CN108205006B - 气体检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种气体检测装置，包括：电压施加部，其在电化学单元的第1电极与第2电极之间施加电压；以及测定控制部，其进行扫描电压范围互相不同的第1施加电压扫描以及第2施加电压扫描，基于所述第1施加电压扫描的输出电流取得第1参数，基于所述第2施加电压扫描的输出电流取得第2参数，算出包括第1参数与第2参数的差或比的SOx检测用参数，基于该SOx检测用参数进行在排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行排气中的硫氧化物的浓度的检测。

Description

气体检测装置
技术领域
本发明涉及能够进行在内燃机的排气(被检气体)中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行该排气中含有的硫氧化物的浓度的检测的气体检测装置。
背景技术
为了控制内燃机，广泛使用了基于排气中含有的氧(O2)的浓度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个类型，可以列举极限电流式气体传感器。
而且，提出了使用这样的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”)的浓度的SOx浓度检测装置(以下，称为“现有装置”)(例如，参照日本特开2015-17931)。
现有装置包括利用了氧离子传导性固体电解质的氧泵作用的传感单元(电化学单元)。现有装置通过在传感单元的一对电极间施加电压，从而使排气中的含有氧原子的气体成分(例如O2、SOx以及H2O等，以下也称为“含氧成分”)分解，由此，产生氧化物离子(O2-)。现有装置构成为：对由因含氧成分的分解产生了的氧化物离子在传感单元的电极间移动(氧泵作用)从而在该电极间流动的电流的特性进行检测。
更具体而言，现有装置构成为在检测SOx浓度时执行施加电压扫描(英文：sweep)。即，现有装置构成为执行如下施加电压扫描：在使对传感单元施加的施加电压从0.4V升压至0.8V之后从0.8V降压至0.4V。
并且，现有装置构成为使用参照电流与峰值之差算出SOx浓度，所述参照电流是施加电压到达0.8V的时间点的“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”)”，所述峰值是施加电压从0.8V降低至0.4V的期间的输出电流的最小值。
发明内容
然而，上述输出电流也会由于排气中含有的SOx以外的含氧成分的影响而变化的可能性高。例如，水(H2O)的分解电压与硫氧化物的分解电压为相同程度，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，消除因水的分解而导致的对输出电流的影响、并检测仅因SOx成分的分解而产生的输出电流是困难的。因此，谋求了使用“不会受到SOx以外的含氧成分的影响、且仅因SOx成分而导致的输出电流变化”，精度良好地进行在排气中是否存在预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行排气中的硫氧化物的浓度的检测。
而且，在相同类型的多个气体传感器中，以因各气体传感器的个体差异和/或各气体传感器的经时劣化的不同而在各气体传感器的固体电解质及电极的容量成分以及电阻成分产生不同为起因，导致在执行了用于检测SOx浓度的施加电压扫描的情况下的输出电流特性在气体传感器的个体间发生变化。因此，在执行了该施加电压扫描的情况下，根据排气中的SOx浓度而变化的用于检测SOx浓度的参数的值会因气体传感器的个体差异和/或各气体传感器的经时劣化的不同而不均，所以导致SOx浓度的检测的精度降低。因此，进一步谋求了使用降低了“因气体传感器的个体差异和/或各气体传感器的经时劣化的不同而导致的不均(日文：ばらつき)的、输出电流变化”，进一步精度良好地进行在排气中是否存在预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行排气中的硫氧化物的浓度的检测。
本发明提供一种能够精度良好地进行在排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行硫氧化物的浓度的检测的气体检测装置(以下，也称为“本发明检测装置”)。
本发明的技术方案的气体检测装置包括：元件部，其设置于内燃机的排气通路，并具备电化学单元和扩散阻力体，所述电化学单元包括具有氧化物离子传导性的固体电解质体、和分别形成于所述固体电解质体的表面的第1电极以及第2电极，所述扩散阻力体由在所述排气通路流动的排气能够通过的多孔材料形成，在所述排气通路流动的排气通过所述扩散阻力体而到达所述第1电极；电压施加部，其在所述第1电极与所述第2电极之间施加电压；电流检测部，其对在所述第1电极与所述第2电极之间流动的电流即输出电流进行检测；以及测定控制部，其对使用所述电压施加部施加于所述第1电极与所述第2电极之间的电压即施加电压进行控制，并且使用所述电流检测部取得所述输出电流，基于所述取得了的输出电流，进行在所述排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或者进行所述排气中的硫氧化物的浓度的检测。所述测定控制部，使第1施加电压扫描至少进行一个循环，并至少使用第1降压扫描中的所述输出电流且按照预定的第1确定方法取得第1参数，所述第1施加电压扫描在执行了使所述施加电压从第1电压上升至第2电压的第1升压扫描之后执行使所述施加电压从所述第2电压下降至所述第1电压的所述第1降压扫描，所述第1电压从比所述输出电流成为氧的极限电流的极限电流区域的下限电压高且小于硫氧化物的分解开始电压的第1电压范围内选取，所述第2电压比所述第1电压高且为比所述硫氧化物的分解开始电压高出预定值的电压以下。所述测定控制部，在进行了所述第1施加电压扫描之后使第2施加电压扫描至少进行一个循环，并至少使用第2降压扫描中的所述输出电流且按照与所述第1确定方法相同的第2确定方法取得第2参数，所述第2施加电压扫描在执行了使用所述电压施加部使所述施加电压从第3电压上升至第4电压的第2升压扫描之后执行使用所述电压施加部使所述施加电压从所述第4电压下降至所述第3电压的所述第2降压扫描，所述第3电压从所述第1电压范围内选取，所述第4电压比所述硫氧化物的分解开始电压高且比所述第2电压高，所述第2参数与在所述输出电流产生的变化的程度具有相关性，该变化由因正在进行所述第2降压扫描的期间、在所述施加电压小于所述硫氧化物的分解开始电压时吸附于所述第1电极的硫在该第1电极进行再氧化反应而返回到硫氧化物从而在所述第1电极与所述第2电极之间流动的电流导致，且所述排气含有的所述硫氧化物的浓度越高则越大。所述测定控制部，将所述第1参数与所述第2参数的差或比作为SOx检测用参数进行算出，基于该SOx检测用参数，进行在所述排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行所述排气中的硫氧化物的浓度的检测。
根据发明人的研究，明确了：因“正在进行降压扫描时吸附于第1电极的硫”在该第1电极进行再氧化反应而返回到硫氧化物从而产生难以受到“硫氧化物以外的含氧成分”的影响的“输出电流的变化”。而且，明确了：由于降压扫描中的每预定的经过时间的电压下降量(即，降压速度)，导致该“输出电流的变化”的程度发生很大变化(参照图4A以及图4B)。可以推定为：产生这些现象的机理如下。
即，因进行升压扫描而吸附于第1电极的硫(硫氧化物的分解物)在正在进行降压扫描时会在该第1电极进行再氧化反应而返回到硫氧化物。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)不吸附于第1电极，所以在正在进行降压扫描时，硫氧化物以外的含氧成分的分解物在该第1电极进行再氧化反应而返回到含氧成分的现象实质上不会发生。
因此，由于在正在进行降压扫描时吸附于第1电极的硫在该第1电极进行再氧化反应而返回到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，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”。
另外，在降压扫描的降压速度(扫描速度)比某一速度慢的情况下，在正在进行降压扫描时硫的再氧化反应连续且逐渐地进行，所以无论硫氧化物浓度是何种程度的浓度，都难以出现“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比某一速度快的情况下，在正在进行降压扫描时在硫的再氧化反应不怎么进行的状态下施加电压降低，当施加电压成为“硫的再氧化反应成为活跃的某一电压范围(即，小于硫氧化物的分解开始电压的预定的电压范围)”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猛增、硫的再氧化反应的发生频度猛增)，所以硫氧化物浓度越高则输出电流的变化的程度越大。即，出现对于精度良好地检测硫氧化物浓度有意义的电流变化。
因此，降压扫描的降压速度设定为“以施加电压成为了在小于硫氧化物的分解开始电压的上述预定的电压范围内的电压的时间点为界硫的再氧化反应的速度猛增的速度”。因此，硫氧化物浓度越高，则不受到硫氧化物以外的含氧成分的影响的输出电流的变化表现得越大。
本技术方案的气体检测装置取得第2参数作为与因这样的硫的再氧化反应导致“在输出电流产生的变化的程度”具有相关性的参数。因此，第2参数为根据排气中的硫氧化物浓度而变化的参数。
另外，本申请的发明人进行再次研究，明确了：即使是相同类型的气体传感器(元件部)，由于气体传感器的个体差异等导致输出电流特性会发生变化，所以第2参数的大小也会变化。即，第2参数为根据排气中的硫氧化物浓度而变化且反映了气体传感器的个体差异的影响的值。
与此相对，本技术方案的气体检测装置算出第2参数与第1参数的差或比作为SOx检测用参数。并且，基于算出了的SOx检测用参数，进行在排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行排气中的硫氧化物的浓度的检测。该SOx检测用参数是与排气中的硫氧化物浓度相应的参数，且是降低了因气体传感器的个体差异而变化的成分的影响的参数。因而，第1检测装置能够精度良好地进行在排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行排气中的硫氧化物的浓度的检测。
在上述技术方案中，也可以是，所述第2降压扫描的降压速度被设定成如下速度：以所述施加电压成为了在所述第1电压范围内且比所述第3电压高的电压范围内的电压的时间点为界所述再氧化反应的速度猛增；并且，所述第1施加电压扫描和所述第2施加电压扫描的用每单位时间的电压变化量表示的扫描速度彼此相同。
在上述的情况下，气体传感器的个体差异对第1参数的影响与气体传感器检测的个体差异对第2参数的影响成为相同，或更接近。因此，这样的第1参数与第2参数的差或比即SOx检测用参数是从第2参数更准确地除去了因气体传感器的个体差异而变化的成分的影响的参数。因此，第1检测装置能够进一步精度良好地进行在排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行排气中的硫氧化物的浓度的检测。
在上述技术方案中，也可以是，所述测定控制部使用如下方法作为所述第1确定方法：在进行所述第1施加电压扫描之前、使用所述电压施加部将所述施加电压设定为所述极限电流区域内的空燃比检测用施加电压、将在所述施加电压被设定为了所述空燃比检测用施加电压时由所述电流检测部检测到的输出电流作为第1电流而取得、并基于由所述电流检测部检测到的输出电流将与所述第1降压扫描中的预定的第1期间的所述输出电流具有特定的相关性的值作为第2电流而取得、并算出所述取得了的第1电流与所述取得了的第2电流的差，并且所述测定控制部将该算出了的差作为所述第1参数而取得；并且，所述测定控制部使用如下方法作为所述第2确定方法：在进行了所述第1施加电压扫描之后且在进行所述第2施加电压扫描之前、使用所述电压施加部将所述施加电压设定为所述空燃比检测用施加电压、将在所述施加电压被设定为了所述空燃比检测用施加电压时由所述电流检测部检测到的输出电流作为第3电流而取得、并基于由所述电流检测部检测到的输出电流将与在所述第2降压扫描中的所述施加电压成为比所述第3电压高且为所述硫氧化物的分解开始电压以下的范围的第2期间的所述输出电流具有所述特定的相关性的值作为第4电流而取得、算出所述取得了的第3电流与所述取得了的第4电流的差，并且所述测定控制部将该算出了的差作为所述第2参数而取得。
本构成使用算出第1电流与第2电流的差的方法并将该算出了的差作为第1参数而取得。第2电流不依存于排气中的硫氧化物浓度，但会受到排气中的氧浓度的影响而变化。另一方面，排气中的氧浓度对第2电流的影响程度表现在第1电流。因此，第1电流与第2电流的差即第1参数是不受到或几乎不受到排气中的氧浓度的影响以及硫氧化物浓度的影响中的任一个影响、且反映了气体传感器的个体差异的影响的值。
而且，本构成使用算出第3电流与第4电流的差的方法并将该算出了的差作为第2参数而取得。第4电流受到排气中的硫氧化物浓度以及排气中的氧浓度的影响而变化。另一方面，排气中的氧浓度对第4电流的影响程度表现在第3电流。因此，第3电流与第4电流的差即第2参数是不受到或几乎不受到排气中的氧浓度的影响、且根据硫氧化物浓度而变化、并且反映了气体传感器的个体差异的影响的值。
而且，本构成将如上述那样取得了的第1参数与第2参数的差或比作为SOx检测用参数而算出。并且，基于算出了的SOx检测用参数，进行在排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行排气中的硫氧化物的浓度的检测。该SOx检测用参数是与排气中的硫氧化物浓度相应的参数，且是从第2参数降低了因气体传感器的个体差异而变化的成分的影响的值，并且是也除去了由氧浓度产生的影响的值。
本构成使用这样的SOx检测用参数进行在排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行排气中的硫氧化物的浓度的检测。因此，本发明检测装置的一个技术方案能够精度良好地进行在排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行排气中的硫氧化物的浓度的检测。
在上述构成中，也可以是，所述测定控制部，将在所述第1降压扫描中所述施加电压成为了比所述第1电压高且为所述硫氧化物的分解开始电压以下的范围内的预定的电流检测电压时由所述电流检测部检测到的输出电流作为与所述第1期间的所述输出电流具有所述特定的相关性的值即所述第2电流而取得；并且，所述测定控制部，将在所述第2降压扫描中所述施加电压成为了所述电流检测电压时由所述电流检测部检测到的输出电流作为与所述第2期间的所述输出电流具有所述特定的相关性的值即所述第4电流而取得。
本构成将在第2降压扫描中利用实验明确为根据硫氧化物的浓度而变化(参照图7A、图7B以及图7C)的施加电压成为了“电流取得电压”的时间点的输出电流作为第4电流而取得，将在第1降压扫描中施加电压成为了该电流取得电压的时间点的第1输出电流作为第2电流而取得。因此，第2电流与第4电流的差即第2参数是精度良好地表示硫氧化物的浓度的参数。
本构成能够基于这样的第2参数与第1参数的差或比即SOx检测用参数，精度良好地进行在排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行排气中的硫氧化物的浓度的检测。
在上述构成中，也可以是，所述测定控制部判定所述第1电流与所述第3电流的差的大小是否为阈值差以下；并且，所述测定控制部，仅在所述差的大小为阈值差以下的情况下，进行在所述排气中是否含有所述预定浓度以上的硫氧化物的所述判定或进行所述排气中的硫氧化物的浓度的所述检测。
当第1电流与第3电流的差的大小(绝对值)过大时，受到其影响，导致SOx检测用参数仅精度良好地表现了因SOx反应而导致的输出电流变化的可能性会降低。因此，本构成仅在第1电流与第3电流的差的大小小的情况下，进行在排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行排气中的硫氧化物的浓度的检测。由此，能够精度良好地进行在排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行排气中的硫氧化物的浓度的检测。
在上述构成中，也可以是，所述测定控制部基于所述SOx检测用参数以及所述第3电流来检测硫氧化物的浓度。
根据上述的构成，可基于精度良好地表示排气中的硫氧化物的浓度的上述SOx检测用参数以及上述第3电流来检测排气中的硫氧化物的浓度。在该情况下，对于因第3电流变化而SOx检测用参数的值也变化，也将该变化部分考虑在内地对硫氧化物浓度进行检测。因此，能够精度良好地检测排气中的硫氧化物的浓度。
在上述技术方案中，也可以是，所述测定控制部判定所述SOx检测用参数的大小是否为预定的阈值以上；并且，所述测定控制部，在判定为所述SOx检测用参数的大小为所述阈值以上的情况下，判定为在所述排气中含有所述预定浓度以上的硫氧化物，在判定为所述SOx检测用参数的大小小于所述阈值的情况下，判定为在所述排气中不含有所述预定浓度以上的硫氧化物。
根据上述构成，通过判定精度良好地表示硫氧化物的浓度的上述SOx检测用参数的大小是否为“与预定浓度对应的预定的阈值”以上，从而能够精度良好地进行在排气中是否含有预定浓度以上的硫化氧化物的判定。
在上述说明中，为了帮助理解本发明，对于与后述的实施方式对应的发明的构成，对在该实施方式中使用了的名称和/或附图标记带括弧地进行标注。然而，本发明的各构成要素并不限定于由所述名称和/或附图标记规定的实施方式。参照以下的附图并根据所记载的关于本发明的实施方式的说明，可以容易理解本发明的其他目的、其他特征以及附带的优点。
附图说明
以下，参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点、以及技术和工业重要性进行说明，在附图中同样的附图标记表示同样的部件，并且其中：
图1是本发明的第1实施方式的气体检测装置以及应用了该气体检测装置的内燃机的概略构成图。
图2是示出图1所示的气体传感器的元件部的构成的一例的示意性剖视图。
图3A是用于说明在元件部产生的SOx的分解反应的示意图。
图3B是用于说明在元件部产生的硫的再氧化反应的示意图。
图4A是示出施加电压与输出电流的关系的图表。
图4B是示出施加电压与输出电流的关系的图表。
图5A是示出将排气(被检气体)的SOx浓度各种变化了的情况下的施加电压与输出电流的关系的图表。
图5B是示出将排气(被检气体)的H2O浓度各种变化了的情况下的输出电流与SOx(SO2)浓度的关系的图表。
图6是示出与不同的两个气体传感器分别有关的施加电压与输出电流的关系的图表。
图7A是用于说明本发明的第1实施方式的气体检测装置的工作的概要的时间图。
图7B是示出进行SOx检测时的施加电压的波形的图表。
图7C是示出进行SOx检测时的另一施加电压的波形的图表。
图8A是示出气体传感器的等效电路的电路图。
图8B是示出气体传感器的等效电路的电路图。
图9是示出进行了第1施加电压扫描以及第2施加电压扫描的情况下的各自的施加电压与输出电流的关系的图表。
图10是示出图1所示的ECU的CPU执行的传感器活性判定例程的流程图。
图11是示出图1所示的ECU的CPU执行的SOx检测例程1的流程图。
图12是示出图1所示的ECU的CPU执行的SOx检测例程2的流程图。
图13是示出图1所示的ECU的CPU执行的SOx检测例程3的流程图。
图14是示出图1所示的ECU的CPU执行的SOx检测例程4的流程图。
图15是示出本发明的第2实施方式的气体检测装置具备的ECU的CPU执行的SOx检测例程5的流程图。
图16是示出图1所示的气体检测装置的变形例的ECU的CPU执行的SOx检测例程4的流程图。
图17是示出图1所示的气体检测装置的另一变形例的ECU的CPU执行的SOx检测例程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的各实施方式的气体检测装置进行说明。此外，在实施方式的所有附图中，对相同或对应的部分标注相同的附图标记。
第1实施方式
对本发明的第1实施方式的气体检测装置(以下，有时称为“第1检测装置”)进行说明。第1检测装置应用于搭载在未图示的车辆上的“图1所示的内燃机10”。
内燃机(ENG)10是公知的柴油发动机。内燃机10包括未图示的燃烧室、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设于缸盖部。燃料喷射阀11根据后述的ECU20的指示向燃烧室内直接喷射燃料。排气管12连接于未图示的排气歧管的端部，所述未图示的排气歧管的端部连接于与未图示的燃烧室连通的排气口。排气口、排气歧管以及排气管12构成了供从燃烧室排出了的排气流动的排气通路。在排气管12配设了DOC(Diesel Oxidation Catalyst：柴油用氧化催化剂)13以及DPF(Diesel ParticulateFilter：柴油颗粒过滤器)14。
DOC13是排气净化催化剂。具体而言，DOC13将铂以及钯等贵金属作为催化剂，使排气中的未燃成分(HC、CO)氧化，从而对排气进行净化。即，利用DOC13，HC被氧化成水和CO2，CO被氧化成CO2。
DPF14配置于比DOC13靠下游侧的位置。DPF14是捕捉排气中的微粒(颗粒)的过滤器。具体而言，DPF14具有由多孔材料(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利用其隔壁的细孔表面捕集通过隔壁的排气含有的微粒。
第1检测装置包括ECU20。ECU20是具有微型计算机作为主要构成部件的电子控制电路，所述微型计算机包括CPU、ROM、RAM、备用RAM以及接口(I/F)。CPU构成为通过执行存储在存储器(ROM)的指令(例程)，从而实现预定的功能。
ECU20连接于内燃机10的各种致动器(燃料喷射阀11等)。ECU20构成为向这些致动器发送驱动(指示)信号，来对内燃机10进行控制。而且，ECU20构成为与以下所述的各种传感器类连接，并接受来自这些传感器类的信号。
内燃机转速传感器21
内燃机转速传感器(以下，称为“NE传感器”)21构成为，对内燃机10的转速(内燃机转速)NE进行测定，并输出表示该内燃机转速NE的信号。
水温传感器22
水温传感器22配设于缸体部。水温传感器22构成为，对冷却内燃机10的冷却水的温度(冷却水水温THW)进行测定，并输出表示该冷却水水温THW的信号。
加速器踏板操作量传感器23
加速器踏板操作量传感器23构成为，对车辆的加速器踏板23a的操作量(加速器开度)进行检测，并输出表示加速器踏板操作量AP的信号。
气体传感器30
气体传感器30是一单元式的极限电流式气体传感器，配设于构成内燃机10的排气路径的排气管12。气体传感器30配设于比安装于排气管12的DOC13以及DPF14靠下游侧的位置。
气体传感器的构成
接着，参照图2说明气体传感器30的构成。气体传感器30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、扩散阻力部(扩散限速层)61以及加热器71。
固体电解质体41s是包含氧化锆等并具有氧化物离子传导性的薄板体。形成固体电解质体41s的氧化锆例如也可以包括钪(Sc)以及钇(Y)等元素。
第1至第5氧化铝层51a至51e是包含氧化铝的致密(气体不透过性)的层(致密的薄板体)。
扩散阻力部61是多孔性的扩散限速层，且是气体透过性的层(薄板体)。加热器71例如是包含铂(Pt)和陶瓷(例如氧化铝等)的金属陶瓷的薄板体，且是利用通电来发热的发热体。加热器71利用未图示的引线而连接于搭载于车辆的未图示的电源。加热器71构成为，能够通过利用ECU20控制“从该电源供给的电能”来变更发热量。
元件部40的各层从下方起按照第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、扩散阻力部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是由第1氧化铝层51a、固体电解质体41s、扩散阻力部61以及第2氧化铝层51b形成的空间，并构成为经由扩散阻力部61向内部空间SP1中导入作为被检气体的内燃机10的排气。即，内部空间SP1经由扩散阻力部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被导入内部空间SP1内。第1大气导入路SP2由固体电解质体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固定安装于固体电解质体41s的一侧的表面(具体而言，划定内部空间SP1的固体电解质体41s的表面)。第1电极41a是阴极。第1电极41a是包含铂(Pt)作为主要成分的多孔金属陶瓷电极。
第2电极41b固定安装于固体电解质体41s的另一侧的表面(具体而言，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是阳极。第2电极41b是包含铂(Pt)作为主要成分的多孔金属陶瓷电极。
第1电极41a与第2电极41b配置成夹着固体电解质体41s而彼此相对。即，第1电极41a、第2电极41b以及固体电解质体41s构成了具有由氧泵作用实现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被加热至活性化温度。
固体电解质体41s以及第1至第5氧化铝层51a至51e的各层利用例如刮刀法以及挤出成形法等成形为片状。第1电极41a、第2电极41b以及用于向这些电极通电的配线等利用例如丝网印刷法等形成。通过将这些片按上述方式层叠并进行焙烧，从而一体地制造了具有上述那样的构造的元件部40。
此外，构成第1电极41a的材料不限定于上述的材料，例如可以从以包含铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd)等铂族元素或它们的合金等作为主要成分的材料中进行选择。但是，构成第1电极41a的材料只要能够在第1电极41a与第2电极41b之间施加了SOx分解开始电压以上的电压(具体而言，约为0.6V以上的电压)时使经由扩散阻力部61导入到内部空间SP1的排气中含有的SOx还原分解即可，没有特别限定。
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连接于上述ECU20。
电源电路81构成为，能够在第1电极41a与第2电极41b之间、以第2电极41b的电位比第1电极41a的电位高的方式施加预定的电压(以下，也称为“施加电压Vm”)。电源电路81构成为，能够通过利用ECU20进行控制来变更施加电压Vm。
电流计91构成为，对在第1电极41a与第2电极41b之间流动的电流(因此，在固体电解质体41s流动的电流)即输出电流(电极电流)Im进行计测，并将该计测值向ECU20输出。
工作的概要
接着，说明第1检测装置所进行的工作的概要。第1检测装置将气体传感器30的施加电压Vm设定为后述的氧浓度检测用的电压Vaf，并将此时的输出电流Im作为输出电流Iaf2而取得。输出电流Iaf2是根据从内燃机10排出的排气(被检气体)的氧浓度而变化的电流。
而且，如之后详细叙述的那样，第1检测装置使施加电压Vm上升以及下降(即，执行施加电压扫描)，并将在正在使施加电压Vm下降的期间施加电压Vm与再氧化电流检测电压Vsen一致时的输出电流Im作为再氧化电流Is2而取得。如后所述，再氧化电流Is2是根据排气的SOx浓度以及氧浓度而变化的值。并且，第1检测装置将输出电流Iaf2与再氧化电流Is2的差作为参数Ia2而算出。该参数Ia2是根据排气的SOx浓度而变化的值，且是除去了氧浓度的影响的值。并且，第1检测装置基于该参数Ia2来检测排气的SOx浓度。
但是，该参数Ia2受到气体传感器30的个体间的特性差的影响。因此，第1检测装置如后述那样取得表示气体传感器30的个体间的特性差的参数Ia1，并将参数Ia2与参数Ia1的差作为SOx检测用参数Id而算出。第1检测装置使用该SOx检测用参数Id，判定在排气中是否含有预定浓度(阈值浓度)以上的SOx(排气含有的预定浓度以上的SOx的有无)。此外，作为预定浓度(阈值浓度)，可以选择与所期望的检测水平相应的比0％大的任意的浓度。
工作的详细情况(表示氧浓度的输出电流以及氧浓度的检测)
接着，对在检测上述的“根据排气的氧浓度而变化的电流即输出电流Iaf2”时的第1检测装置的工作进行说明。当气体传感器30成为传感器活性的状态时，第1检测装置为了检测输出电流Iaf1，将施加电压Vm设定为氧浓度检测用的电压Vaf(例如，0.3V)，以使第1电极41a成为低电位且第2电极41b成为高电位。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。氧浓度检测用的电压Vaf为在第1电极41a开始氧(O2)的分解的电压(分解开始电压)以上且为可观测到后述的氧的极限电流的电压，并且被设定为小于氧以外的含氧成分的分解开始电压的电压。由此，排气中含有的氧在第1电极41a被还原分解而成为氧化物离子(O2-)。
该氧化物离子经由上述固体电解质体41s向第2电极41b传导而成为氧(O2)，并通过大气导入路SP2向大气中排出。如前所述，由这样的经由固体电解质体41s从阴极(第1电极41a)向阳极(第2电极41b)的氧化物离子的传导实现的氧的移动称为“氧泵作用”。
通过伴随着该氧泵作用的氧化物离子的传导，从而电流在电极41a与电极41b之间流动。在电极41a与电极41b之间流动的电流称为“输出电流Im(或电极电流Im)”。输出电流Im一般具有施加电压Vm越上升而越大的倾向。然而，到达第1电极41a的排气的流量由扩散阻力部61限制，所以伴随着氧泵作用的氧的消耗速度基本不会超过氧向第1电极41a的供给速度。即，第1电极41a(阴极)中的氧的还原分解反应成为扩散限速状态。
当第1电极41a中的氧的还原分解反应成为扩散限速状态时，即使使施加电压Vm上升，输出电流Im也不会增大而成为大致恒定。这样的特性称为“极限电流特性”。出现(观测到)极限电流特性的施加电压的范围称为“极限电流区域”。而且，极限电流区域中的输出电流Im称为“极限电流”。相对于氧的极限电流的大小(极限电流值)与氧向第1电极41a(阴极)的供给速度相对应。如上所述，到达第1电极41a的排气的流量利用扩散阻力部61维持为恒定，所以氧向第1电极41a的供给速度与排气含有的氧的浓度相对应。
因此，在气体传感器30中，将施加电压Vm设定为了“氧的极限电流区域内的预定的电压(例如，0.3V)”时的输出电流(极限电流)Im与排气含有的氧的浓度相对应。第1检测装置将该极限电流Im作为“表示排气的氧浓度的输出电流Iaf2”而取得。
此外，内燃机的空燃比A/F和排气中的氧的浓度存在一对一的关系。因此，也可以是，第1检测装置将氧的极限电流Im与内燃机的空燃比A/F的关系预先存储于ROM，并基于该关系和检测到的氧的极限电流Im来取得内燃机的空燃比A/F。
SOx浓度检测检测原理以及检测方法
接着，对排气(被检气体)中的SOx浓度的检测原理以及检测方法进行说明。此外，在本说明书中，SOx浓度检测是指取得表示排气含有的SOx的浓度的SOx浓度检测用参数、使用该SOx浓度检测用参数对排气含有的SOx的浓度本身进行检测(测定)、以及使用该SOx浓度检测用参数进行在排气中是否含有预定浓度以上的SOx的判定中的任一个。
另外，上述氧泵作用对于在分子中包含氧原子的“SOx(硫氧化物)以及H2O(水)等”的含氧成分也会发生。即，当在第1电极41a与第2电极41b之间施加这些化合物各自的分解开始电压以上的电压时，这些化合物各自被还原分解，由此会产生氧化物离子。该氧化物离子利用“氧泵作用”被从第1电极41a向第2电极41b传导。由此，输出电流Im在第1电极41a与第2电极41b之间流动。
然而，排气中含有的SOx的浓度极低，因SOx的分解而产生的电流也极小。而且，因SOx以外的含氧成分(例如，水以及二氧化碳等)分解而产生的电流也在第1电极41a与第2电极41b之间流动。因此，难以精度良好地仅检测因SOx产生的输出电流。
因此，本申请的发明人专心地进行了研究，结果，认识到：在检测SOx浓度时，执行使升压扫描以及“预定的扫描速度下的降压扫描”为一个循环的施加电压扫描，由此能够精度良好地检测SOx浓度。
升压扫描是使施加电压Vm从下限电压Va1逐渐上升至上限电压Va2的处理。降压扫描是使施加电压Vm从上限电压Va2逐渐下降至下限电压Va1的处理。此外，下限电压Va1以及上限电压Va2是将第1电极41a的电位作为基准了的第2电极41b的电位，且为正的电压值。
下限电压Va1被设定为比SOx的分解开始电压(约为0.6V)低且比氧的极限电流区域内的施加电压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。由于氧的极限电流区域内的施加电压的最小值依存于内燃机的空燃比A/F，所以优选第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电压范围的下限值例如为0.2至0.45V的范围内的电压，第1电压范围的上限值为0.6V。即，下限电压Va1从0.2V以上且小于0.6V的范围选取。
上限电压Va2被设定为比SOx的分解开始电压(约为0.6V)高且比固体电解质体41s不会被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，上限电压Va2从比0.6V高且为2.0V以下的范围选取。
在正在进行升压扫描的期间，当施加在第1电极41a与第2电极41b之间的施加电压Vm成为SOx的分解开始电压以上时，如图3A所示，在第1电极41a(阴极)排气含有的SOx被还原分解为S和O2-。
结果，SOx的还原分解生成物(S(硫))吸附于第1电极41a(阴极)。
在正在进行降压扫描的期间，当施加电压Vm小于SOx的分解开始电压时，如图3B所示，发生形成于第1电极41a(阴极)的S和O2-发生反应而生成SOx的反应(以下，有时称为“S(硫)的再氧化反应”)。此时，由于“S的再氧化反应”，导致输出电流Im如后所述那样发生变化。此外，将伴随着该“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”。
另外，根据发明人的研究，明确了：有时根据降压扫描的扫描速度(每预定的经过时间的电压下降量)，不会出现对于SOx浓度检测有意义的再氧化电流变化。关于这一点，参照图4A以及图4B进行说明。
图4A是示出将扫描周期(即，升压扫描所需的时间与降压扫描所需的时间之和、施加电压扫描的周期)设定为1秒并执行了施加电压扫描时的施加电压Vm与输出电流Im的关系的示意性图表。图4B是示出以比图4A所示的例子慢的扫描速度(扫描周期为20秒)执行了施加电压扫描时的施加电压Vm与输出电流Im的关系的示意性图表。此外，在该情况下的施加电压Vm的波形为图7B所示的正弦波形。
当对两者进行比较时，相比于图4B的例子，施加电压扫描的扫描速度更快的图4A的例子在比SOx的分解开始电压(0.6V)小的电压范围，更明确地示出了由线L1示出的“被检气体的SOx浓度为0ppm时的输出电流Im”与由线L2示出的“被检气体的SOx浓度为130ppm时的输出电流Im”之差(电流值的差)。即，在图4A的例子中，示出了对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认为如下所述。
即，在使扫描速度比预定速度慢的情况下，在正在进行降压扫描时，S的再氧化反应连续且逐渐地进行，所以不会出现有意义的再氧化电流变化。另一方面，认为，在使扫描速度比预定的扫描速度快的情况下，在正在进行降压扫描时，在S的再氧化反应不怎么进行的状态下施加电压降低，当施加电压成为“S的再氧化反应成为活跃的某一电压范围”的电压时，S的再氧化反应急剧地进行。由此，出现对SOx浓度检测有意义的电流变化。
这样，根据进行了降压扫描时的扫描速度，产生出现对SOx浓度检测有意义的电流变化的情况和不出现对SOx浓度检测有意义的电流变化的情况。因此，在进行降压扫描时，需要使扫描速度为出现表示再氧化电流变化的有意义的电流变化那样的预定速度。该预定速度能够通过预先进行实验而设定为出现表示再氧化电流变化的有意义的电流变化的适当的速度。
根据实验，例如明确了：在将图7B所示的正弦波形的电压施加在第1电极41a与第2电极41b之间的情况下，优选设定为成为预定范围的频率F(典型而言为0.1Hz以上且5Hz以下的范围)那样的扫描速度。该预定范围的频率F的下限值可以根据如下观点来确定：若小于该下限值则无法获得对SOx浓度检测有意义的信号差(再氧化电流变化)。该预定范围的频率F的上限值可以根据如下观点来确定：若大于该上限值则SOx浓度以外的其他电流变化主要原因(具体而言，固体电解质体41s的容量等)的贡献会变大。
另一方面，根据实验，明确了：在将如图7C所示那样的、伴随着电容器的充放电产生的非正弦波形的电压施加在第1电极41a与第2电极41b之间的情况下，优选设定为电压切换波形的响应时间常数T1成为预定范围(典型而言为0.1秒以上且5秒以下的范围)那样的扫描速度。此外，在本说明书中，响应时间常数T1是施加电压从下限电压Va1变化为上限电压Va2(或者与此相反)所需的时间。
此外，当将上述的频率F以及响应时间常数T1的预定范围换算为降压扫描所需的时间(即，从上限电压Va2到达下限电压Va1为止的时间)时，成为0.1秒以上且5秒以下的范围。因此，该时间优选为0.1秒以上且5秒以下的范围。
而且，明确了：“再氧化电流变化”如参照图5A以及图5B在后所述那样主要强烈地依存于排气(被检气体)中的S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，“硫氧化物以外的含氧成分”的分解物(例如，水的分解物即氢等)不吸附于第1电极41a，所以在正在进行降压扫描的期间，那样的“硫氧化物以外的含氧成分”的分解物在该第1电极41a进行再氧化反应而返回到含氧成分的现象实质上不会发生。因此，若利用再氧化电流变化，则能够精度良好地检测排气中的SOx浓度。
例如，基于在降压扫描中施加电压Vm成为了“作为小于SOx的分解开始电压的电压的再氧化电流检测电压Vsen(例如，0.4V)时的输出电流Im(以下，将此时的输出电流Im也称为“再氧化电流Is”)”，能够精度良好地检测排气中的SOx浓度。图5A是示意性地示出了一边将内燃机的空燃比维持为恒定一边将排气(被检气体)含有的SOx的浓度变化为各种值、并将施加电压范围以及扫描速度设定为相同条件而执行了施加电压扫描时的施加电压(正弦波形的施加电压)Vm与输出电流Im的关系的图表。根据图5A所示的例子，能够确认：随着排气中的SOx的浓度变大，再氧化电流检测电压Vsen(＝0.4V)的输出电流Im(即，再氧化电流Is)变小。这样，再氧化电流Is是表示SOx的再氧化电流变化的参数。
图5B是示出了将排气(被检气体)含有的H2O的浓度变化为各种值并执行了与图5A的情况相同的条件下的施加电压扫描时的、SOx浓度与再氧化电流检测电压Vsen下的输出电流Im(即，再氧化电流Is)的关系的图表。根据图5B所示的例子，能够确认：再氧化电流检测电压Vsen下的输出电流Im(再氧化电流Is)依存于排气中的SOx浓度，但不依存于排气中的H2O的浓度。
根据如上所述，可以理解到：通过利用再氧化电流变化，能够精度良好地检测排气中的SOx的浓度而不会受到排气中的“SOx以外的含氧成分(例如，水)”的影响。
另一方面，再氧化电流检测电压Vsen下的输出电流Im(再氧化电流Is)的大小自身依存于排气中含有的氧的浓度而变化。这是因为：在输出电流Im中包括以因排气中含有的氧被还原分解而产生的氧化物离子(O2-)的移动为起因的电流成分。因此，第1检测装置在即将开始用于取得再氧化电流Is的施加电压扫描之前对基于排气中含有的氧的输出电流Iaf进行检测，将通过从之后得到的再氧化电流Is减去输出电流Iaf而得到的值作为SOx检测用参数而取得。
另外，本申请的发明人进行进一步研究，明确了：在使用相同类型的气体传感器(气体传感器30)即气体传感器A以及气体传感器B在同一实验条件下使施加电压扫描进行了一个循环的情况下取得了的输出电流Im，如图6所示，有时示出互相不同的输出电流特性(施加电压-输出电流特性)。这样的输出电流特性的不同认为是因气体传感器30的个体差异(气体传感器30的个体特性的不同)而出现的。具体而言，气体传感器30的个体差异包括以下。
·第1电极41a的面积以及第2电极41b的面积的在气体传感器30之间的不同(不均)
·固体电解质41s的体积的在气体传感器30之间的不同(不均)
·因经年劣化而导致的固体电解质的阻抗以及容量的不同(不均)
以该气体传感器30的个体间的输出电流特性的不同为起因，即使排气的SOx浓度相同，在降压扫描中施加电压Vm成为了再氧化电流检测电压Vsen时的输出电流Im(再氧化电流Is)也在气体传感器30的个体间不同。结果，SOx检测用参数也在气体传感器30的个体间不同。
与此相对，通过从再氧化电流Is(或上述SOx检测用参数)除去因气体传感器30的个体差异而变化的电流部分，从而求出最终的SOx检测用参数，若使用该最终的SOx检测用参数来检测SOx浓度，则可以期待能够与气体传感器30的个体差异无关地、进一步精度良好地检测SOx浓度。因此，第1检测装置如以下那样将差Id作为不依存于气体传感器30的个体差异的SOx检测用参数Id而算出，通过使用该参数Id来进行SOx浓度的检测。
更具体而言，如图7A所示，当成为内燃机10的启动开始了的时间点即时刻t0时，第1检测装置以利用加热器71对固体电解质体41s进行加热的方式开始对加热器71的控制。由此，固体电解质体41s被升温至出现氧化物离子传导性的温度(之后，有时称为“活性化温度”。)以上的预定的温度。
在时刻t1，伴随着固体电解质体41s的温度(传感器元件温度)成为活性化温度以上，而元件阻抗变得比传感器活性判定值低，气体传感器30成为传感器活性的状态。于是，第1检测装置开始用于检测表示排气的氧浓度的输出电流Im(Iaf1)的处理。此外，在时刻t0，第1检测装置开始在第1电极41a与第2电极41b之间施加上述的氧浓度检测用的电压Vaf(具体而言为0.3V)。当固体电解质体41s的温度成为活性化温度以上时，在施加电压Vm被设定为了氧浓度检测用的电压Vaf的情况下，氧分子被分解并出现氧泵作用，但氧以外的含氧成分(包括SOx)的气体不会被分解。
第1检测装置从时刻t1起连续地检测输出电流Im。并且，在时刻t2，当满足SOx检测开始条件时(即，当内燃机的空燃比A/F成为稳定了的状态且满足后述的其他条件时)，第1检测装置将在即将时刻t2之前检测到的输出电流Im(即，施加电压Vm被设定为了氧浓度检测用的电压Vaf时的输出电流Im)作为第1电流Iaf1而取得(存储)。
接着，从时刻t2起，第1检测装置开始用于进行排气中的SOx浓度检测的处理的施加电压控制，进行该施加电压控制直至即将时刻t6之前的时间点，由此进行SOx浓度检测的处理。
具体而言，第1检测装置进行如下施加电压控制，该施加电压控制包括：至少一个循环(在本例中为2个循环)的下述的第1施加电压扫描；接着、将施加电压Vm在预定期间(在本例中为1秒)保持为A/F检测施加电压Vaf的A/F检测用电压的施加；以及接着、至少一个循环(在本例中为2个循环)的下述的第2施加电压扫描。
即，第1检测装置从时刻t2起将第1施加电压扫描执行2个循环。第1施加电压扫描的一个循环包括：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；和在该升压扫描之后使施加电压Vm从第2电压V2逐渐减少至第1电压V1的降压扫描。此外，为了方便，也将第1施加电压扫描的升压扫描称为“第1升压扫描”。为了方便，也将第1施加电压扫描的降压扫描称为“第1降压扫描”。而且，将第1施加电压扫描的扫描电压范围(即，从第1电压V1到第2电压V2为止的电压范围)称为“第1扫描电压范围”。
第1检测装置将在第2次(第1施加电压扫描的第2个循环)的第1降压扫描中施加电压Vm成为了再氧化电流检测电压Vsen(＝0.4V)时(参照时刻t3)的输出电流Im作为第2电流Is1而取得(存储)。
第1电压V1以与已述了的下限电压Va1相同的方式被设定为从第1电压范围(0.2V以上且小于0.6V的范围)中选取的电压。在本例中，第1电压V1被设定为0.3V。第2电压V2被设定为比第1电压V1高的电压且为SOx的分解开始电压以下的电压。具体而言，第2电压V2被设定为比0.3V高且0.6V以下的电压。在本例中，第2电压V2被设定为作为小于SOx的分解开始电压的电压的0.5V。因此，在第1升压扫描中实质上排气含有的SOx没有被还原分解为S和O2-，所以作为SOx的还原分解生成物的S实质上不吸附于第1电极41a。结果，在第1降压扫描中，吸附于第1电极41a的S与O2-发生反应的“S的再氧化反应”实质上不会发生。因此，第2电流Is1成为不受到排气中的SOx浓度的影响而受到排气的氧浓度的影响和由气体传感器30的个体差异导致的影响的值。
气体传感器30的个体差异对第2电流Is1的影响与气体传感器30的个体差异对后述的第4电流Is2的影响相同、或更接近，所以第1施加电压扫描的扫描速度优选设定为与后述的第2施加电压扫描的扫描速度相同。“第1施加电压扫描的扫描速度”与“第2施加电压扫描的扫描速度”相同，是指由以下的式(1)算出的“升压扫描的扫描速度”(即，每单位时间的电压变化量)以及由式(2)算出的“降压扫描的速度”这双方相同。式(1)：“升压扫描的扫描速度”＝“上限电压-下限电压”÷“从下限电压到达上限电压的时间”，式(2)：“降压扫描的扫描速度”＝“上限电压-下限电压”÷“从上限电压到达下限电压的时间”。
此外，第1扫描电压范围也可以是第2电流Is1从排气中的SOx受到的影响非常小的电压范围(即，SOx的还原分解以及再氧化反应几乎不发生那样的电压范围)。在该情况下，第2电压V2也可以设定为比第1电压V1高的电压且为比SOx的分解开始电压高出预定值的电压。作为该预定值，具体而言，从比0V大且为0.1V以下的范围选取。
在刚时刻t3之后，当第2个循环的第1施加电压扫描结束时，第1检测装置使施加电压Vm在预定期间(在本例中为1秒)保持为氧浓度检测用的电压Vaf(具体而言为0.3V)。并且，第1检测装置将在即将从第1施加电压扫描的结束时间点起经过1秒的时刻t4之前检测到的输出电流Im(即，施加电压Vm为氧浓度检测用的电压Vaf时的输出电流Im)作为第2电流Iaf2而取得(存储)。
第1检测装置从时刻t4起将第2施加电压扫描(SOx再氧化电流检测用的电压施加扫描)执行2个循环。第2施加电压扫描的一个循环包括：使施加电压Vm从第3电压V3逐渐增大至第4电压V4的升压扫描；和在该升压扫描之后使施加电压Vm从第4电压V4减少至第3电压V3的降压扫描。此外，为了方便，也将第2施加电压扫描的升压扫描称为“第2升压扫描”。为了方便，也将第2施加电压扫描的降压扫描称为“第2降压扫描”。而且，将第2施加电压扫描的扫描电压范围(即，从第3电压V3到第4电压V4为止的电压范围)称为“第2扫描电压范围”。
第1检测装置将在第2次(第2施加电压扫描的第2个循环)的第2降压扫描中施加电压Vm成为了再氧化电流检测电压Vsen(＝0.4V)时(参照时刻t5)的输出电流Im作为第4电流Is2而取得(存储)。
第2施加电压扫描是为了取得表示再氧化电流变化的参数(第4电流Is2)而执行的施加电压控制。因此，第2施加电压扫描的电压范围的下限电压即第3电压V3设定为与已述的下限电压Va1相同。而且，该电压范围的上限电压即第4电压V4设定为比已述的第2电压高的电压且与已述的上限电压Va2相同。具体而言，第3电压V3设定为0.3V，第4电压设定为0.8V。而且，第2施加电压扫描的扫描速度被设定为上述的速度(从第4电压V4降压至第3电压V3所需的时间成为0.1秒以上且5秒以下的范围的速度)。结果，第4电流Is2成为与排气的SOx浓度相应的值。而且，第4电流Is2成为受到排气的氧浓度的影响和由气体传感器30的个体差异导致的影响的值。
在时刻t6，当SOx浓度检测所需的施加电压控制结束时，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t6将施加电压Vm设定为氧浓度检测用的电压(0.3V)。
第1检测装置通过从第1电流Iaf1减去第2电流Is1，从而算出第1参数Ia1(＝第1电流Iaf1-第2电流Is1)。如前所述，第2电流Is1不依存于排气中的SOx浓度，但受到排气中的氧浓度的影响而变化。另一方面，排气中的氧浓度对第2电流Is1的影响程度表现在第1电流Iaf1。因此，第1电流Iaf1与第2电流Is1的差即第1参数Ia1是不受到或几乎不受到排气中的氧浓度的影响以及SOx浓度的影响中的任一个影响且反映了气体传感器30的个体差异的影响的值。
而且，第1检测装置使用第3电流Iaf2以及第4电流Is2而算出第2参数Ia2(＝第3电流Iaf2-第4电流Is2)。如前所述，第4电流Is2受到排气中的SOx浓度以及排气中的氧浓度的影响而变化。另一方面，排气中的氧浓度对第4电流Is2的影响程度表现在第3电流Iaf2。因此，第3电流Iaf2与第4电流Is2的差即第2参数Ia2是不受到或几乎不受到排气中的氧浓度的影响且根据SOx浓度而变化、并且反映了气体传感器30的个体差异的影响的值。
因此，第1检测装置通过从第2参数Ia2减去第1参数Ia1来算出用于评价SOx浓度的SOx检测用参数(差Id(＝Ia2-Ia1))。该差Id是除去了气体传感器30的个体差异的影响且也除去了由氧浓度导致的影响的值。因此，差Id精度良好地表示排气中的SOx浓度，因此，是作为SOx检测用参数适当的值。并且，第1检测装置使用该SOx检测用参数Id(差Id)来进行SOx浓度检测。
如根据以上内容所理解的那样，第1检测装置通过使用实际上除去了气体传感器30的个体特性的影响的SOx检测用参数(差Id)，从而检测SOx浓度。因而，能够精度良好地检测SOx浓度。
接着，使用气体传感器30的等效电路来追加说明上述的SOx检测用参数Id精度良好地表示SOx浓度的理由。图8A示出了进行了第2施加电压扫描的情况下的气体传感器30的等效电路，图8B示出了进行了第1施加电压扫描的情况下的气体传感器30的等效电路。此外，图8A以及图8B的块S1的电阻R1为气体传感器30的固定电解质主体(英文：bulk)的电阻，电阻R2是固定电解质晶界的电阻，容量C2是气体传感器30的固定电解质晶界的容量。图8A的块S2s的电阻R3s是电极界面的电阻，块S2s的容量C3s是电极界面的容量。同样地，图8B的块S2的电阻R3是电极界面的电阻，块S2的容量C3是电极界面的容量。
在进行了上述的第2施加电压扫描的情况下，可观测到由图9的线c2或线d2示出那样的输出电流Im2。能够认为：该输出电流Im2可以通过将以下的两个电流部分(Im2a、Im2b)重叠来观测。
输出电流部分Im2a
输出电流部分Im2a是以气体传感器30的个体特性为起因的输出电流部分。具体而言，输出电流部分Im2a是因图8A的块S1的“电阻R1、电阻R2以及容量C2”而变化的输出电流部分。
输出电流部分Im2b
输出电流部分Im2b是以受到了SOx的分解反应、S向电极的吸附以及S的再氧化反应等的影响(以下，称为“SOx反应等的影响”)的电极界面为起因的输出电流部分。具体而言，输出电流部分Im2b是因图8A的块S2s的“电阻R3s以及容量C3s”而变化的输出电流部分。
另一方面，当将扫描速度设定为与第2施加电压扫描实质上相同的速度、并使从施加电压扫描的下限电压到上限电压为止的扫描电压范围与第2施加电压扫描不同地进行施加电压扫描时，可观测到与输出电流Im2不同的电流特性的输出电流。在该情况下，以气体传感器30的个体特性(即，块S1的电阻R1、电阻R2以及容量C2)为起因的输出电流部分Im2a实质上不变化。然而，电极界面受到SOx反应等的影响而状态发生变化。因此，以电极界面为起因的输出电流部分Im2b根据电极界面的变化(即，从电阻R3向电阻R3s的变化、以及从容量C3向容量C3s的变化)而变化。这认为是可观测到具有与输出电流Im2不同的特性的输出电流的理由。
因此，若进行以与第2施加电压扫描实质上相同的扫描速度且为与第2扫描电压范围不同的第1扫描电压范围的第1施加电压扫描，则可以得到下述的输出电流部分Im1a以及Im1b重叠了的输出电流Im1。此外，第1扫描电压范围是电极界面受到的SOx反应等的影响实质上没有或非常小的电压范围(即，SOx的还原分解以及再氧化反应基于不发生那样的电压范围)。
输出电流部分Im1a
输出电流部分Im1a是以气体传感器30的个体特性为起因的输出电流部分。具体而言，输出电流部分Im1a是因图8B的块S1的“电阻R1、电阻R2以及容量C2”而变化的输出电流部分，与输出电流部分Im2a实质上相等。
输出电流部分Im1b
输出电流部分Im1b是以不受到SOx反应等的影响的电极界面为起因的输出电流部分。具体而言，输出电流部分Im1b是因图8B的块S2的“电阻R3以及容量C3”而变化的输出电流部分。
如根据以上内容所理解的那样，若利用输出电流Im2以及输出电流Im1，则能够提取出“以仅受到了SOx反应等的影响的电极界面为起因的输出电流部分”。即，由于下式ID＝Im2-Im1＝(Im2a+Im2b)-(Im1a+Im1b)＝Im2b-Im1b成立，所以输出电流Im2与输出电流Im1的差ID成为实质上除去了以气体传感器30的个体特性(电阻R1、电阻R2以及容量C2)为起因的输出电流部分的值，且可以视为“以仅受到了SOx反应等的影响的电极界面为起因的输出电流部分”。
因此，基于输出电流Im2取得的且除去了氧浓度的影响的第2参数Ia2、与至少基于输出电流Im1取得的且除去了氧浓度的影响的第1参数Ia1的差Id(＝Ia2-Ia1)是实质上除去了气体传感器30的个体特性的影响的参数，且是精度良好地表示SOx浓度的参数。
图9所示的图表示出为了确认上述内容而使用与气体传感器30均为同类型的气体传感器C以及气体传感器D进行了的实验结果。在该实验中，氧浓度为0％，水的浓度被维持为恒定(5％)。因此，关于再氧化电流Is，不需要考虑氧浓度以及水浓度的影响。
在图9中，各曲线如下。
实线c1：关于气体传感器C进行了第1施加电压扫描时的输出电流
实线c2：关于气体传感器C进行了第2施加电压扫描时的输出电流
虚线d1：关于气体传感器D进行了第1施加电压扫描时的输出电流
虚线d2：关于气体传感器D进行了第2施加电压扫描时的输出电流
当参照图9时，关于第2降压扫描中的再氧化电流检测电压Vsen(0.4V)下的输出电流Im(即，再氧化电流)，对于气体传感器C而言为再氧化电流IsC2，对于气体传感器D而言为再氧化电流IsD2，它们的差的大小(＝|IsD2-IsC2|)大。
另一方面，关于第1降压扫描中的再氧化电流检测电压Vsen下的输出电流Im，对于气体传感器C而言为电流IsC1，对于气体传感器D而言为电流IsD1。因此，可以理解到：对于气体传感器C而言的电流差dIC(＝IsC1-IsC2)、与对于气体传感器D而言的电流差dID(＝IsD1-IsD2)为大致相等的值。根据以上内容也可以说：SOx检测用参数Id(差Id)是实质上除去了气体传感器30的个体间的特性的影响且精度良好地表示排气的SOx浓度的参数。因此，第1检测装置通过使用这样的SOx检测用参数Id，能够精度良好地检测SOx浓度。
具体的工作
接着，说明第1检测装置的具体的工作。每经过预定时间，ECU20的CPU(以下，仅称为“CPU”)执行由图10至图14的流程图示出的例程中的各例程。
此外，在这些例程中使用的下述的标志的值在搭载于车辆的未图示的点火钥匙开关从断开位置向接通位置变更了时、在由CPU执行的初始例程中设定为“0”。
传感器活性标志Xact
传感器活性标志Xact在其值为“1”的情况下表示气体传感器30为“传感器活性的状态”。传感器活性标志Xact在其值为“0”的情况下表示气体传感器30不为“传感器活性的状态”(处于传感器非活性状态)。
第1取得完成标志Xa1
第1取得完成标志Xa1在其值为“1”的情况下表示在当前时间点第1参数Ia1的算出所需的“第1电流Iaf1以及第2电流Is1”的取得完成了。第1取得完成标志Xa1在其值为“0”的情况下表示在当前时间点“第1电流Iaf1以及第2电流Is1”中的至少一方的取得未完成。
第2取得完成标志Xa2
第2取得完成标志Xa2在其值为“1”的情况下表示在当前时间点第2参数Ia2的算出所需的“第3电流Iaf2以及第4电流Is2”的取得完成了。第2取得完成标志Xa2在其值为“0”的情况下表示在当前时间点“第3电流Iaf2以及第4电流Is2”中的至少一方的取得未完成。
第1扫描执行标志Xsw1
第1扫描执行标志Xsw1在其值为“1”的情况下表示在当前时间点第1施加电压扫描处于执行中。第1扫描执行标志Xsw1在其值为“0”的情况下表示在当前时间点第1施加电压扫描不处于执行中。
第2扫描执行标志Xsw2
第2扫描执行标志Xsw2在其值为“1”的情况下表示在当前时间点第2施加电压扫描处于执行中。第2扫描执行标志Xsw2在其值为“0”的情况下表示在当前时间点第2施加电压扫描不处于执行中。
第1电压保持处理完成标志X1hk
第1电压保持处理完成标志X1hk在其值为“1”的情况下表示在当前时间点第1电压保持处理完成了。第1电压保持处理完成标志X1hk在其值为“0”的情况下表示在当前时间点第1电压保持处理未完成。
SOx浓度检测完成标志XSOx
SOx浓度检测完成标志XSOx在其值为“1”的情况下表示在当前时间点SOx浓度检测完成了。SOx浓度检测完成标志XSOx在其值为“0”的情况下表示在当前时间点SOx浓度检测未完成。
当成为预定的定时时，CPU从图10所示的传感器活性判定例程的步骤1000起开始处理，前进至步骤1010，判定传感器活性标志Xact的值是否为“0”。
在当前时间点为点火钥匙开关刚向接通位置变更了之后，传感器活性标志Xact的值为“0”。在该情况下，CPU在步骤1010中判定为“是”并前进至步骤1020，判定是否为发动机启动后(内燃机10启动后)。
在是发动机启动后的情况下，CPU在步骤1020中判定为“是”并前进至步骤1030，利用公知的方法判定气体传感器30是否正常。例如，CPU在内燃机10的上次的运转中为A/F检测中(即，将施加电压Vm向氧浓度检测用的电压Vaf设定中)的情况下、在内燃机10的运转状态从燃料喷射状态向燃料切断状态变化了时，当输出电流Im不变化时，判定为气体传感器30为异常，并将该内容存储于备用RAM，所述备用RAM即使在点火钥匙开关断开期间也能保持存储内容。并且，CPU在本例程的步骤1030中，基于该备用RAM的存储内容，判定气体传感器30是否正常。
在气体传感器30为正常的情况下，CPU在步骤1030中判定为“是”并前进至步骤1040，基于在第1电极41a与第2电极41b之间施加了电压(例如，高频电压)时的输出电流Im，对元件温度控制用的元件阻抗(固体电解质体41s的内部电阻)进行检测(例如，参照日本特开平10-232220、日本特开2002-71633)。
然后，CPU在依次执行了以下所述的步骤1050以及步骤1060的处理之后，前进至步骤1070。CPU执行由目标阻抗反馈实现的加热器通电控制(步骤1050)。即，作为温度信息以使在步骤1040中取得了的元件阻抗与预先设定了的目标阻抗一致的方式控制加热器71的通电(例如，参照日本特开2002-71633以及日本特开2009-53108等)。CPU在第1电极41a与第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Vaf(具体而言为0.3V)(步骤1060)。即，CPU将施加电压Vm设定为氧浓度检测用的施加电压Vaf。
当前进至步骤1070时，CPU判定气体传感器30是否处于活性(是否为传感器活性)。具体而言，CPU判定在步骤1040中取得了的元件阻抗是否为比传感器活性判定值小的值。在气体传感器30不为传感器活性的情况下，CPU在步骤1070中判定为“否”并前进至步骤1095，暂且结束本例程。
与此相对，在气体传感器30为传感器活性的情况下，CPU在步骤1070中判定为“是”并前进至步骤1080，将传感器活性标志Xact的值设定为“1”。然后，CPU前进至步骤1095，暂且结束本例程。
此外，在CPU执行步骤1010的处理的时间点、传感器活性标志Xact的值不为“0”的情况下，CPU在步骤1010中判定为“否”并前进至步骤1095，暂且结束本例程。而且，在CPU执行步骤1020的处理的时间点不是发动机启动后的情况下，CPU在步骤1020中判定为“否”并前进至步骤1095，暂且结束本例程。而且，在CPU执行步骤1030的处理的时间点气体传感器30不为正常的情况下，CPU在步骤1030中判定为“否”并前进至步骤1095，暂且结束本例程。
接着，参照图11说明SOx检测例程1。当成为预定的定时时，CPU从图11的步骤1100起开始处理并前进至步骤1105，判定传感器活性标志Xact的值以及第1取得完成标志Xa1是否均为“0”。
SOx检测例程1实质上在气体传感器30成为传感器活性且传感器活性标志Xact的值被设定为了“1”的时间点以后、在第1取得完成标志Xa1的值为“0”的情况(第1电流Ia1以及第2电流Is1的取得未完成的情况)下发挥功能。
因此，在传感器活性标志Xact的值不为“1”的情况下(即，在传感器活性标志Xact的值为“0”的情况下)或在第1取得完成标志Xa1的值为“1”的情况下，CPU在步骤1105中判定为“否”并前进至步骤1195，暂且结束本例程。
与此相对，在传感器活性标志Xact的值通过图10的步骤1080的处理而被设定为“1”、且第1取得完成标志Xa1的值为“0”的情况下，CPU在步骤1105中判定为“是”并前进至步骤1110，判定表示第1施加电压扫描是否处于执行中的第1扫描执行标志Xsw1的值是否为“0”。
在第1扫描执行标志Xsw1的值为“0”的情况下，CPU在步骤1110中判定为“是”并前进至步骤1115，基于从气体传感器30取得了的输出电流Im，对氧浓度进行检测，将该氧浓度应用于预定的查找表(也称为“映射”)，由此算出内燃机的空燃比A/F，然后前进至步骤1120。此外，执行步骤1110的处理的时间点在开始第1施加电压扫描的执行之后、在第1扫描执行标志Xsw1的值为“1”的情况下(参照后述的步骤1145)，CPU在步骤1110中判定为“否”并直接前进至步骤1120。
当前进至步骤1120时，CPU基于从各种传感器(NE传感器21以及水温传感器22等)取得了的信息，判定是否满足了构成下述的SOx检测条件的所有条件。在满足了下述的所有条件时，SOx检测条件成立。
SOx检测条件
·内燃机10为预热后的状态(即，冷却水水温THW为预热水温THWth以上)。
·气体传感器30为传感器活性。
·不为燃料切断(fuel cut)状态。
·内燃机的空燃比A/F稳定了。即，内燃机10的运转状态为怠速状态、或车辆的运转状态为稳定行驶状态。此外，通过判定“加速器踏板操作量AP为“0”且内燃机转速NE为预定转速以下的状态”是否持续了预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“加速器踏板操作量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”是否持续了预定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。
·在点火钥匙开关从断开位置向接通位置变更了之后向断开位置变更之前(即，在此次的内燃机10的启动后)，一次也不进行SOx浓度检测(SOx浓度检测完成标志XSOx的值不为“1”)。
在SOx检测条件成立了的情况下，CPU在步骤1120中判定为“是”并前进至步骤1125，判定第1扫描执行标志Xsw1的值是否为“0”。如后所述，在第1扫描执行标志Xsw1的值为“1”的情况下，已经取得了在即将进行第1施加电压扫描之前的(用于A/F检测的)第1电流Iaf1(参照步骤1130以及步骤1145)。因而，在第1扫描执行标志Xsw1的值为“0”的情况下，第1电流Iaf1仍未被取得。
因此，在第1扫描执行标志Xsw1的值为“0”的情况下，CPU在步骤1125中判定为“是”并前进至步骤1130，将该时间点的输出电流Im作为第1电流Iaf1(施加电压Vm为氧浓度检测用的电压Vaf时的输出电流Im)而取得且将其存储于RAM。而且，CPU基于该取得了的第1电流Iaf1，对氧浓度进行检测，将该氧浓度应用于预定的查找表，由此算出内燃机的空燃比A/F。
然后，CPU前进至步骤1135，通过将基于取得了的第1电流Iaf1算出了的空燃比A/F应用于查找表M1，从而决定第1施加电压扫描的第1扫描电压范围(下限电压(第1电压V1)以及上限电压(第2电压V2))、施加电压扫描速度以及再氧化电流检测电压Vsen。然后，CPU前进至步骤1140。
与此相对，在CPU执行步骤1125的处理的时间点第1扫描执行标志Xsw1的值不为“0”的情况下，CPU在该步骤1125中判定为“否”，直接前进至步骤1140。
当前进至步骤1140时，CPU利用在步骤1135中决定了的扫描条件(施加电压扫描速度以及扫描电压范围)执行第1施加电压扫描。即，利用该扫描条件执行施加正弦波的电压的2个周期量的处理。此外，在步骤1140的处理的时间点已经执行了第1施加电压扫描的情况下，CPU继续该施加电压扫描的执行。
然后，CPU前进至步骤1145，将第1扫描执行标志Xsw1的值设定为“1”。接着，CPU前进至步骤1150，判定当前时间点是否为第2电流Is1的取得定时。具体而言，CPU判定是否处于第1施加电压扫描的第2个循环的第1降压扫描中、且判定施加电压Vm是否与再氧化电流检测电压Vsen一致。在当前时间点为第2电流Is1的取得定时的情况下，CPU在步骤1150中判定为“是”并前进至步骤1155，将该时间点的输出电流Im作为第2电流Is1而取得且将其存储于RAM。然后，CPU前进至步骤1160。
与此相对，在CPU执行步骤1150的处理的时间点、该时间点不为第2电流Is1的取得定时的情况下，CPU在该步骤1150中判定为“否”，直接前进至步骤1160。
当前进至步骤1160时，CPU判定第1施加电压扫描是否结束了2个循环。
在第1施加电压扫描未结束2个循环的情况下，CPU在步骤1160中判定为“否”并直接前进至步骤1195，暂且结束本例程。与此相对，在第1施加电压扫描结束了2个循环的情况下，CPU在步骤1160中判定为“是”，依次进行以下所述的步骤1165以及步骤1170的处理并前进至步骤1195，暂且结束本例程。
CPU将第1扫描执行标志Xsw1的值设定为“0”(归零)(步骤1165)。CPU将第1取得完成标志Xa1的值设定为“1”(步骤1170)。
此外，在执行步骤1120的处理的时间点、未满足SOx检测条件的情况下，CPU在步骤1120中判定为“否”并前进至步骤1175，将施加电压Vm设定为氧浓度检测用的施加电压Vaf，将第1扫描执行标志Xsw1的值以及第1取得完成标志Xa1的值均设定为“0”(归零)。然后，CPU前进至步骤1195，暂且结束本例程。
通过执行该图11的例程，从而取得第1电流Iaf1以及第2电流Is1并将其存储于RAM。
接着，参照图12说明SOx检测例程2。当成为预定的定时时，CPU从图12的步骤1200起开始处理并前进至步骤1210，判定第1取得完成标志Xa1的值是否为“1”且第1电压保持处理完成标志X1hk的值是否为“0”。
SOx检测例程2实质上在输出电流Ia1以及输出电流Is1这双方的取得完成了且第1取得完成标志Xa1的值为“1”、并且第1电压保持处理完成标志X1hk的值为“0”的情况下发挥功能。
在第1取得完成标志Xa1的值为“1”且第1电压保持处理完成标志X1hk的值为“0”的情况下，CPU在步骤1210中判定为“是”并前进至步骤1220，将施加电压Vm设定为氧浓度检测用(即，A/F检测用)的施加电压Vaf(具体而言为0.3V)。
然后，CPU前进至步骤1230，判定计时(英文：timer)t1是否为预先设定了的预定时间t1th以上。此外，将该预定时间t1th设定为比0大的任意的值(例如，与1秒相当的值)。计时t1的值构成为在上述的初始例程中被设定为“0”。
在计时t1小于预定时间t1th的情况下，CPU在步骤1230中判定为“否”并前进至步骤1260，使计时t1的值增加“1”。然后，CPU前进至步骤1295，暂且结束本例程。
与此相对，在计时t1为预定时间t1th以上的情况下，CPU在步骤1230中判定为“是”并前进至步骤1240，将计时t1的值设定为“0”，然后前进至步骤1250，将第1电压保持处理完成标志X1hk的值设定为“1”。然后，CPU前进至步骤1295，暂且结束本例程。
此外，在执行步骤1210的处理的时间点、第1取得完成标志的值为“0”、或第1电压保持处理完成标志X1hk的值为“1”的情况下，CPU在步骤1210中判定为“否”并前进至步骤1295，暂且结束本例程。
接着，参照图13说明SOx检测例程3。当成为预定的定时时，CPU从图13的步骤1300起开始处理并前进至步骤1305，判定第1电压保持处理完成标志X1hk的值是否为“1”且第2取得完成标志Xa2是否为“0”。
SOx检测例程3实质上在第1电压保持处理完成且第1电压保持处理完成标志X1hk被设定为了“1”的时间点以后、第2取得完成标志Xa2的值为“0”的情况(第3电流Iaf2以及第4电流Is2的取得未完成的情况)下发挥功能。
因此，在第1电压保持处理完成标志X1hk的值不为“1”的情况下(即，在第1电压保持处理完成标志X1hk的值为“0”的情况下)或在第2取得完成标志Xa2的值为“1”的情况下，CPU在步骤1305中判定为“否”并前进至步骤1395，暂且结束本例程。
与此相对，在第1电压保持处理完成标志X1hk的值通过图12的步骤1250的处理而设定为“1”且第2取得完成标志Xa2的值为“0”的情况下，CPU在步骤1305中判定为“是”并前进至步骤1310，判定表示第2施加电压扫描是否处于执行中的第2扫描执行标志Xsw2的值是否为“0”.
在第2扫描执行标志Xsw2的值为“0”的情况下，CPU在步骤1310中判定为“是”并前进至步骤1315，基于从气体传感器30取得了的输出电流Im，对氧浓度进行检测，将该氧浓度应用于预定的查找表，由此算出内燃机的空燃比A/F，然后前进至步骤1320。此外，执行步骤1310的处理的时间点在开始第2施加电压扫描的执行之后、第2扫描执行标志Xsw2的值为“1”的情况下(参照后述的步骤1345)，CPU在步骤1310中判定为“否”并直接前进至步骤1320。
当前进至步骤1320时，CPU基于从各种传感器(NE传感器21以及水温传感器22等)取得了的信息，判定是否满足了构成已述的SOx检测条件的所有条件。
在SOx检测条件成立了的情况下，CPU在步骤1320中判定为“是”并前进至步骤1325，判定第2扫描执行标志Xsw2的值是否为“0”。如后所述，在第2扫描执行标志Xsw2的值为“1”的情况下，已经取得了即将进行第2施加电压扫描之前的(用于A/F检测的)第2电流Iaf2(参照步骤1330以及步骤1345)。因而，在第2扫描执行标志Xsw2的值为“0”的情况下，第2电流Iaf2仍未被取得。
因此，在第2扫描执行标志Xsw2的值为“0”的情况下，CPU在步骤1325中判定为“是”并前进至步骤1330，将该时间点的输出电流Im作为第2电流Iaf2(施加电压Vm为氧浓度检测用的电压Vaf时的输出电流Im)而取得且将其存储于RAM。而且，CPU基于该取得了的第2电流Iaf2，对氧浓度进行检测，将该氧浓度应用于预定的查找表，由此算出内燃机的空燃比A/F。
然后，CPU前进至步骤1335，将基于取得了的第3电流Iaf2算出了的空燃比A/F应用于查找表M2，由此决定第2施加电压扫描的电压范围(下限电压(第3电压V3)以及上限电压(第4电压V4))、施加电压扫描速度以及再氧化电流检测电压Vsen。然后，CPU前进至步骤1340。
与此相对，在CPU执行步骤1325的处理的时间点、第2扫描执行标志Xsw2的值不为“0”的情况下，CPU在该步骤1325中判定“否”并直接前进至步骤1340。
当前进至步骤1340时，CPU利用在步骤1335中决定了的扫描条件(施加电压扫描速度以及扫描电压范围)执行第2施加电压扫描。即，利用该扫描条件执行施加正弦波的电压的2个周期量的处理。此外，在步骤1340的处理的时间点、正在执行第2施加电压扫描的情况下，CPU继续该施加电压扫描的执行。
然后，CPU前进至步骤1345，将第2扫描执行标志Xsw2的值设定为“1”。接着，CPU前进至步骤1350，判定当前时间点是否为第4电流Is2的取得定时。具体而言，CPU判定是否处于第2施加电压扫描的第2个循环的第2降压扫描中、且判定施加电压Vm是否与再氧化电流检测电压Vsen一致。在当前时间点为第4电流Is2的取得定时的情况下，CPU在步骤1350中判定为“是”并前进至步骤1355，将该时间点的输出电流Im作为第4电流Is2而取得且将其存储于RAM。然后，CPU前进至步骤1360。
与此相对，在CPU执行步骤1350的处理的时间点、该时间点不为第4电流Is2的取得定时的情况下，CPU在该步骤1350中判定为“否”并直接前进至步骤1360。
当前进至步骤1360时，CPU判定第2施加电压扫描是否结束了2个循环。
在第2施加电压扫描未结束2个循环的情况下，CPU在步骤1360中判定为“否”并直接前进至步骤1395，暂且结束本例程。与此相对，在第2施加电压扫描结束了2个循环的情况下，CPU在步骤1360中判定为“是”，依次进行以下所述的步骤1365以及步骤1370的处理并前进至步骤1395，暂且结束本例程。
CPU将第2扫描执行标志Xsw2的值设定为“0”(归零)，并且将第2取得完成标志Xa2的值设定为“1”(步骤1365)。CPU将施加电压Vm设定为氧浓度检测用的施加电压Vaf(步骤1370)。
此外，在执行步骤1320的处理的时间点、不满足SOx检测条件的情况下，CPU在步骤1320中判定为“否”并前进至步骤1375，将施加电压Vm设定为氧浓度检测用的施加电压Vaf，将第2扫描执行标志Xsw2的值以及第2取得完成标志Xa2的值均设为“0”(归零)。然后，CPU前进至步骤1395，暂且结束本例程。
通过执行该图13的例程，从而取得第3电流Iaf2以及第4电流Is2并将其存储于RAM。
接着，参照图14说明SOx检测例程4。当成为预定的定时时，CPU从图14的步骤1400起开始处理并前进至步骤1405，判定第2取得完成标志Xa2的值是否为“1”。
SOx检测例程4实质上在第2取得完成标志Xa2的值为“1”的情况下发挥功能。因此，在第2取得完成标志Xa2的值不为“1”的情况下，CPU在步骤1405中判定为“否”并前进至步骤1495，暂且结束本例程。
与此相对，在第2取得完成标志Xa2的值通过图13的步骤1365的处理而被设定为了“1”的情况下，CPU在步骤1405中判定为“是”并前进至步骤1410，基于第1电流Iaf1与第3电流Iaf2的差的绝对值Iv(|＝Iaf1-Iaf2|)，判定执行了第1施加电压扫描时的内燃机的空燃比A/F(排气的氧浓度)和执行了第2施加电压扫描时的内燃机的空燃比A/F(排气的氧浓度)是否在预定的范围内。即，CPU判定该差的绝对值Iv是否为预定值Ivth以下。
在差的绝对值Iv为预定值Ivth以下的情况下，CPU在步骤1410中判定为“是”并前进至步骤1415，使用已经取得了的“第1电流Iaf1、第2电流Is1、第3电流Iaf2以及第4电流Is2”算出参数Ia1(＝Iaf1-Is1)、Ia2(＝Iaf2-Is2)以及SOx检测用参数(差Id(＝Ia2-Ia1))。
然后，CPU前进至步骤1420，判定SOx检测用参数Id是否为阈值差Idth以上。
在差Id为阈值差Idth以上的情况下，CPU在步骤1420中判定为“是”并前进至步骤1425，判定为在排气中含有预定浓度(与阈值差Idth相当的浓度)以上的SOx。此时，CPU也可以将在排气中含有预定浓度以上的SOx的内容(或者，在燃料中混入了超过容许值的S的内容)存储在备用RAM内，也可以使预定的警告灯点亮。然后，CPU前进至步骤1430，将SOx检测完成标志XSOx的值设定为“1”。然后，CPU前进至步骤1495，暂且结束本例程。
与此相对，在SOx检测用参数Id不为阈值差Idth以上的情况下(即，在小于阈值差Idth的情况下)，CPU在步骤1420中判定为“否”并前进至步骤1435，判定为在排气中不含有预定浓度以上的SOx。此时，CPU也可以将在排气中不含有预定浓度以上的SOx的内容(或者，在燃料中未混入超过容许值的S的内容)存储在备用RAM内，也可以使预定的警告灯熄灭。然后，CPU前进至步骤1430，将SOx检测完成标志XSOx的值设定为“1”。然后，CPU前进至步骤1495，暂且结束本例程。
此外，在执行步骤1410的处理的时间点、差的绝对值Iv比预定值Ivth大的情况下，CPU在步骤1410中判定为“否”并前进至步骤1440。
另外，如上所述，第1参数Ia1通过从第1电流Iaf1减去第2电流Is1而算出(第1参数Ia1＝第1电流Iaf1-第2电流Is1)。第1电流Iaf1与取得第2电流Is1时的第1施加电压扫描中的氧浓度相对应。因此，第1参数Ia1应已除去了氧浓度的影响。同样地，第2参数Ia2通过从第3电流Iaf2减去第4电流Is2而算出(第2参数Ia2＝第3电流Iaf2-第4电流Is2)。第3电流Iaf2与取得第4电流Is2时的第2施加电压扫描中的氧浓度相对应。因此，第2参数Ia2应已除去了氧浓度的影响。
然而，在差的绝对值Iv比预定值Ivth大的情况下，即，在第1施加电压扫描中的氧浓度与第2施加电压扫描中的氧浓度的差的大小大的情况下，由该氧浓度的差导致的影响无法从“第1参数Ia1以及第2参数Ia2”完全除去，结果，导致SOx检测用参数(差Id)仅精度良好地表现了由SOx反应导致的输出电流变化的可能性低。因此，在差的绝对值Iv比预定值Ivth大的情况下，不优选使用在步骤1415中得到的SOx检测用参数(差Id)来检测SOx浓度。
因此，在该情况下，CPU从步骤1410前进至步骤1440，通过将以下的设定为了“1”的标志的值设定为“0”(归零)，从而不进行使用了该SOx检测用参数(差Id)的SOx浓度检测。
·第1取得完成标志Xa1
·第2取得完成标志Xa2
·第1电压保持处理完成标志X1hk
然后，CPU前进至步骤1495，暂且结束本例程。在该情况下，传感器活性标志Xact的值为“1”且第1取得完成标志Xa1的值为“0”，所以CPU构成为在SOx检测例程1的步骤1105中判定为“是”。因此，SOx检测例程1再次实质上开始发挥功能。
如以上说明了的那样，第1检测装置将第2参数Ia2与第1参数Ia1的差Id作为SOx检测用参数Id而算出，使用该SOx检测用参数Id进行SOx浓度检测。SOx检测用参数Id(差Id)是实质上仅与排气中的硫氧化物浓度相应的值、且是降低了因气体传感器30的个体差异而变化的成分的影响的值。因而，第1检测装置能够精度良好地进行在排气中是否含有预定浓度以上的SOx的判定。
第2实施方式
接着，说明本发明的第2实施方式的气体检测装置(以下，有时称为“第2检测装置”)。该第2检测装置仅在使用“比Ir(＝Ia2/Ia1)”作为用于SOx浓度检测的SOx检测用参数来代替“差Id(＝Ia2-Ia1)”的这一点上与第1检测装置不同。
如前所述，第1参数Ia1是不受到或几乎不受到排气中的氧浓度的影响以及SOx浓度的影响中的任一个影响且反映了气体传感器30的个体差异的影响的值。另一方面，第2参数Ia2是不受到或几乎不受到排气中的氧浓度的影响并根据SOx浓度而变化、且反映了气体传感器30的个体差异的影响的值。因而，第2参数Ia2相对于第1参数Ia1的比Ir(＝Ia2/Ia1)可以说是仅与排气中的SOx浓度相应的值、且是虽然不是完全但是大大地降低了气体传感器30的个体差异的影响的值。以下以该不同点为中心进行说明。
具体的工作
接着，说明第2检测装置的具体的工作。每经过预定时间，ECU20的CPU执行图10至图13所示的例程、以及代替图14的图15所示的例程中的各例程。基于图10至图13所示的例程的工作与第1检测装置的基于这些例程的工作相同，已经进行了说明。因而，省略它们的说明。
以下，参照图15说明第2检测装置的工作。图15的例程仅在图14的步骤1415以及步骤1420分别被替换为步骤1515以及步骤1520的这一点上与图14的例程不同。以下，以该不同点为中心进行说明。
在从步骤1410前进至步骤1515的情况下，CPU使用第1电流Iaf1、第2电流Is1、第3电流Iaf2以及第4电流Is2算出参数Ia1(＝Iaf1-Is1)、Ia2(＝Iaf2-Is2)以及比Ir(＝Ia2/Ia1)，然后前进至步骤1520。
当前进至步骤1520时，CPU判定比Ir是否为阈值比Irth以上。在比Ir为阈值比Irth以上的情况下，CPU在步骤1520中判定为“是”并前进至步骤1425，判定为在排气中含有预定浓度(与阈值比Irth相当的浓度)以上的SOx。此时，CPU也可以将在排气中含有预定浓度以上的SOx的内容(或者，在燃料中混入了超过容许值的S的内容)存储在备用RAM内，也可以使预定的警告灯点亮。然后，CPU前进至步骤1430。
与此相对，在比Ir不为阈值比Irth以上的情况下(即，在小于阈值比Irth的情况下)，CPU在步骤1520中判定为“否”并前进至步骤1435，判定为在排气中不含有预定浓度以上的SOx。此时，CPU也可以将在排气中不含有预定浓度以上的SOx的内容(或者，在燃料中未混入超过容许值的S的内容)存储在备用RAM内，也可以使预定的警告灯熄灭。然后，CPU前进至步骤1430。
如以上说明了的那样，第2检测装置的ECU将第2参数Ia2相对于第1参数Ia1的比Ir(＝Ia2/Ia1)作为SOx检测用参数而算出，并使用该SOx检测用参数Ir进行SOx浓度检测。SOx检测用参数Ir是实质上仅与排气中的硫氧化物浓度相应的值、且是降低了因气体传感器30的个体差异而变化的成分的影响的值。因而，第2检测装置能够精度良好地进行在排气中是否含有预定浓度以上的SOx的判定。
变形例
以上，具体地说明了本发明的各实施方式，但本发明不限定于上述的各实施方式，可以采用基于本发明的技术思想的各种变形例。
在上述的各实施方式中，施加电压Vm不限于“成为了作为小于SOx的分解开始电压的电压的再氧化电流检测电压Vsen时的输出电流Im”，只要是与在降压扫描中、在施加电压Vm小于SOx的分解开始电压的期间的输出电流Im具有相关性的值即可，也可以将其作为第2电流Is1或第4电流Is2而取得。例如，各实施方式也可以将在降压扫描中、在施加电压Vm处于检测用电压范围内的期间的输出电流Im的最小值作为第2电流Is1或第4电流Is2而取得。在该情况下，检测用电压范围是比降压扫描的下限电压(第1电压V1)高的预定电压以上且SOx的分解开始电压(0.6V)以下的预定电压以下的范围。
第1检测装置的变形例
第1检测装置通过将差Id的大小与阈值差Idth进行比较，从而判定在排气中是否含有预定浓度以上的SOx，但如以下所述那样，也可以基于差Id取得排气中的SOx浓度。
例如，CPU可以构成为执行图16所示的SOx检测例程4来代替图14所示的SOx检测例程4。该图16所示的例程是执行“步骤1610的处理”来代替图14所示的例程的“步骤1420、步骤1425以及步骤1435”的处理的例程。因而，以下，主要说明图16的“步骤1610”的处理。
当利用图16的步骤1415算出差Id时，CPU前进至步骤1610，将该差Id和基于利用图13的步骤1330取得了的Iaf2算出了的A/F(或Iaf2)应用于查找表Map1(Id、A/F)，由此取得排气中的SOx浓度。此外，ECU20的ROM(存储部)将“差Id以及A/F与排气中的SOx浓度的关系”作为查找表Map1(Id、A/F)而进行存储(参照图16的块M3)。该查找表可以通过预先进行实验等而得到。
第2检测装置的变形例
第2检测装置通过将比Ir的大小与阈值比Irth进行比较，从而判定在排气中是否含有预定浓度以上的SOx，但如以下所述那样，也可以基于比Ir取得排气中的SOx浓度。
例如，CPU可以构成为执行图17所示的SOx检测例程4来代替图15所示的SOx检测例程4。该图17所示的例程是执行“步骤1710的处理”来代替图15所示的例程的“步骤1520、步骤1425以及步骤1435”的处理的例程。因而，以下，主要说明图17的“步骤1710”的处理。
当利用图17的步骤1515算出比Ir时，CPU前进至步骤1710，将该比Ir和基于利用图13的步骤1330取得了的Iaf2算出了的A/F(或Iaf2)应用于查找表Map2(Ir、A/F)，由此取得排气中的SOx浓度。此外，ECU20的ROM(存储部)将“比Ir和A/F与排气中的SOx浓度的关系”作为查找表Map2(Ir、A/F)而进行存储(参照图17的块M4)。该查找表可以通过预先进行实验等而得到。
这些变形例的各ECU20构成为，使用上述差Id或上述比Ir作为表示难以受到气体传感器个体特性的影响且难以受到排气含有的SOx以外的含氧成分的影响的再氧化电流变化的SOx检测用参数，并从存储于ROM的查找表取得与上述差Id或上述比Ir相对应的排气中的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，施加电压扫描的电压波形不限于图7B以及图7C所示的波形，只要是以电压连续变化、且以吸附于第1电极41a的硫进行再氧化反应为起因的再氧化电流变化从第2施加电压扫描的降压扫描的某一时间点起变得极其显著那样的降压速度进行降压扫描即可，可以是任意的波形(例如，三角波)。但是，在该情况下，第1施加电压扫描的波形需要除了施加电压范围以外而与第2施加电压扫描的波形相同。

Claims (11)

1.一种气体检测装置，其特征在于，包括：
元件部，其设置于内燃机的排气通路，并具备电化学单元和扩散阻力体，所述电化学单元包括具有氧化物离子传导性的固体电解质体、和分别形成于所述固体电解质体的表面的第1电极以及第2电极，所述扩散阻力体由在所述排气通路流动的排气能够通过的多孔材料形成，在所述排气通路流动的排气通过所述扩散阻力体而到达所述第1电极；
电压施加部，其在所述第1电极与所述第2电极之间施加电压；
电流检测部，其对在所述第1电极与所述第2电极之间流动的电流即输出电流进行检测；以及
测定控制部，其对使用所述电压施加部施加于所述第1电极与所述第2电极之间的电压即施加电压进行控制，并且使用所述电流检测部取得所述输出电流，基于所述取得了的输出电流，进行在所述排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或者进行所述排气中的硫氧化物的浓度的检测，其中，
所述测定控制部，使第1施加电压扫描至少进行一个循环，并至少使用第1降压扫描中的所述输出电流且按照预定的第1确定方法取得第1参数，所述第1施加电压扫描在执行了使所述施加电压从第1电压上升至第2电压的第1升压扫描之后执行使所述施加电压从所述第2电压下降至所述第1电压的所述第1降压扫描，所述第1电压从比所述输出电流成为氧的极限电流的极限电流区域的下限电压高且小于硫氧化物的分解开始电压的第1电压范围内选取，所述第2电压比所述第1电压高且为比所述硫氧化物的分解开始电压高出预定值的电压以下；
所述测定控制部，在进行了所述第1施加电压扫描之后使第2施加电压扫描至少进行一个循环，并至少使用第2降压扫描中的所述输出电流且按照与所述第1确定方法相同的第2确定方法取得第2参数，所述第2施加电压扫描在执行了使用所述电压施加部使所述施加电压从第3电压上升至第4电压的第2升压扫描之后执行使用所述电压施加部使所述施加电压从所述第4电压下降至所述第3电压的所述第2降压扫描，所述第3电压从所述第1电压范围内选取，所述第4电压比所述硫氧化物的分解开始电压高且比所述第2电压高，所述第2参数与在所述输出电流产生的变化的程度具有相关性，该变化是由因正在进行所述第2降压扫描的期间、在所述施加电压小于所述硫氧化物的分解开始电压时吸附于所述第1电极的硫在该第1电极进行再氧化反应而返回到硫氧化物从而在所述第1电极与所述第2电极之间流动的电流导致的、在小于所述硫氧化物的分解开始电压的范围内出现的再氧化电流变化，且所述排气含有的所述硫氧化物的浓度越高则越大；并且，
所述测定控制部，将所述第1参数与所述第2参数的差或比作为SOx检测用参数进行算出，基于该SOx检测用参数，进行在所述排气中是否含有预定浓度以上的硫氧化物的判定或进行所述排气中的硫氧化物的浓度的检测。
2.根据权利要求1所述的气体检测装置，其中，
所述第2降压扫描的降压速度被设定成如下速度：以所述施加电压成为了在所述第1电压范围内且比所述第3电压高的电压范围内的电压的时间点为界所述再氧化反应的速度猛增；并且，
所述第1施加电压扫描和所述第2施加电压扫描的用每单位时间的电压变化量表示的扫描速度彼此相同。
3.根据权利要求1所述的气体检测装置，其中，
所述测定控制部使用如下方法作为所述第1确定方法：在进行所述第1施加电压扫描之前、使用所述电压施加部将所述施加电压设定为所述极限电流区域内的空燃比检测用施加电压、将在所述施加电压被设定为了所述空燃比检测用施加电压时由所述电流检测部检测到的输出电流作为第1电流而取得、并基于由所述电流检测部检测到的输出电流将与所述第1降压扫描中的预定的第1期间的所述输出电流具有特定的相关性的值作为第2电流而取得、并算出所述取得了的第1电流与所述取得了的第2电流的差，并且所述测定控制部将该算出了的差作为所述第1参数而取得；并且，
所述测定控制部使用如下方法作为所述第2确定方法：在进行了所述第1施加电压扫描之后且在进行所述第2施加电压扫描之前、使用所述电压施加部将所述施加电压设定为所述空燃比检测用施加电压、将在所述施加电压被设定为了所述空燃比检测用施加电压时由所述电流检测部检测到的输出电流作为第3电流而取得、并基于由所述电流检测部检测到的输出电流将与在所述第2降压扫描中的所述施加电压成为比所述第3电压高且为所述硫氧化物的分解开始电压以下的范围的第2期间的所述输出电流具有所述特定的相关性的值作为第4电流而取得、算出所述取得了的第3电流与所述取得了的第4电流的差，并且所述测定控制部将该算出了的差作为所述第2参数而取得。
4.根据权利要求2所述的气体检测装置，其中，
所述测定控制部使用如下方法作为所述第1确定方法：在进行所述第1施加电压扫描之前、使用所述电压施加部将所述施加电压设定为所述极限电流区域内的空燃比检测用施加电压、将在所述施加电压被设定为了所述空燃比检测用施加电压时由所述电流检测部检测到的输出电流作为第1电流而取得、并基于由所述电流检测部检测到的输出电流将与所述第1降压扫描中的预定的第1期间的所述输出电流具有特定的相关性的值作为第2电流而取得、并算出所述取得了的第1电流与所述取得了的第2电流的差，并且所述测定控制部将该算出了的差作为所述第1参数而取得；并且，
所述测定控制部使用如下方法作为所述第2确定方法：在进行了所述第1施加电压扫描之后且在进行所述第2施加电压扫描之前、使用所述电压施加部将所述施加电压设定为所述空燃比检测用施加电压、将在所述施加电压被设定为了所述空燃比检测用施加电压时由所述电流检测部检测到的输出电流作为第3电流而取得、并基于由所述电流检测部检测到的输出电流将与在所述第2降压扫描中的所述施加电压成为比所述第3电压高且为所述硫氧化物的分解开始电压以下的范围的第2期间的所述输出电流具有所述特定的相关性的值作为第4电流而取得、算出所述取得了的第3电流与所述取得了的第4电流的差，并且所述测定控制部将该算出了的差作为所述第2参数而取得。
5.根据权利要求3所述的气体检测装置，其中，
所述测定控制部，将在所述第1降压扫描中所述施加电压成为了比所述第1电压高且为所述硫氧化物的分解开始电压以下的范围内的预定的电流检测电压时由所述电流检测部检测到的输出电流作为与所述第1期间的所述输出电流具有所述特定的相关性的值即所述第2电流而取得；并且，
所述测定控制部，将在所述第2降压扫描中所述施加电压成为了所述电流检测电压时由所述电流检测部检测到的输出电流作为与所述第2期间的所述输出电流具有所述特定的相关性的值即所述第4电流而取得。
6.根据权利要求4所述的气体检测装置，其中，
所述测定控制部，将在所述第1降压扫描中所述施加电压成为了比所述第1电压高且为所述硫氧化物的分解开始电压以下的范围内的预定的电流检测电压时由所述电流检测部检测到的输出电流作为与所述第1期间的所述输出电流具有所述特定的相关性的值即所述第2电流而取得；并且，
所述测定控制部，将在所述第2降压扫描中所述施加电压成为了所述电流检测电压时由所述电流检测部检测到的输出电流作为与所述第2期间的所述输出电流具有所述特定的相关性的值即所述第4电流而取得。
7.根据权利要求3～6中任一项所述的气体检测装置，其中，
所述测定控制部判定所述第1电流与所述第3电流的差的大小是否为阈值差以下；并且，
所述测定控制部，仅在所述差的大小为阈值差以下的情况下，进行在所述排气中是否含有所述预定浓度以上的硫氧化物的所述判定或进行所述排气中的硫氧化物的浓度的所述检测。
8.根据权利要求3～6中任一项所述的气体检测装置，其中，
所述测定控制部基于所述SOx检测用参数以及所述第3电流来检测硫氧化物的浓度。
9.根据权利要求7所述的气体检测装置，其中，
所述测定控制部基于所述SOx检测用参数以及所述第3电流来检测硫氧化物的浓度。
10.根据权利要求1～6中任一项所述的气体检测装置，其中，
所述测定控制部判定所述SOx检测用参数的大小是否为预定的阈值以上；并且，
所述测定控制部，在判定为所述SOx检测用参数的大小为所述阈值以上的情况下，判定为在所述排气中含有所述预定浓度以上的硫氧化物，在判定为所述SOx检测用参数的大小小于所述阈值的情况下，判定为在所述排气中不含有所述预定浓度以上的硫氧化物。
11.根据权利要求7所述的气体检测装置，其中，
所述测定控制部判定所述SOx检测用参数的大小是否为预定的阈值以上；并且，
所述测定控制部，在判定为所述SOx检测用参数的大小为所述阈值以上的情况下，判定为在所述排气中含有所述预定浓度以上的硫氧化物，在判定为所述SOx检测用参数的大小小于所述阈值的情况下，判定为在所述排气中不含有所述预定浓度以上的硫氧化物。
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