JP2016169663A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空燃比センサの出力空燃比にずれが生じていてもこのずれを補償することができる排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置は、排気浄化触媒２０と、下流側空燃比センサ４１と、制御装置とを具備する。制御装置は、目標平均空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に設定する平均空燃比制御と、目標平均空燃比がリーン空燃比に設定されているときも少なくとも一つの気筒では目標空燃比がリッチ空燃比になるように各気筒の目標空燃比を制御する気筒間空燃比制御とを実行する。制御装置は、目標平均空燃比をリーン空燃比に切り替えてから再びリッチ空燃比に切り替えるまでの第１酸素量積算値と、目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから再びリーン空燃比に切り替えるまでの第２酸素量積算値とに基づいて、これらの差が小さくなるように、空燃比に関するパラメータを補正する学習制御をさらに実行する。【選択図】図９

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来から、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に空燃比センサを設け、排気流れ方向下流側に酸素センサを設けた内燃機関の排気浄化装置が知られている。斯かる排気浄化装置は、例えば、上流側の空燃比センサの出力に基づいてこの空燃比センサの出力が目標空燃比に相当する目標値となるようにフィードバック制御を行い、下流側の酸素センサの出力に基づいて上流側の空燃比センサの目標値を補正するようにしている。

例えば、特許文献１に記載の排気浄化装置では、下流側の酸素センサの出力電圧が高側閾値以上であって、排気浄化触媒の状態が酸素不足状態であるときには、排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比がリーン空燃比とされる。逆に、下流側の酸素センサの出力電圧が低側閾値以下であって、排気浄化触媒の状態が酸素過剰状態であるときには、目標空燃比がリッチ空燃比とされる。特許文献１によれば、これにより、酸素不足状態又は酸素過剰状態にあるときに、排気浄化触媒の状態を速やかにこれら両状態の中間の状態（すなわち、排気浄化触媒に適当な量の酸素が吸蔵されている状態）に戻すことができるとされている。

特開２０１１−０６９３３７号公報

ところで、機関本体から排出される排気ガスの空燃比が一定であっても、排気ガス中に含まれる水素の量が多いほど空燃比センサの出力に相当する空燃比（以下、「出力空燃比」ともいう）がリッチ側にずれる。これは、水素が、未燃ＨＣ等の他の排気ガス中の成分に比べて、空燃比センサに設けられる拡散律速層を通り抜けやすいことが原因だと考えられている。

一方、出願人は、排気浄化装置における空燃比制御として、平均空燃比制御と気筒間空燃比制御とを実行することを提案している。ここで、平均空燃比制御とは、全ての気筒の目標空燃比の平均値である目標平均空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に設定する制御である。一方、気筒間空燃比制御は、複数の気筒のうち一部の気筒ではその気筒における目標空燃比を目標平均空燃比よりもリッチな空燃比とし、残りの気筒ではその気筒における目標空燃比を目標平均空燃比よりもリーンな空燃比とする制御である。

ここで、気筒間空燃比制御を実行した場合には、一部の気筒からは目標平均空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが流出することになる。このようなリッチな空燃比の排気ガスは未燃ＨＣ、ＣＯに加えて水素を含んでいる。このため、排気ガスの空燃比が一定であったとしても、気筒間空燃比制御を実行した場合には、気筒間空燃比制御を実行していない場合に比べて、排気ガス中に含まれる水素の量が多い。この結果、空燃比センサの出力空燃比がリッチ側にずれ易い。しかしながら、このように空燃比センサの出力空燃比にずれが生じると、排気空燃比を適切に制御することができなくなり、排気エミッションの悪化を招く場合がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑みて、空燃比センサの出力空燃比にずれが生じていてもこのずれを補償することができる排気浄化装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、複数の気筒を有する内燃機関の排気浄化装置において、機関排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置された下流側空燃比センサと、各気筒において燃焼が行われるときの燃焼空燃比が目標空燃比となるように燃焼室への燃料供給量をフィードバック制御する制御装置とを具備し、前記制御装置は、前記目標空燃比の全ての気筒の平均値である目標平均空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比とに交互に設定する平均空燃比制御と、前記平均空燃比制御によって前記目標平均空燃比がリーン空燃比に設定されているときにおいても、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記目標空燃比がリッチ空燃比になるように、各気筒の目標空燃比を制御する気筒間空燃比制御とを実行し、前記制御装置は、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスを理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素又は不足する酸素の量である酸素過不足量の積算値である積算酸素過不足量を算出可能であり、前記制御装置は、前記目標平均空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えてから再びリッチ空燃比に切り替えるまでの第１期間における積算酸素過不足量の絶対値である第１酸素量積算値と、前記目標平均空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えてから再びリーン空燃比に切り替えるまでの第２期間における積算酸素過不足量の絶対値である第２酸素量積算値とに基づいて、これら第１酸素量積算値と第２酸素量積算値との差が小さくなるように、空燃比に関するパラメータを補正する学習制御をさらに実行する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

第２の発明では、第１の発明において、前記平均空燃比制御では、前記目標平均空燃比をリーン空燃比に設定したときの該目標平均空燃比と理論空燃比との差であるリーンシフト量が、前記目標平均空燃比をリッチ空燃比に設定したときの該目標平均空燃比と理論空燃比との差であるリッチシフト量よりも小さくなるように、前記目標平均空燃比が設定される。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、前記制御装置は、前記第１酸素量積算値と前記第２酸素量積算値との差が予め定められた所定値以上である場合には、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において前記目標空燃比が等しくなるように各気筒の目標空燃比を制御する。

第４の発明では、第１又は第２の発明において、前記制御装置は、前記学習制御において、前記目標平均空燃比がリッチ空燃比又はリーン空燃比のいずれか一方の空燃比に設定されているときに、理論空燃比維持判定時間以上に亘ってまたは積算酸素過不足量が予め定められた所定値以上になるまでの期間に亘って前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比との間の理論空燃比近傍空燃比領域内に維持されている場合には、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が前記一方の空燃比側に変化するように前記空燃比に関するパラメータを補正する理論空燃比張付き学習を行う。

第５の発明では、第４の発明において、前記制御装置は、前記目標平均空燃比がリッチ空燃比又はリーン空燃比のいずれか一方の空燃比に設定されているときに理論空燃比維持判定時間以上に亘ってまたは積算酸素過不足量が予め定められた所定値以上になるまでの期間に亘って前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記理論空燃比近傍空燃比領域内に維持されている場合には、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において前記目標空燃比が等しくなるように各気筒の目標空燃比を制御する。

第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記学習制御において、前記目標平均空燃比がリッチ空燃比に設定されているときに、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン空燃比判定時間以上に亘って理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比よりもリーンな空燃比に維持されている場合には、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するように前記空燃比に関するパラメータを補正するリーン張付き学習が行われる。

第７の発明では、第６の発明において、前記制御装置は、前記目標平均空燃比がリッチ空燃比に設定されているときに、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン空燃比判定時間以上に亘って前記リーン判定空燃比よりもリーンな空燃比に維持されている場合には、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において前記目標空燃比が等しくなるように各気筒の目標空燃比を制御する。

第８の発明では、第１〜第７のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記学習制御において、前記目標平均空燃比がリーン空燃比に設定されているときに、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ空燃比判定時間以上に亘って理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比よりもリッチな空燃比に維持されている場合には、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン側に変化するように前記空燃比に関するパラメータを補正するリッチ張付き学習を行う。

第９の発明では、第８の発明において、前記制御装置は、前記目標平均空燃比がリーン空燃比に設定されているときに、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ空燃比判定時間以上に亘って前記リッチ判定空燃比よりもリッチな空燃比に維持されている場合には、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において前記目標空燃比が等しくなるように各気筒の目標空燃比を制御する。

第１０の発明では、第１〜第９のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記第１酸素量積算値と前記第２酸素量積算値との差に基づいて学習値を算出すると共に該学習値に基づいて前記空燃比に関するパラメータを補正し、前記学習値は、前記内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがオフにされても消去されない記憶媒体に保存される。

第１１の発明では、第１〜第１０のいずれか一つの発明において、前記排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されると共に該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサを更に具備し、前記酸素過不足量の算出は、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの流量又は燃料噴射量とに基づいて行われる。

第１２の発明では、第１〜第１１のいずれか一つの発明において、前記空燃比に関するパラメータは、制御中心となる空燃比、前記目標平均空燃比又は燃料供給量である。

第１３の発明では、第１〜第１２のいずれか一つの発明において、前記排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されると共に該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサを更に具備し、前記制御装置は、前記上流側空燃比センサによって検出される平均空燃比が前記目標平均空燃比になるように燃焼室への燃料供給量をフードバック制御し、前記空燃比に関するパラメータは、前記上流側空燃比センサの出力値である。

第１４の発明では、第１〜第１３のいずれか一つの発明において、前記気筒間空燃比制御では、前記平均空燃比制御によって前記目標平均空燃比がリッチ空燃比に設定されているときにおいても、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記目標空燃比がリーン空燃比になるように、各気筒の目標空燃比が設定される。

第１５の発明では、第１〜第１４のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記目標平均空燃比がリッチ空燃比に設定されているときには、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、前記複数の気筒の全てにおいて燃焼空燃比がリッチ空燃比になるように、各気筒の目標空燃比を設定する。

第１６の発明では、第１〜第１５のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記平均空燃比制御において、前記目標平均空燃比をリッチ空燃比に設定しているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標平均空燃比をリーン空燃比に切り替えると共に、前記目標平均空燃比をリーン空燃比に制御しているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になったときに前記目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替える。

第１７の発明では、第１〜第１５のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記平均空燃比制御において、前記目標平均空燃比をリッチ空燃比に設定しているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標平均空燃比をリーン空燃比に切り替えると共に、前記目標平均空燃比をリーン空燃比に制御し始めてからの前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が該排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量よりも少ない予め定められた切替基準吸蔵量に達したときに前記目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替える。

本発明によれば、空燃比センサの出力空燃比に排気ガス中の水素に基づくずれが生じていてもこのずれを補償することができる排気浄化装置を提供する。

図１は、本発明の制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。 図２は、各排気空燃比におけるセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す図である。 図３は、センサ印加電圧を一定にしたときの排気空燃比と出力電流との関係を示す図である。 図４は、本実施形態に係る排気浄化装置による空燃比制御を行った場合の、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。 図５は、空燃比補正量及び燃焼空燃比のタイムチャートである。 図６は、排気浄化触媒の担体表面を模式的に表した図である。 図７は、上流側排気浄化触媒の前端面からの距離と単位体積あたりにおけるＳＯｘの吸蔵量との関係を示す図である。 図８は、上流側空燃比センサの出力空燃比にずれが生じている際の平均空燃比補正量等のタイムチャートである。 図９は、通常学習制御を行う際の空燃比補正量等のタイムチャートである。 図１０は、上流側空燃比センサの出力空燃比に大きなずれが生じている際の平均空燃比補正量等のタイムチャートである。 図１１は、上流側空燃比センサの出力空燃比に大きなずれが生じている際の平均空燃比補正量等のタイムチャートである。 図１２は、理論空燃比張付き学習を行う際の空燃比補正量等のタイムチャートである。 図１３は、リーン張付き学習等を行う際の空燃比補正量等のタイムチャートである。 図１４は、制御装置の機能ブロック図である。 図１５は、空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１６は、通常学習制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１７は、張付き学習制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。 図１８は、張付き学習制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。 図１９は、気筒間空燃比制御の実行判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図２０は、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。 図２１は、第一実施形態の変更例に係る空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図２２は、平均空燃比補正量等のタイムチャートである。 図２３は、制御装置の機能ブロック図である。 図２４は、第二実施形態における空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の排気浄化装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図１において、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。本実施形態の内燃機関は、直列４気筒内燃機関であり、よって機関本体１は４つの燃焼室５を有する。しかしながら、複数の気筒を有する内燃機関であれば、６気筒内燃機関やＶ型内燃機関等、他の形式の内燃機関にも適用可能である。

図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に噴射する。なお、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。しかしながら、本実施形態の内燃機関は他の燃料を用いても良い。

各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５は吸気通路を形成する。また、吸気管１５内にはスロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。

一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は上流側排気浄化触媒２０を内蔵した上流側ケーシング２１に連結される。上流側ケーシング２１は、排気管２２を介して下流側排気浄化触媒２４を内蔵した下流側ケーシング２３に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、上流側ケーシング２１、排気管２２及び下流側ケーシング２３は、排気通路を形成する。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が配置され、このエアフロメータ３９の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、排気マニホルド１９の集合部には排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス）の空燃比を検出する上流側空燃比センサ４０が配置される。加えて、排気管２２内には排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０から流出して下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガス）の空燃比を検出する下流側空燃比センサ４１が配置される。これら空燃比センサ４０、４１の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。さらに、上流側排気浄化触媒２０には上流側排気浄化触媒２０の温度を検出するための温度センサ４６が配置され、この温度センサ４６の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

また、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４４の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４５を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続される。なお、ＥＣＵ３１は、内燃機関及び排気浄化装置の制御を行う制御装置として機能する。

なお、本実施形態に係る内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、本発明に係る内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。例えば、本発明に係る内燃機関は、気筒配列、燃料の噴射態様、吸排気系の構成、動弁機構の構成、過給器の有無、及び過給態様等が、上記内燃機関と異なるものであってもよい。

＜排気浄化触媒の説明＞
上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４は、いずれも同様な構成を有する。排気浄化触媒２０、２４は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒２０、２４は、セラミックから成る担体上に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ₂）。以下、「酸素吸蔵物質」ともいう）を担持させた三元触媒である。三元触媒は、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に浄化する機能を有する。加えて、排気浄化触媒２０、２４が酸素吸蔵能力を有している場合には、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側或いはリーン側に若干ずれたとしても未燃ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘとが同時に浄化される。

すなわち、斯かる三元触媒は、酸素吸蔵能力を有しているため、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比（以下、単に「リーン空燃比」という）になったときには、排気ガス中に含まれる過剰な酸素を吸蔵する。これにより、排気浄化触媒２０、２４の表面上が理論空燃比に維持され、排気浄化触媒２０、２４の表面上において未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが同時に浄化される。このとき、排気浄化触媒２０、２４から排出される排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。ただし、三元触媒は、その酸素吸蔵量が、吸蔵可能な酸素量の最大値である最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに達すると、それ以上酸素を吸蔵することができなくなる。したがって、三元触媒の酸素吸蔵量がほぼ最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに達した状態で排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比になると、排気浄化触媒２０、２４ではもはやその表面上を理論空燃比に維持することができなくなる。このため、この場合、排気浄化触媒２０、２４から排出される排気ガスの空燃比はリーン空燃比になる。

一方、斯かる三元触媒では、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比（以下、単に「リッチ空燃比」という）になったときには、排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ、ＣＯを還元させるのに不足している酸素が排気浄化触媒２０、２４から放出される。この場合にも排気浄化触媒２０、２４の表面上が理論空燃比に維持され、排気浄化触媒２０、２４の表面上において未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが同時に浄化される。このとき、排気浄化触媒２０、２４から排出される排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。ただし、三元触媒は、その酸素吸蔵量がゼロに達すると、それ以上、酸素を放出することができなくなる。したがって、三元触媒の酸素吸蔵量がほぼゼロに達した状態で排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になると、排気浄化触媒２０、２４ではもはやその表面上を理論空燃比に維持することができなくなる。このため、この場合、排気浄化触媒２０、２４から排出される排気ガスの空燃比はリッチ空燃比になる。

以上のように、本実施形態において用いられる排気浄化触媒２０、２４によれば、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比及び酸素吸蔵量に応じて排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化特性が変化する。

＜空燃比センサの出力特性＞
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態における空燃比センサ４０、４１の出力特性について説明する。図２は、本実施形態における空燃比センサ４０、４１の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を示す図であり、図３は、印加電圧を一定に維持したときの、空燃比センサ４０、４１周りを流通する排気ガスの空燃比（以下、「排気空燃比」という）と出力電流Ｉとの関係を示す図である。なお、本実施形態では、両空燃比センサ４０、４１として同一構成の空燃比センサが用いられる。

図２からわかるように、本実施形態の空燃比センサ４０、４１では、出力電流Ｉは、排気空燃比が高くなるほど（リーンになるほど）、大きくなる。また、各排気空燃比におけるＶ−Ｉ線には、Ｖ軸にほぼ平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図２では、排気空燃比が１８であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれＷ₁₈、Ｉ₁₈で示している。したがって、空燃比センサ４０、４１は限界電流式の空燃比センサであるということができる。

図３は、印加電圧を０．４５Ｖ程度で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Ｉとの関係を示す図である。図３からわかるように、空燃比センサ４０、４１では、排気空燃比が高くなるほど（すなわち、リーンになるほど）、空燃比センサ４０、４１からの出力電流Ｉが大きくなるように、排気空燃比に対して出力電流がリニアに（比例するように）変化する。加えて、空燃比センサ４０、４１は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Ｉが零になるように構成される。

なお、上記例では、空燃比センサ４０、４１として限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、排気空燃比に対して出力電流がリニアに変化するものであれば、空燃比センサ４０、４１として、限界電流式ではない空燃比センサ等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。また、両空燃比センサ４０、４１は互いに異なる構造の空燃比センサであってもよい。

＜空燃比制御の概要＞
次に、本実施形態の排気浄化装置における空燃比制御の概要を説明する。本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比に基づいて、上流側空燃比センサ４０出力空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を制御するフィードバック制御が行われる。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力値に相当する空燃比を意味する。

ここで、後述するように、本実施形態では、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を気筒間で異なる量にさせる場合がある。この場合、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比は１サイクル中に多少変動する。このような場合でも、本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比の平均値（以下、「平均出力空燃比」という）が、気筒間で異なる目標空燃比の平均値である目標平均空燃比に一致するように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を制御するようにしている。

加えて、本実施形態の空燃比制御では、平均空燃比制御と気筒間空燃比制御（ディザ制御）とが行われる。平均空燃比制御は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に基づいて目標平均空燃比を設定する制御であり、換言すると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比を制御しているといえる。一方、気筒間空燃比制御は、各気筒毎に異なる目標空燃比を設定する制御であり、換言すると、各気筒において燃焼が行われるときの混合気の空燃比（以下、「燃焼空燃比」という。各気筒に供給される混合気の空燃比に相当する。）を制御するものである。

＜平均空燃比制御＞
最初に、平均空燃比制御について説明する。平均空燃比制御では、まず、目標平均空燃比を後述するリッチ設定空燃比に設定している状態で、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比になったと判断されると、目標平均空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられる。これにより、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比がリーン設定空燃比に変化する。ここで、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチなリッチ判定空燃比（例えば、１４．５５）以下になったときに、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比になったと判断される。したがって、平均空燃比制御では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比をリッチ空燃比に制御しているときに下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに平均空燃比がリーン空燃比に切り替えられる。また、リーン設定空燃比は、理論空燃比（制御中心となる空燃比）よりも僅かにリーンである予め定められた空燃比であり、例えば、１４．７程度とされる。

一方、平均空燃比制御では、目標平均空燃比をリーン設定空燃比に設定している状態で、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比になったと判断されると、目標平均空燃比がリッチ設定空燃比に切り替えられる。これにより、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチ設定空燃比に変化する。ここで、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリーンなリーン判定空燃比（例えば、１４．６５）以上になったときに、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比になったと判断される。したがって、平均空燃比制御では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比をリーン空燃比に制御しているときに下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比以上になったときに平均空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。また、リッチ設定空燃比は、理論空燃比（制御中心となる空燃比）よりも或る程度リッチである予め定められた空燃比であり、例えば、１４．４程度とされる。なお、リーン設定空燃比と理論空燃比との差（以下、「リーンシフト量」ともいう）は、リッチ設定空燃比と理論空燃比との差（以下、「リッチシフト量」ともいう）よりも小さい。

この結果、平均空燃比制御では、目標平均空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に設定され、これにより上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比に交互に制御されることになる。

なお、リッチ判定空燃比及びリーン判定空燃比は、理論空燃比の１％以内、好ましくは０．５％以内、より好ましくは０．３５％以内の空燃比とされる。したがって、リッチ判定空燃比及びリーン判定空燃比の理論空燃比からの差は、理論空燃比が１４．６の場合には、０．１５以下、好ましくは０．０７３以下、より好ましくは０．０５１以下とされる。また、目標平均空燃比における設定空燃比（例えば、リッチ設定空燃比やリーン設定空燃比）は、理論空燃比からの差が上述した差よりも大きくなるように設定される。

図４を参照して、平均空燃比制御について具体的に説明する。図４は、本実施形態に係る排気浄化装置による空燃比制御を行った場合の、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡ、及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎのタイムチャートである。

なお、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖは、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標平均空燃比に対応する補正量である。平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０のときには、目標平均空燃比が制御中心となる空燃比（以下、「制御中心空燃比」という）に等しい空燃比（本実施形態では、基本的に理論空燃比）であることを意味する。また、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが正の値であるときには目標平均空燃比が制御中心空燃比よりもリーンな空燃比（本実施形態では、リーン空燃比）であることを意味する。また、このときの平均空燃比補正量ＡＦＣａｖの絶対値は、目標平均空燃比と制御中心空燃比との差或いは上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比と制御中心空燃比との差であるリーンシフト量に相当する。なお、「制御中心空燃比」は、機関運転状態に応じて平均空燃比補正量ＡＦＣａｖを加算する対象となる空燃比、すなわち平均空燃比補正量ＡＦＣａｖに応じて目標平均空燃比を変動させる際に基準となる空燃比を意味する。

同様に、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが負の値であるときには目標平均空燃比が制御中心空燃比よりもリッチな空燃比（本実施形態では、リッチ空燃比）であることを意味する。また、このときの平均空燃比補正量ＡＦＣａｖの絶対値は、目標平均空燃比と制御中心空燃比との差或いは上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比と制御中心空燃比との差であるリッチシフト量に相当する。

図４に示した例では、時刻ｔ₁以前の状態では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ（リーン設定空燃比に相当）に設定されている。すなわち、目標平均空燃比はリーン空燃比とされており、これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、すなわち上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比となっている。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中に含まれている過剰な酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵され、これに伴って上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に増加していく。一方、上流側排気浄化触媒２０において酸素が吸蔵されることにより上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガス中には酸素は含まれていないため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎはほぼ理論空燃比となる。

上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に増大すると、やがて酸素吸蔵量ＯＳＡは最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに近づき、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０に流入した酸素の一部は上流側排気浄化触媒２０で吸蔵されずに流出し始める。これにより、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが徐々に上昇し、時刻ｔ₁においてリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに到達する。

本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを減少させるべく、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ（リッチ設定空燃比に相当）に切り替えられる。したがって、目標平均空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。

なお、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリッチ空燃比に変化してすぐではなく、リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達してから、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖの切替を行っている。これは、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが十分であっても、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比から極僅かにずれてしまう場合があるためである。逆に言うと、リッチ判定空燃比は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが十分であるときには、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が通常は到達することのないような空燃比とされる。なお、上述したリーン判定空燃比についても同じことがいえる。

時刻ｔ₁において、目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えると、これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、すなわち上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチ空燃比に変化する。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中に含まれている過剰な未燃ＨＣ、ＣＯは、上流側排気浄化触媒２０で浄化され、これに伴って上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していく。一方、上流側排気浄化触媒２０において未燃ＨＣ、ＣＯが浄化されることから上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガス中には未燃ＨＣ、ＣＯは含まれていないため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎはほぼ理論空燃比となる。

上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に減少すると、やがて酸素吸蔵量ＯＳＡはゼロに近づき、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０に流入した未燃ＨＣ、ＣＯの一部は上流側排気浄化触媒２０で浄化されずに流出し始める。これにより、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが徐々に低下し、時刻ｔ₂においてリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。

本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。したがって、目標空燃比がリーン空燃比へと切り替えられる。その後は、時刻ｔ₃以降において、上述した操作と同様な操作が繰り返される。

また、図４に示した平均空燃比制御では、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎの絶対値は、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈの絶対値よりも小さい値とされる。したがって、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比をリーン空燃比に制御したときの平均空燃比と制御中心空燃比（理論空燃比）との差であるリーンシフト量が、平均空燃比をリッチ空燃比に制御したときの平均空燃比と制御中心空燃比との差であるリッチシフト量よりも小さくされる。これにより、目標平均空燃比がリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定されている期間（例えば、時刻ｔ₂〜ｔ₃）は、目標空燃比がリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されている期間（例えば、時刻ｔ₁〜ｔ₂）よりも長くなる。

＜気筒間空燃比制御＞
次に、気筒間空燃比制御について説明する。気筒間空燃比制御では、気筒間で少なくとも部分的に燃焼空燃比が異なる空燃比となるように各燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。特に、本実施形態では、一部の気筒では燃焼空燃比が目標平均空燃比よりもリッチとされ、残りの気筒では燃焼空燃比が目標空燃比よりもリーンとされる。

図５は、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣ及び燃焼空燃比のタイムチャートである。本実施形態では、内燃機関が直列４気筒の内燃機関であるため、燃焼室５での混合気の燃焼は、１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒の順に行われる。図５に示した例では、１サイクルにおいて最初に燃焼が行われる１番気筒において、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖよりも減量される。すなわち、１番気筒では、燃焼室５に供給される混合気の空燃比が平均目標空燃比よりもリッチとされる。したがって、１番気筒では、燃焼空燃比が上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比よりもリッチな空燃比となる。

そして、次に燃料が行われる３番気筒では、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖよりも増量される。この結果、３番気筒では、燃焼空燃比が平均空燃比よりもリーンな空燃比とされる。そして、次に燃焼が行われる４番気筒では燃焼空燃比が平均空燃比よりもリッチな空燃比とされ、その次に燃焼が行われる２番気筒では燃焼空燃比が平均空燃比よりもリーンな空燃比とされる。

また、本実施形態では、気筒間空燃比制御における平均空燃比補正量ＡＦＣａｖからの変更量は、平均空燃比よりもリッチとされる気筒（図中の１番気筒及び４番気筒。以下、「リッチ側の気筒」ともいう）同士で同一とされる。図５に示した例では、１番気筒及び４番気筒における空燃比補正量の変更量はいずれもαとなっている。この結果、これら気筒における燃焼空燃比は平均空燃比からΔＡＦα（変更量αに相当）だけリッチな空燃比とされる。同様に、本実施形態では、気筒間空燃比制御における平均空燃比補正量ＡＦＣａｖからの変更量は、平均空燃比よりもリーンとされる気筒（図中の２番気筒及び３番気筒。以下、「リーン側の気筒」ともいう）同士で同一とされる。図５に示した例では、２番気筒及び３番気筒における空燃比補正量の変更量はいずれもαとなっている。この結果、これら気筒における燃焼空燃比は平均空燃比からΔＡＦα（変更量αに相当）だけリーンな空燃比とされる。

さらに、本実施形態では、リッチ側の気筒とリーン側の気筒との間でも、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖからの変更量がαで同一とされる。この結果、平均空燃比よりもリッチとされる気筒の燃焼空燃比と平均空燃比との差は、平均空燃比よりもリーンとされる気筒の燃焼空燃比と平均空燃比との差に等しくなる。

図４中のＸは、気筒間空燃比制御における燃焼空燃比の平均空燃比補正量ＡＦＣａｖからの変更量を表している。図４からわかるように、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されている時刻ｔ₁〜ｔ₂においては、リッチ側の気筒（１番気筒、４番気筒）では、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈから変更量αを減算した値になる（ＡＦＣｒｉｃｈ−α）。この結果、リッチ側の気筒では、燃焼空燃比が平均空燃比からΔＡＦα（変更量αに相当）だけリッチな空燃比とされる。また、時刻ｔ₁〜ｔ₂においては、リーン側の気筒では、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに変更量αを加算した値になる（ＡＦＣｒｉｃｈ＋α）。この結果、リーン側の気筒では、燃焼空燃比が平均空燃比からΔＡＦα（変更量αに相当）だけリーンな空燃比とされる。加えて、変更量αは、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈの絶対値よりも大きな値とされる。このため、リーン側の気筒では燃焼空燃比がリーン空燃比になるように燃焼空燃比が制御されることになる。

同様に、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦｌｅａｎに設定されている時刻ｔ₂〜ｔ₃においては、リーン側の気筒（２番気筒、３番気筒）では、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに変更量αを加算した値になる（ＡＦＣｌｅａｎ＋α）。この結果、リーン側の気筒では、燃焼空燃比が平均空燃比からΔＡＦα（変更量αに相当）だけリーンな空燃比とされる。また、時刻ｔ₂〜ｔ₃においては、リッチ側の気筒では、各気筒の空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎから変更量αを減算した値になる（ＡＦＣｌｅａｎ−α）。この結果、リッチ側の気筒では、燃焼空燃比が平均空燃比からΔＡＦα（変更量αに相当）だけリッチな空燃比とされる。加えて、変更量αは、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎの絶対値よりも大きな値とされる。このため、リッチ側の気筒では燃焼空燃比がリッチ空燃比になるように燃焼空燃比が制御されることになる。

なお、変更量αは、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ及びリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎの絶対値よりも大きい。このため、気筒間空燃比制御において平均空燃比よりもリッチにされる気筒の燃焼空燃比と平均空燃比よりもリーンにされる気筒の燃焼空燃比との差（すなわち、気筒間空燃比制御における振幅）は、平均空燃比制御におけるリッチ設定空燃比とリーン設定空燃比との差（すなわち、平均空燃比制御における空燃比の振幅）よりも大きい。

＜平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御の効果＞
次に、図６及び図７を参照して、平均空燃比制御及び気筒間空燃比制御による効果について説明する。まず、図６を参照して、上述したような平均空燃比制御を行うことの効果について説明する。図６は、排気浄化触媒２０、２４の担体表面を模式的に表した図である。図６に示した例では、排気浄化触媒２０、２４の担体には、触媒作用を有する貴金属として白金（Ｐｔ）が、酸素吸蔵能力を有する物質としてセリア（ＣｅＯ₂）が担持されている。

ところで、内燃機関に供給される燃料中には微量ながら硫黄分が含まれているため、燃焼室５から排出される排気ガス中には微量の硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれている。排気浄化触媒２０、２４の温度がそれほど高くないとき（例えば、６００℃以下）には、排気ガス中に含まれるＳＯｘは、排気浄化触媒２０、２４に流入すると、排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比であっても、担体上のセリアにファンデルワールス力により物理吸着する。しかしながら、排気ガス中に含まれるＳＯｘは、排気ガスの空燃比がリーン空燃比であると担体上のセリアにより強固に吸蔵される。

図６（Ａ）は、排気浄化触媒２０、２４の温度がそれほど高くないとき（例えば、６００℃以下）に、排気浄化触媒２０、２４にリーン空燃比の排気ガスが流入している状態を示している。したがって、図６（Ａ）に示した状態では、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガス中には多量の過剰な酸素が含まれている。このように排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガス中に過剰な酸素が含まれていると、排気ガス中に含まれるＳＯｘはＳＯ₃としてセリアに化学吸着される。このような化学吸着によれば、ＳＯｘは上述した物理吸着よりも強固にセリアに吸着されることになる。また、排気ガス中に含まれる過剰な酸素がさらに多くなると、すなわち排気ガスの空燃比のリーン度合いが大きくなると、排気ガス中に含まれるＳＯｘはセリアと反応してＣｅ₂（ＳＯ₄）₃となって吸収される。このような吸収によれば、ＳＯｘは上述した化学吸着よりも強固にセリアに吸収されることになる。なお、以下の説明では、ＳＯｘがセリアに「吸着」されること及び「吸収」されることをまとめて、ＳＯｘがセリアに「吸蔵」されると表現する。

このような状態で、排気浄化触媒２０、２４にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、セリアに吸蔵されているＳＯｘの硫黄分が白金上に移動する。この様子を、図６（Ｂ）に示す。図６（Ｂ）に示したように、排気浄化触媒２０、２４にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、排気ガス中には多量の過剰な未燃ＨＣ、ＣＯが含まれている。このため、これら未燃ＨＣ、ＣＯによりセリアに吸蔵されているＳＯｘは分解されて、水（Ｈ₂Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ₂）が生じる。加えて、ＳＯｘの分解によって生じた硫黄成分は、白金の表面上に吸着する。このように白金の表面上に吸着した硫黄成分が増大して白金の表面を被覆すると、白金が周囲の気体と接する面積が減少し、白金の触媒活性の低下を招く。

なお、セリアに吸蔵されている硫黄の分解は、ＳＯｘのセリアへの吸蔵が強固であるほど起こりにくい。したがって、ＳＯｘがセリアに化学吸着されている場合に比べて、ＳＯｘがセリアにＣｅ₂（ＳＯ₄）₃として吸収されている場合の方が、セリアに吸蔵されている硫黄の分解が起こりにくく、よってセリアから白金への硫黄成分の移動が起こりにくい。このため、ＳＯｘがセリアに吸収されている場合における硫黄成分の移動は、ＳＯｘがセリアに化学吸着されている場合に比べて、排気ガスの空燃比のリッチ度合いが大きくないと、または、排気浄化触媒２０、２４の温度が高くないと発生しない。

このように白金の表面上に硫黄成分が吸着している状態で、排気浄化触媒２０、２４が高温（例えば、６００℃以上）になり、排気浄化触媒２０、２４にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、白金の表面上に吸着している硫黄成分が離脱せしめられる。この様子を、図６（Ｃ）に示す。図６（Ｃ）に示したように、排気浄化触媒２０、２４にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、流入する排気ガス中には多量の過剰な未燃ＨＣ、ＣＯが含まれていることになる。また、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であっても、排気ガス中には僅かながら酸素が含まれている。このため、排気浄化触媒２０、２４が高温であると、白金表面上に吸着している硫黄成分は、排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ及び酸素と反応して、ＳＯｘ、Ｈ₂Ｓとなって、白金表面から離脱せしめられる。なお、このときには、セリアに吸蔵されているＳＯｘも、白金表面に吸着されることなく離脱せしめられる。

ここで、内燃機関の運転中には、排気浄化触媒２０、２４の温度は常に高温（例えば、７２０℃以上）に維持されるわけではなく、機関運転状態によっては或る程度低い温度（例えば、７２０℃未満）に維持されることもある。このように排気浄化触媒２０、２４が或る程度低い温度に維持されている場合には、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になると、図６（Ｂ）に示したように硫黄成分がセリアから白金表面上に移動し、白金の触媒活性の低下を招いてしまう。

これに対して、図４に示した平均空燃比制御では、リーンシフト量がリッチシフト量よりも小さくされる。これにより、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンである期間は、平均空燃比がリッチである期間よりも長くなる。このように図４に示した平均空燃比制御では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンである期間が長くなり、また平均空燃比がリッチである期間が短くなる。このため、硫黄成分がセリアから白金表面上に移動しにくくなり、よって白金の触媒活性の低下を抑制することができる。

なお、平均空燃比がリーンである期間を長くし、平均空燃比がリッチである期間を短くするという観点からは、リーンシフト量ができるだけ小さく且つリッチシフト量ができるだけ大きいことが好ましい。すなわち、リーンシフト量とリッチシフト量の差はできるだけ大きいことが好ましい。

次に、図７を参照して、気筒間空燃比制御を行うことの効果について説明する。図７は、上流側排気浄化触媒の排気流れ方向上流側端面（前端面）からの距離と、排気浄化触媒単位体積あたりにおけるＳＯｘの担体への吸蔵量との関係を示しており、硫黄成分濃度が高い燃料を用いて内燃機関の運転を一定時間行った際の実験結果を示している。

図７（Ａ）は、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比に維持すると共に、上述した気筒間空燃比制御を行っていない場合の結果を示している。したがって、図７（Ａ）は、全ての気筒において燃焼空燃比が理論空燃比に維持された場合の結果を示している。図７（Ａ）からわかるように、気筒間空燃比制御を行っていない場合には、上流側排気浄化触媒の排気流れ方向全域に亘ってＳＯｘが吸蔵されると共に、特に後方に多くのＳＯｘが吸蔵される。

一方、図７（Ｂ）は、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比に維持すると共に、上述した気筒間空燃比制御を行った場合の結果を示している。したがって、図７（Ｂ）は、理論空燃比を中心に気筒毎に燃焼空燃比をリッチ側及びリーン側にシフトさせた場合の結果を示している。図７（Ｂ）からわかるように、気筒間空燃比制御を行った場合には、上流側排気浄化触媒の排気流れ方向前方に多くのＳＯｘが吸蔵されていると共に、後方にはほとんどＳＯｘが吸蔵されていない。

このように、気筒間空燃比制御を行った場合にＳＯｘが上流側排気浄化触媒の前方に吸蔵される理由としては、ＳＯｘの吸蔵と酸素の吸放出とに関連性が存在することが考えられる。気筒間空燃比制御を行った場合には、燃焼空燃比がリッチ空燃比の気筒からは過剰な未燃ＨＣ、ＣＯを含んだ排気ガスが排出される。一方、燃焼空燃比がリーン空燃比の気筒からは過剰な酸素を含んだ排気ガスが排出される。この結果、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスには、その平均空燃比が理論空燃比であっても、未燃ＨＣ、ＣＯ及び酸素が多量に含まれる。

この結果、気筒間空燃比制御を行った場合（図７（Ｂ））には、上流側排気浄化触媒の前方において酸素の吸放出が活発に行われる。ここで、上流側排気浄化触媒の担体へのＳＯｘの吸蔵は酸素の吸放出が活発な上流側排気浄化触媒の領域において起こりやすいと考えられる。このため、気筒間空燃比制御を行った場合には酸素の吸放出が活発に行われている上流側排気浄化触媒の前方においてＳＯｘが多く吸蔵され、この結果、後方においてはＳＯｘが吸蔵されなくなる。

一方、気筒間空燃比制御を行わなかった場合（図７（Ａ））には、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ、ＣＯ及び酸素はそれほど多くない。このため、上流側排気浄化触媒の前方側ではそれほど活発な反応が生じず、よって前方側では活発な酸素の吸放出が行われない。この結果、上流側排気浄化触媒の中程から後方において酸素の吸放出が活発に行われる。このため、気筒間空燃比制御を行わなかった場合には、排気流れ方向全域に亘ってＳＯｘが吸蔵されると共に、特に上流側排気浄化触媒の中程から後方においてＳＯｘが多く吸蔵されると考えられる。なお、図７に示した例では、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比に維持した場合を示したが、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの平均空燃比をリーン空燃比に維持した場合にも同様な傾向となる。

ここで、上流側排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量ＣｍａｘはそのＳＯｘ吸蔵状態に応じて変化する。具体的には、上流側排気浄化触媒の或る領域において少しでもＳＯｘが吸蔵されるとその領域における吸蔵可能酸素量が減少し、その後その領域におけるＳＯｘ吸蔵量が増加しても吸蔵可能酸素量はそれ以上ほとんど減少しない。したがって、気筒間空燃比制御を行わなかった場合（図７（Ａ））には、上流側排気浄化触媒の排気流れ方向全域に亘ってＳＯｘが吸蔵されるため、上流側排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘは少なくなる。これに対して、気筒間空燃比制御を行った場合（図７（Ｂ））には、上流側排気浄化触媒の後方においてＳＯｘがほとんど吸蔵されていない領域が残る。この結果、この場合には、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの低下を抑制することができる。

また、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎであるとき（例えば、図４の時刻ｔ₂〜ｔ₃）に、気筒間空燃比制御を実行すると、リーン側の気筒では空燃比補正量ＡＦＣはリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに変更量αを加算した値となる。この結果、リーン側の気筒の燃焼空燃比はリーン度合いの大きいリーンとなる。

ここで、図６（Ａ）を参照して説明したように、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比のリーン度合いが大きくなるほど、ＳＯｘがセリアに強固に吸蔵されることになる。したがって、平均空燃比制御に加えて気筒間空燃比制御を行うことにより、ＳＯｘをセリアに強固に吸蔵させることができ、よってセリアから白金表面上への硫黄成分の移動を抑制することができる。

以上より、図４に示した空燃比制御によれば、上述したような平均空燃比制御を行うことにより、担体（セリア等）に吸着された硫黄成分が貴金属（白金等）上に移動するのを抑制することができ、これにより貴金属の触媒活性低下を抑制することができる。加えて、上述したような気筒間空燃比制御を行うことにより、上流側排気浄化触媒２０の後方において担体へのＳＯｘの吸蔵を抑制することができ、これにより最大吸蔵可能酸素量の低下を抑制することができる。さらに、上述した気筒間空燃比制御を行うことによっても担体に吸着された硫黄成分が貴金属上に移動するのを抑制することができる。

なお、上記実施形態では、気筒間空燃比制御において、リッチ側の気筒全てにおいて変更量αが同一となっており、よって燃焼空燃比が同一となっている。しかしながら、リッチ側の気筒全てにおいて変更量αを一定にする必要はなく、リッチ側の気筒間でも変更量を異なる値にしてもよい。この場合、リッチ側の気筒間で燃焼空燃比が異なるものとなる。また、同じ事が、リーン側の気筒についてもいえる。

また、上記実施形態では、気筒間空燃比制御において、全ての気筒において燃焼空燃比が平均空燃比に対してリッチ側及びリーン側のいずれかにシフトせしめられる。しかしながら、気筒間空燃比制御において、一部の気筒については変更量をゼロにして、燃焼空燃比を平均空燃比に一致させるようにしてもよい。

加えて、上記実施形態では、気筒間空燃比制御においてリッチ側の気筒の数とリーン側の気筒の数とが同一となっている。しかしながら、リッチ側の気筒の数とリーン側の気筒の数とは必ずしも同一でなくてもよい。したがって、例えば、４気筒内燃機関の場合、１つの気筒のみをリッチ側にシフトさせる気筒とし、残りのみ３つの気筒、或いは残り３つのうち２つの気筒をリーン側にシフトさせる気筒としてもよい。

ただし、いずれに場合においても、平均空燃比制御によって平均空燃比がリーン空燃比に制御されているときにおいても、複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では燃焼空燃比がリッチ空燃比になるように気筒間空燃比制御が行われることが必要である。また、平均空燃比制御によって平均空燃比がリッチ空燃比に制御されているときにおいても、複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では燃焼空燃比がリーン空燃比になるように気筒間空燃比制御が行われることが好ましい。また、気筒間空燃比制御では、複数の気筒のうち一部の気筒では平均空燃比よりもリッチになるように且つ複数の気筒のうち残りの気筒では平均空燃比よりもリーンになるように各気筒の燃焼空燃比が制御されるのが好ましい。

＜上流側空燃比センサにおけるずれ＞

ところで、機関本体から排出される排気ガスの空燃比が一定であっても、排気ガス中に含まれる水素の量が多いほど空燃比センサの出力に相当する空燃比（以下、「出力空燃比」ともいう）がリッチ側にずれる。これは、水素が、未燃ＨＣ等の他の排気ガス中の成分に比べて、空燃比センサに設けられる拡散律速層を通り抜けやすいことが原因だと考えられている。例えば、排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ、ＣＯと酸素との当量比が１：１である場合には、これら成分の拡散速度にそれほど大きな違いがないため、空燃比センサの出力空燃比はほぼ理論空燃比となる。これに対して、排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ、ＣＯ及び水素と酸素との当量比が１：１である場合には、このうち水素のみ拡散速度が速いため、空燃比センサの排気側電極周りには水素が多く存在することになる。この結果、空燃比センサの出力空燃比がリッチ側にずれてしまう。

特に、気筒間空燃比制御を実行した場合には、一部の気筒からは目標平均空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが流出することになる。このようなリッチな空燃比の排気ガスは未燃ＨＣ、ＣＯに加えて水素を含んでいる。このため、排気ガスの空燃比が一定であったとしても、気筒間空燃比制御を実行した場合には、気筒間空燃比制御を実行していない場合に比べて、排気ガス中に含まれる水素の量が多い。この結果、空燃比センサの出力空燃比がリッチ側にずれ易い。

このように上流側空燃比センサ４０の出力空燃比にずれが生じていると、上述したような平均空燃比制御や気筒間空燃比制御を行っていたとしても、その効果を十分に奏することができなくなってしまう場合がある。以下では、図８を参照してこのことについて説明する。

図８は、図４と同様な、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ等のタイムチャートである。図８は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ側にずれている場合を示している。図中、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐにおける実線は実際の出力空燃比を示している。一方、破線は、上流側空燃比センサ４０周りを流通する排気ガスの実際の空燃比を示している。

図８に示した例では、時刻ｔ₁以前において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとされており、よって目標平均空燃比がリッチ設定空燃比とされている。これに伴い、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐはリッチ設定空燃比と等しい空燃比となる。しかしながら、上述したように、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比はリッチ側にずれているため、排気ガスの実際の空燃比はリッチ設定空燃比よりもリーン側の空燃比となっている。すなわち、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐは、実際の空燃比（図中の破線）よりも低い（リッチ側）ものとなっている。このため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの減少速度は遅いものとなる。

また、図８に示した例では、時刻ｔ₁において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。このため、上述したように、時刻ｔ₁において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。すなわち、目標空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられる。

これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐはリーン設定空燃比に等しい空燃比となる。しかしながら、上述したように、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比はリッチ側にずれているため、排気ガスの実際の空燃比はリーン設定空燃比よりもリーンの空燃比となっている。すなわち、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐは、実際の空燃比（図中の破線）よりも低い（リッチ側）ものとなっている。このため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの増加速度は速いものとなる。

このように、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｄｗｎにずれが生じると、ずれが生じていない場合に比べて、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されているときの酸素吸蔵量ＯＳＡの減少速度が遅くなる。加えて、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定されているときの酸素吸蔵量ＯＳＡの増加速度が速くなる。このため、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されている期間が長くなり、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定されている期間が短くなる。したがって、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチである期間が長くなり、また平均空燃比がリーンである期間が短くなる。このため、硫黄成分がセリアから白金表面上に移動し易くなり、よって白金の触媒活性の低下を招くおそれがある。

したがって、触媒活性の低下を抑制するためには、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比におけるずれを補償すべく出力空燃比等の補正を行うことが必要である。

＜通常学習制御＞
そこで、本発明の実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比におけるずれを補償すべく、通常運転中（すなわち、上述したような目標平均空燃比に基づいてフィードバック制御を行っているとき）に学習制御が行われる。このうち、まず、通常学習制御について説明する。

ここで、目標平均空燃比をリーン空燃比に切り替えてから再びリッチ空燃比に切り替えるまでの期間を酸素増大期間（第１期間）とする。同様に、目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから再びリーン空燃比に切り替えるまでの期間を酸素減少期間（第２期間）とする。本実施形態の通常学習制御では、酸素増大期間における積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値としてリーン酸素量積算値（第１酸素量積算値）を算出する。加えて、酸素減少期間における積算酸素過不足量の絶対値としてリッチ酸素量積算値（第２酸素量積算値）を算出する。そして、これらリーン酸素量積算値とリッチ酸素量積算値との差が小さくなるように制御中心空燃比ＡＦＲが補正される。

また、本実施形態では、上述したように算出されたリーン酸素量積算値とリッチ酸素量積算値との差が予め定められた所定値以上である場合には、上述した気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において目標空燃比が等しくなるように各気筒の目標空燃比を制御する。以下、斯かる制御について図９を参照して説明する。

図９は、制御中心空燃比ＡＦＲ、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡ、積算酸素過不足量ΣＯＥＤ、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎ及び学習値ｓｆｂｇのタイムチャートである。図９は、図８と同様に、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐが低い側（リッチ側）にずれている場合を示している。なお、学習値ｓｆｂｇは、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比（出力電流）のずれに応じて変化する値であり、本実施形態では制御中心空燃比ＡＦＲを補正するのに用いられる。また、図中、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐにおける実線は、上流側空燃比センサ４０によって検出された出力に相当する空燃比を、破線は、上流側空燃比センサ４０周りを流通する排気ガスの実際の空燃比をそれぞれ示している。加えて、一点鎖線は、目標平均空燃比、すなわち平均空燃比補正量ＡＦＣａｖに相当する空燃比を示している。

なお、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは酸素過不足量の積算値である。酸素過不足量は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素又は不足する酸素（過剰な未燃ガス等の量）を意味する。特に、目標平均空燃比がリーン設定空燃比となっているときには上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中の酸素は過剰となり、この過剰な酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵される。したがって、酸素過不足量の積算値（すなわち、「積算酸素過不足量」）は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡを表しているといえる。

酸素過不足量は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、及びエアフロメータ３９等に基づいて算出される燃焼室５内への吸入空気量の推定値又は燃料噴射弁１１からの燃料供給量等に基づいて行われる。具体的には、酸素過不足量ＯＥＤは、例えば、下記式（１）により算出される。
ＯＥＤ＝０．２３×Ｑｉ×（ＡＦｕｐ−１４．６） …（１）
ここで、０．２３は空気中の酸素濃度、Ｑｉは燃料噴射量、ＡＦｕｐは上流側空燃比センサ４０の出力空燃比をそれぞれ表している。

図示した例では、時刻ｔ₁以前の状態では、制御中心空燃比が理論空燃比とされ、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとされている。このとき、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐは実線で示したように、リッチ設定空燃比に相当する空燃比となる。しかしながら、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比にはずれが生じているため、排気ガスの実際の空燃比はリッチ設定空燃比よりもリーンの空燃比となっている（図９の破線）。ただし、図９に示した例では、図９の破線から分かるように、時刻ｔ₁以前の実際の排気ガスの空燃比はリッチ設定空燃比よりもリーンながらも、リッチ空燃比となっている。したがって、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は徐々に減少していく。

図示した例では、時刻ｔ₁において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。これにより、上述したように、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。時刻ｔ₁以降においては、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン設定空燃比に相当する空燃比となる。しかしながら、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比のずれにより、排気ガスの実際の空燃比は、リーン設定空燃比よりもリーンな空燃比、すなわちリーン度合いの大きい空燃比となる（図９の破線を参照）。このため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは急速に増大する。

一方、酸素過不足量ＯＳＡは、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ（より正確には、出力空燃比ＡＦｕｐと制御中心空燃比ＡＦＲとの差）に基づいて算出される。しかしながら、上述したように、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐにはずれが生じている。したがって、算出された酸素過不足量は、実際の酸素過不足量よりも少ない（すなわち、酸素量が少ない）値となる。その結果、算出された積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、実際の値よりも少なくなる。

図示した例では、時刻ｔ₂において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに到達する。このため、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。したがって、目標平均空燃比はリッチ空燃比とされる。

時刻ｔ₂以降においては、目標平均空燃比はリッチ空燃比とされる。しかしながら、このときにも、排気ガスの実際の空燃比はリッチ設定空燃比よりもリーンの空燃比となっている（図９の破線を参照）。この結果、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの減少速度は遅くなる。

時刻ｔ₃では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。これにより、上述したように、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。したがって、目標平均空燃比がリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比へと切り替えられる。

ところで、本実施形態では、上述したように、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までにおいて、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが算出される。ここで、目標平均空燃比をリーン空燃比に切り替えた時（時刻ｔ₁）から目標平均空燃比を再びリッチ空燃比に切り替えた時或いは下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに到達する時（時刻ｔ₂）までの期間を酸素増大期間Ｔｉｎｃと称すると、本実施形態では酸素増大期間Ｔｉｎｃに積算酸素過不足量ΣＯＥＤが算出される。図９では、時刻ｔ₁〜時刻ｔ₂の酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値（リーン酸素量積算値）をＲ₁で示している。

この酸素増大期間Ｔｉｎｃの積算酸素過不足量ΣＯＥＤ（Ｒ₁）は、時刻ｔ₂における酸素吸蔵量ＯＳＡに相当する。しかしながら、上述したように、酸素過不足量の推定には上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐが用いられ、この出力空燃比ＡＦｕｐにはずれが生じている。このため、図９に示した例では、時刻ｔ₁〜時刻ｔ₂の酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、時刻ｔ₂における実際の酸素吸蔵量ＯＳＡに相当する値よりも少ないものとなっている。

また、本実施形態では、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までにおいても、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが算出される。ここで、目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えた時（時刻ｔ₂）から目標腔平均空燃比を再びリーン空燃比に切り替えた時或いは下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する時（時刻ｔ₃）までの期間を酸素減少期間Ｔｄｅｃと称すると、本実施形態では酸素減少期間Ｔｄｅｃに積算酸素過不足量ΣＯＥＤが算出される。図９では、時刻ｔ₂〜時刻ｔ₃の酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値（リッチ酸素量積算値）をＦ₁で示している。

この酸素減少期間Ｔｄｅｃの積算酸素過不足量ΣＯＥＤ（Ｆ₁）は、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までに上流側排気浄化触媒２０から放出された総酸素量に相当する。しかしながら、上述したように、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐにはずれが生じている。このため、図９に示した例では、時刻ｔ₂〜時刻ｔ₃の酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までに上流側排気浄化触媒２０から実際に放出された総酸素量に相当する値よりも多いものとなっている。

ここで、酸素増大期間Ｔｉｎｃでは上流側排気浄化触媒２０に酸素が吸蔵されると共に、酸素減少期間Ｔｄｅｃでは吸蔵されていた酸素が全て放出される。したがって、酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｒ₁と、酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｆ₁とは基本的に同一の値になるはずである。ところが、上述したように、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐにずれが生じている場合、このずれに応じてこれら積算値の値も変化する。上述したように、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が低い側（リッチ側）にずれている場合、絶対値Ｒ₁に対して絶対値Ｆ₁の方が多くなる。逆に、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が高い側（リーン側）にずれている場合、絶対値Ｒ₁に対して絶対値Ｆ₁の方が少なくなる。加えて、酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｒ₁と酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｆ₁の差ΔΣＯＥＤ（＝Ｒ₁−Ｆ₁。以下、「過不足量誤差」という）は上流側空燃比センサ４０の出力空燃比におけるずれの程度を表している。過不足量誤差ΔΣＯＥＤが大きくなるほど、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比におけるずれが大きいといえる。

そこで、本実施形態では、過不足量誤差ΔΣＯＥＤに基づいて、制御中心空燃比ＡＦＲを補正するようにしている。特に、本実施形態では、酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｒ₁と酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｆ₁の差ΔΣＯＥＤが小さくなるように制御中心空燃比ＡＦＲを補正するようにしている。

具体的には、本実施形態では、下記式（２）により学習値ｓｆｂｇを算出すると共に、下記式（３）により制御中心空燃比ＡＦＲが補正される。
ｓｆｂｇ（ｎ）＝ｓｆｂｇ（ｎ−１）＋ｋ₁・ΔΣＯＥＤ …（２）
ＡＦＲ＝ＡＦＲｂａｓｅ＋ｓｆｂｇ（ｎ） …（３）
なお、上記式（２）において、ｎは計算回数又は時間を表している。したがって、ｓｆｂｇ（ｎ）は今回の計算時の又は現在の学習値である。加えて、上記式（２）におけるｋ₁は、過不足量誤差ΔΣＯＥＤを制御中心空燃比ＡＦＲに反映させる程度を表すゲインである。ゲインｋ₁の値が大きいほど制御中心空燃比ＡＦＲの補正量が大きくなる。さらに、上記式（３）において、基本制御中心空燃比ＡＦＲｂａｓｅは、基本となる制御中心空燃比であり、本実施形態では理論空燃比である。

図９の時刻ｔ₃においては、上述したように、絶対値Ｒ₁、Ｆ₁に基づいて学習値ｓｆｂｇが算出される。特に、図９に示した例では、酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｒ₁よりも酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｆ₁の方が大きいことから、時刻ｔ₃において学習値ｓｆｂｇは減少せしめられる。

ここで、制御中心空燃比ＡＦＲは、上記式（３）を用いて学習値ｓｆｂｇに基づいて補正される。図９に示した例では、学習値ｓｆｂｇは負の値となっているため、制御中心空燃比ＡＦＲは、基本制御中心空燃比ＡＦＲｂａｓｅよりも小さな値、すなわちリッチ側の値となっている。これにより、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ側に補正されることになる。

この結果、時刻ｔ₃以降、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの実際の空燃比の目標平均空燃比に対するずれは時刻ｔ₃以前と比べて小さなものとなる。したがって、時刻ｔ₃以降、実際の空燃比を表す破線と目標平均空燃比を表す一点鎖線との間の差は、時刻ｔ₃以前における差よりも小さくなっている。

加えて時刻ｔ₃において算出された過不足量誤差ΔΣＯＥＤは予め定められた判定値以上となっている。このため、本実施形態では、時刻ｔ₃以降、気筒間空燃比制御が停止せしめられる。この結果、空燃比補正量ＡＦＣは、全ての気筒において平均空燃比補正量ＡＦＣａｖと一致した等しい値となる。すなわち、全ての気筒において目標空燃比が等しい空燃比とされる。なお、判定値は、ゼロよりも大きく且つ未使用時における上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘよりも少ない量とされる。

また、時刻ｔ₃以降も、時刻ｔ₁〜時刻ｔ₂における操作と同様な操作が行われる。したがって、時刻ｔ₄において上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに到達すると、目標平均空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えられる。その後、時刻ｔ₅において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達すると、再度、目標平均空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられる。

時刻ｔ₃〜時刻ｔ₄は、上述したように酸素増大期間Ｔｉｎｃに該当し、よってこの間の積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値は図９のＲ₂で表せる。また、時刻ｔ₄〜時刻ｔ₅は、上述したように酸素減少期間Ｔｄｅｃに該当し、よってこの間の積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値は図９のＦ₂で表せる。そして、これら絶対値Ｒ₂、Ｆ₂の差ΔΣＯＥＤ（＝Ｒ₂−Ｆ₂）に基づいて、上記式（２）を用いて学習値ｓｆｂｇが更新される。本実施形態では、時刻ｔ₅以降も同様な制御が繰り返され、これにより学習値ｓｆｂｇの更新が繰り返される。

また、時刻ｔ₅において算出された過不足量誤差ΔΣＯＥＤも予め定められた判定値以上となっている。このため、本実施形態では、時刻ｔ₅以降、気筒間空燃比制御が停止せしめられた状態が継続される。その後、過不足量誤差ΔΣＯＥＤが予め定められた判定値よりも小さくなるまで、気筒間空燃比制御は停止されたまま維持される。

本実施形態によれば、通常学習制御によりこのように学習値ｓｆｂｇの更新を行うことにより、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐは徐々に目標平均空燃比から離れていくが、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの実際の空燃比は徐々に目標平均空燃比に近づいていく。これにより、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比におけるずれを補償することができる。

また、本実施形態では、過不足量誤差ΔΣＯＥＤが判定値以上であるときには気筒間空燃比制御が停止される。ここで、過不足量誤差ΔΣＯＥＤが大きいとき、すなわち上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐにおけるずれが大きいときに、気筒間空燃比制御を実行すると、気筒によっては燃焼空燃比が過剰にリッチ又はリーンな空燃比となってしまう。また、上述したように気筒間空燃比制御では、目標平均空燃比がリーン空燃比に制御されているときでも少なくとも一つの気筒では目標空燃比がリッチ空燃比とされる。しかしながら、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｄｗｎにおけるずれが大きいと、このようなときに少なくとも一つの気筒で目標空燃比をリッチ空燃比としても実際の排気ガスの空燃比はリッチ空燃比にならずに理論空燃比やリーン空燃比になってしまう。この結果、気筒間空燃比制御を実行しても、上述したようなＳＯｘを上流側排気浄化触媒２０の前方に吸蔵させるという効果を十分に得られなくなってしまう。

これに対して、本実施形態では、過不足量誤差ΔΣＯＥＤが判定値以上であるときには、気筒間空燃比制御が停止される。このため、燃焼空燃比が過剰にリッチ又はリーンな空燃比となってしまうのが防止される。また、ＳＯｘを上流側排気浄化触媒２０の前方に吸蔵させるという効果を十分に得られない領域において気筒間空燃比制御が不必要に実行されることが抑制される。

なお、上述したように、学習値ｓｆｂｇの更新は、酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤと、この酸素増大期間Ｔｉｎｃの直後に続く酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤとに基づいて行われるのが好ましい。これは、上述したように、酸素増大期間Ｔｉｎｃに上流側排気浄化触媒２０に吸蔵される総酸素量とこの直後に続く酸素減少期間Ｔｄｅｃに上流側排気浄化触媒２０から放出される総酸素量が等しくなるためである。

加えて、上記実施形態では、１回の酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤと、１回の酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤとに基づいて学習値ｓｆｂｇの更新が行われている。しかしながら、複数回の酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤの合計値又は平均値と、複数回の酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤの合計値又は平均値とに基づいて学習値ｓｆｂｇの更新を行ってもよい。

また、上記実施形態では、学習値ｓｆｂｇに基づいて、制御中心空燃比ＡＦＲを補正することとしている。しかしながら、学習値ｓｆｂｇに基づいて補正するのは、空燃比に関する他のパラメータであってもよい。他のパラメータとしては、例えば、燃焼室５内への燃料供給量や、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比、平均空燃比補正量（すなわち、目標空燃比）等が挙げられる。

＜上流側空燃比センサにおける大きなずれ＞
ところで、図８及び図９に示した例では、上流側排気浄化触媒２０の出力空燃比にずれが生じているが、その程度はそれほど大きくない場合を示している。したがって、図８及び図９の破線からもわかるように、目標平均空燃比がリッチ設定空燃比に設定されている場合において、実際の排気ガスの空燃比は、リッチ設定空燃比よりもリーンながらも、リッチ空燃比となっている。

これに対して、上流側排気浄化触媒２０に生じているずれが大きくなると、目標平均空燃比がリッチ設定空燃比に設定されていても、実際の排気ガスの空燃比が理論空燃比になってしまう場合がある。この様子を、図１０に示す。

図１０では、時刻ｔ₁以前において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎとされている。これに伴い、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐはリーン設定空燃比となる。ただし、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比は大きくリッチ側にずれているため、排気ガスの実際の空燃比はリーン設定空燃比よりもリーンな空燃比となっている（図中の破線）。

その後、時刻ｔ₁において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに到達すると、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。これに伴い、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐはリッチ設定空燃比に相当する空燃比となる。しかしながら、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比は大きくリッチ側にずれているため、排気ガスの実際の空燃比は理論空燃比となっている（図中の破線）。

この結果、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは変化せずに一定の値に維持される。このため、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖをリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えてから長時間が経過しても、上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスが排出されることはなく、したがって、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎはほぼ理論空燃比のまま維持される。上述したように、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖのリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈからリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎへの切替は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達した時に行われる。しかしながら、図１０に示した例では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比のまま維持されることから、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖは長時間に亘ってリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに維持されることになる。ここで、上述した通常学習制御は、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎとの間で交互に切り替えられることを前提としている。したがって、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が大きくずれている場合には、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖの切替が行われず、よって上述した通常学習制御を行うことはできない。

図１１は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が極めて大きくリッチ側にずれている場合を示す図１０と同様な図である。図１１に示した例では、図１０に示した例と同様に、時刻ｔ₁において、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。すなわち、時刻ｔ₁において目標平均空燃比がリッチ設定空燃比に設定される。しかしながら、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比のずれにより、実際の排気ガスの空燃比がリーン空燃比になっている（図中の破線）。

この結果、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されているにもかかわらず、上流側排気浄化触媒２０にはリーン空燃比の排気ガスが流入する。上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは既に最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達しているため、上流側排気浄化触媒２０からは流入する排気ガス中に含まれていた酸素及びＮＯｘがそのまま流出する。この結果、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎはリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上に維持される。したがって、この場合、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖのリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈからリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎへの切替は行われず、よって上述した通常学習制御を行うことはできない。

＜張付き学習制御＞
そこで、本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比におけるずれが大きな場合であってもそのずれを補償すべく、上述した通常学習制御に加えて、理論空燃比張付き学習制御、リーン張付き学習制御及びリッチ張付き学習制御が行われる。

＜理論空燃比張付き学習＞
まず、理論空燃比張付き学習制御について説明する。理論空燃比張付き学習制御は、図１０に示した例のように、下流側空燃比センサ４１によって検出される空燃比が理論空燃比に張り付いてしまっている場合に行われる学習制御である。

ここで、リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈとリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎとの間の領域を中間領域Ｍと称する。この中間領域Ｍは、リッチ判定空燃比とリーン判定空燃比との間の空燃比領域を理論空燃比近傍領域に相当する。理論空燃比張付き学習制御では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖをリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えてから、すなわち目標平均空燃比をリッチ設定空燃比に切り替えてから、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが予め定められた理論空燃比維持判定時間以上に亘ってまたは積算酸素過不足量が予め定められた所定値以上になるまでの期間に亘って中間領域Ｍ内に維持されているか否かを判断する。そして、理論空燃比維持判定時間以上に亘って中間領域Ｍ内に維持されている場合には、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するように学習値ｓｆｂｇが減少せしめられる。

加えて、本実施形態では、目標平均空燃比がリッチ空燃比又はリーン空燃比のいずれか一方の空燃比に設定されているときに理論空燃比維持判定時間以上に亘ってまたは積算酸素過不足量が予め定められた所定値以上になるまでの期間に亘って前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記理論空燃比近傍空燃比領域内に維持されている場合には、気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において目標空燃比が等しくなるように各気筒の目標空燃比を制御するようにしている。図１２にこの様子を示す。

図１２は、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ等のタイムチャートを示す図９と同様な図である。図１２は、図１０と同様に、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐが低い側（リッチ側）に大きくずれている場合を示している。

図示した例では、図１０と同様に、時刻ｔ₁以前において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎとされている。その後、時刻ｔ₁において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに達し、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。しかしながら、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐは大きくリッチ側にずれているため、図１０に示した例と同様に、排気ガスの実際の空燃比はほぼ理論空燃比となっている。このため、時刻ｔ₁以降、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは一定の値に維持される。この結果、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎは長期間に亘って理論空燃比近傍に維持され、よって中間領域Ｍ内に維持される。

そこで、本実施形態では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖをリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えてから予め定められた理論空燃比維持判定時間Ｔｓｔｏ以上に亘って下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが中間領域Ｍ内に維持されている場合には（時刻ｔ₂）、制御中心空燃比ＡＦＲを補正するようにしている。特に、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するように学習値ｓｆｂｇが更新される。加えて、本実施形態では、このような場合に、気筒間空燃比制御を一時的に停止して、全ての気筒において目標空燃比が等しくなるように各気筒の目標空燃比を制御するようにしている。

具体的には、本実施形態では、下記式（４）により学習値ｓｆｂｇを算出すると共に、上記式（３）により制御中心空燃比ＡＦＲが補正される。
ｓｆｂｇ（ｎ）＝ｓｆｂｇ（ｎ−１）＋ｋ₂・ＡＦＣｒｉｃｈ …（４）
なお、上記式（４）において、ｋ₂は、制御中心空燃比ＡＦＲを補正する程度を表すゲインである（０＜ｋ₂≦１）。ゲインｋ₂の値が大きいほど、制御中心空燃比ＡＦＲの補正量が大きくなる。

ここで、上述したように、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖの切替後に長期間に亘って下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが中間領域Ｍ内に維持されている場合には、排気ガスの実際の空燃比はほぼ理論空燃比近傍の値となっている。このため、上流側空燃比センサ４０におけるずれは、制御中心空燃比（理論空燃比）と目標平均空燃比（この場合は、リッチ設定空燃比）との差と同程度になっている。本実施形態では、上記式（４）に示したように制御中心空燃比と目標平均空燃比との差に相当する平均空燃比補正量ＡＦＣａｖに基づいて学習値ｓｆｂｇを更新しており、これにより、より適切に上流側空燃比センサ４０の出力空燃比におけるずれを補償することができる。

図１２に示した例では、時刻ｔ₁から理論空燃比維持判定時間Ｔｓｔｏが経過した時刻ｔ₂まで、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖはリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとされる。このため、時刻ｔ₂において式を用いて学習値ｓｆｂｇが減少せしめられる。この結果、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの実際の空燃比はリッチ側に変化することになる。これにより、時刻ｔ₂以降、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの実際の空燃比の目標平均空燃比に対するずれは時刻ｔ₂以前と比べて小さなものとなる。したがって、時刻ｔ₂以降、実際の空燃比を表す破線と目標平均空燃比を表す一点鎖線との間の差は、時刻ｔ₂以前における差よりも小さくなっている。

また、本実施形態によれば、時刻ｔ₁から理論空燃比維持判定時間Ｔｓｔｏが経過した時刻ｔ₂において気筒間空燃比制御が停止せしめられる。この結果、空燃比補正量ＡＦＣは、全ての気筒において平均空燃比補正量ＡＦＣａｖと一致した等しい値となる。すなわち、全ての気筒において目標空燃比が等しい空燃比とされる。

図１２に示した例では、ゲインｋ₂を比較的小さい値にした例を示している。このため、時刻ｔ₂において学習値ｓｆｂｇの更新が行われてもなお、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの実際の空燃比の目標平均空燃比に対するずれが残っている。このため、排気ガスの実際の空燃比は、リッチ設定空燃比よりもリーンな空燃比、すなわちリッチ度合いの小さい空燃比となる（図１２の破線参照）。このため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの減少速度は遅い。

この結果、時刻ｔ₂から理論空燃比維持判定時間Ｔｓｔｏが経過した時刻ｔ₃まで、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比近傍に維持され、よって中間領域Ｍ内に維持される。このため、図１２に示した例では、時刻ｔ₃においても、上記式（４）を用いて、学習値ｓｆｂｇの更新が行われる。また、時刻ｔ₃以降も気筒間空燃比制御が停止せしめられた状態が継続される。

図１２に示した例では、その後、時刻ｔ₄において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下となる。このように、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になった後には、上述したように平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎとリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとに交互に設定される。これに伴って、上述した通常学習制御が行われるようになる。また、気筒間空燃比制御は、通常学習制御において過不足量誤差ΔΣＯＥＤが予め定められた判定値よりも小さくなるまで、停止されたまま維持される。

理論空燃比張付き学習制御によりこのように学習値ｓｆｂｇの更新を行うことにより、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐのずれが大きい場合であっても、学習値の更新を行うことができる。これにより、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比におけるずれを補償することができる。

＜理論空燃比張付き学習の変形例＞
なお、上記実施形態では、理論空燃比維持判定時間Ｔｓｔｏは予め定められた時間とされている。この場合、理論空燃比維持判定時間は、目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えてからの積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値が新品時の上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量に到達するまでに通常かかる時間以上とされる。具体的には、その２倍〜４倍程度の時間とするのが好ましい。

或いは、理論空燃比維持判定時間Ｔｓｔｏは、目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えてからの積算酸素過不足量ΣＯＥＤ等、他のパラメータに応じて変化させてもよい。具体的には、例えば、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが多くなるほど、理論空燃比維持判定時間Ｔｓｔｏが短くされる。これにより、目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えてからの積算酸素過不足量ΣＯＥＤが所定の量（例えば、図１２のＯＥＤｓｗ）になったときに上述したような学習値ｓｆｂｇの更新を行うようにすることもできる。また、この場合、積算酸素過不足量ΣＯＥＤにおける上記所定の量を新品時の上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量以上とすることが必要である。具体的には、最大吸蔵可能酸素量の２倍〜４倍程度の量とするのが好ましい。

また、上記理論空燃比張付き学習制御では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比判定時間Ｔｓｔｏ以上に亘って理論空燃比近傍空燃比領域内に維持されている場合に学習値の更新を行っている。しかしながら、時間以外のパラメータに基づいて理論空燃比張付き学習を行うようにしてもよい。

例えば、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比に張り付いてしまっている場合には、目標空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比との間で切り替えてからの積算酸素過不足量が多くなる。そこで、目標空燃比を切り替えてからの積算酸素過不足量の絶対値、または下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが中間領域Ｍ内に維持されている間の積算酸素過不足量の絶対値が予め定められた所定値以上大きくなった場合に、上述したような学習値の更新を行ってもよい。

さらに、図１２に示した例では、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比判定時間Ｔｓｔｏ以上に亘って理論空燃比近傍空燃比領域内に維持されている場合を示している。しかしながら、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えてから下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比判定時間Ｔｓｔｏ以上に亘って理論空燃比近傍空燃比領域内に維持されている場合についても同様な制御が可能である。

＜リッチ・リーン張付き学習＞
次に、リーン張付き学習制御について説明する。リーン張付き学習制御は、図１１に示した例のように、目標平均空燃比をリッチ空燃比にしているにもかかわらず、下流側空燃比センサ４１によって検出される空燃比がリーン空燃比に張り付いてしまっている場合に行われる学習制御である。リーン張付き学習制御では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖをリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えてから、すなわち目標平均空燃比をリッチ設定空燃比に切り替えてから、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが予め定められたリーン空燃比維持判定時間以上に亘ってリーン空燃比に維持されているかを判断する。そして、リーン空燃比維持判定時間以上に亘ってリーン空燃比に維持されている場合には、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するように学習値ｓｆｂｇが減少せしめられる。図１３にこの様子を示す。

図１３は、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ等のタイムチャートを示す図９と同様な図である。図１３は、図１１と同様に、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐが低い側（リッチ側）に極めて大きくずれている場合を示している。

図示した例では、時刻ｔ₀において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎからリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。しかしながら、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比は極めて大きくリッチ側にずれているため、図１１に示した例と同様に、排気ガスの実際の空燃比はリーン空燃比となっている（図１３中の破線）。このため、時刻ｔ₀以降、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎはリーン空燃比に維持される。

そこで、本実施形態では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されてから、予め定められたリーン空燃比維持判定時間Ｔｌｅａｎ以上に亘って下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン空燃比に維持されている場合には、制御中心空燃比ＡＦＲを補正するようにしている。特に、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するように学習値ｓｆｂｇが補正される。

具体的には、本実施形態では、下記式（５）により学習値ｓｆｂｇを算出すると共に、上記式（３）により学習値ｓｆｂｇに基づいて制御中心空燃比ＡＦＲが補正される。
ｓｆｂｇ（ｎ）＝ｓｆｂｇ（ｎ−１）＋ｋ₃・（ＡＦＣｒｉｃｈ−（ＡＦｄｗｎ−１４．６）） …（５）
なお、上記式（５）において、ｋ₃は、制御中心空燃比ＡＦＲを補正する程度を表すゲインである（０＜ｋ₃≦１）。ゲインＫ₃の値が大きいほど、制御中心空燃比ＡＦＲの補正量が大きくなる。

ここで、図１３に示した例では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されているときに、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン空燃比に維持されている。この場合、上流側空燃比センサ４０におけるずれは、目標平均空燃比と下流側空燃比センサ４１の出力空燃比との差に相当する。これを分解すると、上流側空燃比センサ４０におけるずれは、目標平均空燃比と理論空燃比との差（リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに相当）と、理論空燃比と下流側空燃比センサ４１の出力空燃比との差とを加算した量と同程度となっているといえる。そこで、本実施形態では、上記式（５）に示したように、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに下流側空燃比センサ４１の出力空燃比と理論空燃比との差を加算した値に基づいて学習値ｓｆｂｇを更新している。特に、上述した理論空燃比張付き学習では、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ相当分だけ学習値を補正しているのに対して、リーン張付き学習ではこれに加えて下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎ相当分だけ学習値を補正している。また、ゲインｋ₃はゲインｋ₃と同程度とされる。このため、リーン張付き学習における補正量は、理論空燃比張付き学習における補正量よりも大きい。

図１３に示した例では、時刻ｔ₁において、式を用いて学習値ｓｆｂｇは減少せしめられる。この結果、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの実際の空燃比はリッチ側に変化することになる。これにより、時刻ｔ₁以降、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの実際の空燃比の目標平均空燃比に対するずれは時刻ｔ₁以前と比べて小さなものとなる。したがって、時刻ｔ₁以降、実際の空燃比を表す破線と目標平均空燃比を表す一点鎖線との間の差は、時刻ｔ₁以前における差よりも小さくなっている。

また、本実施形態では、時刻ｔ₁からリーン空燃比維持判定時間Ｔｌｅａｎが経過した時刻ｔ₁において気筒間空燃比制御が停止せしめられる。この結果、空燃比補正量ＡＦＣは、全ての気筒において平均空燃比補正量ＡＦＣａｖと一致した等しい値となる。すなわち、全ての気筒において目標空燃比が等しい空燃比とされる。

図１３では、ゲインｋ₃を比較的小さい値にした例を示している。このため、時刻ｔ₁において学習値ｓｆｂｇの更新が行われてもなお、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比におけるずれが残っている。特に、図示した例では、時刻ｔ₁以降も、排気ガスの実際の空燃比はリーン空燃比のままとなっている。この結果、時刻ｔ₁からリーン空燃比維持判定時間Ｔｌｅａｎに亘って下流側空燃比センサの出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン空燃比に維持される。このため、図示した例では、時刻ｔ₂においても、リーン張付き学習により、上記式（５）を用いて学習値ｓｆｂｇの補正が行われる。また、時刻ｔ₂以降も気筒間空燃比制御が停止せしめられた状態が継続される。

時刻ｔ₂において学習値ｓｆｂｇの補正が行われると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの実際の空燃比の目標平均空燃比に対するずれが小さくなる。これにより、図示した例では、時刻ｔ₂以降には、排気ガスの実際の空燃比は理論空燃比よりも僅かにリッチとなり、これに伴って下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎはリーン空燃比からほぼ理論空燃比に変化する。特に、図１３に示した例では、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃まで理論空燃比維持判定時間Ｔｓｔｏに亘って下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがほぼ理論空燃比、すなわち中間領域Ｍ内に維持される。このため、時刻ｔ₃において、理論空燃比張付き学習により、上記式（４）を用いて学習値ｓｆｂｇの補正が行われる。また、気筒間空燃比制御は、通常学習制御において過不足量誤差ΔΣＯＥＤが予め定められた判定値よりも小さくなるまで、停止されたまま維持される。

リーン張付き学習制御によってこのように学習値ｓｆｂｇの更新を行うことにより、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐのずれが極めて大きい場合であっても、学習値の更新を行うことができる。これにより、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比におけるずれを小さくすることができる。

なお、上記実施形態では、リーン空燃比維持判定時間Ｔｌｅａｎは予め定められた時間とされている。この場合、リーン空燃比維持判定時間Ｔｌｅａｎは、目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えてからそれに応じて下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が変化するまでに通常かかる下流側空燃比センサの応答遅れ時間以上とされる。具体的には、その２倍〜４倍程度の時間とするのが好ましい。また、リーン空燃比維持判定時間Ｔｌｅａｎは、目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えてからの積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値が新触時の上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量に到達するまでに通常かかる時間よりも短い。したがって、リーン空燃比維持判定時間Ｔｌｅａｎは、上述した理論空燃比維持判定時間Ｔｓｔｏよりも短いものとされる。

或いは、リーン空燃比維持判定時間Ｔｌｅａｎは、目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから積算された排気ガス流量等、他のパラメータに応じて変化させてもよい。具体的には、例えば、積算排気ガス流量ΣＧｅが多くなるほど、リーン空燃比維持判定時間Ｔｌｅａｎが短くされる。これにより、目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えてからの積算排気ガス流量が所定の量（例えば、図１３のΣＧｅｓｗ）になったときに、上述したような学習値ｓｆｂｇの更新を行うようにすることもできる。また、この場合、所定の量は、目標平均空燃比を切り替えてからそれに応じて下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が変化するまでに必要な排気ガスの総流量以上とすることが必要である。具体的には、斯かる総流量の２倍〜４倍程度の量とすることが好ましい。

次に、リッチ張付き学習制御について説明する。リッチ張付き学習制御は、リーン張付き学習制御と同様な制御であり、目標平均空燃比をリーン空燃比にしているにもかかわらず、下流側空燃比センサ４１によって検出される空燃比がリッチ空燃比に張り付いてしまっている場合に行われる学習制御である。リッチ張付き学習制御では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖをリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えてから、すなわち目標平均空燃比をリーン設定空燃比に切り替えてから、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが予め定められたリッチ空燃比維持判定時間（リーン空燃比維持判定時間と同様）以上に亘ってリッチ空燃比に維持されているかを判断する。そして、リッチ空燃比維持判定時間以上に亘ってリッチ空燃比に維持されている場合には、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン側に変化するように学習値ｓｆｂｇが増大せしめられる。加えて、本実施形態では、リッチ空燃比維持判定時間以上に亘ってリッチ空燃比に維持されている場合には、気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において目標空燃比が等しくなるように各気筒の目標空燃比を制御するようにしている。
すなわち、リッチ張付き学習制御では、上述したリーン張付き学習制御とはリッチ及びリーンが逆にした制御が行われる。

＜具体的な制御の説明＞
次に、１４〜図１９を参照して、上記実施形態における排気浄化装置の制御装置について具体的に説明する。本実施形態における制御装置は、機能ブロック図である図１４に示したように、Ａ１〜Ａ１０の各機能ブロックを含んで構成されている。以下、図１４を参照しながら各機能ブロックについて説明する。これら各機能ブロックＡ１〜Ａ１０における操作は、基本的にＥＣＵ３１において実行される。

＜燃料噴射量の算出＞
まず、燃料噴射量の算出について説明する。燃料噴射量の算出に当たっては、筒内吸入空気量算出手段Ａ１、基本燃料噴射量算出手段Ａ２、及び燃料噴射量算出手段Ａ３が用いられる。

筒内吸入空気量算出手段Ａ１は、吸入空気流量Ｇａと、機関回転数ＮＥと、ＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に記憶されたマップ又は計算式とに基づいて、各気筒への吸入空気量Ｍｃを算出する。吸入空気流量Ｇａはエアフロメータ３９によって計測され、機関回転数ＮＥはクランク角センサ４４の出力に基づいて算出される。

基本燃料噴射量算出手段Ａ２は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１によって算出された筒内吸入空気量Ｍｃを、気筒毎に目標空燃比ＡＦＴで除算することにより、基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅを算出する（Ｑｂａｓｅ＝Ｍｃ／ＡＦＴ）。目標空燃比ＡＦＴは、後述する目標空燃比設定手段Ａ８によって算出される。

燃料噴射量算出手段Ａ３は、基本燃料噴射量算出手段Ａ２によって算出された基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅに、後述するＦ／Ｂ補正量ＤＦｉを加えることで燃料噴射量Ｑｉを算出する（Ｑｉ＝Ｑｂａｓｅ＋ＤＦｉ）。このようにして算出された燃料噴射量Ｑｉの燃料が燃料噴射弁１１から噴射されるように、燃料噴射弁１１に対して噴射指示が行われる。

＜目標空燃比の算出＞
次に、目標空燃比の算出について説明する。目標空燃比の算出に当たっては、酸素過不足量算出手段Ａ４、空燃比補正量算出手段Ａ５、学習値算出手段Ａ６、制御中心空燃比算出手段Ａ７及び目標空燃比設定手段Ａ８が用いられる。

酸素過不足量算出手段Ａ４は、燃料噴射量算出手段Ａ３によって算出された燃料噴射量Ｑｉ及び上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐに基づいて積算酸素過不足量ΣＯＥＤを算出する。酸素過不足量算出手段Ａ４は、例えば、上記式（１）により上流側空燃比センサ４０の出力空燃比と制御中心空燃比との差分に燃料噴射量Ｑｉを乗算すると共に、求めた値を積算することによって積算酸素過不足量ΣＯＥＤを算出する。

空燃比補正量算出手段Ａ５では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎに基づいて、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ及び各気筒の空燃比補正量ＡＦＣが算出される。具体的には、図１５に示したフローチャートに基づいて平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ及び各気筒の空燃比補正量ＡＦＣが算出される。

学習値算出手段Ａ６では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎ、酸素過不足量算出手段Ａ４によって算出された積算酸素過不足量ΣＯＥＤ等に基づいて学習値ｓｆｂｇが算出される。具体的には、図１６に示した通常学習処理のフローチャート及び図１７に示した張付き学習処理のフローチャートに基づいて学習値ｓｆｂｇが算出される。このようにして算出された学習値ｓｆｂｇは、ＥＣＵ３１のＲＡＭ３３のうち、内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがオフにされても消去されない記憶媒体に保存される。

制御中心空燃比算出手段Ａ７では、基本制御中心空燃比ＡＦＲｂａｓｅ（例えば、理論空燃比）と、学習値算出手段Ａ６によって算出された学習値ｓｆｂｇとに基づいて制御中心空燃比ＡＦＲが算出される。具体的には、上述した式（３）に示したように、基本制御中心空燃比ＡＦＲｂａｓｅに学習値ｓｆｂｇを加算することによって制御中心空燃比ＡＦＲが算出される。

目標空燃比設定手段Ａ８は、制御中心空燃比算出手段Ａ７によって算出された制御中心空燃比ＡＦＲに、空燃比補正量算出手段Ａ５で算出された平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ及び各気筒の空燃比補正量ＡＦＣを加算することで、目標平均空燃比ＡＦＴａｖ及び各気筒の目標空燃比ＡＦＴをそれぞれ算出する。このようにして算出された目標空燃比ＡＦＴは、基本燃料噴射量算出手段Ａ２に入力され、目標平均空燃比ＡＦＴａｖは後述する空燃比偏差算出手段Ａ９に入力される。

＜Ｆ／Ｂ補正量の算出＞
次に、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐに基づいたＦ／Ｂ補正量の算出について説明する。Ｆ／Ｂ補正量の算出に当たっては、空燃比偏差算出手段Ａ９、Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ１０が用いられる。

空燃比偏差算出手段Ａ９は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐから目標空燃比設定手段Ａ８によって算出された目標平均空燃比ＡＦＴａｖを減算することによって空燃比偏差ＤＡＦを算出する（ＤＡＦ＝ＡＦｕｐ−ＡＦＴａｖ）。この空燃比偏差ＤＡＦは、目標平均空燃比ＡＦＴａｖに対する燃料供給量の過不足を表す値である。

Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ１０は、空燃比偏差算出手段Ａ９によって算出された空燃比偏差ＤＡＦを、比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）することで、下記式（６）に基づいて燃料供給量の過不足を補償するためのＦ／Ｂ補正量ＤＦｉを算出する。このようにして算出されたＦ／Ｂ補正量ＤＦｉは、燃料噴射量算出手段Ａ３に入力される。
ＤＦｉ＝Ｋｐ・ＤＡＦ＋Ｋｉ・ＳＤＡＦ＋Ｋｄ・ＤＤＡＦ …（６）

なお、上記式（６）において、Ｋｐは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Ｋｉは予め設定された積分ゲイン（積分定数）、Ｋｄは予め設定された微分ゲイン（微分定数）である。また、ＤＤＡＦは、空燃比偏差ＤＡＦの時間微分値であり、今回更新された空燃比偏差ＤＡＦと前回更新されていた空燃比偏差ＤＡＦとの偏差を更新間隔に対応する時間で除算することで算出される。また、ＳＤＡＦは、空燃比偏差ＤＡＦの時間積分値であり、この時間積分値ＤＤＡＦは前回更新された時間積分値ＤＤＡＦに今回更新された空燃比偏差ＤＡＦを加算することで算出される（ＳＤＡＦ＝ＤＤＡＦ＋ＤＡＦ）。

＜空燃比補正量算出処理のフローチャート＞
図１５は、本実施形態における空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔の割り込みによって行われる。

まず、ステップＳ１１において、平均空燃比制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。平均空燃比制御の実行条件については後述する。平均空燃比制御の実行条件が成立していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、平均空燃比制御の実行条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ１２へと進む。ステップＳ１２では、リッチフラグＦｒが１であるか否かが判定される。リッチフラグＦｒは、平均空燃比制御において平均空燃比がリッチ空燃比に制御されているときに１とされ、リーン空燃比に制御されているときに０とされるフラグである。

平均空燃比制御において、平均空燃比がリッチ空燃比に制御されていると、ステップＳ１２においてリッチフラグＦｒが１であると判定され、ステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比となっていると、ステップＳ１３において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きいと判定され、ステップＳ１４へと進む。ステップＳ１４では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定される。これにより、平均空燃比がリッチ空燃比に維持される。

次いで、ステップＳ２５では、気筒間空燃比制御（ディザ制御）の実行条件が成立しているか否かが判定される。気筒間空燃比制御の実行条件については後述する。気筒間空燃比制御の実行条件が成立していないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、気筒間空燃比制御の実行条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ２６へと進む。ステップＳ２６では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖから予め定められた所定の変更量αを減算した値がリッチ側の気筒の空燃比補正量ＡＦＣ（Ｒ）とされる。次いで、ステップＳ２７では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖに予め定められた所定の変更量αを加算した値がリーン側の気筒の空燃比補正量ＡＦＣ（Ｌ）とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

その後、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１３において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定され、ステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、次に燃焼が行われる気筒がリーン気筒であるか否かが判定され、リッチ気筒である場合には、ステップＳ１６がスキップされる。一方、ステップＳ１５において、次に燃焼が行われる気筒がリーン気筒であると判定されると、ステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、リッチ側の気筒とリーン側の気筒とが入れ替えられる。したがって、これまで気筒間空燃比制御においてリッチ側の気筒とされていた気筒がリーン側の気筒へ入れ替えられる。次いで、ステップＳ１７では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定される。次いで、ステップＳ１８では、リッチフラグＦｒが１にセットされて、ステップＳ２５へと進む。

リッチフラグＦｒが１にセットされると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１２からステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるか否かが判定される。上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比になっていると、ステップＳ１９において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さいと判定され、ステップＳ２０へと進む。ステップＳ２０では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定される。これにより、平均空燃比がリーン空燃比に維持され、ステップＳ２５へと進む。

その後、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比がリーン空燃比になると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１９において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であると判定され、ステップＳ２１へと進む。ステップＳ２１では、次に燃焼が行われる気筒がリッチ気筒であるか否かが判定され、リーン気筒である場合には、ステップＳ２２がスキップされる。一方、ステップＳ２１において、次に燃焼が行われる気筒がリッチ気筒であると判定されると、ステップＳ２２へと進む。ステップＳ２２では、リッチ側の気筒とリーン側の気筒とが入れ替えられる。次いで、ステップＳ２３では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定される。次いで、ステップＳ２４では、リッチフラグＦｒが０にリセットされて、ステップＳ２５へと進む。

図１６は、通常学習処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。

図１６に示したように、まず、ステップＳ３１において、学習値ｓｆｂｇの更新条件が成立しているか否かが判定される。更新条件が成立している場合とは、例えば、通常制御中であること等が挙げられる。ステップＳ３１において、学習値ｓｆｂｇの更新条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ３２へと進む。ステップＳ３２では、リーンフラグＦｌが１に設定されているか否かが判定される。ステップＳ３２において、リーンフラグＦｌが１に設定されていると判定された場合には、ステップＳ３３へと進む。

ステップＳ３３では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０よりも大きいか否か、すなわち目標平均空燃比がリーン空燃比であるか否かが判定される。ステップＳ３３において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤに現在の酸素過不足量ＯＥＤが加算される。

その後、目標平均空燃比がリッチ空燃比へと切り替えられると、次の制御ルーチンではステップＳ３３において平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０以下であると判定され、ステップＳ３５へと進む。ステップＳ３５では、リーンフラグＦｌが０にセットされ、次いで、ステップＳ３６ではＲｎが現在の積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値とされる。次いで、ステップＳ３７では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが０にリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、リーンフラグＦｌが０にセットされると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ３２からステップＳ３８へと進む。ステップＳ３８では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０よりも小さいか否か、すなわち目標平均空燃比がリッチ空燃比であるか否かが判定される。ステップＳ３８において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０よりも小さいと判定された場合にはステップＳ３９へと進む。ステップＳ３９では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤに現在の酸素過不足量ＯＥＤが加算される。

その後、目標平均空燃比がリーン空燃比へと切り替えられると、次の制御ルーチンではステップＳ３８において平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０以上であると判定され、ステップＳ４０へと進む。ステップＳ４０では、リーンフラグＦｌが１にセットされ、次いで、ステップＳ４１では、Ｆｎが現在の積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値とされる。次いで、ステップＳ４２では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが０にリセットされる。次いで、ステップＳ４３では、ステップＳ３６で算出されたＲｎとステップＳ４１で算出されたＦｎに基づいて学習値ｓｆｂｇが更新され、制御ルーチンが終了せしめられる。

＜張付き学習制御のフローチャート＞
図１７及び図１８は、張付き学習処理（理論空燃比張付き処理、リッチ張付き処理及びリーン張付き処理）の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。

図１７及び図１８に示したように、まず、ステップＳ５１において、リーンフラグＦｌが０に設定されているか否かが判定される。ステップＳ５１において、リーンフラグＦｌが０に設定されていると判定された場合には、ステップＳ５２へと進む。ステップＳ５２では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０よりも大きいか否か、すなわち目標平均空燃比がリーン空燃比であるか否かが判定される。ステップＳ５２において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０以下であると判定された場合には、ステップＳ５３へと進む。

ステップＳ５３では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも大きいか否かが判定され、ステップＳ５４では、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈとリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎとの間の値であるか否かが判定される。ステップＳ５３、Ｓ５４において、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも小さいと判定された場合、すなわち出力空燃比がリッチ空燃比であると判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ５３、Ｓ５４において、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも大きいと判定された場合、すなわち出力空燃比がリーン空燃比であると判定された場合には、ステップＳ５５へと進む。

ステップＳ５５では、リーン維持時間ΣＴｌｅａｎに時間ΔＴを加算したものが新たなリーン維持時間ΣＴｌｅａｎとされる。なお、リーン維持時間ΣＴｌｅａｎは、出力空燃比がリーン空燃比に維持されている時間を表す。次いで、ステップＳ５６では、ステップＳ５５で算出されたリーン維持時間ΣＴｌｅａｎがリーン空燃比判定時間Ｔｌｅａｎ以上であるか否かが判定される。ステップＳ５６において、ΣＴｌｅａｎがＴｌｅａｎよりも小さいと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、リーン維持時間ΣＴｌｅａｎが増大して、ステップＳ５６において、ΣＴｌｅａｎがＴｌｅａｎ以上であると判定された場合には、ステップＳ５７へと進む。ステップＳ５７では、上述した式（５）を用いて学習値ｓｆｂｇの補正が行われる。

一方、ステップＳ５３、Ｓ５４において、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈとリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎとの間の値であると判定された場合には、ステップＳ５８へと進む。ステップＳ５８では、理論空燃比維持時間ΣＴｓｔｏに時間ΔＴを加算したものが新たな理論空燃比維持時間ΣＴｓｔｏとされる。次いで、ステップＳ５９では、ステップＳ５８で算出された理論空燃比維持時間ΣＴｓｔｏが理論空燃比判定時間Ｔｓｔｏ以上であるか否かが判定される。ステップＳ５９において、ΣＴｓｔｏがＴｓｔｏよりも小さいと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、理論空燃比維持時間ΣＴｓｔｏが増大して、ステップＳ５９において、ΣＴｓｔｏがＴｓｔｏ以上であると判定された場合には、ステップＳ６０へと進む。ステップＳ６０では、上述した式（４）を用いて学習値ｓｆｂｇの補正が行われる。

その後、目標平均空燃比が切り替えられて、ステップＳ５２において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ６１へと進む。ステップＳ６１では、リーン空燃比維持時間ΣＴｌｅａｎ及び理論空燃比維持時間ΣＴｓｔｏが０にリセットされる。次いで、ステップＳ６２では、リーンフラグＦｌが０にセットされる。

リーンフラグＦｌが１にセットされると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ５１からステップＳ６３へと進む。ステップＳ６３では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０よりも小さいか否か、すなわち目標平均空燃比がリッチ空燃比であるか否かが判定される。ステップＳ６３において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０以上であると判定された場合には、ステップＳ６４へと進む。

ステップＳ６４では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも小さいか否かが判定され、ステップＳ６５では、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈとリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎとの間の値であるか否かが判定される。ステップＳ６４、６５において、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも大きいと判定された場合、すなわち出力空燃比がリーン空燃比であると判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ６４、Ｓ６５において、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも小さいと判定された場合、すなわち出力空燃比がリッチ空燃比であると判定された場合には、ステップＳ６６へと進む。

ステップＳ６６では、リッチ維持時間ΣＴｒｉｃｈに時間ΔＴを加算したものが新たなリッチ維持時間ΣＴｒｉｃｈとされる。なお、リッチ維持時間ΣＴｒｉｃｈは、出力空燃比がリッチ空燃比に維持されている時間を表す。次いで、ステップＳ６７では、ステップＳ６６で算出されたリッチ維持時間ΣＴｒｉｃｈがリッチ空燃比判定時間Ｔｒｉｃｈ以上であるか否かが判定される。ステップＳ６７において、ΣＴｒｉｃｈがＴｒｉｃｈよりも小さいと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、リッチ維持時間ΣＴｒｉｃｈが増大して、ステップＳ６７において、ΣＴｒｉｃｈがＴｒｉｃｈ以上であると判定された場合には、ステップＳ６８へと進む。ステップＳ６８では、上述した式（５）を用いて学習値ｓｆｂｇの補正が行われる。

一方、ステップＳ６４、Ｓ６５において、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈとリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎとの間の値であると判定された場合には、ステップＳ６９へと進む。ステップＳ６９〜Ｓ７１では、ステップＳ５８〜Ｓ６０と同様な制御が行われる。

その後、目標平均空燃比が切り替えられて、ステップＳ６３において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが０よりも小さいと判定された場合には、ステップＳ７２へと進む。ステップＳ７２では、リッチ空燃比維持時間ΣＴｒｉｃｈ及び理論空燃比維持時間ΣＴｓｔｏが０にリセットされる。次いで、ステップＳ７３では、リーンフラグＦｌが０にセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

＜気筒間空燃比制御の実行判定処理＞

図１９は、気筒間空燃比制御の実行条件が成立しているか否かについての判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。

まず、ステップＳ８１において、気筒間空燃比制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。気筒間空燃比制御の実行条件は、例えば、上流側排気浄化触媒２０の温度がその活性温度（例えば、４００℃）以上であって上限温度（例えば、８００℃）以下であること、及び例えば燃料カット制御等、フィードバック制御と両立できない制御が行われていないこと等の条件を満たしているときに成立する。ステップＳ８１において、実行条件が成立していないと判定された場合にはステップＳ８２へと進む。ステップＳ８２では、気筒間空燃比制御実行フラグＦｄが０にリセットされる。気筒間空燃比制御実行フラグＦｄは、気筒間空燃比制御を実行可能なときに１とされ、実行不可能なときに０とされるフラグである。気筒間空燃比制御実行フラグＦｄが１にセットされると、図１５のステップＳ２５において、気筒間空燃比制御の実行条件が成立していると判定されることになる。

一方、ステップＳ８１において、実行条件が成立していると判定された場合にはステップＳ８３へと進む。ステップＳ８３では、停止フラグＦｓが０となっているか否かが判定される。停止フラグＦｓは、張付き学習制御が実行されることによって気筒間空燃比制御を停止すべきときに１とされ、それ以外のときに０とされるフラグである。ステップＳ８３において、張付き学習制御が実行されておらず、停止フラグＦｓが０であると判定されると、ステップＳ８４へと進む。ステップＳ８４では、張付き学習制御が実行されたか否かが判定される。例えば、図１７及び図１８のステップＳ５７、Ｓ６０、Ｓ６８及びＳ７１において学習値ｓｆｂｇの補正が行われた場合には張付き学習制御が実行されたと判定される。

ステップＳ８４において、張付き学習制御が実行されていないと判定された場合にはステップＳ８５へと進む。ステップＳ８５では、図１６のステップＳ４３において算出される過不足量誤差ΔΣＯＥＤが予め定められた判定値Ｒｅｆ以下であるか否かが判定される。過不足量誤差ΔΣＯＥＤが判定値Ｒｅｆ以下であると判定された場合には、学習値に誤差は生じていないことから、ステップＳ８６において気筒間空燃比制御実行フラグＦｄが１にセットされる。一方、ステップＳ８５において過不足量誤差ΔΣＯＥＤが判定値Ｒｅｆよりも大きいと判定された場合にはステップＳ８７へと進む。ステップＳ８７では、気筒間空燃比制御実行フラグＦｄが０にセットされ、気筒間空燃比制御が停止せしめられる。

一方、ステップＳ８４において、張付き学習制御が実行されていると判定された場合にはステップＳ８８へと進む。ステップＳ８８では、停止フラグＦｓが１にセットされ、ステップＳ８７へと進む。

停止フラグＦｓが１にセットされると、その次の制御ルーチンでは、ステップＳ８３からステップＳ８９へと進む。ステップＳ８９では、過不足量誤差ΔΣＯＥＤが判定値Ｒｅｆ以下であるか否かかが判定される。過不足量誤差ΔΣＯＥＤが判定値Ｒｅｆよりも大きいと判定された場合にはステップＳ８２へと進み、気筒間空燃比制御実行フラグＦｄが０にセットされる。一方、ステップＳ８９において、過不足量誤差ΔΣＯＥＤが判定値Ｒｅｆ以下であると判定された場合にはステップＳ９０、Ｓ９１へと進む。これらステップＳ９０及びＳ９１では、気筒間空燃比制御実行フラグＦｄが１にセットされると共に、停止フラグＦｓが０にセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

＜第一実施形態の変更例＞
次に、図２０及び図２１を参照して、本発明の第一実施形態の排気浄化装置の変更例について説明する。上述した第一実施形態の気筒間空燃比制御では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されているときにもリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定されているときにも、気筒間での燃焼空燃比が変化せしめられている。

しかしながら、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されているときに気筒間で燃焼空燃比を変化させると、リッチ側の気筒の空燃比補正量ＡＦＣはリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈから変更量αを減少させた値となる。このため、リッチ側の気筒における燃焼空燃比は、リッチ度合いの大きなリッチ空燃比となる。このように、リッチ度合いが高くなると、上述したようにＳＯｘが酸素吸蔵物質に強固に吸蔵されていたとしてもＳＯｘの離脱を招き、よって貴金属表面への硫黄成分の移動が生じてしまう。

そこで、本変更例では、図２０に示したように、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎとされているときには気筒間空燃比制御が実行される。加えて、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとされているときには、気筒間空燃比制御が実行されずに、全ての気筒において目標空燃比が等しくなるように各気筒の目標空燃比が制御される。これにより、平均空燃比がリッチ空燃比にされているときであっても、各気筒の燃焼空燃比がリッチ度合いの大きなリッチになることが抑制され、よって酸素吸蔵物質から貴金属表面への硫黄成分の移動を抑制することができる。

図２１は、本変更例における空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図２１に示した制御ルーチンは、図１５のステップＳ２６が削除されている点を除いて、図１５に示した制御ルーチンと同様である。

＜第二実施形態＞
次に、図２２及び図２３を参照して、本発明の第二実施形態の排気浄化装置について説明する。第二実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様である。

本実施形態の平均空燃比制御では、まず、目標平均空燃比をリッチ設定空燃比に設定している状態で、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比になったと判断されると、目標平均空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられる。これにより、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの平均空燃比がリーン空燃比に変化する。

目標平均空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの酸素過不足量が積算される。算出された酸素過不足量を積算した積算酸素過不足量が、予め定められた切替基準値（予め定められた切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当）以上になると、それまでリーン設定空燃比に設定されていた目標平均空燃比が、リッチ設定空燃比に切り替えられる。すなわち、平均空燃比をリーン空燃比に制御し始めてからの上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが予め定められた切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに達した時に平均空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。

その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が再びリッチ判定空燃比以下となったときに、目標平均空燃比が再びリーン設定空燃比とされ、その後、同様な操作が繰り返される。このように本実施形態においても、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標平均空燃比がリーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに交互に設定される。

図２２を参照して、本実施形態の平均空燃比制御について具体的に説明する。図２２は、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ等の、図４と同様なタイムチャートである。図２２に示した例では、時刻ｔ₁〜ｔ₂において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されている。すなわち、目標平均空燃比はリッチ空燃比とされており、これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐがリッチ空燃比となっている。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中に含まれている未燃ＨＣ、ＣＯは、上流側排気浄化触媒２０で浄化され、これに伴って上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に減少していく。一方、上流側排気浄化触媒２０における未燃ＨＣ、ＣＯの浄化により、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎはほぼ理論空燃比となる。

その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが減少してゼロに近づくと、上流側排気浄化触媒２０に流入した未燃ＨＣ、ＣＯの一部が上流側排気浄化触媒２０から流出し始める。このため、図示した例では、時刻ｔ₂において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。

本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。したがって、目標平均空燃比がリーン空燃比へと切り替えられる。このとき、積算酸素過不足量ΣＯＥＤはゼロにリセットされる。

時刻ｔ₂において、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖをリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比に変化する。また、これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐがリーン空燃比となる。加えて、時刻ｔ₂以降、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に増大し、また積算酸素過不足量ΣＯＥＤも徐々に増大する。また、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に収束する。

その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが増加すると、時刻ｔ₃において、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達する。このとき、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当する切替基準値ＯＥＤｒｅｆに到達する。本実施形態では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上になると、上流側排気浄化触媒２０への酸素の吸蔵を中止すべく、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。したがって、目標平均空燃比はリッチ空燃比とされる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣＯＥＤがゼロにリセットされる。その後、平均空燃比制御では、時刻ｔ₁〜ｔ₃の制御が繰り返される。

なお、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは上流側排気浄化触媒２０が未使用であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘよりも十分に低く設定される。このため、実際の排気ガスの空燃比が意図せずに目標平均空燃比から瞬間的に大きくずれたりしたときであっても、酸素吸蔵量ＯＳＡは最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘには到達しない。逆に言うと、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、上述したような意図しない空燃比のずれが生じても、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘには到達しないように十分少ない量とされる。例えば、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、上流側排気浄化触媒２０が未使用であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの３／４以下、好ましくは１／２以下、より好ましくは１／５以下とされる。

本実施形態によれば、上流側排気浄化触媒２０から酸素やＮＯｘが流出する前に目標平均空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられることになる。このため、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量を常に抑制することができる。すなわち、上述した制御を行っている限り、基本的には上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量をほぼゼロとすることができる。また、積算酸素過不足量ΣＯＥＤを算出する際の積算期間が短いため、長期間に亘って積算する場合に比べて算出誤差が生じにくい。このため、積算酸素過不足量ΣＯＥＤの算出誤差によりＮＯｘが排出されてしまうことが抑制される。

なお、本実施形態では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されている期間（例えば、時刻ｔ₁〜ｔ₂）においても、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定されている期間（例えば、時刻ｔ₂〜ｔ₃）においても、気筒間空燃比制御が実行される。特に、図２２に示した例では、リッチ側の気筒では空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖから変更量αを減算した値に設定される。一方、リーン側の気筒では、空燃比補正量ＡＦＣが平均空燃比補正量ＡＦＣａｖに変更量αを加算した値に設定される。ただし、上述した第一実施形態の変更例と同様に、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ設定補正量に設定されている期間中は気筒間空燃比制御を実行しないようにしてもよい。

また、本実施形態においても、第一実施形態と同様に、通常学習制御及び張付き学習制御が行われる。この場合、通常学習制御では、目標平均空燃比をリーン空燃比に切り替えてから酸素吸蔵量の変化量が切替基準量以上になるまでの第１期間における積算酸素過不足量の絶対値である第１酸素量積算値と、目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になるまでの第２期間における積算酸素過不足量の絶対値である第２酸素量積算値とに基づいて、これら第１酸素量積算値と第２酸素量積算値との差が小さくなるように空燃比に関するパラメータが補正されることになる。また、例えば、理論空燃比張付き学習制御では、目標平均空燃比をリーン空燃比に切り替えてから、下流側空燃比センサ４１によって検出された空燃比が理論空燃比維持判定時間Ｔｓｔｏ以上に亘って理論空燃比近傍空燃比領域内に維持されている場合には、そのときの目標平均空燃比に応じて上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ側又はリーン側に変化するように学習値ｓｆｂｇが増大又は減少せしめられることになる。

＜具体的な制御の説明及びフローチャート＞
次に、図２３を参照して、上記実施形態における排気浄化装置の制御装置について具体的に説明する。図２３は、図１４と同様な機能ブロック図である。ただし、図２３に示した本実施形態における機能ブロック図では、空燃比補正量算出手段Ａ５が、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎに加えて、酸素過不足量算出手段Ａ４によって算出された積算酸素過不足量ΣＯＥＤに基づいて、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖ及び各気筒の空燃比補正量ＡＦＣを算出している。

図２４は、第二実施形態における空燃比補正量の算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。図２４のステップＳ１０１〜Ｓ１０８及びステップＳ１１０〜Ｓ１１７は、図１５のステップＳ１１〜Ｓ１８及びステップＳ２０〜Ｓ２７と同様であるため説明を省略する。

図２４に示した制御ルーチンでは、ステップＳ１０２においてリッチフラグＦｒが１でないと判定された場合には、ステップＳ１０９へと進む。ステップＳ１０９では、平均空燃比補正量ＡＦＣａｖが切り替えられてからの積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上であるか否かが判定される。積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆよりも少ない場合にはステップＳ１１０へと進む。一方、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ１１１へと進む。

なお、上記第一実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になると平均空燃比補正量ＡＦＣａｖがリッチ空燃比に切り替えられる。一方、上記第二実施形態では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが所定の切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上になったときに目標平均空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。したがって、以上をまとめると、上記実施形態では、目標平均空燃比は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比に達したときにリーン空燃比に切り替えられる。加えて、目標平均空燃比は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が所定の切替基準量以上になったとき、或いは下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比に達したときに、リッチ空燃比に切り替えられる。換言すると、本実施形態では、目標平均空燃比は、理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側の異なる複数の空燃比間で切り替えられる。

１ 機関本体
５ 燃焼室
７ 吸気ポート
９ 排気ポート
１９ 排気マニホルド
２０ 上流側排気浄化触媒
２４ 下流側排気浄化触媒
３１ ＥＣＵ
４０ 上流側空燃比センサ
４１ 下流側空燃比センサ

Claims (17)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の排気浄化装置において、
   機関排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置された下流側空燃比センサと、各気筒において燃焼が行われるときの燃焼空燃比が目標空燃比となるように燃焼室への燃料供給量をフィードバック制御する制御装置とを具備し、
   前記制御装置は、前記目標空燃比の全ての気筒の平均値である目標平均空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比とに交互に設定する平均空燃比制御と、
   前記平均空燃比制御によって前記目標平均空燃比がリーン空燃比に設定されているときにおいても、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記目標空燃比がリッチ空燃比になるように、各気筒の目標空燃比を制御する気筒間空燃比制御とを実行し、
   前記制御装置は、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスを理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素又は不足する酸素の量である酸素過不足量の積算値である積算酸素過不足量を算出可能であり、
   前記制御装置は、前記目標平均空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えてから再びリッチ空燃比に切り替えるまでの第１期間における積算酸素過不足量の絶対値である第１酸素量積算値と、前記目標平均空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えてから再びリーン空燃比に切り替えるまでの第２期間における積算酸素過不足量の絶対値である第２酸素量積算値とに基づいて、これら第１酸素量積算値と第２酸素量積算値との差が小さくなるように、空燃比に関するパラメータを補正する学習制御をさらに実行する、内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記平均空燃比制御では、前記目標平均空燃比をリーン空燃比に設定したときの該目標平均空燃比と理論空燃比との差であるリーンシフト量が、前記目標平均空燃比をリッチ空燃比に設定したときの該目標平均空燃比と理論空燃比との差であるリッチシフト量よりも小さくなるように、前記目標平均空燃比が設定される、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記制御装置は、前記第１酸素量積算値と前記第２酸素量積算値との差が予め定められた所定値以上である場合には、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において目標空燃比が等しくなるように各気筒の目標空燃比を制御する、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記制御装置は、前記学習制御において、前記目標平均空燃比がリッチ空燃比又はリーン空燃比のいずれか一方の空燃比に設定されているときに、理論空燃比維持判定時間以上に亘ってまたは積算酸素過不足量が予め定められた所定値以上になるまでの期間に亘って前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比との間の理論空燃比近傍空燃比領域内に維持されている場合には、前記前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が前記一方の空燃比側に変化するように前記空燃比に関するパラメータを補正する理論空燃比張付き学習を行う、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記制御装置は、前記目標平均空燃比がリッチ空燃比又はリーン空燃比のいずれか一方の空燃比に設定されているときに理論空燃比維持判定時間以上に亘ってまたは積算酸素過不足量が予め定められた所定値以上になるまでの期間に亘って前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記理論空燃比近傍空燃比領域内に維持されている場合には、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において前記目標空燃比が等しくなるように各気筒の目標空燃比を制御する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記制御装置は、前記学習制御において、前記目標平均空燃比がリッチ空燃比に設定されているときに、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン空燃比判定時間以上に亘って理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比よりもリーンな空燃比に維持されている場合には、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するように前記空燃比に関するパラメータを補正するリーン張付き学習が行われる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記制御装置は、前記目標平均空燃比がリッチ空燃比に設定されているときに、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン空燃比判定時間以上に亘って前記リーン判定空燃比よりもリーンな空燃比に維持されている場合には、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において前記目標空燃比が等しくなるように各気筒の目標空燃比を制御する、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記制御装置は、前記学習制御において、前記目標平均空燃比がリーン空燃比に設定されているときに、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ空燃比判定時間以上に亘って理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比よりもリッチな空燃比に維持されている場合には、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン側に変化するように前記空燃比に関するパラメータを補正するリッチ張付き学習を行う、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記制御装置は、前記目標平均空燃比がリーン空燃比に設定されているときに、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ空燃比判定時間以上に亘って前記リッチ判定空燃比よりもリッチな空燃比に維持されている場合には、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、全ての気筒において前記目標空燃比が等しくなるように各気筒の目標空燃比を制御する、請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記制御装置は、前記第１酸素量積算値と前記第２酸素量積算値との差に基づいて学習値を算出すると共に該学習値に基づいて前記空燃比に関するパラメータを補正し、
    前記学習値は、前記内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがオフにされても消去されない記憶媒体に保存される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 前記排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されると共に該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサを更に具備し、
    前記酸素過不足量の算出は、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの流量又は燃料噴射量とに基づいて行われる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
12. 前記空燃比に関するパラメータは、制御中心となる空燃比、前記目標平均空燃比又は燃料供給量である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
13. 前記排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されると共に該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサを更に具備し、
    前記制御装置は、前記上流側空燃比センサによって検出される平均空燃比が前記目標平均空燃比になるように燃焼室への燃料供給量をフードバック制御し、
    前記空燃比に関するパラメータは、前記上流側空燃比センサの出力値である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
14. 前記気筒間空燃比制御では、前記平均空燃比制御によって前記目標平均空燃比がリッチ空燃比に設定されているときにおいても、前記複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒では前記目標空燃比がリーン空燃比になるように、各気筒の目標空燃比が設定される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
15. 前記制御装置は、前記目標平均空燃比がリッチ空燃比に設定されているときには、前記気筒間空燃比制御を実行せずに、前記複数の気筒の全てにおいて燃焼空燃比がリッチ空燃比になるように、各気筒の目標空燃比を設定する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
16. 前記制御装置は、前記平均空燃比制御において、前記目標平均空燃比をリッチ空燃比に設定しているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標平均空燃比をリーン空燃比に切り替えると共に、前記目標平均空燃比をリーン空燃比に制御しているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になったときに前記目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替える、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
17. 前記制御装置は、前記平均空燃比制御において、前記目標平均空燃比をリッチ空燃比に設定しているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標平均空燃比をリーン空燃比に切り替えると共に、前記目標平均空燃比をリーン空燃比に制御し始めてからの前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が該排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量よりも少ない予め定められた切替基準吸蔵量に達したときに前記目標平均空燃比をリッチ空燃比に切り替える、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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