特開 2024-117157 カム切替制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024117157

(43)【公開日】2024-08-29

(54)【発明の名称】カム切替制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 13/02 20060101AFI20240822BHJP

   F01L 1/344 20060101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

F02D13/02 G

F01L1/344

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023023087

(22)【出願日】2023-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100133916

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 興

(72)【発明者】

【氏名】足利 謙介

(72)【発明者】

【氏名】本名 裕明

(72)【発明者】

【氏名】氏原 健幸

(72)【発明者】

【氏名】樋口 雄介

【テーマコード（参考）】

3G018

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G018BA01

3G092BA01

3G092DA01

3G092DA02

3G092DA04

3G092FA05

(57)【要約】

【課題】カム切替装置の故障時にエンジンの挙動を安定させることができるカム切替制御装置を提供する。
【解決手段】全ての第１カムおよび第２カムの位相を同時に変更する位相変更装置と、各カム切替装置の故障を検出する故障検出装置と、制御装置とを設ける。故障検出装置によって少なくとも一つのカム切替装置が故障していることが検出された場合、第１カムによって一方の弁が開閉されたときに気筒に導入される空気量と第２カムによって一方の弁が開閉されたときに気筒に導入される空気量とが同じ量となるように、位相変更装置に第１カムおよび第２カムの位相を変更させる。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の気筒を有するエンジン本体と、各気筒の吸気ポートをそれぞれ開閉する複数の吸気弁と、各気筒の排気ポートをそれぞれ開閉する複数の排気弁とを備えるエンジンに設けられるカム切替制御装置において、
複数の気筒にそれぞれ設けられて、前記吸気弁と前記排気弁の一方の弁をそれぞれ開閉可能で、且つ、カムプロフィールが互いに異なる第１カムおよび第２カムと、
複数の気筒にそれぞれ設けられて、前記一方の弁を開閉するカムを前記第１カムと前記第２カムとの間でそれぞれ切り替える複数のカム切替装置と、
全ての気筒の前記第１カムおよび前記第２カムの位相を同時に変更する位相変更装置とを備え、
前記各カム切替装置の故障を検出する故障検出装置と、
前記各カム切替装置および前記位相変更装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記故障検出装置によって少なくとも一つの前記カム切替装置が故障していることが検出された場合、前記第１カムによって前記一方の弁が開閉されたときに前記気筒に導入される空気量と前記第２カムによって前記一方の弁が開閉されたときに前記気筒に導入される空気量とが同じ量となるように、前記位相変更装置に前記第１カムおよび前記第２カムの位相を変更させる、ことを特徴とするカム切替制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のカム切替制御装置において、
前記気筒に残留する排気ガスの量を内部ＥＧＲガス量としたとき、前記第１カムおよび前記第２カムのカムプロフィールは、前記第１カムによって前記一方の弁を開閉したときの前記内部ＥＧＲガス量が、前記第２カムによって前記一方の弁を開閉したときの前記内部ＥＧＲガス量よりも少なくなるプロフィールに設定されている、ことを特徴とするカム切替制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載のカム切替制御装置において、
前記第１カムおよび前記第２カムのカムプロフィールは、前記第１カムによって前記一方の弁を開閉したときの当該一方の弁の開弁期間と前記他方の弁の開弁期間との重複期間が、前記第２カムによって前記一方の弁を開閉したときの当該一方の弁の開弁期間と前記他方の弁の開弁期間との重複期間よりも短くなるプロフィールに設定されており、
前記故障検出装置によって少なくとも一つの前記カム切替装置の故障が検出された場合、前記制御装置は、前記第１カムおよび前記第２カムの位相が予め設定された故障時位相になるように前記位相変更装置を制御し、
前記故障時位相は、前記第１カムによって前記一方の弁を開閉したときの当該一方の弁の開弁期間と前記他方の弁の開弁期間とが重複せず、且つ、前記第２カムによって前記一方の弁を開閉したときの当該一方の弁の開弁期間と前記他方の弁の開弁期間とが重複する位相に設定されている、ことを特徴とするカム切替制御装置。

【請求項4】

請求項３に記載のカム切替制御装置において、
前記一方の弁は、前記排気弁であり、
前記他方の弁は、前記吸気弁であり、
前記故障時位相は、エンジン負荷が同一の場合においてエンジン回転数が高いときの方が低いときよりも遅角側の位相になるように設定されている、ことを特徴とするカム切替制御装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載のカム切替制御装置において、
複数の気筒にそれぞれ設けられて、各気筒の前記吸気弁と前記排気弁の他方の弁を開閉する第３カムと、
全ての気筒の前記第３カムの位相を同時に変更する第３カム用位相変更装置と、
前記故障検出装置によって少なくとも一つの前記カム切替装置の故障が検出された場合、前記制御装置は、前記第１カムによって前記一方の弁を開閉したときに前記気筒に導入される空気量と前記第２カムによって前記一方の弁を開閉したときに前記気筒に導入される空気量とが同じ量となるように、前記位相変更装置に前記第１カムおよび前記第２カムの位相を変更させるとともに、前記第３カム用位相変更装置に前記第３カムの位相を変更させる、ことを特徴とするカム切替制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンに設けられるカム切替制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両等に搭載されるエンジンにおいて、吸排気弁（吸気弁または排気弁）を開閉するカムをカムプロフィールの互いに異なるカムどうしの間で切り替えるように構成したものが知られている。例えば、特許文献１には、吸気弁を開閉するカムとして、吸気弁のリフト量および作用角が小さくなる小カムと、吸気弁のリフト量および作用角が大きくなる大カムとが設けられるとともに、吸気弁を開閉するカムをこれら小カムと大カムとの間で切り替えるカム切替装置が設けられたエンジンが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６５８９９２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

吸排気弁を開閉するカムとしてカムプロフィールの異なる複数のカムを用意してこれらのカムの間で切り替えを行えば、吸排気弁の開閉状態をエンジンの運転状態に応じたより適切な状態にできる。しかしながら、複数の気筒を有するエンジンにこの構成を適用して各気筒の吸排気弁を開閉するカムを複数のカムの間で切り替える場合、次のおそれがある。すなわち、各気筒のカムをそれぞれ切り替えるためのカム切替装置が故障して当該切替が適切に行われなくなると、カムの種類が各気筒で同一種に維持されず各気筒の吸排気弁の開閉状態が不均一となってエンジンの挙動が不安定になるおそれがある。

【0005】

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、カム切替装置の故障時にエンジンの挙動を安定させることができるカム切替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】

【0006】

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、複数の気筒を有するエンジン本体と、各気筒の吸気ポートをそれぞれ開閉する複数の吸気弁と、各気筒の排気ポートをそれぞれ開閉する複数の排気弁とを備えるエンジンに設けられるカム切替制御装置において、複数の気筒にそれぞれ設けられて、前記吸気弁と前記排気弁の一方の弁をそれぞれ開閉可能で、且つ、カムプロフィールが互いに異なる第１カムおよび第２カムと、複数の気筒にそれぞれ設けられて、前記一方の弁を開閉するカムを前記第１カムと前記第２カムとの間でそれぞれ切り替える複数のカム切替装置と、全ての気筒の前記第１カムおよび前記第２カムの位相を同時に変更する位相変更装置とを備え、前記各カム切替装置の故障を検出する故障検出装置と、前記各カム切替装置および前記位相変更装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記故障検出装置によって少なくとも一つの前記カム切替装置が故障していることが検出された場合、前記第１カムによって前記一方の弁が開閉されたときに前記気筒に導入される空気量と前記第２カムによって前記一方の弁が開閉されたときに前記気筒に導入される空気量とが同じ量となるように、前記位相変更装置に前記第１カムおよび前記第２カムの位相を変更させる、ことを特徴とする。

【0007】

この構成では、複数の気筒にそれぞれ、吸気弁と排気弁の一方の弁をそれぞれ開閉可能で、且つ、カムプロフィールが互いに異なる第１カムと第２カムとが設けられて、これら第１カムと第２カムとの間で切り替えが行われる。そのため、エンジンの運転状態に応じて吸気弁または排気弁をより適切に開閉させることができ、エンジンの性能を高めることができる。

【0008】

しかも、この構成では、カム切替装置が故障していることが検出されると、第１カムによって一方の弁が開閉されたときに気筒に導入される空気量と第２カムによって一方の弁が開閉されたときに気筒に導入される空気量とが同じ量となるように、第１カムと第２カムの位相とが変更される。そのため、仮に、カム切替装置の故障に伴ってカムの種類が全気筒で同一種に維持されなくなったとしても、各気筒に導入される空気量を同じ量にしてエンジンの挙動を安定させることができる。

【0009】

上記構成において、好ましくは、前記気筒に残留する排気ガスの量を内部ＥＧＲガス量としたとき、前記第１カムおよび前記第２カムのカムプロフィールは、前記第１カムによって前記一方の弁を開閉したときの前記内部ＥＧＲガス量が、前記第２カムによって前記一方の弁を開閉したときの前記内部ＥＧＲガス量よりも少なくなるプロフィールに設定されている（請求項２）。

【0010】

この構成によれば、一方の弁を開閉するカムを第１カムと第２カムとの間で切り替えることで、内部ＥＧＲガス量を大幅に変更することが可能になる。そのため、エンジンの運転状態に応じて内部ＥＧＲガス量をより適切な量に制御できる。

【0011】

上記構成において、好ましくは、前記第１カムおよび前記第２カムのカムプロフィールは、前記第１カムによって前記一方の弁を開閉したときの当該一方の弁の開弁期間と前記他方の弁の開弁期間との重複期間が、前記第２カムによって前記一方の弁を開閉したときの当該一方の弁の開弁期間と前記他方の弁の開弁期間との重複期間よりも短くなるプロフィールに設定されており、前記故障検出装置によって少なくとも一つの前記カム切替装置の故障が検出された場合、前記制御装置は、前記第１カムおよび前記第２カムの位相が予め設定された故障時位相になるように前記位相変更装置を制御し、前記故障時位相は、前記第１カムによって前記一方の弁を開閉したときの当該一方の弁の開弁期間と前記他方の弁の開弁期間とが重複せず、且つ、前記第２カムによって前記一方の弁を開閉したときの当該一方の弁の開弁期間と前記他方の弁の開弁期間とが重複する位相に設定されている（請求項３）。

【0012】

この構成では、第１カムと第２カムのカムプロフィールが上記のように設定されているため、第１カムによって一方の弁を開閉することで当該一方の弁と他方の弁との重複期間を短くして内部ＥＧＲガス量を少なく抑えることができるとともに、第２カムによって一方の弁を開閉することで当該一方の弁と他方の弁との重複期間を長くして内部ＥＧＲガス量を多くすることができる。

【0013】

ここで、カムプロフィールが上記のように設定されている場合において、仮に、第１カムと第２カムのいずれのカムでも吸気弁と排気弁の開弁期間とが重複するように各カムの位相が設定された状態でカム切替装置が故障すると、一方の弁を開閉するカムが第１カムとされた気筒と第２カムとされた気筒とで、上記開弁期間の重複期間が異なることで内部ＥＧＲガス量の気筒間でのばらつきが大きくなるおそれがある。また、同様に、第１カムと第２カムのいずれのカムでも吸気弁と排気弁の開弁期間とが重複しないように各カムの位相が設定された状態でカム切替装置が故障した場合にも、排気弁の閉弁時期から吸気弁の開弁時期までの期間（負の重複期間）が異なることで内部ＥＧＲガス量のばらつきが大きくなるおそれがある。

【0014】

これに対して、上記構成では、カム切替装置の故障時に、第１カムによって一方の弁を開閉したときに吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが重複せず、且つ、第２カムによって一方の弁を開閉したときに吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが重複する位相に、第１カムと第２カムの位相が制御される。そのため、各気筒の状態を、吸排気弁の開弁期間が重複することによって気筒内に内部ＥＧＲが確保される状態と、吸排気弁の開弁期間が重複しないことによって気筒内に内部ＥＧＲが確保される状態とのいずれか一方にでき、正の重複により実現される内部ＥＧＲガス量と負の重複により実現される内部ＥＧＲガス量とが同等になるように吸排気弁のカムの位相を調整することで、気筒間での内部ＥＧＲガス量のばらつきを小さく抑えることが可能になる。

【0015】

上記構成において、好ましくは、前記一方の弁は、前記排気弁であり、前記他方の弁は、前記吸気弁であり、前記故障時位相は、エンジン負荷が同一の場合においてエンジン回転数が高いときの方が低いときよりも遅角側の位相になるように設定されている（請求項４）。

【0016】

この構成によれば、エンジンの運転状態に応じて排気弁の開閉時期をより適切な時期に制御できる。また、故障時位相が、エンジン回転数が高いときの方が低いときよりも遅角側の位相になるように設定されていることで、エンジン回転数に関わらず、排気弁を開閉するカムが第１カムのときと第２カムのときとで内部ＥＧＲガス量ひいては空気量を同一にすることができる。

【0017】

上記構成において、好ましくは、複数の気筒にそれぞれ設けられて、各気筒の前記吸気弁と前記排気弁の他方の弁を開閉する第３カムと、全ての気筒の前記第３カムの位相を同時に変更する第３カム用位相変更装置と、前記故障検出装置によって少なくとも一つの前記カム切替装置の故障が検出された場合、前記制御装置は、前記第１カムによって前記一方の弁を開閉したときに前記気筒に導入される空気量と前記第２カムによって前記一方の弁を開閉したときに前記気筒に導入される空気量とが同じ量となるように、前記位相変更装置に前記第１カムおよび前記第２カムの位相を変更させるとともに、前記第３カム用位相変更装置に前記第３カムの位相を変更させる（請求項５）。

【0018】

この構成によれば、カム切替装置の故障が検出された場合に、吸気弁の位相と排気弁の位相の双方が調整されるので、各気筒に導入される空気量をより確実に同じ量にすることができる。

【発明の効果】

【0019】

以上説明したように、本発明のカム切替制御装置によれば、カム切替装置の故障時にエンジンの挙動を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係るエンジンの概略構成を示した図である。

【図2】排気動弁機構の要部を示した概略側面図である。

【図3】排気カムが第１カムのときおよび第２カムのときの排気弁のバルブリフトと、吸気弁のバルブリフトを示した図である。

【図4】（Ａ）ピン駆動部の溝の構成を示した概略展開図である。（Ｂ）ピン駆動部の溝の深さを示した図である。

【図5】エンジンの制御系統を示したブロック図である。

【図6】ピン駆動部のコイルに生じる電圧の変化を示した図である。

【図7】エンジンの運転領域を排気カムの相違により区分けしたマップ図である。

【図8】排気カムの位相制御を示したフローチャートである。

【図9】吸気カムと排気カムの通常位相の一例を示した図である。

【図10】中間位相における吸気弁と排気弁のバルブリフトの一例を示した図である。

【図11】吸気カムと排気カムの中間位相の一例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１は、本発明の実施形態に係るカム切替制御装置が適用されたエンジンＥの構成を示した概略図である。

【0022】

本実施形態に係るエンジンＥは、例えば、走行用の駆動源等として車両に搭載される。エンジンＥは、複数の気筒４が形成された４サイクルの多気筒エンジンである。図１の例では、エンジンＥは、図１の紙面と直交する方向に直列に配設された６つの気筒４を有する直列６気筒エンジンである（図１ではそのうちの一つのみを示す）。エンジンＥは、エンジン本体１０と、エンジン本体１０に導入される吸気が流通する吸気通路２０と、エンジン本体１０から排出される排気ガスが流通する排気通路２５とを備える。

【0023】

エンジン本体１０は、複数の気筒４が形成されたシリンダブロック２と、シリンダブロック２の上面に取り付けられたシリンダヘッド３とを備える。各気筒４には、それぞれピストン５が往復摺動可能に収容されている。各ピストン５は、コネクティングロッドを介してクランク軸７と連結されている。ピストン５の往復運動に応じて、クランク軸７はその中心軸回りに回転する。各ピストン５の上方には燃焼室６が区画されている。シリンダブロック２には、クランク角センサＳＮ１が取り付けられている。クランク角センサＳＮ１は、クランク軸７の回転角度つまりエンジン回転数を検出する。

【0024】

シリンダヘッド３には、燃料を燃焼室６内に噴射するインジェクタ１６と、燃焼室６内の燃料と空気の混合気に点火を行う点火プラグ１５とが、各気筒４につき１つずつ取り付けられている。本実施形態では、エンジンＥはガソリンエンジンであり、インジェクタ１６はガソリンを含む燃料を燃焼室６内に噴射する。

【0025】

シリンダヘッド３には、各燃焼室６とそれぞれ連通する吸気ポート８および排気ポート９が形成されている。シリンダヘッド３には、各吸気ポート８をそれぞれ開閉する吸気弁１８および各排気ポート９をそれぞれ開閉する排気弁１９が組み付けられている。本実施形態では、１つの燃焼室６につき、２つの吸気ポート８および２つの排気ポート９と、２つの吸気弁１８と２つの排気弁１９とが組付けられている。シリンダヘッド３には、各吸気弁１８を開閉するための吸気動弁機構３０と、各排気弁１９を開閉するための排気動弁機構４０とが設けられている。なお、本実施形態では、排気弁１９が請求項の「一方の弁」に相当し、吸気弁１８が請求項の「他方の弁」に相当する。

【0026】

図２は、排気動弁機構４０の要部を示した概略側面図である。なお、図２では、カム切替装置４５の後述するピン駆動部６１の一つを断面で示している。排気動弁機構４０は、排気カムシャフト４１と、排気カム４２と、カム切替装置４５とを備える。排気カムシャフト４１は、例えばチェーンやスプロケット等を用いた動力伝達機構を介してクランク軸７と連係されており、クランク軸７と連動して回転する。排気カム４２は、排気カムシャフト４１と一体に回転して、排気弁１９の端部に設けられたロッカーアーム１９ａを介して排気弁１９を開閉する。排気カム４２は、カムプロフィールが互いに異なる第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂとを有しており、第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂのいずれか一方のカムがロッカーアーム１８ａと当接した状態で回転することで排気弁１９は開閉される。カム切替装置４５は、ロッカーアーム１９ａと当接して排気弁１９を開閉するカムつまり排気カム４２として作動するカムを、第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂとの間で切り替えるための装置である。カム切替装置４５の詳細については後述する。

【0027】

排気動弁機構４０には、排気ＳＶＴ４７が内蔵されている。排気ＳＶＴ４７は、クランク軸７の位相（回転位相）に対する排気カムシャフト４１の位相ひいては排気カム４２の位相および排気弁１９の開閉時期を変更する装置である。排気ＳＶＴ４７は、排気弁１９のリフト量および開弁期間を一定に維持したまま排気弁１９の開時期および閉時期を同量ずつ変更するように構成されている。ここで、第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂとはいずれも排気カムシャフト４１にこれと一体に回転するように支持されている。これより、排気ＳＶＴ４７によって、第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂの位相は同時に変更され、第１カム４２Ａを排気カム４２として作動させたときの排気弁１９の開時期および閉時期と、第２カム４２Ｂを排気カム４２として作動させたときの排気弁１９の開時期および閉時期とは、同時に変更される。また、排気ＳＶＴ４７によって位相が変更される排気カムシャフト４１は、全ての気筒４の排気弁１９に共用されており、全ての気筒４の排気カム４２の位相および全ての気筒４の排気弁１９の開閉時期が排気ＳＶＴ４７によって一括して変更される。シリンダヘッド３には、排気カムシャフト４１の位相つまり回転角を検出するための排気カム角センサＳＮ３が設けられている。なお、上記の排気ＳＶＴ４７は、請求項の「位相変更装置」に相当する。

【0028】

吸気動弁機構３０は、吸気カムシャフト３１と、吸気カムシャフト３１にこれと一体に回転可能に支持された吸気カム３２とを備える。排気カムシャフト４１と同様に、吸気カムシャフト３１も、動力伝達機構を介してクランク軸７と連係されており、クランク軸７と連動して回転する。吸気カムシャフト３１が回転すると、吸気カムが回転して吸気弁１８を開閉する。なお、本実施形態では、吸気カム３２は、排気カム４２と異なり、所定のカムプロフィールを有する１つのカムのみで構成されており、当該カムのみが吸気弁１８を開閉する。上記の吸気カム３２は、請求項の「他方弁用カム」に相当する。

【0029】

排気動弁機構４０と同様に、吸気動弁機構３０にも吸気ＳＶＴ３７が内蔵されている。吸気ＳＶＴ３７は、クランク軸７の位相に対する吸気カムシャフト３１の位相ひいては吸気カムの位相および吸気弁１８の開閉時期を変更する。吸気ＳＶＴ３７は、吸気弁１８のリフト量および開弁期間を一定に維持したまま吸気弁１８の開時期および閉時期を同量ずつ変更する。ここで、吸気ＳＶＴ３７によって位相が変更される吸気カムシャフト３１は、全ての気筒４の吸気弁１８に共用されており、全ての気筒４の吸気カム３２の位相および全ての気筒４の吸気弁１８の開閉時期は、吸気ＳＶＴ３７によって一括して変更される。シリンダヘッド３には、吸気カムシャフト３１の位相つまり回転角を検出するための吸気カム角センサＳＮ４が設けられている。なお、上記の吸気ＳＶＴ３７は、請求項の「第３カム用位相変更装置」に相当する。

【0030】

（カムプロフィール）
第１カム４２Ａおよび第２カム４２Ｂのカムプロフィールは、第１カム４２Ａを排気カム４２として作動させて第１カム４２Ａによって排気弁１９を開閉したときの内部ＥＧＲガス量の方が、第２カム４２Ｂを排気カム４２として作動させて第２カム４２Ｂによって排気弁１９を開閉したときの内部ＥＧＲガス量よりも少なくなるプロフィールに設定されている。

【0031】

詳細には、内部ＥＧＲガスは、燃焼室６（気筒４）に残留する排気ガス（既燃ガス）であり、内部ＥＧＲガス量は内部ＥＧＲガスの量つまり燃焼室６に残留する排気ガスの量である。そして、第１カム４２Ａおよび第２カム４２Ｂのカムプロフィールは、排気カム４２（第１カム４２Ａおよび第２カム４２Ｂ）の位相を第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂのいずれで排気弁１９を開閉させても吸気弁１８の開弁期間と排気弁１９の開弁期間とが重複する所定の位相とした基本状態のときに、第１カム４２Ａが排気カム４２として作動して第１カム４２Ａによって排気弁１９が開閉されたときの内部ＥＧＲガス量の方が、第２カム４２Ｂが排気カム４２として作動させて第２カム４２Ｂによって排気弁１９が開閉されたときの内部ＥＧＲガス量よりも少なくなるように設定されている。以下では、適宜、第１カム４２Ａが排気カム４２として作動するときのことを排気カムが第１カム４２Ａのときといい、第２カム４２Ｂが排気カム４２として作動するときのことを排気カムが第２カム４２Ｂのときという。つまり、上記基本状態において、吸気弁１８と排気弁１９とがともに開弁する期間であって吸気弁１８の開弁期間と排気弁１９の開弁期間との重複期間であるバルブオーバーラップ期間における排気弁１９のリフト量の積分値が、排気カムが第１カム４２Ａのときの方が、排気カムが第２カム４２Ｂのときよりも小さくなるように、第１カム４２Ａおよび第２カム４２Ｂのカムプロフィールは設定されている。

【0032】

図３は、本実施形態における排気弁１９のリフトカーブと吸気弁１８のリフトカーブとを示した図である。図３において、ラインＬｅｘ－Ａは、排気カム４２を第１カム４２Ａとしたときの排気弁１９のリフトカーブである。ラインＬｅｘ－Ｂは、排気カム４２を第２カム４２Ｂとしたときの排気弁１９のリフトカーブである。また、ラインＬｉｎは、吸気弁１８のリフトカーブである。

【0033】

本実施形態では、第１カム４２Ａおよび第２カム４２Ｂのカムプロフィールは、排気カム４２が第１カム４２Ａのときと排気カム４２が第２カム４２Ｂのときとにおいて、排気弁１９の開弁時期ＥＶＯはほぼ同じになり、且つ、排気弁１９の最大リフト量はほぼ同じになるように設定されている。一方で、第１カム４２Ａおよび第２カム４２Ｂのカムプロフィールは、排気カム４２が第１カム４２Ａのときと排気カム４２が第２カム４２Ｂのときとにおいて、排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣが互いに異なるように設定されている。具体的に、第１カム４２Ａおよび第２カム４２Ｂのカムプロフィールは、排気カム４２が第１カム４２Ａのときの排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣ－Ａの方が、排気カム４２が第２カム４２Ｂのときの排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣ－Ｂよりも進角側となり、排気カム４２が第１カム４２Ａのときの排気弁１９の開弁期間の方が排気カムが第２カム４２Ｂのときの排気弁１９の開弁期間よりも短くなるように設定されている。図３の例では、第２カム４２Ｂのカムプロフィールは、排気弁１９の閉弁前にその閉弁速度が遅くなることで閉弁時期ＥＶＣ－Ｂがより遅くなり開弁期間がより長くなるように設定されている。そして、本実施形態では、上記のように設定されることで、排気カム４２が第２カム４２Ｂのときのオーバーラップ期間（吸気弁１８の開弁期間と排気弁１９の開弁期間との重複期間）ＯＬ＿Ｂおよびこのオーバーラップ期間ＯＬ＿Ｂ中の排気弁１９のリフト量の積分値が、排気カムが第１カム４２Ａのときのオーバーラップ期間（吸気弁１８の開弁期間と排気弁１９の開弁期間との重複期間）ＯＬ＿Ａおよびこのオーバーラップ期間ＯＬ＿Ａ中の排気弁１９のリフト量の積分値よりも、大きく（長く）なっている。なお、図３において、ＩＶＯは吸気弁１８の開弁時期を表しており、ＩＶＣは吸気弁１８の閉弁時期を表している。

【0034】

吸気通路２０は、各吸気ポート８と連通するようにエンジン本体１０の一側面に接続されている。吸気通路２０は、上流側から順に、エアクリーナ２１、スロットル弁２２、サージタンク２３を有する。エアクリーナ２１は、吸気中の異物を除去する。スロットル弁２２は、吸気通路２０を開閉して当該通路を通って燃焼室６（気筒４）に流入する吸気の流量を変更する。サージタンク２３は、内側に所定の空間を備えるタンクである。吸気通路２０には、これを流通する吸気の流量である吸気量を検出するエアフローセンサＳＮ２が設けられている。エアフローセンサＳＮ２はエアクリーナ２１とスロットル弁２２との間に取り付けられている。

【0035】

（カム切替装置）
シリンダヘッド３には、１つの気筒４に対してそれぞれ１つずつカム切替装置４５が設けられている。図１および図２の例では、エンジン本体１が６つの気筒４を有することに対応して６つのカム切替装置４５がシリンダヘッド３に設けられている。なお、図２には、３つのカム切替装置４５のみを示している。カム切替装置４５は互いに同じ構造を有しており、以下では１つのカム切替装置４５について説明する。

【0036】

カム切替装置４５は、ピン駆動部５０と、スライド部６０とを有する。

【0037】

スライド部６０は、排気カムシャフト４１に、これと一体に回転可能に、且つ、排気カムシャフト４１の軸方向つまり気筒４の並び方向にスライド可能に支持されている。以下、排気カムシャフト４１の軸方向つまり気筒４の並び方向を気筒配列方向という。スライド部６０は、排気カムシャフト４１の周方向に沿う溝６３が形成された溝形成部６２と、溝形成部６２と一体に気筒配列方向にスライド移動するカム支持部６４とを有する。第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂとは、気筒配列方向に並ぶ状態でカム支持部６４に設けられている。具体的に、１つのカム支持部６４には、第１カム４２Ａとこれの気筒配列方向の一方側に配置された第２カム４２Ｂのセットが気筒配列方向に２セット並設されている。

【0038】

図４（Ａ）であって図４の上側の図は、溝形成部６２の外周面を展開した図である。図４に示すように、溝６３は、溝形成部６２の周方向に沿って延びるとともに気筒配列方向に並ぶ２本の第１溝６３Ａ、６３Ｂと、２本の第１溝６３Ａ、６３Ｂが合流した１本の第２溝６３Ｃであって溝形成部６２の周方向に沿って延びる第２溝６３Ｃとを含む。第２溝６３Ｃは、第１溝６３Ａ、６３Ｂの間を通るように形成されている。

【0039】

ピン駆動部５０は、一対のピン５１Ａ、５１Ｂと、一対のソレノイドバルブ５２Ａ、５２Ｂとを有する。各ソレノイドバルブ５２Ａ、５２Ｂは、それぞれ、コイル５３Ａ、５３Ｂと、コイル５３Ａ、５３Ｂに挿入された軸部を有して排気カムシャフト４１と接離する方向にスライド移動する磁石付きの押圧プレート５４Ａ、５４Ｂとを有する。

【0040】

上記のように構成されたカム切替装置４５では、コイル５３Ａ（５３Ｂ）に電力が供給されて、ピン５１Ａ（５１Ｂ）が溝形成部６２の溝６３と嵌合することで、第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂとの間で排気カム４２の切り替えが行われる。具体的に、コイル５３Ａ（５３Ｂ）に電力が供給されると、押圧プレート５４Ａ（５４Ｂ）が排気カムシャフト４１に近づく方向にスライド移動してピン５１Ａ（５１Ｂ）を押圧する。押圧されたピン５１Ａ（５１Ｂ）は、溝形成部６２の溝６３と嵌合する。詳細には、ピン５１Ａ、５１Ｂは、第１溝６３Ａ、６３Ｂの一方と嵌合する。この嵌合状態で排気カムシャフト４１および溝形成部６２が回転すると、ピン５１Ａ（５１Ｂ）に沿って溝６３および溝形成部６２はスライド移動する。これにより、溝形成部６２を含むスライド部６０が気筒配列方向にスライド移動して、ロッカーアーム１８ａと当接するカムが第１カム４２Ａから第２カム４２Ｂに、あるいは、第２カム４２Ｂから第１カム４２Ａに切り替えられる。

【0041】

図４（Ｂ）であって図４の下側の図は、溝６３の深さを示した図である。また、この図は、図４（Ａ）の鎖線に示す経路であって、ピン５１Ｂが溝６３を相対移動したときのピン５１Ｂの経路に沿った溝６３の深さを表している。なお、ピン５１Ａが溝６３を相対移動したときの経路に沿った溝６３の深さも図４（Ｂ）と同様になる。図４（Ｂ）に示すように、溝６３の深さは、第２溝６３Ｃにおいて浅くなっているとともに、第２溝６３Ｃにおいて、ピン５１Ａ、５１Ｂの進行方向（溝６３に対するピン５１Ａ（５１Ｂ）の相対移動の方向についての進行方向）の前側に向かって徐々に浅くなるように設定されている。これより、ピン５１Ａ、５１Ｂは、第１溝６２Ａ、６２Ｂの一方と嵌合した後、第２溝６３Ｃに移動して当該第２溝６３Ｃに沿って移動（相対移動）することで、排気カムシャフト４１から離間する方向に案内されて溝６３から外側に押し出される。

【0042】

（制御系統）
エンジンＥの制御構成を、図５のブロック図に基づいて説明する。エンジンＥは、コントローラ１００によって統括的に制御される。コントローラ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成される。

【0043】

コントローラ１００には、上記のセンサＳＮ１～ＳＮ４を含む、エンジンＥに搭載された各種センサからの検出信号が逐次入力される。また、コントローラ１００には、エンジンＥが搭載された車両に設けられた各種センサからの検出信号も入力される。例えば、車両には、アクセルペダルの踏み込み量であるアクセル開度を検出するアクセルセンサＳＮ５が設けられており、アクセルセンサＳＮ５からの検出信号もコントローラ１００に入力される。コントローラ１００は、各センサＳＮ１～ＳＮ５等から入力された情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンＥの各部を制御する。つまり、コントローラ１００は、点火プラグ１５、インジェクタ１６、スロットル弁２２（スロットル弁２２を開閉する装置）、吸気ＳＶＴ３７、排気ＳＶＴ４７およびカム切替装置４５（ピン駆動部５０）等と電気的に接続されており、演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。

【0044】

コントローラ１００は、アクセルセンサＳＮ５により検出されたアクセル開度とクランク角センサＳＮ１により検出されたエンジン回転数等に基づいて、エンジンＥに要求されるトルクである要求エンジントルクつまりエンジン負荷を算出する。そして、コントローラ１００は、要求エンジントルクが実現される吸気量を算出して当該吸気量が実現されるようにスロットル弁２２等を制御するとともに、要求エンジントルクが実現される燃料の量が燃焼室６に噴射され且つ要求エンジントルクが実現される時期に点火が行われるようにインジェクタ１６および点火プラグ１５を制御する。

【0045】

コントローラ１００は、所定のプログラムが実行されることで、機能的に、運転領域判定部１０１、吸排気弁制御部１０２および故障検出部１０３を具備するように動作する。

【0046】

運転領域判定部１０１は、クランク角センサＳＮ１により検出されたエンジン回転数と、エンジン負荷（要求エンジントルク）とに基づいて、エンジンＥが後述する第２カム領域Ｂと第１カム領域Ａのいずれで運転されているかを判定する。

【0047】

（故障検出）
故障検出部１０３は、カム切替装置４５の故障を検出する。つまり、故障検出部１０３は、カム切替装置４５が故障しているか否かを判定する。故障検出部１０３は、全てのカム切替装置４５についてそれぞれ故障しているか否かを判定する。

【0048】

本実施形態では、故障検出部１０３は、ピン駆動部５０のコイル５３Ａ（５３Ｂ）に生じる電圧に基づいて上記の判定（検出）を行う。なお、故障検出部１０３は、請求項の「故障検出装置」に相当する。

【0049】

図６は、ピン駆動部５０のコイル５３Ａ（５３Ｂ）に生じる電圧の時間変化を模式的に示した図である。図６では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までコイル５３Ａ（５３Ｂ）に対して通電が行われるようになっており、時刻ｔ１においてコイル５３Ａ（５３Ｂ）に生じる電圧が変化するとともに時刻ｔ２にてコイル５３Ａ（５３Ｂ）に誘導起電力が生じる。

【0050】

ここで、カム切替装置４５が故障しておらずピン駆動部５０によってピン５１Ａ（５１Ｂ）が適切に駆動される場合は、上記のように、コイル５３Ａ（５３Ｂ）に電力が供給されるのに伴って、ピン５１Ａ（５１Ｂ）は第１溝６３Ａ、６３Ｂの一方と嵌合して第２溝６３Ｃに移動（相対移動）する。そして、ピン５１Ａ（５１Ｂ）は第２溝６３Ｃに沿って移動（相対移動）することで、排気カムシャフト４１から離間する方向に案内される。ここで、ピン５１Ａ（５１Ｂ）が排気カムシャフト４１から離間する方向に移動すると、ピン５１Ａ（５１Ｂ）に押圧されて押圧プレート５４Ａ（５４Ｂ）もコイル５３Ａ（５３Ｂ）内を排気カムシャフト４１から離間する方向に移動する。これより、コイル５３Ａ（５３Ｂ）には誘導起電力が生じる。図６では、時刻ｔ３にて誘導起電力が生じる。このように、カム切替装置４５が故障していない場合は、図６の実線に示すように、コイル５３Ａ（５３Ｂ）への通電を開始した後の所定タイミングで、コイル５３Ａ（５３Ｂ）に誘導起電力が生じる。

【0051】

これに対して、カム切替装置４５が故障しておりピン駆動部５０によってピン５１Ａ（５１Ｂ）が適切に駆動されない場合は、図６の破線に示すように、通電が終了した時刻ｔ２にてコイル５３Ａ（５３Ｂ）に誘導起電力は生じるものの、ピン５１Ａ（５１Ｂ）が第２溝６３Ｃに沿って移動せず、排気カムシャフト４１から離間する方向に案内されないことで、時刻ｔ２後に誘導起電力が発生しない。

【0052】

上記より、故障検出部１０３は、ピン駆動部５０に通電を行うときつまりカム切替装置４５によって排気カム４２を第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂとの間で切り替えるときに、コイル５３Ａ（５３Ｂ）に生じる電圧を検出する。そして、故障検出部１０３は、コイル５３Ａ（５３Ｂ）への通電が終了してから所定のクランク角度期間経過後に検出した電圧が所定の判定電圧以上になった場合は、コイル５３Ａ（５３Ｂ）に誘導起電力が生じておりピン駆動部５０によってピン５１Ａ（５１Ｂ）が適切に駆動された、つまり、カム切替装置４５は正常であると判定する。一方で、故障検出部１０３は、コイル５３Ａ（５３Ｂ）への通電が終了してから予め設定された所定のクランク角度期間経過後に検出した電圧が所定の判定電圧未満の場合は、カム切替装置４５は故障していると判定する（カム切替装置４５の故障を検出する）。なお、上記の所定のクランク角度期間および所定の判定電圧は、予め設定されてコントローラ１００に記憶されている。

【0053】

（吸排気弁制御）
吸排気弁制御部１０２は、カム切替装置４５を制御して排気カム４２の切り替えを行う。図７は、エンジンの運転領域を排気カム４２の相違により区分けしたマップ図である。本図に示すように、排気カム４２に関して、エンジンの運転領域は第２カム領域Ｂと第１カム領域Ａとの２つの領域に大別される。

【0054】

第２カム領域Ｂは、エンジン回転数が所定の切替回転数Ｎ１以下で、且つ、エンジン負荷が所定の切替負荷Ｔ１以下の領域である。本実施形態では、切替負荷Ｔ１は、エンジン回転数が高くなるほど高い値となるように設定されている。第１カム領域Ａは、残余の領域であり、エンジン回転数が切替回転数Ｎ１よりも高い領域とエンジン負荷が切替負荷Ｔ１よりも高い領域とで構成されている。

【0055】

第１カム領域Ａは、エンジン回転数あるいはエンジン負荷が高いことに伴って燃焼室６への新気（空気）の導入促進が求められる領域である。これより第１カム領域Ａでは、新気の燃焼室６への流入が促進されるように内部ＥＧＲガス量を少なく抑えることが望まれる。

【0056】

ここで、上記のように、排気カム４２を第１カム４２Ａとしたときの方が、第２カム４２Ｂとしたときよりも内部ＥＧＲ量は少なくなる。これより、エンジンＥが第１カム領域Ａで運転されていることが運転領域判定部１０１によって判定された場合、吸排気弁制御部１０２は、排気カム４２が第１カム４２Ａになるようにカム切替装置４５を制御する。具体的に、吸排気弁制御部１０２は、排気カム４２が既に第１カム４２Ａのときはこれを維持し、排気カム４２が第２カム４２Ｂのときはカム切替装置４５（ピン駆動部５０）を駆動して排気カム４２を第１カム４２Ａに切り替える。

【0057】

一方、第２カム領域Ｂでは、エンジン回転数およびエンジン負荷が低いことで内部ＥＧＲガス量を多くし、これにより燃費性能を高めることが可能である。これに対応して、エンジンＥが第２カム領域Ｂで運転されていることが運転領域判定部１０１によって判定された場合、吸排気弁制御部１０２は、排気カム４２が第２カム４２Ｂになるようにカム切替装置４５を制御する。具体的に、吸排気弁制御部１０２は、排気カム４２が既に第２カム４２Ｂのときはこれを維持し、排気カム４２が第１カム４２Ａのときはカム切替装置４５（ピン駆動部５０）を駆動して排気カム４２を第２カム４２Ｂに切り替える。

【0058】

また、吸排気弁制御部１０２は、吸気ＳＶＴ３７および排気ＳＶＴ４７を制御して、吸気カム３２および排気カム４２の位相つまり吸気弁１８および排気弁１９の開弁時期および閉弁時期を制御する。

【0059】

図８は、コントローラ１００（主として吸排気弁制御部１０２）により実施される吸気カム３２および排気カム４２の位相制御の内容を示したフローチャートである。図８を用いて、当該位相制御について説明する。

【0060】

まず、コントローラ１００は、排気カム４２を第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂとの間で切り替える条件であるカム切替条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１）。具体的に、コントローラ１００（運転領域判定部１０１）は、エンジンＥの運転ポイントが第１カム領域Ａから第２カム領域Ｂに移行する、あるいは、第２カム領域Ｂから第１カム領域Ａに移行すると、カム切替条件が成立したと判定する。

【0061】

ステップＳ１の判定がＮＯであってカム切替条件が非成立の場合、コントローラ１００（吸排気弁制御部１０２）は、吸気カム３２および排気カム４２の位相をそれぞれ通常時の位相である通常位相に制御する（ステップＳ１０）。

【0062】

具体的に、コントローラ１００には、排気カム４２の通常位相（通常時の排気カム４２の位相）である排気カム通常位相がエンジン回転数とエンジン負荷とに応じて設定されてマップで記憶されている。コントローラ１００は、現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応した値をこのマップから抽出して、排気カム４２の位相がこの抽出した値になるように排気ＳＶＴ４７を制御する。

【0063】

本実施形態では、排気カム４２が第１カム４２Ａのときの排気カム通常位相が第２カム領域Ｂと第１カム領域Ａとを含むエンジンの全運転領域について予めマップでコントローラ１００に記憶されているとともに、排気カム４２が第２カム４２Ｂのときの排気カム通常位相がエンジンの全運転領域について予めマップでコントローラ１００に記憶されている。コントローラ１００は、エンジンＥが第２カム領域Ｂで運転されている場合は、第２カム４２Ｂ用のマップから値を抽出し、エンジンＥが第１カム領域Ａで運転されている場合は第１カム４２Ａ用のマップから値を抽出する。

【0064】

同様に、コントローラ１００には、吸気カム３２の通常位相（通常時の排気カム４２の位相）である吸気カム通常位相がエンジン回転数とエンジン負荷とに応じて設定されてマップで記憶されている。コントローラ１００は、現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応した値をこのマップから抽出して、吸気カム３２の位相がこの抽出した値になるように吸気ＳＶＴ３７を制御する。

【0065】

図９は、吸気カム３２と排気カム４２の通常位相の一例を示した図である。図９には、切替負荷Ｔ１よりも小さい所定のエンジン負荷Ｔｑ１において吸気カム３２と排気カム４２の位相を通常位相としたときの、エンジン回転数と、排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣおよび吸気弁１８の開弁時期ＩＶＯの関係を示している。図９のラインＬＩＶＯは、吸気弁１８の開弁時期ＩＶＯである。図９のラインＬＥＶＣ－Ａは、排気カム４２の位相が第１カム４２Ａ用の排気カム通常位相とされ、且つ、排気カム４２が第１カム４２Ａのときの排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣである。ここで、エンジン回転数が切替回転数Ｎ１以下のときは、第１カム４２Ａ用の排気カム通常位相は用いられない。これより、ラインＬＥＶＣ－Ａのうちエンジン回転数が切替回転数Ｎ１以下の部分は破線で示している。図９のラインＬＥＶＣ－Ｂは、排気カム４２の位相が第２カム４２Ｂ用の排気カム通常位相とされ、且つ、排気カム４２が第２カム４２Ｂのときの排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣである。ここで、エンジン回転数が切替回転数Ｎ１よりも高いときは、第２カム４２Ｂ用の排気カム通常位相は用いられない。これより、ラインＬＥＶＣ－Ｂのうちエンジン回転数が切替回転数Ｎ１よりも高い部分は破線で示している。

【0066】

なお、図９に示すように、第１カム４２Ａ用および第２カム４２Ｂ用の各排気カム通常位相は、エンジン回転数が切替回転数Ｎ１以下のときつまり第２カム領域Ｂでエンジンが運転されているときの方が、エンジン回転数が切替回転数Ｎ１よりも高いときつまり第１カム領域Ａでエンジンが運転されているときよりも、吸気弁１８の開弁時期ＩＶＯから排気弁１９の閉弁時期ＩＶＣまでの期間であるオーバーラップ期間が長くなるように設定されている。

【0067】

ステップＳ１０の後は、コントローラ１００は処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

【0068】

一方、ステップＳ１の判定がＹＥＳであってカム切替条件が成立した場合、コントローラ１００（吸排気弁制御部１０２）は、排気カム４２の切り替えを行う（ステップＳ２）。上記のように、コントローラ１００は、ピン駆動部５０に対して通電を行ってカム切替装置４５に排気カム４２の切り替えを行わせる。

【0069】

次に、コントローラ１００（故障検出部１０３）は、カム切替装置４５（ピン駆動部５０）が故障しているか否かの判定を行う（ステップＳ３）。上記のように、コントローラ１００は、ピン駆動部５０のコイル５３Ａ（５３Ｂ）の電圧に基づいてこの判定を行う。このとき、コントローラ１００は、全てのカム切替装置４５についてそれぞれ個別に故障しているか否かの判定を行う。

【0070】

次に、コントローラ１００は、上記の各カム切替装置４５についての故障判定の結果に基づいて、全てのカム切替装置４５が正常であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

【0071】

ステップＳ４の判定がＹＥＳであって全てのカム切替装置４５が正常であると判定した場合、つまり、いずれのカム切替装置４５についてもその故障が検出されなかった場合、コントローラ１００はステップＳ１０に進む。そして、コントローラ１００は、上記のように、吸気カム３２および排気カム４２の位相をそれぞれ通常位相に制御して処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

【0072】

一方、ステップＳ４の判定がＮＯであって少なくとも１つのカム切替装置４５の故障が検出された場合、コントローラ１００は、エンジントルクに制限をかける（ステップＳ５）。具体的に、コントローラ１００は、アクセル開度等から算出した上記の要求エンジントルクが所定値未満の場合はこの要求トルクが実現されるようにスロットル弁２２等を制御する一方、上記の要求エンジントルクが所定値以上の場合は、エンジントルクが当該所定値になるようにスロットル弁２２等を制御する。この所定値は、例えば、切替負荷Ｔ１に対応する値に設定されている。

【0073】

また、ステップＳ４の判定がＮＯであって少なくとも１つのカム切替装置４５の故障が検出された場合、コントローラ１００は、カム切替装置４５が故障していることを利用者に報知する（ステップＳ５）。例えば、エンジンＥが搭載された車両のディスプレイ上の警告灯を点灯させる。

【0074】

次に、コントローラ１００は、吸気カム３２および排気カム４２の位相をそれぞれ通常位相とは異なる中間位相に制御する（ステップＳ６）。

【0075】

いずれかのカム切替装置４５が故障すると、故障した排気カム４２の適切な切り替えが行われないことで各気筒の排気カム４２の種類が非同一となって排気弁１９の開閉状態が気筒４間で不均一になるおそれがある。排気弁１９の開閉状態が気筒４間で不均一になると、各燃焼室６（気筒４）に導入される空気量および出力が不均一となってエンジンＥの挙動が不安定になるおそれがある。

【0076】

そこで、コントローラ１００は、排気カム４２が第１カム４２Ａであるか第２カム４２Ｂであるかに関わらず燃焼室６に導入される空気量が各気筒４で同じ量となる中間位相に、吸気カム３２および排気カム４２の位相を制御する。つまり、中間位相は、排気カム４２を第１カム４２Ａとしたときに燃焼室６（気筒４）に導入される空気量と、排気カム４２を第２カム４２Ｂとしたときに燃焼室６（気筒４）に導入される空気量とが同じ量となる位相である。なお、ここでいう同じとは、厳密に同じである場合に限られず、実質的に同じである場合も含む。例えば、エンジンＥが搭載された車両の乗員が感知しない程度のエンジントルクの差に対応する空気量は、実質的に同じであるとみなす。

【0077】

換言すると、本発明者らは、吸気カム３２および排気カム４２の位相に関して、排気カム４２が第１カム４２Ａであるか第２カム４２Ｂであるかに関わらず、燃焼室６に導入される空気量が各気筒４で同じ量となる位相が存在することを突き止めた。そこで、この位相を実現することでカム切替装置４５の故障時においてもエンジンＥを安定して動作させることにした。

【0078】

具体的に、排気弁１９と吸気弁１８とがオーバーラップしない状態（吸気弁１８と排気弁の開弁期間とが重複しない状態）において、吸気弁１８と排気弁１９の各開弁期間の負の重複期間、つまり、排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣから吸気弁１８の開弁時期ＩＶＯまでの期間であるネガティブオーバーラップ量が増大すると内部ＥＧＲガス量は増大する。一方で、排気弁１９と吸気弁１８とがオーバーラップする状態（吸気弁１８と排気弁の開弁期間とが重複する状態）において、吸気弁１８の開弁時期ＩＶＯから排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣまでの期間であるオーバーラップ量を増大させた場合にも、内部ＥＧＲガス量は増大する。つまり、所定の内部ＥＧＲガス量を実現可能な排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣとしては、排気弁１９と吸気弁１８とがオーバーラップしない範囲の時期と、排気弁１９と吸気弁１８とがオーバーラップする範囲の時期との２通りの時期が存在する。そして、エンジン回転数およびエンジン負荷が同じ運転ポイントにおいて、内部ＥＧＲガスの量を略同一にすれば、燃焼室６に導入される空気量も同程度になる。

【0079】

上記に対応して、本実施形態では、上記の中間位相は、図１０に示すように、排気カム４２を第１カム４２Ａとしたときの排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣ―Ａが吸気弁１８の開弁時期ＩＶＯよりも進角側の時期となって排気弁１９と吸気弁１８とがオーバーラップせず、且つ、排気カム４２を第２カム４２Ｂとしたときの排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣ－Ｂが吸気弁１８の開弁時期ＩＶＯよりも遅角側の時期となって排気弁１９と吸気弁１８とがオーバーラップする、位相に設定されている。そして、コントローラ１００は、吸気カム３２と排気カム４２の位相を上記のように設定された中間位相に制御する。

【0080】

本実施形態では、コントローラ１００に、排気カム４２の中間位相である排気カム中間位相がエンジン回転数とエンジン負荷とに応じて設定されてマップで記憶されている。コントローラ１００は、現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応した値をこのマップから抽出して、排気カム４２の位相がこの抽出した値になるように排気ＳＶＴ４７を制御する。なお、上記の排気カム中間位相は、請求項の「故障時位相」に相当する。

【0081】

同様に、コントローラ１００には、吸気カム３２の中間位相である吸気カム中間位相がエンジン回転数とエンジン負荷とに応じて設定されてマップで記憶されている。コントローラ１００は、現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応した値をこのマップから抽出して、吸気カム３２の位相がこの抽出した値になるように吸気ＳＶＴ３７を制御する。

【0082】

図１１は、吸気カム３２と排気カム４２の中間位相の一例を示したグラフである。図１１には、図９と同様に、切替負荷Ｔ１よりも小さい所定のエンジン負荷Ｔｑ１において吸気カム３２と排気カム４２の位相を中間位相としたときの、エンジン回転数と、排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣおよび吸気弁１８の開弁時期ＩＶＯの関係を示している。図１１のラインＬＩＶＯ―Ｘは、吸気カム３２の位相が中間位相のときの吸気弁１８の開弁時期ＩＶＯである。図１１のラインＬＥＶＣ－Ａ－Ｘは、排気カム４２の位相が中間位相で、且つ、排気カム４２が第１カム４２Ａのときの排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣである。図１１のラインＬＥＶＣ－Ｂ－Ｘは、排気カム４２の位相が中間位相で、且つ、排気カム４２が第２カム４２Ｂのときの排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣである。なお、図１１には、図９に示したラインＬＥＶＣ－ＡとラインＬＥＶＣ―Ｂの各一部と、ラインＬＩＶＯも併せて鎖線で示している。

【0083】

ここで、エンジン回転数が高いときは、オーバーラップ量の増加量に対する内部ＥＧＲガス量の増加量は、ネガティブオーバーラップ量の増加量に対する内部ＥＧＲガス量の増加量よりも小さくなる。そのため、エンジン回転数が高くなるほど、内部ＥＧＲガス量が同じになるオーバーラップ量はネガティブオーバーラップ量よりも大きくなり、排気カム４２を第１カム４２Ａとしたときと第２カム４２Ｂとしたときとで内部ＥＧＲガス量を同じにするための排気カム４２の位相はより遅角側となる。これに対応して、本実施形態では、図１１に示すように、排気カム４２の中間位相は、エンジン回転数が高いほど遅角側になるように、つまり、エンジン回転数が高いほど排気弁１９の閉弁時期が遅角側の時期となるように設定されている。詳細には、排気カム中間位相は、エンジン負荷が同じ場合において、つまり、エンジン負荷が同じであるという運転条件下において、エンジン回転数が高い時の方が低いときよりも遅角側の位相になるように設定されている。

【0084】

図８のフローチャートに戻り、上記のように吸気カム３２および排気カム４２の位相をそれぞれ中間位相に制御した後は、コントローラ１００は、処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

【0085】

（作用等）
以上のように、上記実施形態に係るエンジンＥでは、排気カム４２として、カムプロフィールが互いに異なり、実現される内部ＥＧＲガス量が互いに異なるように設定された第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂとが設けられている。そして、エンジンＥが第１カム領域Ａと第２カム領域Ｂのいずれで運転されているかに応じて、排気カム４２が第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂとの間で切り替えられる。そのため、内部ＥＧＲガス量をエンジンの運転領域に応じたより適切な量に制御することができ、エンジン性能を高めることができる。

【0086】

具体的に、上記実施形態では、第２カム領域Ｂにおいて排気カム４２が第２カム４２Ｂとされて内部ＥＧＲガス量が多くされることで燃費性能を高めることができるとともに、第１カム領域Ａにおいて排気カム４２が第１カム４１Ａとされて内部ＥＧＲガス量が少なくされることで各燃焼室６（気筒４）に導入される空気量を確保することができる。

【0087】

また、上記実施形態では、カム切替装置４５のピン駆動部５０に設けられたコイル５３Ａ（５３Ｂ）に生じる電圧に基づいて、各気筒４に設けられたカム切替装置４５が故障しているか否かの判定が行われる。そのため、簡単な構成でカム切替装置４５の故障を検出することができる。

【0088】

そして、上記実施形態では、少なくとも一つのカム切替装置４５の故障が検出されると、吸気弁１８と排気弁１９の位相が、排気カム４２が第１カム４２Ａであるか第２カム４２Ｂであるかに関わらず燃焼室６に導入される空気量が各気筒４で同じ量となる中間位相に制御される。そのため、カム切替装置４５の故障に伴って気筒４間で排気カム４２の種類が同一ではなくなったとしても、各燃焼室６（気筒４）に導入される空気量を同じ量にでき、エンジンＥの挙動が不安定になるのを防止できる。

【0089】

特に、上記実施形態では、排気カム４２の中間位相が、排気カム４２を第１カム４２Ａとしたときの排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣ―Ａが吸気弁１８の開弁時期ＩＶＯよりも進角側の時期となって排気弁１９と吸気弁１８とがオーバーラップせず、且つ、排気カム４２を第２カム４２Ｂとしたときの排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣ－Ｂが吸気弁１８の開弁時期ＩＶＯよりも遅角側の時期となって排気弁１９と吸気弁１８とがオーバーラップする、位相に設定されている。そのため、各燃焼室６（気筒４）の内部ＥＧＲガス量を同等にして、各気筒４での混合気の燃焼状態のばらつきを抑制できる。従って、エンジンの挙動を確実に安定させることができる。

【0090】

また、上記実施形態では、排気カム４２と吸気カム３２の中間位相がエンジン回転数とエンジン負荷とに応じて予め設定されてコントローラ１００に記憶されている。そのため、エンジンＥの運転中に、エンジンＥの運転状態等に基づいて排気カム４２と吸気カム３２の中間位相を演算する必要がなく、制御構成を簡素化できる。

【0091】

また、上記のように、エンジン回転数が高くなるほど、内部ＥＧＲガス量が同じになるオーバーラップ量はネガティブオーバーラップ量よりも大きくなり、排気カム４２を第１カム４２Ａとしたときと第２カム４２Ｂとしたときとで内部ＥＧＲガス量を同じにするための排気カム４２の位相はより遅角側となる。そして、これに対応して、上記実施形態では、排気カム４２の中間位相が、エンジン回転数が高いほど遅角側になるように設定されている。そのため、排気カム４２の位相を中間位相としたときに、エンジン回転数に関わらず、各燃焼室６（気筒４）に導入される空気量を確実に同じ量にすることができる。

【0092】

（変形例）
上記実施形態では、第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂのカムプロフィールを、排気カムが第１カム４２Ａのときの排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣの方が、排気カムが第２カム４２Ｂのときの排気弁１９の閉弁時期ＥＶＣよりも進角側となるように設定して、これにより、上記基本状態において排気カムが第２カム４２Ｂのときの内部ＥＧＲガス量の方が第１カム４１Ａのときの内部ＥＧＲガス量よりも多くされる場合を説明したが、第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂとで上記基本状態での内部ＥＧＲガス量を異ならせるための各カム４２Ａ、４２Ｂの具体的なカムプロフィールは上記に限られない。

【0093】

また、第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂのカムプロフィールは、実現される内部ＥＧＲガス量が互いに同じとなるプロフィールに設定されてもよい。

【0094】

また、上記実施形態では、カム切替装置４５の故障時に排気カム４２の位相とともに吸気カム３２の位相も通常時の位相と異なる中間位相に変更した場合を説明したが、カム切替装置４５の故障時において、吸気カム３２の位相は通常時の位相に維持しつつ排気カム４２の位相のみを中間位相に変更させてもよい。

【0095】

また、上記実施形態では、排気カム４２をカムプロフィールが異なる第１カム４２Ａと第２カム４２Ｂとで構成した場合を説明したが、吸気カム３２をカムプロフィールが異なる複数のカムで構成して、これらのカムがエンジンＥの運転領域等に応じて切り替えられるように構成してもよい。

【符号の説明】

【0096】

４ 気筒
６ 燃焼室
１０ エンジン本体
１８ 吸気弁
１９ 排気弁
３２ 吸気カム（第３カム）
３７ 吸気ＳＶＴ（第３カム用位相変更装置）
４１ 排気カム
４１Ａ 第１カム
４１Ｂ 第２カム
４５ カム切替装置
４７ 排気ＳＶＴ（位相変更装置）
１００ コントローラ（制御装置）
１０３ 故障検出部（故障検出装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】