）／５０ｍｌ＝１０となる。
【００４３】
内燃機関の吸気弁の閉弁時期を変更することにより実圧縮比を制御する実圧縮比制御手段としては、吸気バルブの作用角を可変とする作用角可変機構や吸気バルブ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などが適用されうる。本発明の内燃機関における実圧縮比制御手段の一実施形態においては、例えば、作用角の大きい大カムと作用角の小さい小カムとの２つのカムを備え、それら大カムと小カムとの間で、吸気バルブを駆動するカムを切り換えることで吸気バルブの作用角を可変とする機構が適用され、該機構により吸気弁の閉弁時期を、空気制御弁の異常を判定する際に、空気制御弁の異常を判定する状態でない通常の機関運転時に設定される吸気弁の閉弁時期よりも吸気下死点側に制御することで、より高い実圧縮比を実現する。
【００４４】
以上、このような本発明によれば、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、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異常を判定する際に、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供給を停止する場合においても、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を抑制することを可能にする。
【符号の説明】
【００４５】
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
７    燃焼室
８    吸気弁
９    排気弁
１０    点火装置
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
２２    ＥＣＵ
【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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