WO2010064331A1

WO2010064331A1 - 多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置

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Publication number: WO2010064331A1
Application number: PCT/JP2008/072591
Authority: WO
Inventors: 徹木所; 裕澤田; 靖志岩崎; 中村　文彦
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-06-10
Also published as: US8903625B2; EP2360365A1; JP5045814B2; CN102239322B; US20120035831A1; EP2360365B1; CN102239322A; JPWO2010064331A1; EP2360365A4

Abstract

判定装置は、触媒４３と、拡散抵抗層に覆われた空燃比検出素子を有する上流側空燃比センサ５５と、下流側空燃比センサ５６と、を備える。判定装置は、上流側空燃比センサの出力値により表される空燃比を上流側目標空燃比に一致させるためのメインフィードバック制御を行う。判定装置は、下流側空燃比センサの出力値を下流側目標値に一致させるためのサブフィードバック制御を行う。判定装置は、サブフィードバック量に基いて、「触媒を通過する前後の排ガスに含まれる水素の量の差」が大きいほど大きくなる「インバランス判定用パラメータ」を取得し、そのインバランス判定用パラメータが異常判定閾値よりも大きいとき空燃比気筒間インバランスが生じていると判定する。但し、判定装置は、排ガス流量が所定値以上である等の所定の判定禁止条件が成立したとき前記空燃比気筒間インバランス判定を実行しない。

Description

多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置

　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「多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置」に関する。

　従来から、内燃機関の排気通路に配設された三元触媒と、同排気通路であって同三元触媒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及び下流側空燃比センサと、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値と下流側空燃比センサの出力値とに基づいて、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。
　このような空燃比制御装置は、全気筒に対して共通する制御量（空燃比フィードバック量）を用いて機関の空燃比を制御する。即ち、機関全体に供給される混合気の空燃比の平均値が理論空燃比に一致するように空燃比制御が実行される。
　例えば、機関の吸入空気量の測定値又は推定値が「真の吸入空気量」と乖離した場合、各気筒の空燃比は一律に理論空燃比に対して「リッチ側又はリーン側」へと偏移する。この場合、従来の空燃比制御は、機関に供給される混合気の空燃比を「リーン側又はリッチ側」へと移行する。その結果、各気筒に供給される混合気の空燃比は理論空燃比近傍の空燃比へと修正される。従って、各気筒における燃焼は完全燃焼（混合気の空燃比が理論空燃比であるときの燃焼）に近づき、且つ、三元触媒に流入する排ガスの空燃比は理論空燃比又は理論空燃比近傍の空燃比となる。その結果、エミッションの悪化が回避される。
　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一つの燃料噴射弁を備えている。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、複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比（気筒別空燃比）の間に不均衡が生じる。
　この場合、機関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る。但し、その特定の気筒の空燃比は依然として理論空燃比よりも相当にリッチ側の空燃比である。更に、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。このとき、他の気筒の気筒数は特定気筒の気筒数（１気筒）よりも多いので、同他の気筒の空燃比は理論空燃比よりも僅かにリーン側の空燃比へと変更させられる。その結果、機関に供給される混合気の全体の空燃比の平均は略理論空燃比に一致させられる。
　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。
　このような「気筒間における空燃比の不均一性（空燃比気筒間インバランス、気筒別空燃比の間の不均衡）」が過大になったか否かを判定する従来の装置（空燃比気筒間インバランス判定装置）の一つは、排気集合部に配設された単一の空燃比センサの出力を分析することにより、各気筒の空燃比を表す推定空燃比を取得する。そして、この従来の装置は、各気筒の推定空燃比を用いて「気筒間における空燃比の不均一性」が過大になったか否かを判定するようになっている（例えば、特開２０００−２２０４８９号公報を参照。）。

　しかしながら、上記従来の装置は、機関の回転とともに変動する排ガスの空燃比を空燃比センサによって短時間の経過毎に検出しなければならない。このため、非常に応答性の良い空燃比センサが必要である。更に、空燃比センサが劣化すると応答性が低下するから、各気筒の空燃比を精度良く推定することができないという問題が生じる。加えて、空燃比の変動をノイズと分離することも容易ではない。また、高速のデータサンプリング技術及び処理能力の高い高性能のＣＰＵが必要である。このように、上記従来の装置は多くの解決すべき課題を有する。
　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」が過大になったか否かを精度良く判定することができる「実用性の高い空燃比気筒間インバランス判定装置」を提供することにある。
　本発明による空燃比気筒間インバランス判定装置は、複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用される。この空燃比気筒間インバランス判定装置は、触媒と、上流側空燃比センサと、下流側空燃比センサと、空燃比フィードバック制御手段と、インバランス判定用パラメータを取得するインバランス判定用パラメータ取得手段と、空燃比気筒間インバランス判定手段と、判定禁止手段と、を備える。
　前記触媒は、前記機関から排出される排ガスに含まれる成分のうちの少なくとも水素を酸化する触媒である。この触媒は、例えば、機関の排気通路の集合部より下流において同排気通路に介装された触媒（一般には三元触媒）であってもよい。更に、この触媒は、下流側空燃比センサを覆うように設けられた触媒要素であってもよい。
　前記上流側空燃比センサは、前記触媒を通過する前の排ガスが接触する拡散抵抗層と、同拡散抵抗層に覆われ且つ同拡散抵抗層を通過して到達した排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する空燃比検出素子と、を有するセンサである。
　前記上流側空燃比センサの一例は、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広域空燃比センサ」である。即ち、この上流側空燃比センサの一例は、固体電解質層、排気側電極層、大気が導入される空間に露呈した大気側電極層、及び、拡散抵抗層を含み、同排気側電極層と同大気側電極層とが同固体電解質層を挟んで対向するように同固体電解質層の両面にそれぞれ形成されるとともに、同排気側電極層が同拡散抵抗層により覆われてなる空燃比センサである。この場合、固体電解質層、排気側電極層及び大気側電極層が「前記空燃比検出素子」を構成する。
　このような空燃比センサは、検出対象の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、前記拡散抵抗層を通過して前記排気側電極層（前記空燃比検出素子）に到達したガスの「その排気側電極層における酸素の濃度」に応じて変化する出力値を出力する。更に、このような空燃比センサは、検出対象の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、前記拡散抵抗層を通過して前記排気側電極層（前記空燃比検出素子）に到達したガスの「未燃物の濃度」に応じて変化する出力値を出力する。即ち、このような空燃比センサは、検出対象ガスの空燃比がリーン及びリッチの何れの場合であっても、拡散抵抗層を通過して空燃比検出素子に到達した排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する。
　前記下流側空燃比センサは、前記触媒を通過した後の排ガスの空燃比に応じた出力値を出力するセンサである。
　前記空燃比制御手段は、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所定の上流側目標空燃比に一致するように前記機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するようになっている。前記上流側目標空燃比は、理論空燃比であることが好ましいが、理論空燃比以外の空燃比であってもよい。例えば、上流側目標空燃比は、理論空燃比を中心にリッチ側空燃比とリーン側空燃比とに時間的に交互に変化する空燃比であってその平均値が理論空燃比に一致する空燃比であってもよい。
　このように、空燃比制御手段は、上流側空燃比センサの出力値により表される空燃比が所定の上流側目標空燃比に一致するように前記機関に供給される混合気の空燃比（例えば、燃料供給量）をフィードバック制御する。従って、上流側空燃比センサの出力値により表される空燃比が機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値（空燃比の真の時間的平均値）に一致していれば、機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値は上流側目標空燃比に一致する。
　しかしながら、実際には、気筒間における空燃比の不均一性が過大になると、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、上流側目標空燃比よりもリーンな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_２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_２）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（例えば、二次関数的に）増大する（図８を参照。）。
　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の噴射特性が「指示された燃料噴射量よりも相当に多い量の燃料を噴射する特性」になった場合に生じる。
　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。即ち、空燃比気筒間インバランスが発生する。このとき、その特定気筒から極めて多量の未燃物（ＨＣ，ＣＯ，Ｈ_２）が排出される。
　ところで、水素Ｈ_２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_２は他の未燃物（ＨＣ，ＣＯ）に比較して、上流側空燃比センサの拡散抵抗層を迅速に拡散する。このため、ＨＣ，ＣＯ及びＨ_２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_２の選択的拡散（優先的な拡散）が発生する。即ち、水素Ｈ_２は、空燃比検出素子の表面に「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、水素Ｈ_２の濃度と他の未燃物（ＨＣ，ＣＯ）の濃度とのバランスが崩れる。換言すると、上流側空燃比センサの空燃比検出素子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_２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_２の割合よりも大きくなる。
　これにより、上流側空燃比センサ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、上記水素Ｈ_２の選択的拡散に起因して、リッチ側の空燃比となる。
　例えば、いま、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、１４．５）であると仮定する。更に、説明の便宜上、上記上流側目標空燃比は理論空燃比であると仮定する。
　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。このとき、上流側空燃比センサの出力値は、空燃比Ａ０／（１．１・Ｆ０）に応じた出力値となる。従って、空燃比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上流側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気筒に対して供給される燃料の量は適正値（上流側目標空燃比である理論空燃比を得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_２）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上記の場合に排ガスに含まれる水素Ｈ_２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_２の量」よりも顕著に大きくなる。
　この結果、上述した「水素Ｈ_２の選択的拡散」に起因して、上流側空燃比センサ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同じ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の方が空燃比気筒間インバランスが発生していないときよりも、上流側空燃比センサの空燃比検出素子に到達する排ガスにおける水素Ｈ_２の濃度が高くなる。故に、上流側空燃比センサ５５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のである。
　その結果、空燃比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、上流側目標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過大になったとき、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。
　一方、機関から排出された排ガスに含まれる水素Ｈ_２は他の未燃物（ＨＣ，ＣＯ）とともに触媒において酸化（浄化）される。更に、下流側空燃比センサには、触媒を通過した排ガスが到達する。従って、下流側空燃比センサの出力値は、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、空燃比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、特定気筒の空燃比がリッチ側に移行するほど、「水素の選択的拡散」と「空燃比フィードバック制御」とに起因して「機関に供給される混合気の真の空燃比」はよりリーン側に制御され、その結果が下流側空燃比センサの出力値に現れる。換言すると、下流側空燃比センサの出力値は、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。
　そこで、上記インバランス判定手段は、「前記空燃比のフィードバック制御が実行されているときの前記下流側空燃比センサの出力値」に基づいて「インバランス判定用パラメータ」を取得するように構成されている。このインバランス判定用パラメータは、上記空燃比フィードバック制御によって変化する「機関全体に供給される混合気の真の空燃比（平均的な空燃比）」に応じて変化する値であり、「前記触媒を通過する前の排ガスに含まれる水素の量と前記触媒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値でもある。
　そして、前記空燃比気筒間インバランス判定手段は、前記取得されたインバランス判定用パラメータが異常判定閾値よりも大きいとき、「前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比である気筒別空燃比」の間に不均衡が生じている（即ち、空燃比気筒間インバランスが生じた）と判定するようになっている。この結果、本発明による空燃比気筒間インバランス判定装置は、空燃比気筒間インバランスが発生したか否かを精度良く判定することができる。
　ところが、発明者は、例えば、前記触媒が予定されている浄化性能（水素を酸化する能力）を発揮し得ない場合、空燃比気筒間インバランス以外の要因により水素が多量に発生する場合、排ガスに含まれる酸素量が想定している量よりも多い場合、及び、触媒は予定されている浄化性能を発揮しているものの排ガス量が多いために排ガス中の水素が触媒を通り抜けてしまう場合等、において、上述した空燃比気筒間インバランスの判定を行うと、その判定の精度が良好でないとの知見を得た。
　そこで、本発明の空燃比気筒間インバランス判定装置は、前記判定禁止手段を備える。この判定禁止手段は、「空燃比気筒間インバランス判定の精度が良好でなくなる条件」、即ち、「所定の判定禁止条件」が成立するか否かを判定する。そして、判定禁止手段は、その判定禁止条件が成立したとき、前記空燃比気筒間インバランス判定手段による判定（空燃比気筒間インバランス判定）を禁止する。この結果、空燃比気筒間インバランスが発生したか否かの判定を誤る可能性を低減することができる。
　本発明による空燃比気筒間インバランス判定装置の一の側面において、前記判定禁止条件は、前記機関の運転状態が「前記機関から排出される排ガスに含まれる酸素の量が閾値酸素量以上となるような運転状態」であること、であるように定められている。
　前記機関の運転状態が「前記機関から排出される排ガスに含まれる酸素の量が閾値酸素量以上となるような運転状態」である場合、機関から排出された排ガスが上流側空燃比センサに到達するまでに、その排ガスに含まれる過剰な酸素によって「排ガスに含まれる水素の酸化」が想定以上に進む可能性がある。このように「排ガスに含まれる水素の酸化」が想定以上に進む場合、空燃比気筒間インバランスが発生していたとしても（特定の気筒のみから多量の水素Ｈ_２が排出されていたとしても）、上流側空燃比センサ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」に近い空燃比となる。この結果、下流側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が、空燃比気筒間インバランスの程度を精度良く表さない値となる。従って、上記構成のように、前記判定禁止条件を「機関の運転状態が、機関から排出される排ガスに含まれる酸素の量が閾値酸素量以上となるような運転状態であること」と定めることによって、空燃比気筒間インバランスの判定精度を向上することができる。
　この場合、前記判定禁止手段は、「前記機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比に設定されている場合」に、「前記機関の運転状態が、前記機関から排出される排ガスに含まれる酸素の量が前記閾値酸素量以上となるような運転状態である」と判定するように構成され得る。例えば、前記機関に供給される混合気の空燃比は、硫黄等に起因する排気臭の発生を防止することを目的として、理論空燃比よりもリーン側の空燃比に設定される。また、「前記機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比に設定されている場合」には、前記上流側目標空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比に設定されている場合が含まれる。
　本発明による空燃比気筒間インバランス判定装置の他の側面において、前記判定禁止条件は、前記機関の運転状態が「前記機関から排出される排ガスに含まれる水素の量が閾値水素量以上となるような運転状態」であること、であるように定められている。
　前記機関の運転状態が「前記機関から排出される排ガスに含まれる水素の量が閾値水素量以上となるような運転状態」である場合、水素が触媒において十分に浄化されず、水素が触媒の下流に流出する場合がある。或いは、前記機関の運転状態が「前記機関から排出される排ガスに含まれる水素の量が閾値水素量以上となるような運転状態」である場合、本来は燃料噴射弁の特性等に起因する空燃比気筒間インバランスが発生していないにも関わらず、特定の気筒において一時的に水素が多量に発生する可能性もある。
　従って、このような場合、下流側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が、空燃比気筒間インバランス（気筒間における空燃比の不均一性）の程度を精度良く表さなくなる可能性が高い。故に、このような運転状態において空燃比気筒間インバランス判定を実行すると、その判定を誤る可能性が高い。そこで、上記構成のように、前記判定禁止条件を、「前記機関の運転状態が、前記機関から排出される排ガスに含まれる水素の量が閾値水素量以上となるような運転状態であること」と定めることによって、空燃比気筒間インバランスの判定精度を向上することができる。
　この場合、前記判定禁止手段は、「前記機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されている場合」に「前記機関の運転状態が、前記機関から排出される排ガスに含まれる水素の量が前記閾値水素量以上となるような運転状態である」と判定するように構成され得る。例えば、前記機関に供給される混合気の空燃比は、「触媒過熱防止」及び「始動直後や低速運転時等の回転安定性向上」等を目的として、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定される。また、「前記機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されている場合」には、前記上流側目標空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されている場合が含まれる。
　加えて、前記判定禁止手段は、以下の何れかの場合のうちの少なくとも一つの場合が成立しているとき、「前記機関の運転状態が、前記機関から排出される排ガスに含まれる水素の量が前記閾値水素量以上となるような運転状態である」と判定するように構成され得る。
（ａ）前記機関の始動後からの経過時間が閾値始動後経過時間以下である場合、
（ｂ）前記機関の冷却水温が閾値冷却水温以下である場合、
（ｃ）前記機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されている状態から理論空燃比に設定された状態へと変更された時点からの経過時間が所定時間以下である場合、及び
（ｄ）前記機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されている状態から理論空燃比に設定された状態へと変更された時点からの前記機関に吸入される空気量の積算値が増量停止後閾値積算空気量以下である場合。
　上記（ａ）乃至（ｄ）等の場合、混合気の燃焼が不安定であるから、燃焼期間中において発生する水素の量が安定しない（過剰になる場合がある。）。このため、機関の排ガスに含まれる水素の量が安定しないので、このような場合に空燃比気筒間インバランス判定を実行すると、判定を誤る可能性が高い。そこで、前記判定禁止条件を「上記（ａ）乃至（ｄ）のうちの少なくとも１つ」と定めることによって、空燃比気筒間インバランスの判定精度を向上することができる。
　本発明による空燃比気筒間インバランス判定装置の他の側面において、前記判定禁止条件は、「前記触媒の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であること」であるように定められている。なお、触媒の能力とは、例えば、触媒に水素Ｈ_２が連続的に流入した場合に、その触媒が浄化できる最大の「水素Ｈ_２の総量」であると言うことも出来る。
　前記触媒の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であると、水素が触媒において十分に浄化されず、水素が触媒の下流に流出する可能性がある。この結果、下流側空燃比センサの出力値が水素の選択的拡散の影響を受ける可能性があり、或いは、触媒の下流のガスの空燃比が「機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値」に一致しなくなる。従って、下流側空燃比センサの出力値は、空燃比気筒間インバランスが発生している場合であっても、「上流側空燃比センサの出力値を用いた上記空燃比フィードバック制御により過剰に補正された空燃比の真の平均値」に応じた値を示さない可能性が高い。故に、このような状態において空燃比気筒間インバランス判定を実行すると、判定を誤る可能性が高い。そこで、上記構成のように、前記判定禁止条件を、「前記触媒の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であること」と定めることによって、空燃比気筒間インバランスの判定精度を向上することができる。
　この場合、前記判定禁止手段は、以下の何れかの場合のうちの少なくとも一つの場合が成立しているとき、「前記触媒の水素を酸化する能力が第１所定能力以下である」と判定するように構成され得る。
（ｅ）前記触媒の酸素吸蔵量が第１閾値酸素吸蔵量以下である場合、
（ｆ）前記機関の始動後から同機関に吸入される空気量の積算値（始動後積算空気量）が始動後閾値積算空気量以下である場合、
（ｇ）前記機関のスロットル弁が全閉状態となっている時間が閾値アイドル時間以上である場合、
（ｈ）前記機関のスロットル弁が全閉以外の状態となってからの経過時間が閾値アイドルオフ時間以下である場合、
（ｉ）前記触媒が活性状態でないと判定されている場合、
（ｊ）前記触媒が異常状態であると判定されている場合。
　上記（ｅ）の場合、前記触媒に貯えられている酸素の量が少ないので、前記触媒の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であると判定することができる。
　上記（ｆ）の場合、始動後において前記触媒を活性化させるのに十分な量の排ガスが前記触媒に流入していないので、前記触媒の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であると判定することができる。
　上記（ｇ）の場合、排気温度が低く且つ排ガス流量も少ない「スロットル弁全閉状態」が閾値アイドル時間以上続いていることになるので、触媒の温度が低下し、よって、前記触媒の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であると判定することができる。
　上記（ｈ）の場合、前記機関のスロットル弁が全閉である状態から全閉以外の状態となった時点からの経過時間が短いので、スロットル弁全閉時において低下した前記触媒の温度が十分な温度に到達しておらず、よって、前記触媒の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であると判定することができる。
　上記（ｉ）の場合、触媒が不活性であるから、前記触媒の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であると判定することができる。なお、上記（ｉ）の「前記触媒が活性状態でないと判定されている場合」が成立しているか否かは、上記（ｅ）乃至（ｈ）に示した条件及び／又は他の条件（例えば、触媒温度を推定排気温度と排ガス量等に基いて推定するとともに同推定された触媒温度が所定の閾値活性温度以下であること）を用いて判定することができる。
　上記（ｊ）の場合、「前記触媒の水素を酸化する能力が第１所定能力以下である」と明らかに判定することができる。
　本発明による空燃比気筒間インバランス判定装置の他の側面において、前記判定禁止条件は、「前記触媒の水素を酸化する能力が第２所定能力以上であること」であるように定められている。この第２所定能力は、当然、前記第１所定能力よりも大きい能力である。
　前記触媒の水素を酸化する能力が第２所定能力以上である期間においては、触媒から流出する排ガスの空燃比の平均値が、「空燃比フィードバック制御によって過剰に補正された真の空燃比」に応じた値を示さない可能性がある。従って、このような状態において空燃比気筒間インバランス判定を実行すると、その判定を誤る可能性が高い。そこで、上記構成のように、前記判定禁止条件を、「前記触媒の水素を酸化する能力が第２所定能力以上であること」と定めることによって、空燃比気筒間インバランスの判定精度を向上することができる。
　この場合、前記判定禁止手段は、以下の何れかの場合のうちの少なくとも一つの場合が成立しているとき、「前記触媒の水素を酸化する能力が第２所定能力以上である」と判定するように構成され得る。
（ｋ）前記触媒の酸素吸蔵量が第２閾値酸素吸蔵量以上である場合、
（ｌ）前記機関の運転状態がフューエルカット運転状態を終了した状態となった時点からの「前記機関に吸入される空気量の積算値」が、閾値フューエルカット終了後積算空気量以下である場合、
（ｍ）前記機関の運転状態がフューエルカット運転状態を終了した状態となった時点からの「経過時間」が、閾値フューエルカット終了後経過時間以下である場合、
（ｎ）前記機関の運転状態がフューエルカット運転状態を終了した状態となった時点からの「前記下流側空燃比センサの出力値が理論空燃比に相当する値を横切る回数」である反転回数が、閾値反転回数以下である場合。
　上記（ｋ）の場合、前記触媒に貯えられている酸素の量が過多であるので、前記触媒の水素を酸化する能力が第２所定能力以上であると判定することができる。
　上記（ｌ）、（ｍ）及び（ｎ）の場合、フューエルカット運転状態（燃料供給停止運転）中に前記触媒に貯えられた酸素の量が依然として過多であるので、前記触媒の水素を酸化する能力が第２所定能力以上であると判定することができる。
　本発明による空燃比気筒間インバランス判定装置の他の側面において、前記判定禁止条件は、「前記機関から排出される排ガスの流量が閾値排ガス流量以上であること」であるように定められている。
　前記機関から排出される排ガスの流量が閾値排ガス流量以上であると、触媒に流入する水素の量が触媒の水素酸化能力を超え、水素が触媒の下流に流出する場合がある。従って、下流側空燃比センサの出力値が水素の選択的拡散の影響を受ける可能性が高い。或いは、触媒の下流のガスの空燃比が「機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値」に一致しなくなる。その結果、空燃比気筒間インバランスが発生している場合であっても、下流側空燃比センサの出力値が「空燃比フィードバック制御によって過剰に補正された真の空燃比」に応じた値を示さない可能性が高い。従って、このような状態において空燃比気筒間インバランス判定を実行すると、その判定を誤る可能性が高い。そこで、上記構成のように、前記判定禁止条件を、「前記機関から排出される排ガスの流量が閾値排ガス流量以上であること」と定めることによって、空燃比気筒間インバランスの判定精度を向上することができる。
　この場合、前記判定禁止手段は、以下の何れかの場合のうちの少なくとも一つの場合が成立しているとき、「前記機関から排出される排ガスの流量が閾値排ガス流量以上である」と判定するように構成され得る。
（ｏ）前記機関の負荷が閾値負荷以上である場合、
（ｐ）前記機関の単位時間あたりの吸入空気量が閾値吸入空気量以上である場合。
　ところで、上述した何れかの態様を有する本発明の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記触媒は、前記機関の排気通路であって前記複数の気筒の排気集合部よりも下流側の位置に配設され、
　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よりも下流側且つ前記触媒よりも上流側の位置に配設され、
　前記下流側空燃比センサは、前記排気通路であって前記触媒よりも下流側の位置に配設され、
　ていることが好適である。
　これによれば、通常の空燃比フィードバック制御を行うシステムを用いて、空燃比気筒間インバランス判定を実行することができる。換言すると、下流側空燃比センサを覆うように触媒（触媒要素）を設ける必要がない。
　この場合、
　前記空燃比フィードバック制御手段は、
　「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「前記上流側目標空燃比である理論空燃比」に一致するように「前記機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するためのメインフィードバック量」を算出するメインフィードバック量算出手段と、
　「前記下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」に一致するように「前記機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するためのサブフィードバック量」を算出するサブフィードバック量算出手段と、
　前記メインフィードバック量と前記サブフィードバック量とに基づいて前記機関に供給される混合気に含まれる燃料の量を制御する燃料量制御手段と、
　を含み、
　前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
　前記サブフィードバック量に基づいて前記インバランス判定用パラメータを算出するように構成されることが好適である。
　上記メインフィードバック量を用いた空燃比制御である「メインフィードバック制御」においては、上流側目標空燃比は理論空燃比に設定されている。従って、上流側空燃比センサの出力値により表される空燃比が機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値に一致していれば、上記メイン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に略一致する。
　しかしながら、上述したように、空燃比気筒間インバランスが発生すると、上流側空燃比センサの出力値は「水素Ｈ_２の選択的拡散」の影響を受ける。従って、上流側空燃比センサ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よりもリッチ側の空燃比となる。その結果、上記メイン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。
　一方、水素は前記触媒によって酸化（浄化）されるので、下流側空燃比センサは「機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値」に応じた出力値を出力する。従って、空燃比気筒間インバランスが発生すると、上記サブフィードバック量は「機関全体に供給される混合気の空燃比をリッチ側に補正する量」へと変化する。換言すると、サブフィードバック量は、空燃比気筒間インバランスが発生したとき、そのインバランスの程度に応じた量だけ空燃比をリッチ側に補正する量へと変化する。
　そこで、前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、前記サブフィードバック量に基づいて前記インバランス判定用パラメータを算出する。この結果、インバランス判定用パラメータに基いて、空燃比気筒間インバランスの発生有無を精度良く判定することができる。
　なお、この場合、前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、前記フィードバック制御が実行されているとき（前記メインフィードバック量と前記サブフィードバック量とに基づいて前記機関に供給される混合気に含まれる燃料の量が制御されているとき）であって、且つ、前記判定禁止条件が成立していないときの「前記サブフィードバック量」に基づいて前記インバランス判定用パラメータを算出することが望ましい。
　この場合、前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
　前記サブフィードバック量の定常成分に応じた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ることが好適である。
　これによれば、サブフィードバック量の成分の中でも、「機関全体に供給される混合気の真の空燃比の理論空燃比からのズレ（偏移）」を精度良く表す値を「前記インバランス判定用パラメータ」として取得することができる。その結果、空燃比気筒間インバランス判定の精度をより一層向上することができる。
　一方、
　前記サブフィードバック量算出手段は、
　「前記サブフィードバック量に含まれる定常成分に応じた値」に基づいて「前記サブフィードバック量の学習値」を更新する学習を行うとともに、前記サブフィードバック量を前記更新した学習値に応じて補正する学習手段を含み、
　前記燃料量制御手段は、
　前記メインフィードバック量及び前記サブフィードバック量に加えて前記サブフィードバック量の学習値にも基づいて前記機関に供給される混合気に含まれる燃料の量を制御するように構成され、
　前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
　「前記サブフィードバック量の学習値」に基づいて前記インバランス判定用パラメータを算出するように構成されることが好適である。
　上記構成によれば、インバランス判定用パラメータが「サブフィートバック量の学習値」に基いて取得される。サブフィードバック量の学習値は、機関全体に供給される混合気の真の空燃比の理論空燃比からのズレ（偏移）を精度良く表す値である。従って、上記構成によれば、インバランス判定用パラメータも機関全体に供給される混合気の真の空燃比の理論空燃比からのズレ（偏移）を精度良く表す値となり、その結果、空燃比気筒間インバランス判定の精度をより一層向上することができる。

　図１は、本発明の実施形態に係る空燃比気筒間インバランス判定装置を適用した内燃機関の概略図である。
　図２は、図１に示した上流側空燃比センサの概略断面図である。
　図３は、排ガス（被検出ガス）の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比である場合の上流側空燃比センサの作動を説明するための図である。
　図４は、排ガスの空燃比と上流側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５は、排ガス（被検出ガス）の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である場合の上流側空燃比センサの作動を説明するための図である。
　図６は、排ガスの空燃比と上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７は、排ガスの空燃比と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８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と、の関係を示したグラフである。
　図９は、空燃比気筒間インバランス割合とサブフィードバック量との関係を示したグラフである。
　図１０は、図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射制御ルーチンを示したフローチャートである。
　図１１は、図１に示した電気制御装置のＣＰＵがメインフィードバック量を算出するために実行するルーチンを示したフローチャートである。
　図１２は、図１に示した電気制御装置のＣＰＵがサブフィードバック量及びサブＦＢ学習値を算出するために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、図１に示した電気制御装置のＣＰＵが空燃比気筒間インバランス判定を行うために実行するルーチンを示したフローチャートである。

　以下、本発明による多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置（以下、単に「判定装置」と称呼する。）の実施形態について図面を参照しながら説明する。この判定装置は、内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御装置の一部である。更に、空燃比制御装置は、燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置でもある。
（構成）
　図１は、この判定装置が適用される内燃機関１０の概略構成を示している。機関１０は、４サイクル・火花点火式・多気筒（本例において４気筒）・ガソリン燃料機関である。機関１０は、本体部２０、吸気系統３０及び排気系統４０を備えている。
　本体部２０は、シリンダブロック部とシリンダヘッド部とを備えている。本体部２０は、ピストン頂面、シリンダ壁面及びシリンダヘッド部の下面からなる複数（４個）の燃焼室（第１気筒＃１乃至第４気筒＃４）２１を備えている。
　シリンダヘッド部には、各燃焼室（各気筒）２１に「空気及び燃料からなる混合気」を供給するための吸気ポート２２と、各燃焼室２１から排ガス（既燃ガス）を排出するための排気ポート２３と、が形成されている。吸気ポート２２は図示しない吸気弁により開閉され、排気ポート２３は図示しない排気弁により開閉されるようになっている。
　シリンダヘッド部には複数（４個）の点火プラグ２４が固定されている。各点火プラグ２４は、その火花発生部が各燃焼室２１の中央部であってシリンダヘッド部の下面近傍位置に露呈するように配設されている。各点火プラグ２４は、点火信号に応答して火花発生部から点火用火花を発生するようになっている。
　シリンダヘッド部には更に複数（４個）の燃料噴射弁（インジェクタ）２５が固定されている。燃料噴射弁２５は、各吸気ポート２２に一つずつ設けられている。燃料噴射弁２５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噴射量の燃料」を対応する吸気ポート２２内に噴射するようになっている。このように、複数の気筒２１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２５を備えている。
　更に、シリンダヘッド部には、吸気弁制御装置２６が設けられている。この吸気弁制御装置２６は、インテークカムシャフト（図示せず）とインテークカム（図示せず）との相対回転角度（位相角度）を油圧により調整・制御する周知の構成を備えている。吸気弁制御装置２６は、指示信号（駆動信号）に基づいて作動し、吸気弁の開弁タイミング（吸気弁開弁タイミング）を変更することができるようになっている。
　吸気系統３０は、インテークマニホールド３１、吸気管３２、エアフィルタ３３、スロットル弁３４及びスロットル弁アクチュエータ３４ａを備えている。
　インテークマニホールド３１は、各吸気ポート２２に接続された複数の枝部と、それらの枝部が集合したサージタンク部と、を備えている。吸気管３２はサージタンク部に接続されている。インテークマニホールド３１、吸気管３２及び複数の吸気ポート２２は、吸気通路を構成している。エアフィルタ３３は吸気管３２の端部に設けられている。スロットル弁３４はエアフィルタ３３とインテークマニホールド３１との間の位置において吸気管３２に回動可能に取り付けられている。スロットル弁３４は、回動することにより吸気管３２が形成する吸気通路の開口断面積を変更するようになっている。スロットル弁アクチュエータ３４ａは、ＤＣモータからなり、指示信号（駆動信号）に応答してスロットル弁３４を回動させるようになっている。
　排気系統４０は、エキゾーストマニホールド４１、エキゾーストパイプ（排気管）４２、上流側触媒４３及び下流側触媒４４を備えている。
　エキゾーストマニホールド４１は、各排気ポート２３に接続された複数の枝部４１ａと、それらの枝部４１ａが集合した集合部（排気集合部）４１ｂと、からなっている。エキゾーストパイプ４２は、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂに接続されている。エキゾーストマニホールド４１、エキゾーストパイプ４２及び複数の排気ポート２３は、排ガスが通過する通路を構成している。なお、本明細書において、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂ及びエキゾーストパイプ４２を、便宜上、「排気通路」と称呼する。
　上流側触媒４３は、セラミックからなる担持体に「触媒物質である貴金属」及び「セリア（ＣｅＯ２）」を担持していて、酸素吸蔵・放出機能（酸素吸蔵機能）を有する三元触媒である。上流側触媒４３はエキゾーストパイプ４２に配設（介装）されている。上流側触媒４３は所定の活性温度に到達すると、「未燃物（ＨＣ、ＣＯ及びＨ_２等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒機能」及び「酸素吸蔵機能」を発揮する。なお、上流側触媒４３は、空燃比気筒間インバランスを検出するために「少なくとも水素Ｈ_２を酸化することにより浄化する機能」を備えていると表現することもできる。即ち、上流側触媒４３は、「水素Ｈ_２を酸化することにより浄化する機能」を備えていれば、他の種類の触媒（例えば、酸化触媒）であってもよい。
　下流側触媒４４は、上流側触媒４３と同様の三元触媒である。下流側触媒４４は、上流側触媒４３よりも下流においてエキゾーストパイプ４２に配設（介装）されている。
　この判定装置は、熱線式エアフローメータ５１、スロットルポジションセンサ５２、機関回転速度センサ５３、水温センサ５４、上流側空燃比センサ５５、下流側空燃比センサ５６及びアクセル開度センサ５７を備えている。
　熱線式エアフローメータ５１は、吸気管３２内を流れる吸入空気の質量流量を検出し、その質量流量（機関１０の単位時間あたりの吸入空気量）Ｇａを表す信号を出力するようになっている。
　スロットルポジションセンサ５２は、スロットル弁３４の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。
　機関回転速度センサ５３は、インテークカムシャフトが５°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにインテークカムシャフトが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。機関回転速度センサ５３から出力される信号は電気制御装置６０により機関回転速度ＮＥを表す信号に変換されるようになっている。更に、電気制御装置６０は、機関回転速度センサ５３及び図示しないクランク角センサからの信号に基いて、機関１０のクランク角度（絶対クランク角）を取得するようになっている。
　水温センサ５４は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。
　上流側空燃比センサ５５は、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂと上流側触媒４３との間の位置においてエキゾーストマニホールド４１及びエキゾーストパイプ４２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５５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。
　図２に示したように、上流側空燃比センサ５５は、固体電解質層５５ａと、排ガス側電極層５５ｂと、大気側電極層５５ｃと、拡散抵抗層５５ｄと、隔壁部５５ｅと、ヒータ５５ｆと、を含んでいる。
　固体電解質層５５ａ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５５ａは、ＺｒＯ_２（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５５ａ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。これらの特性は、後述するように、上流側空燃比センサ５５が排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する際に発揮されるべき特性である。酸素電池特性とは、酸素濃度の高い側から低い側へ酸素イオンを通過させ起電力を発生する特性のことである。酸素ポンプ特性とは、固体電解質層５５ａの両端に電位差が与えられたとき、陰極（低電位側電極）から陽極（高電位側電極）へとそれらの電極間の電位差に応じた量の酸素イオンを移動させる特性のことである。
　排ガス側電極層５５ｂ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５５ｂは、固体電解質層５５ａの一つの面上に形成されている。排ガス側電極層５５ｂ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５５ｃ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５５ｃは、固体電解質層５５ａの他の面上であって、固体電解質層５５ａを挟んで排ガス側電極層５５ｂに対向するように形成されている。大気側電極層５５ｃ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）５５ｄ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５５ｄは、排ガス側電極層５５ｂ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。分子径の小さい水素Ｈ_２の拡散抵抗層５５ｄにおける拡散速度は、相対的に分子径の大きい「炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯ等」の拡散抵抗層５５ｄにおける拡散速度よりも大きい。従って、拡散抵抗層５５ｄの存在により、水素Ｈ_２は、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯ等よりも「排ガス側電極層５５ｂ」に速やかに到達する。上流側空燃比センサ５５は、拡散抵抗層５５ｄの外表面が「排ガスに晒される（機関１０から排出された排ガスが接する）」ように配置される。
　隔壁部５５ｅ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。隔壁部５５ｅは大気側電極層５５ｃを収容する空間である「大気室５５ｇ」を形成するように構成されている。大気室５５ｇには大気が導入されている。
　ヒータ５５ｆは隔壁部５５ｅに埋設されている。ヒータ５５ｆは通電されたときに発熱し、固体電解質層５５ａを加熱するようになっている。
　上流側空燃比センサ５５は、図３に示したように、電源５５ｈを使用する。電源５５ｈは、大気側電極層５５ｃ側が高電位となり、排ガス側電極層５５ｂが低電位となるように、電圧Ｖを印加する。
　図３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、上述した酸素ポンプ特性が利用されることにより空燃比が検出される。即ち、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、排ガス中に多量に含まれる酸素分子が拡散抵抗層５５ｄを通って排ガス側電極層５５ｂに到達する。その酸素分子は電子を受け取って酸素イオンになる。酸素イオンは、固体電解質層５５ａを通過し、大気側電極層５５ｃにて電子を放出して酸素分子になる。この結果、電源５５ｈの正極から、大気側電極層５５ｃ、固体電解質層５５ａ及び排ガス側電極層５５ｂを介して電源５５ｈの負極へと電流Ｉが流れる。
　この電流Ｉの大きさは、電圧Ｖの大きさを所定値Ｖｐ以上に設定したとき、拡散抵抗層５５ｄの外側表面に到達した排ガスに含まれる酸素分子のうち「拡散抵抗層５５ｄを通って排ガス側電極層５５ｂへと拡散によって到達する酸素分子」の量に応じて変化する。即ち、電流Ｉの大きさは、排ガス側電極層５５ｂにおける酸素濃度（酸素分圧）に応じて変化する。排ガス側電極層５５ｂにおける酸素濃度は、拡散抵抗層５５ｄの外側表面に到達した排ガスの酸素濃度に応じて変化する。この電流Ｉは、図４に示したように、電圧Ｖを所定値Ｖｐ以上に設定しても変化しないから、限界電流Ｉｐと呼ばれる。空燃比センサ５５は、この限界電流Ｉｐ値に基づいて空燃比に応じた値を出力する。
　これに対し、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、図５に示したように、上述した酸素電池特性が利用されることにより空燃比が検出される。より具体的に述べると、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、排ガス中に多量に含まれる未燃物（ＨＣ，ＣＯ及びＨ_２等）が拡散抵抗層５５ｄを通って排ガス側電極層５５ｂに到達する。この場合、大気側電極層５５ｃにおける酸素濃度と排ガス側電極層５５ｂにおける酸素濃度との差（酸素分圧差）が大きくなるので、固体電解質層５５ａは酸素電池として機能する。印加電圧Ｖは、この酸素電池の起電力よりも小さくなるように設定される。
　従って、大気室５５ｇに存在する酸素分子は大気側電極層５５ｃにて電子を受け取って酸素イオンとなる。その酸素イオンは、固体電解質層５５ａを通過し、排ガス側電極層５５ｂへと移動する。そして、排ガス側電極層５５ｂにて未燃物を酸化し、電子を放出する。この結果、電源５５ｈの負極から、排ガス側電極層５５ｂ、固体電解質層５５ａ及び大気側電極層５５ｃを介して電源５５ｈの正極へと電流Ｉが流れる。
　この電流Ｉの大きさは、大気側電極層５５ｃから固体電解質層５５ａを通って排ガス側電極層５５ｂに到達する酸素イオンの量により定まる。前述したように、この酸素イオンは排ガス側電極層５５ｂにて未燃物を酸化するために使用される。従って、拡散により拡散抵抗層５５ｄを通過して排ガス側電極層５５ｂに到達する未燃物の量が多いほど、固体電解質層５５ａを通過する酸素イオンの量は多くなる。換言すると、空燃比が小さいほど（理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であって未燃物の量が多いほど）、電流Ｉの大きさは大きくなる。但し、拡散抵抗層５５ｄの存在により、排ガス側電極層５５ｂに到達する未燃物の量は制限されるので、電流Ｉは空燃比に応じた一定値Ｉｐとなる。上流側空燃比センサ５５は、この限界電流Ｉｐ値に基づいて空燃比に応じた値を出力する。
　このような検出原理に基づく上流側空燃比センサ５５は、図６に示したように、上流側空燃比センサ５５の配設位置を流れる排ガスの空燃比（上流側空燃比ａｂｙｆｓ）に応じた出力値Ｖａｂｙｆｓを出力する。出力値Ｖａｂｙｆｓは限界電流Ｉｐを電圧に変換することにより得られる。出力値Ｖａｂｙｆｓは被検出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。後述する電気制御装置６０は、図６に示した空燃比変換テーブル（マップ）Ｍａｐａｂｙｆｓを記憶していて、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。この空燃比変換テーブルＭａｐａｂｙｆｓは、水素の選択的拡散も考慮して作成されている。換言すると、テーブルＭａｐａｂｙｆｓは、各気筒の空燃比を互いに等しい空燃比ｘに設定することにより、上流側空燃比センサ５５に到達する排ガスの空燃比を値ｘに設定した場合の「上流側空燃比センサ５５の実際の出力値Ｖａｂｙｆｓ」に基いて作成される。
　再び、図１を参照すると、下流側空燃比センサ５６は、上流側触媒４３と下流側触媒４４との間の位置においてエキゾーストパイプ４２（即ち、排気通路）に配設されている。下流側空燃比センサ５６は、周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）である。下流側空燃比センサ５６は、例えば、図２に示した上流側空燃比センサ５５と同様な構成を備える（但し、電源５５ｈを除く。）。或いは、下流側空燃比センサ５６は、試験管状の固体電解質層と、固体電解質層の外側に形成された排ガス側電極層と、大気室（固体電解質層の内側）に露呈し且つ固体電解室層を挟んで排ガス側電極層と対向するように固体電解質層に形成された大気側電極層と、排ガス側電極層を覆い且つ排ガスが接触する（排ガス中に晒されるように配置される）拡散抵抗層と、を備えるものであってもよい。下流側空燃比センサ５６は、下流側空燃比センサ５６の配設位置を流れる排ガスの空燃比（下流側空燃比ａｆｄｏｗｎ）に応じた出力値Ｖｏｘｓを出力するようになっている。
　下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓは、図７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。
　図１に示したアクセル開度センサ５７は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセルペダルＡＰの操作量Ａｃｃｐを表す信号を出力するようになっている。
　電気制御装置６０は、「ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、電源が投入された状態でデータを格納するとともに格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ（又は、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ）、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース等」からなる「周知のマイクロコンピュータ」である。
　電気制御装置６０のインターフェースは、前記センサ５１~５７と接続され、ＣＰＵにセンサ５１~５７からの信号を供給するようになっている。更に、そのインターフェースは、ＣＰＵの指示に応じて、各気筒の点火プラグ２４、各気筒の燃料噴射弁２５、吸気弁制御装置２６及びスロットル弁アクチュエータ３４ａ等に指示信号（駆動信号）等を送出するようになっている。なお、電気制御装置６０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３４ａに指示信号を送出するようになっている。
（空燃比気筒間インバランス判定の原理）
　次に、上記判定装置による「空燃比気筒間インバランス判定」の原理について説明する。空燃比気筒間インバランス判定とは、気筒間における空燃比の不均一性が警告必要値以上となったか否か、換言すると、気筒別空燃比の間に（エミッション上許容できない程度の）不均衡（即ち、空燃比気筒間インバランス）が生じているか否か、を判定することである。
　機関１０の燃料は炭素と水素との化合物である。従って、燃料が燃焼して水Ｈ_２Ｏと二酸化炭素ＣＯ_２へと変化する過程において、「炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ及び水素Ｈ_２等」の未燃物が中間生成物として生成される。
　燃焼に供される混合気の空燃比が理論空燃比よりも小さくなるほど（即ち、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比になるほど）、燃料が完全燃焼するために必要な酸素の量と実際の酸素の量との差が増大する。換言すると、リッチ側の空燃比になるほど燃焼途中における酸素の不足量が増大し、酸素濃度が低下するから、中間生成物（未燃物）が酸素と出合って結合する（酸化される）確率が急激に小さくなる。この結果、図８に示したように、気筒から排出される未燃物（ＨＣ、ＣＯ及びＨ_２）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（二次関数的に）増大する。なお、図８の点Ｐ１、点Ｐ２及び点Ｐ３は、ある気筒に供給される燃料の量が、その気筒の空燃比が理論空燃比に一致する場合の燃料の量に対して、それぞれ１０％（＝ＡＦ１）、３０％（＝ＡＦ２）及び４０％（＝ＡＦ３）だけ過剰となった点を示す。
　更に、水素Ｈ_２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_２は他の未燃物（ＨＣ，ＣＯ）に比較して、上流側空燃比センサ５５の拡散抵抗層５５ｄを迅速に拡散する。このため、ＨＣ，ＣＯ及びＨ_２からなる未燃物が多量に発生すると、拡散抵抗層５５ｄにおいて水素Ｈ_２の選択的拡散（優先的な拡散）が顕著に発生する。即ち、水素Ｈ_２は、空燃比検出素子の表面（固体電解質層５５ａの表面に形成された排ガス側電極層５５ｂ）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、水素Ｈ_２の濃度と他の未燃物（ＨＣ，ＣＯ）の濃度とのバランスが崩れる。換言すると、「上流側空燃比センサ５５の空燃比検出素子（排ガス側電極層５５ｂ）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_２の割合は、「機関１０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_２の割合よりも大きくなる。
　ところで、上記判定装置は空燃比制御装置の一部である。空燃比制御装置は、「上流側空燃比センサ５５の出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される上流側空燃比ａｂｙｆｓ（出力値Ｖａｂｙｆｓに相当する空燃比）」を「上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ」に一致させる「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）」を行う。一般に、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒは理論空燃比ｓｔｏｉｃｈに設定される。
　更に、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓ（又は、下流側空燃比センサの出力値Ｖｏｘｓにより表される下流側空燃比ａｆｄｏｗｎ）を下流側目標値Ｖｏｘｓｒｅｆ（又は、下流側目標値Ｖｏｘｓｒｅｆにより表される下流側目標空燃比）に一致させる「空燃比のサブフィードバック制御」を行う。一般に、下流側目標値Ｖｏｘｓｒｅｆは理論空燃比に相当する値（０．５Ｖ）に設定される。
　いま、空燃比気筒間インバランスが発生していない状態において、各気筒の空燃比が一律にリッチ側に偏移した場合を想定する。このような状態は、例えば、燃料噴射量を算出する際の基本量となる「機関の吸入空気量の測定値又は推定値」が「真の吸入空気量」よりも大きくなったとき等において発生する。
　この場合、例えば、各気筒の空燃比が図８に示したＡＦ２であった仮定する。ある気筒の空燃比がＡＦ２であると、ある気筒の空燃比がＡＦ２よりも理論空燃比に近い空燃比ＡＦ１である場合に比べ、より多くの未燃物（従って、水素Ｈ_２）が排ガスに含まれる（点Ｐ１及び点Ｐ２を参照。）。従って、上流側空燃比センサ５５の拡散抵抗層５５ｄにおいて「水素Ｈ_２の選択的拡散」が発生する。
　しかしながら、この場合、「各気筒が一回の燃焼行程を終了する間（クランク角７２０度に相当する期間）に機関１０に供給される混合気」の空燃比の真の平均値もＡＦ２である。更に、上述したように、図６に示した空燃比変換テーブルＭａｐａｂｙｆｓは、「水素Ｈ_２の選択的拡散」を考慮して作成されている。従って、上流側空燃比センサ５５の実際の出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される上流側空燃比ａｂｙｆｓ（実際の出力値Ｖａｂｙｆｓを空燃比変換テーブルＭａｐａｂｙｆｓに適用することにより得られる上流側空燃比ａｂｙｆｓ）は、上記「空燃比の真の平均値ＡＦ２」に一致する。
　それ故、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は「上流側目標空燃比ａｂｙｆｒである理論空燃比」に一致するように修正され、空燃比気筒間インバランスは発生していないから、各気筒の空燃比も理論空燃比に略一致する。従って、サブフィードバック量（及び後述するサブフィードバック量の学習値）は、空燃比の補正を大きく行う値となることはない。換言すると、空燃比気筒間インバランスが発生していない場合、サブフィードバック量（及び後述するサブフィードバック量の学習値）は、空燃比の補正を大きく行う値とならない。
　上述した「空燃比気筒間インバランスが発生していない場合」における各値の挙動について、以下に別の説明を行う。
　例えば、機関１０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、１４．５）であると仮定する。
　そして、吸入空気量の推定誤差等に起因して、各気筒に対して供給（噴射）される燃料量が均等に１０％だけ過剰となったと仮定する。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、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４．４・Ｆ０（＝１．１・Ｆ０＋１．１・Ｆ０＋１．１・Ｆ０＋１．１・Ｆ０）である。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／（４．４・Ｆ０）＝Ａ０／（１．１・Ｆ０）となる。このとき、上流側空燃比センサの出力値は、空燃比Ａ０／（１．１・Ｆ０）に応じた出力値となる。
　従って、メインフィードバック制御により、各気筒に供給される燃料の量が１０％ずつ減量され（各気筒に１・Ｆ０の燃料が供給されるようになり）、機関１０全体に供給される混合気の空燃比は理論空燃比Ａ０／Ｆ０に一致させられる。
　これに対し、特定気筒の空燃比のみが大きくリッチ側にずれた場合を想定する。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２５の噴射特性が「指示された燃料噴射量よりも相当に多い量の燃料を噴射する特性」になった場合に生じる。このような燃料噴射弁２５の異常は「燃料噴射弁のリッチずれ異常」とも称呼される。
　いま、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、１・Ｆ０）であると仮定する。この場合、特定気筒の空燃比は図８に示した「ＡＦ３」であり、残りの気筒の空燃比は理論空燃比である。
　このとき、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。一方、機関１０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１０全体に供給される燃料の量）は４．４・Ｆ０（＝１．４・Ｆ０＋Ｆ０＋Ｆ０＋Ｆ０）である。
　従って、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／（４．４・Ｆ０）＝Ａ０／（１．１・Ｆ０）となる。即ち、この場合の機関１０全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値は、上述した「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_２）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。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_２の総量ＳＨ１は、図８によれば、ＳＨ１＝Ｈ３＋Ｈ０＋Ｈ０＋Ｈ０＝Ｈ３＋３・Ｈ０となる。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_２の総量ＳＨ２は、図８によれば、ＳＨ２＝Ｈ１＋Ｈ１＋Ｈ１＋Ｈ１＝４・Ｈ１となる。このとき、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、上述した拡散抵抗層５５ｄにおける「水素Ｈ_２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により表される空燃比は「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５５の排ガス側電極層５５ｂにおける水素Ｈ_２の濃度が高くなるから、上流側空燃比センサ５５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。
　一方、下流側空燃比センサ５６には、上流側触媒４３を通過した排ガスが到達する。排ガスに含まれる水素Ｈ_２は他の未燃物（ＨＣ，ＣＯ）とともに上流側触媒４３において酸化（浄化）される。従って、下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓは、機関１０全体に供給される混合気の真の空燃比に応じた値となる。従って、サブフィードバック制御にて算出される空燃比の制御量（サブフィードバック量等）は、上記メインフィードバック制御による空燃比のリーン側への過補正を補う値となる。そして、このようなサブフィードバック量等により、機関１０の空燃比の真の平均値は理論空燃比に一致させられる。
　このように、サブフィードバック制御にて算出される空燃比の制御量（サブフィードバック量）は、燃料噴射弁２５のリッチずれ異常（空燃比気筒間インバランス）に起因する「空燃比のリーン側への過補正」を補償するような値となる。また、このリーン側への過補正の程度は、リッチずれ異常を起こした燃料噴射弁２５が「指示された噴射量」に比較してより多くの量の燃料を噴射するようになるほど（即ち、特定気筒の空燃比がリッチ側の空燃比になるほど）増大する。
　従って、サブフィードバック量が正の値であってその大きさが大きいほど「機関の空燃比がよりリッチ側へと補正されるシステム」においては、「サブフィードバック量に応じて変化する値（実際には、例えば、サブフィードバック量の定常成分を取り込んだサブフィードバック量の学習値）」は、空燃比気筒間インバランスの程度を示す値となる。
　かかる知見に基づき、本判定装置は、サブフィードバック量に応じて変化する値（本例において、サブフィードバック量の学習値である「サブＦＢ学習値」）を、インバランス判定用パラメータとして取得する。つまり、インバランス判定用パラメータは「上流側触媒４３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４３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、大きくなる値」となる。そして、判定装置は、そのインバランス判定用パラメータが「異常判定閾値」以上となった場合（即ち、サブＦＢ学習値の増減に応じて増減する値が「機関の空燃比を異常判定閾値以上リッチ側に補正することを示す値」となった場合）、空燃比気筒間インバランスが発生したと判定する。
　図９の実線は、空燃比気筒間インバランスが発生して、ある一つの気筒の空燃比が理論空燃比からリッチ側及びリーン側に乖離した場合におけるサブＦＢ学習値を示している。図９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とそのリッチずれした気筒の空燃比ａｆとの差Ｙ（＝Ｘ−ａｆ）、の比（Ｙ／Ｘ）」のことである。前述したように、インバランス割合が大きくなるほど、水素Ｈ_２の選択的拡散の影響が急激に大きくなる。従って、図９の実線により示されるように、サブＦＢ学習値（従って、インバランス判定用パラメータ）は、インバランス割合が大きくなるのに従って二次関数的に増大する。
　なお、図９の実線に示したように、インバランス割合が負の値である場合においても、そのインバランス割合の絶対値が増大するほど、サブＦＢ学習値は増大する。即ち、例えば、一つの特定気筒の空燃比のみが大きくリーン側にずれるような空燃比気筒間インバランスが発生した場合にも、インバランス判定用パラメータとしてのサブＦＢ学習値（サブＦＢ学習値に応じた値）は増大する。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２５の噴射特性が「指示された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。このような燃料噴射弁２５の異常は「燃料噴射弁のリーンずれ異常」とも称呼される。
　以下、一つの特定気筒の空燃比のみが大きくリーン側にずれるような空燃比気筒間インバランスが発生した場合にも、サブＦＢ学習値が増大する理由について簡単に説明する。以下の説明においても、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。
　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、理論空燃比となっている。
　しかしながら、この状態における「排ガスに含まれる水素Ｈ_２の総量ＳＨ３」は、ＳＨ３＝Ｈ４＋Ｈ１＋Ｈ１＋Ｈ１＝Ｈ４＋３・Ｈ１となる。但し、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_２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、「燃料噴射弁のリーンずれ異常」に起因する空燃比気筒間インバランスが発生している場合、メインフィードバック制御によって、機関１０全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値が理論空燃比に移行されたときであっても、水素の選択的拡散の影響が上流側空燃比センサ５５の出力値Ｖａｂｙｆｓに表れる。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上流側空燃比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（小さい）の空燃比」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。
　従って、サブフィードバック制御にて算出される空燃比の制御量は、燃料噴射弁２５のリーンずれ異常（空燃比気筒間インバランス）に起因する「メインフィードバック制御による空燃比のリーン側への過補正」を補償するように増大する。よって、「サブフィードバック制御にて算出される空燃比の制御量」に基いて取得される「インバランス判定用パラメータ（例えば、サブＦＢ学習値）」は、インバランス割合が負の値であってインバランス割合の絶対値が増大するほど増大する。
　これにより、本判定装置は、特定気筒の空燃比が「リッチ側にずれた場合」のみならず「リーン側にずれた場合」にも、インバランス判定用パラメータ（例えば、サブＦＢ学習値の増減に応じて増減する値）が「異常判定閾値Ａｔｈ」以上となった場合に、空燃比気筒間インバランスが発生したと判定する。
　なお、図９の破線は、各気筒の空燃比が理論空燃比からリッチ側に一律に乖離し且つメインフィードバック制御を中止した場合におけるサブＦＢ学習値を示している。この場合、横軸は、「空燃比気筒間インバランスが生じた場合の機関の空燃比のズレ」と同一のズレとなるように調整してある。即ち、例えば、第１気筒のみが２０％だけリッチ側にずれるような「空燃比気筒間インバランス」が生じた場合、インバランス割合は２０％である。一方、各気筒の空燃比が一律に５％（２０％／４気筒）だけずれた場合、実際にはインバランス割合は０％であるが、図９においてはインバランス割合は２０％に相当するものとして扱われる。図９の実線と破線との比較から、「サブＦＢ学習値が異常判定閾値Ａｔｈ以上となったとき、空燃比気筒間インバランスが発生したと判定することができる。」ことが理解される。なお、実際にはメインフィードバック制御が実行されるので、空燃比気筒間インバランスが発生していない場合、サブＦＢ学習値は実際には図９の破線に示したほど増大しない。
　（実際の作動）
　次に、本判定装置の実際の作動について説明する。
＜燃料噴射量制御＞
　ＣＰＵは、図１０に示した燃料噴射量Ｆｉの計算及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、所定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、ＣＰＵはステップ１０００から処理を開始し、以下に述べるステップ１０１０乃至ステップ１０４０の処理を順に行い、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
　ステップ１０１０：ＣＰＵは、「エアフローメータ５１により計測された吸入空気量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「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ＲＡＭ７３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１０２０：ＣＰＵは、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を上流側目標空燃比ａｂｙｆｒで除することにより基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅを求める。上流側目標空燃比ａｂｙｆｒは、後述するような特殊な場合を除き理論空燃比ｓｔｏｉｃｈに設定されている。
　ステップ１０３０：ＣＰＵ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、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、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については後述する。
　ステップ１０４０：ＣＰＵは、最終燃料噴射量（指示噴射量）Ｆｉの燃料が「燃料噴射気筒に対応して設けられている燃料噴射弁２５」から噴射されるように、その燃料噴射弁２５に指示信号を送出する。
　このように、各燃料噴射弁２５から噴射される燃料の量は、全ての気筒に対して共通したメインフィードバック量ＤＦｉによって一律に増減される。
＜メインフィードバック量の算出＞
　ＣＰＵは図１１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、ＣＰＵはステップ１１００から処理を開始し、ステップ１１０５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５５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）フューエルカット中でない。
　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、機関の負荷としてアクセルペダル操作量Ａｃｃｐ及びスロットル弁開度ＴＡ等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と、ＣＰＵはステップ１１０５にて「Ｙｅｓ」と判定して以下に述べるステップ１１１０乃至ステップ１１４０の処理を順に行い、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
　ステップ１１１０：ＣＰＵ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は上流側空燃比センサ５５の出力値、Ｖａｆｓｆｂは下流側空燃比センサ５６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、Ｖａｆｓｆｂｇはサブフィードバック量の学習値（サブＦＢ学習値）である。これらの値は、何れも現時点において得られている値である。サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂ及びサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇの算出方法については、後述する。
　Ｖａｂｙｆｃ＝Ｖａｂｙｆｓ＋（Ｖａｆｓｆｂ＋Ｖａｆｓｆｂｇ）　　…（２）
　ステップ１１１５：ＣＰＵ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６に示した空燃比変換テーブル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１１２０：ＣＰＵ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２１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、ＣＰＵ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）
　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２１内での混合気の燃焼により生成された排ガス」が上流側空燃比センサ５５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。但し、実際には、上流側空燃比センサ５５には各気筒から排出された排ガスがある程度混合された後に到達する。
　ステップ１１２５：ＣＰＵ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２１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、ＣＰＵは、現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を上流側目標空燃比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）
　なお、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒは通常運転時において理論空燃比ｓｔｏｉｃｈに設定される。一方、硫黄等に起因する排気臭の発生を防止することを目的として、所定のリーン設定条件が成立したとき、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒは理論空燃比よりもリーン側の空燃比に設定される。また、以下の条件うちのいずれか１つが成立したとき、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒは理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されてもよい。
・機関１０の始動後からの経過時間が閾値始動後経過時間以下である場合、
・冷却水温ＴＨＷが閾値冷却水温ＴＨＷｔｈ以下である場合、及び
・現時点がフューエルカット（燃料供給停止）制御の終了後の所定期間内である場合。
・上流側触媒４３の過熱を防止するべき運転状態（高負荷運転状態）である場合。
　ステップ１１３０：ＣＰＵ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、ＣＰＵ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１１３５：ＣＰＵ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、ＣＰＵは、フィードバック制御用空燃比ａｂｙｆｓｃを上流側目標空燃比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１１４０：ＣＰＵ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１１３０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１０のステップ１０３０の処理により最終燃料噴射量Ｆｉに反映される。
　ところで、上記（２）式の右辺の「サブフィードバック量ＶａｆｓｆｂとサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇとの和」は、上流側空燃比センサ５５の出力値Ｖａｂｙｆｓに比較して小さい値となり、且つ、小さい値となるように制限されている。従って、「サブフィードバック量ＶａｆｓｆｂとサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇとの和」は、後述するように、「下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓ」を「理論空燃比に相当する値である下流側目標値Ｖｏｘｓｒｅｆ」に一致させるための「補助的な補正量」と考えることができる。この結果、フィードバック制御用空燃比ａｂｙｆｓｃは上流側空燃比センサ５５の出力値Ｖａｂｙｆｓに実質的に基づく値であると言うことができる。即ち、メインフィードバック量ＤＦｉは「上流側空燃比センサ５５の出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される機関の空燃比」を「上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（理論空燃比）」に一致させるための補正量であると言うことができる。
　一方、ステップ１１０５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、ＣＰＵはそのステップ１１０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１４５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、ＣＰＵは、ステップ１１５０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、ＣＰＵは、ステップ１１９５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による補正は行われない。
＜サブフィードバック量及びサブＦＢ学習値の算出＞
　ＣＰＵは、「サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂ」及び「サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂの学習値（サブＦＢ学習値）Ｖａｆｓｆｂｇ」を算出するために、図１２示したルーチンを所定時間の経過毎に実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵはステップ１２００から処理を開始し、ステップ１２０５に進んで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５６が活性化している。
（Ｂ３）上流側目標空燃比ａｂｙｆｒが理論空燃比ｓｔｏｉｃｈに設定されている。
　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、ＣＰＵはステップ１２０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１２１０乃至ステップ１２３０の処理を順に行い、サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂを算出する。
　ステップ１２１０：ＣＰＵは、下記（８）式に従って、「下流側目標値Ｖｏｘｓｒｅｆ」と「下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓ」との差である「出力偏差量ＤＶｏｘｓ」を取得する。即ち、ＣＰＵは、「下流側目標値Ｖｏｘｓｒｅｆ」から「現時点の下流側空燃比センサ５６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（０．５Ｖ）に設定されている。
　ＤＶｏｘｓ＝Ｖｏｘｓｒｅｆ−Ｖｏｘｓ　　…（８）
　ステップ１２１５：ＣＰＵは、下記（９）式に従って、サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂを求める。この（９）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　　…（９）
　ステップ１２２０：ＣＰＵ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１２１０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１２２５：ＣＰＵは、「上記ステップ１２１０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１２３０：ＣＰＵは、「上記ステップ１２１０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、ＣＰＵは、下流側空燃比センサ５６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。
　次いで、ＣＰＵは、以下に述べるステップ１２３５乃至ステップ１２５０の処理を順に行うことにより「サブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇ」を算出し、その後、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１２３５：ＣＰＵは、その時点のサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇを更新前学習値Ｖａｆｓｆｂｇ０として格納する。
　ステップ１２４０：ＣＰＵは、下記（１０）式に従ってサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇを更新する。この（１０）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　　…（１０）
　（１０）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ＲＡＭに格納される。
　ステップ１２４５：ＣＰＵは、下記（１１）式に従ってサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇの変更量（更新量）ΔＧを算出する。
　ΔＧ＝Ｖａｆｓｆｂｇ−Ｖａｆｓｆｂｇ０　　…（１１）
　ステップ１２５０：ＣＰＵは、下記（１２）式に従ってサブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂを変更量ΔＧにより補正する。
　Ｖａｆｓｆｂ＝Ｖａｆｓｆｂ−ΔＧ　　　　　…（１２）
　このステップ１２４５及びステップ１２５０の処理について説明する。上記（２）式に示したように、ＣＰＵは、「サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂ及びサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇ」を「上流側空燃比センサ５５の出力値Ｖａｂｙｆｓ」に加えることにより、フィードバック制御用出力値Ｖａｂｙｆｃを得る。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（定常成分）の一部を取り込んだ値である。従って、サブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇを更新した場合、サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂをその更新分に応じて補正しないと、「更新後のサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇ及びサブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂ」により二重の補正が行われる。従って、サブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇを更新した場合、サブフィードバック量ＶａｆｓｆｂをそのサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇの更新分ΔＧに応じて補正する必要がある。
　そこで、ＣＰＵは上記（１１）及び上記（１２）式に示したように、サブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇを変更量ΔＧだけ増加するように更新したとき、サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂを変更量ΔＧだけ減少させる。（１１）式において、Ｖａｆｓｆｂｇ０は更新直前のサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇである。従って、変更量ΔＧは正の値及び負の値の何れともなる。
　以上の処理により、所定時間の経過毎にサブフィードバック量ＶａｆｓｆｂとサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇとが更新される。
　一方、サブフィードバック制御条件が成立していない場合、ＣＰＵは図１２のステップ１２０５にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べるステップ１２５５及びステップ１２６０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１２５５：ＣＰＵはサブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂの値を「０」に設定する。
　ステップ１２６０：ＣＰＵは出力偏差量の積分値ＳＤＶｏｘｓの値を「０」に設定する。
　これにより、上記（２）式から明らかなように、フィードバック制御用出力値Ｖａｂｙｆｃは、上流側空燃比センサ５５の出力値ＶａｂｙｆｓとサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇとの和となる。即ち、この場合、「サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂの更新」及び「サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂの最終燃料噴射量Ｆｉへの反映」は停止される。但し、少なくとも、サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂの積分項に対応するサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇは最終燃料噴射量Ｆｉに反映される。
＜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。ＣＰＵは、図１３に示した「空燃比気筒間インバランス判定ルーチン」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、ＣＰＵはステップ１３００から処理を開始し、ステップ１３０５に進んで「異常判定（空燃比気筒間インバランス判定）の前提条件（判定実施条件）」が成立しているか否かを判定する。換言すると、この前提条件が成立しない場合、空燃比気筒間インバランスの「判定禁止条件」が成立する。空燃比気筒間インバランスの「判定禁止条件」が成立すると、「サブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇに基いて算出されるインバランス判定用パラメータ」を用いた「以下に述べる空燃比気筒間インバランス」の判定が実行されない。
　この異常判定（空燃比気筒間インバランス判定）の前提条件は、以下の（Ｃ１）~（Ｃ６）に記載した条件の総てが成立したときに成立する。但し、前提条件は、以下の（Ｃ１）~（Ｃ６）に記載した条件のうちの一つ以上の任意の組み合わせからなる条件であってもよい。
（Ｃ１）メインフィードバック制御条件が成立している（上記Ａ１~Ａ３を参照。）。
（Ｃ２）機関１０の運転状態が「機関１０から排出される排ガスに含まれる酸素の量」が閾値酸素量以上となるような運転状態でない。即ち、機関１０の運転状態が「機関１０から排出される排ガスに含まれる酸素の量」が閾値酸素量未満となるような運転状態である。
　この条件（Ｃ２）を設ける理由は次の通りである。
　機関１０の運転状態が「機関１０から排出される排ガスに含まれる酸素の量が閾値酸素量以上となるような運転状態」である場合、機関１０から排出された排ガスが上流側空燃比センサ５５に到達するまでに、その排ガスに含まれる過剰な酸素によって「排ガスに含まれる水素の酸化」が想定以上に進む可能性がある。このように「排ガスに含まれる水素の酸化」が想定以上に進む場合、空燃比気筒間インバランスが発生していたとしても（即ち、特定の気筒のみから多量の水素Ｈ_２が排出されていたとしても）、上流側空燃比センサ５５の出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比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」に近い空燃比となる。この結果、下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓに基いて取得される「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の程度を精度良く表さない値となる。
　上記（Ｃ２）の条件は、以下の（Ｃ２−１）に記載した条件からなっていてもよい。
（Ｃ２−１）機関１０に供給される混合気の空燃比が「理論空燃比よりもリーン側の空燃比」に設定されていない場合。
　例えば、機関１０に供給される混合気の空燃比は、機関１０の運転状態が排気臭防止条件を満足した場合、硫黄等に起因する排気臭（Ｈ_２Ｓ）の発生を防止することを目的として、理論空燃比よりもリーン側の空燃比に設定される。この場合、「機関１０から排出される排ガスに含まれる酸素の量」が閾値酸素量以上となる。理論空燃比よりもリーン側の空燃比への設定は、例えば、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒが理論空燃比よりもリーン側の空燃比（理論空燃比空燃比よりも大きい空燃比）に設定されるか、或いは、サブフィードバック量を若干だけ（微小の所定量）小さく補正することによって達成され得る。この場合、下流側目標値Ｖｏｘｓｒｅｆを「理論空燃比に相当する値Ｖｓｔよりも微小な所定値ΔＶだけ小さい値」に設定することによりサブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂを求めるようにしてもよい。
　上記（Ｃ２−１）の条件は、「機関１０の運転状態が排気臭防止条件を満足していない場合」と置換することもできる。この排気臭防止条件は、例えば、スロットル弁開度ＴＡが全閉でない状態から全閉状態へと変化した後であって、図示しない車両速度検出センサによって検出される車両の速度が「０」であると判定された時点から所定時間が経過するまで成立する。
（Ｃ３）機関１０の運転状態が「機関１０から排出される排ガスに含まれる水素の量」が閾値水素量以上となるような運転状態でない。即ち、機関１０の運転状態が「機関１０から排出される排ガスに含まれる水素の量」が閾値水素量未満となるような運転状態である。換言すると、この条件は、「燃焼室２１における混合気の燃焼状態が安定していて、水素Ｈ_２の発生量が安定していること」である。
　この条件（Ｃ３）を設ける理由は次の通りである。
　機関１０の運転状態が「機関１０から排出される排ガスに含まれる水素の量が閾値水素量以上となるような運転状態」である場合、水素が上流側触媒４３において十分に浄化されず、水素が上流側触媒４３の下流に流出する場合がある。このような場合、下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓが水素の選択的拡散の影響を受ける可能性がある。或いは、本来は燃料噴射弁の特性等に起因する空燃比気筒間インバランスが発生していないにも関わらず、特定の気筒において水素が多量に発生する可能性もある。従って、下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓに基いて取得されるインバランス判定用パラメータが「上流側空燃比センサ５５の出力値Ｖａｂｙｆｓを用いた上記空燃比フィードバック制御により過剰に補正された空燃比の真の平均値」に応じた値を示さない可能性が高い。
　上記（Ｃ３）の条件は、以下の（Ｃ３−Ａ）に記載した条件からなっていてもよい。
（Ｃ３−Ａ）機関１０に供給される混合気の空燃比が「理論空燃比よりもリッチ側の空燃比」に設定されている場合でない。この「機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されている場合」には、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されている場合、又は、サブフィードバック量を通常時よりも若干だけ大きくなるように補正する（例えば、下流側目標値Ｖｏｘｓｒｅｆを理論空燃比に相当する値よりも僅かにリッチ側の空燃比に相当する値に変更する）ことによって達成され得る。
　また、上記（Ｃ３）の条件は、以下の（Ｃ３−１）~（Ｃ３−４）に記載した条件のうちの少なくとも何れか一つからなっていてもよい。換言すると、上記（Ｃ３）の条件は、以下の（Ｃ３−１）~（Ｃ３−４）に記載した条件のうちの「任意の組み合わせからなる条件」の総てが成立した場合に、成立するように設定され得る。
（Ｃ３−１）機関１０の始動後からの経過時間が閾値始動後経過時間以下ではない。即ち、機関１０の始動後からの経過時間が閾値始動後経過時間より大きい場合。
（Ｃ３−２）機関１０の冷却水温ＴＨＷが閾値冷却水温ＴＨＷｔｈ以下ではない。即ち、機関１０の冷却水温ＴＨＷが閾値冷却水温ＴＨＷｔｈよりも大きい場合。
（Ｃ３−３）機関１０に供給される混合気の空燃比が「理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されている状態」から「理論空燃比に設定された状態」へと変更された時点からの経過時間ＴＲＳが所定時間ＴＲＳｔｈ以下でない。即ち、経過時間ＴＲＳが所定時間ＴＲＳｔｈよりも大きい場合。
（Ｃ３−４）機関１０に供給される混合気の空燃比が「理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されている状態」から「理論空燃比に設定された状態」へと変更された時点からの「機関１０に吸入される空気量の積算値ＳＲＳ」が増量停止後閾値積算空気量ＳＲＳｔｈ以下でない。即ち、空気量の積算値ＳＲＳが増量停止後閾値積算空気量ＳＲＳｔｈよりも大きい場合。
　上記（Ｃ３−１）~（Ｃ３−４）等の条件が満たされない場合、混合気の燃焼が不安定であるから、燃焼期間中において発生する水素の量が安定しない（過剰になる場合がある。）。このため、機関１０の排ガスに含まれる水素の量が安定しないので、このような場合に空燃比気筒間インバランス判定を実行すると、判定を誤る可能性が高い。
（Ｃ４）上流側触媒４３の水素を酸化する能力が第１所定能力以下ではない。即ち、上流側触媒４３の水素を酸化する能力が第１所定能力より大きい場合。換言すると、この条件は、「上流側触媒４３の状態が、上流側触媒４３に流入する水素を所定量以上浄化し得る状態（即ち、水素浄化可能状態）にあること」である。
　この条件（Ｃ４）を設ける理由は次の通りである。
　上流側触媒４３の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であると、水素が上流側触媒４３において十分に浄化されず、水素が上流側触媒４３の下流に流出する可能性がある。この結果、下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓが水素の選択的拡散の影響を受ける可能性があり、或いは、上流側触媒４３の下流のガスの空燃比が「機関１０全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値」に一致しなくなる。従って、下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓは、「上流側空燃比センサ５５の出力値Ｖａｂｙｆｓを用いた上記空燃比フィードバック制御により過剰に補正された空燃比の真の平均値」に応じた値を示さない可能性が高い。故に、このような状態において空燃比気筒間インバランス判定を実行すると、判定を誤る可能性が高い。
　上記（Ｃ４）の条件は、以下の（Ｃ４−１）~（Ｃ４−６）に記載した条件のうちの少なくとも何れか一つからなっていてもよい。換言すると、上記（Ｃ４）の条件は、以下の（Ｃ４−１）~（Ｃ４−６）に記載した条件のうちの「任意の組み合わせからなる条件」の総てが成立した場合に、成立するように設定され得る。
（Ｃ４−１）上流側触媒４３の酸素吸蔵量が第１閾値酸素吸蔵量以下ではない。即ち、上流側触媒４３の酸素吸蔵量が第１閾値酸素吸蔵量よりも大きい場合。この場合、上流側触媒４３の水素を酸化する能力が第１所定能力よりも大きいと判定することができる。
　なお、上流側触媒４３の酸素吸蔵量は周知の手法により別途取得される。例えば、上流側触媒４３の酸素吸蔵量ＯＳＡは、上流側触媒４３に流入する過剰な酸素の量に対応する量を順次加算するとともに、上流側触媒４３に流入する過剰な未燃成分の量に対応する量を順次減算することにより求められる。即ち、上流側空燃比ａｂｙｆｓと理論空燃比ｓｔｏｉｃｈとの差に基いて酸素の過不足量ΔＯ２（ΔＯ２＝ｋ・ｍｆｒ・（ａｂｙｆｓ−ｓｔｏｉｃｈ））を所定時間の経過毎に求め（ｋは大気中の酸素の比率であり０．２３、ｍｆｒはその所定時間に供給された燃料量）、その過不足量ΔＯ２を積算することにより酸素吸蔵量ＯＳＡが求められる（例えば、特開２００７−２３９７００号公報、特開２００３−３３６５３５号公報、及び、特開２００４−０３６４７５号公報等を参照。）。なお、このように求められる酸素吸蔵量ＯＳＡは、上流側触媒４３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘと「０」との値に規制される。
（Ｃ４−２）機関１０の始動後から機関１０に吸入される空気量の積算値（始動後積算空気量）が始動後閾値積算空気量以下ではない。即ち、始動後積算空気量が始動後閾値積算空気量よりも大きい場合。この条件は次の理由に基いて設けられている。即ち、始動後積算空気量が始動後閾値積算空気量以下であると、機関１０の始動後において上流側触媒４３を活性化させるのに十分な量の排ガスが上流側触媒４３に流入していないから、上流側触媒４３の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であると判定することができる。
（Ｃ４−３）スロットル弁３４が全閉状態となっている時間（スロットル弁開度ＴＡが「０」である状態が継続している時間）が閾値アイドル時間以上ではない。即ち、スロットル弁３４が全閉状態となっている時間が閾値アイドル時間未満である場合。スロットル弁３４が全閉状態となっている時間が閾値アイドル時間以上となると、排気温度が低く且つ排ガス流量も少ない「スロットル弁全閉状態」が長時間継続していることになるので、上流側触媒４３の温度が低下し、よって、上流側触媒４３の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であると判定することができる。
（Ｃ４−４）スロットル弁３４が全閉以外の状態となってからの経過時間（即ち、スロットル弁開度ＴＡが「０」から「０」でなくなった時点からの経過時間であるアイドルオフ時間）が閾値アイドルオフ時間以下ではない。即ち、アイドルオフ時間が閾値アイドルオフ時間よりも大きい場合。アイドルオフ時間が閾値アイドルオフ時間以下であると、スロットル弁全閉時において低下した上流側触媒４３の温度が十分な温度に到達（回復）しておらず、よって、上流側触媒４３の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であると判定することができる。
（Ｃ４−５）上流側触媒４３が活性状態であると判定されている。上流側触媒４３が不活性であると、上流側触媒４３の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であると判定することができる。なお、この（Ｃ４−５）の条件が成立しているか否かは、例えば、機関１０の運転状態から排気温度を推定し、その推定排気温度と排ガス量等とから触媒温度を推定するとともに同推定された触媒温度が所定の閾値活性温度以上であるか否かを判定することにより、判定することができる。
（Ｃ４−６）上流側触媒４３が異常状態であると判定されていない（正常状態であると判定されている）。上流側触媒４３が異常状態であると判定されている場合、上流側触媒４３の水素を酸化する能力は第１所定能力以下であると明らかに判定することができる。なお、上流側触媒４３が異常であるか否かの判定も周知の方法による。例えば、機関の始動後、十分な時間が経過したにも関わらず、下流側空燃比センサの出力値Ｖｏｘｓが一度も反転しない場合、上流側触媒４３が異常であると判定される。或いは、上流側触媒４３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが閾値以下である場合、上流側触媒４３は異常であると判定される。
　上流側触媒４３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘは、例えば、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒを理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定し、下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値になったとき（リッチ反転時点）、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒを理論空燃比よりもリーン側の空燃比に設定し、そのリッチ反転時点から下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓが理論空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値になる時点（リーン反転時点）までの期間に上流側触媒４３に流入する酸素量を積算することにより求められ得る。
（Ｃ５）上流側触媒４３の水素を酸化する能力が第２所定能力以上ではない。即ち、上流側触媒４３の水素を酸化する能力が第２所定能力未満である場合。この第２所定能力は、前記第１所定能力よりも大きい能力である。
　この条件（Ｃ５）を設ける理由は次の通りである。
　上流側触媒４３の水素を酸化する能力が第２所定能力以上である期間においては、上流側触媒４３から流出する排ガスの空燃比の平均値が、「空燃比フィードバック制御によって過剰に補正された真の空燃比」に応じた値を示さない可能性がある。例えば、フューエルカット直後の場合、上流側触媒４３の酸素吸蔵量は非常に大きいので、上流側触媒４３の下流における排ガスの空燃比は、「空燃比フィードバック制御によって過剰に補正された真の空燃比」に応じた値を示さない。換言すると、上流側触媒４３の水素の酸化能力が「第１所定能力と第２所定能力との間」であるときに、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の程度を精度良く表す値となる。
　上記（Ｃ５）の条件は、以下の（Ｃ５−１）~（Ｃ５−４）に記載した条件のうちの少なくとも何れか一つからなっていてもよい。換言すると、上記（Ｃ５）の条件は、以下の（Ｃ５−１）~（Ｃ５−４）に記載した条件のうちの「任意の組み合わせからなる条件」の総てが成立した場合に、成立するように設定され得る。
（Ｃ５−１）上流側触媒４３の酸素吸蔵量が第２閾値酸素吸蔵量以上ではない。即ち、上流側触媒４３の酸素吸蔵量が第２閾値酸素吸蔵量未満である。上流側触媒４３の酸素吸蔵量が第２閾値酸素吸蔵量以上であるとき、上流側触媒４３の水素を酸化する能力が第２所定能力以上であると判定することができる。なお、第２閾値酸素吸蔵量は、前記第１閾値酸素吸蔵量よりも大きい。
（Ｃ５−２）機関１０の運転状態がフューエルカット運転状態を終了した時点（フューエルカット終了時点）からの機関１０に吸入される空気量の積算値（フューエルカット終了後積算空気量）が閾値フューエルカット終了後積算空気量以下ではない。即ち、フューエルカット終了後積算空気量が閾値フューエルカット終了後積算空気量よりも大きい場合。
（Ｃ５−３）フューエルカット終了時点からの経過時間が閾値フューエルカット終了後経過時間以下ではない。即ち、フューエルカット終了時点からの経過時間が閾値フューエルカット終了後経過時間よりも大きい場合。
（Ｃ５−４）フューエルカット終了時点からの「下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓの反転回数」が、閾値反転回数以下ではない。即ち、フューエルカット終了時点からの「下流側空燃比センサの出力値Ｖｏｘｓの反転回数」が、閾値反転回数よりも大きい場合。ここで、「下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓの反転回数」とは、下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓが理論空燃比に相当する値を横切る回数のことである。
　上記（Ｃ５−２）~（Ｃ５−４）のそれぞれが不成立である場合には、フューエルカット運転状態（燃料供給停止運転）中に上流側触媒４３に貯えられた酸素の量が依然として過多であるので、上流側触媒４３の水素を酸化する能力が第２所定能力以上であると判定することができる。
　なお、フューエルカット運転（燃料噴射停止制御）は、以下のフューエルカット開始条件が成立したときに開始され、以下のフューエルカット復帰（終了）条件が成立したときに終了する。
・フューエルカット開始条件
　スロットル弁開度ＴＡが「０」（又はアクセルペダル操作量Ａｃｃｐが「０」）であり、且つ、機関回転速度ＮＥがフューエルカット開始回転速度ＮＥＦＣｔｈ以上であるとき。
・フューエルカット復帰条件
　フューエルカット運転中であって且つスロットル弁開度ＴＡ（又はアクセルペダル操作量Ａｃｃｐ）が「０」よりも大きくなったとき、又は、
　フューエルカット運転中であって且つ機関回転速度ＮＥがフューエルカット開始回転速度ＮＥＦＣｔｈよりも小さいフューエルカット復帰回転速度ＮＥＲＴｔｈ以下となったとき。
（Ｃ６）機関１０から排出される排ガスの流量が閾値排ガス流量以上ではない。即ち、機関１０から排出される排ガスの流量が閾値排ガス流量未満である。
　この条件（Ｃ６）を設ける理由は次の通りである。
　機関１０から排出される排ガスの流量が閾値排ガス流量以上であると、上流側触媒４３に流入する水素の量が上流側触媒４３の水素酸化能力を超え、水素が上流側触媒４３の下流に流出する場合がある。従って、下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓが水素の選択的拡散の影響を受ける可能性が高い。或いは、触媒の下流のガスの空燃比が「機関全体に供給される混合気の空燃比の真の平均値」に一致しなくなる。その結果、空燃比気筒間インバランスが発生している場合であっても、下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓが「上流側空燃比センサ５５の出力値Ｖａｂｙｆｓを用いた空燃比フィードバック制御によって過剰に補正された真の空燃比」に応じた値を示さない可能性が高い。従って、このような状態において空燃比気筒間インバランス判定を実行すると、その判定を誤る可能性が高い。
　上記（Ｃ６）の条件は、以下の（Ｃ６−１）~（Ｃ６−２）に記載した条件のうちの少なくとも何れか一つからなっていてもよい。換言すると、上記（Ｃ６）の条件は、以下の（Ｃ６−１）~（Ｃ６−２）に記載した条件のうちの「任意の組み合わせからなる条件」の総てが成立した場合に、成立するように設定され得る。
（Ｃ６−１）機関１０の負荷（負荷率ＫＬ、スロットル弁開度ＴＡ及びアクセルペダル操作量Ａｃｃｐ等）が閾値負荷以上ではない。即ち、機関１０の負荷が閾値負荷未満である。
（Ｃ６−２）機関１０の単位時間あたりの吸入空気量が閾値吸入空気量以上ではない。即ち、機関１０の単位時間あたりの吸入空気量（例えば、エアフローメータ５１により計測された吸入空気量Ｇａ）が閾値吸入空気量未満である。
　いま、上述した異常判定の前提条件が成立していると仮定する。この場合、ＣＰＵはステップ１３０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１３１０に進んで上述した「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（上記Ｂ１~Ｂ３を参照。）。そして、「サブフィードバック制御条件が成立している」とき、ＣＰＵは以下に述べるステップ１３１５以降の処理を実行する。ステップ１３１５以降の処理は、異常判定（空燃比気筒間インバランス判定）のための処理の一部である。従って、サブフィードバック制御条件は、「異常判定の前提条件」の一つと言うこともできる。更に、サブフィードバック制御条件は、メインフィードバック制御条件が成立しているときに成立する。従って、メインフィードバック制御条件も、「異常判定の前提条件」の一つと言うことができる。
　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、ＣＰＵは以下に述べるステップ１３１５乃至ステップ１３６０のうちの所定のステップの処理を実行する。
　ステップ１３１５：ＣＰＵ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。ＣＰＵは、現時点がサブＦＢ学習値更新直後の時点であれば、ステップ１３２０に進む。ＣＰＵは、現時点がサブＦＢ学習値更新直後の時点でなければ、ステップ１３９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
　ステップ１３２０：ＣＰＵ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１３２５：ＣＰＵは図１２のルーチンにより算出されているサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇを読み込む。
　ステップ１３３０：ＣＰＵは、サブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇの積算値ＳＶａｆｓｆｂｇを更新する。即ち、ＣＰＵは「その時点の積算値ＳＶａｆｓｆｂｇ」に「ステップ１３２５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、イグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置に切り換えられた際に実行される図示しないイニシャルルーチンにより「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１３６０の処理によっても「０」に設定される。このステップ１３６０は、異常判定（空燃比気筒間インバランス判定、ステップ１３４５~ステップ１３５５）が実行されたときに実行される。従って、積算値ＳＶａｆｓｆｂｇは、「機関の始動後又は直前の異常判定実行後」において、「異常判定の前提条件が成立している場合」であって、且つ、「サブフィードバック制御条件が成立している場合」、におけるサブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇの積算値となる。
　ステップ１３３５：ＣＰＵ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。ＣＰＵ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１３３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。これに対し、ＣＰＵ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１３３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３４０に進む。
　ステップ１３４０：ＣＰＵ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を求める。このサブＦＢ学習値平均値Ａｖｅｓｆｂｇは、前述したように、上流側触媒４３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４３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インバランス判定用パラメータである。
　ステップ１３４５：ＣＰＵは、サブＦＢ学習値平均値Ａｖｅｓｆｂｇが異常判定閾値Ａｔｈ以上であるか否かを判定する。前述したように、気筒間における空燃比の不均一性が過大となって「空燃比気筒間インバランス」が生じている場合、サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂは機関１０に供給される混合気の空燃比を大きくリッチ側に補正する値になろうとするから、それに伴って、サブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇの平均値であるサブＦＢ学習値平均値Ａｖｅｓｆｂｇも「機関１０に供給される混合気の空燃比を大きくリッチ側に補正する値（閾値Ａｔｈ以上の値）」となる。
　従って、ＣＰＵは、サブＦＢ学習値平均値Ａｖｅｓｆｂｇが異常判定閾値Ａｔｈ以上である場合、ステップ１３４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３５０に進み、異常発生フラグＸＩＪＯの値を「１」に設定する。つまり、異常発生フラグＸＩＪＯの値が「１」であることは、空燃比気筒間インバランスが生じていることを示す。なお、この異常発生フラグＸＩＪＯの値はバックアップＲＡＭに格納される。また、異常発生フラグＸＩＪＯの値が「１」に設定されたとき、ＣＰＵは図示しない警告ランプを点灯してもよい。
　これに対し、サブＦＢ学習値平均値Ａｖｅｓｆｂｇが異常判定閾値Ａｔｈよりも小さい場合、ＣＰＵはステップ１３４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３５５に進む。そして、ＣＰＵは、ステップ１３５５にて、「空燃比気筒間インバランス」が生じていないことを示すように、異常発生フラグＸＩＪＯの値を「０」に設定する。
　ステップ１３６０：ＣＰＵは、ステップ１３５０及びステップ１３５５の何れかからステップ１３６０に進み、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、ＣＰＵは、ステップ１３０５の処理を実行したとき、異常判定の前提条件が成立していなければ、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。更に、ＣＰＵは、ステップ１３１０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１３９５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、本発明の一実施形態に係る判定装置によれば、種々の判定禁止条件が成立したときに空燃比気筒間インバランス判定を実行しないので、空燃比気筒間インバランスが発生したか否かを精度良く判定することができる。なお、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、上流側触媒４３は、少なくとも水素を酸化することができる触媒（例えば、酸化触媒）であればよく、下流側空燃比センサ５６を覆うように設けられた触媒要素であってもよい。また、この触媒は、所謂「触媒機能」により水素を酸化するものに限られず、排ガスを再加熱するとともに二次空気を供給することによって水素を酸化する装置をも含んでもよい。
　加えて、上記判定装置においては、サブＦＢ学習値平均値Ａｖｅｓｆｂｇをインバランス判定用パラメータとして取得していがら、上記異常判定前提条件が成立したときの「サブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇそのもも、又は、サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂの平均値」をインバランス判定用パラメータとして取得してもよい。
　更に、上記判定装置は、以下のように表現される装置であると言うこともできる。
「多気筒内燃機関１０（燃料噴射信号に応答して燃料を供給する燃料噴射弁をそれぞれの気筒（それぞれの気筒に対するインテークマニホールド、或いは、燃焼室）に対して備えた多気筒内燃機関）に適用される空燃比気筒間インバランス判定装置であって、
　機関１０から排出される排ガスに含まれる成分のうちの少なくとも水素を酸化する触媒（上流側触媒４３）と、
　触媒（上流側触媒４３）を通過する前の排ガスが接触する拡散抵抗層５５ｄと、同拡散抵抗層５５ｄに覆われ且つ同拡散抵抗層５５ｄを通過して到達した排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する空燃比検出素子（固体電解質層５５ａ）と、を有する上流側空燃比センサ５５と、
　触媒（上流側触媒４３）を通過した後の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５６と、
　上流側空燃比センサ５５の出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比ａｂｙｆｓが所定の上流側目標空燃比ａｂｙｆｒに一致するように前記機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段（図１０~図１２）と、
　前記フィードバック制御が実行されているときの前記下流側空燃比センサの出力値に基づいて「前記触媒を通過する前の排ガスに含まれる水素の量と前記触媒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インバランス判定用パラメータ（サブＦＢ学習値平均値Ａｖｅｓｆｂｇ）を取得するインバランス判定用パラメータ取得手段（ステップ１３２０~ステップ１３４０等を参照。）と、
　前記取得されたインバランス判定用パラメータ（サブＦＢ学習値平均値Ａｖｅｓｆｂｇ）が異常判定閾値（Ａｔｈ）よりも大きいとき「前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比である気筒別空燃比」の間に不均衡が生じていると判定する空燃比気筒間インバランス判定手段（ステップ１３４５等を参照。）と、
　所定の判定禁止条件が成立するか否かを判定するとともに同判定禁止条件が成立したとき前記空燃比気筒間インバランス判定手段による判定を禁止する判定禁止手段（ステップ１３０５及びステップ１３１０等を参照。）と、
　を備えた多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置。」
　そして、前記空燃比フィードバック制御手段は、
　上流側空燃比センサ５５の出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比ａｂｙｆｓが前記上流側目標空燃比ａｂｙｆｒである理論空燃比ｓｔｏｉｃｈに一致するように機関１０に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するためのメインフィードバック量を算出するメインフィードバック量算出手段（図１１を参照。）と、
　下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓにより表される空燃比が理論空燃比に一致するように機関１０に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するためのサブフィードバック量を算出するサブフィードバック量算出手段（図１２を参照。）と、
　前記メインフィードバック量と前記サブフィードバック量とに基づいて前記機関に供給される混合気に含まれる燃料の量を制御する燃料量制御手段（図１０の特にステップ１０３０を参照。）と、
　を含み、
　前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
　前記サブフィードバック量に基づいて前記インバランス判定用パラメータを算出するように構成されている（図１２及び図１３のステップ１３２０~ステップ１３４０等を参照。）。
　更に、前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
　前記サブフィードバック量の定常成分（即ち、サブＦＢ学習値Ｖａｆｓｆｂｇの基礎となる値である「サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂの積分項Ｋｉ・ＳＤＶｏｘｓ」）に応じた値（サブＦＢ学習値平均値Ａｖｅｓｆｂｇ）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ている（図１２及び図１３のステップ１３２０~ステップ１３４０等を参照。）。
　加えて、前記サブフィードバック量算出手段は、
　前記サブフィードバック量に含まれる定常成分（積分項Ｋｉ・ＳＤＶｏｘｓ）に応じた値に基づいて前記サブフィードバック量の学習値を更新する学習を行う（ステップ１２４０等を参照。）とともに、前記サブフィードバック量を前記更新した学習値に応じて補正する（ステップ１２４５、ステップ１２４５及びステップ１２５０等を参照。）ように構成された学習手段を含み、
　前記燃料量制御手段は、
　前記メインフィードバック量及び前記サブフィードバック量に加えて前記サブフィードバック量の学習値にも基づいて前記機関に供給される混合気に含まれる燃料の量を制御するように構成され（ステップ１１１０等を参照。）、
　前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
　前記サブフィードバック量の学習値に基づいて前記インバランス判定用パラメータを算出するように構成されている（図１２及び図１３のステップ１３２０~ステップ１３４０等を参照。）。
　更に、上記判定装置のサブフィードバック制御は、下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓが下流側目標値Ｖｏｘｓｒｅｆに一致するように、上流側空燃比センサ５５によって検出される空燃比ａｂｙｆｓを見かけ上補正するような態様であった（上記（２）式を参照。）。これに対し、サブフィードバック制御は、特開平６−０１０７３８号公報に開示されているように、上流側空燃比センサ５５の出力値に基づいて作成される空燃比補正係数を下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓを比例積分して求めたサブフィードバック量に基づいて変更する態様であってもよい。
　また、上記判定装置（空燃比制御装置）は、特開２００７−７７８６９号公報、特開２００７−１４６６６１号公報及び特開２００７−１６２５６５号公報等に開示されているように、上流側空燃比センサ５５の出力値Ｖａｂｙｆｓに基づいて得られる上流側空燃比ａｂｙｆｓと上流側目標空燃比ａｂｙｆｒとの差をハイパスフィルタ処理してメインフィードバック量ＫＦｍａｉｎを算出するとともに、下流側空燃比センサ５６の出力値Ｖｏｘｓと下流側目標値Ｖｏｘｓｒｅｆとの偏差に対してローパスフィルタ処理を施した値を比例積分処理することによりサブフィートバック量Ｆｉｓｕｂを求めるように構成されていてもよい。この場合、下記（１４）式に示したように、それらのフィードバック量を互いに独立させた形態にて基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅの補正に用い、それにより、最終燃料噴射量Ｆｉを求めるように構成されていても良い。
　Ｆｉ＝ＫＦｍａｉｎ・Ｆｂａｓｅ＋Ｆｉｓｕｂ　　…（１４）
　加えて、図１３のルーチンにおいて、ＣＰＵは、ステップ１３０５にて「Ｎｏ」と判定するとステップ１３９５に直接進んでいたが、ステップ１３０５にて「Ｎｏ」と判定したときにステップ１３６０に進んでもよい。これによれば、インバランス判定用パラメータであるサブＦＢ学習値平均値Ａｖｅｓｆｂｇが取得されるまでに、一度でも異常判定前提条件が不成立となると（判定禁止条件が成立すると）、それまでのデータが破棄される。また、上流側触媒４３が異常であるか否かを判定するための空燃比アクティブ制御を実行しているとき、上記判定禁止条件が成立するとみなして、上記空燃比気筒間インバランスの実行を禁止してもよい。この空燃比アクティブ制御は、上述した最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘを取得する際と同様、上流側目標空燃比ａｂｙｆｓを「理論空燃比よりもΔＡＦだけリッチ側の空燃比」と「理論空燃比よりもΔＡＦだけリーン側の空燃比」とに時間的に交互に変更する制御である。

Claims

複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用される空燃比気筒間インバランス判定装置であって、
　前記機関から排出される排ガスに含まれる成分のうちの少なくとも水素を酸化する触媒と、
　前記触媒を通過する前の排ガスが接触する拡散抵抗層と、同拡散抵抗層に覆われ且つ同拡散抵抗層を通過して到達した排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する空燃比検出素子と、を有する上流側空燃比センサと、
　前記触媒を通過した後の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と、
　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所定の上流側目標空燃比に一致するように前記機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御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ときの前記下流側空燃比センサの出力値に基づいて前記触媒を通過する前の排ガスに含まれる水素の量と前記触媒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インバランス判定用パラメータを取得するインバランス判定用パラメータ取得手段と、
　前記取得されたインバランス判定用パラメータが異常判定閾値よりも大きいとき前記複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比である気筒別空燃比の間に不均衡が生じていると判定する空燃比気筒間インバランス判定手段と、
　所定の判定禁止条件が成立するか否かを判定するとともに同判定禁止条件が成立したとき前記空燃比気筒間インバランス判定手段による判定を禁止する判定禁止手段と、
　を備えた多気筒内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲１に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記判定禁止手段により判定される前記判定禁止条件は、前記機関の運転状態が前記機関から排出される排ガスに含まれる酸素の量が閾値酸素量以上となるような運転状態であること、であるように定められた空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲２に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記判定禁止手段は、
　前記機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比に設定されている場合に、前記機関の運転状態が前記機関から排出される排ガスに含まれる酸素の量が前記閾値酸素量以上となるような運転状態である、と判定するように構成された空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲１に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記判定禁止手段により判定される前記判定禁止条件は、前記機関の運転状態が前記機関から排出される排ガスに含まれる水素の量が閾値水素量以上となるような運転状態であること、であるように定められた空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲４に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記判定禁止手段は、
　前記機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されている場合に、前記機関の運転状態が前記機関から排出される排ガスに含まれる水素の量が前記閾値水素量以上となるような運転状態であると判定するように構成された空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲４に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記判定禁止手段は、
　前記機関の始動後からの経過時間が閾値始動後経過時間以下である場合、
　前記機関の冷却水温が閾値冷却水温以下である場合、及び、
　前記機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されている状態から理論空燃比に設定された状態へと変更された時点からの経過時間が所定時間以下である場合、及び
　前記機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定されている状態から理論空燃比に設定された状態へと変更された時点からの前記機関に吸入される空気量の積算値が増量停止後閾値積算空気量以下である場合、
　のうちの少なくとも一つの場合が成立しているとき、前記機関の運転状態が前記機関から排出される排ガスに含まれる水素の量が前記閾値水素量以上となるような運転状態であると判定するように構成された空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲１に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記判定禁止手段により判定される前記判定禁止条件は、前記触媒の水素を酸化する能力が第１所定能力以下であること、であるように定められた空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲７に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記判定禁止手段は、
　前記触媒の酸素吸蔵量が第１閾値酸素吸蔵量以下である場合、
　前記機関の始動後から同機関に吸入される空気量の積算値が始動後閾値積算空気量以下である場合、
　前記機関のスロットル弁が全閉状態となっている時間が閾値アイドル時間以上である場合、
　前記機関のスロットル弁が全閉以外の状態となってからの経過時間が閾値アイドルオフ時間以下である場合、
　前記触媒が活性状態でないと判定されている場合、及び、
　前記触媒が異常状態であると判定されている場合、
　のうちの少なくとも一つの場合が成立しているとき、前記触媒の水素を酸化する能力が前記第１所定能力以下であると判定するように構成された空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲１に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記判定禁止手段により判定される前記判定禁止条件は、前記触媒の水素を酸化する能力が第２所定能力以上であること、であるように定められた空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲９に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記判定禁止手段は、
　前記触媒の酸素吸蔵量が第２閾値酸素吸蔵量以上である場合、
　前記機関の運転状態がフューエルカット運転状態を終了した状態となった時点からの前記機関に吸入される空気量の積算値が閾値フューエルカット終了後積算空気量以下である場合、
　前記機関の運転状態がフューエルカット運転状態を終了した状態となった時点からの経過時間が閾値フューエルカット終了後経過時間以下である場合、及び、
　前記機関の運転状態がフューエルカット運転状態を終了した状態となった時点からの前記下流側空燃比センサの出力値が理論空燃比に相当する値を横切る回数である反転回数が閾値反転回数以下である場合、
　のうちの少なくとも一つの場合が成立しているとき、前記触媒の水素を酸化する能力が前記第２所定能力以上であると判定するように構成された空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲１に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記判定禁止手段において判定される前記判定禁止条件は、前記機関から排出される排ガスの流量が閾値排ガス流量以上であること、であるように定められた空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲１１に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記判定禁止手段は、
　前記機関の負荷が閾値負荷以上である場合、及び、
　前記機関の単位時間あたりの吸入空気量が閾値吸入空気量以上である場合、
　のうちの少なくとも一つの場合が成立しているとき、前記機関から排出される排ガスの流量が前記閾値排ガス流量以上であると判定するように構成された空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲１乃至請求の範囲１２の何れか一項に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記触媒は、前記機関の排気通路であって前記複数の気筒の排気集合部よりも下流側の位置に配設され、
　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よりも下流側且つ前記触媒よりも上流側の位置に配設され、
　前記下流側空燃比センサは、前記排気通路であって前記触媒よりも下流側の位置に配設され、
　ていることを特徴とする空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲１３に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記空燃比フィードバック制御手段は、
　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前記上流側目標空燃比である理論空燃比に一致するように前記機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するためのメインフィードバック量を算出するメインフィードバック量算出手段と、
　前記下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一致するように前記機関に供給される混合気の空燃比の空燃比をフィードバック制御するためのサブフィードバック量を算出するサブフィードバック量算出手段と、
　前記メインフィードバック量と前記サブフィードバック量とに基づいて前記機関に供給される混合気に含まれる燃料の量を制御する燃料量制御手段と、
　を含み、
　前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
　前記サブフィードバック量に基づいて前記インバランス判定用パラメータを算出するように構成された空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲１４に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
　前記サブフィードバック量の定常成分に応じた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空燃比気筒間インバランス判定装置。
請求の範囲１３に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
　前記サブフィードバック量算出手段は、
　前記サブフィードバック量に含まれる定常成分に応じた値に基づいて前記サブフィードバック量の学習値を更新する学習を行うとともに、前記サブフィートバック量を前記更新した学習値に応じて補正する学習手段を含み、
　前記燃料量制御手段は、
　前記メインフィードバック量及び前記サブフィードバック量に加えて前記サブフィードバック量の学習値にも基づいて前記機関に供給される混合気に含まれる燃料の量を制御するように構成され、
　前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
　前記サブフィードバック量の学習値に基づいて前記インバランス判定用パラメータを算出するように構成された空燃比気筒間インバランス判定装置。