(57)【要約】      （修正有）【課題】空燃比気筒間インバランス状態の発生を精度良く判定し、応答性向上を図る。【解決手段】制御装置は、検出空燃比abyfsの変動が大きいほど大きくなるパラメータをインバランス判定用パラメータとして取得し、取得したパラメータがインバランス判定用閾値よりも大きいとき、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する。空燃比センサの周囲の排ガスがリーン空燃比からリッチ空燃比（又はその逆）へと変化する際の空燃比センサの出力応答性を取得し、その出力応答性が低い場合、排ガス側電極層と大気側電極層との間に「空燃比検出用電圧よりも大きいセンサ応答性増大用電圧」を印加し、空燃比センサの出力応答性を向上させる。【選択図】図１２
2012007496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関に適用され、
前記機関の複数の気筒から排出された排ガスが集合する同機関の排気通路の排気集合部又は同排気通路の同排気集合部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、固体電解質層と、同固体電解質層の一面に形成された排ガス側電極層と、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と、同固体電解質層の他面に形成されるとともに大気室内に露呈された大気側電極層と、を有する空燃比検出部を含み、前記排ガス側電極層の電位よりも前記大気側電極層の電位が高くなるように前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に空燃比検出用電圧が印加されたときに前記固体電解質層を流れる限界電流に基いて同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を出力する空燃比センサと、
前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に前記空燃比検出用電圧を印加する空燃比検出用電圧印加手段と、
前記複数の気筒のそれぞれに対応して配設される複数の燃料噴射弁と、
前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に前記空燃比検出用電圧が印加されている場合の前記空燃比センサの出力値により表される空燃比と理論空燃比に設定された目標空燃比とが一致するように前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記フィードバック制御が実行されている期間において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の変動が大きくなるほど大きくなるインバランス判定用パラメータを前記空燃比センサの出力値に基づいて取得するとともに、前記インバランス判定用パラメータが所定のインバランス判定用閾値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インバランス判定手段と、
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が理論空燃比を横切るように変化する場合における前記空燃比センサ出力値の変化速度に応じた応答性指標値を前記空燃比センサの出力値に基いて取得するとともに、前記応答性指標値と所定の閾値とを比較することにより前記空燃比センサの出力応答性が許容応答性未満であるか否かを判定する応答性判定手段と、
前記応答性判定手段により前記空燃比センサの出力応答性が許容応答性未満であると判定された場合、前記排ガス側電極層の電位よりも前記大気側電極層の電位が高くなるように前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に前記空燃比検出用電圧よりも大きいセンサ応答性増大用電圧を印加することにより、前記空燃比センサの出力応答性を向上させるための応答性増大処理を実行する応答性増大処理実行手段と、
を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記応答性判定手段は、
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が理論空燃比よりも大きい第１リーン空燃比から理論空燃比よりも小さい第１リッチ空燃比へと変化した場合において前記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よりも大きく且つ前記第１リーン空燃比よりも小さい第２リーン空燃比から理論空燃比よりも小さく且つ前記第１リッチ空燃比よりも大きい第２リッチ空燃比へと変化するまでの時間、及び、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が理論空燃比よりも小さい第３リッチ空燃比から理論空燃比よりも大きい第３リーン空燃比へと変化した場合において前記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よりも小さく且つ前記第３リッチ空燃比よりも大きい第４リッチ空燃比から理論空燃比よりも大きく且つ前記第３リーン空燃比よりも小さい第４リーン空燃比へと変化するまでの時間、のうちの少なくとも一方を取得し、前記取得した少なくとも一方の時間に基いて前記応答性指標値を取得するように構成された制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記応答性増大処理実行手段は、
前記応答性増大処理を、前記機関の運転停止後に実行するように構成された制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
前記応答性増大処理実行手段は、
前記機関の運転停止後において前記空燃比センサが配設された部位に存在する排ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比となるように前記機関の運転停止前において前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を制御するように構成された制御装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
前記空燃比センサは、
前記固体電解質層を加熱するヒータを備え、
前記応答性増大処理実行手段は、
前記機関の停止後において前記固体電解質層の温度が、前記機関の運転中における前記固体電解質層の温度よりも高い温度になるように、前記ヒータへ電力を供給するように構成された制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記応答性増大処理実行手段は、
前記応答性判定手段により前記空燃比センサの出力応答性が前記許容応答性未満であると判定された場合、前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に、前記排ガス側電極層の電位よりも前記大気側電極層の電位を低くする逆方向電圧を、前記センサ応答性増大用電圧を印加するタイミングとは異なるタイミングにて印加するように構成された制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記インバランス判定手段は、
前記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インバランス判定用パラメータとして取得するように構成された制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記インバランス判定手段は、
前記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に相関する値を前記インバランス判定用パラメータとして取得するように構成された制御装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記インバランス判定手段は、
前記空燃比センサの出力値Vabyfsの時間についての二階微分値d2(Vabyfs)/dt2を取得するとともに、同取得した二階微分値d2(Vabyfs)/dt2に相関する値を前記インバランス判定用パラメータとして取得するように構成された制御装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記インバランス判定手段は、
前記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d2(abyfs)/dt2を取得するとともに、同取得した二階微分値d2(abyfs)/dt2に相関する値を前記インバランス判定用パラメータとして取得するように構成された制御装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記インバランス判定手段は、
前記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を前記インバランス判定用パラメータとして取得するように構成された制御装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記インバランス判定手段は、
前記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インバランス判定用パラメータとして取得するように構成された制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関に適用され、各気筒に供給される混合気の空燃比の不均衡（空燃比気筒間インバランス、空燃比気筒間ばらつき、気筒間における空燃比の不均一性）が過度に大きくなったことを判定（監視・検出）することができる「内燃機関の制御装置」に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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値と下流側空燃比センサの出力値とに基いて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。更に、上流側空燃比センサの出力値のみに基いて「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。
【０００４】
ところで、一般に、電子燃料噴射式内燃機関は、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。
【０００５】
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略理論空燃比に一致させられる。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
このような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従来の装置の一つは、複数の気筒からの排ガスが集合する排気集合部に配設された空燃比センサ（上記上流側空燃比センサ６７）の出力値（出力信号）の軌跡長を取得し、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ようになっている（例えば、特許文献１を参照。）
【０００９】
なお、本明細書において、空燃比気筒間インバランス状態（過度の空燃比気筒間インバランス状態）は、気筒別空燃比の間の差（気筒別空燃比差）が許容値以上となっている状態、換言すると、未燃物及び／又は窒素酸化物が規定値を超えるような空燃比気筒間インバランス状態を意味する。「空燃比気筒間インバランス状態」が発生したか否かの判定は、単に「空燃比気筒間インバランス判定、又は、インバランス判定」とも称呼される。更に、残りの気筒に供給される混合気の空燃比（例えば、略理論空燃比）から乖離した空燃比の混合気が供給されるようになった気筒は「インバランス気筒」とも称呼される。インバランス気筒に供給される混合気の空燃比は「インバランス気筒の空燃比」とも称呼される。残りの気筒（インバランス気筒以外の気筒）は、「正常気筒」又は「非インバランス気筒」とも称呼される。正常気筒に供給される混合気の空燃比は、「正常気筒の空燃比」又は「非インバランス気筒の空燃比」とも称呼される。
【００１０】
加えて、上述した空燃比センサの出力値の軌跡長のように、気筒別空燃比差（インバランス気筒の空燃比と正常気筒の空燃比との差）の絶対値が大きくなることに起因して「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の変動が大きくなるほど大きくなるパラメータ」は「インバランス判定用パラメータ」とも称呼される。このインバランス判定用パラメータは、空燃比センサの出力値に基いて取得される。インバランス判定用パラメータは、インバランス判定を実行するために、インバランス判定用閾値と比較される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第７，１５２，５９４号明細書
【発明の概要】
【００１２】
ところで、「インバランス判定用パラメータは、上述した軌跡長の他、空燃比センサの出力値の微分値d(Vabyfs)/dt、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）の微分値d(abyfs)/dt、空燃比センサの出力値の二階微分値d2(Vabyfs)/dt2、及び、検出空燃比abyfsの二階微分値d2(abyfs)/dt2等、種々の値（空燃比変動指標量）に基いて取得され得る。」ことが判明した。
【００１３】
より詳細に述べると、周知の空燃比センサは、例えば図２の（Ａ）に示したように、少なくとも「固体電解質層（６７１）、排ガス側電極層（６７２）、大気側電極層（６７３）及び拡散抵抗層（６７４）」を含む空燃比検出部を備える。排ガス側電極層（６７２）は固体電解質層（６７１）の一面に形成されている。排ガス側電極層（６７２）は拡散抵抗層（６７４）により覆われている。排気通路内の排ガスは、拡散抵抗層（６７４）の外側表面に到達し、拡散抵抗層（６７４）を通過して排ガス側電極層（６７２）に到達する。大気側電極層（６７３）は固体電解質層（６７１）の他面に形成されている。大気側電極層（６７３）は大気が導入される大気室（６７Ａ）に露呈している。
【００１４】
図２の（Ｂ）及び（Ｃ）に示したように、排ガス側電極層（６７２）と大気側電極層（６７３）との間には「排ガスの空燃比に応じて変化する限界電流」を発生させるための電圧（空燃比検出用電圧Ｖｐ）が印加されている。この空燃比検出用電圧は、一般に、大気側電極層（６７３）の電位が排ガス側電極層（６７２）の電位よりも高くなるように印加される。
【００１５】
図２の（Ｂ）に示したように、拡散抵抗層（６７４）を通過して排ガス側電極層（６７２）に到達した排ガスに過剰な酸素が含まれているとき（即ち、排ガス側電極層に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるとき）、その酸素は空燃比検出用電圧と固体電解質層（６７１）の酸素ポンプ特性とにより酸素イオンとして排ガス側電極層（６７２）から大気側電極層（６７３）へと導かれる。
【００１６】
これに対し、図２の（Ｃ）に示したように、拡散抵抗層（６７４）を通過して排ガス側電極層（６７２）に到達した排ガスに過剰な未燃物が含まれているとき（即ち、排ガス側電極層に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるとき）、大気室（６７Ａ）内の酸素は固体電解質層（６７１）の酸素電池特性により酸素イオンとして大気側電極層（６７３）から排ガス側電極層（６７２）へと導かれ、排ガス側電極層（６７２）の未燃物と反応する。
【００１７】
このような酸素イオンの移動量は、拡散抵抗層（６７４）の存在により、「拡散抵抗層（６７４）の外側表面に到達した排ガスの空燃比」に応じた値に制限される。換言すると、酸素イオンの移動により生じる電流は排ガスの空燃比に応じた値（即ち、限界電流Ｉｐ）となる（図３を参照。）。
【００１８】
空燃比センサは、この限界電流（排ガス側電極層と大気側電極層との間に空燃比検出用電圧Ｖｐが印加されることにより固体電解質層を流れる電流）に基いて「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。この出力値Vabyfsは、一般には、予め求められている「出力値Vabyfsと空燃比との図４に示した関係」に基いて検出空燃比abyfsに変換される。図４から理解されるように、出力値Vabyfsと検出空燃比abyfsとは実質的に比例している。
【００１９】
一方、「インバランス判定用パラメータの基礎となるデータ」である空燃比変動指標量は、「空燃比センサの出力値Vabyfs又は検出空燃比abyfs」の軌跡長に限られず、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の変動の状態を反映した値であればよい。以下、この点について説明を加える。
【００２０】
空燃比センサには、各気筒からの排ガスが点火順（従って、排気順）に到達する。空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合、各気筒から排出される排ガスの空燃比は互いに略同一である。従って、空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合、図５の（Ｂ）において破線Ｃ１により示したように、空燃比センサの出力値Vabyfsの波形（図５の（Ｂ）においては検出空燃比abyfsの波形）は略平坦である。
【００２１】
これに対し、「特定気筒（例えば、第１気筒）の空燃比のみが理論空燃比よりもリッチ側に偏移した空燃比気筒間インバランス状態（特定気筒リッチずれインバランス状態）」が発生している場合、その特定気筒の排ガスの空燃比と、その特定気筒以外の気筒（残りの気筒）の排ガスの空燃比と、は大きく相違する。
【００２２】
従って、例えば図５の（Ｂ）において実線Ｃ２により示したように、特定気筒リッチずれインバランス状態が発生している場合の空燃比センサの出力値Vabyfsの波形（図５の（Ｂ）においては検出空燃比abyfsの波形）は、所定期間毎に大きく変動する。この所定期間は、４気筒・４サイクル・エンジンの場合に７２０°クランク角である。即ち、この所定期間は、一つの空燃比センサに到達する排ガスを排出している総ての気筒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に相当し、本明細書において「単位燃焼サイクル期間」とも称呼される。
【００２３】
更に、インバランス気筒の空燃比が正常気筒の空燃比から乖離するほど、空燃比センサの出力値Vabyfs及び検出空燃比abyfsの振幅は大きくなり、これらの値はより大きく変動する。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５（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５（Ｂ）の一点鎖線Ｃ２ａのように変化する。
【００２４】
そのため、「空燃比センサの出力値Vabyfs又は検出空燃比abyfs」の単位時間あたりの変化量（即ち、「空燃比センサの出力値Vabyfs又は検出空燃比abyfs」の時間についての一階微分値、図５の（Ｂ）の角度α１，α２の大きさを参照。）は、気筒別空燃比差が小さいときには図５の（Ｃ）の破線Ｃ３により示したように小さく変動し、気筒別空燃比差が大きいときには図５の（Ｃ）の実線Ｃ４により示したように大きく変動する。即ち、「微分値d(Vabyfs)/dt及び微分値d(abyfs)/dt」の絶対値は、空燃比気筒間インバランス状態の程度が大きくなる（気筒別空燃比差が大きくなる）につれて大きくなる。
【００２５】
従って、例えば、単位燃焼サイクル期間において複数個取得される「微分値d(Vabyfs)/dt又は微分値d(abyfs)/dt」の絶対値の「最大値又は平均値」は、空燃比変動指標量として採用することができる。
【００２６】
更に、図５の（Ｄ）に示したように、「空燃比センサの出力値Vabyfs又は検出空燃比abyfs」の単位時間あたりの変化量の変化量は、気筒別空燃比差が小さい場合には破線Ｃ５により示したように殆ど変動せず、気筒別空燃比差が大きくなるほど実線Ｃ４により示したようにより大きく変動する。
【００２７】
従って、例えば、単位燃焼サイクル期間において複数個取得される「二階微分値d2(Vabyfs)/dt2又は二階微分値d2(abyfs)/dt2」の絶対値の「最大値又は平均値」は、空燃比変動指標量として採用することができる。
【００２８】
そして、空燃比気筒間インバランス制御装置は、上記のような空燃比変動指標量に相関する値をインバランス判定用パラメータとして採用し、そのインバランス判定用パラメータが所定の閾値（インバランス判定用閾値）よりも大きいか否かを判定することにより、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。
【００２９】
しかしながら、本発明者は、排ガスの空燃比が理論空燃比に非常に近い空燃比領域（理論空燃比を含む所定範囲の空燃比領域であり、「理論空燃比領域」とも称呼される。）において変動している場合、空燃比気筒間インバランス判定を精度良く行えない場合があるとの知見を得た。
【００３０】
これは、排ガスの空燃比が理論空燃比領域において変動する場合、空燃比センサの出力値Vabyfsが「その排ガスの変動に対して十分に良好な応答性をもって変化しない状態（応答性低下状態）」が発生し、そのために空燃比変動指標量が「空燃比気筒間インバランス状態の程度」を十分な精度にて表さなくなるためである。換言すると、排ガスの空燃比が理論空燃比領域において変動する場合、インバランス判定用パラメータが「気筒別空燃比差（即ち、インバランス気筒の空燃比と正常気筒の空燃比との差）」を十分な精度にて表さなくなるからである。
【００３１】
例えば、空燃比センサは、使用初期段階において、排ガスの空燃比が理論空燃比領域において変動する場合に応答性低下状態に陥り易い。この要因は、次のように考えられる。
【００３２】
（１）排ガスの空燃比が理論空燃比領域において変動する場合、空燃比は「理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比へ、又は、その逆へと」頻繁に変化する。従って、排ガス側電極層における反応は、酸素を酸素イオンへと変化させる反応から酸素イオンを酸素へと変化させる反応へ、又は、その逆へ、頻繁に変化しなければならない。このため、排ガス側電極層における反応速度が低いと、応答性低下状態に陥る。
【００３３】
（２）空燃比センサが使用初期段階にあるとき、その空燃比センサの製造工程中に電極層（特に、排ガス側電極層）に混入した不純物の影響、電極層の酸化の影響、及び、電極層と固体電解質層と排ガスとの界面の状態が良好ではない（馴染んでいない）こと、等に起因し、排ガス側電極層における反応速度が小さくなる場合がある。
【００３４】
（３）更に、空燃比センサが触媒（６７６）を備えている場合、特に、空燃比センサが使用初期段階にあるとき、その触媒（６７６）が所期の性能を発揮しないことがある。
【００３５】
図６はこのような現象を説明するためのグラフである。図６の縦軸は微分値d(abyfs)/dtに基いて取得されたインバランス判定用パラメータである。図６の横軸は空燃比センサの使用時間である。図６の破線は空燃比気筒間インバランス状態が発生している場合のインバランス判定用パラメータを示し、図６の実線は空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合のインバランス判定用パラメータを示す。
【００３６】
図６の点Ｐ１及び点Ｐ２に示されるように、空燃比センサが使用初期段階にあって、その応答性が良好でないとき、空燃比気筒間インバランス状態が発生している場合のインバランス判定用パラメータと、空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合のインバランス判定用パラメータと、の差は小さくなる。従って、空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを誤判定する虞がある。
【００３７】
これに対し、点Ｐ３及び点Ｐ４に示されるように、空燃比センサがある程度の時間使用されると、排ガス側電極層における反応速度が大きくなる等の理由により、空燃比気筒間インバランス状態が発生している場合のインバランス判定用パラメータと、空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合のインバランス判定用パラメータと、の差が大きくなる。従って、空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを精度良く判定することができる。
【００３８】
一方、空燃比センサの出力応答性は、排ガス側電極層と大気側電極層との間に「空燃比を検出する場合に印加される電圧（空燃比検出用電圧）よりも大きい電圧（センサ応答性増大用電圧）」を印加することにより、向上することが知られている。即ち、センサ応答性増大用電圧を印加することは、空燃比センサの出力応答性に関して、空燃比センサの使用時間を長くしたことと同等の作用をもたらす。センサ応答性増大用電圧を印加することにより空燃比センサの出力応答性が向上するのは、例えば、排ガス側電極層内の酸化物中の酸素が酸化物から引き離される（即ち、酸化物が還元される）ことによると考えられる。しかしながら、空燃比センサの出力応答性が良好であって精度の良いインバランス判定用パラメータが取得され得る場合においても、このようなセンサ応答性増大用電圧を印加することは、電力を無駄に消費し、或いは、空燃比センサを逆に劣化させる虞もある。
【００３９】
従って、本発明の目的の一つは、電力の無駄な消費を回避しながら、空燃比センサの出力応答性を改善し、以って、空燃比気筒間インバランス判定を精度良く行うことが可能な内燃機関の制御装置（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。
【００４０】
本発明装置は、多気筒内燃機関に適用され、空燃比センサと、空燃比検出用電圧印加手段と、複数の燃料噴射弁と、空燃比フィードバック制御手段と、インバランス判定手段と、応答性判定手段と、応答性増大処理実行手段と、を備える。
【００４１】
空燃比センサは、「排気集合部」又は「排気通路であって排気集合部よりも下流側の部位」に配設される。空燃比センサは、少なくとも、固体電解質層と、固体電解質層の一面に形成された排ガス側電極層と、排ガス側電極層を覆うとともに排ガスが到達する拡散抵抗層と、固体電解質層の他面に形成されるとともに大気室内に露呈された大気側電極層と、を有する空燃比検出部を含む。
【００４２】
空燃比センサは、空燃比検出用電圧印加手段により空燃比検出用電圧が印加されたとき、固体電解質層を流れる限界電流に基いて同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を出力する。
【００４３】
燃料噴射弁のそれぞれは、複数の気筒のそれぞれに対応するように設けられている。
【００４４】
空燃比フィードバック制御手段は、「排ガス側電極層と大気側電極層との間に前記空燃比検出用電圧が印加されている場合の空燃比センサの出力値」により表される空燃比と、理論空燃比に（実質的に）設定された目標空燃比と、が一致するように、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００４５】
インバランス判定手段は、前記フィードバック制御が実行されている期間において、「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の変動」が大きくなるほど大きくなるインバランス判定用パラメータを、空燃比センサの出力値に基づいて取得する。更に、インバランス判定手段は、インバランス判定用パラメータが所定のインバランス判定用閾値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。
【００４６】
このように、インバランス判定用パラメータは、空燃比のフィードバック制御中に空燃比センサの出力値に基いて取得される。即ち、インバランス判定用パラメータは、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が理論空燃比領域において変動する状況において取得される。従って、空燃比センサの出力応答性が低い場合、インバランス判定用パラメータは「空燃比気筒間インバランス状態の程度」を十分な精度にて表さなくなる。
【００４７】
そこで、応答性判定手段は、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が理論空燃比を横切るように変化する場合における「空燃比センサ出力値の変化速度に応じた値（即ち、応答性指標値）」を、空燃比センサの出力値に基いて取得する。更に、応答性判定手段は、その応答性指標値と所定の閾値とを比較することにより、空燃比センサの出力応答性が許容応答性未満であるか否かを判定する。
【００４８】
応答性増大処理実行手段は、応答性判定手段により「空燃比センサの出力応答性が許容応答性未満である」と判定された場合、空燃比センサの出力応答性を向上させるための応答性増大処理を実行する。より具体的に述べると、応答性増大処理実行手段は、排ガス側電極層の電位よりも大気側電極層の電位が高くなるように、排ガス側電極層と大気側電極層との間に「空燃比検出用電圧よりも大きいセンサ応答性増大用電圧」を印加する。
【００４９】
この応答性増大処理が実行される結果、排ガス側電極層内の酸化物が還元され、或いは、排ガス側電極層と固体電解質層と排ガスとの界面の状態が「排ガス側電極層における反応が活発化する状態」へと変化するので、空燃比センサの出力応答性が増大する。その結果、インバランス判定用パラメータが「空燃比気筒間インバランス状態の程度」を精度良く表す値になる。従って、インバランス判定を精度良く行うことができる。
【００５０】
しかも、応答性増大処理は、空燃比センサの出力応答性が許容応答性未満である場合に実行され、空燃比センサの出力応答性が許容応答性以上である場合には実行されない。この結果、無駄に電力を消費すること及び／又は空燃比センサが劣化することを回避することができる。
【００５１】
応答性指標値は、「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」が「理論空燃比よりも大きい第１リーン空燃比」から「理論空燃比よりも小さい第１リッチ空燃比」へと変化した場合において、「前記空燃比センサの出力値により表される空燃比」が「理論空燃比よりも大きく且つ前記第１リーン空燃比よりも小さい第２リーン空燃比」から「理論空燃比よりも小さく且つ前記第１リッチ空燃比よりも大きい第２リッチ空燃比」へと変化するまでの時間（第１の応答時間）に基く値であってもよい。
【００５２】
応答性指標値は、「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」が「理論空燃比よりも小さい第３リッチ空燃比」から「理論空燃比よりも大きい第３リーン空燃比」へと変化した場合において、「前記空燃比センサの出力値により表される空燃比」が「理論空燃比よりも小さく且つ前記第３リッチ空燃比よりも大きい第４リッチ空燃比」から「理論空燃比よりも大きく且つ前記第３リーン空燃比よりも小さい第４リーン空燃比」へと変化するまでの時間（第２の応答時間）に基く値であってもよい。
【００５３】
更に、応答性指標値は、第１の応答時間及び第２の応答時間に基づいて得られる値（例えば、第１の応答時間及び第２の応答時間の平均値）であってもよい。
【００５４】
加えて、応答性増大処理は、前記機関の運転停止後に実行されることが望ましい。その際、「空燃比センサが配設された部位に存在する排ガスの空燃比」が理論空燃比よりも小さい空燃比となるように、機関の運転停止前において燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量が制御されてもよい。これにより、センサ応答性増大用電圧が印加されたとき、排ガス側電極層の酸化物に含まれる酸素は、多量の未燃物と反応するので、一層効率的に除去され得る。
【００５５】
更に、応答性増大処理は、機関の停止後において、固体電解質層の温度が、機関の運転中における固体電解質層の温度よりも高い温度になるように、空燃比センサのヒータへ電力を供給することを含んでいてもよい。これにより、排ガス側電極層の酸化物が一層効率的に除去され得る。
【００５６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の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】図２の（Ａ）〜（Ｃ）のそれぞれは、図１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３】図３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４】図４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５】図５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インバランス判定用パラメータ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６】図６は、空燃比センサの使用時間とインバランス判定用パラメータとの関係を示したグラフである。
【図７】図７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８】図８は、図１及び図７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９】図９は、図１及び図７に示した空燃比センサの部分断面図である。
【図１０】図１０は、排ガスの空燃比と図１及び図７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１１】図１１は、応答性指標値を取得するときの種々の値の挙動を示したタイムチャートである。
【図１２】図１２は、応答性増大処理を実行するときの種々の値の挙動を示したタイムチャートである。
【図１３】図１３は、図７に示した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】図１４は、図７に示した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】図１５は、図７に示した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】図１６は、図７に示した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】図１７は、図７に示した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】図１８は、図７に示した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】図１９は、図７に示した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】図２０は、図７に示したＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置（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」である。更に、この制御装置は、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「空燃比気筒間インバランス判定装置」でもある。
【００５９】
（構成）
図７は、この制御装置を、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７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。
【００６０】
この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０と、を含んでいる。
【００６１】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１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。
【００６２】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング制御装置３３、可変吸気タイミング制御装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフトを含むとともに同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可変排気タイミング制御装置３６、可変排気タイミング制御装置３６のアクチュエータ３６ａ、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料噴射弁（燃料噴射手段、燃料供給手段）３９を備えている。
【００６３】
燃料噴射弁３９は、図１にも示したように、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。
【００６４】
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。
【００６５】
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７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。
【００６６】
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。
【００６７】
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７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。
【００６８】
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，Ｈ２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し、この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。この酸素吸蔵機能は、触媒に担持されているセリア（ＣｅＯ２）等の酸素吸蔵材によってもたらされる。
【００６９】
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、アクセル開度センサ６９、イグニッション・キー・スイッチ７１及びバッテリ電圧センサ７２を備えている。
【００７０】
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、吸入空気量Ｇａは、単位時間あたりに機関１０に吸入される空気量を表す。
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。
【００７１】
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８０によって機関回転速度ＮＥに変換される。
【００７２】
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８０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ＣＡを取得するようになっている。この絶対クランク角ＣＡは、基準気筒の圧縮上死点において「０°クランク角」に設定され、クランク角の回転角度に応じて７２０°クランク角まで増大し、その時点にて再び０°クランク角に設定される。
【００７３】
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。
【００７４】
上流側空燃比センサ６７（本発明における空燃比センサ）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（排気集合部ＨＫ）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、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。
【００７５】
上流側空燃比センサ６７は、図８及び図９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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
図２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。
【００７９】
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、ＺｒＯ２（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。
【００８０】
排ガス側電極層６７２は、白金（Ｐｔ）及びロジウム（Ｒｈ）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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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２の（Ｂ）及び図２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。
【００８５】
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。
【００８６】
上流側空燃比センサ６７には電源（印加電圧調整手段）６７９が接続されている。電源６７９は、上流側空燃比センサ６７が空燃比を検出する必要がある場合、後述する電気制御装置８０からの指示に応答して、排ガス側電極層６７２の電位よりも大気側電極層６７３の電位が電圧Ｖｐだけ高くなるように、排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間に空燃比検出用電圧Ｖｐ（例えば、０．４Ｖ）を印加するようになっている。更に、電源６７９は、上流側空燃比センサ６７の応答性を増大する必要がある場合、後述する電気制御装置８０からの指示に応答して、排ガス側電極層６７２の電位よりも大気側電極層６７３の電位が電圧Ｖｕｐだけ高くなるように、排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間にセンサ応答性増大用電圧Ｖｕｐを印加するようになっている。センサ応答性増大用電圧Ｖｕｐは、例えば、２Ｖであり、空燃比検出用電圧Ｖｐよりも大きい。
【００８７】
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８０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。以下、ヒータ６７８により加熱される「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「センサ素子部、又は、空燃比センサ素子」とも称呼する。従って、ヒータ６７８は、センサ素子部の温度である「空燃比センサ素子温度」を制御するようになっている。
【００８８】
ヒータ６７８の通電量（ヒータ６７８を流れる電流）が大きいほど、ヒータ６７８の発熱量は大きくなる。ヒータ６７８の通電量は、電気制御装置８０が出力するデューティ信号（以下、「ヒータデューティＤｕｔｙ」とも称呼する。）が大きいほど大きくなるように調整される。ヒータデューティＤｕｔｙが１００％であるときヒータ６７８の発熱量は最大となる。ヒータデューティＤｕｔｙが０％であるときヒータ６７８への通電は遮断され、その結果、ヒータ６７８は発熱しない。
【００８９】
空燃比センサ素子温度は固体電解質層６７１のアドミタンスＹとともに変化する。換言すると、アドミタンスＹに基いて空燃比センサ素子温度を推定することができる。一般に、アドミタンスＹが大きいほど空燃比センサ素子温度は高くなる。電気制御装置８０は、排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間に、「矩形波又は正弦波等の電圧」を「電源６７９による空燃比検出用電圧Ｖｐ又はセンサ応答性増大用電圧Ｖｕｐ」に周期的に重畳させ、その際に固体電解質層６７１に流れる電流に基いて、実際の空燃比センサ６７（固体電解質層６７１）のアドミタンスＹactを取得するようになっている。
【００９０】
上流側空燃比センサ６７は、図２の（Ｂ）に示したように、空燃比検出用電圧Ｖｐが印加され且つ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３に示したように、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。
【００９１】
これに対し、図２の（Ｃ）に示したように、空燃比検出用電圧Ｖｐが印加され且つ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Ｈ２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３に示したように、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。
【００９２】
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（上流側空燃比abyfs、検出空燃比abyfs）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、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。
【００９３】
電気制御装置８０は、図４に示した空燃比変換テーブル（マップ）Mapabyfsを記憶していて、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）。
【００９４】
ところで、上流側空燃比センサ６７は、エキゾーストマニホールド５１の排気集合部ＨＫと上流側触媒５３との間の位置においてエキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２の何れかに外側保護カバー６７ｂが露呈するように配設される。
【００９５】
より具体的には、空燃比センサ６７は、図８及び図９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。
【００９６】
従って、排気通路を流れる排ガスＥＸは、図８及び図９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。
【００９７】
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。
【００９８】
更に、上流側空燃比センサ６７の排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間にセンサ応答性増大用電圧Ｖｕｐが印加された場合、排ガス側電極層６７２に含まれている金属酸化物等が金属へと還元される。この結果、排ガス側電極層６７２における排ガスの反応速度が増大するので、排ガスの空燃比が理論空燃比領域において変動する場合における上流側空燃比センサ６７の出力応答性が向上する。このとき、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ（小さい）空燃比であれば（排ガス中に過剰な未燃物が含まれているとき）、排ガス側電極層６７２に含まれている金属酸化物はより効果的に還元される。加えて、この状態において触媒６７６の貴金属に付着している酸素が消費されるので、触媒６７６が本来の機能を発揮するようになる。その結果、上流側空燃比センサ６７の出力応答性が一層向上（回復）する。
【００９９】
再び、図７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（即ち、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）に応じた出力値Voxsを発生するようになっている。
【０１００】
この出力値Voxsは、図１０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）となり、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）となり、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。更に、この出力値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へと急変し、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。
【０１０１】
図７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ＡＰ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ＡＰの開度（アクセルペダル操作量）が大きくなるとともに大きくなる。
【０１０２】
イグニッション・キー・スイッチ７１は、機関１０が運転されているときオン位置に維持され、機関１０の運転が停止されるときオフ位置に維持される。
バッテリ電圧センサ７２は、機関１０を搭載した車両の図示しないバッテリの電圧を検出し、そのバッテリ電圧ＶＢを表す信号を出力するようになっている。バッテリは、上流側空燃比センサ６７のヒータ６７８及び電源６７９等にも電力を供給するようになっている。
【０１０３】
電気制御装置８０は、互いにバスで接続された「ＣＰＵ８１、ＣＰＵ８１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ＲＯＭ８２、ＣＰＵ８１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ８３、バックアップＲＡＭ８４並びにＡＤコンバータを含むインターフェース８５等」からなる周知のマイクロコンピュータである。
【０１０４】
バックアップＲＡＭ８４は、イグニッション・キー・スイッチ７１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ＲＡＭ８４は、バッテリから電力の供給を受けている場合、ＣＰＵ８１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。バックアップＲＡＭ８４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、ＣＰＵ８１は、バックアップＲＡＭ８４への電力供給が再開されたとき、バックアップＲＡＭ８４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。
【０１０５】
インターフェース８５は、上述したセンサと接続され、ＣＰＵ８１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８５は、ＣＰＵ８１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、空燃比センサ６７のヒータ６７８及び電源６７９等に駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。
【０１０６】
なお、電気制御装置８０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８０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。
【０１０７】
（制御の概要）
次に、この制御装置により実現される制御の概要について説明する。この制御装置は、機関１０の通常運転時（メインフィードバック制御条件が成立したとき）、空燃比フィードバック制御を実行する。即ち、制御装置は、上流側空燃比センサ６７の排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間に空燃比検出用電圧Ｖｐを印加し、上流側空燃比センサ６７の出力値Vabyfsに基づいて検出空燃比abyfsを取得する。加えて、制御装置は、空燃比センサ素子温度が「機関１０の運転中における目標温度（例えば、７００℃）」となるように、ヒータ６７８の通電量を制御する。更に、制御装置は、その検出空燃比abyfsが「理論空燃比に設定された目標空燃比abyfr」に一致するように、燃料噴射弁３９から噴射される燃料量（燃料噴射量）をフィードバック制御する。なお、目標空燃比abyfrは、実質的に理論空燃比であればよい。即ち、目標空燃比abyfrは、上流側触媒５３の所謂ウインドウの範囲内の空燃比であればよい。
【０１０８】
この空燃比フィードバック制御中において所定の条件（判定実行条件）が成立したとき、制御装置は検出空燃比abyfsの微分値d(abyfs)/dtを取得し、その微分値d(abyfs)/dtに基づいてインバランス判定用パラメータを取得する。そして、インバランス判定用パラメータとインバランス判定用閾値とを比較して、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。
【０１０９】
一方、制御装置は、応答性指標値取得条件が成立したとき、上流側空燃比センサ６７が配設された部位を通過する排ガスの空燃比が理論空燃比を横切るように変化する場合における「上流側空燃比センサ６７の出力値Vabyfsの変化速度に応じた応答性指標値」を、出力値Vabyfsに基いて取得する。
【０１１０】
より具体的に述べると、図１１のタイムチャートに示したように、制御装置は、目標空燃比abyfrを第１リーン空燃比ＡＦＬ１に所定期間（時刻ｔ１〜時刻ｔ２を参照。）に渡って維持する。第１リーン空燃比ＡＦＬ１は理論空燃比（例えば、１４．６）よりも大きい空燃比（例えば、１５．０）である。その後、制御装置は、目標空燃比abyfrを第１リッチ空燃比ＡＦＲ１（例えば、１４．２）に所定時間に渡って維持する（時刻ｔ２以降を参照。）。この結果、上流側空燃比センサ６７が配設された部位を通過する排ガスの空燃比が、第１リーン空燃比ＡＦＬ１から第１リッチ空燃比ＡＦＲ１へと急変する。
【０１１１】
このとき、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、第２リーン空燃比ＡＦＬ２から第２リッチ空燃比ＡＦＲ２へと変化するまでの時間（時間Ｔａ及び時間Ｔｂを参照。）を取得する。この時間は便宜上「第１の応答時間」とも称呼される。第２リーン空燃比ＡＦＬ２は、理論空燃比よりも大きく且つ第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりも小さい空燃比（例えば、１４．７）である。第２リッチ空燃比ＡＦＲ２は、理論空燃比よりも小さく且つ第１リッチ空燃比ＡＦＲ１よりも大きい空燃比（例えば、１４．５）である。
【０１１２】
以上から理解されるように、第１の応答時間は、上流側空燃比センサ６７が配設された部位を通過する排ガスの空燃比が理論空燃比を横切るように変化する場合における「上流側空燃比センサ６７の出力値Vabyfsの変化速度に応じた応答性指標値」である。上流側空燃比センサ６７の出力応答性が高い場合、図１１に破線により示したように、第１の応答時間は比較的短い時間Ｔｂとなる。これに対し、上流側空燃比センサ６７の出力応答性が低い場合、図１１に実線により示したように、第１の応答時間は比較的長い時間Ｔａとなる。即ち、第１の応答時間は、上流側空燃比センサ６７の出力応答性が高いほど短くなる。
【０１１３】
制御装置は、第１の応答時間（応答性指標値）と所定の閾値とを比較する。そして、制御装置は、第１の応答時間が所定の閾値よりも長い場合、上流側空燃比センサ６７の出力応答性が許容応答性未満であると判定する。
【０１１４】
制御装置は、上流側空燃比センサ６７の出力応答性が許容応答性未満であると判定した場合、上流側空燃比センサ６７の出力応答性を向上させるための応答性増大処理を実行する。応答性増大処理は、エージング（aging）処理とも称呼される。
【０１１５】
より具体的に述べると、図１２のタイムチャートに示したように、制御装置は、上流側空燃比センサ６７の出力応答性が許容応答性未満であると判定した場合、応答性増大処理要求フラグの値を「１」に設定する（時刻ｔ２を参照。）。制御装置は、応答性増大処理要求フラグの値が「１」に設定されている場合、機関１０がアイドル運転状態にあるときの目標空燃比abyfrを「理論空燃比よりも僅かに小さい（リッチな）空燃比AFidlerich」に設定する。
【０１１６】
通常、機関１０の運転が停止される直前には、機関１０はアイドル運転状態になる。従って、時刻ｔ３にて機関１０の運転が停止されたとき、上流側空燃比センサ６７の周囲に存在する排ガスの空燃比は「理論空燃比よりもリッチ」な空燃比となる。即ち、時刻ｔ３にて機関１０の運転が停止されたとき、上流側空燃比センサ６７の周囲には過剰な未燃物が存在する。
【０１１７】
更に、制御装置は、機関１０の運転停止直後から、排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間にセンサ応答性増大用電圧Ｖｕｐを印加する（時刻ｔ３〜時刻ｔ４を参照。）。同時に、制御装置は、空燃比センサ素子温度が「機関１０の運転中における温度（例えば、７００℃）よりも高い応答性増大用温度（例えば、９００℃）」となるように、ヒータ６７８の通電量を制御する（時刻ｔ３〜時刻ｔ４を参照。）。
【０１１８】
その後、制御装置は、検出空燃比abyfsが理論空燃比又は理論空燃比よりも大きな（リーンな）空燃比となったとき、排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間への電圧の印加を停止するとともに、ヒータ６７８への通電を停止する（時刻ｔ４を参照。）。
【０１１９】
この結果、機関１０の運転停止直後から、
（１）上流側空燃比センサ６７の排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間にセンサ応答性増大用電圧Ｖｕｐが印加され、且つ、
（２）上流側空燃比センサ６７の周囲に未燃物が多量に存在し、且つ、
（３）上流側空燃比センサ６７の空燃比センサ素子温度が機関１０の運転時における空燃比センサ素子温度よりも上昇させられる。
これらの処理は「応答性増大処理」とも称呼される。
【０１２０】
従って、排ガス側電極層６７２に含まれている金属酸化物の酸素が酸素イオンとなり、その酸素イオンは未燃物と化合して水又は二酸化炭素となる。これにより、排ガス側電極層６７２に含まれている金属酸化物等が効率的に金属へと還元される。更に、排ガス側電極層６７２と固体電解質層６７１と排ガスとの界面の状態が、排ガス側電極層６７２における反応速度が大きくなるように変化する。この結果、排ガスの空燃比が理論空燃比領域において変動する場合における上流側空燃比センサ６７の出力応答性が向上する。
【０１２１】
一方、制御装置は、上流側空燃比センサ６７の出力応答性が許容応答性以上であると判定した場合、応答性増大処理要求フラグの値を「０」に維持し、応答性増大処理を実行しない。従って、上流側空燃比センサ６７の出力応答性が許容応答性以上である場合に、応答性増大処理が実行されないので、「センサ応答性増大用電圧Ｖｕｐの印加及びヒータ６７８への通電」により電力が無駄に消費されること、及び、上流側空燃比センサ６７の劣化が促進されてしまうこと、を回避することができる。
【０１２２】
（実際の作動）
＜燃料噴射量制御＞
次に、ＣＰＵ８１の実際の作動の詳細について説明する。ＣＰＵ８１は、図１３に示した「指示燃料噴射量Ｆｉの計算及び燃料噴射の指示を行うルーチン」を、任意の気筒のクランク角が吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、その気筒（以下、「燃料噴射気筒」とも称呼する。）に対して繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ１３００から処理を開始し、ステップ１３１０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。
【０１２３】
いま、ＦＣ条件が成立してないと仮定する。この場合、ＣＰＵ８１は、以下に述べるステップ１３２０乃至ステップ１３６０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。
【０１２４】
ステップ１３２０：ＣＰＵ８１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。
【０１２５】
ステップ１３３０：ＣＰＵ８１は目標空燃比abyfr（上流側目標空燃比abyfr）を読み込む。目標空燃比abyfrは、図１４に示した目標空燃比設定ルーチンにより別途設定されている。図１４に示したルーチンについては後述する。
【０１２６】
ステップ１３４０：ＣＰＵ８１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。従って、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅは、目標空燃比abyfrを得るために必要な燃料噴射量のフィードフォワード量である。
【０１２７】
ステップ１３５０：ＣＰＵ８１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、ＣＰＵ８１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の算出方法については後述する。
ステップ１３６０：ＣＰＵ８１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から噴射する。
【０１２８】
一方、ＣＰＵ８１がステップ１３１０の処理を実行する時点において、ＦＣ条件が成立していれば、ＣＰＵ８１はそのステップ１３１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１３９５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１３６０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。
【０１２９】
＜通常運転時における目標空燃比の設定＞
前述したように、ＣＰＵ８１は、図１４の目標空燃比設定ルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。いま、今回の機関１０の始動後において「応答性増大処理要求の有無」が既に判定され、且つ、応答性増大処理要求が発生しなかったと仮定する。この場合、応答性増大処理要求フラグＸreq（以下、「要求フラグＸreq」とも称呼する。）の値が「０」に設定される。なお、要求フラグＸreqの値は、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。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７１がオフからオンに変更されたときにＣＰＵ８１により実行されるルーチンである。
【０１３０】
ＣＰＵ８１は、所定のタイミングになると、図１４のステップ１４００から処理を開始してステップ１４０５に進み、今回の機関１０の始動後において「応答性増大処理要求の有無」が判定済みであるか否かを判定する。
【０１３１】
前述した仮定に従えば、今回の機関１０の始動後において「応答性増大処理要求の有無」が既に判定されている。従って、ＣＰＵ８１はステップ１４０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１４１０乃至ステップ１４２５の処理を順に行い、ステップ１４３０に進む。
【０１３２】
ステップ１４１０：ＣＰＵ８１は、フラグＸＪの値を「０」に設定する。フラグＸＪは、その値が「１」であるとき、応答性指標値を取得するための処理が実行されていることを示す。なお、フラグＸＪ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。
ステップ１４１５：ＣＰＵ８１は、目標空燃比abyfrを理論空燃比stoichに設定する。
ステップ１４２０：ＣＰＵ８１は、カウンタ実行フラグＸＣＮＴの値を「０」に設定する。なお、カウンタ実行フラグＸＣＮＴの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
ステップ１４２５：ＣＰＵ８１は、カウンタＣＮＴの値を「０」に設定する。なお、カウンタＣＮＴの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
【０１３３】
次に、ＣＰＵ８１はステップ１４３０に進み、要求フラグＸreqの値が「１」であるか否かを判定する。前述した仮定に従えば、要求フラグＸreqの値は「０」である。従って、ＣＰＵはステップ１４３０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。以上の処理により、目標空燃比abyfrは理論空燃比stoichに設定される。
【０１３４】
＜メインフィードバック量の算出＞
ＣＰＵ８１は図１５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、ＣＰＵ８１はステップ１５００から処理を開始し、ステップ１５０５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。
【０１３５】
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）空燃比センサ６７が活性化している。
（Ａ２）機関の負荷（負荷率）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。
【０１３６】
なお、負荷率ＫＬは、ここでは下記の（１）式により求められる。この負荷率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）
【０１３７】
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、ＣＰＵ８１はステップ１５０５にて「Ｙｅｓ」と判定して以下に述べるステップ１５１０乃至ステップ１５４０の処理を順に行い、ステップ１５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３８】
ステップ１５１０：ＣＰＵ８１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に設定された下流側目標値Voxsref」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、ＣＰＵ８１は、サブフィードバック量Vafsfbを「０」に設定してもよい。即ち、ＣＰＵ８１は、サブフィードバック制御を実行しなくてもよい。
Vabyfc＝Vabyfs＋Vafsfb    …（２）
【０１３９】
ステップ１５１５：ＣＰＵ８１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４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）
【０１４０】
ステップ１５２０：ＣＰＵ８１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、ＣＰＵ８１は、「現時点よりもＮサイクル（即ち、Ｎ・７２０°クランク角）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）
【０１４１】
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ストローク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ストロークに相当する時間」を要しているからである。
【０１４２】
ステップ１５２５：ＣＰＵ８１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、ＣＰＵ８１は、現時点からＮストローク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）
【０１４３】
ステップ１５３０：ＣＰＵ８１は、下記（６）式に従って、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを取得する。即ち、ＣＰＵ８１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）
【０１４４】
ステップ１５３５：ＣＰＵ８１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、ＣＰＵ８１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）
【０１４５】
ステップ１５４０：ＣＰＵ８１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１５３０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。
【０１４６】
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１３のステップ１３５０の処理により指示燃料噴射量Ｆｉに反映される。
【０１４７】
一方、図１５のステップ１５０５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、ＣＰＵ８１はそのステップ１５０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５４５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、ＣＰＵ８１は、ステップ１５５０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、ＣＰＵ８１は、ステップ１５９５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。
【０１４８】
＜応答性増大処理要求の有無の判定＞
次に、応答性増大処理要求が発生しているか否かを判定する際のＣＰＵ８１の作動について説明する。応答性増大処理要求が発生しているか否かの判定は、今回の機関１０の始動後において「応答性増大処理要求の有無についての判定」がなされていない場合に行われる。従って、以下、今回の機関１０の始動後において「応答性増大処理要求の有無についての判定」がなされていないと仮定する。
【０１４９】
この場合、ＣＰＵ８１が図１４のステップ１４０５に進んだとき、ＣＰＵ８１はそのステップ１４０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１４３５に進み、吸入空気量Ｇａが閾値吸入空気量Ｇａｔｈ（例えば、１０ｇ／ｓ）以下であるか否かを判定する。このとき、吸入空気量Ｇａが閾値吸入空気量Ｇａｔｈよりも大きいと、ＣＰＵ８１はステップ１４３５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１４１０以降に進む。この結果、「応答性増大処理要求の有無についての判定」は実行されない。
【０１５０】
一方、ＣＰＵ８１が図１４のステップ１４３５に進んだとき、吸入空気量Ｇａが閾値吸入空気量Ｇａｔｈ以下であると、ＣＰＵ８１はそのステップ１４３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４４０に進み、応答性指標値を取得するための処理を開始する。このように、吸入空気量Ｇａが閾値吸入空気量Ｇａｔｈ以下である場合（即ち、低吸入空気量運転時）に応答性指標値を取得するのは、吸入空気量Ｇａが閾値吸入空気量Ｇａｔｈよりも大きいと、検出空燃比abyfsの変化速度が大きくなり、精度の良い応答性指標値が得られ難いからである。
【０１５１】
ＣＰＵ８１は、ステップ１４４０にてフラグＸＪの値が「０」であるか否かを判定する。フラグＸＪの値はイニシャルルーチンにより「０」に設定されている。従って、ＣＰＵ８１はステップ１４４０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１４４５乃至ステップ１４５５の処理を順に行い、ステップ１４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１５２】
ステップ１４４５：ＣＰＵ８１は、目標空燃比abyfrを前述した第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定する。
ステップ１４５０：ＣＰＵ８１は、フラグＸＪの値を「１」に設定する。
ステップ１４５５：ＣＰＵ８１は、フラグＸＬの値を「１」に設定する。フラグＸＬ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。フラグＸＬは、その値が「１」であるとき、目標空燃比abyfrが第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定されていることを示す。
【０１５３】
この結果、目標空燃比abyfrが第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定されるので、図１３及び図１５のルーチンにより機関の空燃比が第１リーン空燃比ＡＦＬ１へと変更される。
【０１５４】
この時点以降、ＣＰＵ８１が図１４のルーチンの処理を開始すると、ＣＰＵ８１はステップ１４０５にて「Ｎｏ」と判定する。更に、吸入空気量Ｇａが閾値吸入空気量Ｇａｔｈ以下である状態が継続していれば、ＣＰＵ８１はステップ１４３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４４０に進む。この時点において、フラグＸＪの値は「１」に設定されている。従って、ＣＰＵ８１はステップ１４４０にて「Ｎｏ」と判定しステップ１４６０に進み、フラグＸＬの値が「０」であるか否かを判定する。この時点において、フラグＸＬの値は「１」である。従って、ＣＰＵ８１はステップ１４６０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。
【０１５５】
一方、ＣＰＵ８１は、所定時間が経過する毎に図１６にフローチャートにより示した「フラグ設定ルーチン」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、ＣＰＵ８１は図１６のステップ１６００から処理を開始してステップ１６１０に進み、フラグＸＪの値が「１」であるか否かを判定する。現時点において、フラグＸＪの値は「１」に設定されている。従って、ＣＰＵ８１はステップ１６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６２０に進み、フラグＸＬの値が「１」であるか否かを判定する。現時点において、フラグＸＬの値は「１」に設定されている。従って、ＣＰＵ８１はステップ１６２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６３０に進み、検出空燃比abyfsが「第１リーン空燃比ＡＦＬ１から正の微小値ｄを減じた値（ＡＦＬ１−ｄ）」以上となったか否かを判定する。即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ１６３０にて、目標空燃比abyfrが第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定された後、上流側空燃比センサ６７の出力値Vabyfsが第１リーン空燃比ＡＦＬ１に応じた値に実質的に到達したか否かを判定する。
【０１５６】
目標空燃比abyfrが第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定された直後においては、検出空燃比abyfsは値（ＡＦＬ１−ｄ）よりも小さい。従って、ＣＰＵ８１はステップ１６３０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１５７】
更に、ＣＰＵ８１は、所定時間が経過する毎に図１７にフローチャートにより示した「フラグ設定ルーチン」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、ＣＰＵ８１は図１７のステップ１７００から処理を開始してステップ１７１０に進み、フラグＸＪの値が「１」であるか否かを判定する。現時点において、フラグＸＪの値は「１」に設定されている。従って、ＣＰＵ８１はステップ１７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１７２０に進み、フラグＸＬの値が「０」であるか否かを判定する。現時点において、フラグＸＬの値は「１」に設定されている。従って、ＣＰＵ８１はステップ１７２０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１５８】
加えて、ＣＰＵ８１は、所定時間が経過する毎に図１８にフローチャートにより示した「応答性増大処理要求判定ルーチン」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、ＣＰＵ８１は図１８のステップ１８００から処理を開始してステップ１８１０に進み、カウンタ実行フラグＸＣＮＴの値が「１」であるか否かを判定する。現時点において、カウンタ実行フラグＸＣＮＴの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されている。従って、ＣＰＵ８１はステップ１８１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１８９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１５９】
この状態（目標空燃比abyfrが第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定された状態）が継続すると、検出空燃比abyfsは値（ＡＦＬ１−ｄ）に到達する。このとき、ＣＰＵ８１が図１６のルーチンの処理を開始すると、ＣＰＵ８１はステップ１６１０及びステップ１６２０にて「Ｙｅｓ」と判定するとともに、ステップ１６３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６４０に進み、フラグＸＬの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵ８１はステップ１６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１６０】
この時点以降、ＣＰＵ８１が図１４のルーチンの処理を開始すると、ＣＰＵ８１はステップ１４０５にて「Ｎｏ」と判定する。更に、吸入空気量Ｇａが閾値吸入空気量Ｇａｔｈ以下である状態が継続していれば、ＣＰＵ８１はステップ１４３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４４０に進む。この時点において、フラグＸＪの値は「１」である。従って、ＣＰＵ８１はステップ１４４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１４６０に進む。更に、この時点において、フラグＸＬの値は「０」である。従って、ＣＰＵ８１はステップ１４６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４６５に進み、目標空燃比abyfrを前述した第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に設定する。その後、ＣＰＵ８１はステップ１４９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１６１】
この結果、目標空燃比abyfrが第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に設定されるので、図１３及び図１５のルーチンにより機関の空燃比が第１リッチ空燃比ＡＦＲ１へと変更される。
【０１６２】
この時点以降、ＣＰＵ８１が図１７のルーチンの処理を開始すると、ＣＰＵ８１はステップ１７１０にて「Ｙｅｓ」と判定するとともに、ステップ１７２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１７３０に進む。そして、ＣＰＵ８１は、ステップ１７３０にて、現時点が、検出空燃比abyfsが「前述した第２リーン空燃比ＡＦＬ２（例えば、１４．７）」よりも大きい値から「第２リーン空燃比ＡＦＬ２」よりも小さい値へと変化した時点の直後であるか否かを判定する。
【０１６３】
現時点は、検出空燃比abyfsが値（ＡＦＬ１−ｄ）に到達した直後であるので、検出空燃比abyfsは「第２リーン空燃比ＡＦＬ２」に到達していない。従って、ＣＰＵ８１はステップ１７３０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１６４】
更に、ＣＰＵ８１が図１６のルーチンの処理を開始すると、ＣＰＵ８１はステップ１６１０にて「Ｙｅｓ」と判定するとともに、ステップ１６２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６５０に進む。そして、ＣＰＵ８１は、ステップ１６５０にて、検出空燃比abyfsが「第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に正の微小値ｄを加えた値（ＡＦＲ１＋ｄ）」以下となったか否かを判定する。即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ１６５０にて、目標空燃比abyfrが第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に設定された後、上流側空燃比センサ６７の出力値Vabyfsが第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に応じた値に実質的に到達したか否かを判定する。
【０１６５】
現時点は、検出空燃比abyfsが値（ＡＦＬ１−ｄ）に到達した直後であるので、検出空燃比abyfsは値（ＡＦＲ１＋ｄ）に到達していない。従って、ＣＰＵ８１はステップ１６５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１６６】
このような状態が継続すると、上流側空燃比センサ６７の出力値Vabyfsは次第に低下するので、検出空燃比abyfsは次第に低下する。その結果、検出空燃比abyfsは、第２リーン空燃比ＡＦＬ２よりも大きい値から第２リーン空燃比ＡＦＬ２よりも小さい値へと変化する。従って、この時点の直後に、ＣＰＵ８１が図１７のステップ１７３０の処理を実行すると、ＣＰＵ８１はステップ１７３０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１７４０に進んでカウンタ実行フラグＸＣＮＴの値を「１」に設定する。更に、ＣＰＵ８１はステップ１７５０に進み、カウンタＣＮＴの値を「０」に設定し、ステップ１７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１６７】
これにより、ＣＰＵ８１は図１８のステップ１８１０に進んだとき、そのステップ１８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８２０に進み、カウンタＣＮＴの値を「１」だけ増大する。即ち、カウンタＣＮＴがインクリメントされる。次いで、ＣＰＵ８１はステップ１８３０に進み、現時点が、検出空燃比abyfsが「前述した第２リッチ空燃比ＡＦＲ２（例えば、１４．５）」よりも大きい値から「第２リッチ空燃比ＡＦＲ２」よりも小さい値へと変化した時点の直後であるか否かを判定する。
【０１６８】
現時点は、検出空燃比abyfsが「第２リーン空燃比ＡＦＬ２」に到達した直後である。従って、検出空燃比abyfsは第２リッチ空燃比ＡＦＲ２に到達していない。従って、ＣＰＵ８１はステップ１８３０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１８９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１６９】
この状態が継続すると、カウンタＣＮＴの値はステップ１８２０の処理により次第に増大する。更に、検出空燃比abyfsは次第に低下し、第２リッチ空燃比ＡＦＲ２よりも大きい値から第２リッチ空燃比ＡＦＲ２よりも小さい値へと変化する。従って、この時点の直後に、ＣＰＵ８１が図１８のステップ１８３０の処理を実行すると、ＣＰＵ８１はステップ１８３０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１８４０に進んでカウンタ実行フラグＸＣＮＴの値を「０」に設定する。これにより、カウンタＣＮＴのインクリメントが停止する。即ち、カウンタＣＮＴの値は、目標空燃比abyfrが第１リーン空燃比ＡＦＬ１から第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に変更された時点以降において、検出空燃比abyfsが第２リーン空燃比ＡＦＬ２から第２リッチ空燃比ＡＦＲ２にまで変化するのに要する時間（前述した第１の応答時間）を表す。換言すると、カウンタＣＮＴの値は応答性指標値である。
【０１７０】
次に、ＣＰＵ８１はステップ１８５０に進み、カウンタＣＮＴの値が所定の閾値ＣＮＴｔｈ以上であるか否かを判定する。このとき、カウンタＣＮＴの値が所定の閾値ＣＮＴｔｈ以上であれば、上流側空燃比センサ６７の出力応答性が許容応答性未満であるので、ＣＰＵ８１はステップ１８５０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１８６０に進んで要求フラグＸreqの値を「１」に設定する。これに対し、カウンタＣＮＴの値が所定の閾値ＣＮＴｔｈ未満であれば、上流側空燃比センサ６７の出力応答性は許容応答性以上であるので、ＣＰＵ８１はステップ１８５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１８９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、要求フラグＸreqの値は「０」に維持される。このステップ１８５０の処理が実行されたことは、「応答性増大処理要求の有無」の判定がなされたことを意味する。
【０１７１】
この状態においては、目標空燃比abyfrは依然として第１リッチ空燃比ＡＦＲ１である。従って、所定の時間が経過すると、上流側空燃比センサ６７の出力値Vabyfsは第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に応じた値に実質的に到達する。即ち、検出空燃比abyfsは、値（ＡＦＬ１＋ｄ）」以下となる。このとき、ＣＰＵ８１が図１６のステップ１６５０の処理を実行すると、ＣＰＵ８１はそのステップ１６５０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１６６０に進んでフラグＸＪの値を「０」に設定する。
【０１７２】
この結果、ＣＰＵ８１は図１６のステップ１６１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１６９５に直接進むようになる。同様に、ＣＰＵ８１は図１７のステップ１７１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１７９５に直接進むようになる。
【０１７３】
更に、この時点以降、ＣＰＵ８１が図１４のステップ１４０５に進んだとき、「応答性増大処理要求の有無」は判定済みであるから、ＣＰＵ８１はステップ１４０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１４１０乃至ステップ１４２５の処理を実行し、ステップ１４３０に進む。
【０１７４】
いま、図１８のステップ１８６０にて要求フラグＸreqの値が「１」に設定されたと仮定する。この場合、ＣＰＵ８１はステップ１４３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４７０に進み、機関１０の現時点の運転状態がアイドル運転状態であるか否かを判定する。例えば、ＣＰＵ８１は、スロットル弁開度ＴＡが「０」であり、且つ、機関回転速度ＮＥが所定回転速度以下であるとき、機関１０の現時点の運転状態がアイドル運転状態であると判定する。
【０１７５】
そして、現時点の運転状態がアイドル運転状態であると、ＣＰＵ８１はステップ１４７０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４７５に進み、目標空燃比abyfrを「理論空燃比stoichよりも僅かに小さい（リッチな）アイドル時リッチ空燃比ＡＦidlerich」に設定する。この結果、アイドル運転状態における機関の空燃比が、理論空燃比よりもリッチな空燃比になる。その後、ＣＰＵ８１はステップ１４９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。また、ＣＰＵ８１がステップ１４７０の処理を実行する時点において、現時点の運転状態がアイドル運転状態でなければ、ＣＰＵ８１はステップ１４７０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１４９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、目標空燃比abyfrは理論空燃比stoichに維持される（ステップ１４１５を参照。）。
【０１７６】
＜応答性増大処理＞
次に、応答性増大処理について説明する。ＣＰＵ８１は、ＣＰＵは、機関１０の運転停止後、所定時間が経過する毎に図１９にフローチャートにより示した「応答性増大処理ルーチン」を実行するようになっている。なお、ＣＰＵ８１は、イグニッション・キー・スイッチ７１がオフ位置に設定されると、機関１０の運転が停止したと判定する。
【０１７７】
機関１０の運転停止後において所定のタイミングになると、ＣＰＵ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、要求フラグＸreqの値が「１」であるか否かを判定する。
【０１７８】
いま、空燃比センサ６７の出力応答性が低いために、図１８のステップ１８６０にて要求フラグＸreqの値が「１」に設定されていると仮定する。この場合、ＣＰＵ８１はステップ１９０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１９１０に進んで検出空燃比abyfsが理論空燃比stoichよりも小さい（リッチ）か否かを判定する。
【０１７９】
前述したように、要求フラグＸreqの値が「１」に設定された場合、図１４のステップ１４７０及びステップ１４７５の処理により、アイドル運転状態における目標空燃比abyfrはアイドル時リッチ空燃比ＡＦidlerichに設定される。更に、一般に、機関１０の状態が運転状態から停止状態へと移行する際、機関１０の状態はアイドル運転状態を経てから停止状態へと到る。従って、要求フラグＸreqの値が「１」に設定された場合、機関１０の運転停止直後において上流側空燃比センサ６７の周囲に存在するガスの空燃比は理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比である。
【０１８０】
従って、ＣＰＵ８１はステップ１９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１９１５に進み、車両に搭載されたバッテリの状態が良好であるか否かを判定する。例えば、ＣＰＵ８１は、ステップ１９１５にて、バッテリ電圧センサ７２により検出されたバッテリ電圧ＶＢが閾値電圧ＶＢｔｈ以上であるときにバッテリの状態が良好であると判定する。なお、ＣＰＵ８１は、図示しないバッテリ残量センサの出力に基いてバッテリの状態が良好であるか否かを判定してもよい。
【０１８１】
いま、バッテリの状態が良好であると仮定する。この場合、ＣＰＵ８１はステップ１９１５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１９２０乃至ステップ１９３０の処理（応答性増大処理）を順に行い、ステップ１９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１８２】
ステップ１９２０：ＣＰＵ８１は、上流側空燃比センサ６７の排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間にセンサ応答性増大用電圧Ｖｕｐを印加する。
ステップ１９２５：ＣＰＵ８１は、空燃比センサ素子温度が応答性増大用温度となるように、ヒータ６７８の通電量を制御する。
ステップ１９３０：機関１０が上流側空燃比センサ６７と上流側触媒５３との間に排気制御弁を備えている場合、ＣＰＵ８１はその排気制御弁を閉弁する。
この結果、上述したように、上流側空燃比センサ６７の出力応答性が向上（回復）する。
【０１８３】
その後、ＣＰＵ８１はステップ１９１０の処理を繰り返し実行するようになる。従って、所定時間が経過して上流側空燃比センサ６７の周囲のリッチガスが消失すると、ＣＰＵ８１はステップ１９１０にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べるステップ１９３５乃至ステップ１９５０の処理を順に行い、ステップ１９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１８４】
ステップ１９３５：ＣＰＵ８１は、上流側空燃比センサ６７の排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間への電圧の印加を停止する。
ステップ１９４０：ＣＰＵ８１は、ヒータ６７８の通電量を「０」に設定する。即ち、ヒータ６７８をオフする。
ステップ１９４５：機関１０が上流側空燃比センサ６７と上流側触媒５３との間に排気制御弁を備えている場合、ＣＰＵ８１はその排気制御弁を開弁する。
ステップ１９５０：ＣＰＵ８１は、要求フラグＸreqの値を「０」に設定する。
この結果、応答性増大処理が終了する。
【０１８５】
なお、ＣＰＵ８１は、ステップ１９０５に進んだときに要求フラグＸreqの値が「１」でない場合、そのステップ１９０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１９３５乃至ステップ１９５０の処理を実行する。更に、ＣＰＵ８１は、ステップ１９１５に進んだときにバッテリの状態が良好でなければ、ステップ１９３５乃至ステップ１９５０の処理を実行する。
【０１８６】
＜空燃比気筒間インバランス判定＞
次に、「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。ＣＰＵ８１は、機関１０の運転中において４ｍｓ（所定の一定サンプリング時間ｔｓ）が経過する毎に、図２０にフローチャートにより示した「空燃比気筒間インバランス判定ルーチン」を実行するようになっている。
【０１８７】
従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ２０００から処理を開始してステップ２００５に進み、判定許可フラグＸkyokaの値が「１」であるか否かを判定する。
【０１８８】
この判定許可フラグＸkyokaの値は、絶対クランク角ＣＡが０°クランク角になった時点において後述する判定実行条件が成立しているときに「１」に設定され、判定実行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。
【０１８９】
判定実行条件は、以下の総ての条件（条件Ｃ０乃至条件Ｃ３）が成立したときに成立する。即ち、判定実行条件は、以下の総ての条件（条件Ｃ０乃至条件Ｃ３）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。なお、条件Ｃ０及び／又は条件Ｃ１は省略されてもよい。
【０１９０】
（条件Ｃ０）今回の機関１０の始動後、空燃比気筒間インバランス判定が一度もなされていない。この条件Ｃ０は、インバランス判定実施要求条件とも称呼される。条件Ｃ０は、前回のインバランス判定からの「機関１０の運転時間の積算値、又は、吸入空気量Ｇａの積算値、が所定値以上である。」ことに置換されてもよい。
【０１９１】
（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、第１閾値空気流量Ｇａ１ｔｈよりも大きい状態が第１閾値時間Ｔ１ｔｈ以上継続している。即ち、吸入空気量Ｇａが第１閾値空気流量Ｇａ１ｔｈよりも大きく、且つ、吸入空気量Ｇａが第１閾値空気流量Ｇａ１ｔｈ以下から第１閾値空気流量Ｇａ１ｔｈよりも大きくなった時点からの経過時間が第１閾値時間Ｔ１ｔｈ以上である。
【０１９２】
（条件Ｃ２）メインフィードバック制御条件が成立し、且つ、目標空燃比abyfrが理論空燃比stoichである。
（条件Ｃ３）フューエルカット制御中でない。
【０１９３】
いま、判定許可フラグＸkyokaの値が「１」であると仮定する。この場合、ＣＰＵ８１はステップ２００５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ２０１０に進んで「その時点の空燃比センサ６７の出力値Vabyfs」をＡＤ変換することにより取得する。
【０１９４】
次に、ＣＰＵ８１はステップ２０１５に進み、ステップ２０１０にて取得した出力値Vabyfsを図４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、ＣＰＵ８１は、ステップ２０１５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相当値ＶstoichのＡＤ変換値に相当する値に設定されている。
【０１９５】
次に、ＣＰＵ８１はステップ２０２０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、
（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。
【０１９６】
（Ａ）検出空燃比変化率ΔＡＦの取得。
検出空燃比変化率ΔＡＦは、インバランス判定用パラメータの元データとなるデータ（基本指標量）である。ＣＰＵ８１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、ＣＰＵ８１はステップ２０２０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。検出空燃比変化率ΔＡＦは、検出空燃比abyfsの微分値d(abyfs)/dtに相当する値である。
ΔＡＦ（ｎ）＝abyfs（ｎ）−abyfs（ｎ−１）  …（８）
【０１９７】
（Ｂ）検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値｜ΔＡＦ｜の積算値ＳＡＦＤの更新。
ＣＰＵ８１は今回の積算値ＳＡＦＤ（ｎ）を下記の（９）式に従って求める。即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ２０２０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）
【０１９８】
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５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、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。
【０１９９】
（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。
ＣＰＵ８１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２０６５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）
【０２００】
次に、ＣＰＵ８１はステップ２０２５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ＣＡ（絶対クランク角ＣＡ）が７２０°クランク角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ＣＡが７２０°クランク角未満であると、ＣＰＵ８１はステップ２０２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２０９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０２０１】
なお、ステップ２０２５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（単位燃焼サイクル期間）を定めるステップであり、ここでは７２０°クランク角がその最小期間に相当する。もちろん、この最小期間は７２０°クランク角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。即ち、最小単位の期間内に複数個の検出空燃比変化率ΔＡＦが取得されるように、その最小単位の期間が定められていることが望ましい。
【０２０２】
一方、ＣＰＵ８１がステップ２０２５の処理を行う時点において、絶対クランク角ＣＡが７２０°クランク角になっていると、ＣＰＵ８１はそのステップ２０２５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ２０３０に進む。
【０２０３】
ＣＰＵ８１は、ステップ２０３０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、
（Ｆ）積算回数カウンタＣｓを更新する。
を行う。以下、これらの更新方法について具体的に説明する。
【０２０４】
（Ｄ）検出空燃比変化率ΔＡＦの絶対値｜ΔＡＦ｜の平均値ＡｖｅΔＡＦの算出。
ＣＰＵ８１は、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（＝ＳＡＦＤ／Ｃｎ）を算出する。この後、ＣＰＵ８１は積算値ＳＡＦＤを「０」に設定するとともに、カウンタＣｎの値を「０」に設定する。
【０２０５】
（Ｅ）平均値ＡｖｅΔＡＦの積算値Ｓａｖｅの更新。
ＣＰＵ８１は今回の積算値Ｓａｖｅ（ｎ）を下記の（１１）式に従って求める。即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ２０３０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。
Ｓａｖｅ（ｎ）＝Ｓａｖｅ（ｎ−１）＋ＡｖｅΔＡＦ    …（１１）
【０２０６】
（Ｆ）積算回数カウンタＣｓの更新。
ＣＰＵ８１は、下記の（１２）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。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  …（１２）
【０２０７】
次に、ＣＰＵ８１はステップ２０３５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、ＣＰＵ８１はそのステップ２０３５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２０９５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。
【０２０８】
一方、ＣＰＵ８１がステップ２０３５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、ＣＰＵ８１はそのステップ２０３５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ２０４０及びステップ２０４５の処理を順に行い、ステップ２０５０に進む。
【０２０９】
ステップ２０４０：ＣＰＵ８１は、下記（１３）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、空燃比変動指標量ＡＦＤを取得する。この空燃比変動指標量ＡＦＤ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を、複数（Ｃｓｔｈ分）の単位燃焼サイクル期間について平均した値である。なお、ＣＰＵ８１は、空燃比変動指標量ＡＦＤを取得した後、積算値Ｓａｖｅ及びカウンタＣｓの値を「０」に設定する。
ＡＦＤ＝Ｓａｖｅ／Ｃｓｔｈ    …（１３）
【０２１０】
ステップ２０４５：ＣＰＵ８１は、空燃比変動指標量ＡＦＤをインバランス判定用パラメータＸとして採用（格納）する。
【０２１１】
ＣＰＵ８１は、ステップ２０４５に続いてステップ２０５０に進み、インバランス判定用パラメータＸがインバランス判定用閾値Ｘｔｈよりも大きいか否かを判定する。
【０２１２】
このとき、インバランス判定用パラメータＸがインバランス判定用閾値Ｘｔｈよりも大きいと、ＣＰＵ８１はステップ２０５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２０５５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、ＣＰＵ８１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、ＣＰＵ８１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ＲＡＭ８４に格納される。その後、ＣＰＵ８１はステップ２０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２１３】
これに対し、ＣＰＵ８１がステップ２０５０の処理を行う時点において、インバランス判定用パラメータＸがインバランス判定用閾値Ｘｔｈ以下であると、ＣＰＵ８１はステップ２０５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２０６０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、ＣＰＵ８１はステップ２０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ２０６０は省略されてもよい。
【０２１４】
一方、ＣＰＵ８１がステップ２００５に進んだ際に判定許可フラグＸkyokaの値が「１」でなければ、ＣＰＵ８１はそのステップ２００５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２０６５に進む。そして、ＣＰＵ８１はステップ２０６５にて各値（例えば、ΔＡＦ，ＳＡＦＤ，Ｃｎ等）を「０」に設定（クリア）し、その後、ステップ２０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２１５】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置は、
空燃比検出用電圧Ｖｐが印加されたときに固体電解質層６７１を流れる限界電流Ｉｐに基いて「空燃比センサ６７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６７と、
空燃比検出用電圧Ｖｐを印加する空燃比検出用電圧印加手段（電源６７９）と、
複数の気筒のそれぞれに対応して配設される複数の燃料噴射弁３９と、
「空燃比検出用電圧が印加されている場合の空燃比センサ６７の出力値Vabyfsにより表される空燃比（検出空燃比abyfs）」と「理論空燃比に設定された目標空燃比abyfr」とが一致するように、燃料噴射弁３９から噴射される燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段（図１３のステップ１３５０及び図１５を参照。）と、
フィードバック制御が実行されている期間において空燃比センサ６７が配設された部位を通過する排ガスの空燃比の変動が大きくなるほど大きくなるインバランス判定用パラメータＸを、空燃比センサ６７の出力値Vabyfsに基づいて取得するとともに（図２０のステップ２００５乃至ステップ２０４５を参照。）、インバランス判定用パラメータＸが所定のインバランス判定用閾値Ｘｔｈ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インバランス判定手段（図２０のステップ２０５０乃至ステップ２０６０を参照。）と、
「空燃比センサ６７が配設された部位を通過する排ガスの空燃比」が理論空燃比を横切るように変化する場合における「空燃比センサ出力値の変化速度に応じた応答性指標値ＣＮＴ」を、空燃比センサ６７の出力値Vabyfsに基いて取得するとともに（図１４のステップ１４４０乃至ステップ１４６５、図１６、図１７及び図１８を参照。）、前記応答性指標値ＣＮＴと所定の閾値ＣＮＴｔｈとを比較することにより空燃比センサ６７の出力応答性が許容応答性未満であるか否かを判定する（図１８のステップ１８５０を参照。）応答性判定手段と、
空燃比センサの出力応答性が許容応答性未満であると判定された場合（要求フラグＸreq＝１）、排ガス側電極層６７２の電位よりも大気側電極層６７３の電位が高くなるように、排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間に「空燃比検出用電圧Ｖｐよりも大きいセンサ応答性増大用電圧Ｖｕｐ」を印加することにより、空燃比センサ６７の出力応答性を向上させるための応答性増大処理を実行する応答性増大処理実行手段（図１９のステップ１９２０を参照。）と、
を備える。
【０２１６】
従って、応答性増大処理により空燃比センサ６７の出力応答性が増大するので、インバランス判定用パラメータＸが「空燃比気筒間インバランス状態の程度」を精度良く表す値になる。その結果、インバランス判定を精度良く行うことができる。
【０２１７】
しかも、応答性増大処理は、空燃比センサ６７の出力応答性が許容応答性未満である場合に実行され、空燃比センサ６７の出力応答性が許容応答性以上である場合には実行されない。この結果、無駄に電力を消費すること及び／又は空燃比センサ６７が劣化することを回避することができる。
【０２１８】
更に、応答性増大処理は、機関１０の運転停止後に実行される（図１９のルーチンが実行されるタイミングを参照。）。
【０２１９】
加えて、制御装置は、応答性増大処理を行う必要がある場合、「機関１０の運転停止後において空燃比センサ６７の周囲に存在する排ガスの空燃比」が「理論空燃比よりも小さい空燃比」となるように、機関１０の運転停止前において燃料噴射弁３９から噴射される燃料噴射量を制御する（図１４のステップ１４３０、ステップ１４７０及びステップ１４７５と、図１３のステップ１３４０と、を参照。）。従って、空燃比センサ６７の出力応答性をより効率的に向上することができる。
【０２２０】
なお、上記制御装置は、アイドル運転時における目標空燃比abyfrを空燃比AFidlerich」に設定することにより、「機関１０の運転停止後において空燃比センサ６７の周囲に存在する排ガスの空燃比」を「理論空燃比よりも小さい空燃比」に制御した。これに代え、上記制御装置は、サブフィードバック量を算出する際に用いられる下流側目標値Voxsrefを、理論空燃比よりも僅かにリッチ側の空燃比に相当する値（値Ｖｓｔよりも大きい値）に設定することにより、「機関１０の運転停止後において空燃比センサ６７の周囲に存在する排ガスの空燃比」を「理論空燃比よりも小さい空燃比」に制御してもよい。
【０２２１】
また、制御装置は、応答性増大処理を行う必要がある場合、機関１０の停止後において固体電解質層６７１の温度（空燃比センサ素子温度）が、機関１０の運転中における固体電解質層６７１の温度よりも高い温度になるように、ヒータ６７８へ電力を供給するように構成されている（図１９のステップ１９２５を参照。）。従って、空燃比センサ６７の出力応答性をより効率的に向上することができる。
【０２２２】
なお、図１９のステップ１９２５乃至ステップ１９３０の処理は省略され得る。即ち、応答性増大処理は、排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間に「空燃比検出用電圧よりも大きいセンサ応答性増大用電圧Ｖｕｐ」を印加することのみからなっていてもよい。更に、制御装置は、「機関１０の運転停止後において空燃比センサ６７の周囲に存在する排ガスの空燃比」を「理論空燃比よりも小さい空燃比」に制御しなくてもよい。即ち、排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間に「空燃比検出用電圧Ｖｐよりも大きいセンサ応答性増大用電圧Ｖｕｐ」を印加することのみによっても、空燃比センサ６７の出力応答性は改善される。
【０２２３】
更に、上記制御装置は、応答性指標値として、「空燃比センサ６７が配設された部位を通過する排ガスの空燃比」が「理論空燃比よりも大きい第１リーン空燃比ＡＦＬ１」から「理論空燃比よりも小さい第１リッチ空燃比ＡＦＲ１」へと変化した場合において、「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「理論空燃比よりも大きく且つ第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりも小さい第２リーン空燃比ＡＦＬ２」から「理論空燃比よりも小さく且つ第１リッチ空燃比ＡＦＲ１よりも大きい第２リッチ空燃比ＡＦＲ２」へと変化するまでの時間（第１の応答時間）に基く値ＣＮＴを取得した。
【０２２４】
これに代え或いはこれに加え、上記制御装置は、応答性指標値として、「空燃比センサ６７が配設された部位を通過する排ガスの空燃比」が「理論空燃比よりも小さい第３リッチ空燃比ＡＦＲ３」から「理論空燃比よりも大きい第３リーン空燃比ＡＦＬ３」へと変化した場合において、「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「理論空燃比よりも小さく且つ第３リッチ空燃比ＡＦＲ３よりも大きい第４リッチ空燃比ＡＦＲ４」から「理論空燃比よりも大きく且つ第３リーン空燃比ＡＦＬ３よりも小さい第４リーン空燃比ＡＦＬ４」へと変化するまでの時間（第２の応答時間）に基く値を取得してもよい。
【０２２５】
この場合、第３リッチ空燃比ＡＦＲ３と第１リッチ空燃比ＡＦＲ１は同じであっても相違していてもよい。第３リーン空燃比ＡＦＬ３と第１リーン空燃比ＡＦＬ１は同じであっても相違していてもよい。第４リッチ空燃比ＡＦＲ４は第２リッチ空燃比ＡＦＲ２と同じであっても相違していてもよい。第４リーン空燃比ＡＦＬ４は第２リーン空燃比ＡＦＬ２と同じであっても相違していてもよい。
【０２２６】
更に、上記制御装置は、応答性指標値として、前記第１の応答時間及び前記第２の応答時間に基づいて得られる値（例えば、第１の応答時間及び第２の応答時間の平均値）を取得してもよい。
【０２２７】
また、上記制御装置は、応答性指標値として、「空燃比センサ６７が配設された部位を通過する排ガスの空燃比」が「理論空燃比よりも大きい第１リーン空燃比ＡＦＬ１」から「理論空燃比よりも小さい第１リッチ空燃比ＡＦＲ１」へ、又は、その逆へ、と変化した場合における「検出空燃比abyfsの微分値d(abyfs)/dt（又は、出力値Vabyfsの微分値d(Vabyfs)/dt）」に相関する値（例えば、検出空燃比abyfsが第２リーン空燃比ＡＦＬ２から第２リッチ空燃比ＡＦＲ２に至る期間において所定時間の経過毎に取得される微分値d(abyfs)/dtの平均値等）を取得してもよい。即ち、応答性指標値は、「空燃比センサ６７が配設された部位を通過する排ガスの空燃比」が理論空燃比を横切るように変化する場合における「空燃比センサ６７の出力値Vabyfsが理論空燃比に相当する値を横切る際の出力値Vabyfs又は検出空燃比abyfsの変化速度」に応じた値であればよい。
【０２２８】
加えて、上記制御装置は、目標空燃比abyfrを「理論空燃比よりもリッチな空燃比」から「理論空燃比よりもリーンな空燃比」へと、又は、その逆へと、強制的に変更する制御（例えば、上流側触媒５３の劣化検出制御）を実行する際に、応答性指標値を取得してもよい。
【０２２９】
更に、上記制御装置は、応答性増大処理を行う必要がある場合（即ち、空燃比センサの６７の出力応答性が許容応答性未満であると判定された場合）、上記センサ応答性増大用電圧Ｖｕｐと、逆方向センサ応答性増大用電圧Ｖｕｐrevと、を交互に印加してもよい。逆方向センサ応答性増大用電圧Ｖｕｐrevは、センサ応答性増大用電圧Ｖｕｐと同程度の大きさの電圧であり、極性が逆の電圧である。即ち、上記制御装置は、排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間に、排ガス側電極層６７２の電位よりも大気側電極層６７３の電位を低くする逆方向電圧（逆方向センサ応答性増大用電圧Ｖｕｐrev）を、センサ応答性増大用電圧Ｖｕｐを印加するタイミングとは異なるタイミングにて印加するように構成されていてもよい。これによれば、大気側電極層６７３に含まれる酸化物等を除去できるので、より一層、空燃比センサ６７の出力応答性を向上することができる。
【０２３０】
加えて、上記制御装置は、応答性増大処理を、機関１０の運転停止後から一定時間だけ実行するように構成されていてもよい。
【０２３１】
更に、空燃比変動指標量ＡＦＤ（インバランス判定用パラメータＸ）は、図５からも理解されるように、以下に述べるパラメータであってもよい。
【０２３２】
（Ｐ１）空燃比変動指標量ＡＦＤは、フィードバック制御中における空燃比センサ６７の出力値Vabyfsの軌跡長又は検出空燃比abyfsの軌跡長に応じた値であってもよい。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。
【０２３３】
この軌跡長は、単位燃焼サイクル期間毎に求められることが望ましい。複数の単位燃焼サイクル期間についての軌跡長の平均値（即ち、軌跡長に応じた値）を空燃比変動指標量ＡＦＤとして採用してもよい。なお、出力値Vabyfsの軌跡長及び検出空燃比abyfsの軌跡長は、機関回転速度ＮＥが大きいほど大きくなる傾向を有するので、この軌跡長に基くインバランス判定用パラメータをインバランス判定に使用する場合、機関回転速度ＮＥが大きいほどインバランス判定用閾値Ｘｔｈを大きくすることが好ましい。
【０２３４】
（Ｐ２）空燃比変動指標量ＡＦＤは、「空燃比センサ６７の出力値Vabyfs又は検出空燃比abyfs」の変化率の変化率（即ち、これらの値の時間に関する二階微分値ｄ２(Vabyfs)／ｄｔ２又はｄ２(abyfs)／ｄｔ２）を基本指標量として求め、その基本指標量に応じた値として求められてもよい。例えば、空燃比変動指標量ＡＦＤは、「空燃比センサ６７の出力値Vabyfsの時間に関する二階微分値ｄ２(Vabyfs)／ｄｔ２」の絶対値の単位燃焼サイクル期間における最大値、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の時間に関する二階微分値ｄ２(abyfs)／ｄｔ２）」の絶対値の単位燃焼サイクル期間における最大値であってもよい。
【０２３５】
例えば、検出空燃比abyfsの変化率の変化率は次のようにして取得することができる。
・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。
・その出力値Vabyfsを検出空燃比abyfsへと変換する。
・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、の差を検出空燃比abyfsの変化率として取得する。
・その検出空燃比abyfsの変化率と、一定サンプリング時間ｔｓ前に取得した検出空燃比abyfsの変化率と、の差を検出空燃比abyfsの変化率の変化率（二階微分値d2(abyfs)/dt2）として取得する。
【０２３６】
この場合、「単位燃焼サイクル期間内において複数得られた検出空燃比abyfsの変化率の変化率」の中から「その絶対値が最大である値」を選択し、その最大値を複数の単位燃焼サイクル期間に対して求め、それらの平均値を空燃比変動指標量ＡＦＤとして採用してもよい。
【０２３７】
更に、上記各制御装置は、微分値d(abyfs)/dt（検出空燃比変化率ΔＡＦ）を基本指標量として採用し、その基本指標量の単位燃焼サイクル期間における平均値に基く値を空燃比変動指標量ＡＦＤ（インバランス判定用パラメータＸ）として採用していた。
【０２３８】
これに対し、上記各制御装置は、微分値d(abyfs)/dt（検出空燃比変化率ΔＡＦ）を基本指標量として採用し、単位燃焼サイクル期間において得られた微分値d(abyfs)/dtのうち正の値を有するデータ中からその絶対値が最大の値Ｐ１を取得するとともに、単位燃焼サイクル期間において得られた微分値dVabyfs/dtのうち負の値を有するデータ中からその絶対値が最大の値Ｐ２を取得し、値Ｐ１の絶対値及び値Ｐ２の絶対値のうちの大きい方を基本指標量として採用してもよい。
【０２３９】
なお、「微分値d(Vabyfs)/dt、微分値d(abyfs)/dt、二階微分値d2(Vabyfs)/dt2、及び、二階微分値d2(abyfs)/dt2」のそれぞれに相関する値（インバランス判定用パラメータＸ）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、これらの値に相関するインバランス判定用パラメータと比較されるインバランス判定用閾値は、機関回転速度ＮＥに依存して変化させる必要がないか、又は、その必要性が極めて小さい。
【０２４０】
更に、上記各制御装置は、例えば、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、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）、を備えることができる。
【０２４１】
更に、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。
【０２４２】
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、インバランス判定用パラメータＸ及びインバランス判定用閾値Ｘｔｈ」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、右バンク用の上流側空燃比センサの出力応答性が許容応答性未満である場合に、右バンク用の上流側空燃比センサに対する応答性増大処理を実行することができる。
【０２４３】
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、インバランス判定用パラメータＸ及びインバランス判定用閾値Ｘｔｈ」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、左バンク用の上流側空燃比センサの出力応答性が許容応答性未満である場合に、左バンク用の上流側空燃比センサに対する応答性増大処理を実行することができる。
【０２４４】
以上、説明したように、本発明は上記実施形態及び変形例等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。
【符号の説明】
【０２４５】
１０…内燃機関、２５…燃焼室、５０…排気系統、５１…エキゾーストマニホールド、５１ａ…枝部、５１ｂ…集合部（排気集合部）、５２…エキゾーストパイプ、５３…上流側触媒、６７…上流側空燃比センサ（空燃比センサ）、６７ａ…空燃比検出部、６８…下流側空燃比センサ、６７１…固体電解質層、６７２…排ガス側電極層、６７３…大気側電極層、６７４…拡散抵抗層、６７６…触媒、６７８…ヒータ、６７９…電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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