JP2009156100A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】窒素酸化物の排出量を増大させることなく微粒子捕集フィルタを再生することができる内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】制御装置は、内燃機関１０の排気通路上に、上流側触媒５３、微粒子捕集フィルタ５４及び下流側触媒５５を備える。更に、制御装置は、第１気筒から排出されたガスを下流側触媒５５に直接供給するためのバイパス通路形成部材５６及び開閉弁５７を備える。制御装置は、通常制御時において開閉弁５７を閉じ且つ機関の空燃比を略理論空燃比に制御する。一方、この制御装置は、微粒子捕集フィルタの再生要求発生時、開閉弁５７を開き、第１気筒に理論空燃比よりもリッチ側の空燃比の混合気を、第２〜第４気筒に理論空燃比よりもリーン側の空燃比の混合気を供給し、それにより、微粒子捕集フィルタに酸素を供給して微粒子を燃焼させ、下流側触媒に略理論空燃比のガスを流入させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、排気通路に微粒子捕集フィルタと三元触媒とを備えた内燃機関の制御装置に関する。
従来より、ディーゼル機関から排出される微粒子（パティキュレート・マター（ＰＭ）、即ち、ＳＯＦ及びＳｏｏｔ等のナノ微粒子）を、排気通路に配設した微粒子捕集フィルタ（パティキュレート・フィルタ）により捕集するとともに、所定の条件が成立したときに微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を燃焼させることにより微粒子捕集フィルタを再生させる内燃機関の制御装置が知られている。このような従来の制御装置の一つは、微粒子捕集フィルタの上流側空燃比と下流側空燃比とを検出し、それらの検出された空燃比により微粒子捕集フィルタが再生されている最中であるか否か（捕集された微粒子が燃焼している状態にあるか否か）を判定し、その判定結果に基づいてエンジンの運転モードを切り換えるようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００５−２４０７１９号公報
ところで、微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を燃焼させるためには、微粒子捕集フィルタが高温であること、及び、微粒子捕集フィルタに酸素が供給されること、が必要である。上記従来の制御装置は、供給される混合気の空燃比が非常にリーン（希薄）であるディーゼル機関に適用される。従って、微粒子捕集フィルタには微粒子を燃焼させるための酸素が十分に供給されている。そこで、上記従来の制御装置は、燃料噴射時期の遅角、燃料噴射量の増大及び吸気絞り弁による吸気量の減少等を実行することによって微粒子捕集フィルタの温度を上昇させ、以って、捕集した微粒子を燃焼させている。
ところで、近年においては、ガソリン機関から排出される微粒子の量を低減するため、ガソリン機関の排気通路にも微粒子捕集フィルタを配設することが検討されている。一方、一般のガソリン機関においては、未燃物（ＨＣ及びＣＯ等）の大気中への排出量及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の大気中への排出量を低減することを目的として排気通路に三元触媒が備えられ、機関に供給される混合気の空燃比（以下、「機関の空燃比」とも称呼する。）が理論空燃比近傍の空燃比となるように燃料量が制御されている。
前述したように、微粒子捕集フィルタを再生させる（微粒子を燃焼させる）ためには、微粒子捕集フィルタに酸素が供給されなければならない。ところが、機関の空燃比が理論空燃比近傍の空燃比に制御されていると、微粒子捕集フィルタに酸素が殆ど供給されない。特に、微粒子捕集フィルタの上流に三元触媒である上流側触媒が備えられている場合、上流側触媒により酸素が消費及び吸蔵されるから、微粒子捕集フィルタに流入する酸素量は極めて少なくなる。従って、ガソリン機関において微粒子捕集フィルタを再生させるためには、機関の空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比（以下、「フィルタ再生制御用リーン空燃比」とも称呼する。）に制御することにより、微粒子捕集フィルタに酸素を供給しなければならない。しかしながら、微粒子捕集フィルタを再生させるために、単に、機関の空燃比をフィルタ再生制御用リーン空燃比に設定すると、機関の空燃比がリーン空燃比であるときに機関から多く排出される窒素酸化物を三元触媒によって浄化できない場合が生じ、窒素酸化物が大気中へ多く排出されてしまうという問題が発生する。
従って、本発明の目的は、排気通路に微粒子捕集フィルタと三元触媒とを備えた内燃機関（ガソリン機関）の制御装置であって、窒素酸化物の排出量を増大させることなく微粒子捕集フィルタを再生させる（微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を燃焼させる）ことができる制御装置を提供することにある。
上記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は、主排気通路構成部と、微粒子捕集フィルタと、下流側触媒と、バイパス通路構成部と、空燃比制御手段と、を備えている。
前記主排気通路構成部は、前記多気筒内燃機関が備える複数の気筒のうちの一部の気筒の排気ポートに接続された第１枝部と、その第１枝部が集合した集合部と、その集合部に接続された主通路部と、を有し、その一部の気筒の排気ポートを通して排出された排ガスを通過させる（排ガスを大気中に排出するための）主排気通路を構成している。前記一部の気筒は、少なくとも１気筒以上であり、前記複数の気筒の全数より少なければよい。
例えば、通常のエキゾーストマニホールドは複数の枝部を備え、その枝部のそれぞれは各気筒の排気ポートに接続されている。この場合、前記第１枝部とはエキゾーストマニホールドの複数の枝部のうち、前記一部の気筒の排気ポートに接続された枝部に相当する。エキゾーストホールドは集合部を有し、その集合部にて排気管に接続される。この場合、その排気管が前記主通路部に相当している。
前記微粒子捕集フィルタは排ガス中に含まれる微粒子（ナノ微粒子、パティキュレート・マター）を捕集するフィルタであって、前記主排気通路の前記主通路部に配設（介装）されている。
前記下流側触媒は、前記主排気通路の前記主通路部であって前記微粒子捕集フィルタよりも下流の位置に配設された三元触媒である。
前記バイパス通路構成部は、前記複数の気筒のうちの「前記一部の気筒以外の気筒」である「他の気筒」の排気ポートを通して排出された排ガスを「前記微粒子捕集フィルタを通過させることなく」且つ「前記下流側触媒に直接流入させる」バイパス通路を構成している。
前記空燃比制御手段は、「前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比の平均（以下、単に、「一部気筒空燃比平均」とも称呼する。）を理論空燃比よりもリーン側の空燃比（フィルタ再生制御用リーン空燃比）に制御するとともに、前記他の気筒に供給される混合気の空燃比の平均（以下、単に、「他気筒空燃比平均」とも称呼する。）を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（以下、単に、「リッチ空燃比」又は「フィルタ再生制御用リッチ空燃比」とも称呼する。）に制御するフィルタ再生制御を実行するようになっている。
これによれば、フィルタ再生制御において、前記フィルタ再生制御用リーン空燃比に設定された混合気が前記一部の気筒内において燃焼することにより生成された「過剰な酸化成分（例えば、酸素）を含む排ガス」が前記主排気通路（前記第１枝部、前記集合部及び前記主通路部）を通して微粒子捕集フィルタに供給される。従って、微粒子捕集フィルタに捕集されている微粒子が燃焼する。この結果、微粒子捕集フィルタが再生させられる。更に、下流側触媒には、前記一部の気筒内において多量に発生した窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」とも表記する。）が前記主排気通路を通して流入する。
このとき、前記フィルタ再生制御用リッチ空燃比に設定された混合気が前記他の気筒内において燃焼することにより生成された「過剰な還元成分（ＨＣ及びＣＯ等の未燃物）を含む排ガス」が前記バイパス通路を通して（前記微粒子捕集フィルタを通過することなく）前記下流側触媒に直接供給される。従って、下流側触媒には、主排気通路を介して窒素酸化物が流入し、バイパス通路を介してその窒素酸化物を還元する還元成分が流入する。それ故、窒素酸化物は下流側触媒内で浄化（還元）される。この結果、本制御装置は、窒素酸化物の排出量を低減しながら微粒子捕集フィルタを再生させることができる。
この場合、前記空燃比制御手段は、前記フィルタ再生制御の実行中、前記一部の気筒に供給される混合気と前記他の気筒に供給される混合気とからなる混合気の空燃比の平均（時間的な平均値）が「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の空燃比」となるように、前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比と前記他の気筒に供給される混合気の空燃比とを制御するように構成されることが好適である。ここで、「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲」とは、下流側触媒（三元触媒）が未燃物と窒素酸化物との両者を同時に高いそれぞれの浄化率にて浄化することができる所謂「ウインドウ」のことである。以下、この「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の空燃比」のことを、単に、「理論空燃比近傍空燃比」とも称呼する。
これによれば、下流側触媒に流入するガスの空燃比の平均は「ウインドウ内の理論空燃比近傍空燃比となる」ので、下流側触媒は未燃物及び窒素酸化物を高効率にて浄化（還元）することができる。この結果、フィルタ再生制御の実行中における窒素酸化物の排出量を極めて小さくすることができる。
前記主排気通路構成部は、前記他の気筒の排気ポートに接続されるとともに前記集合部に接続される第２枝部を含み、
前記バイパス通路構成部は、一端が前記第２枝部に接続されるとともに他端が前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置にて前記主通路部に接続されることにより前記バイパス通路を構成するバイパス通路形成部材からなり且つ指示に応答して同バイパス通路を遮断及び開放する開閉弁を備え、
前記空燃比制御手段は、前記フィルタ再生制御を実行するとき前記開閉弁に前記バイパス通路を開放する指示を与えて前記フィルタ再生制御を実行し、且つ、前記フィルタ再生制御を実行しないとき前記開閉弁に前記バイパス通路を遮断する指示を与えるとともに前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の全体の空燃比の平均を前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の空燃比に制御する通常制御を実行するように構成されることが好適である。
これによれば、フィルタ再生制御を実行している場合、前記一部の気筒から排出された「過剰な酸化成分を含む排ガス」が前記主排気通路（前記第１枝部、前記集合部及び前記主通路部）を通して微粒子捕集フィルタに供給されるとともに、前記一部の気筒から排出された窒素酸化物が主排気通路及び微粒子捕集フィルタを通して前記下流側触媒に供給される。このとき、前記他の気筒から排出された「過剰な還元成分を含む排ガス」が前記バイパス通路（前記第２枝部、前記第２枝部に接続された前記バイパス通路形成部材及び前記開閉弁）を通して前記下流側触媒に直接供給される。従って、下流側触媒には、主排気通路を介して窒素酸化物が流入し、バイパス通路を介してその窒素酸化物を還元する還元成分が流入する。加えて、この場合、機関に供給される混合気の空燃比の全体の平均は理論空燃比近傍空燃比に一致させられる。従って、下流側触媒は比較的高い浄化率にて窒素酸化物を浄化することができる。この結果、本制御装置は、窒素酸化物の排出量を低減しながら微粒子捕集フィルタを再生させることができる。
これに対し、前記フィルタ再生制御を実行しない場合、前記開閉弁によって前記バイパス通路が遮断され、前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の全体の空燃比の平均が前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の空燃比（理論空燃比近傍空燃比）に一致させられる。即ち、通常制御が実行される。これにより、一部の気筒から排出された排ガスは前記第１枝部を通り前記集合部及び前記主通路部へと流れる。他の気筒から排出された排ガスは前記第２枝部を通り前記集合部及び前記主通路部へと流れる。この結果、下流側触媒には理論空燃比近傍の空燃比を有する排ガスが流入する。従って、未燃物及び窒素酸化物が高い浄化率にて浄化させられる。
なお、この場合、本制御装置が、前記主通路部又は前記集合部であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された三元触媒である上流側触媒を備えることが望ましい。これによれば、通常制御を実行しているとき、未燃物及び窒素酸化物は上流側触媒及び下流側触媒の両方の触媒により非常に高い浄化率にて浄化させられる。
このような本制御装置は、
前記下流側触媒が所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態に到達したか否かを判定する還元状態判定手段を備え、
前記空燃比制御手段は、前記通常制御の実行中において前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定されたとき、前記フィルタ再生制御の実行を許可するように構成されることが好適である。ここで、「前記フィルタ再生制御の実行を許可」とは、微粒子捕集フィルタの再生を行うべき条件が成立したときにフィルタ再生制御の実行を開始することを含む。
前述したフィルタ再生制御が開始されると、微粒子捕集フィルタには酸素が供給され、下流側触媒に流入するガスの空燃比は前記理論空燃比近傍空燃比になる。しかしながら、その直前の運転状態が例えばフューエルカット運転状態のように下流側触媒に多量の酸素が供給される状態であると、下流側触媒の酸素吸蔵量は下流側触媒の最大酸素吸蔵量近傍の値になっている。従って、フィルタ再生制御を直ちに開始すると、下流側触媒に理論空燃比近傍空燃比のガスが流入した場合であっても、下流側触媒は多量の窒素酸化物を直ちに高い浄化率にて浄化することができない場合がある。
これに対し、上記構成によれば、前記通常制御の実行中において前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定されたとき、前記フィルタ再生制御が許容される（他の条件が整えば開始される）。従って、フィルタ再生制御の開始時点にて、下流側触媒はある程度の高い還元能力を有しているから、下流側触媒に窒素酸化物が流入しても、その窒素酸化物を高い効率にて浄化することが可能となる。
前記フィルタ再生制御と前記通常制御を実行するように構成された本発明の制御装置は、前記機関の運転状態が所定のフューエルカット運転状態となったとき（所定のフューエルカット条件が成立したとき）前記機関への燃料の供給を停止するフューエルカット手段を備え得る。
この場合、前記空燃比制御手段は、
（Ａ１）前記通常制御において前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比を含む前記所定の空燃比範囲内の空燃比であって理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である「弱リッチ空燃比」に制御し、且つ、
（Ａ２）「前記フューエルカット手段による前記機関への燃料の供給停止」が解除されて「同機関に再び燃料が供給され始めたフューエルカット復帰時点」から前記通常制御の実行を開始するように構成され、
前記還元状態判定手段は、
（Ｂ１）前記機関から排出された未燃物である「還元成分の量」から同還元成分を酸化させる同機関から排出された「酸化成分の量」を減じた量である「還元成分の過剰量」を「前記フューエルカット復帰時点から積算する」ことにより「第１積算値」を取得するとともに、
（Ｂ２）その第１積算値が第１所定値以上となったとき前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定するように構成されることが好適である。
これによれば、通常制御中において、機関に供給される混合気の空燃比の平均は「弱リッチ空燃比」に制御される。弱リッチ空燃比は、前記ウインドウの範囲内の空燃比であり、理論空燃比よりも僅かにリッチ側の空燃比である。このように、機関に供給される混合気の空燃比の平均を弱リッチ空燃比に制御するのは、下流側触媒及び上流側触媒等の三元触媒の「未燃物の浄化率」が、機関の空燃比がウインドウより僅かにリッチ側に偏移しても比較的緩やかに低下するのに対し、三元触媒の「窒素酸化物の浄化率」は機関の空燃比がウインドウより僅かにリーン側に偏移すると急激に低下するからである。
このように機関に供給される混合気の空燃比が弱リッチ空燃比に制御されると、前記複数の気筒（前記一部の気筒及び前記他の気筒）から過剰な還元成分が排出される。弱リッチ空燃比はウインドウ内の空燃比であるから、下流側触媒の触媒機能により、未燃物及び窒素酸化物が浄化される。
加えて、上記構成によれば、フューエルカット復帰時点から通常制御が開始される。従って、フューエルカット制御中に「酸化状態（酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に一致するか最大酸素吸蔵量に極めて近い量になっている状態）」となった下流側触媒の状態は、フューエルカット復帰時点からの通常制御において機関から排出される過剰な還元成分により、「前記還元状態」に向けて変化する。
このとき、前記還元状態判定手段は、前記還元成分の過剰量を「前記フューエルカット復帰時点から積算する」ことにより第１積算値を取得する。従って、その第１積算値は、下流側触媒に流入する還元成分の過剰量に応じた量（上流側触媒を備える場合には、フューエルカット復帰後において機関から流出した過剰な還元成分の総和量から上流側触媒により消費された還元成分の量を減じた量）となる。従って、その第１積算値が第１所定値以上となったか否かを判定することにより、前記下流側触媒がフューエルカット復帰後において「前記還元状態に到達したか否か」を容易に判定することができる。
一方、前記フィルタ再生制御と前記通常制御を実行するように構成された本発明の制御装置が、前記フューエルカット手段と、更に、前記下流側触媒に流入するガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサと、を備えている場合、
前記空燃比制御手段は、
（Ｃ１）前記通常制御において前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均を「理論空燃比を含む前記所定の空燃比範囲内の空燃比であって理論空燃比よりもリッチ側の空燃比」である「弱リッチ空燃比」に制御し、且つ、
（Ｃ２）前記フューエルカット手段による前記機関への燃料の供給停止が解除されて同機関に再び燃料が供給され始めたフューエルカット復帰時点から前記通常制御の実行を開始するように構成され、
前記還元状態判定手段は、
（Ｄ１）「前記機関から排出された未燃物である還元成分の量」から「同還元成分を酸化させる同機関から排出された酸化成分の量」を減じた量である「還元成分の過剰量」を前記フューエルカット復帰時点以降であって前記下流側空燃比センサにより検出される検出空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変化した「リッチ反転時点」（検出空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比から理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変化した時点）から積算することにより第１積算値を取得するとともに、
（Ｄ２）その第１積算値が第１所定値以上となったとき前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定するように構成されることが好適である。
これによれば、通常制御中において、機関に供給される混合気の空燃比の平均は前記「弱リッチ空燃比」に制御される。これにより、通常制御中における窒素酸化物及び未燃物の排出量を低減することができる。また、フューエルカット復帰時点から通常制御が開始されるから、機関に供給される混合気の空燃比が弱リッチ空燃比に制御され、その結果、前記複数の気筒（前記一部の気筒及び前記他の気筒）から過剰な還元成分が排出される。従って、フューエルカット制御中に「酸化状態（酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に一致するか最大酸素吸蔵量に極めて近い量になっている状態）」となった下流側触媒の状態は、フューエルカット復帰時点からの通常制御において機関から排出される過剰な還元成分により、「前記還元状態」に向けて変化する。
ところで、フューエルカット復帰後に上記通常制御が開始されても、下流側触媒には直ちに過剰な還元成分が流入しない。換言すると、フューエルカット復帰後から所定の時間が経過した後に、過剰な還元成分が下流側触媒に流入し始める。この時点は、機関の吸入空気量及び機関回転速度等によって変動する。更に、前記上流側触媒が備えられている場合、過剰な還元成分は、フューエルカット中に酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量又は最大酸素吸蔵量に近い量に到達している上流側触媒により消費され、上流側触媒の酸素吸蔵量が実質的に「０」になった後に下流側触媒に到達する。従って、下流側触媒に過剰な還元成分が流入し始める時点は上流側触媒の最大酸素吸蔵量にも依存して変化する。
そこで、上記構成においては、前記フューエルカット復帰時点以降であって前記下流側空燃比センサにより検出される検出空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変化した「リッチ反転時点」から、過剰な還元成分を積算し、それにより「第１積算値」を取得する。このリッチ反転時点は、機関の吸入空気量、機関回転速度及び上流側触媒の最大酸素吸蔵量等に関わらず、下流側触媒に過剰な還元成分が流入し始める時点に精度良く一致している。従って、その第１積算値は下流側触媒の還元成分の保持量（下流側触媒の酸素吸蔵量の減少量、或は、下流側触媒の窒素酸化物を浄化できる還元能力）を精度良く表す。それ故、その第１積算値が第１所定値以上となったか否かを判定することにより、前記下流側触媒がフューエルカット復帰後において「前記還元状態に到達したか否か」をより一層精度良く判定することができる。
なお、前述した本発明による制御装置、及び、後述する本発明による制御装置は、前記主通路部又は前記集合部であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された三元触媒である上流側触媒を備えることが望ましい。これによれば、特に、通常制御中において、未燃物の排出量及び窒素酸化物の排出量を極めて小さい値に維持することができる。
更に、本発明による内燃機関の制御装置において、
前記空燃比制御手段は、前記微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子の量である微粒子捕集量を取得（推定）するとともに、前記フィルタ再生制御を実行するときに前記取得された微粒子捕集量が多いほど前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比の平均をよりリーン側の空燃比に制御するように構成されることが好適である。このとき、フィルタ再生制御中において下流側触媒に流入するガスの空燃比の平均（即ち、前記一部の気筒に供給される混合気と前記他の気筒に供給される混合気とからなる混合気の空燃比の平均）が「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の空燃比」となるように前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比と前記他の気筒に供給される混合気の空燃比とが制御されている場合、前記他の気筒に供給される混合気の空燃比の平均は前記取得された微粒子捕集量が多いほどよりリッチ側の空燃比に制御されることになる。
上記フィルタ再生制御は、排ガスの一部が微粒子捕集フィルタを通過しないようにする制御である。従って、排ガスの一部に含まれる微粒子は大気に放出される虞が高い。更に、フィルタ再生制御は、一部の気筒に供給される混合気の空燃比と他の気筒に気筒に供給される混合気の空燃比とを相違させる制御である。従って、発生トルクが気筒間で相違し、振動が発生する虞がある。加えて、上流側触媒を備えている場合、フィルタ再生制御は上流側触媒にリーンな空燃比のガスを流入させる制御であるから、上流側触媒は特に窒素酸化物を浄化することができない。即ち、フィルタ再生制御は微粒子フィルタを再生させるために必要な制御であるが、機関の空燃比制御としては好ましい制御ではない。以上のことから、フィルタ再生制御は短時間内で終了することが望ましい。
そこで、上記構成のように、フィルタ再生制御を実行するとき、前記取得された微粒子捕集量が多いほど前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比の平均をよりリーン側の空燃比に制御する。これにより、微粒子捕集フィルタに捕集されている微粒子の量が大きいほど単位時間あたりに微粒子捕集フィルタに流入する酸素の量も大きくなるので、単位時間あたりに燃焼する微粒子の量も多くなる。この結果、捕集されている微粒子の量に依らず、短時間内にフィルタ再生制御を終了すること（微粒子捕集フィルタの再生を完了すること）が可能となる。
また、上述した本発明による何れかの制御装置において、前記空燃比制御手段は、前記微粒子捕集フィルタの温度が高いほど大きくなるフィルタ温度関係値を取得するとともに、前記取得されたフィルタ温度関係値が高側フィルタ閾値温度より高いとき前記フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成されることが好適である。
微粒子捕集フィルタの温度が非常に高いときにフィルタ再生制御が実行され、微粒子が微粒子捕集フィルタ内にて燃焼することにより熱を発生すると、微粒子捕集フィルタの温度が過度に高くなる。その結果、微粒子捕集フィルタが過熱により破損する虞がある。そこで、上記構成のように、フィルタ温度関係値が高側フィルタ閾値温度より高いときフィルタ再生制御の実行を禁止すれば、そのような微粒子捕集フィルタの過熱による破損の可能性を低減することができる。
この場合、前記空燃比制御手段は、前記取得されたフィルタ温度関係値が前記高側フィルタ閾値温度より低い値であるとき、前記フィルタ再生制御を実行する際の前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比の平均を同フィルタ温度関係値が同高側フィルタ閾値温度に近づくほど「理論空燃比よりはリーン側の空燃比であるが、よりリッチ側の空燃比（より理論空燃比に近い空燃比）」に制御するように構成されることが好適である。即ち、前記フィルタ再生制御を実行する際の前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比の平均は、フィルタ温度関係値が高側フィルタ閾値温度から減少するにつれて理論空燃比よりリーン側の空燃比であって理論空燃比との差が大きくなる空燃比に制御される。
微粒子捕集フィルタの温度が高側フィルタ閾値温度以下であっても、過剰な量の微粒子が燃焼すると大きな熱が発生し、微粒子捕集フィルタの温度が過度に高くなりすぎる虞がある。従って、上記構成のように、フィルタ温度関係値が高側フィルタ閾値温度に近づくほど、一部の気筒に供給される混合気の空燃比の平均を「理論空燃比よりもリーンであるが、よりリッチ側の空燃比（より理論空燃比に近い空燃比）」に制御する。この結果、微粒子捕集フィルタの温度が高くなるほど微粒子捕集フィルタに供給される酸素の量が減少し、従って、単位時間あたりに燃焼する微粒子の量（発生する熱量）が減少するから、微粒子捕集フィルタを前述した過熱による破損から保護することができる。
加えて、上述した本発明による何れかの制御装置において、前記空燃比制御手段は、前記微粒子捕集フィルタの温度が高いほど大きくなるフィルタ温度関係値を取得（推定）するとともに、前記取得されたフィルタ温度関係値が低側フィルタ閾値温度より低いとき前記フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成されることが好適である。
前述したように、微粒子捕集フィルタの温度が低いときには、微粒子捕集フィルタに酸素が供給されても微粒子は燃焼しない。更に、前述したように、フィルタ再生制御は微粒子フィルタ再生にとって必要な制御であるが、機関の空燃比制御としては好ましい制御ではない。従って、上記構成のように、酸素を微粒子捕集フィルタに供給しても微粒子の燃焼が期待できないような場合、即ち、「フィルタ温度関係値が低側フィルタ閾値温度より低いとき」には、フィルタ再生制御の実行を禁止することにより、フィルタ再生制御を無駄に実行することを回避することができる。
この場合、前記空燃比制御手段は、前記取得されたフィルタ温度関係値が前記低側フィルタ閾値温度より高い値である場合、前記フィルタ再生制御を実行する際の前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比の平均を同フィルタ温度関係値が同低側フィルタ閾値温度に近づくほど「理論空燃比よりはリーン側の空燃比であるが、よりリッチ側の空燃比（より理論空燃比に近い空燃比）」に制御するように構成されることが好適である。即ち、前記フィルタ再生制御を実行する際の前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比の平均は、フィルタ温度関係値が低側フィルタ閾値温度から増大するにつれて理論空燃比よりリーン側の空燃比であって理論空燃比との差が大きくなる空燃比に制御される。
微粒子捕集フィルタの温度が低側フィルタ閾値温度以上であれば、微粒子は燃焼する。しかしながら、微粒子捕集フィルタの温度が低側フィルタ閾値温度に近いほど、微粒子は燃焼し難くなる（微粒子の燃焼が緩慢になる）。従って、そのような場合に、酸素を多量に供給しても多くの酸素は無駄になる。一方、酸素を多量に供給することは、前記一部の気筒の空燃比を理論空燃比から大きく乖離したリーン空燃比に設定することを意味する。その場合、多量の窒素酸化物が前記一部の気筒から排出される。
そこで、上記構成のように、フィルタ温度関係値が同低側フィルタ閾値温度に近づくほど「よりリッチ側の空燃比（より理論空燃比に近い空燃比）」に制御すれば、無駄な酸素を微粒子捕集フィルタに供給することなく、前記一部の気筒から排出される窒素酸化物の量を低減することがでる。その結果、下流側触媒にて浄化されることなく通過する（下流側触媒を吹き抜ける）窒素酸化物の量を低減できるので、機関から大気中に排出される窒素酸化物の量を低減することができる。
更に、前記空燃比制御手段は、前記下流側触媒の温度が高いほど大きくなる下流側触媒温度関係値を取得（推定）するとともに、前記取得された下流側触媒温度関係値が低側下流側触媒閾値温度より低いとき前記フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成されることが好適である。
下流側触媒等の三元触媒は活性温度に到達しないと、本来の浄化機能を発揮し得ない。そこで、上記構成のように、下流側触媒温度関係値が低側下流側触媒閾値温度より低いとき、フィルタ再生制御の実行を禁止すれば、窒素酸化物が下流側触媒により浄化されないまま大気中に排出されてしまうことを回避することができる。
本発明による制御装置が、
前記主通路部であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された上流側触媒と、
前記主通路部又は前記集合部であって前記上流側触媒よりも上流の位置に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する上流側空燃比センサと、
前記主通路部であって前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサと、
前記機関に供給される混合気の空燃比を所定の態様に従って制御するとともに前記上流側空燃比センサの出力値と下流側空燃比センサの出力値とに基づいて前記上流側触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定制御（触媒劣化判定制御）を（所定の触媒劣化判定条件が満たされたときに）実行する劣化判定手段と、
を備える場合、
前記空燃比制御手段は、
前記劣化判定手段が前記劣化判定制御を実行しているとき前記フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成されることが好適である。
上流側触媒が劣化しているか否かを判定することは重要な制御項目である。ところが、上流側触媒の劣化判定を行う場合、空燃比は所定の態様に従って制御される。例えば、上流側触媒の最大酸素吸蔵量を劣化判定の指標値として使用する場合、その最大酸素吸蔵量を得るために、機関に供給される混合気の空燃比は強制的に理論空燃比よりもリーンな第１空燃比、理論空燃比よりもリッチな第２空燃比、続いて理論空燃比よりもリーンな第３空燃比（或は、理論空燃比よりもリッチな第４空燃比、理論空燃比よりもリーンな第５空燃比、続いて理論空燃比よりもリッチな第６空燃比）へと変更される。そして、上流側触媒の最大酸素吸蔵量は、そのような空燃比制御の際の上流側空燃比センサの出力値及び下流側空燃比の出力値に基づいて取得される。或は、上流側触媒の劣化判定を上流側空燃比センサの出力値の軌跡長さ及び下流側空燃比の出力値の軌跡長さの比較に基づいて行う場合、機関に供給される混合気の空燃比は理論空燃比（又は理論空燃比近傍空燃比）を目標空燃比とするフィードバック制御により調整される。換言すると、フィルタ再生制御中の空燃比の制御態様と上流側触媒の劣化判定を行う場合の空燃比の制御態様とは相違するので、フィルタ再生制御中に上流側触媒の劣化判定を行うことは困難である。
そこで、上記構成のように、前記劣化判定手段が前記劣化判定制御を実行しているときには前記フィルタ再生制御の実行を禁止する。これにより、上流側触媒の劣化判定とフィルタ再生制御とが異なるタイミングにて実行されるので、これらの制御を両立させることができる。
加えて、前記空燃比制御手段は、前記機関の吸入空気量が大きいほど大きくなる吸入空気量関係値を取得するとともに、前記取得された吸入空気量関係値が吸入空気量閾値より大きいとき前記フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成されることが好適である。
加速時及び高負荷時等の機関の吸入空気量が大きい場合にフィルタ再生制御を実行すると、単位時間あたりに生成される窒素酸化物の量が非常に多くなる。従って、フィルタ再生制御中において下流側触媒に流入するガスの空燃比の平均が理論空燃比に近い値（理論空燃比近傍空燃比）であっても、窒素酸化物が下流側触媒に浄化されないまま大気中に放出されてしまう（窒素酸化物が下流側触媒を吹き抜ける）場合が発生する。
そこで、上記構成のように、吸入空気量関係値が吸入空気量閾値より大きいときフィルタ再生制御の実行を禁止すれば、フィルタ再生制御によって大気中に放出される窒素酸化物の量を低減することができる。
この場合、前記空燃比制御手段は、前記下流側触媒の最大酸素吸蔵量を取得（推定）するとともに、同取得された最大酸素吸蔵量が大きいほど前記吸入空気量閾値が大きくなるように同吸入空気量閾値を設定することが好適である。
下流側触媒の最大酸素吸蔵量が大きいことは、下流側触媒の劣化が進行しておらず、従って、下流側触媒は単位時間により多くの窒素酸化物を浄化できることを意味する。従って、上記構成のように、下流側触媒の最大酸素吸蔵量が大きいほど前記吸入空気量閾値を大きく設定することにより、窒素酸化物が大気中に放出されないようにしながら、フィルタ再生制御を実行する機会を増大することができる。
更に、本制御装置が、吸入空気量関係値が吸入空気量閾値より大きいときフィルタ再生制御の実行を禁止するように構成され、且つ、前記主通路部又は前記集合部であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された三元触媒である上流側触媒を備えている場合、
前記空燃比制御手段は、前記フィルタ再生制御の実行中に前記吸入空気量関係値が前記吸入空気量閾値より大きくなることにより同フィルタ再生制御の実行を停止した時点からの所定期間、前記開閉弁に前記バイパス通路を遮断する指示を与えるとともに前記複数の気筒に供給される混合気の空燃比の平均を前記通常制御時において同複数の気筒に供給される混合気の空燃比の平均よりもリッチ側の空燃比となるように制御し、その後、前記通常制御の実行を開始するように構成されることが好適である。
フィルタ再生制御実行中、上流側触媒には多量の酸素が流入する。従って、上流側触媒の酸素吸蔵量は上流側触媒の最大酸素吸蔵量又はその近傍量に到達している。このような状態において、吸入空気量が増大することによりフィルタ再生制御が停止されると、その直後において、上流側触媒は窒素酸化物を効果的に浄化できない。その結果、窒素酸化物が上流側触媒及び下流側触媒を浄化されないまま通過する（吹き抜ける）場合がある。
そこで、上記構成のように、前記フィルタ再生制御実行中に前記吸入空気量関係値が前記吸入空気量閾値より大きくなることにより同フィルタ再生制御の実行を停止した時点からの所定期間、前記複数の気筒に供給される混合気の空燃比の平均を通常制御時において前記複数の気筒に供給される混合気の空燃比の平均よりもリッチ側の空燃比となるように制御すれば、上流側触媒の酸素吸蔵量を迅速に低下させることができる。その結果、上流側触媒は、フィルタ再生制御停止後から短期間内に、より多くの窒素酸化物を浄化することが可能な状態となる。よって、上流側触媒及び下流側触媒を吹き抜ける窒素酸化物の量（機関から大気中に排出される窒素酸化物の量）を低減することができる。
ところで、フューエルカット制御を実行する場合、機関から多量の酸素が排出される。従って、その酸素を微粒子捕集フィルタに流入させることにより、微粒子捕集フィルタを再生させることができる。
より具体的に述べると、本発明による制御装置が、前記主通路部又は前記集合部であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された三元触媒である上流側触媒を備える場合、前記主排気通路構成部、前記バイパス通路構成部及び前記空燃比制御手段は、次のように構成されることが好適である。
前記主排気通路構成部は、前記他の気筒の排気ポートに接続されるとともに前記集合部に接続される第２枝部を含む。
前記バイパス通路構成部は、
一端が前記第２枝部に接続されるとともに他端が前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置にて前記主通路部に接続されることにより前記バイパス通路を構成する第１管状部と、
一端が前記第２枝部に接続されるとともに他端が前記上流側触媒と前記微粒子捕集フィルタとの間の位置にて前記主通路部に接続される通路（空気導入通路）を構成する第２管状部と、
通路切換え手段と、
を備える。
このとき、前記通路切換え手段は、
前記第２枝部と、前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置の前記主通路部と、のみを（前記第１管状部を介して）連通する第１状態、
前記第２枝部と、前記上流側触媒と前記微粒子捕集フィルタとの間の位置の前記主通路部と、のみを（前記第２管状部を介して）連通する第２状態、及び、
前記第２枝部と前記主通路との（前記第１管状部及び前記第２管状部を介しての）連通を遮断する第３状態、
の何れかの状態を指示に応じて選択的に達成するように構成される。
更に、前記空燃比制御手段は、
前記フィルタ再生制御を実行するとき前記通路切換え手段に前記第１状態を達成させる指示を与えて前記フィルタ再生制御を実行し、
前記機関の運転状態が所定のフューエルカット運転状態となったとき前記機関への燃料の供給を停止するとともに前記通路切換え手段に前記第２状態を達成させる指示を与えてフューエルカット制御を実行し、
前記フィルタ再生制御及び前記フューエルカット制御のいずれの制御も実行しないとき前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比を含む前記所定の空燃比範囲内の空燃比に制御するとともに前記通路切換え手段に前記第３状態を達成させる指示を与えて通常制御を実行する、ように構成される。
これによれば、フィルタ再生制御を実行するときには、前記他の気筒の排気ポートが前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置の前記主通路部に連通せしめられ、上述したフィルタ再生制御と同様なフィルタ再生制御が実行される。
また、フィルタ再生制御及びフューエルカット制御のいずれの制御も実行しないとき、前記複数の気筒から排出されたガスの総ては前記主通路部を通過し、上述した通常制御と同様な通常制御が実行される。
更に、フューエルカット制御を実行するときには、前記他の気筒の排気ポートに連通している前記第２枝部と、前記上流側触媒と前記微粒子捕集フィルタとの間の位置の前記主通路部と、が連通せしめられる。従って、他の気筒から排出された酸素を多量に含む大気が微粒子捕集フィルタに供給されるので、微粒子捕集フィルタが再生する。
以下、本発明による内燃機関の制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第１制御装置」とも称呼する。）を火花点火式多気筒（本例では４気筒）内燃機関（ガソリンエンジン）１０に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排気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。
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
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装置３３、可変吸気タイミング装置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３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。燃料噴射手段としてのインジェクタ３９は、噴射指示信号に応答して同噴射指示信号に含まれる指示噴射量の燃料を噴射するようになっている。
吸気系統４０は、インテークマニホールド４１、吸気管（吸気ダクト）４２、エアフィルタ４３、スロットル弁４４及びスロットル弁アクチュエータ４４ａを備えている。
インテークマニホールド４１は、各気筒の燃焼室２５の吸気ポート３１に接続されている。より詳細には、図２に示したように、インテークマニホールド４１は各吸気ポートに接続された複数の枝部４１ａと、それらの枝部４１ａが集合したサージタンク部４１ｂと、を備えている。図１及び図２に示したように、吸気管４２はサージタンク部４１ｂに接続されている。インテークマニホールド４１及び吸気管４２は吸気通路を構成している。図１に示したエアフィルタ４３は吸気管４２の端部に設けられている。スロットル弁４４は吸気管４２に回動可能設けられ、回動することにより吸気管４２が形成する吸気通路の開口断面積を変更するようになっている。スロットル弁アクチュエータ（スロットル弁駆動手段）４４ａは、ＤＣモータからなり、指示信号に応答してスロットル弁４４を回転駆動するようになっている。
排気系統５０は、エキゾーストマニホールド５１、エキゾーストパイプ（排気管）５２、上流側触媒５３、微粒子捕集フィルタ５４、下流側触媒５５、バイパス通路形成部材５６及び開閉弁５７を備えている。
エキゾーストマニホールド５１は、図１に示したように、各気筒の燃焼室２５の排気ポート３４に接続されている。より詳細に述べると、図２に示したように、エキゾーストマニホールド５１は複数の枝部５１ａ１〜５１ａ４と、それらの複数の枝部が集合した部分である一つの集合部５１ｂ、とからなっている。
枝部５１ａ１の一端は第１気筒＃１の排気ポートに接続され、枝部５１ａ１の他端は集合部５１ｂに接続されている。
枝部５１ａ２の一端は第２気筒＃２の排気ポートに接続され、枝部５１ａ２の他端は集合部５１ｂに接続されている。
枝部５１ａ３の一端は第３気筒＃３の排気ポートに接続され、枝部５１ａ３の他端は集合部５１ｂに接続されている。
枝部５１ａ４の一端は第４気筒＃４の排気ポートに接続され、枝部５１ａ４の他端は集合部５１ｂに接続されている。
エキゾーストパイプ５２は、エキゾーストマニホールド５１の集合部５１ｂに接続されている。
ここで、説明の便宜上、第２気筒＃２、第３気筒＃３及び第４気筒＃４を、前記多気筒内燃機関１０が備える複数の気筒のうちの「一部の気筒」と称呼し、第１気筒＃１を前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒以外の「他の気筒」と称呼する。更に、説明の便宜上、枝部５１ａ２、枝部５１ａ３及び枝部５１ａ４を便宜上「第１枝部」と称呼する。この称呼方法に従うと、「第１枝部は多気筒内燃機関１０が備える複数の気筒のうちの一部の気筒の排気ポートに接続されている。」と表現することができる。また、枝部５１ａ１を便宜上「第２枝部」と称呼する。この場合、「第２枝部は多気筒内燃機関１０が備える複数の気筒のうちの他の気筒の排気ポートに接続されている。」と表現することができる。
加えて、エギゾーストパイプ５２は、集合部５１ｂとともに、集合部５１ｂに接続された主通路部を構成していると表現することもできる。更に、第１枝部、集合部及び主通路部は、「前記一部の気筒の排気ポートを通して排出された排ガスを通過させる主排気通路」を構成する「主排気通路構成部」であると表現することもできる。
上流側触媒５３は、セラミックからなる担持体に「触媒物質である貴金属」及び「セリア（CeO2)」を担持していて、酸素吸蔵・放出機能（単に「酸素吸蔵機能」又は「Ｏ２ストレージ機能」とも称呼する。）を有する三元触媒である。上流側触媒５３は排気通路の集合部（エキゾーストマニホールド５１の集合部５１ｂ）よりも下流のエキゾーストパイプ５２に配設（介装）されている。上流側触媒５３は、スタート・キャタリティック・コンバータ（ＳＣ）又は第１触媒とも称呼される。
微粒子捕集フィルタ５４はセラミックからなる周知の微粒子フィルタであり、機関１０から排出される微粒子を捕集するようになっている。微粒子捕集フィルタ５４はパティキュレート・マター・フィルタ（ＰＭＦ）とも称呼される。微粒子捕集フィルタ５４は、上流側触媒５３よりも下流の位置において排気通路（エキゾーストパイプ５２）に配設（介装）されている。換言すると、微粒子捕集フィルタ５４は前記上流側触媒５３よりも下流の位置において前記主通路部に配設されている。また、上流側触媒５３は、前記主通路部又は前記集合部であって前記微粒子捕集フィルタ５４よりも上流の位置に配設されている。
下流側触媒５５は、上流側触媒５３と同様、セラミックからなる担持体に貴金属及びセリアを担持していて、酸素吸蔵機能を有する三元触媒である。下流側触媒５５は微粒子捕集フィルタ５４よりも下流の位置においてエキゾーストパイプ５２に配設（介装）されている。換言すると、下流側触媒５５は、前記主通路部であって微粒子捕集フィルタ５４よりも下流の位置に配設されている。即ち、前記主排気通路の主通路部には、上流側触媒５３、微粒子捕集フィルタ５４及び下流側触媒５５が、上流から下流に向けて順に直列に配設されている。下流側触媒５５は、車両のフロア下方に配設されているため、アンダ・フロア・キャタリティック・コンバータ（ＵＦＣ）又は第２触媒とも称呼される。
上流側触媒５３及び下流側触媒５５を構成する三元触媒は、図３に示したように、三元触媒に流入するガスの空燃比が所謂「ウインドウＷ」の範囲内にあるとき、未燃物（ＨＣ，ＣＯ等）を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元することにより、これらの有害成分を高い効率で浄化する特性（触媒機能）を有する。
また、三元触媒は、酸素吸蔵機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化することができる。即ち、機関の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比となって三元触媒に流入するガスにＮＯｘが多量に含まれると、触媒はＮＯｘから酸素分子を奪って（ＮＯｘを還元し）、その奪った酸素分子を吸蔵する。このような状態は、三元触媒が「実質的に還元剤（還元成分）を保持している状態である。」と表現することもできる。また、機関の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比になって三元触媒に流入するガスにＨＣ,ＣＯ等の未燃物（還元成分）が多量に含まれると、三元触媒は吸蔵している酸素分子をこれらの未燃物に対して与え、これらの成分を酸化（浄化）する。このような状態は、三元触媒が「実質的に酸化剤（酸化成分）を保持している状態である。」と表現することもできる。
再び、図１及び図２を参照すると、バイパス通路形成部材５６は、管状の部材からなる。バイパス通路形成部材５６の一端は、図２に示したように、第１気筒＃１の排気ポートに接続された枝部５１ａ１に接続されている。バイパス通路形成部材５６の他端は、微粒子捕集フィルタ５４と下流側触媒５５との間の位置においてエキゾーストパイプ５２に接続されている。即ち、バイパス通路形成部材５６は、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒以外の気筒である他の気筒（第１気筒＃１）の排気ポートを通して排出された排ガスを、微粒子捕集フィルタ５４を通過させることなく、枝部５１ａ１と協働して下流側触媒５５に直接流入させるバイパス通路を構成する「バイパス通路構成部」に相当している。更に、そのバイパス通路構成部は、「一端が前記第２枝部（枝部５１ａ１）に接続されるとともに他端が前記微粒子捕集フィルタ５４と前記下流側触媒５５との間の位置にて前記主通路部に接続されることにより前記バイパス通路を構成するバイパス通路形成部材からなる。」と表現することもできる。
開閉弁５７は、電磁式開閉弁であって、指示（駆動信号、指示信号）に応答してバイパス通路形成部材５６のバイパス通路を遮断及び開放するようになっている。開閉弁５７が閉じられることによりバイパス通路が遮断されると、バイパス通路内のガスの通流が停止される。開閉弁５７が開かれてバイパス通路が開放されると、第１気筒＃１から排出された排ガスがバイパス通路形成部材５６及び開閉弁５７を通って、エキゾーストパイプ５２であって微粒子捕集フィルタ５４と下流側触媒５５との間の位置に流入する。
更に、このシステムは、図１及び図２に示したように、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５、上流側空燃比センサ６６、下流側空燃比センサ６７及びアクセル開度センサ６８を備えている。
熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４２内を流れる吸入空気の質量流量を検出し、その質量流量（機関１０の単位時間あたりの吸入空気量、吸入空気流量）Ｇａを表す信号を出力するようになっている。以下、Ｇａは「吸入空気量Ｇａ」と称呼する。
スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４４の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。
カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが所定角度から９０度、次いで９０度、更に１８０度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。この信号はＧ２信号とも称呼される。
クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにクランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。クランクポジションセンサ６４から出力されるパルスは後述する電気制御装置７０により機関回転速度ＮＥを表す信号に変換されるようになっている。更に、電気制御装置７０は、カムポジションセンサ６３及びクランクポジションセンサ６４からの信号に基いて、機関１０のクランク角度（絶対クランク角）を取得するようになっている。
水温センサ６５は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。
上流側空燃比センサ６６は、図２に示したように、エキゾーストマニホールド５１の集合部５１ｂ（排気通路の集合部）と上流側触媒５３との間の位置においてエキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２の何れかに配設されている。換言すると、上流側空燃比センサ６６は、前記主通路部又は前記集合部であって上流側触媒５３よりも上流の位置に配設されている。上流側空燃比センサ６６は、上流側空燃比センサ６６が配設された排気通路内の部位を流れる排ガス（上流側触媒５３に流入する排ガスである被検出ガス）の空燃比に応じた出力値を出力するようになっている。
より具体的に述べると、上流側空燃比センサ６６は限界電流式の酸素濃度センサである。上流側空燃比センサ６６は、図４に示したように、被検出ガスの空燃比Ａ／Ｆ（従って、機関に供給される混合気の空燃比）に応じた電圧である出力値Vabyfsを出力するようになっている。この出力値Vabyfsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比であるときに値Vstoichに一致する。出力値Vabyfsは、被検出ガスの空燃比が大きくなる（リーンとなる）ほど増大する。
後述する電気制御装置７０は、図４により示したテーブル（マップ）Mapabyfsを記憶していて、そのテーブルに実際の出力値Vabyfsを適用することによって空燃比を検出する（検出空燃比を取得する）ようになっている。但し、上流側空燃比センサ６６は、上流側空燃比センサ６６に到達しているガス（即ち、被検出ガス）の空燃比が時間軸上でステップ状にしても出力値Vabyfsが徐々に変化するという検出応答遅れ特性を有する。より具体的に述べると、上流側空燃比センサ６６に到達しているガスの空燃比の値を入力信号とし、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfs及びテーブルMapabyfsに基いて求められる空燃比の値を出力信号とするとき、出力信号は入力信号に対してローパスフィルタ処理（例えば、所謂「なまし処理」を含む一次遅れ処理及び二次遅れ処理等）を施した信号と極めて似た信号となる。
下流側空燃比センサ６７は、図２に示したように、微粒子捕集フィルタ５４と下流側触媒５５との間の位置においてエキゾーストパイプ５２（主通路部）に配設されている。より詳細には、下流側空燃比センサ６７は、バイパス通路形成部材５６とエキゾーストパイプ５２との接続箇所（合流位置）と、下流側触媒５５と、の間の位置において、エキゾーストパイプ５２（主排気通路の主通路部）に配設されている。下流側空燃比センサ６７は、下流側空燃比センサ６７が配設された排気通路内の部位を流れる排ガス（即ち、下流側触媒５５に流入する排ガスである被検出ガス）の空燃比に応じた出力値を出力するようになっている。
より具体的に述べると、下流側空燃比センサ６７は起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサである。従って、下流側空燃比センサ６７は、酸素濃度センサとも称呼される。下流側空燃比センサ６７は、図５に示したように、理論空燃比近傍において急変する電圧である出力値Voxsを出力する。即ち、下流側空燃比センサ６７は、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくリーン側の空燃比であるときに略０．１（Ｖ）、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくリッチ側の空燃比であるときに略０．９（Ｖ）、空燃比が理論空燃比のときは０．５（Ｖ）の電圧を出力するようになっている。更に、下流側空燃比センサ６７は、被検出ガスの空燃比が理論空燃比近傍の空燃比（前述した、三元触媒のウインドウＷに実質的に対応する空燃比）であるとき、被検出ガスの空燃比がリッチからリーンに変化するに従って急激に減少する（略０．９（Ｖ）から略０．１（Ｖ）に向けて変化する）電圧を出力するようになっている。なお、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づいて得られる下流側空燃比afdownは、図５に示した出力値Voxsと下流側空燃比afdownとの関係を表す関数をｆとするとき、afdown＝ｆ(Voxs)により求められる。
再び、図１を参照すると、アクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、アクセルペダル８１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。
インターフェース７５は、前記センサ６１〜６８と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６８からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、スロットル弁アクチュエータ４４ａ及び開閉弁５７等に駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。
（作動）
次に、上記のように構成された第１制御装置による空燃比制御の概要について説明する。第１制御装置は、通常時制御及び微粒子捕集フィルタ再生制御（フィルタ再生制御）を、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御等を利用しながら実行するようになっている。
第１制御装置のＣＰＵ７１は、図６に示した概略フローチャートにより示した手順に沿って上述した各種の制御を行うようになっている。ＣＰＵ７１は、図６に示した手順を所定時間の経過毎に繰り返すようになっている。なお、以下の説明において、上流側空燃比センサ６６及び下流側空燃比センサ６７は共に活性化していると仮定する。
ＣＰＵ７１は、ステップ６００から処理を開始してステップ６１０に進み、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かを判定する。フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は、微粒子捕集フィルタ５４を再生する要求（フィルタ再生要求）が発生しているときに「１」に設定され、微粒子捕集フィルタ５４を再生する必要がないとき「０」に設定される。フィルタ再生要求フラグＸＰＭの操作については後述する（図７を参照。）。
いま、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６２０に進んで開閉弁５７を閉じる指示を開閉弁５７に与え、バイパス通路形成部材５６のバイパス通路を遮断する。
次に、ＣＰＵ７１はステップ６３０に進み「通常制御」を実行する。この通常制御においては、第１気筒乃至第４気筒（複数の気筒の総て）のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均が実質的に理論空燃比（理論空燃比近傍空燃比）となるように、各気筒に供給される混合気の空燃比（各気筒に対する燃料噴射量）が制御される。
なお、「ある気筒に供給される混合気の空燃比を制御する」ことは「その気筒に対応して備えられているインジェクタ３９からの燃料噴射を制御する」ことにより達成される。また、ここでの理論空燃比近傍空燃比は、上流側触媒５３及び下流側触媒５５のウインドウＷ内の空燃比であって、且つ、理論空燃比より僅かな所定値ΔＡＦだけリッチ側の空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲ）である。
より具体的に述べると、ＣＰＵ７１は、ステップ６３０において、後に詳述する「メインフィードバック制御」及び「サブフィードバック制御」の両制御を実行する。この場合、メインフィードバック制御の上流側目標空燃比abyfrは理論空燃比stoichに設定され、サブフィードバック制御の下流側目標値Voxsrefは弱リッチ空燃比ＡＦＲに相当する値Vrichに設定される。メインフィードバック制御は、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに基づいて得られる上流側空燃比abyfsを上流側目標空燃比abyfr（メインフィードバック制御用目標空燃比abyfrtgt）に一致させるフィードバック制御である。サブフィードバック制御は、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsを下流側目標値Voxsrefに一致させるフィードバック制御である。その後、ＣＰＵ７１はステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
この通常制御により、上流側触媒５３及び下流側触媒５５に流入するガスの空燃比はウインドウＷの範囲内の理論空燃比近傍空燃比となるから、未燃物（ＨＣ，ＣＯ等）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）は、高い浄化率にて浄化される。
一方、ＣＰＵ７１は図７にフローチャートにより示したフィルタ再生要求フラグ操作ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、ＣＰＵ７１は所定のタイミングにてステップ７００から処理を開始し、ステップ７１０に進んで「前回のフィルタ再生制御を終了してからの吸入空気量Ｇａの積算値ＳＧａ」が所定の閾値（フィルタ再生制御実行閾値）ＳＧａｔｈ以上となっているか否かを判定する。
この積算値ＳＧａは所定時間Δｔｓの経過毎に実行される図示しない吸入空気量積算ルーチンにより更新されている。即ち、ＣＰＵ７１は、所定時間Δｔｓの経過毎に、その時点の積算値ＳＧａにその時点にてエアフローメータ６１により検出されている吸入空気量Ｇａを加えることにより、積算値ＳＧａを更新する。積算値ＳＧａはバックアップＲＡＭ７４内に格納される。機関１０の運転によって発生する微粒子の量は吸入空気量Ｇａが大きくなるほど大きくなるので、積算値ＳＧａは微粒子捕集フィルタ５４に捕集された微粒子の量を表す量となる。なお、積算値ＳＧａはフィルタ再生制御の実行が完了すると、吸入空気量積算ルーチンによって「０」に設定（クリア）されるようになっている。
この時点において積算値ＳＧａが閾値ＳＧａｔｈ以上であると、ＣＰＵ７１はステップ７１０からステップ７２０に進んでフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値を「１」に設定し、ステップ７３０に進む。これに対し、積算値ＳＧａが閾値ＳＧａｔｈより小さいと、ＣＰＵ７１はステップ７１０からステップ７３０に直接進む。
なお、後述するように、積算値ＳＧａに代え、微粒子捕集フィルタ５４に捕集された微粒子の積算量（微粒子捕集量）ＳＰＭを積算値ＳＧａよりも精度良く推定しておき、ステップ７１０を「推定された微粒子捕集量ＳＰＭが閾値ＳＰＭｔｈ以上か否か」を判定するステップに変更してもよい（後述する図１５のステップ１５１０乃至ステップ１５２５を参照。）。
ＣＰＵ７１は、ステップ７３０にてフィルタ再生制御の開始時点（この場合、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」から「１」へと変化した時点）から所定時間Ｔｓｔｈ（フィルタ再生制御実行時間Ｔｓｔｈ）が経過したか否かを判定する。そして、フィルタ再生制御の開始時点から所定時間Ｔｓｔｈ（フィルタ再生制御実行時間Ｔｓｔｈ）が経過していると、ＣＰＵ７１はステップ７３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７４０に進み、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これに対し、フィルタ再生制御の開始時点から所定時間Ｔｓｔｈが経過していなければ、ＣＰＵ７１はステップ７３０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
このように、フィルタ再生要求フラグＸＰＭは、前回のフィルタ再生制御終了後からの吸入空気量Ｇａの積算値ＳＧａが閾値ＳＧａｔｈ以上となったとき「１」に設定され、フィルタ再生要求フラグＸＰＭが「０」から「１」になってから所定時間Ｔｓｔｈが経過すると「０」に設定される。従って、図６のステップ６２０及びステップ６３０による通常制御の通算実行期間が所定期間以上となると、積算値ＳＧａの値が閾値ＳＧａｔｈ以上となるので、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」に設定される。
このとき、ＣＰＵ７１が図６のステップ６１０の処理を実行すると、ＣＰＵ７１はステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ６４０に進んで開閉弁５７を開く指示を開閉弁５７に与え、バイパス通路形成部材５６のバイパス通路を開放する（ガスの通流が可能な状態に設定する）。
次に、ＣＰＵ７１はステップ６５０に進み「フィルタ再生制御」を実行する。このフィルタ再生制御においては、第１気筒に供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定され、第２気筒、第３気筒及び第４気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均は理論空燃比よりもリーン側の空燃比に設定される。但し、第１気筒乃至第４気筒（即ち、総ての気筒）のそれぞれに供給される混合気の全体の空燃比の平均が理論空燃比又は理論空燃比近傍空燃比（本例においては、弱リッチ空燃比ＡＦＲ）となるように、第１気筒に供給される混合気の空燃比及び第２気筒〜第４気筒に供給される混合気の空燃比が制御される。
より具体的に述べると、ＣＰＵ７１は、ステップ６５０において、第１気筒に対する燃料噴射量を第２〜第４気筒のそれぞれに対する燃料噴射量よりも増量する。例えば、それぞれの気筒に供給される混合気の全体の空燃比を弱リッチ空燃比ＡＦＲに維持するために必要な一気筒あたりの燃料噴射量がＦｉであるとすると、第１気筒の燃料噴射量はＦｉ・（１＋３ａ）に設定され、第２気筒〜第４気筒のそれぞれの燃料噴射量はＦｉ（１−ａ）に設定される。ここで、値ａは０より大きく１より小さい数である。即ち、全体では機関１０の１サイクル（クランク角度７２０度）あたりに４・Ｆｉ（各気筒に対する平均値＝Ｆi）の燃料が噴射される。このとき、ＣＰＵ７１はメインフィードバック制御を停止し、サブフィードバック制御のみを実行する。サブフィードバック制御の下流側目標値Voxsrefは弱リッチ空燃比ＡＦＲに相当する値Vrichに設定される（図５を参照。）。
このフィルタ再生制御により、第２気筒〜第４気筒（複数の気筒のうちの一部の気筒）に理論空燃比よりもリーン側の空燃比（フィルタ再生制御用リーン空燃比）の混合気が供給されるので、第２気筒〜第４気筒からはそれらの気筒の排気ポートのそれぞれを通して「過剰な酸素を含む排ガス」が排出される。その排ガスは第２気筒、第３気筒及び第４気筒にそれぞれ連通している枝部５１ａ２、枝部５１ａ３及び枝部５１ａ４（即ち、「第１枝部」）を通して集合部５１ｂへと流れ、次いで、エキゾーストパイプ５２内を通過する。従って、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は次第に増大する。そして、酸素吸蔵量ＯＳＡ１が上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に略一致すると、酸素は上流側触媒５３から流出して微粒子捕集フィルタ５４に流入する。その結果、微粒子捕集フィルタ５４に捕集されていた微粒子が燃焼するので、微粒子捕集フィルタ５４の再生が開始する。
即ち、フィルタ再生制御において、前記フィルタ再生制御用リーン空燃比に設定された混合気が前記一部の気筒（第２〜第４気筒）内において燃焼することにより生成された「過剰な酸化成分（例えば、酸素）を含む排ガス」が前記主排気通路（前記第１枝部、前記集合部及び前記主通路部）を通して微粒子捕集フィルタ５４に供給される。従って、微粒子捕集フィルタ５４に捕集されている微粒子が燃焼する。この結果、微粒子捕集フィルタ５４が再生させられ始める。このとき、前記一部の気筒内において多量に発生した窒素酸化物（ＮＯｘ）は、上流側触媒５３によっては殆ど浄化されないので、下流側触媒５５に流入する。
一方、第１気筒（複数の気筒のうちの他の気筒）に理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（フィルタ再生制御用リッチ空燃比）の混合気が供給されるので、第１気筒から第１気筒の排気ポートを通して「過剰な還元成分（未燃物ＨＣ，ＣＯ）を含む排ガス」が排出される。その排ガスは枝部５１ａ１の一部とバイパス通路形成部材５６とからなるバイパス通路（バイパス通路構成部）を通過して（上流側触媒５３及び微粒子捕集フィルタ５４を通過することなく）下流側触媒５５に直接流入する。
従って、下流側触媒５５には、主排気通路を介して窒素酸化物が流入し、バイパス通路を介してその窒素酸化物を還元する還元成分が流入する。従って、窒素酸化物は下流側触媒５５内で浄化（還元）される。この結果、第１制御装置は、窒素酸化物の排出量を低減しながら微粒子捕集フィルタ５４を再生させることができる。
また、フィルタ再生制御中においても、第１気筒乃至第４気筒（即ち、総ての気筒）のそれぞれに供給される混合気の全体の空燃比の平均が理論空燃比又は理論空燃比近傍空燃比（本例においては、弱リッチ空燃比ＡＦＲ）となるように制御されるので、下流側触媒５５にもウインドウＷの範囲内の理論空燃比近傍空燃比の排ガスが流入する。従って、下流側触媒５５は窒素酸化物を高効率にて浄化（還元）することができる。この結果、フィルタ再生制御中における窒素酸化物の排出量を極めて小さくすることができる。
このフィルタ再生制御が所定時間Ｔｓｔｈ以上だけ継続したとき、ＣＰＵ７１が図７のステップ７３０の処理を実行すると、ＣＰＵ７１はステップ７３０からステップ７４０に進んでフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値を「０」に設定する。この結果、ＣＰＵ７１は図６のステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６２０及びステップ６３０へと進み、通常制御を再び実行する。
（通常制御の詳細）
ここで、上記ステップ６３０において実行されるメインフィードバック制御及びサブフィードバック制御について説明する。
＜メインフィードバック制御の概要＞
前述したように、第１制御装置は、通常制御において、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに基づいて取得された上流側空燃比abyfsが上流側目標空燃比abyfr（メインフィードバック目標値）に一致するように機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御（メインフィードバック制御）する。上流側目標空燃比abyfrは通常制御時において理論空燃比に設定される。なお、その他の場合（例えば、機関暖機中及び触媒過熱防止時等）において上流側目標空燃比abyfrは理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されることがある。
＜サブフィードバック制御の概要＞
前述したように、第１制御装置は、通常制御及びフィルタ再生制御において、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが、下流側目標空燃比に相当する値である下流側目標値Voxsrefに一致するように、機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御（サブフィードバック制御）する。この下流側目標値Voxsrefは、図５に示したように、下流側空燃比センサ６７が配設された位置を通過するガス（被検出ガス）の空燃比が理論空燃比より僅かな所定値ΔＡＦだけリッチ側の空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲ）に相当する空燃比であるときに下流側空燃比センサ６７が出力するべき値（例えば、Voxsref＝Vrich＝０．５５Ｖ）に設定されている。
これにより、機関１０に供給される混合気の全体の空燃比、即ち、下流側触媒５５に流入するガスの空燃比の平均（中心、中央値）は理論空燃比よりも僅かにリッチ側の空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲ）に一致させられる。この弱リッチ空燃比ＡＦＲは、図３に示したように、ウインドウＷの範囲内であって理論空燃比よりも僅かにリッチ側の空燃比である。
ところで、上流側触媒５３は酸素吸蔵機能を有するから、上流側触媒５３の上流の空燃比変化は所定の遅れ時間が経過した後に上流側触媒５３の下流の空燃比変化となって現れる。従って、サブフィードバック制御のみでは過渡的な空燃比変動を抑制することが困難である。そこで、第１制御装置は、上記メインフィードバック制御を実行し、過渡的な空燃比変動を抑制する。このとき、第１制御装置は、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御との間に制御上の干渉が発生することがないように、機能ブロック図である図８に示した複数の手段等によって空燃比制御を実行する。以下、図８を参照しながら説明する。但し、以下の説明は、通常制御（各気筒に供給される燃料噴射量が気筒間で相違しない制御）におけるメインフィードバック制御及びサブフィードバック制御の態様に従って行われる。
＜補正後基本燃料噴射量の算出＞
筒内吸入空気量算出手段Ａ１は、エアフローメータ６１が計測している吸入空気量Ｇａと、クランクポジションセンサ６４の出力に基づいて得られる機関回転速度ＮＥと、ＲＯＭ７２が記憶しているテーブルMapMcと、に基づき今回の吸気行程を迎える気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Mc(k)を求める。ここで、添え字の（k）は、今回の吸気行程に対する値であることを示している。筒内吸入空気量Mc(k)は、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。筒内吸入空気量Mc(k)は機関１０の吸気通路における空気の挙動をモデル化した周知の空気量推定モデル（空気モデル）を用いて求められてもよい。
上流側目標空燃比設定（決定）手段Ａ２は、上流側目標空燃比abyfr(k)を理論空燃比に設定する。上流側目標空燃比abyfr(k)は以下に述べるように変更されることもあるので、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。即ち、上流側目標空燃比設定（決定）手段Ａ２は、内燃機関１０の運転状態である機関回転速度ＮＥ及びアクセルペダル操作量Accp（機関の負荷）等に基づいて上流側目標空燃比abyfr(k)を決定するように構成されてもよい。
補正前基本燃料噴射量算出手段Ａ３は、下記の（１）式に示したように、筒内吸入空気量算出手段Ａ１により求められた筒内吸入空気量Mc(k)を上流側目標空燃比設定手段Ａ２により設定された上流側目標空燃比abyfr(k)で除することにより、機関の空燃比を上流側目標空燃比abyfr(k)とするための今回の吸気行程に対する基本燃料噴射量Fbaseb(k)を求める。基本燃料噴射量Fbaseb(k)は、後述する基本補正値KF等による補正がなされる前の基本燃料噴射量であるから、補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)とも称呼される。補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)は各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。
Fbaseb(k)＝Mc(k)／abyfr(k) …（１）
補正後基本燃料噴射量算出手段Ａ４は、補正前基本燃料噴射量算出手段Ａ３により求められた今回の補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)に後述する基本補正値算出手段Ａ１６により求められてバックアップＲＡＭ７４に格納されている基本補正値KFを乗じることで補正後基本燃料噴射量Fbase(k)（＝KF・Fbaseb(k)）を求める。基本補正値KFを算出する基本補正値算出手段Ａ１６については後に詳述する。
このように、第１制御装置は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１、上流側目標空燃比設定手段Ａ２、補正前基本燃料噴射量算出手段Ａ３、補正後基本燃料噴射量算出手段Ａ４及び基本補正値算出手段Ａ１６を利用して、補正後基本燃料噴射量Fbase(k)を求める。
＜最終燃料噴射量の算出＞
最終燃料噴射量算出手段Ａ５は、下記の（２）式により示したように、補正後基本燃料噴射量Fbase(k)（＝KF・Fbaseb(k)）に後述するメインフィードバック補正値更新手段Ａ１５によって求められているメインフィードバック補正値KFmainを乗じ、それらの積（＝Fbase(k)・KFmain）に後述するＰＩＤコントローラＡ９によって求められているサブフィードバック補正値Fisubを加えて今回の最終燃料噴射量Fi(k)を求める。最終燃料噴射量Fi(k)は、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。
Fi(k)＝(KF・Fbaseb(k))・KFmain＋Fisub＝Fbase(k)・KFmain＋Fisub …（２）
このように、第１制御装置は、最終燃料噴射量算出手段Ａ５により、補正後基本燃料噴射量Fbase(k)をメインフィードバック補正値KFmainとサブフィードバック補正値Fisubとに基づいて補正することにより最終燃料噴射量Fi(k)を求める。更に、第１制御装置は、この最終燃料噴射量Fi(k)の燃料が、今回の吸気行程を迎える気筒のインジェクタ３９から噴射されるように、そのインジェクタ３９に対して噴射指示信号を送出する。換言すると、噴射指示信号は、最終燃料噴射量Fi(k)に関する情報を指示噴射量として含んでいる。
＜サブフィードバック補正値の算出＞
下流側目標値設定手段Ａ６は、下流側目標値Voxsrefを出力するようになっている。下流側目標値Voxsrefは、上述した弱リッチ空燃比ＡＦＲに対応する値Vrich（例えば、０．５５（Ｖ））に設定される。なお、下流側目標値設定手段Ａ６は、上述した上流側目標空燃比設定手段Ａ２と同様、内燃機関１０の運転状態である機関回転速度ＮＥ及びアクセルペダル操作量Accp（機関の負荷）等に基づいて下流側目標値Voxsrefを変更するように構成され得る。
出力偏差量算出手段Ａ７は、下記（３）式に基づいて、下流側目標値設定手段Ａ６により設定されている現時点（具体的には、今回のFi(k)の噴射指示開始時点）での下流側目標値Voxsrefから同現時点での下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。出力偏差量算出手段Ａ７は、求めた出力偏差量DVoxsをローパスフィルタＡ８に出力する。
DVoxs＝Voxsref−Voxs …（３）
ローパスフィルタＡ８は一次のデジタルフィルタである。ローパスフィルタＡ８の特性を表す伝達関数Ａ８（ｓ）は下記の（４）式により示される。（４）式において、ｓはラプラス演算子であり、τ1は時定数である。ローパスフィルタＡ８は周波数（１／τ1）以上の高周波数成分が通過することを実質的に禁止する。ローパスフィルタＡ８は出力偏差量DVoxsの値を入力するとともに出力偏差量DVoxsの値をローパスフィルタ処理した後の値であるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowをＰＩＤコントローラＡ９に出力する。
Ａ８（ｓ）＝１／（１+τ1・s） …（４）
ＰＩＤコントローラＡ９は、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを下記（５）式に基づいて比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）し、サブフィードバック補正値Fisubを求める。
Fisub＝Kp・DVoxslow＋Ki・SDVoxslow＋Kd・DDVoxslow …（５）
上記（５）式において、Kpは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Kiは予め設定された積分ゲイン（積分定数）、Kdは予め設定された微分ゲイン（微分定数）である。また、SDVoxslowはローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの時間積分値であり、DDVoxslowはローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの時間微分値である。以上により、サブフィードバック補正値Fisubが求められる。
以上から明らかなように、下流側目標値設定手段Ａ６、出力偏差量算出手段Ａ７、ローパスフィルタＡ８及びＰＩＤコントローラＡ９はサブフィードバック補正値算出手段を構成している。
＜メインフィードバック制御及びメインフィードバック補正値の算出＞
先に説明したように、上流側触媒５３は触媒機能及び酸素吸蔵機能を有している。従って、上流側触媒５３の上流の排ガスの空燃比の変動における「比較的周波数の高い高周波数成分（前記周波数１／τ1以上の高周波数成分）」及び「比較的周波数が低く且つ振幅が比較的小さい低周波数成分（前記周波数１／τ1以下の周波数にて変動するとともに理論空燃比からの偏移量が比較的小さい低周波成分）」は、上流側触媒５３の触媒機能及び酸素吸蔵機能により吸収されるから、上流側触媒５３の下流の排ガスの空燃比の変動として現れ難い。
従って、例えば、排ガスの空燃比が前記周波数（１／τ1）以上の高周波数で大きく変動するような「過渡運転状態における空燃比の急変」に対する補償は、サブフィードバック制御により行われ得ない。それ故、「過渡運転状態における空燃比の急変」に対する補償を確実に行うためには、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに基づいたメインフィードバック制御を行う必要がある。
一方、上流側触媒５３の上流の排ガスの空燃比の変動における「周波数が比較的低くて振幅が比較的大きい低周波数成分（例えば、前記周波数（１／τ1）以下の周波数で変動するとともに理論空燃比からの偏移量が比較的大きい低周波成分）」は、上流側触媒５３により吸収され得ない。従って、そのような上流側触媒５３の上流における空燃比の変動は、所定の遅れを有しながら下流の排ガスの空燃比の変動として現れる。この結果、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsと下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsとが理論空燃比近傍の空燃比に対して互いに逆方向に偏移した空燃比を示す値となる場合が存在する。この場合、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御は機関に供給される混合気の空燃比を互いに逆方向に補正しようとするため、これらの制御の間に空燃比制御上の干渉が生じる場合がある。
以上のことから、第１制御装置は、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsの変動における各周波数成分のうち上流側触媒５３の下流の空燃比の変動として現れ得る程度の周波数成分である所定の周波数（本例では、周波数（１／τ1））以下の低周波数成分を上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsから除去した値をメインフィードバック制御に使用する。このメインフィードバック制御に使用される上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに応じた値は、本例においては、「メインフィードバック制御用目標空燃比abyfrtgtと上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfs(k)に基づく上流側空燃比（検出空燃比）abyfs(k)との偏差Daf」に対して「ハイパスフィルタ処理を施した値DafHi」である。この値DafHiに基づいてメインフィードバック制御を実行する結果、前述した空燃比制御上の干渉が発生することを回避することができる。より具体的には、メインフィードバック制御の結果として得られるメインフィードバック補正値は以下に述べるようにして求められる。
テーブル変換手段Ａ１０は、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsと、図４に示した上流側空燃比センサ出力値Vabyfsと空燃比Ａ／Ｆとの関係を表すテーブルMapabyfsと、に基づいて、上流側空燃比センサ６６が検出している現時点の検出空燃比abyfs(k)を求める。
目標空燃比遅延手段Ａ１１は、上流側目標空燃比設定手段Ａ２により決定され、且つ、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されている上流側目標空燃比abyfrのうち、現時点からＮストローク（Ｎ回の吸気行程）前の時点の上流側目標空燃比abyfrをＲＡＭ７３から読み出し、これを上流側目標空燃比abyfr(k-N)として設定する。ここで、添え字の（k-N）は、今回の吸気行程からＮストローク（４気筒エンジンにおいて、Ｎ・１８０°ＣＡ、ＣＡ；クランク角）前の吸気行程に対した値であることを示している。上流側目標空燃比abyfr(k-N)は、現時点からＮストローク前に吸気行程を迎えた気筒の補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k-N)（＝Mc(k-N)／abyfr(k-N)）を算出するために用いられた上流側目標空燃比である（上記（１）式を参照。）。
ここで、前記値Ｎは、内燃機関１０の排気量及び燃焼室２５から上流側空燃比センサ６６までの距離等により異なる値である。このように、現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)をメインフィードバック補正値の算出に用いるのは、インジェクタ３９から噴射された燃料を含み且つ燃焼室２５内で燃焼された混合気が上流側空燃比センサ６６に到達するまでには、Ｎストロークに相当する無駄時間Ｌ１を要するからである。なお、値Ｎは、機関回転速度ＮＥが大きいほど小さくなり、且つ、機関の負荷（例えば、筒内吸入空気量Mc）が大きくなるほど小さくなるように変更されることが望ましい。
ローパスフィルタＡ１２は、目標空燃比遅延手段Ａ１１から出力された現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)に対してローパスフィルタ処理を施し、メインフィードバック制御用目標空燃比（上流側フィードバック制御用目標空燃比）abyfrtgt(k)を算出する。メインフィードバック制御用目標空燃比abyfrtgt(k)を、以下、単に「ＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)」とも称呼する。このように、ＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)は、上流側目標空燃比設定手段Ａ２により決定されていた上流側の上流側目標空燃比abyfr(k-N)に応じた値（基づいた値）である。
このローパスフィルタＡ１２は一次のディジタル・フィルタである。ローパスフィルタＡ１２の伝達特性Ａ１２（ｓ）は下記の（６）式により示される。（６）式において、ｓはラプラス演算子であり、τは時定数（応答性に関するパラメータ）である。この特性により、周波数（１／τ）以上の高周波数成分の通過が実質的に禁止される。
Ａ１２（ｓ）＝１／（１＋τ・s） …（６）
前述したように、上流側空燃比センサ６６に到達しているガスの空燃比の値を入力信号とし、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに基いて求められる空燃比の値を出力信号とするとき、出力信号は入力信号に対してローパスフィルタ処理（例えば、所謂「なまし処理」を含む一次遅れ処理及び二次遅れ処理等）を施した信号と極めて似た信号となる。この結果、ローパスフィルタＡ１２により生成されるＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)は、上流側空燃比センサ６６に上流側目標空燃比abyfr(k−N）に応じた望ましい空燃比の排ガスが到達しているとき、実際に上流側空燃比センサ６６が出力するであろう値となる。
上流側空燃比偏差算出手段Ａ１３は、下記（７）式に基づいて、「ローパスフィルタＡ１２から出力されたＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)」から「テーブル変換手段Ａ１０により求められた現時点の検出空燃比abyfs(k)」を減じることにより、空燃比偏差Dafを求める。この空燃比偏差Dafは、Ｎストローク前の時点において筒内に供給された混合気の空燃比の目標空燃比からの偏差を表す量である。
Daf＝abyfrtgt(k)−abyfs(k) …（７）
ハイパスフィルタＡ１４は一次のフィルタである。ハイパスフィルタＡ１４の特性を表す伝達関数Ａ１４（ｓ）は（８）式により示される。（８）式において、ｓはラプラス演算子であり、τ1は時定数である。時定数τ1は上記ローパスフィルタＡ８の時定数τ1と同一の時定数である。ハイパスフィルタＡ１４は、周波数（１／τ1）以下の低周波数成分が通過することを実質的に禁止する。
Ａ１４（ｓ）＝{１−１／（１+τ1・s）} …（８）
ハイパスフィルタＡ１４は、前記上流側空燃比偏差算出手段Ａ１３により求められた空燃比偏差Dafを入力するとともに、上記（８）式より表された特性式に従って空燃比偏差Dafをハイパスフィルタ処理した後の値であるメインフィードバック制御用偏差DafHiを出力する。
メインフィードバック補正値更新手段Ａ１５は、ハイパスフィルタＡ１４の出力値であるメインフィードバック制御用偏差DafHiを比例処理する。即ち、メインフィードバック補正値更新手段Ａ１５は、メインフィードバック制御用偏差DafHiに比例ゲインGpHiを乗じることにより、メインフィードバック補正値KFmainを求める。このメインフィードバック補正値KFmainは、前記（２）式により示したように、最終燃料噴射量Fi(k)を求める際に使用される。
なお、メインフィードバック補正値更新手段Ａ１５は、下記（９）式に基いて、ハイパスフィルタＡ１４の出力値であるメインフィードバック制御用偏差DafHiを比例・積分処理（ＰＩ処理）することにより、メインフィードバック補正値KFmainを求めてもよい。
KFmain＝(Gphi・DafHi＋Gihi・SDafHi)・KFB …（９）
上記（９）式において、Gphiは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Gihiは予め設定された積分ゲイン（積分定数）である。SDafHiはメインフィードバック制御用偏差DafHiの時間積分値である。係数KFBは本例では「１」である。しかしながら、係数KFBは、機関回転速度ＮＥ及び筒内吸入空気量Mc等により可変としても良い。
以上から明らかなように、上流側目標空燃比設定手段Ａ２、テーブル変換手段Ａ１０、目標空燃比遅延手段Ａ１１、ローパスフィルタＡ１２、上流側空燃比偏差算出手段Ａ１３、ハイパスフィルタＡ１４及びメインフィードバック補正値更新手段Ａ１５は、メインフィードバック補正値算出手段を構成している。
このように、第１制御装置は、メインフィードバック制御系とサブフィードバック制御系とを補正前基本燃料噴射量Fbasebの算出系に対して並列且つ独立に接続している。即ち、第１制御装置は、補正後基本燃料噴射量Fbaseにメインフィードバック補正値KFmainを乗じることによるメインフィードバック制御と、補正後基本燃料噴射量Fbaseとメインフィードバック補正値KFmainとの積にサブフィードバック補正値Fisubを加えることによるサブフィードバック制御とを、独立に実行する。更に、前述したように、メインフィードバック制御用偏差DafHiは、ハイパスフィルタＡ１４によって空燃比偏差Dafにハイパスフィルタ処理を施した値であって上流側触媒５３の下流には現れない空燃比変動を反映した値である。従って、メインフィードバック補正値KFmainとサブフィードバック補正値Fisubとは、機関に供給される混合気の空燃比の変動を互いに干渉するように補正することがない。加えて、メインフィードバック制御により過渡運転状態における空燃比の急変が抑制され、サブフィードバック制御により「上流側触媒５３の下流の空燃比の変動として現れる緩やかな空燃比の偏移」が解消される。更に、サブフィードバック制御によって、「上流側空燃比センサ６６の特性ズレ」及び「上流側空燃比センサ６６の配設位置」等に起因する「空燃比の平均に対する検出誤差」により「機関に供給される混合気の空燃比の平均」がウインドウＷから外れてしまうことを回避することができる。
＜基本補正値の算出＞
前述したように、サブフィードバック補正値FisubはＰＩＤコントローラＡ９によりローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを比例・積分・微分処理することによって算出される。しかしながら、上流側触媒５３の酸素吸蔵機能等の影響により機関１０の空燃比の変化は少し遅れて同上流側触媒５３の下流の排ガスの空燃比の変化として現れる。従って、エアフローメータの検出精度や空気量推定モデルの推定精度に起因する定常的な誤差の大きさが運転領域の急変等によって比較的急激に増大する場合、その誤差に起因する燃料噴射量の過不足分をサブフィードバック制御のみにより直ちに補償することはできない。
一方、前記酸素吸蔵機能による遅れの影響がないメインフィードバック制御において、ハイパスフィルタＡ１４によるハイパスフィルタ処理は微分処理（Ｄ処理）と同等の機能を達成する処理である。従って、ハイパスフィルタＡ１４通過後の値がメインフィードバック補正値更新手段Ａ１５の入力値とされている上記メインフィードバック制御においては、仮にメインフィードバック補正値更新手段Ａ１５が積分処理を行うことによりメインフィードバック補正値KFmainを求めるように構成されている場合であっても、実質的な積分項を含むメインフィードバック補正値KFmainを算出することができない。それ故、上記メインフィードバック制御より、上記エアフローメータの検出精度や空気量推定モデルの推定精度に起因する燃料噴射量の定常的な誤差は補償され得ない。その結果、運転領域が変化した場合等において、一時的にＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘ等のエミッションの排出量が増大する場合が発生するという可能性がある。
以上のことから、第１制御装置は、下記（１０）式により示される「補正前基本燃料噴射量Fbasebを補正する基本補正値KF」を求め、その基本補正値KFによって補正後基本燃料噴射量Fbase(k)を求め、その補正後基本燃料噴射量Fbase(k)を更にメインフィードバック補正値KFmain及びサブフィードバック補正値Fisubにより補正している（上記（２）式を参照。）。
Figure 2009156100
上記（１０）式において、Fbasetは、目標空燃比を得るために必要な真の指示噴射量であり、誤差を含まない基本燃料噴射量であるということもできる。以下、Fbasetを、「真の基本燃料噴射量」と称呼する。この真の基本燃料噴射量Fbaset(k-N)は、下記の（１１）式により算出される。
Figure 2009156100
上記（１１）式について説明を加える。上述したように、現時点における検出空燃比abyfs(k)は最終燃料噴射量Fi(k-N)に基いて噴射された燃料によりもたらされている空燃比である。従って、（１１）式における右辺の分子のabyfs(k)・Fi(k-N)は、最終燃料噴射量Fi(k-N)を決定した際の筒内空気量を表していることになる。それ故、（１１）式に示したように、最終燃料噴射量Fi(k-N)を決定した時点の筒内空気量（abyfs(k)・Fi(k-N)）を、最終燃料噴射量Fi(k-N)を決定した時点の上流側目標空燃比abyfr(k-N）で除することにより、真の基本燃料噴射量Fbaset(k-N)が算出される。
一方、上記（１０）式にて使用される補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)は、下記に再度記載した上述の（１）式に基いて求められる。
Fbaseb(k)＝Mc(k)／abyfr(k) …（１）
そこで、第１制御装置は、（１）式、（１０）式及び（１１）式から得られる下記（１２）式に基いて基本補正値KFを求め、求めた基本補正値KFを同基本補正値KFを算出したときの運転領域に対応させてメモリ（バックアップＲＡＭ７４）に記憶しておく。この運転領域は、例えば、筒内吸入空気量Mcにより区画される。
Figure 2009156100
以下、基本補正値算出手段Ａ１６の詳細機能ブロック図である図９を参照しながら、基本補正値KFの実際の算出の仕方について説明する。基本補正値算出手段Ａ１６は、Ａ１６ａ〜Ａ１６ｆの各手段等を含んで構成されている。
最終燃料噴射量遅延手段Ａ１６ａは、今回の最終燃料噴射量Fi(k)を遅延させることにより現時点からＮストローク前の最終燃料噴射量Fi(k-N)を求める。実際には、最終燃料噴射量遅延手段Ａ１６ａは最終燃料噴射量Fi(k-N)をＲＡＭ７３から読み出す。
目標空燃比遅延手段Ａ１６ｂは、今回の上流側目標空燃比abyfr(k)を遅延させることにより現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)を求める。実際には、目標空燃比遅延手段Ａ１６ｂは上流側目標空燃比abyfr(k-N)をＲＡＭ７３から読み出す。
真の基本燃料噴射量算出手段Ａ１６ｃは、上記（１１）式（Fbaset(k-N)＝（abyfs(k)・Fi(k-N)／abyfr(k-N)）に従って現時点からＮストローク前の真の基本燃料噴射量Fbaset(k-N)を求める。
補正前基本燃料噴射量遅延手段Ａ１６ｄは、今回の補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)を遅延させることにより現時点からＮストローク前の補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k-N)を求める。実際には、補正前基本燃料噴射量遅延手段Ａ１６ｄは補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k-N)をＲＡＭ７３から読み出す。
フィルタ前基本補正値算出手段Ａ１６ｅは、上述した（１２）式に基く式（KFbf＝Fbaset(k-N)／Fbaseb(k-N)）に従って、真の基本燃料噴射量Fbaset(k-N)を補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k-N)で除することにより、フィルタ前基本補正値KFbfを算出する。
ローパスフィルタＡ１６ｆは、フィルタ前基本補正値KFbfに対してローパスフィルタ処理を施すことにより基本補正値KFを算出する。このローパスフィルタ処理は、基本補正値KFを安定化させるため（フィルタ前基本補正値KFbfに重畳しているノイズ成分を除去するため）に行われる。このようにして求められた基本補正値KFは、現時点からＮストローク前の運転状態が属していた運転領域に対応させられながらＲＡＭ７３及びバックアップＲＡＭ７４に記憶・格納されて行く。なお、基本補正値KFが格納される運転領域は、例えば、図１０に示したように、機関１０の負荷（筒内吸入空気量Mc及びアクセルペダル操作量Accp等）により区画されている。この運転領域は、機関回転速度ＮＥと機関の負荷とによって区画されてもよい。
このように、基本補正値算出手段Ａ１６は、最終燃料噴射量Fi(k)の計算時点が到来する毎に、Ａ１６ａ〜Ａ１６ｆの各手段等を利用して基本補正値KFを更新する。そして、基本補正値算出手段Ａ１６は、図８に示したように、最終燃料噴射量Fi(k)の算出時において機関１０の運転状態が属する運転領域に格納されている基本補正値KFをバックアップＲＡＭ７４から読み出し、読み出した基本補正値KFを補正後基本燃料噴射量算出手段Ａ４に提供する。この結果、燃料噴射量（補正前基本燃料噴射量）の定常的な誤差が迅速に補償されていく。
（フィルタ再生制御の詳細）
次に、上記ステップ６５０において実行されるフィルタ再生制御の詳細について説明する。この場合、メインフィードバック制御は停止される。但し、ＣＰＵ７１は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１により筒内吸入空気量Mc(k)を求める。そして、ＣＰＵ７１は、第１気筒に対して設定されるフィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲにより筒内吸入空気量Mc(k)を除して第１気筒用の燃料噴射量Fib(k)#1を求める。
更に、ＣＰＵ７１は、第２気筒〜第４気筒に対して設定されるフィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬにより筒内吸入空気量Mc(k)を除して第２気筒、第３気筒及び第４気筒用の燃料噴射量Fib(k)#2,Fib(k)#3及びFib(k)#4をそれぞれ求める。なお、フィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲ及びフィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬは、下記の（１３）式が成立するように予め決定されていて、ＲＯＭ７２内に格納されている。即ち、ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２からフィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲ及びフィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬを読み出す。（１３）式において、ＳＴは理論空燃比である。（１３）の左辺の分母の「３」は機関１０の気筒数（ｎ＝４）から「１」を減算した値である。（１３）式は、左辺により表される「第１気筒に供給される混合気により生じる理論空燃比からの燃料の一気筒あたりの過剰分」が、右辺により表される「第２〜第４気筒に供給される混合気により生じる理論空燃比からの燃料の一気筒あたりの不足分」と等しいことを表す。
Figure 2009156100
そして、ＣＰＵ７１は、下流側目標値設定手段Ａ６、出力偏差量算出手段Ａ７、ローパスフィルタＡ８及びＰＩＤコントローラＡ９を用いて「サブフィードバック補正値Fisub」を求め、下記（１４）式に従って今回の気筒別最終燃料噴射量Fi(k)#Nを算出する。#Nは気筒を表す。即ち、例えば、Fi(k)#1は今回の第１気筒に対する燃料噴射量を示す。
Fi(k)#N＝Fib(k)#N＋Fisub …（１４）
（実際の作動）
次に、第１制御装置の実際の作動について説明する。以下、説明の便宜上、「MapX(a1,a2,…)」は、a1,a2,…を引数とする値Xを求めるためのテーブルを表すものとする。また、引数の値がセンサの検出値である場合、その引数の値には現在値が適用される。
＜最終燃料噴射量Fi(k)の算出＞
ＣＰＵ７１は、図１１にフローチャートにより示した最終燃料噴射量Fiの計算及び噴射指示を行うルーチンを、各気筒のクランク角が各気筒の吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が上記所定クランク角度になると、ＣＰＵ７１はステップ１１００から処理を開始してステップ１１０５に進み、現在の運転状態がフューエルカット条件（減速フューエルカット条件）を満足するか否かを判定する。
フューエルカット条件は、例えば、アクセルペダル操作量Accpが「０」であり、且つ、機関回転速度ＮＥがフューエルカット回転速度ＮＥＦＣ以上であるときに成立する。このフューエルカット条件は、フューエルカット中（フューエルカット条件成立中）においてアクセルペダル操作量Accpが「０」でなくなるか、又は、機関回転速度ＮＥがフューエルカット復帰回転速度ＮＥＦＫ以下となったときに不成立となり、フューエルカット復帰条件が成立する。フューエルカット復帰回転速度ＮＥＦＫは、フューエルカット回転速度ＮＥＦＣよりも小さい。フューエルカット制御が終了されて燃料噴射が再開されることを「フューエルカット復帰」とも称呼する。
いま、フューエルカット条件が成立していれば、ＣＰＵ７１はステップ１１０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。従って、燃料噴射の指示を行うステップ１１５０が実行されないので、燃料噴射は停止される（フューエルカット制御が実行される。）。
一方、ステップ１１０５の判定時点においてフューエルカット条件が成立していなければ、ＣＰＵ７１はステップ１１０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１１０に進み、テーブルMapMc(ＮＥ,Ｇａ)に基づいて今回の吸気行程を迎える気筒（以下、「燃料噴射気筒」と云うこともある。）に吸入される今回の筒内吸入空気量Mc(k)を推定・決定する。次に、ＣＰＵはステップ１１１５に進み、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かを判定する。
いま、微粒子捕集フィルタ５４を再生する要求が発生しておらず、従って、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であると仮定して説明を続ける。なお、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は後述する図１５のフィルタ再生要求フラグＸＰＭ操作ルーチンにて変更される。
この場合、ＣＰＵ７１は、以下に記載したステップ１１２０乃至ステップ１１５０の処理を順に行い、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ１１２０：ＣＰＵ７１は、開閉弁５７を閉じる指示を開閉弁５７に与え、バイパス通路形成部材５６のバイパス通路を遮断する。これにより、機関１０から排出された排ガスは総て集合部５１ｂ及びエギゾーストパイプ５２（即ち、主通路部）を通過する。
ステップ１１２５：ＣＰＵ７１は、上流側目標空燃比abyfr(k)に理論空燃比ＳＴを設定する。
ステップ１１３０：ＣＰＵ７１は、後述するルーチンによって計算されるとともにバックアップＲＡＭ７４に運転領域毎に格納されている基本補正値KFの中から、現時点における運転状態が属する運転領域に格納されている基本補正値KFを読み出す。更に、ＣＰＵ７１は後述するルーチンにより求められているメインフィードバック補正値KFmainを読み出す。
ステップ１１３５：ＣＰＵ７１は、上記ステップ１１１０にて求めた筒内吸入空気量Mc(k)を上流側目標空燃比abyfr(k)で除することにより、補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)を算出する。補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)は各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。
ステップ１１４０：ＣＰＵ７１は、補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)に基本補正値KFを乗じた値を補正後基本燃料噴射量Fbaseとして設定する。
ステップ１１４５：ＣＰＵ７１は、上記（２）式（及び上記（１４）式）に従い、補正後基本燃料噴射量Fbaseとメインフィードバック補正値KFmainとの積にサブフィードバック補正値Fisubを加えて今回の最終燃料噴射量Fi(k)を求める。
ステップ１１５０：ＣＰＵ７１は、最終燃料噴射量Fi(k)の燃料が燃料噴射気筒に対するインジェクタ３９から噴射されるように、そのインジェクタ３９に対して噴射指示を行う。
以上の処理により、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」である場合、総ての気筒に対して、理論空燃比ＳＴを上流側目標空燃比abyfr(k)として決定された燃料噴射量Fi(k)の燃料が噴射される。このようにして、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」である場合、上述した通常制御が実行される。
次に、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」に変更された場合の処理について説明する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ１１１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１５５に進み、開閉弁５７を閉じる指示を開閉弁５７に与え、それにより、バイパス通路形成部材５６のバイパス通路を遮断する。次いで、ＣＰＵ７１はステップ１１６０に進み、燃料噴射気筒が第１気筒であるか否かを判定する。
いま、燃料噴射気筒が第１気筒であるとすると、ＣＰＵ７１はステップ１１６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１６５に進み、上流側目標空燃比abyfr(k)にフィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲを設定する。前述したように、フィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲは理論空燃比ＳＴよりもリッチ側の予め定められた空燃比である。次に、ＣＰＵ７１はステップ１１７０に進み、基本補正値KFの値を「１」に設定するとともに、メインフィードバック補正値KFmainの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵ７１は上述したステップ１１３５乃至ステップ１１５０の処理を行い、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
以上の処理により、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」である場合、第１気筒に供給される混合気の空燃比がフィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲに制御される。
一方、ＣＰＵ７１がステップ１１６０に進んだとき、燃料噴射気筒が第１気筒以外の気筒（第２〜第４気筒）であると、ＣＰＵ７１はステップ１１６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１７５に進み、上流側目標空燃比abyfr(k)にフィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬを設定する。前述したように、フィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬは理論空燃比ＳＴよりもリーン側の空燃比であり、フィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲとの間で上記（１３）式が成立するように予め定められている。そして、ＣＰＵ７１はステップ１１７０と、ステップ１１３５乃至ステップ１１５０と、の処理を行い、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
以上の処理により、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」である場合、第２乃至第４気筒に供給される混合気の空燃比がフィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬに制御される。このようにして、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」である場合、上述したフィルタ再生制御が実行される。
＜メインフィードバック補正値の計算＞
次に、メインフィードバック補正値KFmainを算出する際の作動について説明する。ＣＰＵ７１は図１２にフローチャートにより示したルーチンを実行周期Δｔ（一定）の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングにてＣＰＵ７１はステップ１２００から処理を開始し、以下に記載したステップ１２０５及びステップ１２１０の処理を順に行った後、ステップ１２１５に進む。なお、この実行周期Δｔは、例えば、機関回転速度ＮＥが想定される最大の機関回転速度である場合における連続する二つの噴射指示の発生時間間隔より短い時間に設定されている。
ステップ１２０５：ＣＰＵ７１は、ステップ１２０５に記載した簡易のローパスフィルタ式（abyfrtgt(k)＝α・abyfrtgtold＋(1−α)・abyfr(k−N)）に従ってＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)を求める。この処理は、前述した目標空燃比遅延手段Ａ１１及びローパスフィルタＡ１２の処理に対応している。ここで、αは０より大きく１より小さい定数であり、上記ローパスフィルタＡ１２の時定数τに応じて設定されている。abyfrtgtoldは、次のステップ１２１０にて設定される「前回本ルーチンを実行した際に算出されたＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt」である。abyfrtgtoldは、前回ＭＦＢ用目標空燃比（前回メインフィードバック制御用目標空燃比）と称呼される。abyfr(k−N)は、現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比である。但し、本例においては、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であって通常制御が実行される場合にのみメインフィードバック制御が実行される（後述するステップ１２１５を参照。）。通常制御における上流側目標空燃比abyfrは理論空燃比ＳＴである（前述した図１１のステップ１１２５を参照。）。従って、ステップ１２０５の処理は、ＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)を理論空燃比ＳＴに設定する処理に置換することもできる。
ステップ１２１０：ＣＰＵ７１は、次回の本ルーチンの実行のために、前回ＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgtoldにステップ１２０５にて算出したＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)を格納する。
次に、ＣＰＵ７１はステップ１２１５に進み、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「１」であるか否かを判定する。メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値は、メインフィードバック制御条件が成立したときに「１」に設定され、メインフィードバック制御条件が不成立のとき「０」に設定される。更に、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値は、図示しないイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更された際に実行されるイニシャルルーチンにて「０」に設定される。メインフィードバック制御条件は、例えば、以下の総ての条件Ｊ１〜Ｊ３が成立したときに成立する。
Ｊ１：上流側空燃比センサ６６が活性化している。
Ｊ２：フューエルカット条件が不成立である。
Ｊ３：フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」である。
いま、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「１」であるとすると、ＣＰＵ７１は、ステップ１２１５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に記載したステップ１２２０乃至ステップ１２３５の処理を順に行い、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ１２２０：ＣＰＵ７１は、現時点の上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsを図４に示したテーブルMapabyfs(Vabyfs)に基づいて変換することにより、現時点の検出空燃比abyfs(k)を求める。
ステップ１２２５：ＣＰＵ７１は、上記（７）式であるステップ１２２５内に記載した式に従ってＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)から今回の検出空燃比abyfs(k)を減じることにより、空燃比偏差Dafを求める。
ステップ１２３０：ＣＰＵ７１は、空燃比偏差Dafに上記（８）式により表された特性を有するハイパスフィルタ処理を施すことにより、メインフィードバック制御用偏差DafHiを取得する。この処理は、前述したハイパスフィルタＡ１４による処理に対応している。
ステップ１２３５：ＣＰＵ７１は、メインフィードバック制御用偏差DafHiに比例ゲインGpHiを乗じて得られる積に値「１」を加えることにより、メインフィードバック補正値KFmainを求める。
一方、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「０」であるとすると、ＣＰＵ７１は、ステップ１２１５にて「Ｎｏ」と判定し、以下に記載したステップ１２４０及びステップ１２４５の処理を順に行い、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ１２４０：ＣＰＵ７１は、メインフィードバック補正値KFmainを「１」に設定する。
ステップ１２４５：ＣＰＵ７１は、基本補正値KFを「１」に設定する。
このように、メインフィードバック制御条件が不成立（XmainFB＝０）の場合、メインフィードバック補正値KFmainの更新が停止されるとともに、メインフィードバック補正値KFmainの値が「１」に設定されるので、メインフィードバック制御が停止される（メインフィードバック補正値KFmainの最終燃料噴射量Fiへの反映が停止される）。また、メインフィードバック制御条件が不成立の場合、基本補正値KFの値が「１」に設定されるので、基本補正値KFの最終燃料噴射量Fiへの反映が停止される。
＜サブフィードバック補正値の計算＞
次に、サブフィードバック補正値Fisubを算出するための作動について説明する。ＣＰＵ７１は図１３にフローチャートにより示したルーチンを、所定時間が経過する毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになるとＣＰＵ７１はステップ１３００から処理を開始し、ステップ１３０５に進んでサブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が「１」であるか否かを判定する。
サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値は、サブフィードバック制御条件が成立したときに「１」に設定され、サブフィードバック制御条件が不成立のとき「０」に設定される。更に、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値は、図示しない前記イニシャルルーチンにて「０」に設定される。サブフィードバック制御条件は、例えば、以下の総ての条件Ｋ１及びＫ２が成立したときに成立する。
Ｋ１：下流側空燃比センサ６７が活性化している。
Ｋ２：フューエルカット条件が不成立である。
なお、サブフィードバック制御条件には、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であることが含まれていない。換言すると、サブフィードバック制御条件は、上述したように、通常制御及びフィルタ再生制御のいずれにおいても実行される。
いま、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が「１」であるとすると、ＣＰＵ７１は、ステップ１３０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に記載したステップ１３１０乃至ステップ１３３５の処理を順に行い、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ１３１０：ＣＰＵ７１は、上記（３）式であるステップ１３１０内に記載した式に従って、下流側目標値Voxsrefから現時点の下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。なお、前述したように、下流側目標値Voxsrefは弱リッチ空燃比ＡＦＲに対応したVrichに設定されている。
ステップ１３１５：ＣＰＵ７１は、出力偏差量DVoxsに対して上記（４）式により表された特性を有するローパスフィルタ処理を施すことによりローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを算出する。
ステップ１３２０：ＣＰＵ７１は、下記（１３）式に基づきローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの微分値DDVoxslowを求める。（１３）式において、DVoxslow1は前回の本ルーチン実行時においてステップ１３３５（後述）にて更新された「ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow」の前回値である。また、Δtは本ルーチンが前回実行された時点から今回実行された時点までの時間である。
DDVoxslow＝(DVoxslow-DVoxslow1)/Δt …（１３）
ステップ１３２５：ＣＰＵ７１は、上記（５）式であるステップ１３２５内に示した式に従ってサブフィードバック補正値Fisubを求める。
ステップ１３３０：ＣＰＵ７１は、その時点におけるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの積分値SDVoxslowに上記ステップ１３１５にて求めたローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを加えて、新たなローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの積分値SDVoxslowを求める。
ステップ１３３５：ＣＰＵ７１は、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの前回値DVoxslow1に上記ステップ１３１５にて求めたローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを格納する。
一方、ステップ１３０５の判定時において、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が「０」であるとすると、ＣＰＵ７１はステップ１３０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３４０に進み、サブフィードバック補正値Fisubを「０」に設定し、続くステップ１３４５にてローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの積分値SDVoxslowを「０」に設定した後、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
このように、サブフィードバック制御条件が不成立（XsubFB＝０）であるとき、サブフィードバック補正値Fisubが「０」に設定されるから、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに応じた空燃比のフィードバック制御は行われない。なお、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」から「１」へと変化した直後、及び／又は、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」から「０」へと変化した直後、サブフィードバック補正値Fisubを「０」に設定するとともに、積分値SDVoxslowを「０」に設定してもよい。
＜基本補正値の計算と記憶・格納＞
ＣＰＵ７１は図１４にフローチャートにより示したルーチンを、図１１に示したルーチンの実行に先だって繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングにてＣＰＵ７１はステップ１４００から処理を開始し、ステップ１４０５に進んでメインフィードバック制御条件成立フラグXmainFB及びサブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が共に「１」であるか否かを判定する。いま、これらのフラグの両方が「１」であるとすると、ＣＰＵ７１は、以下に記載したステップ１４１０乃至ステップ１４３０の処理を順に行い、ステップ１４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ１４１０：ＣＰＵ７１は、上記（１１）式であるステップ１４１０内に記載した式に従って、現時点における検出空燃比abyfs(k)と現時点からＮストローク前の最終燃料噴射量Fi(k-N)との積を現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)により除することによって、現時点からＮストローク前の真の基本燃料噴射量Fbaset(k-N)を算出する。なお、現時点からＮストローク前の最終燃料噴射量Fi(k-N)及び現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N）は、いずれもＲＡＭ７３から読み出される。
ステップ１４１５：ＣＰＵ７１は、上記（１２）式と同じ式であるステップ１４１５に記載した式に基いて、ステップ１４１０にて算出した現時点からＮストローク前の真の基本燃料噴射量Fbaset(k-N)を現時点からＮストローク前の補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k-N)により除することによって、基本補正値KFの基礎となる今回値KFnew（フィルタ前基本補正値KFbf）を算出する。なお、現時点からＮストローク前の補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k-N)はＲＡＭ７３から読み出される。
ステップ１４２０：ＣＰＵ７１は、現時点からＮストローク前の時点における機関１０の運転状態が属する運転領域に対応してバックアップＲＡＭ７４内に格納してある基本補正値KFを同バックアップＲＡＭ７４から読み出す。この読み出された基本補正値KFは、過去の基本補正値KFoldである。
ステップ１４２５：ＣＰＵ７１は、ステップ１４２５に記載した簡易のローパスフィルタ式（KF＝β・KFold＋(1−β)・KFnew）に従って新たな基本補正値KF（最終基本補正値KF）を算出する。ここで、βは０より大きく１より小さい定数である。
ステップ１４３０：ＣＰＵ７１は、ステップ１４２５にて求められた基本補正値KFを、現時点からＮストローク前の時点における機関１０の運転状態が属する運転領域に対応したバックアップＲＡＭ７４内の格納領域に記憶・格納する。
このようにして、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「１」である場合、基本補正値KFが更新され、且つ、記憶されて行く。
一方、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値及びサブフィードバック制御条件成立フラグXsubFMの値の何れかが「０」であるとすると、ＣＰＵ７１はステップ１４０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１４９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、基本補正値KFの更新及び同基本補正値KFのバックアップＲＡＭ７４への記憶・格納処理は実行されない。
＜フィルタ再生要求フラグの操作＞
次に、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの操作のための作動について説明する。ＣＰＵ７１は所定時間の経過毎に図１５にフローチャートにより示したルーチンをステップ１５００から実行するようになっている。従って、所定のタイミングにてＣＰＵ７１はステップ１５０５に進み、現時点においてフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」に設定されているか否かを判定する。フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は、前述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であるとして説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１はステップ１５０５にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べるステップ１５１０及びステップ１５１５の処理を実行し、その後、ステップ１５２０に進む。
ステップ１５１０：現時点の上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに基づいて得られる現時点の検出空燃比abyfsと、ステップ１５１０内に示したマップと、に基づいて係数ｋ１を求める。このマップによれば、検出空燃比abyfsが理論空燃比ＳＴから遠ざかるほど係数ｋ１が大きくなる。特に、検出空燃比abyfsが理論空燃比ＳＴよりリッチ側の領域において理論空燃比ＳＴから遠ざかる場合、検出空燃比abyfsが理論空燃比ＳＴよりリーン側の領域において理論空燃比ＳＴから遠ざかる場合よりも係数ｋ１はより大きくなる。このように係数ｋ１を定めるのは、吸入空気量Ｇａが一定であったとしても、機関１０に供給される混合気の空燃比が理論空燃比ＳＴから乖離するほど、機関１０から発生する微粒子の量が増大することに依拠している。
ステップ１５１５：ＣＰＵ７１は、現時点の微粒子捕集量ＳＰＭ（微粒子捕集フィルタ５４に捕集されている微粒子の量（総量）の推定値）に、上記係数ｋ１と現時点においてエアフローメータ６１が計測している吸入空気量Ｇａとの積（ｋ１・Ｇａ）を加えた値を、新たな微粒子捕集量ＳＰＭとして設定する。この微粒子捕集量ＳＰＭはバックアップＲＡＭ７４内に格納される。
次に、ＣＰＵ７１は、ステップ１５２０に進み、前記ステップ１５１５にて更新（推定）された微粒子捕集量ＳＰＭが閾値ＳＰＭｔｈ以上であるか否かを判定する。このとき、微粒子捕集量ＳＰＭが閾値ＳＰＭｔｈより小さければ、ＣＰＵ７１はステップ１５２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。
その後、機関１０の運転が行われると、微粒子捕集量ＳＰＭの値は次第に増大し閾値ＳＰＭｔｈ以上となる。このとき、ＣＰＵ７１がステップ１５２０に進むと、ＣＰＵ７１はステップ１５２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５２５に進み、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値を「１」に設定する。そして、ＣＰＵ７１はステップ１５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、ＣＰＵ７１は、図１１のステップ１１１５にて「Ｙｅｓ」と判定してフィルタ再生制御を実行するようになる。従って、微粒子捕集フィルタ５４の再生が開始する。
次に、ＣＰＵ７１が図１５のステップ１５０５に進んだとき、ＣＰＵ７１はステップ１５０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５３０に進み、フィルタ再生制御の継続時間（即ち、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」から「１」に変更されてからの経過時間）Ｔｓが所定時間Ｔｓｔｈ（フィルタ再生制御実行時間Ｔｓｔｈ）以上であるか否かを判定する。
現時点はフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」から「１」へと変更になった直後である。従って、フィルタ再生制御の継続時間Ｔｓは所定時間Ｔｓｔｈに到達していない。従って、ＣＰＵ７１はステップ１５３０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１５９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
その後、フィルタ再生制御が継続して実行されることにより、フィルタ再生制御の継続時間Ｔｓは所定時間Ｔｓｔｈに到達する。このとき、ＣＰＵ７１はステップ１５０５に続くステップ１５３０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１５３５及びステップ１５４０の処理を順に行い、ステップ１５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ１５３５：微粒子捕集量ＳＰＭの値を「０」に設定（クリア）する。
ステップ１５４０：フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値を「０」に設定する。
この結果、ＣＰＵ７１は、図１１のステップ１１１５にて「Ｎｏ」と判定して通常制御を再開する。更に、ＣＰＵ７１は図１５のステップ１５０５にて「Ｎｏ」と判定し、再び微粒子捕集量ＳＰＭの更新を開始する。
以上、説明したように、第１制御装置は、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であるとき総ての気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比を理論空燃比近傍に制御するとともに総ての気筒から排出される排ガスを上流側触媒５３、微粒子捕集フィルタ５４及び下流側触媒５５を通して大気中に排出する。従って、未燃物、窒素酸化物及び微粒子の排出量を極めて小さくすることができる。更に、第１制御装置は、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」に変更されたとき、所定期間（Ｔｓｔｈ）に渡り、第１気筒に供給される混合気の空燃比をフィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲに設定し且つ第２〜第４気筒の空燃比をフィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬに設定するとともに、第１気筒から排出される排ガスをバイパス通路を介して下流側触媒５５に直接供給し、第２〜第４気筒から排出される排ガスを上流側触媒５３、微粒子捕集フィルタ５４及び下流側触媒５５に供給する。その結果、微粒子捕集フィルタには酸素が供給されるので、微粒子捕集フィルタ５４が再生される。更に、下流側触媒５５に流入するガスの空燃比の平均が、略理論空燃比となるので、下流側触媒５５に流入する窒素酸化物を下流側触媒５５によって浄化することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第２制御装置」とも称呼する。）について説明する。第２制御装置は、下流側触媒５５が「所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態」に到達したか否かを判定する還元状態判定手段を備え、前記通常制御実行中において下流側触媒５５が「前記還元状態」に到達したと判定したとき、前記フィルタ再生制御の実行を許容（フィルタ再生要求があれば開始）するように構成されている点のみにおいて、第１制御装置と相違する。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。
より具体的に述べると、第２制御装置は、フィルタ再生要求が発生した場合であっても、前回（直前）のフューエルカット制御の実行停止後（フューエルカット復帰後）からの吸入空気量の積算値（フューエルカット復帰後積算吸入空気量）ｔＧａＳが閾値Ｇｔｈ以上となるまで通常制御を実施し、積算値ｔＧａＳが閾値Ｇｔｈ以上となった時点から所定期間に渡りフィルタ再生制御を実行する。この吸入空気量積算値ｔＧａＳは、機関１０に供給される混合気の空燃比の平均が通常制御によって弱リッチ空燃比ＡＦＲに設定されることにより「過剰な還元成分が排出される期間」における「吸入空気量Ｇａの積算値」であるから、「機関１０から排出された未燃物である還元成分の量」から「還元成分を酸化させる機関１０から排出された酸化成分の量」を減じた量である「還元成分の過剰量」の積算値（以下、「第１積算値」と称呼する。）である。
以下、第２制御装置の実際の作動について説明する。第２制御装置のＣＰＵ７１は、図１６に示した概略フローチャート示した手順に沿って上述の制御を行うようになっている。ＣＰＵ７１は、図１６に示した手順を所定時間の経過毎に繰り返すようになっている。なお、図１６において図６に示したステップと同一の処理を行うためのステップには、図６のそのようなステップに付された符号と同一の符号が付されている。これらのステップについての詳細な説明は省略される。
ＣＰＵ７１は、所定のタイミングにてステップ１６００から処理を開始し、ステップ１６１０に進んで現在の運転状態がフューエルカット条件（減速フューエルカット条件）を満足するか否かを判定する。ステップ１６１０は先に説明した図１１のステップ１１０５と同一の処理を行うステップである。このとき、フューエルカット条件が成立していると、ＣＰＵ７１はステップ１６１０からステップ１６９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。これにより、燃料噴射が実行されず、フューエルカット制御が実行される。
一方、フューエルカット条件が成立していなければ、ＣＰＵ７１はステップ１６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６１０に進み、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かを判定する。このフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は、後述する図１７に示したフィルタ再生要求フラグ操作ルーチンにより設定される。
いま、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６２０に進んで開閉弁５７を閉じ、ステップ６３０にて通常制御を実行する。従って、第１気筒乃至第４気筒（複数の気筒の総て）のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比近傍空燃比である「弱リッチ空燃比ＡＦＲ」となるように、各気筒に供給される混合気の空燃比（各気筒に対する燃料噴射量）が制御される。
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１６３０に進み、再生実行中フラグ（フィルタ再生制御実行中フラグ）ＸＪの値を「０」に設定する。再生実行中フラグＸＪは、フィルタ再生制御が実行されているとき「１」に設定され（後述のステップ１６４０を参照。）、その他の場合（通常制御中、及び、フューエルカット制御中等）において「０」に設定される。
一方、ＣＰＵ７１は図１７にフローチャートにより示したフィルタ再生要求フラグＸＰＭ操作ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。この図１７において図１５に示したステップと同一の処理を行うためのステップには、図１５のそのようなステップに付された符号と同一の符号が付与されている。これらのステップについての詳細な説明は省略される。
ＣＰＵ７１は所定のタイミングにてステップ１７００から処理を開始し、ステップ１５０５んで現時点においてフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」に設定されているか否かを判定する。フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は、前述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であるとして説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１はステップ１５０５にて「Ｎｏ」と判定し、上述したステップ１５１０乃至ステップ１５２０の処理を実行する。更に、ＣＰＵ７１は、ステップ１５２０にて「Ｙｅｓ」と判定する場合、上述のステップ１５２５の処理を実行する。この結果、機関１０の運転が所定期間以上行われることにより微粒子捕集量ＳＰＭの値が閾値ＳＰＭｔｈに到達すると、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」に設定される。
このとき、ＣＰＵ７１は図１６のステップ１６１０にて「Ｎｏ」と判定するとともに、ステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１６２０に進んでフューエルカット復帰後からの吸入空気量の積算値ｔＧａＳが閾値Ｇｔｈ以上であるか否かを判定する。
この吸入空気量の積算値ｔＧａＳは、図１８に示した積算ガス量計算ルーチンにより算出される。具体的に述べると、ＣＰＵ７１は所定時間Δｔ１の経過毎に図１８のステップ１８００から処理を開始し、ステップ１８１０に進んで現時点がフューエルカット制御中であるか否かを判定する。そして、現時点がフューエルカット制御中であれば、ＣＰＵ７１はステップ１８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８２０に進み、吸入空気量の積算値ｔＧａＳを「０」に設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ１８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
一方、ＣＰＵ７１がステップ１８１０に進んだとき、フューエルカット制御中でなければ、ＣＰＵ７１はステップ１８１０にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べるステップ１８３０及びステップ１８４０の処理を順に行い、ステップ１８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ１８３０：ＣＰＵ７１は、吸入空気量の積算値ｔＧａＳの値を、その時点にてエアフローメータ６１により検出されている吸入空気量Ｇａに所定時間Δｔ１を乗じた値（Ｇａ・Δｔ１）だけ増大する。
ステップ１８４０；ＣＰＵ７１は、吸入空気量の積算値ｔＧａＳが所定の最大値ｔＧａＳｍを超えないように、吸入空気量の積算値ｔＧａＳの値を制限する。
以上の処理により、吸入空気量の積算値ｔＧａＳは、フューエルカット復帰時点から吸入空気量Ｇａを積算した値（第１積算値）となる。換言すると、吸入空気量の積算値ｔＧａＳは、フューエルカット中に「０」に設定され、フューエルカット復帰後に実行され且つ機関１０に供給される混合気の空燃比の平均を弱リッチ空燃比ＡＦＲに設定する通常制御における吸入空気量Ｇａの積算値である。通常制御においては、単位時間あたり、「機関１０から排出される未燃物である還元成分の量」から同還元成分を酸化させる「機関１０から排出される酸化成分の量」を減じた量である「還元成分の過剰量」は吸入空気流量Ｇａに比例する。従って、吸入空気量の積算値ｔＧａＳは、還元成分の過剰量をフューエルカット復帰時点から積算した値（第１積算値）となる。
現時点がフューエルカット復帰時点から所定の時間が経過していないとすると、吸入空気量の積算値ｔＧａＳは閾値Ｇｔｈ以上となっていない。即ち、第１積算値が閾値に到達しておらず、下流側触媒５５は「所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態」に到達していないと判定することができる。従って、ＣＰＵ７１はステップ１６２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６２０、ステップ６３０及びステップ１６３０に進むので、通常制御が実行される。
そして、フューエルカット復帰時点から所定の時間が経過し、吸入空気量の積算値ｔＧａＳが閾値Ｇｔｈ以上となると、ＣＰＵ７１はステップ１６２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ６４０に進んで開閉弁５７を開き、ステップ６５０にてフィルタ再生制御を実行する。従って、第１気筒に供給される混合気の空燃比の平均はフィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲに一致し、第２〜第４気筒に供給される混合気の空燃比の平均はフィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬ一致するように、各気筒に供給される混合気の空燃比（各気筒に対する燃料噴射量）が制御される。
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１６４０に進み、再生実行中フラグＸＪの値を「１」に設定し、ステップ１６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上の処理により、微粒子捕集フィルタ５４の再生が開始される。
この時点において、ＣＰＵ７１が図１７のステップ１７００から処理を開始すると、ＣＰＵ７１はステップ１５０５にて「Ｙｅｓ」と判定するとともに、「再生実行中フラグＸＪの値が「１」であるか否かを判定するステップ１７１０」にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５３０に進み、フィルタ再生制御の継続時間（即ち、再生実行中フラグＸＪの値が「０」から「１」に変更されてからの経過時間）Ｔｓが所定時間Ｔｓｔｈ（フィルタ再生制御実行時間Ｔｓｔｈ）以上であるか否かを判定する。
現時点は再生実行中フラグＸＪの値が「０」から「１」へと変更になった直後である。従って、フィルタ再生制御の継続時間は所定時間Ｔｓｔｈに到達していない。従って、ＣＰＵ７１はステップ１５３０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１５９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
その後、フィルタ再生制御が継続して実行されることにより、フィルタ再生制御の継続時間Ｔｓは所定時間Ｔｓｔｈに到達する。このとき、ＣＰＵ７１は図１７のステップ１５０５及びステップ１７１０に続くステップ１５３０にて「Ｙｅｓ」と判定し、上述したステップ１５３５及びステップ１５４０の処理を順に行う。
この結果、ＣＰＵ７１は、図１６のステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定して通常制御を再開する。更に、ＣＰＵ７１は図１７のステップ１５０５にて「Ｎｏ」と判定し、再び微粒子捕集量ＳＰＭの更新を開始する。なお、即ち、１７１０にて「Ｎｏ」と判定されるとき、ＣＰＵ７１は、ステップ１７１０からステップ１７９５に直接進む。
以上、説明したように、第２制御装置は、下流側触媒５５が所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態に到達したか否かを判定する還元状態判定手段（ステップ１６２０、図１８）を備え、通常制御実行中において下流側触媒５５が前記還元状態に到達したと判定したときフィルタ再生制御の実行を許可する（ステップ６１０、ステップ１６２０、ステップ６４０及びステップ６５０）又は開始する（ステップ１６２０、ステップ６４０及びステップ６５０）ように構成された空燃比制御手段を備えている。
フィルタ再生制御が開始されると、微粒子捕集フィルタ５４には酸素が供給され、下流側触媒５５に流入するガスの空燃比は理論空燃比近傍空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲ）になる。しかしながら、その直前の運転状態が例えばフューエルカット運転状態のように下流側触媒５５に多量の酸素が供給される状態であると、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２は下流側触媒の最大酸素吸蔵量Ｃmax２近傍の値になっている。従って、フューエルカット運転状態の直後において微粒子捕集フィルタ５４の再生要求が発生したときにフィルタ再生制御を直ちに開始すると、下流側触媒５５に理論空燃比近傍空燃比の空燃比のガスが流入した場合であっても、下流側触媒５５は多量の窒素酸化物を直ちに高い浄化率にて浄化することができない。
そこで、第２制御装置は、通常制御実行中において下流側触媒５５が還元状態に到達したと判定されたときフィルタ再生制御を許可し且つ微粒子捕集フィルタ５４の再生要求があるときフィルタ再生制御を開始する。従って、フィルタ再生制御の開始時点にて、下流側触媒５５はある程度の高い還元能力（所定量以上の窒素酸化物を浄化できる能力）を有しているから、下流側触媒５５に窒素酸化物が流入しても、その窒素酸化物を高い効率にて浄化することが可能となる。
更に、第２制御装置は、機関１０の運転状態が所定のフューエルカット運転状態となったときに機関１０への燃料の供給を停止するフューエルカット手段（図１６のステップ１６１０からステップ１６９５への流れを参照。）を備える。
加えて、
（Ａ１）第２制御装置は、前記通常制御において前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比を含む所定の空燃比範囲（ウインドウＷ）内の空燃比であって理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である弱リッチ空燃比ＡＦＲに制御し（図１６のステップ６３０を参照。）、且つ、
（Ａ２）第２制御装置は、ステップ１６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してフューエルカット運転を実行している状態からステップ１６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６１０に進んだ場合、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であっても吸入空気量の積算値ｔＧａＳは閾値Ｇｔｈより小さいのでステップ６２０及びステップ６３０の通常制御を実行する。即ち、第２制御装置は、フューエルカット手段による機関１０への燃料の供給停止が解除されて同機関１０に再び燃料が供給され始めたフューエルカット復帰時点から前記通常制御の実行を開始するように構成されている。従って、フューエルカット制御中に「酸化状態（酸素吸蔵量ＯＳＡ２が最大酸素吸蔵量Ｃmax２に一致するか最大酸素吸蔵量Ｃmax２に極めて近い量になっている状態）」となった下流側触媒５５の状態は、通常制御において機関から排出される過剰な還元成分により、「前記還元状態」に向けて変化する。
そして、第２制御装置は、
（Ｂ１）機関１０から排出された未燃物である「還元成分の量」から同還元成分を酸化させる同機関から排出された「酸化成分の量」を減じた量である「還元成分の過剰量」をフューエルカット復帰時点から積算する（図１８を参照。）ことにより「第１積算値ｔＧａＳ」を取得するとともに、
（Ｂ２）その第１積算値ｔＧａＳが第１所定値Ｇｔｈ以上となったとき下流側触媒５５が前記還元状態に到達したと判定するように構成されている（図１６のステップ１６２０を参照。）。第１積算値ｔＧａＳは、前述したように、下流側触媒５５に流入する還元成分の過剰量に応じた量となる。即ち、第１積算値ｔＧａＳは、フューエルカット復帰後において機関から流出した過剰な還元成分の総和量から上流側触媒５３により消費（吸収）された還元成分の量（上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に相当する量）を減じた量となる。従って、第２制御装置は、その第１積算値ｔＧａＳが第１所定値Ｇｔｈ以上となったか否かを判定することにより、下流側触媒５５がフューエルカット復帰後において「前記還元状態に到達したか否か」を容易に判定することができる。なお、第２制御装置は、周知の方法を用いて上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１を取得し、且つ、取得された最大酸素吸蔵量Ｃmax１が大きいほど前記第１所定値Ｇｔｈを大きい値に設定するように構成されていてもよい。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第３制御装置」とも称呼する。）について説明する。第３制御装置は、第２制御装置にて使用される「吸入空気量Ｇａの積算値（第１積算値）ｔＧａＳ」の積算開始時点を「フューエルカット復帰時点」ではなく、下流側空燃比センサ６７により検出される下流側空燃比afdownが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変化した「リッチ反転時点」に設定している点のみにおいて、第２制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。
第３制御装置のＣＰＵ７１は、第２制御装置のＣＰＵ７１が実行する図１８に示した積算ガス量計算ルーチンに代えて図１９に示した積算ガス量計算ルーチンを実行するようになっている。即ち、第３制御装置のＣＰＵ７１は、図１６、図１７及び図１９に示したルーチンを実行する。なお、図１９において図１８に示したステップと同一の処理を行うためのステップには、図１８のそのようなステップに付された符号と同一の符号が付されている。
ＣＰＵ７１は所定時間Δｔ１の経過毎に図１９のステップ１９００から処理を開始し、ステップ１８１０に進んで現時点がフューエルカット制御中であるか否かを判定する。そして、現時点がフューエルカット制御中であれば、ＣＰＵ７１はステップ１８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８２０に進み、吸入空気量の積算値ｔＧａＳを「０」に設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ１８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
一方、ＣＰＵ７１がステップ１８１０に進んだとき、フューエルカット制御中でなければ、ＣＰＵ７１はステップ１８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１９１０に進み、フューエルカット復帰後において下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比に相当する値（０．５（Ｖ））より小さい値（理論空燃比に相当する値よりもリーン側の値）から、理論空燃比に相当する値より大きい値（理論空燃比に相当する値よりもリッチ側の値）に変化（反転）したか否かを判定する。即ち、直前のフューエルカット制御が終了した時点から現時点までの値に、下流側空燃比センサの出力値Voxsが「リッチ反転」したか否かを判定する。
いま、フューエルカット復帰直後であると仮定する。フューエルカット制御中においては、上流側触媒５３に多量の酸素が供給されるので、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に実質的に到達している。従って、フューエルカット復帰直後においては上流側触媒５３にて還元成分（未燃物）が消費されるので、上流側触媒５３から還元成分は流出しない。それ故、下流側空燃比センサ６の出力値Voxsは理論空燃比に相当する値よりもリーン側の値となる。そのため、ＣＰＵ７１はステップ１９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１８２０に進み、吸入空気量の積算値ｔＧａＳを「０」に設定する。即ち、ＣＰＵ７１は吸入空気量の積算値（第１積算値）ｔＧａＳの積算を開始しない。
この結果、ＣＰＵ７１が図１６に示したルーチンを実行すると、仮にフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」に設定されている場合であっても、ＣＰＵ７１はステップ１６２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６２０及びステップ６３０を実行する。即ち、通常制御が実行される。その結果、機関１０からは過剰な還元成分が流出し続けるので、所定時間の経過後に上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は実質的に「０」に到達する。そして、その時点以降、上流側触媒５３から還元成分が流出し始めるので、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが「リッチ反転」する。
このとき、ＣＰＵ７１が図１９に示したルーチンを実行すると、ＣＰＵ７１はステップ１８１０に続くステップ１９１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、上述したステップ１８３０及びステップ１８４０の処理を実行する。即ち、吸入空気量Ｇａの積算値ｔＧａＳを算出するために吸入空気量Ｇａの積算を開始する。更に、この時点（リッチ反転時点）以降、ＣＰＵ７１は吸入空気量Ｇａの積算（積算値ｔＧａＳの更新）を継続する。
従って、所定の時間が経過すると、吸入空気量の積算値ｔＧａＳは閾値Ｇｔｈに到達するので、ＣＰＵ７１は図１６のステップ１６２０に進んだとき、そのステップ１６２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ６４０及びステップ６５０の処理を実行するようになる。即ち、ＣＰＵ７１はフィルタ再生制御を開始する。そして、そのフィルタ再生制御の開始時点からフィルタ再生制御実行時間Ｔｓｔｈが経過すると、ＣＰＵ７１はフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値を図１７のステップ１５４０にて「０」に設定する。その結果、ＣＰＵ７１は図１６のステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定し、再び通常制御を実行する。
以上、説明したように、第３制御装置は、
（Ｃ１）通常制御において機関の総ての気筒（前記複数の気筒）のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比を含む前記所定の空燃比範囲（ウインドウＷ）内の空燃比であって理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である弱リッチ空燃比にＡＦＲ制御し（ステップ６３０を参照。）、且つ、
（Ｃ２）前記フューエルカット手段による前記機関への燃料の供給停止が解除されて同機関に再び燃料が供給され始めたフューエルカット復帰時点から前記通常制御の実行を開始するように構成されている（図１９のステップ１９１０及び１８２０と、図１６のステップ１６２０、ステップ６２０及びステップ６３０と、を参照。）。
更に、第３制御装置は、
（Ｄ１）前記機関から排出された前記還元成分の過剰量を「フューエルカット復帰時点」以降であって下流側空燃比センサ６７により検出される検出空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変化した「リッチ反転時点」から積算することにより第１積算値（吸入空気量の積算値ｔＧａＳ）を取得し（図１９のステップ１９１０、ステップ１８３０及び１８４０を参照。）、且つ、
（Ｄ２）その第１積算値ｔＧａＳが第１所定値Ｇｔｈ以上となったとき「下流側触媒５５が前記還元状態に到達した」と判定し（図１６のステップ１６２０を参照。）、フィルタ再生要求があれば上記フィルタ再生制御を実行する（図１６のステップ６１０、ステップ６４０及びステップ６５０を参照。）。
このように、フューエルカット復帰時点から通常制御が開始されるから、機関１０に供給される混合気の空燃比が弱リッチ空燃比ＡＦＲに制御され、その結果、前記複数の気筒（前記一部の気筒及び前記他の気筒）から過剰な還元成分が排出される。しかしながら、フューエルカット復帰後に上記通常制御が開始されても、下流側触媒５５には直ちに過剰な還元成分が流入しない。換言すると、フューエルカット復帰後から所定の時間が経過した後に、過剰な還元成分が下流側触媒５５に流入し始める。この時点は、機関の吸入空気量及び機関回転速度等によって変動する。更に、第３制御装置は、上流側触媒５３を備えているから、過剰な還元成分は、フューエルカット復帰後において上流側触媒５３により消費され、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が実質的に「０」になった後に下流側触媒５５に到達する。従って、下流側触媒５５に過剰な還元成分が流入し始める時点は上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１にも依存して変化する。
そこで、第３制御装置においては、前記フューエルカット復帰時点以降の前記「リッチ反転時点」から、過剰な還元成分（吸入空気量Ｇａ）を積算し、それにより「第１積算値ｔＧａＳ」を取得する。このリッチ反転時点は、機関の吸入空気量、機関回転速度及び上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１等に関わらず、下流側触媒５５に過剰な還元成分が流入し始める時点に精度良く一致している。従って、その第１積算値ｔＧａＳは下流側触媒５５の還元成分の保持量（下流側触媒５５の酸素吸蔵量の減少量、或は、下流側触媒５５の窒素酸化物を浄化できる還元能力）を精度良く表す。そして、第３制御装置は、その第１積算値ｔＧａＳが第１所定値Ｇｔｈ以上となったか否かを判定することにより、下流側触媒５５がフューエルカット復帰後において「前記還元状態に到達したか否か」を判定している。従って、第３制御装置は、下流側触媒５５が「前記還元状態」に到達したか否かをより一層精度良く判定することができる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第４制御装置」とも称呼する。）について説明する。第４制御装置は、微粒子捕集フィルタ５４に捕集された微粒子の量である微粒子量ＳＰＭを取得（推定）するとともに、フィルタ再生制御を実行するときに取得された微粒子量ＳＰＭが多いほど前記一部の気筒（第２気筒〜第４気筒）に供給される混合気の空燃比の平均をよりリーン側の空燃比に制御する（前記他の気筒である第１気筒に供給される混合気の空燃比の平均をよりリッチ側の空燃比に制御する）ように構成されている。
以下、図２０乃至図２２にフローチャートにより示されたルーチンに従って、第４制御装置の作動について説明する。なお、これらの図において既に説明したステップと同一の処理を行うためのステップには、既に説明したステップに付された符号と同一の符号が付与されている。
第４制御装置のＣＰＵ７１は、図２０に示した概略フローチャート示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返すようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は、ステップ２０００から処理を開始してステップ２０１０に進み、フィルタ再生要求フラグＸＰＭ１の値が「１」であるか否かを判定する。フィルタ再生要求フラグＸＰＭ１の値は、前述したフィルタ再生要求フラグＸＰＭと同様、微粒子捕集フィルタ５４を再生する要求（フィルタ再生要求）が発生しているときに「１」に設定され、微粒子捕集フィルタ５４を再生する必要がないとき「０」に設定される。フィルタ再生要求フラグＸＰＭ１の操作については後述する（図２１を参照。）。
いま、フィルタ再生要求フラグＸＰＭ１の値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ２０１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６２０及びステップ６３０に進んで、上述した通常制御を実行する。即ち、ＣＰＵ７１は、開閉弁５７を閉じることによりバイパス通路形成部材５６のバイパス通路を遮断するとともに、第１気筒乃至第４気筒（複数の気筒の総て）のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均が実質的に理論空燃比近傍空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲ）となるように、各気筒に供給される混合気の空燃比（各気筒に対する燃料噴射量）を制御する。
一方、ＣＰＵ７１は図２１にフローチャートにより示したフィルタ再生要求フラグ操作ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、ＣＰＵ７１は所定のタイミングにてステップ２１００から処理を開始し、ステップ２１１０に進んで「前回のフィルタ再生制御を終了してからの機関１０の運転時間ｔｅの積算値Ｓｔｅ」が所定の閾値（フィルタ再生制御実行閾値）Ｓｔｅｔｈ以上となっているか否かを判定する。機関１０の運転時間ｔｅの積算値Ｓｔｅは、図示しないルーチンにより更新されている。運転時間ｔｅの積算値ＳｔｅはバックアップＲＡＭ７４内に格納される。機関１０の運転によって発生する微粒子の量は機関１０の運転時間が長くなるほど大きくなるので、積算値ＳＧａは微粒子捕集フィルタ５４に捕集された微粒子の量に関連した量となる。なお、運転時間ｔｅの積算値Ｓｔｅはフィルタ再生制御の実行が完了すると、後述するステップ２１５０にて「０」に設定（クリア）されるようになっている。
そして、運転時間ｔｅの積算値Ｓｔｅが閾値Ｓｔｅｔｈ以上であると、ＣＰＵ７１はステップ２１１０からステップ２１２０に進んでフィルタ再生要求フラグＸＰＭ１の値を「１」に設定し、ステップ２１３０に進む。これに対し、運転時間ｔｅの積算値Ｓｔｅが閾値Ｓｔｅｔｈより小さいと、ＣＰＵ７１はステップ２１１０からステップ２１３０に直接進む。
ＣＰＵ７１は、ステップ２１３０にてフィルタ再生要求フラグＸＰＭ１の値が「０」から「１」へと変化した時点（即ち、フィルタ再生制御の開始時点）から所定時間Ｔｓｔｈ（フィルタ再生制御実行時間Ｔｓｔｈ）が経過したか否かを判定する。そして、フィルタ再生要求フラグＸＰＭ１の値が「０」から「１」へと変化した時点から所定時間Ｔｓｔｈ（フィルタ再生制御実行時間Ｔｓｔｈ）が経過していると、ＣＰＵ７１はステップ２１３０にて「Ｙｅｓ」と判定して以下に述べるステップ２１４０乃至ステップ２１６０の処理を実行し、ステップ２１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。また、フィルタ再生要求フラグＸＰＭ１の値が「０」から「１」へと変化した時点から所定時間Ｔｓｔｈが経過していなければ、ＣＰＵ７１はステップ２１３０からステップ２１９５に直接進んで、本ルーチンを一旦終了する。
ステップ２１４０：ＣＰＵ７１は、フィルタ再生要求フラグＸＰＭ１の値を「０」に設定する。
ステップ２１５０：ＣＰＵ７１は、機関１０の運転時間ｔｅの積算値Ｓｔｅの値を「０」に設定（クリア）する。
ステップ２１６０：ＣＰＵ７１は、後述する図２２に示したルーチンにより別途算出されている微粒子捕集量ＳＰＭの値を「０」に設定（クリア）する。
ところで、上記ステップ２１２０にてフィルタ再生要求フラグＸＰＭ１の値が「１」に設定された直後、ＣＰＵ７１が図２０のステップ２０１０の処理を実行すると、ＣＰＵ７１はステップ２０１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ６４０に進んで開閉弁５７を開く指示を開閉弁５７に与え、バイパス通路形成部材５６のバイパス通路を開放する（ガスの通流が可能な状態に設定する）。
次いで、ＣＰＵ７１はステップ２０２０に進み、図２２の微粒子捕集量ＳＰＭ算出ルーチンにより算出されている微粒子捕集量ＳＰＭを読み込む。ここで、図２２の微粒子捕集量ＳＰＭ算出ルーチンについて簡単に説明を加える。ＣＰＵ７１は所定時間の経過毎に図２２に示したルーチンを繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ２２００から処理を開始して上述したステップ１５１０に進み、係数ｋ１を決定する。次に、ＣＰＵ７１は上述したステップ１５１５に進み、現時点において推定されている微粒子捕集量ＳＰＭに、上記係数ｋ１と現時点においてエアフローメータ６１が計測している吸入空気量Ｇａとの積（ｋ１・Ｇａ）を加えた値を、新たな微粒子捕集量ＳＰＭとして設定する。この微粒子捕集量ＳＰＭはバックアップＲＡＭ７４内に格納される。
再び、図２０を参照すると、ＣＰＵ７１はステップ２０２０に続くステップ２０３０に進み「フィルタ再生制御」を実行する。このフィルタ再生制御においては、第１気筒（他の気筒）に供給される混合気の空燃比の平均は、ステップ２０３０のブロック内に図示したマップに従って微粒子捕集量ＳＰＭが大きいほどリッチ側の空燃比ＴＲ（フィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲ）となるよう設定される。この空燃比ＴＲは理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である。加えて、第２気筒、第３気筒及び第４気筒（一部の気筒）のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均は、ステップ２０３０のブロック内に図示したマップに従って微粒子捕集量ＳＰＭが大きいほどリーン側の空燃比ＴＬ（フィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬ）となるように設定される。この空燃比ＴＬは理論空燃比よりもリーン側の空燃比である。
但し、フィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲ及びフィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬは、上記（１３）式の関係が成立するように、即ち、第１気筒乃至第４気筒（即ち、総ての気筒）のそれぞれに供給される混合気の全体の空燃比の平均が理論空燃比又は理論空燃比近傍空燃比（本例においては、弱リッチ空燃比ＡＦＲ）となるように、予め定められている。その後、ＣＰＵ７１はステップ２０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
以上、説明したように、第４制御装置は、微粒子捕集フィルタ５４に捕集された微粒子の量である微粒子量ＳＰＭを取得（推定）する（図２２を参照。）。更に、第４制御装置は、フィルタ再生制御を実行するに際し、「取得された微粒子量（微粒子捕集量）ＳＰＭが多いほど前記一部の気筒（第２〜第４気筒）に供給される混合気の空燃比の平均をよりリーン側の空燃比（フィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬ）に制御する」ように構成されている（図２０のステップ２０３０を参照。）。
従って、微粒子捕集フィルタ５４に捕集されている微粒子の量が大きいほど単位時間あたりに微粒子捕集フィルタに流入する酸素の量も大きくなるので、微粒子捕集フィルタ５４内において単位時間あたりに燃焼する微粒子の量も多くなる。また、この燃焼により微粒子捕集フィルタ５４の温度も増大するので、より一層高い効率にて微粒子が燃焼する。この結果、捕集されている微粒子の量ＳＰＭに依らず、短時間内にフィルタ再生制御を終了すること（微粒子捕集フィルタの再生を完了すること）が可能となる。換言すると、上流側触媒５３及び下流側触媒５５の両方によって排ガスを浄化することができる通常制御の期間を長くとることができるので、エミッションをより良好に維持することができる。
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第５制御装置」とも称呼する。）について説明する。第５制御装置は、微粒子捕集フィルタ５４の温度が高いほど大きくなるフィルタ温度関係値（微粒子捕集フィルタ温度TempPMF）を取得するとともに、そのフィルタ温度関係値（微粒子捕集フィルタ温度TempPMF）が高側フィルタ閾値温度THithより高いとき、及び、そのフィルタ温度関係値（微粒子捕集フィルタ温度TempPMF）が低側フィルタ閾値温度TLothより低いとき、フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成されている点のみにおいて第１制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。
第５制御装置のＣＰＵ７１は、図６に代わる図２３にフローチャートにより示したルーチンと、図７に示したフィルタ再生要求フラグ操作ルーチンと、図示しないフィルタ温度関係値（微粒子捕集フィルタ温度TempPMF）推定ルーチンと、をそれぞれ所定時間の経過毎に実行するようになっている。なお、図２３において図６に示したステップと同一の処理を行うためのステップには、図６のそのようなステップに付された符号と同一の符号が付されている。これらのステップについての詳細な説明は省略される。
ＣＰＵ７１は、所定のタイミングにて図２３のステップ２３００から処理を開始してステップ６１０に進み、図７に示したルーチンにより変更されるフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かを判定する。
いま、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６２０に進んで開閉弁５７を閉じ、ステップ６３０にて通常制御を実行する。従って、第１気筒乃至第４気筒（複数の気筒の総て）のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比近傍空燃比である「弱リッチ空燃比ＡＦＲ」となるように、各気筒に供給される混合気の空燃比（各気筒に対する燃料噴射量）が制御される。
その後、前回のフィルタ再生制御終了後からの吸入空気量Ｇａの積算値ＳＧａが閾値ＳＧａｔｈ以上となることに伴ってフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」に設定される（図７のステップ７１０及びステップ７２０を参照。）。この場合、ＣＰＵ７１は図２３のステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２３１０に進み、別途推定（取得されている）微粒子捕集フィルタ温度TempPMFが低側フィルタ閾値温度TLoth以上であるか否かを判定する。そして、微粒子捕集フィルタ温度TempPMFが低側フィルタ閾値温度TLothより低いと、ＣＰＵ７１はステップ２３１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６２０及びステップ６３０に進み、通常制御を続行する。即ち、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であっても、フィルタ再生制御の実行が禁止される。
一方、微粒子捕集フィルタ温度TempPMFが低側フィルタ閾値温度TLoth以上であると、ＣＰＵ７１はステップ２３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２３２０に進み、微粒子捕集フィルタ温度TempPMFが高側フィルタ閾値温度THith以下であるか否かを判定する。そして、微粒子捕集フィルタ温度TempPMFが高側フィルタ閾値温度THithより高いと、ＣＰＵ７１はステップ２３２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６２０及びステップ６３０に進み、通常制御を続行する。即ち、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であっても、フィルタ再生制御の実行が禁止される。
これに対し、微粒子捕集フィルタ温度TempPMFが高側フィルタ閾値温度THith以下であれば、ＣＰＵ７１はステップ２３２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ６４０及びステップ２３３０の処理を行うことによりフィルタ再生制御を実行する。
ステップ６４０：ＣＰＵ７１は開閉弁５７を開く指示を開閉弁５７に与え、バイパス通路形成部材５６のバイパス通路を開放する（ガスの通流が可能な状態に設定する）。
ステップ２３３０：ＣＰＵ７１は、第１気筒（他の気筒）に供給される混合気の空燃比の平均を、ステップ２３３０のブロック内に図示したマップに従ってフィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲに設定する。更に、ＣＰＵ７１は、第２〜第４気筒（他の気筒）に供給される混合気の空燃比の平均を、ステップ２３３０のブロック内に図示したマップに従ってフィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬに設定する。
更に詳細には、ステップ２３３０において、フィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲは、（１）理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であり、且つ、
（２）微粒子捕集フィルタ温度TempPMFが低側フィルタ閾値温度TLoth以上であるが低側フィルタ閾値温度TLothに高側フィルタ閾値温度THithよりも近い低温領域において、低側フィルタ閾値温度TLothに近づくほどリーン側の空燃比（理論空燃比により近い空燃比）であり、且つ、
（３）微粒子捕集フィルタ温度TempPMFが高側フィルタ閾値温度THith以下であるが高側フィルタ閾値温度THithに低側フィルタ閾値温度TLothよりも近い高温領域において、高側フィルタ閾値温度THithに近づくほどリーン側の空燃比（理論空燃比により近い空燃比）となるように決定される。
また、ステップ２３３０において、フィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬは、
（５）理論空燃比よりもリーン側の空燃比であり、且つ、
（５）微粒子捕集フィルタ温度TempPMFが低側フィルタ閾値温度TLoth以上である前記低温領域において低側フィルタ閾値温度TLothに近づくほどリッチ側の空燃比（理論空燃比により近い空燃比）であり、且つ、
（６）微粒子捕集フィルタ温度TempPMFが高側フィルタ閾値温度THith以下である前記高温領域において高側フィルタ閾値温度THithに近づくほどリッチ側の空燃比（理論空燃比により近い空燃比）となるように決定される。
更に、フィルタ再生制御用リーン空燃比ＴＬとフィルタ再生制御用リッチ空燃比ＴＲとは、上記（１３）式が成立するように予め定められている。そして、ＣＰＵ７１はステップ２３３０からステップ２３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。このようにして実行されるフィルタ再生制御は、図７のステップ７３０、ステップ７４０及び図２３のステップ６１０によって、フィルタ再生制御の開始後から所定時間Ｔｓｔｈが経過するまで続行され、その後、再び、通常制御が実行される。
なお、図示しないフィルタ温度関係値（微粒子捕集フィルタ温度TempPMF）推定ルーチンにおいて、ＣＰＵ７１は次のようにして微粒子捕集フィルタ温度TempPMFを推定する。
ステップ１：ＣＰＵ７１は、所定時間毎に、機関回転速度ＮＥ、筒内吸入空気量Mc(k)及び上流側空燃比センサ６６が検出している検出空燃比abyfs(k)と、テーブルMapTempPMFt(ＮＥ，Mc(k),abyfs(k))と、に基づき、微粒子捕集フィルタ５４の瞬時温度TempPMFtを決定する。テーブルMapTempPMFt(ＮＥ，Mc(k),abyfs(k))は、ある機関回転速度ＮＥ，ある筒内吸入空気量Mc(k)及びある検出空燃比abyfs(k)が定常的に継続した場合に、それらの変数と微粒子捕集フィルタ５４の収束温度TempPMFtとの関係を定めたテーブルである。このテーブルは予め実験により取得され、ＲＯＭ７２内に格納されている。
ステップ２：ＣＰＵ７１は、得られた瞬時温度TempPMFtを下記の（１４）式に従ってフィルタリング（積分）することにより微粒子捕集フィルタ温度TempPMFを取得する。（１４）式において、γは０より大きく１より小さい定数であり、TempPMFoldは、このフィルタ温度関係値推定ルーチンを前回実行した時点にて推定された微粒子捕集フィルタ温度TempPMFである。
TempPMF＝γ・TempPMFold＋(1−γ)・TempPMFt …（１４）
なお、第５制御装置は、微粒子捕集フィルタ５４の温度を直接検出する「微粒子捕集フィルタ温度センサ」を微粒子捕集フィルタ５４に対して配設し、その微粒子捕集フィルタ温度センサの出力値に基づいて微粒子捕集フィルタ温度TempPMFを取得するように構成されてもよい。
以上、説明したように、第５制御装置は、フィルタ温度関係値（微粒子捕集フィルタ温度TempPMF）が高側フィルタ閾値温度THithより高いときフィルタ再生制御の実行を禁止するように構成されている。これにより、微粒子捕集フィルタの温度が非常に高いときにフィルタ再生制御が実行されることにより微粒子が燃焼し、それにより発生する熱によって微粒子捕集フィルタ５４の温度が過度に高くなることを回避することができる。即ち、第５制御装置は、フィルタ再生制御に起因する微粒子捕集フィルタ５４の過熱による破損が発生する可能性を低減することができる。
更に、第５制御装置は、フィルタ再生制御を実行する際の前記一部の気筒（第２〜第４気筒）に供給される混合気の空燃比の平均をフィルタ温度関係値（微粒子捕集フィルタ温度TempPMF）が前記高温領域において高側フィルタ閾値温度THithに近づくほど「よりリッチ側の空燃比（より理論空燃比に近い空燃比）」に制御するように構成されている（ステップ２３３０を参照。）。
従って、微粒子捕集フィルタ５４の温度が高くなるほど微粒子捕集フィルタ５４に供給される酸素の量が減少するので、燃焼する微粒子の量（発生する熱量）が低下する。その結果、微粒子捕集フィルタ５４を前述した過熱による破損から保護することができる。
加えて、第５制御装置は、フィルタ温度関係値（微粒子捕集フィルタ温度TempPMF）が低側フィルタ閾値温度TLothより低いときフィルタ再生制御の実行を禁止するように構成されている。これにより、微粒子捕集フィルタに酸素が供給されても微粒子は燃焼しないような「フィルタ温度関係値（微粒子捕集フィルタ温度TempPMF）が低側フィルタ閾値温度TLothより低いとき」に、無駄にフィルタ再生制御が実行されることを回避することができる。
更に、第５制御装置は、前記フィルタ再生制御を実行する際の前記一部の気筒（第２〜第４気筒）に供給される混合気の空燃比の平均を、前記フィルタ温度関係値（微粒子捕集フィルタ温度TempPMF）が前記低温領域において低側フィルタ閾値温度TLothに近づくほど「よりリッチ側の空燃比（より理論空燃比に近い空燃比）」に制御するように構成されている（ステップ２３３０を参照。）。
微粒子捕集フィルタ５４の温度が低側フィルタ閾値温度TLoth以上であれば、微粒子は微粒子捕集フィルタ５４内において燃焼する。しかしながら、微粒子捕集フィルタ５４の温度が低側フィルタ閾値温度TLothに近いほど、微粒子は燃焼し難くなる（微粒子の燃焼が緩慢になる）。従って、そのような場合に、微粒子捕集フィルタ５４に酸素を多量に供給しても多くの酸素は無駄になる。一方、微粒子捕集フィルタ５４に酸素を多量に供給することは、前記一部の気筒の空燃比を理論空燃比から大きくリーン側に乖離した空燃比に設定することを意味する。その場合、多量の窒素酸化物が前記一部の気筒から排出される。
そこで、第５制御装置は、フィルタ温度関係値（微粒子捕集フィルタ温度TempPMF）が低側フィルタ閾値温度TLothに近づくほど「よりリッチ側の空燃比（より理論空燃比に近い空燃比）」に制御する。この結果、無駄な酸素が微粒子捕集フィルタ５４に供給されることがなく、前記一部の気筒から排出される窒素酸化物の量を低減することがでる。従って、機関１０から排出される窒素酸化物の量を低減できるので、下流側触媒５５にて浄化されることなく（下流側触媒５５を吹き抜けて）大気中に排出される窒素酸化物の量を低減することができる。
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第６制御装置」とも称呼する。）について説明する。第６制御装置は、下流側触媒５５の温度が高いほど大きくなる下流側触媒温度関係値（下流側触媒温度TempUF)を取得（推定）するとともに、前記取得された下流側触媒温度関係値（下流側触媒温度TempUF)が低側下流側触媒閾値温度TLoUFth（下流側触媒５５の活性温度）より低いとき前記フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成されている。
更に、第６制御装置は、機関１０に供給される混合気の空燃比を所定の態様に従って制御するとともに上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsと下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsとに基づいて上流側触媒５３が劣化したか否かを判定する劣化判定制御を実行する劣化判定手段（触媒劣化判定手段）を備えるとともに、その劣化判定手段が劣化判定制御を実行しているとき前記フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成されている。
第６制御装置のＣＰＵ７１は、図６に代わる図２４にフローチャートにより示したルーチンと、図７に示したフィルタ再生要求フラグ操作ルーチンと、図示しない下流側触媒温度関係値（下流側触媒温度TempUF)推定ルーチンと、をそれぞれ所定時間の経過毎に実行するようになっている。なお、図２４において図６に示したステップと同一の処理を行うためのステップには、図６のそのようなステップに付された符号と同一の符号が付されている。これらのステップについての詳細な説明は省略される。
ＣＰＵ７１は、所定のタイミングにて図２４のステップ２４００から処理を開始してステップ６１０に進み、図７に示したルーチンにより変更されるフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かを判定する。
いま、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６２０に進んで開閉弁５７を閉じ、ステップ６３０にて通常制御を実行する。従って、第１気筒乃至第４気筒（複数の気筒の総て）のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比近傍空燃比である「弱リッチ空燃比ＡＦＲ」となるように、各気筒に供給される混合気の空燃比（各気筒に対する燃料噴射量）が制御される。
その後、前回のフィルタ再生制御終了後からの吸入空気量Ｇａの積算値ＳＧａが閾値ＳＧａｔｈ以上となることに伴ってフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」に設定される。この場合、ＣＰＵ７１は図２４のステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２４１０に進み、別途推定（取得されている）下流側触媒温度TempUFが低側下流側触媒閾値温度TLoUFth以下であるか否かを判定する。
この下流側触媒温度TempUFは、微粒子捕集フィルタ温度TempPMFと同様に推定されている。即ち、ＣＰＵ７１は、図示しない下流側触媒温度関係値推定ルーチンにおいて、所定時間毎に、機関回転速度ＮＥ、筒内吸入空気量Mc(k)及び上流側空燃比センサ６６が検出している検出空燃比abyfs(k)と、テーブルMapTempUFt(ＮＥ，Mc(k),abyfs(k))と、に基づき、下流側触媒５５の瞬時温度TempUFtを決定する。テーブルMapTempPMFt(ＮＥ，Mc(k),abyfs(k))は、ある機関回転速度ＮＥ，ある筒内吸入空気量Mc(k)及びある検出空燃比abyfs(k)が定常的に継続した場合に、それらの変数と下流側触媒５５の収束温度TempUFtとの関係を定めたテーブルである。このテーブルは予め実験により取得され、ＲＯＭ７２内に格納されている。
更に、ＣＰＵ７１は、得られた瞬時温度TempUFtを上記（１４）式と同様な式（即ち、TempUF＝ψ・TempUFold＋(1−ψ)・TempUFt、ψは０より大きく１より小さい定数であり、TempUFoldは、この下流側触媒温度関係値推定ルーチンを前回実行した時点にて推定された下流側触媒温度TempUFである。）に従ってフィルタリング（積分）することにより、下流側触媒温度TempUFを取得する。なお、第６制御装置は、下流側触媒５５の温度を直接検出する「下流側触媒温度センサ」を下流側触媒５５に対して配設し、その下流側触媒温度センサの出力値に基づいて下流側触媒TempPUFを取得するように構成されてもよい。
そして、下流側触媒温度TempUFが低側下流側触媒閾値温度TLoUFth以下であると、ＣＰＵ７１はステップ２４１０にて「Ｙｅｓ」と判定しステップ６２０及びステップ６３０に進み、通常制御を続行する。即ち、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であっても、フィルタ再生制御の実行が禁止される。なお、下流側触媒温度TempUFが低側下流側触媒閾値温度TLoUFth以下であると、点火時期が通常制御時の点火時期よりも遅角され、上流側触媒５３及び下流側触媒５５の暖機を促進する触媒暖機制御が併せて実行される。
一方、下流側触媒温度TempUFが低側下流側触媒閾値温度TLoUFthより高いと、ＣＰＵ７１はステップ２４１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２４２０に進み、触媒劣化判定要求フラグＸＨＮの値が「１」であるか否かを判定する。この触媒劣化判定要求フラグＸＨＮの値は図示しない触媒劣化判定要求フラグ操作ルーチンにより変更される。触媒劣化判定要求フラグ操作ルーチンにおいて、触媒劣化判定要求フラグＸＨＮの値は、前回の触媒劣化判定制御の実行後における機関１０の運転時間の合計が所定時間以上（又は前回の触媒劣化判定制御の実行後における吸入空気量Ｇａの積算値が所定量以上）となったときに「１」に設定され、触媒劣化判定制御が実行されると「０」に設定される。
そして、触媒劣化判定要求フラグＸＨＮの値が「１」であると、ＣＰＵ７１はステップ２４２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２４３０に進み、触媒劣化判定制御を実行する。即ち、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であっても（且つ、下流側触媒温度TempUFが低側下流側触媒閾値温度TLoUFthより高くても）、触媒劣化判定要求フラグＸＨＮの値が「１」であると、フィルタ再生制御の実行が禁止される。
一方、ＣＰＵ７１がステップ２４２０に進んだとき、触媒劣化判定要求フラグＸＨＮの値が「０」であると、ＣＰＵ７１はステップ２４２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６４０及びステップ６５０に進み、フィルタ再生制御を実行する。そして、ＣＰＵ７１はステップ６５０からステップ２４９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。このようにして実行されるフィルタ再生制御は、図７のステップ７３０、ステップ７４０及び図２４のステップ６１０によって、フィルタ再生制御の開始後から所定時間Ｔｓｔｈが経過するまで続行され、その後、再び、通常制御が実行される。
ここで、ステップ２４３０の触媒劣化判定制御について簡単に説明する。この触媒劣化制御においては、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１が取得される。このとき、ＣＰＵ７１は、例えば「アクティブ制御」と呼ばれる周知の制御等を実行し最大酸素吸蔵量Ｃmax１を取得する（特開２００５−１９４９８１号公報、特開２００６−０５７４６１号公報、特開２００５−２０７２８６号公報等を参照。）。
アクティブ制御について、簡単に述べると、ＣＰＵ７１は機関１０に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定し、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に対応する値になったか判定する。その後、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を示す値に変化したとき、ＣＰＵ７１は、機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比に設定し、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比よりもリーン側の空燃比に対応する値に変化したかを監視する。
そして、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比よりもリーン側の空燃比に対応する値に変化したことが検出されたとき（時刻ｔａ）、機関１０に供給される混合気の空燃比を再びリッチ側の空燃比に設定する。そして、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に対応する値に再び変化する時点（時刻ｔｂ）まで、下記（１５）式に基いて酸素吸蔵量の変化量ΔO2を所定時間（計算周期tsample）の経過毎に算出するとともに、下記（１６）式に基づいて変化量ΔO2を積算することにより上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１を算出する。
ΔO2＝０．２３・ｍｆｒ・（stoich
− abyfrr） …（１５）
Ｃmax１＝ΣΔO2（区間ｔ＝ｔａ〜ｔｂ） …（１６）
上記（１５）式において、値「０．２３」は大気中に含まれる酸素の重量割合である。ｍｆｒは所定時間（計算周期tsample）内の燃料噴射量Ｆｉの合計量である。stoichは理論空燃比（例えば、１４．７）である。abyfrrは所定時間tsampleにおいて上流側空燃比センサ６６により測定された空燃比である。なお、abyfrrは前記所定時間tsample内の上流側空燃比センサ６６により検出された空燃比の平均値としてもよい。
更に、ＣＰＵ７１は、得られた上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１が劣化判定閾値ＣmaxＲ以上であれば上流側触媒５３は劣化していないと判定し、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１が劣化判定閾値ＣmaxＲより小さければ上流側触媒５３は劣化していると判定する。
なお、ＣＰＵ７１はステップ２４３０に代えて、ステップ６３０による通常制御を実行し、所定時間における上流側空燃比センサの出力値Vabyfsの軌跡長さ及び下流側空燃比の出力値Voxsの軌跡長さの比較に基づいて上流側触媒５３が劣化しているか否かを判定してもよい。
このように、上流側触媒５３の劣化判定は、機関１０に供給される混合気の空燃比をフィルタ再生制御における態様とは相違する「所定の態様」に従って制御するとともに、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsと下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsとに基づいて行われる。
以上、説明したように、第６制御装置は、下流側触媒５５の温度が高いほど大きくなる下流側触媒温度関係値（下流側触媒温度TempUF）を取得（推定）するとともに、その取得された下流側触媒温度関係値が低側下流側触媒閾値温度TLoUFthより低いときフィルタ再生制御の実行を禁止するように構成されている（図２４のステップ２４１０、ステップ６２０及びステップ６３０を参照。）。従って、活性温度に到達していために本来の浄化機能を発揮し得ない下流側触媒５５にフィルタ再生制御によって多量の窒素酸化物が流入してしまうことを回避することができる。その結果、窒素酸化物が下流側触媒５５により浄化されないまま大量に大気中に排出されてしまうことを回避することができる。
更に、第６制御装置は、前記劣化判定手段が前記劣化判定制御を実行しているときには前記フィルタ再生制御の実行を禁止する（図２４のステップ２４２０及びステップ２４３０を参照。）。これにより、上流側触媒５３の劣化判定とフィルタ再生制御とが異なるタイミングにて実行されるので、これらの制御を両立させることができる。
なお、第６制御装置は、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かに関わらず、触媒劣化判定要求フラグＸＨＮの値が「０」から「１」に変更された時点にて、上記劣化判定制御を実行するように構成されてもよい。この場合、劣化判定制御が実行されている最中にフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」から「１」に変更され、且つ、下流側触媒温度関係値が低側下流側触媒閾値温度TLoUFth以上であっても、フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成される。
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第７制御装置」とも称呼する。）について説明する。第７制御装置は、通常制御中にサブフィードバック補正値Fisubを学習し、フィルタ再生制御中にサブフィードバック補正値Fisubの学習を停止するように構成されている点のみにおいて第１制御装置と相違している。
第１制御装置のＣＰＵ７１は、図１１乃至図１５に示されたルーチンを実行していた。これに対し、第７制御装置のＣＰＵ７１は、図１１と、図１２と、図１３に代わる図２５と、図１４と、図１５と、に示されたルーチンを実行するようになっている。即ち、第７制御装置のＣＰＵ７１が実行する複数のルーチンのうち「サブフィードバック補正量を計算するルーチン」のみが第１制御装置のＣＰＵ７１が実行する複数のルーチンと相違している。そこで、以下、図２５に示したルーチンに基づく作動を中心として説明する。なお、図２５において図１３に示したステップと同一の処理を行うためのステップには、図１３のそのようなステップに付された符号と同一の符号が付されている。これらのステップについての詳細な説明は省略される。
ＣＰＵ７１は、所定のタイミングにて図２５のステップ２５００から処理を開始し、ステップ１３０５にてサブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBが「１」であるかを判定し、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が「０」であるとき、上述したステップ１３４０及びステップ１３４５に進む。これにより、サブフィードバック制御が停止される。
一方、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が「１」であると、ＣＰＵ７１はステップ１３０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２５１０に進み、現時点がサブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBが「０」から「１」に変化した直後（サブフィードバック制御が開始された直後）であるか否かを判定する。
そして、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBが「０」から「１」に変化した直後であれば、ＣＰＵ７１はステップ２５２０に進んでサブフィードバック補正値Fisubに学習値（サブフィードバック学習値）GKFisubを設定し、その後、ステップ１３１０に進む。学習値GKFisubは、後述するように、バックアップＲＡＭ７４に格納されている。これに対し、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBが「０」から「１」に変化した直後でなければ、ＣＰＵ７１はステップ２５１０からステップ１３１０乃に直接進む。以上の処理により、サブフィードバック制御が開始されたとき、サブフィードバック補正値Fisubに学習値GKFisubが設定される。
次に、ＣＰＵ７１はステップ１３１０乃至ステップ１３３５の処理を実行し、サブフィードバック補正値Fisubを更新（計算）する。続いて、ＣＰＵ７１はステップ２５３０に進み、フィルタ再生制御が実行中であるか否かを判定する。ＣＰＵ７１は、フィルタ再生制御が実行されていないとき（即ち、通常制御が実行されているとき）、ステップ２５３０にて「Ｎｏ」と判定して以下に述べるステップ２５４０及びステップ２５５０の処理を順に行い、ステップ２５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ２５４０：ＣＰＵ７１は、その時点においてバックアップＲＡＭ７４に保持されていた学習値GKFisubと、ステップ１３２５にて新たに求められたサブフィードバック補正値Fisubと、を下記の（１７）式の右辺に代入することにより、学習値GKFisubを更新する。（１７）式においてＰ１は０より大きく１より小さい所定の定数である。
GKFisub＝Ｐ１・GKFisub＋（１−Ｐ１）・Fisub …（１７）
ステップ２５５０：ＣＰＵ７１は、ステップ２５４０にて求めた学習値GKFisubをバックアップＲＡＭ７４に保存（格納・記憶）する。
一方、ＣＰＵ７１がステップ２５３０に進んだときにフィルタ再生制御が実行されていると、ＣＰＵ７１はステップ２５３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２５９５に直接進む。即ち、この場合、ＣＰＵ７１はステップ２５４０及びステップ２５５０を実行しないので、サブフィードバック補正値Fisubの学習（学習値GKFisubの更新及び記憶）が禁止される。
以上、説明したように、第７制御装置は、フィルタ再生制御中にサブフィードバック補正値Fisubの学習を停止（禁止）するように構成されている。フィルタ再生制御が実行される頻度は、通常制御が実行される頻度よりも極めて小さい。更に、フィルタ再生制御においては、排ガスの一部が上流側触媒５３をバイパスする。従って、通常制御時の学習値GKFisubはフィルタ再生制御に適切な値ではなく、フィルタ再生制御中に学習値GKFisubを更新した場合、その学習値GKFisubは通常制御にとって適切な値とはならない。それ故、第７制御装置は、「フィルタ再生制御中にサブフィードバック補正値Fisubの学習を停止（禁止）する」ことにより、通常制御におけるサブフィードバック制御の開始時に適切な学習値GKFisubを設定することができる。その結果、エミッションが悪化することを回避することができる。
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第８制御装置」とも称呼する。）について説明する。第８制御装置は、通常制御中のサブフィードバック補正値Fisubの学習値と、フィルタ再生制御中のサブフィードバック補正値Fisubの学習値と、を別々に有するように構成されている点のみにおいて第１制御装置と相違している。
第１制御装置のＣＰＵ７１は、図１１乃至図１５に示されたルーチンを実行していた。これに対し、第８制御装置のＣＰＵ７１は、図１１、図１２、図１４及び図１５と、図１３に代わる図２６及び図２７と、に示されたルーチンを実行するようになっている。そこで、以下、図２６及び図２７に示したルーチンに基づく作動を中心として説明する。なお、図２６において図１３及び図２５に示したステップと同一の処理を行うためのステップには、図１３及び図２５のそのようなステップに付された符号と同一の符号が付されている。これらのステップについての詳細な説明は省略される。
ＣＰＵ７１は、所定のタイミングにて図２６のステップ２６００から処理を開始し、ステップ１３０５にてサブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBが「１」であるかを判定し、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が「０」であるとき、上述したステップ１３４０及びステップ１３４５に進む。これにより、サブフィードバック制御が停止される。
一方、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が「１」であると、ＣＰＵ７１はステップ１３０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３１０乃至ステップ１３３５の処理を実行し、サブフィードバック補正値Fisubを更新（計算）する。続いて、ＣＰＵ７１はステップ２５３０に進み、フィルタ再生制御が実行中であるか否かを判定する。ＣＰＵ７１は、フィルタ再生制御が実行されていないとき（即ち、通常制御が実行されているとき）、ステップ２５３０にて「Ｎｏ」と判定して以下に述べるステップ２６１０及びステップ２６２０の処理を順に行い、ステップ２６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ２６１０：ＣＰＵ７１は、その時点においてバックアップＲＡＭ７４に保持されていた通常制御用学習値GKFisubNと、ステップ１３２５にて新たに求められたサブフィードバック補正値Fisubと、を下記の（１８）式の右辺に代入することにより、通常制御用学習値GKFisubNを更新する。（１８）式においてＰ１は０より大きく１より小さい所定の定数である。
GKFisubN＝Ｐ１・GKFisubN＋（１−Ｐ１）・Fisub …（１８）
ステップ２６２０：ＣＰＵ７１は、ステップ２６１０にて求めた通常制御用学習値GKFisubNをバックアップＲＡＭ７４に保存（格納・記憶）する。
一方、ＣＰＵ７１がステップ２５３０に進んだときにフィルタ再生制御が実行されていると、ＣＰＵ７１はステップ２５３０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ２６３０及びステップ２６４０の処理を順に行い、ステップ２６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ２６３０：ＣＰＵ７１は、その時点においてバックアップＲＡＭ７４に保持されていたフィルタ再生制御用学習値GKFisubPと、ステップ１３２５にて新たに求められたサブフィードバック補正値Fisubと、を下記の（１９）式の右辺に代入することにより、フィルタ再生制御用学習値GKFisubPを更新する。（１９）式においてＰ２は０より大きく１より小さい所定の定数である。
GKFisubP＝Ｐ２・GKFisubP＋（１−Ｐ２）・Fisub …（１９）
ステップ２６４０：ＣＰＵ７１は、ステップ２６３０にて求めたフィルタ再生制御用学習値GKFisubPをバックアップＲＡＭ７４に保存（格納・記憶）する。
以上により、通常制御中に通常制御用学習値GKFisubNが更新されてバックアップＲＡＭ７４に格納され、フィルタ再生制御中にフィルタ再生制御用学習値GKFisubPが更新されてバックアップＲＡＭ７４に格納される。
更に、ＣＰＵ７１は図２７に示したサブフィードバック学習値設定ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ２７００から処理を開始し、ステップ２７１０に進んで現時点がフィルタ再生制御が開始された直後であるか否かを判定する。そして、現時点がフィルタ再生制御が開始された直後であれば、ＣＰＵ７１はステップ２７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２７２０に進み、サブフィードバック補正値Fisubにフィルタ再生制御用学習値GKFisubPを設定し、ステップ２７３０に進む。一方、現時点がフィルタ再生制御が開始された直後でなければ、ＣＰＵ７１はステップ２７１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２７３０に直接進む。
ＣＰＵ７１はステップ２７３０にて現時点が通常制御が開始された直後であるか否かを判定する。そして、現時点が通常制御が開始された直後であれば、ＣＰＵ７１はステップ２７３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２７４０に進み、サブフィードバック補正値Fisubに通常制御用学習値GKFisubNを設定し、ステップ２７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。一方、現時点が通常制御が開始された直後でなければ、ＣＰＵ７１はステップ２７３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２７９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。
以上により、通常制御の開始時のサブフィードバック補正値Fisubが通常制御用学習値GKFisubNに一致せしめられ、フィルタ再生制御の開始時のサブフィードバック補正値Fisubがフィルタ再生制御用学習値GKFisubPに一致せしめられる。従って、フィルタ再生制御開始時及び通常制御開始時のそれぞれにおいてサブフィードバック補正値Fisubが適正値に近い値となるので、エミッションをより良好にすることができる。
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第９制御装置」とも称呼する。）について説明する。第９制御装置は、機関１０の吸入空気量が大きいほど大きくなる吸入空気量関係値（吸入空気流量Ｇａ）を取得するとともに、その取得された吸入空気量関係値が吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈより大きいときフィルタ再生制御の実行を禁止するように構成されている点のみにおいて、第１制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。
第９制御装置のＣＰＵ７１は、図６に代わる図２８と図７とにフローチャートにより示されたルーチンの処理を所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。なお、図２８において既に説明したステップと同一の処理を行うためのステップには、そのようなステップに付された符号と同一の符号が付されている。これらのステップの詳細な説明は省略される。
所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は図２８のステップ２８００から処理を開始してステップ６１０に進み、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かを判定する。フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は図７に示したルーチンにより変更される。
いま、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６２０及びステップ６３０に進み、上述した通常制御を実行する。通常制御の制御内容は、第１制御装置による通常制御の制御内容と同一である。
これに対し、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であると仮定する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２８１０に進み、その時点にてエアフローメータ６１により検出されている吸入空気量Ｇａを読み込む。次いで、ＣＰＵ７１はステップ２８２０に進み、図示しないルーチンにより別途算出されている上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１を読み込む（上述した（１５）式及び（１６）式を参照。）。
次に、ＣＰＵ７１はステップ２８３０に進み、下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２を、ステップ２８３０内に示したテーブルと、上記ステップ２８２０にて読み込んだ上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１と、に基づいて推定（取得）する。このテーブルは、予め実験により測定され、ＲＯＭ７２内に格納されている。このテーブルによれば、最大酸素吸蔵量Ｃmax１が大きいほど最大酸素吸蔵量Ｃmax２も大きくなる。
次に、ＣＰＵ７１はステップ２８４０に進み、吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈを、ステップ２８４０内に示したテーブルと、上記ステップ２８３０にて推定した下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２と、に基づいて決定する。このテーブルは、予め実験により決定され、ＲＯＭ７２内に格納されている。このテーブルによれば、最大酸素吸蔵量Ｃmax２が大きいほど吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈも大きくなる。
次いで、ＣＰＵ７１はステップ２８５０に進み、上記ステップ２８１０にて読み込んだ吸入空気量（吸入空気量が大いほど大きくなる吸入空気量関係値）Ｇａが、吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈより小さいか否かを判定する。このとき、吸入空気量Ｇａが吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈより小さければ、ＣＰＵ７１はステップ２８５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６４０及びステップ６５０に進み、上述したフィルタ再生制御を実行する。フィルタ再生制御の制御内容は、第１制御装置によるフィルタ再生制御の制御内容と同一である。
一方、ＣＰＵ７１がステップ２８５０に進んだとき、吸入空気量Ｇａが吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈ以上であると、ＣＰＵ７１はステップ２８５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６２０及びステップ６３０に進み、上述した通常制御を実行する。
加速時及び高負荷時等の機関１０の吸入空気量Ｇａが大きい場合にフィルタ再生制御を実行すると、単位時間あたりに生成される窒素酸化物の量が非常に多くなる。従って、フィルタ再生制御中において下流側触媒５５に流入するガスの空燃比の平均がサブフィードバック制御によって理論空燃比に近い値（この場合、弱リッチ空燃比ＡＦＲ）に制御されていても、窒素酸化物が下流側触媒５５に浄化されないまま大気中に放出されてしまう（窒素酸化物が下流側触媒５５を吹き抜ける）場合がある。
そこで、第９制御装置は、吸入空気量関係値（吸入空気量Ｇａ）が吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈより大きいときフィルタ再生制御の実行を禁止する。この結果、吸入空気量Ｇａが大きい運転状態においてフィルタ再生制御が実行されることがないので、大気中に放出される窒素酸化物の量を低減することができる。
更に、第９制御装置は、下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２が大きいほど吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈが大きくなるように、吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈを設定している（ステップ２８４０を参照。）。
下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２が大きいことは、下流側触媒５５の劣化が進行しておらず、従って、下流側触媒５５は単位時間により多くの窒素酸化物を浄化できることを意味する。従って、第９制御装置のように、下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２が大きいほど吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈを大きく設定することにより、窒素酸化物が大気中に放出されないようにしながら、フィルタ再生制御を実行する機会を増大することができる。
なお、吸入空気量関係値は、負荷ＫＬ（筒内吸入空気量Mcを各気筒の排気量により除した値）、スロットル弁開度ＴＡ及びアクセルペダル８１の操作量Accp等により代替してもよい。
（第１０実施形態）
次に、本発明の第１０実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第１０制御装置」とも称呼する。）について説明する。第１０制御装置は、フィルタ再生制御中において吸入空気量関係値（吸入空気量Ｇａ）が吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈ以上となったこと、又は、フィルタ再生制御開始後の吸入空気量の積算値ｔＧａＳＬが閾値（フィルタ再生制御終了閾値）ＧＬｔｈより大きくなったこと等、によって、「フィルタ再生制御を終了した後、所定の期間に渡って機関１０に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（前述した通常制御時における弱リッチ空燃比ＡＦＲよりもリッチ側の空燃比）に制御し、その後、通常制御に復帰する点」を特徴としている。
第１０制御装置は、図２９乃至図３３にフローチャートにより示されたルーチンをそれぞれ所定時間の経過毎に実行するようになっている。以下、図２９に従う作動から順に説明する。なお、これらの作動は、機関１０が暖機を完了し、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御を実行可能な状態（機関の暖機が完了した状態）になってから行われる作動である。また、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御を実行可能な状態になった時点において、通常制御実行フラグＸＳＴＯＩの値は「１」に設定されるようになっている。
＜第１フラグ操作＞
ＣＰＵ７１は、所定のタイミングにて図２９のステップ２９００から処理を開始し、フューエルカット実行フラグＸＦＣの値が「０」であるか否かを判定する。いま、フューエルカット実行フラグＸＦＣの値が「０」であるとして説明を続けると、ＣＰＵ７１はステップ２９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２９２０に進み、フューエルカット条件が成立しているか否かを判定する。フューエルカット条件は、図１１のステップ１１０５におけるフューエルカット条件と同一の条件（減速フューエルカット条件）である。
このとき、機関１０の運転状態が所定の減速状態となることに伴ってフューエルカット条件が成立していると、ＣＰＵ７１はステップ２９２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２９３０に進み、フューエルカット実行フラグＸＦＣの値を「１」に設定するとともに、他のフラグの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ２９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。他のフラグは以下の通りである。これらのフラグの値は後述するルーチンにより変更される。なお、フューエルカット条件が成立していなければ、ＣＰＵ７１はステップ２９２０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２９９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳ：このフラグは、フィルタ再生制御を実行する条件が成立したとき及びフィルタ再生制御を実行しているときに「１」、その他の場合に「０」に設定されるフラグである（図３０のステップ３０５０を参照。）。
フィルタ再生制御通常終了後リッチ制御フラグＸＲＩＮＥ：このフラグは、以下、単に「通常終了後リッチ制御フラグ」と称呼される。通常終了後リッチ制御フラグＸＲＩＮＥは、フィルタ再生制御を開始してからの吸入空気量の積算値ｔＧａＳＬがフィルタ再生制御終了閾値ＧＬｔｈより大きくなったときに「１」に設定される（図３１のステップ３１６０を参照。）。通常終了後リッチ制御フラグＸＲＩＮＥの値が「１」に変更されるとフィルタ再生制御が終了され、機関の空燃比は通常制御時の空燃比よりもリッチ側の空燃比に制御される。即ち、後述する「通常終了後リッチ制御」が実行される。
フィルタ再生制御高Ｇａ強制終了後リッチ制御フラグＸＲＩＧＡ：このフラグは、以下、単に「高Ｇａ後リッチ制御フラグ」と称呼される。高Ｇａ後リッチ制御フラグＸＲＩＧＡは、フィルタ再生制御を実行中に吸入空気量Ｇａが吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈ以上となったことによりフィルタ再生制御を終了したときに「１」に設定される（図３１のステップ３１３０を参照。）。高Ｇａ後リッチ制御フラグＸＲＩＧＡの値が「１」に変更されるとフィルタ再生制御が終了され、機関の空燃比は通常制御時の空燃比よりもリッチ側の空燃比に制御される。即ち、「高Ｇａ復帰後リッチ制御」が実行される。
通常制御実行フラグＸＳＴＯＩ：通常制御実行フラグＸＳＴＯＩは、通常制御を行うべきとき及び通常制御を実行しているときに「１」に設定され、その他の場合に「０」に設定される（図３２を参照。）。前述したように、通常制御実行フラグＸＳＴＯＩの値は、機関１０の暖機が完了した時点（メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御が実行可能な状態になった時点）にて「１」に設定される。
再び、図２９を参照すると、ＣＰＵ７１はステップ２９１０を実行するとき、フューエルカット実行フラグＸＦＣの値が「１」であると、ステップ２９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２９４０に進み、フューエルカット復帰条件が成立したか否かを判定する。このフューエルカット復帰条件も前述したとおりである。
そして、フューエルカット復帰条件が成立していると、ＣＰＵ７１はステップ２９４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２９５０に進み、通常制御実行フラグＸＳＴＯＩの値を「１」に、他のフラグの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ２９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。一方、フューエルカット復帰条件が成立していなければ、ＣＰＵ７１はステップ２９４０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２９９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
以上に説明したように、フューエルカット実行フラグＸＦＣの値は、フューエルカット条件が成立したときに「１」に設定され、フューエルカット復帰条件が成立したときに「０」に設定される。更に、通常制御実行フラグＸＳＴＯＩの値は、フューエルカット復帰条件が成立したときに「１」に設定される。
＜第２フラグ操作＞
ＣＰＵ７１は、所定のタイミングにて図３０のステップ３０００から処理を開始し、以下に述べるステップ３０１０乃至ステップ３０５０の処理を行う。
ステップ３０１０：ＣＰＵ７１は、通常制御実行フラグＸＳＴＯＩの値が「１」であるか否かを判定し、通常制御実行フラグＸＳＴＯＩの値が「１」であればステップ３０２０に進み、通常制御実行フラグＸＳＴＯＩの値が「１」でなければステップ３０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ３０２０：ＣＰＵ７１は、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かを判定し、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であればステップ３０３０に進み、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」でなければステップ３０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は、図示しないルーチンにより微粒子捕集フィルタ５４を再生する要求（フィルタ再生要求）が発生していると判定されたときに「１」に設定される。例えば、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は、「前回のフィルタ再生制御を終了してからの吸入空気量Ｇａの積算値ＳＧａ」が所定の閾値（フィルタ再生制御実行閾値）ＳＧａｔｈ以上となったとき「１」に設定される。更に、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は、フィルタ再生制御が完了することに伴って微粒子捕集フィルタ５４を再生する必要が消滅したとき「０」に設定される（図３１のステップ３１７０を参照。）。
ステップ３０３０：ＣＰＵ７１は、図１６のステップ１６２０と同様、図示しないルーチンにより別途求められている「フューエルカット復帰時点以降の吸入空気量Ｇａの積算値（フューエルカット復帰後積算吸入空気量）ｔＧａＳが閾値Ｇｔｈ以上であるか否かを判定し、フューエルカット復帰後積算吸入空気量ｔＧａＳが閾値Ｇｔｈ以上であればステップ３０４０に進み、そうでなければステップ３０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ３０４０：ＣＰＵ７１は、その時点にてエアフローメータ６１により検出されている吸入空気量Ｇａが吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈより小さいか否かを判定し、吸入空気量Ｇａが吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈより小さければステップ３０５０に進み、そうでなければステップ３０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ３０５０：ＣＰＵ７１は、フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳの値を「１」に設定するとともに他のフラグの値を「０」に設定し、ステップ３０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
以上に説明したように、フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳの値は、
・通常制御実行フラグＸＳＴＯＩの値が「１」であり（即ち、通常制御が実行中であり）、
・フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であり（即ち、フィルタ再生要求が発生していて）、
・フューエルカット復帰後からの吸入空気量の積算値ｔＧａＳが閾値Ｇｔｈ以上であり（即ち、下流側触媒５５が上記還元状態に到達していて）、且つ、
・吸入空気量Ｇａが吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈより小さい（即ち、窒素酸化物が下流側触媒５５を吹き抜ける可能性が小さい）とき、
「１」に設定される。この結果、後述するように、フィルタ再生制御が実行される。
＜第３フラグ操作＞
ＣＰＵ７１は、所定のタイミングにて図３１のステップ３１００から処理を開始し、ステップ３１１０に進んでフィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳの値が「１」であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵ７１はステップ３１１０にてフィルタ再生制御が実行中であるか否かを判定する。いま、フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳの値が「１」でない（フィルタ再生制御実行中でない）と仮定すると、ＣＰＵ７１はステップ３１１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ３１９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
これに対し、いま、フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳの値が「１」である（フィルタ再生制御実行中である）と仮定すると、ＣＰＵ７１はステップ３１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３１２０に進み、その時点にてエアフローメータ６１により検出されている吸入空気量Ｇａが吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈ以上であるか否かを判定する。そして、吸入空気量Ｇａが吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈ以上であれば、ＣＰＵ７１はステップ３１２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３１３０に進み、高Ｇａ後リッチ制御フラグＸＲＩＧＡの値を「１」に、他のフラグの値を「０」に設定する。次いで、ＣＰＵ７１はステップ３１４０に進み、別途推定されている「微粒子捕集量ＳＰＭ」から「フィルタ再生制御開始後の吸入空気量の積算値ｔＧａＳＬに対して単調増加する量ｇ（ｔＧａＳＬ）」を減じた値を、「新たな微粒子捕集量ＳＰＭ」として格納する。その後、ＣＰＵ７１はステップ３１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
このように、フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳの値が「１」である（フィルタ再生制御実行中である）場合において、吸入空気量Ｇａが吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈ以上となると、フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳの値が「０」に変更されるとともに、高Ｇａ後リッチ制御フラグＸＲＩＧＡの値が「１」に設定される。これにより、後述するように、所定の期間に渡って機関１０に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲよりもリッチ側の空燃比）に制御される。また、ステップ３１４０は、推定されている微粒子捕集量ＳＰＭから、直前までに実行されていたフィルタ再生制御によって燃焼した微粒子量を減じることにより、その時点の「微粒子捕集量ＳＰＭ」をより精度良く推定するステップである。
一方、フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳの値が「１」である（フィルタ再生制御実行中である）場合において、吸入空気量Ｇａが吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈ以上とならなければ、ＣＰＵ７１はステップ３１１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ３１２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３１５０に進む。そして、ＣＰＵ７１は、ステップ３１５０にて、フィルタ再生制御開始後の吸入空気量の積算値ｔＧａＳＬがフィルタ再生制御終了閾値ＧＬｔｈ以上となったか否かを判定する。このとき、積算値ｔＧａＳＬが閾値ＧＬｔｈより小さいと、ＣＰＵ７１はステップ３１９５に直接進んで、本ルーチンを一旦終了する。この結果、フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳの値が「１」に維持されるので、フィルタ再生制御が継続して実行される。
そして、この状態において所定の時間が経過し、それによりフィルタ再生制御開始後の吸入空気量の積算値ｔＧａＳＬがフィルタ再生制御終了閾値ＧＬｔｈ以上となると、ＣＰＵ７１はステップ３１１０及びステップ３１２０に続くステップ３１５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３１６０に進み、通常終了後リッチ制御フラグＸＲＩＮＥの値を「１」に、他のフラグの値を「０」に設定する。次いで、ＣＰＵ７１はステップ３１７０に進み、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値を「０」に設定するとともに、推定されている微粒子捕集量ＳＰＭの値を「０」に設定し、ステップ３１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
このように、フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳの値が「１」である（フィルタ再生制御実行中である）場合において、吸入空気量Ｇａが吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈを超えることなく、フィルタ再生制御開始後の吸入空気量の積算値ｔＧａＳＬがフィルタ再生制御終了閾値ＧＬｔｈ以上となると、フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳの値が「０」に変更されるとともに、通常終了後リッチ制御フラグＸＲＩＮＥの値が「１」に設定される。これにより、後述するように、所定の期間に渡って機関１０に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲよりもリッチ側の空燃比）に制御される。また、この場合はフィルタ再生制御が十分に実行されて微粒子捕集フィルタ５４の再生が完了した場合であるから、ステップ３１７０にてフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値及び微粒子捕集量ＳＰＭの値が「０」に設定される。
＜第４フラグ操作＞
ＣＰＵ７１は、所定のタイミングにて図３２のステップ３２００から処理を開始し、以下に述べるステップ３２１０乃至ステップ３２３０の処理を実行し、その後、ステップ３２４０に進む。
ステップ３２１０：ＣＰＵ７１は、高Ｇａ後リッチ制御フラグＸＲＩＧＡの値が「１」であるか否かを判定する。ＣＰＵ７１は、高Ｇａ後リッチ制御フラグＸＲＩＧＡの値が「１」であればステップ３２２０に進み、そうでなければステップ３２４０に直接進む。
ステップ３２２０：ＣＰＵ７１は、高Ｇａ後リッチ制御フラグＸＲＩＧＡの値が「０」から「１」に変化されてから第１時間ＴＲ１が経過したか否かを判定する。ＣＰＵ７１は、第１時間ＴＲ１が経過しているとステップ３２３０に進み、そうでなければステップ３２４０に直接進む。
ステップ３２３０：ＣＰＵ７１は、通常制御実行フラグＸＳＴＯＩの値を「１」に設定し、その他のフラグの値を「０」に設定する。
このように、高Ｇａ後リッチ制御フラグＸＲＩＧＡの値が「１」となってから第１時間ＴＲ１が経過すると、高Ｇａ後リッチ制御フラグＸＲＩＧＡの値は「０」に変更され、通常制御実行フラグＸＳＴＯＩの値が「１」に変更される。この結果、後述するように、機関１０に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲ）に制御される。
続いて、ＣＰＵ７１は、以下に述べるステップ３２４０乃至ステップ３２６０の処理を実行し、その後、ステップ３２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ３２４０：ＣＰＵ７１は、通常終了後リッチ制御フラグＸＲＩＮＥの値が「１」であるか否かを判定する。ＣＰＵ７１は、通常終了後リッチ制御フラグＸＲＩＮＥの値が「１」であればステップ３２５０に進み、そうでなければステップ３２９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ３２５０：ＣＰＵ７１は、通常終了後リッチ制御フラグＸＲＩＮＥの値が「０」から「１」に変化されてから第２時間ＴＲ２が経過したか否かを判定する。ＣＰＵ７１は、第２時間ＴＲ２が経過しているとステップ３２６０に進み、そうでなければステップ３２９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ３２６０：ＣＰＵ７１は、通常制御実行フラグＸＳＴＯＩの値を「１」に設定し、その他のフラグの値を「０」に設定する。
このように、通常終了後リッチ制御フラグＸＲＩＮＥの値が「１」となってから第２時間ＴＲ２が経過すると、通常終了後リッチ制御フラグＸＲＩＮＥの値は「０」に変更され、通常制御実行フラグＸＳＴＯＩの値が「１」に変更される。この結果、後述するように、機関１０に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲ）に制御される。
＜空燃比制御＞
ＣＰＵ７１は、更に、所定時間の経過毎に図３３にフローチャートにより示したルーチンを実行するようになっている。このルーチンの処理により、以下の制御がなされる。
（１）フューエルカット実行フラグＸＦＣの値が「１」であるとき、フューエルカット制御が実行され、開閉弁５７は閉じられる（ステップ３３０５及びステップ３３１０を参照。）。
（２）フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳの値が「１」であるとき、フィルタ再生制御が実行され、開閉弁５７は開かれる（ステップ３３１５及びステップ３３２０を参照。）。このフィルタ再生制御の内容は、図６のステップ６４０及びステップ６５０の制御内容と同じである。
（３）高Ｇａ後リッチ制御フラグＸＲＩＧＡの値が「１」であるとき、高Ｇａ復帰後リッチ制御が実行され、開閉弁５７は閉じられる（ステップ３３２５及びステップ３３３０を参照。）。この高Ｇａ復帰後リッチ制御において、メインフィードバック制御の上流側目標空燃比abyfrは理論空燃比よりリッチ側で前記弱リッチ空燃比ＡＦＲよりも更にリッチ側の空燃比である「強制リッチ空燃比abyfrich」に設定され、メインフィードバック制御が実行される。サブフィードバック制御は停止される。この結果、機関１０に供給される混合気の空燃比の平均は、上述の弱リッチ空燃比ＡＦＲよりもリッチ側の空燃比に制御される。なお、前記強制リッチ空燃比abyfrichは、直前のフィルタ再生制御中における吸入空気量Ｇａの積算値ＧａＳＬが大きいほどリッチ側の空燃比に設定されてもよい。
（４）通常終了後リッチ制御フラグＸＲＩＮＥの値が「１」であるとき、通常終了後リッチ制御（通常再生終了後リッチ制御）が実行され、開閉弁５７は閉じられる（ステップ３３３５及びステップ３３４０を参照。）。この通常終了後リッチ制御において、メインフィードバック制御の上流側目標空燃比abyfrは前記強制リッチ空燃比abyfrichに設定され、メインフィードバック制御が実行される。サブフィードバック制御は停止される。この結果、機関１０に供給される混合気の空燃比の平均は、上述の弱リッチ空燃比ＡＦＲよりもリッチ側の空燃比に制御される。なお、前記強制リッチ空燃比abyfrichは、直前のフィルタ再生制御中における吸入空気量Ｇａの積算値ＧａＳＬが大きいほどリッチ側の空燃比に設定されてもよい。
（５）フューエルカット実行フラグＸＦＣ、フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳ、高Ｇａ後リッチ制御フラグＸＲＩＧＡ及び通常終了後リッチ制御フラグＸＲＩＮＥの何れかの値が「１」でないとき（これらのフラグの値が総て「０」であるとき）、前述した通常制御（図６のステップ６３０における通常制御と同じ制御）が実行され、開閉弁５７は閉じられる。
以上、説明したように、第１０制御装置は、フィルタ再生制御実行中（フィルタ再生制御実行フラグＸＰＭＦＳの値が「１」であるとき）に吸入空気量関係値（吸入空気量Ｇａ）が吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈより大きくなることにより同フィルタ再生制御の実行を停止した時点（図３１のステップ３１２０及びステップ３１３０を参照。）からの所定期間（第１時間ＴＲ１）、開閉弁５７に前記バイパス通路を遮断する指示を与えるとともに、機関１０の複数の気筒に供給される混合気の空燃比の平均を「通常制御時において同複数の気筒に供給される混合気の空燃比の平均」よりもリッチ側の空燃比abyfrichとなるように制御し（図３３のステップ３３３０による高Ｇａ復帰後リッチ制御を参照。）その後、前記通常制御の実行を開始するように構成されている（図３２のステップ３２２０及びステップ３２３０と、図３３のステップ３３４５と、を参照。）。
フィルタ再生制御実行中、上流側触媒５３には多量の酸素が流入する。従って、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１又はその近傍量に到達している。このような状態において、吸入空気量Ｇａが増大することによりフィルタ再生制御が停止されると、その直後において、上流側触媒５３は窒素酸化物を効果的に浄化できない。その結果、窒素酸化物が上流側触媒５３及び下流側触媒５５を浄化されないまま通過する（吹き抜ける）場合がある。
そこで、第１０制御装置は、フィルタ再生制御実行中に吸入空気量Ｇａが吸入空気量閾値ＧａＰＭｔｈより大きくなることによりフィルタ再生制御の実行を停止した時点からの所定期間ＴＲ１、上記高Ｇａ復帰後リッチ制御（複数の気筒に供給される混合気の空燃比の平均を通常制御時において複数の気筒に供給される混合気の空燃比の平均よりもリッチ側の空燃比となるようする制御）を実行する。これにより、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１を迅速に低下させることができる。その結果、フィルタ再生制御停止後から短期間内に、上流側触媒５３はより多くの窒素酸化物を浄化することが可能な状態となる。よって、上流側触媒５３及び下流側触媒５５を吹き抜ける窒素酸化物の量を低減することができる。
なお、第１０制御装置は、フィルタ再生制御開始後の吸入空気量の積算値ｔＧａＳＬがフィルタ再生制御終了閾値ＧＬｔｈ以上となった場合においても、その語、第２時間ＴＲ２が経過するまで上記通常終了後リッチ制御（複数の気筒に供給される混合気の空燃比の平均を通常制御時において複数の気筒に供給される混合気の空燃比の平均よりもリッチ側の空燃比となるようする制御）を実行する。従って、フィルタ再生制御後における流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１を迅速に低下させることができる。その結果、フィルタ再生制御停止後から短期間内に、上流側触媒５３はより多くの窒素酸化物を浄化することが可能な状態となる。
（第１１実施形態）
次に、本発明の第１１実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第１１制御装置」とも称呼する。）について説明する。第１１制御装置は、フューエルカット制御実行中に排ガス（この場合、フューエルカット実行中であるため排ガスは空気である。）の一部を微粒子捕集フィルタ５４に供給するように構成されている点において、第１制御装置と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。
第１１制御装置は、図３４に示したように、図３に示したバイパス通路形成部材５６に代わる第１バイパス通路形成部材５６ａ、第２バイパス通路形成部材５６ｂ及び第３バイパス通路形成部材５６ｃを備えている。第１〜第３バイパス通路形成部材５６ａ〜５６ｃのそれぞれは管状の部材からなる。更に、第１１制御装置は、図３に示した開閉弁５７に代わる三方弁（通路切換え手段、切換弁）５８を備えている。
第１バイパス通路形成部材５６ａの一端は、第１気筒＃１の排気ポートに接続された枝部５１ａ１に接続されている。第１バイパス通路形成部材５６ａの他端は、三方弁５８の入口部に接続されている。
第２バイパス通路形成部材５６ｂの一端は、三方弁５８の二つの出口部のうちの一つ（以下、「第１出口部」とも称呼する。）に接続されている。第２バイパス通路形成部材５６ｂの他端は、微粒子捕集フィルタ５４と下流側触媒５５との間の位置においてエキゾーストパイプ５２（前記主通路部）に接続されている。
即ち、枝部５１ａ１、第１バイパス通路形成部材５６ａ及び第２バイパス通路形成部材５６ｂは、機関１０の複数の気筒のうちの一部の気筒（第２〜第４気筒）以外の気筒である他の気筒（第１気筒）の排気ポートを通して排出されたガスを、微粒子捕集フィルタ５４（及び上流側触媒５３）を通過させることなく、下流側触媒５５に直接流入させるバイパス通路を構成する「バイパス通路構成部」に相当している。
第３バイパス通路形成部材５６ｃの一端は、三方弁５８の二つの出口部のうちの他の一つ（以下、「第２出口部」とも称呼する。）に接続されている。第３バイパス通路形成部材５６ｃの他端は、上流側触媒５３と微粒子捕集フィルタ５４との間の位置においてエキゾーストパイプ５２（前記主通路部）に接続されている。
三方弁５８は、電気制御装置７０のＣＰＵ７１からの指示信号に応じて、一つの入口部と第１出口部とを連通する状態、一つの入口部と第２出口部とを連通する状態、及び、一つの入口部を第１出口部及び第２出口部の何れにも連通しない状態のうちの一つの状態を選択できるようになっている。
次に、上述のように構成された第１１制御装置の作動について説明する。第１１制御装置のＣＰＵ７１は、図３５に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。なお、図３５において図６に示したステップと同一の処理を行うためのステップには、図６のそのようなステップに付された符号と同一の符号が付されている。そのようなステップについての詳細な説明は省略される。以下、場合を分けて説明する。
（場合１）微粒子捕集フィルタ５４の再生要求が発生してフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」となっていて、且つ、フューエルカット条件が成立していない場合。
この場合、ＣＰＵ７１はステップ３５００に続く「フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かを判定するステップ６１０」にて「Ｙｅｓ」と判定する。更に、ＣＰＵ７１は次の「フューエルカット条件が成立しているか否かを判定するステップ３５１０」にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ３５２０に進む。
ＣＰＵ７１は、ステップ３５２０にて三方弁５８に「入口部と第１出口部とを連通させる」指示信号を送出する。これにより、第１気筒から排出されたガスは上流側触媒５３及び微粒子捕集フィルタ５４をバイパスして下流側触媒５５に直接導入される。ＣＰＵ７１は、次のステップ６５０にて、上述した「フィルタ再生制御」を実行する。その後、ＣＰＵ７１はステップ３５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。この制御状態は、第１制御装置によるフィルタ再生制御中の制御状態と同じである。従って、窒素酸化物の排出量が抑制されながら、微粒子捕集フィルタ５４が再生される。
（場合２）微粒子捕集フィルタ５４の再生要求が発生してフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」となっていて、且つ、フューエルカット条件が成立している場合。
この場合、ＣＰＵ７１はステップ３５００に続くステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、且つ、次のステップ３５１０にても「Ｙｅｓ」と判定してステップ３５３０に進む。
ＣＰＵ７１は、ステップ３５３０にて三方弁５８に「入口部と第２出口部とを連通させる」指示信号を送出する。これにより、第１気筒から排出されたガスは上流側触媒５３をバイパスして微粒子捕集フィルタ５４に直接導入される。なお、この場合、後述するようにフューエルカット制御が実行されるから、第１気筒から排出されるガスは酸素を多量に含む空気である。次に、ＣＰＵ７１はステップ３５４０に進み、総てのインジェクタ３９からの燃料噴射を停止するフューエルカット制御を実行する。この結果、微粒子捕集フィルタ５４に酸素が供給されるので、微粒子捕集フィルタ５４内に捕集されていた微粒子が燃焼し、微粒子捕集フィルタ５４が再生される。その後、ＣＰＵ７１はステップ３５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
（場合３）微粒子捕集フィルタ５４の再生要求が発生していないのでフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」となっていて、且つ、フューエルカット条件が成立していない場合。
この場合、ＣＰＵ７１はステップ３５００に続くステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３５５０に進み、三方弁５８に「入口部と第１出口部及び第２出口部との連通を遮断させる」指示信号を送出する。これにより、第１気筒から排出されたガスの総ては、第２気筒乃至第４気筒から排出されたガスとともに、集合部５１ｂへと流れ、次いで、エキゾーストパイプ５２内を通過する。
次に、ＣＰＵ７１はステップ３５６０に進み、フューエルカット条件が成立しているか否かを判定する。この場合、フューエルカット条件は成立していない。従って、ＣＰＵ７１はステップ３５６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６３０に進み、上述した「通常制御」を実行する。その後、ＣＰＵ７１はステップ３５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。この制御状態は、第１制御装置による通常制御中の制御状態と同じである。従って、未燃物及び窒素酸化物は上流側触媒５３及び下流側触媒５５によって浄化され、微粒子は微粒子捕集フィルタ５４によって捕集される。
（場合４）微粒子捕集フィルタ５４の再生要求が発生していないのでフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」となっていて、且つ、フューエルカット条件が成立している場合。
この場合、ＣＰＵ７１はステップ３５００に続くステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３５５０に進み、三方弁５８に「入口部と第１出口部及び第２出口部との連通を遮断させる」指示信号を送出する。これにより、第１気筒から排出されたガスの総ては、第２気筒乃至第４気筒から排出されたガスとともに、集合部５１ｂへと流れ、次いで、エキゾーストパイプ５２内を通過する。
次に、ＣＰＵ７１はステップ３５６０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ３５７０に進んでフューエルカット制御を実行する。即ち、ＣＰＵ７１は、総てのインジェクタ３９からの燃料噴射を停止し、ステップ３５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
以上、説明したように、第１１制御装置において、「一部の気筒（第２〜第４気筒）の排気ポートを通して排出された排ガスを通過させる主排気通路」を構成する「主排気通路構成部」は、他の気筒（第１気筒）の排気ポートに接続されるとともに集合部５１ｂに接続される第２枝部５１ａ１を含む。
また、前記バイパス通路構成部は、
一端が前記第２枝部５１ａ１に接続されるとともに他端が「微粒子捕集フィルタ５４と下流側触媒５５との間の位置」にて前記主通路部（エギゾーストパイプ５２）に接続されるバイパス通路を構成する第１管状部（５６ａ、５６ｂ）と、
一端が前記第２枝部５１ａ１に接続されるとともに他端が「上流側触媒５３と微粒子捕集フィルタ５４との間の位置」にて前記主通路部（エギゾーストパイプ５２）に接続される通路を構成する第２管状部（５６ａ、５６ｃ）と、
通路切換え手段である三方弁５８と、
を備える。
このとき、前記通路切換え手段（三方弁５８）は、
前記第２枝部５１ａ１と、前記微粒子捕集フィルタ５４と前記下流側触媒５５との間の位置の前記主通路部（エギゾーストパイプ５２）と、のみを連通する第１状態（ステップ３５２０を参照。）、
前記第２枝部５１ａ１と、前記上流側触媒５３と前記微粒子捕集フィルタ５４との間の位置の前記主通路部（エギゾーストパイプ５２）と、のみを連通する第２状態（ステップ３５３０を参照。）、及び、
第１管状部（５６ａ、５６ｂ）及び第２管状部（５６ａ、５６ｃ）を通しての「前記第２枝部５１ａ１と前記主通路（エギゾーストパイプ５２）との連通」を遮断する第３状態（ステップ３５５０を参照。）、
の何れかの状態を指示に応じて選択的に達成するように構成されている。
そして、第１１制御装置は、
前記フィルタ再生制御を実行するとき前記通路切換え手段に前記第１状態を達成させる指示を与えて前記フィルタ再生制御を実行し（ステップ３５２０及びステップ６５０を参照。）、
前記機関の運転状態が所定のフューエルカット運転状態となったとき前記機関への燃料の供給を停止するとともに前記通路切換え手段に前記第２状態を達成させる指示を与えてフューエルカット制御を実行し（ステップ３５３０及び３５４０を参照。）、
前記フィルタ再生制御及び前記フューエルカット制御のいずれの制御も実行しないとき前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比を含む前記所定の空燃比範囲内の空燃比に制御するとともに前記通路切換え手段に前記第３状態を達成させる指示を与えて通常制御を実行する（ステップ３５５０及びステップ６３０を参照。）、
ように構成されている。
従って、他の制御装置と同様に、フューエルカット制御が実行されていない場合、フィルタ再生制御又は通常制御が実行される。更に、微粒子捕集フィルタの再生要求が存在している場合においてフューエルカット制御を実行するときには、前記他の気筒（第１気筒）から排出された空気が微粒子捕集フィルタ５４の直前且つ上流位置に導入される。従って、酸素を多量に含む大気が微粒子捕集フィルタ５４に供給されるので、フューエルカット制御中においても微粒子捕集フィルタ５４を再生することができる。
なお、第１１制御装置は、微粒子捕集フィルタの再生要求が存在していない場合においてフューエルカット制御を実行する場合、前記通路切換え手段に前記第３状態を達成させる指示を与えていた。即ち、総ての気筒から排出されるガスを総て上流側触媒５３に流入させていた。これに代え、第１１制御装置は、微粒子捕集フィルタの再生要求が存在していない場合においてフューエルカット制御を実行する場合、前記通路切換え手段に前記第２状態を達成させる指示を与え、微粒子捕集フィルタ５４にフューエルカット制御中の排ガス（空気）を供給してもよい。
以上、説明したように、本発明の各実施形態によれば、フィルタ再生制御において微粒子捕集フィルタ５４に酸素が供給されるとともに、下流側触媒５５に流入するガスの空燃比の平均を略理論空燃比に制御することができる。従って、ガソリン機関の制御装置であって、窒素酸化物の排出量を増大させることなく微粒子捕集フィルタを再生させることができる制御装置が提供される。
本発明は上記各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、上記各実施形態において、一回のフィルタ再生制御の継続時間を、そのフィルタ再生制御を開始する時点において推定されていた微粒子捕集量ＳＰＭが多いほど長くしてもよい。更に、一回のフィルタ再生制御の継続時間を、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１が大きいほど長く設定してもよい。
サブフィードバック制御は、例えば、特開２００７−２７８１８６号公報に開示されているように、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが下流側目標値に一致するように、上流側空燃比センサ６６によって検出される空燃比を見かけ上補正するような制御であってもよい。代替として、サブフィードバック制御は、特開平０６−０１０７３８号公報に開示されているように、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づいて、上流側空燃比センサ６６の出力値に基づいて作成される空燃比補正係数を変更する制御であってもよい。
更に、各実施形態において、第１気筒の排気ポートに接続された枝部５１ａ１とバイパス通路形成部材５６（又は第１バイパス通路形成部材５６ａ）との接続位置と、集合部５１ｂと、の間に、枝部５１ａ１を開閉する第２開閉弁を配設し、制御装置は、フィルタ再生制御中には第２開閉弁を閉じ、それ以外の通常制御中等において第２開閉弁を開くように構成されてもよい。また、サブフィードバック制御における下流側目標空燃比は、弱リッチ空燃比に代え、理論空燃比であってもよい。
本発明の第１実施形態に係る制御装置（第１制御装置）を適用した内燃機関の概略図である。 図１に示した内燃機関の概略構成図である。 図１に示した上流側触媒及び下流側触媒の空燃比に対する未燃成分及び窒素酸化物の浄化率を示したグラフである。 図１に示した上流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。 図１に示した下流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。 第１制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 第１制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 第１制御装置が空燃比制御を実行する際の機能ブロック図である。 図８に示した基本補正値算出手段の機能ブロック図である。 図８に示した基本補正値算出手段により算出される基本補正値を格納する運転領域を示した概念図である。 第１制御装置のＣＰＵが実行する、燃料噴射量の計算及び噴射指示を行うための詳細なルーチンを示したフローチャートである。 第１制御装置のＣＰＵが実行する、メインフィードバック補正値を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。 第１制御装置のＣＰＵが実行する、サブフィードバック補正値を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。 第１制御装置のＣＰＵが実行する、基本補正値を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。 第１制御装置のＣＰＵが実行する、フィルタ再生要求フラグの値を変更するためのルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る制御装置（第２制御装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 第２制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 第２制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る制御装置（第３制御装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る制御装置（第４制御装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 第４制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 第４制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第５実施形態に係る制御装置（第５制御装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第６実施形態に係る制御装置（第６制御装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第７実施形態に係る制御装置（第７制御装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第８実施形態に係る制御装置（第８制御装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 第８制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第９実施形態に係る制御装置（第９制御装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第１０実施形態に係る制御装置（第１０制御装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 第１０制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 第１０制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 第１０制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 第１０制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第１１実施形態に係る制御装置（第１１制御装置）を適用した内燃機関の概略構成図である。 第１１制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
符号の説明
１０…多気筒内燃機関（ガソリンエンジン）、２１…シリンダ、２２…ピストン、２５…燃焼室、３１…吸気ポート、３２…吸気弁、３４…排気ポート、３５…排気弁、３９…インジェクタ、４０…吸気系統、４４…スロットル弁、５０…排気系統、５１…エキゾーストマニホールド、５１ａ１…枝部、５１ａ２…枝部、５１ａ３…枝部、５１ａ４…枝部、５１ｂ…集合部、５２…エキゾーストパイプ、５３…上流側触媒、５４…微粒子捕集フィルタ、５５…下流側触媒、５６…バイパス通路形成部材、５７…開閉弁、５８…三方弁、６１…熱線式エアフローメータ、６６…上流側空燃比センサ、６７…下流側空燃比センサ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ、７４…バックアップＲＡＭ。

Claims (18)

  1. 多気筒内燃機関が備える複数の気筒のうちの一部の気筒の排気ポートに接続された第１枝部と同第１枝部が集合した集合部と同集合部に接続された主通路部とを有し同一部の気筒の排気ポートを通して排出された排ガスを通過させる主排気通路を構成する主排気通路構成部と、
    前記主通路部に配設された微粒子捕集フィルタと、
    前記主通路部であって前記微粒子捕集フィルタよりも下流の位置に配設された三元触媒である下流側触媒と、
    前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒以外の気筒である他の気筒の排気ポートを通して排出された排ガスを前記微粒子捕集フィルタを通過させることなく前記下流側触媒に直接流入させるバイパス通路を構成するバイパス通路構成部と、
    前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比よりもリーン側の空燃比に制御するとともに前記他の気筒に供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に制御するフィルタ再生制御を実行する空燃比制御手段と、
    を備えた内燃機関の制御装置。
  2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記空燃比制御手段は、
    前記フィルタ再生制御の実行中、前記一部の気筒に供給される混合気と前記他の気筒に供給される混合気とからなる混合気の空燃比の平均が理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の空燃比となるように、前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比と前記他の気筒に供給される混合気の空燃比とを制御するように構成された制御装置。
  3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記主排気通路構成部は、前記他の気筒の排気ポートに接続されるとともに前記集合部に接続される第２枝部を含み、
    前記バイパス通路構成部は、一端が前記第２枝部に接続されるとともに他端が前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置にて前記主通路部に接続されることにより前記バイパス通路を構成するバイパス通路形成部材からなり且つ指示に応答して同バイパス通路を遮断及び開放する開閉弁を備え、
    前記空燃比制御手段は、前記フィルタ再生制御を実行するとき前記開閉弁に前記バイパス通路を開放する指示を与えて前記フィルタ再生制御を実行し、且つ、前記フィルタ再生制御を実行しないとき前記開閉弁に前記バイパス通路を遮断する指示を与えるとともに前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の全体の空燃比の平均を理論空燃比を含む前記所定の空燃比範囲内の空燃比に制御する通常制御を実行するように構成された制御装置。
  4. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記下流側触媒が所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態に到達したか否かを判定する還元状態判定手段を備え、
    前記空燃比制御手段は、前記通常制御の実行中において前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定されたとき、前記フィルタ再生制御の実行を許可するように構成された制御装置。
  5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記機関の運転状態が所定のフューエルカット運転状態となったとき前記機関への燃料の供給を停止するフューエルカット手段を備え、
    前記空燃比制御手段は、前記通常制御において前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比を含む前記所定の空燃比範囲内の空燃比であって理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である弱リッチ空燃比に制御し、且つ、前記フューエルカット手段による前記機関への燃料の供給停止が解除されて同機関に再び燃料が供給され始めたフューエルカット復帰時点から前記通常制御の実行を開始するように構成され、
    前記還元状態判定手段は、前記機関から排出された未燃物である還元成分の量から同還元成分を酸化させる同機関から排出された酸化成分の量を減じた量である還元成分の過剰量を前記フューエルカット復帰時点から積算することにより第１積算値を取得するとともに同第１積算値が第１所定値以上となったとき前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定するように構成された制御装置。
  6. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記機関の運転状態が所定のフューエルカット運転状態となったとき前記機関への燃料の供給を停止するフューエルカット手段と、
    前記下流側触媒に流入するガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサと、
    を備え、
    前記空燃比制御手段は、前記通常制御において前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比を含む前記所定の空燃比範囲内の空燃比であって理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である弱リッチ空燃比に制御し、且つ、前記フューエルカット手段による前記機関への燃料の供給停止が解除されて同機関に再び燃料が供給され始めたフューエルカット復帰時点から前記通常制御の実行を開始するように構成され、
    前記還元状態判定手段は、前記機関から排出された未燃物である還元成分の量から同還元成分を酸化させる同機関から排出された酸化成分の量を減じた量である還元成分の過剰量を前記フューエルカット復帰時点以降であって前記下流側空燃比センサにより検出される検出空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変化したリッチ反転時点から積算することにより第１積算値を取得するとともに同第１積算値が第１所定値以上となったとき前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定するように構成された制御装置。
  7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記主通路部又は前記集合部であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された三元触媒である上流側触媒を備える制御装置。
  8. 請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記空燃比制御手段は、前記微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子の量である微粒子捕集量を取得するとともに、前記フィルタ再生制御を実行するときに前記取得された微粒子捕集量が多いほど前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比の平均をよりリーン側の空燃比に制御するように構成された制御装置。
  9. 請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記空燃比制御手段は、前記微粒子捕集フィルタの温度が高いほど大きくなるフィルタ温度関係値を取得するとともに、前記取得されたフィルタ温度関係値が高側フィルタ閾値温度より高いとき前記フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成された制御装置。
  10. 請求項９に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記空燃比制御手段は、前記取得されたフィルタ温度関係値が前記高側フィルタ閾値温度より低い値である場合、前記フィルタ再生制御を実行する際の前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比の平均を同フィルタ温度関係値が同高側フィルタ閾値温度に近づくほどよりリッチ側の空燃比に制御するように構成された制御装置。
  11. 請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記空燃比制御手段は、前記微粒子捕集フィルタの温度が高いほど大きくなるフィルタ温度関係値を取得するとともに、前記取得されたフィルタ温度関係値が低側フィルタ閾値温度より低いとき前記フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成された制御装置。
  12. 請求項１１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記空燃比制御手段は、前記取得されたフィルタ温度関係値が前記低側フィルタ閾値温度より高い値である場合、前記フィルタ再生制御を実行する際の前記一部の気筒に供給される混合気の空燃比の平均を同フィルタ温度関係値が同低側フィルタ閾値温度に近づくほどよりリッチ側の空燃比に制御するように構成された制御装置。
  13. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記空燃比制御手段は、前記下流側触媒の温度が高いほど大きくなる下流側触媒温度関係値を取得するとともに、前記取得された下流側触媒温度関係値が低側下流側触媒閾値温度より低いとき前記フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成された制御装置。
  14. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記主通路部又は前記集合部であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された上流側触媒と、
    前記主通路部又は前記集合部であって前記上流側触媒よりも上流の位置に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する上流側空燃比センサと、
    前記主通路部であって前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサと、
    前記機関に供給される混合気の空燃比を所定の態様に従って制御するとともに前記上流側空燃比センサの出力値と下流側空燃比センサの出力値とに基づいて前記上流側触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定制御を実行する劣化判定手段と、
    を備え、
    前記空燃比制御手段は、
    前記劣化判定手段が前記劣化判定制御を実行しているとき前記フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成された制御装置。
  15. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記空燃比制御手段は、前記機関の吸入空気量が大きいほど大きくなる吸入空気量関係値を取得するとともに、前記取得された吸入空気量関係値が吸入空気量閾値より大きいとき前記フィルタ再生制御の実行を禁止するように構成された制御装置。
  16. 請求項１５に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記空燃比制御手段は、前記下流側触媒の最大酸素吸蔵量を取得するとともに、同取得された最大酸素吸蔵量が大きいほど前記吸入空気量閾値が大きくなるように同吸入空気量閾値を設定する制御装置。
  17. 請求項１５又は請求項１６に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記主通路部又は前記集合部であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された三元触媒である上流側触媒を備え、
    前記空燃比制御手段は、前記フィルタ再生制御の実行中に前記吸入空気量関係値が前記吸入空気量閾値より大きくなることにより同フィルタ再生制御の実行を停止した時点からの所定期間、前記開閉弁に前記バイパス通路を遮断する指示を与えるとともに前記複数の気筒に供給される混合気の空燃比の平均を前記通常制御時において同複数の気筒に供給される混合気の空燃比の平均よりもリッチ側の空燃比となるように制御し、その後、前記通常制御の実行を開始するように構成された制御装置。
  18. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記主通路部又は前記集合部であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された三元触媒である上流側触媒を備え、
    前記主排気通路構成部は、
    前記他の気筒の排気ポートに接続されるとともに前記集合部に接続される第２枝部を含み、
    前記バイパス通路構成部は、
    一端が前記第２枝部に接続されるとともに他端が前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置にて前記主通路部に接続されることにより前記バイパス通路を構成する第１管状部と、
    一端が前記第２枝部に接続されるとともに他端が前記上流側触媒と前記微粒子捕集フィルタとの間の位置にて前記主通路部に接続される通路を構成する第２管状部と、
    通路切換え手段と、
    を備え、
    前記通路切換え手段は、
    前記第２枝部と、前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置の前記主通路部と、のみを連通する第１状態、
    前記第２枝部と、前記上流側触媒と前記微粒子捕集フィルタとの間の位置の前記主通路部と、のみを連通する第２状態、及び、
    前記第２枝部と前記主通路との連通を遮断する第３状態、
    の何れかの状態を指示に応じて選択的に達成するように構成され、
    前記空燃比制御手段は、
    前記フィルタ再生制御を実行するとき前記通路切換え手段に前記第１状態を達成させる指示を与えて前記フィルタ再生制御を実行し、
    前記機関の運転状態が所定のフューエルカット運転状態となったとき前記機関への燃料の供給を停止するとともに前記通路切換え手段に前記第２状態を達成させる指示を与えてフューエルカット制御を実行し、
    前記フィルタ再生制御及び前記フューエルカット制御のいずれの制御も実行しないとき前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比を含む前記所定の空燃比範囲内の空燃比に制御するとともに前記通路切換え手段に前記第３状態を達成させる指示を与えて通常制御を実行する、
    ように構成された制御装置。
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