JP6673168B2 - ガス検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気（被検ガス）中に含まれる所定濃度以上の硫黄酸化物の有無の判定又はその排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を検出することが可能なガス検出装置に関する。

従来から、内燃機関を制御するために、排気中に含まれる酸素（Ｏ_２）の濃度に基づいて燃焼室内の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を取得する空燃比センサ（「Ａ／Ｆセンサ」とも称呼される。）が広く使用されている。このような空燃比センサの１つのタイプとして、限界電流式ガスセンサを挙げることができる。

更に、このような限界電流式ガスセンサを用いて、排気中の硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」と称呼される場合がある。）の濃度を検出するＳＯｘ濃度検出装置（以下、「従来装置」と称呼する。）が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

従来装置は、酸素イオン伝導性固体電解質の酸素ポンピング作用を利用したセンシングセル（電気化学セル）を含む。従来装置は、センシングセルの一対の電極間に電圧を印加することにより、排気中の酸素原子を含むガス成分（例えばＯ_２、ＳＯｘ及びＨ_２Ｏ等であり、以下、「酸素含有成分」とも称呼する。）を分解させ、それによって、酸化物イオン（Ｏ^２−）を発生させる。従来装置は、酸素含有成分の分解によって生じた酸化物イオンがセンシングセルの電極間を移動すること（酸素ポンピング作用）によって当該電極間を流れる電流の特性を、検出するようになっている。

より具体的に述べると、従来装置は、ＳＯｘ濃度を検出するときに、印加電圧スイープを実行するようになっている。即ち、従来装置は、センシングセルに対して印加する印加電圧を０．４Ｖから０．８Ｖまで昇圧した後、０．８Ｖから０．４Ｖまで降圧する印加電圧スイープを、実行するようになっている。

そして、従来装置は、印加電圧が０．８Ｖに達した時点の「センシングセルの電極間を流れる電流（以下、「電極電流」又は「出力電流」と称呼する場合がある。）」である参照電流と、印加電圧が０．８Ｖから０．４Ｖまで低下させられている期間における出力電流の最小値であるピーク値との差を用いて、ＳＯｘ濃度を算出するようになっている。

特開２０１５−１７９３１号公報

しかしながら、上記出力電流は、排気中に含まれるＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響によっても変化してしまう可能性が高い。例えば、水（Ｈ_２Ｏ）の分解電圧は硫黄酸化物の分解電圧と同じ程度であるか、或いはそれより僅かに高い。更に、排気中の水の濃度は例えば、混合気の空燃比に応じて変動する。このため、水の分解に起因する出力電流への影響を取り除いて、ＳＯｘ成分の分解のみに起因する出力電流を検出することは困難である。従って、「ＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響を受けることがなく、且つ、ＳＯｘ成分のみに起因する出力電流変化」を用いて、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が存在するか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出、を行うことが求められていた。

本発明は上述した課題に対処するためになされた。即ち、本発明の目的の一つは、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を精度よく行うことができるガス検出装置（以下、「本発明検出装置」とも称呼する。）を提供することにある。

本発明検出装置は、内燃機関の排気通路（１２）に設けられ、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体（１１ｓ）と前記固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第１電極（４１ａ）及び第２電極（４１ｂ）とを含む電気化学セル（４１ｃ）と、前記排気通路を流れる排気が通過可能な多孔質材料からなる拡散抵抗体（６１）とを備え、前記排気通路を流れる排気が前記拡散抵抗体を通して前記第１電極に到達するように構成された素子部（４０）と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電圧印加部（８１）と、
前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流である出力電流（Ｉｍ）を検出する電流検出部（９１）と、
前記電圧印加部を用いて前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧である印加電圧を制御すると共に前記電流検出部を用いて前記出力電流を取得し、前記取得した出力電流に基づいて、前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う測定制御部（２０）と
を有し、
前記測定制御部は、
前記内燃機関に供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が安定している状態である場合（図９のステップ９３０での「Ｙｅｓ」との判定）、前記電圧印加部を用いて前記印加電圧を、硫黄酸化物の分解開始電圧未満である第１電圧範囲内から選ばれる第１電圧から硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高い第２電圧範囲内から選ばれる第２電圧まで上昇させる昇圧スイープを実行した後、前記第２電圧から前記第１電圧まで所定の降圧速度にて下降させる降圧スイープを実行し（図１０のステップ１０１０）、且つ、
前記降圧スイープ中に前記印加電圧が前記硫黄酸化物の分解開始電圧未満となったときに前記第１電極に吸着していた硫黄が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流に起因して前記出力電流に生じる変化であって前記排気に含まれる前記硫黄酸化物の濃度が高いほど大きくなる出力電流に生じる変化であり、前記硫黄酸化物の分解開始電圧未満の範囲に現れる再酸化電流変化、の程度、に相関を有するパラメータ（Ｉsmn）を前記出力電流に基づいて取得し（図１０のステップ１０２０）、当該パラメータに基づいて前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定（図１０のステップ１０４０）又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う、
ように構成されている。
前記降圧スイープは、前記再酸化電流変化が現れるように設定された前記所定の降圧速度で実行され、
前記測定制御部は、
前記降圧スイープ中であって前記印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧以下の第３電圧以下であり且つ前記第１電圧より高い第４電圧以上の検出用電圧範囲内の電圧となっている期間において前記電流検出部により取得される出力電流のうちの最小値（Ｉsmn）を前記パラメータとして用いる（図１０のステップ１０４０）ように構成され、
前記所定の降圧速度は、
前記第２電圧から前記第１電圧に達するまでの時間が０．１秒以上５秒以下の範囲内となるような降圧速度に設定されている。

発明者の検討によれば、「降圧スイープを行っているときに第１電極に吸着した硫黄」が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へ戻ることに起因して「硫黄酸化物以外酸素含有成分」の影響を受け難い「出力電流の変化」が生じることが判明した。更に、降圧スイープにおける所定の経過時間当たりの電圧降下量（即ち、降圧速度）により、この「出力電流の変化」の程度が大きく変わることが判明した（図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照。）。これらの現象が生じるメカニズムは、次のようなことであると推定される。

即ち、昇圧スイープを行うことにより第１電極に吸着した硫黄（硫黄酸化物の分解物）が、降圧スイープを行っているときに、当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻る。昇圧スイープを行った場合に「硫黄酸化物以外の酸素含有成分の分解物（例えば、水の分解物である水素）」は第１電極に吸着しないため、降圧スイープを行っているとき、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の分解物が当該第１電極において再酸化反応して酸素含有成分へ戻る現象は実質的に生じない。

このため、降圧スイープを行っているときに第１電極に吸着していた硫黄が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより生じる「出力電流の変化」は、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい。即ち、降圧スイープ中に硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい「出力電流の変化」が生じる。

ところが、降圧スイープの降圧速度（掃引速度）がある速度より遅い場合、降圧スイープを行っているときに硫黄の再酸化反応が連続的且つ徐々に進行するため、硫黄酸化物濃度がどのような濃度であっても「出力電流の変化」の程度が現れ難い。

これに対して、降圧スイープの降圧速度をある速度より速くした場合、降圧スイープを行っているときに硫黄の再酸反応がそれ程進行しないまま印加電圧が低下し、印加電圧が「硫黄の再酸化反応が活発になるある電圧範囲（即ち、硫黄酸化物の分解開始電圧未満の所定の電圧範囲）」内の電圧になると、硫黄の再酸化反応が急激に進行する。その結果、硫黄酸化物濃度が高いほど出力電流の変化の程度が大きくなる。即ち、硫黄酸化物濃度を精度よく検出するのに有意な電流変化が現れる。

そこで、本発明検出装置における降圧スイープの降圧速度は、「印加電圧が、第１電圧範囲（硫黄酸化物の分解開始電圧未満の電圧範囲）内であって第１電圧よりも高い電圧範囲内の電圧となった時点を境に硫黄の再酸化反応の速度が急増する速度」となるように設定されている。従って、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けない出力電流の変化が、硫黄酸化物濃度が高いほど大きく現れる。

更に、本発明検出装置は、そのような硫黄の再酸化反応に起因して「出力電流に生じる変化の程度」に相関を有するパラメータを出力電流に基づいて取得し、そのパラメータに基づいて、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行うように構成されている。

更に、本発明検出装置は、再酸化電流変化を表す前記パラメータとして、降圧スイープ中であって印加電圧が上述した検出用電圧範囲内の電圧となっている期間（即ち、硫黄の再酸化反応が活発に生じている期間）における出力電流の最小値を採用している。例えば、降圧スイープ中における出力電流は、図７（Ｂ）に示したように、印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高い電圧（図７（Ｂ）では０．６５Ｖ近傍の電圧）である時点において最小値となる場合があることが分かった。従って、このような最小値は硫黄酸化物の濃度を精度よく表していない。これに対し、印加電圧が上述した検出用電圧範囲（図７（Ｂ）の例における破線の長方形を参照。）内の電圧となっている期間（即ち、硫黄の再酸化反応が活発に生じている期間）における出力電流の最小値は硫黄酸化物の濃度を精度よく表す。

従って、本発明検出装置は、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を精度よく行うことができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの前記判定を行うように構成されており、
前記測定制御部は、
前記最小値（Ｉsmn）が所定の閾値（Ｉth）より小さいか否かを判定し（図１０のステップ１０４０）、
前記最小値が前記閾値より小さいと判定した場合（図１０のステップ１０４０での「Ｙｅｓ」との判定）、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれていると判定し（図１０のステップ１０４５）、
前記最小値が前記閾値以上であると判定した場合（図１０のステップ１０４０での「Ｎｏ」との判定）、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれていないと判定する（図１０のステップ１０５５）、
ように構成されている。

これによれば、上記最小値が閾値（最小電流閾値）より小さいか否かが判定されることによって、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定が行われる。従って、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定を精度良く行うことができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、
更に、前記判定を行う前に、前記電圧印加部を用いて、前記印加電圧を、酸素の限界電流が生じる範囲内から選ばれた空燃比検出用印加電圧に設定し（図９のステップ９５０）、
前記印加電圧が前記空燃比検出用印加電圧に設定されている場合に前記電流検出部を用いて前記出力電流を前記排気に含まれる酸素に対する限界電流値として取得し（図１０のステップ１０２０）、
前記取得された限界電流値に基づく前記閾値の決定（図１０のステップ１０４０）、及び、前記最小値が前記閾値より小さいか否かの判定の前の時点における前記取得された限界電流値に基づく前記最小値の補正、の少なくとも一方を実行する、
ように構成されている。

排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かについての上記判定を行う場合、そのときの排気中の酸素濃度が大きいほど（即ち、排気に含まれる酸素に対する限界電流値が大きいほど）、酸素の還元分解に起因してより多くの酸化物イオンが第１電極と第２電極との間を移動するから、上記出力電流は大きい。このため、排気中の硫黄酸化物の濃度が同じであっても、上記判定を行うときの排気中の酸素濃度に応じて上記出力電流の最小値が変化する。よって、上記判定に用いる上記最小電流閾値及び／又は「取得された最小値」を、排気の酸素濃度を表す「排気に含まれる酸素に対する限界電流値」に基づいて変更することが好ましい。

かかる観点から、上記構成によれば、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定を行うときの排気中の酸素濃度に応じて「より適切な閾値最小電流、及び／又は、より適切な最小値」が求められ、それらが当該判定に使用される。その結果、当該判定をより精度よく行うことができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、前記排気中の硫黄酸化物の濃度の前記検出を行うように構成されており、
前記測定制御部は、前記最小値に基づいて前記排気中の硫黄酸化物の濃度を検出するように構成されている（図１１のステップ１１１０）。

この態様によれば、排気中の硫黄酸化物の濃度に非常に相関が強い上記パラメータに基づいて排気中の硫黄酸化物の濃度を簡単に検出することができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、前記排気中の硫黄酸化物の濃度の前記検出を行うように構成されており、
前記硫黄酸化物の濃度の検出前に、前記電圧印加部を用いて、前記印加電圧を、酸素の限界電流が生じる範囲内から選ばれた空燃比検出用印加電圧に設定し（図９のステップ９５０）、
前記印加電圧が前記空燃比検出用印加電圧に設定されている場合に前記電流検出部を用いて前記出力電流を前記排気に含まれる酸素に対する限界電流値として取得し（図９のステップ９２０）、
前記パラメータとして取得された前記最小値と、前記取得された酸素に対する限界電流値と、に基づいて前記排気中の硫黄酸化物の濃度を検出するように構成されている。

機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになる（即ち、排気中の酸素濃度が大きくなる。）ほど、より多くの酸素が第１電極において分解されるから、第１電極から第２電極へ移動する酸化物イオンの量が多くなり、出力電流が上昇する。従って、上記構成によれば、この出力電流の上昇分をも加味して硫黄酸化物の濃度が検出される。その結果、硫黄酸化物の濃度をより精度良く検出することができる。

上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記名称及び／又は符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係るガス検出装置及び当該ガス検出装置が適用される内燃機関の概略構成図である。 図２は、図１に示したガスセンサの素子部の構成の一例を示す模式的な断面図である。 図３（Ａ）は、本発明の実施形態に係るガス検出装置の作動の概要を説明するためのタイムチャートである。図３（Ｂ）は、ＳＯｘ検出を行う時の印加電圧の波形を示すグラフである。図３（Ｃ）は、ＳＯｘ検出を行う時の別の印加電圧の波形を示すグラフである。 図４（Ａ）は、素子部で生じるＳＯｘの分解反応を説明するための模式図である。図４（Ｂ）は、素子部で生じる硫黄の再酸化反応を説明するための模式図である。 図５（Ａ）は、印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。図５（Ｂ）は、印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。 図６は、燃焼室内の混合気のＡ／Ｆと酸素の限界電流域との関係を示すグラフである。 図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、印加電圧スイープを実行したときの印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。 図８は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するセンサ活性判定ルーチンを表すフローチャートである。 図９は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するＡ／Ｆ検出ルーチンを表すフローチャートである。 図１０は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチンを表すフローチャートである。 図１１は、図１に示したガス検出装置の変形例に係るＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチンを表すフローチャートである。 図１２は、図１に示したガス検出装置の他の変形例に係るＥＣＵのＣＰＵが参照するルックアップテーブルである。

以下、本発明の実施形態に係るガス検出装置について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の全図において、同一又は対応する部分には同一の符号を付す。

（構成）
本発明の実施形態に係るガス検出装置（以下、「本検出装置」と称呼される場合がある。）について説明する。本検出装置は、「図１に示された内燃機関１０」を搭載した図示しない車両に適用される。

内燃機関１０は周知のディーゼルエンジンである。内燃機関１０は、図示しない燃焼室と、燃料噴射弁１１と、を含む。燃料噴射弁１１は、燃焼室内に燃料を噴射することができるようにシリンダヘッド部に配設されている。燃料噴射弁１１は、後述するＥＣＵ２０の指示に応じて燃焼室内に燃料を直接噴射する。排気管１２は、図示しない燃焼室に連通する排気ポートに接続された図示しないエキゾーストマニホールドの端部に接続されている。排気ポート、エキゾーストマニホールド及び排気管１２は、燃焼室から排出された排気が流れる排気通路を構成している。排気管１２には、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst：ディーゼル用酸化触媒)１３及びＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１４が配設されている。

ＤＯＣ１３は、排気浄化触媒である。具体的に述べると、ＤＯＣ１３は、白金及びパラジウム等の貴金属を触媒として、排気中の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化し、排気を浄化する。即ち、ＤＯＣ１３により、ＨＣは水とＣＯ_２に酸化され、ＣＯはＣＯ_２に酸化される。

ＤＰＦ１４は、ＤＯＣ１３よりも下流側に配置されている。ＤＰＦ１４は、排気中の微粒子（パティキュレート）を捕捉するフィルタである。具体的に述べると、ＤＰＦ１４は、多孔質材料（例えば、セラミックの一種であるコージライトからなる隔壁）によって形成された複数の通路を備えている。ＤＰＦ１４は、隔壁を通過する排気に含まれる微粒子を、その隔壁の細孔表面にて捕集する。

本検出装置は、ＥＣＵ２０を含む。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアプＲＡＭ及びインターフェース（Ｉ／Ｆ）を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路である。ＣＰＵは、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたインストラクション（ルーチン）を実行することにより、所定の機能を実現するようになっている。

ＥＣＵ２０は、内燃機関１０の各種アクチュエータ（燃料噴射弁１１等）に接続されている。ＥＣＵ２０は、これらのアクチュエータに駆動（指示）信号を送出し、内燃機関１０を制御するようになっている。更に、ＥＣＵ２０は、以下に述べる各種センサ類と接続されていて、これらのセンサ類からの信号を受け取るようになっている。

機関回転速度センサ２１：機関回転速度センサ（以下、「ＮＥセンサ」と称呼する。）２１は、内燃機関１０の回転速度（機関回転速度）ＮＥを測定し、この機関回転速度ＮＥを表す信号を出力するようになっている。

水温センサ２２：水温センサ２２は、シリンダブロック部に配設されている。水温センサ２２は、内燃機関１０を冷却する冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を測定し、この冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。

アクセルぺダル操作量センサ２３：アクセルペダル操作量センサ２３は、車両のアクセルペダル２３ａの操作量（アクセル開度）を検出し、アクセルペダル操作量ＡＰを表す信号を出力するようになっている。

ガスセンサ３０：ガスセンサ３０は、１セル式の限界電流式ガスセンサであり、機関１０の排気経路を構成する排気管１２に配設されている。ガスセンサ３０は、排気管１２に介装されたＤＯＣ１３及びＤＰＦ１４よりも下流側に配設されている。

（ガスセンサの構成）
次に、ガスセンサ３０の構成について、図２を参照しながら説明する。ガスセンサ３０が備える素子部４０は、固体電解質体４１ｓ、第１アルミナ層５１ａ、第２アルミナ層５１ｂ、第３アルミナ層５１ｃ、第４アルミナ層５１ｄ、第５アルミナ層５１ｅ、拡散抵抗部（拡散律速層）６１及びヒータ７１を備える。

固体電解質体４１ｓは、ジルコニア等を含み、酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。固体電解質体４１ｓを形成するジルコニアは、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）及びイットリウム（Ｙ）等の元素を含んでいてもよい。

第１乃至第５アルミナ層５１ａ乃至５１ｅは、アルミナを含む緻密（ガス不透過性）の層（緻密な薄板体）である。

拡散抵抗部６１は、多孔質の拡散律速層であり、ガス透過性の層（薄板体）である。ヒータ７１は、例えば、白金（Ｐｔ）とセラミックス（例えば、アルミナ等）とを含むサーメットの薄板体であり、通電によって発熱する発熱体である。ヒータ７１は、図示しないリード線によって車両に搭載された図示しない電源に接続されている。ヒータ７１は、ＥＣＵ２０によって「その電源から供給される電力量」が制御されることにより、発熱量を変更できるようになっている。

素子部４０の各層は、下方から、第５アルミナ層５１ｅ、第４アルミナ層５１ｄ、第３アルミナ層５１ｃ、固体電解質体４１ｓ、拡散抵抗部６１及び第２アルミナ層５１ｂ、第１アルミナ層５１ａの順に積層されている。

内部空間ＳＰ１は、第１アルミナ層５１ａ、固体電解質体４１ｓ、拡散抵抗部６１及び第２アルミナ層５１ｂによって形成される空間であり、その中に拡散抵抗部６１を介して被検ガスとしての内燃機関１０の排気が導入されるようになっている。即ち、内部空間ＳＰ１は拡散抵抗部６１を介して内燃機関１０の排気管１２の内部と連通している。従って、排気管１２内の排気が内部空間ＳＰ１内に被検ガスとして導かれる。

第１大気導入路ＳＰ２は、固体電解質体４１ｓ、第３アルミナ層５１ｃ及び第４アルミナ層５１ｄによって形成され、排気管１２の外部の大気に開放されている。

第１電極４１ａは、固体電解質体４１ｓの一方の側の表面（具体的には、内部空間ＳＰ１を画定する固体電解質体４１ｓの表面）に固着されている。第１電極４１ａは陰極である。第１電極４１ａは、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。

第２電極４１ｂは、固体電解質体４１ｓの他方の側の表面（具体的には、第１大気導入路ＳＰ２を画定する固体電解質体４１ｓの表面）に固着されている。第２電極４１ｂは陽極である。第２電極４１ｂは、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。

第１電極４１ａと第２電極４１ｂとは、固体電解質体４１ｓを挟んで互いに対向するように配置されている。即ち、第１電極４１ａ、第２電極４１ｂ及び固体電解質体４１ｓは、酸素ポンピング作用による酸素排出能力を有する電気化学セル４１ｃを構成している。電気化学セル４１ｃは、ヒータ７１により、活性化温度まで加熱される。

固体電解質体４１ｓ及び第１乃至第５アルミナ層５１ａ乃至５１ｅの各層は、例えばドクターブレード法及び押し出し成形法等により、シート状に成形されている。第１電極４１ａ、第２電極４１ｂ及びこれらの電極に通電するための配線等は、例えばスクリーン印刷法等によって形成されている。これらのシートを上述したように積層して焼成することにより、上記のような構造を有する素子部４０が一体的に製造されている。

尚、第１電極４１ａを構成する材料は、上記の材料に限定されず、例えば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）等の白金族元素又はそれらの合金等を主成分として含む材料から選択することができる。但し、第１電極４１ａを構成する材料は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間にＳＯｘ分解開始電圧以上の電圧（具体的には、約０．６Ｖ以上の電圧）を印加したときに、拡散抵抗部６１を介して内部空間ＳＰ１に導かれた排気中に含まれるＳＯ_ｘを還元分解させることができる限り、特に限定されない。

ガスセンサ３０は、更に、電源回路８１及び電流計９１を備える。電源回路８１及び電流計９１は上述したＥＣＵ２０に接続されている。

電源回路８１は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に、第２電極４１ｂの電位が第１電極４１ａの電位よりも高くなるように所定の電圧（以下、「印加電圧Ｖｍ」とも称呼する。）を印加できるようになっている。電源回路８１は、ＥＣＵ２０により制御されることにより、印加電圧Ｖｍを変更できるようになっている。

電流計９１は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に流れる電流（従って、固体電解質体４１ｓを流れる電流）である出力電流（電極電流）Ｉｍを計測して、その計測値をＥＣＵ２０に出力するようになっている。

＜作動の概要＞
次に、本検出装置が行う作動の概要について説明する。本検出装置は、内燃機関１０から排出される排気（被検ガス）の酸素濃度を検出するように構成されている。本検出装置は、排気中の酸素濃度に基づいて内燃機関１０の燃焼室内の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するように構成されている。以下、内燃機関１０の燃焼室内の混合気の空燃比は、「機関の空燃比Ａ／Ｆ」とも称呼される。更に、本検出装置は、排気に含まれる所定濃度以上のＳＯｘの有無を判定するように構成されている。本検出装置は、ＳＯｘの有無の検出開始から検出終了までに数秒を必要とするため、機関の空燃比Ａ／Ｆが安定している状態（機関の空燃比Ａ／Ｆが安定するように機関１０が運転され得る場合）において所定濃度以上のＳＯｘの有無を判定するように構成されている。

具体的に述べると、図３（Ａ）に示したように、内燃機関１０の始動が開始した時点である時刻ｔ０になると、本検出装置はヒータ７１によって固体電解質体４１ｓを加熱するように、ヒータ７１に対する制御を開始する。これによって、固体電解質体４１ｓが、酸化物イオン伝導性を発現する温度（以後、「活性化温度」と称呼される場合がある。）以上の所定の温度まで昇温される。

時刻ｔ１で、固体電解質体４１ｓの温度（センサ素子温度）が活性化温度以上になって、ガスセンサ３０がセンサ活性の状態になると、本検出装置は、排ガスの酸素濃度を検出し当該酸素濃度に基づいて機関の空燃比Ａ／Ｆを取得するための処理を開始する。尚、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間の時点である時刻ｔｄで、本検出装置は、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に、酸素濃度の検出に適した酸素濃度（Ａ／Ｆ）検出用の電圧（具体的に述べると０．３Ｖ）の印加を開始する。即ち、本検出装置は、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧に設定する。固体電解質体４１ｓの温度が活性化温度以上であるときに、この印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の電圧に設定されている場合、酸素分子が分解されて酸素ポンピング作用が発現するが、酸素以外の酸素含有成分（ＳＯｘを含む。）のガスが分解されることはない。

本検出装置は、時刻ｔ１から、酸素濃度を連続的に検出することにより機関の空燃比Ａ／Ｆを監視する。そして、時刻ｔ２で、ＳＯｘ検出開始条件を満たすと（即ち、機関の空燃比Ａ／Ｆが安定した状態になり、且つ、後述するその他の条件が満たされると）、本検出装置は排気中のＳＯｘ濃度検出の処理を開始する。尚、本明細書において、ＳＯｘ濃度検出とは、排気中のＳＯｘ濃度そのものを検出（測定）すること、及び、排気中のＳＯｘ濃度を表すパラメータを取得することの両方を指す。本検出装置は、後述するように、排気中のＳＯｘ濃度を表すパラメータ（ＳＯｘ濃度に応じて変化するパラメータ）を取得し、そのパラメータを用いて排気中に所定濃度以上のＳＯｘが排気中に含まれているか否かの判定を行う。尚、所定濃度としては、所望の検出レベルに応じた０よりも大きい濃度が選ばれる。

即ち、時刻ｔ１から時刻ｔ２の直前までの期間、本検出装置は機関の空燃比Ａ／Ｆを検出し、ＳＯｘ検出を開始する時点である時刻ｔ２にて機関の空燃比Ａ／Ｆの検出を停止する。

時刻ｔ２から時刻ｔ３の直前までの期間、本検出装置は所定の印加電圧範囲で印加電圧スイープを行う。即ち、本検出装置は、印加電圧Ｖｍを「第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２まで徐々に増大させる昇圧スイープ」を行った後、印加電圧Ｖｍを「第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１まで徐々に減少させる降圧スイープ」を行う。本検出装置は、１回の昇圧スイープ及び１回の降圧スイープを１サイクルとする印加電圧スイープを、１サイクル行う。但し、本検出装置は、印加電圧スイープを複数サイクル行っても良い。

より具体的に述べると、本検出装置は、図３（Ｂ）に示した正弦波の波形の１周期分を有する電圧を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂの間に印加することにより、印加電圧スイープを行う。尚、この場合の電圧波形は、図３（Ｂ）に示した正弦波に限定されるものではなく、種々の波形を採用し得る。例えば、この場合の電圧波形は、図３（Ｃ）のグラフに示したような非正弦波（キャパシタの充放電時の電圧波形のような波形）であってもよい。

時刻ｔ３で、ＳＯｘ検出が終了すると、本検出装置は、機関の空燃比Ａ／Ｆを検出するための処理を再開する。即ち、本検出装置は、時刻ｔ３で、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧（０．３Ｖ）に設定する。

（Ａ／Ｆ検出）
次に、上述した機関の空燃比Ａ／Ｆを検出する際の作動について説明する。本検出装置は、ガスセンサ３０がセンサ活性の状態になると、機関の空燃比Ａ／Ｆを取得するために、第１電極４１ａが低電位となり且つ第２電極４１ｂが高電位となるように、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧（例えば、０．３Ｖ）に設定する。即ち、第１電極４１ａは陰極として機能し、第２電極４１ｂは陽極として機能する。酸素濃度検出用の電圧は、第１電極電極４１ａにおいて酸素（Ｏ_２）の分解が始まる電圧（分解開始電圧）以上であって且つ酸素以外の酸素含有成分の分解開始電圧未満の電圧に設定される。これにより、排気中に含まれる酸素が第１電極４１ａにおいて還元分解されて酸化物イオン（Ｏ^２−）となる。

この酸化物イオンは上記固体電解質体４１ｓを介して第２電極４１ｂへと伝導されて酸素（Ｏ_２）となり、大気導入路ＳＰ２を通じて大気中へと排出される。前述したように、このような陰極（第１電極４１ａ）から陽極（第２電極４１ｂ）への固体電解質体４１ｓを介する酸化物イオンの伝導による酸素の移動は「酸素ポンピング作用」と称される。

この酸素ポンピング作用に伴う酸化物イオンの伝導により、電極４１ａと電極４１ｂとの間に電流が流れる。電極４１ａと電極４１ｂとの間に流れる電流は「出力電流Ｉｍ（或いは電極電流Ｉｍ）」と称呼される。出力電流Ｉｍは、一般には、印加電圧Ｖｍが上昇するほど大きくなる傾向を有する。しかしながら、第１電極４１ａに到達する排気の流量が拡散抵抗部６１によって制限されるので、やがて酸素ポンピング作用に伴う酸素の消費速度が第１電極４１ａへの酸素の供給速度を超えるようになる。即ち、第１電極４１ａ（陰極）における酸素の還元分解反応が拡散律速状態となる。

第１電極４１ａにおける酸素の還元分解反応が拡散律速状態となると、印加電圧Ｖｍを上昇させても出力電流Ｉｍが増大せず、略一定となる。このような特性は「限界電流特性」と称呼される。限界電流特性が発現する（観測される）印加電圧の範囲は「限界電流域」と称呼される。更に、限界電流域における出力電流Ｉｍは「限界電流」と称呼される。酸素に対する限界電流の大きさ（限界電流値）は第１電極４１ａ（陰極）への酸素の供給速度に対応する。上述したように、第１電極４１ａに到達する排気の流量は拡散抵抗部６１によって一定に維持されているので、第１電極４１ａへの酸素の供給速度は排気に含まれる酸素の濃度に対応する。

従って、ガスセンサ３０において、印加電圧Ｖｍを「酸素の限界電流域内の所定の電圧（具体的に述べると０．３Ｖ）である酸素濃度検出用の電圧」に設定したときの出力電流（限界電流）Ｉｍは排気に含まれる酸素の濃度に対応する。このように酸素の限界電流特性を利用して、本検出装置は被検ガスとしての排気中に含まれる酸素の濃度を検出する。
即ち、本検出装置は、酸素の限界電流と酸素濃度との関係を予めＲＯＭに記憶させておき、その関係と検出した酸素の限界電流とに基づいて排気中の酸素濃度を検出する。一方、機関の空燃比Ａ／Ｆと排気中の酸素の濃度とは、一対一の関係がある。従って、本検出装置は、この関係を予めＲＯＭに記憶させておき、その関係と検出した酸素濃度とに基づいて機関の空燃比Ａ／Ｆを検出する。尚、本検出装置は、酸素の限界電流と機関の空燃比Ａ／Ｆとの関係を予めＲＯＭに記憶させておき、その関係と検出した酸素の限界電流とに基づいて機関の空燃比Ａ／Ｆを取得してもよい。

（ＳＯｘ濃度検出）
［検出原理］
次に、排気中のＳＯｘ濃度検出の仕方について説明する。上述した酸素ポンピング作用は、分子中に酸素原子を含む「ＳＯｘ（硫黄酸化物）及びＨ_２Ｏ（水）等」の酸素含有成分に対しても発生する。即ち、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に、これらの化合物のそれぞれの分解開始電圧以上の電圧を印加すると、これらの化合物のそれぞれが還元分解されることによって、酸化物イオンが生じる。この酸化物イオンは、「酸素ポンピング作用」によって、第１電極４１ａから第２電極４１ｂへと伝導される。これにより、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に出力電流Ｉｍが流れる。

しかしながら、排気中に含まれるＳＯｘの濃度は極めて低く、ＳＯｘの分解に起因する電流も極めて小さい。更に、ＳＯｘ以外の酸素含有成分（例えば、水及び二酸化炭素等）が分解されることに起因する電流も第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に流れる。そのため、ＳＯｘに起因する出力電流のみを精度よく検出することは困難である。

そこで、本願の発明者は、鋭意検討した結果、ＳＯｘ濃度を検出する際、昇圧スイープ及び「所定の掃引速度での降圧スイープ」を１サイクルとする印加電圧スイープを実行することによって、ＳＯｘ濃度を精度良く検出できるとの知見を得た。

昇圧スイープは、印加電圧Ｖｍを、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に徐々に上昇させる処理である。降圧スイープは、印加電圧Ｖｍを、第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１に徐々に下降させる処理である。尚、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、第１電極４１ａの電位を基準とした第２電極４１ｂの電位であり、正の電圧値である。

第１電圧Ｖ１は、ＳＯｘの分解開始電圧（約０．６Ｖ）よりも低く、且つ、酸素の限界電流域内の印加電圧の最小値よりも高い電圧範囲（以下、「第１電圧範囲」とも称呼される。）内の電圧に設定される。酸素の限界電流域内の印加電圧の最小値は、機関の空燃比Ａ／Ｆに依存する（機関の空燃比Ａ／Ｆが大きいほど高くなる）から、第１電圧範囲の下限値もまた機関の空燃比Ａ／Ｆに応じて変更されることが望ましい。具体的には、第１電圧範囲の下限値は例えば０．２Ｖ乃至０．４５Ｖの範囲内の電圧であり、第１電圧範囲の上限電圧は０．６Ｖである。即ち、第１電圧は０．２Ｖ以上であり且つ０．６Ｖ未満の範囲から選ばれた電圧である。

第２電圧Ｖ２は、ＳＯｘの分解開始電圧（約０．６Ｖ）よりも高く、且つ、固体電解質体４１ｓが破壊されない電圧の上限値（２．０Ｖ）よりも低い電圧範囲（以下、「第２電圧範囲」とも称呼される。）内の電圧に設定される。即ち、第２電圧Ｖ２は、０．６Ｖよりも高く且つ２．０Ｖ以下の範囲から選ばれた電圧である。

昇圧スイープを行っている期間において、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂの間に印加される印加電圧Ｖｍが、ＳＯｘの分解開始電圧以上になると、図４（Ａ）に示したように、第１電極４１ａ（陰極）において排気に含まれるＳＯｘがＳとＯ^２−とに還元分解される。その結果、ＳＯｘの還元分解生成物（Ｓ（硫黄））が、第１電極４１ａ（陰極）に吸着する。

降圧スイープを行っている期間において、印加電圧Ｖｍが、ＳＯｘの分解開始電圧未満になると、図４（Ｂ）に示したように、第１電極４１ａ（陰極）に吸着していたＳとＯ^２−とが反応してＳＯｘを生成する反応（以下、「Ｓ（硫黄）の再酸化反応」と称呼する場合がある。）が生じる。このとき、「Ｓの再酸化反応」に起因して、出力電流Ｉｍが後述するように変化する。尚、この「Ｓの再酸化反応」に伴う出力電流Ｉｍの変化を「再酸化電流変化」と称呼する。

ところで、発明者の検討によれば、降圧スイープの掃引速度（所定の経過時間当たりの電圧降下量）によっては、ＳＯｘ濃度検出に有意な再酸化電流変化が現れなくなる場合があることが判明した。この点について、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照しながら説明する。

図５（Ａ）は、掃引周期（即ち、昇圧スイープに要する時間と降圧スイープに要する時間との和、印加電圧スイープの周期）を１秒に設定して印加電圧スイープを実行したときの印加電圧Ｖｍと出力電流Ｉｍとの関係を示した模式的なグラフである。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示した例より遅い掃引速度（掃引周期２０秒）にて、印加電圧スイープを実行したときの印加電圧Ｖｍと出力電流Ｉｍとの関係を示した模式的なグラフである。尚、この場合の印加電圧Ｖｍの波形は図３（Ｂ）に示した正弦波形の１周期分である。

両者を比較すると、図５（Ｂ）の例より、印加電圧スイープの掃引速度がより速い図５（Ａ）の例の方が、ＳＯｘの分解開始電圧（０．６Ｖ）よりも小さい電圧範囲にて、線Ｌ１で示した「被検ガスのＳＯｘ濃度が０ｐｐｍのときの出力電流Ｉｍ」と、線Ｌ２で示した「被検ガスのＳＯｘ濃度が１３０ｐｐｍのときの出力電流Ｉｍ」との差（電流値の差）が明確に現れている。即ち、図５（Ａ）の例の方では、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化（再酸化電流変化）が現れている。このような現象が生じるメカニズムは、次のようなことであると考えられる。

即ち、掃引速度を所定速度より遅くした場合、降圧スイープを行っているときに、Ｓの再酸化反応が連続的且つ徐々に進行するため、有意な再酸化電流変化は現れない。一方、掃引速度を所定の掃引速度より速くした場合、降圧スイープを行っているときに、Ｓの再酸化反応がそれ程進行しないまま印加電圧が低下し、印加電圧Ｖｍが「Ｓの再酸化反応が活発になるある電圧範囲」の電圧になると、Ｓの再酸化反応が急激に進行すると考えられる。これにより、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化が現れる。

このように、降圧スイープを行った時の掃引速度によって、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化が現れる場合と現れなくなる場合とが生じる。従って、降圧スイープを行うとき、掃引速度を、再酸化電流変化を示す有意な電流変化が現れるような所定速度にする必要がある。

本検出装置において、この所定速度は、予め実験を行うことによって再酸化電流変化を示す有意な電流変化が現れる適切な速度に設定される。

実験によれば、例えば、図３（Ｂ）に示した正弦波形の電圧を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に印加する場合、所定範囲の周波数Ｆ（典型的には、０．１Ｈｚ以上５Ｈｚ以下の範囲）となるような掃引速度に設定することが好ましいことが判明した。この所定範囲の周波数Ｆの下限値は、これ未満になるとＳＯｘ濃度検出に有意な信号差（再酸化電流変化）が得られなくなる観点から定められる。この所定範囲の周波数Ｆの上限値は、これより多くなると、ＳＯｘ濃度以外の他の電流変化要因（具体的に述べると固体電解質体４１ｓの容量等）の寄与が大きくなってしまう観点から定められる。

一方、実験によれば、図３（Ｃ）に示したような、キャパシタの充放電に伴う非正弦波形の電圧を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に印加する場合、電圧切り替え波形の応答時間Ｔ１が所定範囲（典型的には、０．１秒以上５秒以下の範囲）となるような掃引速度に設定することが好ましいことが判明した。尚、応答時間Ｔ１は、印加電圧が所定範囲の下限電圧から上限電圧又はその逆に変化するのに要する時間である。応答時間Ｔ１の所定範囲の下限電圧及び上限電圧は、上述した正弦波形の電圧を印加電圧として用いる場合の周波数（上記所定の周波数）Ｆを決定する場合と同様の観点から適切な値に定められる。

尚、上記の周波数Ｆ及び応答時間Ｔ１の所定範囲を、降圧スイープに要する時間（即ち、第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１に達するまでの時間）に換算すると、０．１秒以上５秒以下の範囲となる。従って、当該時間は、０．１秒以上５秒以下の範囲であることが好ましい。

更に、再酸化電流変化は、主として排気中のＳＯｘ濃度に依存することが判明した。換言すると、再酸化電流変化は、排気中の「硫黄酸化物（ＳＯｘ）以外の酸素含有成分のガス（例えば、水）」の影響を受ける可能性が低い。即ち、昇圧スイープを行った場合に「硫黄酸化物以外の酸素含有成分」の分解物（例えば、水の分解物である水素等）は第１電極４１ａに吸着しないため、降圧スイープを行っている期間において、そのような「硫黄酸化物以外の酸素含有成分」の分解物が当該第１電極４１ａにおいて再酸化反応して酸素含有成分へ戻る現象は実質的に生じない。

このため、降圧スイープを行っているときに第１電極４１ａに吸着していた硫黄が当該第１電極４１ａにおいて再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより生じる「出力電流の変化」は、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい。即ち、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい「出力電流の変化」が生じる。

更に、「出力電流の変化（再酸化電流変化）」は、排気（被検ガス）中のＳＯｘ濃度が大きくなるほど出力電流Ｉｍが小さくなっていくような特性を有するように現れることが判明した。即ち、硫黄の再酸化反応が生じた場合、図４（Ｂ）に示したように、第１電極４１ａにおいて酸化物イオンが消費されるため、第１電極４１ａから第２電極４１ｂへ移動する酸化物イオン（例えば、酸素分子の分解により生じる酸化物イオン）の移動量が減少する。これにより、出力電流Ｉｍは減少する。排気中のＳＯｘ濃度が大きくなるほど、特に昇圧スイープ中に第１電極４１ａに吸着する硫黄の量が多くなり、よって、特に降圧スイープ中に第１電極４１ａにおいて硫黄と反応して消費される酸化物イオンの量も多くなる。その結果、第１電極４１ａから第２電極４１ｂへ移動する酸化物イオンの量も減少する。従って、排気中のＳＯｘ濃度が大きくなるほど、出力電流Ｉｍは減少する。

以上により、上述した「再酸化電流変化を利用することにより、排気中のＳＯｘ以外の酸素含有成分のガス（例えば、水）の影響を受けることなく、精度よく排気中のＳＯｘ濃度を検出することができる。」ことが理解される。よって、本検出装置は、この再酸化電流変化を利用してＳＯｘ濃度（実際には、所定濃度以上のＳＯｘの有無）を検出する。

［再酸化電流変化を検出するためのパラメータ］
本検出装置は、「再酸化電流変化」を適切に（精度良く）表すパラメータを取得し、このパラメータに基づいて、ＳＯｘ濃度検出を行う。より具体的に述べると、本検出装置は、降圧スイープ中において印加電圧Ｖｍが「電流取得開始電圧（第３電圧）Ｖsem以下であり、且つ、第１電圧Ｖ１より高い第４電圧Ｖ４以上の範囲（検出用電圧範囲）内」であるときの出力電流Ｉｍの最小値（以下、「最小電流Ｉsmn」又は「最小値Ｉsmn」と称呼する。）を「再酸化電流変化を表すパラメータ」として取得する。

電流取得開始電圧Ｖsemは、降圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）より大きく、且つ、ＳＯｘの分解開始電圧（０．６Ｖ）以下の範囲内から選ばれる。本例において、電流取得開始電圧Ｖsemは、０．６Ｖに設定されている。尚、電流取得開始電圧Ｖsemは、印加電圧範囲及び印加電圧スイープの周期（換言すると、印加電圧スイープの掃引速度）の少なくとも１つに応じて異なるようにしてもよい。そして、本検出装置は、このパラメータ（最小電流Ｉsmn）に基づいて、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が存在するか否かの判定を行う。

本検出装置は、印加電圧スイープを１サイクルだけ行って最小電流Ｉsmnを取得するが、印加電圧スイープを複数サイクル行い、且つ、各サイクルで最小電流Ｉsmnを取得するようにし、取得した複数の「最小電流Ｉsmn」の平均値を、「再酸化電流変化を表すパラメータ」として用いるように構成されてもよい。更に、本検出装置は、そのようにして取得した複数の「最小電流Ｉsmn」のうち最も小さい値を、「再酸化電流変化を表すパラメータ」として用いてもよい。これらのパラメータは、各サイクルでの最小電流Ｉsmnに基づいて求められる（相関を有する）値であるので、「出力電流Ｉｍの最小値」と総称されることがある。

［ＳＯｘ濃度検出（パラメータ取得）方法］
本検出装置は、以上説明したＳＯｘ濃度の検出原理を用いて、ＳＯｘ濃度検出及び「排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が存在するか否かの判定」を次のように行うようになっている。
・本検出装置は、所定の掃引速度にて印加電圧スイープを実行する。この場合、特に、大切な点は、降圧スイープ速度である。
このとき、本検出装置は、直前に取得しておいた「排気中の酸素に対する限界電流値」（従って、この酸素に対する限界電流値に基づいて検出される「排気中の酸素濃度」に応じた機関の空燃比Ａ／Ｆ）に基づいて印加電圧スイープの電圧範囲（即ち、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２）を決定する。
・本検出装置は、降圧スイープ中であって印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲（電流取得開始電圧Ｖsem以下であり、且つ、第１電圧Ｖ１より高い第４電圧Ｖ４以上の範囲）であるときの出力電流Ｉｍを所定のサンプリング時間毎に取得し、その中の最小値を、最小電流Ｉsmnとして取得する。この最小電流Ｉsmnが、排気中のＳＯｘ濃度を表すパラメータである。
・本検出装置は、最小電流Ｉsmnに基づいて、所定濃度以上のＳＯｘが排気中に含まれているか否かを判定する。

具体的に述べると、本検出装置は、ＳＯｘ濃度検出のための印加電圧スイープを実行する場合、図３（Ｂ）に示した正弦波の電圧波形を有する電圧の１周期分を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に印加する。このとき、本検出装置は、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化が生じるような上述した「所定の掃引速度」にて印加電圧スイープ（昇圧スイープ及び降圧スイープ）を実行する。

このとき、本検出装置は、機関の空燃比Ａ／Ｆに基づいて印加電圧スイープの電圧範囲（印加電圧のスイープの下限電圧（第１電圧）及び上限電圧（第２電圧）を決定する。具体的には、図６に示したように、印加電圧スイープの下限電圧は、点線Ｒで囲まれた内部抵抗依存域の出力電流Ｉｍを検出することを避けるように定められる。この内部抵抗依存域とは、印加電圧Ｖｍの増大に伴って出力電流Ｉｍが増大する領域（酸素の限界電流域に到達する直前の領域）である。内部抵抗依存域の印加電圧Ｖｍの上限電圧（即ち、酸素の限界電流域内の印加電圧の最小値）は、機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになる（排気中の酸素濃度が大きくなる）に従い高くなる。印加電圧スイープの上限電圧は、一定であってもよいが、印加電圧スイープの下限電圧が高くなるにつれて高くなるように定められる。

具体的に述べると、機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになるほど、内部抵抗依存域Ｒの印加電圧Ｖｍの上限値が高くなる。よって、本検出装置は、印加電圧スイープの電圧範囲が、この内部抵抗依存域Ｒに入らないように、機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになるほど印加電圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）を高くする。

図６から理解されるように発明者の実験によれば、Ａ／Ｆ＝１４．５（ストイキ）の場合、第１電圧Ｖ１は０．２Ｖ以上から選ばれた値であることが好ましく、本検出装置は第１電圧Ｖ１を０．２Ｖに設定している。Ａ／Ｆ＝３０の場合、第１電圧Ｖ１は０．３Ｖ以上から選ばれた値であることが好ましく、本検出装置は第１電圧Ｖ１を０．３Ｖに設定している。Ａ／Ｆ＝無限大（Ｏ_２濃度＝２０．９％）の場合、第１電圧Ｖ１は０．４Ｖ以上から選ばれた値であることが好ましく、本検出装置は第１電圧Ｖ１を０．４Ｖに設定している。

既述した通り、昇圧スイープ及び降圧スイープを行った場合、排気中にＳＯｘが含まれていると、昇圧スイープを行っている期間において、ＳＯｘが分解して生じたＳ（硫黄）が、第１電極４１ａに吸着する。降圧スイープを行っている期間において、第１電極４１ａに吸着したＳが再酸化する。

本検出装置は、再酸化電流変化を前述したパラメータ（＝最小電流Ｉsmn）を用いて検出することによって、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が存在するか否かの判定を行う。即ち、本検出装置は、印加電圧スイープを行って、図７（Ａ）の線ｇ２により示した出力電流Ｉｍから、降圧スイープ中であって印加電圧Ｖｍが上述した検出用電圧範囲であるときの最小値（最小電流Ｉsmn）を取得する。排気中にＳＯｘが含まれている場合、排気中にＳＯｘが含まれていない場合に比べて、上述した再酸化電流変化の程度は大きく現れる。即ち、排気中にＳＯｘが含まれている場合、線ｇ２に示したように、検出用電圧範囲において、出力電流Ｉｍが、線ｇ１に示した排気中にＳＯｘが含まれていない場合に比べて小さくなる。そして、排気中のＳＯｘ濃度が大きいほど、再酸化電流変化は顕著になり、これに伴い最小電流Ｉsmnが小さくなる。従って、本検出装置は、最小電流Ｉsmnを、ＳＯｘ濃度を表すパラメータとして取得する。

本検出装置によれば、このようにして、ＳＯｘ濃度を検出するために必要な再酸化電流変化の程度を精度良く表す出力電流Ｉｍの値（最小電流Ｉsmn）が取得される。従って、最小電流Ｉsmnが現れる実際の電圧が、諸条件（例えば、機関の空燃比Ａ／Ｆ、印加電圧範囲、掃引速度、ガスセンサ３０のセンサ素子温度及びガスセンサ３０の経年特性変化等）によって異なった場合でも、最小電流Ｉsmnが確実に取得される。よって、本検出装置は、ＳＯｘ濃度をより精度よく検出できる。

更に、降圧スイープ中における出力電流Ｉｍは、図７（Ｂ）に示したように、印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高い電圧（図７（Ｂ）に示した例においては０．６５Ｖ付近）であるときに、再酸化反応が生じていないと考えられるのにも関わらず、最小値となる場合があることが分かった。従って、このような「印加電圧Ｖｍが上記の検出用印加電圧範囲よりも高い場合の出力電流Ｉｍの最小値」は硫黄酸化物の濃度を精度よく表すパラメータとはなっていない。換言すると、降圧スイープ中の出力電流Ｉｍの最小値は、硫黄酸化物の濃度を精度よく表すパラメータとはなっていない。尚、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の印加電圧スイープの周波数（１Ｈｚ）とは異なる周波数で、印加電圧スイープを実行した場合の印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。これに対し、本検出装置は、印加電圧Ｖｍが上述した検出用電圧範囲内の電圧となっている期間（即ち、硫黄の再酸化反応が活発に生じている期間）における出力電流Ｉｍの最小値を、ＳＯｘ濃度を表すパラメータとして取得する。よって、本検出装置は、そのパラメータに基づいて、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが存在するか否かを精度良く判定することができる。

＜具体的作動＞
次に、本検出装置の具体的作動について説明する。所定時間が経過する毎に、ＥＣＵ２０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と称呼する。）は、ガスセンサ３０を使用して図８乃至図１０のフローチャートによりそれぞれ示したセンサ活性判定ルーチン、Ａ／Ｆ検出ルーチン及びＳＯｘ検出ルーチンを実行する。

尚、これらのルーチンにおいて使用される「Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値及びＳＯｘ検出要求フラグＸsの値」は、車両に搭載された図示しないイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更されたときに、ＣＰＵにより実行されるイニシャルルーチンにおいて「０」に設定される。

ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図８に示したセンサ活性判定ルーチンのステップ８００から処理を開始して、ステップ８１０に進み、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値、及び、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値が共に「０」であるか否かを判定する。

現時点が、イグニッション・キー・スイッチがオン位置へと変更された直後（内燃機関１０の始動直後）であるとすると、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値及びＳＯｘ検出要求フラグＸsの値が共に「０」である。従って、ＣＰＵはステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８２０に進み、ガスセンサ３０が正常であるか否かを周知の方法により判定する。例えば、ＣＰＵは、内燃機関１０の前回の運転中においてＡ／Ｆ検出中である場合に内燃機関１０の運転状態が燃料噴射状態から燃料カット状態へと変化した際、出力電流Ｉｓ変化しなかったとき、ガスセンサ３０が異常であると判定し、その旨をイグニッション・キー・スイッチがオフ中にも記憶内容を保持できるバックアップＲＡＭに記録する。そして、ＣＰＵは、本ルーチンのステップ８２０にて、そのバックアップＲＡＭの記憶内容に基づいて、ガスセンサ３０が正常であるか否かを判定する。

ガスセンサ３０が正常である場合、ＣＰＵはステップ８２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８３０に進み、素子温度制御用の素子インピーダンス（固体電解質体４１ｓの内部抵抗）を第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に高周波電圧を印加したときの出力電流Ｉｍに基づいて検出する（例えば、特開平１０−２３２２２０号公報、特開２００２−７１６３３号公報を参照。）。

その後、ＣＰＵは、以下に述べるステップ８４０及びステップ８５０の処理を順次実行した後、ステップ８６０に進む。
ステップ８４０：ＣＰＵは、目標インピーダンスフィードバックによるヒータ通電制御を実行する。即ち、温度情報としてステップ８３０にて取得した素子インピーダンスを予め設定した目標インピーダンスに一致させるようにヒータ７１の通電を制御する（例えば、特開２００２−７１６３３号公報及び特開２００９−５３１０８号公報を参照。）。
ステップ８５０：ＣＰＵは、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用（即ち、Ａ／Ｆ検出用）の印加電圧（具体的に述べると０．３Ｖ）を印加する。即ち、ＣＰＵは、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の印加電圧に設定する。

ＣＰＵは、ステップ８６０に進むと、ガスセンサ３０が活性しているか（センサ活性であるか）否かを判定する。具体的には、ＣＰＵは、ステップ８３０にて取得した素子インピーダンスに基づいて推定される固体電解質体４１ｓの温度が活性温度閾値以上であるか否かを判定する。ガスセンサ３０がセンサ活性ではない場合、ＣＰＵはステップ８６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対して、ガスセンサ３０がセンサ活性である場合、ＣＰＵはステップ８６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８７０に進み、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

尚、ＣＰＵがステップ８１０の処理を実行する時点において、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値及びＳＯｘ検出要求フラグＸsの値の何れかが「０」ではない場合、ＣＰＵはステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。加えて、ＣＰＵがステップ８２０の処理を実行する時点において、ガスセンサ３０が正常でない場合、ＣＰＵはステップ８２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

次に、図９を参照しながらＡ／Ｆ検出ルーチンについて説明する。ＣＰＵは、所定タイミングになると、図９のステップ９００から処理を開始してステップ９１０に進み、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が「１」であるか否かを判定する。

Ａ／Ｆ検出ルーチンは、ガスセンサ３０がセンサ活性になってＡ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が「１」に設定された時点以降であって、ＳＯｘ検出要求フラグＸsがオフ（Ｘs＝０）である場合に、実質的に機能する。従って、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が「１」ではない場合（即ち、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が「０」である場合）、ＣＰＵはステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対して、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が図８のステップ８７０の処理によって「１」に設定されている場合、ＣＰＵはステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９２０に進み、ガスセンサ３０から出力電流Ｉｍ（即ち、排気中の酸素に対する限界電流値）を取得し、その出力電流Ｉｍを所定のルックアップテーブル（「マップ」とも称呼される。）に適用することにより酸素濃度を検出し、当該酸素濃度を所定のルックアップテーブルに適用することにより機関の空燃比Ａ／Ｆを算出する。尚、ステップ９２０の処理を実行するときに、印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の印加電圧に設定されていない場合（例えば、後述の図１０のＳＯｘ検出ルーチンが終了した後である場合）、ＣＰＵは印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の印加電圧に設定した後、出力電流Ｉｍを取得する。

その後、ＣＰＵはステップ９３０に進み、各種センサ（ＮＥセンサ２１及び水温センサ２２等）から取得した情報に基づいて、下記のＳＯｘ検出条件を構成する条件の総てが満たされているか否かを判定する。下記の条件の総てが満たされているとき、ＳＯｘ検出条件が成立する。

<<ＳＯｘ検出条件>>
・内燃機関１０が暖機後の状態である（即ち、冷却水温ＴＨＷが暖機水温ＴＨＷth以上である。）。
・ガスセンサ３０がセンサ活性である。
・燃料カット（フューエルカット）状態ではない。
・機関の空燃比Ａ／Ｆが安定している。即ち、内燃機関１０の運転状態がアイドル状態か、又は、車両の運転状態が定常走行状態である。尚、内燃機関１０の運転状態がアイドル状態であるか否かは、「アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であり、且つ、機関回転速度ＮＥが所定回転数以下である状態」が所定アイドル時間以上継続しているか否かを判定することにより判定される。車両の運転状態が定常走行状態であるか否かは、「アクセルペダル操作量ＡＰの単位時間あたりの変化量が閾値操作変化量以下であり且つ図示しない車速センサにより検出される車両の速度の単位時間あたりの変化量が閾値車速変化量以下である状態」が所定定常走行閾値時間以上継続しているか否かを判定することにより判定される。
尚、ＳＯｘ検出条件を構成する条件として以下の条件が加えられても良い。
・イグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更されたのちにオフ位置へと変更される前に（即ち、今回の内燃機関１０の始動後において）、一度も「ＳＯｘ濃度検出（排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が存在するか否かの判定）」が行われていない。

ＳＯｘ検出条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ９３０にて「Ｙｅｓ」と判定して、以下に述べるステップ９４０乃至ステップ９６０の処理を順次実行した後、ステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ９４０：ＣＰＵは、ステップ９２０にて算出したＡ／Ｆを取得する。
ステップ９５０：ＣＰＵは、取得したＡ／ＦをルックアップテーブルＭ１に適用することによって、印加電圧スイープの電圧範囲（下限電圧（第１電圧Ｖ1）及び上限電圧（第２電圧Ｖ２））を決定する。
ステップ９６０：ＣＰＵは、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「０」に設定すると共に、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値を「１」に設定する。

これに対して、ＳＯｘ検出条件を構成する条件のうち少なくとも１つが満たされていない場合、ＣＰＵはステップ９３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

以下、図１０を参照しながらＳＯｘ検出ルーチンについて説明する。ＣＰＵは、図１０にフローチャートにより示したＳＯｘ検出ルーチンを一定のサンプリング時間Δｔ（本例では、２ｍｓ）が経過する毎に実行するようになっている。ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図１０のステップ１０００から処理を開始してステップ１００５に進み、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値が「１」であるか否かを判定する。

ＳＯｘ検出ルーチンは、上述したＳＯｘ検出条件が成立した場合（即ち、ＳＯｘ検出要求フラグＸsがオン（Ｘｓ＝１）である場合）に、実質的に機能する。従って、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値が「１」ではない場合（即ち、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値が「０」である場合）、ＣＰＵはステップ１００５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対して、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値が図９のステップ９６０の処理によって「１」に設定されている場合、ＣＰＵはステップ１００５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０１０に進み、ステップ９５０にて決定した印加電圧範囲にて所定の掃引速度で印加電圧スイープ（具体的に述べると、正弦波の電圧（周波数１Ｈｚ、１周期分）を印加する処理）を開始する。この印加電圧スイープでは、先ず昇圧スイープが行われ、次いで、降圧スイープが行われる。尚、ステップ１０１０の処理の時点で印加電圧スイープを既に実行中の場合、ＣＰＵは、その印加電圧スイープの実行を継続する。

その後、ＣＰＵはステップ１０１２に進み、ＳＯｘ濃度検出が未完了であるか否かを判定する。ＳＯｘ濃度検出が未完了である場合、ＣＰＵはステップ１０１２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップ１０１５に進み、現時点が、「降圧スイープ中であり、且つ、印加電圧Ｖｍが電流取得開始電圧Ｖsem（第３電圧Ｖ３）に達した」か否かを判定する。このステップ１０１５の判定条件が成立していない場合、ＣＰＵはステップ１０１５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、ステップ１０１５の判定条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ１０１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０２０に進み、現時点の出力電流Ｉｍ（＝Ｉ(k)）を取得する。その後、ＣＰＵはステップ１０２５に進み、ステップ１０２０にて取得した出力電流Ｉ(k)が、「現在行われている印加電圧スイープの開始後において本ルーチンを今回実行した際及び本ルーチンを前回実行した際にステップ１０２０の処理により取得した出力電流Ｉ(k)」の中で、最小値であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵはＩ(k)＜最小電流Ｉsmnであるか否かを判定する。

本ルーチンのステップ１０２０にて取得した出力電流Ｉ(k)が最小値である場合、ＣＰＵはステップ１０２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０３０に進み、最小電流Ｉsmnをその出力電流Ｉ(k)に更新した後、ステップ１０３５に進む。本ルーチンのステップ１０２０にて取得した出力電流Ｉ(k)が最小値ではない場合、ＣＰＵはステップ１０２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０３５に直接進む。

ステップ１０３５にて、ＣＰＵは印加電圧Ｖｍが、上述した検出用電圧範囲の下限電圧（第４電圧Ｖ４）に達したか否かを判定する。

印加電圧Ｖｍが、上述した検出用電圧範囲の下限電圧に達していない場合、ＣＰＵはステップ１０３５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０９５に進んで、本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、印加電圧Ｖｍが、上述した検出用電圧範囲の下限電圧（第４電圧Ｖ４）に達していた場合、ＣＰＵはステップ１０３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０４０に進み、最小電流Ｉsmnが閾値（閾値最小電流）Ith未満であるか否かを判定する。閾値最小電流Ｉthは、排気に所定の濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かを判定するのに適切な値であって、予め実験等を行う等によって特定されている。即ち、閾値最小電流Ｉthは、燃料に許容範囲の上限の濃度の硫黄（Ｓ）を混入させておき、そのとき上記と同じ条件（排気中のＳＯｘ濃度を実際に検出する場合と同じ条件）で印加電圧スイープを行ったときの、降圧スイープ中且つ検出用電圧範囲における出力電流Ｉｍの最小値に設定されている。尚、この場合の同じ条件とは、印加電圧スイープの電圧波形、印加電圧スイープの印加電圧範囲、印加電圧スイープの掃引速度及び検出用電圧範囲等が同じであることである。

尚、ＣＰＵは、図９のステップ９４０にて取得したＡ／Ｆに応じて閾値最小電流Ｉthの値を変更するようにしてもよい。具体的に述べると、ＣＰＵは、ステップ９２０及びステップ９４０の処理によって取得した空燃比Ａ／Ｆがリーンになるほど閾値最小電流Ｉthが大きくなるように、閾値最小電流Ｉthを変更するようにしてもよい。この理由は以下のとおりである。

機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになるほど、排気中の酸素（酸素分子（Ｏ_２））の還元分解に起因してより多くの酸化物イオンが第１電極４１ａから第２電極４１ｂへ移動するから、出力電流Ｉｍが上昇する。従って、この出力電流Ｉｍの上昇分を加味して閾値最小電流Ｉthを変更することが好ましい。このようにすれば、「所定濃度」のＳＯｘが排気中に含まれているか否かを、機関の空燃比Ａ／Ｆに関わらず、「より精度よく」判定することができる。この場合、ＣＰＵは、ステップ９２０及びステップ９４０の処理によって取得した空燃比Ａ／Ｆを所定のルックアップテーブルに適用することによって、Ａ／Ｆ毎に閾値最小電流Ｉthを決定するようにしてもよい。

尚、ＣＰＵは、ステップ１０４０において、空燃比Ａ／Ｆに基づいて閾値最小電流Ｉthの値を変更することに代えて閾値最小電流Ｉthの値を固定しておき、ステップ１０４０の処理が実行される前の時点にて最小電流Ｉsmnを「ステップ９４０にて取得した空燃比Ａ／Ｆ（又は、ステップ９２０にて取得した出力電流Ｉｍ）」に基づいて補正してもよい。

より具体的に述べると、閾値最小電流Ｉthを特定の空燃比Ａ／Ｆの排気に対して求めておき、ＣＰＵは、その閾値最小電流Ｉthをステップ１０４０にて使用する。

更に、ＣＰＵは、ステップ９２０及びステップ９４０にて取得した空燃比Ａ／Ｆ（又は、限界電流値）が前記特定の空燃比Ａ／Ｆ（又は、その特定の空燃比Ａ／Ｆに対応する酸素の限界電流値）よりも大きい範囲で大きくなるほど最小電流Ｉsmnが小さくなるように当該最小電流Ｉsmnを補正する。

更に、ＣＰＵは、ステップ９２０及びステップ９４０にて取得した空燃比Ａ／Ｆ（又は、限界電流値）が前記特定の空燃比Ａ／Ｆ（又は、その特定の空燃比Ａ／Ｆに対応する酸素の限界電流値）よりも小さい範囲で小さくなるほど最小電流Ｉsmnが大きくなるように当該最小電流Ｉsmnを補正し、その補正した最小電流をステップ１０４０における閾値最小電流Ｉthとの比較に用いても良い。

この場合において、ＣＰＵは、空燃比Ａ／Ｆ（又は、酸素に対する限界電流値としての出力電流Ｉｍ）及び最小電流Ｉsmnの組み合わせに対する最小電流Ｉsmnの補正量ΔＩを規定したルックアップテーブルをＲＯＭに格納しておき、そのルックアップテーブルにステップ９２０及びステップ９４０にて取得した「空燃比Ａ／Ｆ（又は、限界電流値）」を適用することによって実際の補正量ΔＩを求め、その補正量ΔＩにより最小電流Ｉsmnを補正した値をステップ１０４０の比較に用いるようにすることができる。

最小電流Ｉsmnが閾値最小電流Ｉth未満である場合、再酸化電流変化が大きいので、ＣＰＵはステップ１０４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０４５に進み、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていると判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれている旨（又は、燃料中に許容値を超えるＳが混入している旨）を記憶してもよく、所定の警告ランプを点灯してもよい。

その後、ＣＰＵはステップ１０４８に進み、印加電圧Ｖｍが、印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧（第１電圧Ｖ１）に達した（換言すると、今回の降圧スイープが終了した時点になった）か否かを判定する。印加電圧Ｖｍが印加電圧範囲の下限電圧に達していない場合、ＣＰＵはステップ１０４８にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。尚、この直後に再びＳＯｘ検出ルーチンを実行する場合、ＳＯｘ濃度検出が完了している（ＳＯｘ濃度検出が未完了ではない）ので、ＣＰＵはステップ１０１２にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０４８に進み、ステップ１０４８の処理を実行する。

ステップ１０４８の処理を実行する時点で印加電圧Ｖｍが、印加電圧範囲の下限電圧に達した場合、ＣＰＵはステップ１０４８にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０５０に進み、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値を「０」に設定すると共に、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、最小電流Ｉsmnが閾値最小電流Ｉth未満ではない場合、ＣＰＵはステップ１０４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０５５に進み、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていないと判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていない旨（又は、燃料中に許容値を超えるＳが混入していない旨）を記憶してもよく、所定の警告ランプを消灯してもよい。その後、ＣＰＵはステップ１０４８に進んだ後、ステップ１０４８の判定結果に応じて、ステップ１０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了するか、或いは、ステップ１０５０を経由してステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

以上説明したように、本検出装置のＥＣＵ２０は、排気に含まれるＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響を受けにくい「硫黄の再酸化電流変化の程度を表すパラメータ」として、降圧スイープ中且つ印加電圧Ｖｍが検出用範囲にあるときの最小電流Ｉsmnを取得し、取得した最小電流Ｉsmnに基づいて、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かを判定するように構成されている。その際、ＥＣＵ２０は、降圧スイープの掃引速度及び印加電圧スイープの電圧範囲等を再酸化電流変化の程度が大きく現れるように適切に設定した上で最小電流Ｉsmnを取得する。

即ち、ＥＣＵ２０は、最小電流Ｉsmnが閾値最小電流Ｉth未満である場合、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていると判定し、最小電流Ｉsmnが閾値最小電流Ｉth以上である場合、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていないと判定するように構成されている。従って、排気中に含まれる所定濃度以上のＳＯｘの有無を精度良く判定することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づく各種の変形例を採用し得る。

例えば、上述の実施形態は、最小電流Ｉsmnと閾値最小電流Ｉthとを比較することによって、排気中の所定濃度以上のＳＯｘの有無を判定しているが、最小電流Ｉsmnに基づいて排気中のＳＯｘ濃度を検出するようにしてもよい。

具体的に述べると、ＣＰＵは、図１０に示したＳＯｘ濃度検出ルーチンに代えて、図１１に示したＳＯｘ濃度検出ルーチンを実行するように構成され得る。この図１１に示したルーチンは、図１０に示したルーチンの「ステップ１０４０、ステップ１０４５及びステップ１０５５」の処理に代えて、「ステップ１１１０」の処理を実行するルーチンである。よって、以下、図１１のステップ１１１０の処理について説明する。
ステップ１１１０：ＣＰＵは最小電流ＩsmnをルックアップテーブルＭａｐ（Ｉsmn）に適用することによって、排気中のＳＯｘ濃度を取得する。
尚、ＥＣＵ２０のＲＯＭ（記憶部）は、「最小電流Ｉsmnと排気中のＳＯｘ濃度との関係」をルックアップテーブルＭａｐ（Ｉsmn）として記憶している（図１１のブロックＢ１を参照。）。このルックアップテーブルは予め実験等を行うことにより得ることができる。

更に、このルックアップテーブルＭａｐ（Ｉsmn）は、「機関の空燃比Ａ／Ｆと最小電流Ｉsmnと排気中の硫黄酸化物の濃度との関係」を規定するルックアップテーブルＭａｐ（Ｉsmn, Ａ／Ｆ）であってもよい（図１２を参照。）。この場合、ＣＰＵは、図１０のステップ１０３０にて取得した実際の最小電流Ｉsmnと、図９のステップ９４０にて取得した空燃比Ａ／Ｆと、をルックアップテーブルＭａｐ（Ｉsmn, Ａ／Ｆ）に適用することによって、排気中の硫黄酸化物濃度を算出してもよい。

これによれば、ＳＯｘ濃度を検出する場合の機関の空燃比Ａ／Ｆに関わらず、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができる。

更に、例えば、上述の実施形態において、ＣＰＵは図９の「ステップ９４０及びステップ９５０」にて、取得したＡ／Ｆに基づいて「印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧及び上限電圧」を決定しているが、次のようにしてもよい。

即ち、ＣＰＵは、ステップ９２０にて「印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の印加電圧に設定されている場合の出力電流Ｉｍ」に基づいて酸素濃度を取得し、ステップ９５０にて、その酸素濃度に基づいて「印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧及び上限電圧」を決定してもよい。この場合、ルックアップテーブルＭ１は、酸素濃度と、「印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧及び上限電圧」と、の関係を規定するテーブルとなる。

同様に、ＣＰＵは、ステップ９２０にて「印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の印加電圧に設定されている場合の出力電流Ｉｍ」を取得し、ステップ９５０にてその出力電流Ｉｍに基づいて「印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧及び上限電圧」を決定してもよい。この場合、ルックアップテーブルＭ１は、出力電流Ｉｍと、「印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧及び上限電圧」と、の関係を規定するテーブルとなる。

加えて、ＣＰＵは、図９のステップ９２０及びステップ９４０の処理において、「印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の印加電圧に設定されている場合の出力電流Ｉｍに基づいて検出された酸素濃度」に基づいて「閾値最小電流Ｉth」を決定してもよい。この場合、ステップ９４０にてＣＰＵが参照するルックアップテーブルは、酸素濃度と、「閾値最小電流Ｉth」と、の関係を規定するテーブルとなる。

更に、ＣＰＵは、図９のステップ９２０及びステップ９４０の処理において、「印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の印加電圧に設定されている場合の出力電流Ｉｍそのもの」に基づいて「閾値最小電流Ｉth」を決定してもよい。この場合、ステップ９４０にてＣＰＵが参照するルックアップテーブルは、出力電流Ｉｍと閾値最小電流Ｉthとの関係を規定するテーブルとなる。

更に、例えば、再酸化電流変化を表した最小電流Ｉsmnをより確実に取得するために、次のように電流取得開始電圧Ｖsemを決定してもよい。即ち、印加電圧スイープを行ったときに、「Ｓの再酸化反応」に伴う出力電流Ｉｍの変化（再酸化電流変化）が現れる電圧領域で最小電流Ｉsmnを取得するように、電流取得開始電圧ＶsemをＳＯｘ分解開始電圧（０．６Ｖ）未満の値に決定してもよい。具体的に述べると、電流取得開始電圧Ｖsemを「印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧（第１電圧Ｖ１）よりも大きく、且つ、ＳＯｘ分解開始電圧（０．６Ｖ）未満の範囲から選択してもよく、好ましくは第１電圧Ｖ１よりも大きく且つ０．４５Ｖ以下の範囲から選択しても良い。

更に、例えば、印加電圧スイープの電圧波形は、図３の（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示された波形に限らず、降圧速度を適切に設定することによって、第１電極４１ａに吸着した硫黄が再酸化反応することに起因した再酸化電流変化が降圧スイープのある時点から極めて顕著になる限り、任意の波形（例えば、三角波）であってもよい。

加えて、変形例のＣＰＵは、図１１のステップ１１１０において、最小電流Ｉsmnと、図９のステップ９２０及びステップ９４０において取得した内燃機関の空燃比Ａ／Ｆに相関を有する空燃比相関値ＳＡＦ（この空燃比Ａ／Ｆそのもの、この空燃比Ａ／Ｆを算出する基礎となった排気中の酸素濃度、又は、その酸素濃度に対応する出力電流Ｉｍであってステップ９２０にて取得される出力電流Ｉｍである限界電流値）と、を図１２に示した「ルックアップテーブルＭａｐ（Ｉsmn、ＳＡＦ）に適用することによって、排気中のＳＯｘ濃度を取得してもよい。このように構成することにより、ＳＯｘ濃度を検出する際の機関の空燃比Ａ／Ｆに関わらず、ＳＯｘ濃度をより精度よく検出することができる。

１０…内燃機関、１１…燃料噴射弁、１２…排気管、１３…ＤＯＣ、１４…ＤＰＦ、２０…ＥＣＵ、２１…機関回転速度センサ、２２…水温センサ、２３…アクセルペダル量操作量センサ、２３ａ…アクセルペダル、４０…素子部、４１ａ…第１電極（陰極）、４１ｂ…第２電極（陽極）、４１ｓ…固体電解質体、４１ｃ…電気化学セル、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ及び５１ｅ…第１乃至第５アルミナ層、ＳＰ１…内部空間、ＳＰ２…第１大気導入路、６１…拡散抵抗部、７１…ヒータ、８１…電源回路、９１…電流計

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体と前記固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第１電極及び第２電極とを含む電気化学セルと、前記排気通路を流れる排気が通過可能な多孔質材料からなる拡散抵抗体とを備え、前記排気通路を流れる排気が前記拡散抵抗体を通して前記第１電極に到達するように構成された素子部と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流である出力電流を検出する電流検出部と、
   前記電圧印加部を用いて前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧である印加電圧を制御すると共に前記電流検出部を用いて前記出力電流を取得し、前記取得した出力電流に基づいて、前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う測定制御部と
   を有し、
   前記測定制御部は、
   前記内燃機関に供給される混合気の空燃比が安定している状態である場合、前記電圧印加部を用いて前記印加電圧を、硫黄酸化物の分解開始電圧未満である第１電圧範囲内から選ばれる第１電圧から硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高い第２電圧範囲内から選ばれる第２電圧まで上昇させる昇圧スイープを実行した後、前記第２電圧から前記第１電圧まで所定の降圧速度にて下降させる降圧スイープを実行し、且つ、
   前記降圧スイープ中に前記印加電圧が前記硫黄酸化物の分解開始電圧未満となったときに前記第１電極に吸着していた硫黄が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流に起因して前記出力電流に生じる変化であって前記排気に含まれる前記硫黄酸化物の濃度が高いほど大きくなる出力電流に生じる変化であり、前記硫黄酸化物の分解開始電圧未満の範囲に現れる再酸化電流変化、の程度、に相関を有するパラメータを前記出力電流に基づいて取得し、当該パラメータに基づいて前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う、
   ように構成された、
   ガス検出装置であって、
   前記降圧スイープは、前記再酸化電流変化が現れるように設定された前記所定の降圧速度で実行され、
   前記測定制御部が、
   前記降圧スイープ中であって前記印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧以下の第３電圧以下であり且つ前記第１電圧より高い第４電圧以上の検出用電圧範囲内の電圧となっている期間において前記電流検出部により取得される出力電流のうちの最小値を前記パラメータとして用いるように構成され、
   前記所定の降圧速度は、
   前記第２電圧から前記第１電圧に達するまでの時間が０．１秒以上５秒以下の範囲内となるような降圧速度に設定されている、
   ガス検出装置。
2. 請求項１に記載のガス検出装置において、
   前記測定制御部は、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの前記判定を行うように構成されており、
   前記測定制御部は、
   前記最小値が所定の閾値より小さいか否かを判定し、
   前記最小値が前記閾値より小さいと判定した場合、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれていると判定し、
   前記最小値が前記閾値以上であると判定した場合、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれていないと判定する、
   ように構成された、
   ガス検出装置。
3. 請求項２に記載のガス検出装置において、
   前記測定制御部は、
   更に、前記判定を行う前に、前記電圧印加部を用いて、前記印加電圧を、酸素の限界電流が生じる範囲内から選ばれた空燃比検出用印加電圧に設定し、
   前記印加電圧が前記空燃比検出用印加電圧に設定されている場合に前記電流検出部を用いて前記出力電流を前記排気に含まれる酸素に対する限界電流値として取得し、
   前記取得された限界電流値に基づく前記閾値の決定、及び、前記最小値が前記閾値より小さいか否かの判定の前の時点における前記取得された限界電流値に基づく前記最小値の補正、の少なくとも一方を実行する、
   ように構成された、
   ガス検出装置。
4. 請求項１に記載のガス検出装置において、
   前記測定制御部は、前記排気中の硫黄酸化物の濃度の前記検出を行うように構成されており、
   前記測定制御部は、前記最小値に基づいて前記排気中の硫黄酸化物の濃度を検出するように構成された、
   ガス検出装置。
5. 請求項１に記載のガス検出装置において、
   前記測定制御部は、
   前記排気中の硫黄酸化物の濃度の前記検出を行うように構成されており、
   前記硫黄酸化物の濃度の検出前に、前記電圧印加部を用いて、前記印加電圧を、酸素の限界電流が生じる範囲内から選ばれた空燃比検出用印加電圧に設定し、
   前記印加電圧が前記空燃比検出用印加電圧に設定されている場合に前記電流検出部を用いて前記出力電流を前記排気に含まれる酸素に対する限界電流値として取得し、
   前記パラメータとして取得された前記最小値と、前記取得された酸素に対する限界電流値と、に基づいて前記排気中の硫黄酸化物の濃度を検出するように構成された、
   ガス検出装置。

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