WO2011155073A1 - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射量制御装置 Download PDF

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靖志 岩﨑
寛史 宮本
達郎 島田
勇夫 中島
純久 小田
松本 卓也
秤谷 雅史
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel injection amount control device for a multi-cylinder internal combustion engine.
  • An air-fuel ratio control device including (67) and a downstream air-fuel ratio sensor (68) is widely known.
  • This air-fuel ratio control device adjusts the output of the upstream air-fuel ratio sensor and the output of the downstream air-fuel ratio sensor so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine (the air-fuel ratio of the engine) matches the stoichiometric air-fuel ratio. Based on this, an “air-fuel ratio feedback amount for making the air-fuel ratio of the engine coincide with the stoichiometric air-fuel ratio” is calculated, and the air-fuel ratio of the engine is feedback-controlled based on the air-fuel ratio feedback amount.
  • an upstream air-fuel ratio sensor is provided, but a downstream air-fuel ratio sensor is not provided. Based on only the output of the upstream air-fuel ratio sensor, the "air-fuel ratio feedback amount for making the engine air-fuel ratio coincide with the stoichiometric air-fuel ratio"
  • An air-fuel ratio control apparatus that calculates and feedback-controls the air-fuel ratio of the engine based on the air-fuel ratio feedback amount is also widely known.
  • the air-fuel ratio feedback amount used in such an air-fuel ratio control device is a control amount common to all cylinders.
  • such an air-fuel ratio control device is generally applied to an internal combustion engine that employs an electronically controlled fuel injection device.
  • the internal combustion engine includes at least one fuel injection valve (39) in each cylinder or an intake port communicating with each cylinder. Therefore, when the characteristic of the fuel injection valve of a specific cylinder becomes “a characteristic of injecting an amount of fuel that is larger than the instructed fuel injection amount (indicated fuel injection amount)”, the mixture supplied to the specific cylinder Only the air air-fuel ratio (the air-fuel ratio of the specific cylinder) largely changes to the rich side. That is, the non-uniformity of air-fuel ratio among cylinders (air-fuel ratio variation among cylinders, air-fuel ratio imbalance among cylinders) increases. In other words, an imbalance occurs between the “cylinder air-fuel ratio” that is the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to each cylinder.
  • a cylinder corresponding to a fuel injection valve having a characteristic of injecting an amount of fuel that is larger or smaller than the commanded fuel injection amount is also referred to as an imbalance cylinder, and the remaining cylinders (the fuel of the commanded fuel injection amount)
  • the cylinder corresponding to the fuel injection valve to be injected) is also referred to as a non-imbalance cylinder (or normal cylinder).
  • the average air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the entire engine becomes an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, the air-fuel ratio of the specific cylinder is changed to the lean side so that the air-fuel ratio of the specific cylinder approaches the stoichiometric air-fuel ratio by the air-fuel ratio feedback amount common to all the cylinders. It is made to change to the lean side so that it may be kept away from. As a result, the average air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the entire engine matches the air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio.
  • the air-fuel ratio of the specific cylinder is still richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and the air-fuel ratios of the remaining cylinders are leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the combustion state becomes a combustion state different from complete combustion.
  • the amount of emissions discharged from each cylinder increases.
  • the three-way catalyst cannot completely purify the increased emission, and as a result, the emission may be deteriorated.
  • the air-fuel ratio imbalance condition between cylinders detecting that the air-fuel ratio non-uniformity among cylinders is excessive (the air-fuel ratio imbalance condition between cylinders) is detected, and taking some measures will worsen the emissions. It is important not to let it.
  • the air-fuel ratio imbalance among cylinders also occurs when the characteristic of the fuel injection valve of a specific cylinder becomes “a characteristic for injecting an amount of fuel that is less than the instructed fuel injection amount”.
  • One of the conventional fuel injection amount control devices acquires the locus length of the output value (output signal) of the upstream air-fuel ratio sensor (67). Further, the control device compares the trajectory length with a “reference value that changes according to the engine speed” and determines whether or not an air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred based on the comparison result. (See, eg, US Pat. No. 7,152,594).
  • Another one of the conventional fuel injection amount control devices analyzes the output value of the upstream air-fuel ratio sensor (67) and detects the air-fuel ratio for each cylinder. Then, this control device determines whether or not an air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred based on the detected difference between the cylinder-by-cylinder air-fuel ratios (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-220489). ).
  • the true average value (true temporal average value) of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the entire engine becomes “ May be controlled to a larger air-fuel ratio (lean air-fuel ratio). The reason for this will be described below.
  • the fuel supplied to the engine is a compound of carbon and hydrogen. Therefore, if the air-fuel ratio of the air-fuel mixture used for combustion is an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio, unburned substances such as “hydrocarbon HC, carbon monoxide CO and hydrogen H 2 ” are intermediate products. Is generated as In this case, as the air-fuel ratio of the air-fuel mixture used for combustion is richer than the stoichiometric air-fuel ratio and farther from the stoichiometric air-fuel ratio, the probability that the intermediate product encounters oxygen and combines during the combustion period is increased. It decreases rapidly. As a result, as shown in FIG. 2, the amount of unburned matter (HC, CO, and H 2 ) increases as the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the cylinder becomes richer (for example, two It increases in terms of a function.
  • unburned substances such as “hydrocarbon HC, carbon monoxide CO and hydrogen H 2 ”
  • the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the specific cylinder (the air-fuel ratio of the specific cylinder) is larger than the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the remaining cylinders (the air-fuel ratio of the remaining cylinders). It changes to the rich side air-fuel ratio (small air-fuel ratio). At this time, an extremely large amount of unburned matter (HC, CO, H 2 ) is discharged from the specific cylinder.
  • the upstream air-fuel ratio sensor (67) generally includes a diffusion resistance layer.
  • the upstream air-fuel ratio sensor (67) responds to oxygen or unburned matter that has passed through the diffusion resistance layer and reached the exhaust gas-side electrode layer (surface of the air-fuel ratio detection element) of the upstream air-fuel ratio sensor (67). Output the value.
  • hydrogen H 2 is a small molecule compared to hydrocarbon HC and carbon monoxide CO. Accordingly, hydrogen H 2 diffuses more quickly in the diffusion resistance layer of the upstream air-fuel ratio sensor (67) than other unburned substances (HC, CO). For this reason, when a large amount of unburned material composed of HC, CO, and H 2 is generated, selective diffusion (preferential diffusion) of hydrogen H 2 occurs in the diffusion resistance layer. In other words, the hydrogen H 2 reaches the exhaust gas side electrode layer in a larger amount than “other unburned substances (HC, CO)”.
  • the proportion of hydrogen H 2 to all of the unburnt substances contained in the exhaust gas reaching the exhaust-gas-side electrode layer of the upstream air-fuel ratio sensor, the hydrogen H 2 to all of the unburnt substances contained in the exhaust gas discharged from the engine Will be greater than the percentage.
  • the air-fuel ratio represented by the output value of the upstream air-fuel ratio sensor (67) is caused by the selective diffusion of hydrogen.
  • the air-fuel ratio is richer than the true average value of the air-fuel ratio (the true average value of the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine).
  • the air-fuel ratio A0 Assume that / F0 is the stoichiometric air-fuel ratio (eg, 14.6).
  • the amount of fuel supplied (injected) to each cylinder is equally 10% excessive. That is, it is assumed that 1.1 ⁇ F0 fuel is supplied to each cylinder.
  • the total amount of air supplied to the four cylinders (the amount of air supplied to the entire engine while each cylinder completes one combustion stroke) is 4 ⁇ A0, and is supplied to the four cylinders.
  • the output value of the upstream air-fuel ratio sensor (67) is an output value corresponding to the air-fuel ratio A0 / (1.1 ⁇ F0). Therefore, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the entire engine is made to coincide with the “theoretical air-fuel ratio A0 / F0 that is the target air-fuel ratio” by feedback control. In other words, the amount of fuel supplied to each cylinder is reduced by 10% by air-fuel ratio feedback control. That is, 1 ⁇ F0 fuel is supplied to each cylinder, and the air-fuel ratio of each cylinder coincides with the theoretical air-fuel ratio A0 / F0.
  • the amount of fuel supplied to one specific cylinder is an excess amount by 40% (that is, (1.4 ⁇ F0)), and is supplied to each of the remaining three cylinders. It is assumed that the amount of fuel is an appropriate amount (the amount of fuel necessary for the air-fuel ratio of each cylinder to match the stoichiometric air-fuel ratio, in this case F0).
  • the total amount of air supplied to the four cylinders is 4 ⁇ A0.
  • the amount of unburned matter (HC, CO, and H 2 ) in the exhaust gas increases rapidly as the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the cylinder becomes richer.
  • the exhaust gas mixed with the exhaust gas from each cylinder reaches the upstream air-fuel ratio sensor (67). Therefore, “the amount of hydrogen H 2 contained in the exhaust gas when only the amount of fuel supplied to a specific cylinder is 40% excessive” is “the amount of fuel supplied to each cylinder”.
  • the amount is significantly larger than the “amount of hydrogen H 2 contained in the exhaust gas”.
  • the air-fuel ratio represented by the output value of the upstream air-fuel ratio sensor (67) is “the true value of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the entire engine”.
  • the air-fuel ratio is richer than the average value (A0 / (1.1 ⁇ F0)). That is, even if the average value of the air-fuel ratio of the exhaust gas is “predetermined rich air-fuel ratio”, the exhaust-gas-side electrode layer of the upstream air-fuel ratio sensor (67) when the air-fuel ratio imbalance among cylinders is occurring.
  • the output value of the upstream air-fuel ratio sensor (67) is a value indicating the richer air-fuel ratio than the true average value of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture.
  • the true average value of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the entire engine is controlled to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio by the air-fuel ratio feedback control based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor. .
  • the above is the reason why the true average value of the air-fuel ratio is controlled to the lean side when non-uniformity of the air-fuel ratio occurs between the cylinders.
  • “the shift of the air-fuel ratio to the lean side due to selective hydrogen diffusion and feedback control” is referred to as “the shift of the air-fuel ratio to the lean side due to selective hydrogen diffusion”. Also called.
  • this control device executes feedback control (main feedback control) for making the air-fuel ratio of the engine coincide with the stoichiometric air-fuel ratio based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor (67). Further, this control device executes feedback control (sub-feedback control) for matching the output value of the downstream air-fuel ratio sensor (68) with a target value corresponding to the theoretical air-fuel ratio.
  • Hydrogen H 2 contained in the exhaust gas discharged from the engine is oxidized (purified) in the catalyst (53) together with other unburned substances (HC, CO).
  • the exhaust gas that has passed through the catalyst (53) reaches the downstream air-fuel ratio sensor (68). Therefore, the output value of the downstream air-fuel ratio sensor (68) is a value corresponding to the average value of the true air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine.
  • the output value of the downstream air-fuel ratio sensor is “overly leaned” by feedback control based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor (67). It becomes a value corresponding to the “corrected true air-fuel ratio”. That is, the output value of the downstream side air-fuel ratio sensor (68) changes according to the degree of imbalance between the air-fuel ratios, and therefore the output value of the downstream side air-fuel ratio sensor (68) corresponds to the theoretical air-fuel ratio.
  • the control amount (sub-feedback amount) used in the feedback control for matching the target value to be performed is a value reflecting the degree of the air-fuel ratio imbalance state between the cylinders. Therefore, the conventional control apparatus determines whether or not an air-fuel ratio imbalance state between cylinders has occurred based on the control amount of the sub-feedback control (see, for example, JP 2009-30455 A).
  • the engine may continue to operate in that state (a state where an air-fuel ratio imbalance state between cylinders has occurred). Further, when the air-fuel ratio non-uniformity occurs between the cylinders, the engine operation continues when the degree of non-uniformity is “a degree that it is not determined that the air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred”. Is done. In such a case, the air-fuel ratio of the engine is controlled to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio by feedback control based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor (67). As a result, a large amount of nitrogen oxide (NOx) is discharged from the engine, and the catalyst (53) may not be able to completely purify the nitrogen oxide.
  • NOx nitrogen oxide
  • This problem also occurs in the device that performs the above-described sub feedback control.
  • the sub-feedback amount is often provided with an upper limit value and a lower limit value. If the sub-feedback amount matches the upper limit value or the lower limit value, the air-fuel ratio of the engine is sufficiently controlled by the sub-feedback amount. It is not possible. Further, the sub feedback amount is configured to change relatively slowly. Therefore, even when the upper limit value and the lower limit value are not provided for the sub feedback amount, or even when the sub feedback amount does not match the upper limit value or the lower limit value, for example, after the engine is started, This is because a period in which the feedback amount is an inappropriate value occurs. In addition, the correction by the sub-feedback control is not performed during the period when the condition for executing the sub-feedback control is not satisfied.
  • one of the objects of the present invention is to provide a fuel injection amount control device for an internal combustion engine (hereinafter referred to as “fuel injection amount control device”) that can reduce the amount of nitrogen oxides discharged when non-uniformity in air-fuel ratio occurs between cylinders. And simply referred to as “the device of the present invention”).
  • the device of the present invention Multiple cylinders, An exhaust purification catalyst disposed at a position downstream of an exhaust collecting portion of an exhaust passage of the engine in which exhaust gases discharged from at least two of the plurality of cylinders collect; A plurality of fuel injection valves; It is applied to a multi-cylinder internal combustion engine having
  • the plurality of fuel injection valves are disposed corresponding to each of the at least two or more cylinders. That is, one or more fuel injection valves are provided for one cylinder. Each fuel injection valve injects an amount of fuel corresponding to the indicated fuel injection amount, which is fuel contained in the air-fuel mixture supplied to the respective combustion chambers of the at least two cylinders.
  • the device of the present invention includes a commanded fuel injection amount determining means and an upstream air-fuel ratio sensor.
  • the command fuel injection amount determining means determines the command fuel injection amount given to the fuel injection valve.
  • the upstream air-fuel ratio sensor is disposed in the exhaust passage and at a position between the exhaust collecting portion and the catalyst. The upstream air-fuel ratio sensor outputs an output value corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas that passes through the position where it is disposed.
  • the indicated fuel injection amount determination means includes feedback correction means, imbalance index value acquisition means, and fuel increase means.
  • the feedback correction means is configured to cause the indicated fuel so that “the air-fuel ratio (detected air-fuel ratio) represented by the output value of the upstream air-fuel ratio sensor” matches “the target air-fuel ratio set to the stoichiometric air-fuel ratio”.
  • the injection amount is feedback corrected.
  • the target air-fuel ratio used by the feedback correction means is also referred to as an upstream target air-fuel ratio.
  • the imbalance index value acquisition means acquires an air-fuel ratio imbalance index value that increases as a difference between the “air-fuel ratios of the air-fuel mixture supplied to the respective combustion chambers of the at least two or more cylinders” increases. .
  • the imbalance index value acquisition means can take the following various modes.
  • (A) The imbalance index value acquisition means sets a value that increases as the fluctuation of the air-fuel ratio of the exhaust gas that passes through the position where the upstream air-fuel ratio sensor is disposed increases as the air-fuel ratio imbalance index value. It may be configured to acquire based on an output value of the air-fuel ratio sensor.
  • the imbalance index value acquisition unit may have the following mode.
  • A-1 The imbalance index value acquisition means includes A differential value d (Vabyfs) / dt with respect to time of the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor is acquired, and a value correlated with the acquired differential value d (Vabyfs) / dt is obtained as the air-fuel ratio imbalance index value.
  • the imbalance index value acquisition means includes The differential value d (abyfs) / dt with respect to the time of the detected air-fuel ratio abyfs represented by the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor is acquired and correlated with the acquired differential value d (abyfs) / dt value.
  • a value may be obtained as the air-fuel ratio imbalance index value.
  • the imbalance index value acquisition means includes The second-order differential value d 2 (Vabyfs) / dt 2 with respect to the time of the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor is acquired, and a value correlated with the acquired second-order differential value d 2 (Vabyfs) / dt 2 is It may be configured to obtain as an air-fuel ratio imbalance index value.
  • the imbalance index value acquisition means includes The second-order differential value d 2 (abyfs) / dt 2 with respect to the time of the detected air-fuel ratio abyfs represented by the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor is acquired, and the acquired second-order differential value d 2 (abyfs) / A value correlated with dt 2 may be obtained as the air-fuel ratio imbalance index value.
  • the imbalance index value acquisition means includes A value correlated with the difference between the maximum value and the minimum value of the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor in a predetermined period, or a predetermined period of the detected air-fuel ratio abyfs expressed by the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor A value that correlates with a difference between the maximum value and the minimum value at the time can be obtained as the air-fuel ratio imbalance index value.
  • the imbalance index value acquisition means includes As the air-fuel ratio imbalance index value, a value that correlates with the locus length of the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor in a predetermined period, or a detected air-fuel ratio abyfs expressed by the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor. A value that correlates to the trajectory length in the predetermined period of time may be acquired.
  • the indicated fuel injection amount determining means is A sub-feedback amount required to match the output value of the downstream air-fuel ratio sensor with a value corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio is determined, and the indicated fuel injection amount is corrected based on the determined sub-feedback amount Including feedback control means
  • the imbalance index value acquisition means includes A value correlated with the sub feedback amount may be acquired as the air / fuel ratio imbalance index value.
  • the imbalance index value acquisition means includes A value that increases as the variation in the rotational speed of the engine increases may be acquired as the air-fuel ratio imbalance index value.
  • the fuel increasing means the larger the acquired air-fuel ratio imbalance index value, the “indicated air-fuel ratio determined by the indicated fuel injection amount” becomes “richer air-fuel ratio” than the stoichiometric air-fuel ratio. In this way, the commanded fuel injection amount is corrected to increase (that is, control for increasing the commanded fuel injection amount is executed). That is, the fuel increasing means increases the absolute value of the difference between the indicated air-fuel ratio and the theoretical air-fuel ratio and the indicated air-fuel ratio becomes smaller as the air-fuel ratio imbalance index value increases. Determine the fuel injection amount.
  • This fuel increasing means can also take the following various modes.
  • the fuel increasing means is The larger the acquired air-fuel ratio imbalance index value, the larger the absolute value of the difference from the stoichiometric air-fuel ratio becomes, and the air-fuel ratio becomes smaller than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the commanded fuel injection amount can be increased by changing the fuel ratio.
  • the fuel increasing means is: By increasing the acquired air-fuel ratio imbalance index value, the feedback correction means corrects the air-fuel ratio represented by the output value of the upstream air-fuel ratio sensor used for the feedback correction to a larger air-fuel ratio.
  • the commanded fuel injection amount may be increased.
  • the device of the present invention outputs an output value corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas that is disposed in the exhaust passage and downstream of the catalyst and that passes through the disposed position.
  • the indicated fuel injection amount determination means determines a sub-feedback amount necessary for making the output value of the downstream air-fuel ratio sensor coincide with the value corresponding to the theoretical air-fuel ratio.
  • sub feedback control means for correcting the command fuel injection amount based on the determined sub feedback amount,
  • the fuel increasing means is By changing the sub feedback amount determined by the sub feedback control means to an amount that increases the command fuel injection amount as the acquired air-fuel ratio imbalance index value increases, the command fuel injection amount Can be configured to increase.
  • the difference between the cylinders in the air-fuel ratio increases, and accordingly, the degree of shift of the air-fuel ratio to the lean side due to the selective diffusion of hydrogen is increased.
  • the commanded fuel injection amount is increased so that the commanded air-fuel ratio becomes smaller. Therefore, even when the degree of imbalance in the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio becomes large, the air-fuel ratio of the engine is maintained near the stoichiometric air-fuel ratio. As a result, the discharge amount of nitrogen oxides into the atmosphere can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an internal combustion engine to which a fuel injection amount control device according to each embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the cylinder and the amount of unburned components discharged from the cylinder.
  • 3 is a sectional view of the internal combustion engine shown in FIG.
  • FIG. 4 is a partial schematic perspective view (perspective view) of the air-fuel ratio sensor (upstream air-fuel ratio sensor) shown in FIGS. 1 and 3.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the air-fuel ratio sensor shown in FIGS. 1 and 3.
  • FIGS. 6A to 6C are schematic cross-sectional views of an air-fuel ratio detection unit provided in the air-fuel ratio sensor (upstream air-fuel ratio sensor) shown in FIGS.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the air-fuel ratio of exhaust gas and the limit current value of the air-fuel ratio sensor.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the air-fuel ratio of exhaust gas and the output value of the air-fuel ratio sensor.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the air-fuel ratio of exhaust gas and the output value of the downstream air-fuel ratio sensor shown in FIGS.
  • FIG. 10 is a time chart showing the behavior of each value related to the air-fuel ratio imbalance index value when the air-fuel ratio imbalance state between cylinders occurs and when the same state does not occur.
  • FIG. 10 is a time chart showing the behavior of each value related to the air-fuel ratio imbalance index value when the air-fuel ratio imbalance state between cylinders occurs and when the same state does not occur.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the actual imbalance ratio and the air-fuel ratio imbalance index value that is the detected air-fuel ratio change rate.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the fuel injection amount control apparatus (first control apparatus) according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the first control device.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the first control device.
  • FIG. 15 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the fuel injection amount control device (second control device) according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the fuel injection amount control apparatus (first control apparatus) according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the first control device.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the
  • FIG. 16 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the fuel injection amount control device (third control device) according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the fuel injection amount control apparatus (fourth control apparatus) according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the fuel injection amount control apparatus (fifth control apparatus) according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the fuel injection amount control apparatus (sixth control apparatus) according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the fuel injection amount control device (seventh control device) according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the seventh control apparatus.
  • FIG. 22 is a flowchart showing a routine executed by the CPU of the fuel injection amount control apparatus (eighth control apparatus) according to the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a graph showing the relationship between the actual imbalance ratio and the air-fuel ratio imbalance index value that is the average value of the learned values of the sub feedback amount.
  • control device for an internal combustion engine (hereinafter also simply referred to as “control device”) according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • This control device is a part of an air-fuel ratio control device that controls the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine (the air-fuel ratio of the engine), and is also a part of an air-fuel ratio imbalance among cylinders determination device. .
  • FIG. 3 shows a system in which the control device according to the first embodiment (hereinafter also referred to as “first control device”) is applied to a 4-cycle, spark ignition type, multi-cylinder (in-line 4-cylinder) internal combustion engine 10.
  • first control device the control device according to the first embodiment
  • FIG. 3 shows only a cross section of a specific cylinder, but the other cylinders have the same configuration.
  • the internal combustion engine 10 includes a cylinder block portion 20, a cylinder head portion 30, an intake system 40, and an exhaust system 50.
  • the cylinder block unit 20 includes a cylinder block, a cylinder block lower case, an oil pan, and the like.
  • the cylinder head part 30 is fixed on the cylinder block part 20.
  • the intake system 40 includes various members that supply gasoline mixture to the cylinder block unit 20.
  • the exhaust system 50 includes various members for releasing the exhaust gas discharged from the cylinder block unit 20 to the outside.
  • the cylinder block unit 20 includes a cylinder 21, a piston 22, a connecting rod 23, and a crankshaft 24.
  • the piston 22 reciprocates in the cylinder 21, and the reciprocating motion of the piston 22 is transmitted to the crankshaft 24 through the connecting rod 23, whereby the crankshaft 24 rotates.
  • the wall surface of the cylinder 21 and the upper surface of the piston 22 form a combustion chamber 25 together with the lower surface of the cylinder head portion 30.
  • the cylinder head unit 30 includes an intake port 31, an intake valve 32, a variable intake timing control device 33, an exhaust port 34, an exhaust valve 35, a variable exhaust timing control device 36, a spark plug 37, an igniter 38, and a fuel injection valve (fuel injection means). , Fuel supply means) 39.
  • the intake port 31 communicates with the combustion chamber 25.
  • the intake valve 32 opens and closes the intake port 31.
  • the variable intake timing control device 33 includes an intake camshaft that drives the intake valve 32, and an actuator 33a that continuously changes the phase angle of the intake camshaft.
  • the exhaust port 34 communicates with the combustion chamber 25.
  • the exhaust valve 35 opens and closes the exhaust port 34.
  • the variable exhaust timing control device 36 includes an exhaust camshaft that drives the exhaust valve 35, and an actuator 36a that continuously changes the phase angle of the exhaust camshaft.
  • One spark plug 37 is disposed in each combustion chamber 25.
  • One igniter 58 is provided for each spark plug 37.
  • the igniter 38 includes an ignition coil.
  • One fuel injection valve 39 is provided for each combustion chamber 25.
  • the fuel injection valve 39 is provided in each intake port 31 that communicates with each combustion chamber 25.
  • the fuel injection valve 39 injects “the fuel of the indicated fuel injection amount included in the injection instruction signal” into the corresponding intake port 31 when it is normal.
  • each of the plurality of cylinders includes the fuel injection valve 39 that supplies fuel independently of the other cylinders.
  • the intake system 40 includes an intake manifold 41, an intake pipe 42, an air filter 43, and a throttle valve 44.
  • the intake manifold 41 includes a plurality of branch portions 41a and a surge tank 41b as shown in FIG. One end of each of the plurality of branch portions 41a is connected to each of the plurality of intake ports 31 as shown in FIG. The other ends of the plurality of branch portions 41a are connected to the surge tank 41b. One end of the intake pipe 42 is connected to the surge tank 41b. The air filter 43 is disposed at the other end of the intake pipe 42.
  • the throttle valve 44 is provided in the intake pipe 42 so that the opening cross-sectional area of the intake passage is variable.
  • the throttle valve 44 is rotationally driven in the intake pipe 42 by a throttle valve actuator 44a (a part of the throttle valve driving means) made of a DC motor.
  • the exhaust system 50 includes an exhaust manifold 51, an exhaust pipe 52, an upstream catalyst 53 disposed in the exhaust pipe 52, and a downstream catalyst (not shown) disposed in the exhaust pipe 52 downstream of the upstream catalyst 53. I have.
  • the exhaust manifold 51 includes a plurality of branch portions 51a each having one end connected to the exhaust port, and the other ends of the plurality of branch portions 51a and all the branch portions 51a.
  • the collecting portion 51b is also referred to as an exhaust collecting portion HK because exhaust gas discharged from a plurality of (two or more, four in this example) cylinders gathers.
  • the exhaust pipe 52 is connected to the collecting portion 51b.
  • the exhaust port 34, the exhaust manifold 51, and the exhaust pipe 52 constitute an exhaust passage.
  • Each of the upstream side catalyst 53 and the downstream side catalyst is a so-called three-way catalyst device (exhaust purification catalyst) carrying an active component made of a noble metal (catalyst substance) such as platinum, rhodium and palladium.
  • Each catalyst has a function of oxidizing unburned components such as HC, CO, H 2 and reducing nitrogen oxides (NOx) when the air-fuel ratio of the gas flowing into each catalyst is the stoichiometric air-fuel ratio. This function is also called a catalyst function.
  • each catalyst has an oxygen storage function for storing (storing) oxygen.
  • Each catalyst can purify unburned components and nitrogen oxides even if the air-fuel ratio shifts from the stoichiometric air-fuel ratio due to the oxygen storage function.
  • the oxygen storage function is provided by an oxygen storage material such as ceria (CeO 2 ) supported on the catalyst.
  • This system includes a hot-wire air flow meter 61, a throttle position sensor 62, a water temperature sensor 63, a crank position sensor 64, an intake cam position sensor 65, an exhaust cam position sensor 66, an upstream air-fuel ratio sensor 67, a downstream air-fuel ratio sensor 68, An accelerator opening sensor 69 is provided.
  • the air flow meter 61 outputs a signal corresponding to the mass flow rate (intake air flow rate) Ga of intake air flowing through the intake pipe 42. That is, the intake air flow rate Ga represents the intake air amount Ga that is taken into the engine 10 per unit time.
  • the throttle position sensor 62 detects the opening degree of the throttle valve 44 (throttle valve opening degree) and outputs a signal representing the throttle valve opening degree TA.
  • the water temperature sensor 63 detects the cooling water temperature of the internal combustion engine 10 and outputs a signal representing the cooling water temperature THW.
  • the coolant temperature THW is a parameter that represents the warm-up state of the engine 10 (temperature of the engine 10).
  • the crank position sensor 64 outputs a signal having a narrow pulse every time the crankshaft 24 rotates 10 ° and a wide pulse every time the crankshaft 24 rotates 360 °. This signal is converted into an engine speed NE by an electric control device 70 described later.
  • the intake cam position sensor 65 outputs one pulse every time the intake cam shaft rotates 90 degrees from a predetermined angle, then 90 degrees, and then 180 degrees.
  • the electric control device 70 described later acquires an absolute crank angle CA based on the compression top dead center of the reference cylinder (for example, the first cylinder) based on signals from the crank position sensor 64 and the intake cam position sensor 65. It has become.
  • the absolute crank angle CA is set to “0 ° crank angle” at the compression top dead center of the reference cylinder, and increases to a 720 ° crank angle according to the rotation angle of the crankshaft 24. Set to an angle.
  • the exhaust cam position sensor 66 outputs one pulse every time the exhaust camshaft rotates 90 degrees from a predetermined angle, then 90 degrees, and further 180 degrees.
  • the upstream side air-fuel ratio sensor 67 is located at either the exhaust manifold 51 or the exhaust pipe 52 (that is, the exhaust pipe 52 (ie, exhaust gas) at a position between the collecting portion 51 b of the exhaust manifold 51 and the upstream catalyst 53. Channel) ”.
  • the upstream air-fuel ratio sensor 67 corresponds to the air-fuel ratio sensor in the present invention.
  • the upstream side air-fuel ratio sensor 67 is disclosed in, for example, “Limit current type wide area air-fuel ratio including diffusion resistance layer” disclosed in JP-A-11-72473, JP-A-2000-65782, JP-A-2004-69547, and the like. Sensor ".
  • the upstream air-fuel ratio sensor 67 has an air-fuel ratio detector 67a, an outer protective cover 67b, and an inner protective cover 67c.
  • the outer protective cover 67b is a hollow cylindrical body made of metal.
  • the outer protective cover 67b accommodates the inner protective cover 67c so as to cover the inner protective cover 67c.
  • the outer protective cover 67b has a plurality of inflow holes 67b1 on its side surface.
  • the inflow hole 67b1 is a through hole for allowing exhaust gas (exhaust gas outside the outer protective cover 67b) EX flowing in the exhaust passage to flow into the outer protective cover 67b.
  • the outer protective cover 67b has an outflow hole 67b2 on the bottom surface for allowing the exhaust gas inside the outer protective cover 67b to flow out (exhaust passage).
  • the inner protective cover 67c is a hollow cylindrical body made of metal and having a diameter smaller than that of the outer protective cover 67b.
  • the inner protective cover 67c accommodates the air-fuel ratio detection unit 67a so as to cover the air-fuel ratio detection unit 67a.
  • the inner protective cover 67c has a plurality of inflow holes 67c1 on its side surface.
  • the inflow hole 67c1 is a through-hole for allowing exhaust gas flowing into the “space between the outer protective cover 67b and the inner protective cover 67c” through the inflow hole 67b1 of the outer protective cover 67b to flow into the inner protective cover 67c. It is.
  • the inner protective cover 67c has an outflow hole 67c2 for allowing the exhaust gas inside the inner protective cover 67c to flow out to the outside.
  • the air-fuel ratio detector 67a includes a solid electrolyte layer 671, an exhaust gas side electrode layer 672, an atmosphere side electrode layer 673, a diffusion resistance layer 674, One wall portion 675, a catalyst portion 676, a second wall portion 677, and a heater 678 are included.
  • the solid electrolyte layer 671 is an oxygen ion conductive oxide sintered body.
  • the solid electrolyte layer 671 is a “stabilized zirconia element” in which CaO as a stabilizer is dissolved in ZrO 2 (zirconia).
  • the solid electrolyte layer 671 exhibits well-known “oxygen battery characteristics” and “oxygen pump characteristics” when its temperature is equal to or higher than the activation temperature.
  • the exhaust gas side electrode layer 672 is made of a noble metal having high catalytic activity such as platinum (Pt).
  • the exhaust gas side electrode layer 672 is formed on one surface of the solid electrolyte layer 671.
  • the exhaust gas side electrode layer 672 is formed by chemical plating or the like so as to have sufficient permeability (that is, in a porous shape).
  • the atmosphere side electrode layer 673 is made of a noble metal having high catalytic activity such as platinum (Pt).
  • the atmosphere-side electrode layer 673 is formed on the other surface of the solid electrolyte layer 671 so as to face the exhaust gas-side electrode layer 672 with the solid electrolyte layer 671 interposed therebetween.
  • the atmosphere-side electrode layer 673 is formed to have sufficient permeability (that is, in a porous shape) by chemical plating or the like.
  • the diffusion resistance layer (diffusion limiting layer) 674 is made of a porous ceramic (heat-resistant inorganic substance).
  • the diffusion resistance layer 674 is formed by, for example, a plasma spraying method or the like so as to cover the outer surface of the exhaust gas side electrode layer 672.
  • the first wall portion 675 is made of alumina ceramic that is dense and does not transmit gas.
  • the first wall portion 675 is formed so as to cover the diffusion resistance layer 674 except for a corner (a part) of the diffusion resistance layer 674. That is, the first wall portion 675 includes a penetration portion that exposes a part of the diffusion resistance layer 674 to the outside.
  • the catalyst part 676 is formed in the penetration part so as to close the penetration part of the first wall part 675. Similar to the upstream catalyst 53, the catalyst unit 676 carries a catalyst material that promotes a redox reaction and an oxygen storage material that exhibits an oxygen storage function.
  • the catalyst portion 676 is a porous body. Accordingly, as indicated by the white arrows in FIGS. 6B and 6C, the exhaust gas (the exhaust gas flowing into the inner protective cover 67c described above) passes through the catalyst portion 676. The exhaust gas reaches the diffusion resistance layer 674, and the exhaust gas further passes through the diffusion resistance layer 674 and reaches the exhaust gas side electrode layer 672.
  • the second wall 677 is made of alumina ceramic that is dense and does not allow gas to pass therethrough.
  • the second wall portion 677 is configured to form an “atmosphere chamber 67 ⁇ / b> A” that is a space for accommodating the atmosphere-side electrode layer 673.
  • the atmosphere is introduced into the atmosphere chamber 67A.
  • a power source 679 is connected to the upstream air-fuel ratio sensor 67.
  • the heater 678 is embedded in the second wall portion 677.
  • the heater 678 generates heat when energized by the electric control device 70 described later, heats the solid electrolyte layer 671, the exhaust gas side electrode layer 672, and the atmosphere side electrode layer 673, and adjusts their temperatures.
  • the upstream side air-fuel ratio sensor 67 having such a structure has the diffusion resistance layer 674 when the air-fuel ratio of the exhaust gas is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the oxygen that passes through and reaches the exhaust gas side electrode layer 672 is ionized and passed through the atmosphere side electrode layer 673.
  • a current I flows from the positive electrode to the negative electrode of the power source 679.
  • the magnitude of this current I is proportional to the concentration of oxygen (oxygen partial pressure, exhaust gas air-fuel ratio) reaching the exhaust gas side electrode layer 672 when the voltage V is set to a predetermined value Vp or more, as shown in FIG. It becomes a constant value.
  • the upstream air-fuel ratio sensor 67 outputs a value obtained by converting this current (that is, the limit current Ip) into a voltage as an output value Vabyfs.
  • the upstream air-fuel ratio sensor 67 detects oxygen present in the atmospheric chamber 67A. Is ionized to be led to the exhaust gas side electrode layer 672, and unburned substances (HC, CO, H 2 and the like) reaching the exhaust gas side electrode layer 672 through the diffusion resistance layer 674 are oxidized. As a result, a current I flows from the negative electrode of the power source 679 to the positive electrode. As shown in FIG. 6C, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the upstream air-fuel ratio sensor 67 detects oxygen present in the atmospheric chamber 67A. Is ionized to be led to the exhaust gas side electrode layer 672, and unburned substances (HC, CO, H 2 and the like) reaching the exhaust gas side electrode layer 672 through the diffusion resistance layer 674 are oxidized. As a result, a current I flows from the negative electrode of the power source 679 to the positive electrode. As shown in FIG.
  • the magnitude of the current I is also proportional to the concentration of unburned matter (that is, the air-fuel ratio of the exhaust gas) reaching the exhaust gas side electrode layer 672 when the voltage V is set to a predetermined value Vp or more. It becomes a constant value.
  • the upstream air-fuel ratio sensor 67 outputs a value obtained by converting this current (that is, the limit current Ip) into a voltage as an output value Vabyfs.
  • the air-fuel ratio detection unit 67a flows through the position where the upstream air-fuel ratio sensor 67 is disposed, and passes through the inlet hole 67b1 of the outer protective cover 67b and the inlet hole 67c1 of the inner protective cover 67c.
  • the output value Vabyfs according to the air-fuel ratio of the gas passing through and reaching the air-fuel ratio detection unit 67a is output as “air-fuel ratio sensor output”.
  • the output value Vabyfs increases as the air-fuel ratio of the gas reaching the air-fuel ratio detection unit 67a increases (lean). That is, as shown in FIG.
  • the output value Vabyfs is substantially proportional to the air-fuel ratio of the exhaust gas that has reached the air-fuel ratio detection unit 67a.
  • the output value Vabyfs matches the stoichiometric air-fuel ratio equivalent value Vstoich when the air-fuel ratio of the gas that has reached the air-fuel ratio detector 67a is the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the upstream air-fuel ratio sensor 67 is the same as the exhaust collecting portion HK of the exhaust passage of the engine in which the exhaust gas discharged from at least two or more of the plurality of cylinders collects or the same exhaust passage.
  • the electric control device 70 stores the air-fuel ratio conversion table (map) Mapyfs shown in FIG.
  • the electric control device 70 detects the actual upstream air-fuel ratio abyfs by applying the output value Vabyfs of the air-fuel ratio sensor 67 to the air-fuel ratio conversion table Mapafs (that is, acquires the detected air-fuel ratio abyfs).
  • the upstream air-fuel ratio sensor 67 is disposed at a position between the exhaust collecting portion HK and the upstream catalyst 53 as described above. Further, the upstream side air-fuel ratio sensor 67 is disposed so that the outer protective cover 67 b is exposed either in the exhaust manifold 51 or in the exhaust pipe 52.
  • the bottom surface of the protective cover (67b, 67c) is parallel to the flow of the exhaust gas EX, and the protective cover (67b, 67c)
  • the central axis CC is disposed in the exhaust passage so as to be orthogonal to the flow of the exhaust gas EX.
  • the exhaust gas EX flowing through the exhaust passage passes through the inflow hole 67b1 of the outer protective cover 67b and is located between the outer protective cover 67b and the inner protective cover 67c as shown by the arrow Ar1 in FIGS. Inflow.
  • the exhaust gas passes through the “inflow hole 67c1 of the inner protective cover 67c” as shown by the arrow Ar2 and then flows into the “inside of the inner protective cover 67c”, and then reaches the air-fuel ratio detection unit 67a.
  • the exhaust gas flows out into the exhaust passage through the “outflow hole 67c2 of the inner protective cover 67c and the outflow hole 67b2 of the outer protective cover 67b” as indicated by an arrow Ar3.
  • the flow rate of the exhaust gas inside the “outer protective cover 67b and the inner protective cover 67c” is the flow rate of the exhaust gas EX flowing in the vicinity of the outflow hole 67b2 of the outer protective cover 67b (hence, the intake air amount per unit time). It changes according to the air amount Ga). In other words, the time from “when the exhaust gas having a certain air-fuel ratio (first exhaust gas) reaches the inflow hole 67b1” to “when the first exhaust gas reaches the air-fuel ratio detection unit 67a” is equal to the intake air amount Ga. Depends on the engine speed NE.
  • the output responsiveness (responsiveness) of the air-fuel ratio sensor 67 to “the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust passage” is better as the flow rate (flow velocity) of the exhaust gas flowing near the outer protective cover 67 b of the air-fuel ratio sensor 67 is larger. become. This is also true when the upstream air-fuel ratio sensor 67 has only the inner protective cover 67c.
  • the downstream air-fuel ratio sensor 68 is the exhaust pipe 52 that is downstream of the upstream catalyst 53 and upstream of the downstream catalyst (that is, the upstream catalyst 53 and the downstream side). (Exhaust passage between catalyst).
  • the downstream air-fuel ratio sensor 68 is a known electromotive force type oxygen concentration sensor (a well-known concentration cell type oxygen concentration sensor using stabilized zirconia).
  • the downstream air-fuel ratio sensor 68 generates an output value Voxs corresponding to the air-fuel ratio of the gas to be detected, which is a gas that passes through a portion of the exhaust passage where the downstream air-fuel ratio sensor 68 is disposed. ing.
  • the output value Voxs is a value according to the air-fuel ratio of the gas flowing out from the upstream catalyst 53 and flowing into the downstream catalyst (and thus the temporal average value of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine). is there.
  • the output value Voxs becomes the maximum output value max (for example, about 0.9 V) when the air-fuel ratio of the detected gas is richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the output value Vabyfs is the minimum output value min (for example, about 0.1 V) when the air-fuel ratio of the detected gas is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the output value Voxs becomes a voltage Vst (intermediate voltage Vst, for example, about 0.5 V) approximately between the maximum output value max and the minimum output value min when the air-fuel ratio of the gas to be detected is the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the output value Voxs changes suddenly from the maximum output value max to the minimum output value min when the air-fuel ratio of the detected gas changes from an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio.
  • the output value Voxs suddenly changes from the minimum output value min to the maximum output value max when the air-fuel ratio of the gas to be detected changes from an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio.
  • the accelerator opening sensor 69 shown in FIG. 3 outputs a signal representing the operation amount Accp (accelerator pedal operation amount Accp) of the accelerator pedal 81 operated by the driver.
  • the accelerator pedal operation amount Accp increases as the operation amount of the accelerator pedal 81 (the opening degree of the accelerator pedal 81) increases.
  • the electric control device 70 includes a “CPU 71, a ROM 72 in which a program executed by the CPU 71, tables (maps, functions), constants, and the like are stored in advance, a RAM 73 in which the CPU 71 temporarily stores data as necessary, a backup RAM 74, It is a known microcomputer composed of an interface 75 including an AD converter.
  • the backup RAM 74 is supplied with electric power from a battery mounted on the vehicle regardless of the position of an ignition key switch (not shown) of the vehicle on which the engine 10 is mounted (any one of an off position, a start position, an on position, etc.). It is like that.
  • the backup RAM 74 stores data (data is written) in accordance with an instruction from the CPU 71 and holds (stores) the data so that the data can be read. Therefore, the backup RAM 74 can hold data even when the operation of the engine 10 is stopped.
  • the backup RAM 74 cannot hold data when power supply from the battery is interrupted, for example, when the battery is removed from the vehicle. Therefore, when the power supply to the backup RAM 74 is resumed, the CPU 71 initializes (sets to a default value) data to be held in the backup RAM 74.
  • the backup RAM 74 may be a readable / writable nonvolatile memory such as an EEPROM.
  • the interface 75 is connected to the sensors 61 to 69, and supplies signals from these sensors to the CPU 71. Further, the interface 75 is provided with an actuator 33a of the variable intake timing control device 33, an actuator 36a of the variable exhaust timing control device 36, an igniter 38 of each cylinder, and a fuel injection valve provided corresponding to each cylinder in response to an instruction from the CPU 71. 39, a drive signal (instruction signal) is sent to the throttle valve actuator 44a, the heater 678 of the air-fuel ratio sensor 67, and the like.
  • the electric control device 70 sends an instruction signal to the throttle valve actuator 44a so that the throttle valve opening TA increases as the acquired accelerator pedal operation amount Accp increases. That is, the electric control device 70 changes the opening degree of the “throttle valve 44 disposed in the intake passage of the engine 10” according to the acceleration operation amount (accelerator pedal operation amount Accp) of the engine 10 changed by the driver. Throttle valve drive means is provided.
  • the air-fuel ratio feedback control (main feedback control) based on the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67 The reason why the air-fuel ratio shifts to the lean side has been described above.
  • the amount H1 is slightly larger than the amount H0, but both the amount H1 and the amount H0 are very small. That is, it can be said that the amount H1 and the amount H0 are substantially equal to each other when compared with the amount H3. Therefore, the total hydrogen amount SH1 is extremely larger than the total hydrogen amount SH2 (SH1 >> SH2).
  • the total amount SH1 of hydrogen contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio imbalance among cylinders occurs is When the imbalance between cylinders does not occur, the total amount SH2 of hydrogen contained in the exhaust gas becomes significantly larger.
  • the upstream air-fuel ratio sensor is caused by “selective diffusion of hydrogen H 2 ” in the diffusion resistance layer 674.
  • the detected air-fuel ratio abyfs expressed by the output value Vabyfs is an air-fuel ratio richer than “the true average value (A0 / (1.1 ⁇ F0)) of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the entire engine 10”. (Small air-fuel ratio).
  • the upstream air-fuel ratio is higher than when the air-fuel ratio imbalance among cylinders is not occurring. Since the concentration of hydrogen H 2 in the exhaust gas side electrode layer 672 of the sensor 67 is increased, the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67 is a value indicating an air-fuel ratio richer than “the true average value of the air-fuel ratio”. It becomes. As a result, the true average of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the entire engine 10 is controlled to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio by main feedback control.
  • the first control device and the control device according to another embodiment of the present invention reduce the emission amount of nitrogen oxides by compensating for such correction to the lean side.
  • the amount of fuel supplied to one specific cylinder is an amount that is too small (ie, 0.6 ⁇ F0) by 40%, and the remaining three cylinders (
  • the amount of fuel supplied to the second, third, and fourth cylinders is assumed to be the amount of fuel (ie, F0) such that the air-fuel ratio of these cylinders matches the stoichiometric air-fuel ratio. . In this case, it is assumed that no misfire occurs.
  • the amount of fuel supplied to the first to fourth cylinders is increased by the same predetermined amount (10%) by the main feedback control.
  • the amount of fuel supplied to the first cylinder is 0.7 ⁇ F0
  • the amount of fuel supplied to each of the second to fourth cylinders is 1.1 ⁇ F0.
  • H4 is the amount of hydrogen generated when the air-fuel ratio is A0 / (0.7 ⁇ F0), and is smaller than H1 and H0 (the amount of hydrogen generated when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio) and H0. Is almost equal. Accordingly, the total amount SH3 is at most (H0 + 3 ⁇ H1).
  • the detected air-fuel ratio abyfs obtained by applying the output value Vabyfs to the air-fuel ratio conversion table Mapaffs is “the rich air-fuel ratio (smaller than the stoichiometric air-fuel ratio) than the stoichiometric air-fuel ratio that is the upstream target air-fuel ratio abyfr. Air-fuel ratio).
  • the main feedback control is further executed, and the true average value of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the entire engine 10 is corrected to the lean side with respect to the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the first control device and the control device according to another embodiment of the present invention reduce the emission amount of nitrogen oxides by compensating for such correction to the lean side.
  • the air-fuel ratio imbalance index value is a parameter that represents “the degree of air-fuel ratio non-uniformity (imbalance / imbalance) between cylinders” caused by changes in the characteristics of the fuel injection valve 39 or the like.
  • the first control device increases (increases and corrects) the command fuel injection amount Fi based on the air-fuel ratio imbalance index value.
  • the air-fuel ratio imbalance determination between cylinders is a determination for determining whether or not the degree of non-uniformity of the air-fuel ratio has exceeded a warning required value.
  • the first control device determines whether or not the air-fuel ratio imbalance index value is equal to or greater than the imbalance determination threshold value, and when the air-fuel ratio imbalance index value is equal to or greater than the imbalance determination threshold value, It is determined that an imbalance condition has occurred.
  • the first control device acquires the air-fuel ratio imbalance index value as follows. (1) When a predetermined parameter acquisition condition (air-fuel ratio imbalance index value acquisition condition) is satisfied, the first control device indicates that “the air-fuel ratio (the detected air-fuel ratio is represented by the output value Vabyfs of the air-fuel ratio sensor 67). abyfs) ”is obtained.“ Change per unit time (constant sampling time ts) ”.
  • This “change amount per unit time of the detected air-fuel ratio abyfs” is a differential value (time differential value d (abyfs)) with respect to the time of the detected air-fuel ratio abyfs when the unit time is an extremely short time of about 4 milliseconds, for example. / Dt, the first-order differential value d (abyfs) / dt). Therefore, the “change amount per unit time of the detected air-fuel ratio abyfs” is also referred to as “detected air-fuel ratio change rate ⁇ AF”. Further, the detected air-fuel ratio change rate ⁇ AF is also referred to as “basic index amount”.
  • the first control device obtains an average value Ave ⁇ AF of the absolute values
  • the unit combustion cycle period is a period in which the crank angle required to complete each one combustion stroke elapses in all of the cylinders that exhaust the exhaust gas that reaches one air-fuel ratio sensor 67.
  • the engine 10 of this example is an in-line four-cylinder, four-cycle engine, and exhaust gas from the first to fourth cylinders reaches one air-fuel ratio sensor 67. Therefore, the unit combustion cycle period is a period in which the 720 ° crank angle elapses.
  • the first control device obtains an average value of the average values Ave ⁇ AF obtained for each of the plurality of unit combustion cycle periods, and adopts the value as an air-fuel ratio imbalance index value RIMB (parameter for imbalance determination). To do.
  • the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is also referred to as an air-fuel ratio imbalance ratio index value between cylinders or an imbalance ratio index value.
  • the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is not limited to the value obtained in this way, and can be obtained by various methods to be described later.
  • the air-fuel ratio imbalance index value RIMB (a value correlated with the detected air-fuel ratio change rate ⁇ AF) obtained as described above is “the degree of air-fuel ratio non-uniformity (imbalance) between cylinders, that is, the air-fuel ratio for each cylinder.
  • the value increases as “difference” increases. That is, the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is a value that increases as the difference between the air-fuel ratios of the air-fuel mixture supplied to the combustion chambers of the plurality of cylinders (cylinder-specific air-fuel ratio difference) increases.
  • this reason will be described.
  • the exhaust gas from each cylinder reaches the air-fuel ratio sensor 67 in the ignition order (hence, the exhaust order).
  • the air-fuel ratios of the exhaust gases discharged from the cylinders and reaching the air-fuel ratio sensor 67 are substantially the same. Accordingly, the detected air-fuel ratio abyfs when there is no cylinder-by-cylinder air-fuel ratio difference changes, for example, as shown by the broken line C1 in FIG. That is, when there is no air-fuel ratio non-uniformity between the cylinders, the waveform of the output value Vabyfs of the air-fuel ratio sensor 67 is substantially flat. Therefore, as indicated by the broken line C3 in FIG. 10C, when there is no cylinder-by-cylinder air-fuel ratio difference, the absolute value of the detected air-fuel ratio change rate ⁇ AF is small.
  • the characteristic of the “fuel injection valve 39 for injecting fuel to a specific cylinder becomes “characteristic for injecting fuel larger than the indicated fuel injection amount”
  • the air-fuel ratio difference for each cylinder is growing. That is, the air-fuel ratio of the exhaust gas of the specific cylinder (the air-fuel ratio of the imbalance cylinder) is greatly different from the air-fuel ratio of the exhaust gas of the cylinders other than the specific cylinder (the air-fuel ratio of the non-imbalance cylinder).
  • the detected air-fuel ratio abyfs when the air-fuel ratio imbalance among cylinders is occurring varies greatly for each unit combustion cycle period, for example, as shown by the solid line C2 in FIG. Therefore, as indicated by the solid line C4 in FIG. 10C, when the air-fuel ratio imbalance among cylinders is occurring, the absolute value of the detected air-fuel ratio change rate ⁇ AF becomes large.
  • of the detected air-fuel ratio change rate ⁇ AF varies greatly as the air-fuel ratio of the imbalance cylinder deviates from the air-fuel ratio of the non-imbalance cylinder.
  • the detected air-fuel ratio abyfs when the magnitude of the difference between the air-fuel ratio of the imbalance cylinder and the air-fuel ratio of the non-imbalance cylinder is the first value changes as indicated by a solid line C2 in FIG.
  • the detected air-fuel ratio abyfs when the magnitude of the difference between the air-fuel ratio of the imbalance cylinder and the air-fuel ratio of the non-imbalance cylinder is “a second value larger than the first value” is shown in FIG. B) It changes like the one-dot chain line C2a.
  • of the detected air-fuel ratio change rate ⁇ AF is an imbalance cylinder.
  • the air-fuel ratio imbalance index value RIMB increases as the actual cylinder-by-cylinder air-fuel ratio difference increases (as the degree of non-uniformity of the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio increases).
  • the first control device when acquiring the air-fuel ratio imbalance index value RIMB, compares the air-fuel ratio imbalance index value RIMB with the imbalance determination threshold value RIMBth. When the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is larger than the imbalance determination threshold RIMBth, the first control device determines that an air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred. In contrast, when the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is smaller than the imbalance determination threshold value RIMBth, the first control apparatus determines that the air-fuel ratio imbalance among cylinders has not occurred.
  • the first control device feedback corrects the indicated fuel injection amount so that the detected air-fuel ratio abyfs represented by the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67 matches the target air-fuel ratio (upstream target air-fuel ratio) abyfr. (Increase or decrease). That is, the first control device performs main feedback control.
  • the first control device increases the command fuel injection amount so that the larger the acquired air-fuel ratio imbalance index value RIMB is, the more fuel is injected.
  • the larger the acquired air-fuel ratio imbalance index value RIMB is, the more the air-fuel ratio in which the “air-fuel ratio determined by the commanded fuel injection amount (ie, commanded air-fuel ratio)” is richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • fuel increase control is performed to increase and correct the indicated fuel injection amount.
  • the first control device changes the upstream target air-fuel ratio abyfr to the stoichiometric air-fuel ratio stoich. Set. Further, the first control device decreases the upstream target air-fuel ratio abyfr in a range smaller than the stoichiometric air-fuel ratio stoich as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB increases. As a result, the air-fuel ratio of the engine obtained by the main feedback control approaches the stoichiometric air-fuel ratio. That is, the above-described “transition of the air-fuel ratio to the lean side due to the selective diffusion of hydrogen” can be prevented. As a result, the first control device can avoid an increase in the NOx emission amount.
  • the CPU 71 of the first control device repeatedly executes the fuel injection control routine shown in FIG. 12 for each cylinder every time the crank angle of any cylinder reaches a predetermined crank angle before the intake top dead center. It has become.
  • the predetermined crank angle is, for example, BTDC 90 ° CA (90 ° crank angle before intake top dead center).
  • a cylinder whose crank angle coincides with the predetermined crank angle is also referred to as a “fuel injection cylinder”.
  • the CPU 71 calculates the commanded fuel injection amount Fi and instructs fuel injection by this fuel injection control routine.
  • step 1205 a fuel cut condition (hereinafter referred to as “FC condition”) is established. It is determined whether it is established.
  • the CPU 71 determines “No” in step 1205 and proceeds to step 1215 to determine whether or not the value of the air-fuel ratio imbalance index value acquisition flag XIMBget is “1”.
  • the air-fuel ratio imbalance index value acquisition flag XIMBget is also referred to as an index value acquisition flag XIMBget.
  • the value of the index value acquisition flag XIMBget is set to “0” in the initial routine.
  • the initial routine is a routine executed by the CPU 71 when the ignition key switch of the vehicle on which the engine 10 is mounted is changed from OFF to ON.
  • the value of the index value acquisition flag XIMBget is set to “1” when the value of the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is acquired after the current start of the engine 10 (the routine of FIG. 14). (See Step 1465).
  • the CPU 71 makes a “No” determination at step 1215 to proceed to step 1220, and sets the target air-fuel ratio (upstream target air-fuel ratio) abyr to the stoichiometric air-fuel ratio stoich (eg, 14.6). Thereafter, the CPU 71 sequentially performs the processing from step 1225 to step 1240 described below, proceeds to step 1295, and once ends this routine.
  • Step 1225 The CPU 71 determines that the “fuel injection cylinder” is based on “the intake air amount Ga measured by the air flow meter 61, the engine speed NE acquired based on the signal of the crank position sensor 64, and the lookup table MapMc”.
  • “in-cylinder intake air amount Mc (k)” which is “the amount of air sucked into the fuel injection cylinder” is acquired.
  • the in-cylinder intake air amount Mc (k) is stored in the RAM while corresponding to each intake stroke.
  • the in-cylinder intake air amount Mc (k) may be calculated by a well-known air model (a model constructed according to a physical law simulating the behavior of air in the intake passage).
  • Step 1230 The CPU 71 obtains the basic fuel injection amount Fbase by dividing the in-cylinder intake air amount Mc (k) by the target air-fuel ratio abyfr.
  • the target air-fuel ratio abyfr is set to the stoichiometric air-fuel ratio stoich. Therefore, the basic fuel injection amount Fbase is a feed-forward amount of the fuel injection amount necessary for calculation in order to obtain the stoichiometric air-fuel ratio stoich.
  • This step 1230 constitutes a feedforward control means (air-fuel ratio control means) for making the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine coincide with the target air-fuel ratio abyfr.
  • Step 1235 The CPU 71 corrects the basic fuel injection amount Fbase with the main feedback amount DFi. More specifically, the CPU 71 calculates the command fuel injection amount (final fuel injection amount) Fi by adding the main feedback amount DFi to the basic fuel injection amount Fbase.
  • the main feedback amount DFi is an air-fuel ratio feedback amount for making the air-fuel ratio of the engine coincide with the target air-fuel ratio abyfr, and is an air-fuel ratio feedback amount obtained based on the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67.
  • the main feedback amount DFi may be further changed based on the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 68. A method for calculating the main feedback amount DFi will be described later.
  • Step 1240 The CPU 71 sends an injection instruction signal for injecting the “fuel of the indicated fuel injection amount Fi” from the “fuel injection valve 39 provided corresponding to the fuel injection cylinder” to the fuel injection valve 39. To do.
  • step 1225 to step 1240 are “the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 25 of two or more cylinders (all cylinders in this example) that exhaust the exhaust gas reaching the air-fuel ratio sensor 67.
  • the commanded fuel injection amount control means for controlling the commanded fuel injection amount Fi so that “” becomes the target air-fuel ratio abyfr.
  • step 1445 and step 1465 in FIG. 14 the value of the index value acquisition flag XIMBget is set to “1” (see step 1445 and step 1465 in FIG. 14).
  • the CPU 71 determines “Yes” in step 1215 following step 1205 and proceeds to step 1245 to determine the target air-fuel ratio byfr based on the air-fuel ratio imbalance index value RIMB.
  • the CPU 71 increases the air-fuel ratio imbalance index value RIMB so that the target air-fuel ratio abyfr becomes “smaller (richer)” in a range where the target air-fuel ratio abyfr is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio stoich (ie, The target air-fuel ratio abyfr is determined so that the absolute value of the difference between the target air-fuel ratio abyfr and the stoichiometric air-fuel ratio stoich becomes large).
  • the CPU 71 executes the processing from step 1225 to step 1240.
  • the basic fuel injection amount Fbase obtained in step 1230 is increased so as to increase as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB increases.
  • a main feedback amount DFi described later is changed so that the detected air-fuel ratio abyfs matches the target air-fuel ratio abyfr.
  • the target air-fuel ratio abyfr becomes “a value equal to or less than the stoichiometric air-fuel ratio stoich (a value on the richer side than the stoichiometric air-fuel ratio stoich or the stoichiometric air-fuel ratio stoich)” determined according to the air-fuel ratio imbalance index value RIMB.
  • the air-fuel ratio of the engine is corrected to the lean side due to the selective diffusion of hydrogen, the engine air-fuel ratio is controlled to a value near the stoichiometric air-fuel ratio stoich.
  • step 1205 If the FC condition is satisfied when the CPU 71 executes the process of step 1205, the CPU 71 determines “Yes” in step 1205 and directly proceeds to step 1295 to end the present routine tentatively. In this case, fuel injection control (fuel supply stop control) is executed because fuel injection by the processing of step 1240 is not executed.
  • fuel injection control fuel supply stop control
  • the CPU 71 repeatedly executes the “main feedback amount calculation routine” shown in the flowchart of FIG. 13 every elapse of a predetermined time. Therefore, when the predetermined timing comes, the CPU 71 starts processing from step 1300 and proceeds to step 1305 to determine whether or not the “main feedback control condition (upstream air-fuel ratio feedback control condition)” is satisfied.
  • the main feedback control condition is satisfied when all of the following conditions are satisfied.
  • (A1) The upstream air-fuel ratio sensor 67 is activated.
  • (A2) The engine load KL is equal to or less than the threshold KLth.
  • the load KL is a load factor obtained by the following equation (1).
  • an accelerator pedal operation amount Accp may be used.
  • Mc is the in-cylinder intake air amount
  • is the air density (unit is (g / l))
  • L is the exhaust amount of the engine 10 (unit is (l))
  • “4” is the engine.
  • the number of cylinders is 10.
  • KL (Mc / ( ⁇ ⁇ L / 4)) ⁇ 100% (1)
  • the CPU 71 makes a “Yes” determination at step 1305 to sequentially perform the processing from step 1310 to step 1340 described below, and proceeds to step 1395 to end the present routine tentatively.
  • Step 1310 The CPU 71 acquires the feedback control output value Vabyfc according to the following equation (2).
  • Vabyfs is an output value of the air-fuel ratio sensor 67
  • Vafsfb is a sub-feedback amount calculated based on the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 68.
  • a method for calculating the sub feedback amount Vafsfb is well known.
  • the sub feedback amount Vafsfb is decreased, for example, when the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 68 is a value indicating an air-fuel ratio richer than the value Vst corresponding to the theoretical air-fuel ratio, and the downstream air-fuel ratio sensor 68 is reduced.
  • the output value Voxs is increased when the air-fuel ratio is leaner than the value Vst corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the first control device may not perform the sub feedback control by setting the sub feedback amount Vafsfb to “0”. In this case, the first control device may not include the downstream air-fuel ratio sensor 68.
  • Vabyfc Vabyfs + Vafsfb (2)
  • Step 1315 The CPU 71 obtains the feedback control air-fuel ratio abyfsc by applying the feedback control output value Vabyfc to the table Mapyfs shown in FIG. 8 as shown in the following equation (3).
  • abyfsc Mapabyfs (Vabyfc) (3)
  • Step 1320 The CPU 71, according to the following equation (4), “in-cylinder fuel supply amount Fc (k ⁇ N)” that is “the amount of fuel actually supplied to the combustion chamber 25 at a time point N cycles before the current time point”. “ That is, the CPU 71 divides “the in-cylinder intake air amount Mc (k ⁇ N) at a point N cycles before the current point (ie, N ⁇ 720 ° crank angle)” by “the feedback control air-fuel ratio abyfsc”. Thus, the in-cylinder fuel supply amount Fc (k ⁇ N) is obtained.
  • Fc (k ⁇ N) Mc (k ⁇ N) / abyfsc (4)
  • the in-cylinder intake air amount Mc (k ⁇ N) N cycles before the current time is divided by the feedback control air-fuel ratio abyfsc. This is because “time corresponding to N cycles” is required until “exhaust gas generated by combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 25” reaches the air-fuel ratio sensor 67.
  • Step 1330 The CPU 71 acquires the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc according to the above equation (6). That is, the CPU 71 obtains the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc by subtracting the in-cylinder fuel supply amount Fc (k ⁇ N) from the target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k ⁇ N).
  • This in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is an amount representing the excess or deficiency of the fuel supplied into the cylinder at the time point before the N stroke.
  • DFc Fcr (k ⁇ N) ⁇ Fc (k ⁇ N) (6)
  • Step 1335 The CPU 71 obtains the main feedback amount DFi according to the following equation (7).
  • Gp is a preset proportional gain
  • Gi is a preset integral gain.
  • the “value SDFc” in the equation (7) is “an integral value of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc”. That is, the CPU 71 calculates the “main feedback amount DFi” by proportional-integral control for making the feedback control air-fuel ratio abyfsc coincide with the target air-fuel ratio abyfr.
  • DFi Gp ⁇ DFc + Gi ⁇ SDFc (7)
  • Step 1340 The CPU 71 adds the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc obtained in the above step 1330 to the integral value SDFc of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc at that time, so that a new in-cylinder fuel supply amount deviation is obtained. An integral value SDFc is obtained.
  • the main feedback amount DFi is obtained by proportional-integral control, and this main feedback amount DFi is reflected in the commanded fuel injection amount Fi by the processing of step 1240 in FIG.
  • step 1305 of FIG. 13 determines “No” in step 1305 and proceeds to step 1345 to set the value of the main feedback amount DFi to “0”. To "”.
  • step 1350 the CPU 71 stores “0” in the integral value SDFc of the in-cylinder fuel supply amount deviation. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1395 to end the present routine tentatively.
  • the main feedback amount DFi is set to “0”. Accordingly, the basic fuel injection amount Fbase is not corrected by the main feedback amount DFi.
  • the CPU 71 starts processing from step 1400 and proceeds to step 1410 to determine whether or not the value of the parameter acquisition permission flag Xkyoka is “1”.
  • the value of the parameter acquisition permission flag Xkyoka is “1” when a parameter acquisition condition (air-fuel ratio imbalance index acquisition permission condition) described later is satisfied when the absolute crank angle CA becomes 0 ° crank angle. And is immediately set to “0” when the parameter acquisition condition is not satisfied.
  • the parameter acquisition condition is satisfied when all of the following conditions (condition C1 to condition C5) are satisfied. Accordingly, the parameter acquisition condition is not satisfied when at least one of the following conditions (conditions C1 to C5) is not satisfied.
  • the conditions constituting the parameter acquisition conditions are not limited to the following conditions C1 to C5.
  • the intake air amount Ga acquired by the air flow meter 61 is within a predetermined range. That is, the intake air amount Ga is not less than the low threshold air flow rate GaLoth and not more than the high threshold air flow rate GaHith.
  • the engine speed NE is within a predetermined range. That is, the engine rotational speed NE is equal to or higher than the low-side threshold rotational speed NELoth and equal to or lower than the high-side threshold rotational speed NEHith.
  • Cooling water temperature THW is equal to or higher than threshold cooling water temperature THWth.
  • the main feedback control condition is satisfied.
  • Fuel cut control is not being performed.
  • the CPU 71 makes a “Yes” determination at step 1410 to proceed to step 1415 to acquire “the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67 at that time” by AD conversion.
  • the CPU 71 proceeds to step 1420 and applies the output value Vabyfs acquired in step 1415 to the air-fuel ratio conversion table Mapafs shown in FIG. 8 to acquire the current detected air-fuel ratio abyfs.
  • the CPU 71 stores the detected air-fuel ratio abyfs acquired when the routine is executed last time as the previous detected air-fuel ratio abyfsold before the process of step 1420. That is, the previous detected air-fuel ratio abyfsold is the detected air-fuel ratio abyfs at a time point 4 ms (sampling time ts) before the current time.
  • the initial value of the previous detected air-fuel ratio abyfsold is set to a value corresponding to the theoretical air-fuel ratio in the above-described initial routine.
  • step 1425 (A) Obtain the detected air-fuel ratio change rate ⁇ AF, (B) updating the integrated value SAFD of the absolute value
  • the detected air-fuel ratio change rate ⁇ AF (differential value d (abyfs) / dt) is data (basic index amount) that is the original data of the air-fuel ratio imbalance index value RIMB.
  • the CPU 71 acquires the detected air-fuel ratio change rate ⁇ AF by subtracting the previous detected air-fuel ratio abyfsold from the current detected air-fuel ratio abyfs.
  • ” to the integrated value SAFD is understood from FIGS. 10B and 10C. This is because the rate ⁇ AF (n) can be a positive value or a negative value.
  • the integrated value SAFD is also set to “0” in the above-described initial routine.
  • C Update of the integration number counter Cn to the integrated value SAFD of the absolute value
  • the CPU 71 increases the value of the counter Cn by “1” according to the following equation (10).
  • Cn (n) is the updated counter Cn
  • Cn (n ⁇ 1) is the updated counter Cn.
  • the value of the counter Cn is set to “0” in the above-described initial routine, and is also set to “0” in step 1435 and step 1475 described later. Therefore, the value of the counter Cn indicates the number of data of the absolute value
  • Cn (n) Cn (n ⁇ 1) +1 (10)
  • step 1430 determines whether or not the crank angle CA (absolute crank angle CA) based on the compression top dead center of the reference cylinder (first cylinder in this example) is a 720 ° crank angle. judge. At this time, if the absolute crank angle CA is less than the 720 ° crank angle, the CPU 71 makes a “No” determination at step 1430 to directly proceed to step 1495 to end the present routine tentatively.
  • the crank angle CA absolute crank angle CA
  • Step 1430 is a step of determining a minimum unit period for obtaining the average value of the absolute values
  • 720 ° crank angle as a unit combustion cycle period is set. This corresponds to the minimum period.
  • this minimum period may be shorter than the 720 ° crank angle, but it is desirable that the minimum period be a period more than a multiple of the sampling time ts. Furthermore, it is desirable that the minimum period be a natural number times the unit combustion cycle period.
  • step 1430 determines “Yes” in step 1430 and proceeds to step 1435.
  • step 1435 the CPU 71 (D) calculating an average value Ave ⁇ AF of the absolute value
  • (E) Update of the integrated value Save of the average value Ave ⁇ AF.
  • the CPU 71 calculates the current integrated value Save (n) according to the following equation (12). That is, the CPU 71 updates the integrated value Save by adding the calculated average value Ave ⁇ AF to the previous integrated value Save (n ⁇ 1) at the time of proceeding to Step 1435.
  • the value of the integrated value Save (n) is set to “0” in the above-described initial routine, and is also set to “0” in step 1467 described later.
  • Save (n) Save (n ⁇ 1) + Ave ⁇ AF (12)
  • (F) Update of the cumulative number counter Cs.
  • the CPU 71 increases the value of the counter Cs by “1” according to the following equation (13).
  • Cs (n) is the updated counter Cs
  • Cs (n ⁇ 1) is the updated counter Cs.
  • the value of the counter Cs is set to “0” in the above-described initial routine, and is also set to “0” in step 1467 described later. Therefore, the value of the counter Cs indicates the number of data of the average value Ave ⁇ AF integrated with the integrated value Save.
  • Cs (n) Cs (n ⁇ 1) +1 (13)
  • the CPU 71 proceeds to step 1440 to determine whether or not the value of the counter Cs is greater than or equal to the threshold value Csth. At this time, if the value of the counter Cs is less than the threshold value Csth, the CPU 71 makes a “No” determination at step 1440 to directly proceed to step 1495 to end the present routine tentatively.
  • the threshold Csth is a natural number and is desirably 2 or more.
  • the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is a value obtained by averaging the average value Ave ⁇ AF in each unit combustion cycle period of the absolute value
  • the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is also referred to as an imbalance determination parameter.
  • the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is stored (stored) in the backup RAM 74 as a learned value RIMBgaku of the air-fuel ratio imbalance index value RIMB.
  • is a predetermined value greater than 0 and less than 1.
  • RIMBgaku (n) ⁇ ⁇ RIMBgaku (n ⁇ 1) + (1 ⁇ ) ⁇ RIMB (15)
  • step 1447 the CPU 71 proceeds to step 1447 to determine whether or not the value of the index value acquisition flag XIMBget is “0”. As described above, when the air-fuel ratio imbalance index value RIMB has not been acquired after the current start of the engine 10, the value of the index value acquisition flag XIMBget is “0”. Accordingly, in this case, the CPU makes a “Yes” determination at step 1447 to proceed to step 1450 to determine whether or not the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is larger than the imbalance determination threshold value RIMBth.
  • step 1450 the CPU 71 proceeds to step 1450 to determine whether or not the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is larger than the imbalance determination threshold value RIMBth. That is, the CPU 71 determines whether or not an air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred.
  • the CPU 71 determines “Yes” in step 1450 and proceeds to step 1455 to set the value of the imbalance occurrence flag XIMB to “1”. To "”. That is, the CPU 71 determines that an air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred. Further, at this time, the CPU 71 may turn on a warning lamp (not shown). The value of the imbalance occurrence flag XIMB is stored in the backup RAM 74. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1465.
  • step 1450 determines “No” in step 1450 and proceeds to step 1460. Then, the value of the imbalance occurrence flag XIMB is set to “2”. That is, “the air-fuel ratio imbalance among cylinders as a result of the imbalance determination between air-fuel ratios is determined to have been determined not to have occurred” is stored. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1465.
  • step 1450 the CPU 71 replaces the air-fuel ratio imbalance index value RIMB with the imbalance determination threshold value RIMBth instead of comparing the learned value RIMBgaku of the air-fuel ratio imbalance index value RIMB with the imbalance determination threshold value RIMBth. May be compared to execute imbalance determination.
  • step 1465 the CPU 71 sets the value of the index value acquisition flag XIMBget to “1”.
  • step 1467 the CPU proceeds to step 1467 to set “each value used to calculate the air-fuel ratio imbalance index value RIMB ( ⁇ AF, SAFD, Cn, Ave ⁇ AF, Save, Cs, etc.)” to “0” ( clear. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1495 to end the present routine tentatively.
  • step 1447 determines “No” in step 1447 and proceeds directly to step 1467. Therefore, the CPU 71 determines whether or not the air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred.
  • the operation of the engine 10 is temporarily stopped and then the engine 10 is started and a new air-fuel ratio imbalance index value RIMB is obtained. Do not run until acquired.
  • the CPU 71 repeatedly updates the air-fuel ratio imbalance index value RIMB during one operation from when the engine 10 is started to when it is stopped.
  • the CPU 71 executes step 1450 each time the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is acquired, so that the air-fuel ratio imbalance among cylinders is performed during one operation from when the engine 10 is started to when it is stopped. It may be repeatedly determined whether or not a state has occurred.
  • step 1410 determines “No” in step 1410 and proceeds to step 1475.
  • step 1475 the CPU 71 sets (clears) “each value used to calculate the average value Ave ⁇ AF ( ⁇ AF, SAFD, Cn, etc.)” to “0”.
  • the CPU 71 proceeds to step 1495 to end the present routine tentatively.
  • the first control device is applied to the multi-cylinder internal combustion engine 10 having a plurality of cylinders.
  • the engine 10 is arranged corresponding to each of at least two or more cylinders (preferably three or more cylinders, in this example, the first cylinder # 1 to the fourth cylinder # 4), and at least two or more of the cylinders.
  • a plurality of fuel injection valves 39 are provided for injecting fuel in the air-fuel mixture supplied to the respective combustion chambers 25 of the cylinders and injecting fuel in an amount corresponding to the indicated fuel injection amount Fi.
  • the first control device includes commanded fuel injection amount determining means for determining the commanded fuel injection amount Fi (see the routine of FIG. 12).
  • the indicated fuel injection amount determining means is: The indicated fuel injection amount Fi is fed back so that the air-fuel ratio (detected air-fuel ratio abyfs) represented by the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67 matches the “target air-fuel ratio abyfr set to the stoichiometric air-fuel ratio stoich”.
  • Feedback correction means for correcting see step 1220, step 1225 to step 1235 in FIG. 12, and routine in FIG.
  • the imbalance index value acquisition means for acquiring the air-fuel ratio imbalance index value RIMB that increases as the difference between the air-fuel ratios of the air-fuel mixture supplied to the respective combustion chambers 25 of the at least two or more cylinders increases (FIG. 14). See steps 1410 through 1445 of the routine).
  • the first control device the difference between the cylinders of the air-fuel ratio (cylinder air-fuel ratio imbalance, degree of cylinder-by-cylinder air-fuel ratio difference, air-fuel ratio imbalance index value RIMB) increases.
  • the commanded fuel injection amount Fi is increased as the degree of shift of the air-fuel ratio to the lean side due to “selective hydrogen diffusion and main feedback control” increases. That is, as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is larger, the indicated air-fuel ratio is changed to a richer side.
  • the first control device can reduce the discharge amount of nitrogen oxides into the atmosphere.
  • the fuel increasing means of the first control device is The larger the acquired air-fuel ratio imbalance index value RIMB is, the more the air-fuel ratio at which the absolute value of the difference from the stoichiometric air-fuel ratio becomes larger and smaller than the stoichiometric air-fuel ratio is set to the feedback correction means.
  • the increase correction of the command fuel injection amount Fi is executed (step 1245 in FIG. 12). (See steps 1225 through 1235, and in particular step 1325 in FIG. 13.)
  • control device (hereinafter simply referred to as “second control device”) according to a second embodiment of the present invention will be described.
  • the second control device is different from the first control device mainly in the following points.
  • the CPU 71 retains the air-fuel ratio imbalance index value RIMB in the backup RAM 74 as the learned value RIMBgaku, and instructs it using the retained learned value RIMBgaku until the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is updated after the engine 10 is started.
  • Increase correction of the fuel injection amount Fi that is, correction of the indicated air-fuel ratio, correction of the target air-fuel ratio abyfr based on the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is performed.
  • the CPU 71 does not execute the increase correction of the indicated fuel injection amount Fi when any one of the following conditions is satisfied.
  • the target air-fuel ratio abyfr is corrected based on the air-fuel ratio imbalance index value RIMB. That is, the following conditions are also conditions for prohibiting the increase in amount.
  • the increase prohibition condition may include at least one of the following conditions 1 to 3.
  • the temperature TCAT of the upstream catalyst 53 may be acquired based on an output value of the temperature sensor while the upstream catalyst 53 is provided with a temperature sensor. Further, the temperature TCAT of the upstream catalyst 53 may be estimated by a known method. For example, the temperature TCAT of the upstream side catalyst 53 can be estimated by performing a first-order lag process on the exhaust temperature estimated from the load KL and the engine speed NE.
  • the CPU 71 of the second control device executes the fuel injection control routine shown in FIG. 15 instead of FIG. 12, the routine shown in FIG. 13, and the routine shown in FIG.
  • the routines shown in FIGS. 13 and 14 have been described. Therefore, the routine shown in FIG. 15 will be described below.
  • steps for performing the same processing as the steps shown in FIG. 12 are given the same reference numerals as those assigned to such steps in FIG. 12.
  • the CPU 71 starts the fuel injection control routine shown in FIG. 15 at the same timing as the fuel injection control routine shown in FIG. Therefore, when the crank angle of an arbitrary cylinder matches the predetermined crank angle before the intake top dead center, the CPU 71 starts processing from step 1500 and determines in step 1205 whether the FC condition is satisfied. At this time, if the FC condition is satisfied, the CPU 71 makes a “Yes” determination at step 1205 to directly proceed to step 1595 to end the present routine tentatively.
  • the CPU 71 makes a “No” determination at step 1205 to proceed to step 1505, where the correction condition (the instruction fuel injection amount Fi It is determined whether or not (increase correction condition) is satisfied.
  • This correction condition is satisfied when none of “condition 1 to condition 3”, which is the increase prohibition condition described above, is satisfied. That is, the correction condition is that the intake air amount Ga is equal to or higher than the intake air amount threshold Ga0th, the cooling water temperature THW is equal to or lower than the cooling water temperature threshold THW0th, and the temperature TCAT of the upstream catalyst 53 is a predetermined catalyst warm-up temperature. It is established when the temperature is equal to or lower than the threshold temperature TCAT0th.
  • step 1505 If the correction condition is not satisfied when the CPU 71 executes the process of step 1505, the CPU 71 makes a “No” determination at step 1505 to proceed to step 1510 to set the target air-fuel ratio abyfr to the stoichiometric air-fuel ratio stoich. To do. After that, the CPU 71 executes the processing from step 1225 to step 1240 described above. Accordingly, in this case, the commanded fuel injection amount Fi is not corrected for increase (the commanded air-fuel ratio is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio stoich).
  • step 1505 determines “Yes” in step 1505 and proceeds to step 1215, where the value of the index value acquisition flag XIMBget is set. It is determined whether or not “1”.
  • the CPU 71 determines “No” in step 1215 and proceeds to step 1515, where the value of the index value learning completion flag XIMBgaku is “1”. It is determined whether or not.
  • the value of the index value learning completion flag XIMBgaku is stored in the backup RAM 74.
  • the value of the index value learning completion flag XIMBgaku is set to “1” when the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is acquired (see step 1545 described later).
  • the value of the index value learning completion flag XIMBgaku is set to “0” when the power supply from the battery to the backup RAM 74 is interrupted and then the power supply is resumed.
  • step 1515 If the value of the index value learning completion flag XIMBgaku is “0” at the time when the CPU 71 executes the process of step 1515, the CPU 71 determines “No” in step 1515, and passes through step 1510 to step 1225. Proceed to the following. As a result, since the target air-fuel ratio abyfr is set to the stoichiometric air-fuel ratio stoich, the increase correction of the command fuel injection amount Fi is not executed.
  • step 1515 the CPU 71 determines “Yes” in step 1515 and proceeds to step 1520.
  • step 1520 the CPU 71 makes the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc coincide with the air-fuel ratio imbalance index value learned value RIMBgaku. That is, the air-fuel ratio imbalance index value learned value RIMBgaku is adopted (stored) as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc.
  • the CPU 71 proceeds to step 1525 to determine the target air-fuel ratio abyfr based on the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc. More specifically, the CPU 71 increases the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc so that the target air-fuel ratio abyfr becomes “smaller” in a range smaller than the stoichiometric air-fuel ratio stoich (the target air-fuel ratio abyfr). The target air-fuel ratio abyfr is determined so that the absolute value of the difference from the stoichiometric air-fuel ratio stoich becomes larger (see the solid line of “graph showing relationship between RIMBc and abyfr” in block B1 in FIG. 15). .
  • the CPU 71 executes the processing from step 1225 to step 1240.
  • the basic fuel injection amount Fbase obtained in step 1230 is increased so as to increase as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases.
  • the air-fuel ratio imbalance index value learning value RIMBgaku is set as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc. Therefore, the command fuel injection amount Fi is increased so as to increase as the air-fuel ratio imbalance index value learned value RIMBgaku increases.
  • the CPU 71 proceeds to step 1595 to end the present routine tentatively.
  • the CPU 71 sets the target air-fuel ratio abyfr when the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc is equal to or less than a predetermined threshold A, as indicated by a broken line in the “graph showing the relationship between RIMBc and abyfr” in the block B1.
  • the stoichiometric air-fuel ratio stoich may be maintained, and the target air-fuel ratio abyfr may be gradually decreased when the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc is equal to or greater than the predetermined threshold A.
  • the CPU 71 may prohibit the increase correction of the command fuel injection amount Fi when the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc is smaller than the predetermined threshold A.
  • the CPU 71 repeatedly determines in step 1215 whether or not the value of the index value acquisition flag XIMBget is “1”.
  • step 1445 of FIG. 14 the value of the index value acquisition flag XIMBget is set to “1” in step 1465.
  • the CPU 71 determines “Yes” in step 1215, sequentially performs the processing of steps 1530, 1540, and 1545 described below, and proceeds to step 1525.
  • Step 1530 The CPU 71 matches the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc with the air-fuel ratio imbalance index value RIMB newly acquired after the current start of the engine 10. That is, the air-fuel ratio imbalance index value RIMB newly acquired in step 1445 of FIG. 14 is adopted (stored) as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc.
  • Step 1540 The CPU 71 stores the newly acquired air-fuel ratio imbalance index value RIMB in the backup RAM 74 as the air-fuel ratio imbalance index value learned value RIMBgaku. That is, the newly acquired air-fuel ratio imbalance index value RIMB is held in the backup RAM 74 as a learned value RIMBgaku of the air-fuel ratio imbalance index value RIMB. Even in this case, the CPU 71 may update the learning value RIMBgaku by using the above equation (15).
  • Step 1545 The CPU 71 sets the value of the index value learning completion flag XIMBgaku to “1”.
  • the CPU 71 proceeds to step 1525 to determine the target air-fuel ratio abyfr based on the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc.
  • “newly acquired air-fuel ratio imbalance index value RIMB” is set as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc. Accordingly, the commanded fuel injection amount Fi is increased so as to increase as the “newly acquired air-fuel ratio imbalance index value RIMB” increases.
  • the CPU 71 executes the processing from step 1225 to step 1240.
  • the basic fuel injection amount Fbase obtained in step 1230 is corrected to increase as the “newly acquired air-fuel ratio imbalance index value RIMB” increases.
  • the commanded fuel injection amount Fi is increased so as to increase as the “newly acquired air-fuel ratio imbalance index value RIMB” increases, so that the commanded air-fuel ratio becomes “the newly acquired air-fuel ratio imbalance index.
  • the CPU 71 proceeds to step 1595 to end the present routine tentatively.
  • step 1215 the CPU 71 makes a “Yes” determination at step 1215, executes the processing of step 1530, step 1540, step 1545, and step 1525, and then proceeds to step 1225 and subsequent steps.
  • the second control device is similar to the first control device.
  • Feedback correction means see step 1510, step 1225 to step 1235 in FIG. 15, and routine in FIG. 13
  • An imbalance index value acquisition means see step 1410 to step 1445 of the routine of FIG. 14
  • Fuel that increases and corrects the indicated fuel injection amount Fi so that the indicated air-fuel ratio (Mc (k) / Fi) becomes “richer air-fuel ratio” than the stoichiometric air-fuel ratio as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB increases.
  • Increasing means see step 1530, step 1525, step 1225 to step 1235 in FIG. 15, and in particular step 1325 in FIG. 13).
  • the imbalance index value acquisition means includes: A value corresponding to the acquired air-fuel ratio imbalance index value RIMB (the air-fuel ratio imbalance index value RIMB itself or a value correlated with the air-fuel ratio imbalance index value RIMB) is learned even when the engine 10 is stopped. Configured to hold as the value RIMBgaku (step 1540 of FIG. 15); The fuel increasing means is After the engine 10 is started and before the new air-fuel ratio imbalance index value RIMB is acquired (that is, when the value of the index value acquisition flag XIMBget is “0”), the imbalance index value acquisition is performed. The instruction fuel injection amount Fi is increased using the learning value RIMBgaku held by the means (step 1520, step 1525, step 1225 to step 1235 in FIG. 15, and FIG. 13). See especially step 1325).
  • the second control device even when it takes time until the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is newly acquired after the engine 10 is started, the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is acquired. In the period before the start, the indicated air-fuel ratio can be changed to an appropriate value (air-fuel ratio richer than the theoretical air-fuel ratio) corresponding to the degree of imbalance of the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio. As a result, the second control device can further reduce the discharge amount of nitrogen oxides into the atmosphere.
  • the second control device When the intake air amount Ga of the engine 10 is smaller than the predetermined intake air amount threshold value Ga0th, the command fuel injection amount Fi increases based on the air-fuel ratio imbalance index value RIMB (actually, the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc). Correction (correction to the rich side of the indicated air-fuel ratio) is not executed (see “No” in step 1505 in FIG. 15 and condition 1 above).
  • the catalyst unit 676 of the upstream air-fuel ratio sensor 67 can process (oxidize) excess hydrogen, and therefore the degree of shift of the air-fuel ratio to the lean side due to the selective diffusion of hydrogen is small. . Furthermore, if the intake air amount Ga is small, there is a high possibility that the catalyst 53 (and the downstream catalyst) can purify nitrogen oxides contained in the exhaust gas. In other words, when the intake air amount Ga is large, the degree of shift of the air-fuel ratio to the lean side due to the selective diffusion of hydrogen increases, and the catalyst 53 (and the downstream catalyst) is oxidized with nitrogen contained in the exhaust gas. There is a high possibility that things cannot be purified.
  • the increase correction of the command fuel injection amount Fi is stopped, and the intake air amount Ga is set to the predetermined intake air amount threshold value.
  • the second control device When the temperature of the engine 10 is higher than a predetermined engine warm-up temperature threshold (that is, when the coolant temperature THW is higher than the predetermined coolant temperature threshold THW0th), the air-fuel ratio imbalance index value RIMB (actually, the correction air-fuel ratio) It is configured not to execute an increase correction of the indicated fuel injection amount Fi (correction to the rich side of the indicated air-fuel ratio) based on the imbalance index value RIMBc) (determination of “No” in step 1505 in FIG. 15) And condition 2 above).
  • a predetermined engine warm-up temperature threshold that is, when the coolant temperature THW is higher than the predetermined coolant temperature threshold THW0th
  • the air-fuel ratio imbalance index value RIMB (actually, the correction air-fuel ratio) It is configured not to execute an increase correction of the indicated fuel injection amount Fi (correction to the rich side of the indicated air-fuel ratio) based on the imbalance index value RIMBc) (determination of “No” in step
  • the combustion state is likely to be unstable, so that there is a high possibility that a large amount of hydrogen is generated as compared with the case where the temperature of the engine 10 is high. That is, when the temperature of the engine 10 is low, there is a possibility that the degree of shift of the air-fuel ratio to the lean side due to the selective diffusion of hydrogen increases and the catalyst 53 cannot purify the nitrogen oxides contained in the exhaust gas. Get higher.
  • the increase correction of the commanded fuel injection amount Fi is stopped, and when the cooling water temperature THW is lower than the predetermined cooling water temperature threshold THW0th, the indicated fuel It is preferable to perform increase correction of the injection amount Fi.
  • the second control device When the temperature TCAT of the upstream catalyst 53 is higher than a predetermined catalyst warm-up temperature threshold temperature TCAT0th, the command fuel injection amount based on the air-fuel ratio imbalance index value RIMB (actually, the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc) The increase correction of Fi (correction to the rich side of the indicated air-fuel ratio) is not executed (see “No” at step 1505 in FIG. 15 and condition 3 above).
  • the purification ability of the upstream catalyst 53 is low, so that the upstream catalyst 53 cannot purify nitrogen oxides contained in the exhaust gas as compared with the case where the temperature TCAT of the upstream catalyst 53 is high. The possibility increases.
  • the second control device when the temperature TCAT of the upstream catalyst 53 is higher than the catalyst warm-up temperature threshold temperature TCAT0th, the increase correction of the command fuel injection amount Fi is stopped, and the temperature TCAT of the upstream catalyst 53 becomes the catalyst.
  • the temperature is lower than the warm-up temperature threshold temperature TCAT0th, it is preferable to perform an increase correction of the command fuel injection amount Fi.
  • the second control device may not provide the increase prohibition condition (in other words, the correction condition).
  • the CPU 71 proceeds directly to step 1215 after step 1205 in FIG.
  • control device (hereinafter simply referred to as “third control device”) according to a third embodiment of the present invention will be described. Similar to the CPU 71 of the second control device, the CPU 71 of the third control device executes the routines shown in FIGS. However, the CPU 71 of the third control device executes the routine shown in FIG. 16 when executing the processing of step 1525 of FIG. Therefore, hereinafter, this difference will be mainly described.
  • step 1505 of FIG. 15 the CPU 71 of the third control device performs only both the condition 2 (whether THW is greater than THW0th) and the condition 3 (whether TCAT is greater than TCAT0th). Or, only one of them is judged. Further, the CPU 71 of the third control device may skip step 1505 in FIG. 15 and proceed directly from step 1205 to step 1215.
  • the CPU 71 of the third control device proceeds to step 1610 via step 1600 of FIG. 16, and sets the target air-fuel ratio correction amount daf as “correction air-fuel ratio imbalance index value”. It is determined based on “RIMBc and intake air amount Ga”.
  • the target air-fuel ratio correction amount daf is obtained according to the target air-fuel ratio correction amount table Map pdaf (RIMBc, Ga) described in step 1610 of FIG.
  • the target air-fuel ratio correction amount daf is determined as follows.
  • the target air-fuel ratio correction amount daf increases as the intake air amount Ga increases.
  • the target air-fuel ratio correction amount daf increases as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases.
  • the CPU 71 proceeds to step 1620 and adopts a value obtained by subtracting the target air-fuel ratio correction amount daf from the theoretical air-fuel ratio stoich as the target air-fuel ratio abyfr. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1225 in FIG.
  • the target air-fuel ratio abyfr (and hence the indicated air-fuel ratio) is changed as follows.
  • the target air-fuel ratio abyfr decreases as the intake air amount Ga increases, so that the absolute value of the difference from the stoichiometric air-fuel ratio stoich increases (set to a richer air-fuel ratio).
  • the target air-fuel ratio abyfr (and hence the indicated air-fuel ratio) becomes smaller as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc becomes larger so that the absolute value of the difference from the stoichiometric air-fuel ratio stoich becomes larger (more Set to the rich air-fuel ratio.)
  • the command fuel injection amount Fi is increased by the amount corresponding to the increase in the intake air amount Ga as the intake air amount Ga increases (the indicated fuel that increases based on the increase in the intake air amount Ga when the target air-fuel ratio abyfr is constant).
  • the increase correction is made so that it increases by an increase amount that is larger than the increase amount of the injection amount Fi and increases as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases.
  • the indicated air-fuel ratio becomes “richer (more rich) in a richer (smaller) range than the stoichiometric air-fuel ratio stoich as the intake air amount Ga increases and the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases. To be smaller) ”.
  • the command fuel injection amount Fi is appropriately controlled according to the degree of imbalance between the intake air amount Ga and the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio, the command fuel injection amount Fi is unlikely to be excessive, and Emissions can be reduced.
  • the target air-fuel ratio abyfr is the intake air amount Ga and the air-fuel ratio imbalance index value. Only when the operating state determined by RIMB (actually, the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc) is in a predetermined operating state, it is changed to a value smaller than the stoichiometric air-fuel ratio stoich. That is, in the operation state in which a numerical value other than “0” is entered in the target air-fuel ratio correction amount table Map p daf (RIMBc, Ga), the indicated air-fuel ratio is corrected to the rich side.
  • the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc the correction air-fuel ratio imbalance index value
  • the commanded fuel injection amount Fi is corrected to increase when “the intake air amount Ga is greater than the intake air amount threshold value Gavth that decreases as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases”. Therefore, it is possible to reduce the discharge amount of nitrogen oxides without performing increase correction of the useless directed fuel injection amount Fi.
  • a control device (hereinafter simply referred to as “fourth control device”) will be described. Similar to the CPU 71 of the second control device, the CPU 71 of the fourth control device executes the routines shown in FIGS. However, the CPU 71 of the fourth control device executes the routine shown in FIG. 17 when executing the processing of step 1525 of FIG. Therefore, hereinafter, this difference will be mainly described.
  • the CPU 71 of the fourth control device only determines both the condition 2 (whether THW is greater than THW0th) and the condition 3 (whether TCAT is greater than TCAT0th) in step 1505 of FIG. Or, only one of them is judged. Further, the CPU 71 of the fourth control device may skip step 1505 in FIG. 15 and proceed directly from step 1205 to step 1215.
  • step 1610 When executing the processing of step 1525 of FIG. 15, the CPU 71 of the fourth control device proceeds to step 1610 via step 1700 of FIG. 17, and sets the target air-fuel ratio correction amount daf to the target air-fuel ratio correction amount table Ma p daf. Obtained according to (RIMBc, Ga).
  • This step 1610 is a step in which the same processing as step 1610 in FIG. 16 is executed.
  • the CPU 71 proceeds to step 1710 to acquire an acceleration index amount dGa indicating the degree of acceleration of the engine 10. Specifically, the CPU 71 accelerates the change amount per unit time of the intake air amount Ga by subtracting the past intake air amount Gaold a predetermined time ago (for example, 4 ms) from the current intake air amount Ga. Obtained as a quantity dGa.
  • the acceleration index amount dGa includes a change amount dTA per unit time of the throttle valve opening TA, a change amount dKL per unit time of the load KL, a change amount dAccp per unit time of the accelerator pedal operation amount Accp, and the like. Any of them may be used.
  • the CPU 71 proceeds to step 1720 to acquire the acceleration correction value kacc based on the acceleration index amount dGa. That is, the CPU 71 obtains the acceleration correction value kacc according to the acceleration correction value table Map p kacc (dGa) described in step 1720. According to this acceleration correction value table Ma p kacc (dGa), the acceleration correction value kacc is determined so as to “slowly increase in a range larger than 1” as the acceleration index amount dGa increases.
  • the CPU 71 proceeds to step 1730 and adopts a value obtained by subtracting “the product of the acceleration correction value kacc and the target air-fuel ratio correction amount daf” (kacc ⁇ daf) from the theoretical air-fuel ratio stoich as the target air-fuel ratio abyfr. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1225 in FIG.
  • the target air-fuel ratio abyfr (and hence the indicated air-fuel ratio) is changed as follows.
  • the target air-fuel ratio abyfr has an absolute value of a difference from the stoichiometric air-fuel ratio stoich as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases, the intake air amount Ga increases, the acceleration index amount dGa increases. It becomes smaller so as to become larger (it is set to a richer air-fuel ratio).
  • the commanded fuel injection amount Fi increases as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases, and the amount corresponding to the increase in the intake air amount Ga increases as the intake air amount Ga increases (the target air-fuel ratio abyfr is constant). Is increased by an increase amount that is larger than the increase amount of the indicated fuel injection amount Fi based on the increase of the intake air amount Ga), and increases as the acceleration index amount dGa increases. Is done.
  • the commanded air-fuel ratio is greater than “the threshold value Gavth of the intake air amount that decreases as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases”.
  • the threshold value Gavth of the intake air amount that decreases as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases In the range that is richer (smaller) than the stoichiometric air-fuel ratio stoich, the larger the intake air amount Ga, the larger the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc, and the larger the acceleration index amount dGa. To (become smaller) ".
  • the fourth control device the commanded air-fuel ratio is corrected to the rich side as the degree of acceleration of the engine 10 increases. As a result, nitrogen oxide emissions can be further reduced during acceleration.
  • step 1710 of FIG. 17 the coolant temperature THW (temperature of the engine 10) is acquired instead of the acceleration index amount dGa.
  • step 1720 of FIG. 17 the water temperature correction value kthw is obtained so that the water temperature correction value kthw becomes smaller as the cooling water temperature THW becomes higher.
  • the water temperature correction value kthw is “1” or more.
  • step 1730 of FIG. 17 a value obtained by subtracting the “product of the water temperature correction value kthw and the target air-fuel ratio correction amount daf” (kthw ⁇ daf) from the theoretical air-fuel ratio stoich is set to Adopt as.
  • the indicated air-fuel ratio increases as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases and as the intake air amount Ga increases.
  • the lower the coolant temperature THW the more the range is richer (smaller) than the stoichiometric air-fuel ratio stoich. Therefore, since the combustion state is unstable, there is a possibility that the degree of shift of the air-fuel ratio to the lean side due to the selective diffusion of hydrogen increases, and the catalyst 53 cannot purify the nitrogen oxides contained in the exhaust gas.
  • the indicated air-fuel ratio can be set to a richer air-fuel ratio. As a result, unnecessary increase correction of the commanded fuel injection amount Fi and increase of the nitrogen oxide emission amount can be avoided.
  • the temperature TCAT of the upstream catalyst 53 is acquired in place of the acceleration index amount dGa in Step 1710 of FIG.
  • the catalyst temperature correction value kcat is obtained so that the catalyst temperature correction value kcat decreases as the temperature TCAT of the upstream catalyst 53 increases.
  • the catalyst temperature correction value kcat is “1” or more.
  • a value obtained by subtracting the “product of the catalyst temperature correction value kcat and the target air-fuel ratio correction amount daf” from the stoichiometric air-fuel ratio stoich is set to the target air-fuel ratio. Adopt as abyfr.
  • the correction air-fuel ratio imbalance index when the intake air amount Ga is greater than “the threshold value Gavth of the intake air amount that decreases as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases”, the correction air-fuel ratio imbalance index The larger the value RIMBc, the larger the intake air amount Ga, and the lower the temperature TCAT of the upstream catalyst 53, the more “richer (smaller)” in the richer (smaller) range than the stoichiometric air-fuel ratio stoich. Will be corrected. Therefore, the indicated air-fuel ratio can be set to a richer air-fuel ratio in a state where there is a high possibility that the catalyst 53 cannot purify the nitrogen oxides contained in the exhaust gas because the purification capability of the upstream catalyst 53 is low. As a result, unnecessary increase correction of the commanded fuel injection amount Fi and increase of the nitrogen oxide emission amount can be avoided.
  • a control device according to a fifth embodiment of the present invention (hereinafter simply referred to as “fifth control device”) will be described.
  • the fifth control device multiplies the basic fuel injection amount Fbase by the increase coefficient KIMB, and thereby increases and corrects the indicated fuel injection amount Fi. It differs from the second control device only in the point of (decreasing the indicated air-fuel ratio). Therefore, hereinafter, this difference will be mainly described.
  • the CPU 71 of the fifth control device executes the routines shown in FIGS. Further, the CPU 71 of the fifth control device executes a routine shown in FIG. 18 instead of the routine shown in FIG. In FIG. 18, “steps for performing the same processing as the steps already described” are given the same reference numerals as those given to those steps.
  • step 1505 of FIG. 18 determines “No” in step 1505 of FIG. 18 (that is, when the FC condition is not satisfied and the correction condition is not satisfied).
  • the CPU 71 proceeds to step 1810.
  • the CPU 71 determines “No” in step 1515 (that is, the FC condition is not satisfied, the correction condition is satisfied, and the value of the index value acquisition flag XIMBget is “0”).
  • the value of the index value learning completion flag XIMBgaku is“ 0 ”.
  • step 1810 the CPU 71 sets the value of the increase coefficient KIMB to “1”. Note that the value of the increase coefficient KIMB is also set to “1” in the above-described initial routine. Thereafter, the CPU 71 executes processing of steps 1830 to 1870 described later.
  • step 1820 determines “Yes” in either step 1215 or step 1515, it proceeds to step 1820 via a predetermined step. That is, the CPU 71 proceeds to step 1820 when any of the following is established.
  • the FC condition is not satisfied, the correction condition is satisfied, and the value of the index value acquisition flag XIMBget is “1”.
  • the FC condition is not satisfied, the correction condition is satisfied, the value of the index value acquisition flag XIMBget is “0”, and the value of the index value learning completion flag XIMBgaku is “1”. If it is.
  • step 1820 the CPU 71 determines the value of the increase coefficient KIMB based on the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc. More specifically, the CPU 71 increases the value of the increase coefficient KIMB in a range larger than “1” as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases (the value of the increase coefficient KIMB and “1”). The value of the increase coefficient KIMB is determined (see the solid line or the broken line in the “graph showing the relationship between RIMBc and KIMB” in the block B2 in FIG. 18). . Thereafter, the CPU 71 executes the processing of steps 1830 to 1870 described below.
  • Step 1830 The CPU 71 sets a value (stoich / KIMB) obtained by dividing the stoichiometric air-fuel ratio stoich by the increase coefficient KIMB as the target air-fuel ratio abyfr.
  • the main feedback amount DFi is a value that makes the detected air-fuel ratio abyfs (actually, the feedback control air-fuel ratio abyfsc) coincide with the value (stoich / KIMB). Is calculated as follows.
  • Step 1840 The CPU 71 obtains “in-cylinder intake air amount Mc (k)” based on “intake air amount Ga, engine rotational speed NE, and lookup table MapMc”.
  • Step 1850 The CPU 71 sets a value obtained by dividing the in-cylinder intake air amount Mc (k) by the stoichiometric air-fuel ratio stoich as the basic fuel injection amount Fbase.
  • the “product of the basic fuel injection amount Fbase and the increase coefficient KIMB” is the fuel injection amount estimated to be necessary for obtaining the stoichiometric air-fuel ratio stoich or the air-fuel ratio richer (smaller) than the stoichiometric air-fuel ratio stoich.
  • Step 1870 The CPU 71 sends an injection instruction signal for injecting the “fuel of the indicated fuel injection amount Fi” from the “fuel injection valve 39 provided corresponding to the fuel injection cylinder” to the fuel injection valve 39. To do.
  • the commanded fuel injection amount Fi is increased and corrected based on the increase coefficient KIMB so that it increases as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases. That is, the indicated air-fuel ratio is set so that the absolute value of the difference between the indicated air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio stoich increases and the indicated air-fuel ratio decreases as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases. Is done.
  • the fifth control device is similar to the first control device (and other control devices).
  • the indicated fuel injection amount Fi is fed back so that the air-fuel ratio (detected air-fuel ratio abyfs) represented by the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67 matches the “target air-fuel ratio abyfr set to the stoichiometric air-fuel ratio stoich”.
  • Feedback correction means for correcting (refer to step 1810, step 1830 to step 1860 in FIG. 18, and the routine in FIG. 13).
  • Imbalance index value acquisition means see step 1410 to step 1445 of the routine of FIG.
  • Fuel increase means for increasing and correcting the indicated fuel injection amount Fi so that the indicated air-fuel ratio (Mc (k) / Fi) becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is larger is included. .
  • the fuel increasing means of the fifth control device is:
  • the larger the acquired air-fuel ratio imbalance index value RIMB is “the air-fuel ratio at which the absolute value of the difference from the stoichiometric air-fuel ratio becomes larger.
  • the commanded fuel injection amount Fi is configured to be increased and corrected so that a “designated air-fuel ratio smaller than the fuel ratio” is obtained (step 1530 in FIG. 18, step 1820 to step 1860, and particularly step 1325 in FIG. 13). See).
  • the “increase correction method for the indicated fuel injection amount Fi” adopted by the “fifth control device and a first modification of the fifth control device described below” is also applied to the control devices of other embodiments. be able to. Furthermore, instead of “multiplying the basic fuel injection amount Fbase by the increase coefficient KIMB” in step 1860 of FIG. 18, “increase value that increases as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases” is added to the basic fuel injection amount Fbase. Accordingly, the commanded fuel injection amount Fi may be corrected to be increased.
  • the CPU 71 of the fifth control device sets the stoichiometric air-fuel ratio stoich as the target air-fuel ratio abyfr in step 1830 of FIG. In this case, the target air-fuel ratio abyfr is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio stoich. However, in step 1860 of FIG.
  • the command fuel injection amount Fi is increased according to the increase coefficient KIMB, so even if the main feedback control to the stoichiometric air-fuel ratio stoich is being executed, due to the control delay of the main feedback control,
  • the commanded air-fuel ratio (temporal average value of the commanded air-fuel ratio) can be shifted to an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio stoich.
  • a control device Similar to the first control device, the sixth control device changes the target air-fuel ratio abyfr based on the air-fuel ratio imbalance index value RIMB. Furthermore, the sixth control device performs sub-feedback control as in the first control device. However, the sixth control device stops (prohibits) the sub-feedback control when the intake air amount Ga is larger than the “sub-feedback control prohibition intake air amount threshold value Gakinth that decreases as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB increases”. Only in the point, it differs from a 1st control apparatus. Hereinafter, this difference will be mainly described.
  • the sub feedback control prohibition intake air amount threshold value Gakinth is hereinafter also referred to as “prohibition threshold value Gakinth”.
  • the CPU 71 of the sixth control device executes the routines shown in FIGS. 12 to 14 in the same manner as the CPU 71 of the first control device. Further, the CPU 71 of the sixth control apparatus executes a “sub feedback control routine” shown in FIG. 19 every time a predetermined time elapses in order to calculate the sub feedback amount Vafsfb.
  • the CPU 71 starts processing from step 1900 of FIG. 19 and proceeds to step 1905 to determine whether or not the sub feedback control condition is satisfied.
  • the sub-feedback control condition is satisfied when all of the following conditions are satisfied.
  • (B1) The main feedback control condition is satisfied.
  • (B2) The downstream air-fuel ratio sensor 68 is activated.
  • step 1905 the CPU 71 determines “Yes” in step 1905 and proceeds to step 1910 to determine whether or not the value of the index value acquisition flag XIMBget is “1”. At this time, if the value of the index value acquisition flag XIMBget is not “1”, the CPU 71 proceeds directly to step 1925.
  • the CPU 71 determines “Yes” in step 1910 and determines in step 1915. Proceed to In step 1915, the CPU 71 determines the prohibition threshold Gakinth based on the air-fuel ratio imbalance index value RIMB. More specifically, as shown in the graph in the block B3 of FIG. 19, the CPU 71 determines the prohibition threshold value Gkinth so that the prohibition threshold value Gakinth decreases as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB increases.
  • the prohibition threshold value Gakinth is an unburnt substance such as hydrogen (the indicated fuel injection amount Fi is increased due to the large air-fuel ratio imbalance index value RIMB).
  • the unburned material such as hydrogen generated in a large amount due to the increase is set in advance so as to pass through in an unpurified state.
  • the operating state represented by the air-fuel ratio imbalance index value RIMB and the intake air amount Ga is “hydrogen in the catalyst 53 (unburned matter such as hydrogen). ) Is within the “predetermined operating region that passes in an unpurified state”.
  • Step 1920 determines whether or not the actual intake air amount Ga is smaller than the prohibition threshold value Gakinth. If the actual intake air amount Ga is equal to or greater than the prohibition threshold value Gakinth, the CPU 71 makes a “No” determination at step 1920 and proceeds to step 1955 and step 1960.
  • Steps 1955 and 1960 are steps for performing processing when the sub-feedback control is stopped. That is, when the actual intake air amount Ga is equal to or greater than the prohibition threshold Gakinth, the sub feedback control is prohibited.
  • step 1920 if the actual intake air amount Ga is smaller than the prohibition threshold value Gakinth at the time when the CPU 71 executes the process of step 1920, the CPU 71 makes a “Yes” determination at step 1920, and steps 1925 to step described below.
  • the processing of 1950 (sub feedback amount calculation processing) is executed, and then the routine proceeds to step 1955 to end the present routine tentatively.
  • Step 1925 The CPU 71 obtains “output deviation amount DVoxs” which is a difference between “downstream target value Voxsref” and “output value Voxs of downstream air-fuel ratio sensor 68” in accordance with the following equation (16). That is, the CPU 71 obtains “output deviation amount DVoxs” by subtracting “current output value Voxs of downstream air-fuel ratio sensor 68” from “downstream target value Voxsref”.
  • the downstream target value Voxsref is set to a value Vst (for example, 0.5 V) corresponding to the theoretical air-fuel ratio.
  • DVoxs Voxsref ⁇ Voxs (16)
  • Step 1930 The CPU 71 obtains a sub feedback amount Vafsfb according to the following equation (17).
  • Kp is a preset proportional gain (proportional constant)
  • Ki is a preset integral gain (integral constant)
  • Kd is a preset differential gain (differential constant).
  • SDVoxs is an integral value of the output deviation amount DVoxs
  • DDVoxs is a differential value of the output deviation amount DVoxs.
  • Vafsfb Kp ⁇ DVoxs + Ki ⁇ SDVoxs + Kd ⁇ DDVoxs (17)
  • Step 1935 The CPU 71 calculates a new output deviation amount integrated value SDVoxs by adding “the output deviation amount DVoxs obtained in step 1925” to “the integrated value SDVoxs of the output deviation amount at that time”.
  • Step 1940 The CPU 71 obtains a new value by subtracting “the previous output deviation amount DVoxsold, which is the output deviation amount calculated when this routine was executed last time” from “the output deviation amount DVoxs calculated in Step 1925”. A differential value DDVoxs of the output deviation amount is obtained.
  • Step 1945 The CPU 71 stores “the output deviation amount DVoxs calculated in step 1925” as “the previous output deviation amount DVoxsold”.
  • the CPU 71 calculates the “sub feedback amount Vafsfb” by proportional / integral / differential (PID) control for making the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 68 coincide with the downstream target value Voxsref.
  • the sub feedback amount Vafsfb is used to calculate the feedback control output value Vabyfc, as shown in the above-described equation (2).
  • Step 1950 The CPU 71 updates the sub FB learning value Vafsfbg according to the following equation (18).
  • the left side Vafsfbg (k + 1) of the equation (18) represents the updated sub FB learning value Vafsfbg.
  • the value ⁇ is an arbitrary value from 0 to less than 1.
  • Vafsfbg (k + 1) ⁇ ⁇ Vafsfbg + (1 ⁇ ) ⁇ Ki ⁇ SDVoxs (18)
  • the sub FB learning value Vafsfbg is a value obtained by applying “filter processing for noise removal” to “integration term Ki ⁇ SDVoxs of the sub feedback amount Vafsfb”.
  • the sub FB learning value Vafsfbg is a value corresponding to the steady component (integral term) of the sub feedback amount Vafsfb.
  • Step 1905 The CPU 71 adopts the sub FB learning value Vafsfbg as the value of the sub feedback amount Vafsfb.
  • Step 1960 The CPU 71 sets the integral value SDVoxs of the output deviation amount to “0”.
  • the sixth control device The exhaust passage of the engine 10 is disposed in a portion downstream of the upstream catalyst 53, and the downstream air that outputs the output value Voxs corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas passing through the disposed position.
  • the command fuel injection amount determination means obtains a sub feedback amount Vafsfb for correcting the command fuel injection amount Fi so that the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 68 matches a predetermined target value Voxsref, and the sub feedback.
  • Sub-feedback control for correcting the command fuel injection amount Fi by the amount Vafsfb is executed (see Steps 1925 to 1945 in FIG. 19, Steps 1310 to 1340 in FIG. 13, and Step 1235 in FIG. 12). ).
  • the commanded fuel injection amount determining means is configured so that the operating state represented by the air-fuel ratio imbalance index value RIMB and the intake air amount Ga is “a predetermined operating region in which hydrogen passes through the catalyst 53 in an unpurified state. ”Is configured to stop the sub feedback control (see Step 1915 in FIG. 19 and“ No ”in Step 1920).
  • the control device can avoid the “transition of the air-fuel ratio to the lean side due to the selective diffusion of hydrogen” by changing the indicated air-fuel ratio to the rich side. it can.
  • the commanded air-fuel ratio is set to a very rich air-fuel ratio (when the commanded fuel injection amount Fi is corrected to increase greatly) and the intake air amount Ga is relatively large, the upstream side catalyst There is a possibility that 53 is filled with unburned matter and a large amount of unburned matter flows out downstream of the upstream catalyst 53, or the unburnt matter is blown out through the upstream catalyst 53 without being purified.
  • the air-fuel ratio downstream of the upstream catalyst 53 becomes an air-fuel ratio that is considerably richer than the stoichiometric air-fuel ratio stoich.
  • the sub feedback control is performed, the indicated air-fuel ratio is corrected to the lean side by the sub feedback control.
  • the effect of controlling the indicated air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio according to the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is lost by the sub-feedback control.
  • the sixth control device when the operating state of the engine 10 is estimated to be within the “predetermined operating region in which unburned material such as hydrogen passes through the catalyst 53 in an unpurified state”. Sub feedback control is stopped. As a result, the indicated air-fuel ratio can be controlled to a rich air-fuel ratio according to the air-fuel ratio imbalance index value RIMB.
  • the CPU 71 of the first modification executes the same routine as that of the sixth control device. However, the CPU 71 of the first modification does not implement Step 1915 of FIG. Further, the CPU 71 of the first modification example determines that the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is a predetermined value instead of determining whether or not the actual intake air amount Ga is smaller than the prohibition threshold value Gakinth in step 1920 of FIG. It is determined whether or not it is smaller than the index value threshold RIMsubth.
  • the index value threshold value RIMsubbus is set to a predetermined value that has a high possibility that unburned material such as hydrogen will pass through the upstream catalyst 53 in an unpurified state. Is set.
  • the CPU 71 of the first modification proceeds to step 1955 and step 1960 to prohibit (stop) the sub feedback control.
  • the control instruction for shifting the indicated air-fuel ratio to the rich side in order to avoid the “transition of the air-fuel ratio to the lean side due to the selective diffusion of hydrogen” It can be avoided that the sub feedback control cancels the increase correction of the fuel injection amount Fi.
  • the CPU 71 of the second modification executes the same routine as that of the sixth control device. However, if the CPU 71 of the second modification does not execute step 1910 of FIG. 19 and determines “Yes” in step 1905, the CPU 71 proceeds directly to step 1915.
  • step 1915 the CPU 71 of the second modified example determines the prohibition threshold Gakinth based on the learned value RIMBgaku of the air-fuel ratio imbalance index value RIMB instead of the air-fuel ratio imbalance index value RIMB.
  • the learned value RIMBgaku is adopted as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB used in step 1915 of FIG.
  • the “control of the commanded air-fuel ratio to the rich side (the commanded fuel injection amount Fi of the commanded fuel injection amount Fi) is avoided in order to avoid the“ shift of the air-fuel ratio to the lean side caused by the selective diffusion of hydrogen ”.
  • the sub feedback control cancels out the shift control to the rich side of the indicated air-fuel ratio. be able to.
  • a control device determines the target air-fuel ratio abyfr based on values (air-fuel ratio imbalance index value RIMB, correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc, learning value RIMBgaku, etc.) correlated with the air-fuel ratio imbalance index value RIMB.
  • the stoichiometric air-fuel ratio stoich is maintained without being changed.
  • the seventh control device corrects the sub feedback amount Vafsfb so as to increase as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases, and then uses it to calculate the command fuel injection amount Fi.
  • the seventh control device corrects the increase in the command fuel injection amount Fi (correction to the rich side of the commanded air-fuel ratio) by correcting the sub feedback amount Vafsfb based on the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc.
  • the air-fuel ratio imbalance index value RIMB may be adopted as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc, and when the learning value RIMBgaku is obtained, the learning value RIMBgaku may be adopted.
  • the CPU 71 of the seventh control device executes the routines shown in FIGS. 12 to 14 and the routines shown in FIGS. However, the CPU 71 of the seventh control device also sets the target air-fuel ratio abyfr to the stoichiometric air-fuel ratio stoich in step 1245 of FIG. As a result, the target air-fuel ratio abyfr is always maintained at the stoichiometric air-fuel ratio stoich.
  • the operation of the CPU 71 according to the routines of FIGS. 20 and 21 will be described.
  • the CPU 71 of the seventh control device executes a “sub feedback control routine” shown in FIG. 20 every time a predetermined time elapses.
  • the routine shown in FIG. 20 is a routine obtained by omitting “step 1910 to step 1920” from the routine of FIG. Therefore, as long as the sub feedback control condition is satisfied, the CPU 71 calculates the sub feedback amount Vafsfb by performing the processing of “Step 1925 to Step 1950” described above. Further, when the sub feedback control condition is not satisfied, the CPU 71 performs the above-described processing of “Step 1955 and Step 1960” and stops the sub feedback control.
  • the CPU 71 of the seventh control device determines “Yes” in step 1305 of FIG. 13 and performs the processing of “step 2110 to step 2160 of FIG. 21” described below. Then, the process proceeds to step 1315 in FIG.
  • Step 2110 The CPU 71 determines the basic increase value dVsb0 of the sub feedback amount based on the “correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc and intake air amount Ga”.
  • the sub feedback amount increase basic value dVsb0 is hereinafter also referred to as “sub FB increase basic value dVsb0”.
  • the sub FB increase basic value dVsb0 is obtained according to the sub FB increase basic value table Ma p dVsb0 (RIMBc, Ga) described in step 2110 of FIG.
  • the learned value RIMBgaku may be used as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc, or a newly acquired air-fuel ratio imbalance index value RIMB may be used.
  • the sub FB increase basic value dVsb0 is determined as follows.
  • the sub FB increase basic value dVsb0 increases as the intake air amount Ga increases.
  • the sub FB increase basic value dVsb0 increases as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases.
  • the sub FB increase basic value dVsb0 is a value equal to or greater than “0”.
  • Step 2120 The CPU 71 obtains an acceleration index amount dGa indicating the degree of acceleration of the engine 10 as in step 1710 of FIG.
  • Step 2130 The CPU 71 acquires the “acceleration correction value ksbacc of the sub feedback amount Vafsfb” based on the acceleration index amount dGa. That is, the CPU 71 obtains the acceleration correction value ksbacc according to the acceleration correction value table Ma p ksbacc (dGa) described in step 2130. According to the acceleration correction value table Ma p kacc (dGa), the acceleration correction value ksbacc is determined so as to “slowly increase in a range larger than 1” as the acceleration index amount dGa increases.
  • Step 2140 The CPU 71 employs the “product of the sub FB increase basic value dVsb0 and the acceleration correction value ksbacc (dVsb0 ⁇ ksbacc)” as the “increased value dVsb of the sub feedback amount Vafsfb”.
  • the increase value dVsb of the sub feedback amount Vafsfb is hereinafter referred to as “sub FB increase value dVsb”.
  • Step 2150 The CPU 71 employs a value obtained by adding the sub FB increase value dVsb to the sub feedback amount Vafsfb as the control sub feedback amount Vafsfbc.
  • control sub feedback amount Vafsfbc is a value obtained by correcting the sub feedback amount Vafsfb based on the “correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc, intake air flow rate Ga, and acceleration index value dGa”.
  • Step 2160 The CPU 71 obtains a value obtained by adding the control sub feedback amount Vafsfbc to the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67 as the feedback control output value Vabyfc.
  • the feedback control output value Vabyfc increases as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases (that is, a value corresponding to a leaner air-fuel ratio). Further, the feedback control output value Vabyfc increases as the intake air amount Ga increases, and increases as the acceleration index amount dGa increases, when the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc is a certain value.
  • the feedback control air-fuel ratio abyfsc increases (becomes a lean value), so the main feedback amount DFi increases. Accordingly, the commanded fuel injection amount Fi is corrected so as to increase as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc increases. That is, the indicated air-fuel ratio is changed to a richer side as the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc is larger. As a result, even when the degree of imbalance of the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio increases, the engine air-fuel ratio is maintained near the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, the seventh control device can reduce the discharge amount of nitrogen oxides into the atmosphere.
  • the command fuel injection amount Fi is an amount commensurate with the increase in the intake air amount Ga as the intake air amount Ga increases (the indicated fuel that increases based on the increase in the intake air amount Ga when the target air-fuel ratio abyfr is constant).
  • the increase amount is larger than the increase amount of the injection amount Fi).
  • the command fuel injection amount Fi is appropriately controlled according to the degree of imbalance between the intake air amount Ga and the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio, the command fuel injection amount Fi is unlikely to be excessive, and Emissions can be reduced.
  • command fuel injection amount Fi is corrected to increase so as to increase as the acceleration index amount dGa increases.
  • the degree of acceleration of the engine 10 the higher the possibility that the exhaust gas will be blown through the catalyst 53 in an unpurified state. Therefore, the possibility that a larger amount of nitrogen oxides will be discharged becomes higher.
  • the indicated air-fuel ratio is corrected to the rich side as the degree of acceleration of the engine 10 is increased. As a result, nitrogen oxide emissions can be further reduced during acceleration.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas that reaches the upstream air-fuel ratio sensor 67 approaches the stoichiometric air-fuel ratio stoich.
  • the sub feedback amount Vafsfb is “0 (increases the indicated fuel injection amount Fi). Value that does not decrease nor decreases).
  • step 2120 to step 2140 may be omitted.
  • step 2150 the value obtained by adding the sub FB increase basic value dVsb0 to the sub feedback amount Vafsfb is adopted as the control sub feedback amount Vafsfbc.
  • the sub FB increase basic value dVsb0 may be obtained based only on the correction air-fuel ratio imbalance index value RIMBc in step 2110. Further, the sub FB increase basic value dVsb0 may be corrected by the engine speed NE.
  • the seventh control device includes the same sub-feedback control means as the sixth control device. Further, the seventh control device indicates the sub feedback amount Vafsfb determined by the sub feedback control means as the air / fuel ratio imbalance index value RIMB (actually, the correction air / fuel ratio imbalance index value RIMBc) increases.
  • the increase correction of the command fuel injection amount Fi is executed (steps 2110 to 2160 in FIG. 21, FIG. 13). (See step 1235 of FIG. 12).
  • the eighth control device sets the learning value (sub-FB learning value) Vafsfbg of the sub-feedback amount Vafsfb. It differs from the sixth control device or the seventh control device only in that the correlated value is acquired as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB. Therefore, hereinafter, this difference will be mainly described.
  • the CPU 71 of the eighth control device executes the routines shown in FIG. 12, FIG. 13, FIG. 19, and FIG.
  • the routines shown in FIGS. 12, 13 and 19 have already been described.
  • the routine shown in FIG. 22 is a routine that replaces the routine shown in FIG.
  • the CPU 71 executes the routine shown in FIG. 22 every time 4 ms (predetermined constant sampling time ts) elapses.
  • step 2210 the CPU 71 determines whether or not the above-described sub feedback control condition is satisfied.
  • the CPU 71 executes processing of a predetermined step among steps 2215 to 2265 described below.
  • Step 2215 The CPU 71 determines whether or not the current time is “a time immediately after the sub FB learning value Vafsfbg is updated (a time immediately after the sub FB learning value is updated)”. That is, the CPU 71 determines whether or not the current time is immediately after the process of step 1950 in FIG. If the current time is immediately after the update of the sub FB learning value, the CPU 71 proceeds to step 2220. If the current time is not the time immediately after the sub FB learning value is updated, the CPU 71 proceeds directly from step 2215 to step 2295 to end the present routine tentatively.
  • Step 2220 The CPU 71 increases the value of the learning value integration counter Cexe by “1”.
  • Step 2225 The CPU 71 reads the sub FB learning value Vafsfbg calculated in Step 1950 of FIG.
  • Step 2230 The CPU 71 updates the integrated value SVafsfbg of the sub FB learning value Vafsfbg. That is, the CPU 71 obtains a new integrated value SVafsfbg by adding “the sub FB learning value Vafsfbg read in step 2225” to “the integrated value SVafsfbg at that time”.
  • the integrated value SVafsfbg is set to “0” in the above-described initial routine. Further, the integrated value SVafsfbg is also set to “0” by the process of step 2265 described later.
  • Step 2235 The CPU 71 determines whether or not the value of the learning value integration counter Cexe is greater than or equal to the counter threshold value Cth. If the value of the learning value integration counter Cexe is smaller than the counter threshold value Cth, the CPU 71 makes a “No” determination at step 2235 to directly proceed to step 2295 to end the present routine tentatively. On the other hand, if the value of the learning value integration counter Cexe is greater than or equal to the counter threshold Cth, the CPU 71 determines “Yes” in step 2235 and proceeds to step 2240.
  • Step 2240 The CPU 71 obtains the sub FB learning value average value Avesfbg by dividing the “integrated value SVafsfbg of the sub FB learning value Vafsfbg” by the “learning value integration counter Cexe”, and obtains the sub FB learning value average value Avesfbg.
  • the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is adopted.
  • the sub-FB learning value average value Avesfbg increases as the difference between the amount of hydrogen contained in the exhaust gas before passing through the upstream catalyst 53 and the amount of hydrogen contained in the exhaust gas after passed through the upstream catalyst 53 increases. It is a parameter. That is, the sub-feedback amount Vafsfb increases as the degree of shift of the air-fuel ratio to the lean side due to “selective hydrogen diffusion and main feedback control” increases as the degree of imbalance of the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio increases. Becomes larger (a value that shifts the air-fuel ratio of the engine to a richer side). Therefore, the sub FB learning value Vafsfbg and the sub FB learning value average value Avesfbg also increase as the degree of imbalance of the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio increases.
  • the sub-FB learning value average value Avesfbg air-fuel ratio imbalance index value RIMB
  • the sub-FB learning value average value Avesfbg increases as the air-fuel ratio of the imbalance cylinder deviates from the air-fuel ratio of the non-imbalance cylinder.
  • Step 2242 The CPU 71 determines whether or not the value of the index value acquisition flag XIMBget is “0”. At this time, if the value of the index value acquisition flag XIMBget is “1” (that is, if the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is acquired after the current start of the engine 10), the CPU 71 “ No ”is determined, and the process proceeds to Step 2260. On the other hand, if the value of the index value acquisition flag XIMBget is “1”, the CPU 71 determines “Yes” in step 2242 and proceeds to step 2245.
  • Step 2245 The CPU 71 determines whether or not the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is greater than or equal to the imbalance determination threshold value RIMBth. If the air-fuel ratio imbalance index value RIMB (sub-FB learning value average value Avesfbg) is equal to or greater than the threshold value RIMBth, the CPU 71 determines “Yes” in step 2245 and proceeds to step 2250 to set the value of the imbalance occurrence flag XIMB. Is set to “1”. That is, the CPU 71 determines that an air-fuel ratio imbalance among cylinders has occurred. Further, at this time, the CPU 71 may turn on a warning lamp (not shown). The value of the imbalance occurrence flag XIMB is stored in the backup RAM 74. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 2260.
  • the CPU 71 makes a “No” determination at step 2245 to proceed to step 2255,
  • the value of the generation flag XIMB is set to “2”. That is, “the air-fuel ratio imbalance among cylinders as a result of the imbalance determination between air-fuel ratios is determined to have been determined not to have occurred” is stored. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 2260.
  • Step 2260 The CPU 71 sets the value of the index value acquisition flag XIMBget to “1”.
  • Step 2265 The CPU 71 sets (resets) the value of the learning value integration counter Cexe to “0”, and sets (resets) the integration value SVafsfbg of the sub FB learning value to “0”.
  • step 2210 If the sub-feedback control condition is not satisfied when the processing of step 2210 is executed, the CPU 71 proceeds directly to step 2295 to end the present routine tentatively.
  • the eighth control device acquires the sub FB learning value average value Avesfbg as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB.
  • the eighth control device may acquire “the sub FB learning value Vafsfbg itself or the average value of the sub feedback amount Vafsfb” as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB. That is, a value correlated with the sub feedback amount Vafsfb (a value that changes in accordance with the sub feedback amount Vafsfb) can be adopted as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB. Note that step 2242 in FIG. 22 may be omitted.
  • the control device performs the indicated air-fuel ratio when the degree of shift of the air-fuel ratio to the lean side due to “selective hydrogen diffusion and main feedback control” is large.
  • the value obtained by dividing the estimated or acquired in-cylinder intake air amount Mc (k) by the command fuel injection amount Fi) is set to an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio stoich. As a result, nitrogen oxide emissions can be reduced.
  • the air-fuel ratio imbalance index value RIMB indicating the degree of shift of the air-fuel ratio to the lean side due to “selective hydrogen diffusion and main feedback control” is obtained by the various methods described above and the methods described later. Can do.
  • the imbalance index value acquisition means provided in the control device according to the embodiment of the present invention can acquire the air-fuel ratio imbalance index value RIMB as described below.
  • the imbalance index value acquisition means increases as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB increases as the air-fuel ratio fluctuation (variation width) of the exhaust gas passing through the position where the upstream air-fuel ratio sensor 67 is disposed increases. Can be obtained based on the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67 (see FIGS. 10 and 14).
  • the imbalance index value acquisition means may be as follows.
  • the imbalance index value acquisition means includes A differential value d (Vabyfs) / dt with respect to time of the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67 is acquired, and a value correlated with the acquired differential value d (Vabyfs) / dt is set as an air-fuel ratio imbalance index value RIMB. It can be configured to obtain.
  • An example of a value correlated with the acquired differential value d (Vabyfs) / dt is the average of the absolute values of the differential values d (Vabyfs) / dt acquired in a unit combustion cycle or a period that is a natural number times the unit combustion cycle. Value. This average value can be obtained by a routine similar to the routine of FIG.
  • Another example of the value correlated with the acquired differential value d (Vabyfs) / dt is the maximum absolute value of the differential value d (Vabyfs) / dt acquired in a plurality of unit combustion cycles. Is an averaged value.
  • the imbalance index value acquisition means includes The differential value d (abyfs) / dt with respect to the time of the detected air-fuel ratio abyfs expressed by the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67 is acquired and correlated with the acquired differential value d (abyfs) / dt value.
  • the value may be obtained as an air-fuel ratio imbalance index value RIMB.
  • An example of a value correlated with the acquired differential value d (abyfs) / dt value is an absolute value of the differential value d (abyfs) / dt acquired in a unit combustion cycle or a period that is a natural number times the unit combustion cycle. Average value (see routine in FIG. 14).
  • Another example of the value correlated with the acquired differential value d (abyfs) / dt is the maximum absolute value of the differential value d (abyfs) / dt acquired in a plurality of unit combustion cycles, and a plurality of unit combustion cycles. Is an averaged value.
  • the imbalance index value acquisition means includes The second-order differential value d 2 (Vabyfs) / dt 2 with respect to the time of the output value Vabyfs of the upstream side air-fuel ratio sensor 67 is acquired, and a value correlated with the acquired second-order differential value d 2 (Vabyfs) / dt 2 is empty. It may be configured to obtain the fuel ratio imbalance index value RIMB. Since the output value Vabyfs and the detected air-fuel ratio abyfs are substantially proportional to each other (see FIG. 8), the second-order differential value d 2 (Vabyfs) / dt 2 is the second-order differential value with respect to the time of the detected air-fuel ratio abyfs.
  • the second-order differential value d 2 (Vabyfs) / dt 2 is obtained by subtracting the output value Vabyfs before a certain sampling time from the current output value Vabyfs to obtain a differential value d (Vabyfs) / dt for each constant sampling time. It can be obtained by subtracting the differential value d (Vabyfs) / dt before a certain sampling time from the newly obtained differential value d (Vabyfs) / dt.
  • An example of a value correlated with the acquired second order differential value d 2 (Vabyfs) / dt 2 value is a unit combustion cycle or a plurality of second order differential values d 2 (Vabyfs) / is the mean value of the absolute value of dt 2.
  • the value is an averaged value for a plurality of unit combustion cycles.
  • the imbalance index value acquisition means includes The second-order differential value d 2 (abyfs) / dt 2 with respect to the time of the detected air-fuel ratio abyfs expressed by the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67 is acquired, and the acquired second-order differential value d 2 (abyfs) / A value correlated with dt 2 may be obtained as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB.
  • the second-order differential value d 2 (abyfs) / dt 2 is a relatively small value as shown by the broken line C5 in FIG. 10D when the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio difference is small, and the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio difference is If it is large, it becomes a relatively large value as shown by the solid line C6 in FIG.
  • the second-order differential value d 2 (abyfs) / dt 2 is obtained by subtracting the detected air-fuel ratio change rate ⁇ AF obtained before a certain sampling time from the detected air-fuel ratio change rate ⁇ AF obtained in step 1425 of FIG. It can ask for.
  • An example of a value correlated with the acquired second-order differential value d 2 (abyfs) / dt 2 value is a unit combustion cycle or a plurality of second-order differential values d 2 (abyfs) / acquired in a period that is a natural number times the unit combustion cycle. is the mean value of the absolute value of dt 2.
  • Another example of the obtained second-order differential value d 2 (abyfs) value correlated with / dt 2 is the maximum value of the absolute values of the plurality obtained second-order differential value d 2 (abyfs) / dt 2 in the unit combustion cycle
  • the imbalance index value acquisition means includes A value correlated with the difference ⁇ X between the maximum value and the minimum value in a predetermined period (for example, a period that is a natural number multiple of the unit combustion cycle period) of the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67, or the upstream air-fuel ratio sensor 67
  • a value correlated with the difference ⁇ Y between the maximum value and the minimum value of the detected air-fuel ratio abyfs expressed by the output value Vabyfs of the predetermined value may be obtained as the air-fuel ratio imbalance index value RIMB.
  • the difference ⁇ Y increases as the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio difference increases. Therefore, the difference ⁇ X (the absolute value of ⁇ X) increases as the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio difference increases.
  • An example of a value correlated with the acquired difference ⁇ X (or ⁇ Y) is an average value of absolute values of a plurality of differences ⁇ X (or ⁇ Y) acquired in a unit combustion cycle or a period that is a natural number times the unit combustion cycle.
  • the imbalance index value acquisition means includes As the air-fuel ratio imbalance index value RIMB, a value that correlates with the locus length of the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67 in a predetermined period or the detected air-fuel ratio abyfs expressed by the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 67.
  • a value that correlates to the trajectory length in the predetermined period of time may be acquired. As is clear from FIG. 10B, these trajectory lengths increase as the air-fuel ratio difference for each cylinder increases.
  • the value correlated with the trajectory length is, for example, an average value of absolute values of trajectory lengths acquired in a unit combustion cycle or a period that is a natural number times the unit combustion cycle.
  • the output value Vabyfs is acquired every time the predetermined sampling time ts elapses, and the output value Vabyfs is converted into the detected air-fuel ratio abyfs, and the detected air-fuel ratio abyfs and
  • the absolute value of the difference between the detected air-fuel ratio abyfs acquired before the certain sampling time ts can be obtained by integration.
  • the imbalance index value acquisition means includes: A value correlated with the sub feedback amount Vafsfb may be acquired as an air-fuel ratio imbalance index value RIMB (see FIGS. 22 and 23).
  • the imbalance index value acquisition means includes: A value (rotational fluctuation correlation value) that increases as the rotational speed fluctuation of the engine 10 increases may be acquired as the air-fuel ratio imbalance index value.
  • the rotational fluctuation correlation value may be, for example, an average value in a unit combustion cycle of a plurality of absolute values of the change amount ⁇ NE of the engine rotational speed NE for each constant sampling and the absolute value of the change amount ⁇ NE.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be adopted within the scope of the present invention.
  • the above control devices can be applied to a V-type engine.
  • the V-type engine has a right bank upstream side catalyst (an exhaust passage of the engine and at least two of the plurality of cylinders of the plurality of cylinders) downstream of the exhaust collecting portion of the two or more cylinders belonging to the right bank. And a catalyst disposed at a site downstream of the exhaust collecting portion where the exhaust gas discharged from the combustion chamber collects.
  • the V-type engine has a left bank upstream side catalyst (at least two or more cylinders of the plurality of cylinders in the exhaust passage of the engine) downstream of an exhaust collecting portion of two or more cylinders belonging to the left bank. And a catalyst disposed at a site downstream of the exhaust collecting portion where exhaust gases discharged from the combustion chambers of the remaining two or more cylinders other than the above are gathered.
  • the V-type engine is provided with an upstream air-fuel ratio sensor and a downstream air-fuel ratio sensor for the right bank upstream and downstream of the right bank upstream catalyst, and for the left bank upstream and downstream of the left bank upstream catalyst.
  • the upstream air-fuel ratio sensor and the downstream air-fuel ratio sensor can be provided.
  • Each upstream air-fuel ratio sensor like the air-fuel ratio sensor 67, is disposed between the exhaust collection portion of each bank and the upstream catalyst of each bank. In this case, the main feedback control and the sub feedback control for the right bank are executed, and the main feedback control and the sub feedback control for the left bank are executed independently.
  • the control device obtains the “air-fuel ratio fluctuation index amount AFD (air-fuel ratio imbalance index value RIMB)” for the right bank based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor for the right bank, and uses them. It is possible to determine whether or not an air-fuel ratio imbalance among cylinders occurs between the cylinders belonging to the right bank. Further, the control device instructs the fuel injection valves 39 corresponding to those cylinders to change the indicated air-fuel ratio of the cylinders belonging to the right bank based on “the air-fuel ratio imbalance index value RIMB for the right bank”. The fuel injection amount Fi is corrected to increase.
  • AFD air-fuel ratio imbalance index value RIMB
  • the control device obtains the “air-fuel ratio fluctuation index amount AFD (air-fuel ratio imbalance index value RIMB)” for the left bank based on the output value of the upstream-side air-fuel ratio sensor for the left bank, and uses them. It can be determined whether or not an air-fuel ratio imbalance among cylinders is occurring between the cylinders belonging to the left bank. Further, the control device instructs the fuel injection valves 39 corresponding to those cylinders to change the indicated air-fuel ratio of the cylinders belonging to the left bank based on “the air-fuel ratio imbalance index value RIMB for the left bank”. The fuel injection amount Fi is corrected to increase.
  • AFD air-fuel ratio imbalance index value RIMB
  • the air-fuel ratio imbalance index value RIMB is “a certain arbitrary value”
  • the indicated air-fuel ratio is decreased.
  • the indicated air-fuel ratio is changed from “the first air-fuel ratio to the first air-fuel ratio”. It may be shifted to the rich side by “the second air-fuel ratio having a small size”.
  • Whether the air-fuel ratio of the imbalance cylinder is shifted to the rich side from the stoichiometric air-fuel ratio stoich or the lean side from the stoichiometric air-fuel ratio stoich is determined, for example, as follows. be able to.
  • CPU71 calculates
  • CPU71 calculates

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Abstract

本発明による燃料噴射量制御装置(制御装置)は、排気集合部(HK)と触媒(53)との間の位置に配設される上流側空燃比センサ(67)を備える。制御装置は、その上流側空燃比センサの出力値により表される空燃比(検出空燃比abyfs)が理論空燃比に設定された目標空燃比に一致するように、燃料噴射弁(39)が噴射すべき燃料の量(指示燃料噴射量)をフィードバック補正する。更に、制御装置は、それぞれの燃焼室に供給される混合気の空燃比の気筒間における差が大きいほど大きくなる空燃比不均衡指標値を取得し、その取得された空燃比不均衡指標値が大きいほど「前記指示燃料噴射量によって決まる空燃比(指示空燃比)」が理論空燃比よりも「よりリッチ」な空燃比となるように、前記指示燃料噴射量を増大補正する。

Description

内燃機関の燃料噴射量制御装置
 本発明は、多気筒内燃機関の燃料噴射量制御装置に関する。
 従来から、図1に示したように、内燃機関の排気通路に配設された三元触媒(53)と、その三元触媒(53)の上流及び下流にそれぞれ配置された上流側空燃比センサ(67)及び下流側空燃比センサ(68)と、を備えた空燃比制御装置が広く知られている。
 この空燃比制御装置は、機関に供給される混合気の空燃比(機関の空燃比)が理論空燃比と一致するように、上流側空燃比センサの出力と下流側空燃比センサの出力とに基いて「機関の空燃比を理論空燃比に一致させるための空燃比フィードバック量」を算出し、その空燃比フィードバック量により機関の空燃比をフィードバック制御するようになっている。
 一方、上流側空燃比センサを備えるが下流側空燃比センサを備えず、上流側空燃比センサの出力のみに基いて「機関の空燃比を理論空燃比に一致させるための空燃比フィードバック量」を算出し、その空燃比フィードバック量により機関の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置も広く知られている。
 このような空燃比制御装置において使用される空燃比フィードバック量は、全気筒に対して共通する制御量である。
 ところで、一般に、このような空燃比制御装置は電子制御式燃料噴射装置を採用した内燃機関に適用される。その内燃機関は、各気筒又は各気筒に連通した吸気ポートに少なくとも一つの燃料噴射弁(39)を備えている。従って、ある特定の気筒の燃料噴射弁の特性が「指示された燃料噴射量(指示燃料噴射量)よりも過大な量の燃料を噴射する特性」となると、その特定の気筒に供給される混合気の空燃比(その特定気筒の空燃比)のみが大きくリッチ側に変化する。即ち、気筒間における空燃比の不均一性(空燃比気筒間ばらつき、空燃比の気筒間インバランス)が大きくなる。換言すると、各気筒に供給される混合気の空燃比である「気筒別空燃比」の間に不均衡が生じる。
 なお、以下において、指示燃料噴射量よりも過大又は過小な量の燃料を噴射する特性を有する燃料噴射弁に対応する気筒をインバランス気筒とも称呼し、残りの気筒(指示燃料噴射量の燃料を噴射する燃料噴射弁に対応する気筒)を非インバランス気筒(又は、正常気筒)とも称呼する。
 この場合、機関全体に供給される混合気の空燃比の平均は、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比となる。従って、全気筒に対して共通する空燃比フィードバック量により、上記特定の気筒の空燃比は理論空燃比に近づけられるようにリーン側へと変更され、同時に、他の気筒の空燃比は理論空燃比から遠ざけられるようにリーン側へと変更させられる。この結果、機関全体に供給される混合気の空燃比の平均は理論空燃比の近傍の空燃比に一致する。
 しかしながら、上記特定の気筒の空燃比は依然として理論空燃比よりもリッチ側の空燃比となり、残りの気筒の空燃比は理論空燃比よりもリーン側の空燃比となるから、各気筒における混合気の燃焼状態は完全燃焼とは相違した燃焼状態となる。この結果、各気筒から排出されるエミッションの量(未燃物の量及び/又は窒素酸化物の量)が増大する。このため、機関に供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比であったとしても、増大したエミッションを三元触媒が浄化しきれず、結果として、エミッションが悪化する虞がある。
 従って、気筒間における空燃比の不均一性が過大になっていること(空燃比気筒間インバランス状態が発生していること)を検出し、何らかの対策を講じさせるようにすることはエミッションを悪化させないために重要である。なお、空燃比気筒間インバランスは、特定の気筒の燃料噴射弁の特性が「指示された燃料噴射量よりも過小な量の燃料を噴射する特性」となった場合等にも発生する。
 従来の燃料噴射量制御装置の一つは、上流側空燃比センサ(67)の出力値(出力信号)の軌跡長を取得する。更に、この制御装置は、その軌跡長と「機関回転速度に応じて変化する参照値」とを比較し、その比較結果に基いて空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを判定する(例えば、米国特許第7,152,594号を参照。)。
 従来の燃料噴射量制御装置の別の一つは、上流側空燃比センサ(67)の出力値を分析し、気筒別空燃比を検出する。そして、この制御装置は、検出された気筒別空燃比の間の差に基づいて空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを判定する(例えば、特開2000−220489号公報を参照。)。
 ところで、気筒別空燃比の不均一性が生じると、機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値(真の時間的平均値)は、空燃比フィードバック量により「理論空燃比よりも大きい空燃比(リーン空燃比)」に制御されてしまう場合がある。以下、この理由を述べる。
 機関に供給される燃料は炭素と水素との化合物である。従って、燃焼に供される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であると、「炭化水素HC、一酸化炭素CO及び水素H等」の未燃物が中間生成物として生成される。この場合、燃焼に供される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であって理論空燃比から遠ざかるほど、燃焼期間中に中間生成物が酸素と出合って結合する確率が急激に小さくなる。この結果、未燃物(HC、CO及びH)の量は、図2に示したように、気筒に供給される混合気の空燃比がリッチ側の空燃比になるほど急激に(例えば、二次関数的に)増大する。
 なお、図2に示したグラフの横軸は「インバランス割合」である。インバランス割合とは、「理論空燃比Xに対する、理論空燃比Xとインバランス気筒の空燃比afとの差Y(=X−af)、の比(Y/X)」である。
 いま、特定気筒の空燃比のみが大きくリッチ側にずれたと仮定する。この場合、その特定気筒に供給される混合気の空燃比(特定気筒の空燃比)は、残りの気筒に供給される混合気の空燃比(残りの気筒の空燃比)に比較して、大きくリッチ側の空燃比(小さい空燃比)へと変化する。このとき、その特定気筒から極めて多量の未燃物(HC,CO,H)が排出される。
 一方、上流側空燃比センサ(67)は一般に拡散抵抗層を備える。上流側空燃比センサ(67)は、その拡散抵抗層を通過して上流側空燃比センサ(67)の排ガス側電極層(空燃比検出素子の表面)に到達した酸素又は未燃物に応じた値を出力する。
 他方、水素Hは、炭化水素HC及び一酸化炭素CO等に比べて小さい分子である。従って、水素Hは他の未燃物(HC,CO)に比較して、上流側空燃比センサ(67)の拡散抵抗層を迅速に拡散する。このため、HC,CO及びHからなる未燃物が多量に発生すると、拡散抵抗層において水素Hの選択的拡散(優先的な拡散)が発生する。即ち、水素Hは、排ガス側電極層に「他の未燃物(HC,CO)」よりも多量に到達するようになる。
 この結果、上流側空燃比センサの排ガス側電極層に到達した排ガスに含まれる全未燃成分に対する水素Hの割合は、機関から排出された排ガスに含まれる全未燃成分に対する水素Hの割合よりも大きくなる。
 気筒別空燃比の不均一性が生じると、この水素の選択的拡散に起因して、上流側空燃比センサ(67)の出力値により表される空燃比は、機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値(機関から排出される排ガスの空燃比の真の平均値)よりも、リッチ側の空燃比となる。
 より具体的に述べると、例えば、4気筒エンジンの各気筒に吸入される空気量(重量)がA0であり、各気筒に供給される燃料の量(重量)がF0であるとき、空燃比A0/F0が理論空燃比(例えば、14.6)であると仮定する。
 この場合において、各気筒に対して供給(噴射)される燃料の量が均等に10%だけ過剰であると仮定する。即ち、各気筒に1.1・F0の燃料が供給されたと仮定する。このとき、4気筒に供給される空気量の総量(各気筒がそれぞれ一回の燃焼行程を終了する間に機関全体に供給される空気量)は4・A0であり、4気筒に供給される燃料の総量(各気筒がそれぞれ一回の燃焼行程を終了する間に機関全体に供給される燃料の量)は4.4・F0(=1.1・F0+1.1・F0+1.1・F0+1.1・F0)である。よって、機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値は、4・A0/(4.4・F0)=A0/(1.1・F0)となる。
 この場合、上流側空燃比センサ(67)の出力値は、空燃比A0/(1.1・F0)に応じた出力値となる。従って、フィードバック制御によって、機関全体に供給される混合気の空燃比は「目標空燃比である理論空燃比A0/F0」に一致させられる。換言すると、空燃比フィードバック制御によって各気筒に供給される燃料の量が10%ずつ減量される。即ち、各気筒に1・F0の燃料が供給されるようになり、各気筒の空燃比は理論空燃比A0/F0に一致する。
 次に、ある一つの特定気筒に対して供給される燃料の量が40%だけ過剰な量(即ち、(1.4・F0))であり、残りの3気筒のそれぞれに対して供給される燃料の量は適正量(各気筒の空燃比が理論空燃比と一致するために必要な燃料量であり、この場合F0)であると仮定する。
 このとき、4気筒に供給される空気量の総量は4・A0である。一方、4気筒に供給される燃料の総量は4.4・F0(=1.4・F0+F0+F0+F0)である。よって、機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値は、4・A0/(4.4・F0)=A0/(1.1・F0)となる。即ち、この場合の機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値は、前述した「各気筒に対して供給される燃料の量が均等に10%だけ過剰である場合」と同じ値となる。
 しかしながら、前述したように、排ガス中の未燃物(HC、CO及びH)の量は、気筒に供給される混合気の空燃比がリッチ側の空燃比になるほど急激に増大する。加えて、上流側空燃比センサ(67)には、各気筒からの排ガスが混合した排ガスが到達する。従って、「特定気筒に対して供給される燃料の量のみが40%だけ過剰な量となった場合に排ガスに含まれる水素Hの量」は、「各気筒に対して供給される燃料の量が均等に10%だけ過剰である場合に排ガスに含まれる水素Hの量」よりも顕著に大きくなる。
 この結果、上述した「水素の選択的拡散」に起因して、上流側空燃比センサ(67)の出力値により表される空燃比は「機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値(A0/(1.1・F0))」よりもリッチ側の空燃比となる。つまり、排ガスの空燃比の平均値が「所定のリッチ側の空燃比」であっても、空燃比気筒間インバランスが発生しているときに上流側空燃比センサ(67)の排ガス側電極層に到達する水素Hの濃度は、空燃比気筒間インバランスが発生していないときに排ガス側電極層に到達する水素Hの濃度よりも、格段に高くなる。故に、上流側空燃比センサ(67)の出力値は、混合気の空燃比の真の平均値よりもリッチ側の空燃比を示す値となる。
 その結果、上流側空燃比センサの出力値に基く空燃比のフィードバック制御により、機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値は、理論空燃比よりもリーン側に制御されてしまう。以上が、気筒間における空燃比の不均一性が生じたとき、空燃比の真の平均値がリーン側に制御されてしまう理由である。なお、以下において、このような「水素の選択的拡散及びフィードバック制御に起因する空燃比のリーン側への偏移」は、「水素の選択的拡散に起因する空燃比のリーン側への移行」とも称呼する。
 「水素の選択的拡散に起因する空燃比のリーン側への移行」は、インバランス気筒の空燃比が、非インバランス気筒の空燃比よりもリーン側に偏移した場合においても、同様に発生する。この理由については後述する。
 なお、従来の燃料噴射量制御装置の更に別の一つは、この現象を利用して空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを判定するようになっている。即ち、この制御装置は、上流側空燃比センサ(67)の出力値に基いて機関の空燃比を理論空燃比に一致させるためのフィードバック制御(メインフィードバック制御)を実行する。更に、この制御装置は、下流側空燃比センサ(68)の出力値を理論空燃比に相当する目標値に一致させるためのフィードバック制御(サブフィードバック制御)を実行する。
 機関から排出された排ガスに含まれる水素Hは他の未燃物(HC,CO)とともに触媒(53)において酸化(浄化)される。下流側空燃比センサ(68)には、触媒(53)を通過した排ガスが到達する。それ故、下流側空燃比センサ(68)の出力値は、機関に供給されている混合気の真の空燃比の平均値に応じた値となる。
 その結果、特定気筒の空燃比のみが大きくリッチ側にずれた場合、下流側空燃比センサの出力値は、上流側空燃比センサ(67)の出力値に基くフィードバック制御によって「過度にリーン側に補正された真の空燃比」に応じた値となる。即ち、下流側空燃比センサ(68)の出力値は、空燃比気筒間インバランスの程度に応じて変化する値となるから、下流側空燃比センサ(68)の出力値を理論空燃比に相当する目標値に一致させるためのフィードバック制御に用いられる制御量(サブフィードバック量)は空燃比気筒間インバランス状態の程度を反映した値となる。そこで、上記従来の制御装置は、そのサブフィードバック制御の制御量に基いて空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを判定する(例えば、特開2009−30455号公報を参照。)。
 空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定されたとしても、その状態(空燃比気筒間インバランス状態が発生した状態)にて機関の運転が継続される場合がある。更に、気筒間における空燃比の不均一性が生じているが、その不均一性の程度が「空燃比気筒間インバランス状態が発生したとは判定されない程度」である場合、機関の運転は継続される。このような場合、上流側空燃比センサ(67)の出力値に基くフィードバック制御により機関の空燃比は理論空燃比よりもリーン側に制御される。その結果、機関から窒素酸化物(NOx)が多量に排出され、触媒(53)がその窒素酸化物を完全に浄化できない場合が生じる。
 この問題は、上述したサブフィードバック制御を行う装置についても発生する。これは、サブフィードバック量には上限値及び下限値が設けられることが多く、サブフィードバック量がその上限値又は下限値に一致してしまうと、サブフィードバック量によっても機関の空燃比を十分に制御できないからである。更に、サブフィードバック量は比較的緩慢に変化するように構成される。従って、サブフィードバック量に上限値及び下限値が設けられていない場合、或いは、サブフィードバック量がその上限値又は下限値に一致していない場合であっても、例えば、機関の始動後等においてサブフィードバック量が不適切な値となっている期間が生じるからである。加えて、サブフィードバック制御を実行する条件が成立していない期間においては、サブフィードバック制御による補正がなされないからである。
 従って、本発明の目的の一つは、気筒間における空燃比の不均一性が生じた場合に排出される窒素酸化物の量を低減することが可能な内燃機関の燃料噴射量制御装置(以下、単に「本発明装置」とも称呼する。)を提供することにある。
 本発明装置は、
 複数の気筒と、
 前記複数の気筒のうちの少なくとも2以上の気筒から排出された排ガスが集合する前記機関の排気通路の排気集合部よりも下流側の位置に配設された排気浄化用の触媒と、
 複数の燃料噴射弁と、
 を有する多気筒内燃機関に適用される。
 前記複数の燃料噴射弁は、前記少なくとも2以上の気筒のそれぞれに対応して配設される。即ち、燃料噴射弁は、一つの気筒に対して一つ以上設けられている。各燃料噴射弁は、前記少なくとも2以上の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料であって、指示燃料噴射量に応じた量の燃料を噴射する。
 本発明装置は、指示燃料噴射量決定手段と、上流側空燃比センサと、を備える。
 前記指示燃料噴射量決定手段は、前記燃料噴射弁に与えられる前記指示燃料噴射量を決定する。
 前記上流側空燃比センサは、前記排気通路であって前記排気集合部と前記触媒との間の位置に配設される。前記上流側空燃比センサは、その配設された位置を通過する排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する。
 更に、前記指示燃料噴射量決定手段は、フィードバック補正手段と、不均衡指標値取得手段と、燃料増量手段と、を含む。
 前記フィードバック補正手段は、「前記上流側空燃比センサの出力値により表される空燃比(検出空燃比)」が「理論空燃比に設定された目標空燃比」に一致するように、前記指示燃料噴射量をフィードバック補正する。なお、フィードバック補正手段が用いる目標空燃比は、上流側目標空燃比とも称呼される。
 前記不均衡指標値取得手段は、「前記少なくとも2以上の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気の空燃比」の気筒間における差が大きいほど大きくなる空燃比不均衡指標値を取得する。
 この不均衡指標値取得手段は、次のような種々の態様をとることができる。
(A)前記不均衡指標値取得手段は、前記空燃比不均衡指標値として、前記上流側空燃比センサが配設された位置を通過する前記排ガスの空燃比の変動が大きくなるほど大きくなる値を前記空燃比センサの出力値に基づいて取得するように構成され得る。
 この場合、更に具体的には不均衡指標値取得手段は次のような態様であってもよい。
(A−1)
 前記不均衡指標値取得手段は、
 前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsの時間についての微分値d(Vabyfs)/dtを取得するとともに、同取得した微分値d(Vabyfs)/dtに相関する値を前記空燃比不均衡指標値として取得するように構成され得る。
(A−2)
 前記不均衡指標値取得手段は、
 前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsの時間についての微分値d(abyfs)/dtを取得するとともに、同取得した微分値d(abyfs)/dt値に相関する値を前記空燃比不均衡指標値として取得するように構成され得る。
(A−3)
 前記不均衡指標値取得手段は、
 前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsの時間についての二階微分値d(Vabyfs)/dtを取得するとともに、同取得した二階微分値d(Vabyfs)/dtに相関する値を前記空燃比不均衡指標値として取得するように構成され得る。
(A−4)
 前記不均衡指標値取得手段は、
 前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsの時間についての二階微分値d(abyfs)/dtを取得するとともに、同取得した二階微分値d(abyfs)/dtに相関する値を前記空燃比不均衡指標値として取得するように構成され得る。
(A−5)
 前記不均衡指標値取得手段は、
 前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsの所定期間における最大値と最小値との差に相関する値、又は、前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsの所定期間における最大値と最小値との差に相関する値を、前記空燃比不均衡指標値として取得するように構成され得る。
(A−6)
 前記不均衡指標値取得手段は、
 前記空燃比不均衡指標値として、前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsの所定期間おける軌跡長に相関する値、又は、前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsの前記所定期間における軌跡長に相関する値を取得するように構成され得る。
(B)更に、
 前記指示燃料噴射量決定手段が、
 前記下流側空燃比センサの出力値を理論空燃比に対応する値に一致させるために必要なサブフィードバック量を決定するとともに前記決定されたサブフィードバック量に基いて前記指示燃料噴射量を補正するサブフィードバック制御手段を含む場合、
 前記不均衡指標値取得手段は、
 前記サブフィードバック量に相関する値を前記空燃比不均衡指標値として取得するように構成され得る。
(C)更に、
 前記不均衡指標値取得手段は、
 前記機関の回転速度の変動が大きくなるほど大きくなる値を空燃比不均衡指標値として取得するように構成されてもよい。
 前記燃料増量手段は、前記取得された空燃比不均衡指標値が大きいほど「前記指示燃料噴射量によって決まる空燃比である指示空燃比」が理論空燃比よりも「よりリッチな空燃比」となるように前記指示燃料噴射量を増大補正する(即ち、指示燃料噴射量の増量制御を実行する)。即ち、前記燃料増量手段は、前記空燃比不均衡指標値が大きいほど、前記指示空燃比と理論空燃比との差の絶対値が大きくなり且つ前記指示空燃比がより小さくなるように、前記指示燃料噴射量を決定する。
 この燃料増量手段も、次のような種々の態様をとることができる。
(1)前記燃料増量手段は、
 前記取得された空燃比不均衡指標値が大きいほど、理論空燃比との差の絶対値がより大きくなる空燃比であって理論空燃比よりも小さい空燃比へと前記フィードバック補正手段における前記目標空燃比を変更することにより、前記指示燃料噴射量を増大させるように構成され得る。
(2)前記燃料増量手段は、
 前記取得された空燃比不均衡指標値が大きいほど、前記フィードバック補正手段が前記フィードバック補正に用いる前記上流側空燃比センサの出力値により表される空燃比をより大きい空燃比へと補正することにより、前記指示燃料噴射量を増大させるように構成され得る。
(3)更に、本発明装置が、前記排気通路であって前記触媒よりも下流側の部位に配設されるとともに同配設された位置を通過する排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサを備え、且つ、前記指示燃料噴射量決定手段が、前記下流側空燃比センサの出力値を理論空燃比に対応する値に一致させるために必要なサブフィードバック量を決定するとともに前記決定されたサブフィードバック量に基いて前記指示燃料噴射量を補正するサブフィードバック制御手段を含む場合、
 前記燃料増量手段は、
 前記サブフィードバック制御手段により決定されたサブフィードバック量を、前記取得された空燃比不均衡指標値が大きいほど、前記指示燃料噴射量をより増大させる量へと変更することにより、前記指示燃料噴射量を増大させるように構成され得る。
 本発明装置によれば、気筒別空燃比の気筒間の差(気筒別空燃比差)が大きくなり、それに伴って、水素の選択的拡散に起因する空燃比のリーン側への移行の度合いが大きくなるほど、指示空燃比がより小さくなるように指示燃料噴射量が増量される。従って、気筒別空燃比の不均衡の程度が大きくなった場合においても、機関の空燃比が理論空燃比近傍に維持される。この結果、窒素酸化物の大気中への排出量を低減することができる。
 本発明装置の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明装置の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
図1は、本発明の各実施形態に係る燃料噴射量制御装置が適用される内燃機関の概略平面図である。 図2は、気筒に供給された混合気の空燃比と、その気筒から排出される未燃成分の量と、の関係を示したグラフである。 図3は、図1に示した内燃機関の概略構成を示した同機関の断面図である。 図4は、図1及び図3に示した空燃比センサ(上流側空燃比センサ)の部分概略斜視図(透視図)である。 図5は、図1及び図3に示した空燃比センサの部分断面図である。 図6の(A)~(C)のそれぞれは、図1及び図3に示した空燃比センサ(上流側空燃比センサ)が備える空燃比検出部の概略断面図である。 図7は、排ガスの空燃比と空燃比センサの限界電流値との関係を示したグラフである。 図8は、排ガスの空燃比と空燃比センサの出力値との関係を示したグラフである。 図9は、排ガスの空燃比と図1及び図3に示した下流側空燃比センサの出力値との関係を示したグラフである。 図10は、空燃比気筒間インバランス状態が発生した場合と同状態が発生していない場合の空燃比不均衡指標値に関連する各値の挙動を示したタイムチャートである。 図11は、実際のインバランス割合と、検出空燃比変化率である空燃比不均衡指標値と、の関係を示したグラフである。 図12は、本発明の第1実施形態に係る燃料噴射量制御装置(第1制御装置)のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図13は、第1制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図14は、第1制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図15は、本発明の第2実施形態に係る燃料噴射量制御装置(第2制御装置)のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図16は、本発明の第3実施形態に係る燃料噴射量制御装置(第3制御装置)のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図17は、本発明の第4実施形態に係る燃料噴射量制御装置(第4制御装置)のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図18は、本発明の第5実施形態に係る燃料噴射量制御装置(第5制御装置)のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図19は、本発明の第6実施形態に係る燃料噴射量制御装置(第6制御装置)のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図20は、本発明の第7実施形態に係る燃料噴射量制御装置(第7制御装置)のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図21は、第7制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図22は、本発明の第8実施形態に係る燃料噴射量制御装置(第8制御装置)のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図23は、実際のインバランス割合と、サブフィードバック量の学習値の平均値である空燃比不均衡指標値と、の関係を示したグラフである。
 以下、本発明の各実施形態に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置(以下、単に「制御装置」とも称呼する。)について図面を参照しながら説明する。この制御装置は、内燃機関に供給される混合気の空燃比(機関の空燃比)を制御する空燃比制御装置の一部であり、更に、空燃比気筒間インバランス判定装置の一部でもある。
<第1実施形態>
(構成)
 図3は、第1実施形態に係る制御装置(以下、「第1制御装置」とも称呼する。)を、4サイクル・火花点火式・多気筒(直列4気筒)・内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図3は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
 この内燃機関10は、シリンダブロック部20と、シリンダヘッド部30と、吸気系統40と、排気系統50と、を含む。
 シリンダブロック部20は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含む。シリンダヘッド部30は、シリンダブロック部20の上に固定されている。吸気系統40は、シリンダブロック部20にガソリン混合気を供給する種々の部材を含む。排気系統50は、シリンダブロック部20から排出された排ガスを外部に放出するための種々の部材を含む。
 シリンダブロック部20は、シリンダ21、ピストン22、コンロッド23及びクランク軸24を含む。ピストン22はシリンダ21内を往復動し、ピストン22の往復動がコンロッド23を介してクランク軸24に伝達され、これにより同クランク軸24が回転するようになっている。シリンダ21の壁面及びピストン22の上面は、シリンダヘッド部30の下面とともに燃焼室25を形成している。
 シリンダヘッド部30は、吸気ポート31、吸気弁32、可変吸気タイミング制御装置33、排気ポート34、排気弁35、可変排気タイミング制御装置36、点火プラグ37、イグナイタ38及び燃料噴射弁(燃料噴射手段、燃料供給手段)39を備えている。
 吸気ポート31は燃焼室25に連通している。吸気弁32は吸気ポート31を開閉する。可変吸気タイミング制御装置33は、吸気弁32を駆動するインテークカムシャフトと、そのインテークカムシャフトの位相角を連続的に変更するアクチュエータ33aと、を含む。排気ポート34は燃焼室25に連通している。排気弁35は排気ポート34を開閉する。可変排気タイミング制御装置36は、排気弁35を駆動するエキゾーストカムシャフトと、そのエキゾーストカムシャフトの位相角を連続的に変更するアクチュエータ36aと、を含む。点火プラグ37は、各燃焼室25に一つずつ配設されている。イグナイタ58は、各点火プラグ37に一つずつ設けられている。イグナイタ38はイグニッションコイルを含む。
 燃料噴射弁39は、一つの燃焼室25に対して一つずつ配設されている。燃料噴射弁39は各燃焼室25に連通する各吸気ポート31に設けられている。燃料噴射弁39は、噴射指示信号に応答し、正常である場合に「その噴射指示信号に含まれる指示燃料噴射量の燃料」を対応する吸気ポート31内に噴射するようになっている。このように、複数の気筒のそれぞれは、他の気筒とは独立して燃料供給を行う燃料噴射弁39を備えている。
 吸気系統40は、インテークマニホールド41、吸気管42、エアフィルタ43、及び、スロットル弁44を備えている。
 インテークマニホールド41は、図1に示したように、複数の枝部41aとサージタンク41bとからなる。複数の枝部41aのそれぞれの一端は、図3に示したように、複数の吸気ポート31のそれぞれに接続されている。複数の枝部41aの他端はサージタンク41bに接続されている。吸気管42の一端はサージタンク41bに接続されている。エアフィルタ43は吸気管42の他端に配設されている。スロットル弁44は、吸気管42内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするようになっている。スロットル弁44は、DCモータからなるスロットル弁アクチュエータ44a(スロットル弁駆動手段の一部)により吸気管42内で回転駆動されるようになっている。
 排気系統50は、エキゾーストマニホールド51、エキゾーストパイプ52、エキゾーストパイプ52に配設された上流側触媒53、及び、上流側触媒53よりも下流のエキゾーストパイプ52に配設された図示しない下流側触媒を備えている。
 エキゾーストマニホールド51は、図1に示したように、それぞれの一端が排気ポートに接続された複数の枝部51aと、その複数の枝部51aのそれぞれの他端であって総ての枝部51aが集合している集合部51bとを備えている。この集合部51bは、複数(2以上であり、本例では4つ)の気筒から排出された排ガスが集合するから、排気集合部HKとも称呼される。エキゾーストパイプ52は集合部51bに接続されている。図3に示したように、排気ポート34、エキゾーストマニホールド51及びエキゾーストパイプ52は、排気通路を構成している。
 上流側触媒53及び下流側触媒のそれぞれは、所謂、白金、ロジウム及びパラジウム等の貴金属(触媒物質)からなる活性成分を担持する三元触媒装置(排気浄化用の触媒)である。各触媒は、各触媒に流入するガスの空燃比が理論空燃比であるとき、HC,CO,Hなどの未燃成分を酸化するとともに窒素酸化物(NOx)を還元する機能を有する。この機能は触媒機能とも称呼される。更に、各触媒は、酸素を吸蔵(貯蔵)する酸素吸蔵機能を有する。各触媒は、酸素吸蔵機能により空燃比が理論空燃比から偏移したとしても未燃成分及び窒素酸化物を浄化することができる。酸素吸蔵機能は、触媒に担持されているセリア(CeO)等の酸素吸蔵材によってもたらされる。
 このシステムは、熱線式エアフローメータ61、スロットルポジションセンサ62、水温センサ63、クランクポジションセンサ64、インテークカムポジションセンサ65、エキゾーストカムポジションセンサ66、上流側空燃比センサ67、下流側空燃比センサ68、及び、アクセル開度センサ69を備えている。
 エアフローメータ61は、吸気管42内を流れる吸入空気の質量流量(吸入空気流量)Gaに応じた信号を出力するようになっている。即ち、吸入空気流量Gaは、単位時間あたりに機関10に吸入される吸入空気量Gaを表す。
 スロットルポジションセンサ62は、スロットル弁44の開度(スロットル弁開度)を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。
 水温センサ63は、内燃機関10の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。冷却水温THWは、機関10の暖機状態(機関10の温度)を表すパラメータである。
 クランクポジションセンサ64は、クランク軸24が10°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸24が360°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、後述する電気制御装置70によって機関回転速度NEに変換される。
 インテークカムポジションセンサ65は、インテークカムシャフトが所定角度から90度、次いで90度、更に180度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。後述する電気制御装置70は、クランクポジションセンサ64及びインテークカムポジションセンサ65からの信号に基づいて、基準気筒(例えば第1気筒)の圧縮上死点を基準とした絶対クランク角度CAを取得するようになっている。この絶対クランク角度CAは、基準気筒の圧縮上死点において「0°クランク角度」に設定され、クランク軸24の回転角度に応じて720°クランク角度まで増大し、その時点にて再び0°クランク角度に設定される。
 エキゾーストカムポジションセンサ66は、エキゾーストカムシャフトが所定角度から90度、次いで90度、更に180度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。
 上流側空燃比センサ67は、図1にも示したように、エキゾーストマニホールド51の集合部51bと上流側触媒53との間の位置において「エキゾーストマニホールド51及びエキゾーストパイプ52の何れか(即ち、排気通路)」に配設されている。上流側空燃比センサ67は、本発明における空燃比センサに相当する。
 上流側空燃比センサ67は、例えば、特開平11−72473号公報、特開2000−65782号公報及び特開2004−69547号公報等に開示された「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。
 上流側空燃比センサ67は、図4及び図5に示したように、空燃比検出部67aと、外側保護カバー67bと、内側保護カバー67cと、を有している。
 外側保護カバー67bは金属からなる中空円筒体である。外側保護カバー67bは内側保護カバー67cを覆うように、内側保護カバー67cを内部に収容している。外側保護カバー67bは、流入孔67b1をその側面に複数備えている。流入孔67b1は、排気通路を流れる排ガス(外側保護カバー67bの外部の排ガス)EXを外側保護カバー67bの内部に流入させるための貫通孔である。更に、外側保護カバー67bは、外側保護カバー67bの内部の排ガスを外部(排気通路)に流出させるための流出孔67b2をその底面に有している。
 内側保護カバー67cは、金属からなり、外側保護カバー67bの直径よりも小さい直径を有する中空円筒体である。内側保護カバー67cは、空燃比検出部67aを覆うように空燃比検出部67aを内部に収容している。内側保護カバー67cは流入孔67c1をその側面に複数備えている。この流入孔67c1は、外側保護カバー67bの流入孔67b1を通して「外側保護カバー67bと内側保護カバー67cとの間の空間」に流入した排ガスを、内側保護カバー67cの内部に流入させるための貫通孔である。更に、内側保護カバー67cは、内側保護カバー67cの内部の排ガスを外部に流出させるための流出孔67c2をその底面に有している。
 図6の(A)~(C)に示したように、空燃比検出部67aは、固体電解質層671と、排ガス側電極層672と、大気側電極層673と、拡散抵抗層674と、第一壁部675と、触媒部676と、第二壁部677と、ヒータ678と、を含んでいる。
 固体電解質層671は酸素イオン導電性酸化物焼結体である。本例において、固体電解質層671は、ZrO(ジルコニア)にCaOを安定剤として固溶させた「安定化ジルコニア素子」である。固体電解質層671は、その温度が活性温度以上であるとき、周知の「酸素電池特性」及び「酸素ポンプ特性」を発揮する。
 排ガス側電極層672は、白金(Pt)等の触媒活性の高い貴金属からなる。排ガス側電極層672は、固体電解質層671の一つの面上に形成されている。排ガス側電極層672は、化学メッキ等により浸透性を十分に有するように(即ち、多孔質状に)形成されている。
 大気側電極層673は、白金(Pt)等の触媒活性の高い貴金属からなる。大気側電極層673は、固体電解質層671の他の面上であって、固体電解質層671を挟んで排ガス側電極層672に対向するように形成されている。大気側電極層673は、化学メッキ等により浸透性を十分に有するように(即ち、多孔質状に)形成されている。
 拡散抵抗層(拡散律速層)674は、多孔質セラミック(耐熱性無機物質)からなる。拡散抵抗層674は、排ガス側電極層672の外側表面を覆うように、例えば、プラズマ溶射法等により形成されている。
 第一壁部675は、緻密であってガスを透過させないアルミナセラミックスからなる。第一壁部675は拡散抵抗層674の角部(一部)を除いて拡散抵抗層674を覆うように形成されている。即ち、第一壁部675は拡散抵抗層674の一部を外部に露呈させる貫通部を備えている。
 触媒部676は、第一壁部675の貫通部を閉じるように貫通部に形成されている。触媒部676は、上流側触媒53と同様、酸化還元反応を促進する触媒物質及び酸素吸蔵機能を発揮する酸素吸蔵材を担持している。触媒部676は多孔質体である。従って、図6の(B)及び図6の(C)に白抜きの矢印により示したように、排ガス(前述した内側保護カバー67cの内部に流入した排ガス)は、触媒部676を通過して拡散抵抗層674に到達し、その排ガスは更に拡散抵抗層674を通過して排ガス側電極層672に到達する。
 第二壁部677は、緻密であってガスを透過させないアルミナセラミックスからなる。第二壁部677は大気側電極層673を収容する空間である「大気室67A」を形成するように構成されている。大気室67Aには大気が導入されている。
 上流側空燃比センサ67には電源679が接続されている。電源679は、大気側電極層673側が高電位となり、排ガス側電極層672が低電位となるように、電圧V(=Vp)を印加する。
 ヒータ678は第二壁部677に埋設されている。ヒータ678は後述する電気制御装置70によって通電されたときに発熱し、固体電解質層671、排ガス側電極層672及び大気側電極層673を加熱し、それらの温度を調整するようになっている。
 このような構造を有する上流側空燃比センサ67は、図6の(B)に示したように、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比であるとき、拡散抵抗層674を通って排ガス側電極層672に到達した酸素をイオン化して大気側電極層673へと通過させる。この結果、電源679の正極から負極へと電流Iが流れる。この電流Iの大きさは、図7に示したように、電圧Vを所定値Vp以上に設定すると、排ガス側電極層672に到達した酸素の濃度(酸素分圧、排ガスの空燃比)に比例した一定値となる。上流側空燃比センサ67は、この電流(即ち、限界電流Ip)を電圧に変換した値を出力値Vabyfsとして出力する。
 これに対し、図6の(C)に示したように、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であるとき、上流側空燃比センサ67は、大気室67Aに存在する酸素をイオン化して排ガス側電極層672へと導き、拡散抵抗層674を通って排ガス側電極層672に到達する未燃物(HC,CO及びH等)を酸化する。この結果、電源679の負極から正極へと電流Iが流れる。この電流Iの大きさも、図7に示したように、電圧Vを所定値Vp以上に設定すると、排ガス側電極層672に到達した未燃物の濃度(即ち、排ガスの空燃比)に比例した一定値となる。上流側空燃比センサ67は、この電流(即ち、限界電流Ip)を電圧に変換した値を出力値Vabyfsとして出力する。
 即ち、空燃比検出部67aは、図4に示したように、上流側空燃比センサ67の配設位置を流れ、且つ、外側保護カバー67bの流入孔67b1及び内側保護カバー67cの流入孔67c1を通って空燃比検出部67aに到達しているガスの空燃比に応じた出力値Vabyfsを「空燃比センサ出力」として出力する。出力値Vabyfsは、空燃比検出部67aに到達しているガスの空燃比が大きくなるほど(リーンとなるほど)増大する。即ち、出力値Vabyfsは、図8に示したように、空燃比検出部67aに到達している排ガスの空燃比に実質的に比例する。なお、出力値Vabyfsは、空燃比検出部67aに到達しているガスの空燃比が理論空燃比であるとき、理論空燃比相当値Vstoichに一致する。
 以上から明らかなように、「上流側空燃比センサ67は、複数の気筒のうちの少なくとも2以上の気筒から排出された排ガスが集合する機関の排気通路の排気集合部HK又は同排気通路の同排気集合部HKよりも下流側の部位に配設された空燃比センサであって、固体電解質層671、同固体電解質層671の一面に形成された排ガス側電極層672、同排ガス側電極層を覆うとともに前記排ガスが到達する拡散抵抗層674、及び、同固体電解質層671の他面に形成されるとともに大気室67A内に露呈された大気側電極層673を有する空燃比検出部を含み、前記空燃比センサが配設された部位を通過する排ガスの空燃比に応じた出力値Vabyfsを出力する空燃比センサである。」と言うことができる。
 電気制御装置70は、図8に示した空燃比変換テーブル(マップ)Mapabyfsを記憶している。電気制御装置70は、空燃比センサ67の出力値Vabyfsを空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより、実際の上流側空燃比abyfsを検出する(即ち、検出空燃比abyfsを取得する)。
 ところで、上流側空燃比センサ67は、前述したように、排気集合部HKと上流側触媒53との間の位置に配設されている。更に、上流側空燃比センサ67は、エキゾーストマニホールド51の内部及びエキゾーストパイプ52の内部の何れかに外側保護カバー67bが露呈するように配設されている。
 より具体的には、空燃比センサ67は、図4及び図5に示したように、保護カバー(67b、67c)の底面が排ガスEXの流れと平行であり、保護カバー(67b、67c)の中心軸線CCが排ガスEXの流れと直交するように排気通路内に配設される。これにより、外側保護カバー67bの流入孔67b1に到達した排気通路内の排ガスEXは、外側保護カバー67bの流出孔67b2近傍を流れる排気通路内の排ガスEXの流れにより、外側保護カバー67b及び内側保護カバー67cの内部へと吸い込まれる。
 従って、排気通路を流れる排ガスEXは、図4及び図5において矢印Ar1により示したように外側の保護カバー67bの流入孔67b1を通って外側の保護カバー67bと内側の保護カバー67cとの間に流入する。次いで、その排ガスは、矢印Ar2に示したように「内側の保護カバー67cの流入孔67c1」を通って「内側の保護カバー67cの内部」に流入した後に、空燃比検出部67aに到達する。その後、その排ガスは、矢印Ar3に示したように「内側の保護カバー67cの流出孔67c2及び外側の保護カバー67bの流出孔67b2」を通って排気通路に流出する。
 このため、「外側保護カバー67b及び内側保護カバー67c」の内部における排ガスの流速は、外側保護カバー67bの流出孔67b2近傍を流れる排ガスEXの流速(従って、単位時間あたりの吸入空気量である吸入空気量Ga)に応じて変化する。換言すると、「ある空燃比の排ガス(第1排ガス)が流入孔67b1に到達した時点」から「その第1排ガスが空燃比検出部67aに到達する時点」までの時間は、吸入空気量Gaに依存するが機関回転速度NEには依存しない。従って、空燃比センサ67の「排気通路を流れる排ガスの空燃比」に対する出力応答性(応答性)は、空燃比センサ67の外側保護カバー67bの近傍を流れる排ガスの流量(流速)が大きいほど良好になる。このことは、上流側空燃比センサ67が内側保護カバー67cのみを有する場合にも成立する。
 再び、図3を参照すると、下流側空燃比センサ68は、エキゾーストパイプ52であって上流側触媒53よりも下流側であり且つ下流側触媒よりも上流側(即ち、上流側触媒53と下流側触媒との間の排気通路)に配設されている。下流側空燃比センサ68は、周知の起電力式の酸素濃度センサ(安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ)である。下流側空燃比センサ68は、排気通路であって下流側空燃比センサ68が配設されている部位を通過するガスである被検出ガスの空燃比に応じた出力値Voxsを発生するようになっている。換言すると、出力値Voxsは、上流側触媒53から流出し且つ下流側触媒に流入するガスの空燃比(従って、機関に供給される混合気の空燃比の時間的平均値)に応じた値である。
 この出力値Voxsは、図9に示したように、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチのとき最大出力値max(例えば、約0.9V)となる。出力値Vabyfsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき最小出力値min(例えば、約0.1V)となる。更に、出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の電圧Vst(中間電圧Vst、例えば、約0.5V)となる。出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比へと変化する際に最大出力値maxから最小出力値minへと急変する。同様に、出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比へと変化する際に最小出力値minから最大出力値maxへと急変する。
 図3に示したアクセル開度センサ69は、運転者によって操作されるアクセルペダル81の操作量Accp(アクセルペダル操作量Accp)を表す信号を出力するようになっている。アクセルペダル操作量Accpは、アクセルペダル81の操作量(アクセルペダル81の開度)が大きくなるとともに大きくなる。
 電気制御装置70は、「CPU71、CPU71が実行するプログラム、テーブル(マップ、関数)及び定数等を予め記憶したROM72、CPU71が必要に応じてデータを一時的に格納するRAM73、及び、バックアップRAM74並びにADコンバータを含むインターフェース75等」からなる周知のマイクロコンピュータである。
 バックアップRAM74は、機関10を搭載した車両の図示しないイグニッション・キー・スイッチの位置(オフ位置、始動位置及びオン位置等の何れか)に関わらず、車両に搭載されたバッテリから電力の供給を受けるようになっている。バックアップRAM74は、バッテリから電力の供給を受けている場合、CPU71の指示に応じてデータを格納する(データが書き込まれる)とともに、そのデータを読み出し可能となるように保持(記憶)する。従って、バックアップRAM74は、機関10の運転停止中においてもデータを保持することができる。
 バックアップRAM74は、バッテリが車両から取り外される等によりバッテリからの電力供給が遮断されると、データを保持することができない。そこで、CPU71は、バックアップRAM74への電力供給が再開されたとき、バックアップRAM74に保持されるべきデータを初期化(デフォルト値に設定)するようになっている。なお、バックアップRAM74は、EEPROM等の読み書き可能な不揮発性メモリであってもよい。
 インターフェース75は、センサ61~69と接続され、CPU71にそれらのセンサからの信号を供給するようになっている。更に、インターフェース75は、CPU71の指示に応じて可変吸気タイミング制御装置33のアクチュエータ33a、可変排気タイミング制御装置36のアクチュエータ36a、各気筒のイグナイタ38、各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁39、スロットル弁アクチュエータ44a及び空燃比センサ67のヒータ678等に駆動信号(指示信号)を送出するようになっている。
 なお、電気制御装置70は、取得されたアクセルペダルの操作量Accpが大きくなるほどスロットル弁開度TAが大きくなるように、スロットル弁アクチュエータ44aに指示信号を送出するようになっている。即ち、電気制御装置70は、運転者により変更される機関10の加速操作量(アクセルペダル操作量Accp)に応じて「機関10の吸気通路に配設されたスロットル弁44」の開度を変更するスロットル弁駆動手段を備えている。
(水素の選択的拡散及びメインフィードバック制御に起因する空燃比のリーン側への移行について)
 インバランス気筒の空燃比が非インバランス気筒の空燃比よりもリッチ側に偏移した場合、上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsに基く空燃比のフィードバック制御(メインフィードバック制御)により、機関の空燃比がリーン側に偏移する理由については上述した。
 即ち、排ガス中の未燃物(HC、CO及びH)の量は、図2に示したように、気筒に供給される混合気の空燃比がリッチ側の空燃比になるほど急激に増大する。このため、「特定気筒に対して供給される燃料の量のみが40%だけ過剰な量となった場合」に排ガスに含まれる水素Hの総量SH1は、図2によれば、SH1=H3+H0+H0+H0=H3+3・H0となる。
 ここで、機関10の各気筒に吸入される空気量(重量)はA0であると仮定する。更に、各気筒に供給される燃料量(重量)がF0であるとき、空燃比A0/F0は理論空燃比に一致すると仮定する。この仮定によれば、「特定気筒に対して供給される燃料の量のみが40%だけ過剰な量となった場合」の機関の空燃比は、A0/(1.1・F0)=4A0/(4.4.・F0)である。
 これに対し、「各気筒に対して供給される燃料の量が均等に10%だけ過剰となった場合」に排ガスに含まれる水素Hの総量SH2は、図8によれば、SH2=H1+H1+H1+H1=4・H1となる。この場合の機関の空燃比も、A0/(1.1・F0)=4A0/(4.4.・F0)である。量H1は量H0よりも僅かに大きいが、量H1及び量H0は共に極めて微量である。即ち、量H1と量H0とは、量H3に比べた場合、互いに略等しいと言える。従って、水素総量SH1は水素総量SH2よりも極めて大きくなる(SH1>>SH2)。
 このように、機関10全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値が同一であっても、空燃比気筒間インバランスが発生した場合に排ガスに含まれる水素の総量SH1は、空燃比気筒間インバランスが発生していない場合に排ガスに含まれる水素の総量SH2よりも、顕著に大きくなる。
 従って、特定気筒に対して供給される燃料の量のみが40%だけ過剰な量となった場合、拡散抵抗層674における「水素Hの選択的拡散」に起因して、上流側空燃比センサの出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsは「機関10全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値(A0/(1.1・F0))」よりもリッチ側の空燃比(小さい空燃比)となる。
 つまり、排ガスの空燃比の平均値が同じであっても、空燃比気筒間インバランスが発生している場合には、空燃比気筒間インバランスが発生していない場合よりも、上流側空燃比センサ67の排ガス側電極層672における水素Hの濃度が高くなるから、上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsは「空燃比の真の平均値」よりもリッチ側の空燃比を示す値となるのである。その結果、メインフィードバック制御により、機関10全体に供給される混合気の空燃比の真の平均は、理論空燃比よりもリーン側に制御されてしまう。第1制御装置及び本発明の他の実施形態に係る制御装置は、このようなリーン側への補正を補償することにより、窒素酸化物の排出量を低減する。
 インバランス気筒の空燃比が、非インバランス気筒の空燃比よりもリーン側に偏移した場合においても、「水素の選択的拡散に起因する空燃比のリーン側への移行」が発生する。このような状況は、例えば、特定気筒に対して備えられている燃料噴射弁39の噴射特性が「指示燃料噴射量よりも相当に少ない量の燃料を噴射する特性」になった場合に生じる。
 いま、ある一つの特定気筒(便宜上、第1気筒とする。)に対して供給される燃料の量が40%だけ過小な量(即ち、0.6・F0)であり、残りの3気筒(第2、第3及び第4気筒)に対して供給される燃料の量はそれらの気筒の空燃比が理論空燃比と一致するような燃料の量(即ち、F0)となった場合を想定する。なお、この場合、失火は発生しないものと仮定している。
 この場合、メインフィードバック制御により、第1気筒乃至第4気筒に供給される燃料の量は同じ所定量(10%)だけ増大されたと仮定する。このとき、第1気筒に供給される燃料の量は0.7・F0となり、第2乃至第4気筒のそれぞれに供給される燃料の量は1.1・F0となる。
 係る状態においては、4気筒エンジンである機関10に供給される空気量の総量(各気筒がそれぞれ一回の燃焼行程を終了する間に機関10全体に供給される空気量)は4・A0である。また、メインフィードバック制御の結果、機関10に供給される燃料量の総量(各気筒がそれぞれ一回の燃焼行程を終了する間に機関10全体に供給される燃料の量)は4・F0(=0.7・F0+1.1・F0+1.1・F0+1.1・F0)となる。よって、機関10全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値は、4・A0/(4・F0)=A0/F0、即ち、理論空燃比となる。
 しかしながら、実際には、この状態における「排ガスに含まれる水素Hの総量SH3」は、SH3=H4+H1+H1+H1=H4+3・H1となる。H4は、空燃比がA0/(0.7・F0)であるときに発生する水素量であり、H1及びH0(空燃比が理論空燃比であるときに発生する水素量)よりも小さく且つH0と略等しい。従って、総量SH3は、最大でも(H0+3・H1)となる。
 これに対し、空燃比気筒間インバランスが発生しておらず且つ機関10全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値が理論空燃比である場合、「排ガスに含まれる水素Hの総量SH4」は、SH4=H0+H0+H0+H0=4・H0となる。前述したように、H1はH0よりも僅かに大きい。従って、総量SH3(=H0+3・H1)は総量SH4(=4・H0)よりも大きくなる。
 従って、「インバランス気筒の空燃比が、非インバランス気筒の空燃比よりもリーン側に偏移した場合」においても、水素の選択的拡散の影響が上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsに現れる。即ち、出力値Vabyfsを空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより得られる検出空燃比abyfsは、上流側目標空燃比abyfrである理論空燃比よりも「リッチ側の空燃比(理論空燃比よりも小さい空燃比)」となる。その結果、メインフィードバック制御が更に実行され、機関10全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値は、理論空燃比よりもリーン側に補正されてしまう。第1制御装置及び本発明の他の実施形態に係る制御装置は、このようなリーン側への補正を補償することにより、窒素酸化物の排出量を低減する。
(空燃比不均衡指標値の取得、及び、空燃比気筒間インバランス判定の概要)
 次に、第1制御装置が採用した空燃比不均衡指標値の取得及び空燃比気筒間インバランス判定について説明する。空燃比不均衡指標値は、燃料噴射弁39の特性が変化すること等に起因する「気筒間における空燃比の不均一性(不均衡・インバランス)の程度」を表すパラメータである。第1制御装置は、この空燃比不均衡指標値に基づいて、指示燃料噴射量Fiを増量する(増大補正する)。
 空燃比気筒間インバランス判定は、その空燃比の不均一性の程度が警告必要値以上となったか否かを判定するための判定である。第1制御装置は、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさ(気筒別空燃比差)が「エミッション上許容できない程度」以上となっている場合、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する。第1制御装置は、空燃比不均衡指標値がインバランス判定用閾値以上となったか否かを判定し、空燃比不均衡指標値がインバランス判定用閾値以上となったとき、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する。
 第1制御装置は、空燃比不均衡指標値を次のようにして取得する。
(1)第1制御装置は、所定のパラメータ取得条件(空燃比不均衡指標値取得条件)が成立している場合、「空燃比センサ67の出力値Vabyfsにより表される空燃比(検出空燃比abyfs)」の「単位時間(一定のサンプリング時間ts)当たりの変化量」を取得する。
 この「検出空燃比abyfsの単位時間当たりの変化量」は、その単位時間が例えば4m秒程度の極めて短い時間であるとき、検出空燃比abyfsの時間についての微分値(時間微分値d(abyfs)/dt、一階微分値d(abyfs)/dt)であると言うこともできる。従って、「検出空燃比abyfsの単位時間当たりの変化量」は「検出空燃比変化率ΔAF」とも称呼される。更に、検出空燃比変化率ΔAFは「基本指標量」とも称呼される。
(2)第1制御装置は、一つの単位燃焼サイクル期間において取得された複数の検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値AveΔAFを求める。単位燃焼サイクル期間は、一つの空燃比センサ67に到達する排ガスを排出している気筒の総てにおいて、各一回の燃焼行程が終了するのに要するクランク角度が経過する期間である。本例の機関10は、直列4気筒・4サイクル・エンジンであり、且つ、一つの空燃比センサ67には第1~第4気筒からの排ガスが到達する。よって、単位燃焼サイクル期間は720°クランク角度が経過する期間である。
(3)第1制御装置は、複数の単位燃焼サイクル期間のそれぞれに対して求めた平均値AveΔAFの平均値を求め、その値を空燃比不均衡指標値RIMB(インバランス判定用パラメータ)として採用する。空燃比不均衡指標値RIMBは、空燃比気筒間インバランス割合指標値、又は、インバランス割合指標値、とも称呼される。なお、空燃比不均衡指標値RIMBは、このように求められる値に限定されることはなく、後述する種々の方法により取得され得る。
 上述したように求められる空燃比不均衡指標値RIMB(検出空燃比変化率ΔAFに相関する値)は、「気筒間における空燃比の不均一性(不均衡)の程度、即ち、気筒別空燃比差」が大きくなるほど大きくなる値である。即ち、空燃比不均衡指標値RIMBは、複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気の空燃比の気筒間における差(気筒別空燃比差)が大きいほど大きくなる値である。以下、この理由について説明する。
 空燃比センサ67には、各気筒からの排ガスが点火順(故に、排気順)に到達する。気筒別空燃比差がない場合、各気筒から排出され且つ空燃比センサ67に到達する排ガスの空燃比は互いに略同一である。従って、気筒別空燃比差がない場合の検出空燃比abyfsは、例えば、図10の(B)において破線C1により示したように変化する。即ち、気筒間における空燃比の不均一性がない場合、空燃比センサ67の出力値Vabyfsの波形は略平坦である。このため、図10の(C)において破線C3により示したように、気筒別空燃比差がない場合、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値は小さい。
 一方、「特定気筒(例えば、第1気筒)に対して燃料を噴射する燃料噴射弁39」の特性が「指示燃料噴射量よりも多い燃料を噴射する特性」となると、気筒別空燃比差が大きくなる。即ち、その特定気筒の排ガスの空燃比(インバランス気筒の空燃比)と、その特定気筒以外の気筒の排ガスの空燃比(非インバランス気筒の空燃比)と、は大きく相違する。
 従って、空燃比気筒間インバランス状態が発生している場合の検出空燃比abyfsは、例えば図10の(B)の実線C2により示したように、単位燃焼サイクル期間毎に大きく変動する。このため、図10の(C)において実線C4により示したように、空燃比気筒間インバランス状態が発生している場合、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値は大きくなる。
 しかも、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|は、インバランス気筒の空燃比が非インバランス気筒の空燃比から乖離するほど大きく変動する。例えば、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさが第1の値であるときの検出空燃比abyfsが図10(B)の実線C2のように変化するとすれば、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさが「第1の値の値よりも大きい第2の値」であるときの検出空燃比abyfsは図10(B)の一点鎖線C2aのように変化する。
 従って、図11に示したように、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の「複数の単位燃焼サイクル期間」における平均値AveΔAF(空燃比不均衡指標値RIMB)は、インバランス気筒の空燃比が非インバランス気筒の空燃比から乖離するほど(実際のインバランス割合が大きくなるほど)大きくなる。即ち、空燃比不均衡指標値RIMBは、実際の気筒別空燃比差が大きくなるにつれて(気筒別空燃比の不均一性の程度が大きくなるほど)大きくなる。
 第1制御装置は、空燃比不均衡指標値RIMBを取得すると、その空燃比不均衡指標値RIMBとインバランス判定用閾値RIMBthとを比較する。第1制御装置は、空燃比不均衡指標値RIMBがインバランス判定用閾値RIMBthよりも大きいとき、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する。これに対し、第1制御装置は、空燃比不均衡指標値RIMBがインバランス判定用閾値RIMBthよりも小さいとき、空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定する。
(燃料噴射量制御の概要)
 次に、第1制御装置が実行する燃料噴射量制御の概要について説明する。
 第1制御装置は、上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsが、目標空燃比(上流側目標空燃比)abyfrに一致するように、指示燃料噴射量をフィードバック補正(増減)している。即ち、第1制御装置は、メインフィードバック制御を実行する。
 更に、第1制御装置は、取得した空燃比不均衡指標値RIMBが大きいほど、より多くの燃料が噴射されるように、指示燃料噴射量を増大させる。即ち、第1制御装置は、取得された空燃比不均衡指標値RIMBが大きいほど、「指示燃料噴射量によって決まる空燃比(即ち、指示空燃比)」が理論空燃比よりもよりリッチな空燃比となるように、その指示燃料噴射量を増大補正する燃料増量制御を行う。
 より詳細には、第1制御装置は、空燃比不均衡指標値RIMBが「0」であるとき(即ち、気筒別空燃比差がないとき)、上流側目標空燃比abyfrを理論空燃比stoichに設定する。更に、第1制御装置は、空燃比不均衡指標値RIMBが大きくなるほど、上流側目標空燃比abyfrを、理論空燃比stoichよりも小さい範囲において、より小さくする。これにより、メインフィードバック制御によって得られる機関の空燃比は理論空燃比に近づく。即ち、上述した「水素の選択的拡散に起因する空燃比のリーン側への移行」を防止することができる。その結果、第1制御装置は、NOxの排出量が増大することを回避することができる。
 (実際の作動)
<燃料噴射量制御>
 第1制御装置のCPU71は、図12に示した燃料噴射制御ルーチンを、任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定クランク角度となる毎に、その気筒に対して繰り返し実行するようになっている。前記所定クランク角度は、例えば、BTDC90°CA(吸気上死点前90°クランク角度)である。クランク角度が前記所定クランク角度に一致した気筒は「燃料噴射気筒」とも称呼される。CPU71は、この燃料噴射制御ルーチンにより、指示燃料噴射量Fiの計算及び燃料噴射の指示を行う。
 任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定クランク角度と一致すると、CPU71はステップ1200から処理を開始し、ステップ1205にてフューエルカット条件(以下、「FC条件」と表記する。)が成立しているか否かを判定する。
 いま、FC条件が成立してないと仮定する。この場合、CPU71は、ステップ1205にて「No」と判定してステップ1215に進み、空燃比不均衡指標値取得フラグXIMBgetの値が「1」であるか否かを判定する。空燃比不均衡指標値取得フラグXIMBgetは、指標値取得フラグXIMBgetとも称呼される。指標値取得フラグXIMBgetの値は、イニシャルルーチンにおいて「0」に設定されている。イニシャルルーチンは、機関10が搭載された車両のイグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されたときにCPU71により実行されるルーチンである。更に、後述するように、指標値取得フラグXIMBgetの値は、空燃比不均衡指標値RIMBの値が機関10の今回の始動後に取得されたとき、「1」に設定される(図14のルーチンのステップ1465を参照。)。
 機関10が始動された直後においては、空燃比不均衡指標値RIMBは取得されていないので、指標値取得フラグXIMBgetの値は「0」に維持されている。従って、CPU71はステップ1215にて「No」と判定してステップ1220に進み、目標空燃比(上流側目標空燃比)abyfrを理論空燃比stoich(例えば、14.6)に設定する。その後、CPU71は、以下に述べるステップ1225乃至ステップ1240の処理を順に行い、ステップ1295に進んで本ルーチンを一旦終了する。
 ステップ1225:CPU71は、「エアフローメータ61により計測された吸入空気量Ga、クランクポジションセンサ64の信号に基いて取得された機関回転速度NE、及び、ルックアップテーブルMapMc」に基いて「燃料噴射気筒の1回の吸気行程において、その燃料噴射気筒に吸入される空気量」である「筒内吸入空気量Mc(k)」を取得する。筒内吸入空気量Mc(k)は、各吸気行程に対応されながらRAM内に記憶される。筒内吸入空気量Mc(k)は、周知の空気モデル(吸気通路における空気の挙動を模した物理法則に従って構築されたモデル)により算出されてもよい。
 ステップ1230:CPU71は、筒内吸入空気量Mc(k)を目標空燃比abyfrで除することにより基本燃料噴射量Fbaseを求める。現時点において、目標空燃比abyfrは、理論空燃比stoichに設定されている。従って、基本燃料噴射量Fbaseは、理論空燃比stoichを得るために計算上必要な燃料噴射量のフィードフォワード量である。このステップ1230は、機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるためのフィードフォワード制御手段(空燃比制御手段)を構成している。
 ステップ1235:CPU71は、基本燃料噴射量Fbaseをメインフィードバック量DFiにより補正する。より具体的には、CPU71は、基本燃料噴射量Fbaseにメインフィードバック量DFiを加えることにより、指示燃料噴射量(最終燃料噴射量)Fiを算出する。メインフィードバック量DFiは、機関の空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるための空燃比フィードバック量であり、上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsに基いて求められる空燃比のフィードバック量である。メインフィードバック量DFiは、更に、下流側空燃比センサ68の出力値Voxsにも基づいて変更されてもよい。メインフィードバック量DFiの算出方法については後述する。
 ステップ1240:CPU71は、「指示燃料噴射量Fiの燃料」を「燃料噴射気筒に対応して設けられている燃料噴射弁39」から噴射させるための噴射指示信号を、その燃料噴射弁39に送出する。
 この結果、機関の空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるために計算上必要な量(必要と推定される量)の燃料が燃料噴射気筒の燃料噴射弁39から噴射させられる。即ち、ステップ1225乃至ステップ1240は、「空燃比センサ67に到達する排ガスを排出している2以上の気筒(本例においては総ての気筒)の燃焼室25に供給される混合気の空燃比」が目標空燃比abyfrとなるように指示燃料噴射量Fiを制御する指示燃料噴射量制御手段を構成している。
 この状態において、空燃比不均衡指標値RIMBが取得されると、指標値取得フラグXIMBgetの値が「1」に設定される(図14のステップ1445及びステップ1465を参照。)。この場合、CPU71はステップ1205に続くステップ1215にて「Yes」と判定してステップ1245に進み、目標空燃比abyfrを空燃比不均衡指標値RIMBに基いて決定する。より具体的に述べると、CPU71は、空燃比不均衡指標値RIMBが大きくなるほど、目標空燃比abyfrが理論空燃比stoichよりも小さい範囲において「より小さく(よりリッチに)」なるように(即ち、目標空燃比abyfrと理論空燃比stoichとの差の絶対値が大きくなるように)、目標空燃比abyfrを決定する。
 その後、CPU71は、ステップ1225乃至ステップ1240の処理を実行する。
 この結果、ステップ1230にて求められる基本燃料噴射量Fbaseは、空燃比不均衡指標値RIMBが大きいほど大きくなるように増大させられる。更に、後述するメインフィードバック量DFiは、検出空燃比abyfsが目標空燃比abyfrに一致するように変更される。従って、ステップ1235にて求められる指示燃料噴射量Fiは、空燃比不均衡指標値RIMBが大きいほどより大きくなるように増大させられる。即ち、ステップ1245、ステップ1225、ステップ1230及びステップ1235は、取得された空燃比不均衡指標値RIMBが大きいほど「指示燃料噴射量Fiによって決まる空燃比(指示空燃比=Mc(k)/Fi)」が「理論空燃比よりも、よりリッチな(小さい)空燃比」となるように、指示燃料噴射量Fiを増大補正する燃料増量手段を構成している。
 その後、CPU71が図12に示したルーチンを実行する場合、指標値取得フラグXIMBgetの値が「1」に設定されているので、CPU71は、ステップ1205に続くステップ1215にて「Yes」と判定し、ステップ1245に進む。従って、目標空燃比abyfrは、空燃比不均衡指標値RIMBに応じて決定される「理論空燃比stoich以下の値(理論空燃比stoich又は理論空燃比stoichよりもリッチ側の値)」となる。この結果、機関の空燃比は、水素の選択的拡散に起因してリーン側に補正されたとしても、理論空燃比stoich近傍の値に制御される。
 なお、CPU71がステップ1205の処理を実行する時点において、FC条件が成立していると、CPU71はそのステップ1205にて「Yes」と判定し、ステップ1295に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、ステップ1240の処理による燃料噴射が実行されないので、フューエルカット制御(燃料供給停止制御)が実行される。
<メインフィードバック量の算出>
 CPU71は図13にフローチャートにより示した「メインフィードバック量算出ルーチン」を所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ1300から処理を開始し、ステップ1305に進んで「メインフィードバック制御条件(上流側空燃比フィードバック制御条件)」が成立しているか否かを判定する。
 メインフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立する。
(A1)上流側空燃比センサ67が活性化している。
(A2)機関の負荷KLが閾値KLth以下である。
(A3)フューエルカット制御中でない。
 なお、負荷KLは、ここでは下記の(1)式により求められる負荷率である。この負荷KLに代え、アクセルペダル操作量Accpが用いられても良い。(1)式において、Mcは筒内吸入空気量であり、ρは空気密度(単位は(g/l))、Lは機関10の排気量(単位は(l))、「4」は機関10の気筒数である。
 KL=(Mc/(ρ・L/4))・100% …(1)
 いま、メインフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続ける。この場合、CPU71はステップ1305にて「Yes」と判定して以下に述べるステップ1310乃至ステップ1340の処理を順に行い、ステップ1395に進んで本ルーチンを一旦終了する。
 ステップ1310:CPU71は、下記(2)式に従ってフィードバック制御用出力値Vabyfcを取得する。(2)式において、Vabyfsは空燃比センサ67の出力値、Vafsfbは下流側空燃比センサ68の出力値Voxsに基づいて算出されるサブフィードバック量である。
 サブフィードバック量Vafsfbの算出方法は周知である。サブフィードバック量Vafsfbは、例えば、下流側空燃比センサ68の出力値Voxsが理論空燃比に相当する値Vstよりもリッチ側の空燃比を示す値であるとき減少させられ、下流側空燃比センサ68の出力値Voxsが理論空燃比に相当する値Vstよりもリーン側の空燃比を示す値であるとき増大させられる。なお、第1制御装置は、サブフィードバック量Vafsfbを「0」に設定することにより、サブフィードバック制御を実行しなくてもよい。この場合、第1制御装置は、下流側空燃比センサ68を備えていなくてもよい。
 Vabyfc=Vabyfs+Vafsfb  …(2)
 ステップ1315:CPU71は、下記(3)式に示したように、上記フィードバック制御用出力値Vabyfcを図8に示したテーブルMapabyfsに適用することにより、フィードバック制御用空燃比abyfscを得る。
 abyfsc=Mapabyfs(Vabyfc)  …(3)
 ステップ1320:CPU71は、下記(4)式に従って、「現時点よりもNサイクル前の時点において燃焼室25に実際に供給された燃料の量」である「筒内燃料供給量Fc(k−N)」を求める。即ち、CPU71は、「現時点よりもNサイクル(即ち、N・720°クランク角度)前の時点における筒内吸入空気量Mc(k−N)」を「上記フィードバック制御用空燃比abyfsc」により除すことにより、筒内燃料供給量Fc(k−N)を求める。
 Fc(k−N)=Mc(k−N)/abyfsc  …(4)
 このように、筒内燃料供給量Fc(k−N)を求めるために、現時点からNサイクル前の筒内吸入空気量Mc(k−N)をフィードバック制御用空燃比abyfscで除すのは、「燃焼室25内での混合気の燃焼により生成された排ガス」が空燃比センサ67に到達するまでに「Nサイクルに相当する時間」を要しているからである。
 ステップ1325:CPU71は、下記(5)式に従って、「現時点よりもNサイクル前の時点において燃焼室25に供給されるべきであった燃料の量」である「目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)」を求める。即ち、CPU71は、現時点からNサイクル前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を目標空燃比abyfrで除すことにより、目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)を求める。
 Fcr=Mc(k−N)/abyfr  …(5)
 ステップ1330:CPU71は、上記(6)式に従って、筒内燃料供給量偏差DFcを取得する。即ち、CPU71は、目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)から筒内燃料供給量Fc(k−N)を減じることにより、筒内燃料供給量偏差DFcを求める。この筒内燃料供給量偏差DFcは、Nストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。
 DFc=Fcr(k−N)−Fc(k−N)  …(6)
 ステップ1335:CPU71は、下記(7)式に従って、メインフィードバック量DFiを求める。この(7)式において、Gpは予め設定された比例ゲイン、Giは予め設定された積分ゲインである。更に、(7)式の「値SDFc」は「筒内燃料供給量偏差DFcの積分値」である。つまり、CPU71は、フィードバック制御用空燃比abyfscを目標空燃比abyfrに一致させるための比例積分制御により「メインフィードバック量DFi」を算出する。
 DFi=Gp・DFc+Gi・SDFc  …(7)
 ステップ1340:CPU71は、その時点における筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFcに上記ステップ1330にて求められた筒内燃料供給量偏差DFcを加えることにより、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcを取得する。
 以上により、メインフィードバック量DFiが比例積分制御により求められ、このメインフィードバック量DFiが前述した図12のステップ1240の処理により指示燃料噴射量Fiに反映される。
 一方、図13のステップ1305の判定時において、メインフィードバック制御条件が不成立であると、CPU71はそのステップ1305にて「No」と判定してステップ1345に進み、メインフィードバック量DFiの値を「0」に設定する。次いで、CPU71は、ステップ1350にて筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcに「0」を格納する。その後、CPU71は、ステップ1395に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、メインフィードバック制御条件が不成立であるとき、メインフィードバック量DFiは「0」に設定される。従って、基本燃料噴射量Fbaseのメインフィードバック量DFiによる補正は行わない。
<空燃比不均衡指標値の取得、及び、空燃比気筒間インバランス判定>
 次に、「空燃比不均衡指標値の取得及び空燃比気筒間インバランス判定」を実行するための処理について説明する。CPU71は、4ms(所定の一定サンプリング時間ts)が経過する毎に、図14にフローチャートにより示したルーチンを実行するようになっている。
 従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ1400から処理を開始してステップ1410に進み、パラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「1」であるか否かを判定する。
 このパラメータ取得許可フラグXkyokaの値は、絶対クランク角度CAが0°クランク角度になった時点において後述するパラメータ取得条件(空燃比不均衡指標値取得許可条件)が成立しているときに「1」に設定され、パラメータ取得条件が不成立になった時点において直ちに「0」に設定される。
 パラメータ取得条件は、以下の総ての条件(条件C1乃至条件C5)が成立したときに成立する。従って、パラメータ取得条件は、以下の総ての条件(条件C1乃至条件C5)のうちの少なくとも一つが不成立であるとき、成立しない。勿論、パラメータ取得条件を構成する条件は、以下の条件C1乃至条件C5に限定されることはない。
(条件C1)エアフローメータ61により取得される吸入空気量Gaが、所定範囲内である。即ち、吸入空気量Gaが、低側閾値空気流量GaLoth以上であり且つ高側閾値空気流量GaHith以下である。
(条件C2)機関回転速度NEが所定範囲内である。即ち、機関回転速度NEが、低側閾値回転速度NELoth以上であり且つ高側閾値回転速度NEHith以下である。
(条件C3)冷却水温THWが閾値冷却水温THWth以上である。
(条件C4)メインフィードバック制御条件が成立している。
(条件C5)フューエルカット制御中でない。
 いま、パラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「1」であると仮定する。この場合、CPU71はステップ1410にて「Yes」と判定してステップ1415に進み、「その時点の上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfs」をAD変換することにより取得する。
 次に、CPU71はステップ1420に進み、ステップ1415にて取得した出力値Vabyfsを図8に示した空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより、今回の検出空燃比abyfsを取得する。なお、CPU71は、ステップ1420の処理の前に、本ルーチンを前回実行したときに取得した検出空燃比abyfsを前回の検出空燃比abyfsoldとして記憶する。即ち、前回の検出空燃比abyfsoldは、現時点から4ms(サンプリング時間ts)前の時点における検出空燃比abyfsである。前回の検出空燃比abyfsoldの初期値は、上述したイニシャルルーチンにおいて理論空燃比に相当する値に設定されている。
 次に、CPU71はステップ1425に進んで、
(A)検出空燃比変化率ΔAFを取得し、
(B)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の積算値SAFDを更新し、且つ、
(C)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の、積算値SAFDへの積算回数カウンタCnを更新する。
 以下、これらの更新方法について具体的に説明する。
(A)検出空燃比変化率ΔAFの取得。
 検出空燃比変化率ΔAF(微分値d(abyfs)/dt)は、空燃比不均衡指標値RIMBの元データとなるデータ(基本指標量)である。CPU71は、この検出空燃比変化率ΔAFを、今回の検出空燃比abyfsから前回の検出空燃比abyfsoldを減じることによって取得する。即ち、今回の検出空燃比abyfsをabyfs(n)、前回の検出空燃比abyfsoldをabyfs(n−1)と表記すると、CPU71はステップ1425にて「今回の検出空燃比変化率ΔAF(n)」を下記の(8)式に従って求める。
 ΔAF(n)=abyfs(n)−abyfs(n−1) …(8)
(B)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の積算値SAFDの更新。
 CPU71は今回の積算値SAFD(n)を下記の(9)式に従って求める。即ち、CPU71は、ステップ1425に進んだ時点における前回の積算値SAFD(n−1)に上記算出した今回の検出空燃比変化率ΔAF(n)の絶対値|ΔAF(n)|を加えることにより、積算値SAFDを更新する。
 SAFD(n)=SAFD(n−1)+|ΔAF(n)| …(9)
 積算値SAFDに「今回の検出空燃比変化率の絶対値|ΔAF(n)|」を積算する理由は、図10の(B)及び(C)からも理解されるように、検出空燃比変化率ΔAF(n)は正の値にも負の値にもなるからである。なお、積算値SAFDも、上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定されるようになっている。
(C)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の、積算値SAFDへの積算回数カウンタCnの更新。
 CPU71は、下記の(10)式に従って、カウンタCnの値を「1」だけ増大する。Cn(n)は更新後のカウンタCnであり、Cn(n−1)は更新前のカウンタCnである。このカウンタCnの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定されるとともに、後述するステップ1435及びステップ1475にても「0」に設定される。従って、カウンタCnの値は、積算値SAFDに積算された検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|のデータ数を示す。
 Cn(n)=Cn(n−1)+1 …(10)
 次に、CPU71はステップ1430に進み、基準気筒(本例では第1気筒)の圧縮上死点を基準としたクランク角度CA(絶対クランク角度CA)が720°クランク角度になっているか否かを判定する。このとき、絶対クランク角度CAが720°クランク角度未満であると、CPU71はステップ1430にて「No」と判定してステップ1495に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。
 なお、ステップ1430は、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値を求めるための最小単位の期間を定めるステップであり、ここでは「単位燃焼サイクル期間である720°クランク角度」がその最小期間に相当する。勿論、この最小期間は720°クランク角度よりも短くてもよいが、サンプリング時間tsの複数倍の長さ以上の期間であることが望ましい。更に、最小期間は、単位燃焼サイクル期間の自然数倍の期間であることが望ましい。
 一方、CPU71がステップ1430の処理を行う時点において、絶対クランク角度CAが720°クランク角度になっていると、CPU71はそのステップ1430にて「Yes」と判定し、ステップ1435に進む。
 CPU71は、ステップ1435にて、
(D)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値AveΔAFを算出し、
(E)平均値AveΔAFの積算値Saveを更新し、且つ、
(F)積算回数カウンタCsを更新する。
以下、これらの更新方法について具体的に説明する。
(D)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値AveΔAFの算出。
 CPU71は、下記の(11)式に示したように、積算値SAFDをカウンタCnの値により除することにより、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値AveΔAFを算出する。この後、CPU71は積算値SAFD及びカウンタCnの値を「0」に設定する。
 AveΔAF=SAFD/Cn  …(11)
(E)平均値AveΔAFの積算値Saveの更新。
 CPU71は今回の積算値Save(n)を下記の(12)式に従って求める。即ち、CPU71は、ステップ1435に進んだ時点における前回の積算値Save(n−1)に上記算出した今回の平均値AveΔAFを加えることにより、積算値Saveを更新する。この積算値Save(n)の値は上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定されるとともに、後述するステップ1467にても「0」に設定される。
 Save(n)=Save(n−1)+AveΔAF  …(12)
(F)積算回数カウンタCsの更新。
 CPU71は、下記の(13)式に従って、カウンタCsの値を「1」だけ増大する。Cs(n)は更新後のカウンタCsであり、Cs(n−1)は更新前のカウンタCsである。このカウンタCsの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定されるとともに、後述するステップ1467にても「0」に設定される。従って、カウンタCsの値は、積算値Saveに積算された平均値AveΔAFのデータ数を示す。
 Cs(n)=Cs(n−1)+1 …(13)
 次に、CPU71はステップ1440に進み、カウンタCsの値が閾値Csth以上であるか否かを判定する。このとき、カウンタCsの値が閾値Csth未満であると、CPU71はそのステップ1440にて「No」と判定し、ステップ1495に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、閾値Csthは自然数であり、2以上であることが望ましい。
 一方、CPU71がステップ1440の処理を行う時点において、カウンタCsの値が閾値Csth以上であると、CPU71はそのステップ1440にて「Yes」と判定してステップ1445に進む。CPU71は、そのステップ1445にて、下記(14)式に従って積算値SaveをカウンタCsの値(=Csth)によって除することにより、空燃比不均衡指標値RIMB(=空燃比変動指標量AFD)を取得する。空燃比不均衡指標値RIMBは、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の各単位燃焼サイクル期間における平均値AveΔAFを、複数(Csth個)の単位燃焼サイクル期間について平均した値である。空燃比不均衡指標値RIMBは、インバランス判定用パラメータとも称呼される。
 RIMB=AFD=Save/Csth  …(14)
 空燃比不均衡指標値RIMBは、バックアップRAM74内に空燃比不均衡指標値RIMBの学習値RIMBgakuとして格納(記憶)される。なお、CPU71は、既にバックアップRAM74内に格納されている学習値RIMBgaku(=RIMBgaku(n−1))と、今回得られた空燃比不均衡指標値RIMBと、を下記(15)式に従って加重平均し、その加重平均値RIMBgaku(n)を新たな学習値RIMBgakuとしてバックアップRAM74内に格納してもよい。(15)式において、βは0より大きく1より小さい所定値である。
RIMBgaku(n)=β・RIMBgaku(n−1)+(1−β)・RIMB …(15)
 次にCPU71はステップ1447に進み、指標値取得フラグXIMBgetの値が「0」であるか否かを判定する。前述したように、今回の機関10の始動後において空燃比不均衡指標値RIMBが取得されていない場合、指標値取得フラグXIMBgetの値は「0」である。従って、この場合、CPUはステップ1447にて「Yes」と判定してステップ1450に進み、空燃比不均衡指標値RIMBがインバランス判定用閾値RIMBthよりも大きいか否かを判定する。
 次にCPU71はステップ1450に進み、空燃比不均衡指標値RIMBがインバランス判定用閾値RIMBthよりも大きいか否かを判定する。即ち、CPU71は、空燃比気筒間インバランス状態が発生しているか否かを判定する。
 このとき、空燃比不均衡指標値RIMBがインバランス判定用閾値RIMBthよりも大きいと、CPU71はステップ1450にて「Yes」と判定してステップ1455に進み、インバランス発生フラグXIMBの値を「1」に設定する。即ち、CPU71は空燃比気筒間インバランス状態が発生していると判定する。更に、このとき、CPU71は図示しない警告ランプを点灯してもよい。なお、インバランス発生フラグXIMBの値はバックアップRAM74に格納される。その後、CPU71はステップ1465に進む。
 これに対し、CPU71がステップ1450の処理を行う時点において、空燃比不均衡指標値RIMBがインバランス判定用閾値RIMBth未満であると、CPU71はステップ1450にて「No」と判定してステップ1460に進み、インバランス発生フラグXIMBの値を「2」に設定する。即ち、「空燃比気筒間インバランス判定の結果、空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定された旨」を記憶する。その後、CPU71はステップ1465に進む。
 なお、CPU71は、ステップ1450において、空燃比不均衡指標値RIMBとインバランス判定用閾値RIMBthとを比較することに代え、空燃比不均衡指標値RIMBの学習値RIMBgakuとインバランス判定用閾値RIMBthとを比較して、インバランス判定を実行してもよい。
 CPU71は、ステップ1465にて指標値取得フラグXIMBgetの値を「1」に設定する。次いで、CPUはステップ1467に進み、「空燃比不均衡指標値RIMBを算出するために用いられる各値(ΔAF,SAFD,Cn,AveΔAF,Save,及び,Cs等)」を「0」に設定(クリア)する。その後、CPU71はステップ1495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
 この時点以降、CPU71はステップ1447に進んだとき、そのステップ1447にて「No」と判定し、ステップ1467に直接進む。従って、CPU71は、空燃比気筒間インバランス状態が発生しているか否かの判定を、機関10の運転が一旦停止され、その後、機関10が始動されて新たな空燃比不均衡指標値RIMBが取得されるまで、実行しない。但し、CPU71は、機関10が始動されてから停止されるまでの1回の運転中に、空燃比不均衡指標値RIMBを繰り返し更新する。なお、CPU71は、空燃比不均衡指標値RIMBが取得される毎にステップ1450を実行することにより、機関10が始動されてから停止されるまでの1回の運転中に空燃比気筒間インバランス状態が発生しているか否かを繰り返し判定してもよい。
 なお、CPU71がステップ1410に進んだ際にパラメータ取得許可フラグXkyokaの値が「1」でなければ、CPU71はそのステップ1410にて「No」と判定してステップ1475に進む。CPU71は、そのステップ1475にて「平均値AveΔAFを算出するために用いられる各値(ΔAF,SAFD,及び,Cn等)」を「0」に設定(クリア)する。次いで、CPU71はステップ1495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
 以上、説明したように、第1制御装置は、複数の気筒を有する多気筒内燃機関10に適用される。機関10は、少なくとも2以上の気筒(好ましくは3以上の気筒、本例において、第1気筒#1~第4気筒#4)のそれぞれに対応して配設されるとともに、その少なくとも2以上の気筒のそれぞれの燃焼室25に供給される混合気に含まれる燃料であって指示燃料噴射量Fiに応じた量の燃料をそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁39を備える。
 第1制御装置は、指示燃料噴射量Fiを決定する指示燃料噴射量決定手段を備える(図12のルーチンを参照。)。
 その指示燃料噴射量決定手段は、
 上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsにより表される空燃比(検出空燃比abyfs)が「理論空燃比stoichに設定された目標空燃比abyfr」に一致するように、指示燃料噴射量Fiをフィードバック補正するフィードバック補正手段(図12のステップ1220、ステップ1225乃至ステップ1235、並びに、図13のルーチンを参照。)と、
 前記少なくとも2以上の気筒のそれぞれの燃焼室25に供給される混合気の空燃比の気筒間における差が大きいほど大きくなる空燃比不均衡指標値RIMBを取得する不均衡指標値取得手段(図14のルーチンのステップ1410乃至ステップ1445を参照。)と、
 取得された空燃比不均衡指標値RIMBが大きいほど「指示燃料噴射量Fiによって決まる空燃比である指示空燃比(Mc(k)/Fi)」が理論空燃比stoichよりもよりリッチな空燃比(理論空燃比stoichよりも小さな空燃比)となるように、指示燃料噴射量Fiを増大補正する燃料増量手段(図12のステップ1245、ステップ1225乃至ステップ1235、並びに、図13の特にステップ1325を参照。)と、
 を含む。
 従って、第1制御装置によれば、気筒別空燃比の気筒間の差(気筒別空燃比の不均衡の程度、気筒別空燃比差、空燃比不均衡指標値RIMB)が大きくなり、それに伴って、「水素の選択的拡散及びメインフィードバック制御」に起因する空燃比のリーン側への移行の度合いが大きくなるほど、指示燃料噴射量Fiが増量される。即ち、空燃比不均衡指標値RIMBが大きいほど、指示空燃比がよりリッチ側へと変更される。この結果、気筒別空燃比の不均衡の程度が大きくなった場合においても、機関の空燃比が理論空燃比近傍に維持される。よって、第1制御装置は、窒素酸化物の大気中への排出量を低減することができる。
 なお、第1制御装置の燃料増量手段は、
 取得された空燃比不均衡指標値RIMBが大きいほど、「理論空燃比との差の絶対値がより大きくなる空燃比であって理論空燃比よりも小さい空燃比」へと、前記フィードバック補正手段における目標空燃比abyfrを変更することにより、指示燃料噴射量Fiの増大補正(指示空燃比のリッチ側への補正)を実行するように構成されていると言うことができる(図12のステップ1245、ステップ1225乃至ステップ1235、並びに、図13の特にステップ1325を参照。)。
<第2実施形態>
 次に、本発明の第2実施形態に係る制御装置(以下、単に「第2制御装置」と称呼する。)について説明する。第2制御装置は、主として以下の点において、第1制御装置と相違している。
 (相違点1)
 CPU71は、空燃比不均衡指標値RIMBをバックアップRAM74に学習値RIMBgakuとして保持し、機関10の始動後において空燃比不均衡指標値RIMBが更新されるまで、その保持した学習値RIMBgakuを用いて指示燃料噴射量Fiの増大補正(即ち、指示空燃比の補正、空燃比不均衡指標値RIMBに基く目標空燃比abyfrの補正)を行う。
 (相違点2)
 CPU71は、指示燃料噴射量Fiの増大補正を、以下の条件の何れか一つが成立したときには実行しない。換言すると、以下の条件の総てが不成立であるとき、空燃比不均衡指標値RIMBに基く目標空燃比abyfrの補正が実行される。即ち、以下の条件は、増量禁止条件でもある。なお、増量禁止条件は、下記条件1乃至条件3のうちの、少なくとも一つ以上から構成されてもよい。
(条件1)機関10の吸入空気量(単位時間あたりの吸入空気量Ga)が所定吸入空気量閾値Ga0th(例えば、5g/s)よりも小さいとき。
(条件2)機関10の温度が所定の機関暖機温度閾値よりも高いとき。機関10の温度は冷却水温THWにより表される。従って、この条件は、冷却水温THWが所定冷却水温閾値THW0thよりも大きいときに成立する条件である。
(条件3)触媒(上流側触媒53)の温度TCATが所定の触媒暖機温度閾値温度TCAT0thよりも高いとき。
 なお、上流側触媒53の温度TCATは、上流側触媒53に温度センサを設けるとともに、その温度センサの出力値に基いて取得されてもよい。また、上流側触媒53の温度TCATは、周知の手法により推定されてもよい。例えば、上流側触媒53の温度TCATは、負荷KL及び機関回転速度NEから推定される排気温度に対して一次遅れ処理を施すことにより推定され得る。
(実際の作動)
 第2制御装置のCPU71は、図12に代わる図15に示した燃料噴射制御ルーチン、図13に示したルーチン及び図14に示したルーチンを実行する。図13及び図14に示したルーチンについては説明済みである。従って、以下、図15に示したルーチンについて説明する。なお、図15において図12に示したステップと同一の処理を行うためのステップには、図12のそのようなステップに付された符号と同一の符合が付されている。
 CPU71は、図15に示した燃料噴射制御ルーチンを、図12に示した燃料噴射制御ルーチンと同様のタイミングにて開始するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定クランク角度と一致すると、CPU71はステップ1500から処理を開始し、ステップ1205にてFC条件が成立しているか否かを判定する。このとき、FC条件が成立していると、CPU71はステップ1205にて「Yes」と判定し、ステップ1595に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
 一方、CPUがステップ1205の処理を行う時点において、FC条件が成立していなければ、CPU71はそのステップ1205にて「No」と判定してステップ1505に進み、補正条件(指示燃料噴射量Fiの増大補正条件)が成立しているか否かを判定する。この補正条件は、上述した増量禁止条件である「条件1乃至条件3」の何れもが成立していないときに成立する。即ち、補正条件は、吸入空気量Gaが吸入空気量閾値Ga0th以上であり、且つ、冷却水温THWが冷却水温閾値THW0th以下であり、且つ、上流側触媒53の温度TCATが所定の触媒暖機温度閾値温度TCAT0th以下であるとき、成立する。
 CPU71がステップ1505の処理を実行する時点において補正条件が成立していなければ、CPU71はそのステップ1505にて「No」と判定してステップ1510に進み、目標空燃比abyfrを理論空燃比stoichに設定する。その後、CPU71は上述したステップ1225乃至ステップ1240の処理を実行する。従って、この場合、指示燃料噴射量Fiは増大補正されない(指示空燃比は理論空燃比stoichに維持される。)。
 これに対し、CPUがステップ1505の処理を行う時点において補正条件が成立していると、CPU71はそのステップ1505にて「Yes」と判定してステップ1215に進み、指標値取得フラグXIMBgetの値が「1」であるか否かを判定する。
 ここで、機関10の今回の始動後において空燃比不均衡指標値RIMBが新たに取得していないと仮定する。この場合、指標値取得フラグXIMBgetの値は「0」であるから、CPU71はステップ1215にて「No」と判定してステップ1515に進み、指標値学習完了フラグXIMBgakuの値が「1」であるか否かを判定する。指標値学習完了フラグXIMBgakuの値は、バックアップRAM74に格納されている。指標値学習完了フラグXIMBgakuの値は、空燃比不均衡指標値RIMBが取得された時点において「1」に設定される(後述するステップ1545を参照。)。また、指標値学習完了フラグXIMBgakuの値は、バッテリからのバックアップRAM74への電力供給が遮断され、その後、その電力供給が再開されたとき「0」に設定される。
 CPU71がステップ1515の処理を実行する時点において、指標値学習完了フラグXIMBgakuの値が「0」である場合、CPU71はそのステップ1515にて「No」と判定し、ステップ1510を経由してステップ1225以降に進む。この結果、目標空燃比abyfrは理論空燃比stoichに設定されるので、指示燃料噴射量Fiの増大補正は実行されない。
 これに対し、CPU71がステップ1515の処理を実行する時点において、指標値学習完了フラグXIMBgakuの値が「1」である場合、CPU71はステップ1515にて「Yes」と判定してステップ1520に進む。CPU71は、そのステップ1520にて、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcを空燃比不均衡指標値学習値RIMBgakuに一致させる。即ち、空燃比不均衡指標値学習値RIMBgakuが、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcとして採用(格納)される。
 次に、CPU71はステップ1525に進み、目標空燃比abyfrを補正用空燃比不均衡指標値RIMBcに基いて決定する。より具体的に述べると、CPU71は、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど、目標空燃比abyfrが理論空燃比stoichよりも小さい範囲において「より小さくなる」ように(目標空燃比abyfrと理論空燃比stoichとの差の絶対値が大きくなるように)、目標空燃比abyfrを決定する(図15のブロックB1内の「RIMBcとabyfrとの関係を示したグラフ」の実線を参照。)。
 その後、CPU71はステップ1225乃至ステップ1240の処理を実行する。この結果、ステップ1230にて求められる基本燃料噴射量Fbaseは、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きいほど大きくなるように増大させられる。この場合、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcには空燃比不均衡指標値学習値RIMBgakuが設定されている。従って、指示燃料噴射量Fiは、空燃比不均衡指標値学習値RIMBgakuが大きいほど大きくなるように増大させられる。その後、CPU71はステップ1595に進んで本ルーチンを一旦終了する。
 なお、CPU71は、ブロックB1内の「RIMBcとabyfrとの関係を示したグラフ」の破線により示したように、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが所定閾値A以下のとき目標空燃比abyfrを理論空燃比stoichに維持し、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが所定閾値A以上のとき目標空燃比abyfrを次第に減少させてもよい。換言すると、CPU71は、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが所定閾値Aよりも小さいとき、指示燃料噴射量Fiの増大補正を禁止してもよい。
 以降、FC条件が成立しておらず且つ補正条件が成立している場合、CPU71はステップ1215にて指標値取得フラグXIMBgetの値が「1」であるか否かを繰り返し判定する。
 この状態において、図14のステップ1445にて空燃比不均衡指標値RIMBが新たに取得されると、指標値取得フラグXIMBgetの値がステップ1465にて「1」に設定される。この場合、CPU71はステップ1215にて「Yes」と判定し、以下に述べるステップ1530、ステップ1540及びステップ1545の処理を順に行い、ステップ1525に進む。
 ステップ1530:CPU71は補正用空燃比不均衡指標値RIMBcを、機関10の今回の始動後において新たに取得された空燃比不均衡指標値RIMBに一致させる。即ち、図14のステップ1445にて新たに取得された空燃比不均衡指標値RIMBが、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcとして採用(格納)される。
 ステップ1540:CPU71は、新たに取得された空燃比不均衡指標値RIMBを、空燃比不均衡指標値学習値RIMBgakuとしてバックアップRAM74内に格納する。即ち、新たに取得された空燃比不均衡指標値RIMBが空燃比不均衡指標値RIMBの学習値RIMBgakuとしてバックアップRAM74内に保持される。なお、この場合においても、CPU71は、上記(15)式を用いることにより学習値RIMBgakuを更新してもよい。
 ステップ1545:CPU71は、指標値学習完了フラグXIMBgakuの値を「1」に設定する。
 次に、CPU71はステップ1525に進み、目標空燃比abyfrを補正用空燃比不均衡指標値RIMBcに基いて決定する。この場合、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcには「新たに取得された空燃比不均衡指標値RIMB」が設定されている。従って、指示燃料噴射量Fiは、「新たに取得された空燃比不均衡指標値RIMB」が大きいほど大きくなるように増大させられる。
 その後、CPU71はステップ1225乃至ステップ1240の処理を実行する。この結果、ステップ1230にて求められる基本燃料噴射量Fbaseは、「新たに取得された空燃比不均衡指標値RIMB」が大きいほど大きい値へと増大補正される。従って、指示燃料噴射量Fiは、「新たに取得された空燃比不均衡指標値RIMB」が大きいほど大きくなるように増大させられるので、指示空燃比は「新たに取得された空燃比不均衡指標値RIMB」が大きいほど理論空燃比stoichから遠ざかり且つより小さくなるように修正される。その後、CPU71はステップ1595に進んで本ルーチンを一旦終了する。
 以降、指標値取得フラグXIMBgetの値は「1」に設定されている。従って、CPU71はステップ1215にて「Yes」と判定し、ステップ1530、ステップ1540、ステップ1545及びステップ1525の処理を実行してからステップ1225以降に進む。
 以上、説明したように、第2制御装置は、第1制御装置と同様、
・フィードバック補正手段(図15のステップ1510、ステップ1225乃至ステップ1235、並びに、図13のルーチンを参照。)、
・不均衡指標値取得手段(図14のルーチンのステップ1410乃至ステップ1445を参照。)、及び、
・空燃比不均衡指標値RIMBが大きいほど指示空燃比(Mc(k)/Fi)が理論空燃比よりも「よりリッチな空燃比」となるように、指示燃料噴射量Fiを増大補正する燃料増量手段(図15のステップ1530、ステップ1525、ステップ1225乃至ステップ1235、並びに、図13の特にステップ1325を参照。)、を含む。
 更に、前記不均衡指標値取得手段は、
 前記取得された空燃比不均衡指標値RIMBに応じた値(空燃比不均衡指標値RIMBそのもの、又は、空燃比不均衡指標値RIMBに相関する値)を、機関10の運転停止中においても学習値RIMBgakuとして保持するように構成され(図15のステップ1540)、
 前記燃料増量手段は、
 機関10が始動された後であって新たな空燃比不均衡指標値RIMBが取得される前において(即ち、指標値取得フラグXIMBgetの値が「0」であるとき)、前記不均衡指標値取得手段が保持している学習値RIMBgakuを用いて指示燃料噴射量Fiの増大補正を実行するように構成されている(図15のステップ1520、ステップ1525、ステップ1225乃至ステップ1235、並びに、図13の特にステップ1325を参照。)。
 従って、第2制御装置によれば、機関10の始動後から空燃比不均衡指標値RIMBが新たに取得されるまでに時間を要する場合であっても、その空燃比不均衡指標値RIMBが取得される前までの期間において、指示空燃比を気筒別空燃比の不均衡の程度に応じた適値(理論空燃比よりもリッチな空燃比)に変更することができる。その結果、第2制御装置は、窒素酸化物の大気中への排出量をより低減することができる。
 更に、第2制御装置は、
 機関10の吸入空気量Gaが所定吸入空気量閾値Ga0thよりも小さいとき、空燃比不均衡指標値RIMB(実際には、補正用空燃比不均衡指標値RIMBc)に基く指示燃料噴射量Fiの増大補正(指示空燃比のリッチ側への補正)を実行しないように構成されている(図15のステップ1505での「No」との判定及び上記条件1を参照。)。
 吸入空気量Gaが小さい場合、上流側空燃比センサ67の触媒部676が過剰な水素を処理(酸化)できるので、水素の選択的拡散に起因する空燃比のリーン側への移行の程度が小さい。更に、吸入空気量Gaが小さいと、触媒53(及び下流側触媒)が排ガスに含まれる窒素酸化物を浄化できる可能性が高い。換言すると、吸入空気量Gaが大きい場合、水素の選択的拡散に起因する空燃比のリーン側への移行の程度が大きくなり、且つ、触媒53(及び下流側触媒)が排ガスに含まれる窒素酸化物を浄化できない可能性が高くなる。
 従って、第2制御装置のように、機関10の吸入空気量Gaが所定吸入空気量閾値Ga0thよりも小さいときには指示燃料噴射量Fiの増大補正を停止し、吸入空気量Gaが所定吸入空気量閾値Ga0th以上であるとき、指示燃料噴射量Fiの増大補正を実施することが好ましい。これにより、指示燃料噴射量Fiが不必要に増大補正される可能性を低減することができる。
 更に、第2制御装置は、
 機関10の温度が所定の機関暖機温度閾値よりも高いとき(即ち、冷却水温THWが所定冷却水温閾値THW0thよりも高いとき)、空燃比不均衡指標値RIMB(実際には、補正用空燃比不均衡指標値RIMBc)に基く指示燃料噴射量Fiの増大補正(指示空燃比のリッチ側への補正)を実行しないように構成されている(図15のステップ1505での「No」との判定及び上記条件2を参照。)。
 機関10の温度が低い場合、燃焼状態が不安定となり易いので、機関10の温度が高い場合に比べて水素が多量に発生する可能性が高い。即ち、機関10の温度が低い場合、水素の選択的拡散に起因する空燃比のリーン側への移行の程度が大きくなり、且つ、排ガスに含まれる窒素酸化物を触媒53が浄化できない可能性が高くなる。
 従って、第2制御装置のように、冷却水温THWが所定冷却水温閾値THW0thよりも高いときには指示燃料噴射量Fiの増大補正を停止し、冷却水温THWが所定冷却水温閾値THW0thよりも低いときには指示燃料噴射量Fiの増大補正を実施することが好ましい。これにより、機関10の温度が高いときに指示燃料噴射量Fiが不必要に増大補正される可能性を低減することができる。
 更に、第2制御装置は、
 上流側触媒53の温度TCATが所定の触媒暖機温度閾値温度TCAT0thよりも高いとき、空燃比不均衡指標値RIMB(実際には、補正用空燃比不均衡指標値RIMBc)に基く指示燃料噴射量Fiの増大補正(指示空燃比のリッチ側への補正)を実行しないように構成されている(図15のステップ1505での「No」との判定及び上記条件3を参照。)。
 上流側触媒53の温度TCATが低い場合、上流側触媒53の浄化能力は低いので、上流側触媒53の温度TCATが高い場合に比べ、上流側触媒53が排ガスに含まれる窒素酸化物を浄化できない可能性が高くなる。
 従って、第2制御装置のように、上流側触媒53の温度TCATが触媒暖機温度閾値温度TCAT0thよりも高いときには指示燃料噴射量Fiの増大補正を停止し、上流側触媒53の温度TCATが触媒暖機温度閾値温度TCAT0thよりも低いときには指示燃料噴射量Fiの増大補正を実施することが好ましい。これにより、上流側触媒53の温度TCATが十分に高いときに、指示燃料噴射量Fiが不必要に増大補正される可能性を低減することができる。
 なお、第2制御装置は、上記増量禁止条件(換言すると、上記補正条件)を設けなくてもよい。この場合、CPU71は、図15のステップ1205の後にステップ1215に直接進む。
<第3実施形態>
 次に、本発明の第3実施形態に係る制御装置(以下、単に「第3制御装置」と称呼する。)について説明する。第3制御装置のCPU71は、第2制御装置のCPU71と同様、図13乃至図15に示したルーチンを実行する。但し、第3制御装置のCPU71は、図15のステップ1525の処理を実行する際、図16に示したルーチンを実行する。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
 なお、第3制御装置のCPU71は、図15のステップ1505において、上記条件2(THWがTHW0thよりも大きいか否か)及び上記条件3(TCATがTCAT0thよりも大きいか否か)の両方のみ、又は、これらのうちの一方のみ、について判断する。また、第3制御装置のCPU71は、図15のステップ1505を省略し、ステップ1205からステップ1215に直接進んでもよい。
 第3制御装置のCPU71は、図15のステップ1525の処理を実行する場合、図16のステップ1600を経由してステップ1610に進み、目標空燃比補正量dafを「補正用空燃比不均衡指標値RIMBc及び吸入空気量Ga」に基づいて決定する。目標空燃比補正量dafは、図16のステップ1610内に記載された目標空燃比補正量テーブルMa p daf(RIMBc,Ga)に従って求められる。
 この目標空燃比補正量テーブルMa p daf(RIMBc,Ga)によれば、目標空燃比補正量dafは次のように決定される。
・目標空燃比補正量dafは、吸入空気量Gaが大きくなるほど、大きくなる。
・目標空燃比補正量dafは、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど、大きくなる。
 次に、CPU71はステップ1620に進み、理論空燃比stoichから目標空燃比補正量dafを減じた値を、目標空燃比abyfrとして採用する。その後、CPU71はステップ1695を経由して図15のステップ1225に進む。
 この結果、目標空燃比abyfr(従って、指示空燃比)は次のように変更させられる。
・目標空燃比abyfrは、吸入空気量Gaが大きくなるほど、理論空燃比stoichとの差の絶対値の大きさが大きくなるように、小さくなる(よりリッチ側の空燃比に設定される。)。
・目標空燃比abyfr(従って、指示空燃比)は、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど、理論空燃比stoichとの差の絶対値の大きさが大きくなるように、小さくなる(よりリッチ側の空燃比に設定される。)。
 従って、指示燃料噴射量Fiは、吸入空気量Gaが増大するほど吸入空気量Gaの増大に見合う分(目標空燃比abyfrが一定である場合に吸入空気量Gaの増加に基いて増加する指示燃料噴射量Fiの増加量)よりも更に大きい増加量だけ大きくなり、且つ、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど大きくなる、ように増大補正される。この結果、指示空燃比は、吸入空気量Gaが大きくなるほど、及び、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど、理論空燃比stoichよりもリッチな(小さい)範囲において「よりリッチに(より小さく)なる」ように修正される。
 従って、吸入空気量Ga及び気筒別空燃比の不均衡の程度に応じて、指示燃料噴射量Fiが適切に制御されるので、指示燃料噴射量Fiが過大になり難く、且つ、窒素酸化物の排出量を低減することができる。
 更に、図16のステップ1610内に記載された目標空燃比補正量テーブルMa p daf(RIMBc,Ga)からも明らかなように、目標空燃比abyfrは、吸入空気量Gaと空燃比不均衡指標値RIMB(実際には補正用空燃比不均衡指標値RIMBc)とにより定まる運転状態が、所定の運転状態にある場合にのみ、理論空燃比stoichよりも小さい値へと変更される。つまり、目標空燃比補正量テーブルMa p daf(RIMBc,Ga)において、「0」以外の数値が記入されている運転状態において、指示空燃比のリッチ側への修正がなされる。換言すると、指示燃料噴射量Fiは、「吸入空気量Gaが、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きいほど小さくなる吸入空気量の閾値Gavthより大きい場合」、増大補正される。従って、無駄な指示燃料噴射量Fiの増大補正を行うことなく、窒素酸化物の排出量を低減することができる。
<第4実施形態>
 次に、本発明の第4実施形態に係る制御装置(以下、単に「第4制御装置」と称呼する。)について説明する。第4制御装置のCPU71は、第2制御装置のCPU71と同様、図13乃至図15に示したルーチンを実行する。但し、第4制御装置のCPU71は、図15のステップ1525の処理を実行する際、図17に示したルーチンを実行する。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
 なお、第4制御装置のCPU71は、図15のステップ1505において、上記条件2(THWがTHW0thよりも大きいか否か)及び上記条件3(TCATがTCAT0thよりも大きいか否か)の両方のみ、又は、これらのうちの一方のみ、について判断する。また、第4制御装置のCPU71は、図15のステップ1505を省略し、ステップ1205からステップ1215に直接進んでもよい。
 第4制御装置のCPU71は、図15のステップ1525の処理を実行する場合、図17のステップ1700を経由してステップ1610に進み、目標空燃比補正量dafを目標空燃比補正量テーブルMa p daf(RIMBc,Ga)に従って求める。このステップ1610は図16のステップ1610と同一の処理が実行されるステップである。
 次に、CPU71はステップ1710に進み、機関10の加速の程度を示す加速指標量dGaを取得する。具体的には、CPU71は、現時点の吸入空気量Gaから一定時間前(例えば、4ms)前の過去の吸入空気量Gaoldを減じることにより、吸入空気量Gaの単位時間あたりの変化量を加速指標量dGaとして取得する。なお、加速指標量dGaは、スロットル弁開度TAの単位時間あたりの変化量dTA、負荷KLの単位時間あたりの変化量dKL、及び、アクセルペダル操作量Accpの単位時間あたりの変化量dAccp等のうちの何れであってもよい。
 次に、CPU71はステップ1720に進み、加速指標量dGaに基いて加速補正値kaccを取得する。即ち、CPU71は、加速補正値kaccをステップ1720内に記載された加速補正値テーブルMa p kacc(dGa)に従って求める。この加速補正値テーブルMa p kacc(dGa)によれば、加速補正値kaccは、加速指標量dGaが大きいほど「1よりも大きな範囲において次第に大きくなる」ように決定される。
 次いで、CPU71はステップ1730に進み、理論空燃比stoichから「加速補正値kaccと目標空燃比補正量dafとの積(kacc・daf)」を減じた値を、目標空燃比abyfrとして採用する。その後、CPU71はステップ1795を経由して図15のステップ1225に進む。
 この結果、目標空燃比abyfr(従って、指示空燃比)は次のように変更させられる。
・目標空燃比abyfrは、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど、吸入空気量Gaが大きくなるほど、加速指標量dGaが大きくなるほど、理論空燃比stoichとの差の絶対値の大きさがより大きくなるように、小さくなる(よりリッチ側の空燃比に設定される。)。
 従って、指示燃料噴射量Fiは、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど大きくなり、且つ、吸入空気量Gaが増大するほど吸入空気量Gaの増大に見合う分(目標空燃比abyfrが一定である場合に吸入空気量Gaの増加に基いて増加する指示燃料噴射量Fiの増加量)よりも更に大きい増加量だけ大きくなり、且つ、加速指標量dGaが大きくなるほど大きくなるように、増大補正される。
 以上から明らかなように、第4制御装置によれば、指示空燃比は、吸入空気量Gaが「補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きいほど小さくなる吸入空気量の閾値Gavth」より大きい場合、吸入空気量Gaが大きくなるほど、且つ、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど、且つ、加速指標量dGaが大きくなるほど、理論空燃比stoichよりもリッチな(小さい)範囲において「よりリッチに(より小さく)なる」ように修正される。
 機関10の加速の程度が大きいほど、触媒53を排ガスが未浄化の状態にて吹き抜ける可能性が高くなり、従って、窒素酸化物もより多量に排出される可能性が高くなる。第4制御装置によれば、機関10の加速の程度が大きいほど、指示空燃比がリッチ側へと補正される。その結果、加速時において窒素酸化物の排出量をより低減することができる。
<第4実施形態の第1変形例>
 この変形例は、図17のステップ1710において、加速指標量dGaに代えて、冷却水温THW(機関10の温度)を取得する。更に、この変形例は、図17のステップ1720において、冷却水温THWが高いほど水温補正値kthwが小さくなるように水温補正値kthwを求める。但し、水温補正値kthwは「1」以上である。更に、この変形例は、図17のステップ1730において、理論空燃比stoichから「水温補正値kthwと目標空燃比補正量dafとの積(kthw・daf)」を減じた値を、目標空燃比abyfrとして採用する。
 この変形例によれば、指示空燃比は、吸入空気量Gaが吸入空気量の閾値Gavthより大きい場合、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど、且つ、吸入空気量Gaが大きくなるほど、且つ、冷却水温THWが低いほど、理論空燃比stoichよりもリッチな(小さい)範囲において「よりリッチに(より小さく)なる」ように修正される。従って、燃焼状態が不安定であるために水素の選択的拡散に起因する空燃比のリーン側への移行の程度が大きくなり、且つ、排ガスに含まれる窒素酸化物を触媒53が浄化できない可能性が高くなる状態において、指示空燃比をよりリッチな空燃比に設定することができる。その結果、指示燃料噴射量Fiの不必要な増大補正と、窒素酸化物の排出量の増大と、を回避することができる。
<第4実施形態の第2変形例>
 この変形例は、図17のステップ1710において、加速指標量dGaに代えて、上流側触媒53の温度TCATを取得する。更に、この変形例は、図17のステップ1720において、上流側触媒53の温度TCATが高いほど触媒温補正値kcatが小さくなるように触媒温補正値kcatを求める。但し、触媒温補正値kcatは「1」以上である。更に、この変形例は、図17のステップ1730において、理論空燃比stoichから「触媒温補正値kcatと目標空燃比補正量dafとの積(kcat・daf)」を減じた値を、目標空燃比abyfrとして採用する。
 この変形例によれば、指示空燃比は、吸入空気量Gaが「補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きいほど小さくなる吸入空気量の閾値Gavth」より大きい場合、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど、且つ、吸入空気量Gaが大きくなるほど、且つ、上流側触媒53の温度TCATが低いほど、理論空燃比stoichよりもリッチな(小さい)範囲において「よりリッチに(より小さく)なる」ように修正される。従って、上流側触媒53の浄化能力が低いために排ガスに含まれる窒素酸化物を触媒53が浄化できない可能性が高くなる状態において、指示空燃比をよりリッチな空燃比に設定することができる。その結果、指示燃料噴射量Fiの不必要な増大補正と、窒素酸化物の排出量の増大と、を回避することができる。
<第5実施形態>
 次に、本発明の第5実施形態に係る制御装置(以下、単に「第5制御装置」と称呼する。)について説明する。第5制御装置は、目標空燃比abyfrを補正用空燃比不均衡指標値RIMBcに基いて変更する代わりに基本燃料噴射量Fbaseに増量係数KIMBを乗じ、もって、指示燃料噴射量Fiを増大補正する(指示空燃比を小さくする)点のみにおいて第2制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
 第5制御装置のCPU71は、第2制御装置のCPU71と同様、図13及び図14に示したルーチンを実行する。更に、第5制御装置のCPU71は、図15に示したルーチンに代わる図18に示したルーチンを実行する。なお、図18において「既に説明したステップと同一の処理を行うためのステップ」には、そのようなステップに付された符号と同一の符合が付されている。
 第5制御装置のCPU71は、図18のステップ1505にて「No」と判定した場合(即ち、FC条件が成立しておらず、且つ、補正条件が成立していない場合)、ステップ1810に進む。更に、CPU71は、ステップ1515にて「No」と判定した場合(即ち、FC条件が成立しておらず、且つ、補正条件が成立しており、且つ、指標値取得フラグXIMBgetの値が「0」であり、且つ、指標値学習完了フラグXIMBgakuの値が「0」である場合)、ステップ1810に進む。
 CPU71は、ステップ1810にて、増量係数KIMBの値を「1」に設定する。なお、増量係数KIMBの値は上述したイニシャルルーチンにおいても「1」に設定される。その後、CPU71は後述するステップ1830乃至ステップ1870の処理を実行する。
 一方、CPU71は、ステップ1215及びステップ1515の何れかにて「Yes」と判定した場合、所定のステップを経てステップ1820に進む。即ち、CPU71は以下の何れかが成立した場合に、ステップ1820に進む。
・FC条件が成立しておらず、且つ、補正条件が成立しており、且つ、指標値取得フラグXIMBgetの値が「1」である場合。
・FC条件が成立しておらず、且つ、補正条件が成立しており、且つ、指標値取得フラグXIMBgetの値が「0」であり、且つ、指標値学習完了フラグXIMBgakuの値が「1」である場合。
 CPU71は、ステップ1820にて、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcに基いて増量係数KIMBの値を決定する。より具体的に述べると、CPU71は、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど、増量係数KIMBの値が「1」よりも大きい範囲において大きくなるように(増量係数KIMBの値と「1」との差の絶対値が大きくなるように)、増量係数KIMBの値を決定する(図18のブロックB2内の「RIMBcとKIMBとの関係を示したグラフ」の実線又は破線を参照。)。その後、CPU71は以下に述べるステップ1830乃至ステップ1870の処理を実行する。
 ステップ1830:CPU71は、理論空燃比stoichを増量係数KIMBにより除した値(stoich/KIMB)を、目標空燃比abyfrとして設定する。この結果、図13に示したルーチンが実行されることにより、メインフィードバック量DFiは、検出空燃比abyfs(実際には、、フィードバック制御用空燃比abyfsc)を値(stoich/KIMB)に一致させる値となるように算出される。
 ステップ1840:CPU71は、「吸入空気量Ga、機関回転速度NE、及び、ルックアップテーブルMapMc」に基いて「筒内吸入空気量Mc(k)」を取得する。
 ステップ1850:CPU71は、筒内吸入空気量Mc(k)を理論空燃比stoichにより除した値を基本燃料噴射量Fbaseとして設定する。
 ステップ1860:CPU71は、「基本燃料噴射量Fbaseと増量係数KIMBとの積」にメインフィードバック量DFiを加えることにより、指示燃料噴射量Fiを算出する。前述したように、増量補正係数KIMBは「1」以上である。更に、基本燃料噴射量Fbaseは、ステップ1850に示したように、「理論空燃比stoichを得るために必要であると推定される燃料量である(Fbase=Mc(k)/stoich)。従って、「基本燃料噴射量Fbaseと増量係数KIMBとの積」は、理論空燃比stoich又は理論空燃比stoichよりもリッチな(小さい)空燃比を得るために必要であると推定される燃料噴射量となる。
 ステップ1870:CPU71は、「指示燃料噴射量Fiの燃料」を「燃料噴射気筒に対応して設けられている燃料噴射弁39」から噴射させるための噴射指示信号を、その燃料噴射弁39に送出する。
 この結果、指示燃料噴射量Fiは、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど大きくなるように、増量係数KIMBに基いて増大補正される。即ち、指示空燃比は、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど、指示空燃比と理論空燃比stoichとの差の絶対値が大きくなり、且つ、指示空燃比が小さくなるように、設定される。
 以上、説明したように、第5制御装置は、第1制御装置(及び他の制御装置)と同様、
 上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsにより表される空燃比(検出空燃比abyfs)が「理論空燃比stoichに設定された目標空燃比abyfr」に一致するように、指示燃料噴射量Fiをフィードバック補正するフィードバック補正手段(図18のステップ1810、ステップ1830乃至ステップ1860、並びに、図13のルーチンを参照。)、
 不均衡指標値取得手段(図14のルーチンのステップ1410乃至ステップ1445を参照。)、及び、
 空燃比不均衡指標値RIMBが大きいほど指示空燃比(Mc(k)/Fi)が理論空燃比よりもよりリッチな空燃比となるように指示燃料噴射量Fiを増大補正する燃料増量手段を含む。
 より具体的に述べると、第5制御装置の燃料増量手段は、
 取得された空燃比不均衡指標値RIMB(実際には、補正用空燃比不均衡指標値RIMBc)が大きいほど、「理論空燃比との差の絶対値がより大きくなる空燃比であって理論空燃比よりも小さい指示空燃比」が得られるように、指示燃料噴射量Fiを増大補正するように構成されている(図18のステップ1530、ステップ1820乃至ステップ1860、並びに、図13の特にステップ1325を参照。)。
 なお、「第5制御装置と、以下に述べる第5制御装置の第1変形例と」が採用した「指示燃料噴射量Fiの増大補正手法」は、他の実施形態の制御装置にも適用することができる。更に、図18のステップ1860において「基本燃料噴射量Fbaseに増量係数KIMBを乗じる」代わりに、基本燃料噴射量Fbaseに「補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど大きくなる増量値」を加えることによって、指示燃料噴射量Fiを増大補正してもよい。
<第5制御装置の第1変形例>
 第5制御装置のCPU71は、図18のステップ1830にて、理論空燃比stoichを目標空燃比abyfrとして設定する。この場合、目標空燃比abyfrは理論空燃比stoichに維持される。しかしながら、図18のステップ1860において、指示燃料噴射量Fiが増量係数KIMBに応じて増大されるので、理論空燃比stoichへのメインフィードバック制御が実行されていても、メインフィードバック制御の制御遅れにより、指示空燃比(指示空燃比の時間的平均値)を理論空燃比stoichよりもリッチな空燃比に移行することができる。
<第6実施形態>
 次に、本発明の第6実施形態に係る制御装置(以下、単に「第6制御装置」と称呼する。)について説明する。第6制御装置は、第1制御装置と同様に、空燃比不均衡指標値RIMBに基づいて目標空燃比abyfrを変更する。更に、第6制御装置は、第1制御装置と同様、サブフィードバック制御を実行する。但し、第6制御装置は、吸入空気量Gaが「空燃比不均衡指標値RIMBが大きいほど小さくなるサブフィードバック制御禁止吸入空気量閾値Gakinth」よりも大きいとき、サブフィードバック制御を中止(禁止)する点においてのみ、第1制御装置と相違する。以下、この相違点を中心として説明する。なお、サブフィードバック制御禁止吸入空気量閾値Gakinthは、以下、「禁止閾値Gakinth」とも称呼する。
 第6制御装置のCPU71は、第1制御装置のCPU71と同様、図12乃至図14に示したルーチンを実行する。更に、第6制御装置のCPU71は、サブフィードバック量Vafsfbを算出するために、所定時間が経過する毎に図19に示した「サブフィードバック制御ルーチン」を実行するようになっている。
 従って、所定のタイミングになると、CPU71は図19のステップ1900から処理を開始してステップ1905に進み、サブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。
 サブフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立する。
(B1)メインフィードバック制御条件が成立している。
(B2)下流側空燃比センサ68が活性化している。
 いま、サブフィードバック制御条件が成立していると仮定して説明を続ける。この場合、CPU71はステップ1905にて「Yes」と判定し、ステップ1910に進んで指標値取得フラグXIMBgetの値が「1」であるか否かを判定する。このとき、指標値取得フラグXIMBgetの値が「1」でなければ、CPU71はステップ1925に直接進む。
 これに対し、指標値取得フラグXIMBgetの値が「1」であると、即ち、空燃比不均衡指標値RIMBが取得されていると、CPU71はステップ1910にて「Yes」と判定してステップ1915に進む。CPU71はステップ1915にて、禁止閾値Gakinthを空燃比不均衡指標値RIMBに基いて決定する。より具体的に述べると、CPU71は図19のブロックB3内のグラフに示したように、空燃比不均衡指標値RIMBが大きいほど禁止閾値Gakinthが小さくなるように、禁止閾値Gakinthを決定する。
 禁止閾値Gakinthは、吸入空気量Gaが禁止閾値Gakinth以上であるとき、触媒53内を水素等の未燃物(空燃比不均衡指標値RIMBが大きいことに起因して指示燃料噴射量Fiが増量され、その増量により多量に発生した水素等の未燃物)が未浄化の状態で通過してしまう値となるように、予め設定されている。換言すると、吸入空気量Gaが禁止閾値Gakinth以上である場合と、空燃比不均衡指標値RIMBと吸入空気量Gaとにより表される運転状態が「触媒53内を水素(水素等の未燃物)が未浄化の状態で通過する所定の運転領域」内にある場合と、は同義である。
 次に、CPU71はステップ1920に進み、実際の吸入空気量Gaが禁止閾値Gakinthよりも小さいか否かを判定する。そして、実際の吸入空気量Gaが禁止閾値Gakinth以上であると、CPU71はステップ1920にて「No」と判定し、ステップ1955及びステップ1960に進む。後述するように、ステップ1955及びステップ1960は、サブフィードバック制御を中止した場合の処理を行うステップである。即ち、実際の吸入空気量Gaが禁止閾値Gakinth以上である場合、サブフィードバック制御は禁止される。
 一方、CPU71がステップ1920の処理を実行する時点において、実際の吸入空気量Gaが禁止閾値Gakinthよりも小さい場合、CPU71はそのステップ1920にて「Yes」と判定し、以下に述べるステップ1925乃至ステップ1950の処理(サブフィードバック量算出処理)を実行し、その後、ステップ1955に進んで本ルーチンを一旦終了する。
 ステップ1925:CPU71は、下記(16)式に従って、「下流側目標値Voxsref」と「下流側空燃比センサ68の出力値Voxs」との差である「出力偏差量DVoxs」を取得する。即ち、CPU71は、「下流側目標値Voxsref」から「現時点の下流側空燃比センサ68の出力値Voxs」を減じることにより「出力偏差量DVoxs」を求める。下流側目標値Voxsrefは理論空燃比に相当する値Vst(例えば、0.5V)に設定されている。
 DVoxs=Voxsref−Voxs  …(16)
 ステップ1930:CPU71は、下記(17)式に従って、サブフィードバック量Vafsfbを求める。この(17)式において、Kpは予め設定された比例ゲイン(比例定数)、Kiは予め設定された積分ゲイン(積分定数)、Kdは予め設定された微分ゲイン(微分定数)である。また、SDVoxsは出力偏差量DVoxsの積分値、DDVoxsは出力偏差量DVoxsの微分値である。
 Vafsfb=Kp・DVoxs+Ki・SDVoxs+Kd・DDVoxs  …(17)
 ステップ1935:CPU71は、「その時点における出力偏差量の積分値SDVoxs」に「上記ステップ1925にて求めた出力偏差量DVoxs」を加えることにより、新たな出力偏差量の積分値SDVoxsを求める。
 ステップ1940:CPU71は、「上記ステップ1925にて算出した出力偏差量DVoxs」から「本ルーチンを前回実行した際に算出された出力偏差量である前回出力偏差量DVoxsold」を減じることにより、新たな出力偏差量の微分値DDVoxsを求める。
 ステップ1945:CPU71は、「上記ステップ1925にて算出した出力偏差量DVoxs」を「前回出力偏差量DVoxsold」として格納する。
 このように、CPU71は、下流側空燃比センサ68の出力値Voxsを下流側目標値Voxsrefに一致させるための比例・積分・微分(PID)制御により「サブフィードバック量Vafsfb」を算出する。このサブフィードバック量Vafsfbは、上述した(2)式に示したように、フィードバック制御用出力値Vabyfcを算出するために使用される。
 ステップ1950;CPU71は、下記(18)式に従ってサブFB学習値Vafsfbgを更新する。この(18)式の左辺Vafsfbg(k+1)は更新後のサブFB学習値Vafsfbgを表す。値αは0以上1未満の任意の値である。
 Vafsfbg(k+1)=α・Vafsfbg +(1−α)・Ki・SDVoxs  …(18)
 (18)式から明らかなように、サブFB学習値Vafsfbgは「サブフィードバック量Vafsfbの積分項Ki・SDVoxs」に「ノイズ除去のためのフィルタ処理」を施した値である。換言すると、サブFB学習値Vafsfbgは、サブフィードバック量Vafsfbの定常成分(積分項)に応じた値である。更新されたサブFB学習値Vafsfbg(=Vafsfbg(k+1))はバックアップRAM74に格納される。
 更に、CPU71がステップ1905の処理を実行する時点において、サブフィードバック制御条件が成立していない場合、CPU71はそのステップ1905にて「No」と判定し、以下に述べるステップ1955及びステップ1960の処理を順に行う。その後、CPU71は、ステップ1995に進んで本ルーチンを一旦終了する。
 ステップ1955:CPU71はサブフィードバック量Vafsfbの値として、サブFB学習値Vafsfbgを採用する。
 ステップ1960:CPU71は出力偏差量の積分値SDVoxsの値を「0」に設定する。
 以上、説明したように、第6制御装置は、
 機関10の排気通路であって上流側触媒53よりも下流側の部位に配設されるとともに、その配設された位置を通過する排ガスの空燃比に応じた出力値Voxsを出力する下流側空燃比センサ(濃淡電池型の酸素濃度センサ)68と、
 第1制御装置の指示燃料噴射量決定手段と同様の指示燃料噴射量決定手段と、
 を備える。
 更に、この指示燃料噴射量決定手段は、下流側空燃比センサ68の出力値Voxsが所定の目標値Voxsrefに一致するように指示燃料噴射量Fiを補正するサブフィードバック量Vafsfbを求め、そのサブフィードバック量Vafsfbにより指示燃料噴射量Fiを補正するサブフィードバック制御を実行するように構成されている(図19のステップ1925乃至ステップ1945、図13のステップ1310乃至ステップ1340、図12のステップ1235を参照。)。加えて、この指示燃料噴射量決定手段は、空燃比不均衡指標値RIMBと吸入空気量Gaとにより表される運転状態が「触媒53内を水素が未浄化の状態で通過する所定の運転領域」内にあるとき、前記サブフィードバック制御を停止するように構成されている(図19のステップ1915、及び、ステップ1920での「No」との判定を参照。)。
 上述した本発明の各実施形態に係る制御装置は、指示空燃比をリッチ側へと変更することにより、「水素の選択的拡散に起因する空燃比のリーン側への移行」を回避することができる。しかしながら、指示空燃比が非常にリッチな空燃比に設定された場合(指示燃料噴射量Fiが大きく増大補正された場合)であって、且つ、吸入空気量Gaが比較的大きい場合、上流側触媒53が未燃物で満たされてしまい上流側触媒53の下流に多量の未燃物が流出するか、或いは、上流側触媒53を未燃物が浄化されないまま吹き抜ける、虞がある。この場合、未燃物が未浄化のまま上流側触媒53の下流に流出するため、上流側触媒53の下流の空燃比が理論空燃比stoichよりも相当にリッチな空燃比となる。このとき、サブフィードバック制御が実施されると、サブフィードバック制御により指示空燃比はリーン側に補正されてしまう。この結果、空燃比不均衡指標値RIMBに応じて指示空燃比をリッチな空燃比に制御する作用が、サブフィードバック制御により消失される。
 これに対し、第6制御装置によれば、機関10の運転状態が「触媒53内を水素等の未燃物が未浄化の状態で通過する所定の運転領域」内にあると推定されるとき、サブフィードバック制御が停止される。その結果、空燃比不均衡指標値RIMBに応じて指示空燃比をリッチな空燃比に制御することができる。
<第6実施形態の第1変形例>
 この第1変形例のCPU71は、第6制御装置と同じルーチンを実行する。但し、この第1変形例のCPU71は、図19のステップ1915を実施しない。更に、この第1変形例のCPU71は、図19のステップ1920において、実際の吸入空気量Gaが禁止閾値Gakinthよりも小さいか否かを判定する代わりに、空燃比不均衡指標値RIMBが所定の指標値閾値RIMsubthよりも小さいか否かを判定する。指標値閾値RIMsubthは、空燃比不均衡指標値RIMBが指標値閾値RIMsubth以上である場合に、上流側触媒53を水素等の未燃物が未浄化の状態で通過する可能性が高い所定値に設定されている。そして、この第1変形例のCPU71は、空燃比不均衡指標値RIMBが指標値閾値RIMsubth以上である場合、ステップ1955及びステップ1960に進んでサブフィードバック制御を禁止(停止)する。
 この第1変形例によっても、第6制御装置と同様、「水素の選択的拡散に起因する空燃比のリーン側への移行」を回避するために指示空燃比をリッチ側へ移行する制御(指示燃料噴射量Fiの増大補正)を、サブフィードバック制御が相殺すること、を回避することができる。
<第6実施形態の第2変形例>
 この第2変形例のCPU71は、第6制御装置と同じルーチンを実行する。但し、この第2変形例のCPU71は、図19のステップ1910を実施せず、ステップ1905にて「Yes」と判定した場合にはステップ1915に直接進む。
 更に、第2変形例のCPU71は、ステップ1915にて、空燃比不均衡指標値RIMBに代え、空燃比不均衡指標値RIMBの学習値RIMBgakuに基いて禁止閾値Gakinthを決定する。換言すると、学習値RIMBgakuを、図19のステップ1915にて使用する空燃比不均衡指標値RIMBとして採用する。
 この第2変形例によれば、「水素の選択的拡散に起因する空燃比のリーン側への移行」を回避するための「指示空燃比のリッチ側への移行制御(指示燃料噴射量Fiの増大補正)」を学習値RIMBgakuに基いて行う場合(第2制御装置を参照。)であっても、その指示空燃比のリッチ側への移行制御をサブフィードバック制御が相殺すること、を回避することができる。
<第7実施形態>
 次に、本発明の第7実施形態に係る制御装置(以下、単に「第7制御装置」と称呼する。)について説明する。第7制御装置は、目標空燃比abyfrを、空燃比不均衡指標値RIMBに相関する値(空燃比不均衡指標値RIMB、補正用空燃比不均衡指標値RIMBc、学習値RIMBgaku等)に基づいて変更せず、理論空燃比stoichに維持する。一方、第7制御装置は、サブフィードバック量Vafsfbを、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど大きくなるように補正してから、指示燃料噴射量Fiの計算に用いる。即ち、第7制御装置は、サブフィードバック量Vafsfbを補正用空燃比不均衡指標値RIMBcに基いて補正することにより、指示燃料噴射量Fiの増大補正(指示空燃比のリッチ側への補正)を実行する。なお、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcとして、空燃比不均衡指標値RIMBが採用されてもよく、学習値RIMBgakuが得られている場合には学習値RIMBgakuが採用されてもよい。
 より具体的に述べると、第7制御装置のCPU71は、図12乃至図14に示したルーチンを実行するとともに、図20及び図21に示したルーチンを実行する。但し、第7制御装置のCPU71は、図12のステップ1245においても、目標空燃比abyfrを理論空燃比stoichに設定する。これにより、目標空燃比abyfrは常に理論空燃比stoichに維持される。以下、図20及び図21のルーチンに従うCPU71の作動について説明する。
 第7制御装置のCPU71は、所定時間が経過する毎に図20に示した「サブフィードバック制御ルーチン」を実行するようになっている。
 図20に示されたルーチンは、図19のルーチンから「ステップ1910乃至ステップ1920」を省略したルーチンである。従って、CPU71は、サブフィードバック制御条件が成立している限り、上述した「ステップ1925乃至ステップ1950」の処理を行うことにより、サブフィードバック量Vafsfbを算出する。更に、サブフィードバック制御条件が成立していない場合、CPU71は上述した「ステップ1955及びステップ1960」の処理を行い、サブフィードバック制御を停止する。
 更に、第7制御装置のCPU71は、メインフィードバック制御条件が成立しているとき、図13のステップ1305にて「Yes」と判定し、以下に述べる「図21のステップ2110乃至ステップ2160」の処理を実行し、その後、図13のステップ1315へと進む。
 ステップ2110:CPU71は、サブフィードバック量の増量基本値dVsb0を「補正用空燃比不均衡指標値RIMBc及び吸入空気量Ga」に基づいて決定する。サブフィードバック量の増量基本値dVsb0は、以下、「サブFB増量基本値dVsb0」とも称呼される。サブFB増量基本値dVsb0は、図21のステップ2110内に記載されたサブFB増量基本値テーブルMa p dVsb0(RIMBc,Ga)に従って求められる。なお、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcとして、学習値RIMBgakuが使用されてもよく、新たに取得された空燃比不均衡指標値RIMBが使用されてもよい。
 このサブFB増量基本値テーブルMa p dVsb0(RIMBc,Ga)によれば、サブFB増量基本値dVsb0は次のように決定される。
・サブFB増量基本値dVsb0は、吸入空気量Gaが大きくなるほど、大きくなる。
・サブFB増量基本値dVsb0は、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きくなるほど、大きくなる。
 なお、サブFB増量基本値dVsb0は「0」以上の値である。
 ステップ2120:CPU71は、図17のステップ1710と同様、機関10の加速の程度を示す加速指標量dGaを取得する。
 ステップ2130:CPU71は、加速指標量dGaに基いて「サブフィードバック量Vafsfbの加速補正値ksbacc」を取得する。即ち、CPU71は、加速補正値ksbaccをステップ2130内に記載された加速補正値テーブルMa p ksbacc(dGa)に従って求める。この加速補正値テーブルMa p kacc(dGa)によれば、加速補正値ksbaccは、加速指標量dGaが大きいほど「1よりも大きな範囲において次第に大きくなる」ように決定される。
 ステップ2140:CPU71は、「サブFB増量基本値dVsb0と加速補正値ksbaccとの積(dVsb0・ksbacc)」を「サブフィードバック量Vafsfbの増量値dVsb」として採用する。サブフィードバック量Vafsfbの増量値dVsbは、以下、「サブFB増量値dVsb」と称呼される。
 ステップ2150:CPU71は、サブフィードバック量VafsfbにサブFB増量値dVsbを加えた値を、制御用サブフィードバック量Vafsfbcとして採用する。この結果、制御用サブフィードバック量Vafsfbcは、サブフィードバック量Vafsfbを「補正用空燃比不均衡指標値RIMBc、吸入空気流量Ga、及び、加速指標値dGa」に基いて補正した値となる。
 ステップ2160:CPU71は、上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsに制御用サブフィードバック量Vafsfbcを加えた値を、フィードバック制御用出力値Vabyfcとして求める。
 この結果、フィードバック制御用出力値Vabyfcは、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きいほど大きい値(即ち、よりリーンな空燃比に対応した値)となる。更に、フィードバック制御用出力値Vabyfcは、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcの値がある値であるとき、吸入空気量Gaが大きいほど大きくなり、加速指標量dGaが大きいほど大きくなる。
 フィードバック制御用出力値Vabyfcが大きくなるほど、フィードバック制御用空燃比abyfscは大きくなる(リーン側の値となる)ので、メインフィードバック量DFiは大きくなる。従って、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きいほど、指示燃料噴射量Fiもより大きい値になるように補正される。即ち、指示空燃比は、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcが大きいほど、よりリッチ側へと変更される。この結果、気筒別空燃比の不均衡の程度が大きくなった場合においても、機関の空燃比が理論空燃比近傍に維持される。よって、第7制御装置は、窒素酸化物の大気中への排出量を低減することができる。
 更に、指示燃料噴射量Fiは、吸入空気量Gaが増大するほど吸入空気量Gaの増大に見合う分(目標空燃比abyfrが一定である場合に吸入空気量Gaの増加に基いて増加する指示燃料噴射量Fiの増加量)よりも更に大きい増加量だけ大きくなる。
 従って、吸入空気量Ga及び気筒別空燃比の不均衡の程度に応じて、指示燃料噴射量Fiが適切に制御されるので、指示燃料噴射量Fiが過大になり難く、且つ、窒素酸化物の排出量を低減することができる。
 更に、指示燃料噴射量Fiは、加速指標量dGaが大きくなるほど大きくなるように、増大補正される。
 機関10の加速の程度が大きいほど、触媒53を排ガスが未浄化の状態にて吹き抜ける可能性が高くなり、従って、窒素酸化物もより多量に排出される可能性が高くなる。第7制御装置によれば、機関10の加速の程度が大きいほど、指示空燃比がリッチ側へと補正される。その結果、加速時において窒素酸化物の排出量をより低減することができる。
 なお、第7制御装置によれば、上流側空燃比センサ67に到達する排ガスの空燃比は理論空燃比stoichに近づくので、その結果としてサブフィードバック量Vafsfbは「0(指示燃料噴射量Fiを増大も減少もしない値)」に近づく。
 また、ステップ2120乃至ステップ2140は省略されてもよい。その場合、ステップ2150において、サブFB増量基本値dVsb0がサブフィードバック量Vafsfbに加えられた値が、制御用サブフィードバック量Vafsfbcとして採用される。
 加えて、サブFB増量基本値dVsb0は、ステップ2110において、補正用空燃比不均衡指標値RIMBcのみに基づいて求められてもよい。更に、サブFB増量基本値dVsb0は、機関回転速度NEにより補正されてもよい。
 以上、説明したように、第7制御装置は、第6制御装置と同様のサブフィードバック制御手段を含む。更に、第7制御装置は、前記サブフィードバック制御手段により決定されたサブフィードバック量Vafsfbを、空燃比不均衡指標値RIMB(実際には、補正用空燃比不均衡指標値RIMBc)が大きいほど、指示燃料噴射量Fiをより増大させる量へと変更することにより、指示燃料噴射量Fiの増大補正(指示空燃比のリッチ側への補正)を実行する(図21のステップ2110乃至ステップ2160、図13のルーチン、並びに、図12のステップ1235を参照。)。
<第8実施形態>
 次に、本発明の第8実施形態に係る制御装置(以下、単に「第8制御装置」と称呼する。)について説明する。第8制御装置は、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値を空燃比不均衡指標値RIMBとして取得する代わりに、サブフィードバック量Vafsfbの学習値(サブFB学習値)Vafsfbgに相関する値を空燃比不均衡指標値RIMBとして取得する点のみにおいて、第6制御装置又は第7制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
 第8制御装置のCPU71は、図12、図13、図19及び図22に示したルーチンを実行する。図12、図13及び図19に示したルーチンについては説明済みである。図22に示したルーチンは図14に示したルーチンに代わるルーチンである。CPU71は、この図22に示したルーチンを、4ms(所定の一定サンプリング時間ts)が経過する毎に実行するようになっている。
 従って、所定のタイミングになると、CPU71は図22のステップ2200から処理を開始してステップ2210に進む。CPU71はステップ2210にて、上述したサブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。
 いま、サブフィードバック制御条件が成立していると仮定して説明を続ける。この場合、CPU71は以下に述べるステップ2215乃至ステップ2265のうちの所定のステップの処理を実行する。
 ステップ2215:CPU71は現時点が「サブFB学習値Vafsfbgが更新された直後の時点(サブFB学習値更新直後時点)」であるか否かを判定する。即ち、CPU71は、現時点が図19のステップ1950の処理の直後であるか否かを判定する。現時点がサブFB学習値更新直後の時点であれば、CPU71はステップ2220に進む。現時点がサブFB学習値更新直後の時点でなければ、CPU71はステップ2215からステップ2295に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
 ステップ2220:CPU71は学習値積算カウンタCexeの値を「1」だけ増大する。
 ステップ2225:CPU71は図19のステップ1950にて算出されているサブFB学習値Vafsfbgを読み込む。
 ステップ2230:CPU71は、サブFB学習値Vafsfbgの積算値SVafsfbgを更新する。即ち、CPU71は「その時点の積算値SVafsfbg」に「ステップ2225にて読み込んだサブFB学習値Vafsfbg」を加えることにより、新たな積算値SVafsfbgを得る。
 この積算値SVafsfbgは、上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定されるようになっている。更に、積算値SVafsfbgは、後述するステップ2265の処理によっても「0」に設定される。
 ステップ2235:CPU71は学習値積算カウンタCexeの値がカウンタ閾値Cth以上であるか否かを判定する。CPU71は、学習値積算カウンタCexeの値がカウンタ閾値Cthよりも小さいと、ステップ2235にて「No」と判定してステップ2295に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。これに対し、CPU71は、学習値積算カウンタCexeの値がカウンタ閾値Cth以上であると、ステップ2235にて「Yes」と判定してステップ2240に進む。
 ステップ2240:CPU71は、「サブFB学習値Vafsfbgの積算値SVafsfbg」を「学習値積算カウンタCexe」で除することにより、サブFB学習値平均値Avesfbgを求め、このサブFB学習値平均値Avesfbgを空燃比不均衡指標値RIMBとして採用する。
 サブFB学習値平均値Avesfbgは、上流側触媒53を通過する前の排ガスに含まれる水素の量と上流側触媒53を通過した後の排ガスに含まれる水素の量との差が大きいほど大きくなるパラメータである。即ち、気筒別空燃比の不均衡の程度が大きくなることに伴って「水素の選択的拡散及びメインフィードバック制御」に起因する空燃比のリーン側への移行の程度が大きくなるほど、サブフィードバック量Vafsfbはより大きくなる(機関の空燃比をよりリッチ側へ移行させる値になる。)。従って、サブFB学習値Vafsfbg及びサブFB学習値平均値Avesfbgも、気筒別空燃比の不均衡の程度が大きくなるほど、大きくなる。
 即ち、図23に示したように、サブFB学習値平均値Avesfbg(空燃比不均衡指標値RIMB)は、インバランス気筒の空燃比が非インバランス気筒の空燃比から乖離するほど(実際のインバランス割合が大きくなるほど)大きくなる。
 ステップ2242:CPU71は、指標値取得フラグXIMBgetの値が「0」であるか否かを判定する。このとき、指標値取得フラグXIMBgetの値が「1」であると(即ち、今回の機関10の始動後において空燃比不均衡指標値RIMBが取得されていると)、CPU71はステップ2242にて「No」と判定し、ステップ2260に進む。これに対し、指標値取得フラグXIMBgetの値が「1」であると、CPU71はステップ2242にて「Yes」と判定してステップ2245に進む。
 ステップ2245:CPU71は、空燃比不均衡指標値RIMBがインバランス判定用閾値RIMBth以上であるか否かを判定する。CPU71は、空燃比不均衡指標値RIMB(サブFB学習値平均値Avesfbg)が閾値RIMBth以上である場合、ステップ2245にて「Yes」と判定してステップ2250に進み、インバランス発生フラグXIMBの値を「1」に設定する。即ち、CPU71は空燃比気筒間インバランス状態が発生していると判定する。更に、このとき、CPU71は図示しない警告ランプを点灯してもよい。なお、インバランス発生フラグXIMBの値はバックアップRAM74に格納される。その後、CPU71はステップ2260に進む。
 これに対し、CPU71がステップ2245の処理を行う時点において、空燃比不均衡指標値RIMBが閾値RIMBth未満であると、CPU71はステップ2245にて「No」と判定してステップ2255に進み、インバランス発生フラグXIMBの値を「2」に設定する。即ち、「空燃比気筒間インバランス判定の結果、空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定された旨」を記憶する。その後、CPU71はステップ2260に進む。
 ステップ2260:CPU71は、指標値取得フラグXIMBgetの値を「1」に設定する。
 ステップ2265:CPU71は、学習値積算カウンタCexeの値を「0」に設定する(リセットする)とともに、サブFB学習値の積算値SVafsfbgを「0」に設定する(リセットする)。
 なお、CPU71は、ステップ2210の処理を実行したとき、サブフィードバック制御条件が成立していなければ、ステップ2295に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
 以上、説明したように、第8制御装置は、サブFB学習値平均値Avesfbgを空燃比不均衡指標値RIMBとして取得する。但し、第8制御装置は、「サブFB学習値Vafsfbgそのもの、又は、サブフィードバック量Vafsfbの平均値」を空燃比不均衡指標値RIMBとして取得してもよい。即ち、サブフィードバック量Vafsfbに相関する値(サブフィードバック量Vafsfbに応じて変化する値)は、空燃比不均衡指標値RIMBとして採用することができる。なお、図22のステップ2242は省略されてもよい。
 以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る制御装置は、「水素の選択的拡散及びメインフィードバック制御」に起因する空燃比のリーン側への移行の程度が大きく場合、指示空燃比(推定又は取得される筒内吸入空気量Mc(k)を指示燃料噴射量Fiにて除した値)を理論空燃比stoichよりもリッチ側の空燃比に設定する。その結果、窒素酸化物の排出量を低減することができる。
 更に、「水素の選択的拡散及びメインフィードバック制御」に起因する空燃比のリーン側への移行の程度を表す空燃比不均衡指標値RIMBは、上述した種々の手法及び後述する手法により取得することができる。
 即ち、本発明の実施形態に係る制御装置が備える不均衡指標値取得手段は、空燃比不均衡指標値RIMBを、次に述べるように取得することができる。
(A)前記不均衡指標値取得手段は、空燃比不均衡指標値RIMBとして、上流側空燃比センサ67が配設された位置を通過する排ガスの空燃比の変動(変動幅)が大きくなるほど大きくなる値を上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsに基づいて取得するように構成され得る(図10及び図14を参照。)。
 この場合、更に具体的には不均衡指標値取得手段は次のような態様であってもよい。
(A−1)
 前記不均衡指標値取得手段は、
 上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsの時間についての微分値d(Vabyfs)/dtを取得するとともに、取得した微分値d(Vabyfs)/dtに相関する値を空燃比不均衡指標値RIMBとして取得するように構成され得る。
 取得した微分値d(Vabyfs)/dtに相関する値の一例は、単位燃焼サイクル又は単位燃焼サイクルの自然数倍の期間において複数個取得された微分値d(Vabyfs)/dtの絶対値の平均値である。この平均値は、図14のルーチンと同様のルーチンにより取得され得る。取得した微分値d(Vabyfs)/dtに相関する値の他の一例は、単位燃焼サイクルにおいて複数個取得された微分値d(Vabyfs)/dtの絶対値の最大値を、複数の単位燃焼サイクルについて平均化した値である。
(A−2)
 前記不均衡指標値取得手段は、
 上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsの時間についての微分値d(abyfs)/dtを取得するとともに、その取得した微分値d(abyfs)/dt値に相関する値を空燃比不均衡指標値RIMBとして取得するように構成され得る。
 取得した微分値d(abyfs)/dt値に相関する値の一例は、単位燃焼サイクル又は単位燃焼サイクルの自然数倍の期間において複数個取得された微分値d(abyfs)/dtの絶対値の平均値である(図14のルーチンを参照。)。取得した微分値d(abyfs)/dtに相関する値の他の一例は、単位燃焼サイクルにおいて複数個取得された微分値d(abyfs)/dtの絶対値の最大値を、複数の単位燃焼サイクルについて平均化した値である。
(A−3)
 前記不均衡指標値取得手段は、
 上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsの時間についての二階微分値d(Vabyfs)/dtを取得するとともに、その取得した二階微分値d(Vabyfs)/dtに相関する値を空燃比不均衡指標値RIMBとして取得するように構成され得る。出力値Vabyfsと検出空燃比abyfsとは実質的に比例関係にあるので(図8を参照。)、二階微分値d(Vabyfs)/dtは、検出空燃比abyfsの時間についての二階微分値d(abyfs)/dtと同様の傾向を示す。従って、二階微分値d(Vabyfs)/dtは、気筒別空燃比差が小さい場合には図10の(D)の破線C5に示したように相対的に小さい値となり、気筒別空燃比差が大きい場合には図10の(D)の実線C6に示したように相対的に大きい値となる。
 なお、二階微分値d(Vabyfs)/dtは、現時点の出力値Vabyfsから一定のサンプリング時間前の出力値Vabyfsを減じることにより、一定のサンプリング時間毎の微分値d(Vabyfs)/dtを求め、新たに求められた微分値d(Vabyfs)/dtから一定のサンプリング時間前の微分値d(Vabyfs)/dtを減じることにより求めることができる。
 取得した二階微分値d(Vabyfs)/dt値に相関する値の一例は、単位燃焼サイクル又は単位燃焼サイクルの自然数倍の期間において複数個取得された二階微分値d(Vabyfs)/dtの絶対値の平均値である。取得した二階微分値d(Vabyfs)/dt値に相関する値の他の一例は、単位燃焼サイクルにおいて複数個取得された二階微分値d(Vabyfs)/dt値の絶対値の最大値を、複数の単位燃焼サイクルについて平均化した値である。
(A−4)
 前記不均衡指標値取得手段は、
 上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsの時間についての二階微分値d(abyfs)/dtを取得するとともに、その取得した二階微分値d(abyfs)/dtに相関する値を空燃比不均衡指標値RIMBとして取得するように構成され得る。二階微分値d(abyfs)/dtは、気筒別空燃比差が小さい場合には図10の(D)の破線C5に示したように相対的に小さい値となり、気筒別空燃比差が大きい場合には図10の(D)の実線C6に示したように相対的に大きい値となる。
 なお、二階微分値d(abyfs)/dtは、図14のステップ1425において得られた検出空燃比変化率ΔAFから、一定のサンプリング時間前に得られた検出空燃比変化率ΔAFを減じることにより求めることができる。
 取得した二階微分値d(abyfs)/dt値に相関する値の一例は、単位燃焼サイクル又は単位燃焼サイクルの自然数倍の期間において複数個取得された二階微分値d(abyfs)/dtの絶対値の平均値である。取得した二階微分値d(abyfs)/dtに相関する値の他の一例は、単位燃焼サイクルにおいて複数個取得された二階微分値d(abyfs)/dtの絶対値の最大値を、複数の単位燃焼サイクルについて平均化した値である。
 なお、「微分値d(Vabyfs)/dt、微分値d(abyfs)/dt、二階微分値d(Vabyfs)/dt、及び、二階微分値d(abyfs)/dt」のそれぞれに相関する値は、吸入空気量Gaの影響を受けるものの、機関回転速度NEの影響を受け難い。これは、「上流側空燃比センサ67の外側保護カバー67b及び内側保護カバー67c」の内部における排ガスの流速が、外側保護カバー67bの流出孔67b2近傍を流れる排ガスEXの流速(従って、単位時間あたりの吸入空気量である吸入空気量Ga)に応じて変化するからである。従って、これらの値は、機関回転速度NEの影響を受けることなく気筒別空燃比差を精度よく表すので、指示空燃比の上記補正により好ましいパラメータである。
(A−5)
 前記不均衡指標値取得手段は、
 上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsの所定期間(例えば、単位燃焼サイクル期間の自然数倍の期間)における最大値と最小値との差ΔXに相関する値、又は、上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsの所定期間における最大値と最小値との差ΔYに相関する値を、空燃比不均衡指標値RIMBとして取得するように構成され得る。図10の(B)に示した実線C2及び破線C1から明らかなように、この差ΔY(ΔYの絶対値)は、気筒別空燃比差が大きいほど大きくなる。従って、差ΔX(ΔXの絶対値)は、気筒別空燃比差が大きいほど大きくなる。取得した差ΔX(又はΔY)に相関する値の一例は、単位燃焼サイクル又は単位燃焼サイクルの自然数倍の期間において複数個取得された差ΔX(又はΔY)の絶対値の平均値である。
(A−6)
 前記不均衡指標値取得手段は、
 空燃比不均衡指標値RIMBとして、上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsの所定期間おける軌跡長に相関する値、又は、上流側空燃比センサ67の出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsの前記所定期間における軌跡長に相関する値を取得するように構成され得る。これらの軌跡長は、図10の(B)からも明らかなように、気筒別空燃比差が大きいほど大きくなる。軌跡長に相関する値は、例えば、単位燃焼サイクル又は単位燃焼サイクルの自然数倍の期間において複数個取得された軌跡長の絶対値の平均値である。
 なお、例えば、検出空燃比abyfsの軌跡長は、一定サンプリング時間tsが経過する毎に出力値Vabyfsを取得するとともに、その出力値Vabyfsを検出空燃比abyfsへと変換し、その検出空燃比abyfsと、一定サンプリング時間ts前に取得した検出空燃比abyfsと、の差の絶対値を積算することによって求めることができる。
(B)前記不均衡指標値取得手段は、
 サブフィードバック量Vafsfbに相関する値を空燃比不均衡指標値RIMBとして取得するように構成され得る(図22及び図23を参照。)。
(C)前記不均衡指標値取得手段は、
 機関10の回転速度の変動が大きくなるほど大きくなる値(回転変動相関値)を空燃比不均衡指標値として取得するように構成されてもよい。回転変動相関値は、例えば、一定のサンプリング毎に機関回転速度NEの変化量ΔNEの絶対値を複数個求め、その変化量ΔNEの絶対値の単位燃焼サイクル内における平均値であってもよい。
 本発明は上記実施形態及び変形例に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各制御装置は、V型エンジンにも適用することができる。その場合、V型エンジンは右バンクに属する2以上の気筒の排気集合部よりも下流に右バンク上流側触媒(前記機関の排気通路であって前記複数の気筒のうちの少なくとも2以上の気筒の燃焼室から排出された排ガスが集合する排気集合部よりも下流側の部位に配設された触媒)を備える。更に、そのV型エンジンは、左バンクに属する2以上の気筒の排気集合部よりも下流に左バンク上流側触媒(前記機関の排気通路であって前記複数の気筒のうちの少なくとも2以上の気筒以外の残りの2以上の気筒の燃焼室から排出された排ガスが集合する排気集合部よりも下流側の部位に配設された触媒)を備える。
 加えて、そのV型エンジンは、右バンク上流側触媒の上流及び下流に右バンク用の上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサを備え、左バンク上流側触媒の上流及び下流に左バンク用の上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサを備えることができる。各上流側空燃比センサは、上記空燃比センサ67と同様、各バンクの排気集合部と各バンクの上流側触媒との間に配設される。この場合、右バンク用のメインフィードバック制御及びサブフィードバック制御が実行され、それとは独立して左バンク用のメインフィードバック制御及びサブフィードバック制御が実行される。
 この場合、制御装置は、右バンク用の上流側空燃比センサの出力値に基いて右バンク用の「空燃比変動指標量AFD(空燃比不均衡指標値RIMB)」を求め、それらを用いて右バンクに属する気筒間において空燃比気筒間インバランス状態が発生しているか否かを判定することができる。更に、制御装置は、右バンクに属する気筒の指示空燃比を「右バンク用の空燃比不均衡指標値RIMB」に基づいて変更するように、それらの気筒に対応する燃料噴射弁39への指示燃料噴射量Fiを増大補正する。
 同様に、制御装置は、左バンク用の上流側空燃比センサの出力値に基いて左バンク用の「空燃比変動指標量AFD(空燃比不均衡指標値RIMB)」を求め、それらを用いて左バンクに属する気筒間において空燃比気筒間インバランス状態が発生しているか否かを判定することができる。更に、制御装置は、左バンクに属する気筒の指示空燃比を「左バンク用の空燃比不均衡指標値RIMB」に基づいて変更するように、それらの気筒に対応する燃料噴射弁39への指示燃料噴射量Fiを増大補正する。
 加えて、上記実施形態に係る制御装置は、インバランス気筒の空燃比が理論空燃比stoichよりもリッチ側に偏移した場合と、インバランス気筒の空燃比が理論空燃比stoichよりもリーン側に偏移した場合と、を区別することなく、空燃比不均衡指標値RIMBに応じて指示空燃比を変更していた。これは、図23からも明らかなように、その何れの場合においても、インバランス割合の絶対値が同じであれば、水素の選択的拡散に起因する空燃比のリーン側への移行の度合いが同程度であることに依る。
 これに対し、空燃比不均衡指標値RIMBが「ある任意の値」であるとき、インバランス気筒の空燃比が理論空燃比stoichよりもリッチ側に偏移している場合には指示空燃比を「第1の空燃比」だけリッチ側に移行させ、インバランス気筒の空燃比が理論空燃比stoichよりもリーン側に偏移している場合には指示空燃比を「第1の空燃比よりも大きさが小さい第2の空燃比」だけリッチ側に移行させてもよい。
 なお、インバランス気筒の空燃比が理論空燃比stoichよりもリッチ側に偏移しているのか理論空燃比stoichよりもリーン側に偏移しているのかは、例えば、次のようにして判別することができる。
 CPU71は、微分値d(abyfs)/dtのうち「正の値である微分値d(abyfs)/dt」の平均値PAFを単位燃焼サイクルにおいて求める。
 CPU71は、微分値d(abyfs)/dtのうち「負の値である微分値d(abyfs)/dt」の絶対値平均値NAFを単位燃焼サイクルにおいて求める。
 CPU71は、平均値NAFが平均値PAFよりも大きければ、インバランス気筒の空燃比が理論空燃比stoichよりもリッチ側に偏移していると判定する。
 CPU71は、平均値NAFが平均値PAFよりも小さければ、インバランス気筒の空燃比が理論空燃比stoichよりもリーン側に偏移していると判定する。

Claims (22)

  1.  複数の気筒と、
     前記複数の気筒のうちの少なくとも2以上の気筒から排出された排ガスが集合する前記機関の排気通路の排気集合部よりも下流側の位置に配設された排気浄化用の触媒と、
     前記少なくとも2以上の気筒のそれぞれに対応して配設されるとともに同少なくとも2以上の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料であって指示燃料噴射量に応じた量の燃料をそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁と、
     を有する内燃機関に適用され、
     前記指示燃料噴射量を決定する指示燃料噴射量決定手段と、
     前記排気通路であって前記排気集合部と前記触媒との間の位置に配設されるとともに同配設された位置を通過する排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する上流側空燃比センサと、
     を備えた内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
     前記指示燃料噴射量決定手段は、
     前記上流側空燃比センサの出力値により表される空燃比が理論空燃比に設定された目標空燃比に一致するように前記指示燃料噴射量をフィードバック補正するフィードバック補正手段と、
     前記少なくとも2以上の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気の空燃比の気筒間における差が大きいほど大きくなる空燃比不均衡指標値を取得する不均衡指標値取得手段と、
     前記取得された空燃比不均衡指標値が大きいほど前記指示燃料噴射量によって決まる空燃比である指示空燃比が理論空燃比よりもよりリッチな空燃比となるように前記指示燃料噴射量を増大補正する燃料増量手段と、
     を含む燃料噴射量制御装置。
  2.  請求項1に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記不均衡指標値取得手段は、
     前記取得された空燃比不均衡指標値に相関する値を前記機関の運転停止中においても保持するように構成され、
     前記燃料増量手段は、
     前記機関が始動された後であって新たな空燃比不均衡指標値が取得される前において前記不均衡指標値取得手段が保持している前記空燃比不均衡指標値に相関する値を用いて前記増大補正を実行するように構成された、
     燃料噴射量制御装置。
  3.  請求項1又は請求項2に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記燃料増量手段は、
     前記機関の吸入空気量が所定吸入空気量閾値よりも小さいとき前記増大補正を実行しないように構成された燃料噴射量制御装置。
  4.  請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記燃料増量手段は、
     前記機関の吸入空気量が大きいほど前記指示空燃比がよりリッチな空燃比となるように前記増大補正を実行する燃料噴射量制御装置。
  5.  請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記燃料増量手段は、
     前記機関の温度が所定の機関暖機温度閾値よりも高いとき前記増大補正を実行しないように構成された燃料噴射量制御装置。
  6.  請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記燃料増量手段は、
     前記機関の温度が低いほど前記指示空燃比がよりリッチな空燃比となるように前記増大補正を実行する燃料噴射量制御装置。
  7.  請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記燃料増量手段は、
     前記触媒の温度が所定の触媒暖機温度閾値よりも高いとき前記増大補正を実行しないように構成された燃料噴射量制御装置。
  8.  請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記燃料増量手段は、
     前記触媒の温度が低いほど前記指示空燃比がよりリッチな空燃比となるように前記増大補正を実行する燃料噴射量制御装置。
  9.  請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記燃料増量手段は、
     前記機関の加速度合を表す加速指標値を取得するとともに、前記取得された加速指標値により表される加速度合が大きいほど前記指示空燃比がよりリッチな空燃比となるように前記増大補正を実行する燃料噴射量制御装置。
  10.  請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の燃料噴射量制御装置であって、
     前記排気通路であって前記触媒よりも下流側の部位に配設されるとともに同配設された位置を通過する排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサを備え、
     前記指示燃料噴射量決定手段は、
     前記下流側空燃比センサの出力値が所定の目標値に一致するように前記指示燃料噴射量を補正するサブフィードバック制御を実行するように構成されるとともに、前記空燃比不均衡指標値と前記機関の吸入空気量とにより表される運転状態が前記触媒内を水素が未浄化の状態で通過する所定の運転領域内にあるとき前記サブフィードバック制御を停止するように構成された燃料噴射量制御装置。
  11.  請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の燃料噴射量制御装置であって、
     前記排気通路であって前記触媒よりも下流側の部位に配設されるとともに同配設された位置を通過する排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサを備え、
     前記指示燃料噴射量決定手段は、
     前記下流側空燃比センサの出力値が所定の目標値に一致するように前記指示燃料噴射量を補正するサブフィードバック制御を実行するように構成されるとともに、前記空燃比不均衡指標値が所定の指標閾値以上であるとき前記サブフィードバック制御を停止するように構成された燃料噴射量制御装置。
  12.  請求項1乃至請求項11の何れか一項に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記燃料増量手段は、
     前記取得された空燃比不均衡指標値が大きいほど、理論空燃比との差の絶対値がより大きくなる空燃比であって理論空燃比よりも小さい空燃比へと前記フィードバック補正手段における前記目標空燃比を変更することにより、前記増大補正を実行するように構成された燃料噴射量制御装置。
  13.  請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の燃料噴射量制御装置であって、
     前記排気通路であって前記触媒よりも下流側の部位に配設されるとともに同配設された位置を通過する排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサを備え、
     前記指示燃料噴射量決定手段は、
     前記下流側空燃比センサの出力値を理論空燃比に対応する値に一致させるために必要なサブフィードバック量を決定するとともに前記決定されたサブフィードバック量に基いて前記指示燃料噴射量を補正するサブフィードバック制御手段を含み、
     前記燃料増量手段は、
     前記サブフィードバック制御手段により決定されたサブフィードバック量を、前記取得された空燃比不均衡指標値が大きいほど、前記指示燃料噴射量をより増大させる量へと変更することにより、前記増大補正を実行するように構成された燃料噴射量制御装置。
  14.  請求項1乃至請求項13の何れか一項に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記不均衡指標値取得手段は、
     前記空燃比不均衡指標値として、前記上流側空燃比センサが配設された位置を通過する前記排ガスの空燃比の変動が大きくなるほど大きくなる値を前記空燃比センサの出力値に基づいて取得するように構成された燃料噴射量制御装置。
  15.  請求項14に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記不均衡指標値取得手段は、
     前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsの時間についての微分値d(Vabyfs)/dtを取得するとともに、同取得した微分値d(Vabyfs)/dtに相関する値を前記空燃比不均衡指標値として取得するように構成された燃料噴射量制御装置。
  16.  請求項14に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記不均衡指標値取得手段は、
     前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsの時間についての微分値d(abyfs)/dtを取得するとともに、同取得した微分値d(abyfs)/dt値に相関する値を前記空燃比不均衡指標値として取得するように構成された燃料噴射量制御装置。
  17.  請求項14に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記不均衡指標値取得手段は、
     前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsの時間についての二階微分値d(Vabyfs)/dtを取得するとともに、同取得した二階微分値d(Vabyfs)/dtに相関する値を前記空燃比不均衡指標値として取得するように構成された燃料噴射量制御装置。
  18.  請求項14に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記不均衡指標値取得手段は、
     前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsの時間についての二階微分値d(abyfs)/dtを取得するとともに、同取得した二階微分値d(abyfs)/dtに相関する値を前記空燃比不均衡指標値として取得するように構成された燃料噴射量制御装置。
  19.  請求項14に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記不均衡指標値取得手段は、
     前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsの所定期間における最大値と最小値との差に相関する値、又は、前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsの所定期間における最大値と最小値との差に相関する値を、前記空燃比不均衡指標値として取得するように構成された燃料噴射量制御装置。
  20.  請求項14に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記不均衡指標値取得手段は、
     前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsの所定期間おける軌跡長に相関する値、又は、前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsにより表される検出空燃比abyfsの所定期間における軌跡長に相関する値を、前記空燃比不均衡指標値として取得するように構成された燃料噴射量制御装置。
  21.  請求項1に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記指示燃料噴射量決定手段は、
     前記下流側空燃比センサの出力値を理論空燃比に対応する値に一致させるために必要なサブフィードバック量を決定するとともに前記決定されたサブフィードバック量に基いて前記指示燃料噴射量を補正するサブフィードバック制御手段を含み、
     前記不均衡指標値取得手段は、
     前記サブフィードバック量に相関する値を前記空燃比不均衡指標値として取得するように構成された燃料噴射量制御装置。
  22.  請求項1に記載の燃料噴射量制御装置において、
     前記不均衡指標値取得手段は、
     空燃比不均衡指標値として、前記機関の回転速度の変動が大きくなるほど大きくなる値を前記機関の回転速度に基いて取得するように構成された燃料噴射量制御装置。
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