JP2015040545A - 内燃機関の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の分野において排気中のＳＯｘ濃度すなわち硫黄酸化物の濃度、より広くは排気中のＳＯｘに関するパラメータを精度良く算出すること。
【解決手段】限界電流式センサを有する内燃機関の制御装置であって、前記センサからのＳＯｘの脱離を抑制するため前記センサの温度を所定上限温度以下にする程度にまで排気温度が低くなる低負荷低回転運転で、前記センサへの印加電圧をパラメータ算出電圧から低下させる降圧制御を実施したときの前記センサの出力電流を用いて、排気中のＳＯｘに関するパラメータを算出する。
【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の制御装置および制御方法に関する。

特許文献１には、２種類の含酸素ガスを含むガス中の一方の含酸素ガスの相対的量を測定する方法およびデバイスが記載されている。ここでは、セルへの印加電圧の制御によって、ガス中の含酸素ガス（たとえば、水蒸気や二酸化炭素）が測定される。

特開平２−１２２２５５号公報

ところで、内燃機関の分野において、排気中のＳＯｘ濃度（すなわち、硫黄酸化物の濃度）の検出が求められることがある。より広くは、排気中のＳＯｘに関するパラメータ（以下「ＳＯｘ関連パラメータ」）の算出が求められることがある。そして、この場合、ＳＯｘ関連パラメータを精度良く算出することができることが好ましい。

本発明の目的は、排気中のＳＯｘ関連パラメータを精度良く算出することにある。

＜本発明の制御装置＞
本願の発明は、限界電流式センサを有する内燃機関の制御装置であって、前記センサへの印加電圧をパラメータ算出電圧から低下させる降圧制御を実施したときの前記センサの出力電流を用いて、被検ガス中のＳＯｘに関するパラメータを算出する制御装置に関する。この制御装置は、前記センサの温度が所定上限温度以下であるとき、あるいは、前記センサの温度が前記所定上限温度以下であると予測される低温度条件が成立したときに、前記印加電圧を前記パラメータ算出電圧まで上昇させる昇圧制御を実施する制御部を具備する。

これによれば、昇圧制御中のセンサ温度が低い。そして、昇圧制御中のセンサ温度が低いと、昇圧制御中にセンサに付着したＳＯｘ（特に、硫黄成分）が当該センサから脱離せず（あるいは、少なくとも、センサに付着したＳＯｘが当該センサから脱離することが抑制され）、その結果、昇圧制御の実施後に実施される降圧制御中のセンサの出力電流がＳＯｘの量に正確に対応する。このため、ＳＯｘ関連パラメータを精度良く算出することができる。

＜センサ温度＞
なお、前記センサ温度には、センサの温度そのものだけでなく、センサの温度に相関するパラメータ、および、センサの温度を実質的に表すパラメータをも含まれる。

＜低温度条件＞
なお、前記低温度条件は、たとえば、機関運転状態が低負荷低回転運転状態にあること、または、昇圧制御の実施以外の目的でセンサ温度が所定上限温度以下に制御されること、である。

＜昇圧制御の実施条件の追加１＞
また、前記制御部は、前記センサの暖機過程において前記センサの温度を前記所定上限温度以下に制御し、あるいは、前記低温度条件を成立させるようにしてもよい。センサの暖機過程には、センサ温度が所定上限温度以下である期間がある。このとき、センサ温度を所定上限温度以下に制御し、あるいは、低温度条件を成立させるようにすれば、センサ温度を積極的に低下させる必要がない（あるいは、センサ温度を低下させる程度が小さい）。したがって、センサ温度を所定上限温度以下に効率良く制御することができる。このため、効率良く、ＳＯｘ関連パラメータを精度良く算出することができる。

＜警報＞
また、前記制御部は、前記降圧制御中の前記出力電流の絶対値が警報判定値以上である場合、燃料性状が異常であることを警報するようにしてもよい。これによれば、燃料性状が異常である可能性がある場合、燃料性状が異常である可能性を知らせることができる。なお、この場合、ＳＯｘ関連パラメータの明確な算出は必ずしも必要ではない。また、この場合、ＳＯｘ関連パラメータとして、燃料性状の異常に関する警報の要否を判断するパラメータが算出されたと言える。

＜昇圧制御の実施条件の追加２＞
また、前記制御部は、前記センサの温度が前記所定上限温度よりも低い所定下限温度以上であって且つ前記所定上限温度以下である場合に限定して、前記昇圧制御を実施するようにしてもよい。昇圧制御中のセンサ温度が過度に低いと、昇圧制御中のセンサへのＳＯｘ（特に、硫黄成分）の付着が進行しない可能性がある。したがって、センサ温度が所定下限温度以上であって且つ所定上限温度以下である場合に限定して、昇圧制御を実施すれば、昇圧制御中のセンサへのＳＯｘの付着が進行する。このため、より確実に、ＳＯｘ関連パラメータを精度良く算出することができる。

＜昇圧制御の実施条件の追加３＞
また、前記制御部は、被検ガス中の酸素濃度が所定濃度以上である場合に限定して、前記昇圧制御を実施するようにしてもよい。昇圧制御中の被検ガス中の酸素濃度が高いと、昇圧制御中にセンサに付着したＳＯｘが当該センサから脱離しやすい。したがって、ＳＯｘ関連パラメータの精度良い算出に鑑みると、特に、昇圧制御中の被検ガス中の酸素濃度が高いときに、センサからのＳＯｘの脱離の抑制が要請される。したがって、被検ガス中の酸素濃度が所定濃度以上である場合に限定して、昇圧制御を実施すれば、センサからのＳＯｘの脱離の抑制が特に要請される場面でのみ、昇圧制御が実施される。このため、より効率良く、ＳＯｘ関連パラメータを精度良く算出することができる。

＜昇圧制御の実施条件の追加４＞
また、前記制御部は、前記センサに対するＳ被毒回復処理の終了後に限定して、前記昇圧制御を実施するようにしてもよい。これによれば、ＳＯｘ関連パラメータの算出時にセンサがＳ被毒されていない。このため、ＳＯｘ関連パラメータをより精度良く算出することができる。

＜所定上限温度＞
また、前記センサが被検ガス中の酸素濃度の検出に用いられ、且つ、前記制御部がＳＯｘに関するパラメータの算出のために前記昇圧制御を実施する場合において、前記所定上限温度は、たとえば、前記センサによる酸素濃度の検出に適した前記センサの下限温度よりも低い温度に設定される。センサからのＳＯｘの脱離が抑制されるセンサ温度は、センサによる酸素濃度の検出に適したセンサ温度の下限値よりも低い。したがって、所定上限温度がセンサによる酸素濃度の検出に適したセンサ温度の下限値よりも低い温度に設定されることによって、より確実に、センサからのＳＯｘの脱離を抑制することができる。このため、より確実に、ＳＯｘ関連パラメータを精度良く算出することができる。なお、上記酸素濃度は、たとえば、センサに到来したときに被検ガス中に含まれる酸素の濃度、または、センサにおいて被検ガス中のＮＯｘから生成される酸素の濃度である。

また、前記制御部は、前記パラメータを複数個算出した場合において、前記センサの温度がより低い温度であるときに算出された前記パラメータを、前記ＳＯｘに関する最終的なパラメータとして採用するようにしてもよい。上述したように、センサ温度が過度に低いと、ＳＯｘ関連パラメータを精度良く算出することができないが、センサ温度が過度に低くなければ、センサ温度が低いほど、降圧制御中の出力電流は、ＳＯｘの量に正確に対応する。このため、センサ温度がより低い温度であるときに算出されたＳＯｘ関連パラメータを、最終的なＳＯｘ関連パラメータとして採用することによって、ＳＯｘ関連パラメータをより精度良く算出することができる。特に、この考え方は、昇圧制御中のセンサ温度が昇圧制御の実施毎に異なる場合（特に、センサ温度を所定上限温度以下に積極的に制御するのではなく、センサ温度が所定上限温度以下になったときに昇圧制御を実施する場合）に、特に有用である。

＜ＳＯｘに関するパラメータ＞
また、前記ＳＯｘに関するパラメータは、たとえば、ＳＯｘ濃度、または、内燃機関の制御に用いられる係数であって、ＳＯｘ濃度に応じて設定される係数である。

＜Ｓ被毒回復制御＞
また、前記制御部は、前記降圧制御中の出力電流がＳ被毒回復実施判定値以上である場合、前記センサのＳ被毒を回復させるＳ被毒回復制御を実施するようにしてもよい。これによれば、センサにＳ被毒が生じている可能性がある場合に、センサのＳ被毒を解消することができる。なお、この場合、ＳＯｘ関連パラメータとして、Ｓ被毒回復制御の要否を判断するパラメータが算出されたと言える。

＜パラメータ算出電圧＞
また、前記パラメータ算出電圧は、たとえば、０．８Ｖ以上の電圧である。これによれば、降圧制御中にＳＯｘの量に正確に対応する出力電流をセンサから出力させることができる。このため、ＳＯｘ関連パラメータを精度良く算出することができる。

＜降圧制御の終了時点の印加電圧＞
また、前記降圧制御の終了時点の印加電圧は、たとえば、０．７Ｖ以下である。これによれば、降圧制御中にＳＯｘの量に正確に対応する出力電流をセンサから出力させることができる。このため、ＳＯｘ関連パラメータを精度良く算出することができる。

＜酸素濃度検出＞
また、前記制御部は、通常、前記パラメータ算出電圧よりも低い通常電圧を前記センサに印加しており、該通常電圧が前記センサに印加されているときの前記センサの出力電流を用いて被検ガス中の酸素濃度を検出するようにしてもよい。これによれば、被検ガス中の酸素濃度を検出することができる。

＜通常のＳＯｘ関連パラメータ算出におけるピーク値の利用＞
また、前記制御部は、前記降圧制御中の出力電流のピーク値を、前記パラメータ算出用の出力電流として用いると好ましい。ピーク値は、降圧制御中の出力電流のうち、最も小さい出力電流（または、最も大きい出力電流）である。したがって、ピーク値は、ＳＯｘ関連パラメータに精度良く対応する出力電流であると言える。このため、ＳＯｘ関連パラメータ算出用の出力電流としてピーク値を用いることによって、ＳＯｘ関連パラメータをより精度良く算出することができる。

＜本発明の制御方法＞
また、本願の別の発明は、限界電流式センサを有する内燃機関の制御方法であって、前記センサへの印加電圧をパラメータ算出電圧から低下させる降圧制御を実施したときの前記センサの出力電流を用いて、被検ガス中のＳＯｘに関するパラメータを算出する制御方法に関する。この制御方法は、前記センサの温度が所定上限温度以下であるとき、あるいは、前記センサの温度が前記所定上限温度以下であると予測される低温度条件が成立したときに、前記印加電圧を前記パラメータ算出電圧まで上昇させる昇圧制御を実施するステップを具備する。

これによれば、昇圧制御中のセンサ温度が低い。そして、昇圧制御中のセンサ温度が低いと、昇圧制御中にセンサに付着したＳＯｘ（特に、硫黄成分）が当該センサから脱離せず（あるいは、少なくとも、センサに付着したＳＯｘが当該センサから脱離することが抑制され）、その結果、昇圧制御の実施後に実施される降圧制御中のセンサの出力電流がＳＯｘの量に正確に対応する。このため、ＳＯｘ関連パラメータを精度良く算出することができる。

図１は、本発明の限界電流式センサの１つの実施形態（２セルタイプ限界電流式センサ）を示している。 図２は、図１の限界電流式センサの出力特性を示している。 図３は、図１の限界電流式センサの出力特性を示している。 図４は、ＳＯｘ濃度と出力電流のピーク値との関係を示している。 図５は、本発明の限界電流式センサの別の実施形態（１セルタイプ限界電流式センサ）を示している。 図６は、図５の限界電流式センサの出力特性を示している。 図７は、図１または図５の限界電流式センサを有するＳＯｘ濃度検出装置を備えた内燃機関を示している。 図８は、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出が実施された場合のタイムチャートを示している。 図９は、ＳＯｘ濃度検出時の印加電圧の上昇および低下の形態を示している。 図１０は、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出フローの一例を示している。 図１１は、第３実施形態のＳＯｘ濃度検出が実施された場合のタイムチャートを示している。 図１２は、第３実施形態のＳＯｘ濃度・空燃比検出フローの一例を示している。 図１３は、第４実施形態のＳＯｘ濃度検出が実施された場合のタイムチャートを示している。 図１４は、第４実施形態のＳＯｘ濃度・空燃比検出フローの一例を示している。 図１５は、第５実施形態のＳＯｘ濃度検出が実施された場合のタイムチャートを示している。 図１６は、第５実施形態のＳＯｘ濃度・空燃比検出フローの一例を示している。 図１７は、第８実施形態のＳＯｘ濃度・空燃比検出フローの一例を示している。 図１８（Ａ）は、図１の限界電流式センサにて採用される回路の一例を示し、図１８（Ｂ）は、図５の限界電流式センサにて採用される回路の一例を示している。

図面を参照して本発明の内燃機関の制御装置について説明する。以下、内燃機関から排出される排気を被検ガスとして採用し、且つ、ＳＯｘ濃度をＳＯｘ関連パラメータとして採用した場合を例に本発明の実施形態について説明する。

＜２セルタイプ限界電流式センサの構成＞
図１に本発明の第１実施形態の限界電流式センサの１つが示されている。図１の限界電流式センサは、２セルタイプの限界電流式センサである。図１において、１０は限界電流式センサ、１１Ａは第１固体電解質層、１１Ｂは第２固体電解質層、１２Ａは第１アルミナ層、１２Ｂは第２アルミナ層、１２Ｃは第３アルミナ層、１２Ｄは第４アルミナ層、１２Ｅは第５アルミナ層、１２Ｆは第６アルミナ層、１３は拡散律速層、１４はヒータ、１５はポンプセル、１５Ａは第１ポンプ電極、１５Ｂは第２ポンプ電極、１５Ｃはポンプセル電圧源、１６はセンサセル、１６Ａは第１センサ電極、１６Ｂは第２センサ電極、１６Ｃはセンサセル電圧源、１７Ａは第１大気導入路、１７Ｂは第２大気導入路、１８は内部空間をそれぞれ示している。

固体電解質層１１Ａ、１１Ｂは、ジルコニア等からなる層であり、酸素イオン伝導性を有する。アルミナ層１２Ａ〜１２Ｆは、アルミナからなる層である。拡散律速層１３は、多孔質の層であり、排気を通すことができる。センサ１０では、各層は、図１において下方から、第６アルミナ層１２Ｆ、第５アルミナ層１２Ｅ、第４アルミナ層１２Ｄ、第２固体電解質層１１Ｂ、拡散律速層１３および第３アルミナ層１２Ｃ、第１固体電解質層１１Ａ、第２アルミナ層１２Ｂ、第１アルミナ層１２Ａの順で積層されている。ヒータ１４は、第５アルミナ層１２Ｅと第６アルミナ層１２Ｆとの間に配置されている。

第１大気導入路１７Ａは、第１アルミナ層１２Ａと第２アルミナ層１２Ｂと第１固体電解質層１１Ａとによって形成された空間であり、その一部は大気に開放されている。第２大気導入路１７Ｂは、第２固体電解質層１１Ｂと第４アルミナ層１２Ｄと第５アルミナ層１２Ｅとによって形成された空間であり、その一部は大気に開放されている。内部空間１８は、第１固体電解質層１１Ａと第２固体電解質層１２Ｂと拡散律速層１３と第３アルミナ層１２Ｃとによって形成された空間であり、その一部は拡散律速層１３を介してセンサ外部に連通している。

＜ポンプセルの構成＞
第１ポンプ電極１５Ａおよび第２ポンプ電極１５Ｂは、白金もしくはロジウム等の白金族元素またはその合金からなる電極である。第１ポンプ電極１５Ａは、第２固体電解質層１１Ｂの一方の側の壁面（すなわち、内部空間１８を形成する第２固体電解質層１１Ｂの壁面）に配置され、第２ポンプ電極１５Ｂは、第２固体電解質層１１Ｂの他方の側の壁面（すなわち、第２大気導入路１７Ｂを形成する第２固体電解質層１１Ｂの壁面）に配置されている。これら電極１５Ａ、１５Ｂと第２固体電解質層１１Ｂとは、ポンプセル１５を構成している。センサ１０は、ポンプセル１５（具体的には、第１ポンプ電極１５Ａと第２ポンプ電極１５Ｂとの間）にポンプセル電圧源１５Ｃから電圧を印加可能に構成されている。なお、第１ポンプ電極１５Ａは陰極側の電極であり、第２ポンプ電極１５Ｂは陽極側の電極である。

＜ポンプセルの機能＞
ポンプセル１５に電圧が印加されると、内部空間１８内の酸素が第１ポンプ電極１５Ａに接触したときに、この酸素が第１ポンプ電極１５Ａ上で酸素イオンとなり、この酸素イオンが第２固体電解質層１１Ｂの内部を第２ポンプ電極１５Ｂに向かって移動する。このとき、第１ポンプ電極１５Ａと第２ポンプ電極１５Ｂとの間には、第２固体電解質層１１Ｂの内部を移動した酸素イオン量に比例した電流が流れる。そして、酸素イオンが第２ポンプ電極１５Ｂに達すると、酸素イオンは第２ポンプ電極１５Ｂにおいて酸素となって第２大気導入路１７Ｂに放出される。つまり、ポンプセル１５は、排気中の酸素を排気からポンピングによって大気に放出し、排気中の酸素濃度を低下させることができる。このポンプセル１５のポンピング能力は、ポンプセル電圧源１５Ｃから当該ポンプセル１５に印加される電圧が高いほど高い。

＜センサセルの構成＞
第１センサ電極１６Ａおよび第２センサ電極１６Ｂは、白金もしくはロジウム等の白金族元素またはその合金からなる電極である。第１センサ電極１６Ａは、第１固体電解質層１１Ａの一方の側の壁面（すなわち、内部空間１８を形成する第１固体電解質層１１Ａの壁面）に配置され、第２センサ電極１６Ｂは、第１固体電解質層１１Ａの他方の側の壁面（すなわち、第１大気導入路１７Ａを形成する第１固体電解質層１１Ａの壁面）に配置されている。これら電極１６Ａ、１６Ｂと第１固体電解質層１１Ａとは、センサセル１６を構成している。センサ１０は、センサセル１６（具体的には、第１センサ電極１６Ａと第２センサ電極１６Ｂとの間）にセンサセル電圧源１６Ｃから電圧を印加可能に構成されている。なお、第１センサ電極１６Ａは陰極側の電極であり、第２センサ電極１６Ｂは陽極側の電極である。

＜センサセルの機能＞
センサセル１６に電圧が印加されると、内部空間１８内のＳＯｘが第１センサ電極１６Ａに接触したときに、このＳＯｘが第１センサ電極１６Ａ上で分解され、ＳＯｘの酸素が酸素イオンとなり、この酸素イオンが第１固体電解質層１１Ａの内部を第２センサ電極１６Ｂに向かって移動する。このとき、第１センサ電極１６Ａと第２センサ電極１６Ｂとの間には、第１固体電解質層１１Ａの内部を移動した酸素イオン量に比例した電流が流れる。そして、酸素イオンが第２センサ電極１６Ｂに達すると、酸素イオンは第２センサ電極１６Ｂにおいて酸素となって第１大気導入路１７Ａに放出される。

＜２セルタイプ限界電流式センサの空燃比検出機能１＞
図２は、第１実施形態の２セルタイプの限界電流式センサにおけるポンプセル印加電圧とポンプセル出力電流との関係を示している。ポンプセル印加電圧とは、ポンプセル電圧源１５Ｃによってポンプセル１５に印加される電圧であり、ポンプセル出力電流とは、第１ポンプ電極１５Ａと第２ポンプ電極１５Ｂとの間に流れる電流である。また、図２において、Ａ／Ｆ＝１２によって示されているラインは、排気の空燃比が１２である場合のポンプセル印加電圧の変化に対する出力電流の変化を示しており、同様に、Ａ／Ｆ＝１３〜Ａ／Ｆ＝１８によって示されているラインは、それぞれ、排気の空燃比が１３〜１８である場合のポンプセル印加電圧の変化に対する出力電流の変化を示している。

図２に示されているように、たとえば、排気の空燃比が１８である場合、ポンプセル印加電圧が或る値Ｖｔｈよりも小さい範囲では、ポンプセル出力電流が負の値である場合、ポンプセル印加電圧が高いほど、ポンプセル出力電流の絶対値が小さく、ポンプセル出力電流が正の値である場合、ポンプセル印加電圧が高いほど、ポンプセル出力電流の絶対値が大きい。また、ポンプセル印加電圧が上記或る値Ｖｔｈ以上である一定の範囲では、ポンプセル印加電圧に依らず、ポンプセル出力電流は一定の値となる。

こうしたポンプセル印加電圧とポンプセル出力電流との関係は、排気の空燃比が１２〜１７である場合にも同様に成立する。そして、図２から分かるように、検出しようとする空燃比全てにおいて、ポンプセル出力電流がポンプセル印加電圧に依らず一定となる電圧をポンプセル１５に印加していれば、そのときに検出されるポンプセル出力電流に基づいて、排気の空燃比を検出することができる。つまり、第１実施形態の２セルタイプの限界電流式センサ１０は、排気の空燃比の検出に利用可能である。なお、排気の空燃比は、排気中の酸素濃度と相関関係を有するパラメータであることから、原理的には、第１実施形態の２セルタイプの限界電流式センサは、排気中の酸素濃度を検出可能であると言える。

＜２セルタイプ限界電流式センサの空燃比検出機能２＞
また、第１実施形態の２セルタイプの限界電流式センサにおけるセンサセル印加電圧とセンサセル出力電流との関係も、図２に示されている関係と同じ関係にある。したがって、ポンプセル印加電圧が零とされた状態（すなわち、ポンプセル１５が機能していない状態）で、検出しようとする空燃比全てにおいて、センサセル出力電流がセンサセル印加電圧に依らず一定となる電圧をセンサセル１６に印加していれば、そのときに検出されるセンサセル出力電流に基づいて、排気の空燃比を検出することができる。つまり、第１実施形態の２セルタイプの限界電流式センサ１０は、排気の空燃比の検出に利用可能である。なお、センサセル印加電圧とは、センサセル電圧源１６Ｃによってセンサセル１６に印加される電圧であり、センサセル出力電流とは、第１センサ電極１６Ａと第２センサ電極１６Ｂとの間に流れる電流である。

＜２セルタイプ限界電流式センサの出力特性＞
ところで、本願の発明者らの研究により、２セルタイプの限界電流式センサへの印加電圧（具体的には、センサセル電圧源１６Ｃからセンサセル１６への印加電圧）を所定電圧（以下「ＳＯｘ濃度検出電圧」）から低下させることによって、排気中のＳＯｘ濃度に対応する電流をこの限界電流式センサから得られることが新たに判明した。次に、このことについて説明する。なお、以下の説明において、出力電流とはセンサセル１６から出力される電流である。

図３に、印加電圧を０．１Ｖから１．０Ｖまで徐々に上昇させ、その後、１．０Ｖから０．１Ｖまで徐々に低下させた場合の出力電流の変化が示されている。図３の横軸は印加電圧であり、図３の縦軸は出力電流である。なお、このように印加電圧を変化させている間、ポンプセル１５には、内部空間１８内の排気中の酸素濃度を零（または、略零）にする電圧が印加されている。

図３において、実線ＬＵ０は、排気中にＳＯｘが含まれていない（すなわち、排気中のＳＯｘ濃度が零である）場合において印加電圧を０．１Ｖから１．０Ｖまで上昇させたときの出力電流の変化を示し、実線ＬＤ０は、同じく排気中にＳＯｘが含まれていない場合において印加電圧を１．０Ｖから０．１Ｖまで低下させたときの出力電流の変化を示している。図３において、一点鎖線ＬＵ１は、排気中にＳＯｘが含まれている場合において印加電圧を０．１Ｖから１．０Ｖまで上昇させたときの出力電流の変化を示し、一点鎖線ＬＤ１は、同じく排気中にＳＯｘが含まれている場合において印加電圧を１．０Ｖから０．１Ｖまで低下させたときの出力電流の変化を示している。

排気中にＳＯｘが含まれていない場合、印加電圧が０．１Ｖから約０．２Ｖまで上昇されると、図３の実線ＬＵ０で示されているように、出力電流が約４μＡまで急激に上昇する。そして、印加電圧が約０．２Ｖから約０．８５Ｖまで上昇する間は、出力電流が約４μＡで略一定である。そして、印加電圧が約０．８５Ｖを上回ると、出力電流が上昇し始める。そして、印加電圧が約０．８５Ｖから１．０Ｖまで上昇される間、出力電流は徐々に上昇し、印加電圧が１．０Ｖに達したときに、出力電流が約７μＡに達する。

そして、その後、印加電圧が１．０Ｖから０．４Ｖに向けて徐々に低下されると、図３の実線ＬＤ０で示されているように、出力電流が約７μＡから徐々に低下し、印加電圧が約０．８５Ｖを下回ってから０．４Ｖに達するまでの間は、出力電流が約３．５μＡで略一定である。

一方、排気中にＳＯｘが含まれている場合、印加電圧が０．１Ｖから約０．２Ｖまで上昇されると、図３の一点鎖線ＬＵ１で示されているように、出力電流が約０．４μＡまで急激に上昇する。そして、印加電圧が約０．２Ｖから約０．６Ｖまで上昇する間は、出力電流が約４μＡで略一定である。そして、印加電圧が約０．６Ｖを上回ると、出力電流が上昇し始める。そして、印加電圧が約０．６Ｖから１．０Ｖまで上昇される間、出力電流は徐々に上昇し、印加電圧が１．０Ｖに達したときに約７μＡに達する。

そして、その後、印加電圧が１．０Ｖから０．４Ｖに向けて徐々に低下されると、図３の一点鎖線ＬＤ１で示されているように、出力電流が約７μＡから徐々に低下し、印加電圧が約０．８Ｖを下回ってから約０．７Ｖに達するまでの間に、出力電流が急激に低下して当該出力電流の流れる方向が逆転し、約−５μＡに達する。そして、印加電圧がさらに約０．７Ｖから０．４Ｖまで低下される間に、出力電流が急激に上昇して当該出力電流の流れる方向が元の方向に戻り、印加電圧が０．４Ｖに達すると、出力電流が約３．５μＡとなる。

したがって、排気中にＳＯｘが含まれている場合、印加電圧が０．４Ｖから０．８Ｖに上昇され、その後、印加電圧が０．８Ｖから０．４Ｖに低下されると、印加電圧が低下される間に出力電流が急激に低下した後に急激に上昇する。つまり、印加電圧が０．８Ｖから０．４Ｖまで低下されると、出力電流は最小値（すなわち、ピーク値）のある変化を示す。ここで、印加電圧が約０．７Ｖに達したときに、出力電流がピーク値となる。

なお、排気中にＳＯｘが含まれている場合において印加電圧が約０．６Ｖを上回ってから１．０Ｖに達するまでの出力電流は、排気中にＳＯｘが含まれていない場合において印加電圧が約０．６Ｖを上回ってから１．０Ｖに達するまでの出力電流よりも大きい。

＜第１実施形態の２セルタイプの限界電流式センサの利点＞
そして、本願の発明者らの研究により、２セルタイプの限界電流式センサにおいて、上述したように印加電圧を０．８Ｖから０．４Ｖまで低下させたときの出力電流のピーク値とＳＯｘ濃度との間には、図４に示されている関係があることが判明した。つまり、参照電流（すなわち、印加電圧が０．８Ｖに達した時点の出力電流）と前記ピーク値との差が大きいほど、排気中のＳＯｘ濃度が高いことが判明した。そして、第１実施形態の２セルタイプの限界電流式センサは、排気中の酸素濃度（ひいては、排気の空燃比）の検出に利用可能である。したがって、第１実施形態の２セルタイプの限界電流式センサによれば、排気中の酸素濃度の検出に利用可能なセンサを用いて、前記ピーク値を用いてＳＯｘ濃度を算出（すなわち、検出）することができる。

＜１セルタイプ限界電流式センサの構成＞
図５に本発明の第１実施形態の限界電流式センサのさらに１つが示されている。図５の限界電流式センサは、１セルタイプの限界電流式センサである。図５において、３０は限界電流式センサ、３１は固体電解質層、３２Ａは第１アルミナ層、３２Ｂは第２アルミナ層、３２Ｃは第３アルミナ層、３２Ｄは第４アルミナ層、３２Ｅは第５アルミナ層、３３は拡散律速層、３４はヒータ、３５はセンサセル、３５Ａは第１センサ電極、３５Ｂは第２センサ電極、３５Ｃはセンサセル電圧源、３６は大気導入路、３７は内部空間をそれぞれ示している。

固体電解質層３１は、ジルコニア等からなる層であり、酸素イオン伝導性を有する。アルミナ層３２Ａ〜３２Ｅは、アルミナからなる層である。拡散律速層３３は、多孔質の層であり、排気を通すことができる。センサ３０では、各層は、図５において下方から、第５アルミナ層３２Ｅ、第４アルミナ層３２Ｄ、第３アルミナ層３２Ｃ、固体電解質層３１、拡散律速層３３および第２アルミナ層３２Ｂ、第１アルミナ層３２Ａの順で積層されている。ヒータ３４は、第４アルミナ層３２Ｄと第５アルミナ層３２Ｅとの間に配置されている。

大気導入路３６は、固体電解質層３１と第３アルミナ層３２Ｃと第４アルミナ層３２Ｄとによって形成された空間であり、その一部は大気に開放されている。内部空間３７は、第１アルミナ層３２Ａと固体電解質層３１と拡散律速層３３と第２アルミナ層３２Ｂとによって形成された空間であり、その一部は拡散律速層３３を介してセンサ外部に連通している。

＜センサセルの構成＞
第１センサ電極３５Ａおよび第２センサ電極３５Ｂは、白金もしくはロジウム等の白金族元素またはその合金からなる電極である。第１センサ電極３５Ａは、固体電解質層３１の一方の側の壁面（すなわち、内部空間３７を形成する固体電解質層３１の壁面）に配置され、第２センサ電極３５Ｂは、固体電解質層３１の他方の側の壁面（すなわち、大気導入路３６を形成する固体電解質層３１の壁面）に配置されている。これら電極３５Ａ、３５Ｂと固体電解質層３１とは、センサセル３５を構成している。センサ３０は、センサセル３５（具体的には、第１センサ電極３５Ａと第２センサ電極３５Ｂとの間）にセンサセル電圧源３５Ｃから電圧を印加可能に構成されている。なお、第１センサ電極３５Ａは陰極側の電極であり、第２センサ電極３５Ｂは陽極側の電極である。

＜センサセルの機能＞
センサセル３５に電圧が印加されると、内部空間３７内のＳＯｘが第１センサ電極３５Ａに接触したときに、このＳＯｘが第１センサ電極３５Ａ上で分解され、ＳＯｘの酸素が酸素イオンとなり、この酸素イオンが固体電解質層３１の内部を第２センサ電極３５Ｂに向かって移動する。このとき、第１センサ電極３５Ａと第２センサ電極３５Ｂとの間には、固体電解質層３１の内部を移動した酸素イオン量に比例した電流が流れる。そして、酸素イオンが第２センサ電極３５Ｂに達すると、酸素イオンは第２センサ電極３５Ｂにおいて酸素となって大気導入路３６に放出される。

＜１セルタイプ限界電流式センサの空燃比検出機能＞
第１実施形態の１セルタイプの限界電流式センサにおけるセンサセル印加電圧とセンサセル出力電流とは、図２に示されている関係と同じ関係にある。したがって、検出しようとする空燃比全てにおいて、センサセル出力電流がセンサセル印加電圧に依らず一定となる電圧をセンサセル３５に印加していれば、そのときに検出されるポンプセル出力電流に基づいて、排気の空燃比を検出することができる。つまり、第１実施形態の１セルタイプの限界電流式センサ３０は、排気の空燃比の検出に利用可能である。なお、排気の空燃比は、排気中の酸素濃度と相関関係を有するパラメータであることから、原理的には、第１実施形態の１セルタイプの限界電流式センサは、排気中の酸素濃度を検出可能であると言える。また、センサセル印加電圧とは、センサセル電圧源３５Ｃによってセンサセル３５に印加される電圧であり、センサセル出力電流とは、第１センサ電極３５Ａと第２センサ電極３５Ｂとの間に流れる電流である。

＜１セルタイプ限界電流式センサの出力特性＞
ところで、本願の発明者らの研究により、２セルタイプの限界電流式センサと同様に、１セルタイプの限界電流式センサへの印加電圧（具体的には、センサセル電圧源３５Ｃからセンサセル３５への印加電圧）を所定電圧（以下「ＳＯｘ濃度検出電圧」）から低下させることによって、排気中のＳＯｘ濃度に対応する電流をこの限界電流式センサからも得られることが判明した。次に、このことについて説明する。なお、以下の説明において、出力電流とはセンサセル３５から出力される電流であり、当該排気中の酸素濃度は１％で一定である。

図６に、印加電圧を０．１Ｖから１．０Ｖまで徐々に上昇させ、その後、１．０Ｖから０．１Ｖまで徐々に低下させた場合の出力電流の変化が示されている。図６の横軸は印加電圧であり、図６の縦軸は出力電流である。

図６において、一点鎖線ＬＵ１は、排気中にＳＯｘが含まれている場合において印加電圧を０．１Ｖから１．０Ｖまで上昇させたときの出力電流の変化を示し、一点鎖線ＬＤ１は、同じく排気中にＳＯｘが含まれている場合において印加電圧を１．０Ｖから０．１Ｖまで低下させたときの出力電流の変化を示している。

排気中にＳＯｘが含まれている場合において印加電圧が０．１Ｖから約０．２Ｖまで上昇されると、図６の一点鎖線ＬＵ１で示されているように、出力電流が約１００μＡまで急激に上昇する。そして、印加電圧が約０．２Ｖから約０．６Ｖまで上昇する間は、出力電流が約１００μＡで略一定である。そして、印加電圧が約０．６Ｖを上回ると、出力電流が上昇し始める。そして、印加電圧が約０．６Ｖから１．０Ｖまで上昇される間、出力電流は若干ではあるが徐々に上昇し、印加電圧が１．０Ｖに達したときに約１０５μＡに達する。

そして、その後、印加電圧が１．０Ｖから０．４Ｖに向けて徐々に低下されると、図６の一点鎖線ＬＤ１で示されているように、出力電流が約１０５μＡから徐々に低下し、印加電圧が約０．８Ｖを下回ってから約０．７Ｖに達するまでの間に、出力電流が急激に低下し、約８０μＡに達する。そして、印加電圧が約０．７Ｖから０．４Ｖまで低下される間に、出力電流が急激に上昇し、印加電圧が０．４Ｖに達すると、出力電流が約１００μＡとなる。

したがって、排気中にＳＯｘが含まれている場合、印加電圧が０．４Ｖから０．８Ｖに上昇され、その後、印加電圧が０．８Ｖから０．４Ｖに低下されると、印加電圧が低下される間に出力電流が急激に低下した後に急激に上昇する。つまり、印加電圧が０．８Ｖから０．４Ｖまで低下されると、出力電流は最小値（すなわち、ピーク値）のある変化を示す。ここで、印加電圧が約０．７Ｖに達したときに、出力電流がピーク値となる。

＜第１実施形態の１セルタイプの限界電流式センサの利点＞
そして、本願の発明者らの研究により、１セルタイプの限界電流式センサにおいて、上述したように印加電圧を０．８Ｖから０．４Ｖまで低下させたときの出力電流のピーク値とＳＯｘ濃度との間にも、図４に示されている関係と同様の関係があることが判明した。つまり、参照電流（すなわち、印加電圧が０．８Ｖに達した時点の出力電流）と前記ピーク値との差が大きいほど、排気中のＳＯｘ濃度が高いことが判明した。そして、第１実施形態の１セルタイプの限界電流式センサは、排気中の酸素濃度（ひいては、排気の空燃比）の検出に利用可能である。したがって、第１実施形態の１セルタイプの限界電流式センサによれば、排気中の酸素濃度の検出に利用可能なセンサを用いて、前記ピーク値を用いてＳＯｘ濃度を算出（すなわち、検出）することができる。

＜第１実施形態のＳＯｘ濃度検出装置＞
図７に、図１の限界電流式センサ１０または図５の限界電流式センサ３０を有するＳＯｘ濃度検出装置を備えた内燃機関が示されている。図７の内燃機関は、火花点火式内燃機関（いわゆるガソリンエンジン）である。しかしながら、本発明は、圧縮自着火式内燃機関（いわゆるディーゼルエンジン）にも適用可能である。また、図７の内燃機関は、大部分の機関運転領域において、空燃比が理論空燃比（ストイキ）にて運転される。

＜内燃機関の構成＞
図７において、１０または３０は図１または図５の限界電流式センサ、５０は内燃機関の本体、５１はシリンダヘッド、５２はシリンダブロック、５３は燃焼室、５４は燃料噴射弁、５５は点火プラグ、５６は燃料ポンプ、５７は燃料供給管、６０はピストン、６１はコネクティングロッド、６２はクランクシャフト、６３はクランク角度センサ、７０は吸気弁、７１は吸気ポート、７２は吸気マニホルド、７３はサージタンク、７４はスロットル弁、７５は吸気管、７６はエアフローメータ、７７はエアフィルタ、８０は排気弁、８１は排気ポート、８２は排気マニホルド、８３は排気管、９０は電子制御装置（ＥＣＵ）、９１はアクセルペダル、９２はアクセルペダル踏込量センサをそれぞれ示している。

＜ＥＣＵの構成・機能＞
燃料噴射弁５４、点火プラグ５５、スロットル弁７４、クランク角度センサ６３、エアフローメータ７６、アクセルペダル踏込量センサ９２、および、限界電流式センサ１０、３０は、ＥＣＵ９０に電気的に接続されている。ＥＣＵ９０は、燃料噴射弁５４、点火プラグ５５、および、スロットル弁７４を動作させるための信号をこれらに送信する。また、ＥＣＵ９０は、クランク角度センサ６３、エアフローメータ７６、および、アクセルペダル踏込量センサ９２から信号を受信する。クランク角度センサ６３からは、クランクシャフト６２の回転速度に対応する信号が出力される。ＥＣＵ９０は、クランク角度センサ６３から受信した信号に基づいて機関回転数を算出する。エアフローメータ７６からは、そこを通過する空気の流量（ひいては、燃焼室５３に吸入される空気の流量）に対応する信号が出力される。ＥＣＵ９０は、エアフローメータ７６から受信した信号に基づいて吸入空気量を算出する。アクセルペダル踏込量センサ９２からは、アクセルペダル９１の踏込量に対応する信号が出力される。ＥＣＵ９０は、アクセルペダル踏込量センサ９２から受信した信号に基づいて機関負荷を算出する。

＜限界電流式センサ＞
限界電流式センサ１０、３０は、排気管８３に取り付けられている。したがって、限界電流式センサ１０、３０の検出対象となるガス（すなわち、被検ガス）は、燃焼室５３から排出される排気である。限界電流式センサ１０、３０からは、そこに到来する排気中のＳＯｘ濃度に対応する電流が出力される。ＥＣＵ９０は、限界電流式センサ１０、３０から受信した電流に基づいてＳＯｘ濃度を算出する（この算出方法の詳細は後述する）。

＜第１実施形態のＳＯｘ濃度検出＞
第１実施形態のＳＯｘ濃度検出について説明する。なお、以下の説明において、昇圧制御とは、ＳＯｘ濃度の検出において、センサへの印加電圧を０．４Ｖから０．８Ｖに上昇させる制御である。また、降圧制御とは、ＳＯｘ濃度の検出において、センサへの印加電圧を０．８Ｖから０．４Ｖに低下させる制御である。

第１実施形態では、センサ暖機過程において、ＳＯｘ濃度検出が実施される。すなわち、センサ暖機過程において、低温センサ暖機制御の実施によって、センサ温度（すなわち、センサの温度、特に、第１センサ電極の温度）を所定上限温度以下に制御しつつ、昇圧制御が実施され、その後、降圧制御が実施される。このとき、ＥＣＵは、降圧制御中に当該ＥＣＵに入力された出力電流のピーク値と参照電流とを用いてＳＯｘ濃度を算出（すなわち、検出）する。このとき、参照電流とピーク値との差が大きいほど、算出されるＳＯｘ濃度は高い。

なお、ピーク値と参照電流との差（以下「電流差」）を用いてＳＯｘ濃度を算出する場合、たとえば、電流差に対応するＳＯｘ濃度が電流差毎に予め実験等によって求められ、これら求められたＳＯｘ濃度が電流差の関数のマップの形でＥＣＵに記憶され、ＳＯｘ濃度の検出中に算出される電流差に対応するＳＯｘ濃度をマップから読み出すことによって、ＳＯｘ濃度が算出される。

また、第１実施形態では、降圧制御の実施後に、高温センサ暖機制御の実施によって、センサ温度が所定上限温度よりも高い温度に制御される。

＜所定上限温度＞
所定上限温度とは、昇圧制御中に第１センサ電極に付着した排気中の硫黄成分が第１センサ電極から脱離しない温度（あるいは、昇圧制御中に第１センサ電極に付着した排気中の硫黄成分のうち、第１センサ電極から脱離する硫黄成分の量または割合が所定値よりも小さい値に抑制される温度）のうち、最も高い温度である。特に、所定上限温度は、酸素濃度検出温度よりも低い温度である。具体的には、所定上限温度は、７００℃よりも低い温度である。

＜低温センサ暖機制御・高温センサ暖機制御＞
低センサ暖機制御とは、センサを暖機する制御であって、センサ温度を所定上限温度以下に制御する制御であると言える。また、高温センサ暖機制御とは、センサを暖機する制御であって、センサ温度を所定上限温度よりも高い温度に制御する制御であると言える。

＜センサ暖機過程＞
センサ暖機過程とは、センサ温度が所定上限温度以上の温度に向かって昇温されている期間である。

＜第１実施形態の適用範囲＞
なお、第１実施形態では、ＳＯｘ濃度検出が要求されているか否かに係わらず、センサ暖機過程において、低温センサ暖機制御を実施しつつ、昇圧制御が実施される。しかしながら、ＳＯｘ濃度検出が要求されており、且つ、センサ暖機過程において、低温センサ暖機制御を実施しつつ、昇圧制御を実施するようにしてもよい。

＜タイムチャート＞
第１実施形態のＳＯｘ濃度検出について、図８を参照して説明する。なお、以下の説明において、ヒータ電力とは、センサのヒータに供給される電力である。

図８の例では、時刻Ｔ０において、内燃機関の始動が開始される。すると、印加電圧が０．４Ｖに制御されるとともに、センサ暖機が開始される。センサ暖機が開始されると、低温センサ暖機制御の実施によって、ヒータ電力が比較的小さい電力とされ、センサ温度が徐々に上昇する。そして、時刻Ｔ１において、昇圧制御が実施される。このとき、センサ温度は、所定上限温度以下になっている。そして、時刻Ｔ２において、昇圧制御が終了すると同時に、降圧制御が実施される。そして、降圧制御が終了すると、低温センサ暖機制御が終了されるとともに、高温センサ暖機制御の実施によって、ヒータ電力が上昇される。すると、センサ温度が上昇し、所定上限温度よりも高くなる。ここで、ＥＣＵは、降圧制御中に当該ＥＣＵに入力された出力電流のピーク値と参照電流とを用いてＳＯｘ濃度を算出（すなわち、検出）する。このとき、参照電流とピーク値との差が大きいほど、算出されるＳＯｘ濃度は高い。

＜第１実施形態のＳＯｘ濃度検出の利点１＞
第１実施形態のＳＯｘ濃度検出装置の限界電流式センサは、排気中の酸素濃度（ひいては、排気の空燃比）の検出に利用可能である。したがって、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出装置によれば、排気中の酸素濃度の検出に利用可能なセンサを用いて、排気中のＳＯｘ濃度を検出することができる。すなわち、印加電圧が一定の電圧（たとえば、０．４Ｖ）に維持されているときの出力電流に占めるＳＯｘの影響、または、印加電圧が上昇されたときの出力電流に占めるＳＯｘの影響が、同出力電流に占める他の成分（たとえば、Ｏ_２やＮＯｘ）の影響に比べて小さいが、印加電圧がパラメータ検出電圧（たとえば、０．８）から低下されたときの出力電流に占めるＳＯｘの影響が、同出力電流に占める他の成分の影響に比べて大きいという知見を本願の発明者らが得ており、このため、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出装置によれば、排気中の酸素濃度の検出に利用可能なセンサを用いて、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができるのである。

＜第１実施形態のＳＯｘ濃度検出の利点２＞
また、ピーク値は、印加電圧の低下中の出力電流のうち、ＳＯｘ濃度が零である場合の出力電流から最も大きく異なる出力電流である。したがって、ピーク値は、ＳＯｘ濃度に精度良く対応する出力電流であると言える。このため、ＳＯｘ濃度検出用の出力電流としてピーク値を用いることによって、ＳＯｘ濃度をより精度良く検出することができる。

＜第１実施形態のＳＯｘ濃度検出の利点３＞
また、第１実施形態では、降圧制御の開始前にセンサに印加させておく電圧は０．４Ｖである。したがって、この電圧は、降圧制御の開始時点の印加電圧である０．８Ｖよりも低い。このため、第１実施形態によれば、降圧制御の開始前にセンサに印加させておく電圧が０．８Ｖである場合に比べて、ＳＯｘ濃度検出に消費される電力を少なくすることができる。

＜第１実施形態のＳＯｘ濃度検出の利点４＞
また、第１実施形態によれば、排気の空燃比と排気中のＳＯｘ濃度とを１つのセンサによって検出することができる。

＜第１実施形態のＳＯｘ濃度検出の利点５＞
また、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出によれば、ＳＯｘ濃度を精度良く算出することができる。以下、その理由について説明する。昇圧制御が実施されると、印加電圧の上昇によって、ＳＯｘが第１センサ電極上にて分解され、ＳＯｘ中の硫黄成分（すなわち、硫黄成分）が第１センサ電極に付着（または、吸着）する。ここで、昇圧制御中のセンサ温度が高いと、第１センサ電極に付着した硫黄成分が当該第１センサ電極から脱離してしまう可能性がある。硫黄成分が第１センサ電極から脱離してしまうと、昇圧制御の実施後に実施される降圧制御（すなわち、印加電圧を０．８Ｖから０．４まで低下させる制御）中のセンサの出力電流がＳＯｘ濃度に正確には対応しないことになる。

一方、昇圧制御中のセンサ温度が低いと、昇圧制御中に第１センサ電極に付着した硫黄成分が当該第１センサ電極から脱離せず（あるいは、少なくとも、第１センサ電極に付着した硫黄成分が当該第１センサ電極から脱離することが抑制され）、その結果、昇圧制御の実施後に実施される降圧制御中のセンサの出力電流がＳＯｘ濃度に正確に対応する。このため、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出によれば、ＳＯｘ濃度を精度良く算出することができるのである。

なお、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出の上述した利点に鑑みれば、ＳＯｘは、昇圧制御中に当該ＳＯｘ中の硫黄成分がセンサ（特に、第１センサ電極）に付着し、昇圧制御中のセンサ温度が低い場合、センサに付着した硫黄成分が当該センサから脱離しない（あるいは、少なくとも、センサに付着した硫黄成分が当該センサから脱離することが抑制される）成分であると言える。

＜第１実施形態のＳＯｘ濃度検出の利点６＞
また、センサ暖機過程には、センサ温度が所定上限温度以下である期間がある。このとき、センサ温度を所定上限温度以下に制御すれば、センサ温度を積極的に低下させる必要がない（あるいは、センサ温度を低下させる程度が小さい）。したがって、センサ温度を所定上限温度以下に効率良く制御することができる。このため、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出によれば、効率良く、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができる。

＜第１実施形態のＳＯｘ濃度検出フロー＞
第１実施形態のＳＯｘ濃度検出フローについて説明する。このフローの一例が図１０に示されている。図１０のフローが開始されたときには、印加電圧が０．４Ｖに維持されている。そして、ステップ１０において、センサ暖機フラグＦｓｗがセットされている（Ｆｓｗ＝１）か否かが判別される。センサ暖機フラグＦｓｗは、センサの暖機が要求されたときにセットされ、センサの暖機が完了したときにリセットされる。ステップ１０において、Ｆｓｗ＝１であると判別されたときには、フローは、ステップ１１に進む。一方、Ｆｓｗ＝１ではないと判別されたときには、フローは、そのまま終了する。

ステップ１１では、低温センサ暖機制御が実施される。次いで、ステップ１２において、ステップ１１で低温センサ暖機制御が開始されてからの経過時間Ｔが所定時間Ｔｔｈ以上となったか（Ｔ≧Ｔｔｈ）か否かが判別される。ここで、Ｔ≧Ｔｔｈであると判別されたときには、フローは、ステップ１３に進む。一方、Ｔ≧Ｔｔｈではないと判別されたときには、フローは、ステップ１２に戻る。したがって、ステップ１２においてＴ≧Ｔｔｈであると判別されるまで、ステップ１３へのフローの進行が待機される。

ステップ１３では、印加電圧Ｖｓが０．４Ｖから０．８Ｖに向かって上昇される。次いで、ステップ１４において、印加電圧Ｖｓが０．８Ｖに達した（Ｖｓ＝０．８Ｖ）か否かが判別される。ここで、Ｖｓ＝０．８Ｖであると判別されたときには、フローは、ステップ１５に進む。一方、Ｖｓ＝０．８Ｖではないと判別されたときには、フローは、ステップ１３に戻る。したがって、ステップ１４においてＶｓ＝０．８Ｖであると判別されるまで、印加電圧Ｖｓの上昇が継続される。

ステップ１５では、印加電圧Ｖｓが０．８Ｖから０．４Ｖに向かって低下されるとともに、出力電流Ｉｓが検出される。次いで、ステップ１６において、印加電圧Ｖｓが０．４Ｖに達した（Ｖｓ＝０．４Ｖ）か否かが判別される。ここで、Ｖｓ＝０．４Ｖであると判別されたときには、フローは、ステップ１７に進む。一方、Ｖｓ＝０．４Ｖではないと判別されたときには、フローは、ステップ１５に戻る。したがって、ステップ１６においてＶｓ＝０．４Ｖであると判別されるまで、印加電圧Ｖｓの低下と出力電流Ｉｓの検出とが継続される。

ステップ１７では、ステップ１５で検出された出力電流Ｉｓのうち、ピーク値に基づいてＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘが算出される。次いで、ステップ１８において、高温センサ暖機制御が実施され、その後、フローは終了する。

＜第１実施形態の適用範囲＞
＜昇圧制御の開始時点の印加電圧＞
なお、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出において、昇圧制御の開始時点の印加電圧（すなわち、センサに定常的に印加しておく印加電圧）は、０．４Ｖに限定されず、印加電圧の上昇後に印加電圧を低下させたときにピーク値を持つ出力電流の変化を発生させる電圧であればよく、たとえば、０．６Ｖ以下であればよく、好ましくは、０．４Ｖである。

＜昇圧制御の終了時点の印加電圧＞
また、昇圧制御の終了時点の印加電圧は、０．８Ｖに限定されず、昇圧制御の実施後に降圧制御を実施したときにピーク値を持つ出力電流の変化を発生させる電圧、または、出力安定電圧範囲（すなわち、ＳＯｘ濃度が零である場合に、印加電圧に依らず出力電流が略一定である範囲であって、たとえば、０．２Ｖ〜０．８Ｖの範囲）の最大電圧以上の電圧であればよく、たとえば、０．８Ｖ以上であればよい。

＜降圧制御の終了時点の印加電圧＞
また、降圧制御の終了時点の印加電圧は、０．４Ｖに限定されず、ピーク値に対応する印加電圧以下であればよく、たとえば、０．７Ｖ以下であればよく、好ましくは、０．４Ｖである。したがって、昇圧制御の開始時点の印加電圧は、降圧制御の終了時点の印加電圧と同じであっても異なっていてもよい。

＜ＳＯｘ濃度検出用の出力電流＞
また、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出では、ピーク値が用いられるが、これに代えて、降圧制御中に出力電流が急激に低下する範囲または急激に上昇する範囲の出力電流が用いられてもよい。

＜参照電流＞
なお、センサの内部空間に流入する排気中の酸素濃度が印加電圧の低下中に変化する場合がある。この場合、印加電圧の低下に一定時間を要することを考慮すれば、印加電圧が０．８Ｖであるときの出力電流よりも、印加電圧が０．４Ｖであるときの出力電流のほうが、ピーク値の出力時点のセンサの内部空間内の排気中の酸素濃度をより正確に反映していると言える。そこで、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出において、印加電圧が０．８Ｖから０．４Ｖまで低下される場合、前記参照電流に代えて、印加電圧が０．４Ｖに達した時点（または、その時点から所定時間経過後の出力電流）が参照電流として用いられてもよい。これによれば、排気中の酸素濃度が印加電圧の低下中に変化したとしても、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができる。

＜ＳＯｘ濃度算出の代替例＞
また、第１実施形態において、ピーク値と参照電流とを用いてＳＯｘ濃度を算出する代わりに、ピーク値と変換係数とを用いてＳＯｘ濃度を算出するようにしてもよい。このとき、ピーク値がマイナス方向に大きいほど、算出されるＳＯｘ濃度は高い。なお、変換係数とは、図４の関係に従ってピーク値をＳＯｘ濃度に変換する係数である。もちろん、ピーク値がプラスの値として出現する場合には、ピーク値がプラス方向に大きいほど、算出されるＳＯｘ濃度は高いことになる。

＜第１実施形態のスイープ速度＞
第１実施形態のＳＯｘ濃度検出において、印加電圧の上昇速度または低下速度（スイープ速度）が速すぎると、印加電圧が低下されたとしても、ピーク値が出力されなかったり、ＳＯｘ濃度に十分に対応するピーク値が出力されなかったりする可能性がある。そこで、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出において、印加電圧が低下されたときにＳＯｘ濃度に十分に対応するピーク値が出力される印加電圧の上昇速度と低下速度とが選択されると好ましい。

具体的には、図９（Ａ）に示されているように、印加電圧の上昇速度が徐々に減少するように印加電圧が上昇された後、印加電圧の低下速度が徐々に増大するように印加電圧が低下されると好ましい。あるいは、図９（Ｂ）に示されているように、印加電圧の上昇速度が一定に維持されるように印加電圧が上昇された後、印加電圧の低下速度が一定に維持されるように印加電圧が低下されると好ましい。

さらに具体的には、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出において、昇圧制御が開始されてから、降圧制御が終了されるまでの印加電圧の変化を周波数で表したとき、この周波数は、１００Ｈｚ以下であることが好ましい。別の言い方をすると、昇圧制御が開始されてから、降圧制御が終了されるまでの時間が０．００５秒以上であることが好ましい。

＜第２実施形態のＳＯｘ濃度検出＞
第２実施形態のＳＯｘ濃度検出について説明する。なお、以下で説明する幾つかの実施形態の構成および制御のうち、説明しない構成および制御は、それぞれ、本明細書中で説明される実施形態の構成および制御と同じであるか、あるいは、本明細書中で説明される実施形態の構成または制御から当然に導き出される構成および制御である。

第２実施形態のＳＯｘ濃度検出では、センサ暖機過程において、排気温度低下制御を実施しつつ、昇圧制御が実施される。

＜排気温度低下制御＞
排気温度低下制御とは、たとえば、センサ温度を所定上限温度以下にする程度にまで排気温度が低くなる機関運転を実施させる制御である。

＜第２実施形態の適用範囲＞
なお、第２実施形態では、ＳＯｘ濃度検出が要求されているか否かに係わらず、センサ暖機過程において、排気温度低下制御を実施しつつ、昇圧制御が実施される。しかしながら、ＳＯｘ濃度検出が要求されており、且つ、センサ暖機過程において、排気温度低下制御を実施しつつ、昇圧制御を実施するようにしてもよい。

＜第２実施形態のＳＯｘ濃度検出の利点＞
センサ暖機過程には、センサ温度が所定上限温度以下である期間がある。このとき、排気温度低下制御を実施すれば、センサ温度が所定上限温度以下になりやすい。このため、第２実施形態のＳＯｘ濃度検出によれば、効率良く、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態について説明する。第３実施形態では、通常、センサ温度を酸素濃度検出温度以上に制御する高センサ温度制御が実施されている。この場合、センサ暖機とは、センサ温度を酸素濃度検出温度以上に制御することを言う。そして、第３実施形態では、通常、印加電圧が定常的に０．４Ｖに維持されている。すなわち、センサセルに定常的に０．４Ｖが印加されている。ここで、０．４Ｖの電圧は、図２に示されている電圧Ｖｔｈ以上の電圧であって、且つ、排気の空燃比が一定である場合においてセンサセル印加電圧に依らずセンサセル出力電流が一定となる電圧である。

そして、ＥＣＵは、センサセルに定常的に０．４Ｖが印加されているときのセンサセル出力電流に基づいて図２に示されている関係から空燃比（すなわち、排気中の酸素濃度）を算出（すなわち、検出）する。すなわち、空燃比検出が実施される。そして、検出された空燃比に基づいて燃焼室内に形成されている空燃比が算出される。

なお、第１実施形態の空燃比検出に、２セルタイプの限界電流式センサが利用される場合において、空燃比検出を実施するときには、ポンプセル１５の印加電圧は、零とされる。

＜酸素濃度検出温度＞
酸素濃度検出温度とは、空燃比検出にセンサが用いられる場合において、排気中の酸素濃度に精度良く対応する出力電流をセンサから出力させるために要求されるセンサ温度である。別の言い方をすると、酸素濃度検出温度は、センサによる酸素濃度の検出に適したセンサ温度である。具体的には、酸素濃度検出温度は、たとえば、７００℃〜８００℃の範囲の温度である。

＜第３実施形態のＳＯｘ濃度検出＞
第３実施形態のＳＯｘ濃度検出について説明する。上述したように、第３実施形態では、通常、センサ温度を酸素濃度検出温度以上に制御する高センサ温度制御が実施されている。ここで、第３実施形態のＳＯｘ濃度検出では、ＳＯｘ濃度の検出が要求されたとき（すなわち、昇圧制御の実施が要求されたとき）に、センサ温度を所定上限温度以下に制御する低センサ温度制御を実施しつつ、昇圧制御が実施される。より具体的には、ＳＯｘ濃度の検出が要求されたときに、センサ温度が所定上限温度以下になるように、ヒータの動作を制御しつつ、昇圧制御が実施される。

なお、ＳＯｘ濃度検出の実施後は、高センサ温度制御の実施によって、センサ温度が所定上限温度以上に維持されるとともに、センサセル印加電圧が０．４Ｖに維持され、空燃比検出が実施される。

＜低センサ温度制御に関する追加条件＞
なお、第３実施形態の低センサ温度制御において、センサ温度を所定下限温度以上に制御するようにしてもよい。すなわち、昇圧制御中のセンサ温度を所定温度範囲（すなわち、所定上限温度と所定下限温度との間の温度範囲）に制御するようにしてもよい。

この場合、より確実に、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができる。すなわち、昇圧制御中のセンサ温度が過度に低いと、昇圧制御中のセンサへの硫黄成分の付着が進行しない可能性がある。したがって、センサ温度を所定上限温度と所定下限温度との間の温度範囲に制御しつつ、昇圧制御を実施すれば、昇圧制御中のセンサへの硫黄成分の付着が十分に進行する。このため、より確実に、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができるのである。

＜所定下限温度＞
なお、所定下限温度に関連した上記利点に鑑みると、所定下限温度は、昇圧制御中のセンサへの硫黄成分の付着を十分に進行させるセンサ温度であると言える。具体的には、所定下限温度は、５００℃以上の温度である。

＜タイムチャート＞
第３実施形態のＳＯｘ濃度検出について、図１１を参照して説明する。なお、以下の説明において、ＳＯｘ濃度検出要求フラグは、ＳＯｘ濃度検出が要求されたときにセットされ、ＳＯｘ濃度検出が完了されたときにリセットされるフラグである。また、ヒータ電力とは、ヒータに供給される電力である。

図１１の例では、時刻Ｔ０以前では、高センサ温度制御の実施によって、センサ温度が酸素濃度検出温度以上に制御されている。そして、時刻Ｔ０において、ＳＯｘ濃度検出要求フラグがセットされると、低センサ温度制御の実施によって、ヒータ電力が低減される。すると、センサ温度が徐々に低下する。時刻Ｔ１において、センサ温度が所定上限温度以下になると、昇圧制御が実施される。そして、時刻Ｔ２において、昇圧制御が終了すると同時に、降圧制御が実施される。そして、時刻Ｔ３において、降圧制御が終了すると、低センサ温度制御が終了されるとともに、高センサ温度制御の実施によって、ヒータ電力が上昇されて元の電力に戻される。すると、センサ温度が上昇して酸素濃度検出温度以上となる。

＜第３実施形態のＳＯｘ濃度検出の利点＞
第３実施形態のＳＯｘ濃度検出によれば、第１実施形態に関連して説明した理由と同じ理由から、センサ暖機後（すなわち、センサ温度が酸素濃度検出温度以上に制御されているとき）であっても、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができる。

＜第３実施形態のＳＯｘ濃度・空燃比検出フロー＞
第３実施形態のＳＯｘ濃度・空燃比検出フローについて説明する。このフローの一例が図１２に示されている。なお、図１２のフローのステップ２３〜ステップ２７は、図１０のステップ１３〜ステップ１７と同じであるので、これらステップの説明は省略する。

図１２のフローが開始されたときには、印加電圧が０．４Ｖに維持されている。そして、ステップ２０において、ＳＯｘ濃度検出要求フラグＦｓがセットされている（Ｆｓ＝１）か否かが判別される。ここで、Ｆｓ＝１であると判別されたときには、フローは、ステップ２１に進む。一方、Ｆｓ＝１ではないと判別されたときには、フローは、ステップ３０に進む。

ステップ３０では、出力電流Ｉｓが検出される。次いで、ステップ３１において、ステップ３０で検出された出力電流Ｉｓに基づいて空燃比Ａ／Ｆが算出され、その後、フローは終了する。

ステップ２１では、高センサ温度制御が終了されるとともに、低センサ温度制御が実施される。この低センサ温度制御は、センサ温度が所定上限温度以下となるように、ヒータに供給される電力を制御する制御である。次いで、ステップ２２において、センサ温度Ｔｓが所定上限温度Ｔｓｕｔｈ以下である（Ｔｓ≦Ｔｓｕｔｈ）か否かが判別される。ここで、Ｔｓ≦Ｔｓｕｔｈであると判別されたときには、フローは、ステップ２３に進み、ステップ２３〜ステップ２７の実施によって、ＳＯｘ濃度が検出される。一方、Ｔｓ≦Ｔｓｕｔｈではないと判別されたときには、フローは、ステップ２１に戻る。したがって、ステップ２２においてＴｓ≦Ｔｓｕｔｈであると判別されるまで、低センサ温度制御が継続される。

ステップ２８では、ＳＯｘ濃度検出要求フラグＦｓがリセットされる。次いで、ステップ２９において、低センサ温度制御が終了されるとともに、高センサ温度制御が実施され、その後、フローは終了する。

＜第４実施形態のＳＯｘ濃度検出＞
第４実施形態のＳＯｘ濃度検出について説明する。このＳＯｘ濃度検出では、センサ温度が所定上限温度以下になったときに、昇圧制御が実施される。すなわち、センサ温度が所定上限温度以下になったことを条件として、昇圧制御が実施される。

＜第４実施形態の適用範囲＞
なお、第４実施形態では、ＳＯｘ濃度検出が要求されているか否かに係わらず、センサ温度が所定上限温度以下になれば、昇圧制御が実施される。しかしながら、ＳＯｘ濃度検出が要求されており、且つ、センサ温度が所定上限温度以下になったときに、昇圧制御を実施するようにしてもよい。

＜タイムチャート＞
第４実施形態のＳＯｘ濃度検出について、図１３を参照して説明する。図１３の例では、時刻Ｔ０以前では、センサ温度が酸素濃度検出温度以上になっている。そして、時刻Ｔ０において、センサ温度が低下し始める。そして、時刻Ｔ１において、センサ温度が所定上限温度以下になると、昇圧制御が実施される。そして、時刻Ｔ２において、昇圧制御が終了すると同時に、降圧制御が実施される。そして、時刻Ｔ３において、降圧制御が終了する。

＜第４実施形態のＳＯｘ濃度検出の利点＞
第４実施形態のＳＯｘ濃度検出によれば、第１実施形態に関連して説明した理由と同じ理由から、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができる。さらに、第４実施形態のＳＯｘ濃度検出によれば、ＳＯｘ濃度の検出のために、センサ温度を所定上限温度以下に積極的に制御するわけではない。したがって、より簡便に、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができる。

＜第４実施形態のＳＯｘ濃度・空燃比検出フロー＞
第４実施形態のＳＯｘ濃度・空燃比検出フローについて説明する。このフローの一例が図１４に示されている。なお、図１４のフローのステップ４１〜ステップ４５、および、ステップ４６〜ステップ４７は、それぞれ、図１２のフローのステップ２３〜ステップ２７、および、ステップ３０〜ステップ３１と同じであるので、これらステップの説明は省略する。

図１４のフローが開始されたときには、印加電圧が０．４Ｖに維持されている。そして、ステップ４０において、センサ温度Ｔｓが所定上限温度Ｔｓｕｔｈ以下である（Ｔｓ≦Ｔｓｕｔｈ）か否かが判別される。ここで、Ｔｓ≦Ｔｓｕｔｈであると判別されたときには、フローは、ステップ４１に進み、ステップ４１〜ステップ４５の実施によって、ＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘが検出される。一方、Ｔｓ≦Ｔｓｕｔｈではないと判別されたときには、フローは、ステップ４６に進み、ステップ４６〜ステップ４７の実施によって、空燃比Ａ／Ｆが検出される。

＜第５実施形態のＳＯｘ濃度検出＞
第５実施形態のＳＯｘ濃度検出について説明する。このＳＯｘ濃度検出では、低温度条件が成立したときに、昇圧制御が実施される。低温度条件とは、センサ温度が所定上限温度以下となることが予測される条件である。

＜低温度条件１＞
低温度条件とは、たとえば、センサ温度を所定上限温度以下にする程度にまで排気温度が低くなる機関運転（たとえば、低負荷低回転運転）が実施されることである。なお、この場合、センサ温度が所定上限温度以上の温度にフィードバック制御されていないことが前提である。すなわち、センサ温度が所定上限温度以上の温度にフィードフォワード制御されていることが前提である。

＜低温度条件２＞
あるいは、低温度条件とは、たとえば、昇圧制御の実施以外の目的でセンサ温度が所定上限温度以下に制御されることである。なお、この場合、センサ温度が所定上限温度以下の温度にフィードバック制御されていてもよいし、そうでなくてもよい。ただし、第５実施形態の利点を有効に得るためには、センサ温度が所定上限温度以下の温度にフィードバック制御されていることが好ましい。

＜第５実施形態の適用範囲＞
なお、第５実施形態では、ＳＯｘ濃度検出が要求されているか否かに係わらず、低温度条件が成立すれば、昇圧制御が実施される。しかしながら、ＳＯｘ濃度検出が要求されており、且つ、低温度条件が成立したときに、昇圧制御を実施するようにしてもよい。

また、第５実施形態では、センサ温度に係わらず、昇圧制御を実施する。しかしながら、センサ温度を検出し、センサ温度が所定上限温度以下となってから、昇圧制御を実施するようにしてもよい。あるいは、低温度条件の成立後、センサ温度が所定上限温度以下となるのに十分な時間が経過した後に、昇圧制御を実施するようにしてもよい。

＜タイムチャート＞
第５実施形態のＳＯｘ濃度検出について、図１５を参照して説明する。なお、以下の説明において、機関運転Ｉは、センサ温度を酸素濃度検出温度以上に維持される通常の機関運転である。機関運転ＩＩは、センサ温度を所定上限温度以下にする程度にまで排気温度が低くなる機関運転である。すなわち、機関運転ＩＩが実施されると、低温度条件が成立する。

図１５の例では、時刻Ｔ０以前では、機関運転Ｉが実施されており、センサ温度が酸素濃度検出温度以上になっている。そして、時刻Ｔ０において、機関運転ＩＩが実施されると、低温度条件が成立するとともに、センサ温度が低下し始める。そして、時刻Ｔ０から所定時間が経過した時刻Ｔ１において、センサ温度が所定上限温度以下になると、昇圧制御が実施される。そして、時刻Ｔ２において、昇圧制御が終了すると同時に、降圧制御が実施される。そして、時刻Ｔ３において、降圧制御が終了する。

＜第５実施形態のＳＯｘ濃度検出の利点＞
第５実施形態のＳＯｘ濃度検出によれば、第１実施形態に関連して説明した理由と同じ理由から、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができる。さらに、第４実施形態に関連して説明した理由と同じ理由から、より簡便に、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができる。

＜第５実施形態のＳＯｘ濃度・空燃比検出フロー＞
第５実施形態のＳＯｘ濃度・空燃比検出フローについて説明する。このフローの一例が図１６に示されている。なお、図１６のフローのステップ５１〜ステップ５５、および、ステップ５６〜ステップ５７は、それぞれ、図１２のフローのステップ２３〜ステップ２７、および、ステップ３０〜ステップ３１と同じであるので、これらステップの説明は省略する。

図１６のフローが開始されたときには、印加電圧が０．４Ｖに維持されている。そして、ステップ５０において、低温度条件成立フラグＦｓｃがセットされている（Ｆｓｃ＝１）か否かが判別される。この低温度条件成立フラグＦｓｃは、低温度条件が成立したときにセットされ、低温度条件が不成立になったときリセットされる。ステップ５０において、Ｆｓｃ＝１であると判別されたときには、フローは、ステップ５１に進み、ステップ５１〜ステップ５５の実施によって、ＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘが検出される。一方、Ｆｓｃ＝１ではないと判別されたときには、フローは、ステップ５６に進み、ステップ５６〜ステップ５７の実施によって、空燃比Ａ／Ｆが検出される。

＜第６実施形態のＳＯｘ濃度検出＞
第６実施形態のＳＯｘ濃度検出について説明する。このＳＯｘ濃度検出では、ＳＯｘ濃度の検出が要求されたとき（すなわち、昇圧制御の実施が要求されたとき）に、排気温度低下制御を実施しつつ、昇圧制御が実施される。

＜第６実施形態の適用範囲＞
なお、第６実施形態では、センサ温度に係わらず、昇圧制御を実施する。しかしながら、センサ温度を検出し、センサ温度が所定上限温度以下となってから、昇圧制御を実施するようにしてもよい。あるいは、排気温度低下制御の開始後、センサ温度が所定上限温度以下となるのに十分な時間が経過した後に、昇圧制御を実施するようにしてもよい。

また、第６実施形態では、センサ温度が所定上限温度以上の温度にフィードバック制御されていないことが前提である。すなわち、センサ温度が所定上限温度以上の温度にフィードフォワード制御されていることが前提である。

＜第６実施形態のＳＯｘ濃度検出の利点＞
第６実施形態のＳＯｘ濃度検出によれば、第１実施形態に関連して説明した理由と同じ理由から、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができる。

＜追加の昇圧制御実施条件＞
なお、上記実施形態の昇圧制御実施条件として、排気中の酸素濃度が所定濃度以上であることを追加してもよい。この場合、より効率良く、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができる。すなわち、昇圧制御中の排気中の酸素濃度が高いと、昇圧制御中に第１センサ電極に付着した硫黄成分が当該第１センサ電極から脱離しやすい。したがって、ＳＯｘ濃度の精度良い検出に鑑みると、特に、昇圧制御中の排気中の酸素濃度が高いときに、第１センサ電極からの硫黄成分の脱離の抑制が要請される。したがって、排気中の酸素濃度が所定濃度以上である場合に限定して、昇圧制御を実施すれば、第１センサ電極からの硫黄成分の脱離の抑制が特に要請される場面でのみ、昇圧制御が実施される。このため、より効率良く、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができるのである。

＜第７実施形態のＳＯｘ濃度検出＞
第７実施形態のＳＯｘ濃度検出について説明する。第７実施形態では、上記第１実施形態〜第６実施形態のＳＯｘ濃度検出が所定回数実施され、これら実施されたＳＯｘ濃度検出のうち、昇圧制御中のセンサ温度が最も低いＳＯｘ濃度検出によって検出されたＳＯｘ濃度を、排気中のＳＯｘ濃度として採用する。

＜第７実施形態のＳＯｘ濃度検出の利点＞
上述したように、センサ温度が過度に低いと、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができないが、センサ温度が過度に低くなければ、センサ温度が低いほど、降圧制御中の出力電流は、ＳＯｘ濃度に正確に対応する。このため、センサ温度がより低い温度であるときに検出されたＳＯｘ濃度を、排気中のＳＯｘ濃度として採用することによって、ＳＯｘ濃度をより精度良く検出することができる。特に、この考え方は、昇圧制御中のセンサ温度が昇圧制御の実施毎に異なる場合（特に、センサ温度を所定上限温度以下に積極的に制御するのではなく、センサ温度が所定上限温度以下になったときに昇圧制御を実施する場合）に、特に有用である。

＜第８実施形態のＳＯｘ濃度検出・燃料性状異常警報＞
第８実施形態では、印加電圧が定常的に０．４Ｖに維持されている。そして、第８実施形態のＳＯｘ濃度検出では、センサ温度が所定上限温度以下であるとき、あるいは、センサ温度が所定上限温度以下であると予測される低温度条件が成立したときに、昇圧制御が実施され、その後、降圧制御が実施される。このとき、ＥＣＵは、降圧制御中に当該ＥＣＵに入力された出力電流のピーク値の絶対値が警報判定値以上であるか否かを判別する。ここで、ピーク値の絶対値が警報判定値以上である場合、ＥＣＵは、燃料性状の異常を警報する。この場合、ＳＯｘに関するパラメータとして、燃料性状の異常に関する警報の要否を判断するパラメータが算出されたと言える。一方、ピーク値の絶対値が警報判定値よりも小さい場合、ＥＣＵは、ピーク値と参照電流とを用いてＳＯｘ濃度を算出（すなわち、検出）する。

＜警報判定値＞
なお、警報判定値は、たとえば、以下のように設定される。上述したように、排気中のＳＯｘの硫黄成分が第１センサ電極に付着することがある。この付着Ｓ量（すなわち、第１センサ電極に付着している硫黄の量）が多くなると、前記ピーク値の絶対値が大きくなることが本願の発明者らの研究により判明している。そして、この付着Ｓ量が非常に多い場合、限界電流式センサの検出精度（特に、ＳＯｘ濃度の検出精度）が低下する可能性がある。ここで、付着Ｓ量が多くなる原因の１つとして、排気中のＳＯｘ濃度が高いことが挙げられる。そして、燃料中の硫黄成分濃度が高いと、排気中のＳＯｘ濃度が高い。そして、燃料中の硫黄成分濃度が許容できない程度に高く、したがって、燃料性状が異常である可能性がある場合、その旨を警報することが好ましい。

そこで、警報判定値は、たとえば、燃料性状が許容可能な範囲の性状ではない場合（特に、燃料中のＳ濃度が許容可能な濃度よりも高い場合）におけるピーク値の絶対値（すなわち、降圧制御中にＥＣＵに入力された出力電流のピーク値の絶対値）の最小値以上の適宜選択される値に設定される。

＜第８実施形態のＳＯｘ濃度検出の利点＞
第８実施形態のＳＯｘ濃度検出によれば、燃料性状が異常である可能性がある場合、その旨が警報されるので、燃料性状が異常である可能性があることを知らせることができる。

＜第８実施形態のＳＯｘ濃度・空燃比検出フロー＞
第８実施形態のＳＯｘ濃度・空燃比検出フローについて説明する。このフローの一例が図１７に示されている。なお、図１７のフローのステップ６０〜ステップ６６、および、ステップ７２〜ステップ７３は、それぞれ、図１２のフローのステップ２０〜ステップ２６、および、ステップ３０〜ステップ３１と同じであるので、これらステップの説明は省略する。

図１７のフローのステップ６７では、ステップ６５で検出された出力電流Ｉｓのうち、ピーク値の絶対値｜Ｉｓｐ｜が警報判定値Ｉｓｐｔｈａよりも大きい（｜Ｉｓｐ｜＞Ｉｓｐｔｈａ）か否かが判別される。ここで、｜Ｉｓｐ｜＞Ｉｓｐｔｈａであると判別されたときには、フローはステップ６８に進み、燃料性状異常が警報され、その後、フローはステップ６９に進む。一方、｜Ｉｓｐ｜＞Ｉｓｐｔｈａではないと判別されたときには、フローはステップ７０に進み、ステップ６５で検出された出力電流Ｉｓのうち、ピーク値に基づいてＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘが算出される。次いで、ステップ７１において、ＳＯｘ濃度検出要求フラグＦｓがリセットされ、その後、フローはステップ６９に進む。

ステップ６９では、低センサ温度制御が終了されるとともに、高センサ温度制御が実施され、その後、フローは終了する。

＜第９実施形態のＳＯｘ濃度検出・Ｓ被毒回復＞
第９実施形態のＳＯｘ濃度検出では、第８実施形態と同様に、昇圧制御の実施後に、降圧制御が実施される。このとき、ＥＣＵは、降圧制御中に当該ＥＣＵに入力された出力電流のピーク値の絶対値がＳ被毒回復実施判定値以上であるか否かを判別する。ここで、ピーク値の絶対値がＳ被毒回復実施判定値以上である場合、ＥＣＵは、Ｓ被毒回復制御を実施する。この場合、ＳＯｘに関するパラメータとして、Ｓ被毒回復制御の要否を判断するパラメータが算出されたと言える。一方、ピーク値の絶対値がＳ被毒回復実施判定値よりも小さい場合、ＥＣＵは、ピーク値と参照電流とを用いてＳＯｘ濃度を算出（すなわち、検出）する。

＜Ｓ被毒回復実施判定値＞
なお、Ｓ被毒回復実施判定値は、たとえば、以下のように設定される。第８実施形態に関連して説明したように、付着Ｓ量が非常に多い場合、限界電流式センサの検出精度（特に、ＳＯｘ濃度の検出精度）が低下する可能性がある。したがって、付着Ｓ量が多い場合、第１センサ電極に付着している硫黄を除去すること（すなわち、Ｓ被毒回復制御を実施すること）が好ましい。そこで、Ｓ被毒回復実施判定値は、たとえば、Ｓ被毒回復制御の実施が必要とされる場合におけるピーク値の絶対値（すなわち、降圧制御中にＥＣＵに入力された出力電流のピーク値の絶対値）に設定される。

なお、Ｓ被毒回復実施判定値は、第８実施形態の警報判定値と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。

＜第９実施形態のＳＯｘ濃度検出装置の利点＞
第９実施形態のＳＯｘ濃度検出装置によれば、Ｓ被毒によってセンサの検出精度が低下している可能性がある場合、Ｓ被毒回復制御が実施される。言い換えれば、Ｓ被毒によるセンサの検出精度の低下が生じている可能性がない場合に限り、ＳＯｘ濃度の検出が実施される。このため、第１実施形態のＳＯｘ濃度検出装置によれば、ＳＯｘ濃度をより精度良く検出することができる。

＜Ｓ被毒回復制御＞
Ｓ被毒回復制御について説明する。この制御は、センサ１０、３０のＳ被毒を回復させる制御である。Ｓ被毒とは、排気中のＳＯｘによるセンサ１０、３０（より具体的には、第１センサ電極１６Ａ、３５Ａ）の劣化である。

上記実施形態では、印加電圧が定常的に０．４Ｖに維持されている。すなわち、センサに定常的に０．４Ｖが印加されている。そして、Ｓ被毒回復が要求されると、印加電圧が０．４Ｖから０．８Ｖまで上昇され、その後、印加電圧が０．８Ｖから０．４Ｖまで低下される。これによれば、センサのＳ被毒が小さくなり、この制御が繰り返されることによって、やがては、センサのＳ被毒が回復される。

＜ＮＯｘ濃度検出＞
なお、上記１セルタイプの限界電流式センサは、排気中のＮＯｘ濃度の検出にも利用可能である。この場合、ポンプセルのポンピングによって排気中の酸素濃度が略零になるようにポンプセルに電圧が印加されるとともに、センサセルにおいて排気中のＮＯｘが分解されてＮＯｘ中の酸素によってセンサセルに電流が流れるようにセンサセルに電圧が印加される。このときのセンサの出力電流（具体的には、センサセルの出力電流）に基づいて、排気中のＮＯｘ濃度を検出することができる。

＜ＳＯｘ検出回路の構成１＞
なお、内燃機関が図１の限界電流式センサ（２セルタイプ限界電流式センサ）を有する場合、ＳＯｘ検出回路として、たとえば、図１８（Ａ）に示されている回路が採用される。図１８（Ａ）において、１０は限界電流式センサ（すなわち、図１の限界電流式センサ）、１４はヒータ、１５はポンプセル、１６はセンサセル、９０はＥＣＵ、９１は印加電圧指令部、９２はパラメータ算出部、９３はヒータ制御部、９４Ｐおよび９４Ｓは印加電圧制御回路、９５Ｐおよび９５Ｓは出力電流検出回路をそれぞれ示している。

印加電圧指令部９１、パラメータ算出部９２、および、ヒータ制御部９３は、ＥＣＵ９０の構成要素である。

印加電圧指令部９１は、ポンプセル１５への印加電圧に関する指令を印加電圧制御回路９４Ｐに送信するとともに、センサセル１６への印加電圧に関する指令を印加電圧制御回路９４Ｓに送信する。

パラメータ算出部９２は、ポンプセル出力電流に対応する信号を出力電流検出回路９５Ｐから受信し、この受信した信号に基づいてポンプセル出力電流を算出し、この算出した出力電流に基づいて排気の空燃比（または、排気中の酸素濃度）を算出する。さらに、パラメータ算出部９２は、センサセル出力電流に対応する信号を出力電流検出回路９５Ｓから受信し、この受信した信号に基づいてセンサセル出力電流を算出し、この算出した出力電流に基づいて排気中のＳＯｘ濃度を算出する。さらに、パラメータ算出部９２は、出力電流検出回路９５Ｐ、９５Ｓから受信した信号に基づいてセンサ１０内の回路のインピーダンスを算出し、この算出したインピーダンスに関する情報をヒータ制御部９３に送信する。ヒータ制御部９３は、パラメータ算出部９２から受信したインピーダンスに関する情報に基づいてヒータ１４を制御する制御信号をヒータ１４に送信する。

印加電圧制御回路９４Ｐは、印加電圧指令部９１から受信した指令に基づいて（あるいは、印加電圧指令部９１から受信した指令、および、出力電流検出回路９５Ｐから提供されるポンプセル出力電流に対応する信号に基づいて）ポンプセル印加電圧を制御する。

出力電流検出回路９５Ｐは、ポンプセル出力電流を検出し、この検出した出力電流に対応する信号をパラメータ算出部９２および印加電圧制御回路９４Ｐに送信する。

印加電圧制御回路９４Ｓは、印加電圧指令部９１から受信した指令に基づいて（あるいは、印加電圧指令部９１から受信した指令、および、出力電流検出回路９５Ｓから提供されるセンサセル出力電流に対応する信号に基づいて）センサセル印加電圧を制御する。

出力電流検出回路９５Ｓは、センサセル出力電流を検出し、この検出した出力電流に対応する信号をパラメータ算出部９２および印加電圧制御回路９４Ｓに送信する。

＜ＳＯｘ検出回路の構成２＞
また、内燃機関が図５の限界電流式センサ（１セルタイプ限界電流式センサ）を有する場合のＳＯｘ検出回路として、たとえば、図１８（Ｂ）に示されている回路が採用される。図１８（Ｂ）において、３０は限界電流式センサ（すなわち、図５の限界電流式センサ）、３４はヒータ、３５はセンサセル、９０はＥＣＵ、９１は印加電圧指令部、９２はパラメータ算出部、９３はヒータ制御部、９４は印加電圧制御回路、９５は出力電流検出回路をそれぞれ示している。

印加電圧指令部９１、パラメータ算出部９２、および、ヒータ制御部９３は、ＥＣＵ９０の構成要素である。

印加電圧指令部９１は、センサセル３５への印加電圧に関する指令を印加電圧制御回路９４に送信する。

パラメータ算出部９２は、センサセル出力電流に対応する信号を出力電流検出回路９５から受信し、この受信した信号に基づいてセンサセル出力電流を算出し、この算出した出力電流に基づいて排気の空燃比（または、排気中の酸素濃度）あるいは排気中のＳＯｘ濃度を算出する。さらに、パラメータ算出部９２は、出力電流検出回路９５から受信した信号に基づいてセンサ３０内の回路のインピーダンスを算出し、この算出したインピーダンスに関する情報をヒータ制御部９３に送信する。ヒータ制御部９３は、パラメータ算出部９２から受信したインピーダンスに関する情報に基づいてヒータ３４を制御する制御信号をヒータ１４に送信する。

印加電圧制御回路９４は、印加電圧指令部９１から受信した指令に基づいて（あるいは、印加電圧指令部９１から受信した指令、および、出力電流検出回路９５から提供されるセンサセル出力電流に対応する信号に基づいて）センサセル印加電圧を制御する。

出力電流検出回路９５は、センサセル出力電流を検出し、この検出した出力電流に対応する信号をパラメータ算出部９２および印加電圧制御回路９４に送信する。

＜センサ搭載位置＞
また、排気中の成分を浄化する触媒が排気管に設けられている場合、排気中のＳＯｘが触媒に捕捉される可能性がある。この場合、限界電流式センサが触媒下流の排気管に取り付けられていると、ＳＯｘ濃度が精度良く検出されない可能性がある。そこで、上述した実施形態において、触媒が排気管に設けられている場合、限界電流式センサが触媒上流の排気管に取り付けられていることが好ましい。

＜センサ素子温度＞
なお、上述した実施形態のＳＯｘ濃度検出において、印加電圧が低下されたときにＳＯｘ濃度に対応する電流がセンサから出力される理由は、センサセルにおいてＳＯｘに関連する反応が生じていることであると推察される。一方、この反応は、センサセルの温度の影響を大きく受ける。したがって、排気中のＳＯｘ濃度が極めて低いことを考慮すれば、センサセルの温度が一定に維持されていることが好ましい。そこで、上述した実施形態において、ＳＯｘ濃度検出の実施時には、センサセルの温度が一定に維持されるように、ヒータが制御されるようにしてもよい。これによれば、ＳＯｘ濃度がより精度高く検出される。

＜ＳＯｘ濃度検出の実施時期＞
また、上記実施形態のＳＯｘ濃度検出は、特に、給油（すなわち、燃料噴射弁に供給される燃料の燃料タンクへの補充）が行われた直後、あるいは、その後、可能な限り早い時期に実施されることが好ましい。

＜実施形態の適用範囲＞
上述した実施形態は、排気中のＳＯｘ濃度を検出する場合の実施形態である。しかしながら、上述した実施形態の考え方は、広く、印加電圧を所定の電圧から低下させたときの出力電流に相関を持つＳＯｘに関するパラメータ（たとえば、内燃機関の制御に用いられる係数であって、ＳＯｘの量に応じて設定される係数）を算出する場合にも適用可能である。もちろん、この場合、検出しようとするＳＯｘ関連パラメータに相関を持つ出力電流を、それ以外のＳＯｘに関するパラメータに相関を持つ出力電流から切り分け可能であることが条件となる。

別の表現をすれば、上述した実施形態の考え方は、印加電圧が一定の電圧に維持されているときの出力電流に相関を持たない（または、相関が極めて小さい）か、あるいは、印加電圧が上昇されたときの出力電流に相関を持たない（または、相関が極めて小さい）が、印加電圧が所定電圧から低下されたときの出力電流に相関を持つＳＯｘに関するパラメータを算出する場合にも適用可能である。

また、上述した実施形態は、降圧制御中の出力電流の最小値を用いてＳＯｘ濃度を検出する実施形態である。しかしながら、上述した実施形態の考え方は、広く、降圧制御中の出力電流の最大値を用いてＳＯｘに関するパラメータを算出する場合にも適用可能である。

また、上述した実施形態のうち、センサをＳＯｘ濃度検出と空燃比検出とに利用する実施形態において、センサをＳＯｘ濃度検出のみに利用するようにしてもよい。

＜実施形態の総括＞
上記実施形態の制御装置は、広くは、限界電流式センサ（たとえば、センサ１０、３０）を有する内燃機関の制御装置であって、前記センサへの印加電圧をパラメータ算出電圧（たとえば、０．８Ｖ）から低下させる降圧制御を実施したときの前記センサの出力電流を用いて、被検ガス（たとえば、排気）中のＳＯｘに関するパラメータ（たとえば、ＳＯｘ濃度）を算出する制御装置であり、前記センサの温度が所定上限温度以下（たとえば、７００℃以下）であるとき、あるいは、前記センサの温度が前記所定上限温度以下であると予測される低温度条件が成立したときに、前記印加電圧を前記パラメータ算出電圧まで上昇させる昇圧制御を実施する制御部（たとえば、ＥＣＵ９０）を具備する制御装置である。

１０…限界電流式センサ、１１Ａ、１１Ｂ…固体電解質層、１３…拡散律速層、１５…ポンプセル、１５Ａ、１５Ｂ…ポンプ電極、１６…センサセル、１６Ａ、１６Ｂ…センサ電極、３０…限界電流式センサ、３１…固体電解質層、３３…拡散律速層、３５…センサセル、３５Ａ、３５Ｂ…センサ電極、９０…ＥＣＵ

Claims (13)

1. 限界電流式センサを有する内燃機関の制御装置であって、前記センサへの印加電圧をパラメータ算出電圧から低下させる降圧制御を実施したときの前記センサの出力電流を用いて、被検ガス中のＳＯｘに関するパラメータを算出する制御装置において、前記センサの温度が所定上限温度以下であるとき、あるいは、前記センサの温度が前記所定上限温度以下であると予測される低温度条件が成立したときに、前記印加電圧を前記パラメータ算出電圧まで上昇させる昇圧制御を実施する制御部を具備する制御装置。
2. 前記制御部は、前記センサの暖機過程において前記センサの温度を前記所定上限温度以下に制御し、あるいは、前記低温度条件を成立させる請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御部は、前記降圧制御中の前記出力電流の絶対値が警報判定値以上である場合、燃料性状が異常であることを警報する請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記制御部は、前記センサの温度が前記所定上限温度よりも低い所定下限温度以上であって且つ前記所定上限温度以下である場合に限定して、前記昇圧制御を実施する請求項１〜３のいずれか１つに記載の制御装置。
5. 前記制御部は、被検ガス中の酸素濃度が所定濃度以上である場合に限定して、前記昇圧制御を実施する請求項１〜４のいずれか１つに記載の制御装置。
6. 前記制御部は、前記センサに対するＳ被毒回復処理の終了後に限定して、前記昇圧制御を実施する請求項１〜５のいずれか１つに記載の制御装置。
7. 前記センサが被検ガス中の酸素濃度の検出に用いられ、且つ、前記制御部がＳＯｘに関するパラメータの算出のために前記昇圧制御を実施する場合において、前記所定上限温度は、前記センサによる酸素濃度の検出に適した前記センサの下限温度よりも低い温度に設定される請求項１〜６のいずれか１つに記載の制御装置。
8. 前記制御部は、前記パラメータを複数個算出した場合において、前記センサの温度がより低い温度であるときに算出された前記パラメータを、前記ＳＯｘに関する最終的なパラメータとして採用する請求項１〜７のいずれか１つに記載の制御装置。
9. 前記制御部は、前記降圧制御中の出力電流がＳ被毒回復実施判定値以上である場合、前記センサのＳ被毒を回復させるＳ被毒回復制御を実施する請求項１〜８のいずれか１つに記載の制御装置。
10. 前記パラメータ算出電圧が０．８Ｖ以上の電圧である請求項１〜９のいずれか１つに記載の制御装置。
11. 前記降圧制御の終了時点の印加電圧が０．７Ｖ以下である請求項１〜１０のいずれか１つに記載の制御装置。
12. 前記制御部は、通常、前記パラメータ算出電圧よりも低い通常電圧を前記センサに印加しており、該通常電圧が前記センサに印加されているときの前記センサの出力電流を用いて被検ガス中の酸素濃度を検出する請求項１〜１１のいずれか１つに記載の制御装置。
13. 限界電流式センサを有する内燃機関の制御方法であって、前記センサへの印加電圧をパラメータ算出電圧から低下させる降圧制御を実施したときの前記センサの出力電流を用いて、被検ガス中のＳＯｘに関するパラメータを算出する制御方法において、前記センサの温度が所定上限温度以下であるとき、あるいは、前記センサの温度が前記所定上限温度以下であると予測される低温度条件が成立したときに、前記印加電圧を前記パラメータ算出電圧まで上昇させる昇圧制御を実施するステップを具備する制御方法。

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