(57)【要約】【課題】この発明は、空燃比センサの故障診断時に空燃比制御を行う装置として好適な内燃機関の空燃比制御装置に関し、空燃比センサの故障診断中において、触媒に流入する排気ガスを確実に浄化し、エミッションの悪化を効果的に防止することのできる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】内燃機関の排気通路に配置された触媒と、前記排気通路に配置された排気ガスセンサと、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比と一致するように、前記排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックする手段と、前記排気ガスセンサの異常出力が検知される異常期間か否かを判別する手段と、前記異常期間中は、前記異常期間以前のフィードバック制御量を基準に、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を、燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段と、を備える。【選択図】図２
2007239491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記排気通路に配置された排気ガスセンサと、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比と一致するように、前記排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックするフィードバック手段と、
前記排気ガスセンサの異常出力が検知される異常期間か否かを判別する異常期間判別手段と、
前記異常期間中は、前記異常期間以前の前記フィードバック手段に基づくフィードバック制御量を基準に、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を、燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記フィードバック制御量は、前記異常期間直前の前記排気ガスセンサの出力値に基づいて算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記異常期間は、前記排気ガスセンサの故障診断に使用される診断電圧が前記排気ガスセンサに印加されてから、前記排気ガスセンサの出力が安定するまでの期間であることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記空燃比制御手段は、所定時間毎に燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させることを特徴とする請求項１乃至３記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記空燃比制御手段は、所定燃料噴射回数毎に燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させることを特徴とする請求項１乃至３記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、空燃比センサの故障診断時に空燃比制御を行う装置として好適な内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開平８−３２７５８６号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路に配置された排気ガスセンサ（以下、単に「センサ」とも称す）の異常を検出するためのシステムが知られている。排気ガスセンサは、排気ガスに晒されるように設けられた排気側電極と、センサ素子内部の大気層に晒されるように設けられた大気側電極とを備えている。
【０００３】
大気層は、センサ素子により排気通路の内部空間から隔離され、かつ、大気に導通する空間である。上記従来のシステムにおいては、排気側電極を正極、大気側電極を負極として両者間に電圧（以下、「逆電圧」と称す）を印加すると、センサ素子には大気層内の酸素濃度に応じた電流が流れる。つまり、センサ素子が正常であれば、大気中の酸素濃度に対応する電流が流通する。一方、センサ素子に割れが生じており、大気層中に排気ガスが混入している場合は、大気層中の酸素濃度が下がるため、センサ素子を流れる電流は、正常電流に比して小さなものとなる。
【０００４】
このように、逆電圧印加に伴い発生する電流の値は、センサ素子に割れが生じているか否かに応じて変化する。したがって、その電流の値に着目すれば、センサ素子に割れが生じているか否かを判断することが可能である。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３２７５８６号公報
【特許文献２】特開平４−２７７３３号公報
【特許文献３】特開２００４−２０４７７２号公報
【特許文献４】特開２００３−３８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、内燃機関は排気浄化触媒を備えている。排気浄化触媒は酸素を内部に貯蔵する機能を有する。そして、排気ガスに含まれるＣＯ、ＨＣの酸化、ＮＯＸの還元を行い、それぞれＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｎ２へと無害化する能力を持つ。このため、かかる酸化反応および還元反応がバランス良く実施されることで、触媒に貯蔵される酸素量の偏りを防止し、触媒の浄化能力を常に高く保つことができる。
【０００７】
しかしながら、上記排気ガスセンサの故障診断中はセンサに逆電圧を印加するため、センサ出力に基づくフィードバック制御を実行することができず、排気ガスの空燃比が理論空燃比から燃料リーン側あるいは燃料リッチ側に外れる可能性がある。このため、かかる状況が継続されると、触媒において酸化あるいは還元反応のみが頻繁に行われ、酸素不足あるいは満貯蔵により排気ガスを十分に浄化することができず、エミッションが悪化する原因となる。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、空燃比センサの故障診断中において、触媒に流入する排気ガスを確実に浄化し、エミッションの悪化を効果的に防止することのできる内燃機関の空燃比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】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の空燃比制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記排気通路に配置された排気ガスセンサと、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比と一致するように、前記排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックするフィードバック手段と、
前記排気ガスセンサの異常出力が検知される異常期間か否かを判別する異常期間判別手段と、
前記異常期間中は、前記異常期間以前の前記フィードバック手段に基づくフィードバック制御量を基準に、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を、燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記フィードバック制御量は、前記異常期間直前の前記排気ガスセンサの出力値に基づいて算出することを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１または２の発明において、
前記異常期間は、前記排気ガスセンサの故障診断に使用される診断電圧が前記排気ガスセンサに印加されてから、前記排気ガスセンサの出力が安定するまでの期間であることを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、第１乃至３の発明において、
前記空燃比制御手段は、所定時間毎に燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させることを特徴とする。
【００１３】
また、第５の発明は、第１乃至３の発明において、
前記空燃比制御手段は、所定燃料噴射回数毎に燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、排気ガスセンサの異常出力が検知される異常期間中の空燃比フィードバック制御に関し、異常期間以前のフィードバック制御に基づくフィードバック制御量を基準に、内燃機関に供給される混合気を燃料リッチ側と燃料リーン側に交互に変動させることができる。内燃機関は混合気の燃焼により生じた排気ガスを触媒に流入させる。このため、本発明によれば、燃料リッチあるいは燃料リーンな排気ガスを交互に触媒に流入させ、触媒の排気浄化能力を高めることができる。
【００１５】
第２の発明によれば、フィードバック制御量は、排気ガスセンサの異常出力が検知される直前の排気ガスセンサの出力値に基づいて算出することができる。異常期間直前は正しいセンサ出力値が検知されている。このため、本発明によれば、かかる出力値に基づいて、精度良くフィードバック制御量を算出することができる。
【００１６】
第３の発明によれば、異常期間は、排気ガスセンサの故障診断において、故障診断に使用される診断電圧が前記排気ガスセンサに印加されてから、前記排気ガスセンサの出力が安定するまでの期間とすることができる。
【００１７】
第４の発明によれば、フィードバック制御量を基準に、所定時間毎に混合気を燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させることができる。このため、本発明によれば、燃料リーンあるいは燃料リッチな混合気の燃焼を確実に同じ時間毎に切り替えることができる。
【００１８】
第５の発明によれば、フィードバック制御量を基準に、所定燃料噴射回数毎に混合気を燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させることができる。このため、本発明によれば、所望量の燃料リーンあるいは燃料リッチな排気ガスを確実に交互に触媒に流入させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１のハードウェア構成を説明するための図である。図１に示すとおり、本実施形態のシステムは内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２には、吸入空気量を検出するエアフロメータ１６が配置されている。エアフロメータ１６の下流には、スロットルバルブ１８が配置されている。スロットルバルブ１８の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットルセンサ２０が配置されている。
【００２１】
内燃機関１０の各気筒には、吸気ポート内に燃料を噴射するためのインジェクタ２２、吸気弁２４、点火プラグ２６、および排気弁２８が設けられている。
【００２２】
内燃機関のクランク軸３０の近傍には、クランク軸３０の回転角を検出するためのクランク角センサ３２が取り付けられている。クランク角センサの出力によれば、クランク軸３０の回転位置や、機関回転数NEなどを検知することができる。
【００２３】
内燃機関１０の排気通路１４には、排気浄化触媒（以下、単に「触媒」とも称す）３４が配置されている。触媒３４は、流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収またはその両方にて選択的に保持（貯蔵）し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になったときに、貯蔵しているＮＯＸを排気中の還元成分（ＨＣ、ＣＯ）を用いて還元浄化するものである。換言すれば、触媒３４は、排気通路１４を流れるガス中に含まれる酸素を保持（貯蔵）することにより酸化され、排気中に還元成分が含まれる場合は、酸素を放出することで還元状態とされるものである。
【００２４】
排気通路１４には、触媒３４の上流に、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）３６が配置されている。空燃比センサ３６は、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出するセンサであって、触媒３４に流入する排気ガス中の酸素濃度に基づいて内燃機関１０で燃焼に付された混合気の空燃比を検出するものである。
【００２５】
本実施の形態の空燃比制御装置は、ECU(Electronic Control Unit)５０を備えている。ECU５０には、上述した各種センサ、およびインジェクタ２２などが接続されている。ECU５０は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。
【００２６】
［実施の形態１における空燃比制御］
空燃比フィードバック制御：
本実施の形態の装置は、空燃比センサ３６の出力などに基づいて空燃比フィードバック制御を実行する。この空燃比フィードバック制御では、より具体的には、空燃比センサ出力に基づいて、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比（以下、「制御Ａ／Ｆ」と称す）が制御目標Ａ／Ｆ（通常は理論空燃比）に一致するように燃料噴射量を制御する処理（以下、「メインフィードバック制御」と称す）が行われる。
【００２７】
メインフィードバック制御が実行された排気ガスは、排気通路１４に配置された触媒３４に流入する。上述したとおり、触媒３４は酸素を内部に貯蔵する機能を有する。そして、排気ガスに含まれるＣＯ、ＨＣの酸化、ＮＯＸの還元を行い、それぞれＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｎ２へと無害化する能力を持つ。このため、かかる酸化反応および還元反応がバランス良く実施されることで、触媒に貯蔵される酸素量の偏りを防止し、触媒の浄化能力を常に高く保つことができる。
【００２８】
空燃比センサの故障診断：
本実施の形態の装置は空燃比センサ３６の故障診断判定が定期的に実行される。空燃比センサ３６は、ジルコニア等で構成された電解質層と、排気ガスに晒されるように設けられた排気側電極と、大気層に晒されるように設けられた大気側電極とを備えている。そして、空燃比センサ３６には、センサ出力を検出するための正電圧と、故障診断を実施するための逆電圧とが選択的に印加される。正電圧を印加すると、大気側電極と排気側電極との間には、排気ガス中の酸素過不足量に応じたセンサ電流、つまり、排気ガスの空燃比に応じたセンサ電流が流通する。このため、そのセンサ電流を検出すれば、排気空燃比を検知することができる。
【００２９】
一方、逆電圧を印加すると、大気側電極の表面に接している酸素がイオン化されて排気側電極に向けてポンピングされる。その結果、排気側電極と大気側電極との間には、大気層中の酸素濃度と相関を有する負の電流（逆電流）が流通する。つまり、センサ素子が正常であれば、大気中の酸素濃度に対応する電流が流通し、センサ素子に割れが生じており、大気層中に排気ガスが混入している場合は、大気層中の酸素濃度が下がるため、センサ素子を流れる電流は、正常電流に比して小さなものとなる。
【００３０】
このように、排気側電極と大気側電極との間に電圧を印加することで発生する電流の値は、センサ素子に割れが生じているか否かに応じて変化する。したがって、かかる電流値の変動に基づいて、センサ素子に割れが生じているか否かを判断することができる。
【００３１】
故障診断中の空燃比制御：
上述したセンサの故障診断実行中はセンサに逆電圧を印加するため、正電圧印加に伴うセンサ出力を検知することができない。また、逆電圧印加直後においては、逆電圧印加中に排気側電極にポンピングされた酸素イオンの影響により、正確なセンサ出力を検知することができない。このため、逆電圧印加期間に加え、その後安定したセンサ出力信号が得られるまでの期間（以下、「故障診断期間」と称す）は、上記メインフィードバック制御を実施することができず、制御Ａ／Ｆが理論空燃比から燃料リーン側あるいは燃料リッチ側に外れる可能性がある。
【００３２】
制御Ａ／Ｆが燃料リーン側に外れた場合、触媒には燃料リーンな排気ガスが流入する。燃料リーンな排気ガスには、多量のＮＯＸが含まれている。このため、触媒内部においてはＮＯＸの還元反応が頻繁に行われ、触媒内部に多量の酸素が貯蔵される。そして、このような状況が継続すると、触媒の酸素貯蔵量が限界に達し（満貯蔵）、還元反応をすることができないＮＯＸがそのまま排出され、エミッションが悪化する原因となる。
【００３３】
一方、制御Ａ／Ｆが燃料リッチ側に外れた場合、触媒には燃料リッチな排気ガスが流入する。燃料リッチな排気ガスには、多量のＨＣやＣＯが含まれている。このため、触媒内部においてはＨＣやＣＯの酸化反応が頻繁に行われ、触媒内部に貯蔵された酸素が排出される。そして、このような状況が継続すると、触媒に貯蔵された酸素が不足し、酸化反応をすることができないＨＣやＣＯがそのまま排出され、エミッションが悪化する原因となる。
【００３４】
そこで、本実施の形態においては、空燃比センサ３６の故障診断期間は、内燃機関１０に供給される燃料ガスの空燃比Ａ／Ｆを、故障診断期間直前のメインフィードバック制御量を基準に、燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させることとする。燃料リッチな排気ガスと燃料リーンな排気ガスとが交互に触媒に流入すると、触媒での酸化反応および還元反応が交互に実行される。このため、触媒での酸素の貯蔵、排出がバランスよく繰り返し行われ、酸素貯蔵量の偏りを効果的に防止し、確実に排気ガスを浄化することができる。したがって、故障診断期間においても、エミッションの悪化を効果的に防止することができる。
【００３５】
[実施の形態１における具体的処理]
図２は、上述した故障診断期間のメインフィードバック制御を実現するために、ECU５０が実行するルーチンのフローチャートであり、所定時間毎（例えば、１６msec毎）に実行される。図２に示すルーチンによれば、先ず、空燃比センサ３６の故障診断期間か否かが判別される（ステップ１００）。故障診断期間は、センサの特性、逆電圧の印加電圧、および印加時間などに基づいて特定される期間である。ここでは、具体的には、その特定された故障診断期間に該当するか否かが判別される。
【００３６】
上記ステップ１００において、故障診断期間でないと判別された場合には、通常のメインフィードバック制御の処理が実行される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、例えば、ＰＩ制御によりメインフィードバック補正値を算出する場合には、先ず、空燃比センサ３６のセンサ信号に基づいて、制御Ａ／Ｆが特定される。ECU５０は、センサ信号（電圧）と制御Ａ／Ｆとの関係を定めたマップを記憶している。ここではそのマップに従って、センサ信号に対応する制御Ａ／Ｆが特定される。そして、制御Ａ／Ｆと制御目標Ａ／Ｆとの偏差（ΔＡ／Ｆ）が算出され、ΔＡ／Ｆに基づく比例項、および積分項の和としてメインフィードバック補正量が算出される。
【００３７】
一方、上記ステップ１００において故障診断期間と判別された場合には、前回のルーチンにおいて、後述するステップ１０６に示すリッチ制御が実行されたか否かが判断される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、前回のルーチンにて選択された制御の履歴に基づいて、実行された制御が特定される。
【００３８】
ステップ１０４において、前回リッチ制御が実行されなかったと判断された場合、すなわち、前回のルーチンにおいて、ステップ１０２に示す通常のメインフィードバック制御、あるいは後述するステップ１０８に示すリーン制御が実施された場合には、リッチ制御が実行される（ステップ１０６）。ここでは、具体的には、先ず、上述したステップ１０２にて実行される通常のメインフィードバック制御と同様の処理が実行される。ここで算出されるメインフィードバック補正量は、制御Ａ／Ｆを制御目標Ａ／Ｆ（理論空燃比）にするための燃料噴射補正量である。このため、リッチ制御を実現するために、次に、かかる補正量にリッチ補正係数β（β≧１．０）を掛け合わせる処理が実行される。リッチ補正係数βは１以上の値（例えば、β＝１．１）であり、急激なトルク変動が生じない範囲内で設定される。このため、リッチ制御補正量は理論空燃比を実現するためのフィードバック補正量よりも大きな値となり、これにより、燃料リッチな排気ガスが触媒に流入することとなる。
【００３９】
これに対し、ステップ１０４において、前回のルーチンにおいて、ステップ１０６に示すリッチ制御が実行されたと判断された場合には、リーン制御が実行される（ステップ１０８）。ここでは、具体的には、先ず、上述したステップ１０２にて実行される通常のメインフィードバック制御と同様の処理が実行される。ここで算出されるメインフィードバック補正量は、上述したとおり、制御Ａ／Ｆを制御目標Ａ／Ｆ（理論空燃比）にするための燃料噴射補正量である。このため、本ステップにおいては、次に、かかる補正量にリーン補正係数α（α≦１．０）を掛け合わせる処理が実行される。リーン補正係数αは１以下の値（例えば、α＝０．９）であり、リッチ補正係数βと同様に、急激なトルク変動が生じない範囲内で設定される。このため、リーン制御補正量は理論空燃比を実現するためのフィードバック補正量よりも小さな値となり、これにより、燃料リーンな排気ガスが触媒に流入することとなる。
【００４０】
上述したとおり、本ルーチンは所定時間毎（例えば１６msec毎）に繰り返し実行される。このため、故障診断期間においては、ステップ１０６に示すリッチ制御と、ステップ１０８に示すリーン制御が交互に実行されることとなる。したがって、これらの燃料噴射補正量に対応する燃料ガスが順次内燃機関１０に供給されることにより、燃料リッチな排気ガスと燃料リーンな排気ガスとを交互に触媒３４に流入させることができる。これにより、触媒での酸化反応および還元反応がバランス良く実行され、触媒の酸素貯蔵量が偏ることなく、常に排気ガスを確実に浄化し、故障診断期間においてもエミッションの悪化を防止することができる。
【００４１】
ところで、上述した実施の形態１においては、排気通路１４に空燃比センサ３６を配置した内燃機関において本実施の形態を実行することとしているが、システム構成はこれに限定されない。すなわち、Ｖ型等に代表される排気通路を２つ備え、各排気通路に空燃比センサが配置された内燃機関において、それぞれのセンサ信号に基づいて空燃比制御を行うこととしてもよい。この点は、以下に説明する他の実施形態においても同様である。
【００４２】
また、上述した実施の形態１においては、Ｐ制御およびＩ制御に基づいて、メインフィードバック制御を行うこととしているが、制御手法はこれに限られない。すなわち、Ｐ制御あるいはＩ制御のみを行うこととしてもよいし、これらにさらにＤ制御（微分制御）を加えたメインフィードバック制御としてもよい。この点は、以下に説明する他の実施形態においても同様である。
【００４３】
また、上述した実施の形態１においては、排気通路１４に配置された触媒３４の上流に、空燃比センサ３６を配置し、かかるセンサの出力信号に基づいてメインフィードバック制御を行うこととしているが、空燃比制御手法はこれに限られない。すなわち、触媒３４の下流にサブ酸素センサを配置し、かかるセンサの出力信号に基づいて空燃比制御を行うサブフィードバック制御と組み合わせて、空燃比制御を実行することとしてもよい。この点は、以下に説明する他の実施形態においても同様である。
【００４４】
また、上述した実施の形態１においては、故障診断期間のフィードバック制御に関して、故障診断直前のフィードバック制御量を基準値として、排気空燃比が燃料リッチ側と燃料リーンとに交互に変動するように燃料噴射量を増減補正することとしているが、基準値はこれに限られない。すなわち、故障診断期間以前のフィードバック制御量の履歴に基づいて算出された学習値を基準値として、故障診断中の空燃比制御を実行することとしてもよい。この点は、以下に説明する他の実施形態においても同様である。
【００４５】
また、上述した実施の形態１においては、故障診断期間のフィードバック制御に関して、各補正係数により算出された一定のリッチ制御量あるいはリーン制御量に基づいて、排気空燃比を交互に変化させることとしているが、空燃比制御手法はこれに限られない。すなわち、急激な空燃比の変化に伴うトルク変動を防止するために、リッチあるいはリーン制御中の制御量を段階的に変化させ、触媒に流入させる排気ガスの空燃比を段階的に変化させることとしてもよい。
【００４６】
尚、上述した実施の形態１においては、空燃比センサ３６が前記第１の発明における「排気ガスセンサ」に、故障診断期間が前記第１の発明における「異常期間」にそれぞれ相当していると共に、ECU５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常期間判別手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「フィードバック手段」が、上記ステップ１０４の処理において、ステップ１０６とステップ１０８とを交互に選択、実行することにより前記第１の発明における「空燃比制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００４７】
実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
次に、図３および４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、実施の形態１と同様のハードウェア構成を用いて、ECU５０に後述する図４に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００４８】
上述した実施の形態１では、所定時間毎に図２に示すルーチンを実行することにより、故障診断期間のリッチ制御とリーン制御とを交互に実行することとしている。しかしながら、図２に示すルーチンは時間同期にて実行されるのに対し、内燃機関１０の燃焼サイクルはクランク角に同期して実行されている。このため、インジェクタ２２による燃料噴射タイミングに関しても、通常クランク軸３０の回転角と同期して実行される。このため、燃料噴射タイミングによっては、上記リッチ制御およびリーン制御に基づく燃焼が確実に交互に実行されない場合も想定し得る。
【００４９】
そこで、本実施の形態においては、クランク軸の回転角とメインフィードバック制御の補正を同期させる。これにより、燃料リッチな燃料ガスと燃料リーンな燃料ガスとを確実に交互に噴射することが可能となる。したがって、触媒の酸素貯蔵量の偏りを防止し、常に排気ガスを確実に浄化し、故障診断期間においてもエミッションの悪化を防止することができる。
【００５０】
[実施の形態２における特徴的動作]
図３は、内燃機関１０の各気筒の動作を示すタイミングチャートである。ここで、内燃機関１０は４サイクル４気筒エンジンである。この図に示すとおり、本内燃機関１０においては、気筒毎に燃料が噴射される。例えば、第１気筒（＃１）においては、インジェクタ２２から噴射された燃料と吸入空気の混合気が燃焼室に吸入され（吸入行程）、ピストンの上昇により圧縮される（圧縮行程）。そして、点火プラグ２６による点火により、混合気が燃焼し（燃焼行程）、燃焼による排気ガスが排気弁２８から排気通路１４に排気される（排気行程）。この１サイクルの行程の間に、クランク軸３０は７２０°回転する。各気筒の燃焼サイクルは、＃１→＃３→＃４→＃２の順に、クランク角に１８０°の位相差を設けることで、内燃機関１０での燃焼行程が順次実行されることとしている。
【００５１】
ここで、図３に示すとおり、第１気筒（＃１）および第４気筒（＃４）の燃料噴射量を燃料リーンとし、第３気筒（＃３）および第２気筒（＃２）の燃料噴射量を燃料リッチとすると、燃料リーンな排気ガスと、燃料リッチな排気ガスとが交互に排出されることとなる。このため、故障診断期間において、かかる燃料噴射量補正を実行することで、触媒での酸化反応および還元反応をバランス良く実行することができ、触媒の酸素貯蔵量の偏りを防止することができる。したがって、故障診断期間においても常に排気ガスを確実に浄化し、エミッションの悪化を効果的に防止することができる。
【００５２】
[実施の形態２における具体的処理]
図４は、上述した故障診断期間のメインフィードバック制御を実現するために、ECU５０が実行するルーチンのフローチャートであり、所定クランク角毎（例えば、１８０°毎）に実行される。図４に示すルーチンによれば、先ず、空燃比センサ３６の故障診断期間か否かが判別される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１００と同様の処理が実行される。
【００５３】
上記ステップ２００において、故障診断期間でないと判別された場合には、通常のメインフィードバック制御と同様の処理が実行される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１０２と同様の処理が実行され、メインフィードバック補正量が算出される。
【００５４】
一方、上記ステップ２００において故障診断期間と判別された場合には、第１気筒あるいは第４気筒の燃料噴射のタイミングか否かが判断される（ステップ２０４）。ここでは、具体的には、先ず、クランク角センサ３２の出力信号に基づいて、現在のクランク位置が特定される。燃料噴射タイミングはクランク角と同期している。このため、特定されたクランク角に基づいて、いずれの気筒の燃料噴射タイミングかを判断することができる。
【００５５】
ステップ２０４において否定された場合、すなわち第３気筒あるいは第２気筒の燃料噴射タイミングと判断された場合には、リッチ制御が実行される（ステップ２０６）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１０６と同様の処理が実行される。これにより、リッチ制御補正量は、理論空燃比を実現するためのフィードバック補正量よりも大きな値となり、燃料リッチな排気ガスが触媒に流入することとなる。
【００５６】
これに対し、ステップ２０４において、１気筒あるいは４気筒の燃料噴射タイミングと判断された場合には、リーン制御が実行される（ステップ２０８）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１０８と同様の処理が実行される。これにより、リーン制御補正量は、理論空燃比を実現するためのフィードバック補正量よりも小さな値となり、燃料リーンな排気ガスが触媒に流入することとなる。
【００５７】
上述したとおり、本ルーチンはクランク角毎（例えば１８０°毎）に実行される。このため、故障診断期間においては、ステップ２０６に示すリッチ制御と、ステップ２０８に示すリーン制御が確実に交互に実行されることとなる。したがって、かかる燃料噴射量に基づいて燃焼が行われることにより、故障診断期間において、燃料リッチな排気ガスと燃料リーンな排気ガスとを交互に触媒３４に流入させることができる。これにより、触媒での酸化反応および還元反応をバランス良く実行することができ、排気ガスを確実に浄化し、エミッションの悪化を効果的に防止することができる。
【００５８】
ところで、上述した実施の形態２においては、１気筒および４気筒の燃料噴射について、排気空燃比が燃料リーンとなるよう空燃比制御を実行し、故障診断期間の排気ガスが燃料リッチ側と燃料リーン側と交互に排気されるようにしているが、空燃比制御手法はこれに限られない。すなわち、排気ガスが燃料リッチ側と燃料リーン側と交互に排気されるのであれば、第１気筒または第４気筒の燃料噴射について、排気空燃比が燃料リッチとなるよう空燃比制御を実行することとしてもよい。
【００５９】
また、上述した実施の形態２においては、４気筒エンジンの内燃機関について、本実施の形態に示す空燃比制御を実行することとしているが、内燃機関の種類はこれに限定されない。すなわち、燃料リッチな排気ガスと燃料リーンな排気ガスとが交互に触媒に流入するのであれば、６気筒エンジンでも８気筒エンジンでもよい。また、Ｖ型エンジンに代表される排気通路を２つ備え、各排気通路に触媒が配置されている内燃機関においては、各触媒に燃料リッチな排気ガスと燃料リーンな排気ガスとが交互に流入するように空燃比制御を実行することとすれば、内燃機関の種類は限定されない。
【００６０】
また、上述した実施の形態２においては、気筒毎に燃料噴射量の補正を行い、燃料リッチあるいは燃料リーンな排気ガスを交互に触媒に流入させることとしているが、空燃比制御手法はこれに限られない。すなわち、排気ガスが燃料リッチ側と燃料リーン側と交互に排気されるのであれば、複数回の燃焼毎、複数回の燃料噴射毎、あるいは複数気筒毎に燃料リッチあるいは燃料リーンとなるように、空燃比制御を実行することとしてもよい。
【００６１】
尚、上述した実施の形態２においては、空燃比センサ３６が前記第１の発明における「排気ガスセンサ」に、故障診断期間が前記第１の発明における「異常期間」にそれぞれ相当していると共に、ECU５０が、上記ステップ２００の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常期間判別手段」が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「フィードバック手段」が、上記ステップ２０４の処理において、ステップ２０６とステップ２０８とを交互に選択、実行することにより前記第１の発明における「空燃比制御手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２における空燃比制御の手法を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１０  内燃機関
１２  排気通路
１４  排気通路
１６  エアフロメータ
２２  インジェクタ
２４  吸気弁
２６  点火プラグ
２８  排気弁
３０  クランク軸
３２  クランク角センサ
３４  排気浄化触媒
３６  空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）
５０  ECU(Electronic Control Unit)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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