JP6414132B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
従来、排気通路に設けられた三元触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、該三元触媒を昇温させるために、空燃比ディザ制御を実行する技術が知られている。空燃比ディザ制御では、一部の気筒における混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御され、且つ、他の一部の気筒における混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に制御される場合がある。以下、このような空燃比ディザ制御において混合気の空燃比がリーン空燃比に制御される気筒を「リーン気筒」と称する。また、このような空燃比ディザ制御において混合気の空燃比がリッチ空燃比に制御される気筒を「リッチ気筒」と称する。また、空燃比ディザ制御では、三元触媒に流入する排気（以下、「流入排気」と称する場合もある。）の空燃比の平均値（以下、「平均排気空燃比」と称する場合もある。）が所定の目標排気空燃比となるように、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比が制御される。
空燃比ディザ制御が実行されると、リーン気筒から排出された排気が三元触媒に主に流入する期間と、リッチ気筒から排出された排気が三元触媒に主に流入する期間とが交互に繰り返されることになる。つまり、リーン空燃比の排気とリッチ空燃比の排気とが交互に三元触媒に供給されることになる。このとき、リーン空燃比の排気が三元触媒に供給されたときには排気中の酸素が該三元触媒に保持される。そして、リッチ空燃比の排気が三元触媒に供給されたときには排気中のＨＣ，ＣＯが、該三元触媒に保持された酸素によって酸化される。このときのＨＣ，ＣＯの酸化熱によって三元触媒の昇温が促進されることになる。また、空燃比ディザ制御の実行中においても、三元触媒では、ＨＣ，ＣＯが酸化されるのみならず、排気中のＮＯｘが還元される。つまり、空燃比ディザ制御によれば、三元触媒におけるＨＣ，ＣＯ酸化機能およびＮＯｘ還元機能を発揮させつつ、該三元触媒の昇温を促進させることができる。
ここで、特許文献１には、空燃比ディザ制御において、三元触媒よりも上流側の排気通路に設けられた空燃比センサの検出値に基づいて、リーン気筒における混合気の空燃比とリッチ気筒における混合気の空燃比とをフィードバック制御する技術が開示されている。
また、特許文献２には、空燃比ディザ制御の実行中において、リーン気筒とリッチ気筒とを、同一の気筒が連続してリーン気筒またはリッチ気筒とならないようなパターンで切り換える技術が開示されている。
特開２００１−０５００８２号公報 特開２００４−３５３５５２号公報
内燃機関の気筒群における各気筒から排出された排気は、各気筒に接続された排気枝管を通って共通の排気通路に流れ込み、該排気通路に設けられた三元触媒に流入する。このとき、各気筒から排出された排気は、必ずしも、三元触媒の横断面（排気通路の軸方向と垂直に交わる断面）上において一様に拡がった状態で該三元触媒に流入するわけではない
。つまり、各排気枝管の形状、各排気枝管のその集合部への接続位置、および、三元触媒より上流側の排気通路の形状等に起因して、該三元触媒の横断面上においては、流入する排気の流量が相対的に多い部分（すなわち、流入排気の流速が相対的に大きい部分）と相対的に少ない部分（すなわち、流入排気の流速が相対的に小さい部分）とが生じる。したがって、三元触媒においては、その横断面上において、各気筒から排出された排気の流速分布（流量分布）に偏りが生じることになる。
以下、上記のような三元触媒の横断面上における排気の流速分布の偏りについては、その気筒から排出される排気の三元触媒の横断面上における流速分布の一様度（均一度）である「排気の流速分布の一様度」を指標として説明する。ここで、排気の流速分布の一様度が高いとは、三元触媒の横断面上における排気の流速分布の偏り度合いが小さいことを示し、排気の流速分布の一様度が低いとは、三元触媒の横断面上における排気の流速分布の偏り度合いが大きいことを示す。
上述したとおり、三元触媒の横断面上における排気の流速分布の偏りは、各排気枝管の形状、各排気枝管のその集合部への接続位置、および、三元触媒より上流側の排気通路の形状等に起因して生じる。したがって、同一の気筒群であっても、排気の流速分布の一様度が気筒毎に異なる場合がある。つまり、同一の気筒群においても、排気の流速分布の一様度が相対的に高い気筒と、排気の流速分布の一様度が相対的に低い気筒とが発生する場合がある。
ここで、上述したように、空燃比ディザ制御では、流入排気の平均排気空燃比が所定の目標排気空燃比となるように、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比が制御される。ただし、空燃比ディザ制御の実行中においては、流入排気全体としては平均排気空燃比が目標排気空燃比に制御されていたとしても、上記のように排気の流速分布の一様度が気筒毎に異なることに起因して、三元触媒において、部分的に、その部分を流れる排気の平均排気空燃比が目標排気空燃比からずれた状態となる箇所が生じる場合がある。そして、三元触媒において、平均排気空燃比が目標排気空燃比に対してリーン側にずれた部分が生じると、その部分では、ＮＯｘを十分に還元することが困難となる場合がある。その結果、三元触媒全体としてのＮＯｘ浄化率が許容範囲を下回ることになる虞がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、空燃比ディザ制御の実行中における三元触媒でのＮＯｘ浄化率の低下を抑制することを目的とする。
第１の発明では、空燃比ディザ制御が実行される際に、内燃機関の気筒群において、少なくとも、排気の流速分布の一様度が最も低い気筒を、リッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される。
より詳しくは、第１の発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、複数の気筒を含む気筒群を有する内燃機関の排気浄化システムであって、前記気筒群の各気筒に接続された排気枝管の集合部より下流側の排気通路に設けられた三元触媒と、 前記気筒群の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御し、且つ、前記気筒群の他の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に制御するとともに、混合気の空燃比がリーン空燃比に制御される気筒であるリーン気筒および混合気の空燃比がリッチ空燃比に制御される気筒であるリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比を、前記三元触媒に流入する排気の空燃比の平均値が所定の目標排気空燃比となるように制御する空燃比ディザ制御を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、前記気筒群において常に同一の気筒を前記リーン気筒とし、且つ、前記気筒群に
おいて常に同一の気筒を前記リッチ気筒にして、前記空燃比ディザ制御を実行するものであって、さらに、前記制御部は、前記気筒群において、少なくとも、その気筒から排出される排気の前記三元触媒の横断面上における流速分布の一様度である排気の流速分布の一様度が最も低い気筒を、前記リッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する。
本発明に係る内燃機関は、複数の気筒を含む気筒群を有する。内燃機関が有する気筒群の数は一つでもよく、また、複数であってもよい。そして、本発明に係る構成では、内燃機関が複数の気筒群を有する場合、各気筒群に対応する排気通路のそれぞれに三元触媒が設けられる。また、本発明では、気筒群において、空燃比ディザ制御が実行された際にリーン気筒とされる気筒と、空燃比ディザ制御が実行された際にリッチ気筒となる気筒とは予め定められている。そして、制御部は、気筒群において常に同一の気筒をリーン気筒とし、且つ、気筒群において常に同一の気筒をリッチ気筒にして、空燃比ディザ制御を実行する。
上述したように、同一の気筒群であっても、排気の流速分布の一様度が気筒毎に異なる場合がある。つまり、同一の気筒群においても、排気の流速分布の一様度が相対的に高い気筒と、排気の流速分布の一様度が相対的に低い気筒とが発生する場合がある。このような場合に、排気の流速分布の一様度が相対的に低い気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行されると、該空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒において、リーン気筒から排出された排気、すなわちリーン空燃比の排気が比較的集中して流れる部分が生じ易くなる。つまり、三元触媒の横断面上における特定の部分をリーン空燃比の排気が流れ易くなる。そして、流入排気全体としては平均排気空燃比が目標排気空燃比に制御されていたとしても、三元触媒においてリーン空燃比の排気が比較的集中して流れる部分では、空燃比ディザ制御の実行中における平均排気空燃比が目標排気空燃比に対してリーン側にずれ易くなる。そうなると、三元触媒における当該部分では排気中のＮＯｘを十分に還元することが困難となる場合がある。その結果、空燃比ディザ制御の実行中における三元触媒全体としてＮＯｘ浄化率の低下を招く虞がある。
そこで、本発明においては、制御部は、気筒群において、少なくとも、排気の流速分布の一様度が最も低い気筒を、リッチ気筒にして空燃比ディザ制御を実行する。これによれば、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒において、リーン空燃比の排気が比較的集中して流れる部分が生じ難くなる。そうなると、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒の横断面上において、平均排気空燃比が目標排気空燃比に対してリーン側にずれる部分が生じ難くなる。もしくは、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒の横断面上において、平均排気空燃比が目標排気空燃比に対してリーン側にずれる部分が生じたとしても、そのずれ量が低減されることになる。したがって、本発明によれば、空燃比ディザ制御の実行中における三元触媒でのＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。
なお、排気の流速分布の一様度が相対的に低い気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行されると、排気の流速分布の一様度が相対的に低い気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行された場合とは逆に、該空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒において、リッチ気筒から排出された排気、すなわちリッチ空燃比の排気が比較的集中して流れる部分が生じ易くなる。つまり、三元触媒の横断面上における特定の部分をリッチ空燃比の排気が流れ易くなる。そうなると、流入排気全体としては平均排気空燃比が目標排気空燃比に制御されていたとしても、三元触媒においてリッチ空燃比の排気が比較的集中して流れる部分では、空燃比ディザ制御の実行中における平均排気空燃比が目標排気空燃比に対しリッチ側にずれ易くなる。ただし、流入排気の空燃比が理論空燃比に対してリッチ側にずれた場合の三元触媒におけるＨＣ・ＣＯ浄化率の低下度合いは、流入排気の空燃比が理論空燃比に対してリーン側にずれた場合の三元触媒におけるＮＯｘ浄化率の低下度合いよりも小さい。そこで、本発明では、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒において
、リッチ空燃比の排気が比較的集中して流れる部分が生じることを抑制するよりも、リーン空燃比の排気が比較的集中して流れる部分が生じることを抑制する方を優先する。
本発明においては、制御部が、気筒群において、少なくとも、排気の流速分布の一様度が最も低い気筒をリッチ気筒とし、且つ、気筒群において、少なくとも、排気の流速分布の一様度が最も高い気筒をリーン気筒にして、空燃比ディザ制御を実行してもよい。これによれば、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒において、リーン空燃比の排気が比較的集中して流れる部分がより生じ難くなる。そのため、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒の横断面上において、平均排気空燃比が目標排気空燃比に対してリーン側にずれる部分がより生じ難くなる。もしくは、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒の断面上において、平均排気空燃比が目標排気空燃比に対してリーン側にずれる部分が生じたとしても、そのずれ量がより低減されることになる。
また、気筒群における複数の気筒のうち二つ以上の気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合がある。本発明においては、このような場合、制御部が、気筒群において排気の流速分布の一様度が最も低い気筒から排気の流速分布の一様度が低い順にリッチ気筒にして空燃比ディザ制御を実行してもよい。
また、気筒群における複数の気筒のうち燃焼順序が連続する二つの気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合がある。本発明においては、このような場合、制御部が、気筒群において、排気の流速分布の一様度が最も低い気筒と、該排気の流速分布の一様度が最も低い気筒に対して燃焼順序が一つ前の気筒および該排気の流速分布の一様度が最も低い気筒に対して燃焼順序が一つ後の気筒のうち排気の流速分布の一様度がより低い方の気筒とを、リッチ気筒にして空燃比ディザ制御を実行してもよい。
これらによれば、複数の気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合に、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒において、リーン空燃比の排気が比較的集中して流れる部分がより生じ難くなる。そのため、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒の横断面上において、平均排気空燃比が目標排気空燃比に対してリーン側にずれる部分がより生じ難くなる。もしくは、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒の横断面上において、平均排気空燃比が目標排気空燃比に対してリーン側にずれる部分が生じたとしても、そのずれ量がより低減されることになる。
また、排気の流速分布の一様度は、三元触媒の横断面上における排気の最大流速（以下、単に「排気の最大流速」と称する場合もある。）と相関がある。つまり、排気の流速分布の一様度が低いほど、三元触媒の横断面上における特定の部分に集中して排気が流れるため、排気の最大流速が大きくなる傾向にある。そこで、第２の発明では、空燃比ディザ制御が実行される際に、内燃機関の気筒群において、少なくとも、排気の最大流速が最も大きい気筒を、リッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される。
より詳しくは、第２の発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、複数の気筒を含む気筒群を有する内燃機関の排気浄化システムであって、前記気筒群の各気筒に接続された排気枝管の集合部より下流側の排気通路に設けられた三元触媒と、 前記気筒群の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御し、且つ、前記気筒群の他の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に制御するとともに、混合気の空燃比がリーン空燃比に制御される気筒であるリーン気筒および混合気の空燃比がリッチ空燃比に制御される気筒であるリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比を、前記三元触媒に流入する排気の空燃比の平均値が所定の目標排気空燃比となるように制御する空燃比ディザ制御を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、前記気筒群において常に同一の気筒を前記リーン気筒とし、且つ、前記気筒群に
おいて常に同一の気筒を前記リッチ気筒にして、前記空燃比ディザ制御を実行するものであって、さらに、前記制御部は、前記気筒群において、少なくとも、その気筒から排出される排気の前記三元触媒の横断面上における最大流速である排気の最大流速が最も大きい気筒を前記リッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する。
本発明によれば、第１の発明と同様、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒において、リーン空燃比の排気が比較的集中して流れる部分が生じ難くなる。したがって、空燃比ディザ制御の実行中における三元触媒でのＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。
本発明においては、制御部が、気筒群において、少なくとも、排気の最大流速が最も大きい気筒をリッチ気筒とし、且つ、気筒群において、少なくとも、排気の最大流速が最も小さい気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御を実行してもよい。これによれば、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒において、リーン空燃比の排気が比較的集中して流れる部分がより生じ難くなる。
また、本発明においては、気筒群における複数の気筒のうち二つ以上の気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合、制御部が、気筒群において排気の最大流速が最も大きい気筒から排気の最大流速が大きい順にリッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行してもよい。
また、本発明においては、気筒群における複数の気筒のうち燃焼順序が連続する二つの気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合、制御部が、気筒群において、排気の最大流速が最も大きい気筒と、排気の最大流速が最も大きい気筒に対して燃焼順序が一つ前の気筒および排気の最大流速が最も大きい気筒に対して燃焼順序が一つ後の気筒のうち排気の最大流速がより大きい方の気筒とを、リッチ気筒にして空燃比ディザ制御を実行してもよい。
これらによれば、複数の気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合に、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒において、リーン空燃比の排気が比較的集中して流れる部分がより生じ難くなる。
本発明は、空燃比ディザ制御の実行中における三元触媒でのＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。
本発明の実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 内燃機関において空燃比ディザ制御が実行された場合の流入排気の空燃比の挙動を示すタイムチャートである。 本発明の実施例に係る空燃比ディザ制御のフローを示すフローチャートである。 三元触媒におけるＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯそれぞれの浄化率と排気空燃比との関係を示す図である。 図１に示す内燃機関における排気の流速分布の一様度γの気筒毎の差異を示す図である。 図５における内燃機関の吸入空気量がＡ１からＡ６までの範囲での、気筒毎の、排気の流速分布の一様度の平均値Ａγを示す図である。 本発明の実施例１に係る、図１に示す内燃機関の１番気筒から４番気筒における排気の流速分布の一様度の相対関係を示す図である。 本発明の実施例１における、空燃比ディザ制御を実行する際のリーン気筒とリッチ気筒の割り当ての第１の具体例を示す図である。 本発明の実施例１における、空燃比ディザ制御を実行する際のリーン気筒とリッチ気筒の割り当ての第２の具体例を示す図である。 本発明の実施例１における、空燃比ディザ制御を実行する際のリーン気筒とリッチ気筒の割り当ての第３の具体例を示す図である。 本発明の実施例１における、空燃比ディザ制御を実行する際のリーン気筒とリッチ気筒の割り当ての第４の具体例を示す図である。 図１に示す内燃機関における排気の最大流速Ｖｇｍａｘの気筒毎の差異を示す図である。 図１２における内燃機関の吸入空気量がＡ１からＡ６までの範囲での、気筒毎の、排気の最大流速の平均値ＡＶｇｍａｘを示す図である。 本発明の実施例１に係る、図１に示す内燃機関の１番気筒から４番気筒における排気の最大流速の相対関係を示す図である。 図１に示す内燃機関における排気の流速分布の一様度γの気筒毎の差異を示す図である。 本発明の実施例２に係る、図１に示す内燃機関の１番気筒から４番気筒における排気の流速分布の一様度の相対関係を示す図である。 本発明の実施例２における、空燃比ディザ制御を実行する際のリーン気筒とリッチ気筒の割り当ての第１の具体例を示す図である。 本発明の実施例２における、空燃比ディザ制御を実行する際のリーン気筒とリッチ気筒の割り当ての第２の具体例を示す図である。 図１に示す内燃機関における排気の最大流速Ｖｇｍａｘの気筒毎の差異を示す図である。 本発明の実施例２に係る、図１に示す内燃機関の１番気筒から４番気筒における排気の最大流速の相対関係を示す図である。 図１に示す内燃機関における排気の流速分布の一様度γの気筒毎の差異を示す図である。 図１に示す内燃機関における排気の最大流速Ｖｇｍａｘの気筒毎の差異を示す図である。 本発明の実施例の変形例に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
＜実施例１＞
（概略構成）
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のガソリンエンジンである。内燃機関１は４つの気筒２を有する直列４気筒エンジンである。つまり、内燃機関１は４つの気筒２を含む一つの気筒群を有している。ただし、本発明に係る内燃機関において、一の気筒群に含まれる気筒数は４つに限られるものではない。例えば、一の気筒群に含まれる気筒数は３つ又は６つでもよい。
内燃機関１の各気筒２には点火プラグ３が設けられている。内燃機関１にはインテークマニホールド４およびエキゾーストマニホールド５が接続されている。そして、インテークマニホールド４の各吸気枝管４ａは各気筒２にそれぞれ接続されている。各吸気枝管４ａにはガソリンを噴射する燃料噴射弁８が設けられている。各燃料噴射弁８にはデリバリーパイプ９からガソリンが供給される。そして、吸気枝管４ａの集合部が吸気通路６に接
続されている。
また、エキゾーストマニホールド５の各排気枝管５ａは各気筒２にそれぞれ接続されている。そして、排気枝管５ａの集合部が排気通路７に接続されている。排気通路７における、排気枝管５ａの集合部との接続部分には空燃比センサ１１が設けられている。また、排気通路７における空燃比センサ１１の直下流には三元触媒１０が設けられている。つまり、三元触媒１０に流入する排気の空燃比が空燃比センサ１１によって検出される。
内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、空燃比センサ１１が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ２０には、クランク角センサ２１およびアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。クランク角センサ２１は内燃機関１のクランク角を検出する。アクセル開度センサ２２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。そして、各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。ＥＣＵ２０は、クランク角センサ２１の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２２の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。 また、ＥＣＵ２０には、各点火プラグ３および各燃料噴射弁８が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらの装置が制御される。なお、内燃機関１は、燃料噴射弁８からの燃料噴射量が気筒２毎に変更可能な構成となっている。
（空燃比ディザ制御）
本実施例では、三元触媒１０の温度を上昇させるための所定の昇温条件が成立した場合、ＥＣＵ２０が、各気筒２における燃料噴射量（各燃料噴射弁８からの噴射量）を調整することで空燃比ディザ制御を実行する。本実施例に係る空燃比ディザ制御では、各気筒２における燃料噴射量を調整することで、４つの気筒２のうちの一部の気筒２における混合気の空燃比が理論空燃比よりリーンなリーン空燃比に制御され、且つ、４つの気筒２のうちの他の一部の気筒２における混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチなリッチ空燃比に制御される。ここで、混合気の空燃比がリーン空燃比に制御される気筒を「リーン気筒」と称し、混合気の空燃比がリッチ空燃比に制御される気筒を「リッチ気筒」と称する。さらに、空燃比ディザ制御では、三元触媒１０に流入する排気（流入排気）の空燃比の平均値（平均排気空燃比）が、理論空燃比近傍に設定されている所定の目標排気空燃比となるように、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比が空燃比センサ１１の検出値の平均値（以下、「平均センサ検出値」と称する場合もある。）に基づいてフィードバック制御される。具体的には、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける燃料噴射弁８からの燃料噴射量が平均センサ検出値に基づいて調整される。また、本実施例に係る空燃比ディザ制御においては、目標排気空燃比は理論空燃比近傍の空燃比に設定されている。しかしながら、本発明に係る空燃比ディザ制御における目標排気空燃比は理論空燃比近傍の空燃比に限られるものではない。例えば、目標排気空燃比を所定のリーン空燃比と所定のリッチ空燃比との間で交互に切り換えながら空燃比ディザ制御が実行されてもよい。ただし、このような場合も、空燃比ディザ制御の実行期間中における流入排気の空燃比の平均値は理論空燃比近傍となることで、該空燃比ディザ制御の実行中においても三元触媒におけるＨＣ，ＣＯ酸化機能およびＮＯｘ還元機能が発揮される。
図２は、内燃機関において、リーン気筒における燃焼とリッチ気筒における燃焼とが一気筒毎に交互に繰り返される空燃比ディザ制御が実行された場合の流入排気の空燃比の挙動を示すタイムチャートである。この図２に示すように、空燃比ディザ制御が実行されると、リーン空燃比の排気とリッチ空燃比の排気とが交互に三元触媒に供給されることになる。そして、リーン空燃比の排気とリッチ空燃比の排気との空燃比の平均値が目標排気空燃比に制御されることになる。なお、空燃比ディザ制御では、必ずしも、リーン気筒における燃焼とリッチ気筒における燃焼とが一気筒毎に交互に繰り返される必要はない、つま
り、気筒群における複数の気筒のうち、一部の気筒がリーン気筒となり、他の一部の気筒がリッチ気筒となればよい。
本実施例においては、空燃比ディザ制御が実行された際に、内燃機関１における１番気筒から４番気筒において、どの気筒がリーン気筒となり、どの気筒がリッチ気筒となるのかは予め定められている。そして、１番気筒から４番気筒のうち常に同一の気筒をリーン気筒とし、且つ、１番気筒から４番気筒のうち常に同一の気筒をリッチ気筒にして、空燃比ディザ制御が実行される。ここで、本実施例に係る空燃比ディザ制御の実行中は、図３に示すフローがＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。図３は、本実施例に係る空燃比ディザ制御のフローを示すフローチャートである。なお、本実施例においては、ＥＣＵ２０が本フローを実行することで、本発明に係る制御部が実現される。
本フローでは、Ｓ１０１において、空燃比ディザ制御実行中の所定期間（例えば、内燃機関１の１燃焼サイクルに相当する期間）における空燃比センサ１１の検出値の平均値である平均センサ検出値が算出される。次に、Ｓ１０２において、Ｓ１０１で算出された平均センサ検出値に基づいて、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比がフィードバック制御される。具体的には、Ｓ１０１で算出された平均センサ検出値が目標排気空燃比より高ければ、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比が低下するよう、それぞれの気筒における燃料噴射量が増加される。一方、Ｓ１０１で算出された平均センサ検出値が目標排気空燃比より低ければ、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比が上昇するよう、それぞれの気筒における燃料噴射量が低減される。このように、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比が調整されることで、平均排気空燃比が目標排気空燃比に制御されることになる。
ただし、空燃比ディザ制御の実行時に、上記のような空燃比のフィードバック制御が実行されることで流入排気全体としては平均空燃比が目標排気空燃比に制御されたとしても、三元触媒１０においては、部分的に、その部分を流れる排気の平均排気空燃比が目標排気空燃比に対してリーン側にずれた状態（以下、このような状態を「部分的な排気空燃比のリーンずれ」と称する場合もある。）となる箇所が生じる場合がある。以下、空燃比ディザ制御を実行した際に部分的な排気空燃比のリーンずれが生じる要因について説明する。
内燃機関１における各気筒２から排出された排気は、各気筒２に接続された排気枝管５ａを通って共通の排気通路７に流れ込み、該排気通路７に設けられた三元触媒１０に流入する。このとき、各排気枝管５ａの形状、各排気枝管５ａのその集合部への接続位置、および、三元触媒１０より上流側の排気通路７の形状等に起因して、該三元触媒１０の横断面上においては、流入する排気の流量が相対的に多い部分（すなわち、流入排気の流速が相対的に大きい部分）と相対的に少ない部分（すなわち、流入排気の流速が相対的に小さい部分）とが生じる。つまり、三元触媒１０においては、その横断面上において、各気筒から排出された排気の流速分布（流量分布）に偏りが生じることになる。そして、このときの排気の流速分布の偏り度合いは気筒２毎に異なっている。つまり、内燃機関１においては、排気の流速分布の一様度が気筒２毎に異なっている。
そして、内燃機関１では、上述したように、空燃比ディザ制御が実行された際には、１番気筒から４番気筒のうち常に同一の気筒がリーン気筒となり、且つ、１番気筒から４番気筒のうち常に同一の気筒がリッチ気筒となる。このとき、仮に、排気の流速分布の一様度が相対的に低い気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行されるとすると、リーン気筒から排出されたリーン空燃比の排気は三元触媒１０の径方向に拡がり難い。そのため、空燃比ディザ制御の実行中に、リーン気筒から排出されたリーン空燃比の排気が三元
触媒１０の横断面上における特定の部分を比較的集中して流れ易くなる。その結果、流入排気全体としては平均排気空燃比が目標排気空燃比に制御されていたとしても、三元触媒１０においてリーン空燃比の排気が比較的集中して流れる部分では、空燃比ディザ制御の実行中における平均排気空燃比が目標排気空燃比に対してリーン側にずれることになる。つまり、部分的な排気空燃比のリーンずれが生じることになる。
ここで、三元触媒におけるＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯそれぞれの浄化率と排気空燃比との関係について図４に基づいて説明する。図４において、横軸は排気空燃比を表しており、縦軸は三元触媒におけるＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯそれぞれの浄化率を表している。そして、図４において斜線部で示す排気空燃比の領域が、三元触媒におけるＮＯｘ浄化率およびＨＣ・ＣＯ浄化率の双方が好適な値となる浄化ウィンドウを示している。図４に示すように、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．６）を挟んだ所定の領域が三元触媒の浄化ウィンドウとなっている。そのため、空燃比ディザ制御の実行中に三元触媒において部分的な排気空燃比のリーンずれが生じ、その部分では平均排気空燃比が浄化ウィンドウから外れることになると、その部分においては、ＮＯｘを十分に還元することが困難となる。その結果、三元触媒全体としてのＮＯｘ浄化率が低下することになる。
そこで、本実施例では、内燃機関１において空燃比ディザ制御を実行する場合、ＥＣＵ２０は、部分的な排気空燃比のリーンずれを抑制すべく、１番気筒から４番気筒のうち排気の流速分布の一様度が最も低い気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御を実行する。これによれば、排気の流速分布の一様度が最も低い気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合に比べて、三元触媒１０の横断面上における特定の部分に集中してリーン空燃比の排気が流れることを抑制することができる。そのため、三元触媒１０において、部分的な排気空燃比のリーンずれが生じ難くなる。したがって、空燃比ディザ制御の実行中における三元触媒１０でのＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。
なお、内燃機関１において空燃比ディザ制御を実行する場合に、１番気筒から４番気筒のうち排気の流速分布の一様度が最も低い気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御を実行した場合、排気の流速分布の一様度が最も低い気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御を実行する場合とは逆に、三元触媒１０の横断面上における特定の部分に集中して、リッチ気筒から排出されたリッチ空燃比の排気が流れ易くなる。そのため、空燃比ディザ制御の実行時に、流入排気全体としては平均空燃比が目標排気空燃比に制御されたとしても、三元触媒１０においては、部分的に、その部分を流れる排気の平均排気空燃比が目標排気空燃比に対してリッチ側にずれた状態（以下、このような状態を「部分的な排気空燃比のリッチずれ」と称する場合もある。）となる箇所が生じる可能性がある。ただし、図４に示すように、流入排気の空燃比が理論空燃比に対してリッチ側にずれて浄化ウィンドウから外れた場合の三元触媒におけるＨＣ・ＣＯ浄化率の低下度合いは、流入排気の空燃比が理論空燃比に対してリーン側にずれて浄化ウィンドウから外れた場合の三元触媒におけるＮＯｘ浄化率の低下度合いよりも小さい。したがって、本実施例において、空燃比ディザ制御の実行中に、三元触媒１０において、部分的な空燃比のリッチずれが生じたとしても、部分的な空燃比のリーンずれが生じた場合よりも、三元触媒１０における排気浄化に対して与える総合的な影響は小さい。そこで、本実施例では、空燃比ディザ制御の実行中における、三元触媒１０での部分的な空燃比のリッチずれの抑制よりも、三元触媒１０での部分的な空燃比のリーンずれの抑制を優先する。
（排気の流速分布の一様度）
本実施例においては、内燃機関１における各気筒の排気の流速分布の一様度の相対関係はシミュレーションにより予め求められている。そして、空燃比ディザ制御を実行する際に、内燃機関１の１番気筒から４番気筒において、どの気筒をリーン気筒とし、どの気筒をリッチ気筒とするかについても、シミュレーションにより求められた排気の流速分布の
一様度の相対関係に基づいて予め定められている。ここで、内燃機関１の各気筒の排気の流速分布の一様度の相対関係について図５，６に基づいて説明する。
図５，６は、内燃機関１の各気筒２の排気の流速分布の一様度の相対関係を示す図である。ここで、排気の流速分布の一様度は、ＣＦＤ等のシミュレーションにより三元触媒１０の横断面上における排気の流速分布を算出し、その上で、下記式１によって算出される。
Figure 0006414132
γ：排気の流速分布の一様度
ｎ：シミュレーション上の計測点（計算点）の数
Ｗｉ：シミュレーション上の各計測点における排気の流速（排気通路７の軸方向の流速）
Ｗｍｅａｎ：Ｗｉの平均値
また、Ｗｉの平均値であるＷｍｅａｎは下記式２によって算出することができる。
Figure 0006414132
ΔＶｉ：シミュレーション上の各計測点の面積
上記式１により算出される排気の流速分布の一様度γは、１以下の値である。そして、γの値が大きいほど（すなわち、１に近い値であるほど）、三元触媒１０の横断面上における排気の流速分布がより均一に近い状態であることを示している。
図５は、上記式１により算出される排気の流速分布の一様度γの気筒毎の差異を示している。図５において、横軸は、内燃機関１における吸入空気量Ａａｉｒを表している。なお、この横軸におけるＡ１からＡ６の範囲は、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関１の運転領域における吸入空気量の範囲に対応している。また、図５において、縦軸は、各吸入空気量の下での気筒毎の排気の流速分布の一様度γを表している。つまり、図５において、丸印は、１番気筒の排気の流速分布の一様度を示している。また、四角印は、２番気筒の排気の流速分布の一様度を示している。また、三角印は、３番気筒の排気の流速分布の一様度を示している。また、バツ印は、４番気筒の排気の流速分布の一様度を示している。そして、図６は、図５における内燃機関１の吸入空気量がＡ１からＡ６までの範囲での、気筒毎の、排気の流速分布の一様度の平均値（以下、単に「排気の流速分布の一様度の平均値」と称する場合もある。）Ａγを示している。図６においては、縦軸が排気の流速分布の一様度の平均値Ａγを表している。
本実施例においては、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の流速分布の一様度の相対関係を、図６に示すような気筒毎の排気の流速分布の一様度の平均値Ａγに基づいて定義する。そのため、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の流速分布の一様度の相対関係は図７に示すとおりに定義される。つまり、本実施例においては、２番気筒、４番気筒、１番気筒、３番気筒の順に排気の流速分布の一様度が高いと定義される。
そして、上述したように、本実施例では、内燃機関１において空燃比ディザ制御を実行する場合、排気の流速分布の一様度が最も低い気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御
が実行される。つまり、内燃機関１においては、３番気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される。さらに、本実施例では、３番気筒以外の気筒について、空燃比ディザ制御を実行する際にリーン気筒とするかリッチ気筒とするかが、排気の流速分布の一様度の相対関係に加え、各気筒の燃焼順序（点火順序）や、リーン気筒とすべき気筒の数およびリッチ気筒とすべき気筒の数を考慮して定められている。以下、内燃機関１において空燃比ディザ制御を実行する際のリーン気筒とリッチ気筒の割り当ての具体例について図８〜１１に基づいて説明する。なお、本実施例では、図８〜１１に示すようなリーン気筒とリッチ気筒との割り当てが予めＥＣＵ２０に記憶されている。そして、その記憶された割り当てに基づいて、ＥＣＵ２０が、一部の気筒をリーン気筒とし、他の一部の気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御を実行する。これにより、空燃比ディザ制御が実行された際には、１番気筒から４番気筒のうち常に同一の気筒がリーン気筒となり、且つ、１番気筒から４番気筒のうち常に同一の気筒がリッチ気筒となる。
（具体例１）
図８は、空燃比ディザ制御において、リーン気筒における燃焼とリッチ気筒における燃焼とを一気筒毎に交互に繰り返す場合の、内燃機関１におけるリーン気筒とリッチ気筒の割り当てを示す図である。この場合、排気の流速分布の一様度が最も低い気筒である３番気筒がリッチ気筒に割り当てられることで、他の気筒をリーン気筒またはリッチ気筒のいずれに割り当てるのかは燃焼順序に応じて必然的に決まることになる。本実施例では、図８に示すように、内燃機関１における燃焼順序は、１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒となっている。したがって、本具体例の場合、図８に示すように、２番気筒および３番気筒をリッチ気筒とし、１番気筒および４番気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行される。
（具体例２）
図９は、内燃機関１において一つの気筒のみをリッチ気筒とし、他の三つの気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合の、リーン気筒とリッチ気筒の割り当てを示す図である。この場合、排気の流速分布の一様度が最も低い気筒である３番気筒がリッチ気筒に割り当てられることで、他の気筒は必然的にリーン気筒に割り当てられることになる。つまり、本具体例の場合、図９に示すように、３番気筒をリッチ気筒とし、その他の気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行される。
（具体例３）
図１０は、内燃機関１において、燃焼順序が連続する二つの気筒をリッチ気筒とし、燃焼順序が連続する他の二つの気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合の、リーン気筒とリッチ気筒の割り当てを示す図である。この場合、排気の流速分布の一様度が最も低い気筒である３番気筒がリッチ気筒に割り当てられるため、３番気筒に対して燃焼順序が一つ前の１番気筒および３番気筒に対して燃焼順序が一つ後の４番気筒のいずれかがリッチ気筒に割り当てられることになる。このような場合、１番気筒と４番気筒とのうち排気の流速分布の一様度がより低い方の気筒をリッチ気筒に割り当ててもよい。つまり、本具体例の場合、図１０に示すように、３番気筒と、１番気筒と４番気筒とのうち排気の流速分布の一様度がより低い１番気筒をリッチ気筒とし、残りの４番気筒および２番気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行される。
また、燃焼順序に関わらず、内燃機関１において二つの気筒をリッチ気筒とし、他の二つの気筒をリーン気筒にして、空燃比ディザ制御が実行される場合、排気の流速分布の一様度が低い順に優先的にリッチ気筒に割り当ててもよい。本実施例に係る内燃機関１では、図７に示すように、１番気筒の排気の流速分布の一様度が二番目に低い。そのため、燃焼順序に関わらず、排気の流速分布の一様度が低い順に二つの気筒をリッチ気筒に割り当てたとしても、図１０と同様に、３番気筒とおよび１番気筒がリッチ気筒に割り当てられ
、４番気筒および２番気筒がリーン気筒に割り当てられる。
（具体例４）
図１１は、内燃機関１において三つの気筒をリッチ気筒とし、残りの一つの気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合の、リーン気筒とリッチ気筒の割り当てを示す図である。この場合も、排気の流速分布の一様度が低い順に三つの気筒をリッチ気筒に割り当ててもよい。つまり、本具体例の場合、図１１に示すように、排気の流速分布の一様度が最も高い２番気筒のみをリーン気筒とし、その他の気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される。
上記の具体例３，４のように、四つの気筒のうち二つ以上の気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合、排気の流速分布の一様度がより低い気筒が優先的にリッチ気筒に割り当てられていることで、空燃比ディザ制御の実行中において、三元触媒１０の横断面上における特定の部分に集中してリーン空燃比の排気が流れることをより抑制することができる。そのため、三元触媒１０において、部分的な排気空燃比のリーンずれがより生じ難くなる。したがって、空燃比ディザ制御の実行中における三元触媒１０でのＮＯｘ浄化率の低下をより抑制することができる。
また、図１０，１１においては、排気の流速分布の一様度が最も低い３番気筒がリッチ気筒に割り当てられるとともに、排気の流速分布の一様度が最も高い２番気筒がリーン気筒に割り当てられている。これによれば、仮に、排気の流速分布の一様度が最も高い２番気筒がリッチ気筒に割り当てられ、残りの１番気筒および４番気筒のいずれか又はその両方がリーン気筒に割り当てられた場合に比べて、空燃比ディザ制御の実行中において、部分的な排気空燃比のリーンずれがより生じ難くなる。したがって、空燃比ディザ制御の実行中における三元触媒１０でのＮＯｘ浄化率の低下をより抑制することが可能となる。
なお、上述したとおり、本実施例では、排気の流速分布の一様度の平均値Ａγを、図５における内燃機関１の吸入空気量がＡ１からＡ６までの範囲、すなわち、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関１の運転領域における吸入空気量の全範囲での、気筒毎の排気の流速分布の一様度の平均値とした。そして、この排気の流速分布の一様度の平均値Ａγに基づいて、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の流速分布の一様度の相対関係を定義した。しかしながら、排気の流速分布の一様度の平均値Ａγを、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関１の運転領域における吸入空気量の全範囲内のうちの一部の範囲での気筒毎の排気の流速分布の一様度の平均値としてもよい。ここで、気筒毎の排気の流速分布の一様度の差異は、内燃機関１の吸入空気量が多いほど大きくなり易い傾向にある。そのため、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関１の運転領域における吸入空気量の範囲の上限値（つまり、図５におけるＡ６）を含んだ一部の範囲での気筒毎の排気の流速分布の一様度の平均値を、排気の流速分布の一様度の平均値Ａγとして採用するのが好ましい。
（排気の最大流速）
上述したとおり、各気筒２の排気の流速分布の一様度は、ＣＦＤ等のシミュレーションにより三元触媒１０の横断面上における排気の流速分布を算出した上で、上記式１により求められる。ここで、排気の流速分布の一様度は、三元触媒１０の横断面上における排気の最大流速（以下、単に「排気の最大流速」と称する場合もある。）と相関がある。つまり、排気の流速分布の一様度が低いほど、三元触媒１０の横断面上における特定の部分に集中して排気が流れるため、排気の最大流速が大きくなる傾向にある。そこで、気筒毎の排気の流速分布の一様度の相関関係に代えて、気筒毎の排気の最大流速の相関関係を求めてもよい。そして、気筒毎の排気の最大流速の相関関係に基づいて、内燃機関１において空燃比ディザ制御を実行する際のリーン気筒とリッチ気筒の割り当てを決定してもよい。
図１２，１３は、内燃機関１の各気筒２の排気の最大流速の相対関係を示す図である。図１２は、排気の最大流速Ｖｇｍａｘの気筒毎の差異を示している。図１２において、横軸は、内燃機関１における吸入空気量Ａａｉｒを表している。なお、図５と同様、この横軸におけるＡ１からＡ６の範囲は、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関１の運転領域における吸入空気量の範囲に対応している。また、図１２において、縦軸は、各吸入空気量の下での気筒毎の排気の最大流速Ｖｇｍａｘを表している。つまり、図１２において、丸印は、１番気筒の排気の最大流速を示している。また、四角印は、２番気筒の排気の最大流速を示している。また、三角印は、３番気筒の排気の最大流速を示している。また、バツ印は、４番気筒の排気の最大流速を示している。そして、図１３は、図１２における内燃機関１の吸入空気量がＡ１からＡ６までの範囲での、気筒毎の、排気の最大流速の平均値（以下、単に「排気の最大流速の平均値」と称する場合もある。）ＡＶｇｍａｘを示している。図１３においては、縦軸が排気の最大流速の平均値ＡＶｇｍａｘを表している。
そして、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の最大流速の相対関係を、図１３に示すような気筒毎の排気の最大流速の平均値ＡＶｇｍａｘに基づいて定義すると、その相対関係は図１４に示すとおりに定義されることになる。つまり、本実施例においては、３番気筒、１番気筒、４番気筒、２番気筒の順に排気の最大流速が高いと定義される。このように、本実施例においては、１番気筒から４番気筒における排気の最大流速の順位は、排気の流速分布の一様度の順位とは逆になる。そして、気筒毎の排気の最大流速の相関関係に基づいて空燃比ディザ制御を実行する際のリーン気筒とリッチ気筒の割り当てを決定する場合、本実施例では、図８〜１１に示すように、少なくとも、排気の最大流速が最も大きい気筒である３番気筒がリッチ気筒に割り当てられることになる。
また、図１０，１１に示すようにリーン気筒とリッチ気筒とが割り当てられる場合は、排気の最大流速がより大きい気筒が優先的にリッチ気筒に割り当てられ、排気の最大流速がより小さい気筒が優先的にリーン気筒に割り当てられることになる。より詳細には、図１０に示すように、内燃機関１において、燃焼順序が連続する二つの気筒をリッチ気筒とし、燃焼順序が連続する他の二つの気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合は、排気の最大流速が最も大きい気筒である３番気筒がリッチ気筒に割り当てられるため、３番気筒に対して燃焼順序が一つ前の１番気筒および３番気筒に対して燃焼順序が一つ後の４番気筒のいずれかがリッチ気筒に割り当てられることになる。このような場合、１番気筒と４番気筒とのうち排気の最大流速がより大きい方の気筒である１番気筒をリッチ気筒に割り当ててもよい。
また、燃焼順序に関わらず、内燃機関１において二つの気筒をリッチ気筒とし、他の二つの気筒をリーン気筒にして、空燃比ディザ制御が実行される場合、排気の最大流速が大きい順に優先的にリッチ気筒に割り当ててもよい。本実施例に係る内燃機関１では、図１４に示すように、１番気筒の排気の最大流速が二番目に大きい。そのため、燃焼順序に関わらず、排気の最大流速が大きい順に二つの気筒をリッチ気筒に割り当てたとしても、図１０と同様に、３番気筒とおよび１番気筒がリッチ気筒に割り当てられ、４番気筒および２番気筒がリーン気筒に割り当てられる。
また、図１１に示すように、内燃機関１において三つの気筒をリッチ気筒とし、残りの一つの気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合は、排気の最大流速が大きい順に三つの気筒をリッチ気筒に割り当ててもよい。つまり、排気の最大流速が最も小さい２番気筒のみをリーン気筒に割り当ててもよい。
このように、排気の最大流速がより大きい気筒が優先的にリッチ気筒に割り当てられる
ことで、排気の流速分布の一様度がより低い気筒が優先的にリッチ気筒に割り当てられる場合と同様の傾向で、各気筒がリッチ気筒またはリーン気筒に割り当てられることになる。そのため、空燃比ディザ制御の実行中において、三元触媒１０の横断面上における特定の部分に集中してリーン空燃比の排気が流れることをより抑制することができる。
＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。本実施例では、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の流速分布の一様度の相対関係を定義づけるためのパラメータが実施例１と異なっている。実施例１では、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の流速分布の一様度の相対関係を、図６に示すような気筒毎の排気の流速分布の一様度の平均値Ａγに基づいて定義した。これに対し、本実施例では、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関１の運転領域における吸入空気量の範囲内において各気筒における排気の流速分布の一様度γが最低値となったときの排気の流速分布の一様度（以下、「排気の流速分布の一様度の最低値」と称する場合もある。）に基づいて、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の流速分布の一様度の相対関係を定義する。これは、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関１の運転領域において、排気の流速分布の一様度γが最低値となるときが、三元触媒１０における部分的な平均排気空燃比に対して、気筒毎に異なる排気の流速分布の一様度が最も大きい影響を与えるときであると捉えることもできるためである。
図１５は、図５と同様の図である。つまり、内燃機関１における排気の流速分布の一様度γの気筒毎の差異を示す図である。そして、図１５においては、一点鎖線の丸で囲まれた値が、各気筒における排気の流速分布の一様度の最低値である。
図１５に示すように、１番気筒の排気の流速分布の一様度の最低値は３番気筒の排気の流速分布の一様度の最低値よりも小さい。そのため、排気の流速分布の一様度の最低値に基づいて、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の流速分布の一様度の相対関係を定義した場合、当該相対関係は図１６に示すとおりとなる。つまり、本実施例においては、２番気筒、４番気筒、３番気筒、１番気筒の順に排気の流速分布の一様度が高いと定義される。
そして、本実施例においても、内燃機関１において空燃比ディザ制御を実行する際のリーン気筒とリッチ気筒との割り当てと、排気の流速分布の一様度の相対関係との関係は、実施例１と同様となる。つまり、内燃機関１において空燃比ディザ制御を実行する場合、少なくとも排気の流速分布の一様度が最も低い気筒である１番気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される。また、１番気筒以外の気筒について、空燃比ディザ制御を実行する際にリーン気筒とするかリッチ気筒とするかは、気筒毎の排気の流速分布の一様度の相対関係に加え、各気筒の燃焼順序（点火順序）や、リーン気筒とすべき気筒の数およびリッチ気筒とすべき気筒の数を実施例１における各具体例と同様に考慮して定められる。
ここで、図１６に示すように、本実施例では、排気の流速分布の一様度が最も低い気筒が１番気筒であり、排気の流速分布の一様度が二番目に低い気筒が３番気筒であると定義されている点が、実施例１とは相違している（実施例１では、図７に示すように、排気の流速分布の一様度が最も低い気筒が３番気筒であり、排気の流速分布の一様度が二番目に低い気筒が１番気筒であると定義されている。）。そのため、実施例１の具体例１のように、リーン気筒における燃焼とリッチ気筒における燃焼とを一気筒毎に交互に繰り返す場合の、内燃機関１におけるリーン気筒とリッチ気筒の割り当ては、図８とは異なり、図１７に示すとおりとなる。すなわち、この場合、１番気筒および４番気筒をリッチ気筒とし、３番気筒および２番気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行されることになる
。
また、実施例１の具体例２のように、内燃機関１において一つの気筒のみをリッチ気筒とし、他の三つの気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合の、内燃機関１におけるリーン気筒とリッチ気筒の割り当ては、図９とは異なり、図１８に示すとおりとなる。すなわち、この場合、１番気筒のみをリッチ気筒とし、その他の気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行されることになる。なお、実施例１における具体例３，４のようにリーン気筒とリッチ気筒とを割り当てた場合は、本実施例においても、リーン気筒とリッチ気筒との割り当ては、それぞれ図１０，１１に示す割り当てと同様となる。
また、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関１の運転領域における吸入空気量の範囲において、排気の流速分布の一様度γが最低値となるときに、排気の最大流速は最大値となる傾向にある。図１９は、図１２と同様、排気の最大流速Ｖｇｍａｘの気筒毎の差異を示している。そして、図１９においては、一点鎖線の丸で囲まれた値が、各気筒における排気の最大流速の最大値である。図１９に示すように、１番気筒の排気の最大流速の最大値は３番気筒の排気の最大流速の最大値よりも大きい。そのため、排気の最大流速の最大値に基づいて、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の最大流速の相対関係を定義した場合、当該相対関係は図２０に示すとおりとなる。つまり、本実施例においては、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の最大流速の相対関係を排気の最大流速の最大値に基づいて定義した場合、１番気筒から４番気筒における排気の最大流速の順位は、図１６に示す排気の流速分布の一様度の順位とは逆になる。そして、本実施例においても、排気の最大流速が最も大きい気筒（すなわち、１番気筒）が、空燃比ディザ制御を実行する際のリッチ気筒に割り当てられることになる。また、１番気筒以外の気筒について、空燃比ディザ制御を実行する際にリーン気筒とするかリッチ気筒とするかは、気筒毎の排気の最大流速の相対関係に加え、各気筒の燃焼順序（点火順序）や、リーン気筒とすべき気筒の数およびリッチ気筒とすべき気筒の数を実施例１の場合と同様に考慮して定められる。
＜実施例３＞
本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。 本実施例では、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の流速分布の一様度の相対関係を定義づけるためのパラメータが実施例１，２と異なっている。本実施例では、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関１の運転領域における吸入空気量の範囲内において吸入空気量が上限値であるときの排気の流速分布の一様度（以下、「空気量上限時の排気の流速分布の一様度」と称する場合もある。）に基づいて、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の流速分布の一様度の相対関係を定義する。これは、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関１の運転領域において、吸入空気量が上限値であるときが、三元触媒１０における部分的な平均排気空燃比に対して、気筒毎に異なる排気の流速分布の一様度が最も大きい影響を与えるときであると捉えることもできるためである。
図２１は、図５と同様の図である。つまり、内燃機関１における排気の流速分布の一様度γの気筒毎の差異を示す図である。そして、図２１においては、一点鎖線で囲まれた値が、各気筒における空気量上限時の排気の流速分布の一様度である。
図２１に示すように、３番気筒の空気量上限時の排気の流速分布の一様度は１番気筒の空気量上限時の排気の流速分布の一様度よりも小さい。そのため、空気量上限時の排気の流速分布の一様度に基づいて、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の流速分布の一様度の相対関係を定義した場合、当該相対関係は、図７に示す実施例１における相対関係と同様に定義される。つまり、本実施例においては、２番気筒、４番気筒、１番気
筒、３番気筒の順に排気の流速分布の一様度が高いと定義される。
そして、本実施例においても、内燃機関１において空燃比ディザ制御を実行する際のリーン気筒とリッチ気筒との割り当てと、排気の流速分布の一様度の相対関係との関係は、実施例１と同様となる。つまり、内燃機関１において空燃比ディザ制御を実行する場合、少なくとも排気の流速分布の一様度が最も低い気筒である３番気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される。また、３番気筒以外の気筒について、空燃比ディザ制御を実行する際にリーン気筒とするかリッチ気筒とするかは、気筒毎の排気の流速分布の一様度の相対関係に加え、各気筒の燃焼順序（点火順序）や、リーン気筒とすべき気筒の数およびリッチ気筒とすべき気筒の数を実施例１における各具体例と同様に考慮して定められる。このとき、実施例１における具体例１〜４のようにリーン気筒とリッチ気筒とを割り当てた場合は、本実施例においても、リーン気筒とリッチ気筒との割り当ては、それぞれ図８〜１１に示す割り当てと同様となる。
また、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の最大流速の相対関係を、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関１の運転領域における吸入空気量の範囲内において吸入空気量が上限値であるときの排気の最大流速に基づいて定義してもよい。図２２は、図１２と同様、排気の最大流速Ｖｇｍａｘの気筒毎の差異を示している。そして、図２２においては、一点鎖線で囲まれた値が、各気筒における空気量上限時の排気の最大流速である。このように、内燃機関１の１番気筒から４番気筒における排気の最大流速の相対関係を、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関１の運転領域における吸入空気量の範囲内において吸入空気量が上限値であるときの排気の最大流速に基づいて定義した場合、１番気筒から４番気筒における排気の最大流速の順位は、図７に示す排気の流速分布の一様度の順位とは逆になる。つまり、１番気筒から４番気筒における排気の最大流速の相対関係は、実施例１における排気の最大流速の相対関係と同様、図１４に示すとおりに定義されることになる。そして、本実施例においても、排気の最大流速が最も大きい気筒（すなわち、３番気筒）が、空燃比ディザ制御を実行する際のリッチ気筒に割り当てられることになる。また、３番気筒以外の気筒について、空燃比ディザ制御を実行する際にリーン気筒とするかリッチ気筒とするかは、気筒毎の排気の最大流速の相対関係に加え、各気筒の燃焼順序（点火順序）や、リーン気筒とすべき気筒の数およびリッチ気筒とすべき気筒の数を実施例１の場合と同様に考慮して定められる。
＜変形例＞
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、図１に示す内燃機関１のような複数の気筒を含む一つの気筒群を有するエンジンのみならず、複数の気筒群を有するエンジンに適用することもできる。図２３は、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムをＶ型８気筒ガソリンエンジンに適用した場合の内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
図２３に示す内燃機関３００は、第１気筒群３１０および第２気筒群３２０を有している。第１気筒群３１０は４つの気筒３１２を含んでいる。第２気筒群３２０は４つの気筒３２２を含んでいる。各気筒群３１０，３２０の各気筒３１２，３２２には、点火プラグ３１３，３２３が設けられている。
第１気筒群３１０にはエキゾーストマニホールド３１５が接続されている。エキゾーストマニホールド３１５の各排気枝管３１５ａは、第１気筒群３１０の各気筒３１２にそれぞれ接続されている。第２気筒群３２０にはエキゾーストマニホールド３２５が接続されている。エキゾーストマニホールド３２５の各排気枝管３２５ａは、第２気筒群３２０の各気筒３２２にそれぞれ接続されている。なお、各気筒群３１０，３２０にはインテークマニホールドが接続されており、該インテークマニホールドの各吸気枝管には燃料噴射弁が設けられているが、これらの図示は省略されている。
そして、第１気筒群３１０に接続されたエキゾーストマニホールド３１５の各排気枝管３１５ａの集合部は排気通路３１７に接続されている。排気通路３１７における、排気枝管３１５ａの集合部との接続部分には第１空燃比センサ３１１が設けられている。また、排気通路３１７における第１空燃比センサ３１１の直下流には第１三元触媒３１８が設けられている。つまり、第１三元触媒３１８に流入する排気の空燃比が空燃比センサ３１１によって検出される。また、第２気筒群３２０に接続されたエキゾーストマニホールド３２５の各排気枝管３２５ａの集合部は排気通路３２７に接続されている。排気通路３２７における、排気枝管３２５ａの集合部との接続部分には第２空燃比センサ３２１が設けられている。また、排気通路３２７における第２空燃比センサ３２１の直下流には第２三元触媒３２８が設けられている。つまり、第２三元触媒３２８に流入する排気の空燃比が第２空燃比センサ３２１によって検出される。つまり、本変形例に係るＶ型８気筒ガソリンエンジンの構成においては、各気筒群３１０，３２０に対応する排気通路３１７，３２７のそれぞれに三元触媒３１８，３２８および空燃比センサ３１１，３２１が設けられている。また、本構成においても、各空燃比センサ３１１，３２１の検出値は、内燃機関３００の運転状態等を制御するＥＣＵ（図示略）に入力される。
図２３に示すような構成の場合、各三元触媒３１８，３２８を昇温させるために空燃比ディザ制御が実行される。そのため、各気筒群３１０，３２０において、一部の気筒をリーン気筒とし、他の一部の気筒をリッチ気筒にすることで、空燃比ディザ制御が実行される。そして、第１三元触媒３１８に流入する流入排気の平均排気空燃比が所定の目標排気空燃比となるように、第１気筒群３１０におけるリーン気筒とリッチ気筒とのそれぞれにおける混合気の空燃比が第１空燃比センサ３１１の平均センサ検出値に基づいてフィードバック制御される。また、第２三元触媒３２８に流入する流入排気の平均排気空燃比が所定の目標排気空燃比となるように、第２気筒群３２０におけるリーン気筒とリッチ気筒とのそれぞれにおける混合気の空燃比が第１空燃比センサ３１１の平均センサ検出値に基づいてフィードバック制御される。
したがって、上記実施例１〜３において説明したような、空燃比ディザ制御を実行する際のリーン気筒とリッチ気筒の割り当ては、各気筒群３１０，３２０におけるリーン気筒とリッチ気筒の割り当てに適用される。つまり、第１気筒群３１０においては、１番気筒から４番気筒のうちで排気の流速分布の一様度が最も低い気筒がリッチ気筒に割り当てられ、第２気筒群３２０においては、５番気筒から８番気筒のうちで排気の流速分布の一様度が最も低い気筒がリッチ気筒に割り当てられる。また、気筒毎の排気の最大流速の相関関係に基づいて空燃比ディザ制御を実行する際のリーン気筒とリッチ気筒の割り当てを決定する場合は、第１気筒群３１０においては、１番気筒から４番気筒のうちで排気の最大流速が最も大きい気筒がリッチ気筒に割り当てられ、第２気筒群３２０においては、５番気筒から８番気筒のうちで排気の最大流速が最も大きい気筒がリッチ気筒に割り当てられる。
また、各気筒群３１０，３２０における他の気筒について、空燃比ディザ制御を実行する際にリーン気筒とするかリッチ気筒とするかは、各気筒群３１０，３２０での各気筒の排気の流速分布の一様度の相対関係、または、各気筒群３１０，３２０での各気筒の排気の最大流速の相対関係に加え、各気筒群３１０，３２０での各気筒の燃焼順序（点火順序）や、各気筒群３１０，３２０でのリーン気筒とすべき気筒の数およびリッチ気筒とすべき気筒の数を考慮して定められている。このとき、各気筒群３１０，３２０における気筒毎の排気の流速分布の一様度の相対関係、または、各気筒群３１０，３２０における気筒毎の排気の最大流速の相対関係の具体的な定義の仕方には、上記実施例１〜３において説明した定義の仕方を適用することができる。また、各気筒群３１０，３２０におけるリーン気筒とリッチ気筒との具体的な割り当て方には、上記実施例１〜３において説明した割
り当て方を適用することができる。
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
４・・・インテークマニホールド
４ａ・・吸気枝管
５・・・エキゾーストマニホールド
５ａ・・排気枝管
６・・・吸気通路
７・・・排気通路
８・・・燃料噴射弁
１０・・三元触媒
１１・・空燃比センサ
２０・・ＥＣＵ
３００・・内燃機関
３１０・・第１気筒群
３２０・・第２気筒群
３１１・・第１空燃比センサ
３２１・・第２空燃比センサ
３１２，３２２・・気筒
３１５，３２５・・エキゾーストマニホールド
３１５ａ，３２５ａ・・排気枝管
３１７，３２７・・排気通路
３１８・・第１三元触媒
３２８・・第２三元触媒

Claims (8)

  1. 複数の気筒を含む気筒群を有する内燃機関の排気浄化システムであって、
    前記気筒群の各気筒に接続された排気枝管の集合部より下流側の排気通路に設けられた三元触媒と、
    前記気筒群の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御し、且つ、前記気筒群の他の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に制御するとともに、混合気の空燃比がリーン空燃比に制御される気筒であるリーン気筒および混合気の空燃比がリッチ空燃比に制御される気筒であるリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比を、前記三元触媒に流入する排気の空燃比の平均値が所定の目標排気空燃比となるように制御する空燃比ディザ制御を実行する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記気筒群において常に同一の気筒を前記リーン気筒とし、且つ、前記気筒群において常に同一の気筒を前記リッチ気筒にして、前記空燃比ディザ制御を実行するものであって、さらに、
    前記制御部は、前記気筒群において、少なくとも、その気筒から排出される排気の前記三元触媒の横断面上における流速分布の一様度である排気の流速分布の一様度が最も低い気筒を、前記リッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する内燃機関の排気浄化システム。
  2. 前記制御部が、さらに、前記気筒群において、少なくとも、前記排気の流速分布の一様度が最も高い気筒を、前記リーン気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  3. 前記制御部が、前記気筒群における複数の気筒のうち二つ以上の気筒を前記リッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する場合、前記気筒群において前記排気の流速分布の一様度が最も低い気筒から前記排気の流速分布の一様度が低い順に前記リッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  4. 前記制御部が、前記気筒群における複数の気筒のうち燃焼順序が連続する二つの気筒を前記リッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する場合、前記気筒群において、前記排気の流速分布の一様度が最も低い気筒と、前記排気の流速分布の一様度が最も低い気筒に対して燃焼順序が一つ前の気筒および前記排気の流速分布の一様度が最も低い気筒に対して燃焼順序が一つ後の気筒のうち前記排気の流速分布の一様度がより低い方の気筒とを、前記リッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  5. 複数の気筒を含む気筒群を有する内燃機関の排気浄化システムであって、
    前記気筒群の各気筒に接続された排気枝管の集合部より下流側の排気通路に設けられた三元触媒と、
    前記気筒群の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御し、且つ、前記気筒群の他の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に制御するとともに、混合気の空燃比がリーン空燃比に制御される気筒であるリーン気筒および混合気の空燃比がリッチ空燃比に制御される気筒であるリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比を、前記三元触媒に流入する排気の空燃比の平均値が所定の目標排気空燃比となるように制御する空燃比ディザ制御を実行する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記気筒群において常に同一の気筒を前記リーン気筒とし、且つ、前記気筒群において常に同一の気筒を前記リッチ気筒にして、前記空燃比ディザ制御を実行す
    るものであって、さらに、
    前記制御部は、前記気筒群において、少なくとも、その気筒から排出される排気の前記三元触媒の横断面上における最大流速である排気の最大流速が最も大きい気筒を前記リッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する内燃機関の排気浄化システム。
  6. 前記制御部が、さらに、前記気筒群において、少なくとも、前記排気の最大流速が最も小さい気筒を、前記リーン気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  7. 前記制御部が、前記気筒群における複数の気筒のうち二つ以上の気筒を前記リッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する場合、前記気筒群において前記排気の最大流速が最も大きい気筒から前記排気の最大流速が大きい順に前記リッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する請求項５または６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  8. 前記制御部が、前記気筒群における複数の気筒のうち燃焼順序が連続する二つの気筒を前記リッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する場合、前記気筒群において、前記排気の最大流速が最も大きい気筒と、前記排気の最大流速が最も大きい気筒に対して燃焼順序が一つ前の気筒および前記排気の最大流速が最も大きい気筒に対して燃焼順序が一つ後の気筒のうち前記排気の最大流速がより大きい方の気筒とを、前記リッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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