(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響を受けることがなく、排気中の硫黄酸化物濃度の検出を精度よく行うこと。【解決手段】ガス検出装置の測定制御部２０は、電圧印加部８１を制御して、第１印加電圧制御、第２印加電圧制御及び第３印加電圧制御からなる硫黄酸化物検出用電圧制御を行い、電気化学セル４１ｃの第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に流れる出力電流Ｉｍを取得する。測定制御部２０は、出力電流Ｉｍに基づいて前記排気に含まれる前記硫黄酸化物の濃度が高いほど大きくなる出力電流に生じる変化の程度、に相関を有するパラメータを取得し、当該パラメータに基づいて排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体と前記固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第１電極及び第２電極とを含む電気化学セルと、前記排気通路を流れる排気が通過可能な多孔質材料からなる拡散抵抗体とを備え、前記排気通路を流れる排気が前記拡散抵抗体を通して前記第１電極に到達するように構成された素子部と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、
前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流である出力電流を検出する電流検出部と、
前記電圧印加部を用いて前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧である印加電圧を制御すると共に前記電流検出部を用いて前記出力電流を取得し、前記取得した出力電流に基づいて、前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う測定制御部と
を有し、
前記測定制御部は、前記電圧印加部を用いて第１印加電圧制御、第２印加電圧制御及び第３印加電圧制御からなる検出用電圧制御を実行し、
前記第１印加電圧制御は、前記印加電圧を、前記出力電流が酸素の限界電流となる限界電流域の下限電圧よりも高く且つ硫黄酸化物の分解開始電圧未満である第１電圧範囲内から選ばれる第１電圧から硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高い第２電圧まで上昇させる昇圧スイープを行う印加電圧制御であり、
前記第２印加電圧制御は、前記第１印加電圧制御の後、前記第１印加電圧制御が終了した時点から所定の電圧保持時間にわたって、前記印加電圧を硫黄酸化物の分解開始電圧以上の電圧に保持する印加電圧制御であり、
前記第３印加電圧制御は、前記第２印加電圧制御の後、前記印加電圧を、前記第２印加電圧制御を終了した時点の電圧から、前記第１電圧まで所定の降圧速度にて下降させる降圧スイープを行う印加電圧制御であり、
更に、前記測定制御部は、
前記降圧スイープ中に前記印加電圧が前記硫黄酸化物の分解開始電圧未満となったときに前記第１電極に吸着していた硫黄が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流に起因して前記出力電流に生じる変化であって前記排気に含まれる前記硫黄酸化物の濃度が高いほど大きくなる出力電流に生じる変化、の程度に相関を有するパラメータを前記出力電流に基づいて取得し、当該パラメータに基づいて前記排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う、
ように構成された、
ガス検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス検出装置において、
前記第２印加電圧制御は、前記電圧保持時間にわたって、前記印加電圧を前記第２電圧に維持する印加電圧制御である、
ガス検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載のガス検出装置において、
前記測定制御部は、
前記所定の降圧速度を、前記印加電圧が前記第１電圧範囲内であって前記第１電圧よりも高い電圧範囲内の電圧となった時点を境に前記再酸化反応の速度が急増する速度となるように設定している、ガス検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のガス検出装置において、
前記測定制御部は、前記排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定を行うように構成され、
前記測定制御部は、前記判定において、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれていないと判定された場合、前記第１印加電圧制御、前記判定を行うために実行した前記検出用電圧制御における電圧保持時間より長い電圧保持時間にわたって前記印加電圧を硫黄酸化物の分解開始電圧以上の電圧に保持する修正第２印加電圧制御及び前記第３印加電圧制御を実行し、
前記修正第２印加電圧制御に続く前記第３印加電圧制御における降圧スイープ中に前記パラメータを再び取得し、
前記再び取得したパラメータに基づいて、前記排気中の硫黄酸化物濃度が、前記所定値より低い所定値以上であるか否かの判定を再び行うように構成された、
ガス検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のガス検出装置において、
前記測定制御部は、
前記電圧保持時間を第１時間に設定した前記第２印加電圧制御を含む前記検出用電圧印加制御を実行して前記パラメータを第１パラメータとして取得し、
次いで、前記電圧保持時間を前記第１時間よりも長い第２時間に設定した前記第２印加電圧制御を含む前記検出用電圧印加制御を実行して前記パラメータを第２パラメータとして取得し、
前記取得した第１パラメータと前記取得した第２パラメータとの差分の大きさを算出し、前記算出した差分の大きさに基づいて、前記排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの前記判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の前記検出を行うように構成された、
ガス検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載のガス検出装置において、
前記測定制御部は、前記排気中の硫黄酸化物濃度が所定値以上であるか否かの判定を行うように構成され、
前記測定制御部は、
前記第１パラメータと前記第２パラメータとの前記差分の大きさを用いた前記判定において前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれていないと判定した場合、
前記電圧保持時間を前記第２時間よりも長い第３時間に設定した前記第２印加電圧制御を含む前記検出用電圧印加制御を実行して前記パラメータを第３パラメータとして取得し、
前記取得した第１パラメータと前記取得した第３パラメータとの差分の大きさを算出し、前記算出した差分の大きさに基づいて、前記排気中の硫黄酸化物の濃度が、前記所定値より低い所定値以上であるか否かの前記判定を再び行うように構成された、
ガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気（被検ガス）中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定又はその排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度の検出を行うことが可能なガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関を制御するために、排気中に含まれる酸素（Ｏ２）の濃度に基づいて燃焼室内の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を取得する空燃比センサ（「Ａ／Ｆセンサ」とも称呼される。）が広く使用されている。このような空燃比センサの１つのタイプとして、限界電流式ガスセンサを挙げることができる。
【０００３】
更に、このような限界電流式ガスセンサを用いて、排気中の硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」と称呼される場合がある。）の濃度を検出するＳＯｘ濃度検出装置（以下、「従来装置」と称呼する。）が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
従来装置は、酸素イオン伝導性固体電解質の酸素ポンピング作用を利用したセンシングセル（電気化学セル）を含む。従来装置は、センシングセルの一対の電極間に電圧を印加することにより、排気中の酸素原子を含むガス成分（例えばＯ２、ＳＯｘ及びＨ２Ｏ等であり、以下、「酸素含有成分」とも称呼する。）を分解させ、それによって、酸化物イオン（Ｏ２−）を発生させる。従来装置は、酸素含有成分の分解によって生じた酸化物イオンがセンシングセルの電極間を移動すること（酸素ポンピング作用）によって当該電極間を流れる電流の特性を、検出するようになっている。
【０００５】
より具体的に述べると、従来装置は、ＳＯｘ濃度を検出するときに、印加電圧スイープを実行するようになっている。即ち、従来装置は、センシングセルに対して印可する印可電圧を０．４Ｖから０．８Ｖまで昇圧した後、０．８Ｖから０．４Ｖまで降圧する印加電圧スイープを、実行するようになっている。
【０００６】
そして、従来装置は、印可電圧が０．８Ｖに達した時点の「センシングセルの電極間を流れる電流（以下、「電極電流」又は「出力電流」と称呼する場合がある。）」である参照電流と、印加電圧が０．８Ｖから０．４Ｖまで低下させられている期間における出力電流の最小値であるピーク値との差を用いて、ＳＯｘ濃度を算出するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１７９３１号公報
【発明の概要】
【０００８】
しかしながら、上記出力電流は、排気中に含まれるＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響によっても変化してしまう可能性が高い。例えば、水（Ｈ２Ｏ）の分解電圧は硫黄酸化物の分解電圧と同じ程度であるか、或いはそれより僅かに高い。更に、排気中の水の濃度は例えば、混合気の空燃比に応じて変動する。このため、水の分解に起因する出力電流への影響を取り除いて、ＳＯｘ成分の分解のみに起因する出力電流を検出することは困難である。従って、「ＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響を受けることがなく、且つ、ＳＯｘ成分のみに起因する、出力電流変化」を用いて、排気中の硫黄酸化物濃度が所定値以上であるか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出、を精度よく行うことが求められていた。
【０００９】
本発明は上述した課題に対処するためになされた。即ち、本発明の目的の一つは、排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定又は硫黄酸化物の濃度の検出を精度よく行うことができるガス検出装置（以下、「本発明検出装置」とも称呼する。）を提供することにある。
【００１０】
本発明検出装置は、内燃機関の排気通路（１２）に設けられ、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体（４１ｓ）と前記固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第１電極（４１ａ）及び第２電極（４１ｂ）とを含む電気化学セル（４１ｃ）と、前記排気通路を流れる排気が通過可能な多孔質材料からなる拡散抵抗体（６１）とを備え、前記排気通路を流れる排気が前記拡散抵抗体を通して前記第１電極に到達するように構成された素子部（４０）と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電圧印加部（８１）と、
前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流である出力電流（Ｉｍ）を検出する電流検出部（９１）と、
前記電圧印加部を用いて前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧である印加電圧（Ｖｍ）を制御すると共に前記電流検出部を用いて前記出力電流を取得し、前記取得した出力電流に基づいて、前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う測定制御部（２０）と
を有し、
前記測定制御部は、前記電圧印加部を用いて第１印加電圧制御、第２印加電圧制御及び第３印加電圧制御からなる検出用電圧制御を実行し（図１１及び図１２のステップ１１１５、図１３のステップ１３１５、図１５のステップ１５１５、図１６及び図１７のそれぞれのステップ１６１５）、
前記第１印加電圧制御は、前記印加電圧を、前記出力電流が酸素の限界電流となる限界電流域の下限電圧よりも高く且つ硫黄酸化物の分解開始電圧未満である第１電圧範囲内から選ばれる第１電圧から硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高い第２電圧まで上昇させる昇圧スイープを行う印加電圧制御であり、
前記第２印加電圧制御は、前記第１印加電圧制御の後、前記第１印加電圧制御が終了した時点から所定の電圧保持時間にわたって、前記印加電圧を硫黄酸化物の分解開始電圧以上の電圧に保持する印加電圧制御であり、
前記第３印加電圧制御は、前記第２印加電圧制御の後、前記印加電圧を、前記第２印加電圧制御を終了した時点の電圧から、前記第１電圧まで所定の降圧速度にて下降させる降圧スイープを行う印加電圧制御であり、
更に、前記測定制御部は、
前記降圧スイープ中に前記印加電圧が前記硫黄酸化物の分解開始電圧未満となったときに前記第１電極に吸着していた硫黄が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流に起因して前記出力電流に生じる変化であって前記排気に含まれる前記硫黄酸化物の濃度が高いほど大きくなる出力電流に生じる変化、の程度に相関を有するパラメータ（Ｉsmn、Ｉsmn1、Ｉsmn2）を前記出力電流に基づいて取得し（図１１及び図１２のそれぞれのステップ１１２５、図１３のステップ１３２５、図１５のステップ１５２５、図１６のステップ１６２５、図１６のステップ１６３０）、当該パラメータに基づいて前記排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定（図１１及び図１２のそれぞれのステップ１１３０、図１３のステップ１３３０、図１６及び図１７のそれぞれのステップ１６３５）又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う、ように構成されている。
【００１１】
発明者の検討によれば、「降圧スイープを行っているときに第１電極に吸着した硫黄」が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へ戻ることに起因して「硫黄酸化物以外の酸素含有成分」の影響を受け難い「出力電流の変化」が生じることが判明した。更に、降圧スイープにおける所定の経過時間当たりの電圧降下量（即ち、降圧速度）により、この「出力電流の変化」の程度が大きく変わることが判明した（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照。）。これらの現象が生じるメカニズムは、次のようなことであると推定される。
【００１２】
即ち、昇圧スイープを行うことにより第１電極に吸着した硫黄（硫黄酸化物の分解物）が、降圧スイープを行っているときに、当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻る。昇圧スイープを行った場合に硫黄酸化物以外の酸素含有成分の分解物（例えば、水の分解物である水素）は第１電極に吸着しないため、降圧スイープを行っているとき、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の分解物が当該第１電極において再酸化反応して酸素含有成分へ戻る現象は実質的に生じない。
【００１３】
このため、降圧スイープを行っているときに第１電極に吸着していた硫黄が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより生じる「出力電流の変化」は、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい。即ち、降圧スイープ中に硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい「出力電流の変化」が生じる。
【００１４】
ところが、降圧スイープの降圧速度（掃引速度）がある速度より遅い場合、降圧スイープを行っているときに硫黄の再酸化反応が連続的且つ徐々に進行するため、硫黄酸化物濃度がどのような濃度であっても「出力電流の変化」の程度が現れ難い。
【００１５】
これに対して、降圧スイープの降圧速度をある速度より速くした場合、降圧スイープを行っているときに硫黄の再酸反応がそれ程進行しないまま印加電圧が低下し、印加電圧が「硫黄の再酸化反応が活発になるある電圧範囲（即ち、硫黄酸化物の分解開始電圧未満の所定の電圧範囲）」内の電圧になると、硫黄の再酸化反応が急激に進行する（硫黄の再酸化反応の速度が急増する、硫黄の再酸化反応の発生頻度が急増する）ので、硫黄酸化物濃度が高いほど出力電流の変化の程度が大きくなる。即ち、硫黄酸化物濃度を精度よく検出するのに有意な電流変化が現れる。
【００１６】
そこで、降圧スイープの降圧速度が「印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧未満の上記所定の電圧範囲内の電圧となった時点を境に硫黄の再酸化反応の速度が急増する速度」となるように設定される。従って、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けない出力電流の変化が、硫黄酸化物濃度が高いほど大きく現れる。
【００１７】
本発明検出装置は、そのような硫黄の再酸化反応に起因して「出力電流に生じる変化の程度」に相関を有するパラメータを検出用電圧制御で取得した出力電流に基づいて取得する。
【００１８】
ところで、本願の発明者が検討を重ねたところ、硫黄の再酸化反応に起因して「出力電流に生じる変化の程度」は、検出用電圧制御において印加電圧が硫黄酸化物分解開始電圧以上になっている硫黄酸化物分解期間に応じて、変わってしまうことがわかった。具体的に述べると、硫黄の再酸化反応に起因して「出力電流に生じる変化の程度」は、硫黄酸化物分解期間が短くなるほど小さくなり、硫黄酸化物分解期間が長くなるほど大きくなる傾向にあることがわかった。これは、硫黄酸化物分解期間が長くなるほど、硫黄酸化物の分解量が増大して、これに伴い、硫黄の再酸化反応に起因した「出力電流に生じる変化の程度」も大きくなるからであると考えられる。
【００１９】
これに対して、本発明検出装置は、第１印加電圧制御（降圧スイープ）と、第３印加電圧制御（昇圧スイープ）との間に、第２印加電圧制御をいれることによって、硫黄酸化物分解期間が、昇圧スイープを終了した後に降圧スイープを連続的に行う場合より長くなるようになっている。
【００２０】
これにより、検出用電圧制御を行ったときの出力電流に基づいて取得する「出力電流に生じる変化の程度」に相関を有するパラメータに、硫黄酸化物濃度に応じた差がはっきり現れるようになる。その結果、硫黄酸化物濃度の検出（排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定、又は、排気中の硫黄酸化物の濃度の検出）を精度良く行うことができる。特に、排気中の硫黄酸化物濃度が低い場合であっても、「出力電流に生じる変化の程度」に相関を有するパラメータに、硫黄酸化物濃度に応じた差がはっきり現れるようになるため、排気中のＳＯｘ濃度が低い場合であっても、硫黄酸化物濃度の検出を精度良く行うことができる。
【００２１】
本発明検出装置の一態様において、前記第２印加電圧制御は、前記電圧保持時間にわたって、前記印加電圧を前記第２電圧に維持する印加電圧制御である。
【００２２】
上記の場合、硫黄酸化物濃度の検出（排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定、又は、排気中の硫黄酸化物の濃度の検出）を精度良く行うことができる。
【００２３】
本発明検出装置の一態様において、前記測定制御部は、前記所定の降圧速度を、前記印加電圧が前記第１電圧範囲内であって前記第１電圧よりも高い電圧範囲内の電圧となった時点を境に前記再酸化反応の速度が急増する速度となるように設定している。
【００２４】
上記の場合、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けない出力電流の変化が、硫黄酸化物濃度が高いほど大きく現れるようになるので、当該出力電流の変化の程度に相関を有するパラメータを取得し、取得したパラメータに基づいて、排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定、又は、排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を精度良く行うことができる。
【００２５】
本発明検出装置の一態様において、前記測定制御部は、前記排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定を行うように構成され、
前記測定制御部は、前記判定において、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれていないと判定された場合（図１１のステップ１１３０にて「Ｎｏ」と判定）、前記第１印加電圧制御、前記判定を行うために実行した前記検出用電圧制御における電圧保持時間より長い電圧保持時間にわたって前記印加電圧を硫黄酸化物の分解開始電圧以上の電圧に保持する修正第２印加電圧制御及び前記第３印加電圧制御を実行し（図１３のステップ１３２５）、
前記修正第２印加電圧制御に続く前記第３印加電圧制御における降圧スイープ中に前記パラメータを再び取得し、
前記再び取得したパラメータに基づいて、前記排気中の硫黄酸化物濃度が、前記所定値より低い所定値以上であるか否かの判定を再び行う（図１３のステップ１３３０）ように構成されている。
【００２６】
上記の場合、排気中の硫黄酸化物濃度が低い場合であっても、硫黄酸化物濃度に応じた差（硫黄酸化物濃度が所定値以上である場合と所定値未満である場合との差）が「出力電流に生じる変化の程度」に相関を有するパラメータにはっきり現れるようになるため、排気中の硫黄酸化物濃度が、前回の判定より低い所定値以上であるか否かの判定（前回の硫黄酸化物濃度判定より低い硫黄酸化物濃度以上であるか否かの判定）も、精度良く行うことができる。
【００２７】
本発明検出装置の一態様において、前記測定制御部は、前記排気中の硫黄酸化物濃度が所定値以上であるか否かの判定を行うように構成され、
前記測定制御部は、
前記電圧保持時間を第１時間に設定した前記第２印加電圧制御を含む前記検出用電圧印加制御を実行して前記パラメータを第１パラメータ（Ｉsmn1）として取得し（図１５のステップ１５１５）、
次いで、前記電圧保持時間を前記第１時間よりも長い第２時間に設定した前記第２印加電圧制御を含む前記検出用電圧印加制御を実行して前記パラメータを第２パラメータ（Ｉsmn2）として取得し（図１６のステップ１６１５）、
前記取得した第１パラメータと前記取得した第２パラメータとの差分の大きさ（Ｉｄ）を算出し、前記算出した差分の大きさに基づいて、前記排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの前記判定（図１６のステップ１６３５）又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の前記検出を行うように構成されている。
【００２８】
上記第１パラメータと第２パラメータとの差分の大きさＩｄは、硫黄酸化物濃度に応じて変化し、且つ、ガスセンサ３０の電極の状態等の影響（電極の容量及び抵抗、並びに、固体電解質の容量及び抵抗に起因する電流変化分）が、殆どなくなっているか、或いは、低減されているため、硫黄酸化物濃度を精度良く現わすパラメータとなる。第３検出装置は、このような差分の大きさＩｄに基づいて、精度良く硫黄酸化物濃度検出を行うことができる。
【００２９】
本発明検出装置の一態様において、前記測定制御部は、前記排気中の硫黄酸化物濃度が所定値以上であるか否かの判定を行うように構成され、
前記測定制御部は、
前記第１パラメータと前記第２パラメータとの前記差分の大きさを用いた前記判定において前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれていないと判定した場合（図１６のステップ１６３５にて「Ｎｏ」との判定）、
前記電圧保持時間を前記第２時間よりも長い第３時間に設定した前記第２印加電圧制御を含む前記検出用電圧印加制御を実行して（図１８のステップ１８１５）前記パラメータを第３パラメータ（Ｉsmn3）として取得し、
前記取得した第１パラメータと前記取得した第３パラメータとの差分の大きさ（Ｉｄ’）を算出し（図１８のステップ１８３０）、前記算出した差分の大きさに基づいて、前記排気中の硫黄酸化物の濃度が、前記所定値より低い所定値以上であるか否かの前記判定を再び行う（図１８のステップ１８３５）ように構成されている。
【００３０】
上記の場合、測定制御部が再び行う検出用電圧制御の硫黄酸化物分解期間が前回行った検出用電圧制御より長くなるように設定されている。従って、排気中の硫黄酸化物濃度が低い場合であっても、硫黄酸化物濃度に応じた差（硫黄酸化物濃度が所定値以上である場合と所定値未満である場合との差）が、差分の大きさにはっきり現れるようになる。従って、排気中の硫黄酸化物濃度が、所定値以上であるか否かの判定（前回の硫黄酸化物濃度判定より低い硫黄酸化物濃度以下であるか否かの判定）も、精度良く行うことができる。
【００３１】
上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記名称及び／又は符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の他の目的、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】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るガス検出装置及びガス検出装置が適用される内燃機関の概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示したガスセンサ素子部の構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るガス検出装置の作動の概要を説明するためのタイムチャートである。図３（Ｂ）は、ＳＯｘ検出を行う時の印加電圧の波形を示すグラフである。図３（Ｃ）は、ＳＯｘ検出を行う時の別の印加電圧の波形を示すグラフである。
【図４】図４は、燃焼室内の混合気のＡ／Ｆと酸素の限界電流域との関係を示すグラフである。
【図５】図５（Ａ）は、素子部で生じるＳＯｘの分解反応を説明するための模式図である。図５（Ｂ）は、素子部で生じる硫黄の再酸化反応を説明するための模式図である。
【図６】図６（Ａ）は、印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。図６（Ｂ）は、印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。
【図７】図７（Ａ）は、印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。図７（Ｂ）は、印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。
【図８】図８（Ａ）は、経過時間と印加電圧との関係を示すグラフである。図８（Ｂ）は、経過時間と印加電圧及び出力電流のそれぞれとの関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態に係るガス検出装置が備えるＥＣＵのＣＰＵが実行するセンサ活性判定ルーチンを表すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態に係るガス検出装置が備えるＥＣＵのＣＰＵが実行するＡ／Ｆ検出ルーチンを表すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の第１実施形態に係るガス検出装置が備えるＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチンを表すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の第２実施形態に係るガス検出装置が備えるＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチン１を表すフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態に係るガス検出装置が備えるＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチン２を表すフローチャートである。
【図１４】図１４は、経過時間と印加電圧及び出力電流のそれぞれとの関係を示すグラフである。
【図１５】図１５は、本発明の第３実施形態に係るガス検出装置が備えるＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチン１を表すフローチャートである。
【図１６】図１６は、本発明の第３実施形態に係るガス検出装置が備えるＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチン２を表すフローチャートである。
【図１７】図１７は、本発明の第４実施形態に係るガス検出装置が備えるＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチン２を表すフローチャートである。
【図１８】図１８は、本発明の第４実施形態に係るガス検出装置が備えるＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチン３を表すフローチャートである。
【図１９】図１９は、印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の各実施形態に係るガス検出装置について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の全図において、同一又は対応する部分には同一の符号を付す。
【００３４】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係るガス検出装置（以下、「第１検出装置」と称呼される場合がある。）について説明する。第１検出装置は、図示しない車両に搭載された「図１に示された内燃機関１０」に適用される。
【００３５】
内燃機関１０は周知のディーゼルエンジンである。内燃機関１０は、図示しない燃焼室と、燃料噴射弁１１と、を含む。燃料噴射弁１１は、燃焼室内に燃料を噴射することができるようにシリンダヘッド部に配設されている。燃料噴射弁１１は、後述するＥＣＵ２０の指示に応じて燃焼室内に燃料を直接噴射する。排気管１２は、図示しない燃焼室に連通する排気ポートに接続された図示しないエキゾーストマニホールドの端部に接続されている。排気ポート、エキゾーストマニホールド及び排気管１２は、燃焼室から排出された排気が流れる排気通路を構成している。排気管１２には、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst：ディーゼル用酸化触媒)１３及びＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１４が配設されている。
【００３６】
ＤＯＣ１３は、排気浄化触媒である。具体的に述べると、ＤＯＣ１３は、白金及びパラジウム等の貴金属を触媒として、排気中の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化し、排気を浄化する。即ち、ＤＯＣ１３により、ＨＣは水とＣＯ２に酸化され、ＣＯはＣＯ２に酸化される。
【００３７】
ＤＰＦ１４は、ＤＯＣ１３よりも下流側に配置されている。ＤＰＦ１４は、排気中の微粒子（パティキュレート）を捕捉するフィルタである。具体的に述べると、ＤＰＦ１４は、多孔質材料（例えば、セラミックの一種であるコージライトからなる隔壁）によって形成された複数の通路を備えている。ＤＰＦ１４は、隔壁を通過する排気に含まれる微粒子を、その隔壁の細孔表面にて捕集する。
【００３８】
第１検出装置は、ＥＣＵ２０を含む。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びインターフェース（Ｉ／Ｆ）を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路である。ＣＰＵは、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたインストラクション（ルーチン）を実行することにより、所定の機能を実現するようになっている。
【００３９】
ＥＣＵ２０は、内燃機関１０の各種アクチュエータ（燃料噴射弁１１等）に接続されている。ＥＣＵ２０は、これらのアクチュエータに駆動（指示）信号を送出し、内燃機関１０を制御するようになっている。更に、ＥＣＵ２０は、以下に述べる各種センサ類と接続されていて、これらのセンサ類からの信号を受け取るようになっている。
【００４０】
機関回転速度センサ２１：機関回転速度センサ（以下、「ＮＥセンサ」と称呼する。）２１は、内燃機関１０の回転速度（機関回転速度）ＮＥを測定し、この機関回転速度ＮＥを表す信号を出力するようになっている。
【００４１】
水温センサ２２：水温センサ２２は、シリンダブロック部に配設されている。水温センサ２２は、内燃機関１０を冷却する冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を測定し、この冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。
【００４２】
アクセルぺダル操作量センサ２３：アクセルペダル操作量センサ２３は、車両のアクセルペダル２３ａの操作量（アクセル開度）を検出し、アクセルペダル操作量ＡＰを表す信号を出力するようになっている。
【００４３】
ガスセンサ３０：ガスセンサ３０は、１セル式の限界電流式ガスセンサであり、機関１０の排気経路を構成する排気管１２に配設されている。ガスセンサ３０は、排気管１２に介装されたＤＯＣ１３及びＤＰＦ１４よりも下流側に配設されている。
【００４４】
（ガスセンサの構成）
次に、ガスセンサ３０の構成について、図２を参照しながら説明する。ガスセンサ３０が備える素子部４０は、固体電解質体４１ｓ、第１アルミナ層５１ａ、第２アルミナ層５１ｂ、第３アルミナ層５１ｃ、第４アルミナ層５１ｄ、第５アルミナ層５１ｅ、拡散抵抗部（拡散律速層）６１及びヒータ７１を備える。
【００４５】
固体電解質体４１ｓは、ジルコニア等を含み、酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。固体電解質体４１ｓを形成するジルコニアは、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）及びイットリウム（Ｙ）等の元素を含んでいてもよい。
【００４６】
第１乃至第５アルミナ層５１ａ乃至５１ｅは、アルミナを含む緻密（ガス不透過性）の層（緻密な薄板体）である。
【００４７】
拡散抵抗部６１は、多孔質の拡散律速層であり、ガス透過性の層（薄板体）である。ヒータ７１は、例えば、白金（Ｐｔ）とセラミックス（例えば、アルミナ等）とを含むサーメットの薄板体であり、通電によって発熱する発熱体である。ヒータ７１は、図示しないリード線によって車両に搭載された図示しない電源に接続されている。ヒータ７１は、ＥＣＵ２０によって「その電源から供給される電力量」が制御されることにより、発熱量を変更できるようになっている。
【００４８】
素子部４０の各層は、下方から、第５アルミナ層５１ｅ、第４アルミナ層５１ｄ、第３アルミナ層５１ｃ、固体電解質体４１ｓ、拡散抵抗部６１及び第２アルミナ層５１ｂ、第１アルミナ層５１ａの順に積層されている。
【００４９】
内部空間ＳＰ１は、第１アルミナ層５１ａ、固体電解質体４１ｓ、拡散抵抗部６１及び第２アルミナ層５１ｂによって形成される空間であり、その中に拡散抵抗部６１を介して被検ガスとしての内燃機関１０の排気が導入されるようになっている。即ち、内部空間ＳＰ１は拡散抵抗部６１を介して内燃機関１０の排気管１２の内部と連通している。従って、排気管１２内の排気が内部空間ＳＰ１内に被検ガスとして導かれる。
第１大気導入路ＳＰ２は、固体電解質体４１ｓ、第３アルミナ層５１ｃ及び第４アルミナ層５１ｄによって形成され、排気管１２の外部の大気に開放されている。
【００５０】
第１電極４１ａは、固体電解質体４１ｓの一方の側の表面（具体的には、内部空間ＳＰ１を画定する固体電解質体４１ｓの表面）に固着されている。第１電極４１ａは陰極である。第１電極４１ａは、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。
【００５１】
第２電極４１ｂは、固体電解質体４１ｓの他方の側の表面（具体的には、第１大気導入路ＳＰ２を画定する固体電解質体４１ｓの表面）に固着されている。第２電極４１ｂは陽極である。第２電極４１ｂは、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。
【００５２】
第１電極４１ａと第２電極４１ｂとは、固体電解質体４１ｓを挟んで互いに対向するように配置されている。即ち、第１電極４１ａ、第２電極４１ｂ及び固体電解質体４１ｓは、酸素ポンピング作用による酸素排出能力を有する電気化学セル４１ｃを構成している。電気化学セル４１ｃは、ヒータ７１により、活性化温度まで加熱される。
【００５３】
固体電解質体４１ｓ及び第１乃至第５アルミナ層５１ａ乃至５１ｅの各層は、例えばドクターブレード法及び押し出し成形法等により、シート状に成形されている。第１電極４１ａ、第２電極４１ｂ及びこれらの電極に通電するための配線等は、例えばスクリーン印刷法等によって形成されている。これらのシートを上述したように積層して焼成することにより、上記のような構造を有する素子部４０が一体的に製造されている。
【００５４】
尚、第１電極４１ａを構成する材料は、上記の材料に限定されず、例えば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）等の白金族元素又はそれらの合金等を主成分として含む材料から選択することができる。但し、第１電極４１ａを構成する材料は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間にＳＯｘ分解開始電圧以上の電圧（具体的には、約０．６Ｖ以上の電圧）を印加したときに、拡散抵抗部６１を介して内部空間ＳＰ１に導かれた排気中に含まれるＳＯｘを還元分解させることができる限り、特に限定されない。
【００５５】
ガスセンサ３０は、更に、電源回路８１及び電流計９１を備える。電源回路８１及び電流計９１は上述したＥＣＵ２０に接続されている。
【００５６】
電源回路８１は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に、第２電極４１ｂの電位が第１電極４１ａの電位よりも高くなるように所定の電圧（以下、「印加電圧Ｖｍ」とも称呼する。）を印加できるようになっている。電源回路８１は、ＥＣＵ２０により制御されることにより、印加電圧Ｖｍを変更できるようになっている。
【００５７】
電流計９１は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に流れる電流（従って、固体電解質体４１ｓを流れる電流）である出力電流（電極電流）Ｉｍを計測して、その計測値をＥＣＵ２０に出力するようになっている。
【００５８】
＜作動の概要＞
次に、第１検出装置が行う作動の概要について説明する。第１検出装置は、内燃機関１０から排出される排気（被検ガス）の酸素濃度を検出するように構成されている。第１検出装置は、排気中の酸素濃度に基づいて内燃機関１０の燃焼室内の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するように構成されている。以下、内燃機関１０の燃焼室内の混合気の空燃比は、「機関の空燃比Ａ／Ｆ」とも称呼される。
【００５９】
更に、第１検出装置は、排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であるか否かを判定すること（「ＳＯｘ濃度判定」と称呼される場合がある。）により、ＳＯｘ濃度検出を行うように構成されている。第１検出装置は、ＳＯｘ濃度検出開始から検出終了までに数秒を必要とするため、機関の空燃比Ａ／Ｆが安定している状態（機関の空燃比Ａ／Ｆが安定するように機関１０が運転され得る場合）においてＳＯｘ濃度検出を行うように構成されている。尚、所定値としては、所望の検出レベルに応じた０％より大きい任意の濃度が選ばれる。
【００６０】
具体的に述べると、図３（Ａ）に示したように、内燃機関１０の始動が開始した時点である時刻ｔ０になると、第１検出装置はヒータ７１によって固体電解質体４１ｓを加熱するように、ヒータ７１に対する制御を開始する。これによって、固体電解質体４１ｓが、酸化物イオン伝導性を発現する温度（以後、「活性化温度」と称呼される場合がある。）以上の所定の温度まで昇温される。
【００６１】
時刻ｔ１で、固体電解質体４１ｓの温度（センサ素子温度）が活性化温度以上になって、ガスセンサ３０がセンサ活性の状態になると、第１検出装置は、排ガスの酸素濃度を検出し当該酸素濃度に基づいて機関の空燃比Ａ／Ｆを取得するための処理を開始する。尚、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間の時点である時刻ｔｄで、第１検出装置は、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に、酸素濃度の検出に適した酸素濃度（Ａ／Ｆ）検出用の電圧（例えば、０．４Ｖ）の印加を開始する。即ち、第１検出装置は、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧Ｖafに設定する。固体電解質体４１ｓの温度が活性化温度以上であるときに、この印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の電圧Ｖafに設定されている場合、酸素分子が分解されて酸素ポンピング作用が発現するが、酸素以外の酸素含有成分（ＳＯｘを含む。）のガスが分解されることはない。
【００６２】
第１検出装置は、時刻ｔ１から、酸素濃度を連続的に検出することにより機関の空燃比Ａ／Ｆを監視する。そして、時刻ｔ２で、ＳＯｘ検出条件を満たすと（即ち、機関の空燃比Ａ／Ｆが安定した状態になり、且つ、後述するその他の条件が満たされると）、第１検出装置はＳＯｘ濃度検出の処理を行うための印加電圧制御（「ＳＯｘ検出用電圧制御」と称呼する。）を開始する。そして、時刻ｔ２から時刻ｔ３の直前までの期間、第１検出装置は、ＳＯｘ検出用電圧制御を行うことにより、排気中のＳＯｘ濃度を表すパラメータを取得し（ＳＯｘ濃度に応じて変化するパラメータ「ＳＯｘ検出用パラメータ」と称呼する。）、そのパラメータを用いて排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であるか否かを判定することにより、排気中のＳＯｘ濃度を検出する。
【００６３】
第１検出装置は、次の第１印加電圧制御、第２印加電圧制御及び第３印加電圧制御をこの順で行うＳＯｘ検出用電圧制御を行う。
【００６４】
第１印加電圧制御：
印加電圧Ｖｍを、ＳＯｘ分解開始電圧より小さい第１電圧Ｖ１（具体的に述べると、０．４Ｖ）からＳＯｘ分解開始電圧より大きい第２電圧Ｖ２（具体的述べると、０．８Ｖ）まで徐々に増大させる昇圧スイープ。
【００６５】
第２印加電圧制御：
第１印加電圧制御（昇圧スイープ）が終了した時点から、印加電圧Ｖｍを、「ＳＯｘ分解開始電圧より大きい電圧範囲内の電圧」に、第３印加電圧制御（第１電圧Ｖ１までの降圧スイープ）を開始する時点まで保持する印加電圧制御。
具体的に述べると、第１検出装置においては、第１印加電圧制御（昇圧スイープ）を終了した時点から、印加電圧Ｖｍを同じ電圧（具体的に述べると、０．８Ｖ）に所定の電圧保持期間にわたって維持することにより、印加電圧Ｖｍを、「ＳＯｘ分解開始電圧以上の電圧」に、第１電圧Ｖ１までの降圧スイープ（第３印加電圧制御）を開始する時点まで保持する印加電圧制御を行う。
尚、印加電圧Ｖｍを、「ＳＯｘ分解開始電圧以上の電圧」に保持できるのであれば、「印加電圧Ｖｍを同じ電圧に維持する制御」に加えて、「印加電圧Ｖｍを徐々に増大する制御」若しくは「印加電圧Ｖｍを徐々に減少する制御」又はこれらの両方の制御を行うようにしてもよい。
更に、印加電圧Ｖｍを、「ＳＯｘ分解開始電圧以上の電圧」で保持できるのであれば、「印加電圧Ｖｍを同じ電圧に保持する制御」を行わないで、「印加電圧Ｖｍを徐々に増大する制御」若しくは「印加電圧Ｖｍを徐々に減少する制御」又は「これらの両方の制御」だけを行うようにしてもよい。
【００６６】
第３印加電圧制御：
印加電圧Ｖｍを、ＳＯｘ分解開始電圧より大きい電圧であって、第２印加電圧制御を終了した時点の電圧（即ち、第１電圧Ｖ１までの降圧スイープを開始する時点の電圧（具体的に述べると、０．８Ｖ））から第１電圧Ｖ１（具体的に述べると、０．４Ｖ）まで徐々に減少させる降圧スイープ。降圧スイープの掃引速度は、後述の「所定の掃引速度」に設定される。
【００６７】
尚、ＳＯｘ検出用電圧制御において、第１印加電圧制御を開始する時点の印加電圧Ｖｍと、第３印加電圧制御を終了する時点の印加電圧Ｖｍとが、同じでなくてもよい。更に、第１印加電圧制御を終了する時点の印加電圧Ｖｍと第３印加電圧制御を開始する時点の印加電圧Ｖｍとが同じでなくてもよい。
【００６８】
時刻ｔ３で、ＳＯｘ検出用電圧制御によるＳＯｘ濃度検出が終了すると、第１検出装置は、機関の空燃比Ａ／Ｆを検出するための処理を再開する。即ち、第１検出装置は、時刻ｔ３で、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧Ｖaf（０．４Ｖ）に設定する。
【００６９】
（Ａ／Ｆ検出）
次に、上述した機関の空燃比Ａ／Ｆを検出する際の作動について説明する。第１検出装置は、ガスセンサ３０がセンサ活性の状態になると、機関の空燃比Ａ／Ｆを取得するために、第１電極４１ａが低電位となり且つ第２電極４１ｂが高電位となるように、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧Ｖaf（例えば、０．４Ｖ）に設定する。即ち、第１電極４１ａは陰極として機能し、第２電極４１ｂは陽極として機能する。酸素濃度検出用の電圧Ｖafは、第１電極４１ａにおいて酸素（Ｏ２）の分解が始まる電圧（分解開始電圧）以上であって且つ酸素以外の酸素含有成分の分解開始電圧未満の電圧に設定される。これにより、排気中に含まれる酸素が第１電極４１ａにおいて還元分解されて酸化物イオン（Ｏ２−）となる。
【００７０】
この酸化物イオンは上記固体電解質体４１ｓを介して第２電極４１ｂへと伝導されて酸素（Ｏ２）となり、大気導入路ＳＰ２を通じて大気中へと排出される。前述したように、このような陰極（第１電極４１ａ）から陽極（第２電極４１ｂ）への固体電解質体４１ｓを介する酸化物イオンの伝導による酸素の移動は「酸素ポンピング作用」と称される。
【００７１】
この酸素ポンピング作用に伴う酸化物イオンの伝導により、電極４１ａと電極４１ｂとの間に電流が流れる。電極４１ａと電極４１ｂとの間に流れる電流は「出力電流Ｉｍ（或いは電極電流Ｉｍ）」と称呼される。出力電流Ｉｍは、一般には、印加電圧Ｖｍが上昇するほど大きくなる傾向を有する。しかしながら、第１電極４１ａに到達する排気の流量が拡散抵抗部６１によって制限されるので、やがて酸素ポンピング作用に伴う酸素の消費速度が第１電極４１ａへの酸素の供給速度を超えるようになる。即ち、第１電極４１ａ（陰極）における酸素の還元分解反応が拡散律速状態となる。
【００７２】
第１電極４１ａにおける酸素の還元分解反応が拡散律速状態となると、印加電圧Ｖｍを上昇させても出力電流Ｉｍが増大せず、略一定となる。このような特性は「限界電流特性」と称呼される。限界電流特性が発現する（観測される）印加電圧の範囲は「限界電流域」と称呼される。更に、限界電流域における出力電流Ｉｍは「限界電流」と称呼される。酸素に対する限界電流の大きさ（限界電流値）は第１電極４１ａ（陰極）への酸素の供給速度に対応する。上述したように、第１電極４１ａに到達する排気の流量は拡散抵抗部６１によって一定に維持されているので、第１電極４１ａへの酸素の供給速度は排気に含まれる酸素の濃度に対応する。
【００７３】
従って、ガスセンサ３０において、印加電圧Ｖｍを「酸素の限界電流域内の所定の電圧（具体的に述べると０．４Ｖ）である酸素濃度検出用の電圧Ｖaf」に設定したときの出力電流（限界電流）Ｉｍは排気に含まれる酸素の濃度に対応する。このように酸素の限界電流特性を利用して、第１検出装置は被検ガスとしての排気中に含まれる酸素の濃度を検出する。
【００７４】
即ち、第１検出装置は、酸素の限界電流と酸素濃度との関係を予めＲＯＭに記憶させておき、その関係と検出した酸素の限界電流とに基づいて排気中の酸素濃度を検出する。一方、機関の空燃比Ａ／Ｆと排気中の酸素の濃度とは、一対一の関係がある。従って、第１検出装置は、この関係を予めＲＯＭに記憶させておき、その関係と検出した酸素濃度とに基づいて機関の空燃比Ａ／Ｆを検出する。尚、第１検出装置は、酸素の限界電流と機関の空燃比Ａ／Ｆとの関係を予めＲＯＭに記憶させておき、その関係と検出した酸素の限界電流とに基づいて機関の空燃比Ａ／Ｆを取得してもよい。
【００７５】
（ＳＯｘ濃度検出）
［検出原理］
次に、排気中のＳＯｘ濃度の検出の仕方について説明する。上述した酸素ポンピング作用は、分子中に酸素原子を含む「ＳＯｘ（硫黄酸化物）及びＨ２Ｏ（水）等」の酸素含有成分に対しても発生する。即ち、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に、これらの化合物のそれぞれの分解開始電圧以上の電圧を印加すると、これらの化合物のそれぞれが還元分解されることによって、酸化物イオンが生じる。この酸化物イオンは、「酸素ポンピング作用」によって、第１電極４１ａから第２電極４１ｂへと伝導される。これにより、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に出力電流Ｉｍが流れる。
【００７６】
しかしながら、排気中に含まれるＳＯｘの濃度は極めて低く、ＳＯｘの分解に起因する電流も極めて小さい。更に、ＳＯｘ以外の酸素含有成分（例えば、水及び二酸化炭素等）が分解されることに起因する電流も第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に流れる。そのため、ＳＯｘに起因する出力電流のみを精度よく検出することは困難である。
【００７７】
そこで、本願の発明者は、鋭意検討した結果、ＳＯｘ濃度を検出する際、昇圧スイープ及び「所定の掃引速度での降圧スイープ」を１サイクルとする印加電圧スイープを実行することによって、ＳＯｘ濃度を精度良く検出できるとの知見を得た。
【００７８】
昇圧スイープは、印加電圧Ｖｍを、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に徐々に上昇させる処理である。降圧スイープは、印加電圧Ｖｍを、第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１に徐々に下降させる処理である。尚、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、第１電極４１ａの電位を基準とした第２電極４１ｂの電位であり、正の電圧値である。
【００７９】
第１電圧Ｖ１は、ＳＯｘの分解開始電圧（約０．６Ｖ）よりも低く、且つ、酸素の限界電流域内の印加電圧Ｖｍの最小値よりも高い電圧範囲（以下、「第１電圧範囲」とも称呼される。）内の電圧に設定される。図４に示したように酸素の限界電流域内（両矢印にて示した電圧範囲内）の印加電圧Ｖｍの最小値は、機関の空燃比Ａ／Ｆに依存するから、第１電圧範囲の下限値もまた機関の空燃比Ａ／Ｆに応じて変更されることが望ましい。具体的には、第１電圧範囲の下限値は例えば０．１５Ｖ乃至０．４５Ｖの範囲内の電圧であり、第１電圧範囲の上限電圧は０．６Ｖである。即ち、第１電圧Ｖ１は０．１５Ｖ以上であり且つ０．６Ｖ未満の範囲から選ばれた電圧である。
【００８０】
第２電圧Ｖ２は、ＳＯｘの分解開始電圧（約０．６Ｖ）よりも高く、且つ、固体電解質体４１ｓが破壊されない電圧の上限値（２．０Ｖ）よりも低い電圧範囲（以下、「第２電圧範囲」とも称呼される。）内の電圧に設定される。即ち、第２電圧Ｖ２は、０．６Ｖよりも高く且つ２．０Ｖ以下の範囲から選ばれた電圧である。
【００８１】
昇圧スイープを行っている期間において、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂの間に印加される印加電圧Ｖｍが、ＳＯｘの分解開始電圧以上になると、図５（Ａ）に示したように、第１電極４１ａ（陰極）において排気に含まれるＳＯｘがＳとＯ２−とに還元分解される。その結果、ＳＯｘの還元分解生成物（Ｓ（硫黄））が、第１電極４１ａ（陰極）に吸着する。
【００８２】
降圧スイープを行っている期間において、印加電圧Ｖｍが、ＳＯｘの分解開始電圧未満になると、図５（Ｂ）に示したように、第１電極４１ａ（陰極）に吸着していたＳとＯ２−とが反応してＳＯｘを生成する反応（以下、「Ｓ（硫黄）の再酸化反応」と称呼する場合がある。）が生じる。このとき、「Ｓの再酸化反応」に起因して、出力電流Ｉｍが後述するように変化する。尚、この「Ｓの再酸化反応」に伴う出力電流Ｉｍの変化を「再酸化電流変化」と称呼する。
【００８３】
ところで、発明者の検討によれば、降圧スイープの掃引速度によっては、ＳＯｘ濃度検出に有意な再酸化電流変化が現れなくなる場合があることが判明した。この点について、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照しながら説明する。
【００８４】
図６（Ａ）は、掃引周期（即ち、昇圧スイープに要する時間と降圧スイープに要する時間との和、印加電圧スイープの周期）を１秒に設定して印加電圧スイープを実行したときの印加電圧Ｖｍと出力電流Ｉｍとの関係を示した模式的なグラフである。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示した例より遅い掃引速度（掃引周期２０秒）にて、印加電圧スイープを実行したときの印加電圧Ｖｍと出力電流Ｉｍとの関係を示した模式的なグラフである。
【００８５】
両者を比較すると、図６（Ｂ）の例より、印加電圧スイープの掃引速度がより速い図６（Ａ）の例の方が、ＳＯｘの分解開始電圧（０．６Ｖ）よりも小さい電圧範囲にて、線Ｌ１で示した「被検ガスのＳＯｘ濃度が０ｐｐｍのときの出力電流Ｉｍ」と、線Ｌ２で示した「被検ガスのＳＯｘ濃度が１３０ｐｐｍのときの出力電流Ｉｍ」との差（電流値の差）が明確に現れている。即ち、図６（Ａ）の例の方では、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化（再酸化電流変化）が現れている。このような現象が生じるメカニズムは、次のようなことであると考えられる。
【００８６】
即ち、掃引速度を所定速度より遅くした場合、降圧スイープを行っているときに、Ｓの再酸化反応が連続的且つ徐々に進行するため、有意な再酸化電流変化は現れない。一方、掃引速度を所定の掃引速度より速くした場合、降圧スイープを行っているときに、Ｓの再酸化反応がそれ程進行しないまま印加電圧Ｖｍが低下し、印加電圧Ｖｍが「Ｓの再酸化反応が活発になるある電圧範囲」の電圧になると、Ｓの再酸化反応が急激に進行すると考えられる。これにより、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化が現れる。
【００８７】
このように、降圧スイープを行った時の掃引速度によって、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化が現れる場合と現れなくなる場合とが生じる。従って、降圧スイープを行うとき、掃引速度を、再酸化電流変化を示す有意な電流変化が現れるような所定速度にする必要がある。
【００８８】
第１検出装置において、この所定速度は、予め実験を行うことによって再酸化電流変化を示す有意な電流変化が現れる適切な速度に設定される。
【００８９】
実験によれば、例えば、図３（Ｂ）に示した正弦波形の電圧を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に印加する場合、所定範囲の周波数Ｆ（典型的には、０．１Ｈｚ以上５Ｈｚ以下の範囲）となるような掃引速度に設定することが好ましいことが判明した。この所定範囲の周波数Ｆの下限値は、これ未満になるとＳＯｘ濃度検出に有意な信号差（再酸化電流変化）が得られなくなる観点から定められる。この所定範囲の周波数Ｆの上限値は、これより多くなると、ＳＯｘ濃度以外の他の電流変化要因（具体的に述べると固体電解質体４１ｓの容量等）の寄与が大きくなってしまう観点から定められる。
【００９０】
一方、実験によれば、図３（Ｃ）に示したような、キャパシタの充放電に伴う非正弦波形の電圧を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に印加する場合、電圧切り替え波形の応答時間Ｔ１が所定範囲（典型的には、０．１秒以上５秒以下の範囲）となるような掃引速度に設定することが好ましいことが判明した。尚、応答時間Ｔ１は、印加電圧Ｖｍが所定範囲の下限電圧から上限電圧又はその逆に変化するのに要する時間である。応答時間Ｔ１の所定範囲の下限電圧及び上限電圧は、上述した正弦波形の電圧を印加電圧として用いる場合の周波数Ｆ（上記所定の周波数）を決定する場合と同様の観点から適切な値に定められる。
【００９１】
尚、上記の周波数Ｆ及び応答時間Ｔ１の所定範囲を、降圧スイープに要する時間（即ち、第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１に達するまでの時間）に換算すると、０．１秒以上５秒以下の範囲となる。従って、当該時間は、０．１秒以上５秒以下の範囲であることが好ましい。
【００９２】
更に、再酸化電流変化は、主として被検ガスである排気中のＳＯｘ濃度に依存することが判明した。換言すると、再酸化電流変化は、排気中の「硫黄酸化物（ＳＯｘ）以外の酸素含有成分のガス（例えば、水）」の影響を受ける可能性が低い。即ち、昇圧スイープを行った場合に「硫黄酸化物以外の他の成分（酸素含有成分）の分解物（例えば、水の分解物である水素等）は第１電極４１ａに吸着しないため、降圧スイープを行っている期間において、そのような「硫黄酸化物以外の酸素含有成分」の分解物が当該第１電極４１ａにおいて再酸化反応して酸素含有成分へ戻る現象は実質的に生じない。
【００９３】
このため、降圧スイープを行っているときに第１電極４１ａに吸着していた硫黄が当該第１電極４１ａにおいて再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより生じる「出力電流の変化」は、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい。即ち、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい「出力電流の変化」が生じる。
【００９４】
更に、「出力電流の変化（再酸化電流変化）」は、排気（被検ガス）中のＳＯｘ濃度が大きくなるほど出力電流Ｉｍが小さくなっていくような特性を有するように現れることが判明した。即ち、硫黄の再酸化反応が生じた場合、図５（Ｂ）に示したように、第１電極４１ａにおいて酸化物イオンが消費されるため、第１電極４１ａから第２電極４１ｂへ移動する酸化物イオン（例えば、酸素分子の分解により生じる酸化物イオン）の移動量が減少する。これにより、出力電流Ｉｍは減少する。排気中のＳＯｘ濃度が大きくなるほど、特に昇圧スイープ中に第１電極４１ａに吸着する硫黄の量が多くなり、よって、特に降圧スイープ中に第１電極４１ａにおいて硫黄と反応して消費される酸化物イオンの量も多くなる。その結果、第１電極４１ａから第２電極４１ｂへ移動する酸化物イオンの量も減少する。従って、排気中のＳＯｘ濃度が大きくなるほど、出力電流Ｉｍは減少する。
【００９５】
以上により、上述した「再酸化電流変化を利用することにより、排気中のＳＯｘ以外の酸素含有成分のガス（例えば、水）の影響を受けることなく、精度よく排気中のＳＯｘ濃度を検出することができる。」ことが理解される。即ち、排気中のＳＯｘ濃度が大きくなるほど出力電流Ｉｍが小さくなっていく「再酸化電流変化」の出力電流Ｉｍの減少度合いを利用して、精度良くＳＯｘ濃度を検出することができることが理解される。
【００９６】
ところが、本願の発明者が更に検討を重ねたところ、この「再酸化電流変化」の出力電流Ｉｍの減少度合いは、印加電圧スイープにおいて印加電圧ＶｍがＳＯｘ分解開始電圧以上になっている期間（「ＳＯｘ分解期間」と称呼される。）に応じて、変わってしまうことがわかった。具体的に述べると、「再酸化電流変化」の出力電流Ｉｍの減少度合いは、ＳＯｘ分解期間が短くなるほど小さくなり、ＳＯｘ分解期間が長くなるほど大きくなる傾向にあることがわかった。これは、ＳＯｘ分解期間が長くなるほど、硫黄酸化物の分解量が増大して、これに伴い、「再酸化電流変化」の出力電流Ｉｍの減少度合いも大きくなるからであると考えられる。
【００９７】
図７（Ａ）は、排気中のＳＯｘ濃度が低い実験条件で、印加電圧制御を実施した場合のＶ−Ｉ特性を示す。図７（Ｂ）は、排気中のＳＯｘ濃度が図７（Ａ）より高い実験条件で、印加電圧制御を実施した場合のＶ−Ｉ特性を示す。線ｃ１及び線ｄ１は、図８（Ａ）中の実線にて示したように印加電圧Ｖｍを制御した場合（即ち、ＳＯｘ分解期間が長い場合（具体的に述べると１１秒））のＶ−Ｉ特性を示す。線ｃ２及び線ｄ２は、図８（Ａ）中の点線にて示したように印加電圧Ｖｍを制御した場合（即ち、ＳＯｘ分解期間が短い場合（具体的に述べると０．５秒））のＶ−Ｉ特性を示す。
【００９８】
線ｃ１にて示したＶ−Ｉ特性と線ｃ２にて示したＶ−Ｉ特性との比較、及び、線ｄ１にて示したＶ−Ｉ特性と線ｄ２にて示したＶ−Ｉ特性との比較によれば、ＳＯｘ分解開始電圧未満の電圧領域Ｒ１に現れている「再酸化電流変化」の出力電流Ｉｍの減少度合いは、ＳＯｘ分解期間が短くなるほど小さくなってしまうことが確認できる。
【００９９】
ＳＯｘ分解期間が短すぎて「再酸化電流変化」の出力電流Ｉｍの減少度合いが小さくなった場合、精度良くＳＯｘ濃度を検出するために必要なＳＯｘ濃度に応じた出力電流の差が現れにくくなってしまう。このため、ＳＯｘ濃度検出の精度が悪くなってしまう。特に排気中のＳＯｘ濃度が低い場合、元々、排気中のＳＯｘ濃度に応じて変化する「再酸化電流変化」の出力電流Ｉｍの減少度合いが小さいため、ＳＯｘ濃度に応じた出力電流の差が、ＳＯｘ濃度が高い場合に比べてより一層現れにくくなってしまう。その結果、ＳＯｘ濃度検出の精度が更に悪くなってしまう。
【０１００】
これに対して、ＳＯｘ濃度検出のための印加電圧スイープを行うときに「ＳＯｘ分解期間（印加電圧ＶｍがＳＯｘ分解開始電圧以上（電圧領域Ｒ２）の電圧になっている期間）を長くすれば、ＳＯｘ濃度に応じた出力電流の差がよりはっきり現れるようにすることができる（線ｃ１と線ｄ１との比較を参照）。特にＳＯｘ濃度が低い場合であっても、ＳＯｘ濃度に応じた出力電流の差がはっきり現れるようにすることができる。その結果、ＳＯｘ濃度検出の精度を良くすることができる。
【０１０１】
そこで、第１検出装置は、図８（Ｂ）に示したように、第１印加電圧制御（昇圧スイープ）と、第３印加電圧制御（降圧スイープ）との間に、所定の電圧保持時間にわたって印加電圧ＶｍをＳＯｘ分解開始電圧以上の電圧に保持する第２印加電圧制御を行う。これにより、印加電圧ＶｍがＳＯｘ分解開始電圧以上の電圧になっている期間（ＳＯｘ分解期間）が、昇圧スイープを終了した後に降圧スイープを連続的に行う場合（例えば、図８（Ａ）の点線にて示した印加電圧制御を行う場合）より長くなって、所定時間以上になる。
【０１０２】
この所定時間としては、ＳＯｘ濃度に応じた差（ＳＯｘ濃度が所定値以上である場合とＳＯｘ濃度が所定値未満である場合との差）が、ＳＯｘ濃度判定可能な程度にＳＯｘ検出用パラメータに現れる程度の時間以上（例えば、１秒以上であり、好ましくは1秒秒以上６０秒以内）の時間が選ばれる。この所定時間は、所望のＳＯｘ濃度検出レベル（ＳＯｘ判定の判定基準の所定値の大きさ）に応じて変わり、実験等で任意の長さの時間を求めることができる。
【０１０３】
［再酸化電流変化を検出するためのパラメータ（ＳＯｘ検出用パラメータ）］
第１検出装置は、ＳＯｘ検出用電圧制御を行うことにより、ＳＯｘ分解期間が所定時間以上になるようにしている。そして、第１検出装置は、出力電流から「再酸化電流変化」を適切に（精度よく表す）パラメータ（ＳＯｘ検出用パラメータＩsmn）を取得して、このパラメータに基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であるか否かを判定する。
【０１０４】
より具体的に述べると、第１検出装置は、第３印加電圧制御（降圧スイープ）中において印加電圧Ｖｍが「電流取得開始電圧（第３電圧）Ｖsem以下であり、且つ、第１電圧Ｖ１より高い第４電圧Ｖ４以上の範囲（検出用電圧範囲）内」であるときの出力電流Ｉｍの最小値（以下、「最小電流Ｉsmn」又は「最小値Ｉsmn」と称呼する。）を「再酸化電流変化を表すパラメータ」として取得する。
【０１０５】
電流取得開始電圧Ｖsemは、再酸化電流変化が出力電流Ｉｍに現れる降圧スイープ（第３印加電圧制御）の下限電圧（第１電圧Ｖ１）より大きく、且つ、ＳＯｘの分解開始電圧（０．６Ｖ）以下の範囲内から選ばれる。本例において、電流取得開始電圧Ｖsemは、０．６Ｖに設定されている。尚、電流取得開始電圧Ｖsemは、印加電圧範囲及び印加電圧スイープの周期（換言すると、印加電圧スイープの掃引速度）の少なくとも１つに応じて異なるようにしてもよい。そして、第１検出装置は、このＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn）に基づいて、ＳＯｘ濃度検出を行う。
【０１０６】
［ＳＯｘ濃度検出方法］
第１検出装置は、以上説明したＳＯｘ濃度の検出原理を用いて、ＳＯｘ濃度検出を次のように行うようになっている。
・第１検出装置は、ＳＯｘ検出用の印加電圧制御（ＳＯｘ検出用電圧制御）を実行する。具体的に述べると、第１検出装置は、第１印加電圧制御（昇圧スイープ）、第２印加電圧制御（電圧保持制御）及び第３印加電圧制御（降圧スイープ）からなるＳＯｘ検出用電圧制御を実行する。第３印加電圧制御は、既述した「所定の掃引速度」で行う。
・第１検出装置は、第３印加電圧制御（降圧スイープ中）であって印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲（電流取得開始電圧Ｖsem以下であり、且つ、第１電圧Ｖ１より高い第４電圧Ｖ４以上の範囲）であるときの出力電流Ｉｍを取得し、その中の最小値を、最小電流Ｉsmnとして取得する。この最小電流Ｉsmnが、排気中のＳＯｘ濃度を表すパラメータ（「ＳＯｘ検出用パラメータ」）である。このＳＯｘ検出用パラメータは、ＳＯｘ分解期間が所定時間以上になるように設定したＳＯｘ検出用電圧制御を行ったときの出力電流Ｉｍから取得される。このため、ＳＯｘ濃度検出に必要なＳＯｘ濃度に応じた差（ＳＯｘ濃度が所定値以上である場合とＳＯｘ濃度が所定値未満である場合との差）が、ＳＯｘ濃度用検出パラメータにはっきり現れる。
・第１検出装置は、ＳＯｘ濃度用検出パラメータ（最小電流Ｉsmn）に基づいて、ＳＯｘ濃度検出を行う。
【０１０７】
具体的に述べると、第１検出装置は、ＳＯｘ検出用電圧制御を実行する場合、図８（Ｂ）に示したように制御した印加電圧Ｖｍを、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に印加する。第１検出装置は、第３印加電圧制御（降圧スイープ）を行う場合、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化が生じるような既述した「所定の掃引速度」にて印加電圧スイープ（降圧スイープ）を実行する。
【０１０８】
既述した通り、昇圧スイープ及び降圧スイープを行った場合、排気中にＳＯｘが含まれていると、主に昇圧スイープを行っている期間において、ＳＯｘが分解して生じたＳ（硫黄）が、第１電極４１ａに吸着する。主に降圧スイープを行っている期間において、第１電極４１ａに吸着したＳが再酸化する。
【０１０９】
第１検出装置は、ＳＯｘ検出用パラメータ（＝最小電流Ｉsmn）を用いて再酸化電流変化を検出することによって、ＳＯｘ濃度検出を行う。即ち、第１検出装置は、印加電圧スイープを行って、図８（Ｂ）の線ｇ１により示した出力電流Ｉｍから、降圧スイープ中であって印加電圧Ｖｍが上述した検出用電圧範囲（図８（Ｂ）中の第４電圧Ｖ４以上Ｖsem以下の範囲）であるときの最小値（最小電流Ｉsmn）を取得する。
【０１１０】
排気中にＳＯｘが含まれている場合（線ｇ１）、排気中にＳＯｘが含まれていない場合（線ｇ２）に比べて、上述した再酸化電流変化の程度は大きく現れる。即ち、検出用電圧範囲において、線ｇ１に示した排気中にＳＯｘが含まれている場合の出力電流Ｉｍが、線ｇ２に示した排気中にＳＯｘが含まれていない場合の出力電流Ｉｍに比べて小さくなる。更に、排気中にＳＯｘが含まれている場合の最小電流Ｉsmnも、排気中にＳＯｘが含まれていない場合の最小電流Ｉｒに比べて小さくなる。そして、排気中のＳＯｘ濃度が大きいほど、再酸化電流変化は顕著になり、これに伴い最小電流Ｉsmnが小さくなる。従って、第１検出装置は、最小電流Ｉsmnを、ＳＯｘ濃度を表すＳＯｘ検出用パラメータとして取得する。
【０１１１】
第１検出装置によれば、このようにして、ＳＯｘ検出用パラメータとして、ＳＯｘ濃度を検出するために必要な再酸化電流変化の程度を精度良く表す出力電流Ｉｍの値（最小電流Ｉsmn）が取得される。従って、最小電流Ｉsmnが現れる実際の電圧が、諸条件（例えば、機関の空燃比Ａ／Ｆ、印加電圧範囲、掃引速度、ガスセンサ３０のセンサ素子温度及びガスセンサ３０の経年特性変化等）によって異なった場合でも、最小電流Ｉsmnが確実に取得される。よって、第１検出装置は、ＳＯｘ濃度をより精度よく検出できる。
【０１１２】
更に、最小電流Ｉsmnは、ＳＯｘ分解期間が所定時間以上になるように設定されたＳＯｘ検出用電圧制御を行ったときの出力電流Ｉｍから取得されている。このため、ＳＯｘ濃度検出のために必要なＳＯｘ濃度に応じた差が最小電流Ｉsmmにはっきり現れるようになる。その結果、ＳＯｘ濃度をより精度よく検出できる。特に、ＳＯｘ濃度に応じた差が出力電流Ｉｍに現れにくい排気中のＳＯｘ濃度が低い場合でも、ＳＯｘ濃度検出のために必要なＳＯｘ濃度に応じた差が現れるようになるので、ＳＯｘ濃度検出を精度よく行うことができる。
【０１１３】
＜具体的作動＞
次に、第１検出装置の具体的作動について説明する。所定時間が経過する毎に、ＥＣＵ２０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と称呼する。）は、ガスセンサ３０を使用して図９乃至図１１のフローチャートによりそれぞれ示したセンサ活性判定ルーチン、Ａ／Ｆ検出ルーチン及びＳＯｘ検出ルーチンを実行する。
【０１１４】
尚、これらのルーチンにおいて使用される「Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値及びＳＯｘ検出要求フラグＸｓの値」は、車両に搭載された図示しないイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更されたときに、ＣＰＵにより実行されるイニシャルルーチンにおいて「０」に設定される。
【０１１５】
ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図９に示したセンサ活性判定ルーチンのステップ９００から処理を開始して、ステップ９１０に進み、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値、及び、ＳＯｘ検出要求フラグＸｓの値が共に「０」であるか否かを判定する。
【０１１６】
現時点が、イグニッション・キー・スイッチがオン位置へと変更された直後（内燃機関１０の始動直後）であるとすると、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値及びＳＯｘ検出要求フラグＸｓの値が共に「０」である。この場合、ＣＰＵはステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９２０に進み、ガスセンサ３０が正常であるか否かを周知の方法により判定する。例えば、ＣＰＵは、内燃機関１０の前回の運転中においてＡ／Ｆ検出中である場合に内燃機関１０の運転状態が燃料噴射状態から燃料カット状態へと変化した際、出力電流Ｉｓが変化しなかったとき、ガスセンサ３０が異常であると判定し、その旨をイグニッション・キー・スイッチがオフ中にも記憶内容を保持できるバックアップＲＡＭに記憶する。そして、ＣＰＵは、本ルーチンのステップ９２０にて、そのバックアップＲＡＭの記憶内容に基づいて、ガスセンサ３０が正常であるか否かを判定する。
【０１１７】
ガスセンサ３０が正常である場合、ＣＰＵはステップ９２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９３０に進み、素子温度制御用の素子インピーダンス（固体電解質体４１ｓの内部抵抗）を第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に電圧（例えば、高周波電圧）を印加したときの出力電流Ｉｍに基づいて検出する（例えば、特開平１０−２３２２２０号公報、特開２００２−７１６３３号公報を参照。）。
【０１１８】
その後、ＣＰＵは、以下に述べるステップ９４０及びステップ９５０の処理を順次実行した後、ステップ９６０に進む。
ステップ９４０：ＣＰＵは、目標インピーダンスフィードバックによるヒータ通電制御を実行する。即ち、温度情報としてステップ９３０にて取得した素子インピーダンスを予め設定した目標インピーダンスに一致させるようにヒータ７１の通電を制御する（例えば、特開２００２−７１６３３号公報及び特開２００９−５３１０８号公報等を参照。）。
ステップ９５０：ＣＰＵは、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用（即ち、Ａ／Ｆ検出用）の印加電圧Ｖｍ（具体的に述べると０．４Ｖ）を印加する。即ち、ＣＰＵは、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧Ｖafに設定する。
【０１１９】
ＣＰＵは、ステップ９６０に進むと、ガスセンサ３０が活性しているか（センサ活性であるか）否かを判定する。具体的には、ＣＰＵは、ステップ９３０にて取得した素子インピーダンスに基づいて推定される固体電解質体４１ｓの温度が活性温度閾値以上であるか否かを判定する。ガスセンサ３０がセンサ活性ではない場合、ＣＰＵはステップ９６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１２０】
これに対して、ガスセンサ３０がセンサ活性である場合、ＣＰＵはステップ９６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９７０に進み、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１２１】
尚、ＣＰＵがステップ９１０の処理を実行する時点において、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値及びＳＯｘ検出要求フラグＸｓの値の何れかが「０」ではない場合、ＣＰＵはステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１２２】
次に、図１０を参照しながらＡ／Ｆ検出ルーチンについて説明する。ＣＰＵは、所定タイミングになると、図１０のステップ１０００から処理を開始してステップ１０１０に進み、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が「１」であるか否かを判定する。
【０１２３】
Ａ／Ｆ検出ルーチンは、ガスセンサ３０がセンサ活性になってＡ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が「１」に設定された時点以降であって、ＳＯｘ検出要求フラグＸｓがオフ（Ｘｓ＝０）である場合に、実質的に機能する。従って、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が「１」ではない場合（即ち、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が「０」である場合）、ＣＰＵはステップ１０１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１２４】
これに対して、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が図９のステップ９７０の処理によって「１」に設定されている場合又はＡ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が後述の図１１のステップ１１５０及びステップ１１６０のそれぞれの処理によって「１」に設定されている場合、ＣＰＵはステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０２０に進み、ガスセンサ３０から取得した出力電流Ｉｍに基づいて、酸素濃度を検出し、当該酸素濃度を所定のルックアップテーブル（「マップ」とも称呼される。）に適用することにより機関の空燃比Ａ／Ｆを算出する。その後、ＣＰＵはステップ１０３０に進み、各種センサ（ＮＥセンサ２１及び水温センサ２２等）から取得した情報に基づいて、下記のＳＯｘ検出条件を構成する条件の総てが満たされているか否かを判定する。下記の条件の総てが満たされているとき、ＳＯｘ検出条件が成立する。
【０１２５】
<<ＳＯｘ検出条件>>
・内燃機関１０が暖機後の状態である（即ち、冷却水温ＴＨＷが暖機水温ＴＨＷth以上である。）。
・ガスセンサ３０がセンサ活性である。
・燃料カット（フューエルカット）状態ではない。
・機関の空燃比Ａ／Ｆが安定している。即ち、内燃機関１０の運転状態がアイドル状態か、又は、車両の運転状態が定常走行状態である。尚、内燃機関１０の運転状態がアイドル状態であるか否かは、「アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であり、且つ、機関回転速度ＮＥが所定回転数以下である状態」が所定アイドル時間以上継続しているか否かを判定することにより判定される。車両の運転状態が定常走行状態であるか否かは、「アクセルペダル操作量ＡＰの単位時間あたりの変化量が閾値操作変化量以下であり且つ図示しない車速センサにより検出される車両の速度の単位時間あたりの変化量が閾値車速変化量以下である状態」が所定定常走行閾値時間以上継続しているか否かを判定することにより判定される。
・イグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更されたのちにオフ位置へと変更される前に（即ち、今回の内燃機関１０の始動後において）、一度も、ＳＯｘ濃度検出が行われていない。
【０１２６】
ＳＯｘ検出条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ１０３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０４０に進み、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「０」に設定すると共に、ＳＯｘ検出要求フラグＸｓの値を「１」に設定する。
【０１２７】
これに対して、ＳＯｘ検出条件を構成する条件のうち少なくとも１つが満たされていない場合、ＣＰＵはステップ１０３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１２８】
次に、図１１を参照しながらＳＯｘ検出ルーチンについて説明する。ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図１１に示したＳＯｘ検出ルーチンのステップ１１００から処理を開始して、ステップ１１０５に進み、ＳＯｘ検出要求フラグＸｓの値が「１」であるか否かを判定する。
【０１２９】
ＳＯｘ検出ルーチンは、ＳＯｘ検出条件が成立した場合（即ち、ＳＯｘ検出要求フラグＸｓがオン（Ｘｓ＝１）である場合）に、実質的に機能する。従って、ＳＯｘ検出要求フラグＸｓの値が「１」ではない場合（即ち、ＳＯｘ検出要求フラグＸｓの値が「０」である場合）、ＣＰＵはステップ１１０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１３０】
これに対して、ＳＯｘ検出要求フラグＸｓの値が図１０のステップ１０４０の処理によって「１」に設定されている場合、ＣＰＵはステップ１１０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１１０に進み、既述のＳＯｘ検出条件を構成する条件の総てが満たされているか否かを判定する。
【０１３１】
ＳＯｘ検出条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ１１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１１５に進み、ＳＯｘ検出用電圧制御を実行する。具体的に述べると、ＣＰＵは、ＳＯｘ検出用電圧制御として、下記の第１印加電圧制御、第２印加電圧制御及び第３印加電圧制御をこの順で実行する。
・第１印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、第１電圧Ｖ１（０．４Ｖ）から第２電圧Ｖ２（０．８Ｖ）まで徐々に増大させる昇圧スイープ（１秒）
・第２印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、第１印加電圧制御終了時点の電圧（０．８Ｖ）と同じ電圧に所定の電圧保持時間にわたって保持する印加電圧制御（１０秒）
・第３印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、０．８Ｖから第１電圧Ｖ１（０．４Ｖ）まで徐々に減少させる降圧スイープ（１秒）
尚、ステップ１１１５の処理の時点でＳＯｘ検出用電圧制御を既に実行中の場合、ＣＰＵはそのＳＯｘ検出用電圧制御の実行を継続する。
【０１３２】
その後、ＣＰＵはステップ１１２０に進み、ＳＯｘ検出用電圧制御が完了しているか否かを判定する。
【０１３３】
ＳＯｘ検出用電圧制御が完了していない場合、ＣＰＵはステップ１１２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１３４】
ＳＯｘ検出用電圧制御が完了している場合、ＣＰＵはステップ１１２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１２５に進み、ＳＯｘ検出用電圧制御を行うことにより取得した出力電流Ｉｍから、ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn）を取得する。
【０１３５】
その後、ＣＰＵはステップ１１３０に進み、最小電流Ｉsmnが閾値（閾値最小電流）Ｉthより小さいか否かを判定する。閾値最小電流Ｉthは、排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であるか否かの判定（ＳＯｘ濃度判定）を行うのに適切な値であって、予め実験等を行う等によって特定されている。即ち、閾値最小電流Ｉthは、燃料に所定値に対応する濃度（例えば、許容範囲の上限濃度）の硫黄（Ｓ）を混入させておき、そのとき上記と同じ条件（排気中のＳＯｘ濃度を実際に検出する場合と同じ条件）で印加電圧制御を行ったときの、降圧スイープ中且つ検出用電圧範囲における出力電流Ｉｍの最小値に設定されている。尚、この場合の同じ条件とは、印加電圧制御の電圧波形、印加電圧制御の印加電圧範囲、印加電圧制御の掃引速度及び検出用電圧範囲等が同じであることである。
【０１３６】
尚、ＣＰＵは、図９のステップ１０２０にて取得したＡ／Ｆに応じて閾値最小電流Ｉthの値を変更するようにしてもよい。具体的に述べると、ＣＰＵは、ステップ１０２０の処理によって取得した空燃比Ａ／Ｆがリーンになるほど閾値最小電流Ｉthが大きくなるように、閾値最小電流Ｉthを変更するようにしてもよい。この理由は以下のとおりである。
【０１３７】
機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになるほど、排気中の酸素（酸素分子（Ｏ２））の還元分解に起因してより多くの酸化物イオンが第１電極４１ａから第２電極４１ｂへ移動するから、出力電流Ｉｍが上昇する。従って、この出力電流Ｉｍの上昇分を加味して閾値最小電流Ｉthを変更することが好ましい。このようにすれば、「所定濃度」のＳＯｘが排気中に含まれているか否かを、機関の空燃比Ａ／Ｆに関わらず、「より精度よく」判定することができる。この場合、ＣＰＵは、ステップ１０２０の処理によって取得した空燃比Ａ／Ｆを所定のルックアップテーブルに適用することによって、Ａ／Ｆ毎に閾値最小電流Ｉthを決定するようにしてもよい。
【０１３８】
更に、ＣＰＵは、ステップ１１１５にて行うＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間に応じて閾値最小電流Ｉthの値を変更して設定することが好ましい。排気中のＳＯｘ濃度が同じ場合でもＳＯｘ分解期間が長いほど出力電流Ｉｍの減少度合いが大きくなるため、この出力電流Ｉｍの減少度合いが大きくなる分を加味して閾値最小電流Ｉthを変更することが好ましい。具体的に述べると、ＳＯｘ分解期間が長くなるほどＳＯｘ濃度判定（排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であるか否かの判定）に用いる閾値最小電流Ｉthの値が小さくなるように設定することが好ましい。ＣＰＵは、ステップ１１１５の処理によって取得したＳＯｘ分解期間を所定のルックアップテーブルに適用することによって、ＳＯｘ分解期間に応じた閾値最小電流Ｉthを決定するようにしてもよい。
【０１３９】
最小電流Ｉsmnが閾値最小電流Ｉthより小さい場合、再酸化電流変化が大きいので、ＣＰＵはステップ１１３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１３５に進み、排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であると判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上である旨（又は、燃料中に許容値を超えるＳが混入している旨）を記憶してもよく、所定の警告ランプを点灯してもよい。その後、ＣＰＵはステップ１１４５に進む。
【０１４０】
これに対して、最小電流Ｉsmnが閾値最小電流Ｉth以上である場合、ＣＰＵはステップ１１３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１４０に進み、排気中のＳＯｘ濃度が所定値未満であると判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中のＳＯｘ濃度が所定値未満である旨（又は、燃料中に許容値を超えるＳが混入していない旨）を記憶してもよく、所定の警告ランプを消灯してもよい。その後、ＣＰＵはステップ１１４５に進む。
【０１４１】
ＣＰＵはステップ１１４５に進むと、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．４Ｖ）を印加する。その後、ＣＰＵはステップ１１５０に進み、ＳＯｘ検出要求フラグＸｓの値を「０」に設定すると共に、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１４２】
尚、ステップ１１１０の処理を実行する時点で、ＳＯｘ検出条件を満たしていない場合、ＣＰＵはステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１５５に進み、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．４Ｖ）を印加する。その後、ＣＰＵはステップ１１６０に進み、ＳＯｘ検出要求フラグＸｓの値を「０」に設定すると共に、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１４３】
以上説明したように、第１検出装置は、ＳＯｘ分解期間が長くなるように設定したＳＯｘ検出用電圧制御を行う。これにより、ＳＯｘ検出用電圧制御を行ったときの出力電流Ｉｍから取得するＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn）に、ＳＯｘ濃度に応じた差（ＳＯｘ濃度が所定値以上である場合と所定値未満である場合との差）がはっきり現れるようになる。その結果、ＳＯｘ濃度検出を精度良く行うことができる。特に、ＳＯｘ濃度判定の判定基準の判定値が低い場合であっても、ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn）に、ＳＯｘの濃度に応じた差（ＳＯｘ濃度が所定値以上である場合と所定値未満である場合との差）がはっきり現れるようになるため、排気中のＳＯｘ濃度が低い場合であっても、ＳＯｘ濃度検出を精度良く行うことができる。
【０１４４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るガス検出装置（以下、「第２検出装置」と称呼される場合がある。）について説明する。第２検出装置は、以下の点のみにおいて、第１検出装置と相違している。
・第１検出装置は、ＳＯｘ検出用電圧制御を行うことにより取得したＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn）に基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であるか否かを判定している。これに対して、第２検出装置では、１回目のＳＯｘ検出用電圧制御を行うことにより取得したＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn）に基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値以上であるか否かを判定する。排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値未満であると判定した場合、更に、前回のＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間より長いＳＯｘ分解期間になるように、２回目のＳＯｘ検出電圧制御を行う。そして、この２回目のＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行うことにより取得したＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn’）に基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値より低い値に設定した第２所定値以上であるか否かを判定する。
以下、この相違点を中心として説明する。
【０１４５】
＜具体的作動＞
次に、第２検出装置の具体的作動について説明する。所定時間が経過する毎に、ＥＣＵ２０のＣＰＵは、図９のルーチンと同一のセンサ活性判定ルーチン、図１０のルーチンと同一のＡ／Ｆ検出ルーチン、図１２に示したＳＯｘ検出ルーチン１、及び、図１３に示したＳＯｘ検出ルーチン２のそれぞれを実行する。
【０１４６】
センサ活性判定ルーチン及びＡ／Ｆ検出ルーチンは、第１検出装置が実行するそれらのルーチンとそれぞれ同一であり、既に説明済みである。よって、それらの説明を省略する。
【０１４７】
以下、図１２を参照しながらＳＯｘ検出ルーチン１について説明する。図１２のルーチンは、以下の点のみにおいて図１１のルーチンと相違している。
・図１１のステップ１１３５及びステップ１１４０が、ステップ１２１０及びステップ１２１５に置換されている。
・図１１のステップ１１４０とステップ１１９５との間にステップ１２２０及びステップ１２２５が追加されている。
以下、この相違点を中心に説明する。
【０１４８】
ステップ１２１０：最小電流Ｉsmnが閾値最小電流Ｉthより小さい場合、再酸化電流変化が大きいので、ＣＰＵはステップ１１３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１０に進み、排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値以上であると判定する。
【０１４９】
ステップ１２１５：最小電流Ｉsmnが閾値最小電流Ｉth以上である場合、ＣＰＵはステップ１１３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２１５に進み、排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値未満であると判定する。その後、ＣＰＵはステップ１２２０に進む。
ステップ１２２０：第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．４Ｖ）を所定時間印加する。その後、ＣＰＵはステップ１２２５に進む。
ステップ１２２５：ＣＰＵはＳＯｘ検出要求フラグＸｓの値を「０」に設定すると共に、再ＳＯｘ検出要求フラグＸｓ’の値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１５０】
以下、図１３を参照しながらＳＯｘ検出ルーチン２について説明する。ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図１３に示したＳＯｘ検出ルーチン２のステップ１３００から処理を開始して、ステップ１３０５に進み、再ＳＯｘ検出要求フラグＸｓ’の値が「０」であるか否かを判定する。
【０１５１】
ＳＯｘ検出ルーチン２は、ＳＯｘ検出ルーチン１において排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値未満であると判定された場合に、実質的に機能する。従って、再ＳＯｘ検出要求フラグＸｓ’の値が「１」ではない場合（即ち、再ＳＯｘ検出要求フラグＸｓ’の値が「０」である場合）、ＣＰＵはステップ１３０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３１０に進み、既述のＳＯｘ検出条件を構成する条件の総てが満たされている否かを判定する。
【０１５２】
ＳＯｘ検出条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ１３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３１５に進み、２回目のＳＯｘ検出用電圧制御を実行する。この２回目のＳＯｘ検出用電圧制御は、１回目のＳＯｘ検出用電圧制御よりＳＯｘ分解期間が長くなるように、第２印加電圧制御の電圧保持時間を１回目のＳＯｘ検出用電圧制御より長く設定している。２回目のＳＯｘ検出用電圧制御は、第２印加電圧制御の時間を長く設定したことのみ、第１回目のＳＯｘ検出用電圧制御と異なり、第１印加電圧制御及び第３印加電圧制御の掃引速度のそれぞれは、１回目のＳＯｘ検出用電圧制御と同じである。尚、このような２回目のＳＯｘ検出用電圧制御の第２印加電圧制御は、便宜上、「修正第２印加電圧制御」と称呼される場合がある。
【０１５３】
具体的に述べると、ＣＰＵは、２回目のＳＯｘ検出用電圧制御として。下記の第１印加電圧制御、第２印加電圧制御及び第３印加電圧制御を実行する。
・第１印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、第１電圧Ｖ１（０．４Ｖ）から第２電圧Ｖ２（０．８Ｖ）まで徐々に増大させる昇圧スイープ（１秒）
・第２印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、第１印加電圧制御終了時点の電圧（０．８Ｖ）と同じ電圧に所定の電圧保持時間にわたって保持する印加電圧制御（３０秒）
・第３印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、０．８Ｖから第１電圧Ｖ１（０．４Ｖ）まで徐々に減少させる降圧スイープ（１秒）
尚、ステップ１３１５の処理の時点で２回目のＳＯｘ検出用電圧制御を既に実行中の場合、ＣＰＵはそのＳＯｘ検出用電圧制御の実行を継続する。
【０１５４】
その後、ＣＰＵはステップ１３２０に進み、２回目のＳＯｘ検出用電圧制御が完了しているか否かを判定する。
【０１５５】
２回目のＳＯｘ検出用電圧制御が完了していない場合、ＣＰＵはステップ１３２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１５６】
ＳＯｘ検出用電圧制御が完了している場合、ＣＰＵはステップ１３２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３２５に進み、２回目のＳＯｘ検出用電圧制御を行うことにより取得した出力電流Ｉｍから、ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn’）を取得する。
【０１５７】
その後、ＣＰＵはステップ１３３０に進み、最小電流Ｉsmn’が閾値（閾値最小電流）Ｉth’より小さいか否かを判定する。閾値最小電流Ｉth’は、排気中のＳＯｘ濃度が、第１所定値より低い値に設定した第２所定値以上であるか否かの判定（ＳＯｘ濃度判定）を行うのに適切な値であって、予め実験等を行う等によって特定されている。ＣＰＵは、ステップ１１１５にて用いた閾値最小電流Ｉthと同様、Ａ／Ｆに応じて閾値最小電流Ｉth’の値を変更して設定してもよいし、２回目のＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間に応じて閾値最小電流Ｉth’の値を変更して設定してもよい。
【０１５８】
最小電流Ｉsmn’が閾値最小電流Ｉth’より小さい場合、再酸化電流変化が大きいので、ＣＰＵはステップ１３３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３３５に進み、排気中のＳＯｘ濃度が第２所定値以上であると判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中のＳＯｘ濃度が第２所定値以上である旨を記憶してもよく、所定の警告ランプを点灯してもよい。その後、ＣＰＵはステップ１３４５に進む。
【０１５９】
これに対して、最小電流Ｉsmn’が閾値最小電流Ｉth’以上である場合、ＣＰＵはステップ１３３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３４０に進み、排気中のＳＯｘ濃度が第２所定値未満であると判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中のＳＯｘ濃度が第２所定値未満である旨（又は、燃料中に許容値を超えるＳが混入していない旨）を記憶してもよく、所定の警告ランプを消灯してもよい。その後、ＣＰＵはステップ１３４５に進む。
【０１６０】
ＣＰＵはステップ１３４５に進むと、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．４Ｖ）を印加する。その後、ＣＰＵはステップ１３５０に進み、再ＳＯｘ検出要求フラグＸｓ’の値を「０」に設定すると共に、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１６１】
尚、ステップ１３１０の処理を実行する時点で、ＳＯｘ検出条件を満たしていない場合、ＣＰＵはステップ１３１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３５５に進み、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．４Ｖ）を印加する。その後、ＣＰＵはステップ１３６０に進み、再ＳＯｘ検出要求フラグＸｓ’の値を「０」に設定すると共に、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１６２】
以上説明したように、第２検出装置は、第１検出装置と同様の効果を奏する。更に、第２検出装置は、排気中のＳＯｘ濃度が１回目のＳＯｘ濃度判定より低い濃度（第２所定値）以上であるか否かを判定する場合、２回目のＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間が１回目のＳＯｘ検出用電圧制御より長くなるように設定されている。従って、排気中のＳＯｘ濃度が低い場合（ＳＯｘ濃度が第１所定値未満）であっても、ＳＯｘの濃度に応じた差（ＳＯｘ濃度が第２所定値以上である場合と２所定値未満である場合との差）がＳＯｘ検出用パラメータにはっきり現れるようになるため、排気中のＳＯｘ濃度が、第２所定値以上であるか否かの判定（１回目のＳＯｘ濃度判定より低いＳＯｘ濃度以下であるか否かの判定）も、精度良く行うことができる。
【０１６３】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るガス検出装置（以下、「第３検出装置」と称呼される場合がある。）について説明する。第３検出装置は、以下の点のみにおいて、第１検出装置と相違している。
・第３検出装置は、図１４に示したようにＳＯｘ分解期間を第１ＳＯｘ分解期間Ｔ１に設定した第１ＳＯｘ検出用電圧制御、及び、ＳＯｘ分解期間を第１ＳＯｘ分解期間より長い第２ＳＯｘ分解期間Ｔ２に設定した第２ＳＯｘ検出用電圧制御を行う。第３検出装置は、第１ＳＯｘ検出用電圧制御を行ったときに取得した出力電流Ｉｍから第１ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn1）を取得し、第２ＳＯｘ検出用電圧制御を行ったときに取得した出力電流Ｉｍから第２ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn2）を取得する。更に、第３検出装置は、第１ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn1）と第２ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn2）との差分（Ｉsmn1−Ｉsmn2）の絶対値（差分の大きさ）Ｉｄを算出する。図１４に示した排気中にＳＯｘが含まれている場合の差分の大きさＩｄと排気中にＳＯｘが含まれていない場合の差分の大きさ（Ｉr1−Ｉr2）との比較、並びに、図７（Ａ）の差分の大きさＩｄと図７（Ｂ）の差分の大きさＩｄとの比較によれば、差分の大きさＩｄは、排気中のＳＯｘ濃度が高いほど大きくなる。第３検出装置は、差分の大きさＩｄに基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であるか否かを判定する。
以下、この相違点を中心として説明する。
【０１６４】
＜具体的作動＞
次に、第３検出装置の具体的作動について説明する。所定時間が経過する毎に、ＥＣＵ２０のＣＰＵは、図９のルーチンと同一のセンサ活性判定ルーチン、図１０のルーチンと同一のＡ／Ｆ検出ルーチン、図１５に示したＳＯｘ検出ルーチン１、及び、図１６に示したＳＯｘ検出ルーチン２のそれぞれを実行する。
【０１６５】
センサ活性判定ルーチン及びＡ／Ｆ検出ルーチンは、第１検出装置が実行するそれらのルーチンとそれぞれ同一であり、既に説明済みである。よって、それらの説明を省略する。
【０１６６】
以下、図１５を参照しながらＳＯｘ検出ルーチン１について説明する。ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図１５に示したＳＯｘ検出ルーチンのステップ１５００から処理を開始して、ステップ１５０５に進み、第１ＳＯｘ検出要求フラグＸs1の値が「１」であるか否かを判定する。
【０１６７】
ＳＯｘ検出ルーチン１は、ＳＯｘ検出条件が成立した場合（即ち、第１ＳＯｘ検出要求フラグＸs1がオン（Ｘs1＝１）である場合）に、実質的に機能する。従って、第１ＳＯｘ検出要求フラグＸs1の値が「１」ではない場合（即ち、第１ＳＯｘ検出要求フラグＸs1の値が「０」である場合）、ＣＰＵはステップ１５０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１６８】
これに対して、第１ＳＯｘ検出要求フラグＸs1の値が図１０のステップ１０４０の処理によって「１」に設定されている場合、ＣＰＵはステップ１５０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５１０に進み、既述のＳＯｘ検出条件を構成する条件の総てが満たされているか否かを判定する。
【０１６９】
ＳＯｘ検出条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ１５１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５１５に進み、第１ＳＯｘ検出用電圧制御を実行する。具体的に述べると、ＣＰＵは、第１ＳＯｘ検出用電圧制御として、下記の第１印加電圧制御、第２印加電圧制御及び第３印加電圧制御を実行する。
・第１印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、第１電圧Ｖ１（０．４Ｖ）から第２電圧Ｖ２（０．８Ｖ）まで徐々に増大させる昇圧スイープ（１秒）
・第２印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、第１印加電圧制御終了時点の電圧（０．８Ｖ）と同じ電圧に所定の電圧保持時間（第１時間）にわたって保持する印加電圧制御（１０秒）
・第３印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、０．８Ｖから第１電圧Ｖ１（０．４Ｖ）まで徐々に減少させる降圧スイープ（１秒）
尚、ステップ１５１５の処理の時点で第１ＳＯｘ検出用電圧制御を既に実行中の場合、ＣＰＵはその第１ＳＯｘ検出用電圧制御の実行を継続する。
【０１７０】
その後、ＣＰＵはステップ１５２０に進み、第１ＳＯｘ検出用電圧制御が完了しているか否かを判定する。
【０１７１】
第１ＳＯｘ検出用電圧制御が完了していない場合、ＣＰＵはステップ１５２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１７２】
第１ＳＯｘ検出用電圧制御が完了している場合、ＣＰＵはステップ１５２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５２５に進み、第１ＳＯｘ検出用電圧制御を行うことにより取得した出力電流Ｉｍから、第１ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn1）を取得する。その後、ＣＰＵはステップ１５２７に進み、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．４Ｖ）を所定時間印加する。その後、ＣＰＵはステップ１５３０に進み、第１ＳＯｘ検出要求フラグＸs1の値を「０」に設定すると共に、第２ＳＯｘ検出要求フラグＸs2の値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１７３】
尚、ステップ１５１０の処理を実行する時点で、ＳＯｘ検出条件を満たしていない場合、ＣＰＵはステップ１５１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５３５に進み、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．４Ｖ）を印加する。その後、ＣＰＵはステップ１５４０に進み、第１ＳＯｘ検出要求フラグＸs1の値を「０」に設定すると共に、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１７４】
次に、図１６を参照しながらＳＯｘ検出ルーチン２について説明する。ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図１６に示したＳＯｘ検出ルーチン２のステップ１６００から処理を開始して、ステップ１６１０に進み、第２ＳＯｘ検出要求フラグＸs2の値が「１」であるか否かを判定する。
【０１７５】
第２ＳＯｘ検出ルーチンは、第１ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn1）の取得が完了した場合（即ち、第２ＳＯｘ濃度検出要求フラグＸs2がオン（Ｘｓ2＝１）である場合）に、実質的に機能する。従って、第２ＳＯｘ検出要求フラグＸs2の値が「１」ではない場合（即ち、第２ＳＯｘ検出要求フラグＸs2の値が「０」である場合）、ＣＰＵはステップ１６０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１７６】
これに対して、第２ＳＯｘ検出要求フラグＸs2の値が図１５のステップ１５３０の処理によって「１」に設定されている場合、ＣＰＵはステップ１６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６１０に進み、既述のＳＯｘ検出条件を構成する条件の総てが満たされているか否かを判定する。
【０１７７】
ＳＯｘ検出条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ１６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６１５に進み、第２ＳＯｘ検出用電圧制御を実行する。第２ＳＯｘ検出用電圧制御は、第１ＳＯｘ検出用電圧制御よりＳＯｘ分解期間が長くなるように、第２印加電圧制御の時間を第１ＳＯｘ検出用電圧制御より長く設定している。第２ＳＯｘ検出用電圧制御は、第２印加電圧制御の時間を長く設定したことのみ、第１ＳＯｘ検出用電圧制御と異なり、第１印加電圧制御及び第３印加電圧制御の掃引速度のそれぞれは、第１ＳＯｘ検出用電圧制御と同じである。具体的に述べると、ＣＰＵは、第２ＳＯｘ検出用電圧制御として、下記の第１印加電圧制御、第２印加電圧制御及び第３印加電圧制御を実行する。
・第１印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、第１電圧Ｖ１（０．４Ｖ）から第２電圧Ｖ２（０．８Ｖ）まで徐々に増大させる昇圧スイープ（１秒）
・第２印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、第１印加電圧制御終了時点の電圧（０．８Ｖ）と同じ電圧に所定の電圧保持時間（第１ＳＯｘ検出用電圧制御の電圧保持時間（第１時間）より長い第２時間）にわたって保持する印加電圧制御（３０秒）
・第３印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、０．８Ｖから第１電圧Ｖ１（０．４Ｖ）まで徐々に減少させる降圧スイープ（１秒）
尚、ステップ１６１５の処理の時点で第２ＳＯｘ検出用電圧制御を既に実行中の場合、ＣＰＵはその第２ＳＯｘ検出用電圧制御の実行を継続する。
【０１７８】
その後、ＣＰＵはステップ１６２０に進み、第２ＳＯｘ検出用電圧制御が完了しているか否かを判定する。
【０１７９】
第２ＳＯｘ検出用電圧制御が完了していない場合、ＣＰＵはステップ１６２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１８０】
第２ＳＯｘ検出用電圧制御が完了している場合、ＣＰＵはステップ１６２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６２５に進み、第２ＳＯｘ検出用電圧制御を行うことにより取得した出力電流Ｉｍから、第２ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn2）を取得する。
【０１８１】
その後、ＣＰＵはステップ１６３０に進み、ステップ１５２５の処理で取得した第１ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn1）と第２ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn2）との差分の絶対値（差分の大きさＩｄ）を算出する。
【０１８２】
その後、ＣＰＵはステップ１６３５に進み、差分の大きさＩｄが閾値（閾値差分）Ｉｄthより大きいか否かを判定する。閾値差分Ｉｄは、排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であるか否かを判定するのに適切な値であって、予め実験等を行う等によって特定されている。
【０１８３】
尚、ＣＰＵは、ステップ１６１５にて行う第２ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間に応じて閾値差分Ｉｄthの値を変更するようにしてもよい。排気中のＳＯｘ濃度が同じ場合でもＳＯｘ分解期間が長いほど出力電流の減少度合いが大きくなるため、この出力電流Ｉｍの減少度合いが大きくなる分を加味して閾値差分Ｉｄを変更することが好ましい。排気中のＳＯｘ濃度が同じ場合、第２ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間が長くなるほど、差分の大きさＩｄも大きくなる。従って、ステップ１６１５にて行う第２ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間が長くなるほど、所定値以上のＳＯｘ濃度判定に用いる閾値差分Ｉｄが大きくなるように変更することが好ましい。ＣＰＵは、ステップ１６１５にて行う第２ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間を所定のルックアップテーブルに適用することによって、ＳＯｘ分解期間が異なる場合の閾値差分Ｉｄを決定するようにしてもよい。
【０１８４】
差分の大きさＩｄが閾値差分Ｉｄthより大きい場合、再酸化電流変化が大きいので、ＣＰＵはステップ１６３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６４０に進み、排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であると判定する。その後、ＣＰＵはステップ１６５０に進む。
【０１８５】
これに対して、差分の大きさＩｄが閾値差分Ｉｄth以下である場合、ＣＰＵはステップ１６３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６４５に進み、排気中のＳＯｘ濃度が所定値未満であると判定する。その後、ＣＰＵはステップ１６５０に進む。
【０１８６】
ＣＰＵはステップ１６５０に進むと、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．４Ｖ）を印加する。その後、ＣＰＵはステップ１６５５に進み、第２ＳＯｘ検出要求フラグＸs2の値を「０」に設定すると共に、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１８７】
尚、ステップ１６１０の処理を実行する時点で、ＳＯｘ検出条件を満たしていない場合、ＣＰＵはステップ１６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６６０に進み、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．４Ｖ）を印加する。その後、ＣＰＵはステップ１６６５に進み、第２ＳＯｘ検出要求フラグＸs2の値を「０」に設定すると共に、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１８８】
以上説明したように、第３検出装置は、ＳＯｘ分解期間を第１ＳＯｘ分解期間Ｔ１に設定した１回目の第１ＳＯｘ検出用電圧制御を行うことにより取得した第１ＳＯｘ検出用パラメータとＳＯｘ分解期間を第１ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間より長い第２ＳＯｘ分解期間Ｔ２に設定した２回目の第２ＳＯｘ検出用電圧制御を行うことにより取得した第２ＳＯｘ検出用パラメータとの差分の大きさＩｄを算出する。そして、第３検出装置は、差分の大きさＩｄに基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であるか否かの判定を行う。
【０１８９】
第１ＳＯｘ検出用パラメータと第２ＳＯｘ検出用パラメータとの差分の大きさＩｄは、ＳＯｘ濃度に応じて変化し、且つ、ガスセンサ３０の電極の状態等の影響（電極の容量及び抵抗、並びに、固体電解質の容量及び抵抗に起因する電流変化分）が、殆どなくなっているか、或いは、低減されているため、ＳＯｘ濃度を精度良く現わすパラメータとなる。第３検出装置は、このような差分の大きさＩｄに基づいて、精度良くＳＯｘ濃度検出を行うことができる。
【０１９０】
即ち、第１ＳＯｘ検出用制御を行ったときの出力電流Ｉｍは、ガスセンサ３０の電極の状態等（電極の容量及び抵抗、並びに、固体電解質の容量及び抵抗）の影響を受けて変化するため、第１ＳＯｘ検出用パラメータは、ガスセンサ３０の電極の状態等の影響を受けた電流変化分を含む。
【０１９１】
第２ＳＯｘ検出用制御を行ったときの出力電流Ｉｍも、同様に、電極の状態等（電極の容量及び抵抗、並びに、固体電解質の容量及び抵抗）の影響を受けて変化するため、第２ＳＯｘ用検出パラメータは、第１ＳＯｘ検出用パラータと同様の、ガスセンサ３０の電極の状態等の影響を受けた電流変化分を含む。
【０１９２】
ガスセンサ３０の電極の状態等（電極の容量及び抵抗、並びに、固体電解質の容量及び抵抗）は、経年劣化等によって変化する。この電流変化分は、ガスセンサ３０の電極の状態等によってばらつきを持つ値となる。従って、ＳＯｘ濃度判定に用いるパラメータが、この電流変化分を含んでいると、排気中のＳＯｘ濃度が同じであっても、ガスセンサ３０の電極の状態等が違う場合にはパラメータの値が違ってしまう。その結果、第１検出装置が精度よく排気中のＳＯｘ濃度を検出できる可能性が、低くなってしまう。
【０１９３】
これに対して、第１ＳＯｘ検出用パラメータと第２ＳＯｘ検出用のパラメータとの差分の大きさＩｄは、そのような電流変化分が殆どなくなっているか、或いは、低減されている。従って、第３検出装置は、このような差分の大きさＩｄに基づいて、精度良くＳＯｘ濃度検出を行うことができる。
【０１９４】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るガス検出装置（以下、「第４検出装置」と称呼される場合がある。）について説明する。第４検出装置は、以下の点のみにおいて、第３検出相違と相違している。
・第３検出装置は、第１ＳＯｘ検出用電圧制御を行ったときの出力電流Ｉｍから取得した第１ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn1）と第２ＳＯｘ検出用電圧制御を行ったときの出力電流Ｉｍから取得した第１ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn2）との差分の大きさＩｄを算出する。第３検出装置は、算出した差分の大きさＩｄに基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であるか否かを判定している。
これに対して、第４検出装置は、差分の大きさＩｄに基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値以上であるか否かを判定する。第４検出装置は、排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値未満であると判定した場合、更に、ＳＯｘ分解期間を、第２ＳＯｘ検出用電圧制御の第２ＳＯｘ分解期間Ｔ２より長い第３ＳＯｘ分解期間Ｔ３に設定した第３ＳＯｘ検出用電圧制御を行う。そして、第４検出装置は、第１ＳＯｘ検出用パラメータ（Ｉsmn1）と第３ＳＯｘ検出用電圧制御を行ったときの出力電流Ｉｍから取得した第３ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn3）との差分の大きさＩｄ’を算出する。第４検出装置は、算出した差分の大きさＩｄ’に基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が、第１所定値より低い値に設定した第２所定値以上であるか否かを判定する。
以下、この相違点を中心として説明する。
【０１９５】
＜具体的作動＞
次に、第４検出装置の具体的作動について説明する。所定時間が経過する毎にＥＣＵ２０のＣＰＵは、図９のルーチンと同一のセンサ活性判定ルーチン、図１０のルーチンと同一のＡ／Ｆ検出ルーチン、図１５のルーチンと同一のＳＯｘ検出ルーチン１、図１７に示したＳＯｘ検出ルーチン２、及び、図１８に示したＳＯｘ検出ルーチン３のそれぞれを実行する。
【０１９６】
センサ活性判定ルーチン、Ａ／Ｆ検出ルーチン及びＳＯｘ検出ルーチン１は、第３検出装置が実行するそれらのルーチンとそれぞれ同一であり、既に説明済みである。よって、それらの説明を省略する。
【０１９７】
以下、図１７を参照しながらＳＯｘ検出ルーチン２について説明する。図１７のＳＯｘ検出ルーチン２は、以下の点のみにおいて図１６のＳＯｘ検出ルーチンと相違している。
図１６のステップ１６４０及びステップ１６５５が、ステップ１７１０及びステップ１７１５に置換されている。
図１６のステップ１６４５とステップ１６９５との間にステップ１７２０及びステップ１７２５が追加されている。
以下、この相違点を中心に説明する。
【０１９８】
ステップ１７１０：差分の大きさＩｄが閾値差分Ｉｄthより大きい場合、再酸化電流変化が大きいので、ＣＰＵはステップ１７３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１７１０に進み、排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値以上であると判定する。
ステップ１７１５：差分の大きさＩｄが閾値差分Ｉｄth以下である場合、ＣＰＵはステップ１７３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１７１５に進み、排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値未満であると判定する。その後、ＣＰＵはステップ１７２０に進む。
ステップ１７２０：第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．４Ｖ）を所定時間印加する。その後、ＣＰＵはステップ１７２５に進む。
ステップ１７２５：ＣＰＵは第２ＳＯｘ検出要求フラグＸs2の値を「０」に設定すると共に、第３ＳＯｘ検出要求フラグＸs3の値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１９９】
以下、図１８を参照しながらＳＯｘ検出ルーチン３について説明する。ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図１８に示したＳＯｘ検出ルーチン３のステップ１８００から処理を開始して、ステップ１８０５に進み、ＳＯｘ検出ルーチン３の値が「１」であるか否かを判定する。
【０２００】
ＳＯｘ検出ルーチン３は、ＳＯｘ検出ルーチン２において排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値未満であると判定された場合に、実質的に機能する。従って、第３ＳＯｘ検出要求フラグＸs3の値が「１」ではない場合（即ち、第３ＳＯｘ検出要求フラグＸs3の値が「０」である場合）、ＣＰＵはステップ１８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８１０に進み、既述のＳＯｘ検出条件を構成する条件の総てが満たされている否かを判定する。
【０２０１】
ＳＯｘ検出条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ１８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８１５に進み、第３ＳＯｘ検出用電圧制御を実行する。この第３ＳＯｘ検出用電圧制御は、第２ＳＯｘ検出用電圧制御よりＳＯｘ分解期間が長くなるように、第２印加電圧制御の時間を第２ＳＯｘ検出用電圧制御より長く設定している。第３ＳＯｘ検出用電圧制御は、第２印加電圧制御の時間を長く設定したことのみ、第２ＳＯｘ検出用電圧制御と異なり、第１印加電圧制御及び第３印加電圧制御の掃引速度のそれぞれは、第２ＳＯｘ検出用電圧制御と同じである。具体的に述べると、ＣＰＵは、第３ＳＯｘ検出用電圧制御として、下記の第１印加電圧制御、第２印加電圧制御及び第３印加電圧制御を実行する。
・第１印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、第１電圧Ｖ１（０．４Ｖ）から第２電圧Ｖ２（０．８Ｖ）まで徐々に増大させる昇圧スイープ（１秒）
・第２印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、第１印加電圧制御終了時点の電圧（０．８Ｖ）と同じ電圧に所定の電圧保持時間（第２ＳＯｘ検出用電圧制御の電圧保持時間（第２時間）より長い第３時間）にわたって保持する印加電圧制御（６０秒）
・第３印加電圧制御：印加電圧Ｖｍを、０．８Ｖから第１電圧Ｖ１（０．４Ｖ）まで徐々に減少させる降圧スイープ（１秒）
尚、ステップ１８１５の処理の時点で第３ＳＯｘ検出用電圧制御を既に実行中の場合、ＣＰＵはその第３ＳＯｘ検出用電圧制御の実行を継続する。
【０２０２】
その後、ＣＰＵはステップ１８２０に進み、第３ＳＯｘ検出用電圧制御が完了しているか否かを判定する。
【０２０３】
第３ＳＯｘ検出用電圧制御が完了していない場合、ＣＰＵはステップ１８２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０２０４】
第３ＳＯｘ検出用電圧制御が完了している場合、ＣＰＵはステップ１８２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８２５に進み、第３ＳＯｘ検出用電圧制御を行うことにより取得した出力電流Ｉｍから、第３ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn3）を取得する。
【０２０５】
その後、ＣＰＵはステップ１８３０に進み、ステップ１５２５の処理で取得した第１ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn1）と第３ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn3）との差分の絶対値（差分の大きさＩｄ’）を算出する。
【０２０６】
その後、ＣＰＵはステップ１８３５に進み、差分の大きさＩｄ’が閾値（閾値差分）Ｉｄth’より大きいか否かを判定する。閾値差分Ｉｄth’は、排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値より低い値に設定された第２所定値以上であるか否かを判定するのに適切な値であって、予め実験等を行う等によって特定されている。
【０２０７】
尚、ＣＰＵは、ステップ１８１５にて行う第３ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間に応じて閾値差分Ｉｄth’の値を変更するようにしてもよい。排気中のＳＯｘ濃度が同じ場合でもＳＯｘ分解期間が長いほど出力電流の減少度合いが大きくなるため、この出力電流Ｉｍの減少度合いが大きくなる分を加味して閾値差分Ｉｄth’を変更することが好ましい。排気中のＳＯｘ濃度が同じ場合、第３ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間が長くなるほど、差分の大きさＩｄ’も大きくなる。従って、ステップ１８１５にて行う第３ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間が長くなるほど、第２所定値以上のＳＯｘ濃度判定に用いる閾値差分Ｉｄ’が大きくなるように変更することが好ましい。ＣＰＵは、ステップ１８１５にて行う第３ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間を所定のルックアップテーブルに適用することによって、ＳＯｘ分解期間が異なる場合の閾値差分Ｉｄth’を決定するようにしてもよい。
【０２０８】
差分の大きさＩｄ’が閾値最小電流Ｉｄth’より大きい場合、再酸化電流変化が大きいので、ＣＰＵはステップ１８３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８４０に進み、排気中のＳＯｘ濃度が第２所定値以上であると判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中のＳＯｘ濃度が第２所定値以上である旨を記憶してもよく、所定の警告ランプを点灯してもよい。その後、ＣＰＵはステップ１８５０に進む。
【０２０９】
これに対して、差分の大きさＩｄ’が閾値差分Ｉｄth’以下である場合、ＣＰＵはステップ１８３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１８４５に進み、排気中のＳＯｘ濃度が第２所定値未満である判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中のＳＯｘ濃度が第２所定値未満である旨を記憶してもよく、所定の警告ランプを消灯してもよい。その後、ＣＰＵはステップ１８５０に進む。
【０２１０】
ＣＰＵはステップ１８５０に進むと、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．４Ｖ）を印加する。その後、ＣＰＵはステップ１８５５に進み、第３ＳＯｘ検出要求フラグＸs3の値を「０」に設定すると共に、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０２１１】
尚、ステップ１８１０の処理を実行する時点で、ＳＯｘ検出条件を満たしていない場合、ＣＰＵはステップ１８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１８６０に進み、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．４Ｖ）を印加する。その後、ＣＰＵはステップ１８６０に進み、第３ＳＯｘ検出要求フラグＸs3の値を「０」に設定すると共に、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０２１２】
以上説明したように、第４検出装置は、第３検出装置と同様の効果を奏する。更に、第４検出装置は、排気中のＳＯｘ濃度が１回目のＳＯｘ濃度判定より低い濃度（第２所定値）以上であるか否かを判定する場合、第３ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間が第２ＳＯｘ検出用電圧制御より長くなるように設定されている。従って、排気中のＳＯｘ濃度が低い場合（ＳＯｘ濃度が第１所定値未満）であっても、ＳＯｘ濃度に応じた差（ＳＯｘ濃度が第２所定値以上である場合と２所定値未満である場合との差）が、差分の大きさＩｄ’にはっきり現れるようになる。従って、排気中のＳＯｘ濃度が、第２所定値以上であるか否かの判定（１回目のＳＯｘ濃度判定より低いＳＯｘ濃度以下であるか否かの判定）も、精度良く行うことができる。
【０２１３】
＜変形例＞
以上、本発明の各実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の各実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づく各種の変形例を採用し得る。
【０２１４】
上述の各実施形態は、上述した「降圧スイープ中において印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲内になっている期間の出力電流Ｉｍの最小値Ｉsmn」に限らず、降圧スイープ中であって印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲内になっている期間の出力電流Ｉｍに相関を有する値であれば、これをＳＯｘ検出用パラメータとして取得するようにしてもよい。
【０２１５】
例えば、各実施形態は、図１９に示したように、降圧スイープ中（第３印加電圧制御中）であって、印加電圧Ｖｍが電流取得電圧Ｖｇであるときの出力電流Ｉｍを、ＳＯｘ検出用パラメータとして取得するようにしてもよい。この場合、電流取得電圧Ｖｇは、降圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）より高い第４電圧以上であり、且つ、ＳＯｘの分解開始電圧（０．６Ｖ）以下の第３電圧Ｖsem以下の範囲（検出用電圧範囲）内から選ばれる。
【０２１６】
上述の各実施形態は、図１９に示したように、ＳＯｘ検出用電圧制御を実行する前の出力電流Ｉｍを、第２電流Ｉｂとして取得して、この第２電流ＩｂとＳＯｘ検出用パラメータとの差分の絶対値（差分の大きさ）を、ＳＯｘ濃度検出に用いるＳＯｘ検出用パラメータとして取得するようにしてもよい。
【０２１７】
ＳＯｘ検出用パラメータ（Ｉsmn）は、排気中のＳＯｘ濃度に依存して変化する。出力電流Ｉｍは排気中の酸素濃度の影響を受けて変化するため、ＳＯｘ検出用パラメータも排気中の酸素濃度影響を受けて変化するが、その影響度合いはＳＯｘ検出用電圧制御を実行する直前の印加電圧ＶｍがＡ／Ｆ検出用電圧Ｖafである時の出力電流Ｉｍ（第２電流Ｉｂ）に現れている。従って、第２電流ＩｂとＳＯｘ検出用パラメータとの差分の大きさは、排気中の酸素濃度（機関の空燃比Ａ／Ｆ）の影響を受けることなく（低減した）、硫黄酸化物の濃度を精度よく表すパラメータとなる。
【０２１８】
尚、第２電流Ｉｂとして使用できる出力電流Ｉｍは、上述の「印加電圧ＶｍがＡ／Ｆ検出用電圧Ｖafである時の出力電流Ｉｍ」に限られず、これら以外の他の出力電流Ｉｍを第２電流Ｉｂとして使用してもよい。即ち、排気中にＳＯｘが含まれている場合の出力電流Ｉｍ及び排気中にＳＯｘが含まれていない場合の出力電流Ｉｍの大きさが同じになるような電圧に、印加電圧Ｖｍがなったときの出力電流Ｉｍであり、且つ、排気中の酸素濃度が「ＳＯｘ検出用パラメータを取得するときの排気中の酸素濃度」と同等と見做せるとともに、その濃度の酸素の分解電流が第２電流Ｉｂに含まれているのであれば、そのときの出力電流Ｉｍを第２電流Ｉｂとして使用してもよい。
【０２１９】
各実施形態は、ＳＯｘ検出用パラメータ（Ｉsmn）又はＳＯｘ検出用パラメータの差分の大きさ（Ｉｄ、Ｉｄ’）を閾値と比較することによって排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であるか否かを判定していた。これに対して、各実施形態は、ＳＯｘ検出用パラメータ又はＳＯｘ検出用パラメータの差分の大きさに基づいて、排気中のＳＯｘ濃度を検出（取得）しても良い。例えば、ＥＣＵ２０は、ＲＯＭに記憶された「ＳＯｘ検出用パラメータ（又は差分の大きさ）とＳＯｘ濃度との関係を表すマップ」にＳＯｘ検出用パラメータ（又は差分の大きさ）を適用することによってＳＯｘ濃度を検出しても良い。この場合、ＥＣＵ２０は、ＳＯｘ検出用パラメータ（又は差分の大きさ）に応じたＳＯｘ濃度を検出する。
【０２２０】
第２実施形態は、排気中のＳＯｘ濃度が第２所定値未満であると判定された場合の後に、以下の処理を、１回以上行うようにしてもよい。即ち、前回のＳＯｘ濃度判定で排気中のＳＯｘ濃度が所定値未満であると判定された場合、前回のＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間より長くなるようにＳＯｘ分解期間を設定したＳＯｘ検出用電圧制御を更に実行して、このときの出力電流からＳＯｘ検出用パラメータを取得するようにしてもよい。そして、取得したＳＯｘ検出用パラメータに基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が前回の所定値より低い濃度に設定された所定値以上であるか否かを判定する。
【０２２１】
第４実施形態は、排気中のＳＯｘ濃度が第２所定値未満であると判定された場合の後に、以下の処理を、１回以上行うようにしてもよい。即ち、前回のＳＯｘ濃度判定で排気中のＳＯｘ濃度が所定値未満であると判定された場合、前回のＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間より長くなるようにＳＯｘ分解期間を設定したＳＯｘ検出用電圧制御を更に実行して、このときの出力電流からＳＯｘ検出用パラメータを取得する。第１ＳＯｘ検出用パラメータと取得したＳＯｘ検出用パラメータとの差分の大きさを算出する。そして、算出した差分の大きさに基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が前回の所定値より低い濃度に設定された所定値以上であるか否かを判定する。
【符号の説明】
【０２２２】
１０…内燃機関、１１…燃料噴射弁、１２…排気管、１３…ＤＯＣ、１４…ＤＰＦ、２０…ＥＣＵ、２１…機関回転速度センサ、２２…水温センサ、２３…アクセルペダル量操作量センサ、２３ａ…アクセルペダル、４０…素子部、４１ａ…第１電極（陰極）、４１ｂ…第２電極（陽極）、４１ｓ…固体電解質体、４１ｃ…電気化学セル、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ及び５１ｅ…第１乃至第５アルミナ層、ＳＰ１…内部空間、ＳＰ２…第１大気導入路、６１…拡散抵抗部、７１…ヒータ、８１…電源回路、９１…電流計
【図１】
2018100845.tif 000003
【図２】
2018100845.tif 000004
【図３】
2018100845.tif 000005
【図４】
2018100845.tif 000006
【図５】
2018100845.tif 000007
【図６】
2018100845.tif 000008
【図７】
2018100845.tif 000009
【図８】
2018100845.tif 000010
【図９】
2018100845.tif 000011
【図１０】
2018100845.tif 000012
【図１１】
2018100845.tif 000013
【図１２】
2018100845.tif 000014
【図１３】
2018100845.tif 000015
【図１４】
2018100845.tif 000016
【図１５】
2018100845.tif 000017
【図１６】
2018100845.tif 000018
【図１７】
2018100845.tif 000019
【図１８】
2018100845.tif 000020
【図１９】
2018100845.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月10日(2017.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５６】
２回目のＳＯｘ検出用電圧制御が完了している場合、ＣＰＵはステップ１３２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３２５に進み、２回目のＳＯｘ検出用電圧制御を行うことにより取得した出力電流Ｉｍから、ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn’）を取得する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６６】
以下、図１５を参照しながらＳＯｘ検出ルーチン１について説明する。ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図１５に示したＳＯｘ検出ルーチン１のステップ１５００から処理を開始して、ステップ１５０５に進み、第１ＳＯｘ検出要求フラグＸs1の値が「１」であるか否かを判定する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８２】
その後、ＣＰＵはステップ１６３５に進み、差分の大きさＩｄが閾値（閾値差分）Ｉｄthより大きいか否かを判定する。閾値差分Ｉｄthは、排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であるか否かを判定するのに適切な値であって、予め実験等を行う等によって特定されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８３】
尚、ＣＰＵは、ステップ１６１５にて行う第２ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間に応じて閾値差分Ｉｄthの値を変更するようにしてもよい。排気中のＳＯｘ濃度が同じ場合でもＳＯｘ分解期間が長いほど出力電流の減少度合いが大きくなるため、この出力電流Ｉｍの減少度合いが大きくなる分を加味して閾値差分Ｉｄthを変更することが好ましい。排気中のＳＯｘ濃度が同じ場合、第２ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間が長くなるほど、差分の大きさＩｄも大きくなる。従って、ステップ１６１５にて行う第２ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間が長くなるほど、所定値以上のＳＯｘ濃度判定に用いる閾値差分Ｉｄthが大きくなるように変更することが好ましい。ＣＰＵは、ステップ１６１５にて行う第２ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間を所定のルックアップテーブルに適用することによって、ＳＯｘ分解期間が異なる場合の閾値差分Ｉｄthを決定するようにしてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９４】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るガス検出装置（以下、「第４検出装置」と称呼される場合がある。）について説明する。第４検出装置は、以下の点のみにおいて、第３検出相違と相違している。
・第３検出装置は、第１ＳＯｘ検出用電圧制御を行ったときの出力電流Ｉｍから取得した第１ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn1）と第２ＳＯｘ検出用電圧制御を行ったときの出力電流Ｉｍから取得した第２ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn2）との差分の大きさＩｄを算出する。第３検出装置は、算出した差分の大きさＩｄに基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が所定値以上であるか否かを判定している。
これに対して、第４検出装置は、差分の大きさＩｄに基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値以上であるか否かを判定する。第４検出装置は、排気中のＳＯｘ濃度が第１所定値未満であると判定した場合、更に、ＳＯｘ分解期間を、第２ＳＯｘ検出用電圧制御の第２ＳＯｘ分解期間Ｔ２より長い第３ＳＯｘ分解期間Ｔ３に設定した第３ＳＯｘ検出用電圧制御を行う。そして、第４検出装置は、第１ＳＯｘ検出用パラメータ（Ｉsmn1）と第３ＳＯｘ検出用電圧制御を行ったときの出力電流Ｉｍから取得した第３ＳＯｘ検出用パラメータ（最小電流Ｉsmn3）との差分の大きさＩｄ’を算出する。第４検出装置は、算出した差分の大きさＩｄ’に基づいて、排気中のＳＯｘ濃度が、第１所定値より低い値に設定した第２所定値以上であるか否かを判定する。
以下、この相違点を中心として説明する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９９】
以下、図１８を参照しながらＳＯｘ検出ルーチン３について説明する。ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図１８に示したＳＯｘ検出ルーチン３のステップ１８００から処理を開始して、ステップ１８０５に進み、第３ＳＯｘ検出要求フラグＸs3の値が「１」であるか否かを判定する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０７】
尚、ＣＰＵは、ステップ１８１５にて行う第３ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間に応じて閾値差分Ｉｄth’の値を変更するようにしてもよい。排気中のＳＯｘ濃度が同じ場合でもＳＯｘ分解期間が長いほど出力電流の減少度合いが大きくなるため、この出力電流Ｉｍの減少度合いが大きくなる分を加味して閾値差分Ｉｄth’を変更することが好ましい。排気中のＳＯｘ濃度が同じ場合、第３ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間が長くなるほど、差分の大きさＩｄ’も大きくなる。従って、ステップ１８１５にて行う第３ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間が長くなるほど、第２所定値以上のＳＯｘ濃度判定に用いる閾値差分Ｉｄth’が大きくなるように変更することが好ましい。ＣＰＵは、ステップ１８１５にて行う第３ＳＯｘ検出用電圧制御のＳＯｘ分解期間を所定のルックアップテーブルに適用することによって、ＳＯｘ分解期間が異なる場合の閾値差分Ｉｄth’を決定するようにしてもよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０８】
差分の大きさＩｄ’が閾値差分Ｉｄth’より大きい場合、再酸化電流変化が大きいので、ＣＰＵはステップ１８３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８４０に進み、排気中のＳＯｘ濃度が第２所定値以上であると判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中のＳＯｘ濃度が第２所定値以上である旨を記憶してもよく、所定の警告ランプを点灯してもよい。その後、ＣＰＵはステップ１８５０に進む。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１１】
尚、ステップ１８１０の処理を実行する時点で、ＳＯｘ検出条件を満たしていない場合、ＣＰＵはステップ１８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１８６０に進み、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．４Ｖ）を印加する。その後、ＣＰＵはステップ１８６５に進み、第３ＳＯｘ検出要求フラグＸs3の値を「０」に設定すると共に、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。