(57)【要約】【課題】硫黄成分による触媒貴金属の活性低下を抑制し、酸素吸蔵能力の低下を抑制する。【解決手段】複数の気筒を有する内燃機関の排気浄化装置は、排気浄化触媒２０と、下流側空燃比センサ４１と、排気ガスの平均空燃比及び各気筒の燃焼空燃比を制御する制御装置とを具備する。制御装置は、平均空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に制御する平均空燃比制御と、平均空燃比制御によって平均空燃比がリーン空燃比に制御されているときにおいても、複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では燃焼空燃比がリッチ空燃比になるように、各気筒の燃焼空燃比を制御する気筒間空燃比制御とを実行する。平均空燃比制御では、平均空燃比をリーン空燃比に制御したときのリーンシフト量が、平均空燃比をリッチ空燃比に制御したときのリッチシフト量よりも小さくなるように、平均空燃比が制御される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関の排気浄化装置において、
機関排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置された下流側空燃比センサと、各気筒において燃焼が行われるときの燃焼空燃比を制御する制御装置とを具備し、
前記制御装置は、全ての気筒での燃焼空燃比の平均値である平均空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比とに交互に制御する平均空燃比制御と、
前記平均空燃比制御によって前記平均空燃比がリーン空燃比に制御されているときにおいても、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では燃焼空燃比がリッチ空燃比になるように、各気筒の燃焼空燃比を制御する気筒間空燃比制御とを実行し、
前記平均空燃比制御では、前記平均空燃比をリーン空燃比に制御したときの該平均空燃比と理論空燃比との差であるリーンシフト量が、前記平均空燃比をリッチ空燃比に制御したときの該平均空燃比と理論空燃比との差であるリッチシフト量よりも小さくなるように、前記平均空燃比が制御される、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記気筒間空燃比制御では、前記平均空燃比制御によって前記平均空燃比がリッチ空燃比に制御されているときにおいても、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では燃焼空燃比がリーン空燃比になるように、各気筒の燃焼空燃比が制御される、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記平均空燃比がリッチ空燃比に制御されているときには、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、前記複数の気筒の全てにおいて燃焼空燃比がリッチ空燃比になるように、各気筒の燃焼空燃比を制御する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記複数の気筒のうち一部の気筒では前記平均空燃比よりもリッチになるように且つ前記複数の気筒のうち残りの気筒では前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、
前記平均空燃比よりもリッチとされる気筒の燃焼空燃比と前記平均空燃比との差は、前記平均空燃比よりもリーンとされる気筒の燃焼空燃比と前記平均空燃比との差に等しい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記複数の気筒のうち一部の気筒では前記平均空燃比よりもリッチになるように且つ前記複数の気筒のうち残りの気筒では前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、
前記気筒間空燃比制御において前記平均空燃比よりもリッチにされる気筒の燃焼空燃比と前記平均空燃比よりもリーンにされる気筒の燃焼空燃比との差は、前記平均空燃比制御における前記リッチシフト量と前記リーンシフト量との合計値よりも大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記排気浄化触媒の温度が該排気浄化触媒の活性温度よりも低い場合には、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、前記複数の気筒の全てにおいて燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比を制御する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記排気浄化触媒の温度が所定の上限温度よりも高い場合には、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、前記複数の気筒の全てにおいて燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、前記上限温度は前記排気浄化触媒の活性温度よりも高い、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記排気浄化触媒の温度が前記上限温度よりも高い温度から低下していく場合には、前記排気浄化触媒の温度が前記上限温度以下になっても所定の切換温度に到達するまでは、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、前記複数の気筒の全てにおいて燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、前記排気浄化触媒の温度が前記切換温度以下になったときに、前記気筒間空燃比制御を実行し、前記切換温度は、前記上限温度よりも低く且つ前記活性温度よりも高い、請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記平均空燃比制御により前記平均空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられた直後の最初の気筒では、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、前記平均空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられた直後の最初の気筒では、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリッチになるように各気筒の空燃比を制御する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記複数の気筒のうち一部の気筒では前記平均空燃比よりもリッチになるように且つ前記複数の気筒のうち残りの気筒では前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、前記気筒間空燃比制御を開始するときには、開始後最初に燃料供給が行われる気筒において前記平均空燃比よりもリッチになるように燃焼空燃比が制御される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記気筒間空燃比制御を開始するときであっても、該気筒間空燃比制御の開始直前に前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるような制御を行っていた場合、開始後最初に燃料供給が行われる気筒において前記平均空燃比よりもリーンになるように燃焼空燃比が制御される、請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記平均空燃比制御において、前記平均空燃比をリッチ空燃比に制御しているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記平均空燃比をリーン空燃比に切り替えると共に、前記平均空燃比をリーン空燃比に制御しているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になったときに前記平均空燃比をリッチ空燃比に切り替える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記平均空燃比制御において、前記平均空燃比をリッチ空燃比に制御しているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記平均空燃比をリーン空燃比に切り替えると共に、前記平均空燃比をリーン空燃比に制御し始めてからの前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が該排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量よりも少ない予め定められた切替基準吸蔵量に達したときに前記平均空燃比をリッチ空燃比に切り替える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記制御装置は、前記平均空燃比制御において、少なくとも前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下であるときには、前記平均空燃比を、前記出力空燃比が前記リッチ判定空燃比よりも大きいときに比べてリーン度合いの大きいリーン空燃比に制御する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
前記制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下であるときには、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比を制御する、請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１６】
前記制御装置は、前記平均空燃比制御において、少なくとも前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上であるときには、前記平均空燃比を、前記出力空燃比が前記リーン判定空燃比よりも小さいときに比べてリッチ度合いの大きいリッチ空燃比に制御する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１７】
前記制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上であるときには、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比を制御する、請求項１６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１８】
前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記平均空燃比よりもリッチになるように且つ前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、
前記気筒間空燃比制御の実行中に前記平均空燃比よりもリッチにされる気筒の空燃比と前記平均空燃比よりもリーンにされる気筒の空燃比との差は、前記排気浄化触媒の劣化度合いが大きくなると小さくされる、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１９】
前記平均空燃比制御における前記リッチシフト量及び前記リーンシフト量は前記排気浄化触媒の劣化度合いが大きくなると小さくされる、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２０】
前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記平均空燃比よりもリッチになるように且つ前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、
前記気筒間空燃比制御の実行中に前記平均空燃比よりもリッチにされる気筒の空燃比と前記平均空燃比よりもリーンにされる気筒の空燃比との差は、燃焼室に供給される吸入空気量が多くなると小さくされる、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２１】
前記平均空燃比制御における前記リッチシフト量及び前記リーンシフト量は燃焼室に供給される吸入空気量が多くなると小さくされる、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２２】
前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記平均空燃比よりもリッチになるように且つ前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、
前記気筒間空燃比制御の実行中に前記平均空燃比よりもリッチにされる気筒の空燃比と前記平均空燃比よりもリーンにされる気筒の空燃比との差は、前記排気浄化触媒の温度が高くなると小さくされる、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気流れ方向において排気浄化触媒の上流側及び下流側それぞれに空燃比センサ又は酸素センサを配置した内燃機関の排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献１、２）。斯かる排気浄化装置では、上流側センサの出力に基づいて排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射量のメインフィードバック制御が行われる。加えて、下流側センサの出力に基づいてメインフィードバック制御の目標空燃比が補正される。
【０００３】
加えて、特許文献１に記載の排気浄化装置では、機関冷間始動時等、排気浄化触媒の温度が低いときに、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を一定時間間隔毎にリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に変化させるようにしている。特許文献１によれば、これにより、排気浄化触媒を迅速に昇温することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２３６４４号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／１１８８８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃焼室から排出される排気ガス中には硫黄成分が含まれている。斯かる硫黄成分は、一定の条件下で、排気浄化触媒の担体上に担持されている触媒貴金属の表面に吸着又は吸蔵され、触媒貴金属の表面を被覆する。この結果、触媒貴金属の活性が低下し、酸素の吸放出がされにくくなり、これによって排気浄化触媒の酸素吸蔵能力が低下する。また、排気浄化触媒に流入した排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯやＮＯｘ等の浄化能力の低下を招く。
【０００６】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、硫黄成分による触媒貴金属の活性低下を抑制すると共に排気浄化触媒の酸素吸蔵能力の低下を抑制することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、第１の発明では、複数の気筒を有する内燃機関の排気浄化装置において、機関排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置された下流側空燃比センサと、各気筒において燃焼が行われるときの燃焼空燃比を制御する制御装置とを具備し、前記制御装置は、全ての気筒での燃焼空燃比の平均値である平均空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比とに交互に制御する平均空燃比制御と、前記平均空燃比制御によって前記平均空燃比がリーン空燃比に制御されているときにおいても、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では燃焼空燃比がリッチ空燃比になるように、各気筒の燃焼空燃比を制御する気筒間空燃比制御とを実行し、前記平均空燃比制御では、前記平均空燃比をリーン空燃比に制御したときの該平均空燃比と理論空燃比との差であるリーンシフト量が、前記平均空燃比をリッチ空燃比に制御したときの該平均空燃比と理論空燃比との差であるリッチシフト量よりも小さくなるように、前記平均空燃比が制御される、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００８】
第２の発明では、第１の発明において、前記気筒間空燃比制御では、前記平均空燃比制御によって前記平均空燃比がリッチ空燃比に制御されているときにおいても、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では燃焼空燃比がリーン空燃比になるように、各気筒の燃焼空燃比が制御される。
【０００９】
第３の発明では、第１の発明において、前記制御装置は、前記平均空燃比がリッチ空燃比に制御されているときには、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、前記複数の気筒の全てにおいて燃焼空燃比がリッチ空燃比になるように、各気筒の燃焼空燃比を制御する。
【００１０】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記複数の気筒のうち一部の気筒では前記平均空燃比よりもリッチになるように且つ前記複数の気筒のうち残りの気筒では前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、前記平均空燃比よりもリッチとされる気筒の燃焼空燃比と前記平均空燃比との差は、前記平均空燃比よりもリーンとされる気筒の燃焼空燃比と前記平均空燃比との差に等しい。
【００１１】
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記複数の気筒のうち一部の気筒では前記平均空燃比よりもリッチになるように且つ前記複数の気筒のうち残りの気筒では前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、前記気筒間空燃比制御において前記平均空燃比よりもリッチにされる気筒の燃焼空燃比と前記平均空燃比よりもリーンにされる気筒の燃焼空燃比との差は、前記平均空燃比制御における前記リッチシフト量と前記リーンシフト量との合計値よりも大きい。
【００１２】
第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記排気浄化触媒の温度が該排気浄化触媒の活性温度よりも低い場合には、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、前記複数の気筒の全てにおいて燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比を制御する。
【００１３】
第７の発明では、第１〜第６のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記排気浄化触媒の温度が所定の上限温度よりも高い場合には、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、前記複数の気筒の全てにおいて燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、前記上限温度は前記排気浄化触媒の活性温度よりも高い。
【００１４】
第８の発明では、第７の発明において、前記制御装置は、前記排気浄化触媒の温度が前記上限温度よりも高い温度から低下していく場合には、前記排気浄化触媒の温度が前記上限温度以下になっても所定の切換温度に到達するまでは、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、前記複数の気筒の全てにおいて燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、前記排気浄化触媒の温度が前記切換温度以下になったときに、前記気筒間空燃比制御を実行し、前記切換温度は、前記上限温度よりも低く且つ前記活性温度よりも高い。
【００１５】
第９の発明では、第１〜第８のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記平均空燃比制御により前記平均空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられた直後の最初の気筒では、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、前記平均空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられた直後の最初の気筒では、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリッチになるように各気筒の空燃比を制御する。
【００１６】
第１０の発明では、第１〜第９のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記複数の気筒のうち一部の気筒では前記平均空燃比よりもリッチになるように且つ前記複数の気筒のうち残りの気筒では前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、前記気筒間空燃比制御を開始するときには、開始後最初に燃料供給が行われる気筒において前記平均空燃比よりもリッチになるように燃焼空燃比が制御される。
【００１７】
第１１の発明では、第１０の発明において、前記気筒間空燃比制御を開始するときであっても、該気筒間空燃比制御の開始直前に前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるような制御を行っていた場合、開始後最初に燃料供給が行われる気筒において前記平均空燃比よりもリーンになるように燃焼空燃比が制御される。
【００１８】
第１２の発明では、第１〜第１１のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記平均空燃比制御において、前記平均空燃比をリッチ空燃比に制御しているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記平均空燃比をリーン空燃比に切り替えると共に、前記平均空燃比をリーン空燃比に制御しているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になったときに前記平均空燃比をリッチ空燃比に切り替える。
【００１９】
第１３の発明では、第１〜第１１のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記平均空燃比制御において、前記平均空燃比をリッチ空燃比に制御しているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記平均空燃比をリーン空燃比に切り替えると共に、前記平均空燃比をリーン空燃比に制御し始めてからの前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が該排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量よりも少ない予め定められた切替基準吸蔵量に達したときに前記平均空燃比をリッチ空燃比に切り替える。
【００２０】
第１４の発明では、第１〜第１３のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記平均空燃比制御において、少なくとも前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下であるときには、前記平均空燃比を、前記出力空燃比が前記リッチ判定空燃比よりも大きいときに比べてリーン度合いの大きいリーン空燃比に制御する。
【００２１】
第１５の発明では、第１４の発明において、前記制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下であるときには、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比を制御する。
【００２２】
第１６の発明では、第１〜第１５のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記平均空燃比制御において、少なくとも前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上であるときには、前記平均空燃比を、前記出力空燃比が前記リーン判定空燃比よりも小さいときに比べてリッチ度合いの大きいリッチ空燃比に制御する。
【００２３】
第１７の発明では、第１６の発明において、前記制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上であるときには、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比を制御する。
【００２４】
第１８の発明では、第１〜第１７のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記平均空燃比よりもリッチになるように且つ前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、前記気筒間空燃比制御の実行中に前記平均空燃比よりもリッチにされる気筒の空燃比と前記平均空燃比よりもリーンにされる気筒の空燃比との差は、前記排気浄化触媒の劣化度合いが大きくなると小さくされる。
【００２５】
第１９の発明では、第１〜第１８のいずれか一つの発明において、前記平均空燃比制御における前記リッチシフト量及び前記リーンシフト量は前記排気浄化触媒の劣化度合いが大きくなると小さくされる。
【００２６】
第２０の発明では、第１〜第１９のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記平均空燃比よりもリッチになるように且つ前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、前記気筒間空燃比制御の実行中に前記平均空燃比よりもリッチにされる気筒の空燃比と前記平均空燃比よりもリーンにされる気筒の空燃比との差は、燃焼室に供給される吸入空気量が多くなると小さくされる。
【００２７】
第２１の発明では、第１〜第２０のいずれか一つの発明において、前記平均空燃比制御における前記リッチシフト量及び前記リーンシフト量は燃焼室に供給される吸入空気量が多くなると小さくされる。
【００２８】
第２２の発明では、第１〜第２１のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御において、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記平均空燃比よりもリッチになるように且つ前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比を制御し、前記気筒間空燃比制御の実行中に前記平均空燃比よりもリッチにされる気筒の空燃比と前記平均空燃比よりもリーンにされる気筒の空燃比との差は、前記排気浄化触媒の温度が高くなると小さくされる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、硫黄成分による触媒貴金属の活性低下を抑制すると共に排気浄化触媒の酸素吸蔵能力の低下を抑制することができる内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】図２は、各排気空燃比におけるセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図３】図３は、センサ印加電圧を一定にしたときの排気空燃比と出力電流との関係を示す図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る排気浄化装置による空燃比制御を行った場合の、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図５】図５は、空燃比補正量及び燃焼空燃比のタイムチャートである。
【図６】図６は、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図７】図７は、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図８】図８は、排気浄化触媒の担体表面を模式的に表した図である。
【図９】図９は、上流側排気浄化触媒の前端面からの距離と単位体積あたりにおけるＳＯｘの吸蔵量との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、制御装置の機能ブロック図である。
【図１１】図１１は、第一実施形態における空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、上流側排気浄化触媒の温度等のタイムチャートである。
【図１３】図１３は、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１４】図１４は、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１５】図１５は、平均空燃比制御の実行判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、気筒間空燃比制御の実行判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１８】図１８は、第一実施形態の変更例に係る空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図２０】図２０は、制御装置の機能ブロック図である。
【図２１】図２１は、第二実施形態における空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図２３】図２３は、第三実施形態における空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２４】図２４は、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図２５】図２５は、最大吸蔵可能酸素量と、気筒間空燃比制御における変更量α及び平均空燃比制御における設定補正量との関係を示す図である。
【図２６】図２６は、変更量及び設定空燃比の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２７】図２７は、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図２８】図２８は、各気筒の燃焼室への吸入空気量と、気筒間空燃比制御における変更量α及び平均空燃比制御における設定補正量との関係を示す図である。
【図２９】図２９は、変更量及び設定空燃比の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３０】図３０は、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図３１】図３１は、排気浄化触媒の温度と、気筒間空燃比制御における変更量との関係を示す図である。
【図３２】図３２は、変更量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３３】図３３は、空燃比補正量のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００３２】
＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の排気浄化装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図１において、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。本実施形態の内燃機関は、直列４気筒内燃機関であり、よって機関本体１は４つの燃焼室５を有する。しかしながら、複数の気筒を有する内燃機関であれば、６気筒内燃機関やＶ型内燃機関等、他の形式の内燃機関にも適用可能である。
【００３３】
図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に噴射する。なお、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。しかしながら、本実施形態の内燃機関は他の燃料を用いても良い。
【００３４】
各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５は吸気通路を形成する。また、吸気管１５内にはスロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。
【００３５】
一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は上流側排気浄化触媒２０を内蔵した上流側ケーシング２１に連結される。上流側ケーシング２１は、排気管２２を介して下流側排気浄化触媒２４を内蔵した下流側ケーシング２３に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、上流側ケーシング２１、排気管２２及び下流側ケーシング２３は、排気通路を形成する。
【００３６】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が配置され、このエアフロメータ３９の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、排気マニホルド１９の集合部には排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス）の空燃比を検出する上流側空燃比センサ４０が配置される。加えて、排気管２２内には排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０から流出して下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガス）の空燃比を検出する下流側空燃比センサ４１が配置される。これら空燃比センサ４０、４１の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。さらに、上流側排気浄化触媒２０には上流側排気浄化触媒２０の温度を検出するための温度センサ４６が配置され、この温度センサ４６の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００３７】
また、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４４の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４５を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続される。なお、ＥＣＵ３１は、内燃機関及び排気浄化装置の制御を行う制御装置として機能する。
【００３８】
なお、本実施形態に係る内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、本発明に係る内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。例えば、本発明に係る内燃機関は、気筒配列、燃料の噴射態様、吸排気系の構成、動弁機構の構成、過給器の有無、及び過給態様等が、上記内燃機関と異なるものであってもよい。
【００３９】
＜排気浄化触媒の説明＞
上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４は、いずれも同様な構成を有する。排気浄化触媒２０、２４は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒２０、２４は、セラミックから成る担体上に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ2）。以下、「酸素吸蔵物質」ともいう）を担持させた三元触媒である。三元触媒は、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に浄化する機能を有する。加えて、排気浄化触媒２０、２４が酸素吸蔵能力を有している場合には、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側或いはリーン側に若干ずれたとしても未燃ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘとが同時に浄化される。
【００４０】
すなわち、斯かる三元触媒は、酸素吸蔵能力を有しているため、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比（以下、単に「リーン空燃比」という）になったときには、排気ガス中に含まれる過剰な酸素を吸蔵する。これにより、排気浄化触媒２０、２４の表面上が理論空燃比に維持され、排気浄化触媒２０、２４の表面上において未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが同時に浄化される。このとき、排気浄化触媒２０、２４から排出される排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。ただし、三元触媒は、その酸素吸蔵量が、吸蔵可能な酸素量の最大値である最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに達すると、それ以上酸素を吸蔵することができなくなる。したがって、三元触媒の酸素吸蔵量がほぼ最大急増可能酸素量Ｃｍａｘに達した状態で排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比になると、排気浄化触媒２０、２４ではもはやその表面上を理論空燃比に維持することができなくなる。このため、この場合、排気浄化触媒２０、２４から排出される排気ガスの空燃比はリーン空燃比になる。
【００４１】
一方、斯かる三元触媒では、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比（以下、単に「リッチ空燃比」という）になったときには、排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ、ＣＯを還元させるのに不足している酸素が排気浄化触媒２０、２４から放出される。この場合にも排気浄化触媒２０、２４の表面上が理論空燃比に維持され、排気浄化触媒２０、２４の表面上において未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが同時に浄化される。このとき、排気浄化触媒２０、２４から排出される排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。ただし、三元触媒は、その酸素吸蔵量がゼロに達すると、それ以上、酸素を放出することができなくなる。したがって、三元触媒の酸素吸蔵量がほぼゼロに達した状態で排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になると、排気浄化触媒２０、２４ではもはやその表面上を理論空燃比に維持することができなくなる。このため、この場合、排気浄化触媒２０、２４から排出される排気ガスの空燃比はリッチ空燃比になる。
【００４２】
以上のように、本実施形態において用いられる排気浄化触媒２０、２４によれば、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比及び酸素吸蔵量に応じて排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化特性が変化する。
【００４３】
＜空燃比センサの出力特性＞
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態における空燃比センサ４０、４１の出力特性について説明する。図２は、本実施形態における空燃比センサ４０、４１の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を示す図であり、図３は、印加電圧を一定に維持したときの、空燃比センサ４０、４１周りを流通する排気ガスの空燃比（以下、「排気空燃比」という）と出力電流Ｉとの関係を示す図である。なお、本実施形態では、両空燃比センサ４０、４１として同一構成の空燃比センサが用いられる。
【００４４】
図２からわかるように、本実施形態の空燃比センサ４０、４１では、出力電流Ｉは、排気空燃比が高くなるほど（リーンになるほど）、大きくなる。また、各排気空燃比におけるＶ−Ｉ線には、Ｖ軸にほぼ平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図２では、排気空燃比が１８であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれＷ18、Ｉ18で示している。したがって、空燃比センサ４０、４１は限界電流式の空燃比センサであるということができる。
【００４５】
図３は、印加電圧を０．４５Ｖ程度で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Ｉとの関係を示す図である。図３からわかるように、空燃比センサ４０、４１では、排気空燃比が高くなるほど（すなわち、リーンになるほど）、空燃比センサ４０、４１からの出力電流Ｉが大きくなるように、排気空燃比に対して出力電流がリニアに（比例するように）変化する。加えて、空燃比センサ４０、４１は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Ｉが零になるように構成される。
【００４６】
なお、上記例では、空燃比センサ４０、４１として限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、排気空燃比に対して出力電流がリニアに変化するものであれば、空燃比センサ４０、４１として、限界電流式ではない空燃比センサ等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。また、両空燃比センサ４０、４１は互いに異なる構造の空燃比センサであってもよい。加えて、下流側空燃比センサ４１としては、排気空燃比に対して出力電流がリニアに変化するものではないセンサが用いられてもよい。具体的には、下流側空燃比センサ４１として、例えば、理論空燃比近傍で出力値が大きく変化する酸素センサ等を用いることもできる。
【００４７】
＜空燃比制御の概要＞
次に、本実施形態の排気浄化装置における空燃比制御の概要を説明する。本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比に基づいて、上流側空燃比センサ４０出力空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を制御するフィードバック制御が行われる。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力値に相当する空燃比を意味する。
【００４８】
ここで、後述するように、本実施形態では、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を気筒間で異なる量にさせる場合がある。この場合、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比は１サイクル中に多少変動する。このような場合でも、本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比の平均値（以下、「平均出力空燃比」という）が、気筒間で異なる目標空燃比の平均値である目標平均空燃比に一致するように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を制御するようにしている。
【００４９】
加えて、本実施形態の空燃比制御では、平均空燃比制御と気筒間空燃比制御（ディザ制御）とが行われる。平均空燃比制御は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に基づいて目標平均空燃比を設定する制御である。したがって、平均空燃比制御は、各気筒において燃焼が行われるときの混合気の空燃比（以下、「燃焼空燃比」という。各気筒に供給される混合気の空燃比に相当する。）の全気筒における平均値（１サイクル中の各気筒の燃焼空燃比を合計したものを気筒数で割った値）である平均燃焼空燃比を制御しているといえる。換言すると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均排気空燃比を制御しているといえる。一方、気筒間空燃比制御は、各気筒毎に異なる目標空燃比を設定する制御であり、換言すると、各気筒における燃焼空燃比を制御するものである。
【００５０】
＜平均空燃比制御＞
最初に、平均空燃比制御について説明する。平均空燃比制御では、まず、目標平均空燃比を後述するリッチ設定空燃比に設定している状態で、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比になったと判断されると、目標平均空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられる。これにより、平均燃焼空燃比及び平均排気空燃比（以下、これらをまとめて「平均空燃比」と称する）がリーン設定空燃比に変化する。ここで、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチなリッチ判定空燃比（例えば、１４．５５）以下になったときに、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比になったと判断される。したがって、平均空燃比制御では、平均空燃比をリッチ空燃比に制御しているときに下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに平均空燃比がリーン空燃比に切り替えられる。また、リーン設定空燃比は、理論空燃比（制御中心となる空燃比）よりも僅かにリーンである予め定められた空燃比であり、例えば、１４．７程度とされる。
【００５１】
一方、平均空燃比制御では、目標平均空燃比をリーン設定空燃比に設定している状態で、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比になったと判断されると、目標平均空燃比がリッチ設定空燃比に切り替えられる。これにより、平均空燃比がリッチ設定空燃比に変化する。ここで、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリーンなリーン判定空燃比（例えば、１４．６５）以上になったときに、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比になったと判断される。したがって、平均空燃比制御では、平均空燃比をリーン空燃比に制御しているときに下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比以上になったときに平均空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。また、リッチ設定空燃比は、理論空燃比（制御中心となる空燃比）よりも或る程度リッチである予め定められた空燃比であり、例えば、１４．４程度とされる。なお、リーン設定空燃比と理論空燃比との差（以下、「リーンシフト量」ともいう）は、リッチ設定空燃比と理論空燃比との差（以下、「リッチシフト量」ともいう）よりも小さい。
【００５２】
この結果、平均空燃比制御では、目標平均空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に設定され、これにより上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比に交互に制御されることになる。
【００５３】
なお、リッチ判定空燃比及びリーン判定空燃比は、理論空燃比の１％以内、好ましくは０．５％以内、より好ましくは０．３５％以内の空燃比とされる。したがって、リッチ判定空燃比及びリーン判定空燃比の理論空燃比からの差は、理論空燃比が１４．６の場合には、０．１５以下、好ましくは０．０７３以下、より好ましくは０．０５１以下とされる。また、目標平均空燃比における設定空燃比（例えば、リッチ設定空燃比やリーン設定空燃比）は、理論空燃比からの差が上述した差よりも大きくなるように設定される。
【００５４】
図４を参照して、平均空燃比制御について具体的に説明する。図４は、本実施形態に係る排気浄化装置による空燃比制御を行った場合の、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡ、及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎのタイムチャートである。
【００５５】
なお、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖは、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標平均空燃比に対応する補正量である。平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０のときには、目標平均空燃比が制御中心となる空燃比（以下、「制御中心空燃比」という）に等しい空燃比（本実施形態では、基本的に理論空燃比）であることを意味する。また、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが正の値であるときには目標平均空燃比が制御中心空燃比よりもリーンな空燃比（本実施形態では、リーン空燃比）であることを意味する。また、このときの平均空燃比補正量ＡＦＣａｖの絶対値は、目標平均空燃比と制御中心空燃比との差或いは平均空燃比と制御中心空燃比との差であるリーンシフト量に相当する。なお、「制御中心空燃比」は、機関運転状態に応じて平均空燃比補正量ＡＦＣａｖを加算する対象となる空燃比、すなわち平均空燃比補正量ＡＦＣａｖに応じて目標平均空燃比を変動させる際に基準となる空燃比を意味する。
【００５６】
同様に、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが負の値であるときには目標平均空燃比が制御中心空燃比よりもリッチな空燃比（本実施形態では、リッチ空燃比）であることを意味する。また、このときの平均空燃比補正量ＡＦＣａｖの絶対値は、目標平均空燃比と制御中心空燃比との差或いは平均空燃比と制御中心空燃比との差であるリッチシフト量に相当する。
【００５７】
図４に示した例では、時刻ｔ1以前の状態では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ（リーン設定空燃比に相当）に設定されている。すなわち、目標平均空燃比はリーン空燃比とされており、これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、すなわち上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比となっている。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中に含まれている過剰な酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵され、これに伴って上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に増加していく。一方、上流側排気浄化触媒２０において酸素が吸蔵されることにより上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガス中には酸素は含まれていないため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎはほぼ理論空燃比となる。
【００５８】
上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に増大すると、やがて酸素吸蔵量ＯＳＡは最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに近づき、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０に流入した酸素の一部は上流側排気浄化触媒２０で吸蔵されずに流出し始める。これにより、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが徐々に上昇し、時刻ｔ1においてリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに到達する。
【００５９】
本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを減少させるべく、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ（リッチ設定空燃比に相当）に切り替えられる。したがって、目標平均空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。
【００６０】
なお、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリッチ空燃比に変化してすぐではなく、リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達してから、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖの切替を行っている。これは、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが十分であっても、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比から極僅かにずれてしまう場合があるためである。逆に言うと、リッチ判定空燃比は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが十分であるときには、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が通常は到達することのないような空燃比とされる。なお、上述したリーン判定空燃比についても同じことがいえる。
【００６１】
時刻ｔ1において、目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えると、これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、すなわち平均空燃比がリッチ空燃比に変化する。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中に含まれている過剰な未燃ＨＣ、ＣＯは、上流側排気浄化触媒２０で浄化され、これに伴って上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していく。一方、上流側排気浄化触媒２０において未燃ＨＣ、ＣＯが浄化されることから上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガス中には未燃ＨＣ、ＣＯは含まれていないため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎはほぼ理論空燃比となる。
【００６２】
上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に減少すると、やがて酸素吸蔵量ＯＳＡはゼロに近づき、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０に流入した未燃ＨＣ、ＣＯの一部は上流側排気浄化触媒２０で浄化されずに流出し始める。これにより、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが徐々に低下し、時刻ｔ2においてリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。
【００６３】
本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。したがって、目標空燃比がリーン空燃比へと切り替えられる。その後は、時刻ｔ3以降において、上述した操作と同様な操作が繰り返される。
【００６４】
また、本実施形態の平均空燃比制御では、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎの絶対値は、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈの絶対値よりも小さい値とされる。したがって、平均空燃比をリーン空燃比に制御したときの平均空燃比と制御中心空燃比（理論空燃比）との差であるリーンシフト量が、平均空燃比をリッチ空燃比に制御したときの平均空燃比と制御中心空燃比との差であるリッチシフト量よりも小さくされる。これにより、目標平均空燃比がリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定されている期間（例えば、時刻ｔ2〜ｔ3）は、目標空燃比がリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されている期間（例えば、時刻ｔ1〜ｔ2）よりも長くなる。
【００６５】
＜気筒間空燃比制御＞
次に、気筒間空燃比制御について説明する。気筒間空燃比制御では、気筒間で少なくとも部分的に燃焼空燃比が異なる空燃比となるように各燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。特に、本実施形態では、一部の気筒では燃焼空燃比が目標平均空燃比よりもリッチとされ、残りの気筒では燃焼空燃比が目標空燃比よりもリーンとされる。
【００６６】
図５は、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣ及び燃焼空燃比のタイムチャートである。本実施形態では、内燃機関が直列４気筒の内燃機関であるため、燃焼室５での混合気の燃焼は、１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒の順に行われる。図５に示した例では、１サイクルにおいて最初に燃焼が行われる１番気筒において、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖよりも減量される。すなわち、１番気筒では、燃焼室５に供給される混合気の空燃比が平均目標空燃比よりもリッチとされる。したがって、１番気筒では、燃焼空燃比が平均空燃比よりもリッチな空燃比となる。
【００６７】
そして、次に燃料が行われる３番気筒では、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖよりも増量される。この結果、３番気筒では、燃焼空燃比が平均空燃比よりもリーンな空燃比とされる。そして、次に燃焼が行われる４番気筒では燃焼空燃比が平均空燃比よりもリッチな空燃比とされ、その次に燃焼が行われる２番気筒では燃焼空燃比が平均空燃比よりもリーンな空燃比とされる。
【００６８】
また、本実施形態では、気筒間空燃比制御における平均空燃比補正量ＡＦＣａｖからの変更量は、平均空燃比よりもリッチとされる気筒（図中の１番気筒及び４番気筒。以下、「リッチ側の気筒」ともいう）同士で同一とされる。図５に示した例では、１番気筒及び４番気筒における空燃比補正量の変更量はいずれもαとなっている。この結果、これら気筒における燃焼空燃比は平均空燃比からΔＡＦα（変更量αに相当）だけリッチな空燃比とされる。同様に、本実施形態では、気筒間空燃比制御における平均空燃比補正量ＡＦＣａｖからの変更量は、平均空燃比よりもリーンとされる気筒（図中の２番気筒及び３番気筒。以下、「リーン側の気筒」ともいう）同士で同一とされる。図５に示した例では、２番気筒及び３番気筒における空燃比補正量の変更量はいずれもαとなっている。この結果、これら気筒における燃焼空燃比は平均空燃比からΔＡＦα（変更量αに相当）だけリーンな空燃比とされる。
【００６９】
さらに、本実施形態では、リッチ側の気筒とリーン側の気筒との間でも、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖからの変更量がαで同一とされる。この結果、平均空燃比よりもリッチとされる気筒の燃焼空燃比と平均空燃比との差は、平均空燃比よりもリーンとされる気筒の燃焼空燃比と平均空燃比との差に等しくなる。
【００７０】
図４中のＸは、気筒間空燃比制御における燃焼空燃比の平均空燃比補正量ＡＦＣａｖからの変更量を表している。図４からわかるように、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されている時刻ｔ1〜ｔ2においては、リッチ側の気筒（１番気筒、４番気筒）では、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈから変更量αを減算した値になる（ＡＦＣｒｉｃｈ−α）。この結果、リッチ側の気筒では、燃焼空燃比が平均空燃比からΔＡＦα（変更量αに相当）だけリッチな空燃比とされる。また、時刻ｔ1〜ｔ2においては、リーン側の気筒では、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに変更量αを加算した値になる（ＡＦＣｒｉｃｈ＋α）。この結果、リーン側の気筒では、燃焼空燃比が平均空燃比からΔＡＦα（変更量αに相当）だけリーンな空燃比とされる。加えて、変更量αは、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈの絶対値よりも大きな値とされる。このため、リーン側の気筒では燃焼空燃比がリーン空燃比になるように燃焼空燃比が制御されることになる。
【００７１】
同様に、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦｌｅａｎに設定されている時刻ｔ2〜ｔ3においては、リーン側の気筒（２番気筒、３番気筒）では、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに変更量αを加算した値になる（ＡＦＣｌｅａｎ＋α）。この結果、リーン側の気筒では、燃焼空燃比が平均空燃比からΔＡＦα（変更量αに相当）だけリーンな空燃比とされる。また、時刻ｔ2〜ｔ3においては、リッチ側の気筒では、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎから変更量αを減算した値になる（ＡＦＣｌｅａｎ−α）。この結果、リッチ側の気筒では、燃焼空燃比が平均空燃比からΔＡＦα（変更量αに相当）だけリッチな空燃比とされる。加えて、変更量αは、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎの絶対値よりも大きな値とされる。このため、リッチ側の気筒では燃焼空燃比がリッチ空燃比になるように燃焼空燃比が制御されることになる。
【００７２】
なお、変更量αは、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ及びリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎの絶対値よりも大きい。このため、気筒間空燃比制御において平均空燃比よりもリッチにされる気筒の燃焼空燃比と平均空燃比よりもリーンにされる気筒の燃焼空燃比との差（すなわち、気筒間空燃比制御における振幅）は、平均空燃比制御におけるリッチ設定空燃比とリーン設定空燃比との差（すなわち、平均空燃比制御における空燃比の振幅）よりも大きい。
【００７３】
＜平均目標空燃比の切替と気筒間空燃比制御＞
上述したように、平均空燃比制御では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、目標平均空燃比がリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比へと切り替えられる。これにより、平均空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられる。本実施形態では、平均空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられた直後の最初の気筒で、燃焼空燃比が平均空燃比よりもリーンになるように気筒間空燃比制御が行われる。これについて、図６を参照して説明する。
【００７４】
図６は、平均空燃比補正量、各気筒の空燃比補正量及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比のタイムチャートである。図示した例では、時刻ｔ1以前において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとされている。加えて、気筒間空燃比制御により、リッチ側の気筒では空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈから変更量αを減算した値になり、リーン側の気筒では空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに変更量αを加算した値になっている。
【００７５】
図示した例では、時刻ｔ1において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になる。このとき、２番気筒において燃焼が行われているため、次に燃料噴射弁１１からの燃料供給が行われるのは１番気筒となる。そこで、次に燃料供給が行われる１番気筒から、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎへ切り替えられる。
【００７６】
一方、時刻ｔ1以前においては、１番気筒は気筒間空燃比制御においてリッチ側の気筒とされている。したがって、時刻ｔ1以前における操作通りに気筒間空燃比制御を行うと、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられた直後の１番気筒は、リッチ側の気筒となる。しかしながら、本実施形態では、この１番気筒において、空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖに変更量αを加算した値に設定される。すなわち、この１番気筒は、リーン側の気筒とされる。この結果、本実施形態では、平均空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられた直後の最初の気筒で、燃焼空燃比が平均空燃比よりもリーンにされることになる。その後、３番気筒では、空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖから変更量αを減算した値に設定される。
【００７７】
加えて、本実施形態では、平均空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられた直後の最初の気筒で、燃焼空燃比が平均空燃比よりもリッチになるように気筒間空燃比制御が行われる。これについて、図７を参照して説明する。
【００７８】
図７は、平均空燃比補正量、各気筒の空燃比補正量及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比のタイムチャートであり、図６と同様な図である。図示した例では、時刻ｔ1以前において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎとされている。加えて、気筒間空燃比制御により、リッチ側の気筒では空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎから変更量αを減算した値になり、リーン側の気筒では空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに変更量αを加算した値になっている。
【００７９】
図示した例では、時刻ｔ1において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になる。このとき、１番気筒において燃焼が行われているため、次に燃料噴射弁１１からの燃料供給が行われるのは３番気筒となる。そこで、次に燃料供給が行われる３番気筒から、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈへ切り替えられる。
【００８０】
一方、時刻ｔ1以前においては、３番気筒は気筒間空燃比制御においてリーン側の気筒とされている。したがって、時刻ｔ1以前における操作通りに気筒間空燃比制御を行うと、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられた直後の３番気筒は、リーン側の気筒となる。しかしながら、本実施形態では、この３番気筒において、空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖから変更量αを減算した値に設定される。すなわち、この３番気筒は、リッチ側の気筒とされる。この結果、本実施形態では、平均空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられた直後の最初の気筒で、燃焼空燃比が平均空燃比よりもリッチにされることになる。その後、４番気筒では、空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖに変更量αを加算した値に設定される。
【００８１】
＜平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御の効果＞
次に、図８及び図９を参照して、平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御による効果について説明する。まず、図８を参照して、上述したような平均空燃比制御を行うことの効果について説明する。図８は、排気浄化触媒２０、２４の担体表面を模式的に表した図である。図８に示した例では、排気浄化触媒２０、２４の担体には、触媒作用を有する貴金属として白金（Ｐｔ）が、酸素吸蔵能力を有する物質としてセリア（ＣｅＯ2）が担持されている。
【００８２】
ところで、内燃機関に供給される燃料中には微量ながら硫黄分が含まれているため、燃焼室５から排出される排気ガス中には微量の硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれている。排気浄化触媒２０、２４の温度がそれほど高くないとき（例えば、６００℃以下）には、排気ガス中に含まれるＳＯｘは、排気浄化触媒２０、２４に流入すると、排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比であっても、担体上のセリアにファンデルワールス力により物理吸着する。しかしながら、排気ガス中に含まれるＳＯｘは、排気ガスの空燃比がリーン空燃比であると担体上のセリアにより強固に吸蔵される。
【００８３】
図８（Ａ）は、排気浄化触媒２０、２４の温度がそれほど高くないとき（例えば、６００℃以下）に、排気浄化触媒２０、２４にリーン空燃比の排気ガスが流入している状態を示している。したがって、図８（Ａ）に示した状態では、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガス中には多量の過剰な酸素が含まれている。このように排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガス中に過剰な酸素が含まれていると、排気ガス中に含まれるＳＯｘはＳＯ3としてセリアに化学吸着される。このような化学吸着によれば、ＳＯｘは上述した物理吸着よりも強固にセリアに吸着されることになる。また、排気ガス中に含まれる過剰な酸素がさらに多くなると、すなわち排気ガスの空燃比のリーン度合いが大きくなると、排気ガス中に含まれるＳＯｘはセリアと反応してＣｅ2（ＳＯ4）3となって吸収される。このような吸収によれば、ＳＯｘは上述した化学吸着よりも強固にセリアに吸収されることになる。なお、以下の説明では、ＳＯｘがセリアに「吸着」されること及び「吸収」されることをまとめて、ＳＯｘがセリアに「吸蔵」されると表現する。
【００８４】
このような状態で、排気浄化触媒２０、２４にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、セリアに吸蔵されているＳＯｘの硫黄分が白金上に移動する。この様子を、図８（Ｂ）に示す。図８（Ｂ）に示したように、排気浄化触媒２０、２４にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、排気ガス中には多量の過剰な未燃ＨＣ、ＣＯが含まれている。このため、これら未燃ＨＣ、ＣＯによりセリアに吸蔵されているＳＯｘは分解されて、水（Ｈ2Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2）が生じる。加えて、ＳＯｘの分解によって生じた硫黄成分は、白金の表面上に吸着する。このように白金の表面上に吸着した硫黄成分が増大して白金の表面を被覆すると、白金が周囲の気体と接する面積が減少し、白金の触媒活性の低下を招く。
【００８５】
なお、セリアに吸蔵されている硫黄の分解は、ＳＯｘのセリアへの吸蔵が強固であるほど起こりにくい。したがって、ＳＯｘがセリアに化学吸着されている場合に比べて、ＳＯｘがセリアにＣｅ2（ＳＯ4）3として吸収されている場合の方が、セリアに吸蔵されている硫黄の分解が起こりにくく、よってセリアから白金への硫黄成分の移動が起こりにくい。このため、ＳＯｘがセリアに吸収されている場合における硫黄成分の移動は、ＳＯｘがセリアに化学吸着されている場合に比べて、排気ガスの空燃比のリッチ度合いが大きくないと、または、排気浄化触媒２０、２４の温度が高くないと発生しない。
【００８６】
このように白金の表面上に硫黄成分が吸着している状態で、排気浄化触媒２０、２４が高温（例えば、６００℃以上）になり、排気浄化触媒２０、２４にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、白金の表面上に吸着している硫黄成分が離脱せしめられる。この様子を、図８（Ｃ）に示す。図８（Ｃ）に示したように、排気浄化触媒２０、２４にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、流入する排気ガス中には多量の過剰な未燃ＨＣ、ＣＯが含まれていることになる。また、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であっても、排気ガス中には僅かながら酸素が含まれている。このため、排気浄化触媒２０、２４が高温であると、白金表面上に吸着している硫黄成分は、排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ及び酸素と反応して、ＳＯｘ、Ｈ2Ｓとなって、白金表面から離脱せしめられる。なお、このときには、セリアに吸蔵されているＳＯｘも、白金表面に吸着されることなく離脱せしめられる。
【００８７】
ここで、内燃機関の運転中には、排気浄化触媒２０、２４の温度は常に高温（例えば、７２０℃以上）に維持されるわけではなく、機関運転状態によっては或る程度低い温度（例えば、７２０℃未満）に維持されることもある。このように排気浄化触媒２０、２４が或る程度低い温度に維持されている場合には、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になると、図８（Ｂ）に示したように硫黄成分がセリアから白金表面上に移動し、白金の触媒活性の低下を招いてしまう。
【００８８】
これに対して、本実施形態の排気浄化装置では、平均空燃比制御においてリーンシフト量がリッチシフト量よりも小さくされる。これにより、平均空燃比がリーンである期間は、平均空燃比がリッチである期間よりも長くなる。このように本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均排気空燃比がリーンである期間が長くなり、また平均排気空燃比がリッチである期間が短くなる。このため、硫黄成分がセリアから白金表面上に移動しにくくなり、よって白金の触媒活性の低下を抑制することができる。
【００８９】
なお、平均排気空燃比がリーンである期間を長くし、平均排気空燃比がリッチである期間を短くするという観点からは、リーンシフト量ができるだけ小さく且つリッチシフト量ができるだけ大きいことが好ましい。すなわち、リーンシフト量とリッチシフト量の差はできるだけ大きいことが好ましい。
【００９０】
次に、図９を参照して、気筒間空燃比制御を行うことの効果について説明する。図９は、上流側排気浄化触媒の排気流れ方向上流側端面（前端面）からの距離と、排気浄化触媒単位体積あたりにおけるＳＯｘの貴金属及び担体への吸蔵量との関係を示しており、硫黄成分濃度が高い燃料を用いて内燃機関の運転を一定時間行った際の実験結果を示している。
【００９１】
図９（Ａ）は、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの平均排気空燃比をリーン空燃比に維持すると共に、上述した気筒間空燃比制御を行っていない場合の結果を示している。したがって、図９（Ａ）は、全ての気筒において燃焼空燃比がリーン空燃比に維持された場合の結果を示している。図９（Ａ）からわかるように、気筒間空燃比制御を行っていない場合には、上流側排気浄化触媒の排気流れ方向全域に亘ってＳＯｘが吸蔵されると共に、特に後方に多くのＳＯｘが吸蔵される。
【００９２】
一方、図９（Ｂ）は、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの平均排気空燃比をリーン空燃比に維持すると共に、上述した気筒間空燃比制御を行った場合の結果を示している。したがって、図９（Ｂ）は、リーン空燃比を中心に気筒毎に燃焼空燃比をリッチ側及びリーン側にシフトさせた場合の結果を示している。図９（Ｂ）からわかるように、気筒間空燃比制御を行った場合には、上流側排気浄化触媒の排気流れ方向前方に多くのＳＯｘが吸蔵されていると共に、後方にはほとんどＳＯｘが吸蔵されていない。
【００９３】
このように、気筒間空燃比制御を行った場合にＳＯｘが上流側排気浄化触媒の前方に吸蔵される理由としては、ＳＯｘの吸蔵と酸素の吸放出とに関連性が存在することが考えられる。気筒間空燃比制御を行った場合には、燃焼空燃比がリッチ空燃比の気筒からは過剰な未燃ＨＣ、ＣＯを含んだ排気ガスが排出される。一方、燃焼空燃比がリーン空燃比の気筒からは過剰な酸素を含んだ排気ガスが排出される。この結果、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスには、その平均排気空燃比が理論空燃比であっても、未燃ＨＣ、ＣＯ及び酸素が多量に含まれる。
【００９４】
この結果、気筒間空燃比制御を行った場合（図９（Ｂ））には、上流側排気浄化触媒の前方において酸素の吸放出が活発に行われる。ここで、上流側排気浄化触媒の担体へのＳＯｘの吸蔵は酸素の吸放出が活発な上流側排気浄化触媒の領域において起こりやすいと考えられる。このため、気筒間空燃比制御を行った場合には酸素の吸放出が活発に行われている上流側排気浄化触媒の前方においてＳＯｘが多く吸蔵され、この結果、後方においてはＳＯｘが吸蔵されなくなる。
【００９５】
一方、気筒間空燃比制御を行わなかった場合（図９（Ａ））には、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ、ＣＯ及び酸素はそれほど多くない。このため、上流側排気浄化触媒の前方側ではそれほど活発な反応が生じず、よって前方側では活発な酸素の吸放出が行われない。この結果、上流側排気浄化触媒の中程から後方において酸素の吸放出が活発に行われる。このため、気筒間空燃比制御を行わなかった場合には、排気流れ方向全域に亘ってＳＯｘが吸蔵されると共に、特に上流側排気浄化触媒の中程から後方においてＳＯｘが多く吸蔵されると考えられる。なお、図９に示した例では、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの平均排気空燃比を理論空燃比に維持した場合を示したが、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの平均排気空燃比をリーン空燃比に維持した場合にも同様な傾向となる。
【００９６】
ここで、上流側排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量ＣｍａｘはそのＳＯｘ吸蔵状態に応じて変化する。具体的には、上流側排気浄化触媒の或る領域においてＳＯｘが吸蔵されるとその領域における吸蔵可能酸素量が減少する。すなわち、ＳＯｘが吸蔵された領域では、その硫黄成分の一部が貴金属表面上に吸着している。このように、貴金属表面上に硫黄成分が吸着すると貴金属における触媒活性が低下するため、この貴金属周りの担体に酸素が吸蔵されている状態で未燃ＨＣやＣＯを含んだ排気ガスが上流側排気浄化触媒に流入しても、吸蔵されている酸素と未燃ＨＣ、ＣＯとを反応させることができなくなる。よって、上流側排気浄化触媒に吸蔵されている酸素を放出することができなくなり、結果的に最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの減少を招くことになる。
【００９７】
したがって、気筒間空燃比制御を行わなかった場合（図９（Ａ））には、上流側排気浄化触媒の排気流れ方向全域に亘ってＳＯｘが吸蔵されるため、上流側排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘは少なくなる。これに対して、気筒管空燃比制御を行った場合（図９（Ｂ））には、上流側排気浄化触媒の後方においてＳＯｘがほとんど吸蔵されていない領域が残る。この結果、この場合には、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの低下を抑制することができる。
【００９８】
また、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎであるとき（例えば、図４の時刻ｔ2〜ｔ3）に、気筒間空燃比制御を実行すると、リーン側の気筒では空燃比補正量ＡＦＣはリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに変更量αを加算した値となる。この結果、リーン側の気筒の燃焼空燃比はリーン度合いの大きいリーンとなる。
【００９９】
ここで、図８（Ａ）を参照して説明したように、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比のリーン度合いが大きくなるほど、ＳＯｘがセリアに強固に吸蔵されることになる。したがって、平均空燃比制御に加えて気筒間空燃比制御を行うことにより、ＳＯｘをセリアに強固に吸蔵させることができ、よってセリアから白金表面上への硫黄成分の移動を抑制することができる。
【０１００】
以上より、本実施形態によれば、上述したような平均空燃比制御を行うことにより、担体（セリア等）に吸着された硫黄成分が貴金属（白金等）上に移動するのを抑制することができ、これにより貴金属の触媒活性低下を抑制することができる。加えて、上述したような気筒間空燃比制御を行うことにより、上流側排気浄化触媒２０の後方において担体へのＳＯｘの吸蔵を抑制することができ、これにより最大吸蔵可能酸素量の低下を抑制することができる。さらに、上述した気筒間空燃比制御を行うことによっても担体に吸着された硫黄成分が貴金属上に移動するのを抑制することができる。
【０１０１】
なお、上記実施形態では、気筒間空燃比制御において、リッチ側の気筒全てにおいて変更量αが同一となっており、よって燃焼空燃比が同一となっている。しかしながら、リッチ側の気筒全てにおいて変更量αを一定にする必要はなく、リッチ側の気筒間でも変更量を異なる値にしてもよい。この場合、リッチ側の気筒間で燃焼空燃比が異なるものとなる。また、同じ事が、リーン側の気筒についてもいえる。
【０１０２】
また、上記実施形態では、気筒間空燃比制御において、全ての気筒において燃焼空燃比が平均空燃比に対してリッチ側及びリーン側のいずれかにシフトせしめられる。しかしながら、気筒間空燃比制御において、一部の気筒については変更量をゼロにして、燃焼空燃比を平均空燃比に一致させるようにしてもよい。
【０１０３】
加えて、上記実施形態では、気筒間空燃比制御においてリッチ側の気筒の数とリーン側の気筒の数とが同一となっている。しかしながら、リッチ側の気筒の数とリーン側の気筒の数とは必ずしも同一でなくてもよい。したがって、例えば、４気筒内燃機関の場合、１つの気筒のみをリッチ側にシフトさせる気筒とし、残りのみ３つの気筒、或いは残り３つのうち２つの気筒をリーン側にシフトさせる気筒としてもよい。
【０１０４】
ただし、いずれに場合においても、平均空燃比制御によって平均空燃比がリーン空燃比に制御されているときに、複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では燃焼空燃比がリッチ空燃比になるように気筒間空燃比制御が行われることが必要である。また、平均空燃比制御によって平均空燃比がリッチ空燃比に制御されているときにおいても、複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では燃焼空燃比がリーン空燃比になるように気筒間空燃比制御が行われることが好ましい。また、気筒管空燃比制御では、複数の気筒のうち一部の気筒では平均空燃比よりもリッチになるように且つ複数の気筒のうち残りの気筒では平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比が制御されるのが好ましい。
【０１０５】
また、上記実施形態では、平均空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられた直後の最初の気筒で、燃焼空燃比が平均空燃比よりもリーンにされる。ここで、平均空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられるときは、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がほぼゼロとなっている。この状態で、平均空燃比をリーン空燃比に切り替えた直後の最初の気筒で燃焼空燃比をリッチ空燃比にしてしまうと、排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯは上流側排気浄化触媒２０で浄化されずに流出してしまう。これに対して、本実施形態では、最初の気筒で燃焼空燃比が平均空燃比よりもリーンにされるため、未燃ＨＣ、ＣＯが上流側排気浄化触媒２０から流出するのを防止することができる。
【０１０６】
同様に、上記実施形態では、平均空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられた直後の最初の気筒で、燃焼空燃比が平均空燃比よりもリッチにされる。平均空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられるときは、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡがほぼ最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘとなっている。この状態で、平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えた直後の最初の気筒で燃焼空燃比をリーン空燃比にしてしまうと、排気ガス中の酸素及びＮＯｘは上流側排気浄化触媒２０で浄化されずに流出してしまう。これに対して、本実施形態では、最初の気筒で燃焼空燃比が平均空燃比よりもリッチにされるため、酸素及びＮＯｘが上流側排気浄化触媒２０から流出するのを防止することができる。
【０１０７】
＜具体的な制御の説明＞
次に、図１０及び図１１を参照して、上記実施形態における排気浄化装置の制御装置について具体的に説明する。本実施形態における制御装置は、機能ブロック図である図１０に示したように、Ａ１〜Ａ８の各機能ブロックを含んで構成されている。以下、図１０を参照しながら各機能ブロックについて説明する。これら各機能ブロックＡ１〜Ａ８における操作は、基本的にＥＣＵ３１において実行される。
【０１０８】
＜燃料噴射量の算出＞
まず、燃料噴射量の算出について説明する。燃料噴射量の算出に当たっては、筒内吸入空気量算出手段Ａ１、基本燃料噴射量算出手段Ａ２、及び燃料噴射量算出手段Ａ３が用いられる。
【０１０９】
筒内吸入空気量算出手段Ａ１は、吸入空気流量Ｇａと、機関回転数ＮＥと、ＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に記憶されたマップ又は計算式とに基づいて、各気筒への吸入空気量Ｍｃを算出する。吸入空気流量Ｇａはエアフロメータ３９によって計測され、機関回転数ＮＥはクランク角センサ４４の出力に基づいて算出される。
【０１１０】
基本燃料噴射量算出手段Ａ２は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１によって算出された筒内吸入空気量Ｍｃを、気筒毎に目標空燃比ＡＦＴで除算することにより、基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅを算出する（Ｑｂａｓｅ＝Ｍｃ／ＡＦＴ）。目標空燃比ＡＦＴは、後述する目標空燃比設定手段Ａ６によって算出される。
【０１１１】
燃料噴射量算出手段Ａ３は、基本燃料噴射量算出手段Ａ２によって算出された基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅに、後述するＦ／Ｂ補正量ＤＦｉを加えることで燃料噴射量Ｑｉを算出する（Ｑｉ＝Ｑｂａｓｅ＋ＤＦｉ）。このようにして算出された燃料噴射量Ｑｉの燃料が燃料噴射弁１１から噴射されるように、燃料噴射弁１１に対して噴射指示が行われる。
【０１１２】
＜目標空燃比の算出＞
次に、目標空燃比の算出について説明する。目標空燃比の算出に当たっては、空燃比補正量算出手段Ａ５及び目標空燃比設定手段Ａ６が用いられる。
【０１１３】
空燃比補正量算出手段Ａ５では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎに基づいて、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ及び各気筒の空燃比補正量ＡＦＣが算出される。具体的には、図１１に示したフローチャートに基づいて平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ及び各気筒の空燃比補正量ＡＦＣが算出される。
【０１１４】
目標空燃比設定手段Ａ６は、制御中心空燃比（本実施形態では理論空燃比）ＡＦＲに、空燃比補正量算出手段Ａ５で算出された平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ及び各気筒の空燃比補正量ＡＦＣを加算することで、目標平均空燃比ＡＦＴａｖ及び各気筒の目標空燃比ＡＦＴをそれぞれ算出する。このようにして算出された目標空燃比ＡＦＴは、基本燃料噴射量算出手段Ａ２に入力され、目標平均空燃比ＡＦＴａｖは後述する空燃比偏差算出手段Ａ７に入力される。
【０１１５】
＜Ｆ／Ｂ補正量の算出＞
次に、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐに基づいたＦ／Ｂ補正量の算出について説明する。Ｆ／Ｂ補正量の算出に当たっては、空燃比偏差算出手段Ａ７、Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ８が用いられる。
【０１１６】
空燃比偏差算出手段Ａ７は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐから目標空燃比設定手段Ａ６によって算出された目標平均空燃比ＡＦＴａｖを減算することによって空燃比偏差ＤＡＦを算出する（ＤＡＦ＝ＡＦｕｐ−ＡＦＴａｖ）。この空燃比偏差ＤＡＦは、目標平均空燃比ＡＦＴａｖに対する燃料供給量の過不足を表す値である。
【０１１７】
Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ８は、空燃比偏差算出手段Ａ７によって算出された空燃比偏差ＤＡＦを、比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）することで、下記式（１）に基づいて燃料供給量の過不足を補償するためのＦ／Ｂ補正量ＤＦｉを算出する。このようにして算出されたＦ／Ｂ補正量ＤＦｉは、燃料噴射量算出手段Ａ３に入力される。
ＤＦｉ＝Ｋｐ・ＤＡＦ＋Ｋｉ・ＳＤＡＦ＋Ｋｄ・ＤＤＡＦ      …（１）
【０１１８】
なお、上記式（１）において、Ｋｐは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Ｋｉは予め設定された積分ゲイン（積分定数）、Ｋｄは予め設定された微分ゲイン（微分定数）である。また、ＤＤＡＦは、空燃比偏差ＤＡＦの時間微分値であり、今回更新された空燃比偏差ＤＡＦと前回更新されていた空燃比偏差ＤＡＦとの偏差を更新間隔に対応する時間で除算することで算出される。また、ＳＤＡＦは、空燃比偏差ＤＡＦの時間積分値であり、この時間積分値ＤＤＡＦは前回更新された時間積分値ＤＤＡＦに今回更新された空燃比偏差ＤＡＦを加算することで算出される（ＳＤＡＦ＝ＤＤＡＦ＋ＤＡＦ）。
【０１１９】
＜フローチャート＞
図１１は、本実施形態における空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔の割り込みによって行われる。
【０１２０】
まず、ステップＳ１１において、平均空燃比制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。平均空燃比制御の実行条件については後述する。平均空燃比制御の実行条件が成立していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、平均空燃比制御の実行条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ１２へと進む。ステップＳ１２では、リッチフラグＦｒが１であるか否かが判定される。リッチフラグＦｒは、平均空燃比制御において平均空燃比がリッチ空燃比に制御されているときに１とされ、リーン空燃比に制御されているときに０とされるフラグである。
【０１２１】
平均空燃比制御において、平均空燃比がリッチ空燃比に制御されていると、ステップＳ１２においてリッチフラグＦｒが１であると判定され、ステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比となっていると、ステップＳ１３において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きいと判定され、ステップＳ１４へと進む。ステップＳ１４では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定される。これにより、平均空燃比がリッチ空燃比に維持される。
【０１２２】
次いで、ステップＳ２５では、気筒間空燃比制御（ディザ制御）の実行条件が成立しているか否かが判定される。気筒間空燃比制御の実行条件については後述する。気筒間空燃比制御の実行条件が成立していないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、気筒間空燃比制御の実行条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ２６へと進む。ステップＳ２６では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖから予め定められた所定の変更量αを減算した値がリッチ側の気筒の空燃比補正量ＡＦＣ（Ｒ）とされる。次いで、ステップＳ２７では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖに予め定められた所定の変更量αを加算した値がリーン側の気筒の空燃比補正量ＡＦＣ（Ｌ）とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０１２３】
その後、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１３において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定され、ステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、次に燃焼が行われる気筒がリーン気筒であるか否かが判定され、リッチ気筒である場合には、ステップＳ１６がスキップされる。一方、ステップＳ１５において、次に燃焼が行われる気筒がリーン気筒であると判定されると、ステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、リッチ側の気筒とリーン側の気筒とが入れ替えられる。したがって、これまで気筒間空燃比制御においてリッチ側の気筒とされていた気筒がリーン側の気筒へ入れ替えられる。次いで、ステップＳ１７では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定される。次いで、ステップＳ１８では、リッチフラグＦｒが１にセットされて、ステップＳ２５へと進む。
【０１２４】
リッチフラグＦｒが１にセットされると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１２からステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるか否かが判定される。上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比になっていると、ステップＳ１９において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さいと判定され、ステップＳ２０へと進む。ステップＳ２０では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定される。これにより、平均空燃比がリーン空燃比に維持され、ステップＳ２５へと進む。
【０１２５】
その後、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比がリーン空燃比になると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１９において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であると判定され、ステップＳ２１へと進む。ステップＳ２１では、次に燃焼が行われる気筒がリッチ気筒であるか否かが判定され、リーン気筒である場合には、ステップＳ２２がスキップされる。一方、ステップＳ２１において、次に燃焼が行われる気筒がリッチ気筒であると判定されると、ステップＳ２２へと進む。ステップＳ２２では、リッチ側の気筒とリーン側の気筒とが入れ替えられる。次いで、ステップＳ２３では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定される。次いで、ステップＳ２４では、リッチフラグＦｒが０にリセットされて、ステップＳ２５へと進む。
【０１２６】
＜平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御の実行時期＞
次に、図１２を参照して、上流側排気浄化触媒２０の温度と平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御の実行時期との関係について説明する。図１２は、上流側排気浄化触媒２０の温度、平均空燃比制御の実行の有無、気筒間空燃比制御の実行の有無のタイムチャートである。
【０１２７】
図１２からわかるように、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度がその活性温度（例えば、浄化率が５０％程度となる４００℃）Ｔａｃｔｃ未満である場合には、上述した気筒間空燃比制御が実行されない。代わりに、この場合には、全ての気筒において燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比が制御される。加えて、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０がその活性温度Ｔａｃｔｃ未満である場合には、平均空燃比制御が実行されない。代わりに、この場合には、全ての気筒の空燃比補正量ＡＦＣはゼロに維持され、よって全ての気筒において燃焼空燃比がほぼ理論空燃比とされる。
【０１２８】
また、図１２からわかるように、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度が上限温度（例えば、８００℃）Ｔｌｉｍｃよりも高い場合には、気筒間空燃比制御が実行されない。代わりに、この場合には、全ての気筒において燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比が制御される。このとき、平均空燃比制御の実行は維持されることから、各気筒の燃焼空燃比は目標平均空燃比に一致するように制御される。ただし、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度が上限温度Ｔｌｉｍｃよりも高い温度から低下していく場合には、上流側排気浄化触媒２０の温度が上限温度Ｔｌｉｍｃ以下になっても上限温度Ｔｌｉｍｃよりも低く且つ活性温度Ｔａｃｔｃよりも高い切換温度（例えば、７５０℃）Ｔｓｗに到達するまでは、気筒間空燃比制御は実行されない。この場合にも、代わりに、全て気筒において燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比が制御される。そして、上流側排気浄化触媒２０の温度が切換温度Ｔｓｗ以下になったときに、気筒間空燃比制御が実行される。
【０１２９】
次に、このように温度に応じて平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御の実行状態を変更することによる効果について説明する。ここで、上述した平均空燃比制御や気筒間空燃比制御を行うと、上流側排気浄化触媒２０には未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが流入する。このため、上流側排気浄化触媒２０が活性温度に達していないと、これら未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが上流側排気浄化触媒２０で浄化されずに流出してしまう可能性がある。本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０が活性温度よりも低い場合には、平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御を行わないようにしている。このため、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ濃度が低下し、よって上流側排気浄化触媒２０からの未燃ＨＣ、ＣＯ等の流出を抑制することができる。
【０１３０】
また、上流側排気浄化触媒２０の温度が上限温度よりも高くなると、その温度が高くなるほど上流側排気浄化触媒２０上に担持された貴金属が焼結し、よって触媒活性が低下してしまう。一方、気筒間空燃比制御を実行すると、上流側排気浄化触媒２０には未燃ＨＣ、ＣＯ及び酸素が流入するため、上流側排気浄化触媒２０においてこれら未燃ＨＣ、ＣＯが燃焼し、上流側排気浄化触媒２０の温度が上昇する。これに対して、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度が上限温度以上になると、気筒間空燃比制御の実行が停止される。これにより、上流側排気浄化触媒２０の温度が上限温度に到達した後も上昇していくことが抑制され、よって上流側排気浄化触媒２０上に担持されている貴金属の焼結を抑制することができる。なお、本実施形態では、「上限温度」は上流側排気浄化触媒２０の温度上昇により触媒活性が一定以下に低下してしまうような温度を意味する。
【０１３１】
＜気筒間空燃比制御開始時の燃焼空燃比制御＞
次に、図１３及び図１４を参照して、気筒間空燃比制御を開始するときの各気筒における燃焼空燃比の制御について説明する。図１３は、平均空燃比補正量、空燃比補正量、触媒温度、平均空燃比制御の有無、及び気筒間空燃比制御の有無のタイムチャートである。特に、図１３は、上流側排気浄化触媒２０の温度が活性温度未満からそれ以上に変化することによって気筒間空燃比制御が開始される場合の各パラメータの推移を示している。
【０１３２】
図１３に示した例では、時刻ｔ1以前には、上流側排気浄化触媒２０の温度が活性温度Ｔａｃｔｃ未満となっている。このため、時刻ｔ1以前においては、平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御は実行されていない。この結果、全ての気筒において空燃比補正量ＡＦＣはゼロとされ、よって全ての気筒において燃焼空燃比がほぼ理論空燃比とされる。
【０１３３】
図示した例では、時刻ｔ1において、上流側排気浄化触媒２０の温度が活性温度Ｔａｃｔｃ以上になる。このとき、２番気筒において燃焼が行われているため、次に燃料噴射弁１１からの燃料供給が行われるのは１番気筒となる。そこで、次に燃料供給が行われる１番気筒から平均空燃比制御が開始され、図１３に示した例では平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定される。なお、平均空燃比制御が開始されるときには、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖをリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定するようにしてもよい。
【０１３４】
加えて、図１３に示した例では、時刻ｔ1以降に初めて燃料噴射弁１１からの燃料供給が行われる１番気筒から、気筒間空燃比制御が開始される。特に、本実施形態では、気筒間空燃比制御を開始するときには、最初に燃料供給が行われる気筒は、基本的にリッチ側の気筒とされる。すなわち、気筒間空燃比制御を開始するときには、基本的に、開始後最初に燃料供給が行われる気筒において平均空燃比よりもリッチになるように燃焼空燃比が制御される。したがって、図１３に示した例では、時刻ｔ1以降に初めて燃料供給が行われる１番気筒において、空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖから変更量αを減算した値とされる。
【０１３５】
このように、気筒間空燃比制御の開始後、最初に燃料供給が行われる気筒において燃焼空燃比がリッチとされることにより、気筒間空燃比制御開始時に酸素吸蔵物質に吸蔵されていた酸素を離脱させることができる。酸素及びＳＯｘは同様な態様で酸素吸蔵物質に吸蔵されると考えられることから、酸素吸蔵物質から酸素を離脱させることにより、酸素吸蔵物質にＳＯｘを吸蔵し易くすることができる。
【０１３６】
ところで、内燃機関の運転中には、上流側排気浄化触媒２０から排出される排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるような制御（以下、「リッチ化制御」という）が行われる。このような制御としては、例えば、以下のような制御が挙げられる。一つ目の制御としては、内燃機関の運転中に一時的に燃料噴射弁１１からの燃料供給を停止する燃料カット制御の終了後に、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比に制御する復帰後リッチ制御が挙げられる。斯かる復帰後リッチ制御は、燃料カット制御中に増大した排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵量を減少させるために行われる。二つ目の制御としては、機関負荷が急激に最大負荷まで上昇した場合等に、一時的に燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を増量させるパワー増量制御が挙げられる。三つ目の制御としては、上流側排気浄化触媒２０の温度が過剰に上昇してしまうのを防止すべく、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を増量させてその気化熱により最終的に排気ガスの温度を低下させる過昇温防止制御が挙げられる。
【０１３７】
斯かるリッチ化制御の実行中には、基本的に、平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御が停止せしめられる。そして、リッチ化制御が終了すると、これら平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御が再開される。この場合、リッチ化制御が行われてきたため、平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御の再開時には上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡはほぼゼロとなっている。このため、これら制御の再開時に上述したように最初に燃料供給が行われる気筒をリッチ側の気筒にすると、この気筒から排出された排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯが上流側排気浄化触媒２０で浄化されなくなってしまう。
【０１３８】
そこで、本実施形態では、気筒間空燃比制御を開始するときであっても、気筒間空燃比制御の開始直前にリッチ化制御を行っていた場合、開始後最初に燃料供給が行われる気筒において前記平均空燃比よりもリーンになるように燃焼空燃比が制御される。この様子を、図１４に示す。図１４は、リッチ化制御が終了することによって気筒間空燃比制御が開始される場合の各パラメータの推移を示す、図１３と同様な図である。
【０１３９】
図１４に示した例では、時刻ｔ1においてリッチ化制御が終了せしめられる。時刻ｔ1以前においては気筒間空燃比制御及び平均空燃比制御は実行されていないが、リッチ化制御により燃焼空燃比は全ての気筒において一定のリッチ空燃比となっている（図１４では、このときの燃焼空燃比に相当する空燃比補正量を破線で示している）。
【０１４０】
時刻ｔ1においては、４番気筒において燃焼が行われているため、次に燃料噴射弁１１からの燃料供給が行われるのは２番気筒となる。本実施形態では、次に燃料供給が行われる２番気筒から平均空燃比制御が開始され、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定される。
【０１４１】
加えて、図１４に示した例では、時刻ｔ1以降に初めて燃料噴射弁１１からの燃料供給が行われる２番気筒から、気筒間空燃比制御が開始される。加えて、気筒間空燃比制御の開始直前にリッチ化制御が行われていた場合には、気筒間空燃比制御を開始するときには、最初に燃料供給が行われる気筒がリーン側の気筒とされる。すなわち、リッチ制御後に気筒間空燃比制御を開始するときには、開始後最初に燃料供給が行われる気筒において平均空燃比よりもリーンになるように燃焼空燃比が制御される。したがって、図１４に示した例では、時刻ｔ1以降に初めて燃料供給が行われる２番気筒において、空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖに変更量αを加算した値とされる。
【０１４２】
＜フローチャート＞
図１５は、平均空燃比制御の実行条件が成立しているか否かについての判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
【０１４３】
まず、ステップＳ３１において、空燃比センサ４０、４１の温度Ｔｓｅｎが活性温度Ｔａｃｔｓ以上であるか否かが判定される。空燃比センサ４０、４１の温度はそのインピーダンスを検出すると共に検出されたインピーダンスに基づいて算出される。また、ステップＳ３２では、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔがその活性温度Ｔａｃｔｃ以上であるか否かが判定される。上流側排気浄化触媒２０の温度は、温度センサ４６によって検出されるか、又は他のパラメータに基づいて算出される。加えて、ステップＳ３３では、これら温度以外の他の実行条件が成立しているか否かが判定される。他の実行条件としては、例えばリッチ化制御の実行中でないこと等が挙げられる。
【０１４４】
そして、ステップＳ３１〜Ｓ３３において、空燃比センサ４０、４１の温度Ｔｓｅｎが活性温度Ｔａｃｔｃ以上であり、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔが活性温度Ｔａｃｔｃ以上であり、且つその他の実行条件も成立していると判定された場合には、ステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、平均空燃比制御実行フラグＦａが１にセットされる。平均空燃比制御実行フラグＦａは、平均空燃比制御の実行条件が成立しているときに１にセットされ、成立していないときには０にされるフラグである。ステップＳ３４において平均空燃比制御実行フラグＦａが１にセットされると、図１１のステップＳ１１では、平均空燃比制御の実行条件が成立していると判定されることになる。
【０１４５】
一方、ステップＳ３１〜Ｓ３３の判定の少なくともいずれか一つが成立していないと判定された場合には、ステップＳ３５へと進む。ステップＳ３５では、平均空燃比制御実行フラグＦａが０にリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０１４６】
図１６は、気筒間空燃比制御の実行条件が成立しているか否かについての判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
【０１４７】
ステップＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４４は、図１５のステップＳ３１〜Ｓ３３と同様であるため、説明を省略する。本制御ルーチンでは、ステップＳ４１、Ｓ４２及びＳ４４に加えて、ステップＳ４３において、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔがその上限温度Ｔｌｉｍｃ以下であるか否かが判定される。そして、ステップＳ４３において、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔが上限温度Ｔｌｉｍｃよりも高いと判定された場合には、ステップＳ５０へと進む。ステップＳ５０では、気筒間空燃比制御実行フラグＦｄが０にリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。気筒間空燃比制御実行フラグＦｄは、気筒間空燃比制御の実行条件が成立しているときに１にセットされ、成立していないときには０にされるフラグである。
【０１４８】
一方、ステップＳ４３において、上流側排気浄化触媒２０の温度が上限温度Ｔｌｉｍｃ以下であると判定された場合には、ステップＳ４１、Ｓ４２及びＳ４４における判定も全て成立していれば、ステップＳ４５へと進む。ステップＳ４５では、気筒間空燃比制御実行フラグＦｄが１にセットされる。次いで、ステップＳ４６では、気筒間空燃比制御が開始された直後であるか否かが判定される。すなわち、気筒間空燃比制御の実行条件が成立してから最初の燃料噴射が開始される前であるか否かが判定される。気筒間空燃比制御が開始された直後ではないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ４６において、気筒間空燃比制御が開始された直後であると判定された場合にはステップＳ４７へと進む。
【０１４９】
ステップＳ４７では、気筒間空燃比制御の開始直前までリッチ化制御が実行されていたか否かが判定される。ステップＳ４７において、リッチ化制御が実行されていたと判定された場合には、ステップＳ４８へと進む。ステップＳ４８では、気筒間空燃比制御がリーン側の気筒から開始されるように制御され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ４７において、リッチ化制御が実行されていなかったと判定された場合には、ステップＳ４９へと進む。ステップＳ４９では、気筒間空燃比制御がリッチ側の気筒から開始されるように制御され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０１５０】
＜第一実施形態の変更例＞
次に、図１７及び図１８を参照して、本発明の第一実施形態の排気浄化装置の変更例について説明する。上述した第一実施形態の気筒間空燃比制御では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されているときにもリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定されているときにも、気筒間での燃焼空燃比が変化せしめられている。
【０１５１】
しかしながら、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されているときに気筒間で燃焼空燃比を変化させると、リッチ側の気筒の空燃比補正量ＡＦＣはリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈから変更量αを減少させた値となる。このため、リッチ側の気筒における燃焼空燃比は、リッチ度合いの大きなリッチ空燃比となる。このように、リッチ度合いが高くなると、上述したようにＳＯｘが酸素吸蔵物質に強固に吸蔵されていたとしてもＳＯｘの離脱を招き、よって貴金属表面への硫黄成分の移動が生じてしまう。
【０１５２】
そこで、本変更例では、図１７に示したように、平均空燃比がリーン空燃比とされているときには気筒間空燃比制御が実行される。加えて、平均空燃比がリッチ空燃比とされているときには、気筒間空燃比制御が実行されずに、全ての気筒において燃焼空燃比がリッチ空燃比になるように各気筒の燃焼空燃比が制御される。これにより、平均空燃比がリッチ空燃比にされているときであっても、各気筒の燃焼空燃比がリッチ度合いの大きなリッチになることが抑制され、よって酸素吸蔵物質から貴金属表面への硫黄成分の移動を抑制することができる。
【０１５３】
図１８は、本変更例における空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図１８に示した制御ルーチンは、図１１のステップＳ２６が削除されている点を除いて、図１１に示した制御ルーチンと同様である。
【０１５４】
＜第二実施形態＞
次に、図１９〜図２１を参照して、本発明の第二実施形態の排気浄化装置について説明する。第二実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様である。
【０１５５】
本実施形態の平均空燃比制御では、まず、目標平均空燃比をリッチ設定空燃比に設定している状態で、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比になったと判断されると、目標平均空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられる。これにより、平均空燃比がリーン空燃比に変化する。
【０１５６】
目標平均空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの酸素過不足量が積算される。酸素過不足量は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量又は不足する酸素の量（過剰な未燃ガス等の量）を意味する。特に、目標平均空燃比がリーン設定空燃比となっているときには上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中の酸素は過剰となり、この過剰な酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵される。したがって、酸素過不足量の積算値（以下、「積算酸素過不足量」という）は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡを表しているといえる。
【０１５７】
なお、酸素過不足量の算出は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比、及び上流側排気浄化触媒２０を流通する排気ガスの流量又は燃料噴射弁１１からの燃料供給量等に基づいて行われる。具体的には、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスにおける酸素過不足量ＯＥＤは、例えば、下記式（２）により算出される。
ＯＥＤ＝０．２３×Ｑｉ×（ＡＦｕｐ−ＡＦＲ）      …（２）
ここで、０．２３は空気中の酸素濃度、Ｑｉは燃料噴射量、ＡＦｕｐは上流側空燃比センサ４０の出力空燃比、ＡＦＲは制御中心となる空燃比（本実施形態では、理論空燃比）をそれぞれ表している。
【０１５８】
このようにして算出された酸素過不足量を積算した積算酸素過不足量が、予め定められた切替基準値（予め定められた切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当）以上になると、それまでリーン設定空燃比に設定されていた目標平均空燃比が、リッチ設定空燃比に切り替えられる。すなわち、平均空燃比をリーン空燃比に制御し始めてからの上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが予め定められた切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに達した時に平均空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。
【０１５９】
その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が再びリッチ判定空燃比以下となったときに、目標平均空燃比が再びリーン設定空燃比とされ、その後、同様な操作が繰り返される。このように本実施形態においても、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標平均空燃比がリーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに交互に設定される。
【０１６０】
図１９を参照して、本実施形態の平均空燃比制御について具体的に説明する。図１９は、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ等の、図４と同様なタイムチャートである。図１９に示した例では、時刻ｔ1〜ｔ2において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されている。すなわち、目標平均空燃比はリッチ空燃比とされており、これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐがリッチ空燃比となっている。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中に含まれている未燃ＨＣ、ＣＯは、上流側排気浄化触媒２０で浄化され、これに伴って上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に減少していく。一方、上流側排気浄化触媒２０における未燃ＨＣ、ＣＯの浄化により、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎはほぼ理論空燃比となる。
【０１６１】
その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが減少してゼロに近づくと、上流側排気浄化触媒２０に流入した未燃ＨＣ、ＣＯの一部が上流側排気浄化触媒２０から流出し始める。このため、図示した例では、時刻ｔ2において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。
【０１６２】
本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。したがって、目標平均空燃比がリーン空燃比へと切り替えられる。このとき、積算酸素過不足量ΣＯＥＤはゼロにリセットされる。
【０１６３】
時刻ｔ2において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖをリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比に変化する。また、これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐがリーン空燃比となる。加えて、時刻ｔ2以降、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に増大し、また積算酸素過不足量ΣＯＥＤも徐々に増大する。また、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に収束する。
【０１６４】
その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが増加すると、時刻ｔ3において、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達する。このとき、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当する切替基準値ＯＥＤｒｅｆに到達する。本実施形態では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上になると、上流側排気浄化触媒２０への酸素の吸蔵を中止すべく、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。したがって、目標平均空燃比はリッチ空燃比とされる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣＯＥＤがゼロにリセットされる。その後、平均空燃比制御では、時刻ｔ1〜ｔ3の制御が繰り返される。
【０１６５】
なお、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは上流側排気浄化触媒２０が未使用であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘよりも十分に低く設定される。このため、実際の排気ガスの空燃比が意図せずに目標平均空燃比から瞬間的に大きくずれたりしたときであっても、酸素吸蔵量ＯＳＡは最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘには到達しない。逆に言うと、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、上述したような意図しない空燃比のずれが生じても、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘには到達しないように十分少ない量とされる。例えば、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、上流側排気浄化触媒２０が未使用であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの３／４以下、好ましくは１／２以下、より好ましくは１／５以下とされる。
【０１６６】
本実施形態によれば、上流側排気浄化触媒２０から酸素やＮＯｘが流出する前に目標平均空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられることになる。このため、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量を常に抑制することができる。すなわち、上述した制御を行っている限り、基本的には上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量をほぼゼロとすることができる。また、積算酸素過不足量ΣＯＥＤを算出する際の積算期間が短いため、長期間に亘って積算する場合に比べて算出誤差が生じにくい。このため、積算酸素過不足量ΣＯＥＤの算出誤差によりＮＯｘが排出されてしまうことが抑制される。
【０１６７】
なお、本実施形態では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されている期間（例えば、時刻ｔ1〜ｔ2）においても、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定されている期間（例えば、時刻ｔ2〜ｔ3）においても、気筒間空燃比制御が実行される。特に、図１９に示した例では、リッチ側の気筒では空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖから変更量αを減算した値に設定される。一方、リーン側の気筒では、空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖに変更量αを加算した値に設定される。ただし、上述した第一実施形態の変更例と同様に、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量に設定されている期間中は気筒間空燃比制御を実行しないようにしてもよい。
【０１６８】
＜具体的な制御の説明及びフローチャート＞
次に、図２０を参照して、上記実施形態における排気浄化装置の制御装置について具体的に説明する。図２０は、図１０と同様な機能ブロック図であり、図１０に示した機能ブロック図に対して酸素過不足量算出手段Ａ４が加えられている。
【０１６９】
酸素過不足量算出手段Ａ４は、燃料噴射量算出手段Ａ３によって算出された燃料噴射量Ｑｉ及び上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐに基づいて積算酸素過不足量ΣＯＥＤを算出する。酸素過不足量算出手段Ａ４は、例えば、上記式（２）により上流側空燃比センサ４０の出力空燃比と制御中心空燃比との差分に燃料噴射量Ｑｉを乗算すると共に、求めた値を積算することによって積算酸素過不足量ΣＯＥＤを算出する。また、本実施形態においては、空燃比補正量算出手段Ａ５では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎに加えて、酸素過不足量算出手段Ａ４によって算出された積算酸素過不足量ΣＯＥＤに基づいて、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ及び各気筒の空燃比補正量ＡＦＣが算出される。
【０１７０】
図２１は、第二実施形態における空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。図２１のステップＳ６１〜Ｓ６８及びステップＳ７０〜Ｓ７７は、図１１のステップＳ１１〜Ｓ１８及びステップＳ２０〜Ｓ２７と同様であるため説明を省略する。
【０１７１】
図２１に示した制御ルーチンでは、ステップＳ６２においてリッチフラグＦｒが１でないと判定された場合には、ステップＳ６９へと進む。ステップＳ６９では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが切り替えられてからの積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上であるか否かが判定される。積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆよりも少ない場合にはステップＳ７０へと進む。一方、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ７１へと進む。
【０１７２】
＜第三実施形態＞
次に、図２２及び図２３を参照して、本発明の第三実施形態の排気浄化装置について説明する。第三実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態又は第二実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様である。
【０１７３】
本実施形態では、平均空燃比制御において、少なくとも下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるときには、平均空燃比を、出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きいときに比べてリーン度合いの大きいリーン空燃比に制御している。すなわち、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるときには、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈよりも小さい強リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈに設定される。加えて、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるときには、上述した気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比が制御される。
【０１７４】
また、本実施形態では、平均空燃比制御において、少なくとも下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるときには、平均空燃比を、出力空燃比がリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さいときに比べてリッチ度合いの大きいリッチ空燃比に制御している。すなわち、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるときには、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦｌｅａｎよりも大きい強リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎに設定される。加えて、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるときには、上述した気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において燃焼空燃比が等しくなるように各気筒の燃焼空燃比が制御される。
【０１７５】
図２２を参照して、本実施形態の平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御について具体的に説明する。図２２は、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ等の図４と同様なタイムチャートである。図２２に示した例では、時刻ｔ1以前は、図４の時刻ｔ1以前と同様な制御が行われている。
【０１７６】
時刻ｔ1において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを減少させるべく、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが強リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈに切り替えられる。したがって、目標平均空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。このとき、気筒間空燃比制御は実行されない。このため、各気筒の燃焼空燃比は基本的に目標平均空燃比に一致する。
【０１７７】
時刻ｔ1において、目標平均空燃比がリッチ空燃比に切り替えられると、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎは理論空燃比に向かって徐々に低下し、時刻ｔ2においてリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さくなる。本実施形態では、時刻ｔ2において、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さくなると、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが強リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈよりもリッチ度合いの小さいリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。したがって、目標平均空燃比のリッチ度合いが低下する。加えて、本実施形態では、時刻ｔ2以降、気筒間空燃比制御が実行される。
【０１７８】
その後、目標平均空燃比がリッチ空燃比に維持されると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に減少し、やがてゼロに近づく。これにより、上流側排気浄化触媒２０に流入した未燃ＨＣ、ＣＯの一部が上流側排気浄化触媒２０から流出し始め、時刻ｔ3において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になる。
【０１７９】
時刻ｔ3において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが強リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎに切り替えられる。したがって、目標平均空燃比がリーン空燃比に切り替えられる。このとき、気筒間空燃比制御は実行されない。このため、各気筒の燃焼空燃比は基本的に目標平均空燃比に一致する。
【０１８０】
時刻ｔ3において、目標平均空燃比がリーン空燃比に切り替えられると、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎは理論空燃比に向かって徐々に上昇し、時刻ｔ4においてリッチ判定空燃比ＡＦｌｒｉｃｈよりも大きくなる。本実施形態では、時刻ｔ4において、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きくなると、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが強リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎよりもリーン度合いの小さいリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。したがって、目標平均空燃比のリーン度合いが低下する。加えて、本実施形態では、時刻ｔ4以降、気筒間空燃比制御が実行される。
【０１８１】
その後、目標平均空燃比がリーン空燃比に維持されると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に増加し、やがて最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに近づく。これにより、上流側排気浄化触媒２０に流入した酸素及びＮＯｘの一部が上流側排気浄化触媒２０から流出し始め、時刻ｔ5において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以下になる。このため、時刻ｔ5において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが強リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈに切り替えられ、その後、同様な制御が繰り返される。
【０１８２】
次に、第三実施形態に係る排気浄化装置による効果について説明する。図２２の時刻ｔ1において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になっているときには、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡがほぼ最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘとなっている。このため、時刻ｔ1において目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えた直後に内燃機関が急加速する等の外乱により一時的に空燃比がリーン側に変化すると、目標平均空燃比のリッチ度合いが低い場合には、上流側排気浄化触媒２０から酸素やＮＯｘが流出してしまう可能性がある。これに対して、本実施形態では、時刻ｔ1において目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えたときには、目標平均空燃比のリッチ度合いが大きくされる。このため、外乱等により一時的に空燃比がリーン側に変化しても、上流側排気浄化触媒２０から酸素やＮＯｘが流出するのを抑制することができる。
【０１８３】
また、時刻ｔ1において目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えた直後にも気筒間空燃比制御を行った場合、上述したような外乱等により一時的に空燃比がリーン側に変化すると、気筒間空燃比制御におけるリーン側の気筒においてリーン度合いが大きくなる。このようにリーン度合いの大きいリーン空燃比の排気ガスが上流側排気浄化触媒２０に流入すると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡがほぼ最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘとなっていることから、上流側排気浄化触媒２０から酸素やＮＯｘが流出する可能性がある。これに対して、本実施形態では、時刻ｔ1において目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えたときには、気筒間空燃比制御が停止される。これにより、上流側排気浄化触媒２０から酸素やＮＯｘが流出するのを抑制することができる。
【０１８４】
また、図２２の時刻ｔ3において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になっているときには、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡがほぼゼロとなっている。このため、時刻ｔ3において目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えた直後に内燃機関が急減速する等の外乱により一時的に空燃比がリッチ側に変化すると、目標平均空燃比のリーン度合いが低い場合には、上流側排気浄化触媒２０から未燃ＨＣやＣＯが流出してしまう可能性がある。これに対して、本実施形態では、時刻ｔ3において目標空燃比をリーン空燃比に切り替えたときには、目標平均空燃比のリーン度合いが大きくされる。このため、外乱等により一時的に空燃比がリッチ側に変化しても、上流側排気浄化触媒２０から未燃ＨＣやＣＯが流出するのを抑制することができる。
【０１８５】
また、時刻ｔ3において目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えた直後にも気筒間空燃比制御を行った場合、上述したような外乱等により一時的に空燃比がリッチ側に変化すると、気筒間空燃比制御におけるリッチ側の気筒においてリッチ度合いが大きくなる。このようにリッチ度合いの大きいリッチ空燃比の排気ガスが上流側排気浄化触媒２０に流入すると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡがほぼゼロとなっていることから、上流側排気浄化触媒２０から未燃ＨＣやＣＯが流出する可能性がある。これに対して、本実施形態では、時刻ｔ3において目標空燃比をリーン空燃比に切り替えたときには、気筒間空燃比制御が停止される。これにより、上流側排気浄化触媒２０から未燃ＨＣやＣＯが流出するのを抑制することができる。
【０１８６】
なお、図２２に示した実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下のとき（時刻ｔ1〜ｔ2）にのみ目標平均空燃比のリッチ度合いが大きくされ気筒間空燃比が停止される。しかしながら、時刻ｔ1〜ｔ2において目標平均空燃比のリッチ度合いが大きくされ且つ気筒間空燃比が停止されていれば、時刻ｔ2以降も斯かる制御を或る程度の時間に亘って続けるようにしてもよい。同様に、図２２に示した実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上のとき（時刻ｔ3〜ｔ4）にのみ目標平均空燃比のリーン度合いが大きくされ気筒間空燃比が停止される。しかしながら、時刻ｔ3〜ｔ4において目標平均空燃比のリーン度合いが大きくされ且つ気筒間空燃比が停止されていれば、時刻ｔ4以降も斯かる制御を或る程度の時間に亘って続けるようにしてもよい。
【０１８７】
また、本実施形態における制御は、第二実施形態に係る排気浄化触媒にも適用可能である。ただし、この場合、第二実施形態に係る排気浄化触媒では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になることは基本的にない。したがって、この場合、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になった場合にのみ本実施形態に係る制御が行われる。
【０１８８】
＜フローチャート＞
図２３は、本実施形態における空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔の割り込みによって行われる。なお、図２３では、図面を簡単にするために、図１１のステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ２１、Ｓ２２のような処理を省略している。
【０１８９】
ステップＳ８１〜Ｓ８３は、図１１のステップＳ１１〜Ｓ１３と同様であるため説明を省略する。ステップＳ８３において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定された場合には、ステップＳ８４へと進む。ステップＳ８４では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも低いか否かが判定される。ステップＳ８４において、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であると判定された場合（例えば、図２２の時刻ｔ1〜ｔ2）にはステップＳ８５へと進む。ステップＳ８５では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが強リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈに設定される。その後、気筒間空燃比制御の実行を行うステップＳ８９〜Ｓ９１がスキップされて、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０１９０】
その後、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比に近づくと、ステップＳ８４において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さいと判定され、ステップＳ８６へと進む。ステップＳ８６では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定され、ステップＳ８９へと進む。図２３のステップＳ８７、Ｓ８８はそれぞれ図１１のステップＳ１７、Ｓ１８と同様であり、図２３のステップＳ８９〜Ｓ９２はそれぞれ図１１のステップＳ２５〜Ｓ２７、Ｓ１９と同様であるため説明を省略する。
【０１９１】
ステップＳ９２において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であると判定された場合には、ステップＳ９３へと進む。ステップＳ９３では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも高いか否かが判定される。ステップＳ９３において、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定された場合（例えば、図２２の時刻ｔ3〜ｔ4）には、ステップＳ９４へと進む。ステップＳ９４では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが強リーン補正量ＡＦＣｓｌｅａｎに設定される。その後、気筒間空燃比制御の実行を行うステップＳ９８〜Ｓ１００がスキップされて、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０１９２】
その後、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比に近づくと、ステップＳ９３において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも大きいと判定され、ステップＳ９５へと進む。ステップＳ９５では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定され、ステップＳ９８へと進む。図２３のステップＳ９６、Ｓ９７はそれぞれ図１１のステップＳ２３、Ｓ２４と同様であり、図２３のステップＳ９８〜Ｓ１００はそれぞれ図１１のステップＳ２５〜Ｓ２７、Ｓ１９と同様であるため説明を省略する。
【０１９３】
＜第四実施形態＞
次に、図２４〜図２６を参照して、本発明の第四実施形態の排気浄化装置について説明する。第四実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態又は第二実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様である。
【０１９４】
本実施形態に係る排気浄化装置では、平均空燃比制御において、リッチ設定空燃比のリッチシフト量及びリーン設定空燃比のリーンシフト量が上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが大きくなるほど小さくされる。加えて、本実施形態に係る排気浄化装置では、気筒間空燃比制御の実行中に平均空燃比よりもリッチにされる気筒の空燃比と平均空燃比よりもリーンにされる気筒の空燃比との差は、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが大きくなると小さくされる。
【０１９５】
図２４を参照して、本実施形態における平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御について具体的に説明する。図２４は、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ等の図４と同様なタイムチャートである。図２４に示した例では、基本的に図４に示した例と同様な制御が行われている。しかしながら、本実施形態においても、基本的に第二実施形態及び第三実施形態と同様な平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御を行ってもよい。
【０１９６】
図２４からわかるように、時刻ｔ3以前においては、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘは比較的多い（Ｃｍａｘ1）。このとき、平均空燃比制御におけるリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ及びリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎはそれぞれ比較的大きな値とされる（ＡＦＣｒｉｃｈ1、ＡＦＣｌｅａｎ1）。また、気筒間空燃比制御における変更量αも比較的大きな値とされる（α1）。
【０１９７】
なお、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘは、例えば、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖをリッチ空燃比に切り替えてから下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達するまでの積算酸素過不足量ΣＯＥＤに基づいて算出される。或いは、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘは、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖをリーン空燃比に切り替えてから下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに到達するまでの積算酸素過不足量ΣＯＥＤに基づいて算出される。具体的には、斯かる期間中の積算酸素過不足量ΣＯＥＤが少なくなるほど最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが少ないものとして算出される。
【０１９８】
一方、図２４からわかるように、時刻ｔ4以降においては、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが時刻ｔ3以前の値（Ｃｍａｘ1）よりも減少する。これに伴って、本実施形態では、平均空燃比制御におけるリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ及びリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎの絶対値が時刻ｔ3以前の値よりも小さくされる（ＡＦＣｒｉｃｈ2、ＡＦＣｌｅａｎ2）。また、気筒間空燃比制御における変更量αも、時刻ｔ3以前の値α1よりも小さい値α2とされる（α2＜α1）。
【０１９９】
図２５は、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘと気筒間空燃比制御における変更量α及び平均空燃比制御における設定補正量（絶対値）との関係を示す図である。図２５（Ａ）からわかるように、気筒間空燃比制御の変更量αは、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが増大するほど大きくなる。また、図２５（Ｂ）からわかるように、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈは、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが増大するほど大きくなる。同様に、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎも、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが増大するほど大きくなる。ただし、図２５（Ｂ）からわかるように、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎは、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈよりも常に小さい値とされる。
【０２００】
次に、第四実施形態に係る排気浄化装置による効果について説明する。上述したように上流側排気浄化触媒２０の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘは、一般に、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いを表している。このため、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが少ないほど上流側排気浄化触媒２０の劣化度合い大きいこと、すなわち貴金属の触媒活性が低いことを意味している。
【０２０１】
本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが少なくなるほど、すなわち上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが大きくなるほど、平均空燃比制御におけるリッチシフト量及びリーンシフト量が小さくされる。加えて、気筒間空燃比制御における変更量αが少なくされる。この結果、上流側排気浄化触媒２０に流入する未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの流量が少なくなる。このため、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが大きくなって貴金属の触媒活性が低下しても、上流側排気浄化触媒２０において排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを十分に浄化することができる。
【０２０２】
図２６は、変更量α及び設定空燃比の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図２６に示したように、まず、ステップＳ１１１において、例えば積算酸素過不足量ΣＯＥＤに基づいて最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが算出される。次いで、ステップＳ１１２では、ステップＳ１１１において算出された最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに基づいて図２５（Ａ）に示したマップを用いて気筒間空燃比制御における変更量αが算出される。このようにして算出された変更量αは、図１１のステップＳ２６、Ｓ２７等において用いられる。次いで、ステップＳ１１３では、ステップＳ１１１において算出された最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに基づいて図２５（Ｂ）に示したマップを用いて気筒間空燃比制御におけるリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ及びリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎが算出される。このようにして算出されたリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ及びリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎは、図１１のステップＳ１４、Ｓ１７、Ｓ２０、Ｓ２３等で用いられる。
【０２０３】
＜第五実施形態＞
次に、図２７〜図２９を参照して、本発明の第五実施形態の排気浄化装置について説明する。第五実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態〜第四実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様である。
【０２０４】
本実施形態に係る排気浄化装置では、平均空燃比制御において、リッチ設定空燃比のリッチシフト量及びリーン設定空燃比のリーンシフト量が燃焼室５に供給される吸入空気量が多くなると小さくされる。加えて、本実施形態に係る排気浄化装置では、気筒間空燃比制御の実行中に平均空燃比よりもリッチされる気筒の空燃比と平均空燃比よりもリーンにされる気筒の空燃比との差は、燃焼室５に供給される吸入空気量が多くなると小さくされる。
【０２０５】
図２７を参照して、本実施形態における平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御について具体的に説明する。図２７は、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ等の図４と同様なタイムチャートである。図２７に示した例では、基本的に図４に示した例と同様な制御が行われている。しかしながら、本実施形態においても、基本的に第二実施形態及び第三実施形態と同様な平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御を行ってもよい。
【０２０６】
図２７からわかるように、時刻ｔ3以前においては、各気筒の燃焼室５への吸入空気量Ｍｃは比較的少ない（Ｍｃ1）。このとき、平均空燃比制御におけるリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ及びリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎはそれぞれ比較的大きな値とされる（ＡＦＣｒｉｃｈ1、ＡＦＣｌｅａｎ1）。すなわち、平均空燃比制御におけるリッチシフト量及びリーンシフト量が大きくされる。また、気筒間空燃比制御における変更量αも比較的大きな値とされる（α1）。なお、各気筒の燃焼室５への吸入空気量は例えばエアフロメータ３９の出力に基づいて算出される。
【０２０７】
一方、図２７からわかるように、時刻ｔ4以降においては、各気筒の燃焼室５への吸入空気量Ｍｃが比較的多くなっており（Ｍｃ2）、時刻ｔ3以前の吸入空気量Ｍｃよりも多くなっている。これに伴って、本実施形態では、平均空燃比制御におけるリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ及びリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎの絶対値が時刻ｔ3以前の値よりも小さくされる（ＡＦＣｒｉｃｈ2、ＡＦＣｌｅａｎ2）。すなわち、平均空燃比制御におけるリッチシフト量及びリーンシフト量が、時刻ｔ3以前よりも小さくされる。また、気筒間空燃比制御における変更量αも、時刻ｔ3以前の値α1よりも小さい値とされる（α2＜α1）。
【０２０８】
図２８は、各気筒の燃焼室５への吸入空気量Ｍｃと気筒間空燃比制御における変更量α及び平均空燃比制御における設定補正量（絶対値）との関係を示す図である。図２８（Ａ）からわかるように、気筒間空燃比制御の変更量αは、吸入空気量Ｍｃが増大するほど少なくされる。また、図２８（Ｂ）からわかるように、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈは、吸入空気量Ｍｃが増大するほど小さくされる。同様に、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎも、吸入空気量Ｍｃが増大するほど小さくされる。ただし、図２８（Ｂ）からわかるように、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎは、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈよりも常に小さい値とされる。
【０２０９】
次に、第五実施形態に係る排気浄化装置による効果について説明する。各気筒の燃焼室５への吸入空気量が増大すると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの流量が増大する。このため、排気ガスが上流側排気浄化触媒２０を通過する通過時間が短くなる。このため、上流側排気浄化触媒２０において未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが浄化されにくくなる。
【０２１０】
これに対して、本実施形態では、各気筒の燃焼室５への吸入空気量が多くなるほど、平均空燃比制御におけるリッチシフト量及びリーンシフト量が小さくされる。加えて、気筒間空燃比制御における変更量αが少なくされる。この結果、各気筒の燃焼室５への吸入空気量が増大するほど、排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ濃度が低下せしめられる。このため、各気筒の燃焼室５への吸入空気量が増大しても、上流側排気浄化触媒２０において排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを十分に浄化することができる。
【０２１１】
図２９は、変更量α及び設定空燃比の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図２９に示したように、まず、ステップＳ１２１において、エアフロメータ３９の出力に基づいて各気筒の燃焼室５への吸入空気量Ｍｃが算出される。次いで、ステップＳ１２２では、ステップＳ１２１において算出された吸入空気量Ｍｃに基づいて図２８（Ａ）に示したマップを用いて気筒間空燃比制御における変更量αが算出される。次いで、ステップＳ１２３では、ステップＳ１２１において算出された吸入空気量Ｍｃに基づいて図２８（Ｂ）に示したマップを用いて気筒間空燃比制御におけるリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ及びリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎが算出される。
【０２１２】
＜第六実施形態＞
次に、図３０〜図３１を参照して、本発明の第六実施形態の排気浄化装置について説明する。第六実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態〜第五実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様である。本実施形態に係る排気浄化装置では、気筒間空燃比制御の実行中に平均空燃比よりもリッチにされる気筒の空燃比と前記平均空燃比よりもリーンにされる気筒の空燃比との差が、前記排気浄化触媒の温度が高くなると小さくされる。
【０２１３】
図３０を参照して、本実施形態における平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御について具体的に説明する。図３０は、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ等の図４と同様なタイムチャートである。図３０に示した例では、基本的に図４に示した例と同様な制御が行われている。しかしながら、本実施形態においても、基本的に第二実施形態及び第三実施形態と同様な平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御を行ってもよい。
【０２１４】
図３０からわかるように、時刻ｔ3以前においては、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔは活性温度Ｔａｃｔｃ以上であって上限温度Ｔｌｉｍｃ以下の温度範囲のうち比較的低い温度（Ｔｃａｔ1）となっている。このとき、気筒間空燃比制御における変更量αは比較的大きな値とされる（α1）。一方、時刻ｔ4以降においては、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔは上述した温度範囲内で比較的高い温度となっており、時刻ｔ3以前の上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔ1よりも高い温度（Ｔｃａｔ2）となっている。これに伴って、本実施形態では、気筒間空燃比制御における変更量αが、時刻ｔ3以前の値α1よりも小さい値α2とされる（α2＜α1）。
【０２１５】
図３１は、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔと気筒間空燃比制御における変更量αとの関係を示す図である。図中の上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔは、活性温度Ｔａｃｔｃ以上であって上限温度Ｔｌｉｍｃ以下の温度範囲内を示している。図３１からわかるように、気筒間空燃比制御の変更量αは、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔが上昇するほど小さくされる。
【０２１６】
次に、第六実施形態に係る排気浄化装置による効果について説明する。気筒間空燃比制御を実行すると、上流側排気浄化触媒２０には、リッチ側の気筒から流出した未燃ＨＣ、ＣＯ及びリーン側の気筒から流出した酸素が流入する。このため、上流側排気浄化触媒２０内ではこれら未燃ＨＣ、ＣＯと酸素とにより発熱反応が生じ、上流側排気浄化触媒２０の温度が上昇する。このため、上流側排気浄化触媒２０の温度が高いときに気筒間空燃比制御が行われると、その温度が上限温度以上に過剰に上昇してしまう。このように上流側排気浄化触媒２０が過昇温されると、上述したように上流側排気浄化触媒２０の触媒活性の低下を招く。これに対して本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔが高いほど気筒間空燃比制御における変更量αが小さくされ、よって上流側排気浄化触媒２０に流入する未燃ＨＣ、ＣＯの流量が減少する。このため、上流側排気浄化触媒２０が昇温されにくくなり、よって過昇温に伴う上流側排気浄化触媒２０の触媒活性の低下を抑制することができる。
【０２１７】
図３２は、変更量αの算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図３２に示したように、まず、ステップＳ１３１において、温度センサ４６により上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔが検出される。なお、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔは、他のパラメータに基づいて算出されてもよい。次いで、ステップＳ１３２では、ステップＳ１３１において算出された上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃａｔに基づいて図３１に示したようなマップを用いて気筒間空燃比制御における変更量αが算出され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０２１８】
＜第七実施形態＞
次に、図３３を参照して、本発明の第七実施形態の排気浄化装置について説明する。第七実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態〜第六実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様である。
【０２１９】
上述した各実施形態に係る排気浄化装置では、気筒間空燃比制御において、基本的にはリッチ側の気筒とリーン側の気筒とが固定される。具体的には、例えば、図３３（Ａ）に示したように、１番気筒及び４番気筒がリッチ側の気筒とされ、３番気筒と２番気筒がリーン側の気筒に固定される。しかしながら、リッチ側の気筒では、燃焼室５内に過剰な燃料が供給されることから、燃焼によってカーボンが生成され易くなる。このようにして生成されたカーボンは、例えば点火プラグ１０に付着して点火プラグ１０の中心電極と金具との間の絶縁抵抗を低下させる場合がある。
【０２２０】
そこで、本実施形態では、一定時間間隔毎に、気筒間空燃比制御におけるリッチ側の気筒とリーン側の気筒とを入れ替えるようにしている。したがって、気筒間空燃比制御は、例えば、一定時間間隔毎に、図３３（Ａ）に示した状態と図３３（Ｂ）に示した状態との間で切り替えられる。図３３（Ｂ）に示した状態では、１番気筒及び４番気筒がリーン側の気筒とされ、３番気筒と２番気筒がリッチ側の気筒とされる。これにより、各気筒における燃焼空燃比がリッチ空燃比に固定されることがなくなるため、各気筒において点火プラグ１０へのカーボンの付着を抑制することができる。
【０２２１】
また、本実施形態では、気筒間空燃比制御におけるリッチ側の気筒における点火時期がリーン側の気筒における点火時期よりも遅角される。一般に、リッチ側の気筒においては燃焼圧が高くなってトルクが大きくなるのに対して、リーン側の気筒においては燃焼圧が低くなってトルクが小さくなる。このため、リッチ側の気筒とリーン側の気筒とのトルク差により、内燃機関に振動が生じる場合がある。
【０２２２】
これに対して、本実施形態では、リッチ側の気筒における点火時期が相対的に遅角されるため、リッチ側の気筒において燃焼により発生するトルクが低下する。一方、本実施形態では、リーン側の気筒における点火時期が相対的に進角されるため、リーン側の気筒において燃焼により発生するトルクが増大する。この結果、燃焼により発生するトルクを気筒間で均一にすることができ、内燃機関の振動を抑制することができる。
【０２２３】
なお、本実施形態における制御は、第一実施形態から第六実施形態に係る排気浄化装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０２２４】
１    機関本体
５    燃焼室
７    吸気ポート
９    排気ポート
１９    排気マニホルド
２０    上流側排気浄化触媒
２４    下流側排気浄化触媒
３１    ＥＣＵ
４０    上流側空燃比センサ
４１    下流側空燃比センサ
４６    温度センサ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
2016169664.tif 000030
【図２９】
2016169664.tif 000031
【図３０】
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【図３１】
2016169664.tif 000033
【図３２】
2016169664.tif 000034
【図３３】
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