多気筒内燃機関の制御装置
【課題】 エミッション量の低減効果を確保しつつ空燃比気筒間インバランスの検出精度を向上させること。
【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大きいとき、ＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入までのディレイ時間として、空燃比気筒間インバランスの大きさが大きくなるほど通常時におけるディレイ時間に比べて大きくなるディレイ時間が設定される。そして、設定されたディレイ時間内において、ＥＧＲガス導入に伴う影響が排除されたインバランス指標値が取得される。
【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大きいとき、ＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入までのディレイ時間として、空燃比気筒間インバランスの大きさが大きくなるほど通常時におけるディレイ時間に比べて大きくなるディレイ時間が設定される。そして、設定されたディレイ時間内において、ＥＧＲガス導入に伴う影響が排除されたインバランス指標値が取得される。
【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も種々提案されてきている。具体的には、パージ制御、ＥＧＲ制御、ＡＩ増量制御、冷間ＶＶＴ制御、触媒暖機遅角制御等が挙げられる。
【０００４】
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。したがって、従来から、この空燃比のばらつきに応じて上述したエミッション量を低減する制御を行われている。
【０００５】
そして、気筒間の空燃比のばらつきの検出に関し、例えば、下記特許文献１では、触媒要素の上下流側にそれぞれ第１の空燃比センサと第２の空燃比センサとを設け、第１の空燃比センサ出力に基づいて主空燃比制御を実行し、第２の空燃比センサ出力に基づいて補助空燃比制御を実行するようになっており、補助空燃比制御のための制御量が所定の異常判定値に達したときに気筒間の空燃比のばらつき異常が発生したと判定することが記載されている。また、例えば、下記特許文献２では、空燃比センサによる軌跡長の実測値と予め設定された軌跡長の参考値とを比較することにより、気筒間の空燃比のばらつきが発生したと判定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２００９−７４３８８号公報
【特許文献２】米国特許第７，１５２，５９４号公報
【発明の概要】
【０００７】
上述した各種エミッション量を低減する制御を適切に実行するためには、空燃比のばらつき（空燃比気筒間インバランス）を正確に検出することが重要である。しかしながら、エミッション量を低減する制御の一つとしてＥＧＲ制御が実行されている状況では、導入されるＥＧＲガスの影響により、空燃比気筒間インバランスの検出精度が低下する場合がある。この場合、単に、ＥＧＲガスの導入を停止すると、空燃比気筒間インバランスの検出精度を向上させることができる一方でエミッション量の低減効果を損なう可能性がある。
【０００８】
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、エミッション量の低減効果を確保しつつ空燃比気筒間インバランスの検出精度を向上させることができる、多気筒内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００９】
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、排気還流制御実行手段と、を備える。
【００１０】
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。
【００１１】
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。すなわち、燃料噴射弁は、一つに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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
前記排気還流制御実行手段は、前記排気通路内の排ガスを内燃機関の吸気通路へ導く制御を実行する。これにより、前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室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て燃焼による窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑制し、燃焼室から排出される排ガス中の窒素酸化物の量、すなわち、エミッション量を低減する。
【００１５】
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、または、小さくなる値（単調増加するか、または、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。
【００１６】
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。したがって、上記構成によれば、機関の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、機関の回転速度によらず、空燃比気筒間インバランスの程度を安定して取得することができる。
【００１７】
本制御装置の特徴の他の１つは、前記排気還流制御実行手段が、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、所定の条件が成立してから前記排気通路内の排ガスを前記吸気通路へ導くまでの時間差を大きく設定することにある。所定の条件としては、フューエルカット制御が終了されて前記複数の燃料噴射弁による燃料の噴射が復帰される条件や、機関の回転速度が予め設定された閾値回転速度を超える条件等が挙げられる。
【００１８】
通常、フューエルカット制御の終了後や機関の回転速度が予め設定された閾値回転速度以下では、予め設定された時間差が経過するまで前記排気通路内の排ガスを内燃機関の吸気通路へ導く制御は停止される。これに対し、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、前記予め設定された時間差が大きくなるように、例えば、付加時間が設定される。この結果、前記排気通路内の排ガスを内燃機関の吸気通路へ導く制御の実行時に取得された空燃比気筒間インバランスの程度が大きいときには、通常時に実行される前記排気通路内の排ガスを内燃機関の吸気通路へ導く制御の停止状態の継続時間（時間差）を若干長くして設定することができる。
【００１９】
本制御装置の特徴の他の１つは、前記インバランス指標値取得手段が、前記大きく設定された時間差内における前記インバランス指標値を取得することにある。これによれば、前記排気通路内の排ガスを内燃機関の吸気通路へ導く制御が停止されている状態、すなわち、還流される排ガスの影響を排除した状態における空燃比気筒間インバランスの程度を取得することができる。したがって、エミッション量の低減効果を確保しつつ空燃比気筒間インバランスの検出精度を向上させることができる。
【００２０】
本制御装置は、前記排気還流制御実行手段が、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ほど、前記時間差を大きく設定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、前記排気通路内の排ガスを内燃機関の吸気通路へ導く制御の停止状態の継続時間（時間差）がより適切に設定され、この結果、エミッション量の低減効果を確保しつつ空燃比気筒間インバランスの検出精度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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、かつ、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。
【図１１】インバランス割合（空燃比気筒間インバランスの程度）とディレイ時間（時間差）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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およ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。
【００２５】
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およびクランク軸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の壁面およびピストン２２の上面は、シリンダヘッド部３０の仮面とともに燃焼室２５を形成している。
【００２６】
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およ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および排気弁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。
【００２７】
燃料噴射弁３９は、一つの燃料室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。
【００２８】
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、およ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および吸気管４２は、吸気通路を構成している。
【００２９】
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４３は、スロットル弁アクチュエータ４３ａ（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。
【００３０】
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に示すように、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。
【００３１】
各枝部４１ａには、インテークマニホールド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４４ａｄの開口断面積（ＳＣＶ開度）を変更し得るようになっている。
【００３２】
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。燃料噴射弁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。
【００３３】
図１および図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から離脱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およびパージ流路管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。
【００３４】
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、筐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を通じてサージタンク４１ｂに放出するようになっている。また、キャニスタ４６の筐体には大気ポート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。
【００３５】
ふたたび、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、および、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およ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。
【００３６】
さらに、内燃機関１０は、外部ＥＧＲ通路を構成する排気還流管５４、および、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。
【００３７】
また、図１および図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５３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。
【００３８】
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。すなわち、二次空気供給装置６０では、エアポンプ６２を作動し、かつ、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。
【００３９】
一方、内燃機関１０は、図１に示すように、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、および、圧力センサ８２（図４を参照）を備えている。
【００４０】
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。
【００４１】
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およ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の回転角度の位相（変化）を検出する。
【００４２】
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に示すように、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、および、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。
【００４３】
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。
【００４４】
ふたたび、図１および図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、かつ、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（したがって、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。
【００４５】
図７に示すように、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。さらに、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。
【００４６】
ふたたび、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。
【００４７】
電気制御装置９０は、図１に示すように、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）およ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、および、バックアップＲＡＭ９４、並びに、ＡＤコンバータを含む各種インターフェース９５等」からなる周知のマイクロコンピュータである。
【００４８】
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。さらに、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、および、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。
【００４９】
（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およ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。
【００５０】
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。すなわち、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、見掛け上の空燃比が求められる。この見掛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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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、および、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。
【００５３】
＜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、所定の条件下、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、かつ、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。
【００５４】
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（すなわち、未燃物、ＨＣ等）が外部に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。
【００５５】
＜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、所定の条件下、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。
【００５６】
排気通路内の排ガス（ＥＧＲ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。
【００５７】
＜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、所定の条件下、電磁弁６６を開状態とし（したがって、ＡＳＶ６３を開状態とし）、かつ、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、かつ、各燃料噴射弁３９から噴射される燃料の量（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。
【００５８】
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）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減することができる。
【００５９】
＜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、所定の条件下、吸気弁３２の開閉タイミング、および／または、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、かつ、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、および／または、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。
【００６０】
燃焼室内の既燃ガスを吸気通路に導くのは、吸気通路の暖気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。
【００６１】
＜触媒暖機遅角制御＞
触媒暖機遅角制御は、所定の条件下、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。
【００６２】
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）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減することができる。
【００６３】
＜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、かつ、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。
【００６４】
（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（ＥＧＲ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。
【００６５】
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と一致していても、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「リッチ機構」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。
【００６６】
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噴射量を噴射する」異常な状態にある場合に発生し得る。すなわち、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。したがって、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。
【００６７】
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。
【００６８】
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料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（未燃物の量および窒素酸化物の量）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。
【００６９】
（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工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。
【００７０】
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（ゆえに、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。したがって、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により示すように推移する。すなわち、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。
【００７１】
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。したがって、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により示すように、７２０°クランク角（すなわち、単位燃焼サイクル期間）を一周期として大きく変動する。
【００７２】
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。さらに、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により示すように推移する。
【００７３】
したがって、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。すなわち、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また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（したがって、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。
【００７４】
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。したがって、「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。
【００７５】
図９（Ｃ）において破線Ｃ３により示すように、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、検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値は大きくなる。さらに、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。
【００７６】
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が経過するごと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、および、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。
【００７７】
（空燃比気筒間インバランスの検出精度）
通常はＥＧＲガス（排ガス）導入状態により検出される。ところが、ＥＧＲガス導入に伴って検出空燃比変化率ΔＡＦ、すなわち、検出空燃比abyfsの時間微分値d(abyfs)/dtの傾きが小さくなる（緩やかになる）傾向を有するため、インバランス指標値の検出精度、すなわち、空燃比気筒間インバランスの検出精度が低下する可能性がある。なお、以下の説明において、ＥＧＲガス導入状態で空燃比気筒間インバランスを検出することを「一次検出」と称呼する。一方で、「一次検出」における空燃比気筒間インバランスの検出精度を向上させるためには、上述したエミッション量低減制御のうちの「ＥＧＲ制御」を制限する、具体的には、ＥＧＲガス導入を停止させた状態でインバランス指標値を検出すればよいが、エミッション量を低減させる観点からすれば、ＥＧＲ制御を無用に制限することは好ましくない。なお、以下の説明において、ＥＧＲガス導入停止状態で空燃比気筒間インバランスを検出することを「二次検出」と称呼する。
【００７８】
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の検出精度の向上」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、まず、ステップ１００５にて、「一次検出」によって検出されたインバランス指標値Ｘ１を用いて、インバランス割合Ｙ１が算出されて学習（更新）されているか否かを判定する。
【００７９】
具体的には、サンプリング時間ｔｓ（例えば、４ｍ秒）が経過するごと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が算出されるごとに（すなわち、サンプリング時間ｔｓが経過するごとに）、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。
【００８０】
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。
【００８１】
次に、インバランス割合Ｙ１が算出されて、例えば、ＲＡＭ９３の所定記憶位置に記憶されて学習（更新）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。すなわち、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。
【００８２】
続いて、ステップ１０１０では、「一次検出」において算出されたインバランス割合Ｙ１が所定値Ａ（％）以上であるかが判定され、Ｙ≧Ａが成立する場合（ステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」）、ステップ１０１５にて、フューエルカット制御の終了後からＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入までの時間差すなわちディレイ時間が大きく設定される。一方、Ｙ＜Ａが成立する場合（ステップ１０１０にて「Ｎｏ」）、ステップ１０３０にて、フューエルカット制御の終了後からＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入までのディレイ時間が通常の時間差に設定される。ここで、ステップ１０１０にて「Ｎｏ」と判定されることは、「一次検出」において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、「一次検出」において空燃比気筒間インバランスが発生している、または、空燃比気筒間インバランスの発生が疑われると判定されることを意味する。
【００８３】
以下、まず、ステップ１０１５における「ディレイ時間の設定」について具体的に説明する。この場合においては、「一次検出」において空燃比気筒間インバランスが発生しているまたはその発生が疑われるため、フューエルカット制御の終了後からＥＧＲガス導入までの時間が長くなるようにディレイ時間を設定する。図１１に示すように、インバランス割合Ｙ１が所定値Ａ（％）以上であれば、ディレイ時間は、通常、フューエルカット制御の終了後からＥＧＲガス導入までの時間差として予め決定されているＴbaseに対して、インバランス割合Ｙ１の大きさが大きくなるほど大きな値に変化する付加時間Ｔaddが付加されて設定される。すなわち、ステップ１０１５においては、ディレイ時間Ｔbase＋Ｔadd（Ｔadd≠０）が設定される。
【００８４】
なお、フューエルカット制御は、予め設定されたフューエルカット開始条件が成立すると燃料噴射弁３９からの燃料の噴射を停止し、予め設定されたフューエルカット終了条件（フューエルカット復帰条件）が成立すると燃料噴射弁３９からの燃料の噴射を復帰させる制御である。ここで、フューエルカット開始条件としては、例えば、スロットル弁４３の開度（スロットル弁開度）が「ゼロ」（または所定の開度未満）であること、および、機関回転速度NEが所定のフューエルカット回転速度以上であること等を条件として設定することができる。一方、フューエルカット終了条件（フューエルカット復帰条件）としては、スロットル弁４３の開度（スロットル弁開度）が「ゼロ」（または所定の開度）以上であること、および、機関回転速度NEが所定のフューエルカット回転速度未満であること等を条件として設定することができる。そして、上記フューエルカット開始条件のいずれもが成立するときにフューエルカット制御が開始され、上記フューエルカット終了条件（フューエルカット復帰条件）のうちの少なくとも一つが成立するときにフューエルカット制御が終了される。
【００８５】
ステップ１０１５にてディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが設定されると、続いて、ステップ１０２０が実行される。ステップ１０２０では、フューエルカット制御が終了してから（すなわち、燃料噴射弁３９から燃料の噴射が復帰してから）設定されたディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが経過したか否かが判定される。未だディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが経過していない場合（ステップ１０２０にて「Ｎｏ」）、ステップ１０２５にて、ＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入がなされていない状態で（ＥＧＲガス導入が停止された状態で）上述したインバランス指標値Ｘ１の検出およびインバランス割合Ｙ１の算出が実行される。すなわち、ステップ１０２５においては、「二次検出」によるインバランス指標値Ｘ１の検出およびインバランス割合Ｙ１の算出（空燃比気筒間インバランスの検出）が、ディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddを経過するまで複数回実行される。
【００８６】
次に、ステップ１０３０における「ディレイ時間」の設定について具体的に説明する。この場合においては、「一次検出」において空燃比気筒間インバランスが発生していないため、通常時におけるフューエルカット制御の終了後からＥＧＲガス導入までのディレイ時間（時間差）として予め決定されているＴbaseが設定される。すなわち、ステップ１０１５においては、付加時間Ｔaddが「０」とされ、ディレイ時間Ｔbaseが設定される。
【００８７】
ステップ１０３０にてディレイ時間Ｔbaseが設定されると、続いて、ステップ１０３５が実行される。ステップ１０３５では、フューエルカット制御が終了してから（すなわち、燃料噴射弁３９から燃料の噴射が復帰してから）設定されたディレイ時間Ｔbaseが経過したか否かが判定される。未だディレイ時間Ｔbaseが経過していない場合、ディレイ時間Ｔbaseが経過するまで繰り返しステップ１０３５にて「Ｎｏ」の判定が繰り返される。
【００８８】
ステップ１０２０にてフューエルカット制御が終了してから（すなわち、燃料噴射弁３９から燃料の噴射が復帰してから）設定されたディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが経過したと判定される場合（ステップ１０２０にて「Ｙｅｓ」）、または、ステップ１０３５にてフューエルカット制御が終了してから（すなわち、燃料噴射弁３９から燃料の噴射が復帰してから）設定されたディレイ時間Ｔbaseが経過したと判定される場合（ステップ１０３５にて「Ｙｅｓ」）、ステップ１０４０にて、ＥＧＲ制御が実行されてＥＧＲガス導入が開始される。すなわち、ステップ１０４０においては、ＥＧＲ弁５５を閉状態から開状態とし、排気通路内の排ガス（ＥＧガス）を吸気通路に導入する。
【００８９】
以上のように、本発明に係る実施形態（具体的には、図１０に示した処理）によれば、「一次検出」において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１０１０にて「Ｙｅｓ」）、フューエルカット制御の終了後からＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入までのディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが設定され（ステップ１０１５）、ディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが経過するまでに「二次検出」における空燃比気筒間インバランスの検出が実行される（ステップ１０２０，１０２５）。したがって、ＥＧＲガス導入による影響が排除された極めて正確な空燃比気筒間インバランスを検出することができる。
【００９０】
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Vabyfaの軌跡長、または、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。
【００９１】
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）が経過するごと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。
【００９２】
この最小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。
【００９３】
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。すなわち、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。すなわち、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。
【００９４】
また、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ＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入までのディレイ時間、より具体的には付加時間Ｔaddの大きさが決定されているが、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付加時間Ｔaddの大きさが決定されてもよい。
【００９５】
さらに、上記実施形態では、ＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入までのディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddがフューエルカット制御の終了後に燃料噴射弁３９による燃料の噴射が復帰してからの時間差として決定されている。この場合、機関回転速度NEが予め設定された所定の閾値回転速度を超えてから（例えば、アイドル状態から増加する機関回転速度NEが所定の閾値回転速度を超えてから）の時間差、すなわちディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddとして決定することも可能である。
【００９６】
このように機関回転速度NEが使用される場合、インバランス割合Ｙ１（％）が所定値Ａ（％）未満である場合（ステップ１０１０にて「Ｎｏ」）、ステップ１０３０にて、付加時間Ｔaddが「０」に設定されて通常のディレイ時間Ｔbaseが設定される。そして、ステップ１０３５にて、機関回転速度NEが閾値回転速度を超えてからディレイ時間Ｔbaseが経過したことが判定された後、ステップ１０４０にてＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入が開始される。
【００９７】
一方、インバランス割合Ｙ１（％）が所定値Ａ（％）以上である場合（ステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」）、ステップ１０１５にて、付加時間Ｔaddがインバランス割合Ｙ１（％）に応じて大きな値に設定されてディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが設定される。そして、ステップ１０２０にて、機関回転速度NEが閾値回転速度を超えてからディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが経過したことが判定された後、ステップ１０４０にてＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入が開始される。したがって、機関回転速度NEが閾値回転速度を超えてからディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが経過するまでは、ＥＧＲガス導入が停止されるため、ステップ１０２５にて、ＥＧＲガス導入に伴う影響を排除してインバランス指標値Ｘ１（すなわち、インバランス割合Ｙ１）を極めて精度よく検出（算出）することができる。
【符号の説明】
【００９８】
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、５４…排気還流管、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も種々提案されてきている。具体的には、パージ制御、ＥＧＲ制御、ＡＩ増量制御、冷間ＶＶＴ制御、触媒暖機遅角制御等が挙げられる。
【０００４】
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。したがって、従来から、この空燃比のばらつきに応じて上述したエミッション量を低減する制御を行われている。
【０００５】
そして、気筒間の空燃比のばらつきの検出に関し、例えば、下記特許文献１では、触媒要素の上下流側にそれぞれ第１の空燃比センサと第２の空燃比センサとを設け、第１の空燃比センサ出力に基づいて主空燃比制御を実行し、第２の空燃比センサ出力に基づいて補助空燃比制御を実行するようになっており、補助空燃比制御のための制御量が所定の異常判定値に達したときに気筒間の空燃比のばらつき異常が発生したと判定することが記載されている。また、例えば、下記特許文献２では、空燃比センサによる軌跡長の実測値と予め設定された軌跡長の参考値とを比較することにより、気筒間の空燃比のばらつきが発生したと判定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２００９−７４３８８号公報
【特許文献２】米国特許第７，１５２，５９４号公報
【発明の概要】
【０００７】
上述した各種エミッション量を低減する制御を適切に実行するためには、空燃比のばらつき（空燃比気筒間インバランス）を正確に検出することが重要である。しかしながら、エミッション量を低減する制御の一つとしてＥＧＲ制御が実行されている状況では、導入されるＥＧＲガスの影響により、空燃比気筒間インバランスの検出精度が低下する場合がある。この場合、単に、ＥＧＲガスの導入を停止すると、空燃比気筒間インバランスの検出精度を向上させることができる一方でエミッション量の低減効果を損なう可能性がある。
【０００８】
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、エミッション量の低減効果を確保しつつ空燃比気筒間インバランスの検出精度を向上させることができる、多気筒内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００９】
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、排気還流制御実行手段と、を備える。
【００１０】
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。
【００１１】
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。すなわち、燃料噴射弁は、一つに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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
前記排気還流制御実行手段は、前記排気通路内の排ガスを内燃機関の吸気通路へ導く制御を実行する。これにより、前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室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て燃焼による窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑制し、燃焼室から排出される排ガス中の窒素酸化物の量、すなわち、エミッション量を低減する。
【００１５】
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、または、小さくなる値（単調増加するか、または、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。
【００１６】
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。したがって、上記構成によれば、機関の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、機関の回転速度によらず、空燃比気筒間インバランスの程度を安定して取得することができる。
【００１７】
本制御装置の特徴の他の１つは、前記排気還流制御実行手段が、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、所定の条件が成立してから前記排気通路内の排ガスを前記吸気通路へ導くまでの時間差を大きく設定することにある。所定の条件としては、フューエルカット制御が終了されて前記複数の燃料噴射弁による燃料の噴射が復帰される条件や、機関の回転速度が予め設定された閾値回転速度を超える条件等が挙げられる。
【００１８】
通常、フューエルカット制御の終了後や機関の回転速度が予め設定された閾値回転速度以下では、予め設定された時間差が経過するまで前記排気通路内の排ガスを内燃機関の吸気通路へ導く制御は停止される。これに対し、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、前記予め設定された時間差が大きくなるように、例えば、付加時間が設定される。この結果、前記排気通路内の排ガスを内燃機関の吸気通路へ導く制御の実行時に取得された空燃比気筒間インバランスの程度が大きいときには、通常時に実行される前記排気通路内の排ガスを内燃機関の吸気通路へ導く制御の停止状態の継続時間（時間差）を若干長くして設定することができる。
【００１９】
本制御装置の特徴の他の１つは、前記インバランス指標値取得手段が、前記大きく設定された時間差内における前記インバランス指標値を取得することにある。これによれば、前記排気通路内の排ガスを内燃機関の吸気通路へ導く制御が停止されている状態、すなわち、還流される排ガスの影響を排除した状態における空燃比気筒間インバランスの程度を取得することができる。したがって、エミッション量の低減効果を確保しつつ空燃比気筒間インバランスの検出精度を向上させることができる。
【００２０】
本制御装置は、前記排気還流制御実行手段が、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ほど、前記時間差を大きく設定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、前記排気通路内の排ガスを内燃機関の吸気通路へ導く制御の停止状態の継続時間（時間差）がより適切に設定され、この結果、エミッション量の低減効果を確保しつつ空燃比気筒間インバランスの検出精度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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、かつ、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。
【図１１】インバランス割合（空燃比気筒間インバランスの程度）とディレイ時間（時間差）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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およ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。
【００２５】
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およびクランク軸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の壁面およびピストン２２の上面は、シリンダヘッド部３０の仮面とともに燃焼室２５を形成している。
【００２６】
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およ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および排気弁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。
【００２７】
燃料噴射弁３９は、一つの燃料室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。
【００２８】
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、およ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および吸気管４２は、吸気通路を構成している。
【００２９】
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４３は、スロットル弁アクチュエータ４３ａ（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。
【００３０】
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に示すように、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。
【００３１】
各枝部４１ａには、インテークマニホールド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４４ａｄの開口断面積（ＳＣＶ開度）を変更し得るようになっている。
【００３２】
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。燃料噴射弁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。
【００３３】
図１および図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から離脱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およびパージ流路管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。
【００３４】
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、筐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を通じてサージタンク４１ｂに放出するようになっている。また、キャニスタ４６の筐体には大気ポート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。
【００３５】
ふたたび、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、および、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およ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。
【００３６】
さらに、内燃機関１０は、外部ＥＧＲ通路を構成する排気還流管５４、および、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。
【００３７】
また、図１および図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５３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。
【００３８】
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。すなわち、二次空気供給装置６０では、エアポンプ６２を作動し、かつ、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。
【００３９】
一方、内燃機関１０は、図１に示すように、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、および、圧力センサ８２（図４を参照）を備えている。
【００４０】
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。
【００４１】
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およ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の回転角度の位相（変化）を検出する。
【００４２】
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に示すように、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、および、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。
【００４３】
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。
【００４４】
ふたたび、図１および図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、かつ、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（したがって、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。
【００４５】
図７に示すように、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。さらに、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。
【００４６】
ふたたび、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。
【００４７】
電気制御装置９０は、図１に示すように、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）およ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、および、バックアップＲＡＭ９４、並びに、ＡＤコンバータを含む各種インターフェース９５等」からなる周知のマイクロコンピュータである。
【００４８】
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。さらに、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、および、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。
【００４９】
（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およ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。
【００５０】
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。すなわち、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、見掛け上の空燃比が求められる。この見掛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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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、および、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。
【００５３】
＜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、所定の条件下、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、かつ、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。
【００５４】
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（すなわち、未燃物、ＨＣ等）が外部に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。
【００５５】
＜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、所定の条件下、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。
【００５６】
排気通路内の排ガス（ＥＧＲ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。
【００５７】
＜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、所定の条件下、電磁弁６６を開状態とし（したがって、ＡＳＶ６３を開状態とし）、かつ、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、かつ、各燃料噴射弁３９から噴射される燃料の量（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。
【００５８】
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）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減することができる。
【００５９】
＜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、所定の条件下、吸気弁３２の開閉タイミング、および／または、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、かつ、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、および／または、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。
【００６０】
燃焼室内の既燃ガスを吸気通路に導くのは、吸気通路の暖気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。
【００６１】
＜触媒暖機遅角制御＞
触媒暖機遅角制御は、所定の条件下、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。
【００６２】
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）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減することができる。
【００６３】
＜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、かつ、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。
【００６４】
（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（ＥＧＲ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。
【００６５】
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と一致していても、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「リッチ機構」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。
【００６６】
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噴射量を噴射する」異常な状態にある場合に発生し得る。すなわち、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。したがって、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。
【００６７】
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。
【００６８】
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料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（未燃物の量および窒素酸化物の量）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。
【００６９】
（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工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。
【００７０】
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（ゆえに、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。したがって、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により示すように推移する。すなわち、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。
【００７１】
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。したがって、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により示すように、７２０°クランク角（すなわち、単位燃焼サイクル期間）を一周期として大きく変動する。
【００７２】
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。さらに、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により示すように推移する。
【００７３】
したがって、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。すなわち、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また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（したがって、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。
【００７４】
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。したがって、「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。
【００７５】
図９（Ｃ）において破線Ｃ３により示すように、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、検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値は大きくなる。さらに、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。
【００７６】
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が経過するごと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、および、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。
【００７７】
（空燃比気筒間インバランスの検出精度）
通常はＥＧＲガス（排ガス）導入状態により検出される。ところが、ＥＧＲガス導入に伴って検出空燃比変化率ΔＡＦ、すなわち、検出空燃比abyfsの時間微分値d(abyfs)/dtの傾きが小さくなる（緩やかになる）傾向を有するため、インバランス指標値の検出精度、すなわち、空燃比気筒間インバランスの検出精度が低下する可能性がある。なお、以下の説明において、ＥＧＲガス導入状態で空燃比気筒間インバランスを検出することを「一次検出」と称呼する。一方で、「一次検出」における空燃比気筒間インバランスの検出精度を向上させるためには、上述したエミッション量低減制御のうちの「ＥＧＲ制御」を制限する、具体的には、ＥＧＲガス導入を停止させた状態でインバランス指標値を検出すればよいが、エミッション量を低減させる観点からすれば、ＥＧＲ制御を無用に制限することは好ましくない。なお、以下の説明において、ＥＧＲガス導入停止状態で空燃比気筒間インバランスを検出することを「二次検出」と称呼する。
【００７８】
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の検出精度の向上」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、まず、ステップ１００５にて、「一次検出」によって検出されたインバランス指標値Ｘ１を用いて、インバランス割合Ｙ１が算出されて学習（更新）されているか否かを判定する。
【００７９】
具体的には、サンプリング時間ｔｓ（例えば、４ｍ秒）が経過するごと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が算出されるごとに（すなわち、サンプリング時間ｔｓが経過するごとに）、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。
【００８０】
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。
【００８１】
次に、インバランス割合Ｙ１が算出されて、例えば、ＲＡＭ９３の所定記憶位置に記憶されて学習（更新）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。すなわち、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。
【００８２】
続いて、ステップ１０１０では、「一次検出」において算出されたインバランス割合Ｙ１が所定値Ａ（％）以上であるかが判定され、Ｙ≧Ａが成立する場合（ステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」）、ステップ１０１５にて、フューエルカット制御の終了後からＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入までの時間差すなわちディレイ時間が大きく設定される。一方、Ｙ＜Ａが成立する場合（ステップ１０１０にて「Ｎｏ」）、ステップ１０３０にて、フューエルカット制御の終了後からＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入までのディレイ時間が通常の時間差に設定される。ここで、ステップ１０１０にて「Ｎｏ」と判定されることは、「一次検出」において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、「一次検出」において空燃比気筒間インバランスが発生している、または、空燃比気筒間インバランスの発生が疑われると判定されることを意味する。
【００８３】
以下、まず、ステップ１０１５における「ディレイ時間の設定」について具体的に説明する。この場合においては、「一次検出」において空燃比気筒間インバランスが発生しているまたはその発生が疑われるため、フューエルカット制御の終了後からＥＧＲガス導入までの時間が長くなるようにディレイ時間を設定する。図１１に示すように、インバランス割合Ｙ１が所定値Ａ（％）以上であれば、ディレイ時間は、通常、フューエルカット制御の終了後からＥＧＲガス導入までの時間差として予め決定されているＴbaseに対して、インバランス割合Ｙ１の大きさが大きくなるほど大きな値に変化する付加時間Ｔaddが付加されて設定される。すなわち、ステップ１０１５においては、ディレイ時間Ｔbase＋Ｔadd（Ｔadd≠０）が設定される。
【００８４】
なお、フューエルカット制御は、予め設定されたフューエルカット開始条件が成立すると燃料噴射弁３９からの燃料の噴射を停止し、予め設定されたフューエルカット終了条件（フューエルカット復帰条件）が成立すると燃料噴射弁３９からの燃料の噴射を復帰させる制御である。ここで、フューエルカット開始条件としては、例えば、スロットル弁４３の開度（スロットル弁開度）が「ゼロ」（または所定の開度未満）であること、および、機関回転速度NEが所定のフューエルカット回転速度以上であること等を条件として設定することができる。一方、フューエルカット終了条件（フューエルカット復帰条件）としては、スロットル弁４３の開度（スロットル弁開度）が「ゼロ」（または所定の開度）以上であること、および、機関回転速度NEが所定のフューエルカット回転速度未満であること等を条件として設定することができる。そして、上記フューエルカット開始条件のいずれもが成立するときにフューエルカット制御が開始され、上記フューエルカット終了条件（フューエルカット復帰条件）のうちの少なくとも一つが成立するときにフューエルカット制御が終了される。
【００８５】
ステップ１０１５にてディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが設定されると、続いて、ステップ１０２０が実行される。ステップ１０２０では、フューエルカット制御が終了してから（すなわち、燃料噴射弁３９から燃料の噴射が復帰してから）設定されたディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが経過したか否かが判定される。未だディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが経過していない場合（ステップ１０２０にて「Ｎｏ」）、ステップ１０２５にて、ＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入がなされていない状態で（ＥＧＲガス導入が停止された状態で）上述したインバランス指標値Ｘ１の検出およびインバランス割合Ｙ１の算出が実行される。すなわち、ステップ１０２５においては、「二次検出」によるインバランス指標値Ｘ１の検出およびインバランス割合Ｙ１の算出（空燃比気筒間インバランスの検出）が、ディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddを経過するまで複数回実行される。
【００８６】
次に、ステップ１０３０における「ディレイ時間」の設定について具体的に説明する。この場合においては、「一次検出」において空燃比気筒間インバランスが発生していないため、通常時におけるフューエルカット制御の終了後からＥＧＲガス導入までのディレイ時間（時間差）として予め決定されているＴbaseが設定される。すなわち、ステップ１０１５においては、付加時間Ｔaddが「０」とされ、ディレイ時間Ｔbaseが設定される。
【００８７】
ステップ１０３０にてディレイ時間Ｔbaseが設定されると、続いて、ステップ１０３５が実行される。ステップ１０３５では、フューエルカット制御が終了してから（すなわち、燃料噴射弁３９から燃料の噴射が復帰してから）設定されたディレイ時間Ｔbaseが経過したか否かが判定される。未だディレイ時間Ｔbaseが経過していない場合、ディレイ時間Ｔbaseが経過するまで繰り返しステップ１０３５にて「Ｎｏ」の判定が繰り返される。
【００８８】
ステップ１０２０にてフューエルカット制御が終了してから（すなわち、燃料噴射弁３９から燃料の噴射が復帰してから）設定されたディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが経過したと判定される場合（ステップ１０２０にて「Ｙｅｓ」）、または、ステップ１０３５にてフューエルカット制御が終了してから（すなわち、燃料噴射弁３９から燃料の噴射が復帰してから）設定されたディレイ時間Ｔbaseが経過したと判定される場合（ステップ１０３５にて「Ｙｅｓ」）、ステップ１０４０にて、ＥＧＲ制御が実行されてＥＧＲガス導入が開始される。すなわち、ステップ１０４０においては、ＥＧＲ弁５５を閉状態から開状態とし、排気通路内の排ガス（ＥＧガス）を吸気通路に導入する。
【００８９】
以上のように、本発明に係る実施形態（具体的には、図１０に示した処理）によれば、「一次検出」において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１０１０にて「Ｙｅｓ」）、フューエルカット制御の終了後からＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入までのディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが設定され（ステップ１０１５）、ディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが経過するまでに「二次検出」における空燃比気筒間インバランスの検出が実行される（ステップ１０２０，１０２５）。したがって、ＥＧＲガス導入による影響が排除された極めて正確な空燃比気筒間インバランスを検出することができる。
【００９０】
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Vabyfaの軌跡長、または、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。
【００９１】
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）が経過するごと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。
【００９２】
この最小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。
【００９３】
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。すなわち、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。すなわち、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。
【００９４】
また、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ＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入までのディレイ時間、より具体的には付加時間Ｔaddの大きさが決定されているが、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付加時間Ｔaddの大きさが決定されてもよい。
【００９５】
さらに、上記実施形態では、ＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入までのディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddがフューエルカット制御の終了後に燃料噴射弁３９による燃料の噴射が復帰してからの時間差として決定されている。この場合、機関回転速度NEが予め設定された所定の閾値回転速度を超えてから（例えば、アイドル状態から増加する機関回転速度NEが所定の閾値回転速度を超えてから）の時間差、すなわちディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddとして決定することも可能である。
【００９６】
このように機関回転速度NEが使用される場合、インバランス割合Ｙ１（％）が所定値Ａ（％）未満である場合（ステップ１０１０にて「Ｎｏ」）、ステップ１０３０にて、付加時間Ｔaddが「０」に設定されて通常のディレイ時間Ｔbaseが設定される。そして、ステップ１０３５にて、機関回転速度NEが閾値回転速度を超えてからディレイ時間Ｔbaseが経過したことが判定された後、ステップ１０４０にてＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入が開始される。
【００９７】
一方、インバランス割合Ｙ１（％）が所定値Ａ（％）以上である場合（ステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」）、ステップ１０１５にて、付加時間Ｔaddがインバランス割合Ｙ１（％）に応じて大きな値に設定されてディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが設定される。そして、ステップ１０２０にて、機関回転速度NEが閾値回転速度を超えてからディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが経過したことが判定された後、ステップ１０４０にてＥＧＲ制御によるＥＧＲガス導入が開始される。したがって、機関回転速度NEが閾値回転速度を超えてからディレイ時間Ｔbase＋Ｔaddが経過するまでは、ＥＧＲガス導入が停止されるため、ステップ１０２５にて、ＥＧＲガス導入に伴う影響を排除してインバランス指標値Ｘ１（すなわち、インバランス割合Ｙ１）を極めて精度よく検出（算出）することができる。
【符号の説明】
【００９８】
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、５４…排気還流管、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、前記周到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する排気還流制御実行手段と、
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また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、
前記排気還流制御実行手段は、
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、所定の条件が成立してから前記排気通路内の排ガスを前記吸気通路へ導くまでの時間差を大きく設定し、
前記インバランス指標値取得手段は、
前記大きく設定された時間差内における前記インバランス指標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、
所定のフューエルカット条件が成立したとき前記複数の燃料噴射弁による前記燃料の噴射を停止するフューエルカット制御を実行するフューエルカット手段を備え、
前記排気還流制御実行手段は、
前記所定の条件の成立として前記フューエルカット手段による前記フューエルカット制御が終了されて前記複数の燃料噴射弁による前記燃料の噴射を復帰させる条件が成立し、この条件が成立してから前記排気通路内の排ガスを前記吸気通路へ導くまでの時間差を大きく設定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に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の回転速度を取得する機関回転速度取得手段を備え、
前記排気還流制御実行手段は、
前記所定の条件の成立として前記機関回転速度取得手段によって取得された前記内燃機関の回転速度が予め設定された閾値回転速度を超える条件が成立し、この条件が成立してから前記排気通路内の排ガスを前記吸気通路へ導くまでの時間差を大きく設定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ないし請求項３のうちのいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記排気還流制御実行手段は、
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ほど、前記時間差を大きく設定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、前記周到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する排気還流制御実行手段と、
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また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、
前記排気還流制御実行手段は、
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、所定の条件が成立してから前記排気通路内の排ガスを前記吸気通路へ導くまでの時間差を大きく設定し、
前記インバランス指標値取得手段は、
前記大きく設定された時間差内における前記インバランス指標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、
所定のフューエルカット条件が成立したとき前記複数の燃料噴射弁による前記燃料の噴射を停止するフューエルカット制御を実行するフューエルカット手段を備え、
前記排気還流制御実行手段は、
前記所定の条件の成立として前記フューエルカット手段による前記フューエルカット制御が終了されて前記複数の燃料噴射弁による前記燃料の噴射を復帰させる条件が成立し、この条件が成立してから前記排気通路内の排ガスを前記吸気通路へ導くまでの時間差を大きく設定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に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の回転速度を取得する機関回転速度取得手段を備え、
前記排気還流制御実行手段は、
前記所定の条件の成立として前記機関回転速度取得手段によって取得された前記内燃機関の回転速度が予め設定された閾値回転速度を超える条件が成立し、この条件が成立してから前記排気通路内の排ガスを前記吸気通路へ導くまでの時間差を大きく設定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ないし請求項３のうちのいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記排気還流制御実行手段は、
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ほど、前記時間差を大きく設定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１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−７７７１３（Ｐ２０１２−７７７１３Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２５５００（Ｐ２０１０−２２５５００）
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【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２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【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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