多気筒内燃機関の制御装置
【課題】空燃比気筒間インバランス発生時において、エミッション量低減制御が実行されることに起因する失火の発生等を抑制すること。
【解決手段】気筒別空燃比の間の差（空燃比気筒間インバランス）の大きさを表わす「インバランス指標値」が、触媒の上流に配置された空燃比センサの出力値に基づいて取得される。インバランス指標値により表わされる空燃比気筒間インバランスの大きさが、第１の程度以上且つ第１の程度より大きい第２の程度未満のとき、エミッション量低減制御の実行が「制限」され、第２の程度以上のとき、エミッション量低減制御の実行が「禁止」される。エミッション量低減制御としては、パージ制御、ＥＧＲ制御、ＡＩ増量制御、冷間ＶＶＴ制御、触媒暖機遅角制御、ＳＣＶ制御等が挙げられる。
【解決手段】気筒別空燃比の間の差（空燃比気筒間インバランス）の大きさを表わす「インバランス指標値」が、触媒の上流に配置された空燃比センサの出力値に基づいて取得される。インバランス指標値により表わされる空燃比気筒間インバランスの大きさが、第１の程度以上且つ第１の程度より大きい第２の程度未満のとき、エミッション量低減制御の実行が「制限」され、第２の程度以上のとき、エミッション量低減制御の実行が「禁止」される。エミッション量低減制御としては、パージ制御、ＥＧＲ制御、ＡＩ増量制御、冷間ＶＶＴ制御、触媒暖機遅角制御、ＳＣＶ制御等が挙げられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路に配設された空燃比センサの出力値に基づいて、集合排気通路を通過するガス（混合排ガス）の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置が広く知られている。混合排ガスは、各気筒から排出された排ガスが混合されて得られる排ガスである。より具体的には、この空燃比制御装置では、混合排ガスの空燃比が理論空燃比に一致するように、複数の気筒に対して共通する空燃比フィードバック量が空燃比センサの出力値に基づいて算出される。その空燃比フィードバック量に基づいて複数の気筒に対してそれぞれ噴射される燃料の量が調整されることにより、混合排ガスの空燃比がフィードバック制御される。
【０００３】
また、近年、内燃機関を搭載した車両から内燃機関に起因して排出される有害物質の排出量（エミッション量）の規制が厳しくなってきていることに対応して、エミッション量を低減する制御（エミッション量低減制御）も種々提案されてきている。具体的には、例えば、内燃機関の暖機中において内燃機関の吸気弁及び／又は排気弁の開閉タイミングを調整して燃焼室内の高温の既燃ガスが内燃機関の吸気通路に吹き返す量を増大し且つ燃料噴射量を減少する制御（冷間ＶＶＴ制御）、並びに、内燃機関の暖機中において内燃機関の点火プラグの点火時期を遅角する制御（触媒暖機遅角制御）等が挙げられる。
【０００４】
冷間ＶＶＴ制御では、吸気通路の温度が高められ吸気通路に付着する液体燃料の霧化が促進されて、燃焼に寄与する燃料の量が増大する。この増大分だけ燃料噴射量が減少される。これにより、未燃物（ＨＣ，ＣＯ）の外部への排出量が低減する。また、触媒暖機遅角制御では、燃料が燃焼するタイミングが遅らされ、触媒に流入する排ガスの温度が高められる。これにより、三元触媒の暖機が促進されて、未燃物（ＨＣ，ＣＯ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）の外部への排出量が低減する。
【０００５】
ところで、多気筒内燃機関においては、燃料噴射弁からの噴射量の気筒間のばらつき、吸気弁の最大リフト量の気筒間のばらつき、ＥＧＲ機構により吸気系に還流されたＥＧＲガス量の複数の気筒への分配のばらつき等が発生し得る。係る気筒間での特性のばらつきが発生すると、気筒間にて空燃比のばらつき（空燃比気筒間インバランス、空燃比気筒間ばらつき、気筒間における空燃比の不均一）が発生し得る。例えば、特許文献１では、空燃比気筒間インバランスの度合いに応じて所定の触媒劣化抑制制御を実行して、触媒の劣化を抑制することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６４２８７号公報
【発明の概要】
【０００７】
空燃比気筒間インバランスが発生している場合、上述の空燃比フィードバック制御により混合排ガスの空燃比（即ち、全気筒の空燃比の平均）が理論空燃比に一致していても、空燃比が（理論空燃比よりも）リッチとなる気筒（リッチ気筒）と、空燃比が（理論空燃比よりも）リーンとなる気筒（リーン気筒）が必ず発生する。
【０００８】
いま、空燃比気筒間インバランスが発生している場合においてエミッション量低減制御が実行される場合を想定する。例えば、冷間ＶＶＴ制御が実行される場合、特に、燃焼限界が低いリーン気筒において、燃料噴射量の減少に起因して空燃比が過度のリーンとなり失火等が発生するという問題が発生し得る。同様に、触媒暖機遅角制御が実行される場合も、特に、燃焼限界が低いリーン気筒において、点火時期の遅角に起因して燃焼が過度に不安定となり、失火等が発生するという問題が発生し得る。
【０００９】
本発明は上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、空燃比気筒間インバランス発生時において、エミッション量低減制御が実行されることに起因する失火の発生等を抑制できる、多気筒内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１０】
係る目的を達成するための本発明による多気筒内燃機関の制御装置（本制御装置）は、複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用される。本制御装置は、空燃比センサと、複数の燃料噴射弁と、フィードバック量算出手段と、フィードバック制御手段と、低減制御実行手段と、を備える。
【００１１】
前記空燃比センサは、前記集合排気通路に配設されて、前記混合排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する。
【００１２】
前記複数の燃料噴射弁は、前記複数の気筒のそれぞれに対応して配設される。前記複数の燃料噴射弁は、前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料をそれぞれ噴射する。即ち、燃料噴射弁は、一つの気筒に対して一つ以上設けられている。各燃料噴射弁は、その燃料噴射弁に対応する気筒に対して燃料を噴射する。
【００１３】
前記フィードバック量算出手段は、前記複数の気筒に対して共通する空燃比フィードバック量を算出する。この空燃比フィードバック量は、前記混合排ガスの空燃比が理論空燃比と一致するように、前記空燃比センサの出力値に基づいて算出される。
【００１４】
前記フィードバック制御手段は、前記空燃比フィードバック量に基づいて前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を調整する。これにより、前記混合排ガスの空燃比がフィードバック制御される。
【００１５】
前記低減制御実行手段は、前記エミッション量を低減するエミッション量低減制御を実行する。エミッション量低減制御としては、例えば、上述した冷間ＶＶＴ制御、触媒暖機遅角制御等が挙げられる。また、後述するパージ制御、ＥＧＲ制御、ＡＩ増量制御等も挙げられる。
【００１６】
本制御装置の特徴の１つは、インバランス指標値取得手段を備えることにある。前記インバランス指標値取得手段は、インバランス指標値を取得する。インバランス指標値とは、「前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気の空燃比」である「複数の気筒別空燃比」の間の相違の程度（差、不均衡の程度）が大きいほど大きくなるか又は小さくなる値（単調増加するか又は単調減少する値）であり、前記空燃比センサの出力値に基づいて得られる値である。以下、「複数の気筒別空燃比」の間の相違の程度（差、不均衡の程度）を「空燃比気筒間インバランスの程度」とも呼ぶ。
【００１７】
前記インバランス指標値には、空燃比センサの出力値の軌跡長、空燃比センサの出力値により表される空燃比（検出空燃比）の軌跡長等が含まれる。これに対し、前記インバランス指標値として、前記検出空燃比の時間微分値に基づく値を取得するように構成されることが好適である。検出空燃比の時間微分値は、検出空燃比の軌跡長に比較して、機関回転速度の影響を受け難い。従って、上記構成によれば、機関回転速度により変動し難い特性を有するインバランス指標値を得ることができる。この結果、機関回転速度によらず、空燃比気筒間インバランスの程度を安定して精度良く取得することができる。
【００１８】
本制御装置の特徴の他の１つは、前記低減制御実行手段が、前記インバランス指標値により表される前記相違の程度が大きいとき、前記相違の程度が小さいときに比べて、前記エミッション量低減制御の実行を制限することにある。
【００１９】
空燃比気筒間インバランスの程度が大きいほど、上述したリッチ気筒におけるリッチの程度、及びリーン気筒におけるリーンの程度が大きくなる。従って、例えば、冷間ＶＶＴ制御、触媒暖機遅角制御の実行中において、空燃比気筒間インバランスの程度が大きいほど、リーン気筒において失火等が発生し易くなる。
【００２０】
この点、上記構成によれば、空燃比気筒間インバランスの程度が大きいとき、エミッション量低減制御の実行が制限される。具体的には、例えば、冷間ＶＶＴ制御では燃料噴射量の減少量が小さくされ、触媒暖機遅角制御では点火時期の遅角量が小さくされる。従って、失火等が発生し難くなる。即ち、空燃比気筒間インバランス発生時において、エミッション量低減制御が実行されることに起因する失火の発生等が抑制され得る。
【００２１】
本制御装置は、空燃比気筒間インバランスの程度が第１の程度以上且つ前記第１の程度よりも大きい第２の程度未満のとき、前記エミッション量低減制御の実行を制限し、空燃比気筒間インバランスの程度が前記第２の程度以上のとき、前記エミッション量低減制御の実行を禁止するように構成され得る。これによれば、空燃比気筒間インバランスの程度に応じて、エミッション量低減制御の制限の程度が適切に設定され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置が適用される多気筒内燃機関の概略構成を示した図である。
【図２】図１に示したＳＣＶの近傍の吸気通路内を説明するための図である。
【図３】図１に示した内燃機関が備えるパージ制御機構を説明するための図である。
【図４】図１に示した内燃機関が備えるＡＩ増量制御機構を説明するための図である。
【図５】図１に示した触媒、上流側空燃比センサ、及び下流側空燃比センサが集合排気通路に配設された様子を示した図である。
【図６】図１に示した上流側空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。
【図７】図１に示した下流側空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。
【図８】空燃比気筒間インバランスが発生していて且つ混合排ガスの空燃比が理論空燃比に一致している場合における各気筒の空燃比の一例を示した図である。
【図９】空燃比気筒間インバランスが発生した場合と発生していない場合のインバランス指標値に関連する各値の挙動を示したタイムチャートである。
【図１０】図１に示したＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態に係る多気筒内燃機関の制御装置（以下、単に「本装置」とも称呼する。）について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（構成）
図１は、本装置を、４サイクル・火花点火式・多気筒（直列４気筒）・内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
【００２５】
この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０と、を含んでいる。
【００２６】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１の壁面及びピストン２２の上面は、シリンダヘッド部３０の下面とともに燃焼室２５を形成している。
【００２７】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング制御装置３３、可変吸気タイミング制御装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフトを含むとともに同エキゾーストカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変排気タイミング制御装置３６、可変排気タイミング制御装置３６のアクチュエータ３６ａ、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射する燃料噴射弁（燃料噴射手段、燃料供給手段）３９を備えている。このように、内燃機関１０は、吸気弁３２及び排気弁３５の開閉タイミングを変更する「可変動弁（ＶＶＴ）システム」を備える。
【００２８】
燃料噴射弁３９は、一つの燃焼室２５に対して一つずつ配設されている。燃料噴射弁３９は吸気ポート３１に設けられている。このように、複数の気筒のそれぞれは、他の気筒とは独立して燃料供給を行う燃料噴射弁３９を備えている。
【００２９】
吸気系統４０は、インテークマニホールド４１、吸気管４２、スロットル弁４３、及びスワールコントロール弁（ＳＣＶ）４４を備えている。インテークマニホールド４１は、複数の枝部４１ａとサージタンク４１ｂとからなる。複数の枝部４１ａのそれぞれの一端は複数の吸気ポート３１のそれぞれに接続されている。複数の枝部４１ａの他端はサージタンク４１ｂに接続されている。吸気管４２の一端はサージタンク４１ｂに接続されている。吸気ポート３１、インテークマニホールド４１及び吸気管４２は、吸気通路を構成している。
【００３０】
スロットル弁４３は、吸気管４２内にあって吸気通路の開口断面積（スロットル弁開度）を可変とするようになっている。スロットル弁４４は、スロットル弁アクチュエータ４４ａ（スロットル弁駆動手段の一部）により吸気管４２内で回転駆動されるようになっている。
【００３１】
ＳＣＶ４４は、各枝部４１ａ内にあって、ＳＣＶアクチュエータ４４ａにより回転駆動されるようになっている。図２に示したように、各吸気ポート３１は、実際には吸気ポート３１ａ，３１ｂからなっている。吸気ポート３１ａは、燃焼室２５内にスワール（旋回流）を発生させるようにヘリカル状に形成され所謂スワールポートを構成し、吸気ポート３１ｂは所謂ストレートポートを構成している。
【００３２】
各枝部４１ａには、吸気管４１の長手方向に沿って伸びる隔壁４１ａａが形成されていて、これにより各枝部４１ａは、吸気ポート３１ａに連通する第１インテークマニホールド４１ａｃと、吸気ポート３１ｂに連通する第２インテークマニホールド４１ａｄとに区画されている。ＳＣＶ４４は、この第２インテークマニホールド４１ａｄ内において回動可能に支持され、第２インテークマニホールド４１ａｄの開口断面積（ＳＣＶ開度）を変更し得るようになっている。
【００３３】
また、隔壁４１ａａの適宜個所には第１，第２インテークマニホールド４１ａｃ，４１ａｄを連通する連通路４１ａｂが形成されている。インジェクタ３９はこの連通路４１ａｂの近傍位置に固定され、吸気ポート３１ａ，３１ｂに向けて燃料を噴射するようになっている。このように、内燃機関１０は、ＳＣＶ４４の開度調整により吸気流を調整する「吸気流調整システム」を備える。
【００３４】
図１、及び図３に示すように、内燃機関１０は、液体ガソリン燃料を貯留する燃料タンク４５、燃料タンク４５内に貯留された燃料の蒸発により発生した燃料ガスを吸蔵可能なキャニスタ（チャコールキャニスタ）４６、前記燃料ガスを燃料タンク４５からキャニスタ４６へと導くためのベーパ捕集管４７、キャニスタ４６から脱離した燃料ガスをサージタンク４１ｂへと導くためのパージ流路管４８、及び、パージ流路管４８に配設されたパージ制御弁４９を備えている。パージ制御弁４９は、パージ流路管４８の開口断面積を変更するようになっている。
【００３５】
キャニスタ４６は、パージ制御弁４９が開かれている期間において、筺体内に収納された吸着剤４６ａに吸蔵された燃料ガスを、パージ流路管４８を通してサージタンク４１ｂに放出するようになっている。また、キャニスタ４６の筺体には大気ポート４６ｂが形成されていて、吸着剤４６ａから漏出（離脱）した燃料ガスが大気ポート４６ｂを通して大気に開放可能となっている。このように、内燃機関１０は、燃料タンク４５内に貯留された燃料の蒸発により発生した燃料ガスを吸気通路へ導く「パージシステム」を備える。
【００３６】
再び、図１を参照すると、排気系統５０は、各気筒の排気ポート３４に一端が接続された複数の枝部を含むエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１の複数の枝部の各他端であって総ての枝部が集合している集合部（エキゾーストマニホールド５１の排気集合部）に接続されたエキゾーストパイプ５２、エキゾーストパイプ５２に配設された上流側触媒（三元触媒）５３、及び、上流側触媒５３よりも下流のエキゾーストパイプ５２に配設された図示しない下流側触媒（三元触媒）を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。このように、上流側触媒５３は、複数の気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路に配設されている。
【００３７】
更に、内燃機関１０は、外部ＥＧＲ通路を構成する排気還流管５４、及び、ＥＧＲ弁５５を含んでいる。排気還流管５４の一端はエキゾーストマニホールド５１の集合部に接続されている。排気還流管５４の他端はサージタンク４１ｂに接続されている。ＥＧＲ弁５５は排気還流管５４に配設されている。ＥＧＲ弁５５は、排気還流管５４の開口断面積を変更するようになっている。このように、内燃機関１０は、「排気還流（ＥＧＲ）システム」を備えている。
【００３８】
また、図１、及び図４に示すように、内燃機関１０は、二次空気供給装置６０を備える。二次空気供給装置６０は、スロットル弁４３の上流の吸気通路と触媒５３の上流の集合排気通路とを連通する二次空気供給通路６１と、二次空気供給通路６１に介装されたエアポンプ６２と、エアポンプ６２よりも下流の二次空気供給通路６１に介装されたエアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）６３と、ＡＳＶ６３よりも下流の二次空気供給通路６１に介装されたリード弁６４（上流から下流への流れのみを許容するチェック弁）とを備えている。また、二次空気供給装置６０は、サージタンク４１ｂ内の負圧をＡＳＶ６３に導入するための負圧導入通路６５と、負圧導入通路６５に介装された電磁弁６６をも備えている。
【００３９】
ＡＳＶ６３は、電磁弁６６が開状態にあってサージタンク４１ｂ内の負圧が導入されているとき開状態となり、電磁弁６６が閉状態にあって前記負圧が導入されていないときに閉状態となる。即ち、二次空気供給装置６０では、エアポンプ６２を作動し、且つ電磁弁６６を開状態とすることで、触媒５３の上流の集合排気通路に空気が導入される。このように、内燃機関１０は、「二次空気供給システム」を備えている。
【００４０】
一方、内燃機関１０は、エアフローメータ７１、スロットルポジションセンサ７２、水温センサ７３、クランクポジションセンサ７４、インテークカムポジションセンサ７５、エキゾーストカムポジションセンサ７６、上流側空燃比センサ７７、下流側空燃比センサ７８、アクセル開度センサ７９、ＳＣＶ開度センサ８１、及び、圧力センサ８２（図４を参照）を備えている。
【００４１】
エアフローメータ７１は、吸気管４２内を流れる吸入空気の質量流量（吸入空気流量）Gaを検出する。スロットルポジションセンサ７２は、スロットル弁４３の開度（スロットル弁開度）を検出する。水温センサ７３は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出する。クランクポジションセンサ７４は、クランク軸２４の回転角度の位相（変化）を検出する。この検出結果は、機関回転速度NEを表す。
【００４２】
インテークカムポジションセンサ７５は、インテークカムシャフトの回転角度の位相（変化）を検出する。クランクポジションセンサ７４及びインテークカムポジションセンサ７５からの信号に基づいて、基準気筒（例えば第１気筒）の圧縮上死点を基準とした絶対クランク角ＣＡが取得される。この絶対クランク角ＣＡは、基準気筒の圧縮上死点において「０°クランク角」に設定され、クランク角の回転角度に応じて７２０°クランク角まで増大し、その時点にて再び０°クランク角に設定される。エキゾーストカムポジションセンサ７６は、エキゾーストカムシャフトが回転角度の位相（変化）を検出する。
【００４３】
上流側空燃比センサ７７（本発明における空燃比センサ）は、図５にも示したように、エキゾーストマニホールド５１の集合部ＨＫ（排気集合部）よりも下流の集合排気通路において、上流側触媒５３より上流に配設されている。上流側空燃比センサ７７は、例えば、特開平１１−７２４７３号公報、特開２０００−６５７８２号公報、及び特開２００４−６９５４７号公報等に開示された「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。
【００４４】
以下、集合排気通路内を通過する排ガスを「混合排ガス」と称呼する。混合排ガスは、各気筒から排出された排ガスが混合されて得られる排ガスである。上流側空燃比センサ７７は、上流側触媒５３に流入する混合排ガスの空燃比に応じた出力値Vabyfs(V)を発生する。この出力値Vabyfsは、図６に示した空燃比変換テーブル（マップ）Mapabyfsを利用して、出力値Vabyfsにより表される空燃比（以下、「検出空燃比」と呼ぶ。）abyfsに変換される。
【００４５】
再び、図１、図５を参照すると、下流側空燃比センサ７８は、集合排気通路において上流側触媒５３より下流側であり且つ下流側触媒よりも上流側に配設されている。下流側空燃比センサ７８は、周知の起電力式の酸素濃度センサ（安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ）である。下流側空燃比センサ７８は、上流側触媒５３から流出する混合排ガスの空燃比（従って、機関に供給される混合気の空燃比の時間的平均値）に応じた出力値Voxs(V)を発生する。
【００４６】
図７に示したように、この出力値Voxsは、空燃比が理論空燃比よりもリッチのとき最大出力値max（例えば、約０．９Ｖ）となり、空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき最小出力値min（例えば、約０．１Ｖ）となり、空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の電圧Vst（例えば、約０．５Ｖ）となる。更に、この出力値Voxsは、空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比へと変化する際に最大出力値maxから最小出力値minへと急変し、空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比へと変化する際に最小出力値minから最大出力値maxへと急変する。
【００４７】
再び、図１を参照して、アクセル開度センサ７９は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの操作量（アクセルペダル操作量）を検出する。ＳＣＶ開度センサ８１は、ＳＣＶ４４の開度（ＳＣＶ開度）を検出する。圧力センサ８２（図４を参照）は、ＡＳＶ６３の上流の二次空気供給通路６１内の圧力を検出するようになっている。
【００４８】
電気制御装置９０は、互いにバスで接続された「ＣＰＵ９１、ＣＰＵ９１が実行するプログラム、各種テーブル（マップ、関数）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ９２、ＣＰＵ９１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ９３、及び、バックアップＲＡＭ９４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース９５等」からなる周知のマイクロコンピュータである。
【００４９】
インターフェース９５は、センサ７１〜８２と接続され、ＣＰＵ９１にそれらのセンサからの信号を供給する。更に、インターフェース９５は、ＣＰＵ９１の指示に応じてアクチュエータ３３ａ、アクチュエータ３６ａ、各気筒のイグナイタ３８、各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁３９、スロットル弁アクチュエータ４３ａ、ＳＣＶアクチュエータ４４ａ、パージ制御弁４９、ＥＧＲ弁５５、及び電磁弁６６等に駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。
【００５０】
（空燃比フィードバック制御）
次に、本装置による空燃比フィードバック制御の概要について説明する。本装置は、上流側空燃比センサ７７の出力値Vabyfs、及び下流側空燃比センサ７８の出力値Voxsに基づいて、混合排ガスの空燃比を、理論空燃比と一致するようにフィードバック制御する。
【００５１】
このフィードバック制御の一例としては、以下のものが挙げられる。即ち、下流側空燃比センサ７８の出力値Voxsと理論空燃比に相当する目標値Vstとの偏差についてＰＩＤ処理してフィードバック補正値（サブフィードバック補正量）が求められる。このサブフィードバック補正量により上流側空燃比センサ７７の出力値Vabyfsを補正して得られる値を図６に示した空燃比変換テーブルMapabyfsに適用して、見かけ上の空燃比が求められる。この見かけ上の空燃比と理論空燃比との偏差についてＰＩＤ処理して空燃比フィードバック量が求められる。この空燃比フィードバック量は、全気筒に対して共通する値である。
【００５２】
この空燃比フィードバック量により、「機関回転速度NEと吸入空気流量Gaと理論空燃比とに基づいて得られる基本燃料噴射量」を補正して得られる量の燃料が、各気筒の燃料噴射弁３９からそれぞれ噴射される。このように、全気筒に共通する空燃比フィードバック量に基づいて各燃料噴射弁３９から噴射される燃料の量をそれぞれ調整することにより、混合排ガスの空燃比がフィードバック制御される。
【００５３】
（エミッション量低減制御）
次に、本装置によるエミッション量低減制御の概要について説明する。本装置は、エミッション量低減制御として、パージ制御、ＥＧＲ制御、ＡＩ増量制御、冷間ＶＶＴ制御、触媒暖機遅角制御、及び、ＳＣＶ制御を実行する。以下、各制御について順に簡単に説明する。
【００５４】
＜パージ制御＞
パージ制御は、上述したパージシステム（図３を参照）を利用して行われる。パージ制御は、所定条件下、パージ制御弁４９を開状態とすることにより燃料タンク４５内に貯留された燃料の蒸発により発生した燃料ガスを吸気通路へ導き、且つ、各燃料噴射弁３９から噴射される燃料の量を（上述した空燃比フィードバック量により調整された量から）減少する制御である。
【００５５】
燃料ガスを吸気通路に導くのは、キャニスタ４６内から大気ポート４６ｂを通して燃料ガス（即ち、未燃物、ＨＣ等）が外部へ漏出することを抑制するためである。燃料噴射量は、吸気通路に導かれた燃料ガス分だけ減少される。吸気通路に導かれた燃料ガス分は、周知の手法の１つを用いて推定され得る。このように、パージ制御によれば、空燃比を理論空燃比（近傍）に維持しつつ、キャニスタ４６から排出される未燃物（ＨＣ等）の量を低減することができる。
【００５６】
＜ＥＧＲ制御＞
ＥＧＲ制御は、上述した「ＥＧＲシステム」を利用して行われる。ＥＧＲ制御は、所定条件下、ＥＧＲ弁５５を開状態とすることにより排気通路内の排ガスを吸気通路に導く制御である。この動作は、外部ＥＧＲとも呼ばれる。
【００５７】
排気通路内の排ガスを吸気通路に導くのは、燃焼室２５内のガスのうち不活性ガスの割合を高めて最高燃焼温度を下げることにより、燃焼による窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑制するためである。このように、ＥＧＲ制御によれば、燃焼室２５から排出される排ガス中の窒素酸化物の量を低減することができる。
【００５８】
＜ＡＩ増量制御＞
ＡＩ増量制御は、上述した「二次空気供給システム」（図４を参照）を利用して行われる。ＡＩ増量制御は、所定条件下、電磁弁６６を開状態とし（従って、ＡＳＶ６３を開状態とし）且つエアポンプ６２を作動することにより上流側触媒５３の上流側の集合排気通路に空気を導入し、且つ、各燃料噴射弁３９から噴射される燃料の量を（上述した空燃比フィードバック量により調整された量から）増大する制御である。
【００５９】
上流側触媒５３の上流側の集合排気通路に空気を導くのは、この部位で排ガス中の未燃物（ＨＣ等）を燃焼させることにより、上流側触媒５３の暖機を促進するためである。燃料噴射量は、上流側触媒５３の上流側に導かれた空気を燃焼させるのに必要な量（例えば、導かれた空気の量を理論空燃比で除した値）だけ増大される。導かれた空気の量は、周知の手法の１つを用いて推定され得る。このように、ＡＩ増量制御によれば、内燃機関１０の冷間始動直後等の触媒の温度が低いとき、触媒を早期に活性化させて、触媒から排出される排ガス中の未燃物（ＨＣ、ＣＯ等）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減することができる。
【００６０】
＜冷間ＶＶＴ制御＞
冷間ＶＶＴ制御は、上述したＶＶＴシステムを利用して行われる。冷間ＶＶＴ制御は、所定条件下、吸気弁３２の開閉タイミング、及び／又は、排気弁３５の開閉タイミングを（通常の非冷間ＶＶＴ制御時と比較して）調整して燃焼室２５内の既燃ガスが吸気弁３２の周囲を介して吸気通路に吹き返す量（既燃ガス吹き返し量）を（通常の非冷間ＶＶＴ制御時と比較して）増大し、且つ、各燃料噴射弁３９から噴射される燃料の量を（上述した空燃比フィードバック量により調整された量から）減少する制御である。既燃ガス吹き返し量を増大する動作は、内部ＥＧＲとも呼ばれる。非冷間ＶＶＴ制御時における、吸気弁３２の開閉タイミング、及び／又は、排気弁３５の開閉タイミングは、内燃機関１０の運転状態に基づいて（上述した各種センサの出力結果に基づいて）決定される。
【００６１】
燃焼室内の既燃ガスを吸気通路に導くのは、吸気通路の暖機を促進して吸気通路に付着する液体燃料の霧化を促進するためである。燃料噴射量は、霧化された燃料ガスの増大分だけ減少される。霧化された燃料ガスの増大分は、周知の手法の１つを用いて推定され得る。このように、冷間ＶＶＴ制御によれば、内燃機関１０の冷間始動直後等の吸気通路の温度が低いとき、噴射された燃料の霧化を促進して、空燃比を理論空燃比（近傍）に維持しつつ、燃焼室２５から排出される排ガス中の未燃物（ＨＣ、ＣＯ等）の量を低減することができる。
【００６２】
＜触媒暖機遅角制御＞
触媒暖機遅角制御は、所定条件下、点火プラグ３７の点火時期を（通常の非触媒暖機遅角制御時と比較して）遅角する制御である。非触媒暖機遅角制御時における点火時期は、内燃機関１０の運転状態に基づいて（上述した各種センサの出力結果に基づいて）決定される。
【００６３】
点火時期を遅角するのは、燃料の燃焼タイミングを遅らせて触媒に流入する排ガスの温度を高めることにより、上流側触媒５３の暖機を促進するためである。このように、触媒暖機遅角制御によれば、内燃機関１０の冷間始動直後等の触媒の温度が低いとき、触媒を早期に活性化させて、触媒から排出される排ガス中の未燃物（ＨＣ、ＣＯ等）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減することができる。
【００６４】
＜ＳＣＶ制御＞
ＳＣＶ制御は、上述した吸気流調整システムを利用して行われる。ＳＣＶ制御は、内燃機関１０の運転状態に応じてＳＣＶ４４を開閉する制御である。ＳＣＶ４４を閉状態とするのは、吸気流速を高めてスワールの流速を高めることにより噴射された燃料の霧化を促進するためである。ＳＣＶ４４を開状態とするのは、吸気抵抗を小さくしてより多くの空気を燃焼室２５に吸入させるためである。このように、ＳＣＶ制御によれば、内燃機関１０の冷間始動直後のアイドリング状態等の燃料が霧化し難く且つスワール流速が小さいとき、ＳＣＶ４４を閉状態とすることで噴射された燃料の霧化を促進して、燃焼室２５から排出される排ガス中の未燃物（ＨＣ、ＣＯ等）の量を低減することができる。また、それ以外のとき、ＳＣＶ４４を開状態とすることでより多くの空気を燃焼室２５内に吸入させて、内燃機関１０の最大出力を向上させることができる。
【００６５】
（空燃比気筒間インバランス）
次に、空燃比気筒間インバランス発生時について説明する。「空燃比気筒間インバランス」とは、気筒間における空燃比のばらつきを指す。空燃比気筒間インバランスは、例えば、燃料噴射弁３９からの実際の噴射量の気筒間のばらつき、吸気弁３２の実際の最大リフト量の気筒間のばらつき、ＥＧＲシステムにより吸気通路に還流された排ガスの量の各気筒への分配のばらつき等に起因して発生し得る。
【００６６】
図８に示すように、「空燃比気筒間インバランス」が発生している場合、混合排ガスの空燃比が理論空燃比に一致していても、空燃比が理論空燃比よりもリッチとなる気筒（リッチ気筒）と、空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる気筒（リーン気筒）が必ず発生する。図８では、一例として、第４気筒が「リッチ気筒」となり、第１〜第３気筒が「リーン気筒」となる場合が示されている。
【００６７】
図８に示す空燃比気筒間インバランスは、例えば、第１〜第３気筒の燃料噴射弁３９が「指示された燃料噴射量と等しい量の燃料を噴射する」正常な状態にあり、第４気筒の燃料噴射弁３９のみが「指示された燃料噴射量よりも過大な量の燃料を噴射する」異常な状態にある場合に発生し得る。即ち、この場合、第４気筒の空燃比のみが大きくリッチ側に変化する。これにより、集合排気通路を通過する混合排ガスの空燃比（全気筒の空燃比の平均）は、理論空燃比よりもリッチとなる。従って、全気筒に対して共通する上述した「空燃比フィードバック量」により、第４気筒の空燃比は理論空燃比に近づけられるようにリーン側へと変更され、同時に、他の３つの気筒の空燃比は理論空燃比から遠ざけられるようにリーン側へと変更させられる。この結果、集合排気通路を通過する混合排ガスの空燃比は略理論空燃比に一致させられる。
【００６８】
しかしながら、第４気筒の空燃比は依然として理論空燃比よりもリッチに維持され、他の３つの気筒の空燃比は理論空燃比よりもリーンに維持される。以上のことから、第４気筒が「リッチ気筒」となり、第１〜第３気筒が「リーン気筒」となる。
【００６９】
このように、空燃比気筒間インバランスが発生すると、各気筒における混合気の燃焼状態が完全燃焼とは相違した燃焼状態となる。この結果、各気筒から排出されるエミッションの量（未燃物の量及び窒素酸化物の量）が増大する。このため、集合排気通路を通過する混合排ガスの空燃比（全気筒の空燃比の平均）が理論空燃比であったとしても、増大したエミッションを三元触媒が浄化しきれず、結果として、排ガスに含まれるエミッション量が増大する虞がある。
【００７０】
（空燃比気筒間インバランス発生時におけるエミッション量低減制御の弊害）
次に、空燃比気筒間インバランスが発生している場合において上述した種々のエミッション量低減制御が実行される場合の弊害について、順に考察する。
【００７１】
＜パージ制御＞
上述したように、パージ制御では、各気筒の燃料噴射量は、吸気通路に導かれた燃料ガス分の推定値だけ減少される。空燃比気筒間インバランス発生している場合、この推定値の推定精度が不正確になり易いと考えられる。従って、この推定値が実際値よりも大き目に推定された場合、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃料噴射量を減少し過ぎることに起因して空燃比が過度のリーンとなり失火等が発生するという問題が発生し得る。
【００７２】
＜ＥＧＲ制御＞
上述したように、ＥＧＲ制御が実行されると、燃焼室内のガスのうち不活性ガスの割合が高くなる。このことは、燃焼が不安定になり易いことを意味する。従って、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃焼が過度に不安定となり失火等が発生するという問題が発生し得る。
【００７３】
＜ＡＩ増量制御＞
上述したように、ＡＩ増量制御では、各気筒の燃料噴射量は、上流側触媒５３の上流側に導かれた空気の量の推定値を理論空燃比で除した値だけ増大される。空燃比気筒間インバランス発生している場合、この推定値の推定精度が不正確になり易いと考えられる。従って、この推定値が実際値よりも大き目に推定された場合、特に、「リッチ気筒」において、燃料噴射量を増大し過ぎることに起因して空燃比が過度のリッチとなり失火等が発生するという問題が発生し得る。
【００７４】
＜冷間ＶＶＴ制御＞
上述したように、冷間ＶＶＴ制御では、各気筒の燃料噴射量は、霧化された燃料ガスの増大分の推定値だけ減少される。空燃比気筒間インバランス発生している場合、この推定値の推定精度が不正確になり易いと考えられる。従って、この推定値が実際値よりも大き目に推定された場合、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃料噴射量を減少し過ぎることに起因して空燃比が過度のリーンとなり失火等が発生するという問題が発生し得る。
【００７５】
＜触媒暖機遅角制御＞
上述したように、触媒暖機遅角制御が実行されると、点火時期が遅角される。このことは、燃焼が不安定になり易いことを意味する。従って、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃焼が過度に不安定となり失火等が発生するという問題が発生し得る。
【００７６】
＜ＳＣＶ制御＞
上述したように、ＳＣＶ制御では、例えば、冷間始動直後のアイドリング状態でないとき、ＳＣＶ４４が開状態とされる。ＳＣＶ４４が開状態とされることは、吸気流速が低くなり（従って、スワール流速が低くなり）、燃焼が不安定になり易いことを意味する。従って、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃焼が過度に不安定となり失火等が発生するという問題が発生し得る。
【００７７】
以上のように、空燃比気筒間インバランスが発生している場合において上述した種々のエミッション量低減制御が実行される場合、「リーン気筒」或いは「リッチ気筒」において、失火等が発生するという弊害が発生し得る。従って、失火等の発生を抑制するため、空燃比気筒間インバランスが発生している場合においては、上述した種々のエミッション量低減制御の実行を「制限」若しくは「禁止」することが好ましい。このためには、空燃比気筒間インバランスの発生を検出する必要がある。
【００７８】
（空燃比気筒間インバランスの検出）
次に、空燃比気筒間インバランスの発生の検出について説明する。空燃比気筒間インバランスを検出するためには、気筒別空燃比の間の差（不均衡の程度、相違の程度）を表わす指標値を取得する必要がある。気筒別空燃比とは、各気筒に供給される混合気の空燃比を指す。以下、この指標値を「インバランス指標値」と呼ぶ。また、説明の便宜上、「全気筒（上流側空燃比センサ７７に到達する排ガスを排出している全ての気筒）において各一回の燃焼行程が終了するのに要するクランク角が経過する期間」を、「単位燃焼サイクル期間」と呼ぶ。４気筒・４サイクル・エンジンの場合、単位燃焼サイクル期間は７２０°クランク角である。
【００７９】
図９（Ｂ）は、４気筒・４サイクル・エンジンの場合における、検出空燃比abyfs（上流側空燃比センサ７７の出力値Vabyfsを図６に示した空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより得られる空燃比）の推移の一例を示す。上流側空燃比センサ７７には、各気筒からの排ガスが点火順（故に、排気順）に到達する。空燃比気筒間インバランスが発生していない場合、全気筒の気筒別空燃比は互いに略同一である。従って、空燃比気筒間インバランスが発生していない場合の検出空燃比abyfsは、例えば、図９（Ｂ）において破線Ｃ１に示すように推移する。即ち、空燃比気筒間インバランスが発生していない場合、検出空燃比abyfsの波形は略平坦である。
【００８０】
これに対し、空燃比気筒間インバランスが発生している場合、「リッチ気筒」と「リーン気筒」とが必ず存在するため、全気筒の気筒別空燃比の間において差が生じる。従って、空燃比気筒間インバランスが発生している場合の検出空燃比abyfsは、例えば、図９（Ｂ）において実線Ｃ２に示すように、７２０°クランク角（即ち、単位燃焼サイクル期間）を一周期として大きく変動する。
【００８１】
以上から理解されるように、空燃比気筒間インバランスが発生すると、検出空燃比abyfsは、単位燃焼サイクル期間を一周期として大きく変動する。更に、気筒別空燃比の間の差が大きいほど、検出空燃比abyfsの振幅が大きくなる。例えば、検出空燃比abyfsが図９（Ｂ）の実線Ｃ２のように推移する場合よりも気筒別空燃比の間の差が大きい場合、検出空燃比abyfsは図９（Ｂ）の一点鎖線Ｃ２ａのように推移する。
【００８２】
従って、インバランス指標値は、検出空燃比abyfsのこのような変動の状態を反映した値であればよい。即ち、インバランス指標値は、気筒別空燃比の間の差が大きいほど大きくなるか又は小さくなる値であって上流側空燃比センサ７７の出力値Vabyfs（従って、検出空燃比abyfs）に基づいて取得される値であればよい。インバランス指標値の一例としては、上流側空燃比センサ７７の出力値Vabyfs（検出空燃比abyfs）の軌跡長が考えられる。
【００８３】
また、インバランス指標値として、例えば、「検出空燃比abyfsの単位時間当たりの変化量」に基づく値が使用され得る。「検出空燃比abyfsの単位時間当たりの変化量」は、単位時間が例えば４ｍ秒程度の極めて短い時間であるとき、検出空燃比abyfsの時間微分値d(abyfs)/dtであると言うこともできる。従って、「検出空燃比abyfsの単位時間当たりの変化量」は「検出空燃比変化率ΔＡＦ」とも称呼される。
【００８４】
図９（Ｃ）において破線Ｃ３により示したように、空燃比気筒間インバランスが発生していない場合、検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値は小さい。一方、図９（Ｃ）において実線Ｃ４により示したように、空燃比気筒間インバランスが発生している場合、検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値は大きくなる。更に、検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値は、気筒別空燃比の間の差が大きいほど大きくなる。
【００８５】
本装置では、インバランス指標値として、検出空燃比変化率ΔＡＦに基づく値（例えば、サンプリング時間ｔｓが経過する毎に得られる検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値そのもの、複数の検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値の平均値、及び複数の検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値のうちの最大値等）が使用される。これは、検出空燃比変化率ΔＡＦが、検出空燃比abyfsの軌跡長に比較して、機関回転速度ＮＥの影響を受け難いことに基づく。
【００８６】
（空燃比気筒間インバランス発生時におけるエミッション量低減制御の抑制・禁止）
以上のことを考慮して、本装置では、空燃比気筒間インバランスが発生していると判定される場合において、上述した種々のエミッション量低減制御が実行される条件が成立している場合、エミッション量低減制御の実行が「制限」若しくは「禁止」される。
【００８７】
図１０は、本装置のＣＰＵ９１により実行される、「空燃比気筒間インバランス発生時におけるエミッション量低減制御の抑制・禁止」に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。この例では、先ず、ステップ１００５にて、インバランス指標値Ｘ１が算出される。
【００８８】
具体的には、サンプリング時間ｔｓ（例えば、４ｍ秒）が経過する毎に新たな検出空燃比abyfsが取得される。新たな検出空燃比abyfsが算出される毎に（即ち、サンプリング時間ｔｓが経過する毎に）、検出空燃比変化率ΔＡＦが、今回の検出空燃比から前回の検出空燃比を減じることによって取得される。所定の期間内に取得された複数個の検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値の平均値ΔＡＦaveが算出される。この所定の期間は、上述した単位燃焼サイクル期間（４気筒・４サイクル・エンジンの場合、７２０°クランク角）であることが好ましい。
【００８９】
この平均値ΔＡＦaveは、「検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値の１つの単位燃焼サイクル期間における平均値」と記載することもできる。この平均値ΔＡＦaveが複数の単位燃焼サイクル期間においてそれぞれ取得される。このように取得された複数個の平均値ΔＡＦaveの平均値がインバランス指標値Ｘ１として取得される。このインバランス指標値Ｘ１は、気筒別空燃比の間の差が大きいほど大きくなる値である。
【００９０】
次に、ステップ１０１０では、インバランス割合Ｙ１が算出される。この例では、予め求められている「空燃比気筒間インバランスが発生していないとき（気筒別空燃比の間の差がゼロのとき）のインバランス指標値Ｘ１の値」をＰ１、「空燃比気筒間インバランスの程度が最大のとき（気筒別空燃比の間の差が最大のとき）のインバランス指標値Ｘ１の値」をＱ１としたとき（Ｑ１＞Ｐ１）、例えば、Ｙ１＝（Ｘ１−Ｐ１）／（Ｑ１−Ｐ１）なる式に従って、インバランス割合Ｙ１（％）が求められる。即ち、インバランス割合Ｙ１は、空燃比気筒間インバランスが発生していないとき「０％」となり、空燃比気筒間インバランスの程度が最大のとき「１００％」となる。
【００９１】
続いて、ステップ１０１５では、インバランス割合Ｙ１が所定値Ａ（％）以上であるか否かが判定され、「Ｎｏ」と判定される場合にはこの処理が直ちに終了する。一方、「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ１０２０にて、インバランス割合Ｙ１が所定値Ｂ（％）以上であるか否かが判定される。所定値Ｂは所定値Ａよりも大きい。Ａ≦Ｙ１＜Ｂが成立する場合（ステップ１０２０にて「Ｎｏ」）、ステップ１０２５にて、エミッション量低減制御の実行が制限される。一方、Ｙ１≧Ｂが成立する場合（ステップ１０２０にて「Ｙｅｓ」）、ステップ１０３０にて、エミッション量低減制御の実行が禁止される。ここで、ステップ１０１５にて「Ｎｏ」と判定されることは、空燃比気筒間インバランスが発生していないと判定されることを意味し、「Ｙｅｓ」と判定されることは、空燃比気筒間インバランスが発生していると判定されることを意味する。
【００９２】
以下、先ず、ステップ１０２５における「エミッション量低減制御の実行の制限」について具体的に説明する。パージ制御の場合、燃料噴射量の減少量が小さくされる。これに加えて、パージ制御弁４９の開度を小さくして吸気通路に導かれる燃料ガスの量（流量）が小さくされてもよい。ＥＧＲ制御の場合、ＥＧＲ弁５５の開度を小さくして吸気通路に導かれる排気通路内の排ガスの量（流量）が小さくされる。ＡＩ増量制御の場合、燃料噴射量の増大量が小さくされる。これに加えて、電磁弁６６（即ち、ＡＳＶ６３）を調整して集合排気通路に導かれる空気の量（流量）が小さくされてもよい。冷間ＶＶＴ制御の場合、燃料噴射量の減少量が小さくされる。これに加えて、吸気弁３２及び／又は排気弁３５の開閉タイミングを調整して既燃ガス吹き返し量が小さくされてもよい。触媒暖機遅角制御の場合、点火時期の遅角量が小さくされる。
【００９３】
次に、ステップ１０３０における「エミッション量低減制御の実行の禁止」について具体的に説明する。パージ制御の場合、パージ制御が行われない。即ち、パージ制御弁４９が閉状態とされ、且つ、燃料噴射量が上述した空燃比フィードバック量により調整された量と等しい量に設定される。ＥＧＲ制御の場合、ＥＧＲ制御が行われない。即ち、ＥＧＲ弁５５が閉状態とされる。ＳＣＶ制御の場合、ＳＣＶ制御が行われず、ＳＣＶ４４が閉状態に維持される。ＡＩ増量制御の場合、ＡＩ増量制御が行われない。即ち、電磁弁６６が閉状態とされ（即ち、ＡＳＶ６３が閉状態とされ）、且つ、燃料噴射量が上述した空燃比フィードバック量により調整された量と等しい量に設定される。冷間ＶＶＴ制御の場合、冷間ＶＶＴ制御が行われない。即ち、吸気弁３２及び／又は排気弁３５の開閉タイミングが非冷間ＶＶＴ制御時のタイミングと等しいタイミングに設定され、且つ、燃料噴射量が上述した空燃比フィードバック量により調整された量と等しい量に設定される。触媒暖機遅角制御の場合、触媒暖機遅角制御が行われない。即ち、点火時期が非触媒暖機遅角制御時の時期と等しい時期に設定される。
【００９４】
以上のように、本発明に係る実施形態によれば（具体的には、図１０に示した処理）によれば、空燃比気筒間インバランスが発生していると判定される場合（ステップ１０１５にて「Ｙｅｓ」）（であってエミッション量低減制御が実行される条件が成立している場合）、エミッション量低減制御の実行が「制限」（ステップ１０２５）、若しくは「禁止」（ステップ１０３０）される。従って、「リーン気筒」或いは「リッチ気筒」において、失火等の発生が抑制され得る。
【００９５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、インバランス指標値として検出空燃比abyfsの時間微分値（検出空燃比変化率ΔＡＦ）に基づくインバランス指標値Ｘ１（気筒別空燃比の間の差が大きいほど大きくなる値）が使用されていたが、検出空燃比abyfsの時間に関する２階微分値に基づく値が使用されてもよい。また、上流側空燃比センサ７７の出力値Vabyfsの軌跡長、又は検出空燃比abyfsの軌跡長が使用されてもよい。これらの値は全て、「気筒別空燃比の間の差が大きいほど大きくなる値」である。
【００９６】
また、インバランス指標値として、以下のように求められるインバランス指標値Ｘ２が使用されてもよい。サンプリング時間ｔｓ（例えば、４ｍ秒）が経過する毎に新たな検出空燃比abyfsが取得される。所定の期間内に取得された複数個の検出空燃比abyfsの中から最小値ＭＩＮが選択される。この所定の期間は、上述した単位燃焼サイクル期間（４気筒・４サイクル・エンジンの場合、７２０°クランク角）であることが好ましい。
【００９７】
この最小値ＭＩＮは、「検出空燃比abyfsの１つの単位燃焼サイクル期間における最小値」と記載することもできる。この最小値ＭＩＮが複数の単位燃焼サイクル期間においてそれぞれ取得される。このように取得された複数個の最小値ＭＩＮの平均値がインバランス指標値Ｘ２として取得される。このインバランス指標値Ｘ２は、気筒別空燃比の間の差が大きいほど小さくなる値である。
【００９８】
このようにインバランス指標値Ｘ２が使用される場合、インバランス割合として、インバランス割合Ｙ２が算出される。即ち、予め求められている「空燃比気筒間インバランスが発生していないとき（気筒別空燃比の間の差がゼロのとき）のインバランス指標値Ｘ２の値」をＰ２、「空燃比気筒間インバランスの程度が最大のとき（気筒別空燃比の間の差が最大のとき）のインバランス指標値Ｘ２の値」をＱ２としたとき（Ｐ２＞Ｑ２）、例えば、Ｙ２＝（Ｐ２−Ｘ２）／（Ｐ２−Ｑ２）なる式に従って、インバランス割合Ｙ２（％）が求められる。即ち、インバランス割合Ｙ２は、空燃比気筒間インバランスが発生していないとき「０％」となり、空燃比気筒間インバランスの程度が最大のとき「１００％」となる。
【００９９】
また、上記実施形態では、Ａ≦Ｙ１＜Ｂが成立する場合（ステップ１０２０にて「Ｎｏ」）、エミッション量低減制御の実行が制限され（ステップ１０２５）、Ｙ１≧Ｂが成立する場合（ステップ１０２０にて「Ｙｅｓ」）、エミッション量低減制御の実行が禁止されている（ステップ１０３０）が、、Ｙ１≧Ａが成立する場合（ステップ１０１５にて「Ｙｅｓ」）、常に、エミッション量低減制御の実行が制限されるように構成されてもよい。
【０１００】
加えて、上記実施形態では、インバランス指標値に基づいてインバランス割合が算出され、インバランス割合の大きさに基づいてエミッション量低減制御の実行が「抑制」若しくは「禁止」されているが、インバランス割合を算出することなく、インバランス指標値そのものの大きさに基づいてエミッション量低減制御の実行が「抑制」若しくは「禁止」されてもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
２５…燃焼室、３７…点火プラグ、３９…燃料噴射弁、３３…可変吸気タイミング制御装置、３６…可変排気タイミング制御装置、４４…ＳＣＶ、４４ａ…ＳＣＶアクチュエータ、４９…パージ制御弁、５５…ＥＧＲ弁、６３…ＡＳＶ、６６…電磁弁、５３…上流側触媒、７７…上流側空燃比センサ、９０…電気制御装置、９１…ＣＰＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路に配設された空燃比センサの出力値に基づいて、集合排気通路を通過するガス（混合排ガス）の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置が広く知られている。混合排ガスは、各気筒から排出された排ガスが混合されて得られる排ガスである。より具体的には、この空燃比制御装置では、混合排ガスの空燃比が理論空燃比に一致するように、複数の気筒に対して共通する空燃比フィードバック量が空燃比センサの出力値に基づいて算出される。その空燃比フィードバック量に基づいて複数の気筒に対してそれぞれ噴射される燃料の量が調整されることにより、混合排ガスの空燃比がフィードバック制御される。
【０００３】
また、近年、内燃機関を搭載した車両から内燃機関に起因して排出される有害物質の排出量（エミッション量）の規制が厳しくなってきていることに対応して、エミッション量を低減する制御（エミッション量低減制御）も種々提案されてきている。具体的には、例えば、内燃機関の暖機中において内燃機関の吸気弁及び／又は排気弁の開閉タイミングを調整して燃焼室内の高温の既燃ガスが内燃機関の吸気通路に吹き返す量を増大し且つ燃料噴射量を減少する制御（冷間ＶＶＴ制御）、並びに、内燃機関の暖機中において内燃機関の点火プラグの点火時期を遅角する制御（触媒暖機遅角制御）等が挙げられる。
【０００４】
冷間ＶＶＴ制御では、吸気通路の温度が高められ吸気通路に付着する液体燃料の霧化が促進されて、燃焼に寄与する燃料の量が増大する。この増大分だけ燃料噴射量が減少される。これにより、未燃物（ＨＣ，ＣＯ）の外部への排出量が低減する。また、触媒暖機遅角制御では、燃料が燃焼するタイミングが遅らされ、触媒に流入する排ガスの温度が高められる。これにより、三元触媒の暖機が促進されて、未燃物（ＨＣ，ＣＯ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）の外部への排出量が低減する。
【０００５】
ところで、多気筒内燃機関においては、燃料噴射弁からの噴射量の気筒間のばらつき、吸気弁の最大リフト量の気筒間のばらつき、ＥＧＲ機構により吸気系に還流されたＥＧＲガス量の複数の気筒への分配のばらつき等が発生し得る。係る気筒間での特性のばらつきが発生すると、気筒間にて空燃比のばらつき（空燃比気筒間インバランス、空燃比気筒間ばらつき、気筒間における空燃比の不均一）が発生し得る。例えば、特許文献１では、空燃比気筒間インバランスの度合いに応じて所定の触媒劣化抑制制御を実行して、触媒の劣化を抑制することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６４２８７号公報
【発明の概要】
【０００７】
空燃比気筒間インバランスが発生している場合、上述の空燃比フィードバック制御により混合排ガスの空燃比（即ち、全気筒の空燃比の平均）が理論空燃比に一致していても、空燃比が（理論空燃比よりも）リッチとなる気筒（リッチ気筒）と、空燃比が（理論空燃比よりも）リーンとなる気筒（リーン気筒）が必ず発生する。
【０００８】
いま、空燃比気筒間インバランスが発生している場合においてエミッション量低減制御が実行される場合を想定する。例えば、冷間ＶＶＴ制御が実行される場合、特に、燃焼限界が低いリーン気筒において、燃料噴射量の減少に起因して空燃比が過度のリーンとなり失火等が発生するという問題が発生し得る。同様に、触媒暖機遅角制御が実行される場合も、特に、燃焼限界が低いリーン気筒において、点火時期の遅角に起因して燃焼が過度に不安定となり、失火等が発生するという問題が発生し得る。
【０００９】
本発明は上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、空燃比気筒間インバランス発生時において、エミッション量低減制御が実行されることに起因する失火の発生等を抑制できる、多気筒内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１０】
係る目的を達成するための本発明による多気筒内燃機関の制御装置（本制御装置）は、複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用される。本制御装置は、空燃比センサと、複数の燃料噴射弁と、フィードバック量算出手段と、フィードバック制御手段と、低減制御実行手段と、を備える。
【００１１】
前記空燃比センサは、前記集合排気通路に配設されて、前記混合排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する。
【００１２】
前記複数の燃料噴射弁は、前記複数の気筒のそれぞれに対応して配設される。前記複数の燃料噴射弁は、前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料をそれぞれ噴射する。即ち、燃料噴射弁は、一つの気筒に対して一つ以上設けられている。各燃料噴射弁は、その燃料噴射弁に対応する気筒に対して燃料を噴射する。
【００１３】
前記フィードバック量算出手段は、前記複数の気筒に対して共通する空燃比フィードバック量を算出する。この空燃比フィードバック量は、前記混合排ガスの空燃比が理論空燃比と一致するように、前記空燃比センサの出力値に基づいて算出される。
【００１４】
前記フィードバック制御手段は、前記空燃比フィードバック量に基づいて前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を調整する。これにより、前記混合排ガスの空燃比がフィードバック制御される。
【００１５】
前記低減制御実行手段は、前記エミッション量を低減するエミッション量低減制御を実行する。エミッション量低減制御としては、例えば、上述した冷間ＶＶＴ制御、触媒暖機遅角制御等が挙げられる。また、後述するパージ制御、ＥＧＲ制御、ＡＩ増量制御等も挙げられる。
【００１６】
本制御装置の特徴の１つは、インバランス指標値取得手段を備えることにある。前記インバランス指標値取得手段は、インバランス指標値を取得する。インバランス指標値とは、「前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気の空燃比」である「複数の気筒別空燃比」の間の相違の程度（差、不均衡の程度）が大きいほど大きくなるか又は小さくなる値（単調増加するか又は単調減少する値）であり、前記空燃比センサの出力値に基づいて得られる値である。以下、「複数の気筒別空燃比」の間の相違の程度（差、不均衡の程度）を「空燃比気筒間インバランスの程度」とも呼ぶ。
【００１７】
前記インバランス指標値には、空燃比センサの出力値の軌跡長、空燃比センサの出力値により表される空燃比（検出空燃比）の軌跡長等が含まれる。これに対し、前記インバランス指標値として、前記検出空燃比の時間微分値に基づく値を取得するように構成されることが好適である。検出空燃比の時間微分値は、検出空燃比の軌跡長に比較して、機関回転速度の影響を受け難い。従って、上記構成によれば、機関回転速度により変動し難い特性を有するインバランス指標値を得ることができる。この結果、機関回転速度によらず、空燃比気筒間インバランスの程度を安定して精度良く取得することができる。
【００１８】
本制御装置の特徴の他の１つは、前記低減制御実行手段が、前記インバランス指標値により表される前記相違の程度が大きいとき、前記相違の程度が小さいときに比べて、前記エミッション量低減制御の実行を制限することにある。
【００１９】
空燃比気筒間インバランスの程度が大きいほど、上述したリッチ気筒におけるリッチの程度、及びリーン気筒におけるリーンの程度が大きくなる。従って、例えば、冷間ＶＶＴ制御、触媒暖機遅角制御の実行中において、空燃比気筒間インバランスの程度が大きいほど、リーン気筒において失火等が発生し易くなる。
【００２０】
この点、上記構成によれば、空燃比気筒間インバランスの程度が大きいとき、エミッション量低減制御の実行が制限される。具体的には、例えば、冷間ＶＶＴ制御では燃料噴射量の減少量が小さくされ、触媒暖機遅角制御では点火時期の遅角量が小さくされる。従って、失火等が発生し難くなる。即ち、空燃比気筒間インバランス発生時において、エミッション量低減制御が実行されることに起因する失火の発生等が抑制され得る。
【００２１】
本制御装置は、空燃比気筒間インバランスの程度が第１の程度以上且つ前記第１の程度よりも大きい第２の程度未満のとき、前記エミッション量低減制御の実行を制限し、空燃比気筒間インバランスの程度が前記第２の程度以上のとき、前記エミッション量低減制御の実行を禁止するように構成され得る。これによれば、空燃比気筒間インバランスの程度に応じて、エミッション量低減制御の制限の程度が適切に設定され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置が適用される多気筒内燃機関の概略構成を示した図である。
【図２】図１に示したＳＣＶの近傍の吸気通路内を説明するための図である。
【図３】図１に示した内燃機関が備えるパージ制御機構を説明するための図である。
【図４】図１に示した内燃機関が備えるＡＩ増量制御機構を説明するための図である。
【図５】図１に示した触媒、上流側空燃比センサ、及び下流側空燃比センサが集合排気通路に配設された様子を示した図である。
【図６】図１に示した上流側空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。
【図７】図１に示した下流側空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。
【図８】空燃比気筒間インバランスが発生していて且つ混合排ガスの空燃比が理論空燃比に一致している場合における各気筒の空燃比の一例を示した図である。
【図９】空燃比気筒間インバランスが発生した場合と発生していない場合のインバランス指標値に関連する各値の挙動を示したタイムチャートである。
【図１０】図１に示したＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態に係る多気筒内燃機関の制御装置（以下、単に「本装置」とも称呼する。）について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（構成）
図１は、本装置を、４サイクル・火花点火式・多気筒（直列４気筒）・内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
【００２５】
この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０と、を含んでいる。
【００２６】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１の壁面及びピストン２２の上面は、シリンダヘッド部３０の下面とともに燃焼室２５を形成している。
【００２７】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング制御装置３３、可変吸気タイミング制御装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフトを含むとともに同エキゾーストカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変排気タイミング制御装置３６、可変排気タイミング制御装置３６のアクチュエータ３６ａ、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射する燃料噴射弁（燃料噴射手段、燃料供給手段）３９を備えている。このように、内燃機関１０は、吸気弁３２及び排気弁３５の開閉タイミングを変更する「可変動弁（ＶＶＴ）システム」を備える。
【００２８】
燃料噴射弁３９は、一つの燃焼室２５に対して一つずつ配設されている。燃料噴射弁３９は吸気ポート３１に設けられている。このように、複数の気筒のそれぞれは、他の気筒とは独立して燃料供給を行う燃料噴射弁３９を備えている。
【００２９】
吸気系統４０は、インテークマニホールド４１、吸気管４２、スロットル弁４３、及びスワールコントロール弁（ＳＣＶ）４４を備えている。インテークマニホールド４１は、複数の枝部４１ａとサージタンク４１ｂとからなる。複数の枝部４１ａのそれぞれの一端は複数の吸気ポート３１のそれぞれに接続されている。複数の枝部４１ａの他端はサージタンク４１ｂに接続されている。吸気管４２の一端はサージタンク４１ｂに接続されている。吸気ポート３１、インテークマニホールド４１及び吸気管４２は、吸気通路を構成している。
【００３０】
スロットル弁４３は、吸気管４２内にあって吸気通路の開口断面積（スロットル弁開度）を可変とするようになっている。スロットル弁４４は、スロットル弁アクチュエータ４４ａ（スロットル弁駆動手段の一部）により吸気管４２内で回転駆動されるようになっている。
【００３１】
ＳＣＶ４４は、各枝部４１ａ内にあって、ＳＣＶアクチュエータ４４ａにより回転駆動されるようになっている。図２に示したように、各吸気ポート３１は、実際には吸気ポート３１ａ，３１ｂからなっている。吸気ポート３１ａは、燃焼室２５内にスワール（旋回流）を発生させるようにヘリカル状に形成され所謂スワールポートを構成し、吸気ポート３１ｂは所謂ストレートポートを構成している。
【００３２】
各枝部４１ａには、吸気管４１の長手方向に沿って伸びる隔壁４１ａａが形成されていて、これにより各枝部４１ａは、吸気ポート３１ａに連通する第１インテークマニホールド４１ａｃと、吸気ポート３１ｂに連通する第２インテークマニホールド４１ａｄとに区画されている。ＳＣＶ４４は、この第２インテークマニホールド４１ａｄ内において回動可能に支持され、第２インテークマニホールド４１ａｄの開口断面積（ＳＣＶ開度）を変更し得るようになっている。
【００３３】
また、隔壁４１ａａの適宜個所には第１，第２インテークマニホールド４１ａｃ，４１ａｄを連通する連通路４１ａｂが形成されている。インジェクタ３９はこの連通路４１ａｂの近傍位置に固定され、吸気ポート３１ａ，３１ｂに向けて燃料を噴射するようになっている。このように、内燃機関１０は、ＳＣＶ４４の開度調整により吸気流を調整する「吸気流調整システム」を備える。
【００３４】
図１、及び図３に示すように、内燃機関１０は、液体ガソリン燃料を貯留する燃料タンク４５、燃料タンク４５内に貯留された燃料の蒸発により発生した燃料ガスを吸蔵可能なキャニスタ（チャコールキャニスタ）４６、前記燃料ガスを燃料タンク４５からキャニスタ４６へと導くためのベーパ捕集管４７、キャニスタ４６から脱離した燃料ガスをサージタンク４１ｂへと導くためのパージ流路管４８、及び、パージ流路管４８に配設されたパージ制御弁４９を備えている。パージ制御弁４９は、パージ流路管４８の開口断面積を変更するようになっている。
【００３５】
キャニスタ４６は、パージ制御弁４９が開かれている期間において、筺体内に収納された吸着剤４６ａに吸蔵された燃料ガスを、パージ流路管４８を通してサージタンク４１ｂに放出するようになっている。また、キャニスタ４６の筺体には大気ポート４６ｂが形成されていて、吸着剤４６ａから漏出（離脱）した燃料ガスが大気ポート４６ｂを通して大気に開放可能となっている。このように、内燃機関１０は、燃料タンク４５内に貯留された燃料の蒸発により発生した燃料ガスを吸気通路へ導く「パージシステム」を備える。
【００３６】
再び、図１を参照すると、排気系統５０は、各気筒の排気ポート３４に一端が接続された複数の枝部を含むエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１の複数の枝部の各他端であって総ての枝部が集合している集合部（エキゾーストマニホールド５１の排気集合部）に接続されたエキゾーストパイプ５２、エキゾーストパイプ５２に配設された上流側触媒（三元触媒）５３、及び、上流側触媒５３よりも下流のエキゾーストパイプ５２に配設された図示しない下流側触媒（三元触媒）を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。このように、上流側触媒５３は、複数の気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路に配設されている。
【００３７】
更に、内燃機関１０は、外部ＥＧＲ通路を構成する排気還流管５４、及び、ＥＧＲ弁５５を含んでいる。排気還流管５４の一端はエキゾーストマニホールド５１の集合部に接続されている。排気還流管５４の他端はサージタンク４１ｂに接続されている。ＥＧＲ弁５５は排気還流管５４に配設されている。ＥＧＲ弁５５は、排気還流管５４の開口断面積を変更するようになっている。このように、内燃機関１０は、「排気還流（ＥＧＲ）システム」を備えている。
【００３８】
また、図１、及び図４に示すように、内燃機関１０は、二次空気供給装置６０を備える。二次空気供給装置６０は、スロットル弁４３の上流の吸気通路と触媒５３の上流の集合排気通路とを連通する二次空気供給通路６１と、二次空気供給通路６１に介装されたエアポンプ６２と、エアポンプ６２よりも下流の二次空気供給通路６１に介装されたエアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）６３と、ＡＳＶ６３よりも下流の二次空気供給通路６１に介装されたリード弁６４（上流から下流への流れのみを許容するチェック弁）とを備えている。また、二次空気供給装置６０は、サージタンク４１ｂ内の負圧をＡＳＶ６３に導入するための負圧導入通路６５と、負圧導入通路６５に介装された電磁弁６６をも備えている。
【００３９】
ＡＳＶ６３は、電磁弁６６が開状態にあってサージタンク４１ｂ内の負圧が導入されているとき開状態となり、電磁弁６６が閉状態にあって前記負圧が導入されていないときに閉状態となる。即ち、二次空気供給装置６０では、エアポンプ６２を作動し、且つ電磁弁６６を開状態とすることで、触媒５３の上流の集合排気通路に空気が導入される。このように、内燃機関１０は、「二次空気供給システム」を備えている。
【００４０】
一方、内燃機関１０は、エアフローメータ７１、スロットルポジションセンサ７２、水温センサ７３、クランクポジションセンサ７４、インテークカムポジションセンサ７５、エキゾーストカムポジションセンサ７６、上流側空燃比センサ７７、下流側空燃比センサ７８、アクセル開度センサ７９、ＳＣＶ開度センサ８１、及び、圧力センサ８２（図４を参照）を備えている。
【００４１】
エアフローメータ７１は、吸気管４２内を流れる吸入空気の質量流量（吸入空気流量）Gaを検出する。スロットルポジションセンサ７２は、スロットル弁４３の開度（スロットル弁開度）を検出する。水温センサ７３は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出する。クランクポジションセンサ７４は、クランク軸２４の回転角度の位相（変化）を検出する。この検出結果は、機関回転速度NEを表す。
【００４２】
インテークカムポジションセンサ７５は、インテークカムシャフトの回転角度の位相（変化）を検出する。クランクポジションセンサ７４及びインテークカムポジションセンサ７５からの信号に基づいて、基準気筒（例えば第１気筒）の圧縮上死点を基準とした絶対クランク角ＣＡが取得される。この絶対クランク角ＣＡは、基準気筒の圧縮上死点において「０°クランク角」に設定され、クランク角の回転角度に応じて７２０°クランク角まで増大し、その時点にて再び０°クランク角に設定される。エキゾーストカムポジションセンサ７６は、エキゾーストカムシャフトが回転角度の位相（変化）を検出する。
【００４３】
上流側空燃比センサ７７（本発明における空燃比センサ）は、図５にも示したように、エキゾーストマニホールド５１の集合部ＨＫ（排気集合部）よりも下流の集合排気通路において、上流側触媒５３より上流に配設されている。上流側空燃比センサ７７は、例えば、特開平１１−７２４７３号公報、特開２０００−６５７８２号公報、及び特開２００４−６９５４７号公報等に開示された「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。
【００４４】
以下、集合排気通路内を通過する排ガスを「混合排ガス」と称呼する。混合排ガスは、各気筒から排出された排ガスが混合されて得られる排ガスである。上流側空燃比センサ７７は、上流側触媒５３に流入する混合排ガスの空燃比に応じた出力値Vabyfs(V)を発生する。この出力値Vabyfsは、図６に示した空燃比変換テーブル（マップ）Mapabyfsを利用して、出力値Vabyfsにより表される空燃比（以下、「検出空燃比」と呼ぶ。）abyfsに変換される。
【００４５】
再び、図１、図５を参照すると、下流側空燃比センサ７８は、集合排気通路において上流側触媒５３より下流側であり且つ下流側触媒よりも上流側に配設されている。下流側空燃比センサ７８は、周知の起電力式の酸素濃度センサ（安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ）である。下流側空燃比センサ７８は、上流側触媒５３から流出する混合排ガスの空燃比（従って、機関に供給される混合気の空燃比の時間的平均値）に応じた出力値Voxs(V)を発生する。
【００４６】
図７に示したように、この出力値Voxsは、空燃比が理論空燃比よりもリッチのとき最大出力値max（例えば、約０．９Ｖ）となり、空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき最小出力値min（例えば、約０．１Ｖ）となり、空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の電圧Vst（例えば、約０．５Ｖ）となる。更に、この出力値Voxsは、空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比へと変化する際に最大出力値maxから最小出力値minへと急変し、空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比へと変化する際に最小出力値minから最大出力値maxへと急変する。
【００４７】
再び、図１を参照して、アクセル開度センサ７９は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの操作量（アクセルペダル操作量）を検出する。ＳＣＶ開度センサ８１は、ＳＣＶ４４の開度（ＳＣＶ開度）を検出する。圧力センサ８２（図４を参照）は、ＡＳＶ６３の上流の二次空気供給通路６１内の圧力を検出するようになっている。
【００４８】
電気制御装置９０は、互いにバスで接続された「ＣＰＵ９１、ＣＰＵ９１が実行するプログラム、各種テーブル（マップ、関数）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ９２、ＣＰＵ９１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ９３、及び、バックアップＲＡＭ９４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース９５等」からなる周知のマイクロコンピュータである。
【００４９】
インターフェース９５は、センサ７１〜８２と接続され、ＣＰＵ９１にそれらのセンサからの信号を供給する。更に、インターフェース９５は、ＣＰＵ９１の指示に応じてアクチュエータ３３ａ、アクチュエータ３６ａ、各気筒のイグナイタ３８、各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁３９、スロットル弁アクチュエータ４３ａ、ＳＣＶアクチュエータ４４ａ、パージ制御弁４９、ＥＧＲ弁５５、及び電磁弁６６等に駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。
【００５０】
（空燃比フィードバック制御）
次に、本装置による空燃比フィードバック制御の概要について説明する。本装置は、上流側空燃比センサ７７の出力値Vabyfs、及び下流側空燃比センサ７８の出力値Voxsに基づいて、混合排ガスの空燃比を、理論空燃比と一致するようにフィードバック制御する。
【００５１】
このフィードバック制御の一例としては、以下のものが挙げられる。即ち、下流側空燃比センサ７８の出力値Voxsと理論空燃比に相当する目標値Vstとの偏差についてＰＩＤ処理してフィードバック補正値（サブフィードバック補正量）が求められる。このサブフィードバック補正量により上流側空燃比センサ７７の出力値Vabyfsを補正して得られる値を図６に示した空燃比変換テーブルMapabyfsに適用して、見かけ上の空燃比が求められる。この見かけ上の空燃比と理論空燃比との偏差についてＰＩＤ処理して空燃比フィードバック量が求められる。この空燃比フィードバック量は、全気筒に対して共通する値である。
【００５２】
この空燃比フィードバック量により、「機関回転速度NEと吸入空気流量Gaと理論空燃比とに基づいて得られる基本燃料噴射量」を補正して得られる量の燃料が、各気筒の燃料噴射弁３９からそれぞれ噴射される。このように、全気筒に共通する空燃比フィードバック量に基づいて各燃料噴射弁３９から噴射される燃料の量をそれぞれ調整することにより、混合排ガスの空燃比がフィードバック制御される。
【００５３】
（エミッション量低減制御）
次に、本装置によるエミッション量低減制御の概要について説明する。本装置は、エミッション量低減制御として、パージ制御、ＥＧＲ制御、ＡＩ増量制御、冷間ＶＶＴ制御、触媒暖機遅角制御、及び、ＳＣＶ制御を実行する。以下、各制御について順に簡単に説明する。
【００５４】
＜パージ制御＞
パージ制御は、上述したパージシステム（図３を参照）を利用して行われる。パージ制御は、所定条件下、パージ制御弁４９を開状態とすることにより燃料タンク４５内に貯留された燃料の蒸発により発生した燃料ガスを吸気通路へ導き、且つ、各燃料噴射弁３９から噴射される燃料の量を（上述した空燃比フィードバック量により調整された量から）減少する制御である。
【００５５】
燃料ガスを吸気通路に導くのは、キャニスタ４６内から大気ポート４６ｂを通して燃料ガス（即ち、未燃物、ＨＣ等）が外部へ漏出することを抑制するためである。燃料噴射量は、吸気通路に導かれた燃料ガス分だけ減少される。吸気通路に導かれた燃料ガス分は、周知の手法の１つを用いて推定され得る。このように、パージ制御によれば、空燃比を理論空燃比（近傍）に維持しつつ、キャニスタ４６から排出される未燃物（ＨＣ等）の量を低減することができる。
【００５６】
＜ＥＧＲ制御＞
ＥＧＲ制御は、上述した「ＥＧＲシステム」を利用して行われる。ＥＧＲ制御は、所定条件下、ＥＧＲ弁５５を開状態とすることにより排気通路内の排ガスを吸気通路に導く制御である。この動作は、外部ＥＧＲとも呼ばれる。
【００５７】
排気通路内の排ガスを吸気通路に導くのは、燃焼室２５内のガスのうち不活性ガスの割合を高めて最高燃焼温度を下げることにより、燃焼による窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑制するためである。このように、ＥＧＲ制御によれば、燃焼室２５から排出される排ガス中の窒素酸化物の量を低減することができる。
【００５８】
＜ＡＩ増量制御＞
ＡＩ増量制御は、上述した「二次空気供給システム」（図４を参照）を利用して行われる。ＡＩ増量制御は、所定条件下、電磁弁６６を開状態とし（従って、ＡＳＶ６３を開状態とし）且つエアポンプ６２を作動することにより上流側触媒５３の上流側の集合排気通路に空気を導入し、且つ、各燃料噴射弁３９から噴射される燃料の量を（上述した空燃比フィードバック量により調整された量から）増大する制御である。
【００５９】
上流側触媒５３の上流側の集合排気通路に空気を導くのは、この部位で排ガス中の未燃物（ＨＣ等）を燃焼させることにより、上流側触媒５３の暖機を促進するためである。燃料噴射量は、上流側触媒５３の上流側に導かれた空気を燃焼させるのに必要な量（例えば、導かれた空気の量を理論空燃比で除した値）だけ増大される。導かれた空気の量は、周知の手法の１つを用いて推定され得る。このように、ＡＩ増量制御によれば、内燃機関１０の冷間始動直後等の触媒の温度が低いとき、触媒を早期に活性化させて、触媒から排出される排ガス中の未燃物（ＨＣ、ＣＯ等）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減することができる。
【００６０】
＜冷間ＶＶＴ制御＞
冷間ＶＶＴ制御は、上述したＶＶＴシステムを利用して行われる。冷間ＶＶＴ制御は、所定条件下、吸気弁３２の開閉タイミング、及び／又は、排気弁３５の開閉タイミングを（通常の非冷間ＶＶＴ制御時と比較して）調整して燃焼室２５内の既燃ガスが吸気弁３２の周囲を介して吸気通路に吹き返す量（既燃ガス吹き返し量）を（通常の非冷間ＶＶＴ制御時と比較して）増大し、且つ、各燃料噴射弁３９から噴射される燃料の量を（上述した空燃比フィードバック量により調整された量から）減少する制御である。既燃ガス吹き返し量を増大する動作は、内部ＥＧＲとも呼ばれる。非冷間ＶＶＴ制御時における、吸気弁３２の開閉タイミング、及び／又は、排気弁３５の開閉タイミングは、内燃機関１０の運転状態に基づいて（上述した各種センサの出力結果に基づいて）決定される。
【００６１】
燃焼室内の既燃ガスを吸気通路に導くのは、吸気通路の暖機を促進して吸気通路に付着する液体燃料の霧化を促進するためである。燃料噴射量は、霧化された燃料ガスの増大分だけ減少される。霧化された燃料ガスの増大分は、周知の手法の１つを用いて推定され得る。このように、冷間ＶＶＴ制御によれば、内燃機関１０の冷間始動直後等の吸気通路の温度が低いとき、噴射された燃料の霧化を促進して、空燃比を理論空燃比（近傍）に維持しつつ、燃焼室２５から排出される排ガス中の未燃物（ＨＣ、ＣＯ等）の量を低減することができる。
【００６２】
＜触媒暖機遅角制御＞
触媒暖機遅角制御は、所定条件下、点火プラグ３７の点火時期を（通常の非触媒暖機遅角制御時と比較して）遅角する制御である。非触媒暖機遅角制御時における点火時期は、内燃機関１０の運転状態に基づいて（上述した各種センサの出力結果に基づいて）決定される。
【００６３】
点火時期を遅角するのは、燃料の燃焼タイミングを遅らせて触媒に流入する排ガスの温度を高めることにより、上流側触媒５３の暖機を促進するためである。このように、触媒暖機遅角制御によれば、内燃機関１０の冷間始動直後等の触媒の温度が低いとき、触媒を早期に活性化させて、触媒から排出される排ガス中の未燃物（ＨＣ、ＣＯ等）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減することができる。
【００６４】
＜ＳＣＶ制御＞
ＳＣＶ制御は、上述した吸気流調整システムを利用して行われる。ＳＣＶ制御は、内燃機関１０の運転状態に応じてＳＣＶ４４を開閉する制御である。ＳＣＶ４４を閉状態とするのは、吸気流速を高めてスワールの流速を高めることにより噴射された燃料の霧化を促進するためである。ＳＣＶ４４を開状態とするのは、吸気抵抗を小さくしてより多くの空気を燃焼室２５に吸入させるためである。このように、ＳＣＶ制御によれば、内燃機関１０の冷間始動直後のアイドリング状態等の燃料が霧化し難く且つスワール流速が小さいとき、ＳＣＶ４４を閉状態とすることで噴射された燃料の霧化を促進して、燃焼室２５から排出される排ガス中の未燃物（ＨＣ、ＣＯ等）の量を低減することができる。また、それ以外のとき、ＳＣＶ４４を開状態とすることでより多くの空気を燃焼室２５内に吸入させて、内燃機関１０の最大出力を向上させることができる。
【００６５】
（空燃比気筒間インバランス）
次に、空燃比気筒間インバランス発生時について説明する。「空燃比気筒間インバランス」とは、気筒間における空燃比のばらつきを指す。空燃比気筒間インバランスは、例えば、燃料噴射弁３９からの実際の噴射量の気筒間のばらつき、吸気弁３２の実際の最大リフト量の気筒間のばらつき、ＥＧＲシステムにより吸気通路に還流された排ガスの量の各気筒への分配のばらつき等に起因して発生し得る。
【００６６】
図８に示すように、「空燃比気筒間インバランス」が発生している場合、混合排ガスの空燃比が理論空燃比に一致していても、空燃比が理論空燃比よりもリッチとなる気筒（リッチ気筒）と、空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる気筒（リーン気筒）が必ず発生する。図８では、一例として、第４気筒が「リッチ気筒」となり、第１〜第３気筒が「リーン気筒」となる場合が示されている。
【００６７】
図８に示す空燃比気筒間インバランスは、例えば、第１〜第３気筒の燃料噴射弁３９が「指示された燃料噴射量と等しい量の燃料を噴射する」正常な状態にあり、第４気筒の燃料噴射弁３９のみが「指示された燃料噴射量よりも過大な量の燃料を噴射する」異常な状態にある場合に発生し得る。即ち、この場合、第４気筒の空燃比のみが大きくリッチ側に変化する。これにより、集合排気通路を通過する混合排ガスの空燃比（全気筒の空燃比の平均）は、理論空燃比よりもリッチとなる。従って、全気筒に対して共通する上述した「空燃比フィードバック量」により、第４気筒の空燃比は理論空燃比に近づけられるようにリーン側へと変更され、同時に、他の３つの気筒の空燃比は理論空燃比から遠ざけられるようにリーン側へと変更させられる。この結果、集合排気通路を通過する混合排ガスの空燃比は略理論空燃比に一致させられる。
【００６８】
しかしながら、第４気筒の空燃比は依然として理論空燃比よりもリッチに維持され、他の３つの気筒の空燃比は理論空燃比よりもリーンに維持される。以上のことから、第４気筒が「リッチ気筒」となり、第１〜第３気筒が「リーン気筒」となる。
【００６９】
このように、空燃比気筒間インバランスが発生すると、各気筒における混合気の燃焼状態が完全燃焼とは相違した燃焼状態となる。この結果、各気筒から排出されるエミッションの量（未燃物の量及び窒素酸化物の量）が増大する。このため、集合排気通路を通過する混合排ガスの空燃比（全気筒の空燃比の平均）が理論空燃比であったとしても、増大したエミッションを三元触媒が浄化しきれず、結果として、排ガスに含まれるエミッション量が増大する虞がある。
【００７０】
（空燃比気筒間インバランス発生時におけるエミッション量低減制御の弊害）
次に、空燃比気筒間インバランスが発生している場合において上述した種々のエミッション量低減制御が実行される場合の弊害について、順に考察する。
【００７１】
＜パージ制御＞
上述したように、パージ制御では、各気筒の燃料噴射量は、吸気通路に導かれた燃料ガス分の推定値だけ減少される。空燃比気筒間インバランス発生している場合、この推定値の推定精度が不正確になり易いと考えられる。従って、この推定値が実際値よりも大き目に推定された場合、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃料噴射量を減少し過ぎることに起因して空燃比が過度のリーンとなり失火等が発生するという問題が発生し得る。
【００７２】
＜ＥＧＲ制御＞
上述したように、ＥＧＲ制御が実行されると、燃焼室内のガスのうち不活性ガスの割合が高くなる。このことは、燃焼が不安定になり易いことを意味する。従って、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃焼が過度に不安定となり失火等が発生するという問題が発生し得る。
【００７３】
＜ＡＩ増量制御＞
上述したように、ＡＩ増量制御では、各気筒の燃料噴射量は、上流側触媒５３の上流側に導かれた空気の量の推定値を理論空燃比で除した値だけ増大される。空燃比気筒間インバランス発生している場合、この推定値の推定精度が不正確になり易いと考えられる。従って、この推定値が実際値よりも大き目に推定された場合、特に、「リッチ気筒」において、燃料噴射量を増大し過ぎることに起因して空燃比が過度のリッチとなり失火等が発生するという問題が発生し得る。
【００７４】
＜冷間ＶＶＴ制御＞
上述したように、冷間ＶＶＴ制御では、各気筒の燃料噴射量は、霧化された燃料ガスの増大分の推定値だけ減少される。空燃比気筒間インバランス発生している場合、この推定値の推定精度が不正確になり易いと考えられる。従って、この推定値が実際値よりも大き目に推定された場合、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃料噴射量を減少し過ぎることに起因して空燃比が過度のリーンとなり失火等が発生するという問題が発生し得る。
【００７５】
＜触媒暖機遅角制御＞
上述したように、触媒暖機遅角制御が実行されると、点火時期が遅角される。このことは、燃焼が不安定になり易いことを意味する。従って、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃焼が過度に不安定となり失火等が発生するという問題が発生し得る。
【００７６】
＜ＳＣＶ制御＞
上述したように、ＳＣＶ制御では、例えば、冷間始動直後のアイドリング状態でないとき、ＳＣＶ４４が開状態とされる。ＳＣＶ４４が開状態とされることは、吸気流速が低くなり（従って、スワール流速が低くなり）、燃焼が不安定になり易いことを意味する。従って、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃焼が過度に不安定となり失火等が発生するという問題が発生し得る。
【００７７】
以上のように、空燃比気筒間インバランスが発生している場合において上述した種々のエミッション量低減制御が実行される場合、「リーン気筒」或いは「リッチ気筒」において、失火等が発生するという弊害が発生し得る。従って、失火等の発生を抑制するため、空燃比気筒間インバランスが発生している場合においては、上述した種々のエミッション量低減制御の実行を「制限」若しくは「禁止」することが好ましい。このためには、空燃比気筒間インバランスの発生を検出する必要がある。
【００７８】
（空燃比気筒間インバランスの検出）
次に、空燃比気筒間インバランスの発生の検出について説明する。空燃比気筒間インバランスを検出するためには、気筒別空燃比の間の差（不均衡の程度、相違の程度）を表わす指標値を取得する必要がある。気筒別空燃比とは、各気筒に供給される混合気の空燃比を指す。以下、この指標値を「インバランス指標値」と呼ぶ。また、説明の便宜上、「全気筒（上流側空燃比センサ７７に到達する排ガスを排出している全ての気筒）において各一回の燃焼行程が終了するのに要するクランク角が経過する期間」を、「単位燃焼サイクル期間」と呼ぶ。４気筒・４サイクル・エンジンの場合、単位燃焼サイクル期間は７２０°クランク角である。
【００７９】
図９（Ｂ）は、４気筒・４サイクル・エンジンの場合における、検出空燃比abyfs（上流側空燃比センサ７７の出力値Vabyfsを図６に示した空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより得られる空燃比）の推移の一例を示す。上流側空燃比センサ７７には、各気筒からの排ガスが点火順（故に、排気順）に到達する。空燃比気筒間インバランスが発生していない場合、全気筒の気筒別空燃比は互いに略同一である。従って、空燃比気筒間インバランスが発生していない場合の検出空燃比abyfsは、例えば、図９（Ｂ）において破線Ｃ１に示すように推移する。即ち、空燃比気筒間インバランスが発生していない場合、検出空燃比abyfsの波形は略平坦である。
【００８０】
これに対し、空燃比気筒間インバランスが発生している場合、「リッチ気筒」と「リーン気筒」とが必ず存在するため、全気筒の気筒別空燃比の間において差が生じる。従って、空燃比気筒間インバランスが発生している場合の検出空燃比abyfsは、例えば、図９（Ｂ）において実線Ｃ２に示すように、７２０°クランク角（即ち、単位燃焼サイクル期間）を一周期として大きく変動する。
【００８１】
以上から理解されるように、空燃比気筒間インバランスが発生すると、検出空燃比abyfsは、単位燃焼サイクル期間を一周期として大きく変動する。更に、気筒別空燃比の間の差が大きいほど、検出空燃比abyfsの振幅が大きくなる。例えば、検出空燃比abyfsが図９（Ｂ）の実線Ｃ２のように推移する場合よりも気筒別空燃比の間の差が大きい場合、検出空燃比abyfsは図９（Ｂ）の一点鎖線Ｃ２ａのように推移する。
【００８２】
従って、インバランス指標値は、検出空燃比abyfsのこのような変動の状態を反映した値であればよい。即ち、インバランス指標値は、気筒別空燃比の間の差が大きいほど大きくなるか又は小さくなる値であって上流側空燃比センサ７７の出力値Vabyfs（従って、検出空燃比abyfs）に基づいて取得される値であればよい。インバランス指標値の一例としては、上流側空燃比センサ７７の出力値Vabyfs（検出空燃比abyfs）の軌跡長が考えられる。
【００８３】
また、インバランス指標値として、例えば、「検出空燃比abyfsの単位時間当たりの変化量」に基づく値が使用され得る。「検出空燃比abyfsの単位時間当たりの変化量」は、単位時間が例えば４ｍ秒程度の極めて短い時間であるとき、検出空燃比abyfsの時間微分値d(abyfs)/dtであると言うこともできる。従って、「検出空燃比abyfsの単位時間当たりの変化量」は「検出空燃比変化率ΔＡＦ」とも称呼される。
【００８４】
図９（Ｃ）において破線Ｃ３により示したように、空燃比気筒間インバランスが発生していない場合、検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値は小さい。一方、図９（Ｃ）において実線Ｃ４により示したように、空燃比気筒間インバランスが発生している場合、検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値は大きくなる。更に、検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値は、気筒別空燃比の間の差が大きいほど大きくなる。
【００８５】
本装置では、インバランス指標値として、検出空燃比変化率ΔＡＦに基づく値（例えば、サンプリング時間ｔｓが経過する毎に得られる検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値そのもの、複数の検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値の平均値、及び複数の検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値のうちの最大値等）が使用される。これは、検出空燃比変化率ΔＡＦが、検出空燃比abyfsの軌跡長に比較して、機関回転速度ＮＥの影響を受け難いことに基づく。
【００８６】
（空燃比気筒間インバランス発生時におけるエミッション量低減制御の抑制・禁止）
以上のことを考慮して、本装置では、空燃比気筒間インバランスが発生していると判定される場合において、上述した種々のエミッション量低減制御が実行される条件が成立している場合、エミッション量低減制御の実行が「制限」若しくは「禁止」される。
【００８７】
図１０は、本装置のＣＰＵ９１により実行される、「空燃比気筒間インバランス発生時におけるエミッション量低減制御の抑制・禁止」に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。この例では、先ず、ステップ１００５にて、インバランス指標値Ｘ１が算出される。
【００８８】
具体的には、サンプリング時間ｔｓ（例えば、４ｍ秒）が経過する毎に新たな検出空燃比abyfsが取得される。新たな検出空燃比abyfsが算出される毎に（即ち、サンプリング時間ｔｓが経過する毎に）、検出空燃比変化率ΔＡＦが、今回の検出空燃比から前回の検出空燃比を減じることによって取得される。所定の期間内に取得された複数個の検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値の平均値ΔＡＦaveが算出される。この所定の期間は、上述した単位燃焼サイクル期間（４気筒・４サイクル・エンジンの場合、７２０°クランク角）であることが好ましい。
【００８９】
この平均値ΔＡＦaveは、「検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値の１つの単位燃焼サイクル期間における平均値」と記載することもできる。この平均値ΔＡＦaveが複数の単位燃焼サイクル期間においてそれぞれ取得される。このように取得された複数個の平均値ΔＡＦaveの平均値がインバランス指標値Ｘ１として取得される。このインバランス指標値Ｘ１は、気筒別空燃比の間の差が大きいほど大きくなる値である。
【００９０】
次に、ステップ１０１０では、インバランス割合Ｙ１が算出される。この例では、予め求められている「空燃比気筒間インバランスが発生していないとき（気筒別空燃比の間の差がゼロのとき）のインバランス指標値Ｘ１の値」をＰ１、「空燃比気筒間インバランスの程度が最大のとき（気筒別空燃比の間の差が最大のとき）のインバランス指標値Ｘ１の値」をＱ１としたとき（Ｑ１＞Ｐ１）、例えば、Ｙ１＝（Ｘ１−Ｐ１）／（Ｑ１−Ｐ１）なる式に従って、インバランス割合Ｙ１（％）が求められる。即ち、インバランス割合Ｙ１は、空燃比気筒間インバランスが発生していないとき「０％」となり、空燃比気筒間インバランスの程度が最大のとき「１００％」となる。
【００９１】
続いて、ステップ１０１５では、インバランス割合Ｙ１が所定値Ａ（％）以上であるか否かが判定され、「Ｎｏ」と判定される場合にはこの処理が直ちに終了する。一方、「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ１０２０にて、インバランス割合Ｙ１が所定値Ｂ（％）以上であるか否かが判定される。所定値Ｂは所定値Ａよりも大きい。Ａ≦Ｙ１＜Ｂが成立する場合（ステップ１０２０にて「Ｎｏ」）、ステップ１０２５にて、エミッション量低減制御の実行が制限される。一方、Ｙ１≧Ｂが成立する場合（ステップ１０２０にて「Ｙｅｓ」）、ステップ１０３０にて、エミッション量低減制御の実行が禁止される。ここで、ステップ１０１５にて「Ｎｏ」と判定されることは、空燃比気筒間インバランスが発生していないと判定されることを意味し、「Ｙｅｓ」と判定されることは、空燃比気筒間インバランスが発生していると判定されることを意味する。
【００９２】
以下、先ず、ステップ１０２５における「エミッション量低減制御の実行の制限」について具体的に説明する。パージ制御の場合、燃料噴射量の減少量が小さくされる。これに加えて、パージ制御弁４９の開度を小さくして吸気通路に導かれる燃料ガスの量（流量）が小さくされてもよい。ＥＧＲ制御の場合、ＥＧＲ弁５５の開度を小さくして吸気通路に導かれる排気通路内の排ガスの量（流量）が小さくされる。ＡＩ増量制御の場合、燃料噴射量の増大量が小さくされる。これに加えて、電磁弁６６（即ち、ＡＳＶ６３）を調整して集合排気通路に導かれる空気の量（流量）が小さくされてもよい。冷間ＶＶＴ制御の場合、燃料噴射量の減少量が小さくされる。これに加えて、吸気弁３２及び／又は排気弁３５の開閉タイミングを調整して既燃ガス吹き返し量が小さくされてもよい。触媒暖機遅角制御の場合、点火時期の遅角量が小さくされる。
【００９３】
次に、ステップ１０３０における「エミッション量低減制御の実行の禁止」について具体的に説明する。パージ制御の場合、パージ制御が行われない。即ち、パージ制御弁４９が閉状態とされ、且つ、燃料噴射量が上述した空燃比フィードバック量により調整された量と等しい量に設定される。ＥＧＲ制御の場合、ＥＧＲ制御が行われない。即ち、ＥＧＲ弁５５が閉状態とされる。ＳＣＶ制御の場合、ＳＣＶ制御が行われず、ＳＣＶ４４が閉状態に維持される。ＡＩ増量制御の場合、ＡＩ増量制御が行われない。即ち、電磁弁６６が閉状態とされ（即ち、ＡＳＶ６３が閉状態とされ）、且つ、燃料噴射量が上述した空燃比フィードバック量により調整された量と等しい量に設定される。冷間ＶＶＴ制御の場合、冷間ＶＶＴ制御が行われない。即ち、吸気弁３２及び／又は排気弁３５の開閉タイミングが非冷間ＶＶＴ制御時のタイミングと等しいタイミングに設定され、且つ、燃料噴射量が上述した空燃比フィードバック量により調整された量と等しい量に設定される。触媒暖機遅角制御の場合、触媒暖機遅角制御が行われない。即ち、点火時期が非触媒暖機遅角制御時の時期と等しい時期に設定される。
【００９４】
以上のように、本発明に係る実施形態によれば（具体的には、図１０に示した処理）によれば、空燃比気筒間インバランスが発生していると判定される場合（ステップ１０１５にて「Ｙｅｓ」）（であってエミッション量低減制御が実行される条件が成立している場合）、エミッション量低減制御の実行が「制限」（ステップ１０２５）、若しくは「禁止」（ステップ１０３０）される。従って、「リーン気筒」或いは「リッチ気筒」において、失火等の発生が抑制され得る。
【００９５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、インバランス指標値として検出空燃比abyfsの時間微分値（検出空燃比変化率ΔＡＦ）に基づくインバランス指標値Ｘ１（気筒別空燃比の間の差が大きいほど大きくなる値）が使用されていたが、検出空燃比abyfsの時間に関する２階微分値に基づく値が使用されてもよい。また、上流側空燃比センサ７７の出力値Vabyfsの軌跡長、又は検出空燃比abyfsの軌跡長が使用されてもよい。これらの値は全て、「気筒別空燃比の間の差が大きいほど大きくなる値」である。
【００９６】
また、インバランス指標値として、以下のように求められるインバランス指標値Ｘ２が使用されてもよい。サンプリング時間ｔｓ（例えば、４ｍ秒）が経過する毎に新たな検出空燃比abyfsが取得される。所定の期間内に取得された複数個の検出空燃比abyfsの中から最小値ＭＩＮが選択される。この所定の期間は、上述した単位燃焼サイクル期間（４気筒・４サイクル・エンジンの場合、７２０°クランク角）であることが好ましい。
【００９７】
この最小値ＭＩＮは、「検出空燃比abyfsの１つの単位燃焼サイクル期間における最小値」と記載することもできる。この最小値ＭＩＮが複数の単位燃焼サイクル期間においてそれぞれ取得される。このように取得された複数個の最小値ＭＩＮの平均値がインバランス指標値Ｘ２として取得される。このインバランス指標値Ｘ２は、気筒別空燃比の間の差が大きいほど小さくなる値である。
【００９８】
このようにインバランス指標値Ｘ２が使用される場合、インバランス割合として、インバランス割合Ｙ２が算出される。即ち、予め求められている「空燃比気筒間インバランスが発生していないとき（気筒別空燃比の間の差がゼロのとき）のインバランス指標値Ｘ２の値」をＰ２、「空燃比気筒間インバランスの程度が最大のとき（気筒別空燃比の間の差が最大のとき）のインバランス指標値Ｘ２の値」をＱ２としたとき（Ｐ２＞Ｑ２）、例えば、Ｙ２＝（Ｐ２−Ｘ２）／（Ｐ２−Ｑ２）なる式に従って、インバランス割合Ｙ２（％）が求められる。即ち、インバランス割合Ｙ２は、空燃比気筒間インバランスが発生していないとき「０％」となり、空燃比気筒間インバランスの程度が最大のとき「１００％」となる。
【００９９】
また、上記実施形態では、Ａ≦Ｙ１＜Ｂが成立する場合（ステップ１０２０にて「Ｎｏ」）、エミッション量低減制御の実行が制限され（ステップ１０２５）、Ｙ１≧Ｂが成立する場合（ステップ１０２０にて「Ｙｅｓ」）、エミッション量低減制御の実行が禁止されている（ステップ１０３０）が、、Ｙ１≧Ａが成立する場合（ステップ１０１５にて「Ｙｅｓ」）、常に、エミッション量低減制御の実行が制限されるように構成されてもよい。
【０１００】
加えて、上記実施形態では、インバランス指標値に基づいてインバランス割合が算出され、インバランス割合の大きさに基づいてエミッション量低減制御の実行が「抑制」若しくは「禁止」されているが、インバランス割合を算出することなく、インバランス指標値そのものの大きさに基づいてエミッション量低減制御の実行が「抑制」若しくは「禁止」されてもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
２５…燃焼室、３７…点火プラグ、３９…燃料噴射弁、３３…可変吸気タイミング制御装置、３６…可変排気タイミング制御装置、４４…ＳＣＶ、４４ａ…ＳＣＶアクチュエータ、４９…パージ制御弁、５５…ＥＧＲ弁、６３…ＡＳＶ、６６…電磁弁、５３…上流側触媒、７７…上流側空燃比センサ、９０…電気制御装置、９１…ＣＰＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用される制御装置であって、
前記複数の気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路に配設されて、前記集合排気通路を通過する排ガスである混合排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する空燃比センサと、
前記複数の気筒のそれぞれに対応して配設されるとともに前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料をそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁と、
前記混合排ガスの空燃比が理論空燃比と一致するように、前記複数の気筒に対して共通する空燃比フィードバック量を前記空燃比センサの出力値に基づいて算出するフィードバック量算出手段と、
前記空燃比フィードバック量に基づいて前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を調整することで前記混合排ガスの空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記内燃機関を搭載する車両から前記内燃機関に起因して排出される有害物質の排出量を低減する制御であるエミッション量低減制御を実行する低減制御実行手段と、
を備えた、多気筒内燃機関の制御装置であって、
前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気の空燃比である複数の気筒別空燃比の間の相違の程度が大きいほど大きくなるか又は小さくなるインバランス指標値を前記空燃比センサの出力値に基づいて取得するインバランス指標値取得手段を備え、
前記低減制御実行手段は、
前記インバランス指標値により表される前記相違の程度が大きいとき、前記相違の程度が小さいときに比べて、前記エミッション量低減制御の実行を制限するように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記内燃機関の吸気弁及び／又は排気弁の開閉タイミングを調整して前記燃焼室内の既燃ガスが前記吸気弁の周囲を介して前記内燃機関の吸気通路に吹き返す量を増大するとともに前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を減少する制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量の減少量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記インバランス指標値取得手段は、
前記インバランス指標値として、前記空燃比センサの出力値により表される空燃比である検出空燃比の時間微分値に基づく値を取得するように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記車両の燃料タンク内に貯留された燃料の蒸発により発生した燃料ガスを前記内燃機関の吸気通路へ導くとともに前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を減少する制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量の減少量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記内燃機関の排気通路内の排ガスを前記内燃機関の吸気通路へ導く制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記排ガスを前記吸気通路へ導く量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記内燃機関の排気通路に介装された触媒の上流側の排気通路に空気を導入するとともに前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を増大する制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量の増大量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記内燃機関の点火プラグの点火時期を遅角する制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記点火時期の遅角量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記インバランス指標値により表される前記相違の程度が第１の程度以上且つ前記第１の程度よりも大きい第２の程度未満のとき、前記エミッション量低減制御の実行を制限し、前記インバランス指標値により表される前記相違の程度が前記第２の程度以上のとき、前記エミッション量低減制御の実行を禁止するように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項１】
複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用される制御装置であって、
前記複数の気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路に配設されて、前記集合排気通路を通過する排ガスである混合排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する空燃比センサと、
前記複数の気筒のそれぞれに対応して配設されるとともに前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料をそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁と、
前記混合排ガスの空燃比が理論空燃比と一致するように、前記複数の気筒に対して共通する空燃比フィードバック量を前記空燃比センサの出力値に基づいて算出するフィードバック量算出手段と、
前記空燃比フィードバック量に基づいて前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を調整することで前記混合排ガスの空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記内燃機関を搭載する車両から前記内燃機関に起因して排出される有害物質の排出量を低減する制御であるエミッション量低減制御を実行する低減制御実行手段と、
を備えた、多気筒内燃機関の制御装置であって、
前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気の空燃比である複数の気筒別空燃比の間の相違の程度が大きいほど大きくなるか又は小さくなるインバランス指標値を前記空燃比センサの出力値に基づいて取得するインバランス指標値取得手段を備え、
前記低減制御実行手段は、
前記インバランス指標値により表される前記相違の程度が大きいとき、前記相違の程度が小さいときに比べて、前記エミッション量低減制御の実行を制限するように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記内燃機関の吸気弁及び／又は排気弁の開閉タイミングを調整して前記燃焼室内の既燃ガスが前記吸気弁の周囲を介して前記内燃機関の吸気通路に吹き返す量を増大するとともに前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を減少する制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量の減少量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記インバランス指標値取得手段は、
前記インバランス指標値として、前記空燃比センサの出力値により表される空燃比である検出空燃比の時間微分値に基づく値を取得するように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記車両の燃料タンク内に貯留された燃料の蒸発により発生した燃料ガスを前記内燃機関の吸気通路へ導くとともに前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を減少する制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量の減少量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記内燃機関の排気通路内の排ガスを前記内燃機関の吸気通路へ導く制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記排ガスを前記吸気通路へ導く量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記内燃機関の排気通路に介装された触媒の上流側の排気通路に空気を導入するとともに前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を増大する制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量の増大量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記内燃機関の点火プラグの点火時期を遅角する制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記点火時期の遅角量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記インバランス指標値により表される前記相違の程度が第１の程度以上且つ前記第１の程度よりも大きい第２の程度未満のとき、前記エミッション量低減制御の実行を制限し、前記インバランス指標値により表される前記相違の程度が前記第２の程度以上のとき、前記エミッション量低減制御の実行を禁止するように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２３６８６２（Ｐ２０１１−２３６８６２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１０７６０（Ｐ２０１０−１１０７６０）
【出願日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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