CN108120760A - 气体检测装置以及气体检测装置的控制方法 - Google Patents

气体检测装置以及气体检测装置的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种气体检测装置，具备取得在第1电极与第2电极之间流动的输出电流的电子控制单元。所述电子控制单元取得与在降压扫描中施加电压处于硫氧化物的分解开始电压以下的范围的期间的输出电流相关的值作为第1电流。所述电子控制单元取得在施加电压成为特定电压的时刻所检测出、并且不包含下述电流的所述输出电流作为第2电流，所述特定电压为输出电流达到氧的极限电流时的电压以上，所述电流为由于通过升压扫描而附着的硫在所述第1电极上进行再氧化反应而引起的电流。所述电子控制单元基于第2电流与第1电流的差量来进行硫氧化物浓度的检测。

Description

气体检测装置以及气体检测装置的控制方法
技术领域
本发明涉及气体检测装置以及气体检测装置的控制方法，所述气体检测装置能够判定在内燃机所排出的排气中是否含有规定浓度以上的硫氧化物或检测该排气中所含的硫氧化物的浓度。
背景技术
为了控制内燃机，广泛使用基于排气中所含的氧(O2)的浓度而取得燃烧室内的混合气的空燃比(A/F)的空燃比传感器(也称为“A/F传感器”)。作为这样的空燃比传感器的一种类型，可列举极限电流式气体传感器。
在日本特开2015－17931中公开了一种SOx浓度检测装置，其使用极限电流式气体传感器来检测排气中的硫氧化物(以下有时称为“SOx”)的浓度。
日本特开2015－17931的SOx浓度检测装置，包含利用了氧离子传导性固体电解质的泵氧作用的传感单元(电化学单元)。该SOx浓度检测装置通过对传感单元的一对电极间施加电压而使排气中的包含氧原子的气体成分分解，由此产生氧离子(O2－)。排气中的包含氧原子的气体成分是例如O2、SOx以及H2O等，以下也称为“含氧成分”。上述SOx浓度检测装置通过由含氧成分的分解而产生的氧离子在传感单元的电极间移动(泵氧作用)来检测在上述电极间流动的电流的特性。
更具体地叙述，在日本特开2015－17931中，SOx浓度检测装置检测SOx浓度时，执行施加电压扫描。即，该SOx浓度检测装置执行下述的施加电压扫描：将对传感单元施加的施加电压从0.4V升压至0.8V，然后从0.8V降压至0.4V。
而且，在日本特开2015－17931中，使用施加电压达到0.8V的时刻的“在传感单元的电极间流动的电流(以下有时称为“电极电流”或“输出电流”)”即参照电流与使施加电压从0.8V降低至0.4V的期间的输出电流的最小值即峰值之差来算出SOx浓度。
发明内容
然而，上述输出电流有时也因排气中所含的除SOx以外的含氧成分的影响而发生变化。例如，水(H2O)的分解电压为与硫氧化物的分解电压相同的程度或比其稍高。而且，排气中的水的浓度例如根据混合气的空燃比而变动。因此，除去由水的分解引起的对输出电流的影响来检测仅由SOx成分的分解引起的输出电流是困难的。因此，要求利用不会受到SOx以外的含氧成分的影响、且仅由SOx成分引起的输出电流变化来判定在排气中是否存在规定浓度以上的硫氧化物或检测排气中的硫氧化物的浓度。
本发明提供能够精度良好地进行在排气中是否含有规定浓度以上的硫氧化物的判定或排气中的硫氧化物的浓度的检测的气体检测装置以及气体检测装置的控制方法。
本发明的第1方案为一种气体检测装置。上述气体检测装置包含元件部、电压施加装置、电流检测装置和电子控制单元。上述元件部设置于内燃机的排气通路。上述元件部包含电化学单元和扩散阻力体。上述电化学单元包含固体电解质体、第1电极和第2电极。上述固体电解质体具有氧离子传导性。上述第1电极和上述第2电极分别设置于上述固体电解质体的表面。上述扩散阻力体由在上述排气通路中流动的排气能够通过的多孔质材料构成。上述元件部被构成为在上述排气通路中流动的排气通过上述扩散阻力体而到达上述第1电极。上述电压施加装置被构成为对上述第1电极与上述第2电极之间施加电压。上述电流检测装置被构成为检测在上述第1电极与上述第2电极之间流动的电流即输出电流。上述电子控制单元被构成为控制使用上述电压施加装置对上述第1电极与上述第2电极之间施加的电压即施加电压。上述电子控制单元被构成为：基于由上述电流检测装置检测出的上述输出电流来进行在上述排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定和上述排气中的硫氧化物的浓度的检测中的任一项。上述电子控制单元被构成为：在向上述内燃机供给的混合气的空燃比稳定的状态时，执行使用上述电压施加装置使上述施加电压从规定电压上升至第2电压的升压扫描，然后，执行以规定的降压速度从上述第2电压下降至第1电压的降压扫描。上述规定电压为上述第1电压以上且低于上述硫氧化物的分解开始电压的电压。上述第1电压为低于上述硫氧化物的上述分解开始电压的电压。上述第1电压为上述输出电流变为氧的极限电流时的电压。上述第2电压为高于上述硫氧化物的上述分解开始电压的电压。上述电子控制单元被构成为基于由上述电流检测装置检测出的上述输出电流来取得与上述输出电流产生的变化的程度具有相关关系的参数。上述输出电流产生的变化是起因于下述电流而产生的上述输出电流的变化，所述电流是在上述降压扫描中上述施加电压变得低于上述硫氧化物的上述分解开始电压时，吸附于上述第1电极的硫在上述第1电极上进行再氧化反应而恢复为上述硫氧化物，由此在上述第1电极与上述第2电极之间流动的电流。在上述排气中含有的上述硫氧化物的浓度越高，上述输出电流产生的变化的所述程度越大。上述电子控制单元被构成为：基于上述参数来进行在上述排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定和上述排气中的硫氧化物的浓度的检测中的任一项。上述电子控制单元被构成为：将上述规定的降压速度设定成以上述施加电压变为低于上述硫氧化物的上述分解开始电压且高于上述第1电压的电压范围内的电压的时刻为界上述再氧化反应的速度剧增的速度。上述电子控制单元被构成为：基于在上述规定期间由上述电流检测装置检测出的输出电流来取得与规定期间的上述输出电流具有相关关系的值作为第1电流。上述规定期间是在上述降压扫描中上述施加电压处于高于上述第1电压且为上述硫氧化物的上述分解开始电压以下的范围的期间。上述电子控制单元被构成为取得第2电流。上述第2电流是在上述施加电压变为特定电压的时刻由上述电流检测装置检测出的上述输出电流，所述特定电压为上述输出电流变为上述氧的极限电流时的电压以上，并且上述第2电流是不包含下述电流的上述输出电流，所述电流是由于通过上述升压扫描而附着于上述第1电极的硫在上述第1电极上进行再氧化反应而引起的电流。上述电子控制单元被构成为：算出上述取得的第2电流与上述取得的第1电流的差量，并将上述差量作为上述参数使用。
根据本发明人的研究，判明：起因于在进行降压扫描时，吸附于第1电极的硫在上述第1电极上进行再氧化反应而恢复为硫氧化物，产生难以受到硫氧化物以外的含氧成分的影响的输出电流的变化。进而判明：根据降压扫描中的每规定的经过时间的电压下降量(即降压速度)，该输出电流的变化的程度大大地变化(参照图5A以及图5B)。产生这些现象的机理被推定如下。
即，在通过进行升压扫描而吸附于第1电极的硫(硫氧化物的分解物)在进行降压扫描时在上述第1电极上进行再氧化反应而恢复为硫氧化物。在进行了升压扫描的情况下，硫氧化物以外的含氧成分的分解物(例如作为水的分解物的氢)没有吸附于第1电极，因此在进行降压扫描时，实质上没有产生硫氧化物以外的含氧成分的分解物在上述第1电极上进行再氧化反应而向含氧成分恢复的现象。
因此，在进行降压扫描时，通过吸附于第1电极的硫在上述第1电极上进行再氧化反应恢复为硫氧化物而产生的输出电流的变化，难以受到硫氧化物以外的含氧成分的影响。即，在降压扫描中产生难以受到硫氧化物以外的含氧成分的影响的输出电流的变化。
但是，在降压扫描的降压速度(扫描速度)慢于某个速度的情况下，在进行降压扫描时，硫的再氧化反应连续且缓慢地进行，因此不论硫氧化物浓度为怎样的浓度，都难以显现输出电流的变化的程度。
与此相对，在使降压扫描的降压速度快于某个速度的情况下，在进行降压扫描时，在硫的再氧化反应没有那么地进行的状态下施加电压降低，当施加电压变为硫的再氧化反应变得活跃的某个电压范围(即，低于硫氧化物的分解开始电压的规定的电压范围)内的电压时，硫的再氧化反应急剧地进行(硫的再氧化反应的速度剧增，硫的再氧化反应的发生频率剧增)，因此，硫氧化物浓度越高，输出电流的变化的程度越大。即，显现对于精度良好地检测硫氧化物浓度而言有意义的电流变化。
因此，在上述气体检测装置中，将降压扫描的降压速度设定成以施加电压变为低于硫氧化物的分解开始电压且高于第1电压的电压范围内的电压的时刻为界硫的再氧化反应的速度剧增的速度。因此，硫氧化物浓度越高，越大地显现不受硫氧化物以外的含氧成分的影响的输出电流的变化。
进而，上述气体检测装置被构成为：基于输出电流取得与输出电流产生的变化的程度具有相关关系的参数，并基于该参数进行在排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定或排气中的硫氧化物的浓度的检测，所述输出电流产生的变化起因于那样的硫的再氧化反应。
进而，上述气体检测装置采用上述第2电流与上述第1电流的差量作为表示再氧化电流变化的上述参数。上述第1电流具有以下特性：根据排气中的氧浓度而变化，并且，排气中的硫氧化物的浓度越大，其越小。上述第2电流具有以下特性：根据排气中的氧浓度而变化，并且，不会根据排气中的硫氧化物的浓度而发生变化。即，无论排气中的硫氧化物的浓度怎样，上述第2电流的大小都相同。
与无论排气中的硫氧化物的浓度怎样第2电流的大小都相同相对，排气中的硫氧化物的浓度越大，再氧化电流变化的程度越显著，第1电流越小，因此排气中的硫氧化物的浓度越大，差量的大小也越大。而且，第1电流受到排气中的氧浓度的影响而变化，但是该影响程度对于第2电流也相同地体现。因此，差量不会受到排气中的氧浓度(内燃机的空燃比)的影响，成为精度良好地表示硫氧化物的浓度的参数。
本发明的检测装置，使用该参数(上述差量)进行在排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定或排气中的硫氧化物的浓度的检测，因此能够更精度良好地进行那样的判定或浓度的检测。
在上述气体检测装置中，上述电子控制单元也可以被构成为进行在上述排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的上述判定。上述电子控制单元也可以被构成为判定上述差量的大小是否为规定的阈值以上。也可以被构成为在上述电子控制单元判定为上述差量的大小为上述规定的阈值以上时，上述电子控制单元判定为在上述排气中包含上述规定浓度以上的硫氧化物。也可以被构成为在上述电子控制单元判定为上述差量的大小低于上述规定的阈值时，上述电子控制单元判定为在上述排气中不包含上述规定浓度以上的硫氧化物。
据此，能判定精度良好地表示硫氧化物的浓度的上述差量的大小是否为“与规定浓度对应的阈值”以上。因此，能够精度良好地进行在排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定。
在上述气体检测装置中，上述电子控制单元也可以被构成为进行上述排气中的硫氧化物的浓度的检测。上述电子控制单元也可以被构成为基于上述差量来检测上述排气中的硫氧化物的浓度。
在上述的情况下，通过基于精度良好地表示硫氧化物的浓度的上述差量来检测排气中的硫氧化物的浓度，能够简单地检测排气中的硫氧化物的浓度。
在上述气体检测装置中，上述电子控制单元也可以被构成为：取得在上述降压扫描中在上述施加电压成为第3电压以下且第4电压以上的检测用电压范围内的期间由上述电流检测装置检测出的输出电流之中的最小值作为上述第1电流。上述第3电压可以为上述硫氧化物的上述分解开始电压以下的电压。上述第4电压可以为高于上述第1电压的电压。
施加电压成为上述检测用电压范围内的电压的期间(即，硫的再氧化反应活跃发生的期间)的输出电流的最小值精度良好地表示硫氧化物的浓度。通过使用该最小值作为上述第1电流，上述差量成为更精度良好地表示硫氧化物的浓度的值。因此，能够精度良好地进行在排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定或排气中的硫氧化物的浓度的检测。
在上述气体检测装置中，上述电子控制单元也可以被构成为：取得在上述降压扫描中在上述施加电压变为电流取得电压时由上述电流检测装置检测出的输出电流作为上述第1电流。上述电流取得电压可以是选自上述第3电压以下且第4电压以上的检测用电压范围的电压。
施加电压变为选自上述检测用电压范围的电流取得电压时的输出电流精度良好地表示硫氧化物的浓度。通过使用该输出电流作为上述第1电流，上述差量能够精度良好地表示硫氧化物的浓度。因此，能够精度良好地进行在排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定或排气中的硫氧化物的浓度的检测。
在上述气体检测装置中，上述电子控制单元也可以被构成为采用上述输出电流达到上述氧的极限电流时的空燃比检测用施加电压作为上述特定电压。上述电子控制单元也可以被构成为：在开始上述升压扫描的执行之前，使用上述电压施加装置将上述施加电压设定在上述空燃比检测用施加电压。上述电子控制单元也可以被构成为：取得在将上述施加电压设定在上述空燃比检测用施加电压的情况下由上述电流检测装置检测出的输出电流作为上述第2电流。
根据该方案，在施加电压被设定在空燃比检测用施加电压，上述输出电流达到氧的极限电流时，取得该输出电流作为上述第2电流。上述第1电流中包含与氧的极限电流相当的电流部分。因此，这样得到的第2电流与第1电流的差量成为难以受到排气中的氧浓度的影响的参数，因此成为精度良好地表示硫氧化物的浓度的参数。其结果是，该方案的气体检测装置能够更精度良好地进行在排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定或排气中的硫氧化物的浓度的检测。
在上述气体检测装置中，上述电子控制单元也可以被构成为：取得在上述升压扫描中上述施加电压变为上述第2电压时由上述电流检测装置检测的输出电流作为上述第2电流。
在上述气体检测装置中，上述电子控制单元也可以被构成为：取得在上述降压扫描中上述施加电压处于上述第1电压时由上述电流检测装置检测出的输出电流作为上述第2电流。
在这些情况下，能在降压扫描的开始时和结束时的任意时刻取得上述第2电流，能在同一降压扫描中取得上述第1电流。由此，能够在较短的期间内取得对于取得上述参数所需要的“第1电流和第2电流”这两者。
因此，在该期间排气中的氧浓度发生大大地变化的可能性变低，因此能够使排气中的氧浓度对第1电流和第2电流分别造成的影响的程度相互大体一致。其结果是，差量成为难以受到排气中的氧浓度的影响且更精度良好地对应于排气中的硫氧化物的浓度的值，因此能够更精度良好地进行在排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定或排气中的硫氧化物的浓度的检测。
本发明的第2方案是一种气体检测装置的控制方法。上述气体检测装置包含元件部、电压施加装置、电流检测装置和电子控制单元。上述元件部设置于内燃机的排气通路，上述元件部包含电化学单元和扩散阻力体。上述电化学单元包含固体电解质体、第1电极和第2电极。上述固体电解质体具有氧离子传导性。上述第1电极和上述第2电极分别设置于上述固体电解质体的表面。上述扩散阻力体由在上述排气通路中流动的排气能够通过的多孔质材料构成。上述元件部被构成为在上述排气通路中流动的排气通过上述扩散阻力体而到达上述第1电极。上述电压施加装置被构成为对上述第1电极与上述第2电极之间施加电压。上述电流检测装置被构成为检测在上述第1电极与上述第2电极之间流动的电流即输出电流。上述控制方法包括：利用电子控制单元执行使用上述电压施加装置对上述第1电极与上述第2电极之间施加的电压即施加电压的控制；利用上述电子控制单元，基于由上述电流检测装置检测出的上述输出电流来进行在上述排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定和上述排气中的上述硫氧化物的浓度的检测中的任一项；在向上述内燃机供给的混合气的空燃比稳定的状态时，利用上述电子控制单元执行使用上述电压施加装置使上述施加电压从规定电压上升至第2电压的升压扫描，然后利用上述电子控制单元执行以规定的降压速度从上述第2电压下降至第1电压的降压扫描；利用上述电子控制单元，基于由上述电流检测装置检测的上述输出电流来取得与上述输出电流产生的变化的程度具有相关关系的参数；利用上述电子控制单元，基于上述参数来进行在上述排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定和上述排气中的硫氧化物的浓度的检测中的任一项；利用上述电子控制单元将上述规定的降压速度设定成以上述施加电压变为低于上述硫氧化物的上述分解开始电压且高于上述第1电压的电压范围内的电压的时刻为界上述再氧化反应的速度剧增的速度；利用上述电子控制单元，基于在规定期间由上述电流检测装置检测出的输出电流来取得与上述规定期间的上述输出电流具有相关关系的值作为第1电流；利用上述电子控制单元取得第2电流；和利用上述电子控制单元算出上述取得的第2电流与上述取得的第1电流的差量，并将上述差量作为上述参数使用。上述规定电压是上述第1电压以上且低于上述硫氧化物的分解开始电压的电压。上述第1电压为低于上述硫氧化物的上述分解开始电压的电压。上述第1电压是上述输出电流变为氧的极限电流时的电压。上述第2电压是高于上述硫氧化物的上述分解开始电压的电压。上述输出电流产生的上述变化是起因于下述电流而产生的上述输出电流的变化，所述电流是在上述降压扫描中上述施加电压变得低于上述硫氧化物的上述分解开始电压时，吸附于上述第1电极的硫在上述第1电极上进行再氧化反应而恢复为上述硫氧化物，由此在上述第1电极与上述第2电极之间流动的电流。上述排气中所含的上述硫氧化物的浓度越高，上述输出电流产生的变化的上述程度越大。上述规定期间是在上述降压扫描中上述施加电压处于高于上述第1电压且为上述硫氧化物的上述分解开始电压以下的范围的期间。上述第2电流是在上述施加电压变为特定电压的时刻由上述电流检测装置检测出的上述输出电流，所述特定电压为上述输出电流达到上述氧的极限电流时的电压以上，并且，上述第2电流是不包含下述电流的所述输出电流，所述电流是由于通过上述升压扫描而附着于上述第1电极的硫在上述第1电极上进行再氧化反应而引起的电流。
附图说明
参照下列附图，对本发明的典型实施方式的特点、优点、以及技术上和工业上的显著意义进行说明，在所述附图中，类似的数字表示类似的构件，其中：
图1是本发明的第1实施方式涉及的气体检测装置以及应用气体检测装置的内燃机的概略构成图。
图2是表示图1所示的气体传感元件部的构成的一例的示意性的截面图。
图3A是用于说明本发明的第1实施方式涉及的气体检测装置的工作概要的时间图。
图3B是表示进行SOx检测时的施加电压的波形的图。
图3C是表示进行SOx检测时的另一施加电压的波形的图。
图4A是用于说明在元件部产生的SOx的分解反应的示意图。
图4B是用于说明在元件部产生的硫的再氧化反应的示意图。
图5A是表示施加电压与输出电流的关系的图。
图5B是表示施加电压与输出电流的关系的图。
图6是表示燃烧室内的混合气的A/F与氧的极限电流域的关系的图。
图7是表示经过时间与施加电压的关系以及经过时间与输出电流的关系的图。
图8是表示图1所示的ECU的CPU执行的传感器活性判定程序的流程图。
图9是表示图1所示的ECU的CPU执行的A/F检测程序的流程图。
图10是表示图1所示的ECU的CPU执行的SOx检测程序的流程图。
图11是表示经过时间与施加电压的关系以及经过时间与输出电流的关系的图。
图12是表示本发明的第2实施方式涉及的气体检测装置所具备的ECU的CPU执行的SOx检测程序的流程图。
图13是表示经过时间与施加电压的关系以及经过时间与输出电流的关系的图。
图14是表示本发明的第3实施方式涉及的气体检测装置所具备的ECU的CPU执行的SOx检测程序的流程图。
图15是表示图1所示的气体检测装置的变形例涉及的ECU的CPU执行的SOx检测程序的流程图。
图16是表示图1所示的气体检测装置的另一变形例涉及的ECU的CPU执行的SOx检测程序的流程图。
图17是表示图1所示的气体检测装置的又一变形例涉及的ECU的CPU执行的SOx检测程序的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的各实施方式涉及的气体检测装置进行说明。再者，在实施方式的全部附图中，对相同或相应的部分标上了相同的标记。
第1实施方式
对本发明的第1实施方式涉及的气体检测装置(以下有时称为“第1检测装置”)进行说明。第1检测装置可应用于搭载有图1所示的内燃机10的未图示的车辆中。
本实施方式中的内燃机10是柴油发动机。内燃机10包含燃烧室(未图示)和燃料喷射阀11。燃料喷射阀11以能够向燃烧室内喷射燃料的方式配置在内燃机10的气缸盖部。燃料喷射阀11根据后述的电子控制单元(ECU)20的指示来向燃烧室内直接喷射燃料。排气管12与排气歧管的端部连接，所述排气歧管与排气口连接，所述排气口与燃烧室连通。排气口和排气歧管省略图示。排气口、排气歧管以及排气管12构成了从燃烧室排出的排气流动的排气通路。在排气管12中配置有柴油机氧化催化剂(Diesel Oxidation Catalyst：DOC)13以及柴油机颗粒过滤器(DieselParticulate Filter：DPF)14。
DOC13是排气净化催化剂。具体地叙述，DOC13以铂和钯等贵金属为催化剂，将排气中的未燃成分(HC、CO)氧化，将排气净化。即，利用DOC13将HC氧化成为水和CO2，将CO氧化成为CO2。
DPF14配置在DOC13的下游侧。DPF14是捕捉排气中的粒子状物质(PM)的过滤器。具体地叙述，DPF14具备利用多孔质材料(例如由作为陶瓷的一种的堇青石构成的隔壁)形成的多个通路。DPF14用其隔壁的细孔表面捕集通过隔壁的排气中所含的粒子状物质。
第1检测装置包含ECU20。ECU20是具有包含CPU、ROM、RAM、备份RAM以及接口(I/F)的微型计算机来作为主要构成部件的电子控制电路。CPU通过执行存储于存储器(ROM)的指令(程序)来实现规定的功能。
ECU20与内燃机10的各种促动器(燃料喷射阀11等)连接。ECU20向这些促动器送出驱动(指示)信号，来控制内燃机10。进而，ECU20与以下所述的各种传感器类连接，接收来自这些传感器类的信号。
内燃机转速传感器(以下称为“NE传感器”)21测定内燃机10的转速(内燃机转速)NE，并输出表示该内燃机转速NE的信号。
水温传感器22配置在气缸体部。水温传感器22测定冷却内燃机10的冷却水的温度(冷却水温THW)，并输出表示该冷却水温THW的信号。
油门踏板操作量传感器23检测车辆的油门踏板23a的操作量，并输出表示油门踏板操作量AP的信号。
气体传感器30为单室(one cell)式的极限电流式气体传感器，配置在构成内燃机10的排气通路的排气管12中。气体传感器30配置在安装于排气管12的DOC13和DPF14的下游侧。
气体传感器的构成
接着，参照图2对气体传感器30的构成进行说明。气体传感器30所具备的元件部40，具备固体电解质体41s、第1氧化铝层51a、第2氧化铝层51b、第3氧化铝层51c、第4氧化铝层51d、第5氧化铝层51e、扩散阻力体(扩散律速层)61以及加热器71。
固体电解质体41s是包含氧化锆等、且具有氧离子传导性的薄板体。形成固体电解质体41s的氧化锆可以包含例如钪(Sc)和钇(Y)等元素。
第1氧化铝层51a～第5氧化铝层51e是包含氧化铝的致密(气体不透过性)的层(致密的薄板体)。
扩散阻力体61为多孔质的扩散律速层，是气体透过性的层(薄板体)。加热器71为例如包含铂(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。加热器71通过未图示的引线与搭载于车辆的未图示的电源连接。加热器71能够通过由ECU20控制从电源供给的电量来改变发热量。
元件部40的各层，从下方起按第5氧化铝层51e、第4氧化铝层51d、第3氧化铝层51c、固体电解质体41s、扩散阻力体61以及第2氧化铝层51b、第1氧化铝层51a的顺序层叠。
内部空间SP1是通过第1氧化铝层51a、固体电解质体41s、扩散阻力体61以及第2氧化铝层51b形成的空间，经由扩散阻力体61向其中导入作为被检气体的内燃机10的排气。即，内部空间SP1经由扩散阻力体61与内燃机10的排气管12的内部连通。因此，排气管12内的排气作为被检气体向内部空间SP1内导入。
第1大气导入路SP2利用固体电解质体41s、第3氧化铝层51c以及第4氧化铝层51d形成，并向排气管12的外部的大气开放。
第1电极41a固定于固体电解质体41s的一侧的表面。具体而言，固体电解质体41s的一侧的表面是划定内部空间SP1的固体电解质体41s的表面。第1电极41a为阴极。第1电极41a为包含铂(Pt)作为主成分的多孔质金属陶瓷电极。
第2电极41b固定于固体电解质体41s的另一侧的表面。具体而言，固体电解质体41s的另一侧的表面是划定第1大气导入路SP2的固体电解质体41s的表面。第2电极41b为阳极。第2电极41b为包含铂(Pt)作为主成分的多孔质金属陶瓷电极。
第1电极41a和第2电极41b以夹着固体电解质体41s而彼此相对的方式配置。即，第1电极41a、第2电极41b以及固体电解质体41s构成了具有基于泵氧作用的氧排出能力的电化学单元41c。电化学单元41c利用加热器71加热至活化温度。
固体电解质体41s以及第1氧化铝层51a～第5氧化铝层51e的各层，利用例如刮刀法以及挤出成型法等成形为片状。第1电极41a、第2电极41b以及用于向这些电极通电的布线等，利用例如丝网印刷法等来形成。通过将这些片如上述那样层叠并烧成，从而能一体地制造出具有如上述那样的结构的元件部40。
再者，构成第1电极41a的材料，不限于上述的材料，例如可以从包含铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd)等铂族元素或它们的合金等来作为主成分的材料中选择。但是，构成第1电极41a的材料，只要在对第1电极41a与第2电极41b之间施加SOx分解开始电压以上的电压(具体而言，约0.6V以上的电压)时能够使经由扩散阻力体61导入到内部空间SP1中的排气中所含的SOx还原分解，就没有特别的限定。
气体传感器30还具备电源电路81以及电流计91。电源电路81以及电流计91与上述的ECU20连接。
电源电路81能够以使第2电极41b的电位高于第1电极41a的电位的方式对第1电极41a与第2电极41b之间施加规定的电压(以下也称为“施加电压Vm”)。电源电路81能够通过利用ECU20进行控制来改变施加电压Vm。电源电路81是电压施加装置的一例。
电流计91对在第1电极41a与第2电极41b之间流动的电流(从而在固体电解质体41s内流动的电流)即输出电流(电极电流)Im进行测量，并将其测量值输出至ECU20。电流计91是电流检测装置的一例。
工作的概要
接着，对第1检测装置所进行的工作的概要进行说明。第1检测装置被构成为检测从内燃机10排出的排气(被检气体)的氧浓度。第1检测装置被构成为基于排气中的氧浓度来检测内燃机10的燃烧室内的混合气的空燃比(A/F)。以下，内燃机10的燃烧室内的混合气的空燃比也称为“内燃机的空燃比A/F”。进而，第1检测装置被构成为判定在排气中是否含有规定浓度以上的SOx。第1检测装置由于从开始检测有无SOx到检测结束需要数秒钟的时间，因此被构成为在内燃机的空燃比A/F稳定的状态下判定有无规定浓度以上的SOx。
具体地叙述，如图3A所示，当成为内燃机10的起动开始的时间点即时刻t0时，第1检测装置开始对加热器71的控制以使得利用加热器71对固体电解质体41s进行加热。由此，将固体电解质体41s升温至体现氧离子传导性的温度(以下有时称为“活化温度”)以上的规定的温度。
当在时刻t1固体电解质体41s的温度(传感元件温度)变为活化温度以上从而气体传感器30成为传感器活性化的状态时，第1检测装置检测排气体的氧浓度，并基于上述氧浓度开始用于取得内燃机的空燃比A/F的处理。再者，在作为时刻t0～时刻t1之间的时间点的时刻td，第1检测装置开始对第1电极41a和第2电极41b之间施加适于检测氧浓度的氧浓度(A/F)检测用电压(具体而言，为0.4V)。即，第1检测装置将施加电压Vm设定在氧浓度检测用电压。在固体电解质体41s的温度为活化温度以上时，在该施加电压Vm被设定在氧浓度检测用电压的情况下，氧分子被分解从而体现泵氧作用。该情况下，氧以外的含氧成分(包含SOx。)的气体不会被分解。由于氧浓度检测用电压比氧以外的含氧成分(包含SOx)的分解开始电压低，因此氧以外的含氧成分不会被分解。
第1检测装置从时刻t1起连续地检测氧浓度，由此监视内燃机的空燃比A/F。而且，当在时刻t2满足SOx检测开始条件(即，当成为内燃机的空燃比A/F稳定的状态，且满足后述的其他条件时)时，第1检测装置开始排气中的SOx浓度检测的处理。即，在从时刻t1到时刻t2的近前的期间，第1检测装置检测内燃机的空燃比A/F，并在开始SOx浓度检测的时间点即时刻t2停止内燃机的空燃比A/F的检测。
再者，在本说明书中，SOx浓度检测是指检测(测定)排气中的SOx浓度本身和取得表示排气中的SOx浓度的参数这两项。如后所述，本检测装置取得表示排气中的SOx浓度的参数(根据SOx浓度而变化的参数)，并使用该参数进行排气中是否包含规定浓度以上的SOx的判定。作为规定浓度，可选择与所期望的检测水平相应的大于0的浓度。
在从时刻t2到时刻t3的近前的期间，第1检测装置以规定的施加电压范围(施加电压扫描范围(下限电压(第1电压V1)和上限电压(第2电压V2))进行施加电压扫描。即，第1检测装置进行使施加电压Vm从第1电压V1逐渐增大至第2电压V2的升压扫描，然后，进行使施加电压Vm从第2电压V2逐渐减少至第1电压V1的降压扫描。第1检测装置进行1个循环的以1次升压扫描和1次降压扫描为1个循环的施加电压扫描。但是，第1检测装置也可以进行多个循环的施加电压扫描。
再者，在氧浓度(A/F)检测用施加电压大于第1电压V1的情况下，第1检测装置也可以关于施加电压Vm从氧浓度检测用施加电压起开始第一次的升压扫描。作为替代，在氧浓度检测用施加电压大于第1电压V1的情况下，第1检测装置也可以将施加电压Vm从氧浓度检测用施加电压暂时降低至第1电压V1后开始第一次的升压扫描。
更具体地叙述，第1检测装置通过对第1电极41a和第2电极41b之间施加如图3B所示那样具有正弦波的波形(一周期量)的电压来进行施加电压扫描。再者，该情况下的电压波形并不限于图3B所示的正弦波，可以采用各种波形。例如，该情况下的电压波形也可以是如图3C的图所示那样的非正弦波(电容器充放电时的电压波形之类的波形)。
当在时刻t3下SOx检测结束时，第1检测装置再次开始用于检测内燃机的空燃比A/F的处理。即，第1检测装置在时刻t3将施加电压Vm设定在氧浓度检测用电压(0.4V)。
A/F检测
接着，对检测上述的内燃机的空燃比A/F时的工作进行说明。第1检测装置，当气体传感器30成为传感器活化的状态时，为了取得内燃机的空燃比A/F，以第1电极41a成为低电位且第2电极41b成为高电位的方式将施加电压Vm设定在氧浓度检测用电压(例如0.4V)。即，第1电极41a作为阴极发挥功能，第2电极41b作为阳极发挥功能。氧浓度检测用电压被设定为在第1电极41a上氧(O2)开始分解的电压(分解开始电压)以上且低于氧以外的含氧成分的分解开始电压的电压。由此，排气中所含的氧在第1电极41a上被还原分解而成为氧离子(O2－)。
该氧离子经由上述固体电解质体41s向第2电极41b传导而变为氧(O2)，并通过第1大气导入路SP2而向大气中排出。如上述那样，通过这样的氧离子经由固体电解质体41s从阴极(第1电极41a)向阳极(第2电极41b)的传导引起的氧的移动被称为泵氧作用。
通过伴随该泵氧作用的氧离子的传导，会在第1电极41a与第2电极41b之间流动电流。在第1电极41a与第2电极41b之间流动的电流被称为“输出电流Im(或者电极电流Im)”。一般而言，具有如下倾向：施加电压Vm越上升，输出电流Im就越大。然而，到达第1电极41a的排气的流量被扩散阻力体61限制，因此不久之后伴随泵氧作用的氧的消耗速度会超过氧向第1电极41a的供给速度。即，第1电极41a(阴极)上的氧的还原分解反应成为扩散律速状态。
当第1电极41a上的氧的还原分解反应成为扩散律速状态时，即使使施加电压Vm上升，输出电流Im也不会增大而变得大致一定。这样的特性被称为“极限电流特性”。能体现(能观测到)极限电流特性的施加电压的范围被称为“极限电流域”。而且，极限电流域中的输出电流Im被称为“极限电流”。针对氧的极限电流的大小(极限电流值)对应于氧向第1电极41a(阴极)的供给速度。如上所述，到达第1电极41a的排气的流量被扩散阻力体61维持为一定，因此氧向第1电极41a的供给速度与排气中所含的氧的浓度对应。
因此，在气体传感器30中，将施加电压Vm设定在氧的极限电流域内的规定的电压(为氧浓度检测用电压，具体而言，为0.4V)时的输出电流(极限电流)Im与排气中所含的氧的浓度对应。这样地利用氧的极限电流特性，由第1检测装置检测作为被检气体的排气中所含的氧的浓度。另一方面，内燃机的空燃比A/F和排气中的氧的浓度具有一一对应的关系。因此，第1检测装置将该关系预先存储于ROM，并基于该关系和所检测出的氧浓度来取得内燃机的空燃比A/F。再者，第1检测装置也可以将氧的极限电流与内燃机的空燃比A/F的关系预先存储于ROM，并基于该关系和所检测出的氧的极限电流来取得内燃机的空燃比A/F。
SOx浓度检测
检测原理
接着，对排气中的SOx浓度的检测方法进行说明。上述的泵氧作用，即使对于在分子中包含氧原子的SOx(硫氧化物)以及H2O(水)等的含氧成分也会产生。即，当对第1电极41a和第2电极41b间施加这些化合物的各自的分解开始电压以上的电压时，这些化合物的每一种都被还原分解，由此产生氧离子。该氧离子通过泵氧作用而从第1电极41a向第2电极41b传导。由此，会在第1电极41a和第2电极41b间流动输出电流Im。
然而，排气中所含的SOx的浓度极低，由SOx的分解引起的电流也极小。而且，由SOx以外的含氧成分(例如，水以及二氧化碳等)被分解所引起的电流也在第1电极41a和第2电极41b间流动。因此，难以仅精度良好地检测由SOx引起的输出电流。
因此，本申请的发明人进行了深入研究，结果得到以下见解：在检测SOx浓度时，通过执行以升压扫描和在规定的扫描速度下的降压扫描为1个循环的施加电压扫描，能够精度良好地检测SOx浓度。
升压扫描是使施加电压Vm从第1电压V1逐渐上升至第2电压V2的处理。降压扫描是使施加电压Vm从第2电压V2逐渐下降至第1电压V1的处理。再者，第1电压V1以及第2电压V2是以第1电极41a的电位为基准的第2电极41b的电位，是正的电压值。
第1电压V1被设定为比SOx的分解开始电压(约0.6V)低且比氧的极限电流域内的施加电压Vm的最小值高的电压范围(以下也称为“第1电压范围”)内的电压。氧的极限电流域内的施加电压Vm的最小值，依赖于内燃机的空燃比A/F，因此优选第1电压范围的下限值也根据内燃机的空燃比A/F而变更。具体而言，第1电压范围的下限值为例如0.2V～0.45V的范围内的电压，第1电压范围的上限电压为0.6V。即，第1电压V1为选自0.2V以上且低于0.6V的范围中的电压。
第2电压V2被设定为比SOx的分解开始电压(约0.6V)高且比未使固体电解质体41s破坏的电压的上限值(2.0V)低的电压范围(以下也称为“第2电压范围”)内的电压。即，第2电压V2是选自高于0.6V且为2.0V以下的范围中的电压。
在进行升压扫描的期间，若对第1电极41a和第2电极41b之间施加的施加电压Vm变为SOx的分解开始电压以上，则如图4A所示，在第1电极41a(阴极)上排气中所含的SOx被还原分解成为S和O2－。其结果是，SOx的还原分解生成物(S(硫))吸附于第1电极41a(阴极)。
在进行降压扫描的期间，若施加电压Vm变得低于SOx的分解开始电压，则如图4B所示那样发生吸附于第1电极41a(阴极)的S与O2－反应而生成SOx的反应(以下有时称为“S(硫)的再氧化反应”)。此时，起因于S的再氧化反应，输出电流Im如后述那样地变化。再者，将该伴随“S的再氧化反应”的输出电流Im的变化称为“再氧化电流变化”。
但是，根据本发明人的研究判明：根据降压扫描的扫描速度(每规定的经过时间的电压下降量)，有时变得不能显现对SOx浓度检测有意义的再氧化电流变化。对于该点，参照图5A以及图5B进行说明。
图5A是表示将扫描周期(即，升压扫描所需要的时间和降压扫描所需要的时间之和，施加电压扫描的周期)设定为1秒来执行施加电压扫描时的施加电压Vm与输出电流Im的关系的示意性的图。图5B是表示以比图5A所示的例子慢的扫描速度(扫描周期为20秒)执行施加电压扫描时的施加电压Vm与输出电流Im的关系的示意性的图。
对两者进行比较，与图5B的例子相比，施加电压扫描的扫描速度更快的图5A的例子，在小于SOx的分解开始电压(0.6V)的电压范围明确地显现出以线L1所示的“被检气体的SOx浓度为0ppm时的输出电流Im”与以线L2所示的“被检气体的SOx浓度为130ppm时的输出电流Im”之差(电流值之差)。即，在图5A的例子中，显现出对SOx浓度检测有意义的电流变化(再氧化电流变化)。产生这样的现象的机理可以考虑如下。
即，在使扫描速度慢于规定速度的情况下，在进行降压扫描时，S的再氧化反应连续且缓慢地进行，因此没有显现出对SOx浓度检测有意义的再氧化电流变化。另一方面，可以认为：在使扫描速度快于规定速度的情况下，在进行降压扫描时，在S的再氧化反应没有那么地进行的状态下施加电压Vm降低，当施加电压Vm变为使S的再氧化反应变得活跃的某个电压范围的电压时，S的再氧化反应急剧地进行。由此，显现出对SOx浓度检测有意义的电流变化。
这样，根据进行降压扫描时的扫描速度，产生显现对SOx浓度检测有意义的电流变化的情况和未显现该电流变化的情况。因此在进行降压扫描时，需要将扫描速度设为能显现表示再氧化电流变化的对SOx浓度检测有意义的电流变化的规定速度。
在第1检测装置中，该规定速度通过预先进行实验而被设定为能显现表示再氧化电流变化的对SOx浓度检测有意义的电流变化的适当的速度。
根据实验判明：例如在对第1电极41a和第2电极41b之间施加图3B所示的正弦波形的电压的情况下，优选设定为使得成为规定范围的频率F(作为典型，为0.1Hz以上5Hz以下的范围)的扫描速度。若低于该范围，则不能得到对SOx浓度检测有意义的信号差(再氧化电流变化)，从该观点出发，确定了该规定范围的频率F的下限值。若大于该范围，则SOx浓度以外的其他的电流变化因素(具体而言，固体电解质体41s的容量等)的影响变大，从该观点出发确定了该规定范围的频率F的上限值。
另一方面，根据实验判明：在对第1电极41a和第2电极41b之间施加如图3C所示的与电容器的充放电相伴的非正弦波形的电压的情况下，优选设定为使得电压切换波形的应答时间T1处于规定范围(典型而言，为0.1秒以上5秒以下的范围)的扫描速度。再者，应答时间T1是施加电压Vm从规定范围的下限电压变化为上限电压或其从规定范围的上限电压变化为下限电压所需要的时间。从与确定使用上述的正弦波形的电压作为施加电压Vm的情况下的频率F(上述规定的频率)的情况同样的观点出发，应答时间T1的规定范围的下限电压以及上限电压被确定为适当的值。
再者，如果将上述的频率F以及应答时间T1的规定范围换算为降压扫描所需要的时间(即，施加电压Vm从第2电压V2达到第1电压V1的时间)，则成为0.1秒以上5秒以下的范围。因此，上述时间优选为0.1秒以上5秒以下的范围。
进而，判明：再氧化电流变化主要依赖于作为被检气体的排气中的SOx浓度。换言之，再氧化电流变化受到排气中的硫氧化物(SOx)以外的含氧成分的气体(例如水)的影响的可能性低。即，在进行了升压扫描的情况下，硫氧化物以外的其他的成分(含氧成分)的分解物(例如作为水的分解物的氢等)没有吸附于第1电极41a，因此在进行降压扫描的期间，实质上不会发生那样的硫氧化物以外的含氧成分的分解物在上述第1电极41a上进行再氧化反应而恢复为含氧成分的现象。
因此，在进行降压扫描时，由于吸附于第1电极41a的硫在上述第1电极41a上进行再氧化反应而恢复为硫氧化物从而产生的输出电流的变化，难以受到硫氧化物以外的含氧成分的影响。即，产生难以受到硫氧化物以外的含氧成分的影响的输出电流的变化。
进而，判明：输出电流的变化(再氧化电流变化)以具有如下特性的方式显现：排气(被检气体)中的SOx浓度越大，输出电流Im越小。即，在发生了硫的再氧化反应的情况下，如图4B所示，在第1电极41a上消耗氧离子，因此从第1电极41a向第2电极41b移动的氧离子(例如通过氧分子的分解而产生的氧离子)的移动量减少。由此，输出电流Im减少。排气中的SOx浓度越大，尤其是在升压扫描中吸附于第1电极41a的硫的量就越多，因此，尤其是在降压扫描中在第1电极41a上与硫反应而被消耗的氧离子的量也变多。其结果是，从第1电极41a向第2电极41b移动的氧离子的量也减少。因此，排气中的SOx浓度越大，输出电流Im就越减少。
根据以上内容可理解为：通过利用上述的再氧化电流变化，能够不受排气中的SOx以外的含氧成分的气体(例如水)的影响而精度良好地检测排气中的SOx浓度。因此，第1检测装置利用该再氧化电流变化来进行SOx浓度检测(实际上，判定有无规定浓度以上的SOx)。
用于检测再氧化电流变化的参数
第1检测装置取得适当(精度良好)地表示再氧化电流变化的参数，并基于该参数进行SOx浓度检测。更具体而言，第1检测装置取得在降压扫描中施加电压Vm处于电流取得开始电压(第3电压)Vsem以下且第4电压V4以上的范围(检测用电压范围)内的期间的输出电流Im之中的最小值来作为与上述期间的输出电流Im具有相关关系的值(即，第1电流Ig)。再者，第4电压V4是高于第1电压V1的电压。
电流取得开始电压Vsem选自大于降压扫描的下限电压(第1电压V1)且为SOx的分解开始电压(0.6V)以下的范围内。在本例中，电流取得开始电压Vsem被设定为0.6V。再者，电流取得开始电压Vsem也可以根据施加电压扫描的施加电压范围和施加电压扫描的周期(换言之，施加电压扫描的扫描速度)中的至少1项而不同。电流取得开始电压Vsem可以大于施加电压扫描的电压范围的下限电压(第1电压V1)且小于SOx分解开始电压(0.6V)，也可以优选为大于第1电压V1且为0.45V以下。
进而，第1检测装置取得施加电压Vm为用于检测内燃机的空燃比A/F的电压时的输出电流Im作为第2电流Ib。进而，第1检测装置取得从第2电流Ib减去第1电流Ig所得到的差量Idiff(＝Ib－Ig)作为表示再氧化电流变化的参数。而且，第1检测装置基于该参数(差量Idiff)来进行SOx浓度检测(实际上，判定有无规定浓度以上的SOx)。
第1检测装置仅进行1个循环的施加电压扫描来取得差量Idiff，但也可以如以下那样被构成。即，第1检测装置被构成为：进行多个循环的施加电压扫描，并且，在各循环中取得差量Idiff，使用所取得的多个“差量Idiff”的平均值作为表示再氧化电流变化的参数。
SOx浓度检测方法
第1检测装置使用以上说明的SOx浓度的检测原理，如以下那样地进行SOx浓度检测(实际上，判定有无规定浓度以上的SOx)。
第1检测装置以规定的扫描速度执行施加电压扫描。在该情况下，特别重要的方面是降压扫描速度。此时，第1检测装置基于利用之前预先取得的排气中的氧浓度所检测出的内燃机的空燃比A/F，来确定施加电压扫描的电压范围(即，第1电压V1以及第2电压V2)。
第1检测装置取得A/F检测时的施加电压(0.4V)的输出电流Im作为第2电流Ib。
第1检测装置取得在降压扫描中施加电压Vm为高于检测用电压范围(高于第1电压V1且为电流取得开始电压Vsem以下的范围)时的输出电流Im的最小值作为第1电流Ig。
第1检测装置算出从第2电流Ib减去第1电流Ig所得到的差量Idiff(＝Ib－Ig)。该差量Idiff是表示排气中的SOx浓度的参数。
第1检测装置基于差量Idiff来判定排气中是否包含规定浓度以上的SOx。
具体而言，在执行SOx浓度检测的施加电压扫描的情况下，第1检测装置对第1电极41a和第2电极41b之间施加具有图3B所示的正弦波的电压波形的一个周期量的电压。此时，第1检测装置以使得产生已述的对SOx浓度检测有意义的电流变化的上述的“规定的扫描速度”来执行施加电压扫描(升压扫描以及降压扫描)。
此时，第1检测装置基于内燃机的空燃比A/F来确定施加电压扫描的电压范围(施加电压扫描的下限电压(第1电压V1)以及上限电压(第2电压V2))。具体而言，如图6所示，施加电压扫描的下限电压被确定以使得避免检测用虚线R包围的内阻依赖域的输出电流Im。该内阻依赖域，是伴随着施加电压Vm的增大，输出电流Im增大的区域(输出电流Im到达氧的极限电流域之前的区域)。内阻依赖域的施加电压Vm的上限值(即，氧的极限电流域内的施加电压的最小值)，随着内燃机的空燃比A/F变稀(排气中的氧浓度变大)而变高。施加电压扫描的上限电压可以是恒定的，但是施加电压扫描的下限电压(第1电压V1)被确定以使得内燃机的空燃比A/F越稀，其越高。
具体而言，内燃机的空燃比A/F越稀，内阻依赖域R的施加电压Vm的上限值越高。因此，对于第1检测装置而言，内燃机的空燃比A/F越稀，使施加电压扫描的下限电压(第1电压V1)越高，以避免施加电压扫描的电压范围落入到该内阻依赖域R。
根据本发明人的实验，在A/F＝14.5(理论配比)的情况下，第1电压V1优选为从0.2V以上的范围选择的值，第1检测装置将第1电压V1设定为0.2V。在A/F＝30的情况下，第1电压V1优选为从0.3V以上的范围选择的值，第1检测装置将第1电压V1设定为0.3V。在A/F＝无限大(O2浓度＝20.9％)的情况下，第1电压V1优选为从0.4V以上的范围选择的值，第1检测装置将第1电压V1设定为0.4V。
如已述的那样，在进行了升压扫描以及降压扫描的情况下，若在排气中包含SOx，则在进行升压扫描的期间，SOx分解而产生的S(硫)吸附于第1电极41a。在进行降压扫描的期间，吸附于第1电极41a的S进行再氧化。
第1检测装置通过使用上述的参数(差量Idiff)检测再氧化电流变化，来进行SOx浓度检测(实际上，判定有无规定浓度以上的SOx)。
即，如图7所示，第1检测装置在开始施加电压扫描的时间点(时刻t2)之前将施加电压Vm设定在A/F检测时的施加电压(0.4V)，取得该时的输出电流Im作为第2电流Ib。进而，第1检测装置取得在降压扫描中施加电压Vm为电流取得开始电压Vsem(0.6V)以下且第4电压V4以上的范围(即，检测用电压范围)的期间(从时刻tb到时刻t3的期间)的输出电流Im(由线g2表示的输出电流Im)的最小值作为第1电流Ig。进而，第1检测装置算出从第2电流Ib减去第1电流Ig所得到的差量Idiff(＝Ib－Ig)。进而，第1检测装置基于差量Idiff进行SOx浓度检测(实际上，判定有无规定浓度以上的SOx)。
如果如线g2所示那样在排气中包含SOx，则在降压扫描中施加电压Vm为检测用电压范围内的电压的期间(从时刻tb到时刻t3的期间)的输出电流Im(第2电流Ib)如下。即，线g2所示的在排气中包含SOx的情况下的输出电流Im，显现出与线g1所示的在排气中不包含SOx的情况相比变小那样的“再氧化电流变化的程度”。因此，上述期间的输出电流Im的最小值(第1电流Ig)具有比在排气中不包含SOx的情况下的输出电流Im的最小值(电流Ir)小的特性。进而，具有以下特性：SOx浓度越大，该第1电流Ig就越小。
另一方面，在降压扫描中施加电压Vm为检测用电压范围内的电压的期间(从时刻tb到时刻t3的期间)的输出电流Im，受到排气中的氧浓度的影响而变化。即，排气中的氧浓度越高(内燃机的空燃比A/F越稀)，该输出电流Im就越大。因此，排气中的氧浓度越高，第1电流Ig也越大。
另一方面，并非在施加电压扫描中、且施加电压Vm被设定为一定值的期间的输出电流Im，比施加电压扫描中的输出电流Im稳定。而且，在施加电压Vm被设定为“低于SOx的分解开始电压(约0.6V)的A/F检测时的施加电压(在氧的极限电流域内的氧浓度检测用的施加电压)”时，输出电流Im成为与排气中的氧浓度相应的值。而且，在施加电压扫描前施加电压Vm被设定为A/F检测时的施加电压时(时刻t2的近前)的输出电流Im(第2电流Ib)，不会根据排气中的SOx浓度而发生变化，排气中包含SOx的情况下的第2电流Ib和排气中不包含SOx的情况下的第2电流Ib的大小相同。
由于第1电流Ig以及第2电流Ib具有以上说明的特性，因此排气中包含SOx的情况下的差量Idiff(＝Ib－Ig)大于排气中不包含Sox的情况下的差量Ir(＝Ib－Ir)。而且，无论SOx浓度为何，第2电流Ib的大小相同，与此相对，SOx浓度越大，再氧化电流变化的程度越显著，第1电流Ig越小，因此SOx浓度越大，差量Idiff也越大。而且，第1电流Ig受排气中的氧浓度的影响而变化，但是，其影响的程度体现在第2电流Ib。因此，差量Idiff成为不会受到排气中的氧浓度(内燃机的空燃比A/F)的影响而精度良好地表示硫氧化物的浓度的参数。其结果是，第1检测装置能够基于该参数(差量Idiff)来精度良好地判定排气中是否存在规定浓度以上的SOx。
具体工作
接着，对第1检测装置的具体工作进行说明。每经过规定时间，ECU20的CPU(以下简称为“CPU”)使用气体传感器30执行通过图8～图10的流程图分别示出的传感器活性判定程序、A/F检测程序以及SOx检测程序。
再者，在这些程序中所使用的A/F检测要求标志Xaf的值以及SOx检测要求标志Xs的值，在搭载于车辆的未图示的点火钥匙开关(ignitionkey switch)从OFF(关)位置变更为ON(开)位置时，在由CPU执行的起始程序中设定为“0”。
CPU在达到规定的定时时从图8所示的传感器活性判定程序的步骤800开始处理，进入到步骤810，判定A/F检测要求标志Xaf的值和SOx检测要求标志Xs的值是否均为“0”。
若目前时间点是点火钥匙开关刚刚变更为ON位置之后(内燃机10刚刚起动之后)，则A/F检测要求标志Xaf的值以及SOx检测要求标志Xs的值均为“0”。因此，CPU在步骤810中判定为是，进入到步骤820，利用众所周知的方法判定气体传感器30是否正常。例如，在内燃机10的上次运转中处于A/F检测中的情况下内燃机10的运转状态从燃料喷射状态变化为燃料切断状态时，输出电流Im没有变化时，CPU判定为气体传感器30异常，并将此意旨记录于在点火钥匙开关关闭期间也能保持存储内容的备份RAM中。而且，CPU在本程序的步骤820中基于该备份RAM的存储内容来判定气体传感器30是否正常。
在气体传感器30正常的情况下，CPU在步骤820中判定为是，进入到步骤830，基于对第1电极41a与第2电极41b之间施加电压(例如高频电压)时的输出电流Im来检测元件温度控制用的元件阻抗(固体电解质体41s的内阻)(例如，参照日本特开平10－232220、日本特开2002－71633)。
然后，CPU依次执行以下所述的步骤840以及步骤850的处理，然后，进入到步骤860。步骤840：CPU执行基于目标阻抗反馈的加热器通电控制。即，以使作为温度信息的在步骤830中取得的元件阻抗与预先设定的目标阻抗一致的方式来控制加热器71的通电(例如，参照日本特开2002－71633以及日本特开2009－53108)。步骤850：CPU对第1电极41a和第2电极41b之间施加氧浓度检测用(即，A/F检测用)的施加电压(具体而言，为0.4V)。即，CPU将施加电压Vm设定在氧浓度检测用施加电压。
CPU当进入到步骤860时，判定气体传感器30是否活性化(是否传感器活性化)。具体而言，CPU判定基于在步骤830中取得的元件阻抗所推定的固体电解质体41s的温度是否为活性温度阈值以上。在气体传感器30不为传感器活性化的情况下，CPU在步骤860中判定为否，进入到步骤895，暂时结束本程序。
与此相对，在气体传感器30为传感器活性化的情况下，CPU在步骤860中判定为是，进入到步骤870，将A/F检测要求标志Xaf的值设定为“1”。然后，CPU进入到步骤895，暂时结束本程序。
再者，在CPU执行步骤810的处理的时间点，A/F检测要求标志Xaf的值以及SOx检测要求标志Xs的值的任一个不为“0”的情况下，CPU在步骤810中判定为否，进入到步骤895，暂时结束本程序。而且，在CPU执行步骤820的处理的时间点，气体传感器30不正常的情况下，CPU在步骤820中判定为否，进入到步骤895，暂时结束本程序。
接着，参照图9对A/F检测程序进行说明。CPU在达到规定的定时时，从图9的步骤900开始处理，进入到步骤910，判定A/F检测要求标志Xaf的值是否为“1”。
A/F检测程序，在气体传感器30变为传感器活性化、A/F检测要求标志Xaf的值被设定为“1”的时间点以后，SOx检测要求标志Xs为OFF(关)(Xs＝0)的情况下，实质地发挥功能。因此，在A/F检测要求标志Xaf的值不为“1”的情况(即，A/F检测要求标志Xaf的值为“0”的情况)下，CPU在步骤910中判定为否，进入到步骤995，暂时结束本程序。
与此相对，在A/F检测要求标志Xaf的值通过图8的步骤870的处理而被设定为“1”的情况下，CPU在步骤910中判定为是，进入到步骤920，基于从气体传感器30取得的输出电流Im，检测氧浓度，将上述氧浓度应用于规定的查询表(look up table)(也称为“映射图(map)”)，由此算出内燃机的空燃比A/F。再者，在执行步骤920的处理的时间点，施加电压Vm未被设定在氧浓度检测用(A/F检测用)的施加电压的情况下，CPU将施加电压Vm设定在氧浓度检测用施加电压。然后，CPU进入到步骤930，基于从各种传感器(NE传感器21以及水温传感器22等)取得的信息，判定是否满足构成下述的SOx检测条件的全部条件。在满足下述的全部条件时，SOx检测条件成立。
SOx检测条件
内燃机10为预热后的状态(即，冷却水温THW为预热水温THWth以上)。
气体传感器30为传感器活性化。
内燃机10不为燃料切断状态。
内燃机的空燃比A/F稳定。即，内燃机10的运转状态为怠速状态或车辆的运转状态为正常行驶状态。再者，通过判定油门踏板操作量AP为“0”且内燃机转速NE为规定转速以上的状态是否持续了规定怠速时间以上，来判定内燃机10的运转状态是否为怠速状态。通过判定油门踏板操作量AP的每单位时间的变化量为阈值操作变化量以下且由未图示的车速传感器检测到的车辆的速度的每单位时间的变化量为阈值车速变化量以下的状态是否持续了规定的稳定行驶阈值时间以上，来判定车辆的运转状态是否为稳定行驶状态。再者，作为构成SOx检测条件的条件，也可以增加以下的条件。
在点火钥匙开关从OFF位置变更为ON位置后变更为OFF位置之前(即，在本次的内燃机10起动后)，一次也不进行SOx浓度检测。
在SOx检测条件成立的情况下，CPU在步骤930中判定为是，依次执行以下所述的步骤940～步骤960的处理后，进入到步骤995，暂时结束本程序。
在步骤940中，CPU取得在步骤920中算出的A/F。再者，CPU将计算该A/F时所使用的输出电流Im存储在RAM中。在步骤950中，CPU通过将所取得的A/F应用于查询表M1，来确定施加电压扫描的电压范围(下限电压(第1电压V1)以及上限电压(第2电压V2))。在步骤960中，CPU将A/F检测要求标志Xaf的值设定为“0”，并且将SOx检测要求标志Xs的值设定为“1”。
与此相对，在不满足构成SOx检测条件的条件之中的至少1个的情况下，CPU在步骤930中判定为否，进入到步骤995，暂时结束本程序。
以下，参照图10对SOx检测程序进行说明。CPU每经过一定时间Δt(在本例中为2ms)就执行图10中的流程图所示的SOx检测程序。CPU在达到规定的定时时从图10的步骤1000开始处理而进入到步骤1005，判定SOx检测要求标志Xs的值是否为“1”。
SOx检测程序，在上述的SOx检测条件成立的情况(即，SOx检测要求标志Xs为ON(开)(Xs＝1)的情况)下，实质地发挥功能。因此，在SOx检测要求标志Xs的值不为“1”的情况(即，SOx检测要求标志Xs的值为“0”的情况)下，CPU在步骤1005中判定为否，进入到步骤1095，暂时结束本程序。
与此相对，在SOx检测要求标志Xs的值通过图9的步骤960的处理而被设定为“1”的情况下，CPU在步骤1005中判定为是，进入到步骤1008，判定是否取得了第2电流Ib。
在未取得第2电流Ib的情况下，CPU在步骤1008中判定为否，进入到步骤1009，取得在步骤940中存储于RAM的施加电压Vm被设定在氧浓度检测用(A/F检测用)的施加电压时的输出电流Im作为第2电流Ib。然后，CPU进入到步骤1095，暂时结束本程序。
另一方面，在取得了第2电流Ib的情况下，CPU在步骤1008中判定为是，进入到步骤1010，以在步骤950中确定的施加电压范围，以规定的扫描速度开始施加电压扫描(具体而言，施加正弦波的电压(频率1Hz，一周期量)的处理)。在该施加电压扫描中，首先，进行升压扫描，接着，进行降压扫描。在步骤1010的处理的时间点施加电压扫描已经在执行中的情况下，CPU继续该施加电压扫描的执行。再者，当在步骤850中设定的氧浓度检测用(A/F检测用)的施加电压大于在步骤950中确定的施加电压范围的下限值(第1电压V1)的情况下，可以从该氧浓度检测用的施加电压(即，在输出电流Im达到氧的极限电流时的第1电压V1以上且低于硫氧化物的分解开始电压的规定电压，所述第1电压V1低于硫氧化物的分解开始电压)开始升压扫描。
然后，CPU进入到步骤1012，判定SOx浓度检测是否未完成。在SOx浓度检测未完成的情况下，CPU在步骤1012中判定为是，CPU进入到步骤1015，判定是否目前时间点为降压扫描中且施加电压Vm达到了电流取得开始电压Vsem(第3电压V3)。在该步骤1015的判定条件不成立的情况下，CPU在步骤1015中判定为否，直接进入到步骤1095，暂时结束本程序。
与此相对，在步骤1015的判定条件成立的情况下，CPU在步骤1015中判定为是，进入到步骤1020，取得目前时间点的输出电流Im(＝I(k))。然后，CPU进入到步骤1025，判定：在步骤1020中取得的输出电流I(k)，在现在进行的施加电压扫描开始后执行本程序时以及上次执行本程序时通过步骤1020的处理取得的输出电流I(k)之中，是否为最小值。即，CPU判定是否为I(k)＜第1电流Ig。
在本程序的步骤1020中取得的输出电流I(k)为最小值的情况下，CPU在步骤1025中判定为是，进入到步骤1030，将第1电流Ig更新为该输出电流I(k)，然后，进入到步骤1035。当在本程序的步骤1020中取得的输出电流I(k)不是最小值的情况下，CPU在步骤1025中判定为否，直接进入到步骤1035。
在步骤1035中，CPU判定施加电压Vm是否达到了上述的检测用电压范围的下限电压(第4电压V4)。
在施加电压Vm未达到检测用电压范围的下限电压(第4电压V4)的情况下，CPU在步骤1035中判定为否，进入到步骤1095，暂时结束本程序。
与此相对，在施加电压Vm达到了检测用电压范围的下限电压(第4电压V4)的情况下，CPU在步骤1035中判定为是，进入到步骤1038，算出从第2电流Ib减去第1电流Ig所得到的差量Idiff(＝Ib－Ig)。由于差量Idiff为0以上的值，因此“差量Idiff”与“差量Idiff的大小”相等。
然后，CPU进入到步骤1040，判定差量Idiff的大小是否为阈值差量Idth以上。阈值差量Idth是对于判定在排气中是否包含规定浓度以上的Sox而言适当的差量Idiff的值，通过预先进行实验等来确定。即，阈值差量Idth被设定为：预先使燃料中混入容许范围的上限浓度的硫(S)，且此时在与上述相同的条件(与实际检测排气中的SOx浓度的情况相同的条件)下进行了施加电压扫描时的、差量Idiff的大小。再者，该情况下的相同的条件是指施加电压扫描的电压波形、施加电压扫描的施加电压范围以及施加电压扫描的扫描速度等相同。
在差量Idiff的大小为阈值差量Idth以上的情况下，再氧化电流变化大，因此CPU在步骤1040中判定为是，进入到步骤1045，判定在排气中包含规定浓度以上的SOx。此时，CPU也可以在备份RAM内存储在排气中包含规定浓度以上的Sox这一意旨(或者，在燃料中混有超过容许值的S这一意旨)，也可以点亮规定的警告灯。
接着，CPU进入到步骤1048，判定施加电压Vm是否达到了施加电压扫描的电压范围的下限电压(第1电压V1)。在施加电压Vm未达到施加电压扫描的电压范围的下限电压的情况下，CPU在步骤1048中判定为否，进入到步骤1095，暂时结束本程序。再者，在其后不久再次执行SOx检测程序的情况下，由于SOx浓度检测完成了(SOx浓度检测不是未完成)，因此CPU在步骤1012中判定为否，进入到步骤1048，执行步骤1048的处理。
在执行步骤1048的处理的时间点施加电压Vm达到了施加电压范围的下限电压的情况下，CPU在步骤1048中判定为是，进入到步骤1050，将SOx检测要求标志Xs的值设定为“0”，并且将A/F检测要求标志Xaf的值设定为“1”。然后，CPU进入到步骤1095，暂时结束本程序。
与此相对，在差量Idiff的大小不为阈值差量Idth以上的情况下，CPU在步骤1040中判定为否，进入到步骤1055，判定为在排气中不包含规定浓度以上的SOx。此时，CPU也可以在备份RAM内存储在排气中不包含规定浓度以上的Sox这一意旨(或者，在燃料中未混入超过容许值的S这一意旨)，也可以熄灭规定的警告灯。然后，CPU进入到步骤1048，然后，根据步骤1048的判定结果，直接进入到步骤1095，暂时结束本程序，或者，经由步骤1050进入到步骤1095，暂时结束本程序。
如以上说明的那样，根据第1检测装置，ECU20算出从第2电流Ib减去第1电流Ig所得到的差量Idiff(＝Ib－Ig)来作为表示难以受到排气中所含的SOx以外的含氧成分的影响、并且难以受到测定时的排气中所含的氧浓度的影响的硫的再氧化电流变化的程度的参数。进而，ECU20基于所算出的差量Idiff来判定排气中是否包含规定浓度以上的SOx。该时，ECU20适当地设定了降压扫描的扫描速度以及施加电压扫描的电压范围等以使得能大大地显现再氧化电流变化的程度，然后取得差量Idiff。
具体而言，ECU20在差量Idiff(差量Idiff的大小)为阈值差量Idth以上的情况下判定为在排气中包含规定浓度以上的SOx，在上述差量Idiff(差量Idiff的大小)低于阈值差量Idth的情况下判定为在排气中不包含规定浓度以上的SOx。因此，能够精度良好地判定在排气中是否含有规定浓度以上的SOx。
第2实施方式
接着，对本发明的第2实施方式涉及的气体检测装置(以下，有时称为“第2检测装置”)进行说明。第2检测装置，代替在开始用于检测SOx浓度的施加电压扫描之前施加电压Vm被设定在氧浓度检测用施加电压时的输出电流Im，使用施加电压Vm变为施加电压扫描的上限电压(第2电压V2)时的输出电流Im作为第2电流Ib，在这一点上与第1检测装置不同。
工作的概要
第2检测装置通过使用以下所述的参数(差量Idiff)检测再氧化电流变化，来进行SOx浓度检测(实际上，判定有无规定浓度以上的SOx)。
即，如图11所示，第2检测装置取得施加电压Vm为施加电压扫描的上限电压(第2电压V2)时(时刻ta)的输出电流Im作为第2电流Ib。该第2电流Ib在理论上受到排气中的SOx浓度的影响而变化，但是由于排气中的SOx浓度极小，因此可以认为不依赖于排气中的SOx浓度。而且，第2检测装置取得在降压扫描中施加电压Vm处于电流取得开始电压Vsem(0.6V)以下且高于第1电压V1的第4电压V4以上的范围(即检测用电压范围)的期间(从时刻tb到时刻t3的期间)的输出电流Im(由线g2所示的输出电流Im)的最小值作为第1电流Ig。进而，第2检测装置算出从第2电流Ib减去第1电流Ig所得到的差量Idiff(＝Ib－Ig)。进而，第2检测装置基于差量Idiff进行SOx浓度检测(实际上，判定有无规定浓度以上的SOx)。
具体工作
接着，对第2检测装置的具体工作进行说明。每经过规定时间，ECU20的CPU执行与图8的程序相同的传感器活性判定程序、与图9的程序相同的A/F检测程序以及图12所示的SOx检测程序的各程序。
传感器活性判定程序以及A/F检测程序分别与第1检测装置执行的这些程序相同，已经说明过。因此，省略对它们的说明。
以下，参照图12对SOx检测程序进行说明。图12的程序，删除图10的程序的步骤1008以及步骤1009，并且在步骤1012与步骤1015之间增加了步骤1212以及步骤1214，仅在这一点上与图10的程序不同。因此，以下，以该不同点为中心进行说明。
CPU在SOx检测要求标志Xs的值被设定为“1”的情况下从步骤1005进入到步骤1010，执行步骤1010的处理(即，施加电压扫描)，然后，在步骤1012中判定SOx浓度检测是否未完成。
在SOx浓度检测未完成的情况下，CPU进入到步骤1212，判定施加电压Vm是否与上限电压(第2电压V2)一致。
在施加电压Vm与上限电压一致的情况下，CPU在步骤1212中判定为是，进入到步骤1214，取得施加电压Vm为上限电压时的输出电流Im作为第2电流Ib，然后，进入到步骤1015。另一方面，在施加电压Vm不为上限电压的情况下，CPU在步骤1212中判定为否，进入到步骤1015。
然后，CPU依次进行步骤1015～步骤1055之中的适当的步骤的处理，然后，进入到步骤1295，暂时结束本程序。
如以上说明的那样，第2检测装置取得在施加电压扫描中施加电压Vm变为第2电压V2的时间点的输出电流Im作为第2电流Ib，接着，取得在所发生的降压扫描中施加电压Vm成为检测用电压范围内的电压的期间的输出电流Im的最小值作为第1电流Ig。因此，能够缩短从取得第2电流Ib的时间点到取得第1电流Ig的时间点的时间，因此在该期间排气中的氧浓度大大变化的可能性低。因此，能够使排气中的氧浓度对第2电流Ib和第1电流Ig的影响的程度大致一致。其结果，差量Idiff(＝Ib－Ig)成为难以受到排气中的氧浓度的影响且更精度良好地对应于排气中的SOx浓度的值，因此能够更精度良好地进行SOx浓度检测(实际上，判定有无规定浓度以上的SOx)。
第3实施方式
接着，对本发明的第3实施方式涉及的气体检测装置(以下有时称为“第3检测装置”)进行说明。第3检测装置，代替在开始用于检测SOx浓度的施加电压扫描之前施加电压Vm被设定在氧浓度检测用施加电压时的输出电流Im，使用施加电压Vm变为施加电压扫描的下限电压(第1电压V1)时的输出电流Im作为第2电流Ib，在这一点上与第1检测装置不同。
工作的概要
第3检测装置通过使用以下所述的参数(差量Idiff)检测再氧化电流变化，来进行SOx浓度检测(实际上，判定有无规定浓度以上的SOx)。
即，如图13所示，第3检测装置与第1以及第2检测装置同样地，取得在降压扫描中施加电压Vm为电流取得开始电压Vsem(0.6V)以下的期间(从时刻tb到时刻t3的期间)的输出电流Im(由线g2所示的输出电流Im)的最小值作为第1电流Ig。而且，第3检测装置取得施加电压Vm为施加电压扫描的下限电压(第1电压V1)时(时刻t3)的输出电流Im作为第2电流Ib。该第2电流Ib是在施加电压Vm低于SOx的分解开始电压，且通过到此为止的降压扫描，第1电极41a(阴极)上附着的S所进行的再氧化反应实质上结束时所得的输出电流Im。进而，第3检测装置算出从第2电流Ib减去第1电流Ig所得到的差量Idiff(＝Ib－Ig)。进而，第3检测装置基于差量Idiff进行SOx浓度检测(实际上，判定有无规定浓度以上的SOx)。
再者，第3检测装置，也可以在施加电压扫描中施加电压Vm达到了施加电压扫描的下限电压(第1电压V1)后，将施加电压Vm维持在第1电压V1规定的时间，取得在该规定时间的期间取得的输出电流Im作为第2电流Ib。在该情况下，在上述期间得到的输出电流Im也不会根据排气中的SOx浓度而发生变化，因此也可以作为第2电流Ib使用。
具体工作
接着，对第3检测装置的具体工作进行说明。每经过规定时间，ECU20的CPU执行与图8的程序相同的传感器活性判定程序、与图9的程序相同的A/F检测程序以及图14所示的SOx检测程序的各程序。
传感器活性判定程序以及A/F检测程序分别与第1检测装置执行的这些程序相同，已经说明过。因此，省略对它们的说明。
以下，参照图14对SOx检测程序进行说明。图14的程序仅在以下的点上与图10的程序不同。
删除了图10的步骤1008、步骤1009以及步骤1012。
图10的步骤1030被置换为步骤1410。
图10的步骤1038～步骤1055被置换为步骤1420～步骤1490。以下，以该不同点为中心进行说明。
在步骤1410中，CPU将第1电流的暂定值Igz更新成该输出电流I(k)，然后，进入到步骤1035。在本程序的步骤1020中取得的输出电流I(k)不是最小值的情况下，CPU在步骤1025中判定为否，直接进入到步骤1035。
在施加电压Vm达到了上述的检测用电压范围的下限电压(第4电压V4)的情况下，CPU在步骤1035中判定为是，进入到步骤1420，将第1电流的暂定值Igz作为第1电流Ig存储。接着，CPU进入到步骤1430，判定施加电压Vm是否达到了施加电压扫描的下限电压(第1电压V1)。在施加电压Vm未达到施加电压扫描的下限电压(第1电压V1)的情况下，CPU进入到步骤1495，暂时结束本程序。
与此相对，在施加电压Vm达到了施加电压扫描的下限电压(第1电压V1)的情况下，CPU在步骤1430中判定为是，依次进行以下所述的步骤1440以及步骤1450处理，进入到步骤1460。在步骤1440中，CPU取得施加电压Vm为下限电压(第1电压V1)时的输出电流Im作为第2电流Ib。在步骤1450中，CPU算出从第2电流Ib减去第1电流Ig所得到的差量Idiff(＝Ib－Ig)。由于差量Idiff为0以上的值，因此“差量Idiff”与“差量Idiff的大小”相等。
然后，CPU进入到步骤1460，判定差量Idiff的大小是否为阈值差量Idth以上。阈值差量Idth是对于判定在排气是否包含规定的浓度以上的Sox而言适当的差量Idiff的值，通过预先进行实验等来确定。
在差量Idiff的大小为阈值差量Idth以上的情况下，再氧化电流变化大，因此CPU在步骤1460中判定为是，进入到步骤1470，判定为在排气中包含规定浓度以上的SOx。此时，CPU可以在备份RAM内存储在排气中包含规定浓度以上的Sox这一意旨(或者，在燃料中混有超过容许值的S这一意旨)，也可以点亮规定的警告灯。然后，CPU进入到步骤1490，将SOx检测要求标志Xs的值设定为“0”，并且将A/F检测要求标志Xaf的值设定为“1”。然后，CPU进入到步骤1495，暂时结束本程序。
与此相对，在差量Idiff的大小不为阈值差量Idth以上的情况下，CPU在步骤1460中判定为否，进入到步骤1480，判定为在排气中不包含规定浓度以上的SOx。此时，CPU可以在备份RAM内存储在排气中不包含规定浓度以上的Sox这一意旨(或者，在燃料中未混入超过容许值的S这一意旨)，也可以熄灭规定的警告灯。然后，CPU进行步骤1490的处理，进入到步骤1495，暂时结束本程序。
如以上说明的那样，第3检测装置取得在降压扫描中施加电压Vm变为检测用电压范围内的电压的期间的输出电流Im的最小值作为第1电流Ig，然后，取得在降压扫描中施加电压Vm变为第1电压V1的时间点的输出电流Im作为第2电流Ib。因此，能够缩短从取得第1电流Ig的时间点到取得第2电流Ib的时间点的时间，因此在该期间排气中的氧浓度大大变化的可能性低。因此，能够使排气中的氧浓度对第1电流Ig和第2电流Ib的影响的程度大体一致。其结果，差量Idiff(＝Ib－Ig)成为难以受到排气中的氧浓度的影响且更精度良好地对应于排气中的SOx浓度的值，因此能够更精度良好地进行SOx浓度检测(实际上，判定有无规定浓度以上的SOx)。
变形例
以上，对本发明的各实施方式进行了具体说明，但是，本发明并不限于上述的各实施方式，可以采用基于本发明的技术思想所得到的各种变形例。
上述的各实施方式，并不限于在上述的降压扫描中施加电压Vm处于检测用电压范围内的期间的输出电流Im的最小值，只要是与在降压扫描中施加电压Vm处于检测用电压范围内的期间的输出电流Im具有相关关系的值，就可以取得其来作为第1电流Ig。例如，各实施方式也可以取得在降压扫描中施加电压Vm为电流取得电压Vg时的输出电流Im作为第1电流Ig。在该情况下，电流取得电压Vg从第4电压V4以上且第3电压Vsem以下的范围(检测用电压范围)内选择。第4电压V4高于降压扫描的下限电压(第1电压V1)，第3电压Vsem为SOx的分解开始电压(0.6V)以下。
能够作为第2电流Ib使用的输出电流Im，并不限于如在各实施方式中叙述的那样取得的输出电流Im，也可以使用除此以外的其他的输出电流Im作为第2电流Ib。即，如果是施加电压Vm成为使得排气中包含Sox的情况下的输出电流Im和排气中不包含SOx的情况下的输出电流Im的大小相同的电压时的输出电流Im，并且，可视为排气中的氧浓度与取得第1电流Ig时的排气中的氧浓度相等、且该浓度的氧的分解电流包含于第2电流Ib中，就可以使用该时的输出电流Im作为第2电流Ib。
上述的各实施方式，通过将差量Idiff的大小和阈值差量Idth进行比较来判定在排气中是否包含规定浓度以上的SOx，但也可以如以下所述那样基于差量Idiff取得排气中的SOx浓度。
第1检测装置的变形例
例如，CPU可以被构成为：代替图10所示的SOx浓度检测程序而执行图15所示的SOx浓度检测程序。该图15所示的程序，是代替图10所示的程序的步骤1040、步骤1045以及步骤1055的处理而执行步骤1510的处理的程序。因此，以下主要对图15的步骤1510的处理进行说明。
CPU在图15的步骤1009中取得施加电压Vm被设定在氧浓度检测用施加电压时的输出电流Im作为第2电流Ib，在图15的步骤1030中取得施加电压Vm在检测用电压范围(V4～Vsem)内时的输出电流Im的最小值作为第1电流Ig。
而且，CPU在图15的步骤1038中算出差量Idiff(＝Ib－Ig)后就进入到步骤1510，通过将该差量Idiff应用于查询表Map1(Idiff)，取得排气中的SOx浓度。再者，ECU20的ROM(存储部)将差量Idiff与排气中的SOx浓度的关系作为查询表Map1(Idiff)存储(参照图15的框图B1。)。该查询表可以通过预先进行实验等来得到。
第2检测装置的变形例
进而，例如，CPU可以被构成为：代替图12所示的SOx浓度检测程序而执行图16所示的SOx浓度检测程序。该图16所示的程序，是代替图12所示的程序的步骤1040、步骤1045以及步骤1055的处理而执行步骤1610的处理的程序。因此，以下主要对图16的步骤1610的处理进行说明。
CPU在图16的步骤1214中取得施加电压Vm为施加电压扫描的上限电压(第2电压V2)时的输出电流Im作为第2电流Ib，在图16的步骤1030中取得施加电压Vm在检测用电压范围(V4～Vsem)内时的输出电流Im的最小值作为第1电流Ig。
而且，CPU在图16的步骤1038中算出差量Idiff(＝Ib－Ig)后就进入到步骤1610，通过将该差量Idiff应用于查询表Map2(Idiff)，取得排气中的SOx浓度。再者，ECU20的ROM(存储部)将差量Idiff与排气中的SOx浓度的关系作为查询表Map2(Idiff)存储(参照图16的框图B2)。该查询表可以通过预先进行实验等来得到。
第3检测装置的变形例
进而，例如，CPU可以被构成为：代替图14所示的SOx浓度检测程序而执行图17所示的SOx浓度检测程序。该图17所示的程序，是代替图14所示的程序的步骤1460、步骤1470以及步骤1480的处理而执行步骤1710的处理的程序。因此，以下主要对图17的步骤1710的处理进行说明。
CPU在图17的步骤1420中取得施加电压Vm在检测用电压范围(V4～Vsem)内时的输出电流Im的最小值作为第1电流Ig，在图17的步骤1440中取得施加电压Vm为施加电压扫描的下限电压(第1电压V1)时的输出电流Im作为第2电流Ib。
而且，CPU在图17的步骤1450中算出差量Idiff(＝Ib－Ig)后就进入到步骤1710，通过将该差量Idiff应用于查询表Map3(Idiff)，取得排气中的SOx浓度。再者，ECU20的ROM(存储部)将差量Idiff与排气中的SOx浓度的关系作为查询表Map3(Idiff)存储(参照图17的框图B3)。该查询表可以通过预先进行实验等来得到。
这些变形例的各ECU20被构成为：使用上述差量Idiff作为表示难以受到排气中所含的SOx以外的含氧成分的影响的再氧化电流变化的参数，并且从存储于ROM的查询表取得与上述差量Idiff对应的排气中的SOx的浓度。因此，能够精度良好地检测排气中的硫氧化物的浓度。
而且，例如，上述的各实施方式在图9的步骤940以及步骤950中取得内燃机的空燃比A/F，并基于该取得的A/F确定了施加电压扫描的电压范围的下限电压以及上限电压，但也可以如下地构成。
即，上述的各实施方式，也可以在步骤920中基于施加电压Vm被设定在氧浓度检测用施加电压的情况下的输出电流Im来检测氧浓度，在步骤950中基于该氧浓度确定施加电压扫描的电压范围的下限电压以及上限电压。在该情况下，查询表M1成为规定氧浓度与施加电压扫描的电压范围的下限电压以及上限电压的关系的表。
同样地，上述的各实施方式，也可以在步骤920中检测施加电压Vm被设定在氧浓度检测用施加电压的情况下的输出电流Im，在步骤950中基于该输出电流Im本身来确定施加电压扫描的电压范围的下限电压以及上限电压。在该情况下，查询表M1成为规定输出电流Im与施加电压扫描的电压范围的下限电压以及上限电压的关系的表。
而且，例如，各实施方式以及各变形例的施加电压扫描的电压波形，并不限于图3B以及图3C所示的波形，只要通过适当设定降压速度，吸附于第1电极41a的硫进行再氧化反应所引起的再氧化电流变化从降压扫描的某个时间点起变得极为显著，也可以是任意的波形(例如三角波)。

Claims (9)

1.一种气体检测装置，包括：
设置于内燃机的排气通路的元件部，所述元件部包含电化学单元和扩散阻力体，所述电化学单元包含固体电解质体、第1电极和第2电极，所述固体电解质体具有氧离子传导性，所述第1电极和所述第2电极分别设置于所述固体电解质体的表面，所述扩散阻力体由在所述排气通路中流动的排气能够通过的多孔质材料构成，所述元件部被构成为在所述排气通路中流动的排气通过所述扩散阻力体而到达所述第1电极；
电压施加装置，其被构成为对所述第1电极与所述第2电极之间施加电压；
电流检测装置，其被构成为检测在所述第1电极与所述第2电极之间流动的电流即输出电流；和
电子控制单元，其被构成为控制由所述电压施加装置对所述第1电极与所述第2电极之间施加的电压即施加电压，
所述电子控制单元被构成为：基于由所述电流检测装置检测出的所述输出电流来进行在所述排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定和所述排气中的所述硫氧化物的浓度的检测中的任一项，
所述电子控制单元被构成为：在向所述内燃机供给的混合气的空燃比稳定的状态时，执行使用所述电压施加装置使所述施加电压从规定电压上升至第2电压的升压扫描，然后，执行以规定的降压速度从所述第2电压下降至第1电压的降压扫描，所述规定电压为所述第1电压以上且低于所述硫氧化物的分解开始电压的电压，所述第1电压为低于所述硫氧化物的所述分解开始电压的电压，所述第1电压为所述输出电流达到氧的极限电流时的电压，所述第2电压为高于所述硫氧化物的所述分解开始电压的电压，
所述电子控制单元被构成为基于由所述电流检测装置检测出的所述输出电流来取得与所述输出电流产生的变化的程度具有相关关系的参数，所述输出电流产生的变化是起因于下述电流而产生的所述输出电流的变化，所述电流是在所述降压扫描中所述施加电压变得低于所述硫氧化物的所述分解开始电压时，吸附于所述第1电极的硫在所述第1电极上进行再氧化反应而恢复为所述硫氧化物，由此在所述第1电极与所述第2电极之间流动的电流，在所述排气中含有的所述硫氧化物的浓度越高，所述输出电流产生的变化的所述程度越大，
所述电子控制单元被构成为：基于所述参数来进行在所述排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定和所述排气中的硫氧化物的浓度的检测中的任一项，
所述电子控制单元被构成为：将所述规定的降压速度设定成以所述施加电压变为低于所述硫氧化物的所述分解开始电压且高于所述第1电压的电压范围内的电压的时刻为界所述再氧化反应的速度剧增的速度，
所述电子控制单元被构成为：基于在规定期间由所述电流检测装置检测出的输出电流来取得与所述规定期间的所述输出电流具有相关关系的值作为第1电流，所述规定期间是在所述降压扫描中所述施加电压处于高于所述第1电压且为所述硫氧化物的所述分解开始电压以下的范围的期间，
所述电子控制单元被构成为取得第2电流，所述第2电流是在所述施加电压变为特定电压的时刻由所述电流检测装置检测出的所述输出电流，所述特定电压为所述输出电流达到所述氧的极限电流时的电压以上，并且，所述第2电流是不包含下述电流的所述输出电流，所述电流是由于通过所述升压扫描而附着于所述第1电极的硫在所述第1电极上进行再氧化反应而引起的电流，
所述电子控制单元被构成为：算出所述取得的第2电流与所述取得的第1电流的差量，并将所述差量作为所述参数使用。
2.根据权利要求1所述的气体检测装置，其中，
所述电子控制单元被构成为进行在所述排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的所述判定，
所述电子控制单元判定所述差量的大小是否为规定的阈值以上，
所述电子控制单元被构成为：在判定为所述差量的大小为所述规定的阈值以上时，所述电子控制单元判定为在所述排气中包含所述规定浓度以上的硫氧化物，
所述电子控制单元被构成为：在判定为所述差量的大小低于所述规定的阈值时，所述电子控制单元判定为在所述排气中没有包含所述规定浓度以上的硫氧化物。
3.根据权利要求1所述的气体检测装置，其中，
所述电子控制单元被构成为进行所述排气中的硫氧化物的浓度的检测，
所述电子控制单元被构成为基于所述差量来检测所述排气中的硫氧化物的浓度。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的气体检测装置，其中，
所述电子控制单元被构成为：取得在所述降压扫描中所述施加电压处于检测用电压范围内的期间由所述电流检测装置检测出的输出电流之中的最小值作为所述第1电流，
所述检测用电压范围为第4电压以上且第3电压以下的范围，
所述第3电压为所述硫氧化物的所述分解开始电压以下的电压，
所述第4电压为高于所述第1电压的电压。
5.根据权利要求1～3的任一项所述的气体检测装置，其中，
所述电子控制单元被构成为：取得在所述降压扫描中所述施加电压变为电流取得电压时由所述电流检测装置检测出的输出电流作为所述第1电流，
所述电流取得电压为选自检测用电压范围中的电压，
所述检测用电压范围为第4电压以上且第3电压以下的范围，
所述第3电压为硫氧化物的分解开始电压以下的电压，
所述第4电压为高于所述第1电压的电压。
6.根据权利要求1所述的气体检测装置，其中，
所述电子控制单元被构成为作为所述特定电压采用所述输出电流达到所述氧的极限电流时的空燃比检测用施加电压，
所述电子控制单元被构成为：在开始执行所述升压扫描之前，使用所述电压施加装置将所述施加电压设定在所述空燃比检测用施加电压，
所述电子控制单元被构成为：取得在所述施加电压被设定在所述空燃比检测用施加电压的情况下由所述电流检测装置检测出的输出电流作为所述第2电流。
7.根据权利要求1所述的气体检测装置，其中，
所述电子控制单元被构成为：取得在所述升压扫描中所述施加电压变为所述第2电压时由所述电流检测装置检测出的输出电流作为所述第2电流。
8.根据权利要求1所述的气体检测装置，其中，
所述电子控制单元被构成为：取得在所述降压扫描中所述施加电压变为所述第1电压时由所述电流检测装置检测出的输出电流作为所述第2电流。
9.一种气体检测装置的控制方法，
所述气体检测装置包括元件部、电压施加装置、电流检测装置和电子控制单元，
所述元件部设置于内燃机的排气通路，所述元件部包含电化学单元和扩散阻力体，所述电化学单元包含固体电解质体、第1电极和第2电极，所述固体电解质体具有氧离子传导性，所述第1电极和所述第2电极分别设置于所述固体电解质体的表面，所述扩散阻力体由在所述排气通路中流动的排气能够通过的多孔质材料构成，所述元件部被构成为在所述排气通路中流动的排气通过所述扩散阻力体而到达所述第1电极，
所述电压施加装置被构成为对所述第1电极与所述第2电极之间施加电压，
所述电流检测装置被构成为检测在所述第1电极与所述第2电极之间流动的电流即输出电流，
所述控制方法包括：
利用所述电压施加装置来控制对所述第1电极与所述第2电极之间施加的电压即施加电压；
利用所述电子控制单元，基于由所述电流检测装置检测出的所述输出电流来进行在所述排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定和所述排气中的所述硫氧化物的浓度的检测中的任一项；
在向所述内燃机供给的混合气的空燃比稳定的状态时，利用所述电子控制单元执行使用所述电压施加装置使所述施加电压从规定电压上升至第2电压的升压扫描，然后利用所述电子控制单元执行以规定的降压速度从所述第2电压下降至第1电压的降压扫描，所述规定电压为所述第1电压以上且低于所述硫氧化物的分解开始电压的电压，所述第1电压为低于所述硫氧化物的所述分解开始电压的电压，所述第1电压为所述输出电流达到氧的极限电流时的电压，所述第2电压为高于所述硫氧化物的所述分解开始电压的电压；
利用所述电子控制单元，基于由所述电流检测装置检测出的所述输出电流来取得与所述输出电流产生的变化的程度具有相关关系的参数，所述输出电流产生的所述变化是起因于下述电流而产生的所述输出电流的变化，所述电流是在所述降压扫描中所述施加电压变得低于所述硫氧化物的所述分解开始电压时，吸附于所述第1电极的硫在所述第1电极上进行再氧化反应而恢复为所述硫氧化物，由此在所述第1电极与所述第2电极之间流动的电流，在所述排气中含有的所述硫氧化物的浓度越高，所述输出电流产生的变化的所述程度越大；
利用所述电子控制单元，基于所述参数来进行在所述排气中是否包含规定浓度以上的硫氧化物的判定和所述排气中的硫氧化物的浓度的检测中的任一项；
利用所述电子控制单元将所述规定的降压速度设定成以所述施加电压变为低于所述硫氧化物的所述分解开始电压且高于所述第1电压的电压范围内的电压的时刻为界所述再氧化反应的速度剧增的速度；
利用所述电子控制单元，基于在规定期间由所述电流检测装置检测出的输出电流来取得与所述规定期间的所述输出电流具有相关关系的值作为第1电流，所述规定期间是在所述降压扫描中所述施加电压处于高于所述第1电压且为所述硫氧化物的所述分解开始电压以下的范围的期间；
利用所述电子控制单元取得第2电流，所述第2电流是在所述施加电压变为特定电压的时刻由所述电流检测装置检测出的所述输出电流，所述特定电压为所述输出电流达到所述氧的极限电流时的电压以上，并且，所述第2电流是不包含下述电流的所述输出电流，所述电流是由于通过所述升压扫描而附着于所述第1电极的硫在所述第1电极上进行再氧化反应而引起的电流；和
利用所述电子控制单元算出所述取得的第2电流与所述取得的第1电流的差量，并将所述差量作为所述参数使用。
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