(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の排気（被検ガス）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を提供する。【解決手段】ガス検出装置は、電圧印加部８１を制御して、掃引電圧範囲が互いに異なる第１印加電圧スイープ及び第２印加電圧スイープを行い、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を取得する測定制御部２０を備える。測定制御部は、第１印加電圧スイープの出力電流に基づいて第１パラメータを取得し、第２印加電圧スイープの出力電流に基づいて第２パラメータを取得し、第１パラメータと第２パラメータとの差分又は比からなるＳＯｘ検出用パラメータを算出し、ＳＯｘ検出用パラメータに基づいて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。【選択図】図２
2018100847.tif 000002
【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、前記第１電圧より高く且つ前記硫黄酸化物の分解開始電圧より所定値高い電圧以下である第２電圧まで、上昇させる第１昇圧スイープを実行した後、前記第２電圧から前記第１電圧まで下降させる第１降圧スイープを実行する第１印加電圧スイープを少なくとも１サイクル行い、
第１パラメータを、少なくとも前記第１降圧スイープ中の前記出力電流を用い且つ所定の第１特定手法に従って取得し、
前記第１印加電圧スイープを行った後、前記電圧印加部を用いて前記印加電圧を、前記第１電圧範囲内から選ばれる第３電圧から、前記硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高く且つ前記第２電圧より高い第４電圧まで、上昇させる第２昇圧スイープを実行した後、前記第４電圧から前記第３電圧まで下降させる第２降圧スイープを実行する第２印加電圧スイープを少なくとも１サイクル行い、
前記第２降圧スイープを行っている期間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前記出力電流に生じる変化、の程度に相関を有する第２パラメータを、少なくとも前記第２降圧スイープ中の前記出力電流を用い且つ前記第１特定手法と同じ第２特定手法に従って取得し、
前記第１パラメータと前記第２パラメータとの差分又は比をＳＯｘ検出用パラメータとして算出し、当該ＳＯｘ検出用パラメータ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、
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降圧スイープの降圧速度は、
前記印加電圧が前記第１電圧範囲内であって前記第３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され、
更に、前記第１印加電圧スイープと前記第２印加電圧スイープとは、互いに単位時間当たりの電圧変化量で表される掃引速度が同一である、
ガス検出装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガス検出装置において、
前記測定制御部は、
前記第１特定手法として、
前記第１印加電圧スイープを行う前に、前記電圧印加部を用いて、前記印加電圧を、前記限界電流域内の空燃比検出用印加電圧、に設定し、前記印加電圧が前記空燃比検出用印加電圧に設定されているときに前記電流検出部により検出される出力電流を第１電流として取得し、
前記第１降圧スイープ中の所定の第１期間における前記出力電流に特定の相関を有する値を、前記電流検出部により検出される出力電流に基づいて第２電流として取得し、
前記取得した第１電流と前記取得した第２電流との差分を算出する、
手法、を用いて当該算出した差分を前記第１パラメータとして取得し、
前記第２特定手法として、
前記第１印加電圧スイープを行った後、且つ、前記第２印加電圧スイープを行う前に、前記電圧印加部を用いて、前記印加電圧を、前記空燃比検出用印加電圧、に設定し、前記印加電圧が前記空燃比検出用印加電圧に設定されているときに前記電流検出部により検出される出力電流を第３電流として取得し、
前記第２降圧スイープ中であって前記印加電圧が前記第３電圧より高く前記硫黄酸化物の分解開始電圧以下の範囲になっている第２期間の前記出力電流に前記特定の相関を有する値を、前記電流検出部により検出される出力電流に基づいて第４電流として取得し、
前記取得した第３電流と前記取得した第４電流との差分を算出する、
手法、を用いて当該算出した差分を前記第２パラメータとして取得する、
ように構成された、ガス検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載のガス検出装置において、
前記測定制御部は、
前記第１降圧スイープ中であって前記印加電圧が前記第１電圧より高く前記硫黄酸化物の分解開始電圧以下の範囲内の所定の電流検出電圧になったときに前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第１期間の前記出力電流に前記特定の相関を有する値である前記第２電流として取得し、
前記第２降圧スイープ中であって前記印加電圧が前記電流検出電圧になったときに前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第２期間の前記出力電流に前記特定の相関を有する値である前記第４電流として取得する、
ように構成された
ガス検出装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載のガス検出装置において、
前記測定制御部は、
前記第１電流と前記第３電流との差分の大きさが閾値差分以下であるか否かを判定し、
前記差分の大きさが閾値差分以下である場合のみ、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２乃至請求項５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ＳＯｘ検出用パラメータに基づいて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おり、
前記測定制御部は、前記ＳＯｘ検出用パラメータ及び前記第３電流に基づいて、硫黄酸化物の濃度を検出するように構成された、
ガス検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５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、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの前記判定を行うように構成されており、
前記測定制御部は、
前記ＳＯｘ検出用パラメータの大きさが所定の閾値以上であるか否かを判定し、
前記ＳＯｘ検出用パラメータの大きさが前記閾値以上であると判定した場合、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ると判定し、
前記第ＳＯｘ検出用パラメータの大きさが前記閾値未満と判定した場合、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するように構成された、
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、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が存在す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】
更に、同じタイプの複数のガスセンサにおいて、各ガスセンサの個体差や各ガスセンサの経時劣化の違いにより各ガスセンサの固体電解質並びに電極の容量成分及び抵抗成分に違いが生じてしまうことに起因して、ＳＯｘ濃度を検出するための印加電圧スイープを実行した場合の出力電流特性が、ガスセンサの個体間で変化してしまう。このため、当該印加電圧スイープを実行した場合に、排気中のＳＯｘ濃度に応じて変化するＳＯｘ濃度を検出するためのパラメータの値が、ガスセンサの個体差や各ガスセンサの経時劣化の違いに起因してばらついてしまうため、ＳＯｘ濃度の検出の精度が低下してしまう。従って、「ガスセンサの個体差や各ガスセンサの経時劣化の違いに起因したばらつきが低減された、出力電流変化」を用いて、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が存在す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更に精度よく行うことが、更に求められていた。
【００１０】
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。
【００１１】
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、前記第１電圧より高く且つ前記硫黄酸化物の分解開始電圧より所定値高い電圧以下である第２電圧まで、上昇させる第１昇圧スイープを実行した後、前記第２電圧から前記第１電圧まで下降させる第１降圧スイープを実行する第１印加電圧スイープを少なくとも１サイクル行い（図１１のステップ１１４０）、
第１パラメータ（Ｉa1）を、少なくとも前記第１降圧スイープ中の前記出力電流を用い且つ所定の第１特定手法に従って取得し（図１４及び図１６のそれぞれのステップ１４１５、図１５及び図１７のそれぞれのステップ１５１５）、
前記第１印加電圧スイープを行った後、前記電圧印加部を用いて前記印加電圧を、前記第１電圧範囲内から選ばれる第３電圧から、前記硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高く且つ前記第２電圧より高い第４電圧まで、上昇させる第２昇圧スイープを実行した後、前記第４電圧から前記第３電圧まで下降させる第２降圧スイープを実行する第２印加電圧スイープを少なくとも１サイクル行い（図１３のステップ１３４０）、
前記第２降圧スイープを行っている期間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前記出力電流に生じる変化、の程度に相関を有する第２パラメータ（Ｉa2）を、少なくとも前記第２降圧スイープ中の前記出力電流を用い且つ前記第１特定手法と同じ第２特定手法に従って取得し（図１４及び図１６のそれぞれのステップ１４１５、図１５及び図１７のそれぞれのステップ１５１５）、
前記第１パラメータと前記第２パラメータとの差分（Ｉｄ）又は比（Ｉｒ）をＳＯｘ検出用パラメータとして算出し、当該ＳＯｘ検出用パラメータ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（図１４のステップ１４２０、図１５のステップ１５２０）又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出（図１６のステップ１６１０、図１７のステップ１７１０）を行う、
ように構成されている。
【００１２】
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４（Ａ）及び４（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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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として第２パラメータを取得する。従って、第２パラメータは、排気中の硫黄酸化物濃度に応じて変化するパラメータとなっている。
【００１９】
ところが、本願の発明者が検討を重ねたところ、同じタイプのガスセンサ（素子部）であっても、ガスセンサの個体差等によって出力電流特性が変化してしまうため、第２パラメータの大きさも変化してしまうことが判明した。即ち、第２パラメータは、排気中の硫黄酸化物濃度に応じて変化し、且つ、ガスセンサの個体差の影響を反映した値になっている。
【００２０】
これに対して、本発明検出装置は、第２パラメータと第１パラメータとの差分又は比を、ＳＯｘ検出用パラメータとして算出する。そして、算出したＳＯｘ検出用パラメータに基づいて、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排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う。このＳＯｘ検出用パラメータは、排気中の硫黄酸化物濃度に応じたパラメータであり、且つ、ガスセンサの個体差に起因して変化する成分の影響が低減されたパラメータある。よって、第１検出装置は、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。
【００２１】
本発明検出装置の一態様において、
前記第２降圧スイープの降圧速度は、
前記印加電圧が前記第１電圧範囲内であって前記第３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され（図１３のステップ１３３５）、
更に、前記第１印加電圧スイープと前記第２印加電圧スイープとは、互いに単位時間当たりの電圧変化量で表される掃引速度が同一である。
【００２２】
上記の場合、ガスセンサの個体差が第１パラメータに与える影響が、ガスセンサ検出の個体差が第２パラメータに与える影響と同じになるか、或いは、より近くなる。従って、このような第１パラメータと第２パラメータとの差分又は比であるＳＯｘ検出用パラメータは、第２パラメータからガスセンサの個体差に起因して変化する成分の影響がより正確に取り除かれたパラメータとなる。従って、第１検出装置は、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排気中の硫黄酸化物の濃度の検出をより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、
前記第１特定手法として、
前記第１印加電圧スイープを行う前に、前記電圧印加部を用いて、前記印加電圧を、前記限界電流域内の空燃比検出用印加電圧、に設定し、前記印加電圧が前記空燃比検出用印加電圧に設定されているときに前記電流検出部により検出される出力電流を第１電流（図１１のステップ１１３０）として取得し、
前記第１降圧スイープ中の所定の第１期間における前記出力電流に特定の相関を有する値を、前記電流検出部により検出される出力電流に基づいて第２電流として取得し（図１１のステップ１１５５）、
前記取得した第１電流と前記取得した第２電流との差分を算出する、
手法、を用いて当該算出した差分を前記第１パラメータとして取得し（図１４及び図１６のそれぞれのステップ１４１５、図１５及び図１７のそれぞれのステップ１５１５）、
前記第２特定手法として、
前記第１印加電圧スイープを行った後、且つ、前記第２印加電圧スイープを行う前に、前記電圧印加部を用いて、前記印加電圧を、前記空燃比検出用印加電圧、に設定し、前記印加電圧が前記空燃比検出用印加電圧に設定されているときに前記電流検出部により検出される出力電流を第３電流（図１３のステップ１３３０）として取得し、
前記第２降圧スイープ中であって前記印加電圧が前記第３電圧より高く前記硫黄酸化物の分解開始電圧以下の範囲になっている第２期間の前記出力電流に前記特定の相関を有する値を、前記電流検出部により検出される出力電流に基づいて第４電流として取得し（図１３のステップ１３５５）、
前記取得した第３電流と前記取得した第４電流との差分を算出する、
手法、を用いて当該算出した差分を前記第２パラメータとして取得する（図１４及び図１６のそれぞれのステップ１４１５、図１５及び図１７のそれぞれのステップ１５１５）、
ように構成されている。
【００２４】
本発明検出装置の一態様は、第１電流と第２電流との差分を算出する手法を用いて当該算出した差分を第１パラメータとして取得する。第２電流は、排気中の硫黄酸化物濃度に依存しないが、排気中の酸素濃度の影響を受けて変化する。一方、排気中の酸素濃度の第２電流への影響度合いは第１電流に現れている。従って、第１電流と第２電流との差分である第１パラメータは、排気中の酸素濃度の影響及び硫黄酸化物濃度の影響の何れも受けていないか又は殆ど受けておらず、且つ、ガスセンサの個体差の影響を反映した値になっている。
【００２５】
更に、本発明検出装置の一態様は、第３電流と第４電流との差分を算出する手法を用いて当該算出した差分を第２パラメータとして取得する。第４電流は、排気中の硫黄酸化物濃度及び排気中の酸素濃度の影響を受けて変化する。一方、排気中の酸素濃度の第４電流への影響度合いは第３電流に現れている。従って、第３電流と第４電流との差分である第２パラメータは、排気中の酸素濃度の影響を受けていないか又は殆ど受けておらず、且つ、硫黄酸化物濃度に応じて変化し、且つ、ガスセンサの個体差の影響を反映した値になっている。
【００２６】
更に、本発明検出装置の一態様は、上記のようにして取得した第１パラメータと第２パラメータとの差分又は比を、ＳＯｘ検出用パラメータとして算出する。そして、算出したＳＯｘ検出用パラメータに基づいて、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排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う。このＳＯｘ検出用パラメータは、排気中の硫黄酸化物濃度に応じたパラメータであり、且つ、第２パラメータからガスセンサの個体差に起因して変化する成分の影響が低減された値であり、且つ、酸素濃度による影響も取り除かれた値になっている。
【００２７】
本発明検出装置の一態様は、このようなＳＯｘ検出用パラメータを用いて、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排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う。従って、本発明検出装置の一態様は、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。
【００２８】
本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、
前記第１降圧スイープ中であって前記印加電圧が前記第１電圧より高く前記硫黄酸化物の分解開始電圧以下の範囲内の所定の電流検出電圧になったときに前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第１期間の前記出力電流に前記特定の相関を有する値である前記第２電流として取得し（図１１のステップ１１５５）、
前記第２降圧スイープ中であって前記印加電圧が前記電流検出電圧になったときに前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第２期間の前記出力電流に前記特定の相関を有する値である前記第４電流として取得する（図１３のステップ１３５５）、
ように構成されている。
【００２９】
本発明検出装置の一態様は、第２降圧スイープ中に、実験によって硫黄酸化物の濃度に応じて変化すると判明した（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照）印加電圧が「電流取得電圧」となった時点における出力電流を、第４電流として取得し、第１降圧スイープ中に印加電圧が同電流取得電圧となった時点における第１出力電流を、第２電流として取得している。従って、第２電流と第４電流との差分である第２パラメータは、硫黄酸化物の濃度を精度よく表すパラメータとなる。
【００３０】
本発明検出装置の一態様は、このような第２パラメータと第１パラメータとの差分又は比であるＳＯｘ検出用パラメータに基づいて、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。
【００３１】
本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、
前記第１電流と前記第３電流との差分の大きさが閾値差分以下であるか否かを判定し（図１４乃至図１７のそれぞれのステップ１４１０）、
前記差分の大きさが閾値差分以下である場合のみ（図１４乃至図１７のそれぞれのステップ１４１０にて「Ｙｅｓ」との判定）、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るか否かの前記判定（図１４のステップ１４２０、図１５のステップ１５２０）又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の前記検出を行う（図１６のステップ１６１０、図１７のステップ１７１０）ように構成されている。
【００３２】
第1電流と第３電流との差分の大きさ（絶対値）が大きすぎるとその影響を受けて、ＳＯｘ検出用パラメータがＳＯｘ反応に起因する出力電流変化のみを精度よく現している可能性が低くなってしまう。従って、本発明検出装置の一態様は、第１電流と第３電流との差分の大きさが小さい場合のみ、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排気中の硫黄酸化物の濃度の検出が行われる。このようにすることによって、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。
【００３３】
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ＳＯｘ検出用パラメータに基づいて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おり、
前記測定制御部は、前記ＳＯｘ検出用パラメータ及び前記第３電流に基づいて、硫黄酸化物の濃度を検出する（図１６のステップ１６１０、図１７のステップ１７１０）ように構成されている。
【００３４】
上記の態様によれば、排気中の硫黄酸化物の濃度を精度よく表す上記ＳＯｘ検出用パラメータ及び上第３電流に基づいて排気中の硫黄酸化物の濃度が検出される。この場合、第３電流が変わることによってＳＯｘ検出用パラメータの値も変化するの対して、この変化分をも加味して硫黄酸化物濃度が検出される。従って、排気中の硫黄酸化物の濃度を精度良く検出することができる。
【００３５】
本発明検出装置の一態様において、前記測定制御部は、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの前記判定を行うように構成されており、
前記測定制御部は、
前記ＳＯｘ検出用パラメータの大きさが所定の閾値以上であるか否かを判定し（図１４のステップ１４２０、図１５のステップ１５２０）、
前記ＳＯｘ検出用パラメータの大きさが前記閾値以上であると判定した場合（図１４のステップ１４２０にて「Ｙｅｓ」との判定、図１５のステップ１５２０にて「Ｙｅｓ」との判定）、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ると判定し（図１４のステップ１４２５、図１５のステップ１４２５）、
前記第ＳＯｘ検出用パラメータの大きさが前記閾値未満と判定した場合、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（図１４のステップ１４３５、図１５のステップ１４３５）と判定するように構成されている。
【００３６】
上記態様によれば、硫黄酸化物の濃度を精度よく表す上記ＳＯｘ検出用パラメータの大きさが「所定濃度に対応する所定の閾値」以上であるか否かを判定することによって、排気中に所定濃度以上の硫化酸化物が含まれているか否かの判定を精度良く行うことができる。
【００３７】
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】
【００３８】
【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当該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の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、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３（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４】図４（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４（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５】図５（Ａ）は、排気（被検ガス）のＳＯｘ濃度を種々に変えた場合の印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。図５（Ｂ）は、排気（被検ガス）のＨ２Ｏ濃度を種々に変えた場合の出力電流とＳＯｘ（ＳＯ２）濃度との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、異なる２つのガスセンサそれぞれに関する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、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７（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７（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８】図８（Ａ）は、ガスセンサの等価回路を示す回路図である。図８（Ｂ）は、ガスセンサの等価回路を示す回路図である。
【図９】図９は、第１印加電圧スイープ及び第２印加電圧スイープを行った場合のそれぞれについての印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、図１に示した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１１】図１１は、図１に示した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１２】図１２は、図１に示した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１３】図１３は、図１に示した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１４】図１４は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチン４を表すフローチャートである。
【図１５】図１５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５を表すフローチャートである。
【図１６】図１６は、図１に示したガス検出装置の変形例に係るＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチン４を表すフローチャートである。
【図１７】図１７は、図１に示したガス検出装置の他の変形例に係る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。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
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。
【００４０】
＜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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
＜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、ガスセンサ３０の印加電圧Ｖｍを後述する酸素濃度検出用の電圧Ｖafに設定し、そのときの出力電流Ｉｍを出力電流Ｉaf2として取得する。出力電流Ｉaf2は、内燃機関１０から排出される排気（被検ガス）の酸素濃度に応じて変化する電流である。
【００６５】
更に、第１検出装置は、後に詳述するように、印加電圧Ｖｍを上昇及び下降させ（即ち、印加電圧スイープを実行し）、印加電圧Ｖｍを下降させている期間において印加電圧Ｖｍが再酸化電流検出電圧Ｖsenに一致したときの出力電流Ｉｍを再酸化電流Ｉs2として取得する。後述するように、再酸化電流Ｉs2は、排気のＳＯｘ濃度及び酸素濃度に応じて変化する値である。そして、第１検出装置は、出力電流Ｉaf2と再酸化電流Ｉs2との差をパラメータＩa2として算出する。このパラメータＩa2は、排気のＳＯｘ濃度に応じて変化する値であるが、酸素濃度の影響が除去された値になる。そして、第１検出装置は、そのパラメータＩa2に基づいて排気のＳＯｘ濃度を検出する。
【００６６】
但し、そのパラメータＩa2は、ガスセンサ３０の個体間の特性差の影響を受けている。そこで、第１検出装置は、ガスセンサ３０の個体間の特性差を示すパラメータＩa1を後述するように取得し、パラメータＩa2とパラメータＩa1との差をＳＯｘ検出用パラメータＩｄとして算出する。第１検出装置は、そのＳＯｘ検出用パラメータＩｄを用いて、排気中に所定濃度（閾値濃度）以上のＳＯｘが含まれているか否か（排気に含まれる所定濃度以上のＳＯｘの有無）を判定する。尚、所定濃度（閾値濃度）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。
【００６７】
＜作動の詳細＞
（酸素濃度を示す出力電流及び酸素濃度の検出）
次に、上述した「排気の酸素濃度に応じて変化する電流である出力電流Ｉaf2」を検出する際の第１検出装置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、出力電流Ｉaf1を検出するために、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、０．３Ｖ）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）以上であって後述する酸素の限界電流が観測される電圧であり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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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（例えば、０．３Ｖ）」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。第１検出装置は、この限界電流Ｉｍを「排気の酸素濃度を示す出力電流Ｉaf2」として取得する。
【００７２】
尚、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、酸素の限界電流Ｉｍ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Ｉｍとに基づいて機関の空燃比Ａ／Ｆを取得してもよい。
【００７３】
（ＳＯｘ濃度検出）
［検出原理及び検出方法］
次に、排気（被検ガス）中のＳＯｘ濃度の検出原理及び検出方法について説明する。尚、本明細書においてＳＯｘ濃度検出とは、排気に含まれるＳＯｘの濃度を表すＳＯｘ濃度検出用パラメータを取得すること、そのＳＯｘ濃度検出用パラメータを用いて排気に含まれるＳＯｘの濃度そのものを検出（測定）すること、及び、そのＳＯｘ濃度検出用パラメータを用いて排気に所定濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かの判定を行うこと、の何れかを指す。
【００７４】
ところで、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
昇圧スイープは、印加電圧Ｖｍを、下限電圧Ｖa1からの上限電圧Ｖa2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、上限電圧Ｖa2からの下限電圧Ｖa1に徐々に下降させる処理である。尚、下限電圧Ｖa1及び上限電圧Ｖa2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。
【００７８】
下限電圧Ｖa1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。酸素の限界電流域内の印加電圧の最小値は、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０．２乃至０．４５Ｖの範囲内の電圧であり、第１電圧範囲の上限値は０．６Ｖである。即ち、下限電圧Ｖa1は０．２Ｖ以上であり且つ０．６Ｖ未満の範囲から選ばれる。
【００７９】
上限電圧Ｖa2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、上限電圧Ｖa2は、０．６Ｖよりも高く且つ２．０Ｖ以下の範囲から選ばれる。
【００８０】
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３（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。
【００８１】
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３（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（所定の経過時間当たりの電圧降下量）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４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照しながら説明する。
【００８４】
図４（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４（Ｂ）は、図４（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。尚、この場合の印加電圧Ｖｍの波形は図７（Ｂ）に示した正弦波形である。
【００８５】
両者を比較すると、図４（Ｂ）の例より、印加電圧スイープの掃引速度がより速い図４（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４（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が低下し、印加電圧が「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。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することが可能である。
【００８８】
実験によれば、例えば、図７（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。
【００８９】
一方、実験によれば、図７（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定数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、本明細書において、応答時定数Ｔ１は、印加電圧が下限電圧Ｖa1から上限電圧Ｖa2（又はその逆に）変化するのに要する時間である。
【００９０】
尚、上記の周波数Ｆ及び応答時定数Ｔ１の所定範囲を、降圧スイープに要する時間（即ち、上限電圧Ｖa2から下限電圧Ｖa1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。
【００９１】
更に、「再酸化電流変化」は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して後述するように、主として排気（被検ガス）中のＳ濃度に強く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。このため、再酸化電流変化を利用すれば、精度よく排気中のＳＯｘ濃度を検出することができる。
【００９２】
例えば、降圧スイープ中に印加電圧Ｖｍが「ＳＯｘの分解開始電圧未満の電圧である再酸化電流検出電圧Ｖsen（例えば、０．４Ｖ）となったときの出力電流Ｉｍ（以下、このときの出力電流Ｉｍを「再酸化電流Ｉs」とも称呼する。）」に基づいて、精度よく排気中のＳＯｘ濃度を検出することができる。図５（Ａ）は、機関の空燃比を一定に維持しながら排気（被検ガス）に含まれるＳＯｘの濃度を種々の値に変えて、印加電圧範囲及び掃引速度を同条件に設定して、印加電圧スイープを実行したときの印加電圧（正弦波形の印加電圧）Ｖｍと、出力電流Ｉｍとの関係を模式的に示したグラフである。図５（Ａ）に示した例によれば、排気中のＳＯｘの濃度が大きくなるに従い、再酸化電流検出電圧Ｖsen（＝０．４Ｖ）の出力電流Ｉｍ（即ち、再酸化電流Ｉs）が、小さくなっていることが確認できる。このように、再酸化電流Ｉsは、ＳＯｘの再酸化電流変化を表すパラメータである。
【００９３】
図５（Ｂ）は、排気（被検ガス）に含まれるＨ２Ｏの濃度を種々の値に変えて、図５（Ａ）の場合と同条件の印加電圧スイープを実行したときの、ＳＯｘ濃度と再酸化電流検出電圧Ｖsenでの出力電流Ｉｍ（即ち、再酸化電流Ｉs）と、の関係を示したグラフである。図５（Ｂ）に示した例によれば、再酸化電流検出電圧Ｖsenでの出力電流Ｉｍ（再酸化電流Ｉs）は、排気中のＳＯｘ濃度に依存するが、排気中のＨ２Ｏの濃度に依存しないことが確認できる。
【００９４】
以上により、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（例えば、水）」の影響を受けることなく、排気中のＳＯｘの濃度を精度よく検出することができる、ことが理解される。
【００９５】
一方、再酸化電流検出電圧Ｖsenでの出力電流Ｉｍ（再酸化電流Ｉs）の大きさ自体は、排気中に含まれる酸素の濃度に依存して変化する。これは、出力電流Ｉｍには、排気中に含まれる酸素が還元分解されることにより生じた酸化物イオン（Ｏ２−）の移動に起因する電流成分を含むからである。そこで、第１検出装置は、再酸化電流Ｉsを取得するための印加電圧スイープを開始する直前において排気中に含まれる酸素に基づく出力電流Ｉafを検出し、その後に得られる再酸化電流Ｉsから出力電流Ｉafを減じることによって得られる値をＳＯｘ検出用パラメータとして取得する。
【００９６】
ところが、本願の発明者が更に検討を重ねたところ、同じタイプのガスセンサ（ガスセンサ３０）であるガスセンサＡ及びガスセンサＢを用いて、同一の実験条件で印加電圧スイープを１サイクル行った場合に取得された出力電流Ｉｍは、図６に示したように、互いに異なる出力電流特性（印加電圧−出力電流特性）を示す場合があることが判明した。このような出力電流特性の違いは、ガスセンサ３０の個体差（ガスセンサ３０の個体特性の違い）に起因して現れていると考えられる。具体的には、ガスセンサ３０の個体差は、以下を含む。
・第１電極４１ａの面積及び第２電極４１ｂの面積のガスセンサ３０間の違い（ばらつき）
・固体電解質４１ｓの体積のガスセンサ３０間の違い（ばらつき）
・経年劣化に起因する固体電解質の抵抗及び容量の違い（ばらつき）
【００９７】
このガスセンサ３０の個体間における出力電流特性の違いに起因して、降圧スイープ中に印加電圧Ｖｍが再酸化電流検出電圧Ｖsenになったときの出力電流Ｉｍ（再酸化電流Ｉs）は、排気のＳＯｘ濃度が同じであったとしてもガスセンサ３０の個体間で相違する。その結果、ＳＯｘ検出用パラメータもまたガスセンサ３０の個体間で相違する。
【００９８】
これに対して、再酸化電流Ｉs（又は上記ＳＯｘ検出用パラメータ）から、ガスセンサ３０の個体差に起因して変化する電流分を除くことにより、最終的なＳＯｘ検出用パラメータを求め、その最終的なＳＯｘ検出用パラメータを用いてＳＯｘ濃度を検出すれば、ＳＯｘ濃度をガスセンサ３０の個体差に関わらず更に精度よく検出できることが期待される。そこで、第１検出装置は、次のようにして、差分Ｉｄをガスセンサ３０の個体差に依らないＳＯｘ検出用パラメータＩｄとして算出し、このパラメータＩｄを用いることによってＳＯｘ濃度の検出を行う。
【００９９】
より具体的に述べると、図７（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。
【０１００】
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るに伴い素子インピーダンスがセンサ活性判定値より低くなって、ガスセンサ３０がセンサ活性の状態になる。すると、第１検出装置は、排ガスの酸素濃度を示す出力電流Ｉｍ（Ｉaf1）を検出するための処理を開始する。尚、時刻ｔ０で、第１検出装置は、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に上述した酸素濃度検出用の電圧Ｖaf（具体的に述べると０．３Ｖ）の印加を開始する。固体電解質体４１ｓの温度が活性化温度以上であるときに、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。
【０１０１】
第１検出装置は、時刻ｔ１から、出力電流Ｉｍを連続的に検出する。そして、時刻ｔ２で、ＳＯｘ検出開始条件が満たされると（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、時刻ｔ２の直前において検出していた出力電流Ｉｍ（即ち、印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の電圧Ｖafに設定されているときの出力電流Ｉｍ）を第１電流Ｉaf1として取得（記憶）する。
【０１０２】
次いで、時刻ｔ２から、第１検出装置は、排気中のＳＯｘ濃度検出の処理を行うための印加電圧制御を開始し、時刻ｔ６の直前の時点まで、その印加電圧制御を行うことにより、ＳＯｘ濃度検出の処理を行う。
【０１０３】
具体的に述べると、第１検出装置は、少なくとも１サイクル（本例では２サイクル）の下記の第１印加電圧スイープ、次いで、印加電圧Ｖｍを所定期間（本例では１秒）Ａ／Ｆ検出印加電圧Ｖafに保持するＡ／Ｆ検出用電圧の印加、次いで、少なくとも１サイクル（本例では、２サイクル）の下記の第２印加電圧スイープを含む印加電圧制御を行う。
【０１０４】
即ち、第１検出装置は、時刻ｔ２から、第１印加電圧スイープを２サイクル実行する。第１印加電圧スイープの１サイクルは、印加電圧Ｖｍを第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２まで徐々に増大させる昇圧スイープと、その昇圧スイープの後に印加電圧Ｖｍを第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１まで徐々に減少させる降圧スイープと、からなる。尚、第１印加電圧スイープの昇圧スイープを便宜上「第１昇圧スイープ」とも称呼する。第１印加電圧スイープの降圧スイープを便宜上「第１降圧スイープ」とも称呼する。更に、第１印加電圧スイープの掃引電圧範囲（即ち、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２までの電圧範囲）は、「第１掃引電圧範囲」と称呼される。
【０１０５】
第１検出装置は、２回目（第１印加電圧スイープの２サイクル目）の第１降圧スイープ中において印加電圧Ｖｍが再酸化電流検出電圧Ｖsen（＝０．４Ｖ）になったとき（時刻ｔ３を参照。）の出力電流Ｉｍを、第２電流Ｉs1として取得（記憶）する。
【０１０６】
第１電圧Ｖ１は、既述した下限電圧Ｖa1と同じように、第１電圧範囲（０．２Ｖ以上であり且つ０．６Ｖ未満の範囲）から選ばれる電圧に設定される。本例において、第１電圧Ｖ１は０．３Ｖに設定される。第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１より高い電圧であってＳＯｘの分解開始電圧以下の電圧に設定される。具体的に述べると、第２電圧Ｖ２は、０．３Ｖより高く且つ０．６Ｖ以下の電圧に設定される。本例において、第２電圧Ｖ２は、ＳＯｘの分解開始電圧未満の電圧である０．５Ｖに設定される。従って、第１昇圧スイープ中に排気に含まれるＳＯｘがＳとＯ２−とに還元分解されることが実質的にないから、ＳＯｘの還元分解生成物であるＳが第１電極４１ａに実質的に吸着しない。その結果、第１降圧スイープ中に、第１電極４１ａに吸着していたＳとＯ２−とが反応する「Ｓの再酸化反応」は実質的に生じない。そのため、第２電流Ｉs1は、排気中のＳＯｘ濃度の影響を受けていないが、排気の酸素濃度の影響とガスセンサ３０の個体差による影響とを受けた値になる。
【０１０７】
ガスセンサ３０の個体差が第２電流Ｉs1に与える影響が、ガスセンサ３０の個体差が後述の第４電流Ｉs2に与える影響と同じになるか、或いは、より近くなるようにするため、第１印加電圧スイープの掃引速度は、後述の第２印加電圧スイープの掃引速度と同一になるように設定することが好ましい。
「第１印加電圧スイープの掃引速度」と「第２印加電圧スイープの掃引速度」とが同一とは、以下の式（１）で算出される「昇圧スイープの掃引速度」（即ち、単位時間当たりの電圧変化量）及び式（２）で算出される「降圧スイープの速度」の両方が同一であることをいう。
式（１）：「昇圧スイープの掃引速度」＝「上限電圧−下限電圧」÷「下限電圧から上限電圧に達するまでの時間」
式（２）：「降圧スイープの掃引速度」＝「上限電圧−下限電圧」÷「上限電圧から下限電圧に達するまでの時間」
【０１０８】
尚、第１掃引電圧範囲は、第２電流Ｉs1が排気中のＳＯｘから受ける影響が、非常に小さくなる電圧範囲（即ち、ＳＯｘの還元分解及び再酸化反応が殆ど生じないような電圧範囲）であってもよい。この場合、第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１より高い電圧であってＳＯｘの分解開始電圧より所定値高い電圧に設定されてもよい。この所定値としては、具体的に述べると、０Ｖより大きく０．１Ｖ以下の範囲から選ばれる。
【０１０９】
時刻ｔ３の直後において２サイクル目の第１印加電圧スイープが終了すると、第１検出装置は、印加電圧Ｖｍを所定期間（本例では１秒）に渡って酸素濃度検出用の電圧Ｖaf（具体的に述べると０．３Ｖ）に保持する。そして、第１検出装置は、第１印加電圧スイープの終了時点から１秒が経過する時刻ｔ４の直前において検出していた出力電流Ｉｍ（即ち、印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の電圧Ｖafであるときの出力電流Ｉｍ）を第２電流Ｉaf2として取得（記憶）する。
【０１１０】
第１検出装置は、時刻ｔ４から第２印加電圧スイープ（ＳＯｘ再酸化電流検出用の電圧印加スイープ）を２サイクル実行する。第２印加電圧スイープの１サイクルは、印加電圧Ｖｍを第３電圧Ｖ３から第４電圧Ｖ４まで徐々に増大させる昇圧スイープと、その昇圧スイープの後に印加電圧Ｖｍを第４電圧Ｖ４から第３電圧Ｖ３まで徐々に減少させる降圧スイープと、からなる。尚、第２印加電圧スイープの昇圧スイープを便宜上「第２昇圧スイープ」とも称呼する。第２印加電圧スイープの降圧スイープを便宜上「第２降圧スイープ」とも称呼する。更に、第２印加電圧スイープの掃引電圧範囲（即ち、第３電圧Ｖ３から第４電圧Ｖ４までの電圧範囲）は、「第２掃引電圧範囲」と称呼される。
【０１１１】
第１検出装置は、２回目（第２印加電圧スイープの２サイクル目）の第２降圧スイープ中において印加電圧Ｖｍが再酸化電流検出電圧Ｖsen（＝０．４Ｖ）になったとき（時刻ｔ５を参照。）の出力電流Ｉｍを、第４電流Ｉs2として取得（記憶）する。
【０１１２】
第２印加電圧スイープは、再酸化電流変化を現すパラメータ（第４電流Ｉs2）を取得するために実行する印加電圧制御である。このため、第２印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧である第３電圧Ｖ３は、既述した下限電圧Ｖa1と同じように設定される。更に、その電圧範囲の上限電圧である第４電圧Ｖ４は、既述した第２電圧より高い電圧、且つ、既述した上限電圧Ｖa2と同じように設定される。具体的に述べると、第３電圧Ｖ３は０．３Ｖに設定され、第４電圧は０．８Ｖに設定される。更に、第２印加電圧スイープの掃引速度は、上述した速度（第４電圧Ｖ４から第３電圧Ｖ３まで降圧するのに必要な時間が０．１秒以上５秒以下の範囲となる速度）に設定される。この結果、第４電流Ｉs2は、排気のＳＯｘ濃度に応じた値となる。更に、第４電流Ｉs2は、排気の酸素濃度の影響とガスセンサ３０の個体差による影響とを受けた値になる。
【０１１３】
時刻ｔ６で、ＳＯｘ濃度検出に必要な印加電圧制御が終了すると、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ｔ６で、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧（０．３Ｖ）に設定する。
【０１１４】
第１検出装置は、第１電流Ｉaf1から第２電流Ｉs1を減じることにより第１パラメータＩa1（＝第１電流Ｉaf1−第２電流Ｉs1）を算出する。前述したように、第２電流Ｉs1は、排気中のＳＯｘ濃度に依存しないが、排気中の酸素濃度の影響を受けて変化する。一方、排気中の酸素濃度の第２電流Ｉs1への影響度合いは第１電流Ｉaf1に現れている。従って、第１電流Ｉaf1と第２電流Ｉs1との差分である第１パラメータＩa1は、排気中の酸素濃度の影響及びＳＯｘ濃度の影響の何れも受けていないか又は殆ど受けておらず、且つ、ガスセンサ３０の個体差の影響を反映した値になっている。
【０１１５】
更に、第１検出装置は、第３電流Ｉaf2及び第４電流Ｉs2を用いて第２パラメータＩa2（＝第３電流Ｉaf2−第４電流Ｉs2）を算出する。前述したように、第４電流Ｉs2は、排気中のＳＯｘ濃度及び排気中の酸素濃度の影響を受けて変化する。一方、排気中の酸素濃度の第４電流Ｉs2への影響度合いは第３電流Ｉaf2に現れている。従って、第３電流Ｉaf2と第４電流Ｉs2との差分である第２パラメータＩa2は、排気中の酸素濃度の影響を受けていないか又は殆ど受けておらず、且つ、ＳＯｘ濃度に応じて変化し、且つ、ガスセンサ３０の個体差の影響を反映した値になっている。
【０１１６】
そこで、第１検出装置は、第２パラメータＩa2から第１パラメータＩa1を減じることによってＳＯｘ濃度を評価するためのＳＯｘ検出用パラメータ（差分Ｉｄ（＝Ｉa2−Ｉa1））を算出する。この差分Ｉｄは、ガスセンサ３０の個体差の影響が取り除かれ、且つ、酸素濃度による影響も取り除かれた値になっている。従って、差分Ｉｄは、排気中のＳＯｘ濃度を精度良く表し、従って、ＳＯｘ検出用パラメータとして適切な値である。そして、第１検出装置は、このＳＯｘ検出用パラメータＩｄ（差分Ｉｄ）を用いてＳＯｘ濃度検出を行う。
【０１１７】
以上から理解されるように、第１検出装置は、ガスセンサ３０の個体特性の影響が実質的に取り除かれたＳＯｘ検出用パラメータ（差分Ｉｄ）を用いることによって、ＳＯｘ濃度を検出する。よって、ＳＯｘ濃度を精度よく検出することができる。
【０１１８】
次に、上記のＳＯｘ検出用パラメータＩｄがＳＯｘ濃度を精度よく表す理由について、ガスセンサ３０の等価回路を用いて追加的に説明する。図８（Ａ）は第２印加電圧スイープを行った場合のガスセンサ３０の等価回路を示し、図８（Ｂ）は１印加電圧スイープを行った場合のガスセンサ３０の等価回路を示している。尚、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）のブロックＳ１の抵抗Ｒ１はガスセンサ３０の固定電解質バルクの抵抗であり、抵抗Ｒ２は固定電解質粒界の抵抗であり、容量Ｃ２はガスセンサ３０の固定電解質粒界の容量である。図８（Ａ）のブロックＳ２ｓの抵抗Ｒ３ｓは電極界面の抵抗であり、ブロックＳ２ｓの容量Ｃ３ｓは電極界面の容量である。同様に、図８（Ｂ）のブロックＳ２の抵抗Ｒ３は電極界面の抵抗であり、ブロックＳ２の容量Ｃ３は電極界面の容量である。
【０１１９】
上述の第２印加電圧スイープを行った場合、図９の線ｃ２又は線ｄ２で示したような出力電流Ｉｍ２が観測される。この出力電流Ｉｍ２は、以下の２つの電流分（Ｉm2a、Ｉm2b）が重畳することにより観測されると考えることができる。
【０１２０】
・出力電流分Ｉm2a：出力電流分Ｉm2aは、ガスセンサ３０の個体特性に起因した出力電流分である。具体的には、出力電流分Ｉm2aは、図８（Ａ）のブロックＳ１の「抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び容量Ｃ２」に起因して変化する出力電流分である。
・出力電流分Ｉm2b：出力電流分Ｉm2bは、ＳＯｘの分解反応、Ｓの電極への吸着及びＳの再酸化反応等の影響（以下、「ＳＯｘ反応等の影響」と称呼する。）を受けた電極界面に起因する出力電流分である。具体的には、出力電流分Ｉm2bは、図８（Ａ）のブロックＳ２sの「抵抗Ｒ３s及び容量Ｃ３s」に起因して変化する出力電流分である。
【０１２１】
一方、掃引速度を第２印加電圧スイープと実質的に同じ速度に設定し、印加電圧スイープの下限電圧から上限電圧までの掃引電圧範囲を第２印加電圧スイープとは相違させて印加電圧スイープを行うと、出力電流Ｉｍ２と異なる電流特性の出力電流が観測される。この場合、ガスセンサ３０の個体特性（即ち、ブロックＳ１の抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び容量Ｃ２）に起因した出力電流分Ｉm2aは、実質的に変化しない。しかしながら、電極界面は、ＳＯｘ反応等の影響を受けて状態が変化する。従って、電極界面に起因する出力電流分Ｉm2bは、電極界面の変化（即ち、抵抗Ｒ３から抵抗Ｒ３ｓへの変化、及び、容量Ｃ３から容量Ｃ３ｓへの変化）によって変化する。これが、出力電流Ｉｍ２とは異なる特性を有する出力電流が観測される理由であると考えられる。
【０１２２】
従って、第２印加電圧スイープと実質的に同じ掃引速度で、且つ、第２掃引電圧範囲とは相違する第１掃引電圧範囲の第１印加電圧スイープを行えば、下記の出力電流分Ｉm1a及びＩm1bが重畳した出力電流Ｉｍ１が得られる。尚、第１掃引電圧範囲は、電極界面が受けるＳＯｘ反応等の影響が、実質的になくなるか、或いは、非常に小さくなる電圧範囲（即ち、ＳＯｘの還元分解及び再酸化反応が殆ど生じないような電圧範囲）である。
【０１２３】
・出力電流分Ｉm1a：出力電流分Ｉm1aは、ガスセンサ３０の個体特性に起因した出力電流分である。具体的には、出力電流分Ｉm1aは、図８（Ｂ）のブロックＳ１の「抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び容量Ｃ２」に起因して変化する出力電流分であり、出力電流分Im2aと実質的に等しい。
・出力電流分Ｉm1b：出力電流分Ｉm1bは、ＳＯｘ反応等の影響を受けない電極界面に起因する出力電流分である。具体的には、出力電流分Ｉm1bは、図８（Ｂ）のブロックＳ２の「抵抗Ｒ３及び容量Ｃ３」に起因して変化する出力電流分である。
【０１２４】
以上から理解されるように、出力電流Ｉｍ２及び出力電流Ｉｍ１を利用すれば、「ＳＯｘ反応等の影響のみを受けた電極界面に起因した出力電流分」を抽出できる。即ち、次の式、
ＩＤ＝Ｉｍ２−Ｉｍ１＝（Ｉm2a＋Ｉm2b）−（Ｉm1a＋Ｉm1b）＝Ｉm2b−Ｉm1b
が成立するから、出力電流Ｉｍ２と出力電流Ｉｍ１との差分ＩＤは、ガスセンサ３０の個体特性（抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び容量Ｃ２）に起因した出力電流分が実質的に除去された値となり、且つ、「ＳＯｘ反応等の影響のみを受けた電極界面に起因した出力電流分」とみなすことができる。
【０１２５】
従って、出力電流Ｉｍ２に基づいて取得され且つ酸素濃度の影響が除去された第２パラメータＩa2と、少なくとも出力電流Ｉｍ１に基づいて取得され且つ酸素濃度の影響が除去された第１パラメータＩa1との差分Ｉｄ（＝Ｉa2−Ｉa1）は、ガスセンサ３０の個体特性の影響が実質的に取り除かれたパラメータであってＳＯｘ濃度を精度よく表すパラメータである。
【０１２６】
図９に示したグラフは、上述した点を確認するために、何れもガスセンサ３０と同型のガスセンサＣ及びガスセンサＤを用いて行なった実験結果を示す。この実験では、酸素濃度は０％であり、水の濃度は一定（５％）に維持されている。従って、再酸化電流Ｉｓについて、酸素濃度及び水濃度の影響を考慮する必要はない。
【０１２７】
図９において、各曲線は以下のとおりである。
実線ｃ１：ガスセンサＣについて第１印加電圧スイープを行ったときの出力電流
実線ｃ２：ガスセンサＣについて第２印加電圧スイープを行ったときの出力電流
破線ｄ１：ガスセンサＤについて第１印加電圧スイープを行ったときの出力電流
破線ｄ２：ガスセンサＤについて第２印加電圧スイープを行ったときの出力電流
【０１２８】
図９を参照すると、第２降圧スイープ中における再酸化電流検出電圧Ｖsen（０．４Ｖ）での出力電流Ｉｍ（即ち、再酸化電流）は、ガスセンサＣについては再酸化電流ＩsC2であり、ガスセンサＤについては再酸化電流ＩsD2であって、それらの差の大きさ（＝｜ＩsD2−ＩsC2｜は大きい。
【０１２９】
一方、第１降圧スイープ中における再酸化電流検出電圧Ｖsenでの出力電流Ｉｍは、ガスセンサＣについては電流ＩsC1であり、ガスセンサＤについては電流ＩsD1である。そのため、ガスセンサＣについての電流差分dIC（＝ＩsC1−ＩsC2）と、ガスセンサＤについての電流差分dID（＝ＩsD1−ＩsD2）とは、略等しい値になっていることが理解される。以上からも、ＳＯｘ検出用パラメータＩｄ（差分Ｉｄ）は、ガスセンサ３０の個体間の特性の影響が実質的に取り除かれ、且つ、排気のＳＯｘ濃度を精度良く表すパラメータとなっているということがいえる。従って、第１検出装置は、このようなＳＯｘ検出用パラメータＩｄを用いることによって、ＳＯｘ濃度を精度よく検出することができる。
【０１３０】
＜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、図１０乃至図１４のフローチャートにより示したルーチンのそれぞれを実行する。
【０１３１】
尚、これらのルーチンにおいて使用される下記のフラグの値は、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。
【０１３２】
・センサ活性フラグＸact：センサ活性フラグＸactは、その値が「１」の場合、ガスセンサ３０が「センサ活性の状態」であることを表す。センサ活性フラグＸactは、その値が「０」の場合、ガスセンサ３０が「センサ活性の状態」ではない（センサ非活性状態にある）ことを表す。
・第１取得完了フラグＸa1：第１取得完了フラグＸa1は、その値が「１」の場合、現時点において第１パラメータＩa1の算出に必要な「第１電流Ｉaf1及び第２電流Ｉs1」の取得が完了していることを表す。第１取得完了フラグＸa1は、その値が「０」の場合、現時点において「第１電流Ｉaf1及び第２電流Ｉs1」の少なくとも一方の取得が完了してないことを表す。
・第２取得完了フラグＸa2：第２取得完了フラグＸa2は、その値が「１」の場合、現時点において第２パラメータＩa2の算出に必要な「第３電流Ｉaf2及び第４電流Ｉs2」の取得が完了していることを表す。第２取得完了フラグＸa2は、その値が「０」の場合、現時点において「第３電流Ｉaf2及び第４電流Ｉs2」の少なくとも一方の取得が完了してないことを表す。
・第１スイープ実行フラグＸsw1：第１スイープ実行フラグＸsw１は、その値が「１」の場合、現時点において第１印加電圧スイープが実行中であることを示す。第１スイープ実行フラグＸsw１は、その値が「０」の場合、現時点において第１印加電圧スイープが実行中ではないことを示す。
・第２スイープ実行フラグＸsw2：第２スイープ実行フラグＸsw2は、その値が「１」の場合、現時点において第２印加電圧スイープが実行中であることを示す。第２スイープ実行フラグＸsw2は、その値が「０」の場合、現時点において第２印加電圧スイープが実行中ではないことを示す。
・第１電圧保持処理完了フラグＸ1hk：第１電圧保持処理完了フラグＸ1hkは、その値が「１」の場合、現時点において第１電圧保持処理が完了していることを示す。第１電圧保持処理完了フラグＸ1hkは、その値が「０」の場合、現時点において第１電圧保持処理が完了していないことを示す。
・ＳＯｘ濃度検出完了フラグＸＳＯｘ：ＳＯｘ濃度検出完了フラグＸＳＯｘは、その値が「１」の場合、現時点においてＳＯｘ濃度検出が完了したことを示す。ＳＯｘ濃度検出完了フラグＸＳＯｘは、その値が「０」の場合、現時点においてＳＯｘ濃度検出が完了していないことを示す。
【０１３３】
ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図１０に示したセンサ活性判定ルーチンのステップ１０００から処理を開始して、ステップ１０１０に進み、センサ活性フラグＸactの値が「０」であるか否かを判定する。
【０１３４】
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であるとすると、センサ活性フラグＸactの値は「０」である。この場合、ＣＰＵはステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０２０に進み、エンジン始動後（内燃機関１０が始動後）であるか否かを判定する。
【０１３５】
エンジン始動後である場合、ＣＰＵはステップ１０２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０３０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（即ち、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧Ｖafに設定中）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Ｉｍ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１０３０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。
【０１３６】
ガスセンサ３０が正常である場合、ＣＰＵはステップ１０３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０４０に進み、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。）。
【０１３７】
その後、ＣＰＵは、以下に述べるステップ１０５０及びステップ１０６０の処理を順次実行した後、ステップ１０７０に進む。
ステップ１０５０：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１０４０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１０６０：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Ｖaf（具体的に述べると０．３Ｖ）を印加する。即ち、ＣＰＵは、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の印加電圧Ｖafに設定する。
【０１３８】
ＣＰＵは、ステップ１０７０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１０４０にて取得した素子インピーダンスがセンサ活性判定値より小さい値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１０７０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。
【０１３９】
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１０７０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０８０に進み、センサ活性フラグＸactの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１４０】
尚、ＣＰＵがステップ１０１０の処理を実行する時点において、センサ活性フラグＸactの値が「０」ではない場合、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。更に、ＣＰＵがステップ１０２０の処理を実行する時点において、エンジン始動後ではない場合、ＣＰＵはステップ１０２０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。更に、ＣＰＵがステップ１０３０の処理を実行する時点において、ガスセンサ３０が正常ではない場合、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。
【０１４１】
次に、図１１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１１のステップ１１００から処理を開始してステップ１１０５に進み、センサ活性フラグＸactの値及び第１取得完了フラグＸa1の何れもが「０」であるか否かを判定する。
【０１４２】
ＳＯｘ検出ルーチン１は、ガスセンサ３０がセンサ活性になってセンサ活性フラグＸactの値が「１」に設定された時点以降であって、第１取得完了フラグＸa1の値が「０」である場合（第１電流Ｉa1及び第２電流Ｉs1の取得が完了していない場合）に実質的に機能する。
【０１４３】
従って、センサ活性フラグＸactの値が「１」ではない場合（即ち、センサ活性フラグＸactの値が「０」である場合）又は第１取得完了フラグＸa1の値が「１」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。
【０１４４】
これに対して、センサ活性フラグＸactの値が図１０のステップ１０８０の処理によって「１」に設定されており、且つ、第１取得完了フラグＸa1の値が「０」である場合、ＣＰＵはステップ１１０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１１０に進み、第１印加電圧スイープが実行中であるか否かを示す第１スイープ実行フラグＸsw1の値が「０」であるか否かを判定する。
【０１４５】
第１スイープ実行フラグＸsw1の値が「０」である場合、ＣＰＵはステップ１１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１１５に進み、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を算出した後、ステップ１１２０に進む。尚、ステップ１１１０の処理を実行する時点が第１印加電圧スイープの実行を開始した後であって、第１スイープ実行フラグＸsw1の値が「１」である場合（後述するステップ１１４５を参照。）、ＣＰＵはステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１２０に直接進む。
【０１４６】
ＣＰＵはステップ１１２０に進むと、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。
【０１４７】
<<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（ＳＯｘ濃度検出完了フラグＸＳＯｘの値が「１」ではない。）。
【０１４８】
ＳＯｘ検出条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ１１２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１２５に進み、第１スイープ実行フラグＸsw1の値が「０」であるか否かを判定する。後述するように、第１スイープ実行フラグＸsw1の値が「１」である場合には、第１印加電圧スイープを行う直前の（Ａ／Ｆ検出に用いた）第１電流Ｉaf1が既に取得されている（ステップ１１３０及びステップ１１４５を参照。）。よって、第１スイープ実行フラグＸsw1の値が「０」である場合、第１電流Ｉaf1は未だ取得されていない。
【０１４９】
そこで、第１スイープ実行フラグＸsw1の値が「０」である場合、ＣＰＵはステップ１１２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１３０に進み、その時点の出力電流Ｉｍを第１電流Ｉaf1（印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の電圧Ｖafである時の出力電流Ｉｍ）として取得し且つＲＡＭに記憶する。更に、ＣＰＵは、この取得した第１電流Ｉaf1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に適用することにより機関の空燃比Ａ／Ｆを算出する。
【０１５０】
その後、ＣＰＵはステップ１１３５に進み、取得した第１電流Ｉaf1に基づいて算出した空燃比Ａ／ＦをルックアップテーブルＭ１に適用することによって、第１印加電圧スイープの第１掃引電圧範囲（下限電圧（第１電圧Ｖ１）及び上限電圧（第２電圧Ｖ２））、印加電圧掃引速度、並びに、再酸化電流検出電圧Ｖsenを決定する。その後、ＣＰＵはステップ１１４０に進む。
【０１５１】
これに対し、ＣＰＵがステップ１１２５の処理を実行する時点において、第１スイープ実行フラグＸsw1の値が「０」でない場合、ＣＰＵはそのステップ１１２５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１１４０に直接進む。
【０１５２】
ＣＰＵはステップ１１４０に進むと、ステップ１１３５にて決定したスイープ条件（印加電圧掃引速度、及び、掃引電圧範囲）にて第１印加電圧スイープを実行する。即ち、当該スイープ条件にて正弦波の電圧の２周期分を印加する処理を実行する。尚、ステップ１１４０の処理の時点で第１印加電圧スイープが既に実行されている場合、ＣＰＵはその印加電圧スイープの実行を継続する。
【０１５３】
その後、ＣＰＵはステップ１１４５に進み、第１スイープ実行フラグＸsw1の値を「１」に設定する。次に、ＣＰＵはステップ１１５０に進み、現時点が第２電流Ｉs1の取得タイミングであるか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵは、第１印加電圧スイープの２サイクル目の第１降圧スイープ中であって、且つ、印加電圧Ｖｍが再酸化電流検出電圧Ｖsenと一致しているか否かを判定する。現時点が第２電流Ｉs1の取得タイミングである場合、ＣＰＵはステップ１１５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１５５に進み、その時点の出力電流Ｉｍを第２電流Ｉs1として取得し且つＲＡＭに記憶する。その後、ＣＰＵはステップ１１６０に進む。
【０１５４】
これに対し、ＣＰＵがステップ１１５０の処理を実行する時点において、その時点が第２電流Ｉs1の取得タイミングでない場合、ＣＰＵはそのステップ１１５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１１６０に直接進む。
【０１５５】
ＣＰＵは、ステップ１１６０に進むと、第１印加電圧スイープが２サイクル終了したか否かを判定する。
【０１５６】
第１印加電圧スイープが２サイクル終了していない場合、ＣＰＵはステップ１１６０にて「Ｎｏ」と判定し、直接ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これに対し、第１印加電圧スイープが２サイクル終了している場合、ＣＰＵはステップ１１６０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１１６５及びステップ１１７０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。
【０１５７】
ステップ１１６５：ＣＰＵは、第１スイープ実行フラグＸsw1の値を「０」に設定（クリア）する。
ステップ１１７０：ＣＰＵは、第１取得完了フラグＸa1の値を「１」に設定する。
【０１５８】
尚、ステップ１１２０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１１２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１７５に進み、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の印加電圧Ｖafに設定し、第１スイープ実行フラグＸsw1の値及び第１取得完了フラグＸa1の値を、何れも「０」に設定（クリア）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。
【０１５９】
この図１１のルーチンを実行することにより、第１電流Ｉaf1及び第２電流Ｉs1が取得されてＲＡＭに記憶される。
【０１６０】
次に、図１２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１２のステップ１２００から処理を開始してステップ１２１０に進み、第１取得完了フラグＸa1の値が「１」であり且つ第１電圧保持処理完了フラグＸ1hkの値が「０」であるか否かを判定する。
【０１６１】
ＳＯｘ検出ルーチン２は、出力電流Ｉa1及び出力電流Ｉs1の両方の取得が完了して第１取得完了フラグＸa1の値が「１」であり、且つ、第１電圧保持処理完了フラグＸ1hkの値が「０」である場合に実質的に機能する。
【０１６２】
第１取得完了フラグＸa1の値が「１」であり且つ第１電圧保持処理完了フラグＸ1hkの値が「０」である場合、ＣＰＵはステップ１２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２２０に進み、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用（即ち、Ａ／Ｆ検出用）の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．３Ｖ）に設定する。
【０１６３】
その後、ＣＰＵはステップ１２３０に進み、タイマｔ１が予め設定された所定時間ｔ１th以上であるか否かを判定する。尚、この所定時間ｔ１thは０より大きい任意の値（例えば、１秒に相当する値）に設定されている。タイマｔ１の値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
【０１６４】
タイマｔ１が所定時間ｔ１th未満である場合、ＣＰＵはステップ１２３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２６０に進み、タイマｔ１の値を「１」だけ増加させる。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。
【０１６５】
これに対して、タイマｔ１が所定時間ｔ１th以上である場合、ＣＰＵはステップ１２３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２４０に進み、タイマｔ１の値を「０」に設定した後、ステップ１２５０に進み、第１電圧保持処理完了フラグＸ1hk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。
【０１６６】
尚、ステップ１２１０の処理を実行する時点で、第１取得完了フラグの値が「０」であるか、或いは、第１電圧保持処理完了フラグＸ1hkの値が「１」である場合、ＣＰＵはステップ１２１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１６７】
次に、図１３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１３のステップ１３００から処理を開始してステップ１３０５に進み、第１電圧保持処理完了フラグＸ1hkの値が「１」であり且つ第２取得完了フラグＸa2が「０」であるか否かを判定する。
【０１６８】
ＳＯｘ検出ルーチン３は、第１電圧保持処理が完了して第１電圧保持処理完了フラグＸ1hkが「１」に設定された時点以降であって、第２取得完了フラグＸa2の値が「０」である場合（第３電流Ｉaf2及び第４電流Ｉs2の取得が完了していない場合）に実質的に機能する。
【０１６９】
従って、第１電圧保持処理完了フラグＸ1hkの値が「１」ではない場合（即ち、第１電圧保持処理完了フラグＸ1hkの値が「０」である場合）又は第２取得完了フラグＸa2の値が「１」である場合、ＣＰＵはステップ１３０５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。
【０１７０】
これに対して、第１電圧保持処理完了フラグＸ1hkの値が図１２のステップ１２５０の処理によって「１」に設定されており、且つ、第２取得完了フラグＸa2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、第２印加電圧スイープが実行中であるか否かを示す第２スイープ実行フラグＸsw2の値が「０」であるか否かを判定する。
【０１７１】
第２スイープ実行フラグＸsw2の値が「０」である場合、ＣＰＵはステップ１３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３１５に進み、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に適用することにより機関の空燃比のＡ／Ｆを算出した後、ステップ１３２０に進む。尚、ステップ１３１０の処理を実行する時点が第２印加電圧スイープの実行を開始した後であって、第２スイープ実行フラグＸsw2の値が「１」である場合（後述するステップ１３４５を参照。）、ＣＰＵはステップ１３１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３２０に直接進む。
【０１７２】
ＣＰＵはステップ１３２０に進みと、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、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。
【０１７３】
ＳＯｘ検出条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ１３２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３２５に進み、第２スイープ実行フラグＸsw2の値が「０」であるか否かを判定する。後述するように、第２スイープ実行フラグＸsw2の値が「１」である場合には、第２印加電圧スイープを行う直前の（Ａ／Ｆ検出に用いた）第２電流Ｉaf2が既に取得されている（ステップ１３３０及びステップ１３４５を参照。）。よって、第２スイープ実行フラグＸsw2の値が「０」である場合、第２電流Ｉaf2は未だ取得されていない。
【０１７４】
そこで、第２スイープ実行フラグＸsw2の値が「０」である場合、ＣＰＵはステップ１３２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３３０に進み、その時点の出力電流Ｉｍを第２電流Ｉaf2（印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の電圧Ｖafである時の出力電流Ｉｍ）として取得し且つＲＡＭに記憶する。更に、ＣＰＵは、この取得した第２電流Ｉaf2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に適用することにより機関の空燃比Ａ／Ｆを算出する。
【０１７５】
その後、ＣＰＵはステップ１３３５に進み、取得した第３電流Ｉaf2に基づいて算出した空燃比Ａ／ＦをルックアップテーブルＭ２に適用することによって、第２印加電圧スイープの電圧範囲（下限電圧（第３電圧Ｖ３）及び上限電圧（第４電圧Ｖ４））、印加電圧掃引速度、並びに、再酸化電流検出電圧Ｖsenを決定する。その後、ＣＰＵはステップ１３４０に進む。
【０１７６】
これに対し、ＣＰＵがステップ１３２５の処理を実行する時点において、第２スイープ実行フラグＸsw2の値が「０」でない場合、ＣＰＵはそのステップ１３２５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１３４０に直接進む。
【０１７７】
ＣＰＵはステップ１３４０に進むと、ステップ１３３５にて決定したスイープ条件（印加電圧掃引速度、及び、掃引電圧範囲）にて第２印加電圧スイープを実行する。即ち、当該スイープ条件にて正弦波の電圧の２周期分を印加する処理を実行する。尚、ステップ１３４０の処理の時点で第２印加電圧スイープを実行中の場合、ＣＰＵはその印加電圧スイープの実行を継続する。
【０１７８】
その後、ＣＰＵはステップ１３４５に進み、第２スイープ実行フラグＸsw2の値を「１」に設定する。次に、ＣＰＵはステップ１３５０に進み、現時点が第４電流Ｉs2の取得タイミングであるか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵは、第２印加電圧スイープの２サイクル目の第２降圧スイープ中であって、且つ、印加電圧Ｖｍが再酸化電流検出電圧Ｖsenと一致しているか否かを判定する。現時点が第４電流Ｉs2の取得タイミングである場合、ＣＰＵはステップ１３５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３５５に進み、その時点の出力電流Ｉｍを第４電流Ｉs2として取得し且つＲＡＭに記憶する。その後、ＣＰＵはステップ１３６０に進む。
【０１７９】
これに対し、ＣＰＵがステップ１３５０の処理を実行する時点において、その時点が第４電流Ｉs2の取得タイミングでない場合、ＣＰＵはそのステップ１３５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１３６０に直接進む。
【０１８０】
ＣＰＵは、ステップ１３６０に進むと、第２印加電圧スイープが２サイクル終了したか否かを判定する。
【０１８１】
第２印加電圧スイープが２サイクル終了していない場合、ＣＰＵはステップ１３６０にて「Ｎｏ」と判定し、直接ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これに対し、第２印加電圧スイープが２サイクル終了している場合、ＣＰＵはステップ１３６０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１３６５及びステップ１３７０の処理を順に行い、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１８２】
ステップ１３６５：ＣＰＵは、第２スイープ実行フラグＸsw2の値を「０」に設定（クリア）するとともに、第２取得完了フラグＸa2の値を「１」に設定する。
ステップ１３７０：ＣＰＵは、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の印加電圧Ｖafに設定する。
【０１８３】
尚、ステップ１３２０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１３２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３７５に進み、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の印加電圧Ｖafに設定し、第２スイープ実行フラグＸsw2の値及び第２取得完了フラグＸa2の値を、何れも「０」に設定（クリア）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。
【０１８４】
この図１３のルーチンを実行することにより、第３電流Ｉaf2及び第４電流Ｉs2が取得されてＲＡＭに記憶される。
【０１８５】
次に、図１４を参照しながらＳＯｘ検出ルーチン４について説明する。ＣＰＵは所定のタイミングになると、図１４のステップ１４から処理を開始してステップ１４０５に進み、第２取得完了フラグＸa2の値が「１」であるか否かを判定する。
【０１８６】
ＳＯｘ検出ルーチン４は、第２取得完了フラグＸa2の値が「１」である場合、実質的に機能する。従って、第２取得完了フラグＸa2の値が「１」ではない場合、ＣＰＵはステップ１４０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１４９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１８７】
これに対して、第２取得完了フラグＸa2の値が図１３のステップ１３６５の処理によって「１」に設定されている場合、ＣＰＵはステップ１４０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４１０に進み、第１印加電圧スイープを実行した際の機関の空燃比Ａ／Ｆ（排気の酸素濃度）と第２印加電圧スイープを実行した際の機関の空燃比Ａ／Ｆ（排気の酸素濃度）とが所定の範囲内であるか否かを、第１電流Ｉaf1と第３電流Ｉaf2との差分の絶対値Ｉｖ（｜＝Ｉaf1−Ｉaf2｜）に基づいて判定する。即ち、ＣＰＵは、当該差分の絶対値Ｉｖが所定値Ｉｖth以下であるか否かを判定する。
【０１８８】
差分の絶対値Ｉｖが所定値Ｉｖth以下である場合、ＣＰＵはステップ１４１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４１５に進み、既に取得した「第１電流Ｉaf1、第２電流Ｉs1、第３電流Ｉaf2及び第４電流Ｉs2」を用いて、パラメータＩa1（＝Ｉaf1−Ｉs1）及びＩa2（＝Ｉaf2−Ｉs2）並びにＳＯｘ検出用パラメータ（差分Ｉｄ（＝Ｉa2−Ｉa1））を算出する。
【０１８９】
その後、ＣＰＵはステップ１４２０に進み、ＳＯｘ検出用パラメータＩｄが閾値差分Ｉdth以上であるか否かを判定する。
【０１９０】
差分Ｉdが閾値差分Ｉdth以上である場合、ＣＰＵはステップ１４２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４２５に進み、排気中に所定濃度（閾値差分Ｉdthに相当する濃度）以上のＳＯｘが含まれていると判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれている旨（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１４３０に進み、ＳＯｘ検出完了フラグＸＳＯｘの値「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１４９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１９１】
これに対して、ＳＯｘ検出用パラメータＩｄが閾値差分Ｉdth以上ではない場合（即ち、閾値差分Ｉdth未満である場合）、ＣＰＵはステップ１４２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１４３５に進み、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていないと判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていない旨（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１４３０に進み、ＳＯｘ検出完了フラグＸＳＯｘの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１４９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１９２】
尚、ステップ１４１０の処理を実行する時点で、差分の絶対値Ｉｖが所定値Ｉｖthより大きい場合、ＣＰＵはステップ１４１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１４４０に進む。
【０１９３】
ところで、上述したように、第１パラメータＩa1は、第１電流Ｉaf1から第２電流Ｉs1を減じることにより算出される（第１パラメータＩa1＝第１電流Ｉaf1−第２電流Ｉs1）。第１電流Ｉaf1は、第２電流Ｉs1が取得される際の第１印加電圧スイープ中の酸素濃度に対応する。従って、第１パラメータＩa1は、酸素濃度の影響が除去されている筈である。同様に、第２パラメータＩa2は、第３電流Ｉaf2から第４電流Ｉs2を減じることにより算出される（第２パラメータＩa2＝第３電流Ｉaf2−第４電流Ｉs2）。第３電流Ｉaf2は、第４電流Ｉs1が取得される際の第２印加電圧スイープ中の酸素濃度に対応する。従って、第２パラメータＩa2は、酸素濃度の影響が除去されている筈である。
【０１９４】
しかしながら、差分の絶対値Ｉｖが所定値Ｉｖthより大きい場合、即ち、第１印加電圧スイープ中の酸素濃度と第２印加電圧スイープ中の酸素濃度との差の大きさが大きい場合、その酸素濃度の差による影響が「第１パラメータＩa1及び第２パラメータＩa2」から完全には除去できず、その結果、ＳＯｘ検出用パラメータ（差分Ｉｄ）がＳＯｘ反応に起因する出力電流変化のみを精度よく現している可能性が低くなってしまう。そのため、差分の絶対値Ｉｖが所定値Ｉｖthより大きい場合、ステップ１４１５にて得たＳＯｘ検出用パラメータ（差分Ｉｄ）を使用してＳＯｘ濃度を検出することは好ましくない。
【０１９５】
そこで、この場合、ＣＰＵはステップ１４１０からステップ１４４０に進み、以下の「１」に設定されているフラグの値を「０」に設定（クリア）することにより、当該ＳＯｘ検出用パラメータ（差分Ｉｄ）を使用したＳＯｘ濃度検出を行わないようにする。
・第１取得完了フラグＸa1
・第２取得完了フラグＸa2
・第１電圧保持処理完了フラグＸ1hk
【０１９６】
その後、ＣＰＵは、ステップ１４９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。この場合、センサ活性フラグＸactの値が「１」であり且つ第１取得完了フラグＸa1の値が「０」となるので、ＣＰＵはＳＯｘ検出ルーチン１のステップ１１０５にて「Ｙｅｓ」と判定するようになる。従って、ＳＯｘ検出ルーチン１が再び実質的に機能し始める。
【０１９７】
以上説明したように、第１検出装置は、第２パラメータＩa2と第１パラメータＩa1との差分ＩｄをＳＯｘ検出用パラメータＩｄとして算出し、このＳＯｘ検出用パラメータＩｄを用いてＳＯｘ濃度検出を行う。ＳＯｘ検出用パラメータＩｄ（差分Ｉｄ）は、実質的に排気中の硫黄酸化物濃度のみに応じた値であり、且つ、ガスセンサ３０の個体差に起因して変化する成分の影響が低減された値である。よって、第１検出装置は、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かの判定を精度良く行うことができる。
【０１９８】
＜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。この第２検出装置は、ＳＯｘ濃度検出に用いるＳＯｘ検出用パラメータとして「差分Ｉｄ（＝Ｉa2−Ｉa1）」に代えて、「比Ｉｒ（＝Ｉa2／Ｉa1）」を用いる点のみにおいて第１検出装置と相違している。
【０１９９】
前述したように、第１パラメータＩa1は、排気中の酸素濃度の影響及びＳＯｘ濃度の影響の何れも受けていないか又は殆ど受けておらず、且つ、ガスセンサ３０の個体差の影響を反映した値になっている。一方、第２パラメータＩa2は、排気中の酸素濃度の影響を受けていないか又は殆ど受けておらず、且つ、ＳＯｘ濃度に応じて変化し、且つ、ガスセンサ３０の個体差の影響を反映した値になっている。よって、第１パラメータＩa1に対する第２パラメータＩa2の比Ｉｒ（＝Ｉa2／Ｉa1）は、排気中のＳＯｘ濃度のみに応じた値であり、且つ、完全ではないもののガスセンサ３０の個体差の影響が大きく低減された値であるということができる。以下この相違点を中心として説明する。
【０２００】
＜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１０乃至図１３に示したルーチン、及び、図１４に代わる図１５に示したルーチンのそれぞれを実行する。図１０乃至図１３に示したルーチンに基づく作動は、第１検出装置のそれらのルーチンに基づく作動と同一であり、既に説明済みである。よって、それらの説明を省略する。
【０２０１】
以下、図１５を参照しながら第２検出装置の作動について説明する。図１５のルーチンは、図１４のステップ１４１５及びステップ１４２０が、ステップ１５１５及びステップ１５２０にそれぞれ置換されている点のみにおいて、図１４のルーチンと相違している。以下、この相違点を中心に説明する。
【０２０２】
ＣＰＵは、ステップ１４１０からステップ１５１５に進んだ場合、第１電流Ｉaf1、第２電流Ｉs1、第３電流Ｉaf2及び第４電流Ｉs2を用いて、パラメータＩa1（＝Ｉaf1−Ｉs1）及びＩa2（＝Ｉaf2−Ｉs2）並びに比Ｉｒ（＝Ｉa2／Ｉa1）を算出した後、ステップ１５２０に進む。
【０２０３】
ＣＰＵはステップ１５２０に進むと、比Ｉｒが閾値比Ｉｒth以上であるか否か判定する。比Ｉｒが閾値比Ｉｒth以上である場合、ＣＰＵはステップ１５２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４２５に進み、排気中に所定濃度（閾値比Ｉｒthに相当する濃度）以上のＳＯｘが含まれていると判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれている旨（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１４３０に進む。
【０２０４】
これに対して、比Ｉｒが閾値比Ｉｒth以上ではない場合（即ち、閾値比Ｉｒth未満である場合）、ＣＰＵはステップ１５２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１４３５に進み、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていないと判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていない旨（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１４３０に進む。
【０２０５】
以上説明したように、第２検出装置のＥＣＵは、第１パラメータＩa1に対する第２パラメータＩa2の比Ｉｒ（＝Ｉa2／Ｉa1）をＳＯｘ検出用パラメータとして算出し、このＳＯｘ検出用パラメータＩｒを用いてＳＯｘ濃度検出を行う。ＳＯｘ検出用パラメータＩｒは、実質的に排気中の硫黄酸化物濃度のみに応じた値であり、ガスセンサ３０の個体差に起因して変化する成分の影響が低減された値である。よって、第２検出装置は、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かの判定を精度良く行うことができる。
【０２０６】
＜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。
【０２０７】
上述の各実施形態は、印加電圧Ｖｍが「ＳＯｘの分解開始電圧未満の電圧である再酸化電流検出電圧Ｖsenになったときの出力電流Ｉｍ」に限らず、降圧スイープ中であって印加電圧ＶｍがＳＯｘの分解開始電圧未満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、これを第２電流Ｉs1又は第４電流Ｉs2として取得するようにしてもよい。例えば、各実施形態は、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の最小値を、第２電流Ｉs1又は第４電流Ｉs2として取得するようにしてもよい。この場合、検出用電圧範囲は、降圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）より高い所定電圧以上であり、且つ、ＳＯｘの分解開始電圧（０．６Ｖ）以下の所定電圧以下の範囲である。
【０２０８】
（第１検出装置の変形例）
第１検出装置は、差分Ｉｄの大きさと閾値差分Ｉdthとを比較することによって、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かを判定しているが、以下に述べるように、差分Ｉｄに基づいて排気中のＳＯｘ濃度を取得するようにしてもよい。
【０２０９】
例えば、ＣＰＵは、図１４に示したＳＯｘ検出ルーチン４に代えて、図１６に示したＳＯｘ検出ルーチン４を実行するように構成され得る。この図１６に示したルーチンは、図１４に示したルーチンの「ステップ１４２０、ステップ１４２５及びステップ１４３５」の処理に代えて、「ステップ１６１０の処理」が実行されるルーチンである。よって、以下、図１６の「ステップ１６１０」の処理を主に説明する。
【０２１０】
ＣＰＵは、図１６のステップ１４１５にて差分Ｉｄを算出するとステップ１６１０に進み、その差分Ｉｄと図１３のステップ１３３０にて取得したＩaf2に基づいて算出したＡ／Ｆ（又は、Ｉaf2）とをルックアップテーブルＭａｐ１（Ｉｄ，Ａ／Ｆ）に適用することによって、排気中のＳＯｘ濃度を取得する。尚、ＥＣＵ２０のＲＯＭ（記憶部）は、「差分Ｉｄ及びＡ／Ｆと排気中のＳＯｘ濃度との関係」をルックアップテーブルＭａｐ１（Ｉｄ，Ａ／Ｆ）として記憶している（図１６のブロックＭ３を参照。）。このルックアップテーブルは予め実験等を行うことにより得ることができる。
【０２１１】
（第２検出装置の変形例）
第２検出装置は、比Ｉｒの大きさと閾値比Ｉｒthとを比較することによって、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かを判定しているが、以下に述べるように、比Ｉｒに基づいて排気中のＳＯｘ濃度を取得するようにしてもよい。
【０２１２】
例えば、ＣＰＵは、図１５に示したＳＯｘ検出ルーチン４に代えて、図１７に示したＳＯｘ検出ルーチン４を実行するように構成され得る。この図１７に示したルーチンは、図１５に示したルーチンの「ステップ１５２０、ステップ１４２５及びステップ１４３５」の処理に代えて、「ステップ１７１０の処理」が実行されるルーチンである。よって、以下、図１７の「ステップ１７１０」の処理を主に説明する。
【０２１３】
ＣＰＵは、図１７のステップ１５１５にて比Ｉｒを算出するとステップ１７１０に進み、その比Ｉｒと図１３のステップ１３３０にて取得したＩaf2に基づいて算出したＡ／Ｆ（又は、Ｉaf2）とをルックアップテーブルＭａｐ２（Ｉｒ，Ａ／Ｆ）に適用することによって、排気中のＳＯｘ濃度を取得する。尚、ＥＣＵ２０のＲＯＭ（記憶部）は、「比ＩｒとＡ／Ｆと排気中のＳＯｘ濃度との関係」をルックアップテーブルＭａｐ２（Ｉｒ，Ａ／Ｆ）として記憶している（図１７のブロックＭ４を参照。）。このルックアップテーブルは予め実験等を行うことにより得ることができる。
【０２１４】
これらの変形例の各ＥＣＵ２０は、ガスセンサ個体特性の影響を受けにくく、且つ、排気に含まれるＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響を受けにくい再酸化電流変化を表わすＳＯｘ検出用パラメータとして上記差分Ｉｄ又は上記比Ｉｒを用い、上記差分Ｉｄ又は上記比Ｉｒに対応する排気中のＳＯｘの濃度をＲＯＭに記憶されたルックアップテーブルから取得するように構成されている。従って、精度良く排気中の硫黄酸化物の濃度を検出することができる。
【０２１５】
更に、例えば、印加電圧スイープの電圧波形は、図７の（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示された波形に限らず、電圧が連続的に変化し、且つ、第１電極４１ａに吸着した硫黄が再酸化反応することに起因した再酸化電流変化が、第２印加電圧スイープの降圧スイープのある時点から極めて顕著になるような降圧速度で降圧スイープが行われる限り任意の波形（例えば、三角波）であってもよい。但し、その場合、第１印加電圧スイープの波形は、第２印加電圧スイープの波形と印加電圧範囲を除き同じにする必要がある。
【符号の説明】
【０２１６】
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】
2018100847.tif 000003
【図２】
2018100847.tif 000004
【図３】
2018100847.tif 000005
【図４】
2018100847.tif 000006
【図５】
2018100847.tif 000007
【図６】
2018100847.tif 000008
【図７】
2018100847.tif 000009
【図８】
2018100847.tif 000010
【図９】
2018100847.tif 000011
【図１０】
2018100847.tif 000012
【図１１】
2018100847.tif 000013
【図１２】
2018100847.tif 000014
【図１３】
2018100847.tif 000015
【図１４】
2018100847.tif 000016
【図１５】
2018100847.tif 000017
【図１６】
2018100847.tif 000018
【図１７】
2018100847.tif 000019
【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】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、前記第１電圧より高く且つ前記硫黄酸化物の分解開始電圧より所定値高い電圧以下である第２電圧まで、上昇させる第１昇圧スイープを実行した後、前記第２電圧から前記第１電圧まで下降させる第１降圧スイープを実行する第１印加電圧スイープを少なくとも１サイクル行い、
第１パラメータを、少なくとも前記第１降圧スイープ中の前記出力電流を用い且つ所定の第１特定手法に従って取得し、
前記第１印加電圧スイープを行った後、前記電圧印加部を用いて前記印加電圧を、前記第１電圧範囲内から選ばれる第３電圧から、前記硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高く且つ前記第２電圧より高い第４電圧まで、上昇させる第２昇圧スイープを実行した後、前記第４電圧から前記第３電圧まで下降させる第２降圧スイープを実行する第２印加電圧スイープを少なくとも１サイクル行い、
前記第２降圧スイープを行っている期間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前記出力電流に生じる変化、の程度に相関を有する第２パラメータを、少なくとも前記第２降圧スイープ中の前記出力電流を用い且つ前記第１特定手法と同じ第２特定手法に従って取得し、
前記第１パラメータと前記第２パラメータとの差分又は比をＳＯｘ検出用パラメータとして算出し、当該ＳＯｘ検出用パラメータ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、
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降圧スイープの降圧速度は、
前記印加電圧が前記第１電圧範囲内であって前記第３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され、
更に、前記第１印加電圧スイープと前記第２印加電圧スイープとは、互いに単位時間当たりの電圧変化量で表される掃引速度が同一である、
ガス検出装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガス検出装置において、
前記測定制御部は、
前記第１特定手法として、
前記第１印加電圧スイープを行う前に、前記電圧印加部を用いて、前記印加電圧を、前記限界電流域内の空燃比検出用印加電圧、に設定し、前記印加電圧が前記空燃比検出用印加電圧に設定されているときに前記電流検出部により検出される出力電流を第１電流として取得し、
前記第１降圧スイープ中の所定の第１期間における前記出力電流に特定の相関を有する値を、前記電流検出部により検出される出力電流に基づいて第２電流として取得し、
前記取得した第１電流と前記取得した第２電流との差分を算出する、
手法、を用いて当該算出した差分を前記第１パラメータとして取得し、
前記第２特定手法として、
前記第１印加電圧スイープを行った後、且つ、前記第２印加電圧スイープを行う前に、前記電圧印加部を用いて、前記印加電圧を、前記空燃比検出用印加電圧、に設定し、前記印加電圧が前記空燃比検出用印加電圧に設定されているときに前記電流検出部により検出される出力電流を第３電流として取得し、
前記第２降圧スイープ中であって前記印加電圧が前記第３電圧より高く前記硫黄酸化物の分解開始電圧以下の範囲になっている第２期間の前記出力電流に前記特定の相関を有する値を、前記電流検出部により検出される出力電流に基づいて第４電流として取得し、
前記取得した第３電流と前記取得した第４電流との差分を算出する、
手法、を用いて当該算出した差分を前記第２パラメータとして取得する、
ように構成された、ガス検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載のガス検出装置において、
前記測定制御部は、
前記第１降圧スイープ中であって前記印加電圧が前記第１電圧より高く前記硫黄酸化物の分解開始電圧以下の範囲内の所定の電流検出電圧になったときに前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第１期間の前記出力電流に前記特定の相関を有する値である前記第２電流として取得し、
前記第２降圧スイープ中であって前記印加電圧が前記電流検出電圧になったときに前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第２期間の前記出力電流に前記特定の相関を有する値である前記第４電流として取得する、
ように構成された
ガス検出装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載のガス検出装置において、
前記測定制御部は、
前記第１電流と前記第３電流との差分の大きさが閾値差分以下であるか否かを判定し、
前記差分の大きさが閾値差分以下である場合のみ、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３乃至請求項５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ＳＯｘ検出用パラメータに基づいて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おり、
前記測定制御部は、前記ＳＯｘ検出用パラメータ及び前記第３電流に基づいて、硫黄酸化物の濃度を検出するように構成された、
ガス検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５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、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの前記判定を行うように構成されており、
前記測定制御部は、
前記ＳＯｘ検出用パラメータの大きさが所定の閾値以上であるか否かを判定し、
前記ＳＯｘ検出用パラメータの大きさが前記閾値以上であると判定した場合、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ると判定し、
前記第ＳＯｘ検出用パラメータの大きさが前記閾値未満と判定した場合、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するように構成された、
ガス検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８５】
次に、図１４を参照しながらＳＯｘ検出ルーチン４について説明する。ＣＰＵは所定のタイミングになると、図１４のステップ１４００から処理を開始してステップ１４０５に進み、第２取得完了フラグＸa2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】０１９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９３】
ところで、上述したように、第１パラメータＩa1は、第１電流Ｉaf1から第２電流Ｉs1を減じることにより算出される（第１パラメータＩa1＝第１電流Ｉaf1−第２電流Ｉs1）。第１電流Ｉaf1は、第２電流Ｉs1が取得される際の第１印加電圧スイープ中の酸素濃度に対応する。従って、第１パラメータＩa1は、酸素濃度の影響が除去されている筈である。同様に、第２パラメータＩa2は、第３電流Ｉaf2から第４電流Ｉs2を減じることにより算出される（第２パラメータＩa2＝第３電流Ｉaf2−第４電流Ｉs2）。第３電流Ｉaf2は、第４電流Ｉs2が取得される際の第２印加電圧スイープ中の酸素濃度に対応する。従って、第２パラメータＩa2は、酸素濃度の影響が除去されている筈である。