(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設置され、前記排気通路中を流れる排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出可能な硫黄濃度センサであって、
酸素イオン伝導性を有する固体電解質からなる基板と、
前記基板の前記排気ガスと接する側の面である第１基板面上に配置された第１排気側電極と、
前記第１基板面上に配置され、前記第１排気側電極の硫黄吸着性能とは異なる硫黄吸着性能を有する第２排気側電極と、
前記基板の大気と接する側の面である第２基板面上に配置された大気側電極と、
前記第１排気側電極及び前記大気側電極間の第１電圧と、前記第２排気側電極及び前記大気側電極間の第２電圧と、の差に応じて、前記排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出する硫黄濃度検出手段と、
を備えることを特徴とする硫黄濃度センサ。
【請求項２】
当該硫黄濃度センサを加熱可能な加熱手段と、
前記エンジンに係る空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記硫黄濃度検出手段により前記排気ガスに含まれる硫黄の濃度が検出される際に、前記検出された空燃比に応じて、当該硫黄濃度センサを加熱するように前記加熱手段を制御する制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の硫黄濃度センサ。
【請求項３】
前記硫黄濃度検出手段により前記排気ガスに含まれる硫黄の濃度が検出される際に、前記排気ガスの時間平均値若しくは積算値、又は、前記エンジンに係る空燃比の時間平均値若しくは積算値、を算出する算出手段と、
前記算出された前記排気ガスの時間平均値若しくは積算値、又は、前記エンジンに係る空燃比の時間平均値若しくは積算値に応じて前記検出された硫黄の濃度を補正する補正手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の硫黄濃度センサ。
【請求項４】
前記硫黄濃度検出手段は、前記第１電圧と前記第２電圧との間に差が生じてから、前記差が解消されるまでの期間における、前記差の積算値に基づいて、前記前記排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の硫黄濃度センサ。
【請求項５】
前記硫黄濃度検出手段は、前記第１電圧と前記第２電圧との間に差が生じてから、所定時間経過後の前記差に基づいて、前記前記排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の硫黄濃度センサ。
【請求項６】
前記第１排気側電極上に積層された第１コーティング層と、
前記第２排気側電極上に積層された第２コーティング層と、
を更に備え、
前記第１コーティング層は、前記第２コーティング層に比べて、（ｉ）気孔率が低い、（ｉｉ）厚い、又は（ｉｉｉ）気孔率が低く且つ厚い、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の硫黄濃度センサ。
【請求項７】
前記第１排気側電極及び前記第２排気側電極は、白金族元素のみにより構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の硫黄濃度センサ。
【請求項８】
前記第１排気側電極は、パラジウムからなり、
前記第２排気側電極は、プラチナからなり、
前記第２電圧に基づいて、前記排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出する酸素濃度検出手段を更に備える
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の硫黄濃度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車に搭載されたエンジンから排出される排気ガス等に含まれる硫黄酸化物（Ｓｕｌｆｕｒ  Ｏｘｉｄｅ：ＳＯｘ）を検出する硫黄濃度センサの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のセンサとして、例えば、酸化物イオン導電性を有する固体電解質と、該固体電解質の表面の一部に形成された硫酸塩層と、該硫酸塩層と電気的に接する電極と、固体電解質と電気的に接する電極と、を備えるＳＯｘセンサが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
或いは、酸素イオン伝導性を有する固体電解質基体の表面に電気的に接続された（ｉ）白金を含む基準極、及び（ｉｉ）金又は金合金とガラス成分とを併用した検知極を備える二酸化硫黄ガスセンサが提案されている。ここでは特に、基準極と検知極との間に一定電流を流したときの起電力変化、或いは、基準極と検知極との間の電圧を一定に保持したときの検知極の電流値を測定することにより二酸化硫黄を定量することが記載されている。また、酸素濃度測定用の電極を設けることにより、二酸化硫黄に含まれる酸素の影響を除外することが記載されている（特許文献２参照）。
【０００４】
或いは、排気ガス中の硫黄を捕獲し硫酸塩に変化する検出用金属化合物の物性と、硫酸塩からなる参照用金属化合物の物性との差異から、排気ガス中の硫黄成分を検出する硫黄濃度検出装置が提案されている。ここでは特に、硫黄濃度検出装置が、検出用金属化合物から硫黄を放出させて該検出用金属化合物を再生させるヒータを備えることが記載されている（特許文献３参照）。
【０００５】
或いは、酸素イオンが移動可能な固体電解質材料で形成された基板の硫黄含有ガスと接する一面側に形成された作用極と、該基板の酸素含有ガスと接触する多面側に形成された対極と、該作用極及び該対極を電気的に接続するワイヤからなる外部回路と、を備える硫黄検出センサが提案されている。ここでは特に、銀からなる作用極において、該作用極を形成する銀と、ガス流中の硫黄成分及び基板内を移動する酸素イオンと、が反応して硫酸銀が形成されると、作用極の電気抵抗値が変化するので、電気抵抗値の今回測定値と前回測定値との差からガス流中の硫黄成分の積算量を測定することが記載されている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２３９７０６号公報
【特許文献２】特開平１１−２２３６１７号公報
【特許文献３】特開２００９−０１９９６６号公報
【特許文献４】特開２００３−１３０８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した背景技術では、例えば、ＳＯｘ検出に用いられている硫酸塩層の高温環境下における熱劣化の影響が比較的大きく、リッチ雰囲気下において還元反応が生じる可能性がある。すると、硫黄（濃度）の検出機能が低下する可能性があるという技術的問題点がある。
【０００８】
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、硫黄濃度を適切に検知可能な硫黄濃度センサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の硫黄濃度センサは、上記課題を解決するために、エンジンの排気通路に設置され、前記排気通路中を流れる排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出可能な硫黄濃度センサであって、酸素イオン伝導性を有する固体電解質からなる基板と、前記基板の前記排気ガスと接する側の面である第１基板面上に配置された第１排気側電極と、前記第１基板面上に配置され、前記第１排気側電極の硫黄吸着性能とは異なる硫黄吸着性能を有する第２排気側電極と、前記基板の大気と接する側の面である第２基板面上に配置された大気側電極と、前記第１排気側電極及び前記大気側電極間の第１電圧と、前記第２排気側電極及び前記大気側電極間の第２電圧と、の差に応じて、前記排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出する硫黄濃度検出手段と、を備える。
【００１０】
本発明の硫黄濃度センサによれば、当該硫黄濃度センサは、エンジンの排気通路に設置されている。当該硫黄濃度センサにより検出された排気ガスに含まれる硫黄濃度に応じて、例えばガソリン等の燃料中に含まれる硫黄成分による触媒被毒やエンジン部品の劣化等を評価することが可能である。
【００１１】
当該硫黄濃度センサは、固体電解質からなる基板と、該基板の排気ガスと接する側の面である第１基板面上に配置された第１排気側電極及び第２排気側電極と、該基板の大気と接する側の面である第２基板面上に配置された大気側電極と、を備える。ここで、第１排気側電極及び第２排気側電極は、第１排気側電極の硫黄吸着性能と、第２排気側電極の硫黄吸着性能とが互いに異なるように構成されている。
【００１２】
例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる硫黄濃度検出手段は、第１排気側電極及び大気側電極間の電圧である第１電圧と、第２排気側電極及び大気側電極間の電圧である第２電極と、の差（即ち、酸素分圧差に相当）に応じて、排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出する。
【００１３】
上述の如く、本発明では特に、第１排気側電極の硫黄吸着性能と、第２排気側電極の硫黄吸着性能とが互いに異なっている。すると、第１排気側電極及び第２排気側電極のうち、硫黄吸着性能が高い排気側電極と大気側電極との間の電圧（即ち、第１電圧及び第２電圧の一方）は、排気ガスに含まれる硫黄濃度の変化に対して、比較的良好な応答性を示すこととなる。他方で、第１排気側電極及び第２排気側電極のうち、硫黄吸着性能が低い排気側電極と大気側電極との間の電圧（即ち、第１電圧及び第２電圧の他方）は、排気ガスに含まれる硫黄濃度の変化に対して所定の応答遅れを生じるが、該所定の応答遅れは、硫黄濃度に変化に比例することが本願発明者の研究により判明している。
【００１４】
このため、第１電圧及び第２電圧間の差を用いれば、硫黄濃度を適切に検出することができる。加えて、第１排気側電極及び第２排気側電極のいずれにも、硫酸塩層を用いる必要がないため、例えばリッチ雰囲気下においても、適切に、硫黄濃度を検出することができ、実用上非常に有利である。
【００１５】
本発明の硫黄濃度センサの一態様では、当該硫黄濃度センサを加熱可能な加熱手段と、前記エンジンに係る空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記硫黄濃度検出手段により前記排気ガスに含まれる硫黄の濃度が検出される際に、前記検出された空燃比に応じて、当該硫黄濃度センサを加熱するように前記加熱手段を制御する制御手段と、を更に備える。
【００１６】
この態様によれば、当該硫黄濃度センサは、当該硫黄濃度センサを加熱可能な、例えばヒータ等である加熱手段と、エンジンに係る空燃比を検出する、例えば空燃比センサ等である空燃比検出手段と、を備える。
【００１７】
ここで、本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、空燃比がリッチであるかリーンであるかに応じて排気ガスの温度が変化することに起因して、当該硫黄濃度センサの温度が変化する。すると、当該硫黄濃度センサの第１排気側電極及び第２排気側電極各々に対する、例えばＳＯｘ等の吸着量が不安定となり、当該硫黄濃度センサによる硫黄濃度の検出結果が不適切になる可能性がある。
【００１８】
そこで、この態様では、例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる制御手段により、硫黄濃度検出手段により排気ガスに含まれる硫黄の濃度が検出される際に、検出された空燃比に応じて、当該硫黄濃度センサを加熱するように加熱手段が制御される。このため、第１排気側電極及び第２排気側電極各々に対する、例えばＳＯｘ等の吸着量が安定し、等体硫黄濃度センサによる硫黄濃度の検出結果の信頼性を向上させることができる。
【００１９】
本発明の硫黄濃度センサの他の態様では、前記硫黄濃度検出手段により前記排気ガスに含まれる硫黄の濃度が検出される際に、前記排気ガスの時間平均値若しくは積算値、又は、前記エンジンに係る空燃比の時間平均値若しくは積算値、を算出する算出手段と、前記算出された前記排気ガスの時間平均値若しくは積算値、又は、前記エンジンに係る空燃比の時間平均値若しくは積算値に応じて前記検出された硫黄の濃度を補正する補正手段と、を更に備える。
【００２０】
この態様によれば、例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる算出手段は、硫黄濃度検出手段により排気ガスに含まれる硫黄の濃度が検出される際に、排気ガスの時間平均値若しくは積算値、又は、エンジンに係る空燃比の時間平均値若しくは積算値を算出する。
【００２１】
例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる補正手段は、算出された排気ガスの時間平均値若しくは積算値、又は、エンジンに係る空燃比の時間平均値若しくは積算値に応じて検出された硫黄の濃度を補正する。
【００２２】
ここで、エンジンから排出される排気ガス中の雰囲気は、エンジンを使用するユーザ（例えば、自動車の運転者等）の意思により逐次変化することが、本願発明者の研究により判明している。
【００２３】
従って、補正手段により、上述の如く、排気ガスの時間平均値若しくは積算値、又は、エンジンに係る空燃比の時間平均値若しくは積算値に応じて検出された硫黄の濃度が補正されることにより、排気ガスに含まれる硫黄の濃度の検出精度を向上させることができる。具体的には例えば、補正手段は、排気ガスの時間平均値若しくは積算値が比較的大きければ、検出された硫黄の濃度を低濃度側に補正する。或いは、補正手段は、空燃比の時間平均値若しくは積算値が比較的大きければ、検出された硫黄の濃度を低濃度側に補正する。
【００２４】
本発明の硫黄濃度センサの他の態様では、前記硫黄濃度検出手段は、前記第１電圧と前記第２電圧との間に差が生じてから、前記差が解消されるまでの期間における、前記差の積算値に基づいて、前記前記排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出する。
【００２５】
この態様によれば、比較的容易にして排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出することができ、実用上非常に有利である。
【００２６】
或いは、本発明の硫黄濃度センサの他の態様では、前記硫黄濃度検出手段は、前記第１電圧と前記第２電圧との間に差が生じてから、所定時間経過後の前記差に基づいて、前記前記排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出する。
【００２７】
この態様によれば、比較的容易にして排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出することができ、実用上非常に有利である。
【００２８】
本発明の硫黄濃度センサの他の態様では、前記第１排気側電極上に積層された第１コーティング層と、前記第２排気側電極上に積層された第２コーティング層と、を更に備え、前記第１コーティング層は、前記第２コーティング層に比べて、（ｉ）気孔率が低い、（ｉｉ）厚い、又は（ｉｉｉ）気孔率が低く且つ厚い。
【００２９】
この態様によれば、比較的容易にして、第１排気側電極の硫黄吸着性能と、第２排気側電極の硫黄吸着性能とを互いに異ならしめることができる。
【００３０】
本発明の硫黄濃度センサの他の態様では、前記第１排気側電極及び前記第２排気側電極は、白金族元素のみにより構成されている。
【００３１】
この態様によれば、例えば金（Ａｕ）等の貴金属で構成された排気側電極や、硫酸塩層を有する排気側電極を備える硫黄濃度センサに比べて、還元性ガスが存在するリッチ雰囲気下における還元反応の低下を防止することができ、実用上非常に有利である。
【００３２】
本発明の硫黄濃度センサの他の態様では、前記第１排気側電極は、パラジウムからなり、前記第２排気側電極は、プラチナからなり、前記第２電圧に基づいて、前記排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出する酸素濃度検出手段を更に備える。
【００３３】
この態様によれば、硫黄濃度と酸素濃度とを同時に比較的精度良く検出することができ、実用上非常に有利である。
【００３４】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１実施形態に係るエンジンの概略構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態に係る硫黄濃度センサの構成を示す構成図である。
【図３】第１実施形態に係る硫黄濃度センサにおける排気側電極及び大気側電極間の電圧の時間変動の一例である。
【図４】２つのセルの起電力が一致するまでの時間と、２つのセルの出力差又は該出力差の積算値と、の関係の一例を示す概念図である。
【図５】第１実施形態の変形例に係る硫黄濃度センサの構成を示す構成図である。
【図６】第２実施形態に係る硫黄濃度センサの温度制御の一例を示すタイムチャートである。
【図７】第２実施形態に係るＥＣＵが実行する硫黄濃度検出処理を示すフローチャートである。
【図８】２つのセルの起電力が一致するまでの時間と、ガス量の平均値と、補正係数と、の関係を示すマップの一例である。
【図９】第２実施形態の第１変形例に係るＥＣＵが実行する硫黄濃度検出処理を示すフローチャートである。
【図１０】２つのセルの起電力が一致するまでの時間と、空燃比の平均値と、補正係数と、の関係を示すマップの一例である。
【図１１】第２実施形態の第２変形例に係るＥＣＵが実行する硫黄濃度検出処理を示すフローチャートである。
【図１２】空燃比の平均値と、硫黄濃度の空燃比補正係数と、の関係を示すマップの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の硫黄濃度センサに係る実施形態について、図面に基づいて説明する。尚、以降の図では、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。
【００３７】
＜第１実施形態＞
本発明の硫黄濃度センサに係る第１実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るエンジンの概略構成を示す概略図である。
【００３８】
図１において、エンジン１０は、エンジン本体（気筒群）１１と、該エンジン本体１１に接続された吸気通路１２及び排気通路１３と、該排気通路１３に配置された、例えば三元触媒等の触媒１４と、を備えて構成されている。
【００３９】
排気通路１３における触媒１４の上流側には空燃比センサ２３が配置されている。他方、排気通路１３における触媒１４の下流側には空燃比センサ２４が配置されている。ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２１は、空燃比センサ２３及び２４各々の出力に基づいて、エンジン１０を制御する。
【００４０】
硫黄濃度センサ１００は、排気通路１３における触媒１４の上流側に配置されたセンサ素子２２と、ＥＣＵ２１とを備えて構成されている。
【００４１】
次に、本実施形態に係る硫黄濃度センサ１００のセンサ素子２２について、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係る硫黄濃度センサの構成を示す構成図である。
【００４２】
図２において、センサ素子２２は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等の固体電解質からなる基板２２１と、該基板２２１の排気ガスと接する側の基板面２２１ａ上に配置された排気側電極２２２及び２２３と、該基板２２１の大気と接する側の基板面２２１ｂ上に配置された大気側電極２２４と、当該センサ素子２２を加熱可能なヒータ２２５と、を備えて構成されている。
【００４３】
ここで、排気側電極２２２は、例えばプラチナ（Ｐｔ）から構成されており、排気側電極２２３は、例えばパラジウム（Ｐｄ）から構成されている。大気側電極２２４は、例えばプラチナから構成されている。パラジウムのほうがプラチナに比べて、硫黄吸着性能が高いので、排気側電極２２３のほうが排気側電極２２２に比べて硫黄吸着性能が高い。
【００４４】
尚、排気側電極２２３は、Ｐｄに限らず、例えばＰｄ／Ｐｔ等のパラジウム合金により構成されていてもよいし、例えばＰｔ層の上にＰｄ層が積層された２層構造電極であってもよい。
【００４５】
ＥＣＵ２１は、排気側電極２２２及び大気側電極２２４間の電圧Ｖ１と、排気側電極２２３及び大気側電極２２４間の電圧Ｖ２と、の差に応じて、排気通路１３を流れる排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出する。
【００４６】
ここで、センサ素子２２の出力について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に係る硫黄濃度センサにおける排気側電極及び大気側電極間の電圧の時間変動の一例である。図３上段は、排気ガスに含まれるＳＯｘ濃度の時間変動であり、図３下段は、排気側電極２２２及び大気側電極２２４間の電圧Ｖ１（図中の“排気側Ｐｔ電極”）と、排気側電極２２３及び大気側電極２２４間の電圧Ｖ２（図中の“排気側Ｐｄ電極”）との時間変動である。
【００４７】
図３に示すように、時刻ｔ１においてＳＯｘ濃度が上昇すると、先ず、硫黄吸着性能の比較的高い排気側電極２２３及び大気側電極２２４間の電圧Ｖ２が変化する。その後、所定の時間遅れを伴って、硫黄吸着性能の比較的低い排気側電極２２２及び大気側電極２２４間の電圧Ｖ１が変化する。ここでは、時刻ｔ２において、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とが等しくなる。
【００４８】
ＥＣＵ２１は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間（つまり、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の間に差が生じてから、該生じた差が無くなるまでの期間）に応じて、排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出する。
【００４９】
尚、ＥＣＵ２１は、（ｉ）時刻ｔ１から所定時間経過後の電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の差に応じて、或いは、（ｉｉ）電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の差の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの積算値に応じて、排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出してもよい。
【００５０】
ここで、２つのセルの起電力が一致するまでの時間（即ち、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の間に差が生じてから、該生じた差が無くなるまでの期間）と、時刻ｔ１から所定時間経過後の電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の差、又は、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の差の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの積算値と、の間には、図４に示すような相関関係があることが本願発明者の研究により判明している。
【００５１】
このため、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の間に差が生じてから、該生じた差が無くなるまでの期間に限らず、（ｉ）時刻ｔ１から所定時間経過後の電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の差に応じて、或いは、（ｉｉ）電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の差の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの積算値に応じて、硫黄の濃度を検出することが可能である。図４は、２つのセルの起電力が一致するまでの時間と、２つのセルの出力差又は該出力差の積算値と、の関係の一例を示す概念図である。
【００５２】
尚、本実施形態に係る「基板面２２１ａ」、「基板面２２１ｂ」、「排気側電極２２２」、「排気側電極２２３」、「ヒータ２２５」、「ＥＣＵ２１」、「電圧Ｖ１」及び「電圧Ｖ２」は、夫々、本発明に係る「第１基板面」、「第２基板面」、「第１排気側電極」、「第２排気側電極」、「加熱手段」、「硫黄濃度検出手段」、「第１電圧」及び「第２電圧」の一例である。本実施形態では、各種電子制御用のＥＣＵ２１の機能の一部を、硫黄濃度センサ１００の一部として用いている。
【００５３】
＜変形例＞
次に、第１実施形態に係る硫黄濃度センサの変形例について、図５を参照して説明する。図５は、図２と同趣旨の、第１実施形態の変形例に係る硫黄濃度センサの構成を示す構成図である。
【００５４】
図５において、センサ素子２２の基板面２２１ａ上に配置された排気側電極２２２及び２２３は、夫々、コーティング層２２６及び２２７により覆われている。排気側電極２２２を覆うコーティング層２２６は、排気側電極２２３を覆うコーティング層２２７に比べて厚くなるように形成されている。また、コーティング層２２６の気孔率は、コーティング層２２７の気孔率に比べて低くなるように形成されている。
【００５５】
このように構成すれば、排気側電極２２２の硫黄吸着性能がより低くなることに起因して、排気側電極２２２及び２２３各々への単位時間当たりの硫黄成分（例えばＳＯｘ）の吸着量の差が拡大し、排気ガスに含まれる硫黄の濃度が比較的低い場合であっても、硫黄濃度の検出精度を向上させることができる。
【００５６】
本実施形態に係る「コーティング層２２６」及び「コーティング層２２７」は、夫々、本発明に係る「第１コーティング層」及び「第２コーティング層」の一例である。
【００５７】
＜第２実施形態＞
本発明の硫黄濃度センサに係る第２実施形態を、図６乃至図８を参照して説明する。第２実施形態では、硫黄濃度センサの温度制御等が実施される以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図６乃至図８を参照して説明する。
【００５８】
本実施形態では、硫黄濃度センサ１００により、排気ガスに含まれる硫黄の濃度を繰り返し検出するために、ヒータ２２５（図２参照）を用いてセンサ素子２２（図２参照）を加熱することによって硫黄成分の脱離反応を生じさせる。
【００５９】
ここで、センサ素子２２の温度制御について、図６のタイムチャートを参照して具体的に説明する。
【００６０】
図６最下段の「出力モニターフラグ」が“ＯＮ”である場合（即ち、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間）に、ＥＣＵ２１は、センサ素子２２からの出力に基づいて排気ガスに含まれる硫黄の濃度を検出する。このため、少なくとも時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間は、硫黄成分がセンサ素子２２に適切に吸着するように、図６中段に示すように、センサ素子２２の温度が比較的低く（例えば、摂氏５００度等）なるようにヒータ２２５が制御される。
【００６１】
他方、「出力モニターフラグ」が“ＯＦＦ”である場合（即ち、時刻ｔ２までの期間、及び時刻ｔ３以降の期間）は、センサ素子２２に吸着された硫黄成分が脱離されるように、図６中段に示すように、センサ素子２２の温度が比較的高く（例えば、摂氏７００度等）なるようにヒータ２２５が制御される。
【００６２】
この結果、センサ素子２２に吸着した硫黄成分の脱離を適切なタイミングで確実に実行することができる。
【００６３】
次に、本実施形態においてＥＣＵ２１が実行する硫黄濃度検出処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。
【００６４】
図７において、ＥＣＵ２１は、（ｉ）エンジン１１の始動後であるか否か、及び（ｉｉ）硫黄濃度センサ１００が故障していないか否か、を判定する（ステップＳ１０１）。尚、硫黄濃度センサ１００の故障判定には、公知の各種態様を適用可能であるので、ここでは説明を割愛する。
【００６５】
エンジン１１の始動前と判定された場合、又は硫黄濃度センサ１００が故障していると判定された場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ＥＣＵ２２は処理を終了する。他方、エンジン１１の始動後、且つ、硫黄濃度センサ１００が故障していないと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２１は、センサ素子２２の温度が、例えば摂氏７００度以上になるように、ヒータ２２５を制御する（ステップＳ１０２）。
【００６６】
次に、ＥＣＵ２１は、例えば温度センサ（図示せず）等により検出された触媒１４の温度等に基づいて、空燃比のストイキフィードバック制御を開始する条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ストイキフィードバック制御を開始する条件が成立していないと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ＥＣＵ２１は処理を終了する。
【００６７】
他方、フィードバック制御を開始する条件が成立したと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２１は、ストイキフィードバック制御開始フラグを“ＯＮ”にして（例えば、図６における時刻ｔ１参照）、ストイキフィードバック制御を開始する。尚、ストイキフィードバック制御には、公知の各種態様を適用可能であるので、ここでは説明を割愛する。
【００６８】
続いて、ＥＣＵ２１は、センサ素子２２の温度が、例えば摂氏５００度以下になるように、ヒータ２２５を制御する（ステップＳ１０４）。この際、空燃比センサ２３及び２４の出力に基づいて、センサ素子２２の温度を制御するようにＥＣＵ２１を構成することが望ましい。具体的には例えば、空燃比がリーンである場合、センサ素子２２の温度が摂氏５００度以下になるようにヒータ２２５が制御されることが望ましい。また、空燃比がストイキ又はリッチである場合、センサ素子２２の温度が摂氏５００度〜摂氏７００度になるようにヒータ２２５が制御されることが望ましい。
【００６９】
次に、ＥＣＵ２１は、センサ素子２２の温度が目標温度に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。センサ素子２２の温度が目標温度に到達していないと判定された場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ＥＣＵ２１は、ステップＳ１０５の処理を実行する（即ち、ＥＣＵ２１は、センサ素子２２の温度が目標温度に到達するまで待機状態となる）。
【００７０】
センサ素子２２の温度が目標温度に到達したと判定された場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２１は、センサ素子２２からの出力に基づいて、２つのセルの起電力が一致するまでの時間Ｔｅ（即ち、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の間に差が生じてから、該生じた差が無くなるまでの期間（図３参照））を検出する（ステップＳ１０６）。続いて、ＥＣＵ２１は、検出された時間Ｔｅに基づいて、排気ガスに含まれる硫黄の濃度を算出する。
【００７１】
ステップＳ１０６の処理と並行して、ＥＣＵ２１は、２つのセルの起電力が一致するまでの期間におけるガス量（空気量）の平均値Ａｇ又は積算値Ｓｇを、例えばエアフロメータ（図示せず）等の出力に基づいて算出する（ステップＳ１０７）。
【００７２】
次に、ＥＣＵ２１は、（ｉ）検出された時間Ｔｅと、（ｉｉ）算出されたガス量の平均値Ａｇ又は積算値Ｓｇと、（ｉｉｉ）例えば図８に示すようなマップと、に基づいて補正係数を算出する（ステップＳ１０８）。続いて、ＥＣＵ２１は、算出された硫黄の濃度を算出された補正係数により補正して、最終的な硫黄の濃度を算出する。
【００７３】
図８は、時間Ｔｅとガス量の平均値Ａｇと補正係数との関係を示すマップの一例である。尚、ガス量の平均値Ａｇに代えて、積算値Ｓｇを用いる場合は、時間Ｔｅとガス量の積算値Ｓｇと補正係数との関係を示すマップ（図示せず）を用いればよい。
【００７４】
次に、ＥＣＵ２１は、センサ素子２２に吸着した硫黄成分を脱離させるために、センサ素子２２の温度が、例えば摂氏７００度以上になるように、ヒータ２２５を制御する（ステップＳ１０９）。
【００７５】
次に、ＥＣＵ２１は、センサ素子２２の温度を摂氏７００度以上で所定時間保持したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。所定時間保持したと判定された場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２１は処理を終了する。他方、所定時間保持していないと判定された場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、ＥＣＵ２１は、ステップＳ１１０の処理を実行する。ここで、「所定時間」は、センサ素子２２に吸着した硫黄成分を適切に脱離させることが可能な時間として設定すればよい。
【００７６】
センサ素子２２により酸素濃度を、硫黄濃度と同時に検出する場合には、硫黄成分が吸着しにくい排気側電極２２２に係る起電力（即ち、電圧Ｖ１）を用いればよい。尚、酸素濃度の検出方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、ここでは説明を割愛する。
【００７７】
尚、本実施形態に係る「ＥＣＵ２１」は、本発明に係る「算出手段」及び「補正手段」の一例である。本実施形態に係る「空燃比センサ２３及び２４」は、「空燃比検出手段」の一例である。
【００７８】
＜第１変形例＞
次に、第２実施形態に係る硫黄濃度センサの第１変形例について、図９及び図１０を参照して説明する。
【００７９】
本変形例では、上述したステップＳ１０６の処理（図７参照）と並行して、ＥＣＵ２１は、２つのセルの起電力が一致するまでの期間における空燃比の平均値Ａａｆ又は積算値Ｓａｆを、空燃比センサ２３及び２４の出力に基づいて算出する（ステップＳ２０１）。
【００８０】
次に、ＥＣＵ２１は、（ｉ）検出された時間Ｔｅと、（ｉｉ）算出された空燃比の平均値Ａａｆ又は積算値Ｓａｆと、（ｉｉｉ）例えば図１０に示すようなマップと、に基づいて補正係数を算出する（ステップＳ２０２）。続いて、ＥＣＵ２１は、算出された硫黄の濃度を算出された補正係数により補正して、最終的な硫黄の濃度を算出する。
【００８１】
図１０は、時間Ｔｅと空燃比の平均値Ａａｆと補正係数との関係を示すマップの一例である。尚、空燃比の平均値Ａａｆに代えて、積算値Ｓａｆを用いる場合は、時間Ｔｅと空燃比の積算値Ｓａｆと補正係数との関係を示すマップ（図示せず）を用いればよい。
【００８２】
＜第２変形例＞
次に、第２実施形態に係る硫黄濃度センサの第２変形例について、図１１及び図１２を参照して説明する。
【００８３】
本変形例では、上述したステップＳ１０６の処理（図７参照）と並行して、ＥＣＵ２１は、２つのセルの起電力が一致するまでの期間におけるガス量（空気量）の平均値Ａｇ又は積算値Ｓｇを算出する（ステップＳ３０１）。
【００８４】
次に、ＥＣＵ２１は、（ｉ）検出された時間Ｔｅと、（ｉｉ）算出されたガス量の平均値Ａｇ又は積算値Ｓｇと、（ｉｉｉ）例えば図８に示すようなマップと、に基づいて補正係数を算出する。続いて、ＥＣＵ２１は、算出された硫黄の濃度を算出された補正係数により補正して、硫黄成分濃度Ｃｓｉを算出する（ステップＳ３０２）。
【００８５】
ＥＣＵ２１は、上述したステップＳ１０６の処理と並行して、２つのセルの起電力が一致するまでの期間における空燃比の平均値Ａａｆ又は積算値Ｓａｆを算出する。続いて、ＥＣＵ２１は、算出された空燃比の平均値Ａａｆ又は積算値Ｓａｆと、例えば図１２に示すようなマップと、に基づいて硫黄濃度の空燃比補正係数Ｃｋを算出する（ステップＳ３０３）。
【００８６】
図１２は、空燃比の平均値Ａａｆと、硫黄濃度の空燃比補正係数Ｃｋとの関係を示すマップの一例である。尚、空燃比の平均値Ａａｆに代えて、積算値Ｓａｆを用いる場合は、空燃比の積算値Ｓａｆと、硫黄濃度の空燃比補正係数Ｃｋとの関係を示すマップ（図示せず）を用いればよい。
【００８７】
次に、ＥＣＵ２１は、上記ステップＳ３０２の処理において算出された硫黄成分濃度Ｃｓｉと、上記ステップＳ３０３の処理において算出された硫黄濃度の空燃比補正係数Ｃｋと、に基づいて最終硫黄成分濃度Ｃｓｒを算出する。
【００８８】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う硫黄濃度センサもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８９】
１０…エンジン、１１…エンジン本体、１２…吸気通路、１３…排気通路、１４…触媒、２１…ＥＣＵ、２２…センサ素子、２３、２４…空燃比センサ、１００…硫黄濃度センサ、２２１…基板、２２２、２２３…排気側電極、２２４…大気側電極、２２５…ヒータ
【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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