JP2017020825A - ガス濃度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】限界電流式ガスセンサを使用して被検ガスとしての排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度をできるだけ精度良く取得（検出）することができるガス濃度検出装置を提供する。
【解決手段】第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃを備える限界電流式ガスセンサにおいて、第１電気化学セル１１Ｃが備える一対の電極の一方（陰極）１１aを、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を分解可能な材料によって構成する。第２電気化学セル１２Ｃの一対の電極の一方（陰極）によるＳＯｘの分解速度を、第１電気化学セルの陰極より遅くする。そして、ＳＯｘ検出時の第１電気化学セル及び第２電気化学セルの出力並びに第１電気化学セルと第２電気化学セルの固有の検出誤差を補正するための補正係数Ｋｍ、Ｋｓを用いて、被検ガス中のＳＯｘ濃度を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）の濃度をより正確に取得することができるガス濃度検出装置に関する。

従来から、空燃比センサの１つとして限界電流式ガスセンサが知られている。限界電流式ガスセンサは、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体と、固体電解質体の表面に固着された一対の電極と、を含む電気化学セルであるポンピングセルを備える。一対の電極の一方は、拡散抵抗部を介して導入される被検ガスとしての内燃機関の排気に曝され、他方は大気に曝されている。上記一方の電極を陰極とし、上記他方の電極を陽極として、これらの一対の電極の間に酸素の分解が始まる電圧（分解開始電圧）以上の電圧を印加すると、被検ガス中に含まれる酸素が還元分解されて酸化物イオン（Ｏ^２−）となる。この酸化物イオンは上記固体電解質体を介して陽極へと伝導されて酸素となり、大気中へと排出される。このような陰極側から陽極側への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。

酸素ポンピング作用に伴う酸化物イオンの伝導により、上記一対の電極の間に電流が流れる。このように一対の電極間に流れる電流は「電極電流」と称される。この電極電流は一対の電極間に印加される電圧（以降、単に「印加電圧」と称される場合がある。）が上昇するほど大きくなる傾向を有する。しかしながら上記一方の電極（陰極）に到達する被検ガスの流量が拡散抵抗部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陰極への酸素の供給速度を超えるようになる。即ち、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。

上記拡散律速状態においては、印加電圧を上昇させても電極電流が増大せず、略一定となる。このような特性は「限界電流特性」と称され、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」と称される。更に、限界電流域における電極電流は「限界電流」と称され、限界電流の大きさ（限界電流値）は陰極への酸素の供給速度に対応する。上記のように陰極に到達する被検ガスの流量が拡散抵抗部によって一定に維持されているので、陰極への酸素の供給速度は被検ガス中に含まれる酸素の濃度に対応する。

従って、空燃比センサとして使用される限界電流式ガスセンサにおいて「限界電流域内の所定の電圧」に印加電圧を設定したときの電極電流（限界電流）は被検ガス中に含まれる酸素の濃度に対応する。このように酸素の限界電流特性を利用して、空燃比センサは被検ガス中に含まれる酸素の濃度を検出し、それに基づいて燃焼室内の混合気の空燃比を取得することができる。

なお、上記のような限界電流特性は酸素ガスのみに限定される特性ではない。具体的には、分子中に酸素原子を含むガス（以降、「含酸素ガス」と称される場合がある。）の中には、印加電圧及び陰極の構成を適切に選択することにより限界電流特性を発現させることができるものがある。このような含酸素ガスの例としては、例えば、硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」と称することがある）、水（以下、「Ｈ_２Ｏ」と称することがある）及び二酸化炭素（以下、「ＣＯ_２」と称することがある）等を挙げることができる。

ところで、内燃機関の燃料（例えば、軽油及びガソリン等）には微量の硫黄（Ｓ）成分が含まれる。特に、粗悪燃料とも称される燃料は、比較的高い含有率にて硫黄成分を含有している場合がある。燃料中の硫黄成分の含有率（以降、単に「硫黄含有率」と称される場合がある。）が高いと、内燃機関の構成部材の劣化及び／又は故障、排気浄化触媒の被毒、排気における白煙の発生等の問題が生じる虞が高まる。そのため、燃料中の硫黄成分の含有率を取得し、取得された硫黄含有率を車両の制御に反映することが望まれている。その一例としては、内燃機関の制御への反映、内燃機関の故障に関する警告制御への反映及び排気浄化触媒の自己故障診断（ＯＢＤ）への反映などが想定されている。

内燃機関の燃料が硫黄成分を含有していると、燃焼室から排出される排気中に硫黄酸化物が含まれる。更に、燃料中の硫黄含有率が高くなるほど、排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度（以降、単に「ＳＯｘ濃度」と称される場合がある。）も高くなる。従って、排気中のＳＯｘ濃度を正確に取得することができれば、取得されたＳＯｘ濃度に基づいて燃料中の硫黄含有率を正確に取得することができると考えられる。

そこで、当該技術分野においては、上述した酸素ポンピング作用を利用する限界電流式ガスセンサによって内燃機関の排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を取得する試みがなされている。具体的には、被検ガスとしての内燃機関の排気が拡散抵抗部を介して導かれる内部空間に陰極が面するように直列に配置された２つのポンピングセルを備える限界電流式ガスセンサ（２セル式の限界電流式ガスセンサ）が使用される。

このセンサにおいては、上流側のポンピングセルの電極間に相対的に低い電圧を印加することにより、上流側のポンピングセルの酸素ポンピング作用によって被検ガス中に含まれる酸素を除去する。

更に、下流側のポンピングセルの電極間に相対的に高い電圧を印加することにより、下流側のポンピングセルによって被検ガス中に含まれる硫黄酸化物を陰極において還元分解させ、その結果として生ずる酸化物イオンを陽極へと伝導する。そして下流側のポンピングセルの電極電流に基づいて、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度が取得される（例えば、特許文献１を参照。）。

特開平１１−１９０７２１号公報

上述したように、酸素ポンピング作用を利用する限界電流式ガスセンサによって、内燃機関の排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を取得する試みがなされている。しかしながら、排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度は極めて低く、硫黄酸化物の分解に起因する電流（分解電流）も極めて小さい。更に、硫黄酸化物以外の含酸素ガス（例えば、水及び二酸化炭素等）に起因する分解電流も電極間に流れ得る。そのため、例えば、排気中の水の濃度が変化すると、硫黄酸化物の濃度を精度よく検出できない。

更に、限界電流式ガスセンサは、製造上の個体差を有し、更には、その出力特性が経時変化する。よって、硫黄酸化物の濃度を精度よく検出するためには、これら個体差及び経時変化に起因する出力値の変化を補償する必要がある。

本発明は上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、限界電流式ガスセンサを使用して被検ガスとしての排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度をできるだけ精度良く取得（検出）することができるガス濃度検出装置を提供することにある。

概して言えば、本発明によるガス濃度検出装置（以下、「本発明装置」と称する。）は、拡散抵抗層を通って内部空間に流入した被検ガス（内燃機関の排気）が接触する「第１電気化学セル（センサセル）及び第２電気化学セル（モニタセル）」を有する。

第１電気化学セル及び第２電気化学セルは、水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときに、被検ガス中に含まれる水を分解させることができる。一方、第２電気化学セルに水の分解開始電圧以上の特定電圧を印加したときの硫黄酸化物の分解速度は、第１電気化学セルに前記特定電圧を印加したときの硫黄酸化物の分解速度よりも低くなるように構成されている。

そして、本発明装置は、第１電気化学セル及び第２電気化学セルに水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときに、第１電気化学セルの電極間に流れる電流値（ＳＯｘ検出用第１検出値）と第２電気化学セルの電極間に流れる電流値（ＳＯｘ検出用第２検出値）とを取得する。そして、第２電気化学セルの電極電流に対応する検出値であるＳＯｘ検出用第２検出値は、水の分解に起因する電流の値を主として含むが、ＳＯｘの分解生成物による影響を実質的に受けない。従って、第１電気化学セルのＳＯｘ検出用第１検出値と第２電気化学セルのＳＯｘ検出用第２検出値との差Δを取得することにより、被検ガス中に含まれる水の濃度変動の影響を低減することができる。換言すると、差ΔはＳＯｘ濃度に対して高い感度を有する。

更に、上述したように、第１及び第２電気化学セルの検出値（電流値）は、個体差及び経時変化に起因した出力誤差を含む。そこで、本発明装置は、先ず内部空間の被検ガスの酸素濃度が特定の一定濃度である場合（例えば、内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態である場合）において、酸素の限界電流域の電圧を第２電気化学セルに印加し、そのときの第２電気化学セルの検出値（検出モニタセル値）に対する予め定められた所定の基準出力値の比をモニタセル補正値（Ｋｍ）として求める。基準出力値は、「設計上基準となる第２電気化学セル」が、内部空間の被検ガスの酸素濃度が特定の一定濃度である場合においてその電気化学セルに酸素の限界電流域の電圧を印加した際に示す検出値である。従って、以降において、ＳＯｘ検出用第２検出値にモニタセル補正値（Ｋｍ）を乗じた値は、第２電気化学セルがあたかも基準となる第２電気化学セルと同じ特性を有する場合に示すＳＯｘ検出用第２検出値と等しくなる。

更に、本発明装置は、内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態である場合に第１及び第２電気化学セルに酸素の限界電流域の下限電圧以上の電圧を印加するか、又は、内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合に第１及び第２電気化学セルに酸素の限界電流域の電圧を印加する。そして、「そのときの第１電気化学セルの検出値」に対する「そのときの第２電気化学セルの検出値と前記モニタセル補正値（Ｋｍ）との積」の比をセンサセル補正値（Ｋｓ）として求める。発明者の実験によれば、この比（即ち、センサセル補正値（Ｋｓ））は、内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合（即ち、燃料噴射中である場合）において第１及び第２電気化学セルに「酸素の限界電流域よりも高い電圧よりも高い電圧（例えば、水の分解開始電圧以上の電圧）」を印加したときの、「第１電気化学セルの検出値」に対する「そのときの第２電気化学セルの検出値と前記モニタセル補正値（Ｋｍ）との積」の比にほぼ等しい。従って、以降において、ＳＯｘ検出用第１検出値にセンサセル補正値（Ｋｓ）を乗じた値は、第２電気化学セルがあたかも基準となる第２電気化学セルと同じ特性を有し、且つ、第１電気化学セルがあたかも基準となる第１電気化学セルと同じ特性を有する場合において得られるＳＯｘ検出用第１検出値と等しくなる。

そして、本発明装置は、前記ＳＯｘ検出用第２検出値と前記モニタセル補正値との積と、前記ＳＯｘ検出用第１検出値と前記センサセル補正値との積と、の差に応じた値に基づいて前記被検ガスの硫黄酸化物の濃度を求める。以上により、本発明装置は、精度良くＳＯｘ濃度を検出することができる。

より具体的に述べると、本発明装置は、第１電気化学セル（１１ｃ）と、第２電気化学セル（１２ｃ）と、緻密体（２１ａ〜２１ｆ）と、拡散抵抗部（３２）と、を備える素子部（１０）を有する。

前記第１電気化学セル（１１ｃ）は、酸化物イオン伝導性を有する第１固体電解質体（１１ｓ）と、前記第１固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第１電極（１１ａ）及び第２電極（１１ｂ）と、を含む。
前記第２電気化学セル（１２ｃ）は、酸化物イオン伝導性を有する第２固体電解質体（１１ｓ）の表面にそれぞれ形成された第３電極（１２ａ）及び第４電極（１２ｂ）と、を含む。

更に、前記素子部（１０）は、前記第１固体電解質体及び前記第２固体電解質体と前記緻密体と前記拡散抵抗部とにより画定される第１内部空間（３１）に前記拡散抵抗部を介して内燃機関の排気が被検ガスとして導入され、前記第１電極及び前記第３電極が前記第１内部空間に露出し且つ前記第２電極及び前記第４電極が前記第１内部空間とは異なる第１別空間（５１）に露出するように構成されている。
第２電極が位置する第１別空間と第４電極が位置する第１別空間は、第１内部空間と異なる空間であれば、互いに同一の空間であっても互いに別の空間であってもよい。

加えて、本発明装置は、
前記第１電極と前記第２電極との間及び前記第３電極と前記第４電極との間に電圧を印加する電圧印加部（６１、６２）と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加したときに前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流値に対応する第１検出値及び前記第３電極と前記第４電極との間に電圧を印加したときに前記第３電極と前記第４電極との間に流れる電流値に対応する第２検出値を取得する取得部（７１、７２、８１）と、
を有する。

前記第１電極は前記第１電極と前記第２電極との間に水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときに前記被検ガス中に含まれる水（Ｈ_２Ｏ）を分解させることが可能となるように構成されている。
前記第３電極は前記第３電極と前記第４電極との間に水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときに、前記被検ガス中に含まれる水（Ｈ_２Ｏ）を分解させることが可能となるように構成されている。

更に、前記第１電極及び前記第３電極は、前記第１電極と前記第２電極との間及び前記第３電極と前記第４電極との間に水の分解開始電圧以上の同一電圧を印加したとき、前記第３電極による硫黄酸化物（ＳＯｘ）の分解速度（モニタセル分解速度）が前記第１電極による硫黄酸化物の分解速度（センサセル分解速度）よりも低くなるように構成されている。具体的には、センサセル分解速度に対してモニタセル分解速度は実質的にゼロと見做せる程度の速度であることが望ましい。

加えて、前記取得部は、
前記第１内部空間の前記被検ガスの酸素濃度が特定の一定濃度であると判定した場合に、前記第３電極と前記第４電極との間に酸素の限界電流域の電圧を印加し、そのときの前記第２検出値である検出モニタセル値に対する予め定められた所定の基準出力値の比をモニタセル補正値（Ｋｍ）として求め（ステップ５３０乃至ステップ５６０）、
前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態である場合に酸素の限界電流域の下限電圧以上の電圧を前記第１電極と前記第２電極との間及び前記第３電極と前記第４電極との間に前記電圧印加部を用いて印加する第１電圧印加制御（ステップ６４０乃至６７０）、及び、前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合に酸素の限界電流域の電圧を前記第１電極と前記第２電極との間及び前記第３電極と前記第４電極との間に前記電圧印加部を用いて印加する第２電圧印加制御（図１０のステップ７３０乃至１０２０）、のうちの少なくとも一方を実行するとともに、
前記第１電圧印加制御及び前記第２電圧印加制御のうちの少なくとも一方が実行されているときの、前記第１検出値に対する、前記第２検出値と前記モニタセル補正値との積の、比をセンサセル補正値（Ｋｓ）として求め（ステップ６８０及びステップ１０３０）、
前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合に、前記第１電極と前記第２電極との間及び前記第３電極と前記第４電極との間に水の分解開始電圧以上の電圧を印加するとともに、そのときの前記第１検出値及び前記第２検出値をそれぞれＳＯｘ検出用第１検出値及びＳＯｘ検出用第２検出値として取得し（図７のステップ７３０乃至ステップ７５０）、
前記ＳＯｘ検出用第２検出値と前記モニタセル補正値との積と、前記ＳＯｘ検出用第１検出値と前記センサセル補正値との積と、の差に応じた値に基づいて前記被検ガスの硫黄酸化物の濃度を求める（ステップ７６０乃至ステップ７８０）。

このように、本発明装置は、モニタセル補正値（Ｋｍ）を酸素濃度が特定の一定濃度の間（例えばフューエルカット運転中）に第２電気化学セルに酸素の限界電流域の電圧を印加して求める。よって、検出モニタセル値は、被検ガスの水及びＳＯｘの濃度の影響を受けず、第２電気化学セルの固有のポンピング機能に応じた値となる。従って、検出モニタセル値に対する基準出力値の比（＝検出モニタセル値／基準出力値）であるモニタセル補正値（Ｋｍ）は、第２電気化学セルの固有の誤差を精度良く反映した値となる。

更に、本発明装置は、前記第１電圧印加制御及び前記第２電圧印加制御のうちの少なくとも一方が実行されているときの、前記第１検出値に対する、前記第２検出値と前記モニタセル補正値との積の、比（＝Ｋｍ・第１検出値／第２検出値）をセンサセル補正値（Ｋｓ）として求める。

更に、前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合に、第１電気化学セルと第２電気化学セルに水の分解開始電圧以上の電圧を印加して、ＳＯｘ検出用第１検出値及びＳＯｘ検出用第２検出値を取得する。

加えて、本発明装置は、ＳＯｘ検出用第２検出値とモニタセル補正値との積と、ＳＯｘ検出用第１検出値とセンサセル補正値との積と、の差（ＳＯｘ濃度検出用パラメータＰ）に応じた値に基づいて被検ガスの硫黄酸化物の濃度を検出している。この差（Ｐ）は、第１及び第２電気化学セルの固有の誤差を補償した値となる。

従って、本発明装置によれば、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度を精度良く検出することができる。更に、本発明装置は、第１電気化学セルと第２電気化学セルの固有の検出誤差を考慮しない場合と比べて、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度を高い精度で検出することができる。

本発明装置は、
前記第１固体電解質体と前記第２固体電解質体とは同一の共通固体電解質体（１１ｓ）であり、
前記素子部は、酸化物イオン伝導性を有する第３固体電解質体（１２ｓ）と、前記第３固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第５電極（１３ａ）及び第６電極（１３ｂ）と、を含む第３電気化学セル（１３ｃ）を備え、
前記第１内部空間（３１）は、前記共通固体電解質体、前記緻密体（２１ｂ）、前記拡散抵抗部（３２）及び前記第３固体電解質により画定され、
前記第５電極が前記第１内部空間に露出し且つ前記第６電極が前記第１内部空間とは異なる第２別空間（５２）に露出するように構成され、
前記電圧印加部（６１〜６３）は、前記第５電極と前記第６電極との間にも電圧を印加するように構成され、
前記第５電極及び前記第６電極は、前記第５電極と前記第６電極との間に酸素の限界電流域の電圧を印加したときに前記第１内部空間から酸素（Ｏ_２）を排出する酸素ポンピング機能を発揮するように構成され、
前記取得部は、
前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態であるとき前記第１内部空間の前記被検ガスの酸素濃度が前記特定の一定濃度であると判定し（ステップ５３０）、
前記モニタセル補正値を求める場合には前記第５電極と前記第６電極との間への前記電圧印加部を用いた電圧の印加を停止して前記酸素ポンピング機能を停止させ、
前記ＳＯｘ検出用第１検出値及び前記ＳＯｘ検出用第２検出値を取得する場合には前記電圧印加部より前記第５電極と前記第６電極との間に酸素の限界電流域の電圧を前記電圧印加部を用いて印加させて前記酸素ポンピング機能を発揮させる、ように構成されてもよい。

このように構成すれば、ＳＯｘ検出用第１検出値及びＳＯｘ検出用第２検出値を取得する際に、仮に被検ガス中に含まれる酸素の濃度が変化しても、第３電気化学セルの酸素ポンピング機能により第１内部空間内の酸素の濃度を一定に保持できる。従って、ＳＯｘ検出用第１検出値及びＳＯｘ検出用第２検出値への酸素濃度の変化が及ぼす影響を有効に低減することができる。
そのため、第３電気化学セルによる酸素ポンピングを実行しない場合と比べて、第１電気化学セル及び第２電気化学セルにより被検ガス中の硫黄酸化物濃度をより精度良く検出することができる。
その一方、モニタセル補正値を求める場合には第３電気化学セルによる酸素ポンピング機能が停止される。従って、第１内部空間には十分な量の酸素が存在している状態において検出モニタセル値が求められるので、モニタセル補正値をより精度よく求めることができる。

前記取得部は、
前記第１電圧印加制御を実行して前記センサセル補正値を求めるとともに、前記第１電圧印加制御の実行中に前記第５電極と前記第６電極との間への前記電圧印加部を用いた電圧の印加を停止して前記酸素ポンピング機能を停止させるように構成されてもよい。

前記取得部は、
前記第１内部空間の前記被検ガスの酸素濃度の所定時間における変化量の最大値と最小値との差の大きさが所定変化量閾値以下であるときに前記第２電圧印加制御を実行して前記センサセル補正値を求める、ように構成されてもよい。

このようにすれば、第２電圧印加制御を実行しながら第１検出値及び第２検出値に基づいてセンサセル補正値（Ｋｓ）を求めるとき、その第１及び第２検出値への酸素濃度の変化が及ぼす影響を低減できる。よって、センサセル補正値（Ｋｓ）をより精度よく求めることが可能になる。

前記取得部は、
前記ＳＯｘ検出用第２検出値と前記モニタセル補正値との積（Ｉｍｃ）と、前記ＳＯｘ検出用第１検出値と前記センサセル補正値との積（Ｉｓｃ）と、の差（Ｐ）及び前記ＳＯｘ検出用第２検出値と前記モニタセル補正値との積（Ｉｍｃ）を引数とするルックアップテーブル（２次元マップ）に基づいて記被検ガスの硫黄酸化物の濃度を求めるように構成されてもよい（ステップ７６０乃至ステップ７８０）。

このようにすれば、排気ガス中の水の濃度の影響を受けることなく、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度を精度良く検出することができる。

前記第１電極及び前記第３電極は白金（Ｐｔ）を含み、
前記第１電極が前記第３電極よりもロジウム（Ｒｈ）及びパラジウム（Ｐｄ）のうちの少なくとも１つをより多く含むように構成されてもよい。

ロジウム（Ｒｈ）及びパラジウム（Ｐｄ）はＳＯｘを分解でき、白金（Ｐｔ）はＳＯｘを分解できない。従って、第１電極のＳＯｘ分解速度を第３電極のＳＯｘ分解速度より簡単に大きくできる。

なお、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は前記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。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係るガス濃度検出装置が備える素子部の構成の一例を示す模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢線に沿う断面図である。 第１電気化学セルを構成する第１電極と第２電極との間に印加される電圧（印加電圧）Ｖｍ１と、これらの電極間に流れる電極電流Ｉｍ１との関係を示す模式的なグラフである。 第１電気化学セルに対する印加電圧Ｖｍ１が１．０Ｖであるときの電極電流Ｉｍ１の大きさと被検ガス中に含まれる二酸化硫黄（ＳＯ_２）の濃度との関係を示す模式的なグラフである。 被検ガスにＳＯｘが含まれていない場合に第１電気化学セル及び第２電気化学セルに水の分解開始電圧以上の同一電圧を印加したときの、水の濃度と電極電流の関係を示す模式的なグラフである。 補正係数（モニタセル補正値）Ｋｍの取得処理ルーチンを示すフローチャートである。 補正係数Ｋｓ（センサセル補正値）の取得処理ルーチンを示すフローチャートである。 補正係数Ｋｍ、Ｋｓを利用した硫黄酸化物の濃度算出処理ルーチンを示すフローチャートである。 ＳＯｘ濃度算出用２次元マップを示す図である。 水の濃度とＳＯｘ濃度検出用パラメータ及び補正第２検出値との関係を示す模式的なグラフである。 本発明の第２実施形態に係る補正係数Ｋｓの取得処理ルーチンを示すフローチャートである。

１．第１実施形態
（構成）
以下、図１乃至図９を参照しながら本発明の第１実施形態に係るガス濃度検出装置（以下、「第１検出装置」と称される場合がある。）について説明する。第１検出装置は、図示を省略した「車両に搭載された内燃機関の排気管」を通るガス中の硫黄酸化物濃度を検出する装置である。

第１検出装置は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、素子部１０を備える。素子部１０は、ポンピングセルである第１電気化学セル１１ｃと、第１電気化学セル１１ｃの近傍に併設されたポンピングセルである第２電気化学セル１２ｃと、を備えている。

素子部１０は、固体電解質体１１ｓ、固体電解質体１２ｓ、第１アルミナ層２１ａ、第２アルミナ層２１ｂ、第３アルミナ層２１ｃ、第４アルミナ層２１ｄ、第５アルミナ層２１ｅ及び第６アルミナ層２１ｆ、拡散抵抗部（拡散律速層）３２並びにヒータ４１を備える。固体電解質体１１ｓは、場合により、第１固体電解質体又は第２固体電解質体と称され、固体電解質体１２ｓは第３固体電解質体と称される。

固体電解質体１１ｓは、ジルコニア等を含む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１１ｓ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。
固体電解質体１２ｓもまた、ジルコニア等を含む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１２ｓ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。

第１乃至第６アルミナ層２１ａ乃至２１ｆのそれぞれは、アルミナを含みかつガスを透過させない程度に緻密な層（緻密体）である。
拡散抵抗部３２は多孔質の拡散律速層である。即ち、拡散抵抗部３２はガス透過性の層（薄板体）である。
ヒータ４１は、例えば、白金（Ｐｔ）とセラミックス（例えば、アルミナ等）とを有する薄板状のサーメットであり、後述するＥＣＵ８１による制御によって図示しない電源の電力が通電されることにより発熱する。

素子部１０の各層は、下方から、第５アルミナ層２１ｅ、第４アルミナ層２１ｄ、第３アルミナ層２１ｃ、固体電解質体１１ｓ、拡散抵抗部３２及び第２アルミナ層２１ｂ、固体電解質体１２ｓ、第６アルミナ層２１ｆ並びに第１アルミナ層２１ａの順に積層されている。

第１内部空間３１は、固体電解質体１１ｓ、拡散抵抗部３２、第２アルミナ層２１ｂ及び固体電解質体１２ｓによって形成される空間である。第１内部空間３１の中には、拡散抵抗部３２を介して内燃機関の排気が被検ガスとして導入されるようになっている。即ち、第１内部空間３１は拡散抵抗部３２を介して内燃機関の排気管の内部と連通している。

固体電解質体１１ｓ、第３アルミナ層２１ｃ及び第４アルミナ層２１ｄによって第１大気導入路５１が形成されている。第１大気導入路５１は、排気管の外部の大気と連通している。なお、第１大気導入路５１は、第１別空間に該当する。

固体電解質体１２ｓ、第６アルミナ層２１ｆ及び第１アルミナ層２１ａによって第２大気導入路５２が画定されている。第２大気導入路５２は、排気管の外部の大気と連通している。なお、第２大気導入路５２は、第２別空間に該当する。

第１電気化学セル１１ｃは、固体電解質体１１ｓと、第１電極１１ａと、第２電極１１ｂと、を備えている。第１電気化学セル１１ｃは、ヒータ４１により活性化温度まで加熱される。
陰極である第１電極１１ａは、固体電解質体１１ｓの一方の側の表面（具体的には、第１内部空間３１を画定する固体電解質体１１ｓの表面）に固着されている。第１電極１１ａは、白金（Ｐｔ）とロジウム（Ｒｈ）との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極である。第１電極１１ａはパラジウム（Ｐｄ）を含んでいてもよい。
陽極である第２電極１１ｂは、固体電解質体１１ｓを挟んで第１電極１１ａに対向するように、固体電解質体１１ｓの他方の側の表面（具体的には、第１大気導入路５１を画定する固体電解質体１１ｓの表面）に固着されている。第２電極１１ｂ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。第２電極１１ｂは、ロジウム（Ｒｈ）とパラジウム（Ｐｄ）のいずれも含んでいない。

固体電解質体１１ｓ、固体電解質体１２ｓ及び第１乃至第６アルミナ層２１ａ〜２１ｆの各層は、例えばドクターブレード法、押し出し成形法等により、シート状に成形することができる。第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂ並びに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することができる。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、上記構造を有する素子部１０を一体的に製造することができる。

第１検出装置は、更に、電源６１、電流計７１及びＥＣＵ８１（電子制御ユニット、コントローラ）を備える。電源６１及び電流計７１はＥＣＵ８１に接続されている。
電源６１は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に第２電極１１ｂの電位が第１電極１１ａの電位よりも高くなるように所定の電圧を印加できるようになっている。電源６１の作動はＥＣＵ８１により制御される。
電流計７１は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に流れる電流（従って、第１電気化学セル１１ｃの固体電解質体１１ｓを流れる電流）である電極電流の大きさを計測する。

ＥＣＵ８１は、ＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム及びマップ等を記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ並びにバックアップＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータである（何れも図示せず）。周知のようにバックアップＲＡＭは、車両が運転を停止している間も記憶したデータを保存し続ける。ＥＣＵ８１は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に印加される印加電圧Ｖｍ１を電源６１を用いて制御することができる。更に、電流計７１は第１電気化学セル１１ｃを流れる電極電流Ｉｍ１を取得し、取得した情報をＥＣＵ８１へ出力する。即ち、電流計７１及びＥＣＵ８１は取得部を構成している。

更に、ＥＣＵ８１は、内燃機関の図示しないアクチュエータ（燃料噴射弁、スロットル弁及びＥＧＲ弁等）に接続されている。ＥＣＵ８１は、これらのアクチュエータに駆動（指示）信号を送出し、内燃機関を制御するようになっている。

第２電気化学セル１２ｃは、第１電気化学セル１１ｃと共有の固体電解質体１１ｓと、固体電解質体１１ｓの表面に設けられた一対の電極である第３電極１２ａ及び第４電極１２ｂと、を有する。第２電気化学セル１２ｃも、ヒータ４１により活性化温度まで加熱される。

陰極である第３電極１２ａは第１内部空間３１に面するように配設されている。第３電極１２ａは第１電極１１ａの近傍に設けられている。即ち、第１内部空間３１に被検ガスが到達するとき、第１電極１１ａに接触する被検ガス及び第３電極１２ａに接触する被検ガスのそれぞれに含まれる酸素、水及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）の濃度は互いに等しい。第３電極１２ａは、白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極である。第３電極１２ａは、ロジウム（Ｒｈ）とパラジウム（Ｐｄ）のいずれも含んでいない。
なお、第３電極１２ａを、ロジウム（Ｒｈ）とパラジウム（Ｐｄ）のいずれか一つを含有するように構成してもよいが、その場合は第１電極１１ａよりも含有量を少なくする。但し、第３電極１２ａは、ロジウム（Ｒｈ）とパラジウム（Ｐｄ）のいずれも含まない方が好ましい。

陽極である第４電極１２ｂは、固体電解質体１１ｓを挟んで第３電極１２ａに対向するように、第１大気導入路５１に面するように配設されている。第４電極１２ｂ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。第４電極１２ｂは、ロジウム（Ｒｈ）とパラジウム（Ｐｄ）のいずれも含んでいない。

第３電極１２ａは、「第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に印加される電圧であって水の分解開始電圧以上の電圧」が「第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に印加される電圧」と等しい場合であっても、第１電極１１ａと比較して、ＳＯｘの分解速度が極めて低くなるように作製されている。具体的には、第３電極１２ａにおいてＳＯｘが分解される速度は実質的に０（ゼロ）である。

第１検出装置は、更に、何れもがＥＣＵ８１に接続されている「電源６２及び電流計７２」を備える。
電源６２は、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に、第４電極１２ｂの電位が第３電極１２ａの電位よりも高くなるように所定の電圧を印加できるようになっている。電源６２の作動はＥＣＵ８１により制御される。
電流計７２は、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に流れる電流（従って、第２電気化学セル１２ｃの固体電解質体１１ｓを流れる電流）である電極電流を計測する。
ＥＣＵ８１は、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に印加される印加電圧Ｖｍ２を電源６２を用いて制御することができる。更に、電流計７２は第２電気化学セル１２ｃを流れる電極電流Ｉｍ２を取得し、取得した情報をＥＣＵ８１へ出力する。
即ち、電流計７２及びＥＣＵ８１は取得部を構成している。

図１（ａ）に示すように、素子部１０は、「第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃ」の上流側（拡散抵抗部３２側）に配設されたポンピングセルである第３電気化学セル１３ｃを更に備える。換言すると、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃは、第３電気化学セル１３ｃから同じ距離だけ下流側に離れた位置に配設されている。後述するように、第３電気化学セル１３ｃは酸素ポンピング機能（作用）を発揮することにより第１空間３１内の酸素を大気中に排出する。

第３電気化学セル１３ｃは、固体電解質体１２ｓと、第５電極１３ａと、第６電極１３ｂと、を備えている。第３電気化学セル１３ｃも、ヒータ４１により活性化温度まで加熱される。
第５電極１３ａは、固体電解質体１２ｓの一方の側の表面（具体的には、第１内部空間３１を画定する固体電解質体１２ｓの表面）に固着されている。第５電極１３ａは、第１電極１１ａ及び第３電極１２ａよりも拡散抵抗部３２により近い位置に配設されている。第５電極１３ａ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。第５電極１３ａは、ロジウム（Ｒｈ）とパラジウム（Ｐｄ）のいずれも含んでいない。
第６電極１３ｂは、固体電解質体１２ｓを挟んで第５電極１３ａに対向するように、固体電解質体１２ｓの他方の側の表面（具体的には、第２大気導入路５２を画定する固体電解質体１２ｓの表面）に固着されている。第６電極１３ｂもまた、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。第６電極１３ｂは、ロジウム（Ｒｈ）とパラジウム（Ｐｄ）のいずれも含んでいない。

第１検出装置は、更に、何れもがＥＣＵ８１に接続されている「電源６３及び電流計７３」を備える。
電源６３は、第５電極１３ａと第６電極１３ｂとの間に、第５電極１３ａ及び第６電極１３ｂのうちの何れか一方が他方に対して高い電位を有するように電圧を印加できるようになっている。電源６３の作動はＥＣＵ８１により制御される。即ち、ＥＣＵ８１は、第５電極１３ａ及び第６電極１３ｂに印加される印加電圧Ｖｍ３を制御することができる。
電流計７３は、第５電極１３ａと第６電極１３ｂとの間に流れる電流（従って、第３電気化学セル１２ｃの固体電解質体１２ｓを流れる電流）である電極電流Ｉｍ３を計測して、その計測値をＥＣＵ８１に出力するようになっている。
即ち、電流計７３及びＥＣＵ８１は取得部を構成している。

＜第１電気化学セル１１ｃの作用＞
続いて第１電気化学セル１１ｃの作用について説明する。
第１電気化学セル１１ｃにおいて、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に、第２電極１１ｂの電位が第１電極１１ａの電位よりも高くなるように水の分解開始電圧以上の電圧（例えば１．０Ｖ）が印加される。これにより、被検ガス中に含まれる水のみならず、被検ガス中に含まれるＳＯｘも第１電極１１ａにおいて分解され、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に電極電流が流れる。ＳＯｘの分解生成物（例えば、硫黄又は硫黄化合物）は第１電極１１ａに吸着し、このＳＯｘの分解生成物が水の分解に寄与することができる第１電極１１ａの面積を減少させると考えられる。そして、この第１電極１１ａに吸着するＳＯｘの分解生成物はある割合で第１電極１１ａから離脱する。その結果、第１電極１１ａに吸着しているＳＯｘの分解生成物の量は、被検ガスに含まれるＳＯｘの濃度が高いほど多くなる。そのため、酸素及び水の濃度が一定である場合、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときの第１電気化学セル１１ｃの電極電流Ｉｍ１は、被検ガス中に含まれるＳＯｘの濃度に応じて変化する（ＳＯｘの濃度が高いほど電極電流Ｉｍ１は小さくなる。）。なお、第１電気化学セル１１に電圧が印加されたときの電極電流Ｉｍ１の値を、以下「第１検出値」と称する場合がある。

ここで、第１電気化学セル１１ｃの第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に印加される電圧（印加電圧Ｖｍ１）と第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間を流れる電流（電極電流Ｉｍ１）との関係について更に具体的に説明する。

図２は、第１電気化学セル１１ｃに対する印加電圧Ｖｍ１を徐々に上昇させた（昇圧スイープした）ときの印加電圧Ｖｍ１と電極電流Ｉｍ１との関係を示す模式的なグラフである。なお、この例においては、被検ガス中に含まれるＳＯｘとしての二酸化硫黄（ＳＯ_２）の濃度がそれぞれ０、１００、３００及び５００ｐｐｍである異なる４種の被検ガスを使用した。但し、被検ガス中に含まれる酸素及び水の濃度は何れの被検ガスにおいても一定に維持されている。更に、この例においては、酸素の限界電流値を０（ゼロ）μＡとして表示した。

先ず、実線の曲線Ｌ１は、被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度が０（ゼロ）ｐｐｍである場合における印加電圧Ｖｍ１と電極電流Ｉｍ１との関係を示している。印加電圧Ｖｍが約０．２Ｖ未満である領域においては、印加電圧Ｖｍ１の増大に伴い、電極電流Ｉｍ１もまた増大している。この領域においては、印加電圧Ｖｍ１の増大に伴って第１電極１１ａ（陰極）における酸素の分解速度もまた増大している。しかしながら、印加電圧Ｖｍ１が約０．２Ｖ以上である領域においては、印加電圧Ｖｍ１が増大しても電極電流Ｉｍ１は殆ど増大せず、略一定となっている。即ち、前述した酸素の限界電流特性が発現している。その後、印加電圧Ｖｍ１が約０．６Ｖ以上となると、電極電流Ｉｍ１が再び増大し始める。この電極電流Ｉｍ１の増大は、第１電極１１ａにおける水の分解が始まったことに起因する。その後、電極電流Ｉｍ１は印加電圧Ｖｍ１が０．６Ｖ以上の範囲において大きくなる程大きくなる。

次に、点線の曲線Ｌ２は、被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度が１００ｐｐｍである場合における印加電圧Ｖｍ１と電極電流Ｉｍ１との関係を示している。この場合も、印加電圧Ｖｍ１が第１電極１１ａにおける水の分解が始まる電圧（分解開始電圧）（約０．６Ｖ）未満であるときには、印加電圧Ｖｍ１と電極電流Ｉｍ１との関係は曲線Ｌ１と同様である。しかしながら、印加電圧Ｖｍ１が水の分解開始電圧（約０．６Ｖ）以上であるときには、曲線Ｌ２により示される電極電流Ｉｍ１は曲線Ｌ１により示される電極電流Ｉｍ１よりも小さい。即ち、水の分解開始電圧以上の電圧が印加されたとき、曲線Ｌ２により示される電極電流Ｉｍ１の印加電圧Ｖｍ１に対する増加率は、曲線Ｌ１により示される電極電流Ｉｍ１の印加電圧Ｖｍ１に対する増加率よりも小さい（傾きが小さい）。

更に、一点鎖線及び破線によって表される曲線Ｌ３及びＬ４は、被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度がそれぞれ３００ｐｐｍ及び５００ｐｐｍである場合における印加電圧Ｖｍ１と電極電流Ｉｍ１との関係を示している。これらの場合もまた、印加電圧Ｖｍ１が第１電極１１ａにおける水の分解開始電圧（約０．６Ｖ）未満であるときには、印加電圧Ｖｍ１と電極電流Ｉｍ１との関係は曲線Ｌ１により示されたそれらの関係と同様である。しかしながら、印加電圧Ｖｍ１が第１電極１１ａにおける水の分解開始電圧（約０．６Ｖ）以上であるときには、被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度が高いほど電極電流Ｉｍ１が小さくなる。即ち、水の分解開始電圧以上の電圧が印加されたとき、曲線Ｌ４により示される電極電流Ｉｍ１の印加電圧Ｖｍ１に対する増加率は、曲線Ｌ３により示される電極電流Ｉｍ１の印加電圧Ｖｍ１に対する増加率よりも小さい（傾きが小さい）。更に、曲線Ｌ３により示される電極電流Ｉｍ１の印加電圧Ｖｍ１に対する増加率は、曲線Ｌ２により示される電極電流Ｉｍ１の印加電圧Ｖｍ１に対する増加率よりも小さい（傾きが小さい）。

以上のように、印加電圧Ｖｍ１が第１電極１１ａにおける水の分解開始電圧以上であるときの電極電流Ｉｍ１の大きさは、被検ガス中に含まれるＳＯｘとしての二酸化硫黄の濃度に応じて変化する。例えば、図２に示したグラフにおける印加電圧Ｖｍ１が１．０Ｖであるときの曲線Ｌ１乃至Ｌ４により示された電極電流Ｉｍ１の大きさを被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度に対してプロットすると、図３に示したグラフが得られる。図３において点線の曲線によって表されているように、水の分解開始電圧以上の特定の電圧である印加電圧Ｖｍ１（この場合は１．０Ｖ）に対する電極電流Ｉｍ１の大きさは、被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度に応じて変化する（二酸化硫黄の濃度が高いほど小さくなる。）。従って、印加電圧Ｖｍ１を水の分解開始電圧以上の電圧に設定したときの電極電流Ｉｍ１を取得すれば、被検ガス中に含まれる酸素及び水の濃度が既知である場合、その電極電流Ｉｍ１（即ち、第１検出値）に基づいてＳＯｘの濃度を取得することができる。
従って、第１検出装置は、酸素濃度及び水の濃度が一定であれば、第１電気化学セル１１ｃの第１検出値のみに基づいて被検ガス中に含まれるＳＯｘの濃度を検出可能である。このように第１電気化学セル１１ｃは、被検ガス中に含まれるＳＯｘの濃度を取得するセンサとして使用されるので、「センサセル」と称される場合がある。

なお、図２に示されているグラフの横軸に示されている印加電圧Ｖｍ１、縦軸に示されている電極電流Ｉｍ１及び上記説明において述べられている印加電圧Ｖｍ１等の個々の具体的な値は、実験の条件（例えば、被検ガス中に含まれる各種成分の濃度、電極組成、電極面積等）によって変動することがある。

＜第２電気化学セル１２ｃの作用＞
続いて第２電気化学セル１２ｃの作用について説明する。
上述のように第１電気化学セル１１ｃのみによっても、被検ガス中に含まれるＳＯｘの濃度を検出できる。しかし第１電気化学セル１１ｃの検出結果に加えて第２電気化学セル１２ｃの検出結果を利用すれば、以下に述べるように、被検ガス中のＳＯｘの濃度をより精度良く検出することができる。

上述しように第２電気化学セル１２ｃは、第１電気化学セル１１ｃに対する印加電圧と同値である水の分解開始電圧以上の印加電圧（例えば１．０Ｖ）が印加されたとき、被検ガス中に含まれるＳＯｘを第１電気化学セル１１ｃよりも極めて低い速度で分解する。具体的には、第３電極１２ａにおいてＳＯｘが分解される速度（第２分解速度、モニタセル分解速度）は、第１電極１１ａにおいてＳＯｘが分解される速度（第１分解速度、センサセル分解速度）よりも極めて低く、実質的に０（ゼロ）である。即ち、第２電気化学セル１２ｃの電極電流に対応する検出値である第２検出値は、水の分解に起因する電流の値を主として含むが、ＳＯｘの分解生成物による影響を受けない。従って、第１電気化学セル１１ｃの電極電流に対応する第１検出値と第２電気化学セル１２ｃの電極電流に対応する第２検出値との差Δを取得することにより、被検ガス中に含まれる水の濃度変動の影響を低減することができる。換言すると、差ΔはＳＯｘ濃度に対して高い感度を有する。従って、第２電気化学セル１２ｃは水の濃度を監視する機能を有するので、「モニタセル１２ｃ」と称される場合がある。

以上から理解されるように、第１検出装置は、原理的には以下に述べるステップを実施することにより、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃを利用して被検ガス中に含まれるＳＯｘの濃度を検出する。
（１）第１検出装置は、印加電圧Ｖｍ１（第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間の電圧）及び第２印加電圧Ｖｍ２（第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間の電圧）を水の分解開始電圧以上の電圧に設定する。なお、印加電圧Ｖｍ１と印加電圧Ｖｍ２とは互いに等しいことが望ましい。
（２）第１検出装置は、このときの第１電気化学セル１１ｃの電極電流Ｉｍ１（第１検出値）と、第２電気化学セル１２ｃの電極電流Ｉｍ２（第２検出値）と、の差Δ（Δ＝Ｉｍ２−Ｉｍ１）をＥＣＵ８１によって取得する。この差Δは、ＳＯｘ濃度検出用パラメータとも称される場合がある。なお、実際には、後述するように電極電流Ｉｍ１及びＩｍ２はそれぞれ補正された後、差Δが求められる。
（３）第１検出装置は、この差Δと予め記憶しておいた「差ΔとＳＯｘ濃度の相関関係を示すデータ」との関係に基づいて被検ガス中に含まれるＳＯｘの濃度を検出する。なお、実際には、第１検出装置は差Δ及び電極電流Ｉｍ２を用いてＳＯｘ濃度を検出する。

この検出方法によれば、被検ガス中に含まれる水の濃度変動の影響を低減することができるので、第１電気化学セル１１ｃのみを利用する場合に比べ、被検ガス中のＳＯｘの濃度をより精度良く検出することができる。但し、後述するように、第１検出値及び第２検出値は個体差による影響を低減するように補正され、それらの補正された値（補正第１検出値及び補正第２検出値）に基づいてＳＯｘ濃度が検出されるのが好ましい。

＜第３電気化学セル１３ｃの作用＞
続いて第３電気化学セル１３ｃの作用について説明する。
内燃機関から排出される排気中に含まれる酸素の濃度は、例えば、当該内燃機関の燃焼室において燃焼される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）に応じて様々に変化する。被検ガス中に含まれる酸素の濃度が変化すると、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃが備える電極間に流れる電流の大きさも変化する。被検ガスは内燃機関の排気であるので酸素濃度の変動はＳＯｘ濃度の変動に比べて極めて大きい。従って、酸素濃度の変動は、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃを用いたＳＯｘ濃度の検出精度を大きく低下させる虞がある。そこで、第１検出装置は、ＳＯｘ濃度を検出する際、第３電気化学セル１３ｃの酸素ポンピング作用を用いて、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに到達する酸素の濃度を極めて小さい濃度（実質的にゼロ）にする。第３電気化学セル１３ｃは「酸素ポンピングセル」と称される場合がある。

より具体的には、第１検出装置においては、第３電気化学セル１３ｃの第５電極１３ａと第６電極１３ｂとの間に、第５電極１３ａ及び第６電極１３ｂがそれぞれ陰極及び陽極となるように、酸素の限界電流流域の電圧を印加する。これにより第１内部空間３１から第２大気導入路５２へと酸素が排出される。その結果、被検ガス中に含まれる酸素の濃度が変化しても、第３電気化学セル１３ｃにより第１内部空間３１から酸素を排出することによって、第１内部空間３１内の酸素の濃度を低くしかつ一定に保持できる。本実施形態では、第３電気化学セル１３ｃによって第１内部空間３１内の酸素の濃度を概ね０（ゼロ）ｐｐｍに調整する。

従って、第１検出装置は、「被検ガス中に含まれる酸素の濃度が、第１検出値及び第２検出値へ及ぼす影響」を低減することができる。その結果、第３電気化学セル１３ｃによる酸素ポンピングを実行しない場合と比べて、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃを用いて、被検ガス中のＳＯｘ濃度をより精度良く検出することができる。

なお、第１電気化学セル１１ｃ、第２電気化学セル１２ｃ及び第３電気化学セル１３ｃは空燃比センサとしても利用することができる。即ち、何れか１つの電気化学セルの電極間に酸素の限界電流域に該当する電圧を印加し、そのときの電極電流に対応する検出値に基づいて内燃機関の排気中に含まれる酸素の濃度を検出できる。そして検出された排気中の酸素濃度に基づいて、内燃機関の燃焼室における混合気の空燃比を検出することができる。第１検出装置は、第３電気化学セル１３ｃを空燃比センサとして利用する。

＜第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃの個体差の補正＞
ところで、上述したように、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃの検出結果（第１検出値及び第２検出値）を利用すれば、理論上は、被検ガス中のＳＯｘの濃度を高精度に検出できるはずである。しかし、第１電気化学セル１１ｃ及び／又は第２電気化学セル１２ｃは、製造上の個体差を有し、更には、出力特性が経時変化する。従って、第１電気化学セル１１ｃ及び／又は第２電気化学セル１２ｃの固有の検出誤差が大きい場合、当然ながら被検ガス中のＳＯｘの濃度を高精度に検出することはできない。そこで、第１検出装置は、以下の方法によって、第１電気化学セル１１ｃ固有の検出誤差及び第２電気化学セル１２ｃ固有の検出誤差をそれぞれ補正する。

＜＜第２電気化学セル固有の検出誤差の補正係数Ｋｍの算出＞＞
まず、第２電気化学セル（モニタセル）１２ｃの固有の検出誤差の補正方法について説明する。以下において、「第２電気化学セル１２ｃの固有の検出誤差」とは、第２電気化学セル１２ｃの検出値と基準電気化学セルの検出値との差を意味する。基準電気化学セルは、例えば、第２電気化学セル１２ｃと同一仕様でありかつこの仕様の電気化学セルとしての標準性能を発揮可能な電気化学セルである。即ち、例えば、「設計値通りに製造され且つ設計上期待される設計中央出力特性を有する第２電気化学セル１２ｃ」と同一仕様の電気化学セルが基準電気化学セルとして利用される。

そして、同じ被検ガス中に配置された「基準電気化学セル及び第２電気化学セル１２ｃ」に同一電圧を印加したときの、両者の電極電流（検出値）の差が「第２電気化学セル１２ｃ固有の検出誤差」である。第１検出装置は、この検出誤差がなくなるように、第２電気化学セル１２ｃの第２検出値を補正するための補正係数（モニタセル補正値）Ｋｍを以下のようにして求める。なお、以降、基準電気化学セルの検出値と比較されるときの第２電気化学セル１２ｃの検出値（第２検出値）を「検出モニタセル値」と称し、基準電気化学セルの電極電流に対応する検出値を「基準セル値」と称する。

第１検出装置は、内燃機関の運転状態がフューエルカット（以下、「Ｆ／Ｃ」と称する）運転状態にあるとき、第２電気化学セル１２ｃに対する印加電圧Ｖｍ２を「酸素の限界電流域内の特定電圧Ｖｍｓ（例えば、０．４Ｖ）」に設定した上で検出モニタセル値Ｉｍ２を取得する。大気の酸素濃度は約２０パーセントであるから、内燃機関の運転状態がＦ／Ｃ状態にある場合、第１内部空間３１内の被検ガスの酸素濃度も約２０パーセントに（即ち、特定の一定濃度）保持される。一方、印加電圧Ｖｍｓは「酸素の限界電流域内の電圧」であるから、水の分解開始電圧よりも小さい。よって、検出モニタセル値Ｉｍ２は、大気の水の濃度に影響を受けず、大気の酸素濃度に対する限界電流値となる。なお、第２電気化学セル１２ｃの温度は所定の特定活性温度に維持しておく。

一方、基準セル値Ｉｓｔを以下の方法によって予め所得し、第１検出装置のＥＣＵ８１内のＲＯＭに記憶させておく。即ち、内燃機関の排気管に「基準電気化学セルを有する素子部１０」を配設する。更に、基準電気化学セルの温度を上記特定活性温度に維持した状態において、内燃機関の運転状態をＦ／Ｃ運転状態に設定する。そして、その基準電気化学セルに対する印加電圧を上記「酸素の限界電流域内の特定電圧Ｖｍｓ」に設定した上で基準セル値Ｉｓｔを取得する。基準セル値Ｉｓｔは、検出モニタセル値Ｉｍ２と同様、大気の水の濃度に影響を受けず、大気の酸素濃度に対する限界電流値となる。

よって、検出モニタセル値Ｉｍ２と基準セル値Ｉｓｔとの差Ｄ１は、「第２電気化学セル１２ｃ固有の検出誤差」に応じた値となる。そこで、第１検出装置は、下記の（１）式を満足する補正係数Ｋｍを求める。補正係数Ｋｍは「モニタセル補正値」とも称される。

（検出モニタセル値Ｉｍ２）・Ｋｍ＝基準セル値Ｉｓｔ ・・・（１）

第１検出装置は、ＳＯｘ濃度検出時において、第２検出値に補正係数Ｋｍを乗じた値を補正第２検出値として取得する。第１検出装置は、この補正第２検出値を用いてＳＯｘ濃度を検出する。補正第２検出値は、第２電気化学セル１２ｃが基準電気化学セルと同じ特性を有する場合に得られる第２検出値と実質的に等しくなる。

＜＜第１電気化学セル固有の検出誤差の補正係数Ｋｓの算出＞＞
次に、第１電気化学セル（センサセル）１１ｃ固有の検出誤差の補正方法について説明する。

第１検出装置は、補正係数Ｋｍを取得した後、内燃機関の運転状態がＦ／Ｃ運転状態にあるとき、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに「水の分解開始電圧以上の同一電圧（例えば１．０Ｖ）」を印加する。この電圧制御は、便宜上「第１電圧印加制御」と称される。

第１検出装置は、この状態において、第１電気化学セル１１ｃの電極電流に対応する第１検出値Ｉｍ１と、第２電気化学セル１２ｃの電極電流に対応する第２検出値Ｉｍ２と、を取得する。なお、以降において、このときの第１電気化学セル１１ｃの第１検出値Ｉｍ１を「Ｋｓ算出用センサセル値Ｉｓｋｓ」と称し、第２電気化学セル１２ｃの第２検出値Ｉｍ２を「Ｋｓ算出用モニタセル値Ｉｍｋｓ」と称する場合がある。そして、第１検出装置は、下記の（２）式を満足する補正係数（センサセル補正値）Ｋｓを求める。

Ｉｍｋｓ・Ｋｍ＝Ｉｓｋｓ・Ｋｓ ・・・（２）

第１検出装置は、ＳＯｘ濃度検出時において、第１検出値に補正係数Ｋｓを乗じることにより補正第１検出値を取得する。この補正第１検出値は、第２電気化学セル１２ｃ（モニタセル）が基準電気化学セルであり、且つ、第１電気化学セル（センサセル）１１ｃがセンサセルとして理想的な特性（設計上の中央特定）を有する場合に得られる第１検出値と実質的に等しくなる。よって、第１検出装置は、前述の補正第２検出値及びこの補正第１検出値を用いてＳＯｘ濃度の検出を行う。

ところで、第１検出装置において、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃを用いてＳＯｘ濃度が検出されるとき、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃには水の分解開始電圧以上の電圧が印加され、その結果、それらは水を分解する。そのため、補正係数Ｋｓを求める場合に、水の分解開始電圧以上の同一電圧を第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに印加することにより、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃをＳＯｘ濃度検出時と似た状況におくことが可能になる。換言すると、水の分解が発生しない印加電圧（例えば酸素の限界電流域の電圧）を第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに印加する場合は、ＳＯｘ濃度検出時と乖離した環境下で「第１電気化学セル（センサセル）１１ｃ固有の検出誤差を補正するための補正係数Ｋｓ」を求めることになってしまう。従って、上述したように、第１検出装置は、補正係数Ｋｓを求める際、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに「水の分解開始電圧以上の同一電圧」を印加する。

更に、水の分解開始電圧以上の電圧を第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに印加したときの、ＳＯｘの分解に起因する両セル１１ｃ、１２ｃの電極電流は、水の分解に起因する電極電流と比べて極めて小さい。従って、内燃機関の運転状態がＦ／Ｃ運転状態にあるとき（つまり、ＳＯｘが第１内部空間３１内に流入しないとき）であっても、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに対して水の分解開始電圧以上の同一電圧を印加して第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃの電極電流を取得し、その電極電流に基づいて上述したように補正係数Ｋｓを算出すれば、その補正係数Ｋｓは第１検出装置が実際にＳＯｘ濃度を検出するときにも有効な（補正精度の高い）補正係数となる。
但し、補正係数Ｋｓを求める際に、酸素の限界電流域の下限電圧（例えば０．２Ｖ）以上の電圧（例えば、酸素の限界電流域の電圧である０．４Ｖ）を印加してもよく、この場合も相応の精度で補正係数Ｋｓを求めることが可能である。

なお、上述したように、補正係数Ｋｍは第２電気化学セル１２ｃに水の分解開始電圧より小さい電圧（例えば０．４Ｖ）を印加したときの、第２電気化学セル１２ｃの電極電流を利用して求めた係数である。よって、補正係数Ｋｍを求めるときの第２電気化学セル１２ｃに対する印加電圧と、補正係数Ｋｓを求めるときの第２電気化学セル１２ｃに対する印加電圧の大きさは異なる。

しかし、発明者の検討によれば、例えば印加電圧が０．４Ｖのときの比＝（第１電気化学セル１１ｃの検出値／第２電気化学セル１２ｃの検出値）の大きさと、印加電圧が１．０Ｖのときの比＝（第１電気化学セル１１ｃの検出値／第２電気化学セル１２ｃの検出値）の大きさはほぼ同一である。即ち、印加電圧が酸素の限界電流域の下限電圧以上の場合は、印加電圧の大きさに拘わらず比＝（第１電気化学セル１１ｃの検出値／第２電気化学セル１２ｃの検出値）の大きさは略一定の値になる。

そのため補正係数Ｋｍを利用して求めた補正係数Ｋｓは、第２電気化学セル１２ｃの検出誤差を精度良く補償する係数であると言える。

なお、Ｆ／Ｃ運転中であること、及び、第３電気化学セル１３ｃによる酸素ポンピングを実行すること、によっても第１内部空間３１に位置する被検ガス中の水の濃度を一定にすることは出来ない。即ち、補正係数Ｋｓを求めるときの第１内部空間３１に位置する被検ガス中の水の濃度は変化する可能性がある。

しかし、発明者の実験によれば、図４に示したように、水の濃度が変わった場合であっても、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに水の分解開始電圧以上の同一電圧を印加したときの比＝（第１電気化学セル１１ｃの検出値／第２電気化学セル１２ｃの検出値）の値は略一定であることが判明した。従って、補正係数Ｋｓを求める場合とＳＯｘ濃度を検出場合とにおいて第１内部空間３１に位置する被検ガス中の水の濃度が相違しても、補正係数ＫｓはＳＯｘ濃度検出時の第１電気化学セル１１ｃの検出値を精度よく補正することが可能である。

そして、第１検出装置は、ＳＯｘ検出時の第１電気化学セル１１ｃの第１検出値（ＳＯｘ検出用第１検出値）を補正係数Ｋｓにより補正した値と、ＳＯｘ検出時の第２電気化学セル１２ｃの第２検出値（ＳＯｘ検出用第２検出値）を補正係数Ｋｍにより補正した値と、に基づいてＳＯｘ濃度を求める。

（実際の作動）
続いて、第１検出装置のＥＣＵ８１（実際には、ＣＰＵ）が実行する「ＳＯｘ濃度取得処理ルーチン」について図５乃至図７のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。

前述した内燃機関が搭載された車両の図示しないイグニッション・キー・スイッチが操作されることにより内燃機関が運転を開始すると、ＥＣＵ８１は所定時間が経過する毎に図５のフローチャートにより示したルーチンを繰り返し実行するようになっている。

なお、空燃比センサとしても機能する第３電気化学セル１３ｃは、内燃機関が運転されている期間において、所定時間の経過毎に第１内部空間３１中の酸素濃度を検出し、その検出された酸素濃度をＥＣＵ８１に送信するようになっている。ＥＣＵ８１は、その信号に基づいて排ガスの空燃比を検出するようになっている。

ＥＣＵ８１はステップ５００にて処理を開始すると、ステップ５１０にて「今回の内燃機関の始動後において補正係数Ｋｍを新たに算出したか否か」を判定する。今回の内燃機関の始動後において補正係数Ｋｍが新たに算出されていなければ、ＥＣＵ８１はステップ５１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５２０に進む。

ＥＣＵ８１はステップ５２０にて、内燃機関の図示しない水温センサにより検出される冷却水温に基づいて「内燃機関の暖機が終了しているか否か」を判定するとともに、素子部１０のヒータ４１近傍に設けた図示しない温度センサからの情報に基づいて「第１〜第３電気化学セル１１ｃ、１２ｃ、１３ｃの全てが活性しているか否か」を判定する。なお、温度センサからの情報に代え、ＥＣＵ８１は固体電解質体１１ｓ及び固体電解質体１２ｓのインピーダンスを検出し、それらのインピーダンスに基づいて「第１〜第３電気化学セルが活性しているか否か」を判定してもよい。

ＥＣＵ８１は、ステップ５２０にて「Ｙｅｓ」と判定した場合、ステップ５３０においてＦ／Ｃ運転が行われているか否かを判定する。より具体的には、ＥＣＵ８１は、「Ｆ／Ｃ運転が開始されてから所定時間（例えば３秒）が経過し且つ現在もＦ／Ｃ運転中か否か」を判定する。このステップ５３０により、ＥＣＵ８１は第１内部空間３１内の被検ガスの酸素濃度が特定の一定濃度であるか否かを判定している。なお、ＥＣＵ８１は図示しないエンジン制御ルーチンを実行することにより、車両が減速状態にある場合に燃料噴射弁からの燃料噴射を停止するＦ／Ｃ運転を行うようになっている。このステップ５３０の条件（以下、「Ｆ／Ｃ運転実行中条件」と称する。）が満たされていると判定される場合、素子部１０には排気管を通して大気が到達しているので、第１内部空間３１に流入する被検ガス中にはＳＯｘは含まれていないと推測できる。

ＥＣＵ８１は、ＦＣ実行中条件が成立していると判定した場合、ステップ５３０において更に「第１電気化学セル１１ｃ、第２電気化学セル１２ｃ及び第３電気化学セル１３ｃのそれぞれの温度が所定の適正温度範囲内にあるか否か」を、前記温度センサの情報（又は、前記インピーダンス）に基づいて判定する。適正温度範囲とは、例えば、基準電気化学セルを用いて前述した「基準セル値」を取得する際の基準電気化学セルの固体電解質の温度を含む範囲である。

「第１電気化学セル１１ｃ、第２電気化学セル１２ｃ及び第３電気化学セル１３ｃのそれぞれの温度が所定の適正温度範囲内にある」と判定される場合、ＥＣＵ８１はステップ５３０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ５４０に進んで第３電気化学セル（酸素ポンピングセル）１３ｃに対する電圧の印加を停止し、それにより、第３電気化学セル１３ｃによる酸素ポンピング機能を停止させる。その結果、第１内部空間３１に流れる被検ガスの酸素濃度は大気と同じ約２０パーセント（特定の一定濃度）に保持される。なお、この場合、第３電気化学セル１３ｃによる空燃比センサとしての動作も一時的に停止される。

続いてＥＣＵ８１はステップ５５０にて、第２電気化学セル（モニタセル）１２ｃに対して酸素の限界電流域の電圧である０．４Ｖを印加する。

続いてＥＣＵ８１はステップ５６０にて、第２電気化学セル１２ｃの検出値（第２検出値）を検出モニタセル値Ｉｍ２として取得する。更に、ＥＣＵ８１はステップ５６０にて、予めＲＯＭに記憶させてある「酸素濃度が２０％の環境下で取得した基準電気化学セルの検出値（基準セル値Ｉｓｔ）」と、検出モニタセル値Ｉｍ２と、を上記（１）式に適用することにより、補正係数Ｋｍ（＝Ｉｍ２／Ｉｓｔ）を算出する。そしてＥＣＵ８１は、取得した補正係数ＫｍをバックアップＲＡＭに記憶させる。なお、既にバックアップＲＡＭに補正係数Ｋｍが記憶されている場合には、その補正係数Ｋｍは今回取得した補正係数Ｋｍへと上書きされる。また、このとき、既にバックアップＲＡＭに記憶されている補正係数Ｋｍと今回取得した補正係数Ｋｍとの平均値が、新たな補正係数ＫｍとしてバックアップＲＡＭに記憶されてもよい。加えて、このステップにおいて補正係数Ｋｍを算出する際に用いられる検出モニタセル値Ｉｍ２は、今回の機関始動後において今回を含む複数回にわたって取得された検出モニタセル値Ｉｍ２の平均値であってもよい。

続いてＥＣＵ８１はステップ５７０に進み、「第３電気化学セル（酸素ポンピングセル）１３ｃに対して電圧を印加し、それにより、第３電気化学セル１３ｃに酸素ポンピング機能を発揮させる。その後、ＥＣＵ８１はステップ５９５にて本ルーチンを一旦終了する。

一方、ＥＣＵ８１はステップ５１０にて「ＹＥＳ」と判定した場合、或いはステップ５２０及びステップ５３０の何れかのステップにおいて「Ｎｏ」と判定した場合、それぞれのステップからステップ５７０に直接進み、その後、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

更に、ＥＣＵ８１は所定時間が経過する毎に図６のフローチャートにより示したルーチンを繰り返し実行するようになっている。

ＥＣＵ８１はステップ６００にて処理を開始すると、ステップ６１０にて「今回の内燃機関の始動後において補正係数Ｋｍを新たに算出したか否か」を判定する。今回の内燃機関の始動後において補正係数Ｋｍが新たに算出されていれば、ＥＣＵ８１はステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２０に進む。

ＥＣＵ８１はステップ６２０にて「今回の内燃機関の始動後において補正係数Ｋｓを新たに算出したか否か」を判定する。今回の内燃機関の始動後において補正係数Ｋｓが新たに算出されていなければ、ＥＣＵ８１はステップ６２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６３０に進む。

ステップ６３０及びステップ６４０は、先に説明したステップ５２０及びステップ５３０のそれぞれと同じ処理を行うステップである。ＥＣＵ８１はステップ６３０にて「Ｙｅｓ」と判定した場合にはステップ６４０に進み、ステップ６４０にて「Ｙｅｓ」と判定した場合にはステップ６５０に進む。

ＥＣＵ８１はステップ６５０にて、第３電気化学セル（ポンピングセル）１３ｃが酸素ポンピングを実行しているか否か（酸素ポンピング機能を発揮しているか否か）を判定する。ＥＣＵ８１がステップ６５０にて「Ｙｅｓ」と判定したとき、ＥＣＵ８１はステップ６６０に進んで「第３電気化学セル（酸素ポンピングセル）１３ｃに対する電圧の印加を停止し、それにより、第３電気化学セル１３ｃによる酸素ポンピング動作を停止させる。その後、ＥＣＵ８１はステップ６７０に進む。これに対し、ＥＣＵ８１はステップ６５０にて「Ｎｏ」と判定したとき、ＥＣＵ８１はステップ６７０へ直接進む。

ＥＣＵ８１はステップ６７０にて、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃへ水の分解開始電圧以上の電圧である１．０Ｖを印加する。なお、ＥＣＵ８１はステップ６７０において、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃへ「酸素の限界電流域の電圧（例えば０．４Ｖ）」を印加してもよい。

その後、ＥＣＵ８１はステップ６８０にて、第１電気化学セル１１ｃの検出値（第１検出値）をＫｓ算出用センサセル値Ｉｓｋｓとして取得するとともに、第２電気化学セル１２ｃの検出値（第２検出値）をＫｓ算出用モニタセル値Ｉｍｋｓとして取得する。更に、ＥＣＵ８１は、ステップ６８０にて、バックアップＲＡＭに記憶されている補正係数Ｋｍ、Ｋｓ算出用センサセル値Ｉｓｋｓ及びＫｓ算出用モニタセル値Ｉｍｋｓを上記（２）式に適用することにより、補正係数Ｋｓ（＝Ｉｍｋｓ・Ｋｍ／Ｉｓｋｓ）を算出する。そしてＥＣＵ８１は、取得した補正係数ＫｓをバックアップＲＡＭに記憶させる。

なお、既にバックアップＲＡＭに補正係数Ｋｓが記憶されている場合には、その補正係数Ｋｓは今回取得した補正係数Ｋｓへと上書きされる。また、このとき、既にバックアップＲＡＭに記憶されている補正係数Ｋｓと今回取得した補正係数Ｋｓとの平均値が、新たな補正係数ＫｓとしてバックアップＲＡＭに記憶されてもよい。加えて、このステップにおいて補正係数Ｋｓを算出する際に用いられる「Ｋｓ算出用センサセル値Ｉｓｋｓ及びＫｓ算出用モニタセル値Ｉｍｋｓ」は、今回の機関始動後において今回を含む複数回にわたって取得された「Ｋｓ算出用センサセル値Ｉｓｋｓ及びＫｓ算出用モニタセル値Ｉｍｋｓ」のそれぞれの平均値であってもよい。

続いてＥＣＵ８１はステップ６９０に進み、「第３電気化学セル（酸素ポンピングセル）１３ｃに対して電圧を印加し、それにより、第３電気化学セル１３ｃに酸素ポンピング機能を発揮させる。その後、ＥＣＵ８１はステップ６９５にて本ルーチンを一旦終了する。

一方、ＥＣＵ８１はステップ６１０、ステップ６３０及びステップ６４０の何れかのステップにおいて「Ｎｏ」と判定した場合、及び、ステップ６２０にて「Ｙｅｓ」と判定した場合、それぞれのステップからステップ６９０に直接進み、その後、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

更に、ＥＣＵ８１は所定時間が経過する毎に図７のフローチャートにより示したルーチンを繰り返し実行するようになっている。

ＥＣＵ８１はステップ７００に続くステップ７１０にて、補正係数Ｋｓ及び補正係数Ｋｍの双方がバックアップＲＡＭに記憶されているか否かを判定する。補正係数Ｋｓ及び補正係数Ｋｍの双方がバックアップＲＡＭに記憶されている場合、ＥＣＵ８１はステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進む。ステップ７２０はステップ５２０と同じ処理を行うステップである。ＥＣＵ８１はステップ７２０にて「Ｙｅｓ」と判定した場合にはステップ７３０に進む。

ＥＣＵ８１はステップ７３０にて、「Ｆ／Ｃ運転が停止されてから（即ち、燃料噴射が再開されてから）所定時間（例えば３秒）が経過し、且つ、現在もＦ／Ｃ運転停止中（燃料噴射中）か否か」を判定する。なお、ＥＣＵ８１は図示しないエンジン制御ルーチンを実行することにより、車両が減速状態から加速状態又は定常状態に戻った場合、Ｆ／Ｃ運転を停止し燃料噴射を再開するようになっている。このステップ７３０の判定条件（以下、「燃料噴射実行中条件」と称する。）が満たされていると判定される場合、素子部１０には排気管を通して排ガスが到達しているので、第１内部空間３１に流入する被検ガス中にはＳＯｘが含まれている可能性があると推測できる。

ＥＣＵ８１は、燃料噴射実行中条件が成立していると判定した場合、ステップ７３０において更に「第１電気化学セル１１ｃ、第２電気化学セル１２ｃ及び第３電気化学セル１３ｃのそれぞれの温度が上述した所定の適正温度範囲内にあるか否か」を、前記温度センサの情報（又は、前記インピーダンス）に基づいて判定する。

「第１電気化学セル１１ｃ、第２電気化学セル１２ｃ及び第３電気化学セル１３ｃのそれぞれの温度が所定の適正温度範囲内にある」と判定される場合、ＥＣＵ８１はステップ７３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７４０に進み、第１電気化学セル（センサセル）１１ｃ及び第２電気化学セル（モニタセル）１２ｃへ水の分解開始電圧以上の電圧である１．０Ｖを印加する。

次にＥＣＵ８１はステップ７５０に進み、第１電気化学セル（センサセル）１１ｃの第１検出値（この場合の第１検出値を「ＳＯｘ検出用第１検出値Ｉｍ１ｓｄ」とも称する。）及び第２電気化学セル（モニタセル）１２ｃの第２検出値（この場合の第２検出値を「ＳＯｘ検出用第２検出値Ｉｍ２ｍｄ」とも称する。）を取得する。

次にＥＣＵ８１はステップ７６０に進み、第１検出値Ｉｍ１ｓｄを補正係数Ｋｓにより補正し、第２検出値Ｉｍ２ｍｄを補正係数Ｋｍにより補正する。より具体的に述べると、ＥＣＵ８１は、第１検出値Ｉｍ１ｓｄに補正係数Ｋｓを乗じることにより補正第１検出値Ｉｓｃを取得するとともに、第２検出値Ｉｍ２ｍｄに補正係数Ｋｍを乗じることにより補正第２検出値Ｉｍｃを取得する。

次にＥＣＵ８１はステップ７７０に進み、補正第２検出値Ｉｍｃから補正第１検出値Ｉｓｃを減じることによりＳＯｘ濃度検出用パラメータＰ（＝Ｉｍｃ−Ｉｓｃ）を取得する。

続いてＥＣＵ８１はステップ７８０に進み、ステップ７７０にて取得したＳＯｘ濃度検出用パラメータＰと、補正第２検出値（ＳＯｘ濃度検出用パラメータＱ）Ｉｍｃと、を図８に示した（ＲＯＭに記憶させてある）ルックアップテーブルに適用する（必要に応じて補間を行う）ことにより、被検ガス中のＳＯｘ濃度を取得（検出）する。そして、ＥＣＵ８１は、このＳＯｘ濃度をＲＡＭ及びバックアップＲＡＭに記憶させ、その記憶したＳＯｘ濃度を内燃機関の制御及び自己診断に利用する。その後、ＥＣＵ８１は、ステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

図８のルップアップテーブルは、ＳＯｘ濃度検出用パラメータＰ（Ｉｍｃ−Ｉｓｃ）と、補正第２検出値Ｉｍｃと、を引数とする二次元マップである。
例えば、この二次元マップの代わりにＳＯｘ濃度検出用パラメータＰのみを引数とした一次元マップの場合を用いる場合は、図９のグラフに示すように、ＳＯｘ濃度検出用パラメータＰの検出値（ｍＡ）が例えば値ＩＡのとき、「Ｈ_２Ｏ濃度がａかつＳＯｘ濃度が２００ｐｐｍ」と「Ｈ_２Ｏ濃度がｂかつＳＯｘ濃度が１００ｐｐｍ」の両方の可能性があり、いずれであるかを正しく判断することができない。一方、図９のグラフから理解されるように、補正第２検出値Ｉｍｃ（ｍＡ）はＨ２Ｏ濃度と一対一で対応している。そのため補正後第２検出値Ｉｍｃが例えばＩＢであるならば、ＳＯｘ濃度検出用パラメータＰが値ＩＡであるとき、Ｈ_２Ｏ濃度がａかつＳＯｘ濃度が２００ｐｐｍであると一意に特定できる。よって、図８に示したような２次元マップが使用される。

なお、ＥＣＵ８１は、ステップ７１０、ステップ７２０及びステップ７３０の何れかのステップにて「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、第１検出装置は、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度を精度良く検出することができる。更に、本発明装置は、第１電気化学セル１１ｃと第２電気化学セル１２ｃの固有の検出誤差を考慮しない場合と比べて、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度を高い精度で検出することができる。
なおＥＣＵ８１は、図５のステップ５３０において、酸素濃度が特定の一定濃度であることを第３電気化学セル１３ｃを空燃比センサとして利用して判定してもよい。

２．第２実施形態
次に、図１０を参照しながら本発明の第２施形態に係る検出装置（以下、「第２検出装置」と称される場合がある。）について説明する。第２検出装置は、補正係数Ｋｓの求め方が第１検出装置の補正係数Ｋｓの求め方と相違する点のみにおいて、第１検出装置と相違している。

第１検出装置は、Ｆ/Ｃ運転中に補正係数Ｋｍ、Ｋｓを求める。しかし、Ｆ／Ｃ運転が極めて短時間のうちの終了する場合があり、そのような場合にはＦ／Ｃ運転中に補正係数Ｋｍ及び補正係数Ｋｓの両方を算出できない可能性がある。更に、ＥＣＵ８１は、補正係数Ｋｍを算出できたとしても、補正係数Ｋｓを算出できず、次回のＦ／Ｃ運転まで補正係数Ｋｓを求めることができない可能性もある。そのため、今回の機関の始動後から補正係数Ｋｓを新たに算出するまでに長い時間を要し、結果的にＳＯｘ濃度を精度よく検出するまでに長い時間を要することになる可能性が高い。

そこで、第２検出装置は、第１検出装置と同様に補正係数ＫｍをＦ/Ｃ中に求める一方で、補正係数ＫｓをＦ／Ｃ運転を実行していないとき（即ち、燃料噴射運転中）に求める。以下、第２検出装置による補正係数Ｋｓの求め方について詳細に説明する。

先ず、Ｆ／Ｃが実行されていないときに第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに対して同一電圧（水の分解開始電圧以上の電圧（例えば１．０Ｖ））を印加し、このときの両セル１１ｃ、１２ｃの検出値に基づいて補正係数Ｋｓを求める場合について検討する。なお、この電圧制御は便宜上「第２電圧印加制御」と称される。

この第２電圧印加制御により補正係数Ｋｓを求める場合、Ｆ／Ｃ運転中ではないので、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃが分解する被検ガスには水のみならずＳＯｘが含まれている可能性がある。更に上述したように、第２電気化学セル１２ｃは第１電気化学セル１１ｃに比べてＳＯｘの分解能力が低い。そのため、仮に第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに水の分解開始電圧以上の同一電圧（例えば１．０Ｖ）を印加して両セル１１ｃ、１２ｃの検出値を求めると、第１電気化学セル１１ｃの第１検出値はＳＯｘの影響を受けるが、第２電気化学セル１２ｃの第２検出値はＳＯｘの影響を殆ど受けない。従って、これらの第１及び第２検出値に基づいて第１電気化学セル１１の固有の検出誤差を補正するための補正係数Ｋｓを直ちに求めることは困難である。

これに対し、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに対して酸素の限界電流域の電圧を印加すれば、これらのセルにおいて水及びＳＯｘは分解されない。よって、このような電圧を印加した場合の「第１検出値及び第２検出値」は第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃの出力特性を相応の精度で示す値となる。

そこで、第２検出装置は、Ｆ／Ｃ運転でない場合において第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに対し、互いに同一である「酸素の限界電流域の電圧（例えば０．４Ｖ）」を印加し、その状態において得られる「第１検出値及び第２検出値」に基づいて補正係数Ｋｓを取得する。

但し、被検ガス中の酸素濃度が大きく変動しているときに第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに「酸素の限界電流域の電圧（例えば０．４Ｖ）」を印加すると、第１検出値及び第２検出値が酸素濃度の影響を大きく受けることから、補正係数Ｋｓを精度良く求められない可能性が高い。

そこで、第２検出装置は、第１内部空間３１に流入した被検ガスの酸素濃度が「実質的に一定」であると判断される場合に、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに酸素の限界電流域の同一電圧を印加し、そのときに得られる第１検出値及び第２検出値に基づいて補正係数Ｋｓを求める。

そして、第２検出装置は、被検ガスの酸素濃度が実質的に一定であると判定した場合に、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに対して酸素の限界電流域の電圧を印加したときの第１電気化学セル１１ｃの第１検出値と、第２電気化学セル１２ｃの第２検出値と、を用いて補正係数Ｋｓを算出する。これ以降、このときの第１電気化学セル１１ｃの第１検出値を「Ｋｓ算出用センサセル値Ｉｓｋｓ」と称し、第２電気化学セル１２ｃの第２検出値を「Ｋｓ算出用モニタセル値Ｉｍｋｓ」と称する場合がある。そして、第２検出装置は上記（２）式と同じ下記（３）式を用いて補正係数Ｋｓを求める。

Ｉｍｋｓ・Ｋｍ＝Ｉｓｋｓ・Ｋｓ ・・・（３）

上述したように補正係数Ｋｍは第２電気化学セル１２ｃに水の分解開始電圧より小さい電圧である０．４Ｖを印加したときの、第２電気化学セル１２ｃの検出値を利用して求めた係数である。更に補正係数Ｋｓも、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに水の分解開始電圧より小さい電圧である０．４Ｖを印加したときの、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃの検出値を利用して求めた係数である。そのため補正係数Ｋｍを利用して求めた補正係数Ｋｓは、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃの検出値の相関関係を正確に表していると言える。

（実際の作動）
続いて、第２検出装置のＥＣＵ８１（実際には、ＣＰＵ）が実行する「補正係数Ｋｓを求めるためのルーチン」について図１０のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。なお、第２検出装置は、補正係数Ｋｍの算出及びＳＯｘ濃度の検出を第１検出装置と同様に行う。即ち、第２検出装置は、図５及び図７に示したルーチンを実行する。

イグニッション・キー・スイッチが操作されることにより内燃機関が運転を開始すると、第２検出装置のＥＣＵ８１は所定時間が経過する毎に図１０のフローチャートにより示したルーチンを繰り返し実行するようになっている。なお、このルーチンにおいて既に説明済みのステップには、その既に説明したステップと同じ符号が付されている。

ＥＣＵ８１は、ステップ１０００に続くステップ６１０にて「Ｙｅｓ」、ステップ６２０にて「Ｎｏ」、ステップ６３０にて「Ｙｅｓ」、ステップ７３０にて「Ｙｅｓ」と判定した場合、ステップ１０１０に進む。即ち、ＥＣＵ８１は、以下の条件の総てが成立している場合にステップ１０１０に進む。
（１）今回の機関始動後に補正係数ｋｍが新たに算出されている（ステップ６１０）。
（２）今回の機関始動後に補正係数ｋｓが新たに算出されていない（ステップ６２０）。
（３）内燃機関の暖機が終了しており、且つ、各電気化学セルが活性化済みである（ステップ６３０）。
（４）燃料噴射実行中条件が成立しており、且つ、第１電気化学セル１１ｃ、第２電気化学セル１２ｃ及び第３電気化学セル１３ｃの各温度が上述した所定の適正温度範囲内にある（ステップ７３０）。

ＥＣＵ８１はステップ１０１０にて、第１内部空間３１に流入した被検ガスの酸素濃度が「実質的に一定であるか否か」を第３電気化学セル１３ｃ（空燃比センサ）の検出値に基づいて判定する。より具体的には、ＥＣＵ８１は、「第３電気化学セル１３ｃの電極電流に基づいて求められる酸素濃度の所定時間における最大値と最小値との差の大きさが所定変化量閾値以下である」場合、被検ガスの酸素濃度が「実質的に一定」であると判定する。

ＥＣＵ８１はステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」と判定した場合、ステップ１０２０に進み、第１電気化学セル（センサセル）１１ｃ及び第２電気化学セル（モニタセル）１２ｃに対して酸素の限界電流域の電圧（例えば０．４Ｖ）を印加する。

次いでＥＣＵ８１はステップ１０３０に進み、第１電気化学セル１１ｃの検出値（第１検出値）をＫｓ算出用センサセル値Ｉｓｋｓとして取得するとともに、第２電気化学セル１２ｃの検出値（第２検出値）をＫｓ算出用モニタセル値Ｉｍｋｓとして取得する。更に、ＥＣＵ８１は、ステップ１０３０にて、バックアップＲＡＭに記憶されている補正係数Ｋｍ、Ｋｓ算出用センサセル値Ｉｓｋｓ及びＫｓ算出用モニタセル値Ｉｍｋｓを上記（３）式に適用することにより、補正係数Ｋｓを算出する。そしてＥＣＵ８１は、取得した補正係数ＫｓをバックアップＲＡＭに記憶させる。その後、ＥＣＵ８１はステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

なお、既にバックアップＲＡＭに補正係数Ｋｓが記憶されている場合には、その補正係数Ｋｓは今回取得した補正係数Ｋｓへと上書きされる。また、このとき、既にバックアップＲＡＭに記憶されている補正係数Ｋｓと今回取得した補正係数Ｋｓとの平均値が、新たな補正係数ＫｓとしてバックアップＲＡＭに記憶されてもよい。加えて、このステップにおいて補正係数Ｋｓを算出する際に用いられる「Ｋｓ算出用センサセル値及びＫｓ算出用モニタセル値」は、今回の機関始動後において今回を含む複数回にわたって取得された「Ｋｓ算出用センサセル値及びＫｓ算出用モニタセル値」のそれぞれの平均値であってもよい。

一方、ＥＣＵ８１はステップ６１０、ステップ６３０、ステップ７３０、及びステップ１０１０の何れかのステップにて「Ｎｏ」と判定した場合、並びに、ステップ６２０にて「Ｙｅｓ」と判定した場合、それぞれのステップからステップ１０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

このように第２検出装置は、Ｆ／Ｃ運転を行っていないとき（燃料噴射実行中）に補正係数Ｋｓを取得することができる。従って、補正係数Ｋｍ取得時のＦ／Ｃ運転が極めて短時間で終了する場合であっても、補正係数Ｋｓを比較的短時間のうちに取得できるので、比較的短時間のうちにＳＯｘ濃度を精度よく検出することができる。

更に第１検出装置と同様、第２検出装置は補正係数Ｋｍ及びＫｓを利用しているので、補正係数Ｋｍ及びＫｓを利用せずにＳＯｘ濃度を検出する場合と比べて、被検ガス中のＳＯｘ濃度をより精度よく求めることが可能になる。
なお、第２検出装置は、第２電圧印加制御中に第３電気化学セル１３ｃに酸素ポンピング機能を発揮させているが、同機能を発揮させないようにしてもよい。

以上、本発明を上記各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、第１検出装置は、補正係数Ｋｓを求めるとき（第１電圧印加制御中）に、酸素の限界電流域の電圧を第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに印加してもよい。即ち、第１検出装置は酸素の限界電流域の下限電圧以上の電圧を印加して補正係数Ｋｓを求めてもよい。

水及びＳＯｘを分解するために第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに印加する電圧（印加電圧Ｖｍ）は、水の分解開始電圧以上であり且つ水の限界電流域未満の電圧であれば１．０Ｖである必要はない。

即ち、印加電圧Ｖｍが過度に高い電圧となると、被検ガス中に含まれる他の成分（例えば、二酸化炭素（ＣＯ_２）等）の分解が開始され、或いは、固体電解質体１１ｓ及び固体電解質体１２ｓの分解を招く虞がある。従って、水及びＳＯｘを分解するための印加電圧Ｖｍは、水の限界電流域の下限電圧未満の所定の電圧であることが望ましい。

第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に電圧が印加されているときに第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に流れる電極電流の大きさを第１検出値とした。同様に、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に電圧が印加されているときに第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に流れる電極電流の大きさを第２検出値とした。しかしながら、前述したように、第１検出値及び第２検出値は、上記電極電流に対応する何らかの信号の値（例えば、電圧値、電流値、抵抗値等）である限り、特に限定されない。

加えて、第１電極１１ａは、白金（Ｐｔ）とロジウム（Ｒｈ）との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極であり、第２電極１１ｂ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１電極１１ａを構成する材料は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に電圧を印加したときに、拡散抵抗部３２を介して第１内部空間３１に導かれた被検ガス中に含まれる水及び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。好ましくは、第１電極１１ａを構成する材料は、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。より好ましくは、第１電極１１ａは、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）及びパラジウム（Ｐｄ）からなる群より選ばれる少なくとも１種を主成分として含む多孔質サーメット電極である。

第１及び第２実施形態においては、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃは固体電解質体１１ｓを共有している。しかし互いに別個の固体電解質体に第１電気化学セル１１ｃと第２電気化学セル１２ｃを形成してもよい。即ち、第１電気化学セル１１ｃの第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂは第１内部空間３１を画定する固体電解質１１ｓ及び固体電解質体１２ｓの何れか一方に配設され、第２電気化学セル１２ｃの第３電極１２ａ及び第４電極１２ｂは第１内部空間３１を画定する固体電解質１１ｓ及び固体電解質体１２ｓの何れか他方に配設されてもよい。
更に、第３電気化学セル１３ｃが、固体電解質体１１ｓを第１電気化学セル１１ｃ及び／又は第２電気化学セル１２ｃと共有していてもよい。
更に、第２電極１１ｂが位置する第１別空間と第４電極１２ｂが位置する第１別空間は、第１内部空間３１と異なる空間であれば、互いに同一の空間であっても互いに別の空間であってもよい。

第３電気化学セル１３ｃの酸素ポンピング作用により第１内部空間３１へ酸素を供給して第１内部空間３１内の酸素濃度を特定の一定濃度（但し、０パーセントより高い濃度）に保持し、この状態で補正係数Ｋｍを算出してもよい。

更に、第２電気化学セル１２ｃは第１電気化学セル１１ｃの近傍に配設されている。しかしながら、これらのセルから取得される第１検出値と第２検出値との差異に基づいて被検ガス中に含まれるＳＯｘの濃度を検出することができる限り、これらのセルの位置関係は特に限定されない。

第１及び第２検出装置においては、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃを利用してＳＯｘ検出用第１検出値とＳＯｘ検出用第２検出値とを検出するときに、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃに対して同一電圧（１．０Ｖ）を印加している。
しかしこの際に第１電気化学セル１１ｃと第２電気化学セル１２ｃにそれぞれ印加する電圧は、水の分解開始電圧以上の電圧であれば互いに異なる大きさであってもよい。この場合、図８に示したルックアップテーブルのデータは、各セルに印加される電圧に応じて予め取得される。

また更に、第１及び第２検出装置においては、第３電極１２ａは、白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極であり、第４電極１２ｂ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３電極１２ａを構成する材料は、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときに、拡散抵抗部３２を介して第１内部空間３１に導かれた被検ガス中に含まれる水を還元分解させることができ且つＳＯｘを実質的に分解できない限り、特に限定されない。好ましくは、第３電極１２ａを構成する材料は、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、鉛（Ｐｂ）、銀（Ａｇ）等の金属元素又はそれらの合金等を主成分として含む。より好ましくは、第３電極１２ａは、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、鉛（Ｐｂ）及び銀（Ａｇ）からなる群より選ばれる少なくとも１種を主成分として含む多孔質サーメット電極である。

第３電極１２ａにおいてＳＯｘが分解される速度（第２分解速度）が実質的に０（ゼロ）である。しかしながら第２分解速度は、第１分解速度より低い速度であれば０でなくてもよい。

更に、第１及び第２検出装置は、ＳＯｘ濃度検出用パラメータＰと補正第２検出値Ｉｍｃとを用いてＳＯｘ濃度を検出していたが、ＳＯｘ濃度検出用パラメータＰのみを用いてＳＯｘ濃度を検出してもよい。この場合、第１及び第２検出装置は、基準電気化学セルの検出値が特定の値（例えば、４ｍＡ、又は、４ｍＡを含む微小電流範囲内の値）であるときのＳＯｘ濃度とＳＯｘ濃度検出用パラメータＰとの関係を１次元マップ（ルックアップテーブル）の形式によりＲＯＭに記憶しておく。そして、第１及び第２検出装置は、補正係数Ｋｍ及びＫｓが取得された段階以降において、補正第２検出値Ｉｍｃが前記特定の値であるか否かを判定し、補正第２検出値Ｉｍが前記特定の値である場合に実際に得られたＳＯｘ濃度検出用パラメータＰを上記１次元マップに適用することにより、ＳＯｘの濃度を検出してもよい。更に、検出装置は、排気に含まれる水の濃度を検出する水濃度センサを別途備え、その水濃度センサにより検出された水の濃度が所定の範囲内であるときに限り、ＳＯｘ濃度検出用パラメータＰを「水の濃度が所定の範囲内であるときの、検出用パラメータＰとＳＯｘ濃度との関係を規定する１次元マップ」に適用することにより、ＳＯｘの濃度を検出してもよい。

１０…素子部、１１ａ、１２ａ及び１３ａ…電極、１１ｂ、１２ｂ及び１３ｂ…電極、１１ｓ及び１２ｓ…固体電解質体、１１ｃ、１２ｃ及び１３ｃ…ポンピングセル（第１乃至第３電気化学セル）、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ及び２１ｆ…第１乃至第６アルミナ層、３１…内部空間、３２…拡散抵抗部、４１…ヒータ、５１及び５２…第１及び第２大気導入路、６１、６２及び６３…電源、７１、７２及び７３…電流計、８１…ＥＣＵ。

Claims (6)

1. 酸化物イオン伝導性を有する第１固体電解質体と前記第１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電極とを含む第１電気化学セルと、酸化物イオン伝導性を有する第２固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第３電極及び第４電極とを含む第２電気化学セルと、緻密体と、拡散抵抗部と、を備え、前記第１固体電解質体及び前記第２固体電解質体と前記緻密体と前記拡散抵抗部とにより画定される第１内部空間に前記拡散抵抗部を介して内燃機関の排気が被検ガスとして導入され、前記第１電極及び前記第３電極が前記第１内部空間に露出し且つ前記第２電極及び前記第４電極が前記第１内部空間とは異なる第１別空間に露出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電極との間及び前記第３電極と前記第４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電極との間に電圧を印加したときに前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流値に対応する第１検出値及び前記第３電極と前記第４電極との間に電圧を印加したときに前記第３電極と前記第４電極との間に流れる電流値に対応する第２検出値を取得する取得部と、
   を有するガス濃度検出装置において、
   前記第１電極は前記第１電極と前記第２電極との間に水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときに前記被検ガス中に含まれる水（Ｈ_２Ｏ）を分解させることが可能となるように構成され、
   前記第３電極は前記第３電極と前記第４電極との間に水の分解開始電圧以上の電圧を前記電圧印加部を用いて印加したときに、前記被検ガス中に含まれる水（Ｈ_２Ｏ）を分解させることが可能となるように構成され、
   前記第１電極及び前記第３電極は、前記第１電極と前記第２電極との間及び前記第３電極と前記第４電極との間に水の分解開始電圧以上の同一電圧を印加したとき、前記第３電極による硫黄酸化物の分解速度が前記第１電極による硫黄酸化物の分解速度よりも低くなるように構成され、
   前記取得部は、
   前記第１内部空間の前記被検ガスの酸素濃度が特定の一定濃度であると判定した場合に、前記第３電極と前記第４電極との間に酸素の限界電流域の電圧を印加し、そのときの前記第２検出値である検出モニタセル値に対する予め定められた所定の基準出力値の比をモニタセル補正値（Ｋｍ）として求め、
   前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態である場合に酸素の限界電流域の下限電圧以上の電圧を前記第１電極と前記第２電極との間及び前記第３電極と前記第４電極との間に前記電圧印加部を用いて印加する第１電圧印加制御、及び、前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合に酸素の限界電流域の電圧を前記第１電極と前記第２電極との間及び前記第３電極と前記第４電極との間に前記電圧印加部を用いて印加する第２電圧印加制御、のうちの少なくとも一方を実行するとともに、前記第１電圧印加制御及び前記第２電圧印加制御のうちの少なくとも一方が実行されているときの、前記第１検出値に対する、前記第２検出値と前記モニタセル補正値との積の、比をセンサセル補正値（Ｋｓ）として求め、
   前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合に、前記第１電極と前記第２電極との間及び前記第３電極と前記第４電極との間に水の分解開始電圧以上の電圧を前記電圧印加部を用いて印加するとともに、そのときの前記第１検出値及び前記第２検出値をそれぞれＳＯｘ検出用第１検出値及びＳＯｘ検出用第２検出値として取得し、
   前記ＳＯｘ検出用第２検出値と前記モニタセル補正値との積と、前記ＳＯｘ検出用第１検出値と前記センサセル補正値との積と、の差に応じた値に基づいて前記被検ガスの硫黄酸化物の濃度を求めるように構成された、
   ガス濃度検出装置。
2. 請求項１に記載のガス濃度検出装置において、
   前記第１固体電解質体と前記第２固体電解質体とは同一の共通固体電解質体であり、
   前記素子部は、酸化物イオン伝導性を有する第３固体電解質体と、前記第３固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第５電極及び第６電極と、を含む第３電気化学セルを備え、
   前記第１内部空間は、前記共通固体電解質体、前記緻密体、前記拡散抵抗部及び前記第３固体電解質により画定され、
   前記第５電極が前記第１内部空間に露出し且つ前記第６電極が前記第１内部空間とは異なる第２別空間に露出するように構成され、
   前記電圧印加部は、前記第５電極と前記第６電極との間にも電圧を印加するように構成され、
   前記第５電極及び前記第６電極は、前記第５電極と前記第６電極との間に酸素の限界電流域の電圧を印加したときに前記第１内部空間から酸素（Ｏ_２）を排出する酸素ポンピング機能を発揮するように構成され、
   前記取得部は、
   前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態であるとき前記第１内部空間の前記被検ガスの酸素濃度が前記特定の一定濃度であると判定し、
   前記モニタセル補正値を求める場合には前記第５電極と前記第６電極との間への前記電圧印加部を用いた電圧の印加を停止して前記酸素ポンピング機能を停止させ、
   前記ＳＯｘ検出用第１検出値及び前記ＳＯｘ検出用第２検出値を取得する場合には前記第５電極と前記第６電極との間に前記電圧印加部を用いて酸素の限界電流域の電圧を印加させて前記酸素ポンピング機能を発揮させる、ように構成された、
   ガス濃度検出装置。
3. 請求項２に記載のガス濃度検出装置において、
   前記取得部は、
   前記第１電圧印加制御を実行して前記センサセル補正値を求めるとともに、前記第１電圧印加制御の実行中に前記第５電極と前記第６電極との間への前記電圧印加部を用いた電圧の印加を停止して前記酸素ポンピング機能を停止させるように構成された、
   ガス濃度検出装置。
4. 請求項１に記載のガス濃度検出装置において、
   前記取得部は、
   前記第１内部空間の前記被検ガスの酸素濃度の所定時間における最大値と最小値との差の大きさが所定変化量閾値以下であるときに前記第２電圧印加制御を実行して前記センサセル補正値を求める、ように構成された、
   ガス濃度検出装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のガス濃度検出装置において、
   前記取得部は、
   前記ＳＯｘ検出用第２検出値と前記モニタセル補正値との積と、前記ＳＯｘ検出用第１検出値と前記センサセル補正値との積と、の差及び前記ＳＯｘ検出用第２検出値と前記モニタセル補正値との積と、を引数とするルックアップテーブルに基づいて前記被検ガスの硫黄酸化物の濃度を求めるように構成された、
   ガス濃度検出装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のガス濃度検出装置において、
   前記第１電極及び前記第３電極は白金（Ｐｔ）を含み、
   前記第１電極が前記第３電極よりもロジウム（Ｒｈ）及びパラジウム（Ｐｄ）のうちの少なくとも１つをより多く含む、
   ガス濃度検出装置。
   

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