(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つつ、各気筒での燃焼の悪化を抑制する。【解決手段】複数の気筒を有する内燃機関は、ポート燃料噴射弁１２と、筒内燃料噴射弁１１と、機関排気通路に配置される排気浄化触媒２０と、下流側空燃比センサ４１と、燃焼空燃比及び両燃料噴射弁からの燃料の供給比率を制御する制御装置３１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、各気筒の燃焼空燃比を平均空燃比よりもリッチ及びリーン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、を実行可能である。制御装置は、気筒間空燃比制御が行われているときには、燃焼空燃比が平均空燃比よりもリーンとされている気筒について、ポート燃料噴射弁からの燃料供給量が前記筒内燃料噴射弁からの燃料供給量よりも多くなるように供給比率を制御する。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒に通じる吸気通路内に燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、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と共に前記ポート燃料噴射弁と前記筒内燃料噴射弁との両方からの燃料の供給比率を制御する制御装置とを具備する、複数の気筒を有する内燃機関において、
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且つ少なくとも一つ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する気筒間空燃比制御と、を実行可能であり、
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、
前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御が行われているときには、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリーンとされている気筒について、前記ポート燃料噴射弁からの燃料供給量が前記筒内燃料噴射弁からの燃料供給量よりも多くなるように前記供給比率を制御する、内燃機関。
【請求項２】
前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御が行われているときには、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリッチとされている気筒について、前記筒内燃料噴射弁からの燃料供給量が前記ポート燃料噴射弁からの燃料供給量よりも多くなるように前記供給比率を制御する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御が行われているときには、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリッチとされている気筒について、前記ポート燃料噴射弁からの燃料供給量が前記筒内燃料噴射弁からの燃料供給量よりも多くなるように前記供給比率を制御する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御が行われているときには、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリーンとされている気筒における総噴射量に対する前記ポート燃料噴射弁からの燃料供給量の比率が、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリッチとされている気筒における前記比率以上となるように前記供給比率を制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御が行われているときには、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリーンとされている気筒について、前記筒内燃料噴射弁から燃料を供給せずに前記ポート燃料噴射弁のみから燃料を供給するように前記供給比率を制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記制御装置は、機関負荷が高いほど且つ機関回転数が高いほど、各気筒への総噴射量に対する前記筒内燃料噴射弁からの燃料供給量が多くなるように前記供給比率を制御する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒を有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各気筒に通じる吸気通路内に燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁とを具備する内燃機関が知られている。加えて、複数の気筒を有すると共に、各気筒内で燃焼が行われるときの空燃比（以下、「燃焼空燃比」という）を気筒間で変更するようにした内燃機関も知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
気筒間で燃焼空燃比を変更する内燃機関では、複数の気筒のうち一部の気筒では燃焼空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比（以下、「リッチ空燃比」という）とされ、残りの気筒では理論空燃比よりもリーンな空燃比（以下、「リーン空燃比」という）とされる。このように気筒間で燃焼空燃比を変更する制御はディザ制御と呼ばれ、内燃機関の排気系を昇温するために行われる。
【０００４】
特に、特許文献１に記載の内燃機関では、燃焼空燃比がリーン空燃比とされる気筒ではポート燃料噴射弁からの燃料供給のみを行い、燃焼空燃比がリッチ空燃比とされる気筒ではポート燃料噴射弁と筒内燃料噴射弁との双方から燃料供給を行うようにしている。特許文献１によれば、これによりディザ制御を行った際の気筒間におけるトルク変動を抑制することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３３２８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、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。
【０００７】
そこで、本願の発明者らは、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リッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に制御すると共に、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且つ一部の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になるように各気筒の燃焼空燃比を制御することを提案している。これにより、硫黄成分による触媒貴金属の活性低下を抑制することができる。
【０００８】
しかしながら、このような制御を行った場合、上述した一部の気筒では平均空燃比がリーン空燃比となっている状態で燃焼空燃比がその平均空燃比よりもリーンな空燃比になる。このため、この一部の気筒では、燃焼空燃比がリーン度合いの高いリーン空燃比になり、燃焼室内での燃焼の悪化を招く。
【０００９】
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しつつ、各気筒での燃焼の悪化を抑制することができる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、第１の発明では、各気筒に通じる吸気通路内に燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、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と共に前記ポート燃料噴射弁と前記筒内燃料噴射弁との両方からの燃料の供給比率を制御する制御装置とを具備する、複数の気筒を有する内燃機関において、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且つ少なくとも一つ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する気筒間空燃比制御と、を実行可能であり、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、前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御が行われているときには、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリーンとされている気筒について、前記ポート燃料噴射弁からの燃料供給量が前記筒内燃料噴射弁からの燃料供給量よりも多くなるように前記供給比率を制御する、内燃機関が提供される。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明において、前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御が行われているときには、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリッチとされている気筒について、前記筒内燃料噴射弁からの燃料供給量が前記ポート燃料噴射弁からの燃料供給量よりも多くなるように前記供給比率を制御する。
【００１２】
第３の発明では、第１の発明において、前記制御装置は、前記気筒間空燃比制御が行われているときには、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリッチとされている気筒について、前記ポート燃料噴射弁からの燃料供給量が前記筒内燃料噴射弁からの燃料供給量よりも多くなるように前記供給比率を制御する。
【００１３】
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が行われているときには、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリーンとされている気筒における総噴射量に対する前記ポート燃料噴射弁からの燃料供給量の比率が、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリッチとされている気筒における前記比率以上となるように前記供給比率を制御する。
【００１４】
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が行われているときには、燃焼空燃比が前記平均空燃比よりもリーンとされている気筒について、前記筒内燃料噴射弁から燃料を供給せずに前記ポート燃料噴射弁のみから燃料を供給するように前記供給比率を制御する。
【００１５】
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、機関負荷が高いほど且つ機関回転数が高いほど、各気筒への総噴射量に対する前記筒内燃料噴射弁からの燃料供給量が多くなるように前記供給比率を制御する。
【発明の効果】
【００１６】
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しつつ、各気筒での燃焼の悪化を抑制することができる内燃機関が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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、本実施形態に係る内燃機関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、排気浄化触媒の担体表面を模式的に表した図である。
【図７】図７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８】図８は、制御装置の機能ブロック図である。
【図９】図９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１０】図１０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１１】図１１は、気筒間空燃比制御が実行されていないときのＰＦＩ比率を表すマップの例を示す図である。
【図１２】図１２は、気筒間空燃比制御が実行されているときのリーン側の気筒におけるＰＦＩ比率を表すマップの例を示す図である。
【図１３】図１３は、気筒間空燃比制御が実行されているときのリッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率を表すマップの例を示す図である。
【図１４】図１４は、気筒間空燃比制御が実行されているときのリッチ側の気筒における筒内燃料噴射弁からの燃料供給時期を表すマップの例を示す図である。
【図１５】図１５は、気筒間空燃比制御が開始されるときの平均空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１６】図１６は、各気筒におけるＰＦＩ比率設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、気筒間空燃比制御が開始されるときの平均空燃比補正量等の、図１５と同様なタイムチャートである。
【図１８】図１８は、第二実施形態における各気筒におけるＰＦＩ比率設定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ＡＦＣａｖ等の、図４と同様なタイムチャートである。
【図２０】図２０は、図８と同様な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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の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。
【００２０】
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筒内に直接燃料を噴射・供給する筒内燃料噴射弁１１が配置される。加えて、シリンダヘッド４の吸気ポート７周辺には、吸気ポート７内（すなわち、吸気通路内）に燃料を噴射・供給するポート燃料噴射弁１２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、１２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、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、１２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。
【００２５】
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。
【００２６】
＜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、この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。
【００２７】
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吸蔵可能酸素量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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
＜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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
＜空燃比制御の概要＞
次に、本実施形態の内燃機関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、１２からの各気筒への燃料供給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。
【００３５】
ここで、後述するように、本実施形態では、燃料噴射弁１１、１２からの各気筒への燃料供給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、１２からの燃料供給量を制御するようにしている。
【００３６】
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。
【００３７】
＜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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、本実施形態に係る内燃機関におけ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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
＜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燃料噴射弁１１、１２からの各気筒への燃料供給量が制御される。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。
【００５３】
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、この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。
【００５４】
そして、次に燃焼が行われる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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
＜平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御の効果＞
次に、図６及び図７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６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６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６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。
【００６１】
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。
【００６２】
図６（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６（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。
【００６３】
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６（Ｂ）に示す。図６（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。
【００６４】
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。
【００６５】
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、７２０℃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６（Ｃ）に示す。図６（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。
【００６６】
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６（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。
【００６７】
これに対して、本実施形態の内燃機関では、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。
【００６８】
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。
【００６９】
次に、図７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７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。
【００７０】
図７（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７（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７（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。
【００７１】
一方、図７（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７（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７（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。
【００７２】
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。
【００７３】
この結果、気筒間空燃比制御を行った場合（図７（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。
【００７４】
一方、気筒間空燃比制御を行わなかった場合（図７（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７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。
【００７５】
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。
【００７６】
したがって、気筒間空燃比制御を行わなかった場合（図７（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、気筒間空燃比制御を行った場合（図７（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。
【００７７】
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。
【００７８】
ここで、図６（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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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、気筒間空燃比制御では、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。
【００８４】
＜具体的な制御の説明＞
次に、図８及び図９を参照して、上記実施形態における内燃機関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８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８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。
【００８５】
＜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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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、１２から供給されるように、燃料噴射弁１１、１２に対して噴射指示が行われる。
【００８９】
＜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。
【００９０】
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９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。
【００９１】
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。
【００９２】
＜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。
【００９３】
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。
【００９４】
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）
【００９５】
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）。
【００９６】
＜フローチャート＞
図９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。
【００９７】
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が成立する場合としては、例えば、空燃比センサ４０、４１が活性温度以上であること及び図１０を参照して説明するように上流側排気浄化触媒２０の温度が一定温度以上であること等が挙げられる。。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。
【００９８】
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。
【００９９】
次いで、ステップＳ２１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が成立する場合としては、例えば、空燃比センサ４０、４１が活性温度以上であること及び図１０を参照して説明するように上流側排気浄化触媒２０の温度が一定範囲内にあること等が挙げられる。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Ｓ２２へと進む。ステップＳ２２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Ｓ２３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。
【０１００】
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、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Ｓ１６では、リッチフラグＦｒが１にセットされて、ステップＳ２１へと進む。
【０１０１】
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Ｓ１７へと進む。ステップＳ１７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Ｓ１７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Ｓ１８へと進む。ステップＳ１８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Ｓ２１へと進む。
【０１０２】
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Ｓ１７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Ｓ１９へと進む。ステップＳ１９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Ｓ２０では、リッチフラグＦｒが０にリセットされて、ステップＳ２１へと進む。
【０１０３】
＜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１０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１０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。
【０１０４】
図１０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。
【０１０５】
また、図１０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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
＜燃料噴射弁の制御＞
上述したように、本実施形態の内燃機関は、筒内燃料噴射弁１１とポート燃料噴射弁１２との二つの燃料噴射弁を有する。このように構成された内燃機関では、機関運転状態に応じて、燃焼室５に供給される燃料のうち一部の燃料が筒内燃料噴射弁１１から供給され、残りの燃料がポート燃料噴射弁１２から供給される。筒内燃料噴射弁１１からの燃料供給量とポート燃料噴射弁１２からの燃料供給量との比率は、機関運転状態に応じて変化する。
【０１０９】
図１１は、気筒間空燃比制御が実行されていないときの各気筒への総燃料供給量に対するポート燃料噴射弁１２からの燃料供給量の比率（以下、「ＰＦＩ比率」という）を表すマップの例を示す図である。図１１からわかるように、ＰＦＩ比率は機関回転数が低いほど且つ機関負荷が低いほど大きくなるように設定される。以下、ＰＦＩ比率をこのように設定する理由について説明する。
【０１１０】
筒内燃料噴射弁１１から燃料供給をすると、燃焼室５内に供給された混合気は燃焼室５内において気化する。このときの気化熱により燃焼室５内の混合気の温度を低下させることができる。このため、ピストン３が圧縮上死点に到達したときの混合気の温度（圧縮端温度）を低下させることができ、これによりノッキングの発生等を抑制したり熱効率を高めたりすることができる。したがって、ノッキングの発生を抑制するとの観点からは、ＰＦＩ比率を低く設定することが好ましい。
【０１１１】
一方、筒内燃料噴射弁１１からの燃料供給は圧縮行程中に行われる。このため、筒内燃料噴射弁１１からの燃料供給が行われてから点火プラグ１０による点火が行われるまでの時間は比較的短い。このため、筒内燃料噴射弁１１から燃料供給が行われた場合には、供給された燃料が空気中に分散しにくく、空気と混合しにくい。このため、燃料と空気の混合気は不均質な混合気となり、混合気の燃焼が不安定になり易い。
【０１１２】
他方、ポート燃料噴射弁１２から燃料を供給した場合、ポート燃料噴射弁１２からの燃料供給が行われてから点火プラグ１０による点火が行われるまでの時間は比較的長い。このため、ポート燃料噴射弁１２から燃料供給が行われた場合には、供給された燃料は吸気ポート７内及び燃焼室５内で空気と十分に混合する。このため、燃料と空気の混合気は比較的均質な混合気となり、混合気の燃焼が安定し易い。このため、ＰＦＩ比率を高くするほど、混合気が均質な混合気となり易く、その燃焼が安定し易い。
【０１１３】
ところで、機関負荷が高いほど、各気筒の燃焼室５内に供給される吸入空気量が多くなる。吸入空気量が多くなるほど、燃焼室５内に流入する吸気ガスの流速は速くなり、この結果、燃焼室５内の吸気ガスに大きな乱れが生じる。このように吸気ガスに大きな乱れが生じると、燃焼室５内の燃料と空気とが混合し易くなる。したがって、機関負荷が高い場合にはＰＦＩ比率を低く設定しても、燃料と空気とは十分に混合して均質な混合気が形成される。したがって、本実施形態では、図１１に示したように、機関負荷が高いほど、すなわち燃焼室５内の混合気に生じる乱れが大きくなるほど、ＰＦＩ比率を低く設定するように、すなわち各気筒への総噴射量に対する筒内燃料噴射弁１１からの燃料供給量が多くなるようにしている。これにより、混合気の燃焼を安定させつつノッキングの発生をできる限り抑制することができる。
【０１１４】
一方、機関回転数が高くなるほど、各気筒の燃焼室５内に供給される空気の流速が速くなり、この結果、燃焼室５内の吸気ガスに大きな乱れが生じ、よって燃焼室５内の燃料と空気とが混合し易くなる。したがって、機関回転数が高い場合にはＰＦＩ比率を低く設定しても、燃料と空気とは十分に混合して均質な混合気が形成される。したがって、本実施形態では、図１１に示したように、機関回転数が高いほど、すなわち燃焼室５内の混合気に生じる乱れが大きくなるほど、ＰＦＩ比率を低く設定するように、すなわち各気筒への総噴射量に対する筒内燃料噴射弁１１からの燃料供給量が多くなるようにしている。これにより、混合気の燃焼を安定させつつノッキングの発生をできる限り抑制することができる。
【０１１５】
また、上述したように、図１１は、気筒間空燃比制御が実行されていないとき、したがって例えば上流側排気浄化触媒２０の温度が上限温度Ｔｌｉｍｃよりも高いときにおけるＰＦＩ比率を示している。図１１からわかるように、機関負荷が高く且つ機関回転数が高い領域では、ＰＦＩ比率は０〜２０％に設定される。したがって、この領域では、燃料のほとんどは筒内燃料噴射弁１１から供給されることになる。また、図１１に示した例では、機関負荷及び機関回転数からなる領域のうち半分以上の領域において、ＰＦＩ比率は５０％以下となっている。
【０１１６】
なお、図１１に示したＰＩＦ比率のマップは一例であり、気筒間空燃比制御が実行されていないときのＰＦＩ比率は必ずしも図１１に示したように設定されなくてもよい。しかしながら、いずれにせよ、気筒間空燃比制御が実行されていないときのＰＦＩ比率は、機関負荷及び機関回転数からなる領域のうち少なくとも一部の領域において５０％以下となる。
【０１１７】
＜上記制御における問題点＞
ところで、図４を参照して説明したように、平均空燃比制御では平均空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えられる。加えて、気筒間空燃比制御では、一部の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。この結果、この一部の気筒では、燃焼空燃比がリーン度合いの大きいリーン空燃比となる。このように、燃焼空燃比がリーン度合いの大きいリーン空燃比となると、混合気の燃焼が悪化し易くなる。
【０１１８】
したがって、気筒間空燃比制御が実行されている場合にも、図１１に示したように気筒間空燃比制御が実行されていない場合と同様にＰＦＩ比率を設定すると、燃焼空燃比が平均空燃比よりもリーンに設定されている気筒では燃焼の悪化を招いてしまう。
【０１１９】
＜気筒間空燃比制御実行時におけるＰＦＩ比率の制御＞
そこで、本実施形態では、気筒間空燃比制御が行われているときには、燃焼空燃比が平均空燃比よりもリーンに設定されている気筒（リーン側の気筒）について、ポート燃料噴射弁１２からの燃料供給量が筒内燃料噴射弁１１からの燃料供給量よりも多くなるように供給比率を制御するようにしている。すなわち、気筒間空燃比制御におけるリーン側の気筒について、ＰＦＩ比率が５０％よりも大きくなるように供給比率を制御するようにしている。
【０１２０】
また、本実施形態では、気筒間空燃比制御が行われているときには、燃焼空燃比が平均空燃比よりもリッチに設定されている気筒（リッチ側の気筒）についてポート燃料噴射弁１２からの燃料供給量が筒内燃料噴射弁１１からの燃料供給量よりも少なくなるように供給比率を制御するようにしている。すなわち、気筒間空燃比制御におけるリッチ側の気筒について、ＰＦＩ比率が５０％未満になるように供給比率を制御するようにしている。
【０１２１】
以上より、本実施形態では、気筒間空燃比制御が行われているときには、リーン側の気筒におけるＰＦＩ比率がリッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率以上になるように、好ましくはリッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率よりも大きくなるように供給比率を制御しているといえる。
【０１２２】
図１２は、気筒間空燃比制御が実行されているときのリーン側の気筒におけるＰＦＩ比率を表すマップの例を示す図である。図１２からわかるように、ＰＦＩ比率は機関回転数が低いほど且つ機関負荷が低いほど大きくなるように設定される。ＰＦＩ比率がこのように設定される理由は、図１１を参照して説明した理由と同様である。
【０１２３】
加えて、図１２に示したように、機関負荷が高く且つ機関回転数が高い領域では、ＰＦＩ比率は５０〜６０％に設定される。加えて、ＰＦＩ比率は機関負荷が低いほど且つ機関回転数が低いほど大きくなるように設定されるため、ＰＦＩ比率は全域において５０％よりも大きくなるように設定される。特に、図１２に示した例では、機関負荷が低く且つ機関回転数が低い領域では、ＰＦＩ比率は７０％よりも大きな値に設定される。
【０１２４】
このように、本実施形態によれば、リーン側の気筒におけるＰＦＩ比率が全域において５０％よりも大きくなるように設定される。このため、リーン側の気筒では、燃料供給が主にポート燃料噴射弁１２から行われることになる。したがって、リーン側の気筒において燃焼空燃比がリーン度合いの大きいリーン空燃比になっても、混合気の燃焼悪化を抑制することができる。
【０１２５】
図１３は、気筒間空燃比制御が実行されているときのリッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率を表すマップの例を示す図である。図１３に示したマップにおいても、図１２に示したマップと同様に、ＰＦＩ比率は機関回転数が低いほど且つ機関負荷が低いほど大きくなるように設定される。
【０１２６】
加えて、図１３に示したように、機関負荷が低く且つ機関回転数が低い領域では、ＰＦＩ比率は４０〜５０％に設定される。加えて、ＰＦＩ比率は機関負荷が高いほど且つ機関回転数が高いほど小さくなるように設定されるため、ＰＦＩ比率は全域において５０％未満になるように設定される。特に、図１２に示した例では、機関負荷が高く且つ機関回転数が高い領域では、ＰＦＩ比率は０〜１０％に設定される。
【０１２７】
本実施形態では、上述したように、気筒間空燃比制御が実行されているときには、リーン側の気筒においてはＰＦＩ比率は常に５０％よりも大きくなるように設定され、リッチ側の気筒においてはＰＦＩ比率は常に５０％未満になるように設定される。この結果、本実施形態では、気筒間空燃比制御が行われているときには、リーン側の気筒におけるＰＦＩ比率がリッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率よりも大きくなる。
【０１２８】
このように、本実施形態によれば、リッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率が全域において５０％未満になるように設定される。このため、リッチ側の気筒では、燃料供給が主に筒内燃料噴射弁１１から行われることになる。ここで、上述したように、リッチ側の気筒では、上述したリーン側の気筒のような燃焼悪化は生じにくい。したがって、燃料供給が主に筒内燃料噴射弁１１から行われてもリッチ側の気筒内で燃焼悪化はそれほど生じない。一方、燃料供給が主に筒内燃料噴射弁１１から行われることにより、リッチ側の気筒では上述したように熱効率を高めることができる。
【０１２９】
加えて、本実施形態では、気筒間空燃比制御が実行されているときのリッチ側の気筒では、成層燃焼が行われるように筒内燃料噴射弁１１からの燃料供給時期が設定される。したがって、気筒間空燃比制御が実行されているときのリッチ側の気筒では、圧縮行程後期に筒内燃料噴射弁１１から燃料供給が行われる。
【０１３０】
図１４は、気筒間空燃比制御が実行されているときのリッチ側の気筒における筒内燃料噴射弁１１からの燃料供給時期を表すマップの例を示す図である。図１４からわかるように、筒内燃料噴射弁１１からの燃料供給時期は機関負荷が低いほど且つ機関回転数が低いほど遅角されるように設定される。以下、燃料供給時期を機関負荷及び機関回転数に基づいてこのように設定する理由について説明する。
【０１３１】
機関負荷が高くなると、これに伴って筒内燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が増大する。筒内燃料噴射弁１１から単位時間当たりに供給される燃料量は決まっているため、燃料噴射量を増大させるためには筒内燃料噴射弁１１からの燃料供給時間を増大させる必要がある。このため、機関負荷にかかわらず点火プラグ１０による点火時期までに全ての燃料を供給すべく、本実施形態では、機関負荷が高くなるほど、筒内燃料噴射弁１１からの燃料供給時期が進角される。
【０１３２】
また、同一の時期（クランク角）において筒内燃料噴射弁１１から燃料供給を行い、同一の時期（クランク角）において点火プラグ１０によって点火を行っても、機関回転数が高くなるほど燃料供給から点火までの時間が短くなる。一方、筒内燃料噴射弁１１から供給された燃料が点火プラグ１０周りに十分拡散するのに必要な時間は機関回転数が変化してもそれほど変わらない。したがって、本実施形態では、機関回転数が高くなるほど、筒内燃料噴射弁１１からの燃料供給時期を進角することによって燃料が成層燃焼を行うのに必要なだけ点火プラグ１０周りに拡散するのに必要な時間を確保するようにしている。
【０１３３】
このように、気筒間空燃比制御が実行されているときのリッチ側の気筒では成層燃焼が行われる。このように成層燃焼が行われると、均質燃焼に比べて燃焼室５内で未燃ＨＣやＣＯが発生し易い。このため、リッチ側の気筒の燃焼室５から、より多くの未燃ＨＣ、ＣＯを流出させることができる。上述したように、気筒間空燃比制御は、リッチ側の気筒から流出する未燃ＨＣ、ＣＯとリーン側の気筒から流出する酸素とが上流側排気浄化触媒２０における酸素の吸放出を活発にさせることを目的としている。したがって、リッチ側の気筒において成層燃焼を行うことでリッチ側の気筒から流出する未燃ＨＣ、ＣＯの流出量を増大させることができ、この結果、上流側排気浄化触媒２０における酸素の吸放出を活発にさせることができる。これにより、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの低下を抑制することができる。
【０１３４】
＜タイムチャートを用いた説明＞
図１５は、気筒間空燃比制御が開始されるときの、気筒間空燃比制御の実行の有無、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ、機関回転数ＮＥ、機関負荷Ｌ、リーン側の気筒のＰＦＩ比率、リッチ側の気筒のＰＦＩ比率、リッチ側の気筒の燃料噴射時期のタイムチャートである。
【０１３５】
図１５に示した例では、時刻ｔ1以前の状態では、気筒間空燃比制御が実行されておらず、加えて平均空燃比制御も実行されていない。したがって、このときには、全ての気筒においてＰＦＩ比率は同一の比率とされている。また、このときのＰＦＩ比率は、図１１に示したようなマップに基づいて設定される。図１５に示した例では、時刻ｔ1以前において、機関回転数ＮＥ及び機関負荷Ｌは徐々に増大しており、これに伴ってＰＦＩ比率は徐々に減少せしめられる。
【０１３６】
その後、図１５に示した例では、時刻ｔ1において、平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御が開始せしめられる。時刻ｔ1において気筒間空燃比制御が開始せしめられると、リーン側の気筒におけるＰＦＩ比率は、図１２に示したようなマップに基づいて設定される。このため、時刻ｔ1において、リーン側の気筒におけるＰＦＩ比率は時刻ｔ1以前のＰＦＩ比率に比べて急激に増大せしめられる。一方、時刻ｔ1において気筒間空燃比制御が開始せしめられると、リッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率は、図１３に示したようなマップに基づいて設定される。このため、時刻ｔ1において、リッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率は僅かに減少せしめられる。加えて、リッチ側の気筒において成層燃焼を行うため、時刻ｔ1において、リッチ側の気筒における燃料供給時期が遅角せしめられる。
【０１３７】
図１５に示した例では、時刻ｔ1以降も、機関回転数ＮＥ及び機関負荷Ｌは徐々に増大している。このため、これに伴って、リッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率及びリーン側の気筒におけるＰＦＩ比率はいずれも徐々に減少せしめられる。加えて、時刻ｔ1以降、リッチ側の気筒における燃料供給時期は徐々に進角せしめられる。なお、図１５に示した例では、時刻ｔ1、ｔ3、ｔ5において平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられ、時刻ｔ2、ｔ4において平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられている。
【０１３８】
また、図１５に示した例では、時刻ｔ4以降、機関回転数ＮＥ及び機関負荷Ｌが一定のまま維持される。このため、時刻ｔ4以降、リッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率及びリーン側の気筒におけるＰＦＩ比率はいずれも一定のまま維持される。同様に、時刻ｔ4以降、リッチ側の気筒における燃料供給時期は一定のまま維持される。
【０１３９】
＜ＰＦＩ比率設定処理のフローチャート＞
図１６は、各気筒におけるＰＦＩ比率設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。
【０１４０】
まず、ステップＳ３１において、図９のステップＳ２１と同様に、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が成立していないと判定されたとき、すなわち気筒間空燃比制御が実行されていないときにはステップＳ３２へと進む。ステップＳ３２では、負荷センサ４３によって検出された機関負荷Ｌ及びクランク角センサ４４によって検出された機関回転数に基づいて、図１１に示したようなマップを用いて全ての気筒のＰＦＩ比率が算出せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０１４１】
一方、ステップＳ３１において、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とき、すなわち気筒間空燃比制御が実行されているときには、ステップＳ３３へと進む。ステップＳ３３では、負荷センサ４３やクランク角センサ４４によって検出された機関負荷及び機関回転数に基づいて、図１２に示したようなマップを用いてリーン側の気筒におけるＰＦＩ比率が算出せしめられる。次いで、ステップＳ３４では、検出された機関負荷及び機関回転数に基づいて、図１３に示したようなマップを用いてリッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率が算出せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０１４２】
＜第二実施形態＞
次に、図１７及び図１８を参照して、本発明の第二実施形態に係る内燃機関について説明する。第二実施形態に係る内燃機関における構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、第一実施形態に係る内燃機関における構成及び制御と同様である。
【０１４３】
本実施形態では、気筒間空燃比制御が行われているときには、燃焼空燃比がリーン空燃比とされている気筒（リーン側の気筒）について、筒内燃料噴射弁１１から燃料を供給せずにポート燃料噴射弁１２のみから燃料を供給するように供給比率を制御するようにしている。加えて、本実施形態では、気筒間空燃比制御が行われているときには、燃焼空燃比がリッチ空燃比とされている気筒（リッチ側の気筒）についても、筒内燃料噴射弁１１から燃料を供給せずにポート燃料噴射弁１２のみから燃料を供給するように供給比率を制御するようにしている。
【０１４４】
図１７は、気筒間空燃比制御が開始されるときの、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ等の、図１５と同様なタイムチャートである。図１７に示した例でも、図１５に示した例と同様に、時刻ｔ1以前の状態では、気筒間空燃比制御が実行されておらず、加えて平均空燃比制御も実行されていない。また、このときのＰＦＩ比率は、図１１に示したようなマップに基づいて設定される。図１７に示した例では、機関回転数ＮＥ及び機関負荷Ｌは徐々に増大しており、これに伴ってＰＦＩ比率は徐々に減少せしめられる。
【０１４５】
その後、時刻ｔ1において、平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御が開始せしめられる。時刻ｔ1において気筒間空燃比制御が開始せしめられると、リーン側の気筒及びリッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率は１００％に設定される。したがって、時刻ｔ1以降は、機関回転数ＮＥ及び機関負荷Ｌに関わらず、ポート燃料噴射弁１２のみから燃料が供給される。
【０１４６】
本実施形態によれば、このように気筒間空燃比制御の実行中に、ポート燃料噴射弁１２のみから燃料が供給されることにより、特にリーン側の気筒において燃焼の悪化を最大限に抑制することができる。
【０１４７】
図１８は、第二実施形態における各気筒におけるＰＦＩ比率設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。
【０１４８】
まず、ステップＳ４１において、図９のステップＳ２１と同様に、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が成立していないと判定されたときにはステップＳ４２へと進む。ステップＳ４２では、検出された機関負荷Ｌ及び機関回転数ＮＥに基づいて、図１１に示したようなマップを用いて全ての気筒のＰＦＩ比率が算出せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ４１において、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ときには、ステップＳ４３へと進む。ステップＳ４３では、全ての気筒のＰＦＩ比率が１００％に設定せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０１４９】
＜その他の実施形態＞
なお、上記第一実施形態では、気筒間空燃比制御の実行中に、リーン側の気筒においてＰＦＩ比率を５０％よりも大きな値に設定し、リッチ側の気筒においてＰＦＩ比率を５０％未満に設定するようにしている。また、第二実施形態では、気筒間空燃比制御の実行中に、リーン側の気筒及びリッチ側の気筒の全ての気筒においてＰＦＩ比率を１００％としている。しかしながら、ＰＦＩ比率の設定態様はこれら実施形態に限定されるものではない。
【０１５０】
特に、気筒間空燃比制御の実行中に、リーン側の気筒においてＰＦＩ比率が５０％よりも大きい値に設定されていれば、リーン側の気筒及びリッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率は如何なる比率に設定されてもよい。したがって、リーン側の気筒においてＰＦＩ比率を５０％よりも大きい値に設定すると共に、リッチ側の気筒においてＰＦＩ比率を０％、５０％以上、１００％、０〜１００％のいずれかの値又は範囲に設定するようにしてもよい。加えて、リーン気筒においてＰＦＩ比率を１００％に設定するとともに、リッチ側の気筒においてＰＦＩ比率を０％、５０％未満、５０％以上、０〜１００％のいずれかの値又は範囲に設定するようにしてもよい。
【０１５１】
ただし、この場合、気筒間空燃比制御が行われているときには、リーン側の気筒におけるＰＦＩ比率がリッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率以上になるように、又はリッチ側の気筒におけるＰＦＩ比率よりも大きい値になることが好ましい。これにより、リーン側の気筒における燃焼悪化を抑制することができる。
【０１５２】
＜平均空燃比制御の別の態様＞
次に、図２０〜図２２を参照して、平均空燃比制御の別の態様について説明する。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。
【０１５３】
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ＨＣ、ＣＯ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。
【０１５４】
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、１２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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
＜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８と同様な機能ブロック図であり、図８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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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〜Ｓ６６及びステップＳ６８〜Ｓ７３は、図９のステップＳ１１〜Ｓ１６及びステップＳ１８〜Ｓ２３と同様であるため説明を省略する。
【０１６８】
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Ｓ６７へと進む。ステップＳ６７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Ｓ６８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Ｓ６９へと進む。
【符号の説明】
【０１６９】
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】
2016211395.tif 000003
【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】
2016211395.tif 000009
【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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