(57)【要約】      （修正有）【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】ＳＯｘ検出装置１は、センサセル５１、ポンプセル５２、センサセルに電圧印加する第一電圧印加回路６１、ポンプセルに電圧印加する第二電圧印加回路７１、センサセルの第一電流相関パラメータを検出する第一検出器６２、ポンプセルの第二電流相関パラメータを検出する第二検出器７２、及び制御部８０を備える。制御部は、陽極から陰極に酸化物イオンが移動しない電圧をセンサセルに印加し又は第一電圧印加回路を開放し且つ水の限界電流領域内の電圧をポンプセルに印加する第一水濃度検出制御を実行し、第二電流相関パラメータに基づいて被測ガス中の水濃度を算出し、又は水の限界電流領域内の電圧をセンサセルに印加し且つ第二電圧印加回路を開放する第二水濃度検出制御を実行し、第一電流相関パラメータに基づいて被測ガス中の水濃度を算出する。【選択図】図１
2017146199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測ガス中の硫黄酸化物濃度を検出する硫黄酸化物検出装置であって、
酸化物イオン伝導性を有する第一固体電解質層と、前記被測ガスに曝されるように前記第一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第一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センサセルと、酸化物イオン伝導性を有する第二固体電解質層と、前記被測ガスに曝されるように前記第二固体電解質層の一方の側面上に配置された第三電極と、大気に曝されるように前記第二固体電解質層の他方の側面上に配置された第四電極とを有するポンプセルと、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、
前記センサセルに電圧を印加する第一電圧印加回路と、
前記ポンプセルに電圧を印加する第二電圧印加回路と、
前記センサセルに流れる電流に相関する第一電流相関パラメータを検出する第一検出器と、
前記ポンプセルに流れる電流に相関する第二電流相関パラメータを検出する第二検出器と、
前記第一電圧印加回路によって前記センサセルに印加される電圧及び前記第二電圧印加回路によって前記ポンプセルに印加される電圧を制御すると共に前記第一検出器から前記第一電流相関パラメータを取得し且つ前記第二検出器から前記第二電流相関パラメータを取得する制御部と、を備え、
前記ポンプセルは前記センサセルよりも前記拡散律速層側に配置され、
前記制御部は、前記第二電極から前記第一電極に酸化物イオンが移動しない電圧を前記センサセルに印加し又は前記第一電圧印加回路を開放し且つ水の限界電流領域内の電圧を前記ポンプセルに印加する第一水濃度検出制御を実行し、該第一水濃度検出制御が実行されたときに前記第二検出器によって検出された前記第二電流相関パラメータに基づいて前記被測ガス中の水濃度を算出し、又は、水の限界電流領域内の電圧を前記センサセルに印加し且つ前記第二電圧印加回路を開放する第二水濃度検出制御を実行し、該第二水濃度検出制御が実行されたときに前記第一検出器によって検出された前記第一電流相関パラメータに基づいて前記被測ガス中の水濃度を算出し、
前記制御部は、水及び硫黄酸化物の分解開始電圧以上の電圧を前記センサセルに印加し且つ酸素の限界電流領域の下限電圧以上であって水及び硫黄酸化物の分解開始電圧未満の電圧を前記ポンプセルに印加する硫黄酸化物濃度検出制御を実行し、該硫黄酸化物濃度検出制御が実行されたときに前記第一検出器によって検出された前記第一電流相関パラメータと、前記算出された水濃度とに基づいて前記被測ガス中の硫黄酸化物濃度を算出する、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、被測ガス中の硫黄酸化物濃度を検出する硫黄酸化物検出装置であって、酸化物イオン伝導性を有する第一固体電解質層と、前記被測ガスに曝されるように前記第一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第一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センサセルと、酸化物イオン伝導性を有する第二固体電解質層と、前記被測ガスに曝されるように前記第二固体電解質層の一方の側面上に配置された第三電極と、大気に曝されるように前記第二固体電解質層の他方の側面上に配置された第四電極とを有するポンプセルと、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、前記センサセルに電圧を印加する第一電圧印加回路と、前記ポンプセルに電圧を印加する第二電圧印加回路と、前記センサセルに流れる電流に相関する第一電流相関パラメータを検出する第一検出器と、前記ポンプセルに流れる電流に相関する第二電流相関パラメータを検出する第二検出器と、前記第一電圧印加回路によって前記センサセルに印加される電圧及び前記第二電圧印加回路によって前記ポンプセルに印加される電圧を制御すると共に前記第一検出器から前記第一電流相関パラメータを取得し且つ前記第二検出器から前記第二電流相関パラメータを取得する制御部と、を備え、前記ポンプセルは前記センサセルよりも前記拡散律速層側に配置され、前記制御部は、前記第二電極から前記第一電極に酸化物イオンが移動しない電圧を前記センサセルに印加し又は前記第一電圧印加回路を開放し且つ水の限界電流領域内の電圧を前記ポンプセルに印加する第一水濃度検出制御を実行し、該第一水濃度検出制御が実行されたときに前記第二検出器によって検出された前記第二電流相関パラメータに基づいて前記被測ガス中の水濃度を算出し、又は、水の限界電流領域内の電圧を前記センサセルに印加し且つ前記第二電圧印加回路を開放する第二水濃度検出制御を実行し、該第二水濃度検出制御が実行されたときに前記第一検出器によって検出された前記第一電流相関パラメータに基づいて前記被測ガス中の水濃度を算出し、前記制御部は、水及び硫黄酸化物の分解開始電圧以上の電圧を前記センサセルに印加し且つ酸素の限界電流領域の下限電圧以上であって水及び硫黄酸化物の分解開始電圧未満の電圧を前記ポンプセルに印加する硫黄酸化物濃度検出制御を実行し、該硫黄酸化物濃度検出制御が実行されたときに前記第一検出器によって検出された前記第一電流相関パラメータと、前記算出された水濃度とに基づいて前記被測ガス中の硫黄酸化物濃度を算出する、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、本発明に係るＳＯｘ検出装置の構成を示す概略的な断面図である。
【図２】図２は、本発明に係るＳＯｘ検出装置の別の構成を示す概略的な断面図である。
【図３】図３は、センサセルの印加電圧と、センサセル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、ポンプセルの印加電圧と、ポンプセルに流れる電極間電流との関係を示す図である。
【図６】図６は、本発明におけるＳＯｘ濃度算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、本発明における検出条件判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【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】
＜ＳＯｘ検出装置の説明＞
以下、図１を参照して、本発明に係る硫黄酸化物検出装置（以下、「ＳＯｘ検出装置」という）について説明する。ＳＯｘ検出装置１は、内燃機関の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。
【００１３】
図１は、本発明に係るＳＯｘ検出装置１の構成を示す概略的な断面図である。ＳＯｘ検出装置１は素子部１０を備える。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１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、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。
【００１４】
第一固体電解質層１１及び第二固体電解質層１２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及び第二固体電解質層１２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２１〜２６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。
【００１５】
素子部１０の各層は、図１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。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。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。
【００１６】
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１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。
【００１７】
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１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には、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。
【００１８】
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、センサセル５１を構成する。
【００１９】
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酸素、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。
【００２０】
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。
【００２１】
素子部１０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、第三電極４３は、被測ガス室３０内の被測ガスに曝されている。また、第三電極４３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、最初に第三電極４３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、第四電極４４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、第四電極４４は、第二大気室３２内のガス（大気）に曝されている。第三電極４３と第四電極４４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。第三電極４３、第二固体電解質層１２及び第四電極４４は、ポンプセル５２を構成する。ポンプセル５２はセンサセル５１よりも拡散律速層１６側に配置されている。
【００２２】
第三電極４３及び第四電極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。しかしながら、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、被測ガス室３０内の被測ガス中に含まれる酸素及び水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、第四電極４４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。
【００２３】
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１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。ヒータ５５は、センサセル５１及びポンプセル５２を活性温度以上に加熱することができる。ＳＯｘ検出装置１は電子制御ユニット（ＥＣＵ）８０を更に備える。ＥＣＵ８０はヒータ５５に接続されている。したがって、ＥＣＵ８０は、ヒータ５５を制御して、素子部１０、特にセンサセル５１及びポンプセル５２の温度を制御することができる。
【００２４】
ＳＯｘ検出装置１は、センサセル５１に電圧を印加する第一電圧印加回路６１と、ポンプセル５２に電圧を印加する第二電圧印加回路７１とを更に備える。第一電圧印加回路６１は、センサセル５１の第一電極４１と第二電極４２との間に、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、電圧を印加する。第二電圧印加回路７１は、ポンプセル５２の第三電極４３と第四電極４４との間に、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、電圧を印加する。ＥＣＵ８０は第一電圧印加回路６１及び第二電圧印加回路７１に接続されている。したがって、ＥＣＵ８０は、第一電圧印加回路６１及び第二電圧印加回路７１を制御して、センサセル５１に印加される電圧及びポンプセル５２に印加される電圧を制御することができる。
【００２５】
ＳＯｘ検出装置１は、センサセル５１に流れる電流（すなわち、第一電極４１と第二電極４２との間の第一固体電解質層１１内を流れる電流）を検出する第一電流検出器６２と、ポンプセル５２に流れる電流（すなわち、第三電極４３と第四電極４４との間の第二固体電解質層１２内を流れる電流）を検出する第二電流検出器７２とを更に備える。ＥＣＵ８０は第一電流検出器６２及び第二電流検出器７２に接続されている。したがって、ＥＣＵ８０は、第一電流検出器６２によって検出されたセンサセル５１の電極間電流を第一電流検出器６２から取得し、第二電流検出器７２によって検出されたポンプセル５２の電極間電流を第二電流検出器７２から取得することができる。
【００２６】
なお、図１に示した素子部１０では、ポンプセル５２を構成する第二固体電解質層１２は、センサセル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である。しかしながら、図２に示した素子部１０’のように、第一固体電解質層１１及び第二固体電解質層１２は単一の固体電解質層であってもよい。この場合、素子部の大気室の数は一つである。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、第二電極４２は第一固体電解質層１１の大気室３１側の表面上に配置される。また、第三電極４３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、第四電極４４は第二固体電解質層１２の大気室３１側の表面上に配置される。
【００２７】
＜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、センサセル５１における酸素の限界電流特性について説明する。センサセル５１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、センサセル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。
【００２８】
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、センサセル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。
【００２９】
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、電圧印加に伴って第一固体電解質層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。
【００３０】
したがって、センサセル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。
【００３１】
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、センサセル５１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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
上述したように、センサセル５１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、センサセル５１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、センサセル５１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。
【００３５】
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センサセル５１によって被測ガス中のＳＯｘ濃度を検出するために、センサセル５１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、センサセル５１に０．６Ｖ以上２．０Ｖ未満の電圧が印加される。
【００３６】
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、センサセル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）ときのセンサセル電圧とセンサセル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、センサセル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、センサセル５１の上流側に配置されたポンプセル５２により、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。
【００３７】
図３における実線Ｌ１は、被測ガス中のＳＯ2濃度が０ｐｐｍである場合のセンサセル電圧とセンサセル電流との関係を示している。図３に示した例では、センサセル電圧が約０．６Ｖ以上になると、印加電圧の増大に伴ってセンサセル電流が増大し始める。このセンサセル電流の増大は、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。
【００３８】
図３における破線Ｌ２は、被測ガス中のＳＯ2濃度が１００ｐｐｍである場合のセンサセル電圧とセンサセル電流との関係を示している。この場合も、センサセル電圧が約０．６Ｖ以上であるときには、水の分解に起因してセンサセル電流が流れる。しかしながら、このとき（破線Ｌ２）のセンサセル電流は実線Ｌ１と比較して小さく、また、センサセル電圧に対するセンサセル電流の増加率（破線Ｌ２の傾き）も実線Ｌ１と比較して小さい。
【００３９】
図３における一点鎖線Ｌ３は、被測ガス中のＳＯ2濃度が３００ｐｐｍである場合のセンサセル電圧とセンサセル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である場合のセンサセル電圧とセンサセル電流との関係を示している。これらの場合においても、センサセル電圧が約０．６Ｖ以上であるときには、水の分解に起因してセンサセル電流が流れる。しかしながら、被測ガス中のＳＯ2濃度が高いほど、センサセル電流が小さく、センサセル電圧に対するセンサセル電流の増加率（一点鎖線Ｌ３及び二点鎖線Ｌ４の傾き）も小さい。
【００４０】
このように、図３に示した例からも、センサセル電圧がＳＯｘ及び水の分解開始電圧である約０．６Ｖ以上であるときのセンサセル電流の大きさは、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センサセル電圧が１．０Ｖであるときの線Ｌ１〜Ｌ４におけるセンサセル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。
【００４１】
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）を印加した場合のセンサセル電流の大きさは、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。
【００４２】
しかしながら、センサセル５１に水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の電圧を印加したときに検出される電極間電流は、被測ガス中のＳＯｘ濃度だけでなく被測ガス中の水濃度にも応じて変化する。具体的には、被測ガス中の水濃度が高くなると、第一電極（陰極）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、第一電極４１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。このため、本実施形態では、被測ガス中のＳＯｘ濃度を精度良く検出するために、被測ガス中の水濃度を算出し、算出された水濃度と、センサセル５１に水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の電圧を印加したときに検出される電極間電流とに基づいて被測ガス中のＳＯｘ濃度を算出する。
【００４３】
＜水濃度検出の問題点＞
被測ガス中の水濃度は、例えば、水の限界電流領域内の電圧をセンサセル５１又はポンプセル５２に印加したときに検出される電極間電流に基づいて算出可能である。水の限界電流領域は、印加電圧をそれ以上上昇させても水の分解電流がほとんど変化しない下限電圧（例えば、１．０Ｖ）以上の領域である。しかしながら、センサセル５１及びポンプセル５２を備えたＳＯｘ検出装置１においてセンサセル５１又はポンプセル５２を用いて被測ガス中の水濃度を算出する場合、以下に説明するような不具合が生じる。
【００４４】
上述したように、酸素ポンピング作用によれば、センサセル５１及びポンプセル５２のような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。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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
したがって、電気化学セルに低い電圧が印加されている場合、陽極から陰極に向かって酸化物イオンが移動することがある。水の限界電流領域内の電圧をポンプセル５２に印加すると、水の分解によって第三電極４３において水素が発生する。このとき、センサセル５１の第二電極（陽極）４２から第一電極（陰極）４１に向かって酸化物イオンが移動していると、被測ガス室３０内で第三電極４３から第一電極４１に移動した水素が酸化物イオンによって酸化されて再び水となる場合がある。この場合、ポンプセル５２の第三電極４３に到達する排気ガス中の水濃度が実際よりも高くなり、ポンプセル５２に流れる電極間電流に基づいて算出された被測ガス中の水濃度が実際よりも高く算出されるおそれがある。
【００４９】
同様に、水の限界電流領域内の電圧をセンサセル５１に印加すると、水の分解によって第一電極４１において水素が発生する。このとき、ポンプセル５２の第四電極（陽極）４４から第三電極（陰極）４３に向かって酸化物イオンが移動していると、被測ガス室３０内で第一電極４１から第三電極４３に移動した水素が酸化物イオンによって酸化されて再び水となる場合がある。この場合、センサセル５１の第一電極４１に到達する排気ガス中の水濃度が実際よりも高くなり、センサセル５１に流れる電極間電流に基づいて算出された被測ガス中の水濃度が実際よりも高く算出されるおそれがある。
【００５０】
本実施形態では、上述したように、被測ガス中の水濃度を算出し、算出された水濃度と、センサセル５１に水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の電圧を印加したときに検出される電極間電流とに基づいて被測ガス中のＳＯｘ濃度を算出する。このため、被測ガス中の水濃度の検出精度が低下すると、被測ガス中のＳＯｘ濃度の検出精度も低下する。
【００５１】
＜水濃度を検出するための制御＞
そこで、本実施形態では、以下のように被測ガス中の水濃度の検出が行われる。被測ガス中の水濃度は、ポンプセル５２又はセンサセル５１を用いて算出される。最初に、ポンプセル５２を用いて被測ガス中の水濃度を検出する方法について説明する。ＥＣＵ８０は、第一電圧印加回路６１を開放し且つ水の限界電流領域内の電圧をポンプセル５２に印加する第一水濃度検出制御を実行する。ＥＣＵ８０は、第一水濃度検出制御が実行されたときに第二電流検出器７２によって検出された電流に基づいて被測ガス中の水濃度を算出する。ＥＣＵ８０は、検出された電流が相対的に大きい場合には、検出された電流が相対的に小さい場合よりも水濃度を高く算出する。
【００５２】
上述した方法では、水の限界電流領域内の電圧がポンプセル５２に印加されている間、センサセル５１に電圧を印加する第一電圧印加回路６１が開放されている。この場合、センサセル５１の第一電極４１と第二電極４２との間で酸化物イオンが移動しない。このため、ポンプセル５２の第三電極４３上で発生した水素がセンサセル５１の第一電極４１に到達したとしても、水素が酸化されないため、水は発生しない。したがって、ポンプセル５２に流れる電極間電流に基づいて被測ガス中の水濃度を精度良く算出することができる。この結果、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。
【００５３】
なお、第一水濃度検出制御では、第二電極４２から第一電極４１に酸化物イオンが移動しない電圧をセンサセル５１に印加し且つ水の限界電流領域内の電圧をポンプセル５２に印加してもよい。この場合、センサセル５１の第二電極４２から第一電極４１に酸化物イオンが移動しない。このため、ポンプセル５２の第三電極４３上で発生した水素がセンサセル５１の第一電極４１に到達したとしても、水素が酸化されないため、水は発生しない。したがって、ポンプセル５２に流れる電極間電流に基づいて被測ガス中の水濃度を精度良く算出することができる。なお、第二電極４２から第一電極４１に酸化物イオンが移動しない電圧は例えば１．０Ｖ以上の電圧である。
【００５４】
次に、センサセル５１を用いて被測ガス中の水濃度を検出する方法について説明する。ＥＣＵ８０は、水の限界電流領域内の電圧をセンサセル５１に印加し且つ第二電圧印加回路７１を開放する第二水濃度検出制御を実行する。水の限界電流領域は、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、１．０Ｖ）以上の領域である。ＥＣＵ８０は、第二水濃度検出制御が実行されたときに第一電流検出器６２によって検出された電流に基づいて被測ガス中の水濃度を算出する。ＥＣＵ８０は、検出された電流が相対的に大きい場合には、検出された電流が相対的に小さい場合よりも水濃度を高く算出する。
【００５５】
上述した方法では、水の限界電流領域内の電圧がセンサセル５１に印加されている間、ポンプセル５２に電圧を印加する第二電圧印加回路７１は開放されている。この場合、ポンプセル５２の第三電極４３と第四電極４４との間で酸化物イオンが移動しない。このため、センサセル５１の第一電極４１上で発生した水素がポンプセル５２の第三電極４３に到達したとしても、水素が酸化されないため、水は発生しない。したがって、センサセル５１に流れる電極間電流に基づいて被測ガス中の水濃度を精度良く算出することができる。この結果、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。
【００５６】
なお、第四電極４４から第三電極４３に酸化物イオンが移動しないようにポンプセル５２に１．０Ｖ以上の電圧を印加した場合、ポンプセル５２に水の限界電流領域内の電圧が印加されることになる。このため、被測ガス中のほぼ全ての水がポンプセル５２において分解される。この結果、ポンプセル５２よりも下流側に位置するセンサセル５１において水が分解されないため、センサセル５１を用いて被測ガス中の水濃度を検出することができない。したがって、センサセル５１を用いて被測ガス中の水濃度を検出する場合、水の限界電流領域内の電圧をセンサセル５１に印加している間、第二電圧印加回路７１を開放させる必要がある。
【００５７】
図５は、ポンプセル５２の印加電圧と、ポンプセル５２に流れる電極間電流との関係を示す図である。図５の例では、被測ガス中の酸素濃度及び水濃度はそれぞれ１０％である。図５からわかるように、水素の分解開始電圧は酸素の分解開始電圧よりも高い。このため、水の限界電流領域内の電圧をポンプセル５２に印加したときに検出される電極間電流は、被測ガス中の水濃度だけでなく被測ガス中の酸素濃度にも応じて変化する。具体的には、被測ガス中の酸素濃度が高くなると、第三電極（陰極）４３上で分解される酸素の量が増えるため、電極間電流が大きくなる。一方、被測ガス中の酸素濃度が低くなると、第三電極４３上で分解される酸素の量が減るため、電極間電流は小さくなる。したがって、本実施形態では、被測ガス中の水濃度を精度良く検出するために、被測ガス中の酸素濃度を算出し、算出された酸素濃度と、水の限界電流領域内の電圧をポンプセル５２に印加したときに検出される電極間電流とに基づいて被測ガス中の水濃度を算出する。
【００５８】
被測ガス中の酸素濃度は例えばポンプセル５２を用いて検出可能である。この場合、ＥＣＵ８０は、水の分解開始電圧未満の電圧をセンサセル５１に印加し且つ酸素の限界電流領域の下限電圧以上であって水及びＳＯｘの分解開始電圧未満の電圧をポンプセル５２に印加する第一酸素濃度検出制御を実行する。酸素の限界電流領域の下限電圧は約０．１Ｖであり、水及びＳＯｘの分解開始電圧は約０．６Ｖである。したがって、ＥＣＵ８０は、第一酸素濃度検出制御において、例えば０．４Ｖの電圧をセンサセル５１及びポンプセル５２に印加する。ＥＣＵ８０は、第一酸素濃度検出制御が実行されたときに第二電流検出器７２によって検出された電流に基づいて被測ガス中の酸素濃度を算出する。ＥＣＵ８０は、検出された電流が相対的に大きい場合には、検出された電流が相対的に小さい場合よりも酸素濃度を高く算出する。
【００５９】
上述したように、センサセル５１の第一電極４１において水の分解によって水素が発生すると、発生した水素がポンプセル５２の第三電極４３上で酸化物イオンによって酸化されて再び水となる場合がある。この場合、第二電流検出器７２によって検出されるポンプセル５２の電極間電流が変動し、被測ガス中の酸素濃度の検出精度が悪化するおそれがある。一方、上述した第一酸素濃度検出制御では、センサセル５１には水の分解開始電圧未満の電圧が印加されている。この場合、センサセル５１において水が分解されないため、センサセル５１の第一電極４１において水素が発生しない。したがって、ポンプセル５２に流れる電極間電流に基づいて被測ガス中の酸素濃度を精度良く算出することができる。なお、第一酸素濃度検出制御において、センサセル５１に電圧を印加する第一電圧印加回路６１を開放してもよい。
【００６０】
また、被測ガス中の酸素濃度は、センサセル５１を用いて検出されてもよい。この場合、ＥＣＵ８０は、酸素の限界電流領域の下限電圧以上であって水及びＳＯｘの分解開始電圧未満の電圧をセンサセル５１に印加し且つ第二電圧印加回路７１を開放する第二酸素濃度検出制御を実行する。ＥＣＵ８０は、第二酸素濃度検出制御において、例えば０．４Ｖの電圧をセンサセル５１に印加する。ＥＣＵ８０は、第二酸素濃度検出制御が実行されたときに第一電流検出器６２によって検出された電流に基づいて被測ガス中の酸素濃度を算出する。ＥＣＵ８０は、検出された電流が相対的に大きい場合には、検出された電流が相対的に小さい場合よりも酸素濃度を高く算出する。なお、被測ガス中の酸素濃度は、センサセル５１及びポンプセル５２を用いることなく、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てもよい。
【００６１】
また、内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサを用いて、排気空燃比が目標空燃比となるように内燃機関の燃焼室に供給される燃料がフィードバック制御されているような場合、排気ガス中の酸素濃度はほぼ一定の値となる。この場合、水の限界電流領域内の電圧をポンプセル５２に印加したときに検出される電極間電流から所定の酸素濃度に対応する電流値を減算することで、水の分解電流を抽出することができる。このため、被測ガス中の水濃度を算出するために、必ずしも被測ガス中の酸素濃度を算出する必要はない。
【００６２】
＜ＳＯｘ濃度算出処理＞
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、本発明におけるＳＯｘ濃度算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ８０によって繰り返し実行される。また、本制御ルーチンは、後述する検出条件判定処理によってＳＯｘ濃度の検出条件が成立していないと判定された場合には強制的に終了される。
【００６３】
最初に、ステップＳ１０１において、被測ガス中のＳＯｘ濃度の検出要求が有るか否かが判定される。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算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算出されたときに消滅してもよい。ステップＳ１０１において被測ガス中のＳＯｘ濃度の検出要求が無いと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ１０１において被測ガス中のＳＯｘ濃度の検出要求が有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。
【００６４】
ステップＳ１０２では、酸素濃度検出制御が実行される。具体的には、水の分解開始電圧未満の電圧をセンサセル５１に印加し且つ酸素の限界電流領域の下限電圧以上であって水及びＳＯｘの分解開始電圧未満の電圧をポンプセル５２に印加する第一酸素濃度検出制御が実行される。第一酸素濃度検出制御では、例えば０．４Ｖの電圧がセンサセル５１及びポンプセル５２に印加される。
【００６５】
次いで、ステップＳ１０３では、第一酸素濃度検出制御が実行されたときに第二電流検出器７２によって検出されたポンプセル５２の電極間電流に基づいて被測ガス中の酸素濃度が算出される。例えば、検出された電流と酸素濃度との関係が示されたマップを用いて酸素濃度が算出される。このマップでは、酸素濃度は、電流が大きいほど高くなるものとして示される。
【００６６】
次いで、ステップＳ１０４では、水濃度検出制御が実行される。具体的には、第一電圧印加回路６１を開放し且つ水の限界電流領域内の電圧をポンプセル５２に印加する第一水濃度検出制御が実行される。第一水濃度検出制御では、例えば１．０Ｖ以上の電圧がポンプセル５２に印加される。なお、第一水濃度検出制御において、第二電極４２から第一電極４１に酸化物イオンが移動しない電圧をセンサセル５１に印加し且つ水の限界電流領域内の電圧をポンプセル５２に印加してもよい。この場合、センサセル５１への印加電圧は例えば１．０Ｖ以上である。
【００６７】
次いで、ステップＳ１０５では、第一水濃度検出制御が実行されたときに第二電流検出器７２によって検出されたポンプセル５２の電極間電流と、ステップＳ１０３において算出された被測ガス中の酸素濃度とに基づいて被測ガス中の水濃度が算出される。ここでは、最初に、検出された電流が酸素濃度に基づいて補正される。具体的には、被測ガス中の酸素濃度に対応する電流が検出された電流から減算された値が補正後の電流値とされる。補正後の電流値は水の分解電流に相当する。次いで、補正後の電流値に基づいて被測ガス中の水濃度が算出される。例えば、補正後の電流値と水濃度との関係が示されたマップを用いて水濃度が算出される。このマップでは、水濃度は、補正後の電流値が大きいほど高くなるものとして示される。
【００６８】
次いで、ステップＳ１０６では、水及びＳＯｘの分解開始電圧以上の電圧をセンサセル５１に印加し且つ酸素の限界電流領域の下限電圧以上であって水及びＳＯｘの分解開始電圧未満の電圧をポンプセル５２に印加するＳＯｘ濃度検出制御が実行される。ＳＯｘ濃度検出制御では、例えば、１．１Ｖの電圧がセンサセル５１に印加され、０．４Ｖの電圧がポンプセル５２に印加される。
【００６９】
次いで、ステップＳ１０７では、ＳＯｘ濃度検出制御が実行されたときに第一電流検出器６２によって検出されたセンサセル５１の電極間電流と、ステップＳ１０５において算出された被測ガス中の水濃度とに基づいて被測ガス中のＳＯｘ濃度が算出される。例えば、検出された電極間電流と、水濃度と、ＳＯｘ濃度との関係が示されたマップを用いてＳＯｘ濃度が算出される。ステップＳ１０７の後、本制御ルーチンは終了する。
【００７０】
なお、ステップＳ１０２の酸素濃度検出制御において、酸素の限界電流領域の下限電圧以上であって水及びＳＯｘの分解開始電圧未満の電圧をセンサセル５１に印加し且つ第二電圧印加回路７１を開放する第二酸素濃度検出制御が実行されてもよい。この場合、ステップＳ１０３において、第二酸素濃度検出制御が実行されたときに第一電流検出器６２によって検出されたセンサセル５１の電極間電流に基づいて被測ガス中の酸素濃度が算出される。
【００７１】
また、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被測ガス中の酸素濃度が検出されてもよい。この場合、ステップＳ１０２が省略され、ステップＳ１０３において空燃比センサの出力に基づいて被測ガス中の酸素濃度が算出される。また、内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサを用いて、排気空燃比が目標空燃比となるように内燃機関の燃焼室に供給される燃料がフィードバック制御されているような場合、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３は省略されてもよい。
【００７２】
また、ステップＳ１０４の水濃度検出制御において、水の限界電流領域内の電圧をセンサセル５１に印加し且つ第二電圧印加回路７１を開放する第二水濃度検出制御が実行されてもよい。この場合、ステップＳ１０５において、第二水濃度検出制御が実行されたときに第一電流検出器６２によって検出されたセンサセル５１の電極間電流に基づいて被測ガス中の水濃度が算出される。
【００７３】
また、本実施形態では、被測ガス中の酸素濃度、水濃度又はＳＯｘ濃度を算出するために、電極間電流に相関する電流相関パラメータとして電極間電流が用いられている。しかしながら、電流相関パラメータとして、電極間電流以外のパラメータが用いられてもよい。電流相関パラメータは例えばセンサセル５１又はポンプセル５２の抵抗値である。電流相関パラメータは、ＳＯｘ検出装置１が備える任意の検出器によって検出されてＥＣＵ８０によって取得される。
【００７４】
＜検出条件判定処理＞
図７は、本発明における検出条件判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、所定の時間間隔でＥＣＵ８０によって繰り返し実行される。本制御ルーチンでは、ＳＯｘ濃度の検出条件が成立しているか否かが判定され、ＳＯｘ濃度の検出条件が成立していないと判定した場合には、前述したＳＯｘ濃度算出処理の制御ルーチンを強制的に終了させる。
【００７５】
最初に、ステップＳ２０１において、センサセル５１及びポンプセル５２が活性状態にあるか否かが判定される。例えば、センサセル５１及びポンプセル５２の温度が活性温度以上である場合、センサセル５１及びポンプセル５２が活性状態にあると判定される。一方、センサセル５１又はポンプセル５２の温度が活性温度未満である場合、センサセル５１又はポンプセル５２が活性状態にないと判定される。センサセル５１及びポンプセル５２の温度はセンサセル５１及びポンプセル５２のインピーダンスに基づいて算出可能である。
【００７６】
ステップＳ２０１においてセンサセル５１又はポンプセル５２が活性状態に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。この場合、センサセル５１及びポンプセル５２を用いて被測ガス中の酸素濃度、水濃度及びＳＯｘ濃度を精度良く算出することができない。このため、ステップＳ２０３では、ＳＯｘ濃度算出処理の制御ルーチンが強制的に終了される。ステップＳ２０３の後、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ２０１においてセンサセル５１及びポンプセル５２が活性状態にあ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。
【００７７】
ステップＳ２０２では、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの空燃比（排気空燃比）が安定しているか否かが判定される。なお、「排気ガスの空燃比（排気空燃比）」は、その排気ガスが生成されるまでに供給された空気の質量に対する燃料の質量の比率を意味する。
【００７８】
ステップＳ２０２における判定は、例えば、排気空燃比の変化量が閾値以下であるか否かを判定することによって行われる。排気空燃比の変化量が閾値以下である場合、排気空燃比が安定していると判定される。一方、排気空燃比の変化量が閾値よりも大きい場合、排気空燃比が安定していないと判定される。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。また、閾値は、実験又は計算によって予め定められ、被測ガス中の酸素濃度、水濃度及びＳＯｘ濃度の所望の算出精度を得ることが可能な排気空燃比の変化量の上限値に対応する値とされる。
【００７９】
ステップＳ２０２において排気空燃比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。この場合、被測ガス中の酸素濃度、水濃度及びＳＯｘ濃度が変動しているため、被測ガス中の酸素濃度、水濃度及びＳＯｘ濃度を精度良く算出することができない。このため、ステップＳ２０３では、ＳＯｘ濃度算出処理の制御ルーチンが強制的に終了される。ステップＳ２０３の後、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ２０２において排気空燃比が安定していると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。
【００８０】
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】
【００８１】
１    ＳＯｘ検出装置
１０、１０’    素子部
１１    第一固体電解質層
１２    第二固体電解質層
１６    拡散律速層
４１    第一電極
４２    第二電極
４３    第三電極
４４    第四電極
５１    センサセル
５２    ポンプセル
６１    第一電圧印加回路
６２    第一電流検出器
７１    第二電圧印加回路
７２    第二電流検出器
８０    電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【図１】
2017146199.tif 000003
【図２】
2017146199.tif 000004
【図３】
2017146199.tif 000005
【図４】
2017146199.tif 000006
【図５】
2017146199.tif 000007
【図６】
2017146199.tif 000008
【図７】
2017146199.tif 000009