(57)【要約】【課題】排出ガスの熱が排気通路に奪われることに起因するエミッションの悪化を抑制する。【解決手段】リーン燃焼とリッチ燃焼とが気筒ごとに交互に行われるＡ／Ｆ振動運転を実行するエンジン８において、触媒２１の上流側の排気通路１８内におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態が不良と判断される場合に、リーン燃焼が行われる気筒とリッチ燃焼が行われる気筒との割り当てを、触媒２１から排気通路１８の距離において最も離れた気筒である＃１気筒８１がリッチ燃焼を行うように、且つ当該最も離れた気筒よりも触媒２１に近い気筒である＃２気筒８２がリーン燃焼を行うように、交換的に変更する。各気筒８１，８２，８３に対する燃焼状態の割り当てを、反応状態が安定しやすい態様に変更することが可能になり、これによって、排出ガスの熱が排気通路１８の第１分岐１１ａに奪われることに起因するエミッションの悪化を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に触媒装置を有する内燃機関を制御するように構成された内燃機関の制御装置であって、
少なくとも１つの気筒においてリーン燃焼が行われ且つ少なくとも１つの他の気筒においてリッチ燃焼が行われるＡ／Ｆ振動運転を実行するように構成されたＡ／Ｆ制御部と、
前記触媒装置よりも上流側の前記排気通路内の検出点におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態を、前記内燃機関の排出ガスの所定の物理量に基づいて検出するように構成された反応状態検出部と、
前記反応状態に基づいて、前記各気筒のうち少なくとも１つに対する燃焼状態の割り当てを、リーン燃焼からリッチ燃焼へ、又はリッチ燃焼からリーン燃焼へ変更するように構成された割当決定部と、
を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記割当決定部は、前記反応状態が所定値未満である場合には、前記触媒装置から排気通路の距離において最も離れた気筒がリッチ燃焼を行い、且つ当該最も離れた気筒よりも前記触媒装置に近い少なくとも１つの気筒がリーン燃焼を行うように、燃焼状態を割り当てるように更に構成されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記割当決定部は、吸入空気量が所定値より大である場合には、前記変更を禁止するように更に構成されていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
前記Ａ／Ｆ制御部は、前記反応状態が第１基準値（ｔｈ２）以上になったことを条件として、前記Ａ／Ｆ振動運転を開始するように更に構成されていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関は、前記検出点よりも上流側の排気通路に二次空気を供給する二次空気供給手段を更に備え、
装置は、前記二次空気供給手段からの二次空気の供給量を制御する二次空気量制御部を更に備え、
前記二次空気量制御部は、前記反応状態が高いほど、前記二次空気の供給量を大きくするように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記二次空気量制御部は、前記反応状態が第２基準値（ｔｈ４）以下である場合に、前記二次空気の供給量を第１の供給量とし、前記反応状態が第２基準値（ｔｈ４）より大である場合に、前記二次空気の供給量を前記第１の供給量よりも大きい第２の供給量とするように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記二次空気供給手段は、排気通路における各気筒から排気合流部に向けて延びる複数の枝管のうちの一部にのみ設けられていることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
前記物理量は、リーン燃焼が割り当てられている気筒とリッチ燃焼が割り当てられている気筒との間における排気空燃比の変動度合いであり、
前記反応状態検出部は、排気空燃比の変動度合いが基準値よりも大きい場合に、反応状態を所定値未満と検出することを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
前記物理量は排気温度であり、
前記反応状態検出部は、排気温度が基準値よりも低い場合に、反応状態を所定値未満と検出することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の内燃機関の制御装置であって、
前記検出点は、排気通路における各気筒からの枝管が合流する排気合流部に設けられていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に、触媒の暖機を促進するために燃料噴射量を制御する機能を有する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の冷間始動直後において、排出ガス浄化用の触媒の温度を活性化温度にまで迅速に上昇させるために、燃料噴射量の制御が行われている。例えば、特許文献１に開示されている装置では、内燃機関の始動後に触媒が活性温度まで上昇すると、燃料噴射量の増大と減少とを交互に繰り返すディザ制御（本明細書におけるＡ／Ｆ振動運転）を実行している。
【０００３】
このようなディザ制御によって、リーン燃焼による酸素供給、及びリッチ燃焼による可燃分（ＣＯ（一酸化炭素）など）の供給が行われると、触媒内や触媒の入口近傍の排気通路内におけるＣＯの酸化反応が増加し、この酸化反応による発熱で触媒が加熱され、触媒の暖機が促進される。このディザ制御が、触媒温度が所定温度以上の場合にのみ許容されるので、触媒を通じたＣＯやＨＣなどの未燃成分のすり抜けが抑制される。
【０００４】
特許文献２に開示されている装置では、未燃焼ガスを含んだ排出ガスを排気通路内で燃焼させるために、複数の気筒のうち一部の気筒の排気ポートにのみ、二次空気供給装置を配置している。二次空気を供給する気筒は、どの気筒でも良いものとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１５８８５８号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のようにディザ制御を実行する装置において、仮に、排気通路の距離において触媒から最も離れた気筒で、リーン燃焼を実行することとすると、当該気筒からの排気通路における流出熱量が小さくなるため、排出ガス全体の温度低下が小さくなる。したがって、触媒に供給される排気エネルギを大きくすることができる。
【０００７】
しかしながら、外気温度が低い場合には、当該最も離れた気筒からの排気通路に熱が奪われて温度の低下が大きくなるため、排出ガス全体の温度低下が増大し、触媒内や触媒の入口近傍の排気通路内における未燃成分の反応状態が不安定になるため、触媒温度が低下して、エミッションが悪化するおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、排出ガスの熱が排気通路に奪われることに起因するエミッションの悪化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の態様は、
排気通路に触媒装置を有する内燃機関を制御するように構成された内燃機関の制御装置であって、
少なくとも１つの気筒においてリーン燃焼が行われ且つ少なくとも１つの他の気筒においてリッチ燃焼が行われるＡ／Ｆ振動運転を実行するように構成されたＡ／Ｆ制御部と、
前記触媒装置よりも上流側の前記排気通路内の検出点におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態を、前記内燃機関の排出ガスの所定の物理量に基づいて検出するように構成された反応状態検出部と、
前記反応状態に基づいて、前記各気筒のうち少なくとも１つに対する燃焼状態の割り当てを、リーン燃焼からリッチ燃焼へ、又はリッチ燃焼からリーン燃焼へ変更するように構成された割当決定部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この態様によれば、検出部が触媒装置の上流側の排気通路内の検出点におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態を検出すると共に、この反応状態に基づいて、割当決定部が、リーン燃焼が行われる気筒とリッチ燃焼が行われる気筒との割り当てを変更する。したがって、各気筒に対する燃焼状態の割り当てを、反応状態が安定しやすい態様に変更することが可能になり、これによって、排出ガスの熱が排気通路に奪われることに起因するエミッションの悪化を抑制することができる。
【００１１】
前記割当決定部は、前記反応状態が所定値未満である場合には、前記触媒装置から排気通路の距離において最も離れた気筒がリッチ燃焼を行い、且つ当該最も離れた気筒よりも前記触媒装置に近い少なくとも１つの気筒がリーン燃焼を行うように、燃焼状態を割り当てるように更に構成されているのが特に好適である。
【００１２】
本発明の別の態様は、
前記割当決定部は、吸入空気量が所定値より大である場合には、前記変更を禁止するように更に構成されていることを特徴とする。
【００１３】
リーン燃焼が行われる気筒とリッチ燃焼が行われる気筒との前記変更を、吸入空気量が多い場合に行うと、顕著なトルク変動が生じるおそれがある。これとは対照的に、この態様では、吸入空気量が所定値より大である場合には、リーン燃焼が行われる気筒とリッチ燃焼が行われる気筒との前記変更を禁止するので、当該変更に起因するトルク変動を抑制することができる。
【００１４】
本発明の別の態様は、
前記Ａ／Ｆ制御部は、前記反応状態が第１基準値（ｔｈ２）以上になったことを条件として、前記Ａ／Ｆ振動運転を開始するように更に構成されていることを特徴とする。
【００１５】
この態様では、反応状態が第１基準値（ｔｈ２）以上になったことを条件として、Ａ／Ｆ振動運転を開始するので、検出点における未燃成分の反応を促進できる。検出点は触媒よりも上流にあることから、その温度をより迅速に上昇させることができる。したがって、この態様によれば、触媒またはその近傍において反応をさせる場合に比べて早い時期に、Ａ／Ｆ振動運転を開始することが可能になる。
【００１６】
本発明の別の態様は、
前記内燃機関は、前記検出点よりも上流側の排気通路に二次空気を供給する二次空気供給手段を更に備え、
装置は、前記二次空気供給手段からの二次空気の供給量を制御する二次空気量制御部を更に備え、
前記二次空気量制御部は、前記反応状態が高いほど、前記二次空気の供給量を大きくするように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
この態様では、二次空気の供給量を増大することによって、触媒の暖機を迅速化できる。また、排気合流部の温度が比較的低いときであっても少量の二次空気を供給するので、二次空気の供給を比較的早期に開始でき、これによって触媒の暖機を迅速化できる。
【００１８】
本発明の別の態様は、
前記二次空気量制御部は、前記反応状態が第２基準値（ｔｈ４）以下である場合に、前記二次空気の供給量を第１の供給量とし、前記反応状態が第２基準値（ｔｈ４）より大である場合に、前記二次空気の供給量を前記第１の供給量よりも大きい第２の供給量とするように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
この態様では、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。
【００２０】
本発明の別の態様は、
前記二次空気供給手段は、排気通路における各気筒から排気合流部に向けて延びる複数の枝管のうちの一部にのみ設けられていることを特徴とする。
【００２１】
この態様では、二次空気供給手段の占有スペースが少ないため、スペースファクターにおいて有利である。
【００２２】
本発明における前記物理量は、リーン燃焼が割り当てられている気筒とリッチ燃焼が割り当てられている気筒との間における排気空燃比の変動度合いであってもよい。前記反応状態検出部は、排気空燃比の変動度合いが基準値よりも大きい場合に、反応状態を所定値未満と検出するのが好適である。
【００２３】
本発明における前記物理量は排気温度であってもよい。前記反応状態検出部は、排気温度が基準値よりも低い場合に、反応状態を所定値未満と検出してもよい。
【００２４】
好適には、前記検出点は、排気通路における各気筒からの分岐路が合流する排気合流部に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の構成を示す概念図である。
【図２】エンジンの概略構成を示す概念図である。
【図３】Ａ／Ｆ振動運転の実行中における要求Ａ／Ｆの変化の一例を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態における触媒暖機処理を示すフローチャートである。
【図５】気筒の割り当てが変更される場合の割り当て状態を示す概念図である。
【図６】本発明の第１実施形態における各パラメータの変化の一例を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の第１実施形態における検出Ａ／Ｆの変化の一例を示すタイムチャートである。
【図８】排気合流部の温度と触媒からのＣＯ／ＮＯｘ／ＨＣの排出量の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第２実施形態における触媒暖機処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態における各パラメータの変化の一例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２７】
［全体構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の構成を示す概略図である。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
【００２８】
図１において、車両は、エアクリーナ（ＡＣ）２と、吸気通路３と、ターボ過給機４と、インタークーラ（ＩＣ）５と、スロットルバルブ６と、サージタンク７と、エンジン（内燃機関）８と、排気通路１８と、バイパス通路１９と、ウエストゲートバルブ２０と、三元触媒２１と、エアフローメータ３１と、水温センサ３２と、酸素センサ３３と、Ａ／Ｆセンサ３４と、排気圧センサ３５と、アクセル開度センサ３６と、クランク角センサ３７と、吸気温度センサ３８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０と、を備える。エンジン８は、直列３気筒レシプロ式ガソリンエンジンである。ただし、本発明は他の形式の多気筒内燃機関に適用でき、例えばＶ型６気筒エンジンであれば２つのバンク（すなわち気筒群）の双方に、互いに独立して適用することができる。
【００２９】
エアクリーナ２は、外部から取得された空気（吸気）をろ過して、吸気通路３に供給する。吸気通路３中には、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａが配設されており、吸気はコンプレッサ４ａの回転によって圧縮される（過給される）。吸気通路３中には更に、吸気を冷却するインタークーラ５と、エンジン８に供給する吸気量を調整するスロットルバルブ６が設けられている。
【００３０】
スロットルバルブ６を通過した吸気は、吸気通路３上に形成されたサージタンク７内に一旦貯蔵された後、吸気マニホールド９を通じて、エンジン８が有する複数の気筒８１，８２，８３内に流入する。エンジン８は、供給された吸気と燃料とを混合した混合気を気筒内で燃焼することによって動力を発生する。エンジン８内における燃焼により発生した排出ガスは、排気マニホールド１１を通じて、排気通路１８に排出される。ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって、エンジン８の各種の制御が行われ、そのような制御は、点火時期、燃料噴射量、燃料の噴射時期を含む。
【００３１】
図２を参照して、エンジン８の具体的な構成について説明する。エンジン８は、主に、気筒（シリンダ）８１と、燃料噴射弁１０と、点火プラグ１２と、吸気弁１３と、排気弁１４と、を有する。なお、エンジン８は複数の気筒８１，８２，８３を有しているが、図２においては、説明の便宜上、１つの気筒８１のみについて説明する。他の気筒８２，８３及びその周囲の構成は気筒８１についてのものと同様である。
【００３２】
燃料噴射弁１０は、気筒８１に設けられており、気筒８１の燃焼室８１ａ内に直接燃料を噴射（筒内噴射）する。燃料噴射弁１０は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって制御される。すなわち、ＥＣＵ５０によって、燃料噴射量の制御などが実行される。なお、筒内噴射（直噴）を行う燃料噴射弁１０に代えて、あるいはこれに加えて、ポート噴射を行う燃料噴射弁を、エンジン８に用いても良い。
【００３３】
気筒８１の燃焼室８１ａには、吸気通路３より吸気が供給されると共に、燃料噴射弁１０から燃料が供給される。燃焼室８１ａ内では、点火プラグ１２の点火により着火されることによって、供給された吸気と燃料との混合気が燃焼される。この場合、燃焼によってピストン８１ｂが往復運動し、この往復運動がコンロッド８１ｃを介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。なお、点火プラグ１２は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって制御される。すなわち、ＥＣＵ５０によって、点火時期の制御が実行される。
【００３４】
更に、気筒８１には、吸気弁１３と排気弁１４とが配設されている。吸気弁１３は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室８１ａとの連通／遮断を制御する。また、排気弁１４は、開閉することによって、排気通路１８と燃焼室８１ａとの連通／遮断を制御する。
【００３５】
図１に戻って、車両が有する他の構成要素について説明する。エンジン８より排出された排出ガスは、排気通路１８に設けられたターボ過給機４のタービン４ｂを回転させる。このようなタービン４ｂの回転トルクが、ターボ過給機４内のコンプレッサ４ａに伝達されて回転することによって、ターボ過給機４を通過する吸気が圧縮される（過給される）。
【００３６】
排気通路１８には、ターボ過給機４の上流側と下流側とをバイパスさせるバイパス通路１９が接続されている。このバイパス通路１９上には、ウエストゲートバルブ２０が設けられている。ウエストゲートバルブ２０が全閉であるときには、排出ガスはターボ過給機４に流入し、バイパス通路１９には流れない。逆に、ウエストゲートバルブ２０が全開であるときには、排出ガスはバイパス通路１９にも流れる。そのため、コンプレッサ４ａの回転数の上昇が抑制され、ターボ過給機４による過給が抑制される。ウエストゲートバルブ２０の開閉の制御は、ＥＣＵ５０によって行われる。
【００３７】
排気通路１８上には更に、排出ガスを浄化する機能を有する三元触媒２１が設けられている。具体的には、三元触媒２１は、白金やロジウムなどの貴金属を活性成分とした触媒であり、排出ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などを除去する機能を有する。また、三元触媒２１は、その温度に応じて排出ガスの浄化能力が変化する。詳しくは、三元触媒２１が活性温度付近の温度にあるときに排出ガスの浄化能力が高くなる。そのため、冷間始動時などの低温時においては、三元触媒２１の温度を活性温度にまで上昇させる必要がある。なお、触媒の種類は三元触媒２１に限定されず、各種の触媒を利用でき、特に暖機を要するものが好適である。
【００３８】
エアフローメータ３１は、吸気通路３に設けられており、吸入空気量ＫＬを検出する。水温センサ３２は、エンジン８を冷却する冷却水の温度（以下「エンジン水温」と呼ぶ。）を検出する。酸素センサ３３は、排気通路１８上に設けられており、排出ガス中の酸素濃度を検出する。酸素センサ３３は、ストイキを境に出力値が急変する特性を持ち、概ね排気空燃比がストイキよりリーンのときに出力電圧がストイキ相当値より低くなり、排気空燃比がストイキよりリッチのときに出力電圧がストイキ相当値より高くなる。Ａ／Ｆセンサ３４は、排気通路１８における三元触媒２１の上流側の端部の近傍Ｂに設けられており、排出ガスの空燃比を検出する。Ａ／Ｆセンサ３４は、例えばジルコニア素子を用いたコップ型のものであり、検出した排気空燃比に概ね比例した大きさの電圧信号を出力する。
【００３９】
排気温度センサ３５は、熱電対などからなり、排気合流部Ａにおける温度Ｔｅｘを検出する。ここにいう排気合流部Ａは、排気マニホールド１１における全気筒からの枝管の合流点またはその下流側であって、バイパス通路１９の分岐点またはこれよりも上流側の領域をいう。
【００４０】
アクセル開度センサ３６は、運転者によるアクセル開度を検出する。クランク角センサ３７は、エンジン８のクランク軸の近傍に設けられており、クランク角を検出する。吸気温度センサ３８は、サージタンク７に設けられており、吸気温度を検出する。これらの各種のセンサが検出した検出値は、検出信号としてＥＣＵ５０に供給される。
【００４１】
エンジン８には、二次空気供給手段として、二次空気供給通路４１が設けられている。二次空気供給通路４１には、空気圧縮を行うエアポンプ４２と、二次空気調整弁４３が接続されている。エアポンプ４２には、コンプレッサ４ａよりも上流側の吸気通路３から分岐した空気取入通路４４が接続されている。二次空気調整弁４３は、エンジンの運転状態、あるいは排気浄化装置の状態に応じて、ＥＣＵ５０によって制御され、これによって二次空気供給のオン・オフおよび流量が制御される。
【００４２】
エアポンプ４２によって圧縮された空気は、二次空気調整弁４３により流量を計量され、二次空気供給通路４１を通り、二次空気供給口４５より二次空気として排気通路１８へ噴射供給される。
【００４３】
二次空気供給通路４１の先端は、二次空気を＃３気筒８３からの排気通路、すなわち排気マニホールド１１における＃３気筒８３に通じる枝管にのみ供給する。＃３気筒８３は、排気通路の距離において触媒２１に最も近い気筒である。二次空気供給通路４１は、できるだけ高温の排出ガスに対して二次空気を噴射して排出ガス中の未燃焼成分を燃焼させるために、可能な限り排気ポートに近接した位置に設置されることが望ましい。
【００４４】
なお、二次空気を排気通路１８の距離において触媒２１に最も近い気筒である＃３気筒８３に供給することとしたので、全ての気筒からの排出ガスが合流する集合部の近傍を好適に加熱することができ、当該集合部の近傍におけるＣＯとＯ２との反応（酸化反応）を促進することができる。しかしながら、二次空気供給対象の気筒は＃３気筒８３以外の気筒でもよく、また、二次空気供給対象の気筒を複数の或いは全ての気筒に増加させてもよい。二次空気を特定気筒（一部気筒）のみに供給する場合には、二次空気供給通路４１は、各気筒８１〜８３の排気ポートから、排気通路１８における他気筒との合流部までの間に接続するものとする。
【００４５】
ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、車両内の各種センサから供給される出力に基づいて、車両内の制御を行う。本実施形態では、ＥＣＵ５０は、主に、ウエストゲートバルブ２０に対する制御、及び燃料噴射弁１０に対する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、所定の暖機実行条件が成立した場合に、まずウエストゲートバルブ２０を開状態とし、点火時期の遅角を実施すると共に、必要な場合に、二次空気供給通路４１を用いた排気通路１８への二次空気の供給を実行する。更にＥＣＵ５０は、必要な場合に、リーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に切り替わるように空燃比を振動させる態様による運転（以下、「Ａ／Ｆ振動運転」という。）を実行する。このようなＡ／Ｆ振動運転を行うのは、触媒からのＣＯやＨＣなどのすり抜けを適切に抑制しつつ、触媒を早期暖機するためである。またＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆ振動運転の実行中に、過給機４の上流側におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態に基づいて、リッチ燃焼時とリーン燃焼時との空燃比の振幅（以下、「空燃比振幅量」という。）を制御する。
【００４６】
［Ａ／Ｆ振動運転］
次に、上記したＥＣＵ５０が実行するＡ／Ｆ振動運転について説明する。本実施形態では、冷間始動時などにおいて、触媒２１を早期暖機することを目的としてＡ／Ｆ振動運転を実行する。
【００４７】
ここで、基本的なＡ／Ｆ振動運転について、図３を参照して説明する。図３は、横軸に時間を示し、縦軸に空燃比（Ａ／Ｆ）を示す。なお、図３は、Ａ／Ｆ振動運転を実行したときの目標空燃比の変化を示したグラフである。
【００４８】
図３に示すように、Ａ／Ｆ振動運転においては、気筒８１，８２，８３ごと且つ点火順に、リーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に切り替わるように、空燃比を振動させる制御が行われる。本実施形態では、基本状態である第１の運転状態では、＃１気筒８１の空燃比ＡＦ１がリーン、＃２気筒８２の空燃比ＡＦ２がリッチ、＃３気筒８３の空燃比ＡＦ３がストイキにされる。空燃比の振動は、燃料噴射量の増減によって行われる。空燃比がリーンにされる気筒（リーン気筒）と、リッチにされる気筒（リッチ気筒）とでは、空燃比（Ａ／Ｆ）はストイキ値（例えば重量比で１４．５〜１５の間の任意の値）を挟んで概ね対称な値にされる。しかし、ストイキ値以外の基準空燃比を挟んで、空燃比が振動するように運転しても良い。
【００４９】
燃焼不良時に実行される第２の運転状態では、リーン気筒とリッチ気筒の割り当てが逆転するように変更されて、＃１気筒８１の空燃比ＡＦ１がリッチ、＃２気筒８２の空燃比ＡＦ２がリーン、＃３気筒８３の空燃比ＡＦ３がストイキにされる。
【００５０】
これら第１及び第２の運転状態のいずれにおいても、二次空気の供給が行われる場合には、二次空気供給気筒である＃３気筒８３の空燃比ＡＦ３は、リッチにされる。第１の運転状態において二次空気を供給する場合の＃３気筒８３の空燃比ＡＦ３は、図３に二点鎖線ＡＩで示されるとおりである。
【００５１】
このようなＡ／Ｆ振動運転を実行した場合、リーン燃焼が行われているときにはリーンガス（Ｏ２（酸素）など）が、またリッチ燃焼が行われているときにはリッチガス（ＣＯ（一酸化炭素）など）が、排気通路１８に供給されることになる。これにより、排気通路１８内におけるＣＯとＯ２との反応（酸化反応）を増加させることができ、この酸化反応による発熱で三元触媒２１を加熱し、触媒の暖機を促進させることが可能となる（このような排気通路１８内における反応を、以下「後燃え」ということがある）。
【００５２】
なお、少なくとも一部の気筒においてリーン燃焼が行われ、且つ少なくとも１つの他の気筒においてリッチ燃焼が行われることにより、Ａ／Ｆ振動運転が成立する。リーン燃焼とリッチ燃焼とは交互に行われることが好ましい。エンジン８が４気筒であり、＃４気筒が二次空気供給気筒であり、且つ点火順序が気筒番号で「＃１−＃３−＃４−＃２」である場合には、例えば「＃１気筒をリッチ、＃３気筒をリーン、＃４気筒をストイキ、＃２気筒をリーン」のように空燃比ないし燃焼態様を割り当てることができる。また、リーン燃焼とリッチ燃焼とが点火順に、１つの気筒ごとに切り替わる構成に代えて、複数気筒ごとに切り替わる構成としても良い。
【００５３】
本実施形態では、ＥＣＵ５０は、ターボ過給機４の上流側の温度が所定の基準値を超えている場合、すなわちターボ過給機４の上流側の温度がＣＯを燃焼できる程度の温度にまで達した際に、Ａ／Ｆ振動運転の実行を開始する。このように過給機４の上流側の温度が所定の基準値を超えていることを条件にＡ／Ｆ振動運転を開始することにより、Ａ／Ｆ振動運転により発生したＣＯを過給機４の上流側の領域Ａ（図１参照）において、より高い確率で燃焼させることができる（すなわち、より高い確率でＣＯとＯ２とを反応すなわち後燃えさせることができる）。
【００５４】
空燃比振幅量は、過給機４の上流側の排気通路１８内の温度に基づいて変更しても良い。具体的には、ＥＣＵ５０は、リーン気筒とリッチ気筒とにおける燃料噴射量が、それぞれ両者の中央値との間でなす差を、過給機４の上流側の温度に応じて設定することができる。例えば、過給機４の上流側の温度が低くなると、空燃比振幅量をより小さい値に変更することによって、過給機４の上流側での反応を適切な状態に維持することが可能となる。
【００５５】
本実施形態では、排気合流部Ａの温度Ｔｅｘは、排気温度センサ３５を排気合流部Ａに設置して直接検出する。ただし、温度Ｔは、車両の運転状態を示すパラメータ、例えばエアフローメータ３１の検出した吸入空気量の積算値、及び燃料噴射量のうちの少なくとも１つに基づいて推定しても良い。推定値は筒内圧、外気温度Ｔａ、エンジン水温、吸気温度、運転パターン（要求負荷及びエンジン回転数の経時的変化）、触媒入口排気温度、及び排気合流部Ａの圧力のうち少なくとも１つに基づいて補正することができる。筒内圧は燃焼室内に設けた筒内圧センサ（図示せず）によって検出することができる。エンジン水温は水温センサ３２によって検出することができる。吸気温度は吸気温度センサ３８によって検出することができる。触媒入口排気温度は、三元触媒２１の上流側の端部の近傍Ｂに設けた触媒入口排気温センサ（図示せず）によって検出することができる。排気合流部Ａの圧力は、排気合流部Ａに設けた圧力センサ（図示せず）によって検出することができる。
【００５６】
［触媒暖機処理］
図４は、第１実施形態における触媒暖機処理のルーチンを示すフローチャートである。この処理は、不図示のイグニッションスイッチの操作入力及びクランク角センサ３７の入力に基づくエンジン８の始動判定があったことを条件に、ＥＣＵ５０において実行され、前述したＡ／Ｆ振動運転を含むものである。
【００５７】
まず、ステップＳ１０では、ＥＣＵ５０は、触媒の急速暖機要求が有るか否かを判定する。当該判定は、例えばエンジン水温が所定の基準値より低いかに基づいて行われ、低い場合に急速暖機要求ありと判断される。なお当該判定は、エンジン水温、エンジン油温、触媒温度（いずれも検出値又は推定値）のうちの少なくとも１つに基づいて行うことができる。急速暖機要求が無い場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、処理は当該ルーチンを抜ける。
【００５８】
急速暖機要求が有る場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、所定の触媒暖機要求フラグがオンされ、処理はステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、ＥＣＵ５０は、吸気温度センサ３８の検出した吸気温度に基づいて、外気温度Ｔａを算出する。外気温度Ｔａが低いほど、排気通路１８の距離において触媒２１から最も離れた＃１気筒８１からの排気通路、すなわち排気マニホールド１１の第１分岐１１ａ（図１参照）の温度低下が大きくなるため、排出ガス全体の温度低下が増大し、触媒２１内や触媒２１の入口近傍の排気通路１８内における未燃成分の反応状態が不安定になるため、触媒温度が低下して、エミッションが悪化するおそれがある。
【００５９】
次に、ステップＳ３０では、ＥＣＵ５０は、触媒暖機要求フラグのオン動作に応答して、点火遅角を開始する。ＥＣＵ５０は、点火プラグ１２の点火時期を、圧縮上死点以降の所定のクランク角まで遅角（リタード）させる。この点火遅角によって、排気行程により近い圧縮上死点以降で燃焼を行わせ、温度の高い排出ガスを触媒に導いて触媒の活性化を促進することができる。
【００６０】
次にステップＳ４０では、ＥＣＵ５０は、二次空気要求があるか否かを判定する。当該判定は、例えば外気温度Ｔａが、予め定められた第１基準温度ｔｈ１よりも低いかに基づいて行われ、低い場合に二次空気要求ありと判断される。二次空気要求が無い場合（ステップＳ４０：Ｎｏ）、以下のステップＳ５０〜Ｓ７０の処理がスキップされる。
【００６１】
外気温度Ｔａが第１基準温度ｔｈ１よりも低く、二次空気要求が有る場合（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５０に進む。ステップＳ５０では、ＥＣＵ５０は、二次空気の供給を実行する。ここでの二次空気の供給量は、二次空気供給通路４１が設けられている＃３気筒８３からの未燃焼ガスを含んだ排出ガスを燃焼させるのに適した量、すなわち単一気筒に相当する量とされる。この二次空気の供給によって、未燃焼ガスを含んだ排出ガスが排気通路１８内で燃焼させられ、＃３気筒８３に通じる枝管の温度が上昇する。
【００６２】
次にステップＳ６０では、ＥＣＵ５０は、過給機４及びウエストゲートバルブ２０の上流側である排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが、予め定められた第２基準温度ｔｈ２よりも高いかを判定する。この第２基準温度ｔｈ２は、その時点でウエストゲートバルブ２０を開にしたままＡ／Ｆ振動運転を開始した場合に、排気合流部Ａにおいて、排出ガス中のＣＯの燃焼（Ｏ２とＣＯとの反応）が、熱源として許容できる最低程度に行われるような温度として定められている。排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが第２基準温度ｔｈ２以下である場合（ステップＳ６０；Ｎｏ）、ステップＳ５０の処理が繰り返され、温度Ｔｅｘが第２基準温度ｔｈ２よりも高くなるまで、点火遅角状態での二次空気の供給が続行される。
【００６３】
排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが第２基準温度ｔｈ２よりも高い場合（ステップＳ６０；Ｙｅｓ）、所定のＡ／Ｆ振動運転要求フラグがオンされて、処理はステップＳ７０に進む。この場合には、Ａ／Ｆ振動運転を開始すると、排気合流部ＡでＣＯの燃焼（Ｏ２とＣＯとの反応）が適切に行われることが期待できる。したがって、ＥＣＵ５０は次に、Ａ／Ｆ振動運転要求フラグのオン動作に応答して、Ａ／Ｆ振動運転の実行を開始する（ステップＳ７０）。
【００６４】
上述したとおり、Ａ／Ｆ振動運転では、リーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に行われる。空燃比振幅量は、Ａ／Ｆ振動運転の開始直後には、初期値である０から徐々に拡大されて、例えば固定の目標値とされる。また、Ａ／Ｆ振動運転中には、リッチ気筒とリーン気筒とのトルク差を補償してトルクを平均化するように、リッチ気筒の点火時期が遅角され、リーン気筒の点火時期が進角される。
【００６５】
次にステップＳ８０〜Ｓ１００では、ＥＣＵ５０は、排気通路１８内におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態が、外気温度が低いことに起因した第１分岐１１ａにおける温度の低下によって不良になっているかを判定する。ここで用いられる判断基準は以下の３つである。
【００６６】
（ｉ）触媒２１の上流側の端部の近傍Ｂでの空燃比差分値ΔＡ／Ｆが基準差分値より大きいか（ステップＳ８０）。図７に示されるように、排気合流部ＡでＣＯの燃焼（Ｏ２とＣＯとの反応）が良好に行われている場合には、その下流側であるＡ／Ｆセンサ３４の設置点（三元触媒２１の上流側の端部の近傍Ｂ）における空燃比の振幅は比較的小さくなる。したがって、Ａ／Ｆセンサ３４によって検出される空燃比の振幅、すなわちリーン燃焼が割り当てられている気筒とリッチ燃焼が割り当てられている気筒との間における排気空燃比の変動度合いに基づいて、排気合流部Ａでの反応が良好に行われているかを判断することができる。この場合の空燃比の検出点は、排気合流部Ａまたはこれよりも下流側であって三元触媒２１よりも上流側とするのが好適である。具体的には、ＥＣＵ５０は例えば、クランク角センサ３７の検出値に基づいて、隣接気筒間の点火間隔ごとにＡ／Ｆセンサ３４の検出値を読み込み、最近の値から前回の値を減算して空燃比差分値ΔＡ／Ｆを算出し、その絶対値が、予め定められた基準差分値よりも大きいかを判断する。肯定の場合、すなわち空燃比差分値ΔＡ／Ｆの絶対値が基準差分値よりも大きい場合には、排気合流部Ａでの反応（後燃え）が不良であるといえる。否定の場合は、排気合流部Ａでの反応（後燃え）が良好であることになるため、ステップＳ９０〜Ｓ１２０がスキップされる。
【００６７】
（ｉｉ）外気温度Ｔａが、予め定められた第３基準温度ｔｈ３よりも低いか（ステップＳ９０）。この第３基準温度ｔｈ３は、反応不良の原因が外気温度が低いことにあることを特定するための値である。第３基準温度ｔｈ３は、上述した第１基準温度と同じ値であっても良く、これと異なる値であっても良い。肯定の場合、すなわち外気温度Ｔａが、予め定められた第３基準温度ｔｈ３よりも低い場合には、反応不良の原因が外気温度が低いことにあるといえる。否定の場合は、反応不良の原因は外気温度が低いことではないため、ステップＳ１００及びＳ１２０がスキップされる。
【００６８】
（ｉｉｉ）触媒２１から排気通路１８の距離において最も離れた＃１気筒８１が、リーン気筒として選択されているか（ステップＳ１００）。肯定の場合には、反応不良の原因が最も離れた＃１気筒８１からの排気通路である第１分岐１１ａにおける温度の低下にあるといえる。否定の場合には、反応不良の原因が第１分岐１１ａにおける温度の低下ではないため、次のステップＳ１２０がスキップされる。
【００６９】
そして、これらの判断基準（ｉ）−（ｉｉｉ）の全てで肯定である場合には、排気通路１８内におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態が、外気温度が低いことに起因した第１分岐１１ａにおける温度の低下によって悪化したことになる。したがって、処理はステップＳ１１０に進む。
【００７０】
ステップＳ１１０では、ＥＣＵ５０は、エアフローメータ３１の検出した現在の吸入空気量ＫＬが、予め定められた基準空気量以下であるかを判断する。ステップＳ１１０で肯定、すなわち吸入空気量ＫＬが基準空気量以下である場合には、処理はステップＳ１２０に進む。
【００７１】
ステップＳ１２０では、ＥＣＵ５０は、気筒８１，８２に対する燃焼状態の割り当てを変更する。すなわち、初期状態でリーン気筒であった＃１気筒８１にリッチ燃焼を行わせ、初期状態でリッチ気筒であった＃２気筒８２にリーン燃焼を行わせるように、各＃１気筒８１，８２に燃焼状態を割り当てる。なお、初期状態で二次空気供給気筒であった＃３気筒８３については、割り当ての変更は行われない。
【００７２】
ステップＳ１１０で否定、すなわち吸入空気量ＫＬが基準空気量よりも大である場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）には、ステップＳ１２０における気筒の割り当ての変更は行われず、空燃比の振幅が所定値まで減少させられる（ステップＳ１４０）。
【００７３】
図５に示されるように、３気筒のエンジン８で、例えば第１サイクルと第２サイクルとの間で、ステップＳ１２０における気筒の割り当ての変更を行うと、第１サイクルにおける＃２気筒でのリッチ燃焼の後に、＃３気筒でのストイキ燃焼を挟んで、再び＃１気筒でのリッチ燃焼が行われることになる。吸入空気量ＫＬが比較的小さい低負荷運転時には、このようなリッチ燃焼の連続（あるいはリーン燃焼の連続）があっても、上述した点火時期の制御も相まって、回転変動は許容範囲内といいうる。しかし、吸入空気量ＫＬが比較的大きい高負荷運転時には、回転変動が顕著になる可能性がある。
【００７４】
このため、本実施形態では、吸入空気量ＫＬが基準空気量よりも大である場合には、ステップＳ１２０における気筒の割り当ての変更は行わず、かつ空燃比の振幅を所定値まで減少させ（ステップＳ１４０）、後者によって、排気通路１８内におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態を改善することができる。このような処理は、３気筒エンジンだけでなく４気筒以上を有するエンジンにも同様に適用でき、例えばＶ型６気筒のエンジンの各バンクについて、他方のバンクから独立して適用することができる。
【００７５】
最後にＥＣＵ５０は、触媒暖機が完了したかを判断する（Ｓ１３０）。この判断は、例えばエアフローメータ３１の検出した吸入空気量の積算値、及び、触媒温度の推定値又は（熱電対などによる）検出値のうちの少なくとも１つに基づいて行うことができ、それぞれ所定の基準値に達した場合に肯定されて、本ルーチンが終了される。ステップＳ１３０で否定の場合には、当該判断が肯定になるまでの間、すなわち触媒暖機が終了するまでの間、ステップＳ７０からＳ１２０まで及びＳ１４０の処理が繰返し実行される。
【００７６】
図６は、以上の触媒暖機処理が実行されるときの各部の動作状態を示すタイミング図である。図６において、まず、クランク角センサ３７の入力から算出されるエンジン回転数が、始動判定基準値を超えたことにより、エンジン８が始動した旨の判定（ｉ）が行われると、エンジン水温に基づいて、急速暖機要求がある旨の判断（ｉｉ）が行われる（Ｓ１０）。ここでの肯定判断を条件に、触媒暖機要求フラグがオンされる（ｉｉｉ）。当該フラグは触媒暖機要求が成立していることを示し、触媒暖機の終了まで維持される。
【００７７】
触媒暖機要求フラグのオン動作に応答して、点火時期の遅角（ｉｖ）が開始される（Ｓ３０）。二次空気要求がある場合（ステップＳ４０；Ｙｅｓ）、二次空気の供給（ｖ）が実行される（Ｓ５０）。この二次空気の供給の結果、排気温度Ｔｅｘは、図６における実線（ａ）のように迅速に増大することになる。なお、二次空気の供給を行わない装置であれば、排気温度Ｔｅｘは図６における曲線（ｃ）のように比較的緩慢に増大するものと考えられる。
【００７８】
排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが第２基準温度ｔｈ２より大になると（ｖｉ）、Ａ／Ｆ振動運転要求フラグがオンされ（ｖｉｉ）、当該フラグは触媒暖機の終了まで維持される。このＡ／Ｆ振動運転要求フラグのオン動作に応答して、Ａ／Ｆ振動運転が開始（ｖｉｉｉ）される（Ｓ７０）。具体的には、空燃比振幅量（すなわちリーン気筒とリッチ気筒との空燃比がそれぞれ両者の中央値に対してなす差）が０から徐々に拡大されて、固定の目標値とされる。空燃比振幅量の漸増と同時に、リーン気筒の点火時期が徐々に進角され、リッチ気筒の点火時期が徐々に遅角される（ｉｘ）。このＡ／Ｆ振動運転の結果、排気温度Ｔｅｘは図６における実線（ａ）のように更に増大する。
【００７９】
これに対し、排気合流部Ａにおけるリッチガスとリーンガスとの反応状態が、外気温度が低いことに起因した第１分岐１１ａにおける温度の低下によって、不良になっている場合には、排気温度Ｔｅｘは、図６における一点鎖線（ｂ）のように、Ａ／Ｆ振動運転の開始後であっても増大しない。そして、ステップＳ８０〜Ｓ１００の全てで肯定の場合、すなわち反応状態不良判定が行われた場合（ｘ）には、リーン燃焼が行われる気筒とリッチ燃焼が行われる気筒との割り当てが変更（ｘｉ）される（Ｓ１２０）。その結果、排気温度Ｔｅｘは上昇を始めることになる（一点鎖線（ｂ））。
【００８０】
触媒暖機が完了したと判断（ｘｉｉ）されると（Ｓ１３０）、触媒暖機要求フラグおよびＡ／Ｆ振動運転要求フラグがオフされ、Ａ／Ｆ振動運転が終了させられる。以上の処理の結果、触媒温度は、図６における実線（ｄ）のように、迅速に増大させられることになる。なお、Ａ／Ｆ振動運転を行わない装置であれば、触媒温度は図６における曲線（ｅ）のように比較的緩慢に増大するものと考えられる。
【００８１】
以上のとおり、第１実施形態では、リーン燃焼とリッチ燃焼とが気筒ごとに交互に行われるＡ／Ｆ振動運転（ステップＳ７０）を実行するエンジン８において、排出ガスの所定の物理量に基づいて、触媒２１の上流側の排気通路１８内におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態を検出する（ステップＳ８０〜Ｓ１００）。ＥＣＵ５０は、この反応状態に基づいて、反応状態が不良と判断される場合に、リーン燃焼が行われる気筒とリッチ燃焼が行われる気筒との割り当てを、触媒２１から排気通路１８の距離において最も離れた気筒である＃１気筒８１がリッチ燃焼を行うように、且つ当該最も離れた気筒よりも触媒２１に近い気筒である＃２気筒８２がリーン燃焼を行うように、交換的に変更する（ステップＳ１２０）。したがって、各気筒８１，８２，８３に対する燃焼状態の割り当てを、反応状態が安定しやすい態様に変更することが可能になり、これによって、排出ガスの熱が排気通路１８の第１分岐１１ａに奪われることに起因するエミッションの悪化を抑制することができる。
【００８２】
また、本実施形態では、吸入空気量ＫＬが基準空気量よりも大である場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）には、ステップＳ１２０における気筒の割り当ての変更が禁止されるので、当該変更に起因するトルク変動を抑制することができる。
【００８３】
また、本実施形態では、排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが基準値以上になったことを条件として（ステップＳ６０）、Ａ／Ｆ振動運転を開始（ステップＳ７０）するので、排気合流部Ａにおける未燃成分の反応を促進できる。排気合流部Ａは触媒２１の上流側の端部の近傍Ｂよりも上流にあることから、その温度Ｔｅｘをより迅速に上昇させることができる。したがって、この態様によれば、触媒２１またはその上流側の端部の近傍Ｂにおいて反応をさせる場合に比べて早い時期に、Ａ／Ｆ振動運転を開始することが可能になる。
【００８４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。触媒の暖機を迅速化するためには、二次空気供給通路４１から二次空気を供給するのが有利である。二次空気供給通路４１は、供給された二次空気を昇温させるために、排気通路において可能な限り気筒に近い地点である枝管に設置するのが望ましい。しかし、二次空気供給通路を全ての枝管に設けることは、設置スペースの制約から適切でないことがある。一部の気筒、例えば単一の気筒のみに二次空気供給通路を設け、その二次空気供給通路から全気筒分に相当する量の二次空気を供給することも可能である。しかし、その場合に排気通路内に十分な温度場がなければ、ＣＯとＯ２とが反応（酸化反応）せず、排気ガス温度が低下してエミッションが悪化するおそれがある。
【００８５】
例えば、図８に示されるように、３気筒エンジンにおいて３気筒分に相当する量の二次空気を供給した場合、温度がある値ｔｈ４よりも高い領域では、ＣＯ・ＮＯｘ・ＨＣの排出量（ｇ）を、二次空気の供給を行わない場合（ｆ）に比べて顕著に低減できる。しかしながら、温度がｔｈ４よりも低い領域では、ＣＯ・ＮＯｘ・ＨＣの排出量（ｇ）は、二次空気の供給を行わない場合（ｆ）に比べて大きくなってしまう。
【００８６】
そこで、第２実施形態では、Ａ／Ｆ振動運転を実行することによって排気通路内の温度を迅速に上昇させ、かつ、二次空気を未燃成分と有効に反応させることが可能な温度領域において、二次空気の供給量を増大させることで、触媒の暖機を迅速化するものである。第２実施形態の機械的構成は、上記第１実施形態におけるものと同様であるため、その詳細の説明を省略する。
【００８７】
図９は、第２実施形態における触媒暖機処理のルーチンを示すフローチャートである。この処理は、不図示のイグニッションスイッチの操作入力及びクランク角センサ３７の入力に基づくエンジン８の始動判定があったことを条件に、ＥＣＵ５０において実行される。
【００８８】
まず、ステップＳ２１０では、ＥＣＵ５０は、触媒の急速暖機要求が有るか否かを判定する。急速暖機要求が有る場合、所定の触媒暖機要求フラグがオンされ、処理はステップＳ２２０に進む。ステップＳ２２０では、ＥＣＵ５０は、吸気温度センサ３８の検出した吸気温度に基づいて、外気温度Ｔａを算出する。次に、ステップＳ２３０では、ＥＣＵ５０は、触媒暖機要求フラグのオン動作に応答して、点火遅角を開始する。次にステップＳ２４０では、ＥＣＵ５０は、二次空気要求があるか否かを判定する。二次空気要求が有る場合、ＥＣＵ５０は、二次空気の供給を実行する（ステップＳ２５０）。二次空気が供給される場合、未燃焼ガスによって排気通路内の温度上昇を促進するために、＃３気筒に供給される混合気がリッチにされる。二次空気の供給量は、二次空気供給通路４１が設けられている＃３気筒８３からの未燃焼ガスを含んだ排出ガスを燃焼させるのに適した量、すなわち単一気筒に相当する量とされる。この二次空気の供給によって、未燃焼ガスを含んだ排出ガスが排気通路１８内で燃焼させられ、＃３気筒８３に通じる枝管の温度が上昇する。
【００８９】
次にステップＳ２６０では、ＥＣＵ５０は、過給機４及びウエストゲートバルブ２０の上流側である排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが、予め定められた第２基準温度ｔｈ２よりも高いかを判定する。排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが第２基準温度ｔｈ２以下である場合（ステップＳ２６０；Ｎｏ）、ステップＳ２５０の処理が繰り返され、温度Ｔｅｘが第２基準温度ｔｈ２よりも高くなるまで、点火遅角状態での運転、および該当する場合には二次空気の供給が続行される。これらステップＳ２１０からＳ２６０までの処理は、ステップＳ２４０で否定の（すなわち二次空気要求がない）場合に処理がステップＳ２６０に移行する点、及びステップＳ２６０で否定の（すなわち排気温度Ｔｅｘがｔｈ２以下である）場合に処理がステップＳ２４０に移行する点を除いて、上記第１実施形態におけるステップＳ１０からＳ６０までの処理と同様である。
【００９０】
排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが第２基準温度ｔｈ２よりも高い場合（ステップＳ２６０；Ｙｅｓ）、所定のＡ／Ｆ振動運転要求フラグがオンされて、処理はステップＳ２７０に進む。ステップＳ２７０では、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆ振動運転要求フラグのオン動作に応答して、Ａ／Ｆ振動運転の実行を開始する。Ａ／Ｆ振動運転における空燃比は、その初期状態では、＃１気筒８１がリッチ、＃２気筒８２がリーン、＃３気筒８３がストイキに設定される。二次空気要求に応答して、＃３気筒に供給される混合気はリッチにされている。
【００９１】
第２実施形態では、空燃比振幅量は固定値とされる。しかしながら、空燃比振幅量は、第１実施形態と同様にＡ／Ｆ振動運転の開始直後に、初期値である０から徐々に拡大されてもよい。Ａ／Ｆ振動運転中には、リッチ気筒とリーン気筒とのトルク差を補償してトルクを平均化するように、リッチ気筒の点火時期が遅角され、リーン気筒の点火時期が進角される。
【００９２】
次にステップＳ２８０〜Ｓ３００では、ＥＣＵ５０は、排気通路１８内におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態が、外気温度が低いことに起因した第１分岐１１ａにおける温度の低下によって不良になっているかを判定する。これらステップＳ２８０〜Ｓ３００における処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ８０〜Ｓ１００における処理と同様である。
【００９３】
次に、ステップＳ３１０〜Ｓ３３０では、ＥＣＵ５０は、吸入空気量ＫＬに応じて、気筒８１，８２に対する燃焼状態の割当の変更、又は空燃比の振幅の減少を、選択的に実行する。これらステップＳ３１０〜Ｓ３３０における処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１４０における処理と同様である。
【００９４】
次に、ステップＳ３４０では、ＥＣＵ５０は、排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが、予め定められた第４基準温度ｔｈ４よりも高いかを判定する。この第４基準温度ｔｈ４は、それより高い温度領域において、３つの気筒の全てからの未燃焼ガスを含んだ排出ガスを燃焼させるのに適した量の二次空気（すなわち３気筒分の二次空気）を供給した場合に、未燃焼ガスを十分に燃焼させることが可能な温度とされる。排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが第４基準温度ｔｈ４以下である場合（ステップＳ３４０；Ｎｏ）、ステップＳ２７０のＡ／Ｆ振動運転が継続して実行され、温度Ｔｅｘが第４基準温度ｔｈ４よりも高くなるまで、点火遅角状態での二次空気の供給が続行される。
【００９５】
ステップＳ３４０で肯定、すなわち排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが第４基準温度ｔｈ４よりも高い場合には、３気筒分の二次空気が供給される（ステップＳ３５０）。この場合に、未燃焼ガスによって排気通路内の温度上昇を促進するために、リッチ気筒である＃１気筒８１及び二次空気供給気筒である＃３気筒８３に供給される混合気の空燃比が、更にリッチにされる。供給される二次空気の量は、この混合気のリッチ化に対応した量とされる。二次空気の供給によって、未燃焼ガスを含んだ排出ガスが排気通路１８内で燃焼させられ、排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが更に上昇する。
【００９６】
最後にＥＣＵ５０は、触媒暖機が完了したかを判断する（Ｓ３６０）。この判断は、例えばエアフローメータ３１の検出した吸入空気量の積算値、及び、触媒温度の推定値又は（熱電対などによる）検出値のうちの少なくとも１つに基づいて行うことができ、それぞれ所定の基準値に達した場合に肯定されて、本ルーチンが終了される。ステップＳ３６０で否定の場合には、当該判断が肯定になるまでの間、すなわち触媒暖機が終了するまでの間、ステップＳ２４０からＳ３５０までの処理が繰返し実行される。
【００９７】
図１０は、以上の触媒暖機処理が実行されるときの各部の動作状態を示すタイミング図である。横軸はエンジン始動後の経過時間を示す。図１０において、まず時刻ｔ１において二次空気要求がある場合（ステップＳ２４０；Ｙｅｓ）、＃３気筒８３の枝管に対して二次空気の供給（ｉ）が実行される（Ｓ２５０）。このとき、当該＃３気筒８３の空燃比（図中「１次Ａ／Ｆ」と表記される）はリッチにされる（ｉｉ）。点火遅角（Ｓ２３０）及び二次空気の供給（Ｓ２５０）の結果、排気温度Ｔｅｘは、図１０における実線（ｈ１）のように迅速に増大することになる。
【００９８】
時刻ｔ２において、排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが第２基準温度ｔｈ２より大になると（ｉｉｉ）、Ａ／Ｆ振動運転要求フラグがオンされ、Ａ／Ｆ振動運転が開始（ｉｖ）される（Ｓ２７０）。具体的には、空燃比振幅量（すなわちリーン気筒とリッチ気筒との空燃比がそれぞれ両者の中央値に対してなす差）が０からステップ的に拡大されて目標値とされる。空燃比振幅量の増大と同時に、リーン気筒である＃２気筒８２の点火時期が進角され、リッチ気筒である＃１気筒８１の点火時期が遅角される。このＡ／Ｆ振動運転の結果、排気温度Ｔｅｘは図１０における実線（ｈ２）のように更に増大する。
【００９９】
そして時刻ｔ３において、排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが第４基準温度ｔｈ４よりも高い場合には（ｖ）、３気筒分の二次空気が供給される（ステップＳ３５０，ｖｉ）。このとき、リッチ気筒である＃１気筒８１及び二次空気供給気筒である＃３気筒８３に供給される混合気の空燃比が更にリッチにされる（ｖｉｉ）。したがって、混合気の３気筒平均の空燃比はストイキからリッチに変更される。二次空気の供給によって、未燃焼ガスを含んだ排出ガスが排気通路１８内で燃焼させられ、排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが更に上昇する（ｈ３）。なお、３気筒分の二次空気の供給（ステップＳ３５０）を行わない装置であれば、排気温度Ｔｅｘは図１０における曲線（ｈ４）のように比較的緩慢に増大するものと考えられる。これら二次空気の供給量の変化（ｉ，ｖｉ）の前後にわたり、図中「２次Ａ／Ｆ」と表記される触媒到達ガスの空燃比は、ストイキあるいは弱リーンで一定にされる。
【０１００】
以上の処理の結果、触媒温度は、図１０における実線（ｊ１）のように、３気筒分の二次空気の供給の開始から更に増大させられることになる。なお、３気筒分の二次空気の供給（ステップＳ３５０）を行わない装置であれば、触媒温度は図１０における曲線（ｊ２）のように比較的緩慢に増大するものと考えられる。その結果、三元触媒２１からのＣＯ・ＮＯｘ・ＨＣの排出量（ｋ）は、３気筒分の二次空気の供給を行わない場合（ｍ）に比べて、更に低減されることになる。
【０１０１】
以上のとおり、第２実施形態では、二次空気の供給量を、反応状態が高いほど大きくするように装置を構成した。したがって、二次空気の供給量を増大することによって、触媒の暖機を迅速化できる。また、排気合流部Ａの温度Ｔｅｘが比較的低いときであっても少量の二次空気を供給するので、二次空気の供給を比較的早期に開始でき、これによって触媒の暖機を迅速化できる。
【０１０２】
また第２実施形態では、反応状態が第４基準温度（ｔｈ４）以下である場合に、二次空気の供給量を第１の供給量とし、反応状態が第４基準温度（ｔｈ４）より大である場合に、二次空気の供給量を第１の供給量よりも大きい第２の供給量とするように構成した。したがって、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。
【０１０３】
また、第２実施形態では、二次空気供給通路４１を、排気通路における各気筒から排気合流部Ａに向けて延びる複数の枝管のうちの一部のみに設けたので、二次空気供給通路４１の占有スペースが少なく、スペースファクターにおいて有利である。
【０１０４】
本発明は上述した態様のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【０１０５】
例えば、上記各実施形態では一部の気筒８１，８２のみについて燃焼状態の割り当てを変更（交替）したが、全部の気筒について当該割り当てを変更（交替）しても良い。上記実施形態では急速暖機要求に応答して点火遅角を実行したが（Ｓ３０）、点火遅角を実行することは本発明において必須ではない。上記各実施形態では、排気合流部Ａにおけるリッチガスとリーンガスとの反応状態を、排出ガス中の空燃比の変動（Ａ／Ｆセンサ３４の検出値から得られる空燃比差分値ΔＡ／Ｆ）に基づいて検出したが（ステップＳ８０、Ｓ２８０）、当該反応状態は、排気温度Ｔｅｘを所定の基準値と比較することで検出しても良い。この場合には、排気温度Ｔｅｘが所定の基準値よりも低い場合に、反応状態が不良であると判断することができる。この場合の排気温度Ｔｅｘの検出点は、排気合流部Ａまたはこれよりも下流側であって三元触媒２１よりも上流側とするのが好適である。
【０１０６】
第２実施形態では、二次空気の供給量を「オフ」「１気筒分」「３気筒分」の間で離散的又はステップ的に変更したが、二次空気の供給量はこれらの間で比例的又は連続的に変更しても良い。これに対応して、各気筒の空燃比も比例的又は連続的に変更することができる。
【０１０７】
上記各実施形態では、単一の気筒にのみ二次空気供給通路４１を設けたが、二次空気供給通路４１は２以上の気筒に設けても良い。
【０１０８】
上記各実施形態では触媒として三元触媒２１を使用したが、本発明は他の種類の触媒、とくに活性化温度までの加熱処理を要する各種の触媒についても適用できる。上記実施形態では過給機４・バイパス通路１９及びウエストゲートバルブ２０を備えたエンジン８に本発明を適用したが、これらはいずれも必須ではない。上記実施形態では本発明をガソリン内燃機関に適用したが、本発明はディーゼルエンジンや気体燃料エンジンなど、ガソリン以外の燃料を用いる内燃機関について適用することも可能であって、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。
【符号の説明】
【０１０９】
８  エンジン
１０  燃料噴射弁
１１ａ  第１分岐
１８  排気通路
１９  バイパス通路
２０  ウエストゲートバルブ
２１  三元触媒
３１  エアフローメータ
３４  Ａ／Ｆセンサ
３５  排気温度センサ
５０  ＥＣＵ
８１，８２，８３  気筒
Ａ  排気合流部
【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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