CN106338541A - SOx浓度检测装置 - Google Patents

Abstract

一种SOx浓度检测装置，具备：SOx传感器，作为SOx检测值输出与包含在内燃机的排气中的氧化硫的量对应的值；以及控制部，根据SOx检测值，求出作为包含在排气中的氧化硫的浓度的SOx浓度，其中，SOx浓度检测装置检测包含在排气中的水分浓度。而且，控制部以排气中包含的水分浓度越高使SOx浓度相对SOx检测值的比率越高的方式，根据SOx检测值求出SOx浓度。由此，即使包含在排气中的水的浓度变化，也能够精度优良地检测包含在排气中的氧化硫的浓度。

Description

SOx浓度检测装置

技术领域

本发明涉及SOx浓度检测装置，该SOx浓度检测装置检测(获取)包含在内燃机的排气中的氧化硫(SOx)的浓度。

背景技术

以往，作为检测包含在内燃机的排气中的氧化硫的浓度的SOx传感器，已知界限电流式气体传感器。界限电流式气体传感器具备电气化学单元，该电气化学单元包括一对电极，该一对电极具有氧化物离子传导性的固体电解质体以及粘着在固体电解质体的表面。一对电极中的一个电极被暴露于内燃机的排气中，该内燃机的排气即为经由扩散阻力体导入的被检气体，另一个电极被暴露于大气中。在将上述一个电极作为阴极、上述另一个电极作为阳极，并对这一对电极之间施加氧化硫开始分解的电压(分解开始电压)以上的电压时，包含在排气中的氧化硫由上述一个电极还原分解而生成硫黄(S)以及氧化物离子(O^2-)。该氧化物离子经由固体电解质体向上述另一个电极传导而成为氧，向大气中排出。

通过上述氧化物离子的传导，在上述一对电极之间流过电流。有时将这样在一对电极之间流过的电流称为“电极电流”。进而，有时还将对上述一对电极之间施加的电压简称为“施加电压”。

但是，排气中不仅存在氧化硫，还存在分子中包含氧原子的气体(以下有时称为“含氧气体”)。例如，作为含氧气体，能够例举出氧(O₂)、氧化硫(SOx)、水(H₂O)以及二氧化碳(CO₂)等。这些含氧气体也由上述一个电极还原分解，由此产生的氧化物离子将产生电极电流。其结果，无法精度优良地检测排气中相比于其他含氧气体仅含有极其微量的SOx的浓度。

因此，在以往的SOx浓度检测装置中，通过泵单元从“想要检测SOx浓度的排放气体”中排除掉氧。进而，以往的装置着眼于各个含氧气体被还原分解时的上述施加电压不同，例如在分解SOx的情况下将上述施加电压设定为0.75～1.0V，在分解水(水蒸气)的情况下将上述施加电压设定为1～1.2V(参照例如专利文献1)。

专利文献1：日本特开平11-190721号公报

发明内容

但是，在将上述施加电压设定于“分解SOx的电压”的范围内的情况下，实际上水也被同时分解，进而，内燃机的排气中包含的水的浓度相比于SOx的浓度大幅变化。其结果，以往的装置存在无法精度优良地检测SOx浓度的担忧。

因此，本发明的发明人进行了反复的研究，结果发现通过电气化学单元使“包含在内燃机的排气中的水以及SOx”这两者都分解时的电极电流(分解电流)主要通过分解水而产生，但实际却根据包含在排气中的SOx的浓度而变化。虽然其理由还未明确，但推测为由于如下原因：与SOx浓度对应的量的SOx的分解生成物(例如硫黄和/或硫化合物)吸附到电极表面，该分解生成物使能够有助于水的分解的电极面积减少。由此，能够根据远大于SOx本身的分解电流的水的分解电流的大小来检测排气体中的SOx的浓度。

但是，本发明的发明人进一步反复研究时，判明了通过电气化学单元(传感器单元)使“包含在排气中的水以及氧化硫”都分解时的电极电流根据包含在排气中的水的浓度而变化。

进而，发明人进行了如下研究：为了排除这样的水的浓度的影响，制作出并列设置传感器单元和电气化学单元(监视器单元)而得到的SOx传感器，该电气化学单元设置有SOx的分解速度不如传感器单元的电极的电极，分解水但几乎不分解SOx，使用监视器单元和传感器单元的电极电流之差(电极电流差)来检测SOx浓度。但是，明确了这样的“差”也仍然依赖于水的浓度而变化。

因此，本发明的一个目的在于提供一种SOx浓度检测装置，该SOx浓度检测装置能够使用电气化学单元(传感器单元)的电极电流而更精度优良地检测包含在内燃机的排气中的SOx的浓度。

本发明的SOx浓度检测装置(以下有时称为“本发明装置”)具备SOx传感器和控制部，所述SOx传感器配设于内燃机的排气通路并且包括第1电气化学单元。

第1电气化学单元包括：第1扩散阻力体，由流过所述排气通路的排气能够通过的多孔质材料构成；第1固体电解质体，具有氧化物离子传导性；以及第1电极及第2电极，分别形成在所述第1固体电解质体的表面。

第1电气化学单元在对所述第1电极与所述第2电极之间施加第1预定电压时发生第1输出值，所述第1输出值表示“由所述第1电极还原分解包含在通过所述第1扩散阻力体的排气中的水以及氧化硫，从而在所述第1电极与所述第2电极之间流过的第1电流”，所述第1预定电压是水的分解开始电压以上的电压。第1输出值既可以是第1电流的大小本身，也可以是将第1电流变换为电压而得到的电压值。

所述控制部构成为获取“与所述第1输出值相关的输出相关值”和“与包含在流过所述排气通路的排气中的水的浓度相关的水浓度相关值”，使用所述输出相关值和所述水浓度相关值求出SOx浓度。

如后所述，“与所述第1输出值相关的输出相关值”既可以是表示第1电气化学单元的电极电流(即第1电流)的第1输出值本身，也可以是表示后述第2电气化学单元的电极电流的第2输出值与表示第1电气化学单元的电极电流的第1输出值之“差(电极电流差)”。即，输出相关值是根据第1输出值而变化的值。

如后所述，“与包含在流过所述排气通路的排气中的水的浓度相关的水浓度相关值”既可以是表示第2电气化学单元的电极电流的第2输出值，也可以是另行设置在排气通路中的湿度传感器的输出值。进而，包含在排气中的水的浓度实质上能够根据供给到内燃机的混合气的空燃比(内燃机的空燃比)决定，所以水浓度相关值既可以是设置在排气通路中的空燃比传感器的输出值，也可以是用于推测内燃机的空燃比的参数(例如，燃料喷射量与吸入空气量的组合以及目标空燃比等)。

如上所述，作为输出相关值的“第1输出值以及电极电流差等”不仅依赖于包含在排气中的SOx的浓度而且还依赖于水的浓度而变化。因此，本发明装置的控制部使用所述输出相关值和所述水浓度相关值来求出所述SOx浓度。其结果，本发明装置能够更精度优良地检测包含在排气中的SOx的浓度。

在本发明装置的方式之一中，

所述控制部

获取所述第1输出值来作为所述输出相关值，并且，

在所述水浓度相关值所表示的水的浓度为第1浓度的第1情况、和所述水浓度相关值所表示的水的浓度是比所述第1浓度高的第2浓度的第2情况下，即使所述输出相关值是相互相同的值，也以使在所述第1情况下根据所述输出相关值求出的所述SOx浓度比在所述第2情况下根据所述输出相关值求出的所述SOx浓度低的方式，求出所述SOx浓度。

如图5所示，相对“某个SOx浓度”，包含在排气中的水的浓度越低，第1输出值(传感器单元输出值)越小(参照例如针对SOx浓度＝C1的点P1、点P2以及点P3)。因此，在上述方式之一中，在作为输出相关值的第1输出值是“某个值”时，以使“在所述第1情况(即水的浓度相对低的情况)下根据第1输出值求出的SOx浓度”比“在所述第2情况(即水的浓度相对地高的情况)下根据第1输出值求出的SOx浓度”低的方式，求出SOx浓度。其结果，实质上排除了水的浓度对输出相关值造成的影响，所以能够更精度优良地求出SOx浓度。

在本发明装置的方式之一中，所述SOx传感器具有第2电气化学单元。

所述第2电气化学单元包括：

第2扩散阻力体，是由流过所述排气通路中的排气能够通过的多孔质材料构成的扩散阻力体，并且与所述第1扩散阻力体相同或者不同；

第2固体电解质体，是具有氧化物离子传导性的固体电解质体，并且与所述第1固体电场质体相同或者不同；以及

第3电极及第4电极，分别形成在所述第2固体电解质体的表面。

所述第2电气化学单元输出表示第2电流的第2输出值，所述第2电流是在对所述第3电极与所述第4电极之间施加第2预定电压时由所述第3电极还原分解包含在通过所述第2扩散阻力体的排气中的水以及氧化硫而在所述第3电极与所述第4电极之间流过的电流，所述第2预定电压是水的分解开始电压以上的电压。第2输出值既可以是第2电流的大小本身，也可以是将第2电流变换为电压而得到的电压值。

进而，构成为在对所述第1电气化学单元的所述第1电极与所述第2电极之间以及所述第2电气化学单元的所述第3电极与所述第4电极之间施加相互相同的第3预定电压时，所述第1电极中的氧化硫的还原分解速度比所述第3电极中的氧化硫的还原分解速度大，所述第3预定电压是在所述第1电极以及所述第3电极中水被还原分解的下限电压以上的电压。更具体而言，构成为第3电极中的氧化硫的还原分解速度实质上为零(0)。

另外，所述控制部构成为获取所述第2输出值来作为所述水浓度相关值。

在该方式中，第2电气化学单元的第2输出值相比于第1电气化学单元的第1输出值，几乎不会受到SOx的浓度的影响，但较强地受到水的浓度的影响。因此，能够获取第2输出值来作为与包含在排气中的水的浓度相关的水浓度相关值。

在本发明装置的方式之一中，所述SOx传感器具有上述第2电气化学单元。

进而，所述控制部

(1)获取监视器单元值来作为所述水浓度相关值，所述监视器单元值是对所述第3电极与所述第4电极之间施加所述第3预定电压时的所述第2输出值；

(2)获取所述监视器单元值与传感器单元值的差(电极电流差)来作为所述输出相关值，所述传感器单元值是对所述第1电极与所述第2电极之间施加所述第3预定电压时的所述第1输出值；

(4)在所述监视器单元值是第1值的第1情况、和所述监视器单元值是比所述第1值大的第2值的第2情况下，即使所述输出相关值(电极电流差)是相互相同的值，也以使在所述第1情况下根据所述输出相关值求出的所述SOx浓度比在所述第2情况下根据所述输出相关值求出的所述SOx浓度低的方式，求出所述SOx浓度。

如图13所示，相对“某个SOx浓度(例如200ppm)”，包含在排气中的水的浓度越低，所述监视器单元值与所述传感器单元值的差(电极电流差)越大(参照点P1、点P2以及点P3)。因此，在上述方式之一中，在作为输出相关值的电极电流差是“某个值”时，以使“在所述第1情况(即监视器单元值相对小，由此能够推测为水的浓度相对低的情况)下根据电极电流差求出的SOx浓度”比“在所述第2情况(即监视器单元值相对大，由此能够推测为水的浓度相对高的情况)下根据电极电流差求出的SOx浓度”低的方式，求出SOx浓度。其结果，实质上排除了水的浓度对输出相关值造成的影响，所以能够更精度优良地求出SOx浓度。

本发明的其他目的、其他特征以及附带的优点根据参照以下的附图而记述的关于本发明的各实施方式的说明将更加容易地理解。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施方式的SOx浓度检测装置(第1装置)具备的SOx传感器的元件部的结构的剖面图。

图2是示出对图1所示的第1电气化学单元的第1电极与第2电极之间施加的电压(施加电压)、和在这些电极之间流过的电极电流的关系的曲线图。

图3是示出图1所示的第1电气化学单元的施加电压是预定电压(1.0V)时的电极电流的大小与包含在被检气体中的二氧化硫(SO₂)的浓度的关系的曲线图。

图4的(a)是示出在被检气体中未包含SOx的情况下包含在该被检气体中的水的浓度与图1所示的第1电气化学单元的电极电流的关系的示意性的曲线图，(b)是示出包含在被检气体中的水的浓度为各种值的情况下的包含在被检气体中的SOx的浓度与图1所示的第1电气化学单元的电极电流的关系的示意性的曲线图。

图5是示出包含在被检气体中的水的浓度为各种值的情况下的包含在被检气体中的SOx的浓度与图1所示的第1电气化学单元的电极电流的关系的示意性的曲线图。

图6是示出在图1所示的ECU的CPU求校正系数k1时所参照的查找表格的图。

图7是示出图1所示的ECU的CPU执行的SOx浓度获取处理例程的流程图。

图8是示出包含在被检气体中的水的浓度为各种值的情况下的包含在被检气体中的SOx的浓度与图1所示的第1电气化学单元的电极电流的关系的示意性的曲线图。

图9是示出在第1装置的第1变形例的ECU的CPU求校正系数k2时所参照的查找表格的图。

图10是示出第1装置的第1变形例的ECU的CPU执行的SOx浓度获取处理例程的流程图。

图11是示出第1装置的第2变形例的ECU的CPU执行的SOx浓度获取处理例程的流程图。

图12的(a)是示出本发明的第2实施方式的SOx浓度检测装置(第2装置)具备的SOx传感器的元件部的结构的剖面图，(b)是沿着(a)的A-A线的元件部的剖面图以及示出第2装置的ECU的图。

图13是示出包含在被检气体中的水的浓度为各种值的情况下的包含在被检气体中的SOx的浓度与图12所示的SOx传感器的电极电流差的关系的曲线图。

图14是示出包含在被检气体中的水的浓度为各种值的情况下的包含在被检气体中的SOx的浓度与图12所示的SOx传感器的电极电流差的关系的曲线图。

图15是示出在第2装置的ECU的CPU求校正系数k3时所参照的查找表格的图。

图16是示出第2装置的ECU的CPU执行的SOx浓度获取处理例程的流程图。

图17是示出第2装置的第1变形例的ECU的CPU执行的SOx浓度获取处理例程的流程图。

图18是示出包含在被检气体中的水的浓度为各种值的情况下的包含在被检气体中的SOx的浓度与图12所示的SOx传感器的电极电流差的关系的其他曲线图。

图19是示出第2装置的第2变形例的ECU的CPU执行的SOx浓度获取处理例程的流程图。

图20的(a)是示出本发明的第3实施方式的SOx浓度检测装置(第3装置)具备的SOx传感器的元件部的结构的剖面图，(b)是沿着(a)的B-B线的元件部的剖面图以及示出第3装置的ECU的图。

符号说明

10：元件部；11a、12a以及13a：电极(阴极)；11b、12b以及13b：电极(阳极)；11s以及12s：第1以及第2固体电解质体；11c、12c以及13c：第1至第3电气化学单元；21a、21b、21c、21d、21e以及21f：第1至第6氧化铝层；31：内部空间；32：扩散阻力体；41：加热器；51以及52：第1以及第2大气导入路；61、62以及63：电源；71、72以及73：电流计；81：水浓度传感器(湿度传感器)；以及82：ECU。

具体实施方式

<第1实施方式>

以下，参照附图，说明本发明的第1实施方式的SOx浓度检测装置(以下，有时称为“第1装置”)。

(结构)

第1装置具备的SOx传感器配设于内燃机的排气通路(排气管)。如图1所示，SOx传感器的元件部10具备第1固体电解质体(第1固体电解质层)11s、第1氧化铝层21a、第2氧化铝层21b、第3氧化铝层21c、第4氧化铝层21d以及第5氧化铝层21e、扩散阻力体(扩散阻力层、扩散控速层)32以及加热器41。

第1固体电解质体11s是包含氧化锆等且具有氧化物离子传导性的薄板体。形成第1固体电解质体11s的氧化锆也可以包含例如钪(Sc)以及钇(Y)等元素。

第1至第5氧化铝层21a至21e是包含氧化铝的致密(气体不透过性)的层(致密体)。

扩散阻力体32是多孔质的扩散控速层，是气体透过性的层(薄板体)。

加热器41是例如铂(Pt)和陶瓷(例如氧化铝等)的金属陶瓷的薄板体，是通过通电而发热的发热体。

元件部10的各层从下方开始按照第5氧化铝层21e、第4氧化铝层21d、第3氧化铝层21c、第1固体电解质体11s、扩散阻力体32以及第2氧化铝层21b、第1氧化铝层21a的顺序层叠。元件部10具备内部空间31以及第1大气导入路51。

内部空间31是由第1氧化铝层21a、第1固体电解质体11s、扩散阻力体32以及第2氧化铝层21b形成的空间。内部空间31经由扩散阻力体32与内燃机的排气管(都未图示)的内部连通。因此，“作为被检气体的内燃机的排气”被经由扩散阻力体32而导入到内部空间31。

第1大气导入路51由第1固体电解质体11s、第3氧化铝层21c以及第4氧化铝层21d形成，对排气管外的大气开放。

第1固体电解质体11s具备第1电极11a以及第2电极11b。

第1电极11a被粘着于第1固体电解质体11s的一侧的表面(具体而言，是划定内部空间31的第1固体电解质体11s的表面)。第1电极11a是作为主成分而包含铂(Pt)和铑(Rh)的合金的多孔质金属陶瓷电极。

第2电极11b以隔着第1固体电解质体11s而与第1电极11a相对的方式被粘着于第1固体电解质体11s的另一侧的表面(具体而言，是划定第1大气导入路51的第1固体电解质体11s的表面)。第2电极11b是作为主成分包含铂(Pt)的多孔质金属陶瓷电极。

第1电极11a、第2电极11b以及第1固体电解质体11s构成了第1电气化学单元11c，该第1电气化学单元11c具有利用氧泵作用实现的氧排出能力。该第1电气化学单元11c由加热器41加热至活性化温度。

通过例如刮板法、推压成型法等，将第1固体电解质体11s以及第1至第5氧化铝层21a～21e的各层形成为片状。第1电极11a、第2电极11b以及用于对这些电极通电的布线等通过例如丝网印刷法等形成。通过如上所述地层叠这些片并烧制，一体地制造出具有上述构造的元件部10。

第1装置还具备电源61、电流计71、水浓度传感器(湿度传感器)81以及ECU(电子控制部件、控制器)82。电源61以及电流计71与ECU连接。

电源61能够在第1电极11a与第2电极11b之间以使第2电极11b的电位高于第1电极11a的电位的方式，施加预定的电压。

电流计71测量电极电流Is的大小，将与其测量值对应的输出值(电压值)输出到ECU82，所述电极电流Is是流过第1电极11a与第2电极11b之间的电流(因此，是流过第1固体电解质体11s的电流)。

水浓度传感器81设置于内燃机的排气管。水浓度传感器81是公知的湿度传感器，将表示包含在排气中的水的浓度的输出值Cw输出到ECU82。

ECU82是包括CPU、存储CPU所要执行的程序及图等的ROM、临时存储数据的RAM以及备份RAM等的微型计算机(都未图示)，所述备份RAM在搭载有ECU82的车辆的点火钥匙开关为OFF时也保持存储。

ECU82能够控制对第1电极11a与第2电极11b之间施加的施加电压(第1施加电压)Vs。进而，ECU82能够接受从电流计71输出的表示流过第1电气化学单元(传感器单元)11c的电极电流Is的输出值和来自水浓度传感器81的表示水的浓度Cw的输出值。

(用于检测SOx浓度的动作的概要)

在第1电极11a与第2电极11b之间以使第2电极11b的电位比第1电极11a的电位高的方式将施加电压Vs设定为第1预定电压时，不仅包含在作为被检气体的排气中的水，而且包含在被检气体中的氧化硫在第1电极11a中也被分解(还原分解)。SOx的分解生成物(例如硫黄或者硫化合物)吸附于第1电极11a，被认为减少了能够有助于水的分解的第1电极11a的面积。进而，排气体中的SOx的浓度越高，吸附于该第1电极11a而残留在第1电极11a上的SOx的分解生成物的量越多。其结果，对第1电极11a与第2电极11b之间施加第1预定电压时的电极电流(电极电流的大小)根据包含在被检气体中的SOx的浓度而变化。

第1装置根据此时的电极电流(以后还称为“表示第1电流的第1输出值”)来检测包含在被检气体中的SOx的浓度。

如上所述，第1电气化学单元11c是发生用于获取包含在被检气体中的SOx的浓度的电极电流的单元。因此，第1电气化学单元11c有时称为“传感器单元”。

(测量原理)

接下来，具体地说明第1装置的SOx浓度测量原理。图2是示出施加电压Vs与电极电流Is的关系的曲线图。另外，在本例子中，使用了4种不同的被检气体，该4种被检气体的作为包含在被检气体中的SOx的二氧化硫(SO₂)的浓度分别为0、100、300以及500ppm。但是，包含在被检气体中的氧以及水的浓度在任意的被检气体中都被维持为恒定。进而，在本例子中，将氧的界限电流值显示为0(零)μA。

实线的曲线L1对应于包含在被检气体中的二氧化硫的浓度是0(零)ppm的情况。如根据曲线L1理解的那样，在施加电压Vm小于约0.2V的区域中，伴随施加电压Vs的增大，电极电流Is增大。在该区域中，伴随施加电压Vs的增大，第1电极11a(阴极)中的氧的分解速度增大。但是，在施加电压Vs是约0.2V以上的区域中，即使施加电压Vs增大，电极电流Is也不增大，几乎为恒定。即，在该区域中表现出氧的界限电流特性。之后，在施加电压Vs为约0.6V以上时，电极电流Is再次开始增大。该电极电流Is的增大是由于第1电极11a中的水开始分解而引起的。

虚线的曲线L2对应于二氧化硫的浓度是100ppm的情况。即使在该情况下，在施加电压Vs小于第1电极11a中的水开始分解的电压(分解开始电压)(约0.6V)时，施加电压Vs与电极电流Is的关系与通过曲线L1示出的情况相同。但是，在施加电压Vs是第1电极11a中的水的分解开始电压(约0.6V)以上时，电极电流Is比曲线L1的情况小，电极电流Is相对于施加电压Vs的增加率也比曲线L1的情况小(斜率小)。

进而，通过单点划线以及断续线表示的曲线L3以及L4分别对应于包含在被检气体中的二氧化硫的浓度为300ppm以及500ppm的情况。即使在这些情况下，在施加电压Vs小于第1电极11a中的水的分解开始电压(约0.6V)时，施加电压Vs与电极电流Is的关系也与曲线L1的情况相同。但是，在施加电压Vs为第1电极11a中的水的分解开始电压(约0.6V)以上时，包含在被检气体中的二氧化硫的浓度越高，电极电流Is越小，包含在被检气体中的二氧化硫的浓度越高，电极电流Is相对于施加电压Vs的增加率也越小(斜率越小)。

如以上那样，施加电压Vs为第1电极11a中的水的分解开始电压(约0.6V)以上时的电极电流Is的大小根据作为包含在被检气体中的氧化硫的二氧化硫的浓度而变化。例如，在相对于包含在被检气体中的二氧化硫的浓度描绘图2所示的曲线图中的施加电压Vs是1.0V时的曲线L1至曲线L4中的电极电流Is的大小时，得到图3所示的曲线图。如在图3中用实线表示的那样，特定的施加电压Vs(在该情况下1.0V)下的电极电流Is的大小根据包含在被检气体中的二氧化硫的浓度而变化。因此，如果获取表示特定的施加电压Vs(水的分解开始电压以上的预定电压，还称为“第1预定电压”)下的电极电流Is的第1输出值，则能够获取与该第1输出值对应的氧化硫的浓度。

另外，图2所示的曲线图的横轴所示的施加电压Vs、纵轴所示的电极电流Is以及在上述说明中叙述的施加电压等各个具体的值有时根据实验的条件(例如包含在被检气体中的各种成分的浓度、电极组成以及电极面积等)而变动。即，施加电压Vs以及电极电流Is的值未必始终为上述值。

(被检气体中的水的浓度对电极电流的影响)

但是，如上所述，第1装置根据第1输出值来检测SOx浓度，该第1输出值表示将施加电压Vs设定为第1预定电压(水的分解开始电压以上的电压)的情况下的电极电流Is。但是，该电极电流Is包括包含在排气中的水以及氧化硫这两方的分解电流。因此，如图4的(a)所示，即使被检气体中未包含氧化硫(即使SOx浓度是0ppm)，电极电流Is也根据包含在排气中的水的浓度(水分浓度)而变化。

因此，如图4的(b)所示，即使包含在排气中的氧化硫的浓度并非零(0)的情况下，电极电流Is也不会受到水的浓度的影响。因此，在不考虑水的浓度而仅根据电极电流Is检测出SOx浓度的情况下，该SOx浓度不准确。

因此，第1装置根据电极电流Is(表示电极电流Is的第1输出值)以及包含在排气中的水的浓度Cw来检测包含在排气中的SOx浓度。

在更具体地叙述时，如图5所示，预先通过实验调查包含在排气中的水的浓度Cw为各种值时的“电极电流Is与SOx浓度的关系”，仅将其中包含在排气中的水的浓度为特定值(在本例子中为中等程度的浓度值Cwc)时的“电极电流Is与SOx浓度的关系”作为查找表格(基础图)MapCsoxB(Is)存储到ECU82的ROM中。

接下来，在“电极电流Is是任意的值”的情况下，求出“包含在排气中的水的浓度Cw为特定值Cwc以外的值Cwx时的SOx浓度Csox”相对于“包含在排气中的水的浓度Cw为特定值Cwc时的SOx浓度(以下称为“基础SOx浓度CsoxB”)”的比，作为“针对水的浓度Cwx以及基础SOx浓度CsoxB的校正系数k1(Cw、CsoxB)”。

例如，根据图5所示的例子，在电极电流Is是值A1的情况下，“水的浓度Cw为特定值Cwc时的SOx浓度(基础SOx浓度CsoxB)”为值B0，“水的浓度Cw为值Cwl时的SOx浓度Csox”为值B1。因此，校正系数k1(Cw、CsoxB)是“B1/B0”。同样地，在电极电流Is为值A2的情况下，“基础SOx浓度CsoxB”为值C0，“水的浓度Cw为值Cwl时的SOx浓度Csox”为值C1。因此，校正系数k1(Cw、CsoxB)为“C1/C0”。

另外，如图6所示，针对各种基础SOx浓度CsoxB的每一个，获取“包含在排气中的水的浓度Cw与校正系数k1(＝k1(Cw))的关系，将它们作为查找表格Mapk1(Cw、CsoxB)存储到ECU82的ROM中。各个查找表格Mapk1(Cw、CsoxB)表示各个基础SOx浓度CsoxB的水的浓度Cw与校正系数k1的关系。

ECU82在获取到表示实际的电极电流Is的第1输出值时，将通过该第1输出值表示的电极电流Is应用于表格MapCsoxB(Is)，从而求出“假设包含在排气中的水的浓度Cw为特定值Cwc时的SOx浓度(即基础SOx浓度CsoxB)”。

接下来，ECU82选择与该基础SOx浓度CsoxB对应的表格Mapk1(Cw、CsoxB)，对该选择出的表格Mapk1(Cw、CsoxB)应用“由水浓度传感器81获取到的包含在排气中的水的浓度Cw”，从而求出校正系数k1＝k1(Cw、CsoxB)。例如，在基础SOx浓度CsoxB为值Csox1时，选择图6的纸面的最前面的表格，在该情况下，在实际的水的浓度Cw为“Cwh”时，校正系数k1被决定为是“F”。

然后，ECU82通过对基础SOx浓度CsoxB乘以校正系数k1，决定或获取“利用校正系数k1校正基础SOx浓度CsoxB而得到的值(＝k1·CsoxB)”来作为“最终的SOx浓度Csox”。以上是第1装置实施的SOx浓度检测处理的概要。

(具体的动作)

接下来，说明ECU82的CPU在SOx浓度检测时进行的处理。CPU每当经过预定时间时，执行图7中的流程图所示的“SOx浓度获取处理例程”。

因此，在成为适合的定时时，CPU从步骤700开始处理而进入到步骤710，判定是否发生获取作为被检气体的排气中包含的氧化硫的浓度的请求(SOx浓度获取请求)。例如，在搭载具备第1装置的内燃机的车辆中向燃料罐填充燃料时，发生SOx浓度获取请求。在向燃料罐填充了燃料之后，在执行SOx浓度获取处理例程而获取到包含在排气中的氧化硫的浓度的情况下，取消SOx浓度获取请求。另外，CPU通过监视“由未图示的燃料剩余量计量仪测量的燃料剩余量”是否增大了预定量以上，来判定“是否有向燃料罐的燃料填充”。

在发生了SOx浓度获取请求的情况下，CPU在步骤710中判定为“是”而进入到步骤720，判定内燃机的运转状态是否处于稳定状态。CPU在例如预定期间内的发动机的负荷(例如空气填充率KL)的最大值与最小值之差小于阈值时、或者预定期间内的油门操作量的最大值与最小值之差小于阈值时，判定为内燃机的运转状态处于稳定状态。

在内燃机的运转状态处于稳定状态的情况下，CPU在步骤720中判定为“是”而进入到步骤730，通过电源61对第1电极11a与第2电极11b之间施加第1预定电压(在本例子中为1.0V)的施加电压Vs。接下来，CPU进入到步骤740，判定被施加有第1预定电压的施加电压Vs的状态的持续时间是否与预定的阈值(Tth)一致。该阈值Tth对应于如下的期间的长度：为了通过将向第1电极11a与第2电极11b之间的施加电压Vs设为第1预定电压来分解包含在内部空间31内的排气中的氧化硫、该分解生成物吸附于作为阴极的第1电极11a来降低电极电流Is而所需要的足够的期间。该阈值Tth的具体的值(时间的长度)事先通过实验等决定。

如果从施加电压Vs被设定为第1预定电压起的持续时间与阈值Th一致，则CPU在步骤740中判定为“是”，依次进行以下叙述的步骤750至步骤790的处理，进入到步骤795而暂且结束本例程。

步骤750：CPU获取来自电流计71的表示电极电流Is的第1输出值(以下有时简称为“电极电流Is”)。

步骤760：CPU从水浓度传感器81获取水的浓度Cw。

步骤770：CPU将电极电流Is应用于表格MapCsoxB(Is)，从而获取基础SOx浓度CsoxB。

步骤780：CPU选择与基础SOx浓度CsoxB对应的表格Mapk1(Cw、CsoxB)。进而，CPU通过对该选择出的表格Mapk1(Cw、CsoxB)应用在步骤760中获取到的水的浓度Cw，求出校正系数k1。

步骤790：CPU检测(获取)对基础SOx浓度CsoxB乘以校正系数k1而得到的值，作为最终的SOx浓度Csox。进而，CPU将检测到的SOx浓度Csox储存于备份RAM，在发动机控制例程以及排气系统构件的自诊断例程(都省略图示)中使用。

相对于此，在CPU在步骤710以及步骤720中的任意步骤中判定为“否”的情况下，CPU进入到步骤792而将施加电压Vs设定为“0”(即停止向第1电极11a与第2电极11b之间的电压施加)，之后，直接进入到步骤795而暂且结束本例程。进而，CPU在步骤740中判定为“否”的情况下，直接进入到步骤795而暂且结束本例程。

<第1装置的第1变形例>

在该第1变形例中，如以下详述的那样，仅在如下的点与第1装置不同：不求校正系数k1而求校正系数k2，利用该校正系数k2校正电极电流Is，将校正后的电极电流Is应用于表格MapCsoxB(Is)，从而检测(获取)最终的SOx浓度Csox。以下，说明该不同点。

在第1变形例中，也图8所示，预先通过实验调查包含在排气中的水的浓度为各种值的情况的“电极电流Is与SOx浓度的关系”，仅将其中包含在排气中的水的浓度为特定值(在本例子中为中等程度的浓度值Cwc)时的“电极电流Is与SOx浓度的关系”作为查找表格(基础图)MapCsoxB(Is)存储到ECU82的ROM中。

接下来，针对相同的SOx浓度Csox的排气体，求出“包含在排气中的水的浓度Cw为特定值Cwc以外的任意的值Cwx的情况下的电极电流Is@Cwx”和“包含在排气中的水的浓度Cw为特定值Cwc时的电极电流IsB@Cwc(以下称为“基础电极电流IsB@Cwc”)”。然后，求出基础电极电流IsB@Cwc相对于电极电流Is@Cwx的比，作为“针对水的浓度Cwx以及电极电流Is的校正系数k2(Cwx、Is)”。

例如，根据图8所示的例子，当“包含在排气中的水的浓度Cw为值Cwh的情况下的电极电流Is@Cwh”是值H1时，基础电极电流IsB@Cwc是值H0，所以校正系数k2(Cwx、Is)是“H0/H1”。同样地，当“包含在排气中的水的浓度Cw为值Cwh的情况下的电极电流Is@Cwh”是值J1时，基础电极电流IsB@Cwc是值J0，所以校正系数k2(Cwx、Is)是“J0/J1”。

然后，根据这样求出的数据，如图9所示，将各种电极电流Is的每一个的“包含在排气中的水的浓度Cw与校正系数k2(＝k2(Cw))的关系”，作为查找表格Mapk2(Cw、Is)存储到ECU82的ROM中。各个查找表格Mapk2(Cw、Is)表示各个电极电流Is的水的浓度Cw和校正系数k2的关系。

在检测实际的SOx浓度Csox时，ECU82在获取到实际的电极电流Is时，根据该电极电流Is而选择表格Mapk2(Cw、Is)，对该选择出的表格Mapk2(Cw、Is)应用实际获取到的水的浓度Cw，从而求出校正系数k2。

接下来，CPU对实际获取的电极电流Is乘以校正系数k2，从而获取校正后电极电流Iscr，将该校正后电极电流Iscr应用于表格MapCsoxB(Is)，从而决定或获取最终的SOx浓度Csox。以上是第1装置的第1变形例所实施的SOx浓度检测处理的概要。

接下来，简单地说明该第1变形例的具体的动作。第1变形例的CPU执行代替图7的图10中的流程图所示的“SOx浓度获取处理例程”。在该图10所示的例程中，仅将图7的步骤770至步骤790分别置换为步骤1010至步骤1030的点与图7所示的例程不同。因此，以下，依次说明步骤1010至步骤1030中的处理。

步骤1010：CPU根据在步骤750中获取到的电极电流Is，选择表格Mapk2(Cw、Is)，对该选择出的表格Mapk2(Cw、Is)应用在步骤760中获取到的水的浓度Cw，从而求出校正系数k2。

步骤1020：CPU通过对在步骤750中获取到的电极电流Is乘以校正系数k2，获取校正后电极电流Iscr。

步骤1020：CPU将校正后电极电流Iscr视为电极电流Is，将该电极电流Is应用于表格MapCsoxB(Is)，从而决定或获取最终的SOx浓度Csox。

<第1装置的第2变形例>

在该第2变形例中，仅在如下点与与第1装置不同：不使用校正系数k1，而将电极电流Is以及水的浓度Cw应用于表格MapCsox(Cw、Is)，从而检测(获取)最终的SOx浓度Csox。表格MapCsox(Cw、Is)是针对各种水的浓度Cw，预先通过实验调查图5所示那样的“电极电流Is与SOx浓度Csox的关系”，并将它们以查找表格形式存储到ROM的表格。

在更具体地叙述时，第2变形例的CPU执行代替图7的图11中的流程图所示的“SOx浓度获取处理例程”。在该图11所示的例程中，仅将图7的步骤770至步骤790置换为步骤1110的点与图7所示的例程不同。在进入到步骤1110时，CPU通过将步骤750中获取到的电极电流Is以及步骤760中获取到的水的浓度Cw应用于表格MapCsox(Cw、Is)，从而检测(获取)最终的SOx浓度Csox。

<第1装置的第3变形例>

在该第3变形例中，作为第1输出值，不使用施加电压Vs为第1预定电压时的电极电流Is，而使用电流降低量ΔIs(＝Is0-Is)，该电流降低量ΔIs是在所获取的水的浓度Cw下的基准电极电流Is0与电极电流Is之差，所述基准电极电流Is0是排气中不包含SOx的情况下的电极电流。即，仅如下的点与第1装置不同：通过将电流降低量ΔIs以及水的浓度Cw应用于表格MapCsox(Cw、ΔIs)而检测(获取)最终的SOx浓度Csox。

上述“基准电极电流Is0”能够通过对例如图4的(a)所示那样的图应用所获取到的水的浓度Cw来确定。关于上述图，能够预先通过实验调查例如“包含在未包含SOx的排气中的水的浓度Cw与电极电流Is的关系”，并将该关系作为查找表格(基础图)MapIs0(Cw)存储到ECU82的ROM中。

在第3变形例中，通过如上所述不使用电极电流Is而使用电流降低量ΔIs，能够去掉包含在排气中的水的浓度的差异所引起的电极电流Is的大小的差异。因此，根据第3变形例，能够提高例如包含在排气中的SOx浓度的检测中的SN比。但是，在第3变形例中，也与第1装置同样地，“电极电流Is的大小相对于包含在排气中的SOx浓度的变化的变化率”也受到排气中包含的水的浓度的差异所致的影响。

因此，代替图5所示那样的“电极电流Is与SOx浓度的关系”，针对包含在排气中的水的浓度为各种值的情况，预先通过实验来调查“电流降低量ΔIs与SOx浓度的关系”，将“电流降低量ΔIs与SOx浓度的关系”预先存储于ECU82的ROM，能够根据该关系，从电流降低量ΔIs检测(获取)SOx浓度。

关于第3变形例中的具体的动作，除了不使用电极电流Is而使用电流降低量ΔIs的点以外，与第1装置相同，所以省略其以上的详细的说明。另外，当然也能够在第1装置的第1变形例以及第2变形例中应用第3变形例。

如以上说明的那样，在第1装置及其变形例的各个中，使用输出相关值(电极电流Is或者电流降低量ΔIs)与水浓度相关值(水的浓度Cw)来求出SOx浓度。其结果，在第1装置及其变形例的各个中，能够排除包含在排气中的水的浓度对电极电流Is的影响，能够更精度优良地检测包含在排气中的SOx的浓度。

<第2实施方式>

以下，说明本发明的第2实施方式的SOx浓度检测装置(以下有时称为“第2装置”)。

(结构)

第2装置具备的SOx传感器的元件部20除了还具备在第1电气化学单元(泵单元11c)的附近并列设置的第2电气化学单元(泵单元12c)的点以外，具有与第1装置具备的元件部10同样的结构。此处所称的“附近”是指，包含与到达第1电气化学单元11c的被检气体中包含的水的浓度相等的浓度的水的被检气体所到达的区域。另外，在以下的说明中，关注与第1装置的不同点来说明第2装置的结构。

如图12的(a)以及(b)所示，第2装置的SOx传感器的元件部20具备第1电气化学单元11c以及第2电气化学单元12c。第1电气化学单元11c以及第2电气化学单元12c配设于从配设在上游侧的扩散阻力体(扩散控速层)32向下游侧离开相同距离的位置。在第2装置中，有时将第1电气化学单元11c还称为传感器单元11c，将第2电气化学单元12c还称为监视器单元12c。第1电气化学单元11c具有与第1装置的第1电气化学单元11c相同的结构。如上所述，第1电气化学单元11c的第1电极11a是作为主成分而包含铂(Pt)和铑(Rh)的合金的多孔质金属陶瓷电极，第3电极12a是作为主成分而包含铂(Pt)和金(Au)的合金的多孔质金属陶瓷电极。

第2电气化学单元12c与第1电气化学单元11c共用第1固体电解质体11s，具有作为配设在其表面的一对电极的第3电极12a以及第4电极12b。第2电气化学单元12c与第1电气化学单元11c同样地，具有利用氧泵作用实现的氧排出能力，由加热器41加热至活性化温度。

第3电极12a被配设为面向内部空间31。第3电极12a是作为主成分而包含铂(Pt)和金(Au)的合金的多孔质金属陶瓷电极。

第4电极12b被配设为面向第1大气导入路51。第4电极12b隔着第1固体电解质体11s与第3电极12a相对。第4电极12b是作为主成分包含铂(Pt)的多孔质金属陶瓷电极。

如上所述，在以使第3电极12a与第4电极12b之间第4电极12b的电位比第3电极12a的电位高的方式，将施加电压Vm设定为第2预定电压时，包含在作为被检气体的排气中的水以及氧化硫在第3电极12a中被分解(还原分解)。

但是，第3电极12a被制作成为：在对第1电极11a与第2电极11b之间、第3电极12a与第4电极12b之间施加相互相同的第3预定电压V3时，第3电极12a中的氧化硫的还原分解速度(第2分解速度)比第1电极11a中的氧化硫的还原分解速度(第1分解速度)慢，所述第3预定电压V3是在第1电极11a以及第3电极12a中水被还原分解的下限电压以上的电压。具体而言，第2分解速度实质上是0(零)。

第2装置还具备电源62以及电流计72。电源62以及电流计72与ECU82连接。

电源62能够对第3电极12a与第4电极12b之间以使第4电极12b的电位比第3电极12a的电位高的方式施加预定的电压。

电流计72测量在第2电气化学单元12c中流过的电极电流Im的大小，将与该测量值对应的输出值(电压值)输出到ECU82。

ECU82除了控制对第1电气化学单元11c的第1电极11a以及第2电极11b施加的施加电压Vs以外，还能够控制对第2电气化学单元12c的第3电极12a以及第4电极12b施加的施加电压Vm。另外，第2装置的ECU82在检测SOx浓度的情况下，将施加电压Vs以及施加电压Vm都设定为1.0V(第3预定电压V3)。

进而，ECU82除了接受表示第1电气化学单元11c的电极电流Is的来自电流计61的输出值以外，还能够接受表示第2电气化学单元12c的电极电流Is(在第3电极12a与第4电极12b之间流过的电流)的“来自电流计62的输出值”。

(测量原理以及作用)

接下来，具体地说明第2装置的SOx浓度测量原理。第2装置的ECU82通过从第2电气化学单元12c的电极电流Im减去第1电气化学单元11c的电极电流Is而求出差值(电极电流差)。该差值被称为“SOx浓度检测用参数D”或者被简称为“参数D”。进而，第2装置的ECU82根据该参数D和水的浓度Cw来检测SOx浓度。

以下，说明参数D(＝Im-Is)。第2电气化学单元12c在施加有与第1电气化学单元11c相同的施加电压(1.0V)的情况下，分解氧化硫的速度与第1电气化学单元11c的分解氧化硫的速度相比也极其低。具体而言，在第3电极12a中氧化硫被分解的速度(第2分解速度)实质上是0(零)，氧化硫的分解生成物实质上并未吸附在第3电极12a上。因此，第2电气化学单元12c的电极电流Im实质上根据包含在排气中的水的浓度而变化，但不根据SOx浓度而变化。另一方面，如上所述，第1电气化学单元11c的电极电流Is根据包含在排气中的水的浓度以及氧化硫的浓度而变化。因此，作为电极电流Im与电极电流Is之差的参数D为降低了由包含在排气中的水的浓度所致的影响的值，所以为相对于包含在排气中的氧化硫的浓度而高灵敏度变化的参数。具体而言，SOx浓度越高，参数D越大。

但是，根据发明人的实验，明确了该参数D(＝Im-Is)依然受到包含在排气中的水的浓度的影响。即，如图13所示，即使SOx浓度恒定，水的浓度Cw越低，参数D越大。例如，包含在排气中的SOx浓度是200ppm的情况下，参数D的值随着包含在排气中的水分浓度上升为低、中、高而减少(参照图13中的点P1、点P2以及点P3)。以下，将“包含在排气中的水分浓度为Cwc(中)时的、参数D与SOx浓度Csox的关系(在图13中通过实线表示的关系)”称为“基础关系”。

因此，例如，在不考虑包含在排气中的水分浓度，将在真实的SOx浓度Csox为200ppm且水分浓度Cw为Cwl(低)时所获取的参数D(参照点P1)应用于通过实线表示的基础关系来求SOx浓度Csox时，包含在排气中的SOx浓度被错误地检测为300ppm(参照点P5)。同样地，例如，在不考虑在排气中包含的水分浓度，将在真实的SOx浓度Csox为200ppm且水分浓度Cw为Cwh(高)时所获取的参数D(参照点P3)应用于通过实线表示的基础关系来求SOx浓度Csox时，包含在排气中的SOx浓度被错误地检测为100ppm(参照点P4)。

因此，第2装置与第1装置同样地，在使用以下叙述那样的校正系数等的同时，根据参数D和水的浓度Cw来检测SOx浓度。

首先，如图13以及图14所示的那样，预先通过实验调查包含在排气中的水的浓度Cw为各种值的情况的“参数D与SOx浓度Csox的关系”，仅将其中包含在排气中的水的浓度Cw为特定值(在本例子中为中等程度的浓度值Cwc)的情况的“参数D与SOx浓度Csox的关系(即上述基础关系)”，作为查找表格(基础图)MapCsoxB(D)存储到ECU82的ROM中。

接下来，在“参数D为任意的值”的情况下，求出“包含在排气中的水的浓度Cw为特定值Cwc以外的值Cwx时的SOx浓度Csox”相对于“包含在排气中的水的浓度Cw为特定值Cwc时的SOx浓度(以下称为“基础SOx浓度CsoxB)”)”的比，来作为“针对水的浓度Cwx以及基础SOx浓度CsoxB的校正系数k3(Cw、CsoxB)”。

例如，根据图14所示的例子，在参数D是值A1的情况下，“水的浓度Cw为特定值Cwc时的SOx浓度(基础SOx浓度CsoxB)”是值B0，“水的浓度Cw为值Cwl时的SOx浓度Csox”是值B1。因此，校正系数k3(Cw、CsoxB)是“B1/B0”。同样地，在参数D为值A2的情况下，“基础SOx浓度CsoxB”是值C0，“水的浓度Cw为值Cwh时的SOx浓度Csox”是值C1。因此，校正系数k3(Cw、CsoxB)是“C1/C0”。

然后，如图15所示，针对各种基础SOx浓度CsoxB的各个，获取“包含在排气中的水的浓度Cw与校正系数k3(＝k3(Cw))的关系，将它们作为查找表格Mapk3(Cw、CsoxB)存储到ECU82的ROM中。各个查找表格Mapk3(Cw、CsoxB)表示各个基础SOx浓度CsoxB下的水的浓度Cw与校正系数k3的关系。

ECU82在获取到实际的参数D时，将该参数D应用于表格MapCsoxB(D)，从而求出“假设为包含在排气中的水的浓度Cw为特定值Cwc时的SOx浓度(即基础SOx浓度CsoxB)”。

接下来，ECU82选择与该基础SOx浓度CsoxB对应的表格Mapk3(Cw、CsoxB)，对该选择出的表格Mapk3(Cw、CsoxB)应用在该时间点由水浓度传感器81获取到的排气中包含的水的浓度Cw，从而求出校正系数k3(Cw、CsoxB)。例如，在基础SOx浓度CsoxB是值Csox1时，选择图6的纸面的最前面的表格，在该情况下，在实际的水的浓度Cwx是“Cwh”时，校正系数k3被决定为“F”。

然后，ECU82对基础SOx浓度CsoxB乘以校正系数k3，从而“将利用校正系数k3校正基础SOx浓度CsoxB而得到的值(＝k3·CsoxB)”决定或获取为“最终的SOx浓度Csox”。以上是第2装置实施的SOx浓度检测处理的概要。

另外，在上述中，第2装置的ECU82通过从第2电气化学单元12c的电极电流Im减去第1电气化学单元11c的电极电流Is，从而求出了电极电流差(参数D)。但是，该参数D也可以不通过ECU82求出，而例如根据来自电流差检测电路的输出信号求出，该电流差检测电路从电极电流Im减去电极电流Is。

(具体的动作)

接下来，简单地说明该第2装置的具体的动作。第2装置的ECU82的CPU每当经过预定时间时，执行图16中的流程图所示的“SOx浓度获取处理例程”。

因此，在成为适合的定时时，CPU从步骤1600开始处理而进入到步骤1605。该步骤1605的处理与图7的步骤710的处理相同。

因此，在发生了SOx浓度获取请求的情况下，CPU在步骤1605中判定为“是”而进入到步骤1610。该步骤1610的处理与图7的步骤720的处理相同。

因此，在内燃机的运转状态处于稳定状态的情况下，CPU在步骤1610中判定为“是”而进入到步骤1615，将施加电压Vs以及施加电压Vm这两方设定为相互相同的第3预定电压V3(在本例子中1.0V)。第3预定电压是在电极11a以及电极12a中水的分解开始的电压以上的电压。接下来，CPU进入到步骤1620，判定作为“施加电压Vs以及施加电压Vm”而设定第3预定电压V3的状态的持续时间T是否与预定的阈值(Tth)一致。

在持续时间T与阈值Th一致时，CPU在步骤1620中判定为“是”，依次进行以下叙述的步骤1625至步骤1650的处理，进入到步骤1695而暂且结束本例程。

步骤1625：CPU获取来自电流计71的电极电流(第1输出值)Is，并且获取来自电流计72的电极电流(第2输出值)Im。

步骤1630：CPU获取来自水浓度传感器81的水的浓度Cw。

步骤1635：CPU通过从电极电流Im减去电极电流Is而获取参数(电极电流差)D。

步骤1640：CPU通过将参数D应用于表格MapCsoxB(D)而获取基础SOx浓度CsoxB。

步骤1645：CPU选择与基础SOx浓度CsoxB对应的表格Mapk3(Cw、CsoxB)。进而，CPU通过对该选择出的表格Mapk3(Cw、CsoxB)应用在步骤1630中获取的水的浓度Cw，求出校正系数k3。

步骤1640：CPU检测(获取)对基础SOx浓度CsoxB乘以校正系数k3而得到的值来作为最终的SOx浓度Csox。CPU进而将检测到的SOx浓度Csox存储到备份RAM，在发动机控制例程以及排气系统构件的自诊断例程(都省略图示)中使用。

相对于此，在CPU在步骤1605以及步骤1610中的任意步骤中判定为“否”的情况下，CPU进入到步骤1655而将施加电压Vs以及施加电压Vm这两方设定为“0”(即停止向第1电极11a与第2电极11b之间的电压施加、以及停止向第3电极12a与第4电极12b之间的电压施加)，之后，直接进入到步骤1695而暂且结束本例程。进而，CPU在步骤1620中判定为“否”的情况下，直接进入到步骤1695而暂且结束本例程。

<第2装置的第1变形例>

在该第1变形例中，如以下详述的那样，仅在不使用校正系数k3，而通过将参数D以及水的浓度Cw应用于表格MapCsox(Cw、D)而检测(获取)最终的SOx浓度Csox的点与第2装置不同。表格MapCsox(Cw、D)是针对各种水的浓度Cw，预先通过实验调查图14所示那样的“参数D与SOx浓度Csox的关系”、并将它们以查找表格形式存储于ROM的表格。

在更具体地叙述时，该第1变形例的CPU执行代替图16的图17中的流程图所示的“SOx浓度获取处理例程”。该图17所示的例程仅在将图16的步骤1640至步骤1650置换为步骤1710的点中与图16所示的例程不同。

即，在进入到步骤1710时，CPU通过将在步骤1635中获取的参数D以及在步骤1630中获取的水的浓度Cw应用于表格MapCsox(Cw、D)而检测(获取)最终的SOx浓度Csox。

<第2装置的第2变形例>

其中，第2装置根据水的浓度Cw以及基础SOx浓度CsoxB决定了校正系数k3。但是，如图18所示，只要维持下述(1)式的关系，也可以仅根据水的浓度Cw求出校正系数k3。另外，在下述(1)式中，将参数D置换为了“Y”、将SOx浓度Csox置换为了“X”。值“a”是恒定值(斜率)，值“A4”是SOx浓度Csox为零(0)时的参数D的值。

【式1】

Y＝a·X+A4…(1)

即，在上述(1)式成立的情况下，例如参数D的值为值A1时的应该对基础SOx浓度CsoxB乘以的校正系数k4(1)是值B2相对于值B0的比(＝B2/B0)，参数D的值是值A3时的应该对基础SOx浓度CsoxB乘以的校正系数k4(2)是值C2相对于值C0的比(＝C2/C0)。此时，在上述(1)式成立的情况下，校正系数k4(1)和校正系数k4(2)相互相等。即，校正系数k4不依赖于基础SOx浓度CsoxB，而仅依赖于水的浓度Cw。

因此，在该第2装置的第2变形例中，在得到了上述(1)式成立(还包括实质上成立的情况)的数据的情况下，将规定上述校正系数k4与水的浓度Cw的关系的查找表格Mapk4(Cw)，作为查找表格Mapk3(Cw、CsoxB)存储到ECU82的ROM中。

进而，该第2变形例的CPU执行代替图16的图19中的流程图所示的“SOx浓度获取处理例程”。该图19所示的例程仅在将图16的步骤1645以及步骤1650分别置换为步骤1910以及步骤1920的点中与图16所示的例程不同。

即，在进入到步骤1910时，CPU通过对图19内的块B1内所示的表格Mapk4(Cw)应用在步骤1630中获取到的水的浓度Cw，从而求出校正系数k4。根据该表格Mapk4(Cw)，决定为水的浓度Cw越大则校正系数k4越大。另外，在水的浓度Cw为特定值Cwc(制作基础图MapCsoxB(D)时的水的浓度)的情况下，不需要针对基础SOx浓度CsoxB的校正，所以校正系数k4成为“1”。

接下来，CPU进入到步骤1920，检测(获取)对在步骤1640中求出的基础SOx浓度CsoxB乘以在步骤1910中求出的校正系数k4而得到的值，来作为最终的SOx浓度Csox。CPU进而将检测到的SOx浓度Csox储存到备份RAM，在发动机控制例程以及排气系统构件的自诊断例程(都省略图示)中使用。

如以上说明，第2装置及其变形例使用监视器单元与传感器单元的电极电流之差(电极电流差)(参数D＝Im-Is)来检测SOx浓度。因此，能够排除包含在排气中的水的浓度对电极电流Is的影响。另外，在第2装置及其变形例使用输出相关值(参数D)和水浓度相关值(水的浓度Cw)来求出SOx浓度。其结果，第2装置及其变形例的各个能够排除包含在排气中的水的浓度对电极电流Is的影响，能够更精度优良地检测包含在排气中的SOx的浓度。

<第3实施方式>

以下，说明本发明的第3实施方式的SOx浓度检测装置(以下有时称为“第3装置”)。

(结构)

如图20的(a)所示，第3装置具备的SOx传感器的元件部30除了还具备配设在第1电气化学单元(传感器单元11c)以及第2电气化学单元(监视器单元12c)的上游侧(扩散阻力体32侧)的第3电气化学单元(泵单元13c)的点以外，具有与第2装置具备的元件部10大致同样的结构。因此，以下，特别关注与第2装置的不同点来说明第3装置的结构。

第3装置的元件部30不具备图12所示的第1氧化铝层21a，而具备“第2固体电解质体12s、第6氧化铝层21f以及第1氧化铝层21a”。

第2固体电解质体12s层叠于扩散阻力体32以及第2氧化铝层21b之上。第2固体电解质体12s是由与第1固体电解质12s同样的材料构成的具有氧化物离子传导性的薄板体。

第6氧化铝层21f层叠于第2固体电解质12s之上，第1氧化铝层21a层叠于第6氧化铝层21f之上。第6氧化铝层21f是由与第1氧化铝层21a同样的材质构成的致密(气体不透过性)的层(薄板体)。其结果，通过第2固体电解质12s、第6氧化铝层21f以及第1氧化铝层21a划定了“对排气管外的大气开放的第2大气导入路52”。

第2固体电解质体12s具备第5电极13a以及第6电极13b。

第5电极13a被粘着于第2固体电解质体12s的一侧的表面(具体而言为划定内部空间31的第2固体电解质体12s的表面)。第5电极13a是作为主成分而包含铂(Pt)的多孔质金属陶瓷电极。

在第2固体电解质体12s的另一侧的表面(具体而言为划定第2大气导入路52的第2固体电解质体13s的表面)，以隔着第2固体电解质体12s而与第5电极13a相对的方式，粘着有第6电极13b。第6电极13b是作为主成分而包含铂(Pt)的多孔质金属陶瓷电极。

第5电极13a、第6电极13b以及第2固体电解质体12s构成了第3电气化学单元(泵单元)13c，该第3电气化学单元13c具有利用氧泵作用实现的氧排出能力。该第3电气化学单元13c也由加热器41加热至活性化温度。第3电气化学单元13c配设于第1电气化学单元(传感器单元)11c以及第2电气化学单元(监视器单元12c的上游侧(扩散阻力体32侧)。更具体而言，第5电极13a形成于从扩散阻力体32隔开第1距离的位置，第1电极11a以及第2电极12a形成于从扩散阻力体32隔开比第1距离大的第2距离的位置。

第3装置还具备电源63以及电流计73。电源63以及电流计73与ECU82连接。

电源63能够对第5电极13a与第6电极13b之间以使第6电极13b的电位比第5电极13a的电位高的方式施加预定的电压。

电流计73测量流过第3电气化学单元13c的电极电流Ip的大小，将与该测量值对应的输出值(电压值)输出到第3装置的ECU82。

第3装置的ECU82除了控制向第1电气化学单元11c的施加电压Vs以及向第2电气化学单元12c的施加电压Vm以外，还能够控制对第3电气化学单元13c的第5电极13a以及第6电极13b施加的施加电压Vp。另外，第2装置的ECU82在检测SOx浓度的情况下，将施加电压Vs以及施加电压Vm都设定为1.0V(第3预定电压V3)。

进而，ECU82能够接受表示第1电气化学单元11c的电极电流Is的来自电流计61的输出值、以及表示第2电气化学单元12c的电极电流Im的“来自电流计62的输出值”。

电源63对第5电极13a与第6电极13b之间以使第6电极13b的一方相对于第5电极13a具有更高的电位的方式，施加施加电压。电流计73将与流过第3电气化学单元13c的电极电流对应的信号输出到ECU(未图示)。ECU能够控制对第5电极13a以及第6电极13b施加的施加电压。进而，ECU能够接受从电流计73输出的与流过第3电气化学单元13c的电极电流(Ip)对应的信号。

(作用)

包含在从内燃机排出的排气中的氧的浓度根据例如在该内燃机的燃烧室中燃烧的混合气的空燃比而多种多样地变化。其结果，有包含在作为被检气体的排气中的氧的浓度变化的情况。当包含在排气中的氧的浓度变化时，在传感器单元具备的电极之间流过的电流的大小也变化，所以存在导致想要测量浓度的成分(例如水、氧化硫等)的浓度的检测精度降低的忧虑。

但是，在第3装置具备的元件部30中，在对第5电极13a与第6电极13b之间施加预定的电压时，能够通过氧泵作用从内部空间31排出氧。更具体而言，在以使第5电极13a以及第6电极13b分别成为阴极以及阳极的方式对这些电极之间施加预定的电压时，从内部空间31向第2大气导入路52排出氧。这样，在第3装置具备的元件部30中，能够通过第3电气化学单元(泵单元)13c降低内部空间31内的氧的浓度。

即，在第3装置具备的元件部30中，即使包含在排气中的氧的浓度变化，如上所述，通过第3电气化学单元(泵单元)13c的氧泵作用从内部空间31排出氧，从而能够将内部空间31内的氧的浓度调整得较低(典型而言，大致0(零)ppm)。因此，在第3装置中，即使包含在排气中的氧的浓度变化，也能够有效地降低对在第1电气化学单元(传感器单元)11c中检测的电极电流Is以及在第2电气化学单元(监视器单元)12c中检测的电极电流Im的影响。其结果，根据第3装置，能够更精度优良地检测包含在被检气体中的氧化硫的浓度。即，在第3装置中，第3电气化学单元13c与第3电极部相应。

另外，在图20所示的例子中，第3电气化学单元(泵单元13c)包括与构成第1电气化学单元(传感器单元11c)以及第2电气化学单元(监视器单元12c)的第1固体电解质体11s独立的第2固体电解质体12s。但是，第3电气化学单元(泵单元12c)也可以与第1电气化学单元(泵单元11c)以及第2电气化学单元(监视器单元12c)共用第1固体电解质体11s。

(具体的动作)

如以上说明，第3装置通过降低到达第1电气化学单元(传感器单元)11c以及第2电气化学单元(监视器单元)12c的排气中包含的氧的浓度，能够更精度优良地检测包含在被检气体中的氧化硫的浓度。

用于在第1电气化学单元(传感器单元)11c以及第2电气化学单元(监视器单元)12c中检测SOx浓度的具体的动作如在第2装置中叙述的那样，所以省略了此处的说明。

<第3装置的第1变形例>

另外，在上述第3装置中对第2装置追加了泵单元，但是当然也能够对上述第1装置追加泵单元。

<第3装置的第2变形例>

其中，根据上述那样的第3电气化学单元(泵单元)13c，能够根据其电极电流来检测包含在排气中的氧的浓度。进而，能够根据这样检测出的氧浓度而获取对内燃机的燃烧室供给的混合气的空燃比。另外，还能够根据这样获取的空燃比来推测包含在排气中的水的浓度。

因此，在以上述第3装置为首的具备第3电气化学单元(泵单元)13c的本发明装置中，作为检测包含在排气中的水的浓度的湿度传感器，能够使用该泵单元。

<补充>

但是，在以上说明的第1装置至第3装置中，将包含在排气中的水的浓度为中等程度的浓度值Cwc的情况的“电极电流Is与SOx浓度的关系”存储为查找表格(基础图)MapCsoxB(Is)。但是，当然，上述基础图无需一定是包含在排气中的水的浓度为中等程度的浓度值Cwc的情况的“电极电流Is与SOx浓度的关系”。即，上述基础图既可以是包含在排气中的水的浓度为相对高的浓度值Cwh(>Cwc)的情况的“电极电流Is与SOx浓度的关系”，也可以是包含在排气中的水的浓度为相对低的浓度值Cwl(<Cwc)的情况的“电极电流Is与SOx浓度的关系”。

以上，以说明本发明为目的，参照附图说明了具有特定的结构的几个实施方式以及变形例，但本发明的范围不应被理解为限定于这些例示的实施方式以及变形例，当然能够在权利要求书以及说明书记载的事项的范围内适当地施加修正。

Claims (4)

1.一种SOx浓度检测装置，具备：

SOx传感器，配设于内燃机的排气通路，并且具有第1电气化学单元，所述第1电气化学单元包括：第1扩散阻力体，由流过所述排气通路的排气能够通过的多孔质材料构成；第1固体电解质体，具有氧化物离子传导性；以及第1电极及第2电极，分别形成在所述第1固体电解质体的表面，所述第1电气化学单元发生表示第1电流的第1输出值，所述第1电流是对所述第1电极与所述第2电极之间施加第1预定电压时由所述第1电极还原分解包含在通过所述第1扩散阻力体的排气中的水以及氧化硫而在所述第1电极与所述第2电极之间流过的电流，所述第1预定电压是水的分解开始电压以上的电压；以及

控制部，获取与所述第1输出值相关的输出相关值以及与流过所述排气通路的排气中包含的水的浓度相关的水浓度相关值，使用所述输出相关值和所述水浓度相关值求出SOx浓度，该SOx浓度是包含在流过所述排气通路的排气中的氧化硫的浓度。

2.根据权利要求1所述的SOx浓度检测装置，其特征在于，

所述控制部获取所述第1输出值作为所述输出相关值，并且，在所述水浓度相关值所表示的水的浓度是第1浓度的第1情况以及所述水浓度相关值所表示的水的浓度是比所述第1浓度高的第2浓度的第2情况下，在所述输出相关值是相互相同的值时，所述控制部以使在所述第1情况下根据所述输出相关值求出的所述SOx浓度比在所述第2情况下根据所述输出相关值求出的所述SOx浓度低的方式，求出所述SOx浓度。

3.根据权利要求2所述的SOx浓度检测装置，其特征在于，

所述SOx传感器具有第2电气化学单元，

所述第2电气化学单元包括：第2扩散阻力体，是由流过所述排气通路的排气能够通过的多孔质材料构成的扩散阻力体，并且与所述第1扩散阻力体相同或者不同；第2固体电解质体，是具有氧化物离子传导性的固体电解质体，并且与所述第1固体电解质体相同或者不同；以及第3电极及第4电极，分别形成在所述第2固体电解质体的表面，

所述第2电气化学单元输出表示第2电流的第2输出值，所述第2电流是对所述第3电极与所述第4电极之间施加第2预定电压时由所述第3电极还原分解通过所述第2扩散阻力体的排气中包含的水以及氧化硫而在所述第3电极与所述第4电极之间流过的电流，所述第2预定电压是水的分解开始电压以上的电压，

所述SOx传感器构成为在对所述第1电极与所述第2电极之间以及所述第3电极与所述第4电极之间施加相互相同的第3预定电压时，所述第1电极中的氧化硫的还原分解速度比所述第3电极中的氧化硫的还原分解速度大，所述第3预定电压是在所述第1电极以及所述第3电极中水被还原分解的下限电压以上的电压，

所述控制部构成为获取所述第2输出值作为所述水浓度相关值。

4.根据权利要求1所述的SOx浓度检测装置，其特征在于，

所述SOx传感器具有第2电气化学单元，

所述第2电气化学单元包括：第2扩散阻力体，是由流过所述排气通路的排气能够通过的多孔质材料构成的扩散阻力体，并且与所述第1扩散阻力体相同或者不同；第2固体电解质体，是具有氧化物离子传导性的固体电解质体，并且与所述第1固体电解质体相同或者不同；以及第3电极及第4电极，分别形成在所述第2固体电解质体的表面，

所述第2电气化学单元输出表示第2电流的第2输出值，所述第2电流是对所述第3电极与所述第4电极之间施加第2预定电压时由所述第3电极还原分解通过所述第2扩散阻力体的排气中包含的水以及氧化硫而在所述第3电极与所述第4电极之间流过的电流，所述第2预定电压是水的分解开始电压以上的电压，

所述SOx传感器构成为在对所述第1电极与所述第2电极之间以及所述第3电极与所述第4电极之间施加相互相同的第3预定电压时，所述第1电极中的氧化硫的还原分解速度比所述第3电极中的氧化硫的还原分解速度大，所述第3预定电压是在所述第1电极以及所述第3电极中水被还原分解的下限电压以上的电压，

所述控制部获取监视器单元值作为所述水浓度相关值，所述监视器单元值是对所述第3电极与所述第4电极之间施加所述第3预定电压时的所述第2输出值，

所述控制部获取所述监视器单元值与传感器单元值之差作为所述输出相关值，所述传感器单元值是对所述第1电极与所述第2电极之间施加所述第3预定电压时的所述第1输出值，并且，

在所述监视器单元值是第1值的第1情况以及所述监视器单元值是比所述第1值大的第2值的第2情况下，所述控制部以即使所述输出相关值是相互相同的值，也使在所述第1情况下根据所述输出相关值求出的所述SOx浓度比在所述第2情况下根据所述输出相关值求出的所述SOx浓度低的方式，求出所述SOx浓度。