CN105971700A - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种排气净化装置。排气净化装置具备排气净化催化剂、下游侧空燃比传感器以及控制装置。控制装置执行平均空燃比控制、汽缸间空燃比控制以及学习控制，平均空燃比控制是将目标平均空燃比交替地设定为浓空燃比和稀空燃比的控制，汽缸间空燃比控制是控制各汽缸的目标空燃比以使得在将目标平均空燃比设定为了稀空燃比时也至少有一个汽缸中的目标空燃比为浓空燃比的控制，学习控制是基于从将目标平均空燃比切换成稀空燃比起、直到再次切换成浓空燃比为止的第1氧量累计值和从将目标平均空燃比切换为浓空燃比起、直到再次切换为稀空燃比为止的第2氧量累计值，修正与空燃比相关的参数以使得该第1氧累计值与第2氧累计值之差变小的控制。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术
以往以来，已知有在设置于内燃机的排气通路的排气净化催化剂的排气流动方向上游侧设置有空燃比传感器，在排气流动方向下游侧设置有氧传感器的内燃机的排气净化装置。该排气净化装置例如基于上游侧的空燃比传感器的输出进行反馈控制，以使得该空燃比传感器的输出成为相当于目标空燃比的目标值，并且基于下游侧的氧传感器的输出修正上游侧的空燃比传感器的目标值。
例如，在专利文献1所记载的排气净化装置中，在下游侧的氧传感器的输出电压为高侧阈值以上、且排气净化催化剂的状态为氧不足状态时，流入排气净化催化剂的排气的目标空燃比被设为稀空燃比。相反，在下游侧的氧传感器的输出电压为低侧阈值以下、且排气净化催化剂的状态为氧过剩状态时，目标空燃比被设为浓空燃比。专利文献1中认为由此能够在处于氧不足状态或氧过剩状态时使排气净化催化剂的状态迅速返回到这两个状态的中间状态(即，在排气净化催化剂中吸藏有适量的氧的状态)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-069337号公报
发明内容
发明要解决的问题
即使从内燃机主体排出的排气的空燃比一定，排气中所包含的氢的量越多，与空燃比传感器的输出相当的空燃比(以下，也称作“输出空燃比”)也越向浓侧偏离。可认为，这是因为氢与未燃HC等其他排气中的成分相比更容易通过设置于空燃比传感器的扩散限速层。
另一方面，申请人提出了执行平均空燃比控制和汽缸间空燃比控制作为排气净化装置中的空燃比控制。在此，平均空燃比控制是将所有汽缸的目标空燃比的平均值即目标平均空燃比交替地设定为浓空燃比和稀空燃比的控制。另一方面，汽缸间空燃比控制是在多个汽缸中的一部分汽缸中将该汽缸的目标空燃比设为比目标平均空燃比浓的空燃比，在剩余汽缸中将该汽缸的目标空燃比设为比目标平均空燃比稀的空燃比的控制。
在此，在执行了汽缸间空燃比控制的情况下，会从一部分汽缸流出比目标平均空燃比浓的空燃比的排气。这样的浓空燃比的排气除了包含有未燃HC、CO之外，还包含有氢。因而，即使排气的空燃比一定，在执行了汽缸间空燃比控制的情况下，排气中所包含的氢的量也会比未执行汽缸间空燃比控制的情况多。其结果，空燃比传感器的输出空燃比容易向浓侧偏离。但是，若这样使空燃比传感器的输出空燃比产生偏离，则会无法适当控制排气空燃比，有时会招致排气排放的恶化。
于是，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种即使空燃比传感器的输出空燃比产生偏离也能够补偿该偏离的排气净化装置。
用于解决问题的手段
为了解决上述课题，在第1发明中提供一种内燃机的排气净化装置，所述内燃机具有多个汽缸，其中，所述排气净化装置具备：排气净化催化剂，其配置于内燃机排气通路，并且能够吸藏氧；下游侧空燃比传感器，其配置于该排气净化催化剂的排气流动方向下游侧；以及控制装置，其对向燃烧室供给的燃料供给量进行反馈控制，以使得在各汽缸中进行燃烧时的燃烧空燃比成为目标空燃比，所述控制装置执行平均空燃比控制和汽缸间空燃比控制，所述平均空燃比控制是如下控制：将所述目标空燃比的所有汽缸的平均值即目标平均空燃比交替地设定为比理论空燃比浓的浓空燃比和比理论空燃比稀的稀空燃比，所述汽缸间空燃比控制是如下控制：控制各汽缸的目标空燃比，以使得即使在通过所述平均空燃比控制将所述目标平均空燃比设定为了稀空燃比时，所述多个汽缸中也至少有一个汽缸中的所述目标空燃比为浓空燃比，所述控制装置能够算出氧过剩不足量的累计值即累计氧过剩不足量，所述氧过剩不足量是在想要将流入所述排气净化催化剂的排气设为理论空燃比时成为过剩的氧或成为不足的氧的量，所述控制装置还执行学习控制，所述学习控制是如下控制：基于第1期间内的累计氧过剩不足量的绝对值即第1氧量累计值和第2期间内的累计氧过剩不足量的绝对值即第2氧量累计值，修正与空燃比相关的参数，以使得该第1氧量累计值与该第2氧量累计值之差变小，所述第1期间是从将所述目标平均空燃比自浓空燃比切换为稀空燃比起、直到再次切换为浓空燃比为止的期间，所述第2期间是从将所述目标平均空燃比自稀空燃比切换为浓空燃比起、直到再次切换为稀空燃比为止的期间。
第2发明根据第1发明，在所述平均空燃比控制中，设定所述目标平均空燃比，以使得将所述目标平均空燃比设定为稀空燃比时的该目标平均空燃比与理论空燃比之差即稀偏移量比将所述目标平均空燃比设定为浓空燃比时的该目标平均空燃比与理论空燃比之差即浓偏移量小。
第3发明根据第1或第2发明，所述控制装置，在所述第1氧量累计值与所述第2氧量累计值之差为预先设定的预定值以上的情况下，不执行所述汽缸间空燃比控制，而是控制各汽缸的目标空燃比，以使得在所有汽缸中目标空燃比全都相等。
第4发明根据第1或第2发明，所述控制装置，在所述学习控制中，在所述目标平均空燃比被设定为了浓空燃比或稀空燃比中的任一方的空燃比时，在理论空燃比维持判定时间以上的期间或者直到累计氧过剩不足量成为预先设定的预定值以上为止的期间内由所述下游侧空燃比传感器检测到的空燃比被维持在比理论空燃比浓的浓判定空燃比与比理论空燃比稀的稀判定空燃比之间的理论空燃比附近空燃比区域内的情况下，进行修正所述与空燃比相关的参数以使得流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比向所述任一方的空燃比侧变化的理论空燃比粘附学习。
第5发明根据第4发明，所述控制装置，在所述目标平均空燃比被设定为了浓空燃比或稀空燃比的任一方的空燃比时，在理论空燃比维持判定时间以上的期间或者直到累计氧过剩不足量成为预先设定的预定值以上为止的期间内由所述下游侧空燃比传感器检测到的空燃比被维持在所述理论空燃比附近空燃比区域内的情况下，不执行所述汽缸间空燃比控制，而是控制各汽缸的目标空燃比，以使得在所有汽缸中所述目标空燃比全都相等。
第6发明根据第1～第5发明的任一发明，所述控制装置，在所述学习控制中，在所述目标平均空燃比被设定为了浓空燃比时，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比在稀空燃比判定时间以上的期间内被维持在比稀判定空燃比稀的空燃比的情况下，进行修正所述与空燃比相关的参数以使得流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比向浓侧变化的稀粘附学习，所述稀判定空燃比比理论空燃比稀。
第7发明根据第6发明，所述控制装置，在所述目标平均空燃比被设定为了浓空燃比时，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比在所述稀空燃比判定时间以上的期间内被维持在比所述稀判定空燃比稀的空燃比的情况下，不执行所述汽缸间空燃比控制，而是控制各汽缸的目标空燃比，以使得在所有汽缸中所述目标空燃比全都相等。
第8发明根据第1～第7发明的任一发明，所述控制装置，在所述学习控制中，在所述目标平均空燃比被设定为了稀空燃比时，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比在浓空燃比判定时间以上的期间内被维持在比浓判定空燃比浓的空燃比的情况下，进行修正所述与空燃比相关的参数以使得流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比向稀侧变化的浓粘附学习，所述浓判定空燃比比理论空燃比浓。
第9发明根据第8发明，所述控制装置，在所述目标平均空燃比被设定为了稀空燃比时，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比在浓空燃比判定时间以上的期间内被维持在比所述浓判定空燃比浓的空燃比的情况下，不执行所述汽缸间空燃比控制，而是控制各汽缸的目标空燃比，以使得在所有汽缸中所述目标空燃比全都相等。
第10发明根据第1～第9发明的任一发明，所述控制装置，基于所述第1氧量累计值与所述第2氧量累计值之差算出学习值，并且基于该学习值来修正所述与空燃比相关的参数，所述学习值被保存于即使搭载有所述内燃机的车辆的点火开关断开也不被擦除的存储介质。
第11发明根据第1～第10发明的任一发明，还具备上游侧空燃比传感器，该上游侧空燃比传感器配置于所述排气净化催化剂的排气流动方向上游侧，并且检测流入该排气净化催化剂的排气的空燃比，所述氧过剩不足量基于由所述上游侧空燃比传感器检测到的空燃比和流入所述排气净化催化剂的排气的流量而算出，或者基于由所述上游侧空燃比传感器检测到的空燃比和燃料喷射量而算出。
第12发明根据第1～第11发明的任一发明，所述与空燃比相关的参数是成为控制中心的空燃比、所述目标平均空燃比或燃料供给量。
第13发明根据第1～第12发明的任一发明，还具备上游侧空燃比传感器，该上游侧空燃比传感器配置于所述排气净化催化剂的排气流动方向上游侧，并且检测流入该排气净化催化剂的排气的空燃比，所述控制装置对向燃烧室供给的燃料供给量进行反馈控制，以使得由所述上游侧空燃比传感器检测的平均空燃比成为所述目标平均空燃比，所述与空燃比相关的参数是所述上游侧空燃比传感器的输出值。
第14发明根据第1～第13发明的任一发明，在所述汽缸间空燃比控制中，设定各汽缸的目标空燃比，以使得即使在通过所述平均空燃比控制将所述目标平均空燃比设定为了浓空燃比时，所述多个汽缸中也至少有一个汽缸中的所述目标空燃比为稀空燃比。
第15发明根据第1～第14发明的任一发明，所述控制装置，在所述目标平均空燃比被设定为了浓空燃比时，不执行所述汽缸间空燃比控制，而是设定各汽缸的目标空燃比，以使得在所述多个汽缸中燃烧空燃比全都成为浓空燃比。
第16发明根据第1～第15发明的任一发明，所述控制装置，在所述平均空燃比控制中，在将所述目标平均空燃比设定为了浓空燃比的情况下，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为了比理论空燃比浓的浓判定空燃比以下时将所述目标平均空燃比切换成稀空燃比，并且，在将所述目标平均空燃比控制成了稀空燃比的情况下，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为了比理论空燃比稀的稀判定空燃比以上时将所述目标平均空燃比切换成浓空燃比。
第17发明根据第1～第15发明的任一发明，所述控制装置，在所述平均空燃比控制中，在将所述目标平均空燃比设定为了浓空燃比的情况下，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为了比理论空燃比浓的浓判定空燃比以下时将所述目标平均空燃比切换成稀空燃比，并且，在开始将所述目标平均空燃比控制成稀空燃比之后的所述排气净化催化剂的氧吸藏量达到了比该排气净化催化剂的最大可吸藏氧量少的预先设定的切换基准吸藏量时，将所述目标平均空燃比切换成浓空燃比。
发明效果
根据本发明，能够提供一种即使空燃比传感器的输出空燃比产生了基于排气中的氢的偏离，也能够补偿该偏离的排气净化装置。
附图说明
图1是概略地示出使用本发明的控制装置的内燃机的图。
图2是示出各排气空燃比下的传感器施加电压与输出电流的关系的图。
图3是示出将传感器施加电压设为一定时的排气空燃比与输出电流的关系的图。
图4是在由本实施方式的排气净化装置进行了空燃比控制的情况下的平均空燃比修正量等的时间图。
图5是空燃比修正量和燃烧空燃比的时间图。
图6是示意性地表示排气净化催化剂的载体表面的图。
图7是示出自上游侧排气净化催化剂的前端面起的距离与每单位体积的SOx的吸藏量的关系的图。
图8是上游侧空燃比传感器的输出空燃比产生了偏离时的平均空燃比修正量等的时间图。
图9是进行通常学习控制时的空燃比修正量等的时间图。
图10是上游侧空燃比传感器的输出空燃比产生了大幅偏离时的平均空燃比修正量等的时间图。
图11是上游侧空燃比传感器的输出空燃比产生了大幅偏离时的平均空燃比修正量等的时间图。
图12是进行理论空燃比粘附学习时的空燃比修正量等的时间图。
图13是进行稀粘附学习等时的空燃比修正量等的时间图。
图14是控制装置的功能框图。
图15是示出空燃比修正量的算出处理的控制例程的流程图。
图16是示出通常学习控制的控制例程的流程图。
图17是示出粘附学习控制的控制例程的流程图的一部分。
图18是示出粘附学习控制的控制例程的流程图的一部分。
图19是示出汽缸间空燃比控制的执行判定处理的控制例程的流程图。
图20是平均空燃比修正量等的时间图。
图21是示出第一实施方式的变更例的空燃比修正量的算出处理的控制例程的流程图。
图22是平均空燃比修正量等的时间图。
图23是控制装置的功能框图。
图24是示出第二实施方式中的空燃比修正量的算出处理的控制例程的流程图。
标号说明
1：内燃机主体
5：燃烧室
7：进气口
9：排气口
19：排气歧管
20：上游侧排气净化催化剂
24：下游侧排气净化催化剂
31：ECU
40：上游侧空燃比传感器
41：下游侧空燃比传感器
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。此外，在以下的说明中，对同样的构成要素附上同一附图标记。
<内燃机整体的说明>
图1是概略地示出使用本发明的排气净化装置的内燃机的图。在图1中，1表示内燃机主体，2表示汽缸体，3表示在汽缸体2内往复运动的活塞，4表示固定在汽缸体2上的汽缸盖，5表示形成在活塞3与汽缸盖4之间的燃烧室，6表示进气门，7表示进气口，8表示排气门，9表示排气口。进气门6对进气口7进行开闭，排气门8对排气口9进行开闭。本实施方式的内燃机是直列4缸内燃机，因而，内燃机主体1具有4个燃烧室5。但是，只要是具有多个汽缸的内燃机即可，也能够应用于6缸内燃机、V型内燃机等其他形式的内燃机。
如图1所示，在汽缸盖4的内壁面的中央部配置有火花塞10，在汽缸盖4的内壁面周边部配置有燃料喷射阀11。火花塞10构成为根据点火信号而产生火花。另外，燃料喷射阀11根据喷射信号而向燃烧室5内喷射预定量的燃料。此外，燃料喷射阀11也可以配置成向进气口7内喷射燃料。另外，在本实施方式中，作为燃料，使用理论空燃比为14.6的汽油。但是，本实施方式的内燃机也可以使用其他燃料。
各汽缸的进气口7分别经由对应的进气支管13与缓冲罐(surge tank)14连结，缓冲罐14经由进气管15与空气滤清器16连结。进气口7、进气支管13、缓冲罐14、进气管15形成进气通路。另外，在进气管15内配置有由节气门驱动致动器17驱动的节气门18。通过由节气门驱动致动器17使节气门18转动，节气门18能够变更进气通路的开口面积。
另一方面，各汽缸的排气口9与排气歧管19连结。排气歧管19具有与各排气口9连结的多个支部和这些支部集合而成的集合部。排气歧管19的集合部与内置有上游侧排气净化催化剂20的上游侧壳体21连结。上游侧壳体21经由排气管22与内置有下游侧排气净化催化剂24的下游侧壳体23连结。排气口9、排气歧管19、上游侧壳体21、排气管22以及下游侧壳体23形成排气通路。
电子控制单元(ECU)31由数字计算机构成，具备经由双向总线32相互连接的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口36以及输出端口37。在进气管15配置有用于检测在进气管15内流动的空气流量的空气流量计39，该空气流量计39的输出经由对应的AD变换器38输入到输入端口36。另外，在排气歧管19的集合部配置有检测在排气歧管19内流动的排气(即，流入上游侧排气净化催化剂20的排气)的空燃比的上游侧空燃比传感器40。除此之外，在排气管22内配置有检测在排气管22内流动的排气(即，从上游侧排气净化催化剂20流出而流入下游侧排气净化催化剂24的排气)的空燃比的下游侧空燃比传感器41。这些空燃比传感器40、41的输出也经由对应的AD变换器38输入到输入端口36。进而，在上游侧排气净化催化剂20配置有用于检测上游侧排气净化催化剂20的温度的的温度传感器46，该温度传感器46的输出也经由对应的AD变换器38输入到输入端口36。
另外，加速器踏板42连接有产生与加速器踏板42的踩踏量呈比例的输出电压的负荷传感器43，负荷传感器43的输出电压经由对应的AD变换器38输入到输入端口36。曲轴角传感器44例如在曲轴每旋转15度时产生输出脉冲，该输出脉冲被输入到输入端口36。在CPU35中，根据该曲轴角传感器44的输出脉冲计算内燃机转速。另一方面，输出端口37经由对应的驱动电路45与火花塞10、燃料喷射阀11以及节气门驱动致动器17连接。此外，ECU31作为进行内燃机和排气净化装置的控制的控制装置发挥功能。
此外，本实施方式的内燃机虽然是以汽油为燃料的无增压内燃机，但本发明的内燃机的结构不限于上述结构。例如，本发明的内燃机也可以在汽缸排列、燃料的喷射形态、进气排气系统的结构、气门机构的结构、增压器的有无以及增压形态等方面与上述内燃机不同。
<排气净化催化剂的说明>
上游侧排气净化催化剂20和下游侧排气净化催化剂24均具有同样的结构。排气净化催化剂20、24是具有氧吸藏能力的三元催化剂。具体而言，排气净化催化剂20、24是在由陶瓷形成的载体上担载有具有催化剂作用的贵金属(例如，铂(Pt))和具有氧吸藏能力的物质(例如，氧化铈(CeO2)，以下也称作“氧吸藏物质”)的三元催化剂。三元催化剂具有在流入三元催化剂的排气的空燃比维持在理论空燃比时同时净化未燃HC、CO和NOx的功能。除此之外，在排气净化催化剂20、24具有氧吸藏能力的情况下，即使流入排气净化催化剂20、24的排气的空燃比相对于理论空燃比稍微偏向浓侧或稀侧，也能够同时净化未燃HC、CO和NOx。
即，由于该三元催化剂具有氧吸藏能力，所以在流入排气净化催化剂20、24的排气的空燃比成为了比理论空燃比稀的空燃比(以下，简称为“稀空燃比”)时，三元催化剂吸藏排气中所包含的过剩的氧。由此，排气净化催化剂20、24的表面上维持在理论空燃比，在排气净化催化剂20、24的表面上同时净化未燃HC、CO和NOx。此时，从排气净化催化剂20、24排出的排气的空燃比为理论空燃比。但是，三元催化剂在其氧吸藏量达到可吸藏的氧量的最大值即最大可吸藏氧量Cmax时，无法再进一步吸藏氧。因此，若在三元催化剂的氧吸藏量大致达到了最大可吸藏氧量Cmax的状态下流入排气净化催化剂20、24的排气的空燃比成为稀空燃比，则在排气净化催化剂20、24中已无法再将其表面上维持在理论空燃比。因而，在该情况下，从排气净化催化剂20、24排出的排气的空燃比成为稀空燃比。
另一方面，在该三元催化剂中，在流入排气净化催化剂20、24的排气的空燃比成为了比理论空燃比浓的空燃比(以下，简称为“浓空燃比”)时，从排气净化催化剂20、24放出要使排气中所包含的未燃HC、CO还原所不足的氧。在该情况下，排气净化催化剂20、24的表面上也维持在理论空燃比，在排气净化催化剂20、24的表面上同时净化未燃HC、CO和NOx。此时，从排气净化催化剂20、24排出的排气的空燃比为理论空燃比。但是，三元催化剂在其氧吸藏量接近零时，无法再进一步放出氧。因此，若在三元催化剂的氧吸藏量大致达到了零的状态下流入排气净化催化剂20、24的排气的空燃比成为浓空燃比，则在排气净化催化剂20、24中已无法再将其表面上维持在理论空燃比。因而，在该情况下，从排气净化催化剂20、24排出的排气的空燃比成为浓空燃比。
如上所述，根据在本实施方式中使用的排气净化催化剂20、24，排气中的未燃HC、CO和NOx的净化特性根据流入排气净化催化剂20、24的排气的空燃比和氧吸藏量而变化。
<空燃比传感器的输出特性>
接着，参照图2和图3，对本实施方式的空燃比传感器40、41的输出特性进行说明。图2是示出本实施方式的空燃比传感器40、41的电压-电流(V-I)特性的图，图3是示出将施加电压维持在一定时的在空燃比传感器40、41周围流通的排气的空燃比(以下，称作“排气空燃比”)与输出电流I的关系的图。此外，在本实施方式中，作为两个空燃比传感器40、41，使用同一结构的空燃比传感器。
从图2可知，在本实施方式的空燃比传感器40、41中，排气空燃比越高(越稀)，则输出电流I越大。另外，在各排气空燃比下的V-I线中，存在与V轴大致平行的区域，也就是即使传感器施加电压变化，输出电流也几乎不变的区域。该电压区域被称作界限电流区域，此时的电流被称作界限电流。在图2中，分别用W18、I18示出了排气空燃比为18时的界限电流区域和界限电流。因此，可以说空燃比传感器40、41是界限电流式的空燃比传感器。
图3是示出将施加电压设为一定的0.45V左右时的排气空燃比与输出电流I的关系的图。从图3可知，在空燃比传感器40、41中，输出电流相对于排气空燃比以如下方式线性(成比例地)变化：排气空燃比越高(即，越稀)，则来自空燃比传感器40、41的输出电流I越大。除此之外，空燃比传感器40、41构成为在排气空燃比为理论空燃比时输出电流I为零。
此外，在上述例子中，作为空燃比传感器40、41，使用了界限电流式的空燃比传感器。但是，只要输出电流相对于排气空燃比线性变化即可，作为空燃比传感器40、41，也可以使用非界限电流式的空燃比传感器等任意的空燃比传感器。另外，两个空燃比传感器40、41也可以是构造互不相同的空燃比传感器。
<空燃比控制的概要>
接着，对本实施方式的排气净化装置中的空燃比控制的概要进行说明。在本实施方式中，基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比，进行如下的反馈控制：控制来自燃料喷射阀11的燃料喷射量，以使得上游侧空燃比传感器40的输出空燃比与目标空燃比一致。此外，“输出空燃比”是指与空燃比传感器的输出值相当的空燃比。
在此，如后所述，在本实施方式中，有时将来自燃料喷射阀11的燃料喷射量设为在汽缸间不同的量。在该情况下，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比在1个循环中多少会产生变动。在本实施方式中，即使在这样的情况下，也控制来自燃料喷射阀11的燃料喷射量，以使得上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的平均值(以下，称作“平均输出空燃比”)与在汽缸间不同的目标空燃比的平均值即目标平均空燃比一致。
除此之外，在本实施方式的空燃比控制中，进行平均空燃比控制和汽缸间空燃比控制(抖动控制)。平均空燃比控制是基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比设定目标平均空燃比的控制，换言之，可以说是对流入上游侧排气净化催化剂20的平均空燃比进行控制。另一方面，汽缸间空燃比控制是按各汽缸设定不同的目标空燃比的控制，换言之，是对在各汽缸中进行燃烧时的混合气的空燃比(以下，称作“燃烧空燃比”，相当于向各汽缸供给的混合气的空燃比)进行控制。
<平均空燃比控制>
首先，对平均空燃比控制进行说明。在平均空燃比控制中，首先，在将目标平均空燃比设定为了后述的浓设定空燃比的状态下，当判断为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了浓空燃比时，目标平均空燃比被切换成稀设定空燃比。由此，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的平均空燃比变化成稀设定空燃比。在此，在本实施方式中，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了比理论空燃比稍浓的浓判定空燃比(例如，14.55)以下时，判断为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了浓空燃比。因此，在平均空燃比控制中，在将流入上游侧排气净化催化剂20的排气的平均空燃比控制成了浓空燃比的情况下，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了浓判定空燃比以下时平均空燃比被切换成稀空燃比。另外，稀设定空燃比是比理论空燃比(成为控制中心的空燃比)稍稀的预先设定的空燃比，例如设为14.7左右。
另一方面，在平均空燃比控制中，在将目标平均空燃比设定为了稀设定空燃比的状态下，当判断为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了稀空燃比时，目标平均空燃比被切换成浓设定空燃比。由此，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的平均空燃比变化成浓设定空燃比。在此，在本实施方式中，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了比理论空燃比稍稀的稀判定空燃比(例如，14.65)以上时，判断为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了稀空燃比。因此，在平均空燃比控制中，在将流入上游侧排气净化催化剂20的排气的平均空燃比控制成了稀空燃比的情况下，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了稀判定空燃比以上时平均空燃比被切换成浓空燃比。另外，浓设定空燃比是比理论空燃比(成为控制中心的空燃比)浓一定程度的预先设定的空燃比，例如设为14.4左右。此外，稀设定空燃比与理论空燃比之差(以下，也称作“稀偏移量”)比浓设定空燃比与理论空燃比之差(以下，也称作“浓偏移量”)小。
其结果，在平均空燃比控制中，目标平均空燃比被交替地设定为浓空燃比和稀空燃比，由此，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的平均空燃比被交替地控制成浓空燃比和稀空燃比。
此外，浓判定空燃比和稀判定空燃比设为与理论空燃比之差为理论空燃比的1％以内的空燃比，优选设为0.5％以内的空燃比，更优选设为0.35％以内的空燃比。因此，在理论空燃比为14.6的情况下，浓判定空燃比以及稀判定空燃比与理论空燃比之差设为0.15以下，优选设为0.073以下，更优选设为0.051以下。另外，目标平均空燃比中的设定空燃比(例如，浓设定空燃比、稀设定空燃比)被设定为与理论空燃比之差比上述差大。
参照图4，对平均空燃比控制进行具体说明。图4是由本实施方式的排气净化装置进行了空燃比控制的情况下的平均空燃比修正量AFCav、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup、上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA、以及下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn的时间图。
此外，平均空燃比修正量AFCav是与流入上游侧排气净化催化剂20的排气的目标平均空燃比对应的修正量。在平均空燃比修正量AFCav为0时，意味着目标平均空燃比是与成为控制中心的空燃比(以下，称作“控制中心空燃比”)相等的空燃比(在本实施方式中，基本上是理论空燃比)。另外，在平均空燃比修正量AFCav为正值时，意味着目标平均空燃比是比控制中心空燃比稀的空燃比(在本实施方式中是稀空燃比)。另外，此时的平均空燃比修正量AFCav的绝对值相当于目标平均空燃比与控制中心空燃比之差或者流入上游侧排气净化催化剂20的排气的平均空燃比与控制中心空燃比之差即稀偏移量。此外，“控制中心空燃比”是指成为根据内燃机运转状态而加上平均空燃比修正量AFCav的对象的空燃比，即在根据平均空燃比修正量AFCav使目标平均空燃比变动时成为基准的空燃比。
同样，在平均空燃比修正量AFCav为负值时，意味着目标平均空燃比是比控制中心空燃比浓的空燃比(在本实施方式中是浓空燃比)。另外，此时的平均空燃比修正量AFCav的绝对值相当于目标平均空燃比与控制中心空燃比之差或者流入上游侧排气净化催化剂20的排气的平均空燃比与控制中心空燃比之差即浓偏移量。
在图4所示的例子中，在时刻t1以前的状态下，平均空燃比修正量AFCav比被设定为稀设定修正量AFClean(相当于稀设定空燃比)。即，目标平均空燃比被设为稀空燃比，与此相伴，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup、即流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比为稀空燃比。流入上游侧排气净化催化剂20的排气中所包含的过剩的氧被吸藏于上游侧排气净化催化剂20，与此相伴，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA渐渐增加。另一方面，通过在上游侧排气净化催化剂20中吸藏氧，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中不包含氧，因此，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn大致为理论空燃比。
若上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA渐渐增大，则氧吸藏量OSA最终后会接近最大可吸藏氧量Cmax，与此相伴，流入到上游侧排气净化催化剂20的一部分氧会不被上游侧排气净化催化剂20吸藏而开始流出。由此，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn渐渐上升，在时刻t1达到稀判定空燃比AFlean。
在本实施方式中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn成为稀判定空燃比AFlean以上时，为了使氧吸藏量OSA减少，平均空燃比修正量AFCav被切换成浓设定修正量AFCrich(相当于浓设定空燃比)。因此，目标平均空燃比被切换成浓空燃比。
此外，在本实施方式中，不是在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn从理论空燃比变化成浓空燃比之后立即进行平均空燃比修正量AFCav的切换，而是在其达到浓判定空燃比AFrich之后再进行平均空燃比修正量AFCav的切换。这是因为，即使上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA充足，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比有时也会稍微偏离理论空燃比。反过来说，浓判定空燃比被设为在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA充足时从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比通常不会达到的空燃比。此外，关于上述稀判定空燃比也可以说是相同的。
当在时刻t1将目标平均空燃比切换成浓空燃比后，与此相伴，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup、即流入上游侧排气净化催化剂20的排气的平均空燃比变化成浓空燃比。流入上游侧排气净化催化剂20的排气中所包含的过剩的未燃HC、CO被上游侧排气净化催化剂20净化，与此相伴，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA渐渐减少。另一方面，由于在上游侧排气净化催化剂20中净化未燃HC、CO，所以从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中不包含未燃HC、CO，因此，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn大致为理论空燃比。
若上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA渐渐减少，则氧吸藏量OSA最终会接近零，与此相伴，流入到上游侧排气净化催化剂20的一部分未燃HC、CO会不被上游侧排气净化催化剂20净化而开始流出。由此，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn渐渐下降，在时刻t2达到浓判定空燃比AFrich。
在本实施方式中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn成为浓判定空燃比AFrich以下时，为了使氧吸藏量OSA增大，平均空燃比修正量AFCav被切换成稀设定修正量AFClean。因此，目标空燃比向稀空燃比切换。之后，在时刻t3以后，反复进行与上述操作同样的操作。
另外，在图4所示的平均空燃比控制中，稀设定修正量AFClean的绝对值被设为比浓设定修正量AFCrich的绝对值小的值。因此，将流入上游侧排气净化催化剂20的排气的平均空燃比控制成稀空燃比时的平均空燃比与控制中心空燃比(理论空燃比)之差即稀偏移量被设为比将平均空燃比控制成浓空燃比时的平均空燃比与控制中心空燃比之差即浓偏移量小。由此，目标平均空燃比被设定为稀设定修正量AFClean的期间(例如，时刻t2～t3)比目标空燃比被设定为浓设定修正量AFCrich的期间(例如，时刻t1～t2)长。
<汽缸间空燃比控制>
接着，对汽缸间空燃比控制进行说明。在汽缸间空燃比控制中，控制来自各燃料喷射阀11的燃料喷射量，以使得成为燃烧空燃比在汽缸间至少局部不同的空燃比。特别地，在本实施方式中，在一部分汽缸中，燃烧空燃比被设为比目标平均空燃比浓，在剩余汽缸中，燃烧空燃比被设为比目标平均空燃比稀。
图5是各汽缸的空燃比修正量AFC和燃烧空燃比的时间图。在本实施方式中，由于内燃机是直列4缸的内燃机，所以燃烧室5中的混合气的燃烧依照1号汽缸、3号汽缸、4号汽缸、2号汽缸的顺序进行。在图5所示的例子中，在1个循环中最先进行燃烧的1号汽缸中，各汽缸的空燃比修正量AFC比平均空燃比修正量AFCav小。即，在1号汽缸中，向燃烧室5供给的混合气的空燃比被设为比目标平均空燃比浓。因此，在1号汽缸中，燃烧空燃比成为比平均空燃比浓的空燃比。
并且，在接着进行燃烧的3号汽缸中，各汽缸的空燃比修正量AFC比平均空燃比修正量AFCav大。其结果，在3号汽缸中，燃烧空燃比被设为比平均空燃比稀的空燃比。并且，在接着进行燃烧的4号汽缸中，燃烧空燃比被设为比平均空燃比浓的空燃比，在之后进行燃烧的2号汽缸中，燃烧空燃比被设为比平均空燃比稀的空燃比。
另外，在本实施方式中，汽缸间空燃比控制中的从平均空燃比修正量AFCav的变更量在被设为比平均空燃比浓的汽缸(图中的1号汽缸和4号汽缸，以下也称作“浓侧的汽缸”)彼此之间相同。在图5所示的例子中，1号汽缸和4号汽缸中的空燃比修正量的变更量都是α。其结果，这些汽缸中的燃烧空燃比被设为比平均空燃比浓ΔAFα(相当于变更量α)的空燃比。同样，在本实施方式中，汽缸间空燃比控制中的从平均空燃比修正量AFCav的变更量在被设为比平均空燃比稀的汽缸(图中的2号汽缸和3号汽缸，以下也称作“稀侧的汽缸”)彼此之间相同。在图5所示的例子中，2号汽缸和3号汽缸中的空燃比修正量的变更量都是α。其结果，这些汽缸中的燃烧空燃比被设为比平均空燃比稀ΔAFα(相当于变更量α)的空燃比。
进而，在本实施方式中，在浓侧的汽缸与稀侧的汽缸之间，从平均空燃比修正量AFCav的变更量也被设为相同的α。其结果，被设为比平均空燃比浓的汽缸的燃烧空燃比与平均空燃比之差等于被设为比平均空燃比稀的汽缸的燃烧空燃比与平均空燃比之差。
图4中的X表示汽缸间空燃比控制中的燃烧空燃比从平均空燃比修正量AFCav的变更量。从图4可知，在平均空燃比修正量AFCav被设定为浓设定修正量AFCrich的时刻t1～t2，在浓侧的汽缸(1号汽缸、4号汽缸)中，各汽缸的空燃比修正量AFC成为从浓设定修正量AFCrich减去变更量α而得到的值(AFCrich-α)。其结果，在浓侧的汽缸中，燃烧空燃比被设为比平均空燃比浓ΔAFα(相当于变更量α)的空燃比。另外，在时刻t1～t2，在稀侧的汽缸中，各汽缸的空燃比修正量AFC成为向浓设定修正量AFCrich加上变更量α而得到的值(AFCrich+α)。其结果，在稀侧的汽缸中，燃烧空燃比被设为比平均空燃比稀ΔAFα(相当于变更量α)的空燃比。除此之外，变更量α被设为比浓设定修正量AFCrich的绝对值大的值。因而，在稀侧的汽缸中，燃烧空燃比被控制成稀空燃比。
同样，在平均空燃比修正量AFCav被设定为稀设定修正量AFlean的时刻t2～t3，在稀侧的汽缸(2号汽缸、3号汽缸)中，各汽缸的空燃比修正量AFC成为向稀设定修正量AFClean加上变更量α而得到的值(AFClean+α)。其结果，在稀侧的汽缸中，燃烧空燃比被设为比平均空燃比稀ΔAFα(相当于变更量α)的空燃比。另外，在时刻t2～t3，在浓侧的汽缸中，各汽缸的空燃比修正量AFC成为从稀设定修正量AFClean减去变更量α而得到的值(AFClean-α)。其结果，在浓侧的汽缸中，燃烧空燃比被设为比平均空燃比浓ΔAFα(相当于变更量α)的空燃比。除此之外，变更量α被设为比稀设定修正量AFClean的绝对值大的值。因而，在浓侧的汽缸中，燃烧空燃比被控制成浓空燃比。
此外，变更量α比浓设定修正量AFCrich和稀设定修正量AFClean的绝对值大。因而，在汽缸间空燃比控制中被设为比平均空燃比浓的汽缸的燃烧空燃比与被设为比平均空燃比稀的汽缸的燃烧空燃比之差(即，汽缸间空燃比控制中的空燃比的振幅)比平均空燃比控制中的浓设定空燃比与稀设定空燃比之差(即，平均空燃比控制中的空燃比的振幅)大。
<平均空燃比控制和汽缸间空燃比控制的效果>
接着，参照图6和图7，对平均空燃比控制和汽缸间空燃比控制的效果进行说明。首先，参照图6，对进行如上所述的平均空燃比控制的效果进行说明。图6是示意性地表示排气净化催化剂20、24的载体表面的图。在图8所示的例子中，排气净化催化剂20、24的载体担载有铂(Pt)作为具有催化剂作用的贵金属，担载有氧化铈(CeO2)作为具有氧吸藏能力的物质。
另外，由于在向内燃机供给的燃料中包含有微量的硫成分，所以在从燃烧室5排出的排气中包含有微量的硫氧化物(SOx)。在排气净化催化剂20、24的温度不那么高时(例如，600℃以下)，即使排气的空燃比大致为理论空燃比，排气中所包含的SOx在流入排气净化催化剂20、24时也会因范德华力而物理吸附于载体上的氧化铈。但是，在排气的空燃比为稀空燃比时，排气中所包含的SOx被载体上的氧化铈牢固地吸藏。
图6(A)示出了在排气净化催化剂20、24的温度不那么高时(例如，600℃以下)稀空燃比的排气流入排气净化催化剂20、24的状态。因此，在图6(A)所示的状态下，在流入排气净化催化剂20、24的排气中包含有大量的过剩的氧。若这样在流入排气净化催化剂20、24的排气中包含有过剩的氧，则排气中所包含的SOx会作为SO3而化学吸附于氧化铈。根据这样的化学吸附，SOx会比上述物理吸附更牢固地吸附于氧化铈。另外，若排气中所包含的过剩的氧进一步变多，即，若排气的空燃比的稀程度变大，则排气中所包含的SOx会与氧化铈反应而成为Ce2(SO4)3被吸收。根据这样的吸收，SOx会比上述化学吸附更牢固地被氧化铈吸收。此外，在以下的说明中，将SOx被氧化铈吸附以及被氧化铈吸收统称为SOx被氧化铈吸藏。
在这样的状态下，若浓空燃比的排气流入排气净化催化剂20、24，则吸藏于氧化铈的SOx的硫成分在铂上移动。在图6(B)中示出该情形。如图6(B)所示，当浓空燃比的排气流入排气净化催化剂20、24时，排气中包含有大量的过剩的未燃HC、CO。因而，吸藏于氧化铈的SOx被这些未燃HC、CO分解，产生水(H2O)和二氧化碳(CO2)。除此之外，通过SOx的分解而产生的硫成分吸附在铂的表面上。若这样吸附在铂的表面上的硫成分增大而覆盖铂的表面，则铂与周围的气体接触的面积减少，会招致铂的催化剂活性的下降。
此外，SOx向氧化铈的吸藏越牢固，则吸藏于氧化铈的硫越不容易产生分解。因此，与SOx化学吸附于氧化铈的情况相比，在SOx作为Ce2(SO4)3被氧化铈吸收的情况下，吸藏于氧化铈的硫不容易产生分解，因而不容易产生硫成分从氧化铈向铂的移动。因而，SOx被氧化铈吸收的情况下的硫成分的移动与SOx化学吸附于氧化铈的情况相比，在排气的空燃比的浓程度不大时，或者在排气净化催化剂20、24的温度不高时不会产生。
在这样在铂的表面上吸附有硫成分的状态下，若排气净化催化剂20、24成为高温(例如，600℃以上)，浓空燃比的排气流入排气净化催化剂20、24，则吸附在铂表面上的硫成分脱离。在图6(C)中示出该情形。如图6(C)所示，当浓空燃比的排气流入排气净化催化剂20、24时，在流入的排气中包含有大量的过剩的未燃HC、CO。另外，即使排气的空燃比为浓空燃比，在排气中也稍微包含有氧。因而，在排气净化催化剂20、24为高温时，吸附在铂表面上的硫成分与排气中的未燃HC、CO以及氧反应，成为SOx、H2S而从铂表面脱离。此外，此时，吸藏于氧化铈的SOx也不会吸附于铂表面而会脱离。
在此，在内燃机的运转期间，排气净化催化剂20、24的温度并非始终维持在高温(例如，720℃以上)，根据内燃机运转状态，排气净化催化剂20、24的温度有时也维持在一定程度低的温度(例如，低于720℃)。在这样排气净化催化剂20、24维持在一定程度低的温度的情况下，若流入排气净化催化剂20、24的排气的空燃比成为浓空燃比，则如图6(B)所示，硫成分会从氧化铈移动到铂表面上而招致铂的催化剂活性的下降。
与此相对，在图4所示的平均空燃比控制中，稀偏移量被设为比浓偏移量小。由此，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的平均空燃比稀的期间比平均空燃比浓的期间长。这样，在图4所示的平均空燃比控制中，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的平均空燃比稀的期间变长，另外，平均空燃比浓的期间变短。因而，硫成分不容易从氧化铈向铂表面上移动，由此能够抑制铂的催化剂活性的下降。
此外，从延长平均空燃比稀的期间，缩短平均空燃比浓的期间的观点来看，优选稀偏移量尽量小，且浓偏移量尽量大。即，优选稀偏移量与浓偏移量之差尽量大。
接着，参照图7，对进行汽缸间空燃比控制的效果进行说明。图7示出了自上游侧排气净化催化剂的排气流动方向上游侧端面(前端面)起的距离与每单位体积的排气净化催化剂中的SOx向载体的吸藏量的关系，示出了使用硫成分浓度高的燃料进行了一定时间的内燃机的运转时的试验结果。
图7(A)示出了将流入上游侧排气净化催化剂的排气的平均空燃比维持在理论空燃比，并且未进行上述汽缸间空燃比控制的情况下的结果。因此，图7(A)示出了在所有汽缸中燃烧空燃比都维持在理论空燃比的情况下的结果。从图7(A)可知，在未进行汽缸间空燃比控制的情况下，在上游侧排气净化催化剂的排气流动方向整个区域都吸藏SOx，并且，特别在后方吸藏很多SOx。
另一方面，图7(B)示出了将流入上游侧排气净化催化剂的排气的平均空燃比维持在理论空燃比，并且进行了上述汽缸间空燃比控制的情况下的结果。因此，图7(B)示出了以理论空燃比为中心而按每个汽缸使燃烧空燃比向浓侧和稀侧偏移的情况下的结果。从图7(B)可知，在进行了汽缸间空燃比控制的情况下，在上游侧排气净化催化剂的排气流动方向前方吸藏有很多SOx，并且在后方几乎未吸藏SOx。
作为在这样进行了汽缸间空燃比控制的情况下在上游侧排气净化催化剂的前方吸藏SOx的理由，可认为与SOx的吸藏和氧的吸入放出存在关联性。在进行了汽缸间空燃比控制的情况下，从燃烧空燃比为浓空燃比的汽缸排出包含过剩的未燃HC、CO的排气。另一方面，从燃烧空燃比为稀空燃比的汽缸排出包含过剩的氧的排气。其结果，在流入上游侧排气净化催化剂的排气中，即使其平均空燃比为理论空燃比，也包含大量的未燃HC、CO和氧。
其结果，在进行了汽缸间空燃比控制的情况下(图7(B))，在上游侧排气净化催化剂的前方活跃地进行氧的吸入放出。在此，可认为SOx向上游侧排气净化催化剂的载体的吸藏容易在氧的吸入放出活跃的上游侧排气净化催化剂的区域中产生。因而，在进行了汽缸间空燃比控制的情况下，在活跃地进行氧的吸入放出的上游侧排气净化催化剂的前方吸藏很多SOx，其结果，在后方则不再吸藏SOx。
另一方面，在未进行汽缸间空燃比控制的情况下(图7(A))，流入上游侧排气净化催化剂的排气中所包含的未燃HC、CO和氧不那么多。因而，在上游侧排气净化催化剂的前方侧不会产生那么活跃的反应，由此，在前方侧不会进行活跃的氧的吸入放出。其结果，会从上游侧排气净化催化剂的中间到后方活跃地进行氧的吸入放出。因而，在未进行汽缸间空燃比控制的情况下，可认为在排气流动方向整个区域都吸藏SOx，并且特别在从上游侧排气净化催化剂的中间到后方会吸藏很多SOx。此外，在图7所示的例子中，虽然示出了将流入上游侧排气净化催化剂的排气的平均空燃比维持在理论空燃比的情况，但在将流入上游侧排气净化催化剂的排气的平均空燃比维持在稀空燃比的情况下也具有同样的倾向。
在此，上游侧排气净化催化剂的最大可吸藏氧量Cmax根据其SOx吸藏状态而变化。具体而言，若在上游侧排气净化催化剂的某区域中吸藏SOx，则该区域中的可吸藏氧量减少，哪怕只吸藏少量的SOx，之后，即使该区域中的Sox吸藏量增加，可吸藏氧量也几乎不会进一步减少。因此，在未进行汽缸间空燃比控制的情况下(图7(A))，由于在上游侧排气净化催化剂的排气流动方向整个区域都吸藏SOx，所以上游侧排气净化催化剂的最大可吸藏氧量Cmax变少。与此相对，在进行了汽缸间空燃比控制的情况下(图7(B))，在上游侧排气净化催化剂的后方留有几乎未吸藏SOx的区域。其结果，在该情况下，能够抑制最大可吸藏氧量Cmax的下降。
另外，若在平均空燃比修正量AFCav为稀设定修正量AFClean时(例如，图4的时刻t2～t3)执行汽缸间空燃比控制，则在稀侧的汽缸中，空燃比修正量AFC成为向稀设定修正量AFClean加上变更量α而得到的值。其结果，稀侧的汽缸的燃烧空燃比成为稀程度大的稀。
在此，如参照图6(A)所说明，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比的稀程度越大，则SOx越牢固地吸藏于氧化铈。因此，通过除了平均空燃比控制之外还进行汽缸间空燃比控制，能够使SOx牢固地吸藏于氧化铈，因而能够抑制硫成分从氧化铈向铂表面上的移动。
由上可知，根据图4所示的空燃比控制，通过进行如上所述的平均空燃比控制，能够抑制吸附于载体(氧化铈等)的硫成分向贵金属(铂等)上移动，由此能够抑制贵金属的催化剂活性下降。除此之外，通过进行如上所述的汽缸间空燃比控制，能够在上游侧排气净化催化剂20的后方抑制SOx向载体的吸藏，由此能够抑制最大可吸藏氧量的下降。进而，通过进行上述汽缸间空燃比控制，也能够抑制吸附于载体的硫成分向贵金属上移动。
此外，在上述实施方式中，在汽缸间空燃比控制中，在浓侧的所有汽缸中变更量α都相同，因而燃烧空燃比相同。但是，无需在浓侧的所有汽缸中使变更量α一定，也可以在浓侧的汽缸间使变更量为不同的值。在该情况下，在浓侧的汽缸间燃烧空燃比不同。另外，对于稀侧的汽缸也可以说是同样的。
另外，在上述实施方式中，在汽缸间空燃比控制中，在所有汽缸中，燃烧空燃比都相对于平均空燃比向浓侧和稀侧的某一方偏移。但是，在汽缸间空燃比控制中，也可以在一部分汽缸中使变更量为零，使燃烧空燃比与平均空燃比一致。
除此之外，在上述实施方式中，在汽缸间空燃比控制中，浓侧的汽缸数与稀侧的汽缸数相同。但是，浓侧的汽缸数和稀侧的汽缸数不一定必须相同。因此，例如，在4缸内燃机的情况下，也可以仅将1个汽缸设为向浓侧偏移的汽缸，将剩余3个汽缸或者剩余3个汽缸中的2个汽缸设为向稀侧偏移的汽缸。
但是，不管在哪种情况下，即使在通过平均空燃比控制将平均空燃比控制成了稀空燃比时，也需要进行汽缸间空燃比控制，以使得在多个汽缸中的至少一个汽缸中燃烧空燃比成为浓空燃比。另外，优选，在通过平均空燃比控制将平均空燃比控制成了浓空燃比时，也进行汽缸间空燃比控制，以使得在多个汽缸中的至少一个汽缸中燃烧空燃比成为稀空燃比。另外，在汽缸间空燃比控制中，优选控制各汽缸的燃烧空燃比，以使得在多个汽缸中的一部分汽缸中比平均空燃比浓，且在多个汽缸中的剩余汽缸中比平均空燃比稀。
<上游侧空燃比传感器中的偏离>
即使从内燃机主体排出的排气的空燃比一定，排气中所包含的氢的量越多，与空燃比传感器的输出相当的空燃比(以下，也称作“输出空燃比”)也越向浓侧偏离。可认为，这是因为氢与未燃HC等其他排气中的成分相比更容易通过设置于空燃比传感器的扩散限速层。例如，在排气中所包含的未燃HC、CO与氧的当量比为1：1的情况下，这些成分的扩散速度没有那么大的差别，因而空燃比传感器的输出空燃比大致为理论空燃比。与此相对，在排气中所包含的未燃HC、CO以及氢与氧的当量比为1：1的情况下，其中仅氢的扩散速度快，因而会在空燃比传感器的排气侧电极周围会存在很多氢。其结果，空燃比传感器的输出空燃比会向浓侧偏离。
特别是，在执行了汽缸间空燃比控制的情况下，会从一部分汽缸排出比目标平均空燃比浓的空燃比的排气。这样的浓空燃比的排气除了包含有未燃HC、CO之外，还包含有氢。因此，即使排气的空燃比一定，在执行了汽缸间空燃比控制的情况下，排气中所包含的氢的量也会比未执行汽缸间空燃比控制的情况多。其结果，空燃比传感器的输出空燃比容易向浓侧偏离。
若上游侧空燃比传感器40的输出空燃比这样产生偏离，则即使进行了如上所述的平均空燃比控制和/或汽缸间空燃比控制，有时也无法充分发挥出其效果。以下，参照图8对此进行说明。
图8是与图4同样的平均空燃比修正量AFCav等的时间图。图8示出了上游侧空燃比传感器40的输出空燃比向浓侧偏离的情况。图中，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup中的实线示出了实际的输出空燃比。另一方面，虚线示出了在上游侧空燃比传感器40周围流通的排气的实际的空燃比。
在图8所示的例子中，在时刻t1以前，平均空燃比修正量AFCav被设为了浓设定修正量AFCrich，因而目标平均空燃比被设为了浓设定空燃比。与此相伴，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup成为与浓设定空燃比相等的空燃比。但是，如上所述，由于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比向浓侧偏离，所以排气的实际的空燃比成为了比浓设定空燃比靠稀侧的空燃比。即，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup比实际的空燃比(图中的虚线)低(靠浓侧)。因而，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA的减少速度慢。
另外，在图8所示的例子中，在时刻t1，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn达到浓判定空燃比AFrich。因而，如上所述，在时刻t1，平均空燃比修正量AFCav被切换成稀设定修正量AFClean。即，目标空燃比被切换成稀设定空燃比。
与此相伴，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup成为与稀设定空燃比相等的空燃比。但是，如上所述，由于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比向浓侧偏离，所以排气的实际的空燃比成为了比稀设定空燃比稀的空燃比。即，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup比实际的空燃比(图中的虚线)低(靠浓侧)。因此，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA的增加速度快。
这样，当上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFdwn产生偏离时，与未产生偏离的情况相比，平均空燃比修正量AFCav被设定为浓设定修正量AFCrich时的氧吸藏量OSA的减少速度变慢。除此之外，平均空燃比修正量AFCav被设定为稀设定修正量AFClean时的氧吸藏量OSA的增加速度变快。因而，平均空燃比修正量AFCav被设定为浓设定修正量AFCrich的期间变长，被设定为稀设定修正量AFClean的期间变短。因此，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的平均空燃比浓的期间变长，另外，平均空燃比稀的期间变短。因而，硫成分容易从氧化铈移动到铂表面上，由此可能会招致铂的催化剂活性的降低。
因此，为了抑制催化剂活性的降低，需要进行输出空燃比等的修正以补偿上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏离。
<通常学习控制>
于是，在本发明的实施方式中，为了补偿上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏离，在通常运转期间(即，在基于如上所述的目标平均空燃比来进行反馈控制时)进行学习控制。其中，首先对通常学习控制进行说明。
在此，将从将目标平均空燃比切换成稀空燃比起、直到再次切换成浓空燃比为止的期间设为氧增大期间(第1期间)。同样，将从将目标平均空燃比切换成浓空燃比起、直到再次切换成稀空燃比为止的期间设为氧减少期间(第2期间)。在本实施方式的通常学习控制中，算出稀氧量累计值(第1氧量累计值)作为氧增大期间内的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值。除此之外，算出浓氧量累计值(第2氧量累计值)作为氧减少期间内的累计氧过剩不足量的绝对值。然后，以使这些稀氧量累计值与浓氧量累计值之差变小的方式修正控制中心空燃比AFR。
另外，在本实施方式中，在上述那样算出的稀氧量累计值与浓氧量累计值之差为预先设定的预定值以上的情况下，不执行上述汽缸间空燃比控制，而是控制各汽缸的目标空燃比，以使得在所有汽缸中目标空燃比都相等。以下，参照图9对该控制进行说明。
图9是控制中心空燃比AFR、平均空燃比修正量AFCav、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup、上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA、累计氧过剩不足量ΣOED、下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn以及学习值sfbg的时间图。图9与图8同样地示出了上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup向低侧(浓侧)偏离的情况。此外，学习值sfbg是根据上游侧空燃比传感器40的输出空燃比(输出电流)的偏离而变化的值，在本实施方式中用于修正控制中心空燃比AFR。另外，图中，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup中的实线示出了与由上游侧空燃比传感器40检测到的输出相当的空燃比，虚线示出了在上游侧空燃比传感器40周围流通的排气的实际的空燃比。除此之外，单点划线示出了目标平均空燃比、即与平均空燃比修正量AFCav相当的空燃比。
此外，累计氧过剩不足量ΣOED是氧过剩不足量的累计值。氧过剩不足量意味着在想要使流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比成为理论空燃比时成为过剩的氧或不足的氧(过剩的未燃气体等的量)。特别地，在目标平均空燃比成为了稀设定空燃比时，流入上游侧排气净化催化剂20的排气中的氧成为过剩，该过剩的氧被吸藏于上游侧排气净化催化剂20。因此，氧过剩不足量的累计值(即，“累计氧过剩不足量”)可以说表示上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA。
氧过剩不足量的算出基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup以及基于空气流量计39等算出的向燃烧室5内吸入的吸入空气量的推定值或从燃料喷射阀11供给的燃料供给量等进行。具体而言，氧过剩不足量OED例如通过下述式(1)算出。
OED＝0.23×Qi×(AFup-14.6)…(1)
在此，0.23表示空气中的氧浓度，Qi表示燃料喷射量，AFup表示上游侧空燃比传感器40的输出空燃比。
在图示的例子中，在时刻t1以前的状态下，控制中心空燃比被设为理论空燃比，平均空燃比修正量AFCav被设为浓设定修正量AFCrich。此时，如实线所示，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup成为与浓设定空燃比相当的空燃比。但是，由于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比产生了偏离，所以排气的实际的空燃比是比浓设定空燃比稀的空燃比(图9的虚线)。但是，在图9所示的例子中，从图9的虚线可知，时刻t1以前的实际的排气的空燃比虽然比浓设定空燃比稀，但却是浓空燃比。因此，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量渐渐减少。
在图示的例子中，在时刻t1，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn达到浓判定空燃比AFrich。由此，如上所述，平均空燃比修正量AFCav被切换成稀设定修正量AFClean。在时刻t1以后，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFdwn成为与稀设定空燃比相当的空燃比。但是，通过上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏离，排气的实际的空燃比成为比稀设定空燃比稀的空燃比、即稀程度大的空燃比(参照图9的虚线)。因而，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA急速增大。
另一方面，氧过剩不足量OSA基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup(更准确地说是输出空燃比AFup与控制中心空燃比AFR之差)算出。但是，如上所述，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup产生了偏离。因此，算出的氧过剩不足量成为比实际的氧过剩不足量少的(即，氧量少的)值。其结果，算出的累计氧过剩不足量ΣOED比实际的值少。
在图示的例子中，在时刻t2，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn达到稀判定空燃比AFlean。因而，平均空燃比修正量AFCav被切换成浓设定修正量AFCrich。因此，目标平均空燃比被设为浓空燃比。
在时刻t2以后，目标平均空燃比被设为浓空燃比。但是，此时，排气的实际的空燃比也是比浓设定空燃比稀的空燃比(参照图9的虚线)。其结果，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA的减少速度变慢。
在时刻t3，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn达到浓判定空燃比AFrich。由此，如上所述，平均空燃比修正量AFCav被切换成稀设定修正量AFClean。因此，目标平均空燃比从浓设定空燃比向稀设定空燃比切换。
在本实施方式中，如上所述，在从时刻t1到时刻t2的期间算出累计氧过剩不足量ΣOED。在此，若将从将目标平均空燃比切换成稀空燃比时(时刻t1)起、直到将目标平均空燃比再次切换成浓空燃比时或者下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn达到稀判定空燃比AFlean时(时刻t2)为止的期间称作氧增大期间Tinc，则在本实施方式中，在氧增大期间Tinc算出累计氧过剩不足量ΣOED。在图9中，用R1示出了时刻t1～时刻t2的氧增大期间Tinc内的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值(稀氧量累计值)。
该氧增大期间Tinc的累计氧过剩不足量ΣOED(R1)相当于时刻t2的氧吸藏量OSA。但是，如上所述，在氧过剩不足量的推定中使用了上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup，该输出空燃比AFup产生了偏离。因而，在图9所示的例子中，时刻t1～时刻t2的氧增大期间Tinc内的累计氧过剩不足量ΣOED比相当于时刻t2的实际的氧吸藏量OSA的值少。
另外，在本实施方式中，在从时刻t2到时刻t3的期间也算出累计氧过剩不足量ΣOED。在此，若将从将目标平均空燃比切换成浓空燃比时(时刻t2)起、直到将目标腔平均空燃比再次切换成稀空燃比时或者下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich时(时刻t3)为止的期间称作氧减少期间Tdec，则在本实施方式中，在氧减少期间Tdec算出累计氧过剩不足量ΣOED。在图9中，用F1示出了时刻t2～时刻t3的氧减少期间Tdec内的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值(浓氧量累计值)。
该氧减少期间Tdec的累计氧过剩不足量ΣOED(F1)相当于从时刻t2到时刻t3从上游侧排气净化催化剂20放出的总氧量。但是，如上所述，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup产生了偏离。因而，在图9所示的例子中，时刻t2～时刻t3的氧减少期间Tdec内的累计氧过剩不足量ΣOED比相当于从时刻t2到时刻t3从上游侧排气净化催化剂20实际放出的总氧量的值多。
在此，在氧增大期间Tinc，上游侧排气净化催化剂20吸藏氧，并且在氧减少期间Tdec，放出所吸藏的全部氧。因此，氧增大期间Tinc内的累计氧过剩不足量的绝对值R1与氧减少期间Tdec内的累计氧过剩不足量的绝对值F1应该是基本上相同的值。但是，如上所述，在上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup产生了偏离的情况下，这些累计值的值也根据该偏离而变化。如上所述，在上游侧空燃比传感器40的输出空燃比向低侧(浓侧)偏离的情况下，绝对值F1比绝对值R1多。相反，在上游侧空燃比传感器40的输出空燃比向高侧(稀侧)偏离的情况下，绝对值F1比绝对值R1少。除此之外，氧增大期间Tinc内的累计氧过剩不足量的绝对值R1与氧减少期间Tdec内的累计氧过剩不足量的绝对值F1之差ΔΣOED(＝R1-F1，以下称作“过剩不足量误差”)表示上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏离程度。过剩不足量误差ΔΣOED越大，则可以说上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏离越大。
于是，在本实施方式中，基于过剩不足量误差ΔΣOED来修正控制中心空燃比AFR。特别地，在本实施方式中，以使氧增大期间Tinc内的累计氧过剩不足量的绝对值R1与氧减少期间Tdec内的累计氧过剩不足量的绝对值F1之差ΔΣOED变小的方式修正控制中心空燃比AFR。
具体而言，在本实施方式中，通过下述式(2)算出学习值sfbg，并且通过下述式(3)修正控制中心空燃比AFR。
sfbg(n)＝sfbg(n-1)+k1·ΔΣOED…(2)
AFR＝AFRbase+sfbg(n)…(3)
此外，在上述式(2)中，n表示计算次数或时间。因此，sfbg(n)是本次计算时或当前的学习值。除此之外，上述式(2)中的k1是表示将过剩不足量误差ΔΣOED反映于控制中心空燃比AFR的程度的增益。增益k1的值越大，则控制中心空燃比AFR的修正量越大。进而，在上述式(3)中，基本控制中心空燃比AFRbase是成为基本的控制中心空燃比，在本实施方式中是理论空燃比。
在图9的时刻t3，如上所述，基于绝对值R1、F1算出学习值sfbg。特别地，图9所示的例子中，由于氧减少期间Tdec内的累计氧过剩不足量的绝对值F1比氧增大期间Tinc内的累计氧过剩不足量的绝对值R1大，所以在时刻t3使学习值sfbg减少。
在此，使用上述式(3)，基于学习值sfbg来修正控制中心空燃比AFR。在图9所示的例子中，学习值sfbg是负值，因而控制中心空燃比AFR是比基本控制中心空燃比AFRbase小的值、即浓侧的值。由此，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比会向浓侧被修正。
其结果，在时刻t3以后，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的实际的空燃比相对于目标平均空燃比的偏离与时刻t3以前相比变小。因此，在时刻t3以后，表示实际的空燃比的虚线与表示目标平均空燃比的单点划线之间的差比时刻t3以前的差小。
除此之外，在时刻t3算出的过剩不足量误差ΔΣOED为预先设定的判定值以上。因而，在本实施方式中，在时刻t3以后，停止汽缸间空燃比控制。其结果，空燃比修正量AFC在所有汽缸中都成为与平均空燃比修正量AFCav一致的相等的值。即，在所有汽缸中，目标空燃比都被设为相等的空燃比。此外，判定值被设为比零大且比未使用时的上游侧排气净化催化剂20的最大可吸藏氧量Cmax少的量。
另外，在时刻t3以后也进行与时刻t1～时刻t2的操作同样的操作。因此，当在时刻t4上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFdwn达到稀判定空燃比AFlean时，目标平均空燃比从稀设定空燃比向浓设定空燃比切换。之后，当在时刻t5下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich时，目标平均空燃比再次被切换成稀设定空燃比。
时刻t3～时刻t4相当于如上所述的氧增大期间Tinc，因而，其间的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值可由图9的R2表示。另外，时刻t4～时刻t5相当于如上所述的氧减少期间Tdec，因而，其间的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值可由图9的F2表示。并且，基于这些绝对值R2、F2之差ΔΣOED(＝R2-F2)，使用上述式(2)来更新学习值sfbg。在本实施方式中，在时刻t5以后也反复进行同样的控制，由此，反复进行学习值sfbg的更新。
另外，在时刻t5算出的过剩不足量误差ΔΣOED也为预先设定的判定值以上。因而，在本实施方式中，在时刻t5以后，使汽缸间空燃比控制停止的状态继续。之后，汽缸间空燃比控制维持停止的状态，直到过剩不足量误差ΔΣOED变得比预先设定的判定值小。
根据本实施方式，通过利用通常学习控制这样进行学习值sfbg的更新，虽然上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup渐渐远离目标平均空燃比，但流入上游侧排气净化催化剂20的排气的实际的空燃比渐渐接近目标平均空燃比。由此，能够补偿上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏离。
另外，在本实施方式中，在过剩不足量误差ΔΣOED为判定值以上时停止汽缸间空燃比控制。在此，在过剩不足量误差ΔΣOED大时，即，在上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup的偏离大时，若执行汽缸间空燃比控制，则根据汽缸，燃烧空燃比会成为过浓或过稀的空燃比。另外，如上所述，在汽缸间空燃比控制中，即使在目标平均空燃比被控制成了稀空燃比时，也在至少一个汽缸中将目标空燃比设为浓空燃比。但是，若上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFdwn的偏离大，则这时即使在至少一个汽缸中将目标空燃比设为浓空燃比，实际的排气的空燃比也不会成为浓空燃比，而会成为理论空燃比或稀空燃比。其结果，即使执行汽缸间空燃比控制，也无法充分得到如上所述的使SOx吸藏于上游侧排气净化催化剂20的前方这一效果。
与此相对，在本实施方式中，在过剩不足量误差ΔΣOED为判定值以上时，停止汽缸间空燃比控制。因而，可防止燃烧空燃比成为过浓或过稀的空燃比。另外，可抑制在无法充分得到使SOx吸藏于上游侧排气净化催化剂20的前方这一效果的区域中不必要地执行汽缸间空燃比控制。
此外，如上所述，学习值sfbg的更新优选基于氧增大期间Tinc内的累计氧过剩不足量ΣOED和紧接在该氧增大期间Tinc之后的氧减少期间Tdec内的累计氧过剩不足量ΣOED来进行。这是因为，如上所述，在氧增大期间Tinc吸藏于上游侧排气净化催化剂20的总氧量与在紧接其后的氧减少期间Tdec从上游侧排气净化催化剂20放出的总氧量相等。
除此之外，在上述实施方式中，基于1次氧增大期间Tinc内的累计氧过剩不足量ΣOED和1次氧减少期间Tdec内的累计氧过剩不足量ΣOED来进行学习值sfbg的更新。但是，也可以基于多次氧增大期间Tinc内的累计氧过剩不足量ΣOED的合计值或平均值以及多次氧减少期间Tdec内的累计氧过剩不足量ΣOED的合计值或平均值来进行学习值sfbg的更新。
另外，在上述实施方式中，基于学习值sfbg来修正控制中心空燃比AFR。但是，基于学习值sfbg进行修正的也可以是与空燃比相关的其他参数。作为其他参数，例如可举出向燃烧室5内供给的燃料供给量、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比、平均空燃比修正量(即，目标空燃比)等。
<上游侧空燃比传感器中的大幅偏离>
在图8和图9所示的例子中，示出了虽然上游侧排气净化催化剂20的输出空燃比产生了偏离，但偏离的程度并不是那么大的情况。因此，从图8和图9的虚线也可知，在目标平均空燃比被设定为了浓设定空燃比的情况下，实际的排气的空燃比虽然比浓设定空燃比稀，但却是浓空燃比。
与此相对，若上游侧排气净化催化剂20产生的偏离变大，则即使目标平均空燃比被设定为了浓设定空燃比，实际的排气的空燃比有时也会成为理论空燃比。在图10示出该情形。
在图10中，在时刻t1以前，平均空燃比修正量AFCav被设为稀设定修正量AFClean。与此相伴，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup成为稀设定空燃比。但是，上游侧空燃比传感器40的输出空燃向浓侧大幅偏离，因而排气的实际的空燃比是比稀设定空燃比稀的空燃比(图中的虚线)。
之后，当在时刻t1下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到稀判定空燃比AFlean时，平均空燃比修正量AFCav被切换成浓设定修正量AFCrich。与此相伴，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup成为与浓设定空燃比相当的空燃比。但是，由于上游侧空燃比传感器40的输出空燃向浓侧大幅偏离，所以排气的实际的空燃比是理论空燃比(图中的虚线)。
其结果，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA不变而维持在一定的值。因而，即使在将平均空燃比修正量AFCav切换成浓设定修正量AFCrich之后经过了长时间，也不会从上游侧排气净化催化剂20排出未燃气体，因此，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn大致维持在理论空燃比。如上所述，平均空燃比修正量AFCav从浓设定修正量AFCrich向稀设定修正量AFClean的切换在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到了浓判定空燃比AFrich时进行。但是，在图10所示的例子中，由于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn维持在理论空燃比，所以平均空燃比修正量AFCav会长时间维持在浓设定修正量AFCrich。在此，上述通常学习控制以平均空燃比修正量AFCav在浓设定修正量AFCrich与稀设定修正量AFClean之间交替地切换为前提。因此，在上游侧空燃比传感器40的输出空燃比较大幅偏离的情况下，不进行平均空燃比修正量AFCav的切换，因而无法进行上述通常学习控制。
图11是示出上游侧空燃比传感器40的输出空燃比以极大的幅度向浓侧偏离的情况的与图10同样的图。在图11所示的例子中，与图10所示的例子同样，在时刻t1，空燃比修正量AFC被切换成浓设定修正量AFCrich。即，在时刻t1，目标平均空燃比被设定为浓设定空燃比。但是，由于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏离，实际的排气的空燃比是稀空燃比(图中的虚线)。
其结果，尽管平均空燃比修正量AFCav被设定为了浓设定修正量AFCrich，却向上游侧排气净化催化剂20流入稀空燃比的排气。上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA已经达到了最大可吸藏氧量Cmax，因而流入的排气中所包含的氧和NOx直接从上游侧排气净化催化剂20流出。其结果，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn维持在稀判定空燃比AFlean以上。因此，在该情况下，不进行平均空燃比修正量AFCav从浓设定修正量AFCrich向稀设定修正量AFClean的切换，因而无法进行上述通常学习控制。
<粘附学习控制>
于是，在本实施方式中，即使在上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏离大的情况下，为了补偿该偏离，除了上述通常学习控制之外，还进行理论空燃比粘附学习控制、稀粘附学习控制以及浓粘附学习控制。
<理论空燃比粘附学习>
首先，对理论空燃比粘附学习控制进行说明。理论空燃比粘附学习控制是如图10所示的例子那样，在由下游侧空燃比传感器41检测的空燃比粘附于理论空燃比的情况下进行的学习控制。
在此，将浓判定空燃比AFrich与稀判定空燃比AFlean之间的区域称作中间区域M。该中间区域M将浓判定空燃比与稀判定空燃比之间的空燃比区域相当于理论空燃比附近区域。在理论空燃比粘附学习控制中，判断在将平均空燃比修正量AFCav切换成浓设定修正量AFCrich之后，即，在将目标平均空燃比切换成浓设定空燃比之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否在预先设定的理论空燃比维持判定时间以上的期间或者直到累计氧过剩不足量成为预先设定的预定值以上位置的期间内维持在中间区域M内。并且，在理论空燃比维持判定时间以上的期间内维持在中间区域M内的情况下，减少学习值sfbg以使得流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比向浓侧变化。
除此之外，在本实施方式中，在目标平均空燃比被设定为了浓空燃比或稀空燃比的任一方的空燃比时，在由所述下游侧空燃比传感器检测到的空燃比在理论空燃比维持判定时间以上的期间或者直到累计氧过剩不足量成为预先设定的预定值以上为止的期间内维持在所述理论空燃比附近空燃比区域内的情况下，不执行汽缸间空燃比控制，而是控制各汽缸的目标空燃比，以使得在所有汽缸中目标空燃比都相等。在图12示出该情形。
图12是示出平均空燃比修正量AFCav等的时间图的与图9同样的图。图12与图10同样地示出了上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup向低侧(浓侧)大幅偏离的情况。
在图示的例子中，与图10同样，在时刻t1以前，平均空燃比修正量AFCav被设为稀设定修正量AFClean。之后，当在时刻t1下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到稀判定空燃比Aflean时，平均空燃比修正量AFCav被切换成浓设定修正量AFCrich。但是，由于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup向浓侧大幅偏离，所以与图10所示的例子同样，排气的实际的空燃比大致为理论空燃比。因而，在时刻t1以后，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA维持在一定的值。其结果，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn长期维持在理论空燃比附近，因而维持在中间区域M内。
于是，在本实施方式中，在将平均空燃比修正量AFCav切换成浓设定修正量AFCrich之后，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在预先设定的理论空燃比维持判定时间Tsto以上的期间内维持在中间区域M内的情况下(时刻t2)，修正控制中心空燃比AFR。特别地，在本实施方式中，更新学习值sfbg以使得流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比向浓侧变化。除此之外，在本实施方式中，在这样的情况下，暂时停止汽缸间空燃比控制，控制各汽缸的目标空燃比以使得在所有汽缸中目标空燃比都相等。
具体而言，在本实施方式中，通过下述式(4)算出学习值sfbg，并且通过上述式(3)修正控制中心空燃比AFR。
sfbg(n)＝sfbg(n-1)+k2·AFCrich…(4)
此外，在上述式(4)中，k2是表示修正控制中心空燃比AFR的程度的增益(0<k2≤1)。增益k2的值越大，则控制中心空燃比AFR的修正量越大。
在此，如上所述，在平均空燃比修正量AFCav切换后下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn长期维持在中间区域M内的情况下，排气的实际的空燃比大致为理论空燃比附近的值。因而，上游侧空燃比传感器40中的偏离和控制中心空燃比(理论空燃比)与目标平均空燃比(在该情况下是浓设定空燃比)程度相同。在本实施方式中，如上述式(4)所示，基于相当于控制中心空燃比与目标平均空燃比之差的平均空燃比修正量AFCav来更新学习值sfbg，由此，能够更适当地补偿上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏离。
在图12所示的例子中，从时刻t1到经过了理论空燃比维持判定时间Tsto后的时刻t2，平均空燃比修正量AFCav被设为浓设定修正量AFCrich。因而，在时刻t2，使用式(4)来减少学习值sfbg。其结果，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的实际的空燃比向浓侧变化。由此，在时刻t2以后，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的实际的空燃比相对于目标平均空燃比的偏离与时刻t2以前相比变小。因此，在时刻t2以后，表示实际的空燃比的虚线与表示目标平均空燃比的单点划线之间的差比时刻t2以前的差小。
另外，根据本实施方式，在从时刻t1到经过了理论空燃比维持判定时间Tsto后的时刻t2的期间，停止汽缸间空燃比控制。其结果，空燃比修正量AFC在所有汽缸中都成为与平均空燃比修正量AFCav一致的相等的值。即，在所有汽缸中目标空燃比都被设为相等的空燃比。
图12所示的例子中，示出了将增益k2设为比较小的值的例子。因此，即使在时刻t2进行学习值sfbg的更新，也会残留有流入上游侧排气净化催化剂20的排气的实际的空燃比相对于目标平均空燃比的偏离。因此，排气的实际的空燃比成为比浓设定空燃比稀的空燃比、即浓程度小的空燃比(参照图12的虚线)。因而，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA的减少速度慢。
其结果，从时刻t2到经过了理论空燃比维持判定时间Tsto后的时刻t3，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn维持在理论空燃比附近，因此维持在中间区域M内。因此，图12所示的例子中，在时刻t3也使用上述式(4)进行学习值sfbg的更新。另外，在时刻t3以后也持续保持停止汽缸间空燃比控制的状态。
在图12所示的例子中，之后，在时刻t4，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn成为浓判定空燃比AFrich以下。这样，在输出空燃比AFdwn成为了浓判定空燃比AFrich以下之后，如上所述，平均空燃比修正量AFCav被交替地设定为稀设定修正量AFClean和浓设定修正量AFCrich。与此相伴，进行上述通常学习控制。另外，汽缸间空燃比控制维持停止的状态，直到在通常学习控制中过剩不足量误差ΔΣOED变得比预先设定的判定值小。
通过利用理论空燃比粘附学习控制这样进行学习值sfbg的更新，即使在上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup的偏离大的情况下，也能够进行学习值的更新。由此，能够补偿上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏离。
<理论空燃比粘附学习的变形例>
此外，在上述实施方式中，理论空燃比维持判定时间Tsto被设为预先设定的时间。在该情况下，理论空燃比维持判定时间被设为将目标平均空燃比切换成浓空燃比之后的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值达到新品时的上游侧排气净化催化剂20的最大可吸藏氧量为止通常所花费的时间以上。具体而言，优选设为该时间的2倍～4倍左右的时间。
或者，也可以使理论空燃比维持判定时间Tsto根据将目标平均空燃比切换成浓空燃比之后的累计氧过剩不足量ΣOED等其他参数而变化。具体而言，例如，累计氧过剩不足量ΣOED越多，则理论空燃比维持判定时间Tsto被设为越短。由此，也可以在将目标平均空燃比切换成浓空燃比之后的累计氧过剩不足量ΣOED成为了预定量(例如，图12的OEDsw)时进行如上所述的学习值sfbg的更新。另外，在该情况下，需要将累计氧过剩不足量ΣOED的上述预定量设为新品时的上游侧排气净化催化剂20的最大可吸藏氧量以上。具体而言，优选设为最大可吸藏氧量的2倍～4倍左右的量。
另外，在上述理论空燃比粘附学习控制中，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比在理论空燃比判定时间Tsto以上的期间内维持在理论空燃比附近空燃比区域内的情况下，进行学习值的更新。但是，也可以基于时间以外的参数来进行理论空燃比粘附学习。
例如，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比粘附于理论空燃比的情况下，将目标空燃比在稀空燃比与浓空燃比之间切换之后的累计氧过剩不足量变多。因而，也可以在切换目标空燃比之后的累计氧过剩不足量的绝对值、或者下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn维持在中间区域M内的期间的累计氧过剩不足量的绝对值变大到预先设定的预定值以上的情况下，进行如上所述的学习值的更新。
进而，图12所示的例子中，示出了在将目标空燃比切换成浓空燃比之后下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在理论空燃比判定时间Tsto以上的期间内维持在理论空燃比附近空燃比区域内的情况。但是，在将目标空燃比切换为稀空燃比之后下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在理论空燃比判定时间Tsto以上的期间内维持在理论空燃比附近空燃比区域内的情况下，也能够进行同样的控制。
<浓·稀粘附学习>
接着，对稀粘附学习控制进行说明。稀粘附学习控制是如图11所示的例子那样，在尽管将目标平均空燃比设为了浓空燃比，由下游侧空燃比传感器41检测的空燃比却粘附于稀空燃比的情况下进行的学习控制。在稀粘附学习控制中，判断在将平均空燃比修正量AFCav切换成浓设定修正量AFCrich之后，即，在将目标平均空燃比切换成浓设定空燃比之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否在预先设定的稀空燃比维持判定时间以上的期间内维持在稀空燃比。并且，在稀空燃比维持判定时间以上的期间内维持在稀空燃比的情况下，减少学习值sfbg以使得流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比向浓侧变化。在图13中示出该情形。
图13是示出平均空燃比修正量AFCav等的时间图的与图9同样的图。图13与图11同样地示出了上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup以极大的幅度向低侧(浓侧)偏离的情况。
在图示的例子中，在时刻t0，平均空燃比修正量AFCav从稀设定修正量AFClean切换成浓设定修正量AFCrich。但是，由于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比以极大的幅度向浓侧偏离，所以与图11所示的例子同样，排气的实际的空燃比是稀空燃比(图13中的虚线)。因此，在时刻t0以后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn维持在稀空燃比。
于是，在本实施方式中，在平均空燃比修正量AFCav被设定为浓设定修正量AFCrich之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在预先设定的稀空燃比维持判定时间Tlean以上的期间内维持在稀空燃比的情况下，修正控制中心空燃比AFR。特别地，在本实施方式中，修正学习值sfbg以使得流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比向浓侧变化。
具体而言，在本实施方式中，通过下述式(5)算出学习值sfbg，并且通过上述式(3)，基于学习值sfbg来修正控制中心空燃比AFR。
sfbg(n)＝sfbg(n-1)+k3·(AFCrich-(AFdwn-14.6))…(5)
此外，在上述式(5)中，k3是表示修正控制中心空燃比AFR的程度的增益(0<k3≤1)。增益K3的值越大，则控制中心空燃比AFR的修正量越大。
在此，图13所示的例子中，在平均空燃比修正量AFCav被设定为了浓设定修正量AFCrich时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn被维持在稀空燃比。在该情况下，上游侧空燃比传感器40中的偏离相当于目标平均空燃比与下游侧空燃比传感器41的输出空燃比之差。若将其分解，则可以说上游侧空燃比传感器40中的偏离与将目标平均空燃比与理论空燃比之差(相当于浓设定修正量AFCrich)和理论空燃比与下游侧空燃比传感器41的输出空燃比之差相加所得到的量同等程度。于是，在本实施方式中，如上述式(5)所示，基于向浓设定修正量AFCrich加上下游侧空燃比传感器41的输出空燃比与理论空燃比之差而得到的值来更新学习值sfbg。特别地，相对于在上述理论空燃比粘附学习中以与浓设定修正量AFCrich相当的量来修正学习值，在稀粘附学习中，除此之外还以与下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn相当的量来修正学习值。另外，增益k3被设为与增益k2同等程度。因而，稀粘附学习中的修正量比理论空燃比粘附学习中的修正量大。
在图13所示的例子中，在时刻t1，使用式(5)使学习值sfbg减少。其结果，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的实际的空燃比向浓侧变化。由此，在时刻t1以后，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的实际的空燃比相对于目标平均空燃比的偏离与时刻t1以前相比变小。因此，在时刻t1以后，表示实际的空燃比的虚线与表示目标平均空燃比的单点划线之间的差比时刻t1以前的差小。
另外，在本实施方式中，从时刻t1到经过了稀空燃比维持判定时间Tlean后的时刻t2，停止汽缸间空燃比控制。其结果，空燃比修正量AFC在所有汽缸中都成为与平均空燃比修正量AFCav一致的相等的值。即，在所有汽缸中目标空燃比都被设为相等的空燃比。
在图13中，示出了将增益k3设为比较小的值的例子。因而，即使在时刻t1进行学习值sfbg的更新，仍残留有上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏离。特别地，在图示的例子中，在时刻t1以后，排气的实际的空燃比依然保持稀空燃比。其结果，从时刻t1起，下游侧空燃比传感器的输出空燃比AFdwn在稀空燃比维持判定时间Tlean的期间内维持在稀空燃比。因而，在图示的例子中，在时刻t2，也通过稀粘附学习而使用上述式(5)进行学习值sfbg的修正。另外，在时刻t2以后也继续保持汽缸间空燃比控制停止的状态。
若在时刻t2进行学习值sfbg的修正，则流入上游侧排气净化催化剂20的排气的实际的空燃比相对于目标平均空燃比的偏离变小。由此，在图示的例子中，在时刻t2以后，排气的实际的空燃比变得比理论空燃比稍浓，与此相伴，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn从稀空燃比大致变化成理论空燃比。特别地，在图13所示的例子中，从时刻t2到时刻t3，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在理论空燃比维持判定时间Tsto的期间内大致维持在理论空燃比，即维持在中间区域M内。因而，在时刻t3，通过理论空燃比粘附学习，使用上述式(4)进行学习值sfbg的修正。另外，汽缸间空燃比控制维持在停止的状态，直到在通常学习控制中过剩不足量误差ΔΣOED变得比预先设定的判定值小。
通过利用稀粘附学习控制这样进行学习值sfbg的更新，即使在上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup的偏离极大的情况下，也能够进行学习值的更新。由此，能够减小上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏离。
此外，在上述实施方式中，稀空燃比维持判定时间Tlean被设为了预先设定的时间。在该情况下，稀空燃比维持判定时间Tlean被设为将目标平均空燃比切换成浓空燃比之后直到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比与此相应地变化为止通常所花费的下游侧空燃比传感器的响应延迟时间以上。具体而言，优选设为该时间的2倍～4倍左右的时间。另外，稀空燃比维持判定时间Tlean比将目标平均空燃比切换成浓空燃比之后的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值到达新品时的上游侧排气净化催化剂20的最大可吸藏氧量为止通常所花费的时间短。因此，稀空燃比维持判定时间Tlean被设为比上述理论空燃比维持判定时间Tsto短。
或者，也可以使稀空燃比维持判定时间Tlean根据在将目标平均空燃比切换成浓空燃比之后所累计的排气流量等其他参数而变化。具体而言，例如，累计排气流量ΣGe越多，则稀空燃比维持判定时间Tlean被设为越短。由此，也可以在将目标平均空燃比切换成浓空燃比之后的累计排气流量成为了预定量(例如，图13的ΣGesw)时进行如上所述的学习值sfbg的更新。另外，在该情况下，预定量需要设为在切换目标平均空燃比之后下游侧空燃比传感器41的输出空燃比与此相应地变化为止所需的排气的总流量以上。具体而言，优选设为该总流量的2倍～4倍左右的量。
接着，对浓粘附学习控制进行说明。浓粘附学习控制是与稀粘附学习控制同样的控制，是在尽管将目标平均空燃比设为了稀空燃比，但由下游侧空燃比传感器41检测的空燃比却粘附于浓空燃比的情况下进行的学习控制。在浓粘附学习控制中，判断在将平均空燃比修正量AFCav切换成稀设定修正量AFClean之后，即在将目标平均空燃比切换成稀设定空燃比之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否在预先设定的浓空燃比维持判定时间(与稀空燃比维持判定时间同样)以上的期间内维持在浓空燃比。并且，在浓空燃比维持判定时间以上的期间内维持在浓空燃比的情况下，增大学习值sfbg以使得流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比向稀侧变化。除此之外，在本实施方式中，在浓空燃比维持判定时间以上的期间内维持在浓空燃比的情况下，不执行汽缸间空燃比控制，而是控制各汽缸的目标空燃比，以使得在所有汽缸中目标空燃比都相等。
即，在浓粘附学习控制中，进行相对于上述稀粘附学习控制使浓和稀相反的控制。
<具体控制的说明>
接着，参照14～图19，对上述实施方式中的排气净化装置的控制装置进行具体说明。如作为功能框图的图14所示，本实施方式中的控制装置构成为包含A1～A10的各功能框。以下，一边参照图14，一边对各功能框进行说明。这些功能框A1～A10中的操作基本上在ECU31中执行。
<燃料喷射量的算出>
首先，对燃料喷射量的算出进行说明。在算出燃料喷射量时，使用缸内吸入空气量算出单元A1、基本燃料喷射量算出单元A2以及燃料喷射量算出单元A3。
缸内吸入空气量算出单元A1基于吸入空气流量Ga、内燃机转速NE以及在ECU31的ROM34中存储的映射或计算式，算出向各汽缸吸入的吸入空气量Mc。吸入空气流量Ga由空气流量计39计测，内燃机转速NE基于曲轴角传感器44的输出算出。
基本燃料喷射量算出单元A2通过将由缸内吸入空气量算出单元A1算出的缸内吸入空气量Mc按每个汽缸除以目标空燃比AFT，来算出基本燃料喷射量Qbase(Qbase＝Mc/AFT)。目标空燃比AFT由后述的目标空燃比设定单元A8算出。
燃料喷射量算出单元A3通过向由基本燃料喷射量算出单元A2算出的基本燃料喷射量Qbase加上后述的F/B修正量Dfi，来算出燃料喷射量Qi(Qi＝Qbase+DFi)。对燃料喷射阀11进行喷射指示，以使得从燃料喷射阀11喷射这样算出的燃料喷射量Qi的燃料。
<目标空燃比的算出>
接着，对目标空燃比的算出进行说明。在算出目标空燃比时，使用氧过剩不足量算出单元A4、空燃比修正量算出单元A5、学习值算出单元A6、控制中心空燃比算出单元A7以及目标空燃比设定单元A8。
氧过剩不足量算出单元A4基于由燃料喷射量算出单元A3算出的燃料喷射量Qi和上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup，算出累计氧过剩不足量ΣOED。氧过剩不足量算出单元A4例如通过上述式(1)将上游侧空燃比传感器40的输出空燃比与控制中心空燃比之差和燃料喷射量Qi相乘，并且通过对求出的值进行累计来算出累计氧过剩不足量ΣOED。
在空燃比修正量算出单元A5中，基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn，算出平均空燃比修正量AFCav和各汽缸的空燃比修正量AFC。具体而言，基于图15所示的流程图算出平均空燃比修正量AFCav和各汽缸的空燃比修正量AFC。
在学习值算出单元A6中，基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn、由氧过剩不足量算出单元A4算出的累计氧过剩不足量ΣOED等，算出学习值sfbg。具体而言，基于图16所示的通常学习处理的流程图和图17所示的粘附学习处理的流程图算出学习值sfbg。这样算出的学习值sfbg被保存在ECU31的RAM33中即使搭载有内燃机的车辆的点火开关断开也不会擦除的存储介质。
在控制中心空燃比算出单元A7中，基于基本控制中心空燃比AFRbase(例如，理论空燃比)和由学习值算出单元A6算出的学习值sfbg，算出控制中心空燃比AFR。具体而言，如上述式(3)所示，通过向基本控制中心空燃比AFRbase加上学习值sfbg来算出控制中心空燃比AFR。
目标空燃比设定单元A8通过向由控制中心空燃比算出单元A7算出的控制中心空燃比AFR加上由空燃比修正量算出单元A5算出的平均空燃比修正量AFCav和各汽缸的空燃比修正量AFC，来分别算出目标平均空燃比AFTav和各汽缸的目标空燃比AFT。这样算出的目标空燃比AFT被输入到基本燃料喷射量算出单元A2，目标平均空燃比AFTav被输入到后述的空燃比偏差算出单元A9。
<F/B修正量的算出>
接着，对基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup进行的F/B修正量的算出进行说明。在算出F/B修正量时，使用空燃比偏差算出单元A9、F/B修正量算出单元A10。
空燃比偏差算出单元A9通过从上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup减去由目标空燃比设定单元A8算出的目标平均空燃比AFTav，来算出空燃比偏差DAF(DAF＝AFup-AFTav)。该空燃比偏差DAF是表示燃料供给量相对于目标平均空燃比AFTav供给的过量或不足的值。
F/B修正量算出单元A10通过对由空燃比偏差算出单元A9算出的空燃比偏差DAF进行比例·积分·微分处理(PID处理)，来基于下述式(6)算出用于补偿燃料供给量的过量或不足的F/B修正量DFi。这样算出的F/B修正量DFi被输入到燃料喷射量算出单元A3。
DFi＝Kp·DAF+Ki·SDAF+Kd·DDAF…(6)
此外，在上述式(6)中，Kp是预先设定的比例增益(比例常数)，Ki是预先设定的积分增益(积分常数)，Kd是预先设定的微分增益(微分常数)。另外，DDAF是空燃比偏差DAF的时间微分值，通过将本次更新后的空燃比偏差DAF与前次更新后的空燃比偏差DAF的偏差除以与更新间隔对应的时间来算出。另外，SDAF是空燃比偏差DAF的时间积分值，该时间积分值DDAF通过向前次更新后的时间积分值DDAF加上本次更新后的空燃比偏差DAF来算出(SDAF＝DDAF+DAF)。
<空燃比修正量算出处理的流程图>
图15是示出本实施方式中的空燃比修正量的算出处理的控制例程的流程图。图示的控制例程以一定时间间隔的中断来进行。
首先，在步骤S11中，判定平均空燃比控制的执行条件是否成立。关于平均空燃比控制的执行条件，将在后面进行阐述。在判定为平均空燃比控制的执行条件不成立的情况下，控制例程结束。另一方面，在判定为平均空燃比控制的执行条件成立的情况下，进入步骤S12。在步骤S12中，判定浓标志Fr是否为1。浓标志Fr是在平均空燃比控制中平均空燃比被控制成了浓空燃比时被设为1，在平均空燃比被控制成了稀空燃比时被设为0的标志。
若在平均空燃比控制中平均空燃比被控制成了浓空燃比，则在步骤S12中判定为浓标志Fr为1，进入步骤S13。在步骤S13中，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否为浓判定空燃比AFrich以下。若从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比大致为理论空燃比，则在步骤S13中判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn比浓判定空燃比AFrich大，进入步骤S14。在步骤S14中，平均空燃比修正量AFCav被设定为浓设定修正量AFCrich。由此，平均空燃比维持在浓空燃比。
接着，在步骤S25中，判定汽缸间空燃比控制(抖动控制)的执行条件是否成立。关于汽缸间空燃比控制的执行条件，将在后面进行阐述。在判定为汽缸间空燃比控制的执行条件不成立的情况下，控制例程结束。另一方面，在判定为汽缸间空燃比控制的执行条件成立的情况下，进入步骤S26。在步骤S26中，从平均空燃比修正量AFCav减去预先设定的预定的变更量α而得到的值被设为浓侧的汽缸的空燃比修正量AFC(R)。接着，在步骤S27中，向平均空燃比修正量AFCav加上预先设定的预定的变更量α而得到的值被设为稀侧的汽缸的空燃比修正量AFC(L)，控制例程结束。
之后，当从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比成为浓空燃比时，在接下来的控制例程中，在步骤S13中判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn为浓判定空燃比AFrich以下，进入步骤S15。在步骤S15中，判定接着进行燃烧的汽缸是否是稀汽缸，在是浓汽缸的情况下，跳过步骤S16。另一方面，若在步骤S15中判定为接着进行燃烧的汽缸是稀汽缸，则进入步骤S16。在步骤S16中，浓侧的汽缸和稀侧的汽缸被对调。因此，到此为止在汽缸间空燃比控制中被设为浓侧的汽缸的汽缸被对调为稀侧的汽缸。接着，在步骤S17中，平均空燃比修正量AFCav被设定为稀设定修正量AFClean。接着，在步骤S18中，浓标志Fr被设置成1，进入步骤S25。
若浓标志Fr被设置成1，则在接下来的控制例程中，从步骤S12进入步骤S19。在步骤S19中，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否为稀判定空燃比AFlean以上。若从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比大致为理论空燃比，则在步骤S19中判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn比稀判定空燃比AFlean小，进入步骤S20。在步骤S20中，平均空燃比修正量AFCav被设定为稀设定修正量AFClean。由此，平均空燃比维持在稀空燃比，进入步骤S25。
之后，当从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比成为稀空燃比时，在接下来的控制例程中，在步骤S19中判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn为稀判定空燃比AFlean以上，进入步骤S21。在步骤S21中，判定接着进行燃烧的汽缸是否是浓汽缸，在是稀汽缸的情况下，跳过步骤S22。另一方面，若在步骤S21中判定为接着进行燃烧的汽缸是浓汽缸，则进入步骤S22。在步骤S22中，浓侧的汽缸和稀侧的汽缸被对调。接着，在步骤S23中，平均空燃比修正量AFCav被设定为浓设定修正量AFCrich。接着，在步骤S24中，浓标志Fr被复位成0，进入步骤S25。
图16是示出通常学习处理的控制例程的流程图。图示的控制例程以一定时间间隔的中断来进行。
如图16所示，首先，在步骤S31中，判定学习值sfbg的更新条件是否成立。作为更新条件成立的情况，例如可举出处于通常控制中等。在步骤S31中判定为学习值sfbg的更新条件成立的情况下，进入步骤S32。在步骤S32中，判定稀标志Fl是否被设定为1。在步骤S32中，在判定为稀标志Fl被设定为1的情况下，进入步骤S33。
在步骤S33中，判定平均空燃比修正量AFCav是否比0大，即目标平均空燃比是否为稀空燃比。在步骤S33中判定为平均空燃比修正量AFCav比0大的情况下，进入步骤S34。在步骤S34中，向累计氧过剩不足量ΣOED加上当前的氧过剩不足量OED。
之后，若目标平均空燃比被切换成浓空燃比，则在接下来的控制例程中，在步骤S33中判定为平均空燃比修正量AFCav为0以下，进入步骤S35。在步骤S35中，稀标志Fl被复位为0，接着，在步骤S36中，Rn被设为当前的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值。接着，在步骤S37中，累计氧过剩不足量ΣOED被复位为0，控制例程结束。
另一方面，若稀标志Fl被复位成0，则在接下来的控制例程中，从步骤S32进入步骤S38。在步骤S38中，判定平均空燃比修正量AFCav是否比0小，即目标平均空燃比是否为浓空燃比。在步骤S38中判定为平均空燃比修正量AFCav比0小的情况下，进入步骤S39。在步骤S39中，向累计氧过剩不足量ΣOED加上当前的氧过剩不足量OED。
之后，若目标平均空燃比被切换成稀空燃比，则在接下来的控制例程中，在步骤S38中判定为平均空燃比修正量AFCav为0以上，进入步骤S40。在步骤S40中，稀标志Fl被复位为1，接着，在步骤S41中，Fn被设为当前的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值。接着，在步骤S42中，累计氧过剩不足量ΣOED被复位成0。接着，在步骤S43中，基于在步骤S36中算出的Rn和在步骤S41中算出的Fn来更新学习值sfbg，控制例程结束。
<粘附学习控制的流程图>
图17和图18是示出粘附学习处理(理论空燃比粘附处理、浓粘附处理以及稀粘附处理)的控制例程的流程图。图示的控制例程以一定时间间隔的中断来进行。
如图17和图18所示，首先，在步骤S51中，判定稀标志Fl是否被设定为了0。在步骤S51中判定为稀标志Fl被设定为了0的情况下，进入步骤S52。在步骤S52中，判定平均空燃比修正量AFCav是否比0大，即目标平均空燃比是否为稀空燃比。在步骤S52中判定为平均空燃比修正量AFCav为0以下的情况下，进入步骤S53。
在步骤S53中，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否比稀判定空燃比AFlean大，在步骤S54中，判定输出空燃比AFdwn是否为浓判定空燃比AFrich与稀判定空燃比AFlean之间的值。在步骤S53、S54中判定为输出空燃比AFdwn比浓判定空燃比AFrich小的情况下，即，在判定为输出空燃比为浓空燃比的情况下，结束控制例程。另一方面，在步骤S53中判定为输出空燃比AFdwn比稀判定空燃比AFlean大的情况下，即，在判定为输出空燃比为稀空燃比的情况下，进入步骤S55。
在步骤S55中，稀维持时间Σtlean加上时间ΔT而得到的值被设为新的稀维持时间ΣTlean。此外，稀维持时间ΣTlean表示输出空燃比维持在稀空燃比的时间。接着，在步骤S56中，判定在步骤S55中算出的稀维持时间ΣTlean是否为稀空燃比判定时间Tlean以上。在步骤S56中判定为ΣTlean比Tlean小的情况下，结束控制例程。另一方面，在稀维持时间ΣTlean增大而在步骤S56中判定为ΣTlean为Tlean以上的情况下，进入步骤S57。在步骤S57中，使用上述式(5)进行学习值sfbg的修正。
另一方面，在步骤S54中判定为输出空燃比AFdwn为浓判定空燃比AFrich与稀判定空燃比AFlean之间的值的情况下，进入步骤S58。在步骤S58中，理论空燃比维持时间Σtsto加上时间ΔT而得到的值被设为新的理论空燃比维持时间ΣTsto。接着，在步骤S59中，判定在步骤S58中算出的理论空燃比维持时间ΣTsto是否为理论空燃比判定时间Tsto以上。在步骤S59中判定为ΣTsto比Tsto小的情况下，结束控制例程。另一方面，在理论空燃比维持时间ΣTsto增大而在步骤S59中判定为ΣTsto为Tsto以上的情况下，进入步骤S60。在步骤S60中，使用上述式(4)进行学习值sfbg的修正。
之后，在目标平均空燃被切换而在步骤S52中判定为平均空燃比修正量AFCav比0大的情况下，进入步骤S61。在步骤S61中，稀空燃比维持时间Σtlean和理论空燃比维持时间ΣTsto被复位成0。接着，在步骤S62中，稀标志Fl被复位成1。
若稀标志Fl被复位成1，则在接下来的控制例程中，从步骤S51进入步骤S63。在步骤S63中，判定平均空燃比修正量AFCav是否比0小，即目标平均空燃比是否为浓空燃比。在步骤S63中判定为平均空燃比修正量AFCav为0以上的情况下，进入步骤S64。
在步骤S64中，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否比浓判定空燃比AFrich小，在步骤S65中，判定输出空燃比AFdwn是否为浓判定空燃比AFrich与稀判定空燃比AFlean之间的值。在步骤S64中判定为输出空燃比AFdwn比稀判定空燃比AFlean大的情况下，即，在判定为输出空燃比为稀空燃比的情况下，结束控制例程。另一方面，在步骤S64中判定为输出空燃比AFdwn比浓判定空燃比AFrich小的情况下，即，在判定为输出空燃比为浓空燃比的情况下，进入步骤S66。
在步骤S66中，浓维持时间Σtrich加上时间ΔT而得到的值被设为新的浓维持时间ΣTrich。此外，浓维持时间ΣTrich表示输出空燃比维持在浓空燃比的时间。接着，在步骤S67中，判定在步骤S66中算出的浓维持时间ΣTrich是否为浓空燃比判定时间Trich以上。在步骤S67中判定为ΣTrich比Trich小的情况下，结束控制例程。另一方面，在浓维持时间ΣTrich增大而在步骤S67中判定为ΣTrich为Trich以上的情况下，进入步骤S68。在步骤S68中，使用上述式(5)进行学习值sfbg的修正。
另一方面，在步骤S65中判定为输出空燃比AFdwn为浓判定空燃比AFrich与稀判定空燃比AFlean之间的值的情况下，进入步骤S69。在步骤S69～S71中，进行与步骤S58～S60同样的控制。
之后，在目标平均空燃比被切换而在步骤S63中判定为平均空燃比修正量AFCav比0小的情况下，进入步骤S72。在步骤S72中，浓空燃比维持时间Σtrich和理论空燃比维持时间ΣTsto被复位成0。接着，在步骤S73中，稀标志Fl被复位成0，控制例程结束。
<汽缸间空燃比控制的执行判定处理>
图19是示出关于汽缸间空燃比控制的执行条件是否成立的判定处理的控制例程的流程图。图示的控制例程以一定时间间隔的中断来进行。
首先，在步骤S81中，判定汽缸间空燃比控制的执行条件是否成立。汽缸间空燃比控制的执行条件例如在满足上游侧排气净化催化剂20的温度为其活性温度(例如，400℃)以上且上限温度(例如，800℃)以下、以及未进行例如燃料切断控制等无法与反馈控制相兼顾的控制等条件时成立。在步骤S81中判定为执行条件不成立的情况下，进入步骤S82。在步骤S82中，汽缸间空燃比控制执行标志Fd被复位成0。汽缸间空燃比控制执行标志Fd是在能够执行汽缸间空燃比控制时被设为1，在不能执行时被设为0的标志。若汽缸间空燃比控制执行标志Fd被设为1，则在图15的步骤S25中判定为汽缸间空燃比控制的执行条件成立。
另一方面，在步骤S81中判定为执行条件成立的情况下，进入步骤S83。在步骤S83中，判定停止标志Fs是否为0。停止标志Fs是在由于执行粘附学习控制而应该停止汽缸间空燃比控制时被设为1，否则被设为0的标志。若在步骤S83中判定为未执行粘附学习控制而停止标志Fs为0，则进入步骤S84。在步骤S84中，判定是否执行了粘附学习控制。例如，在图17和图18的步骤S57、S60、S68以及S71中进行了学习值sfbg的修正的情况下，判定为执行了粘附学习控制。
在步骤S84中判定为未执行粘附学习控制的情况下，进入步骤S85。在步骤S85中，判定在图16的步骤S43中算出的过剩不足量误差ΔΣOED是否为预先设定的判定值Ref以下。在判定为过剩不足量误差ΔΣOED为判定值Ref以下的情况下，由于学习值未产生误差，所以在步骤S86中汽缸间空燃比控制执行标志Fd被设为1。另一方面，在步骤S85中判定为过剩不足量误差ΔΣOED比判定值Ref大的情况下，进入步骤S87。在步骤S87中，汽缸间空燃比控制执行标志Fd被设为0，停止汽缸间空燃比控制。
另一方面，在步骤S84中判定为正在执行粘附学习控制的情况下，进入步骤S88。在步骤S88中，停止标志Fs被设为1，进入步骤S87。
若停止标志Fs被设为1，则在接下来的控制例程中，从步骤S83进入步骤S89。在步骤S89中，判定过剩不足量误差ΔΣOED是否为判定值Ref以下。在判定为过剩不足量误差ΔΣOED比判定值Ref大的情况下，进入步骤S82，汽缸间空燃比控制执行标志Fd被设为0。另一方面，在步骤S89中判定为过剩不足量误差ΔΣOED为判定值Ref以下的情况下，进入步骤S90、S91。在这些步骤S90和S91中，汽缸间空燃比控制执行标志Fd被设为1，并且停止标志Fs被设为0，控制例程结束。
<第一实施方式的变更例>
接着，参照图20和图21，对本发明的第一实施方式的排气净化装置的变更例进行说明。在上述第一实施方式的汽缸间空燃比控制中，不管是在平均空燃比修正量AFCav被设定为浓设定修正量AFCrich时，还是在被设定为稀设定修正量AFClean时，汽缸间的燃烧空燃比都变化。
但是，若在平均空燃比修正量AFCav被设定为浓设定修正量AFCrich时使燃烧空燃比在汽缸间变化，则浓侧的汽缸的空燃比修正量AFC成为从浓设定修正量AFCrich减少变更量α而得到的值。因而，浓侧的汽缸中的燃烧空燃比成为浓程度大的浓空燃比。这样，若浓程度变高，则即使SOx如上述那样牢固地吸藏于氧吸藏物质，也会招致SOx的脱离，因而会产生硫成分向贵金属表面的移动。
于是，在本变更例中，如图20所示，在平均空燃比修正量Cav被设为稀设定修正量AFClean时执行汽缸间空燃比控制。除此之外，在平均空燃比修正量AFCav被设为浓设定修正量AFCrich时不执行汽缸间空燃比控制，而是控制各汽缸的目标空燃比，以使得在所有汽缸中目标空燃比都相等。由此，即使在平均空燃比被设为浓空燃比时，也能够抑制各汽缸的燃烧空燃比成为浓程度大的浓，因而能够抑制硫成分从氧吸藏物质向贵金属表面的移动。
图21是示出本变更例中的空燃比修正量的算出处理的控制例程的流程图。图21所示的控制例程除了删除了图15的步骤S26这一点之外，与图15所示的控制例程是同样的。
<第二实施方式>
接着，参照图22和23，对本发明的第二实施方式的排气净化装置进行说明。第二实施方式的排气净化装置的结构和控制除了以下说明的点之外，基本上与第一实施方式的排气净化装置的结构和控制是同样的。
在本实施方式的平均空燃比控制中，首先，在将目标平均空燃比设定为了浓设定空燃比的状态下，当判断为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了浓空燃比时，目标平均空燃比被切换成稀设定空燃比。由此，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的平均空燃比变化成稀空燃比。
当目标平均空燃比被切换成稀设定空燃比后，对流入上游侧排气净化催化剂20的排气的氧过剩不足量进行累计。当对算出的氧过剩不足量进行累计而得到的累计氧过剩不足量成为预先设定的切换基准值(相当于预先设定的切换基准吸藏量Cref)以上时，到此为止被设定为稀设定空燃比的目标平均空燃比被切换成浓设定空燃比。即，在开始将平均空燃比控制成稀空燃比之后的上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA达到了预先设定的切换基准吸藏量Cref时，平均空燃比被切换成浓空燃比。
之后，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比再次成为了浓判定空燃比以下时，目标平均空燃比再次被设为稀设定空燃比，之后反复进行同样的操作。这样，在本实施方式中，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的目标平均空燃比也被交替地设定为稀设定空燃比和浓设定空燃比。
参照图22，对本实施方式的平均空燃比控制进行具体说明。图22是平均空燃比修正量AFCav等的与图4同样的时间图。在图22所示的例子中，在时刻t1～t2，平均空燃比修正量AFCav被设定为浓设定修正量AFCrich。即，目标平均空燃比被设为浓空燃比，与此相伴，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup为浓空燃比。流入上游侧排气净化催化剂20的排气中所包含的未燃HC、CO被上游侧排气净化催化剂20净化，与此相伴，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA渐渐减少。另一方面，通过上游侧排气净化催化剂20中的未燃HC、CO的净化，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn大致成为理论空燃比。
之后，当上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA减少而接近零时，流入到上游侧排气净化催化剂20的一部分未燃HC、CO开始从上游侧排气净化催化剂20流出。因而，在图示的例子中，在时刻t2，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich。
在本实施方式中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn成为浓判定空燃比AFrich以下时，为了增大氧吸藏量OSA，平均空燃比修正量AFCav被切换成稀设定修正量AFClean。因此，目标平均空燃比被向稀空燃比切换。此时，累计氧过剩不足量ΣOED被复位成零。
当在时刻t2将平均空燃比修正量AFCav切换成稀设定修正量AFClean后，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比从浓空燃比变化成稀空燃比。另外，与此相伴，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup成为稀空燃比。除此之外，在时刻t2以后，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA渐渐增大，累计氧过剩不足量ΣOED也渐渐增大。另外，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn向理论空燃比收敛。
之后，若上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA增加，则在时刻t3，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA达到切换基准吸藏量Cref。此时，累计氧过剩不足量ΣOED达到相当于切换基准吸藏量Cref的切换基准值OEDref。在本实施方式中，当累计氧过剩不足量ΣOED成为切换基准值OEDref以上时，为了中止氧向上游侧排气净化催化剂20的吸藏，平均空燃比修正量AFCav被切换成浓设定修正量AFCrich。因此，目标平均空燃比被设为浓空燃比。另外，此时，累计氧过剩不足量ΣOED被复位成零。之后，在平均空燃比控制中，反复进行时刻t1～t3的控制。
此外，切换基准吸藏量Cref被设定为与上游侧排气净化催化剂20未使用时的最大可吸藏氧量Cmax相比足够低。因而，即使在实际的排气的空燃比非意图地瞬间大幅偏离了目标平均空燃比时，氧吸藏量OSA也不会达到最大可吸藏氧量Cmax。反过来说，切换基准吸藏量Cref被设为足够少的量，以使得即使产生如上所述的非意图的空燃比的偏离，氧吸藏量OSA也不会达到最大可吸藏氧量Cmax。例如，切换基准吸藏量Cref被设为上游侧排气净化催化剂20未使用时的最大可吸藏氧量Cmax的3/4以下，优选设为1/2以下，更优选设为1/5以下。
根据本实施方式，在从上游侧排气净化催化剂20流出氧和/或NOx之前，目标平均空燃比被从稀空燃比切换成浓空燃比。因而，能够始终抑制来自上游侧排气净化催化剂20的NOx排出量。即，只要进行着上述控制，基本上就能够使来自上游侧排气净化催化剂20的NOx排出量大致为零。另外，由于算出累计氧过剩不足量ΣOED时的累计期间短，所以与长期进行累计的情况相比，不容易产生算出误差。因而，可抑制因累计氧过剩不足量ΣOED的算出误差而排出NOx。
此外，在本实施方式中，不管是在平均空燃比修正量AFCav被设定为浓设定修正量AFCrich的期间(例如，时刻t1～t2)，还是在被设定为稀设定修正量AFClean的期间(例如，时刻t2～t3)，都执行汽缸间空燃比控制。特别地，在图22所示的例子中，在浓侧的汽缸中，空燃比修正量AFC被设定为从平均空燃比修正量AFCav减去变更量α而得到的值。另一方面，在稀侧的汽缸中，空燃比修正量AFC被设定为向平均空燃比修正量AFCav加上变更量α而得到的值。但是，也可以与上述第一实施方式的变更例同样，在平均空燃比修正量AFCav被设定为浓设定修正量的期间中不执行汽缸间空燃比控制。
另外，在本实施方式中，也与第一实施方式同样地进行通常学习控制和粘附学习控制。在该情况下，在通常学习控制中，基于第1期间内的累计氧过剩不足量的绝对值即第1氧量累计值和第2期间内的累计氧过剩不足量的绝对值即第2氧量累计值，修正与空燃比相关的参数，以使得第1氧量累计值与第2氧量累计值之差变小，第1期间是从将目标平均空燃比切换成稀空燃比起、直到氧吸藏量的变化量成为切换基准量以上为止的期间，第2期间是从将目标平均空燃比切换成浓空燃比起、直到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为浓判定空燃比以下为止的期间。另外，例如，在理论空燃比粘附学习控制中，在将目标平均空燃比切换成稀空燃比之后由下游侧空燃比传感器41检测到的空燃比在理论空燃比维持判定时间Tsto以上的期间内维持在理论空燃比附近空燃比区域内的情况下，增大或减少学习值sfbg，以使得流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比根据此时的目标平均空燃比而向浓侧或稀侧变化。
<具体控制的说明和流程图>
接着，参照图23，对上述实施方式中的排气净化装置的控制装置进行具体说明。图23是与图14同样的功能框图。但是，在图23所示的本实施方式中的功能框图中，空燃比修正量算出单元A5除了基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn之外，还基于由氧过剩不足量算出单元A4算出的累计氧过剩不足量ΣOED算出平均空燃比修正量AFCav和各汽缸的空燃比修正量AFC。
图24是示出第二实施方式中的空燃比修正量的算出处理的控制例程的流程图。图示的控制例程以一定时间间隔的中断来进行。图24的步骤S101～S108和步骤S110～S117与图15的步骤S11～S18和步骤S20～S27是同样的，所以省略说明。
在图24所示的控制例程中，在步骤S102中判定为浓标志Fr为1的情况下，进入步骤S109。在步骤S109中，判定平均空燃比修正量AFCav被切换之后的累计氧过剩不足量ΣOED是否为切换基准值OEDref以上。在累计氧过剩不足量ΣOED比切换基准值OEDref少的情况下，进入步骤S110。另一方面，在判定为累计氧过剩不足量ΣOED为切换基准值OEDref以上的情况下，进入步骤S111。
此外，在上述第一实施方式中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn成为稀判定空燃比AFlean以上时，平均空燃比修正量AFCav被切换成浓空燃比。另一方面，在上述第二实施方式中，在累计氧过剩不足量ΣOED成为了预定的切换基准值OEDref以上时，目标平均空燃比被切换成浓空燃比。因此，若对以上内容进行总结，则在上述实施方式中，目标平均空燃比在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到了浓判定空燃比时被切换成稀空燃比。除此之外，目标平均空燃比在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量成为了预定的切换基准量以上时或者下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到了稀判定空燃比时被切换成浓空燃比。换言之，在本实施方式中，目标平均空燃比在比理论空燃比靠浓侧和靠稀侧的不同的多个空燃比间切换。

Claims (17)

1.一种内燃机的排气净化装置，所述内燃机具有多个汽缸，其中，
所述排气净化装置具备：排气净化催化剂，其配置于内燃机排气通路，并且能够吸藏氧；下游侧空燃比传感器，其配置于该排气净化催化剂的排气流动方向下游侧；以及控制装置，其对向燃烧室供给的燃料供给量进行反馈控制，以使得在各汽缸中进行燃烧时的燃烧空燃比成为目标空燃比，
所述控制装置执行平均空燃比控制和汽缸间空燃比控制，
所述平均空燃比控制是如下控制：将所述目标空燃比的所有汽缸的平均值即目标平均空燃比交替地设定为比理论空燃比浓的浓空燃比和比理论空燃比稀的稀空燃比，
所述汽缸间空燃比控制是如下控制：控制各汽缸的目标空燃比，以使得即使在通过所述平均空燃比控制将所述目标平均空燃比设定为了稀空燃比时，所述多个汽缸中也至少有一个汽缸中的所述目标空燃比为浓空燃比，
所述控制装置能够算出氧过剩不足量的累计值即累计氧过剩不足量，所述氧过剩不足量是在想要将流入所述排气净化催化剂的排气设为理论空燃比时成为过剩的氧或成为不足的氧的量，
所述控制装置还执行学习控制，所述学习控制是如下控制：基于第1期间内的累计氧过剩不足量的绝对值即第1氧量累计值和第2期间内的累计氧过剩不足量的绝对值即第2氧量累计值，修正与空燃比相关的参数，以使得该第1氧量累计值与该第2氧量累计值之差变小，所述第1期间是从将所述目标平均空燃比自浓空燃比切换为稀空燃比起、直到再次切换为浓空燃比为止的期间，所述第2期间是从将所述目标平均空燃比自稀空燃比切换为浓空燃比起、直到再次切换为稀空燃比为止的期间。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，
在所述平均空燃比控制中，设定所述目标平均空燃比，以使得将所述目标平均空燃比设定为稀空燃比时的该目标平均空燃比与理论空燃比之差即稀偏移量比将所述目标平均空燃比设定为浓空燃比时的该目标平均空燃比与理论空燃比之差即浓偏移量小。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述第1氧量累计值与所述第2氧量累计值之差为预先设定的预定值以上的情况下，不执行所述汽缸间空燃比控制，而是控制各汽缸的目标空燃比，以使得在所有汽缸中目标空燃比全都相等。
4.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述学习控制中，在所述目标平均空燃比被设定为了浓空燃比或稀空燃比中的任一方的空燃比时，在理论空燃比维持判定时间以上的期间或者直到累计氧过剩不足量成为预先设定的预定值以上为止的期间内由所述下游侧空燃比传感器检测到的空燃比被维持在比理论空燃比浓的浓判定空燃比与比理论空燃比稀的稀判定空燃比之间的理论空燃比附近空燃比区域内的情况下，进行修正所述与空燃比相关的参数以使得流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比向所述任一方的空燃比侧变化的理论空燃比粘附学习。
5.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述目标平均空燃比被设定为了浓空燃比或稀空燃比的任一方的空燃比时，在理论空燃比维持判定时间以上的期间或者直到累计氧过剩不足量成为预先设定的预定值以上为止的期间内由所述下游侧空燃比传感器检测到的空燃比被维持在所述理论空燃比附近空燃比区域内的情况下，不执行所述汽缸间空燃比控制，而是控制各汽缸的目标空燃比，以使得在所有汽缸中所述目标空燃比全都相等。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述学习控制中，在所述目标平均空燃比被设定为了浓空燃比时，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比在稀空燃比判定时间以上的期间内被维持在比稀判定空燃比稀的空燃比的情况下，进行修正所述与空燃比相关的参数以使得流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比向浓侧变化的稀粘附学习，所述稀判定空燃比比理论空燃比稀。
7.根据权利要求6所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述目标平均空燃比被设定为了浓空燃比时，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比在所述稀空燃比判定时间以上的期间内被维持在比所述稀判定空燃比稀的空燃比的情况下，不执行所述汽缸间空燃比控制，而是控制各汽缸的目标空燃比，以使得在所有汽缸中所述目标空燃比全都相等。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述学习控制中，在所述目标平均空燃比被设定为了稀空燃比时，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比在浓空燃比判定时间以上的期间内被维持在比浓判定空燃比浓的空燃比的情况下，进行修正所述与空燃比相关的参数以使得流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比向稀侧变化的浓粘附学习，所述浓判定空燃比比理论空燃比浓。
9.根据权利要求8所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述目标平均空燃比被设定为了稀空燃比时，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比在浓空燃比判定时间以上的期间内被维持在比所述浓判定空燃比浓的空燃比的情况下，不执行所述汽缸间空燃比控制，而是控制各汽缸的目标空燃比，以使得在所有汽缸中所述目标空燃比全都相等。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，基于所述第1氧量累计值与所述第2氧量累计值之差算出学习值，并且基于该学习值来修正所述与空燃比相关的参数，
所述学习值被保存于即使搭载有所述内燃机的车辆的点火开关断开也不被擦除的存储介质。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的内燃机的排气净化装置，
还具备上游侧空燃比传感器，该上游侧空燃比传感器配置于所述排气净化催化剂的排气流动方向上游侧，并且检测流入该排气净化催化剂的排气的空燃比，
所述氧过剩不足量基于由所述上游侧空燃比传感器检测到的空燃比和流入所述排气净化催化剂的排气的流量而算出，或者基于由所述上游侧空燃比传感器检测到的空燃比和燃料喷射量而算出。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的内燃机的排气净化装置，
所述与空燃比相关的参数是成为控制中心的空燃比、所述目标平均空燃比或燃料供给量。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的内燃机的排气净化装置，
还具备上游侧空燃比传感器，该上游侧空燃比传感器配置于所述排气净化催化剂的排气流动方向上游侧，并且检测流入该排气净化催化剂的排气的空燃比，
所述控制装置对向燃烧室供给的燃料供给量进行反馈控制，以使得由所述上游侧空燃比传感器检测的平均空燃比成为所述目标平均空燃比，
所述与空燃比相关的参数是所述上游侧空燃比传感器的输出值。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的内燃机的排气净化装置，
在所述汽缸间空燃比控制中，设定各汽缸的目标空燃比，以使得即使在通过所述平均空燃比控制将所述目标平均空燃比设定为了浓空燃比时，所述多个汽缸中也至少有一个汽缸中的所述目标空燃比为稀空燃比。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述目标平均空燃比被设定为了浓空燃比时，不执行所述汽缸间空燃比控制，而是设定各汽缸的目标空燃比，以使得在所述多个汽缸中燃烧空燃比全都成为浓空燃比。
16.根据权利要求1～15中任一项所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述平均空燃比控制中，在将所述目标平均空燃比设定为了浓空燃比的情况下，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为了比理论空燃比浓的浓判定空燃比以下时将所述目标平均空燃比切换成稀空燃比，并且，在将所述目标平均空燃比控制成了稀空燃比的情况下，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为了比理论空燃比稀的稀判定空燃比以上时将所述目标平均空燃比切换成浓空燃比。
17.根据权利要求1～15中任一项所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述平均空燃比控制中，在将所述目标平均空燃比设定为了浓空燃比的情况下，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为了比理论空燃比浓的浓判定空燃比以下时将所述目标平均空燃比切换成稀空燃比，并且，在开始将所述目标平均空燃比控制成稀空燃比之后的所述排气净化催化剂的氧吸藏量达到了比该排气净化催化剂的最大可吸藏氧量少的预先设定的切换基准吸藏量时，将所述目标平均空燃比切换成浓空燃比。
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