(57)【要約】【課題】排気ガス中のＳＯｘ濃度の検出精度を向上させることができる硫黄酸化物検出装置を提供する。【解決手段】硫黄酸化物検出装置１は、素子部１０と、電気化学セル５１に電極間電圧を印加する電圧印加部６１と、電極間電流を検出する電流検出部６２と、電極間電圧を制御すると共に電極間電流を取得する制御部８０とを備える。制御部は、電極間に第一電圧を所定時間以上印加した後、被測ガス中の水濃度が安定している間に、電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させて再び第一電圧に上昇させる一時降圧制御を実行し、一時降圧制御の開始時に検出された電極間電流と、一時降圧制御の完了時に検出された電極間電流との差が大きい場合には差が小さい場合に比べて被測ガス中の硫黄酸化物濃度が高いと判定する。第一電圧は水及び硫黄酸化物の分解開始電圧以上の電圧であり、第二電圧は、第一電極に吸着した硫黄酸化物の分解生成物を脱離可能な電圧である。【選択図】図６
2017138215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物イオン伝導性を有する固体電解質層と、被測ガスに曝されるように前記固体電解質層の一方の側面上に配置された第一電極と、大気に曝されるように前記固体電解質層の他方の側面上に配置された第二電極とを有する電気化学セルと、前記被測ガスの拡散律速を行う拡散律速層とを備える素子部と、
前記第二電極の電位が前記第一電極の電位よりも高くなるように前記第一電極と前記第二電極との間に電極間電圧を印加する電圧印加部と、
前記第一電極と前記第二電極との間に流れる電極間電流を検出する電流検出部と、
前記電圧印加部から印加される前記電極間電圧を制御すると共に前記電流検出部から前記電極間電流を取得する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第一電極と前記第二電極との間に第一電圧を所定時間以上印加した後、前記被測ガス中の水濃度が安定している間に、前記電極間電圧を前記第一電圧から第二電圧に低下させて再び前記第一電圧に上昇させる一時降圧制御を実行し、前記一時降圧制御の開始時に前記電流検出部によって検出された前記電極間電流と、前記一時降圧制御の完了時に前記電流検出部によって検出された前記電極間電流との差が相対的に大きい場合には該差が相対的に小さい場合に比べて前記被測ガス中の硫黄酸化物濃度が高いと判定し、前記第一電圧は水及び硫黄酸化物の分解開始電圧以上の電圧であり、前記第二電圧は、前記第一電極に吸着した硫黄酸化物の分解生成物を脱離可能な電圧である、硫黄酸化物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）の濃度を検出する硫黄酸化物検出装置（ＳＯｘ検出装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に用いられる燃料中、特に化石燃料中には、微量の硫黄（Ｓ）成分が含まれている。このように燃料中に含まれた硫黄成分は、内燃機関の排気系における構成部品の劣化等を招く。また、硫黄成分による構成部品の劣化を抑制する制御や、劣化した構成部品を再生する制御を頻繁に行うと、燃費の悪化等を招く。したがって、燃費の悪化等を最小限に抑制しつつ構成部品の劣化を最小限に抑制するために、燃料中における硫黄成分の含有率を検出することが望まれている。
【０００３】
内燃機関に用いられる燃料中に硫黄成分が含まれていると、燃焼室から排出される排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれる。また、燃料中における硫黄成分の含有率が高くなるほど、排気ガス中のＳＯｘ濃度が高くなる。したがって、排気ガス中のＳＯｘ濃度を検出することができれば、燃料中における硫黄成分の含有率を推定することができる。
【０００４】
そこで、排気ガス中に含まれるＳＯｘ等の酸素含有ガス成分の濃度を検出する排気ガスセンサが提案されている（例えば、特許文献１）。この排気ガスセンサは、拡散律速層を介して排気ガスが導入される被測ガス室と、第一電気化学セルと、第二電気化学セルとを有している。第一電気化学セルでは第一電気化学セルを構成する電極間に比較的低い電圧が印加される。この結果、第一電気化学セルの酸素ポンピング作用により、被測ガス室内のＳＯｘが分解されることなく、被測ガス室内の酸素分子が除去される。一方、第二電気化学セルでは第二電気化学セルを構成する電極間に比較的高い電圧が印加される。この結果、第一電気化学セルによって酸素分子が除去された後の排気ガス中に含まれるＳＯｘが分解される。加えて、このＳＯｘの分解によって生じた酸化物イオンが第二電気化学セルの酸素ポンピング作用により被測ガス室から排出され、この酸化物イオンの排出に伴って流れる分解電流を検出することにより排気ガス中のＳＯｘ濃度が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１９０７２１号公報
【特許文献２】特開２０１５−０１７９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、排気ガス中のＳＯｘ濃度は排気ガス中の酸素濃度及び水濃度よりもかなり低い。このため、上述したような排気ガスセンサによって検出されるＳＯｘの分解電流も極めて小さい。したがって、上述したような排気ガスセンサによってＳＯｘの分解電流を正確に検出するのは困難である。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、排気ガス中のＳＯｘ濃度の検出精度を向上させることができる硫黄酸化物検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１の発明では、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質層と、被測ガスに曝されるように前記固体電解質層の一方の側面上に配置された第一電極と、大気に曝されるように前記固体電解質層の他方の側面上に配置された第二電極とを有する電気化学セルと、前記被測ガスの拡散律速を行う拡散律速層とを備える素子部と、前記第二電極の電位が前記第一電極の電位よりも高くなるように前記第一電極と前記第二電極との間に電極間電圧を印加する電圧印加部と、前記第一電極と前記第二電極との間に流れる電極間電流を検出する電流検出部と、前記電圧印加部から印加される前記電極間電圧を制御すると共に前記電流検出部から前記電極間電流を取得する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第一電極と前記第二電極との間に第一電圧を所定時間以上印加した後、前記被測ガス中の水濃度が安定している間に、前記電極間電圧を前記第一電圧から第二電圧に低下させて再び前記第一電圧に上昇させる一時降圧制御を実行し、前記一時降圧制御の開始時に前記電流検出部によって検出された前記電極間電流と、前記一時降圧制御の完了時に前記電流検出部によって検出された前記電極間電流との差が相対的に大きい場合には該差が相対的に小さい場合に比べて前記被測ガス中の硫黄酸化物濃度が高いと判定し、前記第一電圧は水及び硫黄酸化物の分解開始電圧以上の電圧であり、前記第二電圧は、前記第一電極に吸着した硫黄酸化物の分解生成物を脱離可能な電圧である、硫黄酸化物検出装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、排気ガス中のＳＯｘ濃度の検出精度を向上させることができる硫黄酸化物検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態に係るＳＯｘ検出装置の構成を示す概略的なブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第一実施形態に係るＳＯｘ検出装置の素子部の構成を示す概略的な断面図である。
【図３】図３は、第一電気化学セルの電極間の印加電圧と、第一電気化学セルの電極間に流れる電極間電流との関係を示す図である。
【図４】図４は、印加電圧が１．０Ｖであるときの電極間電流の大きさと被測ガス中の二酸化硫黄濃度との関係を示す図である。
【図５】図５は、被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出する際の機関回転数等の概略的なタイムチャートである。
【図６】図６は、本発明の第一実施形態におけるＳＯｘ濃度検出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の第一実施形態における水濃度安定判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】図８（Ａ）は、本発明の第二実施形態に係るＳＯｘ検出装置の素子部の構成を示す概略的な断面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図９】図９は、本発明の第三実施形態に係るＳＯｘ検出装置の素子部の構成を示す概略的な断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、本発明の第四実施形態に係るＳＯｘ検出装置の素子部の構成を示す概略的な断面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１２】
＜第一実施形態＞
最初に図１〜図７を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。
【００１３】
＜ＳＯｘ検出装置の説明＞
以下、図１及び図２を参照して、本発明の第一実施形態に係るＳＯｘ検出装置１について説明する。ＳＯｘ検出装置１は、排気通路内を流通する排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）濃度を検出する。
【００１４】
図１は、本発明の第一実施形態に係るＳＯｘ検出装置１の構成を示す概略的なブロック図である。図１に示されるように、ＳＯｘ検出装置１は、素子部１０と、素子部１０に接続されたヒータ制御回路６０、電圧印加回路６１及び電流検出回路６２と、ＥＣＵ８０とを備える。また、ＳＯｘ検出装置１は、ＥＣＵ８０及び電圧印加回路６１に接続されたＤＡ変換器６３と、ＥＣＵ８０及び電流検出回路６２に接続されたＡＤ変換器６４とを更に備える。
【００１５】
素子部１０は内燃機関の排気通路（図示せず）に配置される。図２は、ＳＯｘ検出装置１の素子部１０の構成を示す概略的な断面図である。図２に示されるように、素子部１０は、複数の層を積層して構成されている。具体的には、素子部１０は、第一固体電解質層１１、拡散律速層１６、第一不透過層２１、第二不透過層２２、第三不透過層２３、第四不透過層２４及び第五不透過層２５を備える。
【００１６】
第一固体電解質層１１は、酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。第一固体電解質層１１は、例えば、ＺｒＯ2（ジルコニア）、ＨｆＯ2、ＴｈＯ2、Ｂｉ2Ｏ3等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3等を安定剤として添加した焼結体により形成されている。また、拡散律速層１６は、ガス透過性を有する薄板体である。拡散律速層１６は、例えば、アルミナ、マグネシア、けい石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。不透過層２１〜２５は、ガス不透過性の薄板体であり、例えばアルミナを含む層として形成されている。
【００１７】
素子部１０の各層は、図２の下方から、第一不透過層２１、第二不透過層２２、第三不透過層２３、第一固体電解質層１１、拡散律速層１６及び第四不透過層２４、第五不透過層２５の順に積層されている。第一固体電解質層１１、拡散律速層１６、第四不透過層２４及び第五不透過層２５によって、被測ガス室３０が区画形成されている。被測ガス室３０は、素子部１０が排気通路に配置されたときに、被測ガス室３０内に拡散律速層１６を介して内燃機関の排気ガス（被測ガス）が流入するように構成されている。すなわち、素子部１０は、拡散律速層１６が排気ガスに曝されるように排気通路に配置されている。したがって、被測ガス室３０は拡散律速層１６を介して排気通路内と連通している。なお、被測ガス室３０は、第一固体電解質層１１に隣接し且つ被測ガスが流入するように構成されていれば、如何なる態様で構成されてもよい。
【００１８】
また、第一固体電解質層１１、第二不透過層２２及び第三不透過層２３によって、第一大気室３１が区画形成されている。図２からわかるように、第一大気室３１は、第一固体電解質層１１を挟んで、被測ガス室３０の反対側に配置されている。第一大気室３１は、排気通路の外部の大気に開放されている。したがって、第一大気室３１には大気が流入する。なお、第一大気室３１は、第一固体電解質層１１に隣接し且つ大気が流入するように構成されていれば、如何なる態様で構成されてもよい。
【００１９】
素子部１０は第一電極４１及び第二電極４２を更に備える。第一電極４１は第一固体電解質層１１の被測ガス室３０側の表面上に配置されている。したがって、第一電極４１は、被測ガス室３０内の被測ガスに曝されている。一方、第二電極４２は第一固体電解質層１１の第一大気室３１側の表面上に配置されている。したがって、第二電極４２は、第一大気室３１内のガス（大気）に曝されている。第一電極４１と第二電極４２とは、第一固体電解質層１１を挟んで互いに対向するように配置されている。第一電極４１、第一固体電解質層１１及び第二電極４２は、第一電気化学セル５１を構成する。
【００２０】
本実施形態では、第一電極４１を構成する材料は、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）及びパラジウム（Ｐｄ）等の白金族元素又はこれらの合金を主成分として含む。好ましくは、第一電極４１は、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）及びパラジウム（Ｐｄ）の少なくとも一つを主成分として含む多孔質サーメット電極である。しかしながら、第一電極４１を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第一電極４１と第二電極４２との間に所定の電圧を印加したときに、被測ガス室３０内の被測ガス中に含まれる水及びＳＯｘを還元分解することができれば、いかなる材料であってもよい。
【００２１】
また、本実施形態では、第二電極４２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。しかしながら、第二電極４２を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第一電極４１と第二電極４２との間に所定の電圧を印加したときに、第一電極４１と第二電極４２との間で酸化物イオンを移動させることができれば、いかなる材料であってもよい。
【００２２】
素子部１０はヒータ（電気ヒータ）５５を更に備える。本実施形態では、ヒータ５５は、図２に示したように、第一不透過層２１と第二不透過層２２との間に配置される。ヒータ５５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。素子部１０のヒータ５５はヒータ制御回路６０に接続されている。ＥＣＵ８０は、ヒータ制御信号をヒータ制御回路６０に入力し、ヒータ制御回路６０を介してヒータ５５を制御する。このことによって、ヒータ５５は第一電気化学セル５１を活性温度以上に加熱することができる。
【００２３】
第一電極４１及び第二電極４２は電圧印加回路６１に接続されている。電圧印加回路６１は、第二電極４２の電位が第一電極４１の電位よりも高くなるように、第一電極４１と第二電極４２との間に電極間電圧を印加する。ＥＣＵ８０は、ＤＡ変換器６３を介して電圧制御信号を電圧印加回路６１に入力し、電圧印加回路６１から印加される電極間電圧を制御する。
【００２４】
電流検出回路６２は、第一電極４１と第二電極４２との間に流れる電極間電流（すなわち、第一固体電解質層１１内を流れる電極間電流）を検出する。電流検出回路６２の出力はＡＤ変換器６４を介してＥＣＵ８０に入力される。したがって、ＥＣＵ８０は、電流検出回路６２によって検出された電極間電流を電流検出回路６２から取得することができる。
【００２５】
電圧印加回路６１は、第一電極４１と第二電極４２との間に電極間電圧を印加する電圧印加部として機能する。電流検出回路６２は、第一電極４１と第二電極４２との間に流れる電極間電流を検出する電流検出部として機能する。ＥＣＵ８０は、電圧印加回路６１から印加される電極間電圧を制御すると共に電流検出回路６２から電極間電流を取得する制御部として機能する。
【００２６】
＜ＳＯｘ濃度の検出原理＞
次に、ＳＯｘ検出装置１によるＳＯｘの検出原理について説明する。ＳＯｘの検出原理を説明するにあたり、まず、素子部１０における酸素の限界電流特性について説明する。素子部１０では、被測ガス室３０側の第一電極４１を陰極、第一大気室３１側の第二電極４２を陽極としてこれら電極間に電圧を印加すると、被測ガス中に含まれている酸素が還元分解されて酸化物イオンとなる。この酸化物イオンは、第一電気化学セル５１の第一固体電解質層１１を介して陰極側から陽極側へと伝導されて酸素となり、大気中へ排出される。本明細書では、このような陰極側から陽極側への固体電解質層を介する酸化物イオンの伝導による酸素の移動を「酸素ポンピング作用」と称する。
【００２７】
このような酸素ポンピング作用に伴う酸化物イオンの伝導により、第一電気化学セル５１を構成する第一電極４１と第二電極４２との間には電極間電流が流れる。この電極間電流は、第一電極４１と第二電極４２との間に印加される印加電圧が高くなるほど大きくなる。これは、印加電圧が高くなるほど、酸化物イオンの伝導量が多くなるためである。
【００２８】
しかしながら、印加電圧を徐々に高くして或る一定値以上になると、電極間電流はそれ以上大きくならずに一定の値に維持される。このような特性は酸素の限界電流特性と称され、酸素の限界電流特性が生じる電圧領域は酸素の限界電流領域と称される。このような酸素の限界電流特性は、電圧印加に伴って固体電解質層１１内を伝導可能な酸化物イオンの伝導速度が、拡散律速層１６を介して被測ガス室３０内に導入される酸素の導入速度を超えることによって生じる。すなわち、陰極における酸素の還元分解反応が拡散律速状態になることによって生じる。
【００２９】
したがって、第一電気化学セル５１において酸素の限界電流領域内の電圧を印加したときの電極間電流（限界電流）は、被測ガス中の酸素濃度に対応する。このように酸素の限界電流特性を利用することにより、被測ガス中の酸素濃度を検出し、検出された濃度に基づいて排気ガスの空燃比を検知することができる。
【００３０】
ところで、上述したような酸素ポンピング作用は、被測ガス中に含まれている酸素のみに発現する作用ではない。分子中に酸素原子を含むガスの中には酸素ポンピング作用を発現しうるガスが存在する。このようなガスとしては、ＳＯｘ及び水（Ｈ2Ｏ）が挙げられる。したがって、第一電気化学セル５１の第一電極４１と第二電極４２との間に、ＳＯｘ及び水の分解開始電圧以上の電圧を印加することにより、被測ガス中に含まれる水及びＳＯｘが分解される。ＳＯｘ及び水の分解によって生じた酸化物イオンは、酸素ポンピング作用により、第一電極４１から第二電極４２へと伝導される。このため、第一電極４１と第二電極４２との間には電極間電流が流れる。
【００３１】
しかしながら、排気ガス中のＳＯｘ濃度は極めて低く、ＳＯｘの分解に起因して生じる電極間電流も極めて小さい。特に、排気ガス中には水が多く含まれており、水の分解に起因して電極間電流が生じる。このため、ＳＯｘの分解に起因して生じる電極間電流を精度良く区別して検出することは困難である。
【００３２】
これに対して、本願の発明者は、酸素ポンピング作用を有する電気化学セルにおいて水及びＳＯｘを分解させたときの分解電流が排気ガス中のＳＯｘ濃度に応じて変化することを見出した。斯かる現象が生じる具体的な原理は必ずしも明確ではないが、以下のようなメカニズムによって生じるものであると考えられる。
【００３３】
上述したように、第一電気化学セル５１の第一電極４１と第二電極４２との間に、ＳＯｘの分解開始電圧以上の所定電圧を印加すると、被測ガス中に含まれるＳＯｘが分解される。この結果、ＳＯｘの分解生成物（例えば、硫黄及び硫黄化合物）が、陰極である第一電極４１上に吸着する。この結果、水の分解に寄与することができる第一電極４１の面積が減少する。被測ガス中のＳＯｘ濃度が高いと、第一電極４１上に吸着する分解生成物が多くなる。この結果、第一電極４１と第二電極４２との間に水の分解開始電圧以上の所定電圧を印加したときに電極間に流れる水の分解電流が相対的に小さくなる。一方、被測ガス中のＳＯｘ濃度が低いと、第一電極４１上に吸着する分解生成物が少なくなる。この結果、第一電極４１と第二電極４２との間に水の分解開始電圧以上の所定電圧を印加したときに電極間に流れる水の分解電流が相対的に大きくなる。したがって、被測ガス中のＳＯｘ濃度に応じて、電極間に流れる水の分解電流が変化する。この現象を用いて、被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出することが可能となる。
【００３４】
ここで、水の分解開始電圧は、測定条件等により若干の変動は見られるが、約０．６Ｖである。また、ＳＯｘの分解開始電圧は、水の分解開始電圧と同程度か、或いはそれよりも僅かに低い。したがって、本実施形態では、上述した方法によって第一電気化学セル５１によって被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出するために、第一電極４１と第二電極４２との間に０．６Ｖ以上の電圧が印加される。また、印加電圧が過度に高い場合には、第一固体電解質層１１の分解を招く可能性がある。この場合、電極間電流に基づいて被測ガス中のＳＯｘ濃度を精度良く検出することが困難になる。このため、本実施形態では、上述した方法によって被測ガス中に含まれるＳＯｘ濃度を検出するために、第一電極４１と第二電極４２との間に０．６Ｖ以上２．０Ｖ未満の電圧が印加される。
【００３５】
以下、印加電圧と電極間電流との関係について具体的に説明する。図３は、第一電気化学セル５１において印加電圧を徐々に上昇させた（昇圧スイープさせた）ときの印加電圧と電極間電流との関係を示す模式的なグラフである。図示した例では、被測ガス中に含まれるＳＯ2（すなわちＳＯｘ）の濃度が異なる４種類（０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、３００ｐｐｍ及び５００ｐｐｍ）の被測ガスを使用した。なお、第一電気化学セル５１の第一電極（陰極）４１に到達する被測ガス中の酸素濃度は、いずれの被測ガスにおいても一定（ほぼ０ｐｐｍ）に維持されている。
【００３６】
図３における実線Ｌ１は、被測ガス中のＳＯ2濃度が０ｐｐｍである場合の印加電圧と電極間電流との関係を示している。図３に示した例では、被測ガス中の酸素濃度がほぼ０ｐｐｍに維持されているため、印加電圧が約０．６Ｖ未満の領域では、電極間電流はほぼ０である。一方、印加電圧が約０．６Ｖ以上になると、印加電圧の増大に伴って電極間電流が増大し始める。この電極間電流の増大は、第一電極４１における水の分解が開始されたことに起因する。
【００３７】
図３における破線Ｌ２は、被測ガス中のＳＯ2濃度が１００ｐｐｍである場合の印加電圧と電極間電流との関係を示している。この場合でも、印加電圧が約０．６Ｖ未満の領域では、実線Ｌ１の場合と同様に、電極間電流はほぼ０である。一方、印加電圧が約０．６Ｖ以上であるときには、水の分解に起因して電極間電流が流れる。しかしながら、このとき（破線Ｌ２）の電極間電流は実線Ｌ１と比較して小さく、また、印加電圧に対する電極間電流の増加率（破線Ｌ２の傾き）も実線Ｌ１と比較して小さい。
【００３８】
図３における一点鎖線Ｌ３は、被測ガス中のＳＯ2濃度が３００ｐｐｍである場合の印加電圧と電極間電流との関係を示している。また、図３における二点鎖線Ｌ４は、被測ガス中のＳＯ2濃度が５００ｐｐｍである場合の印加電圧と電極間電流との関係を示している。これらの場合においても、印加電圧が約０．６Ｖ未満の領域では、実線Ｌ１及び破線Ｌ２の場合と同様に、電極間電流はほぼ０である。一方、印加電圧が約０．６Ｖ以上であるときには、水の分解に起因して電極間電流が流れる。しかしながら、被測ガス中のＳＯ2濃度が高いほど、電極間電流が小さく、印加電圧に対する電極間電流の増加率（一点鎖線Ｌ３及び二点鎖線Ｌ４の傾き）も小さい。
【００３９】
このように、図３に示した例からも、印加電圧がＳＯｘ及び水の分解開始電圧である約０．６Ｖ以上であるときの電極間電流の大きさは、被測ガス中に含まれるＳＯ2（すなわちＳＯｘ）の濃度に応じて変化することがわかる。例えば、図３に示したグラフにおける印加電圧が１．０Ｖであるときの線Ｌ１〜Ｌ４における電極間電流の大きさを被測ガス中のＳＯ2濃度に対してプロットすると、図４に示したグラフが得られる。
【００４０】
図４からわかるように、所定の電圧（図４に示した例では、１．０Ｖ）を印加した場合の電極間電流の大きさは、被測ガス中に含まれるＳＯ2（すなわち、ＳＯｘ）の濃度に応じて変化する。したがって、上述したように、水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の所定電圧を印加したときの電極間電流に基づいて、ＳＯｘ濃度を検出することができる。
【００４１】
＜電極の硫黄被毒＞
ところで、上述したように、水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の電圧を第一電気化学セル５１に印加すると、第一電気化学セル５１の第一電極４１上には、ＳＯｘの分解生成物（例えば、硫黄及び硫黄化合物）が吸着する。この結果、第一電極４１が硫黄被毒する。このため、ＳＯｘの分解生成物が第一電極４１に吸着した状態でＳＯｘ濃度を再び検出しようとすると、検出される電極間電流は、第一電極４１上に吸着した分解生成物の影響を受ける。具体的には、検出される電極間電流が、被測ガス中に含まれるＳＯｘ濃度に対応する値よりも小さくなる場合がある。このため、被測ガス中のＳＯｘ濃度を精度良く検出するためには、第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物を除去した状態でＳＯｘ濃度を検出することが必要である。
【００４２】
上述した酸素ポンピング作用によれば、電気化学セルの固体電解質層の両側に電圧を印加すると、陰極側から陽極側へ酸化物イオンが伝導する旨を説明した。しかしながら、電気化学セルの固体電解質層の両側に電圧を印加していると、陰極側における被測ガス室内がリッチ空燃比であって被測ガス中に含まれる酸素濃度が極端に少ない場合には、むしろ陽極側から陰極側へ酸化物イオンが移動する。
【００４３】
このような酸化物イオンの移動が生じる理由について簡単に説明する。固体電解質層の両側面間に酸素濃度の差が生じると、濃度の高い側面側から濃度の低い側面側へと酸化物イオンを移動させようとする起電力が発生する（酸素電池作用）。これに対して、上述したように固体電解質層の両側の電極間に電圧を印加すると、上述したような起電力が発生してもこれら電極間の電位差が印加電圧に等しくなるように酸化物イオンの移動が生じる。
【００４４】
この結果、電気化学セルの固体電解質層の両側に配置された電極間に電圧を印加すると、両電極上の酸素濃度差が両電極の電位差に応じた濃度差になるように酸化物イオンの移動が行われる。具体的には、陽極上の酸素濃度が陰極上の酸素濃度に比べて、電位差に相当する濃度差分だけ高くなるように酸化物イオンの移動が行われる。
【００４５】
このため、電気化学セルの両電極間に或る電圧を印加した場合、陽極上の酸素濃度が陰極上の酸素濃度に比べてこの或る電圧に相当する濃度差ほど高くないときには、酸素濃度差が大きくなるように陰極から陽極へ向かって酸化物イオンの移動が行われる。この結果、陰極上の酸素濃度が低下し、両電極上の酸素濃度差は上記或る電圧に相当する濃度差に近づく。逆に、陽極上の酸素濃度が陰極上の酸素濃度に比べてこの或る電圧に相当する濃度差よりも高いときには、酸素濃度差が小さくなるように陽極から陰極へ向かって酸化物イオンの移動が行われる。この結果、陰極上の酸素濃度が上昇し、両電極上の酸素濃度差は、上記或る電圧に相当する濃度差に近づく。
【００４６】
ここで、固体電解質層の両側面上に配置された電極間の電位差が０．４５Ｖであるときには、この電位差に相当する濃度差は、大気中に含まれる酸素濃度と平衡状態（すなわち、過剰な未燃成分（ＨＣ、ＣＯ等）や過剰な酸素がない状態、或いは空燃比が理論空燃比である状態）における酸素濃度との濃度差に等しくなる。したがって、電気化学セルの陽極が大気に曝され、陰極が被測ガスに曝されている場合、これら電極間に０．４５Ｖの電圧を印加すると、被測ガス室に曝されている陰極周りが平衡状態になるように酸化物イオンの移動が行われる。
【００４７】
このため、被測ガスの酸素濃度が平衡状態における酸素濃度よりも高い場合、すなわち被測ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合（未燃成分に対して酸素が過剰な状態である場合）、被測ガス室内の陰極から陽極へ酸化物イオンの移動が行われる。この結果、被測ガスの酸素濃度は平衡状態における酸素濃度に近づく。一方、被測ガスの酸素濃度が平衡状態における酸素濃度よりも低い場合、すなわち被測ガスの空燃比が理論空空燃比よりもリッチである場合（酸素に対して未燃成分が過剰な状態である場合）、陽極から被測ガス室内の陰極へ酸化物イオンの移動が行われる。この結果、被測ガスの酸素濃度は平衡状態における酸素濃度に近づく。
【００４８】
一方、固体電解質層の両側面上に配置された電極間の電位差が、０．４５Ｖ未満であるときには、この電位差に相当する濃度差は、大気中の酸素濃度と平衡状態における酸素濃度との濃度差よりも小さくなる。したがって、電気化学セルの陽極が大気に曝され、陰極が被測ガスに曝されている場合、これら電極間に０．４５Ｖ未満の電圧を印加すると、被測ガスに曝されている陰極上が平衡状態よりも僅かに酸素過剰になるように酸化物イオンの移動が行われる。この結果、電気化学セルの陰極は平衡状態に比べて僅かに酸素過剰な状態に維持されることになる。
【００４９】
したがって、第一電気化学セル５１の第一電極４１と第二電極４２との間に、第一電極４１を陰極とし、第二電極を陽極として０．４５Ｖ未満の電圧を印加すると、第一電極４１上が僅かに酸素過剰な状態に維持されることになる。第一電極４１上にＳＯｘの分解生成物が吸着している場合でも、第一電極４１上が酸素過剰な状態に維持されると、吸着している分解生成物が酸素と反応し、ＳＯｘとなって第一電極４１から脱離する。したがって、ＳＯｘ検出処理に伴って第一電極４１上にＳＯｘの分解生成物が吸着している場合には、第一電気化学セル５１への印加電圧を０．４５Ｖ未満にすることにより、分解生成物を第一電極４１から脱離させることができる。
【００５０】
なお、第一電気化学セル５１への印加電圧を０．４５Ｖ未満にすれば、ＳＯｘの分解生成物の脱離を促進することができる。しかしながら、印加電圧を過剰に低下し過ぎると、第一固体電解質層１１においてブラックニングが生じるおそれがある。ここで、ブラックニングとは、固体電解質層において、固体電解質層に含まれる金属酸化物が還元され、金属が生成される現象である。第一固体電解質層１１にブラックニングが生じると、第一固体電解質層１１のイオン導電性が劣化し、ＳＯｘ濃度の検出等を適切に行うことができなくなる。このため、第一電気化学セル５１への印加電圧は、ブラックニングが生じる印加電圧（例えば、−２．０Ｖ）よりも高い電圧とすることが好ましい。
【００５１】
＜ＳＯｘ濃度検出の問題点＞
また、被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出するために電極間にＳＯｘ及び水の分解開始電圧以上の電圧を印加した場合であっても、被測ガス中の水濃度が安定していないと、電極間電流が変動する。具体的には、被測ガス中の水濃度が高くなると、第一電極４１上で分解される水の量が増えるため、電極間電流が大きくなる。一方、被測ガス中の水濃度が低くなると、電極（陰極）上で分解される水の量が減るため、電極間電流は小さくなる。したがって、被測ガス中の水濃度が安定していない場合、電極間電流が変動し、被測ガス中のＳＯｘ濃度の検出精度が低下する。
【００５２】
そこで、ＳＯｘ濃度の検出精度を確保すべく、被測ガス中の水濃度が安定している間に、電極間に水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の電圧を印加して電極間電流を検出することが考えられる。しかしながら、電極間に水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の電圧を印加してから電極間電流がＳＯｘ濃度に応じた値を示すまでには或る程度の時間（例えば約６０秒）を要する。このため、電圧を印加している間に内燃機関の運転状態の変化等によって被測ガス中の水濃度が変動することがあり、ＳＯｘ濃度の検出精度を確保することが困難である。
【００５３】
＜ＳＯｘ濃度を検出するための制御＞
そこで、本実施形態では、以下のようにして被測ガス中のＳＯｘ濃度の検出が行われる。本実施形態では、被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出するために、ＥＣＵ８０は、第一電極４１と第二電極４２との間に第一電圧を所定時間以上印加した後、被測ガス中の水濃度が安定している間に、一時降圧制御を実行する。第一電圧は、水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の電圧であり、例えば１．１Ｖである。所定時間は、電極間に第一電圧を印加してから電極間電流がＳＯｘ濃度に応じた値を示すまでに要する時間であり、例えば６０秒である。また、一時降圧制御では、ＥＣＵ８０は第一電気化学セル５１の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させて再び第一電圧に上昇させる。第二電圧は、第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物を脱離可能な電圧であり、例えば０．３Ｖである。なお、一時降圧制御前には、第一電圧は必ずしも一定にされる必要はない。
【００５４】
上述した一時降圧制御を行うことによって、一時降圧制御前に第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物の少なくとも一部が第一電極４１から脱離する。このため、被測ガス中の水濃度が安定している場合、電流検出回路６２によって検出される電極間電流は一時降圧制御によって増大する。このときの電極間電流の変化量は、一時降圧制御前の分解生成物の吸着量が多いほど大きくなる。したがって、一時降圧制御の開始時に検出された電極間電流と、一時降圧制御の完了時に検出された電極間電流との差は、被測ガス中のＳＯｘ濃度が高いほど大きくなる。なお、被測ガス中のＳＯｘ濃度が非常に小さい場合、電極間電流の差はほぼゼロとなる。
【００５５】
このため、ＥＣＵ８０は、一時降圧制御の開始時に電流検出回路６２によって検出された電極間電流と、一時降圧制御の完了時に電流検出回路６２によって検出された電極間電流との差に基づいて被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出する。具体的には、ＥＣＵ８０は、電極間電流の差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べて被測ガス中のＳＯｘ濃度が高いと判定する。例えば、ＥＣＵ８０は、電極間電流の差が所定値以上である場合にＳＯｘ濃度が所定値以上であると判定し、電極間電流の差が所定値未満である場合にＳＯｘ濃度が所定値未満であると判定する。
【００５６】
本実施形態では、被測ガス中の水濃度が安定している間に一時降圧制御が実行され、一時降圧制御の開始時及び完了時において第一電気化学セル５１への印加電圧は同一である。この場合、一時降圧制御前に第一電極４１にＳＯｘの分解生成物が吸着していなければ、一時降圧制御の開始時及び完了時において、水の分解に伴う電極間電流はほぼ同一となる。このため、一時降圧制御の開始時の電極間電流と一時降圧制御の完了時の電極間電流との差を算出することによって、一時降圧制御前にＳＯｘの分解によって減少していた水の分解電流の変化量を抽出することができ、被測ガス中の水濃度の変動によるＳＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、被測ガス（排気ガス）中のＳＯｘ濃度の検出精度を向上させることができる。
【００５７】
また、本実施形態では、少なくとも一時降圧制御の間、被測ガス中の水濃度が安定していればいい。このため、一時降圧制御前には、内燃機関の運転状態が変化して被測ガス中の水濃度が安定していない場合であっても、水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の電圧を第一電気化学セル５１に所定時間（例えば約６０秒）以上印加することができる。また、一時降圧制御に要する時間は、例えば数秒であり、一時降圧制御前の電圧の印加時間よりもかなり短い。このため、内燃機関の運転状態が頻繁に変化するような状況であってもＳＯｘ濃度を検出するタイミングを容易に見出すことができる。したがって、本実施形態によれば、ＳＯｘ濃度の検出要求があったときに、ＳＯｘ濃度の検出精度を確保しつつ、ＳＯｘ濃度を迅速に検出することができる。
【００５８】
＜タイムチャートを用いた制御の説明＞
以下、図５のタイムチャートを参照して、ＳＯｘ濃度を検出するための制御について具体的に説明する。図５は、被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出する際の、機関回転数、第一電気化学セル５１への印加電圧、及び第一電気化学セル５１の電極間電流の概略的なタイムチャートである。
【００５９】
図示した例では、時刻ｔ１以前には、ＳＯｘの分解生成物が第一電極４１に吸着することを抑制すべく、第一電気化学セル５１に０．３Ｖの電圧が印加されている。時刻ｔ１において、ＳＯｘ濃度の検出条件が成立し、第一電気化学セル５１への印加電圧が０．３Ｖから１．１Ｖに上昇せしめられる。なお、ＳＯｘ濃度の検出条件は、例えば、素子部１０が活性状態にあり且つ第一電極４１が被毒していない場合に成立する。
【００６０】
時刻ｔ１以後、第一電気化学セル５１に１．１Ｖの電圧が所定時間以上印加される。所定時間は例えば６０秒である。その後、図示した例では、時刻ｔ２において被測ガス中の水濃度が安定していると判定され、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて一時降圧制御が実行される。
【００６１】
一時降圧制御では、第一電気化学セル５１への印加電圧が、時刻ｔ２において１．１Ｖから０．３Ｖに低下せしめられ、時刻ｔ３において第一電気化学セル５１への印加電圧が０．３Ｖから１．１Ｖに上昇せしめられる。時刻ｔ２と時刻ｔ３との間の時間は例えば数秒である。時刻ｔ３の後、時刻ｔ５において、第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物を脱離すべく、第一電気化学セル５１への印加電圧が１．１Ｖから０．３Ｖに低下せしめられる。
【００６２】
ＥＣＵ８０は、一時降圧制御の開始時に電流検出回路６２によって検出された電極間電流と、一時降圧制御の完了時に電流検出回路６２によって検出された電極間電流との差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べて被測ガス中のＳＯｘ濃度が高いと判定する。図５の例では、時刻ｔ２又は時刻ｔ２の直前に検出された電極間電流が一時降圧制御の開始時の電極間電流とされる。一方、時刻ｔ３又は時刻ｔ３の直後に検出された電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされる。なお、電極間電流のノイズの影響を低減すべく、一時降圧制御が終了して所定時間経過後の時刻ｔ４において検出された電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされてもよい。
【００６３】
＜ＳＯｘ濃度検出処理の制御ルーチン＞
以下、図６のフローチャートを参照して、ＳＯｘ濃度を検出するための制御について詳細に説明する。図６は、本発明の第一実施形態におけるＳＯｘ濃度検出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、被測ガス中のＳＯｘ濃度の検出要求がある間、ＥＣＵ８０によって繰り返し実行される。ＳＯｘ濃度の検出要求は、例えば、内燃機関の燃料タンクに燃料が補給されたときに発生し、ＳＯｘ濃度が一回又は複数回検出されたときに消滅する。また、ＳＯｘ濃度の検出要求は、イグニッションキーがオンにされたときに発生し、ＳＯｘ濃度が一回又は複数回検出されたときに消滅してもよい。
【００６４】
最初に、ステップＳ１０１において、ＳＯｘ濃度の検出条件が成立しているか否かが判定される。具体的には、例えば、素子部１０が活性状態にあり且つ被毒フラグがオフである場合には、ＳＯｘ濃度の検出条件が成立していると判定される。一方、素子部１０が未活性状態にあり又は被毒フラグがオンである場合には、ＳＯｘ濃度の検出条件が成立していないと判定される。被毒フラグは、内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがオフにされたときにオンにされ、後述するステップＳ１１１においてオフにされる。被毒フラグがオフであるときには第一電極４１にＳＯｘの分解生成物が吸着していないと推定され、被毒フラグがオンであるときには第一電極４１にＳＯｘの分解生成物が吸着していると推定される。
【００６５】
また、被測ガスの温度が高い場合には、第一電極４１へのＳＯｘの分解生成物の吸着量が減少する。この場合、被測ガス中のＳＯｘ濃度に応じて変化する電極間電流の量が小さくなり、ＳＯｘ濃度の検出精度が低下するおそれがある。このため、被測ガスの温度が所定温度以上の場合にも、ＳＯｘ濃度の検出条件が成立していないと判定してもよい。被測ガスの温度は、例えば、内燃機関の排気通路に配置された排気温度センサによって検出される。
【００６６】
ステップＳ１０１において、ＳＯｘ濃度の検出条件が成立していると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、第一電気化学セル５１に水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の第一電圧が印加される。第一電圧は、例えば１．１Ｖであり、ステップ状に印加される。なお、電極間電圧は第一電圧まで徐々に増大されてもよい。
【００６７】
次いで、ステップＳ１０３において、第一電圧が第一電気化学セル５１に印加されてからの経過時間が所定時間以上であるか否かが判定される。所定時間は、第一電圧が第一電気化学セル５１に印加されてから電極間電流がＳＯｘ濃度に応じた値を示すまでに要する時間であり、例えば６０秒である。ステップＳ１０３において第一電圧が第一電気化学セル５１に印加されてからの経過時間が所定時間未満であると判定された場合、ステップＳ１０２が繰り返し実行される。一方、ステップＳ１０３において第一電圧が第一電気化学セル５１に印加されてからの経過時間が所定時間以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０４に進む。
【００６８】
次いで、ステップＳ１０４では、水濃度安定フラグがオンであるか否かが判定される。水濃度安定フラグは、後述する水濃度安定判定処理によって設定されるフラグである。水濃度安定フラグは、被測ガス中の水濃度が安定していると判定された場合にはオンに設定され、被測ガス中の水濃度が安定していないと判定された場合にはオフに設定される。また、水濃度安定フラグは、内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがオフにされたときにもオフに設定される。
【００６９】
ステップＳ１０４において水濃度安定フラグがオフであると判定された場合、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３が繰り返し実行される。したがって、水濃度安定フラグがオンであると判定されるまで、第一電気化学セル５１には水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の第一電圧が印加され続ける。一方、ステップＳ１０４において水濃度安定フラグがオンであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０５に進む。
【００７０】
ステップＳ１０５〜ステップＳ１０７では、第一電気化学セル５１の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させて再び第一電圧に上昇させる一時降圧制御が実行される。第二電圧は、第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物を脱離可能な電圧であり、例えば０．３Ｖである。また、第二電圧は第一電圧よりも低い電圧である。
【００７１】
まず、ステップＳ１０５では、第一電気化学セル５１の電極間電圧が降圧される。具体的には、電極間電圧が第一電圧から第二電圧に低下せしめられる。電極間電圧は第一電圧から第二電圧にステップ状に低下せしめられても徐々に低下せしめられてもよい。
【００７２】
次いで、ステップＳ１０６において、電極間電圧が第二電圧に達してからの経過時間が所定時間以上であるか否かが判定される。所定時間は、第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物を第一電極４１から所定量脱離するのに要する時間であり、例えば数秒である。ステップＳ１０６において電極間電圧が第二電圧に達してからの経過時間が所定時間未満であると判定された場合、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５が繰り返し実行される。一方、ステップＳ１０６において電極間電圧が第二電圧に達してからの経過時間が所定時間以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０７に進む。
【００７３】
ステップＳ１０７では、第一電気化学セル５１の電極間電圧が昇圧される。具体的には、電極間電圧が第二電圧から第一電圧に上昇せしめられる。電極間電圧は第二電圧から第一電圧にステップ状に上昇せしめられる。
【００７４】
次いで、ステップＳ１０８では、一時降圧制御の開始時に電流検出回路６２によって検出された電極間電流と、一時降圧制御の完了時に電流検出回路６２によって検出された電極間電流とが取得される。電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させる時又は電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させる直前に電流検出回路６２によって検出された電極間電流が一時降圧制御の開始時の電極間電流とされる。一方、電極間電圧を第二電圧から第一電圧に上昇させる時又は電極間電圧を第二電圧から第一電圧に上昇させた直後に電流検出回路６２によって検出された電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされる。なお、昇圧直後の電極間電流のノイズの影響を低減すべく、電極間電圧が第一電圧に達してから所定時間後に電流検出回路６２によって検出された電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされてもよい。
【００７５】
次いで、ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８において取得された一時降圧制御の開始時の電極間電流と一時降圧制御の完了時の電極間電流との差に基づいてＳＯｘ濃度が検出される。具体的には、電極間電流の差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べてＳＯｘ濃度が高いと判定される。例えば、電極間電流の差が所定値以上である場合にＳＯｘ濃度が所定値以上であると判定され、電極間電流の差が所定値未満である場合にＳＯｘ濃度が所定値未満であると判定される。
【００７６】
次いで、ステップＳ１１０では、第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物を第一電極４１から脱離させるべく、第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物を脱離可能な電圧が第一電気化学セル５１に所定時間印加される。所定時間は、第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物を第一電極４１から脱離するのに十分な時間とされる。また、印加される電極間電圧は、例えば０．３Ｖであり、ステップ状に印加される。なお、ステップＳ１１０において電極間電圧をゼロにしてもよい。
【００７７】
次いで、ステップＳ１１１において被毒フラグがオフに設定される。ステップＳ１１１の後、本制御ルーチンは終了する。
【００７８】
また、ステップＳ１０１においてＳＯｘ濃度の検出条件が成立していないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１１０に進む。
【００７９】
＜水濃度安定判定処理の制御ルーチン＞
図７は、本発明の第一実施形態における水濃度安定判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンはＥＣＵ８０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【００８０】
最初に、ステップＳ２０１において、被測ガス中の水濃度が安定しているか否かが判定される。この判定は例えば以下のような方法によって行われる。内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの排気空燃比が変化すると、排気ガス中の水濃度が変化する。そこで、ステップＳ２０１において、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの排気空燃比の変化量が所定値未満であるか否かが判定されてもよい。所定値は、実験又は計算によって予め定められ、所望のＳＯｘ濃度の検出精度を確保することが困難な水濃度の変化量の下限値に対応する値とされる。また、排気空燃比の変化量は例えば所定時間における排気空燃比の最大値と最小値との差によって算出される。排気空燃比は、例えば、内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサによって検出される。排気ガスの排気空燃比の変化量が所定値未満であると判定された場合、被測ガス中の水濃度が安定していると判定される。一方、排気ガスの排気空燃比の変化量が所定値以上であると判定された場合、被測ガス中の水濃度が安定していないと判定される。
【００８１】
ステップＳ２０１において被測ガス中の水濃度が安定していると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、水濃度安定フラグがオンに設定される。ステップＳ２０２の後、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ２０１において被測ガス中の水濃度が安定していないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、水濃度安定フラグがオフに設定される。ステップＳ２０３の後、本制御ルーチンは終了する。
【００８２】
＜第二実施形態＞
第二実施形態に係るＳＯｘ検出装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係るＳＯｘ検出装置１の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００８３】
図８（Ａ）は、本発明の第二実施形態に係るＳＯｘ検出装置の素子部１０ａの構成を示す概略的な断面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。第二実施形態に係るＳＯｘ検出装置は素子部１０ａを備える。素子部１０ａは、第一電気化学セル５１に加えて第二電気化学セル５２を備える点を除いて、第一実施形態における素子部１０と同様の構成を有する。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）からわかるように、第二電気化学セル５２は、拡散律速層１６からの距離が、第一電気化学セル５１と等しくなるように、第一電気化学セル５１と並んで配置される。
【００８４】
素子部１０ａは、第三電極４３及び第四電極４４を更に備える。第三電極４３は、第一固体電解質層１１の被測ガス室３０側の表面上に配置されている。したがって、第三電極４３は、被測ガス室３０内の被測ガスに曝されている。第三電極４３は第一電極４１と同じ表面積を有する。また、第三電極４３は、拡散律速層１６からの距離が第一電極４１と等しくなるように、第一電極４１と並んで配置される。一方、第四電極４４は、第一固体電解質層１１の第一大気室３１側の表面上に配置されている。したがって、第四電極４４は、第一大気室３１内のガス（大気）に曝されている。第四電極４４は第二電極４２と同じ表面積を有する。また、第四電極４４は、拡散律速層１６からの距離が第二電極４２と等しくなるように、第二電極４２と並んで配置される。第三電極４３と第四電極４４とは、第一固体電解質層１１を挟んで互いに対向するように配置されている。第三電極４３、第一固体電解質層１１及び第四電極４４は、第二電気化学セル５２を構成する。
【００８５】
本実施形態では、第三電極４３を構成する材料は、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、鉛（Ｐｂ）、銀（Ａｇ）等の金属元素又はこれらの合金を主成分として含む。好ましくは、第三電極４３は、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、鉛（Ｐｂ）、銀（Ａｇ）の少なくとも一つを主成分として含む多孔質サーメット電極である。また、第四電極４４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。なお、第三電極４３を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第一電極４１と比較して、ＳＯｘの分解速度が低くなるように電極が構成されれば、いかなる材料であってもよい。特に、本実施形態では、第三電極４３を構成する材料は、第三電極４３においてＳＯｘが分解される速度が実質的に０となるような材料であることが好ましい。また、第四電極４４を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第三電極４３と第四電極４４との間に所定の電圧を印加したときに、第三電極４３と第四電極４４との間で酸化物イオンを移動させることができれば、いかなる材料であってもよい。
【００８６】
なお、図８に示した例では、第二電気化学セル５２は、第一固体電解質層１１を第一電気化学セル５１と共有している。しかしながら、第二電気化学セル５２は、第一電気化学セル５１を構成する第一固体電解質層１１とは別の固体電解質層を備えてもよい。
【００８７】
第三電極４３及び第四電極４４は電圧印加回路６１に接続されている。電圧印加回路６１は、第四電極４４の電位が第三電極４３の電位よりも高くなるように、第三電極４３と第四電極４４との間に電極間電圧を印加する。印加される電極間電圧はＥＣＵ８０によって制御される。
【００８８】
電流検出回路６２は、第三電極４３と第四電極４４との間に流れる電極間電流（すなわち、第一固体電解質層１１内を流れる電極間電流）を検出する。電流検出回路６２の出力はＡＤ変換器６４を介してＥＣＵ８０に入力される。したがって、ＥＣＵ８０は、第二電気化学セル５２の電極間電流を電流検出回路６２から取得することができる。
【００８９】
＜第二電気化学セルの機能＞
上述したように、第二電気化学セル５２では、第一電気化学セル５１と同一の印加電圧が印加されても、被測ガス中に含まれるＳＯｘを分解する速度が第一電気化学セル５１よりも極めて遅い。具体的には、第三電極４３においてＳＯｘが分解される速度は、第一電極４１においてＳＯｘが分解される速度よりも極めて遅く、実質的には０である。したがって、被測ガス中に含まれるＳＯｘの分解生成物が電極に吸着する速度も第三電極４３の方が第一電極４１よりも低い。具体的には、第三電極４３には、ＳＯｘの分解生成物は実質的に吸着しない。したがって、第一電極４１における水の分解に対する活性の低下速度よりも、第三電極４３における水の分解に対する活性の低下速度の方が小さい。具体的には、第三電極４３における水の分解に対する活性は実質的に低下しない。この結果、第二電気化学セル５２における電極間電流は、ＳＯｘの分解に起因する影響を受けない。
【００９０】
このため、第二電気化学セル５２の電極間電流は被測ガス中のＳＯｘ濃度に応じてほとんど変化しない。一方、第二電気化学セル５２の電極間電流は被測ガス中の水濃度に応じて第一電気化学セル５１と同様に変化する。したがって、第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２に同一の電圧を印加し、第一電気化学セル５１の電極間電流と第二電気化学セル５２の電極間電流との差を算出することによって、ＳＯｘの分解によって減少する水の分解電流の変化量を抽出することができる。このことによって、被測ガス中の水濃度の変動によるＳＯｘ濃度の検出精度の低下を更に抑制することができる。
【００９１】
＜ＳＯｘ濃度を検出するための制御＞
第二実施形態では、ＥＣＵ８０は、被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出するとき、第一電気化学セル５１と同一の電圧を第二電気化学セル５２にも印加する。具体的には、ＥＣＵ８０は、第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２に第一電圧を所定時間以上印加した後、被測ガス中の水濃度が安定している間に、一時降圧制御を実行する。第一電圧は、水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の電圧であり、例えば１．１Ｖである。所定時間は、第一電気化学セル５１の電極間に第一電圧を印加してから第一電気化学セル５１の電極間電流がＳＯｘ濃度に応じた値を示すまでに要する時間であり、例えば６０秒である。また、一時降圧制御では、ＥＣＵ８０は第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させて再び第一電圧に上昇させる。第二電圧は、第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物を脱離可能な電圧であり、例えば０．３Ｖである。
【００９２】
ＥＣＵ８０は、一時降圧制御の開始時に電流検出回路６２によって検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に電流検出回路６２によって検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流との差に基づいて被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出する。第二実施形態では、ＥＣＵ８０は、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流を、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流に基づいて補正する。具体的には、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流から一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流が減算された値が補正後の第一電気化学セル５１の電極間電流とされる。また、ＥＣＵ８０は、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流を、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流に基づいて補正する。具体的には、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流から一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流が減算された値が補正後の第一電気化学セル５１の電極間電流とされる。
【００９３】
ＥＣＵ８０は、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル５１の補正後の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル５１の補正後の電極間電流との差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べて被測ガス中のＳＯｘ濃度が高いと判定する。例えば、ＥＣＵ８０は、電極間電流の差が所定値以上である場合にＳＯｘ濃度が所定値以上であると判定し、電極間電流の差が所定値未満である場合にＳＯｘ濃度が所定値未満であると判定する。
【００９４】
第二実施形態では、図６に示したＳＯｘ濃度検出処理の制御ルーチンが以下のように変更される。第二実施形態では、ステップＳ１０２、ステップＳ１０５、ステップＳ１０７及びステップＳ１１０において、第一電気化学セル５１に加えて、第二電気化学セル５２にも第一電気化学セル５１と同一の電圧が印加される。
【００９５】
ステップＳ１０８では、一時降圧制御の開始時に電流検出回路６２によって検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に電流検出回路６２によって検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流とが取得される。第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させる時又は第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させる直前に検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流が一時降圧制御の開始時の電極間電流とされる。一方、第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧を第二電圧から第一電圧に上昇させる時又は第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧を第二電圧から第一電圧に上昇させた直後に検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされる。なお、昇圧直後の電極間電流のノイズの影響を低減すべく、第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧が第一電圧に達してから所定時間後に検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされてもよい。
【００９６】
次いで、ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８において取得された一時降圧制御の開始時の第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流と一時降圧制御の完了時の第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流との差に基づいてＳＯｘ濃度が検出される。本実施形態では、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流が、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流に基づいて補正される。具体的には、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流から一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流が減算された値が補正後の電極間電流とされる。また、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流が、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流に基づいて補正される。具体的には、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流から一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流が減算された値が補正後の電極間電流とされる。
【００９７】
この結果、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル５１の補正後の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル５１の補正後の電極間電流との差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べて被測ガス中のＳＯｘ濃度が高いと判定される。例えば、電極間電流の差が所定値以上である場合にＳＯｘ濃度が所定値以上であると判定され、電極間電流の差が所定値未満である場合にＳＯｘ濃度が所定値未満であると判定される。
【００９８】
＜第三実施形態＞
第三実施形態に係るＳＯｘ検出装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係るＳＯｘ検出装置１の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第三実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００９９】
図９は、本発明の第三実施形態に係るＳＯｘ検出装置の素子部１０ｂの構成を示す概略的な断面図である。第三実施形態に係るＳＯｘ検出装置は素子部１０ｂを備える。素子部１０ｂは、第一電気化学セル５１に加えて第三電気化学セル５３を備える点を除いて、第一実施形態における素子部１０と同様の構成を有する。
【０１００】
図９に示されるように、素子部１０ｂは、複数の層を積層して構成されている。具体的には、素子部１０ｂは、第一固体電解質層１１、第二固体電解質層１２、拡散律速層１６、第一不透過層２１、第二不透過層２２、第三不透過層２３、第四不透過層２４、第五不透過層２５及び第六不透過層２６を備える。
【０１０１】
第二固体電解質層１２は第一固体電解質層１１と同様の構成を有する。第六不透過層２６は第一不透過層２１〜第五不透過層２５と同様の構成を有する。素子部１０ｂの各層は、図９の下方から、第一不透過層２１、第二不透過層２２、第三不透過層２３、第一固体電解質層１１、拡散律速層１６及び第四不透過層２４、第二固体電解質層１２、第五不透過層２５、第六不透過層２６の順に積層されている。
【０１０２】
第一固体電解質層１１、第二固体電解質層１２、拡散律速層１６及び第四不透過層２４によって、被測ガス室３０が区画形成されている。なお、被測ガス室３０は、第一固体電解質層１１及び第二固体電解質層１２に隣接し且つ被測ガスが流入するように構成されていれば、如何なる態様で構成されてもよい。
【０１０３】
第二固体電解質層１２、第五不透過層２５及び第六不透過層２６によって、第二大気室３２が区画形成されている。図９からわかるように、第二大気室３２は、第二固体電解質層１２を挟んで、被測ガス室３０の反対側に配置されている。第二大気室３２は、排気通路の外部の大気に開放されている。したがって、第二大気室３２にも、大気ガスが流入する。なお、第二大気室３２は、第二固体電解質層１２に隣接し且つ大気が流入するように構成されていれば、如何なる態様で構成されてもよい。
【０１０４】
素子部１０ｂは第五電極４５及び第六電極４６を更に備える。第五電極４５は第二固体電解質層１２の被測ガス室３０側の表面上に配置されている。したがって、第五電極４５は、被測ガス室３０内の被測ガスに曝されている。また、第五電極４５は、被測ガス室３０内において、第一電極４１よりも拡散律速層１６側に配置される。したがって、拡散律速層１６を介して被測ガス室３０内に流入した被測ガスは、最初に第五電極４５周りを流通し、その後、第一電極４１周りを流通することになる。一方、第六電極４６は第二固体電解質層１２の第二大気室３２側の表面上に配置されている。したがって、第六電極４６は、第二大気室３２内のガス（大気）に曝されている。第五電極４５と第六電極４６とは、第二固体電解質層１２を挟んで互いに対向するように配置されている。第五電極４５、第二固体電解質層１２及び第六電極４６は、第三電気化学セル５３を構成する。
【０１０５】
第五電極４５及び第六電極４６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。しかしながら、第五電極４５を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第五電極４５と第六電極４６との間に所定の電圧を印加したときに、被測ガス室３０内の被測ガス中に含まれる酸素を還元分解することができれば、いかなる材料であってもよい。また、第六電極４６を構成する材料も、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第五電極４５と第六電極４６との間に所定の電圧を印加したときに、第五電極４５と第六電極４６との間で酸化物イオンを移動させることができれば、いかなる材料であってもよい。
【０１０６】
なお、上記実施形態では、第三電気化学セル５３は、第一電気化学セル５１を構成する第一固体電解質層１１とは異なる第二固体電解質層１２を含んで構成されている。しかしながら、第一固体電解質層と第二固体電解質層とは同一の固体電解質層であってもよい。すなわち、図９の第一固体電解質層１１が第二固体電解質層としても機能し、よって第三電気化学セル５３が第一固体電解質層１１を含んで構成されてもよい。この場合、第五電極４５は第一固体電解質層１１の被測ガス室３０側の表面上に配置され、第六電極４６は第一固体電解質層１１の第一大気室３１側の表面上に配置される。
【０１０７】
第五電極４５及び第六電極４６は電圧印加回路６１に接続されている。電圧印加回路６１は、第六電極４６の電位が第五電極４５の電位よりも高くなるように、第五電極４５と第六電極４６との間に電極間電圧を印加する。印加される電極間電圧はＥＣＵ８０によって制御される。
【０１０８】
電流検出回路６２は、第五電極４５と第六電極４６との間に流れる電極間電流（すなわち、第二固体電解質層１２内を流れる電極間電流）を検出する。電流検出回路６２の出力はＡＤ変換器６４を介してＥＣＵ８０に入力される。したがって、ＥＣＵ８０は、第三電気化学セル５３の電極間電流を電流検出回路６２から取得することができる。
【０１０９】
＜第三電気化学セルの機能＞
第一電気化学セル５１では、上述したように、第一電極４１と第二電極４２との間にＳＯｘ及び水の分解開始電圧以上の所定電圧を印加することで、第一電極４１上で水及びＳＯｘを分解させると共に水の分解に伴う電極間電流を検出している。しかしながら、第一電気化学セル５１に到達する被測ガス中に酸素が含まれている場合には、第一電極４１上で酸素の分解（イオン化）が生じると共に、これによって生じた酸化物イオンが第一電極４１から第二電極４２へと流れることになる。このように、酸素の分解に伴って第一電極４１と第二電極４２との間に分解電流が流れてしまうと、電極間電流に基づいてＳＯｘの濃度を正確に検出することが困難になる。
【０１１０】
ここで、酸素の限界電流領域内の電圧を第三電気化学セル５３に印加すると、第三電気化学セル５３により伝導可能な酸化物イオンの伝導速度が、拡散律速層１６を介して被測ガス室３０内に導入される酸素の導入速度よりも速くなる。したがって、酸素の限界電流領域内の電圧が第三電気化学セル５３に印加されていると、拡散律速層１６を介して被測ガス室３０内に流入した被測ガス中に含まれる酸素のほとんどを除去することができる。
【０１１１】
そこで、第三実施形態では、第一電気化学セル５１に水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の電圧を印加するときに、第一電気化学セル５１よりも拡散律速層１６側に配置された第三電気化学セル５３に酸素の限界電流領域内の電圧を印加する。酸素の限界電流領域は、印加電圧をそれ以上上昇させても電極間電流がほとんど変化しない下限電圧（例えば、０．１Ｖ）以上の領域である。また、第三電気化学セル５３への印加電圧は、ＳＯｘ及び水の分解開始電圧（約０．６Ｖ）未満の電圧とされる。このことによって、第三電気化学セル５３において、水及びＳＯｘを分解することなく、酸素を分解して除去することができる。したがって、第三電気化学セル５３は、被測ガス室３０内から水及びＳＯｘを排出することなく酸素を排出するポンプセルとして機能する。このことによって、被測ガスが第一電気化学セル５１に到達する前に被測ガス中の酸素が第三電気化学セル５３において除去されるため、第一電気化学セル５１におけるＳＯｘ濃度の検出精度を更に向上させることができる。
【０１１２】
＜ＳＯｘ濃度を検出するための制御＞
第三実施形態では、ＥＣＵ８０は、被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出するとき、第一電気化学セル５１に加えて第三電気化学セル５３にも電圧を印加する。具体的には、ＥＣＵ８０は、第一電圧を第一電気化学セル５１に印加するとき、０．１Ｖ以上０．６Ｖ未満の電圧、例えば０．４Ｖの電圧を第三電気化学セル５３に印加する。一方、第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物を脱離可能な電圧を第一電気化学セル５１に印加するときには、再酸化による分解生成物の脱離を促進すべく、第一電極４１に酸素を供給することが好ましい。このため、ＥＣＵ８０は、第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物を脱離可能な電圧を第一電気化学セル５１に印加するとき、０．１Ｖ未満の電圧、例えば０．０５Ｖの電圧を第三電気化学セル５３に印加する。
【０１１３】
第三実施形態では、図６に示したＳＯｘ濃度検出処理の制御ルーチンが以下のように変更される。ステップＳ１０２において、第一電気化学セル５１に加えて第三電気化学セル５３にも電圧が印加される。第三電気化学セル５３への印加電圧は、０．１Ｖ以上０．６Ｖ未満の電圧、例えば０．４Ｖである。ステップＳ１０５において、第一電気化学セル５１の電極間電圧に加えて第三電気化学セル５３の電極間電圧が降圧される。第三電気化学セル５３の電極間電圧は例えば０．４Ｖから０．０５Ｖに低下せしめられる。ステップＳ１０７において、第一電気化学セル５１の電極間電圧に加えて第三電気化学セル５３の電極間電圧が昇圧される。第三電気化学セル５３の電極間電圧は例えば０．０５Ｖから０．４Ｖに上昇せしめられる。また、ステップＳ１１０において、第一電気化学セル５１への印加電圧が０．３Ｖに設定され、第三電気化学セル５３への印加電圧が０．０５Ｖに設定される。
【０１１４】
＜第四実施形態＞
第四実施形態に係るＳＯｘ検出装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係るＳＯｘ検出装置１の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第四実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１１５】
図１０（Ａ）は、本発明の第四実施形態に係るＳＯｘ検出装置の素子部１０ｃの構成を示す概略的な断面図である。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。第四実施形態に係るＳＯｘ検出装置は素子部１０ｃを備える。素子部１０ｃは、第一電気化学セル５１及び第三電気化学セル５３に加えて第二電気化学セル５２を備える点を除いて、第三実施形態における素子部１０ｂと同様の構成を有する。また、素子部１０ｃの第二電気化学セル５２は、図８に示される素子部１０ａの第二電気化学セル５２と同様の構成を有する。このため、ＳＯｘ検出装置についての詳細な説明は省略する。
【０１１６】
＜ＳＯｘ濃度を検出するための制御＞
第四実施形態では、ＥＣＵ８０は、被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出するとき、第一電気化学セル５１と同一の電圧を第二電気化学セル５２にも印加する。具体的には、ＥＣＵ８０は、第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２に第一電圧を所定時間以上印加した後、被測ガス中の水濃度が安定している間に、一時降圧制御を実行する。第一電圧は、水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の電圧であり、例えば１．１Ｖである。所定時間は、第一電気化学セル５１の電極間に水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の電圧を印加してから第一電気化学セル５１の電極間電流がＳＯｘ濃度に応じた値を示すまでに要する時間であり、例えば６０秒である。また、一時降圧制御では、ＥＣＵ８０は第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させて再び第一電圧に上昇させる。第二電圧は、第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物を脱離可能な電圧であり、例えば０．３Ｖである。
【０１１７】
また、ＥＣＵ８０は、被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出するとき、第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２に加えて第三電気化学セル５３にも電圧を印加する。具体的には、ＥＣＵ８０は、第一電圧を第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２に印加するとき、０．１Ｖ以上０．６Ｖ未満の電圧、例えば０．４Ｖの電圧を第三電気化学セル５３に印加する。また、ＥＣＵ８０は、第一電極４１に吸着したＳＯｘの分解生成物を脱離可能な電圧を第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２に印加するとき、０．１Ｖ未満の電圧、例えば０．０５Ｖの電圧を第三電気化学セル５３に印加する。
【０１１８】
ＥＣＵ８０は、一時降圧制御の開始時に電流検出回路６２によって検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流と、一時降圧の完了時後に電流検出回路６２によって検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流との差に基づいて被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出する。第四実施形態では、ＥＣＵ８０は、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流を、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流に基づいて補正する。具体的には、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流から一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流が減算された値が補正後の第一電気化学セル５１の電極間電流とされる。また、ＥＣＵ８０は、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流を、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流に基づいて補正する。具体的には、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流から一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流が減算された値が補正後の第一電気化学セル５１の電極間電流とされる。
【０１１９】
ＥＣＵ８０は、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル５１の補正後の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル５１の補正後の電極間電流との差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べて被測ガス中のＳＯｘ濃度が高いと判定する。例えば、ＥＣＵ８０は、電極間電流の差が所定値以上である場合にＳＯｘ濃度が所定値以上であると判定し、電極間電流の差が所定値未満である場合にＳＯｘ濃度が所定値未満であると判定する。
【０１２０】
第四実施形態では、図６に示したＳＯｘ濃度検出処理の制御ルーチンが以下のように変更される。第四実施形態では、ステップＳ１０２、ステップＳ１０５、ステップＳ１０７及びステップＳ１１０において、第一電気化学セル５１に加えて、第二電気化学セル５２にも第一電気化学セル５１と同一の電圧が印加される。
【０１２１】
また、ステップＳ１０２において、第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２に加えて第三電気化学セル５３にも電圧が印加される。第三電気化学セル５３への印加電圧は、０．１Ｖ以上０．６Ｖ未満の電圧、例えば０．４Ｖである。ステップＳ１０５において、第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧に加えて第三電気化学セル５３の電極間電圧が降圧される。第三電気化学セル５３の電極間電圧は例えば０．４Ｖから０．０５Ｖに低下せしめられる。ステップＳ１０７において、第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧に加えて第三電気化学セル５３の電極間電圧が昇圧される。第三電気化学セル５３の電極間電圧は例えば０．０５Ｖから０．４Ｖに上昇せしめられる。また、ステップＳ１１０において、第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２への印加電圧が０．３Ｖに設定され、第三電気化学セル５３への印加電圧が０．０５Ｖに設定される。
【０１２２】
ステップＳ１０８では、一時降圧制御の開始時に電流検出回路６２によって検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に電流検出回路６２によって検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流とが取得される。第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させる時又は第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させる直前に検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流が一時降圧制御の開始時の電極間電流とされる。一方、第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧を第二電圧から第一電圧に上昇させる時又は第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧を第二電圧から第一電圧に上昇させた直後に検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされる。なお、昇圧直後の電極間電流のノイズの影響を低減すべく、第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電圧が第一電圧に達してから所定時間後に検出された第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされてもよい。
【０１２３】
次いで、ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８において取得された一時降圧制御の開始時の第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流と一時降圧制御の完了時の第一電気化学セル５１及び第二電気化学セル５２の電極間電流との差に基づいてＳＯｘ濃度が検出される。本実施形態では、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流が、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流に基づいて補正される。具体的には、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流から一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流が減算された値が補正後の電極間電流とされる。また、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流が、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流に基づいて補正される。具体的には、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル５２の電極間電流から一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル５１の電極間電流が減算された値が補正後の電極間電流とされる。
【０１２４】
この結果、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル５１の補正後の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル５１の補正後の電極間電流との差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べて被測ガス中のＳＯｘ濃度が高いと判定される。例えば、電極間電流の差が所定値以上である場合にＳＯｘ濃度が所定値以上であると判定され、電極間電流の差が所定値未満である場合にＳＯｘ濃度が所定値未満であると判定される。
【０１２５】
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１    ＳＯｘ検出装置
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ    素子部
１１    第一固体電解質層
１６    拡散律速層
４１    第一電極
４２    第二電極
５１    第一電気化学セル
６１    電圧印加回路
６２    電流検出回路
８０    電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【図１】
2017138215.tif 000003
【図２】
2017138215.tif 000004
【図３】
2017138215.tif 000005
【図４】
2017138215.tif 000006
【図５】
2017138215.tif 000007
【図６】
2017138215.tif 000008
【図７】
2017138215.tif 000009
【図８】
2017138215.tif 000010
【図９】
2017138215.tif 000011
【図１０】
2017138215.tif 000012