JP2019109063A - 内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より正確なＳＯｘ濃度を取得できる内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置を提供する。【解決手段】固体電解質層を挟む電極と電極の間に印加される電圧Ｖssを、ＳＯｘの分解開始電圧よりも低い電圧から分解開始電圧以上の電圧まで上昇させる昇圧制御を実行し、その後、分解開始電圧よりも低い電圧まで低下させる降圧制御を実行する。昇圧制御及び降圧制御の実行時のセンサ電圧の位相に対するセンサ電流の位相のずれ角度に相当する時間を進角時間Ｔとして取得する。降圧制御の実行中にセンサ電流の最小値を最小電流Ｉminとして取得し、最小電流の取得時点よりも進角時間だけ前に電極間に印加されたセンサ電圧を基準電圧Ｖbaseとして取得する。昇圧制御の実行中にセンサ電圧が基準電圧となった時点よりも進角時間だけ前に流れたセンサ電流を参照電流として取得する。参照電流と最小電流との差ｄIss１に基づいて排気中のＳＯｘ濃度を取得する。【選択図】図１０

Description

本発明は、内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置に関する。

内燃機関から排出される排気中の硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」と称呼する。）の濃度を取得するＳＯｘ濃度取得装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この従来のＳＯｘ濃度取得装置（以下、「従来装置」と称呼する。）は、限界電流式センサを備える。限界電流式センサは、複数の固体電解質層、並びに、固体電解質層を挟むように配設された第１センサ電極及び第２センサ電極を備える。

従来装置は、第１センサ電極と第２センサ電極との間に印加する電圧（以下、「センサ電圧」と称呼する。）を上昇させた後に低下させる。そして、センサ電圧の低下中に第１センサ電極と第２センサ電極との間に流れる電流の最小値（以下、「最小電流」と称する。）が排気中のＳＯｘの濃度（以下、「ＳＯｘ濃度」と称呼する。）に相関する値であることから、従来装置は、最小電流に基づいてＳＯｘ濃度を取得するようになっている。

特開２０１５−１７９３１号公報

最小電流に基づいたＳＯｘ濃度の取得方法として、最小電流が流れた時点のセンサ電圧と等しい値のセンサ電圧がセンサ電圧の上昇中に第１センサ電極と第２センサ電極との間に印加されたときに流れた電流を参照電流として取得し、この参照電流と最小電流との差に基づいてＳＯｘ濃度を取得するという方法が考えられる。

ところが、第１センサ電極、第２センサ電極及び固体電解質層を含む回路（以下、「センサセル回路」と称する。）は、容量成分を含む回路であり、センサ電圧を上昇させた後に低下させた場合、センサセル回路に交流電圧が印加されることになる。

一般に、容量成分を含む回路に交流電圧が印加されると、回路を流れる電流の位相が交流電圧の位相よりも進むことが知られている。従って、先に述べたように、参照電流と最小電流との差（以下、「電流差」と称する。）を取得した場合、その電流差は、同じ値のセンサ電圧に対応する電流同士の差ではないことになる。従って、排気中のＳＯｘ濃度が同じでも、条件によっては、電流差が異なる可能性がある。このため、上述した電流差に基づいてＳＯｘ濃度を取得した場合、そのＳＯｘ濃度が正確なＳＯｘ濃度ではない可能性がある。

本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の１つは、より正確なＳＯｘ濃度を取得できる内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置を提供することにある。

本発明に係る内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置（以下、「本発明装置」と称呼する。）は、固体電解質層（１１：２１Ａ）、第１センサ電極（１５Ａ：２６Ａ）、第２センサ電極（１５Ｂ：２６Ｂ）及びセンサセル電圧源（１５Ｃ：２６Ｃ）を備える。

前記第１センサ電極と前記第２センサ電極とは、前記固体電解質層を挟むように配設される。前記センサセル電圧源は、前記第１センサ電極と前記第２センサ電極との間に電圧を印加するように配設される。

本発明装置は、前記第１センサ電極と前記第２センサ電極との間の前記固体電解質層を流れる電流をセンサ電流（Ｉss）として取得するように構成される。

本発明装置は、前記第１センサ電極と前記第２センサ電極との間に印加される電圧であるセンサ電圧（Ｖss）を、ＳＯｘを硫黄成分と酸素成分とに分解できる電圧の最小値である分解開始電圧（Ｖdec_start）よりも低い電圧から、前記分解開始電圧以上の電圧（Ｖup_end）まで上昇させる昇圧制御を実行し（図１０のステップ１０２０の処理）、その後、前記分解開始電圧よりも低い電圧（Ｖdown_end）まで低下させる降圧制御を実行する（図１０のステップ１０４５の処理）。

本発明装置は、前記昇圧制御と前記降圧制御とを実行したときの前記センサ電圧の位相に対する前記センサ電流の位相のずれ角度に相当する時間を進角時間（Ｔ）として取得する（図１０のステップ１００７の処理）。

更に、本発明装置は、前記降圧制御の実行中に前記センサ電流の最小値を最小電流（Ｉmin）として取得すると共に、前記最小電流の取得時点よりも前記進角時間だけ前に前記第１センサ電極と前記第２センサ電極との間に印加された前記センサ電圧を基準電圧（Ｖbase）として取得する（図１０のステップ１０６０の処理）。

更に、本発明装置は、前記昇圧制御の実行中に前記センサ電圧が前記基準電圧となった時点よりも前記進角時間だけ前に流れた前記センサ電流を参照電流（Ｉref）として取得する（図１０のステップ１０６５の処理）。

そして、本発明装置は、前記参照電流と前記最小電流との差（ｄIss１：ｄIss２）に基づいて前記排気中のＳＯｘ濃度を取得する（図１０のステップ１０７０及びステップ１０７５の処理：図１３のステップ１３７５乃至ステップ１３８５の処理）。

本発明装置は、最小電流の取得時点よりも進角時間だけ前に第１センサ電極と第２センサ電極との間に印加されたセンサ電圧を基準電圧として取得し、そして、昇圧制御の実行中にセンサ電圧が基準電圧となった時点よりも進角時間だけ前に流れたセンサ電流を参照電流として取得する。このため、本発明装置は、最小電流を流したセンサ電圧と同じ値のセンサ電圧で流されたセンサ電流を参照電流として取得している。従って、参照電流と最小電流との差は、同じ値のセンサ電圧で流される電流同士の差である。このため、より正確なＳＯｘ濃度を取得することができる。

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

図１は、本発明の第１実施形態に係るＳＯｘ濃度取得装置（以下、「第１実施装置」と称呼する。）を備えた内燃機関を示した図である。 図２は、第１実施装置のセンサの内部構造を示した図である。 図３は、第１実施装置のセンサのセンサセルに印加される電圧（センサ電圧）とセンサセルに流れる電流（センサ電流）と排気の空燃比との関係を示した図である。 図４は、第１実施装置のセンサセルに印加される電圧（センサ電圧）とセンサセルに流れる電流（センサ電流）との関係を示した図である。 図５は、電流差とＳＯｘ濃度との関係を示した図である。 図６は、センサセルを含む電気回路の等価回路を示した図である。 図７は、第１実施装置のセンサセルに印加される電圧（センサ電圧）とセンサセルに流れる電流（センサ電流）との関係を示した図である。 図８は、ナイキスト線図を示した図である。 図９は、第１実施装置のＥＣＵのＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１０は、第１実施装置のＥＣＵのＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１１は、第１実施装置のＥＣＵのＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１２は、第１実施形態の変形例に係るＳＯｘ濃度取得装置のＥＣＵのＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１３は、第１実施形態の変形例に係るＳＯｘ濃度取得装置のＥＣＵのＣＰＵが行うステップを示した図である。 図１４は、本発明の第２実施形態に係るＳＯｘ濃度取得装置（以下、「第２実施装置」と称呼する。）を備えた内燃機関を示した図である。 図１５は、第２実施装置のセンサの内部構造を示した図である。 図１６は、第２実施装置のセンサセルに流れる電流（センサ電流）とＮＯｘ濃度との関係を示した図である。 図１７は、第２実施装置のＥＣＵのＣＰＵが行うステップを示した図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置について説明する。本発明の第１実施装置に係るＳＯｘ濃度取得装置（以下、「第１実施装置」と称呼する。）は、図１に示した内燃機関に適用される。

図１に示した内燃機関は、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。又、図１に示した内燃機関は、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。

図１において、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（以下、「ＥＣＵ」と称呼する。）、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。

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、及び、限界電流式センサ１０は、ＥＣＵ９０に電気的に接続されている。

ＥＣＵ９０は、エレクトロニックコントロールユニットであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェース等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路である。ＣＰＵは、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたインストラクション（ルーチン）を実行することにより各種機能を実現する。

ＥＣＵ９０は、燃料噴射弁５４、点火プラグ５５及びスロットル弁７４に「それらを動作させるための信号」を送信する。又、ＥＣＵ９０は、クランク角度センサ６３、エアフローメータ７６、及び、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は、クランクシャフト６２の回転速度に対応する信号を出力する。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）に対応する信号を出力する。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は、アクセルペダル９１の踏込量に対応する信号を出力する。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ＫＬを算出する。

第１実施装置は、限界電流式センサ１０、センサセル電圧源１５Ｃ、電流計１５Ｄ、電圧計１５Ｅ、及び、ＥＣＵ９０を含んでいる。限界電流式センサ１０（以下、単に「センサ１０」と称呼する。）は、１セルタイプの限界電流式センサであり、排気管８３に配設されている。

図２に示したように、センサ１０は、固体電解質層１１、第１アルミナ層１２Ａ、第２アルミナ層１２Ｂ、第３アルミナ層１２Ｃ、第４アルミナ層１２Ｄ、第５アルミナ層１２Ｅ、拡散律速層１３、ヒータ１４、センサセル１５、第１センサ電極１５Ａ、第２センサ電極１５Ｂ、大気導入路１６、及び、内部空間１７を含んでいる。

固体電解質層１１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〜１２Ｅ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２において下方から、第５アルミナ層１２Ｅ、第４アルミナ層１２Ｄ、第３アルミナ層１２Ｃ、固体電解質層１１、拡散律速層１３及び第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４アルミナ層１２Ｄと第５アルミナ層１２Ｅとの間に配置されている。

大気導入路１６は、固体電解質層１１と第３アルミナ層１２Ｃと第４アルミナ層１２Ｄ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１７は、第１アルミナ層１２Ａと固体電解質層１１と拡散律速層１３と第２アルミナ層１２Ｂ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。機関５０から排出された排気は、拡散律速層１３を通って内部空間１７に流入する。

第１センサ電極１５Ａ及び第２センサ電極１５Ｂは、還元性の高い材料（例えば、白金もしくはロジウム等の白金族元素又はその合金）からなる電極である。第１センサ電極１５Ａは、固体電解質層１１の一方の側の壁面（即ち、内部空間１７を形成する固体電解質層１１の壁面）に配置される。従って、第１センサ電極１５Ａは、内部空間１７に露出している。第２センサ電極１５Ｂは、固体電解質層１１の他方の側の壁面（即ち、大気導入路１６を形成する固体電解質層１１の壁面）に配置されている。第１センサ電極１５Ａと第２センサ電極１５Ｂと固体電解質層１１とは、センサセル１５を構成している。

センサ１０は、センサセル１５（具体的には、第１センサ電極１５Ａと第２センサ電極１５Ｂとの間）にセンサセル電圧源１５Ｃから電圧を印加されるように構成されている。センサセル電圧源１５Ｃは、センサセル１５に直流電圧及び交流電流を選択的に印加するように構成されている。センサセル電圧源１５Ｃがセンサセル１５に直流電圧を印加した場合、第１センサ電極１５Ａは陰極側の電極であり、第２センサ電極１５Ｂは陽極側の電極である。

ヒータ１４、センサセル電圧源１５Ｃ，電流計１５Ｄ及び電圧計１５Ｅは、ＥＣＵ９０に接続されている。

ＥＣＵ９０は、所定の電圧がセンサセル電圧源１５Ｃからセンサセル１５に印加されるようにセンサセル電圧源１５Ｃの電圧を制御する。

電流計１５Ｄは、センサセル１５に流れる電流Ｉss（以下、「センサ電流Ｉss」と称呼する。）を検出し、その検出したセンサ電流Ｉssを表す信号をＥＣＵ９０に出力する。ＥＣＵ９０は、その信号に基づいてセンサ電流Ｉssを取得する。

電圧計１５Ｅは、センサセル１５に印加されている電圧Ｖss（以下、「センサ電圧Ｖss」と称呼する。）を検出し、その検出したセンサ電圧Ｖssを表す信号をＥＣＵ９０に出力する。ＥＣＵ９０は、その信号に基づいてセンサ電圧Ｖssを取得する。

ＥＣＵ９０は、所定の条件が成立した場合、センサセル１５に交流電圧が印加されるようにセンサセル電圧源１５Ｃの電圧を制御する素子温電圧制御を実行し、そのときのセンサ電圧Ｖssの変化量及びセンサ電流Ｉssの変化量に基づいてセンサセル１５のインピーダンスＺｓ（以下、「センサインピーダンスＺｓ」と称呼する。）を取得する。センサインピーダンスＺｓは、センサセル１５の温度が高いほど小さくなる。ＥＣＵ９０は、センサインピーダンスＺｓに基づいてセンサセル１５の温度がセンサ１０を活性状態とする温度（所謂、センサ活性温度）に維持されるようにヒータ１４の作動を制御する。

＜第１実施装置の作動の概要＞
＜ＳＯｘ濃度の取得＞
センサセル１５に電圧が印加されると、内部空間１７に流入した排気中の硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」と称呼する。）が第１センサ電極１５Ａに接触したとき、そのＳＯｘが第１センサ電極１５Ａ上で還元されて分解され、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１１の内部を第２センサ電極１５Ｂに向かって移動する。このとき、第１センサ電極１５Ａと第２センサ電極１５Ｂとの間には、固体電解質層１１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。酸素イオンは、第２センサ電極１５Ｂに達すると、第２センサ電極１５Ｂにおいて酸素となって大気導入路１６に放出される。

センサ電圧Ｖssとセンサ電流Ｉssと排気の空燃比Ａ／Ｆとの間には、図３に示した関係がある。排気の空燃比Ａ／Ｆは、燃焼室５３内に形成される混合気の空燃比に相当し、以下、「排気空燃比Ａ／Ｆ」と称呼する。

図３において、「Ａ／Ｆ＝１２」によって示したラインは、排気空燃比Ａ／Ｆが「１２」である場合のセンサ電圧Ｖssの変化に対するセンサ電流Ｉssの変化を示している。同様に、「Ａ／Ｆ＝１３〜Ａ／Ｆ＝１８」によって示したラインは、それぞれ、排気空燃比Ａ／Ｆが「１３〜１８」である場合のセンサ電圧Ｖssの変化に対するセンサ電流Ｉssの変化を示している。

例えば、排気空燃比Ａ／Ｆが「１８」である場合、センサ電圧Ｖssが所定値Ｖthよりも小さい範囲では、センサ電流Ｉssが負の値である場合、センサ電圧Ｖssが高いほど、センサ電流Ｉssの絶対値が小さく、センサ電流Ｉssが正の値である場合、センサ電圧Ｖssが高いほど、センサ電流Ｉssの絶対値が大きい。一方、センサ電圧Ｖssが上記所定値Ｖth以上である一定の範囲では、センサ電圧Ｖssに依らず、センサ電流Ｉssは一定の値となる。

こうしたセンサ電圧Ｖssとセンサ電流Ｉssとの関係は、排気空燃比Ａ／Ｆが「１２〜１７」である場合にも同様に成立する。

ところで、「ＳＯｘを含んでおらず且つ酸素濃度が特定の一定濃度である排気」が第１センサ電極１５Ａに到達している場合に、センサ電圧Ｖssを０．２Ｖから０．８Ｖまで上昇させた後、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させたとき、センサ電流Ｉssは、図４の（Ａ）に示したように変化することが判明した。

より具体的に述べると、センサ電圧Ｖssを０．２Ｖから上昇させ始めると、図４の（Ａ）に線ＬＵで示したように、センサ電流Ｉssは上昇し始める。その後、センサ電圧Ｖssが約０．２５Ｖとなって以降、約０．６Ｖとなるまで、略一定となる。センサ電圧Ｖssが約０．６Ｖとなると、センサ電流Ｉssは再び上昇し始める。その後、センサ電圧Ｖssが約０．７８Ｖとなって以降、０．８Ｖとなるまで、センサ電流Ｉssは略一定となる。

その後、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから低下させ始めると、図４の（Ａ）に線ＬＤで示したように、センサ電流Ｉssは低下し始める。その後、センサ電圧Ｖssが約０．６Ｖとなって以降、約０．２５Ｖとなるまで、センサ電流Ｉssは略一定となる。センサ電圧Ｖssが約０．２５Ｖとなると、センサ電流Ｉssは再び低下し始める。その後、センサ電圧Ｖssが約０．２２Ｖとなって以降、０．２Ｖとなるまで、センサ電流Ｉssは上昇する。

一方、「ＳＯｘを含んでおり且つ酸素濃度が上記特定の一定の濃度である排気」が第１センサ電極１５Ａに到達している場合に、センサ電圧Ｖssを０．２Ｖから０．８Ｖまで上昇させた後、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させたとき、センサ電流Ｉssは、図４の（Ｂ）に示したように変化することが判明した。

より具体的に述べると、センサ電圧Ｖssを０．２Ｖから上昇させ始めると、図４の（Ｂ）に線ＬＵで示したように、センサ電流Ｉssは上昇し始める。その後、センサ電圧Ｖssが約０．２５Ｖとなって以降、約０．６Ｖとなるまで、略一定となる。センサ電圧Ｖssが約０．６Ｖとなると、センサ電流Ｉssは再び上昇し始める。その後、センサ電圧Ｖssが約０．７８Ｖとなって以降、０．８Ｖとなるまで、センサ電流Ｉssは略一定となる。

その後、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから低下させ始めると、図４の（Ｂ）に線ＬＤで示したように、センサ電流Ｉssは低下し始める。その後、センサ電圧Ｖssが約０．６２Ｖになると、センサ電流Ｉssは上昇し始める。即ち、センサ電圧Ｖssが約０．６２Ｖになったとき、センサ電流Ｉssは最小値となる。そして、センサ電圧Ｖssが約０．４５Ｖになって以降、約０．２５Ｖとなるまで、センサ電流Ｉssは略一定となる。センサ電圧Ｖssが約０．２５Ｖとなると、センサ電流Ｉssは低下し始める。そして、センサ電圧Ｖssが約０．２１Ｖになって以降、０．２Ｖとなるまで、センサ電流Ｉssは上昇する。

このように、ＳＯｘを含む排気が第１センサ電極１５Ａに到達している場合にセンサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させたときのセンサ電流Ｉssの変化（図４の（Ｂ）を参照。）は、ＳＯｘを含んでいない排気が第１センサ電極１５Ａに到達している場合にセンサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させたときのセンサ電流Ｉssの変化（図４の（Ａ）を参照。）とは明らかに異なる。

より具体的に述べると、ＳＯｘを含む排気が第１センサ電極１５Ａに到達している場合にセンサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させたときのセンサ電流Ｉssは、概して、ＳＯｘを含んでいない排気が第１センサ電極１５Ａに到達している場合にセンサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させたときのセンサ電流Ｉssよりも低くなる。

特に、ＳＯｘを含む排気が第１センサ電極１５Ａに到達している場合にセンサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させると、センサ電流Ｉssは、ピークのある変化を示す。上述したように、本例においては、センサ電圧Ｖssが約０．６２Ｖになったときに、センサ電流Ｉssがピークとなる。

本願の発明者は、排気がＳＯｘを含んでいない場合よりも、排気がＳＯｘを含んでいる場合のほうが、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させたときのセンサ電流Ｉssが低くなり、そして、排気がＳＯｘを含んでいる場合、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させたときにセンサ電流Ｉssがピークのある変化を示す理由を以下のように推察している。

センサ電圧Ｖssを０．２Ｖから０．８Ｖに上昇させている間にセンサ電圧Ｖssが或る値以上になると、第１センサ電極１５Ａに到達するＳＯｘは、第１センサ電極１５Ａにて硫黄成分と酸素成分とに分解される。そして、酸素成分は、酸素イオンとなって固体電解質層１１を通って第２センサ電極１５Ｂに向かい、硫黄成分は、第１センサ電極１５Ａに付着する。

その後、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖに低下させる間にセンサ電圧Ｖssが或る値以下になると、第１センサ電極１５Ａに付着している硫黄成分は、酸素によって酸化されてＳＯｘに戻る。このとき、ＳＯｘが第１センサ電極１５Ａにて硫黄成分と酸素成分とに分解する分解反応が行われている可能性もあるが、その分解反応よりも、第１センサ電極１５Ａに付着している硫黄成分の酸化反応のほうが支配的になる。その結果、分解反応によってＳＯｘから放出される酸素の量よりも、酸化反応によって消費される内部空間１７内の酸素の量のほうが多くなるため、固体電解質層１１を通って第２センサ電極１５Ｂに向かう酸素イオンの量が少なくなる。このため、センサ電流Ｉssが低くなる。

以上の理由から、本願の発明者は、排気がＳＯｘを含んでいない場合よりも、排気がＳＯｘを含んでいる場合のほうが、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させたときのセンサ電流Ｉssが低くなるものと推察している。

そして、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖに低下させる間に硫黄成分の酸化反応に消費される酸素の量は、センサ電圧Ｖssが或る値となったときに最も多くなる。このため、本願の発明者は、センサ電流Ｉssがピークのある変化を示すものと推察している。

尚、本例において、センサ電圧Ｖssを０．２Ｖから０．８Ｖまで上昇させた場合における０．８Ｖの電圧は、第１センサ電極１５ＡにおけるＳＯｘの分解量が正確なＳＯｘ濃度の取得に適した十分に多い量となるように適宜設定される電圧であり、以下、「昇圧終了電圧Ｖup_end」と称呼する。

更に、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させた場合における０．２Ｖの電圧は、第１センサ電極１５Ａに付着している硫黄成分の酸化量が正確なＳＯｘ濃度の取得に適した十分に多い量となるように適宜設定される電圧であり、以下、「降圧終了電圧Ｖdown_end」と称呼する。

更に、以下の説明において、ＳＯｘを硫黄成分と酸素成分とに分解できるセンサ電圧Ｖssの最小値を「分解開始電圧Ｖdec_start」と称呼し、硫黄成分が酸化されてＳＯｘに戻るセンサ電圧Ｖssの最大値を「再酸化開始電圧Ｖox_start」と称呼する。

以上のことから、本願の発明者は、センサ電圧Ｖssを０．２Ｖから、０．８Ｖ（即ち、昇圧終了電圧Ｖup_end）まで上昇させる昇圧制御を行った後、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖ（即ち、降圧終了電圧Ｖdown_end）まで低下させる降圧制御を行った場合における現象について、以下の知見を得た。

即ち、本願の発明者は、「降圧制御の実行中のセンサ電流Ｉssのうち、最小のセンサ電流Ｉss」と「その最小のセンサ電流Ｉssの取得時点でのセンサ電圧Ｖssと同じ値のセンサ電圧Ｖssが昇圧制御の実行中にセンサセル１５に印加されたときに流れるセンサ電流Ｉss」との差（以下、「電流差」と称呼する。）を取得すると、図５に示したように、その電流差が大きくなるほど、第１センサ電極１５Ａに到達する排気中のＳＯｘ濃度が大きくなるとの知見を得た。

ところで、容量成分及び抵抗成分を含む回路に交流電圧を印加した場合、電圧の位相に対して回路を流れる電流の位相がずれることが知られている。

センサセル１５を含む電気回路（以下、「センサセル回路」と称する。）は、図６に示した等価回路として表現できる。図６に示した等価回路において、抵抗Ｒ０は、センサセル回路のリード部の抵抗であり、抵抗Ｒ１は、固体電解質層１１の粒子内抵抗（バルク抵抗）であり、抵抗Ｒ２は、固体電解質層１１の粒界抵抗であり、容量Ｃ２は、固体電解質層１１の粒界の容量であり、抵抗Ｒ３は、電極界面抵抗であり、容量Ｃ３は、第１センサ電極１５Ａと固体電解質層１１との界面の容量である。

従って、第１実施装置が昇圧制御と降圧制御とを行うと、センサセル１５に交流電圧が印加されることになるため、昇圧制御及び降圧制御の実行時にセンサ電圧Ｖssの位相に対してセンサ電流Ｉssの位相がずれる。

従って、先に述べたように電流差を取得した場合、その電流差は、同じ値のセンサ電圧Ｖssに対応するセンサ電流Ｉss同士の差ではないことになる。即ち、その電流差は、同一条件下にあるセンサ電流Ｉss同士の差ではない。従って、第１センサ電極１５Ａに到達する排気中のＳＯｘ濃度が同じでも、条件によっては、電流差が異なる可能性がある。このため、上述した電流差に基づいてＳＯｘ濃度を取得した場合、そのＳＯｘ濃度が正確なＳＯｘ濃度ではない可能性がある。

そこで、第１実施装置は、以下に述べるようにして排気中のＳＯｘ濃度を取得する。即ち、第１実施装置は、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得が要求されたときに機関５０の運転状態（以下、「機関運転状態」と称呼する。）が定常運転状態又はアイドリング運転状態にある場合、以下に述べる昇圧制御と降圧制御とを含む電圧変動制御を実行する。

尚、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得は、例えば、燃料噴射弁５４に供給される燃料を貯留するための燃料タンクに燃料が給油された後、機関５０を搭載した車両が所定距離だけ走行した時点で要求される。或いは、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得は、上記燃料タンクに燃料が給油された後、上記車両が所定距離だけ走行した時点で要求され、その後、その車両が所定距離だけ走行する毎に要求される。

更に、定常運転状態は、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬが一定又は略一定である機関運転状態であり、従って、センサ１０に到達する排気中の酸素濃度が一定又は略一定である機関運転状態である。更に、アイドリング運転状態は、アクセルペダル操作量ＡＰが零であって機関５０の運転を維持するための最低限の量の空気を燃焼室５３に流入させつつ燃料噴射弁５４から燃料を噴射させている機関運転状態であり、従って、センサ１０に到達する排気中の酸素濃度が一定又は略一定である機関運転状態である。

第１実施装置は、電圧変動制御を開始すると、センサ電圧Ｖssが所定周波数ｆsoxの正弦波をなして変化するように、センサ電圧Ｖssを０．２Ｖから０．８Ｖまで上昇させる昇圧制御を行い、その後、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させる降圧制御を行う。本例においては、所定周波数ｆsoxは、１０ｋＨｚである。しかしながら、所定周波数ｆsoxは、１０ｋＨｚに限定されない。

更に、先に述べたように、センサセル回路は、容量成分と抵抗成分とを含む回路であるが、本例においては、交流電圧をセンサセル回路に印加したときのセンサ電圧Ｖssの位相に対するセンサ電流Ｉssの位相のずれ角度は、抵抗成分よりも、容量成分の影響を遙かに大きく受けるものと捉える。即ち、交流電圧をセンサセル回路に印加したときには、センサ電圧Ｖssの位相に対してセンサ電流Ｉssの位相が９０°進むものと捉える。

そこで、第１実施装置は、「電圧変動制御（即ち、昇圧制御及び降圧制御）を実行したときのセンサ電圧Ｖssの位相に対するセンサ電流Ｉssの位相のずれ角度（即ち、９０°）に相当する時間Ｔ（以下、「進角時間Ｔ」と称呼する。）」を、所定周波数ｆsoxを下式（１）に適用することによって取得する。

Ｔ＝１／（４・ｆsox） …（１）

そして、第１実施装置は、昇圧制御の実行中、所定時間の経過毎（或いは、センサ電圧Ｖssが所定値だけ上昇する毎）にセンサ電流Ｉssを取得する。第１実施装置は、昇圧制御の実行中に取得したセンサ電流Ｉssそれぞれを、各センサ電流Ｉssの取得時点よりも進角時間Ｔだけ前にセンサセル１５に印加したセンサ電圧Ｖss_Tと関連付けて「昇圧電流Ｉup(n)」としてＲＡＭに保存する。

更に、第１実施装置は、降圧制御の実行中、上記所定時間の経過毎（或いは、センサ電圧Ｖssが上記所定値だけ上昇する毎）にセンサ電流Ｉssを取得する。第１実施装置は、降圧制御の実行中に取得したセンサ電流Ｉssそれぞれを、各センサ電流Ｉssの取得時点よりも進角時間Ｔだけ前にセンサセル１５に印加したのセンサ電圧Ｖss_Tと関連付けて「降圧電流Ｉdown(n)」としてＲＡＭに保存する。

このように保存されたセンサ電圧Ｖss_Tと昇圧電流Ｉup(n)及び降圧電流Ｉdown(n)との関係は、図７に示した関係となる。

そして、第１実施装置は、降圧電流Ｉdown(n)のうち、最小の降圧電流Ｉdown(n)を最小電流Ｉminとして取得すると共に、その最小電流Ｉminと関連付けられたセンサ電圧Ｖss_Tを基準電圧Ｖbaseとして取得する（図７を参照。）。

更に、第１実施装置は、昇圧電流Ｉup(n)のうち、基準電圧Ｖbaseと等しい値のセンサ電圧Ｖss_Tと関連付けられた昇圧電流Ｉup(n)を参照電流Ｉrefとして取得する（図７を参照。）。

第１実施装置は、参照電流Ｉrefから最小電流Ｉminを減じることにより、電流差ｄIss１を取得する（ｄIss１＝Ｉref−Ｉmin）。第１実施装置は、その電流差ｄIss１をルックアップテーブルMap1Csox(dIss1)に適用することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得する。

即ち、第１実施装置は、進角時間Ｔを取得し、最小電流Ｉminを取得すると共に、その最小電流Ｉminの取得時点よりも進角時間Ｔだけ前に第１センサ電極１５Ａと第２センサ電極１５Ｂとの間に印加したセンサ電圧Ｖssを基準電圧Ｖbaseとして取得する。更に、第１実施装置は、昇圧制御の実行中にセンサ電圧Ｖssが基準電圧Ｖbaseとなった時点よりも進角時間Ｔだけ前に流れたセンサ電流Ｉssを参照電流Ｉrefとして取得する。そして、第１実施装置は、参照電流Ｉrefと最小電流Ｉminとの差（即ち、電流差ｄIss１）に基づいて排気中のＳＯｘ濃度を取得する。

ルックアップテーブルMap1Csox(dIss1)は、センサ１０における電流差ｄIss１と排気中のＳＯｘ濃度との関係についての実験等に基づいて予め作成される。テーブルMap1Csox(dIss1)によれば、電流差ｄIss１が大きいほど、大きいＳＯｘ濃度Ｃsoxが取得される。

第１実施装置は、電圧変動制御の終了後、一定電圧制御を開始して、センサ電圧Ｖssを０．２Ｖから上昇させて０．４Ｖで一定とする。

参照電流Ｉrefは、最小電流Ｉminを流したセンサ電圧Ｖssと等しい値のセンサ電圧Ｖssが流した電流である。従って、第１センサ電極１５Ａに到達する排気中のＳＯｘ濃度が同じ場合、同じ電流差ｄIss１が取得される可能性が高い。このため、第１実施装置によれば、より正確なＳＯｘ濃度を取得することができる。

尚、第１実施装置は、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得に最小電流Ｉminを用いるが、最小電流Ｉminの直前又は直後のセンサ電流Ｉssを用いるようにも構成され得る。

更に、第１実施装置は、以下に述べるようにしてＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得するようにも構成され得る。即ち、第１実施形態の変形例に係るＳＯｘ濃度取得装置（以下、「第１変形装置」と称呼する。）は、昇圧電流Ｉup(n)それぞれを参照電流Ｉref(n)とする。そして、第１変形装置は、「参照電流Ｉref(n)それぞれ」から「各参照電流Ｉref(n)と関連付けられたセンサ電圧Ｖss_Tと等しい値のセンサ電圧Ｖss_Tと関連付けられた降圧電流Ｉdown(n)（最小電流Ｉminを含む）それぞれ」を減ずることにより、電流差ｄIss１(n)を取得する（ｄIss１(n)＝Ｉref(n)−Ｉdown(n)）。

そして、第１変形装置は、取得した電流差ｄIss１(n)を積算することにより、積算値Ｓ１を取得する（Ｓ１＝Σ（dIss１(n)））。第１変形装置は、取得した積算値Ｓ１をルックアップテーブルMap1Csox(S1)に適用することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得する。

即ち、第１変形装置は、進角時間Ｔを取得し、最小電流Ｉminを少なくとも取得すると共に、その最小電流Ｉminの取得時点よりも進角時間Ｔだけ前に第１センサ電極１５Ａと第２センサ電極１５Ｂとの間に印加したセンサ電圧Ｖssを基準電圧Ｖbaseとして取得する。更に、第１変形装置は、昇圧制御の実行中にセンサ電圧Ｖssが基準電圧Ｖbaseとなった時点よりも進角時間Ｔだけ前に流れたセンサ電流Ｉssを参照電流Ｉrefとして少なくとも取得する。そして、第１変形装置は、少なくとも参照電流Ｉrefと最小電流Ｉminとの差（即ち、電流差ｄIss１）に基づいて排気中のＳＯｘ濃度を取得する。

ルックアップテーブルMap1Csox(S1)は、センサ１０における積算値Ｓ１と排気中のＳＯｘ濃度との関係についての実験等に基づいて予め作成される。テーブルMap1Csox(S1)によれば、積算値Ｓ１が大きいほど、大きいＳＯｘ濃度Ｃsoxが取得される。

又、第１実施装置及び第１変形装置は、素子温電圧制御の実行時にセンサ電圧Ｖssの位相に対するセンサ電流Ｉssの位相のずれ角度θを取得しておき、このずれ角度θ及び電圧変動制御におけるセンサ電圧Ｖssの周波数ｆsoxを下式（２）に適用することによって取得される時間Ｔを「進角時間Ｔ」として取得するようにも構成され得る。

Ｔ＝θ／（２・π・ｆsox） …（２）

これによれば、センサセル回路の容量成分の影響だけでなく抵抗成分の影響も反映した進角時間Ｔを取得することができる。このため、より正確なＳＯｘ濃度を取得することができる。

更に、図６に示した等価回路に周波数が徐々に小さくなるように交流電圧を印加してインピーダンスＺを取得し、取得したインピーダンスＺの実数成分を横軸とし且つ虚数成分を縦軸としてプロットした場合、図８に示したナイキスト線図が得られることが知られている。

図８に示したように、周波数が第１周波数ｆ１（本例では、１０ｋＨｚ）であるときのインピーダンスＺ（以下、「第１インピーダンスＺ１」と称する。）の虚数成分は、零（又は零に近い極小値）となっている。又、周波数が第２周波数ｆ２（本例では、０．０１Ｈｚ）であるときのインピーダンスＺ（以下、「第２インピーダンスＺ２」と称する。）の虚数成分も、零（又は零に近い極値）となっている。

第１インピーダンスＺ１の実数成分は、「リード部の抵抗Ｒ０」と「固体電解質層１１の粒子内抵抗Ｒ１」と「固体電解質層１１の粒界抵抗Ｒ２」とを合計した抵抗である。一方、第２インピーダンスＺ２の実数成分は、「第１インピーダンスＺ１」と「電極界面抵抗Ｒ３」とを合計した抵抗である。

そして、素子温電圧制御におけるセンサ電圧Ｖssの周波数ｆtempが第１周波数ｆ１である場合、センサインピーダンスＺｓは、第１インピーダンスＺ１である。従って、第１実施装置のＥＣＵ９０のＲＯＭにセンサインピーダンスＺｓに応じたナイキスト線図を予め保存しておき、素子温電圧制御におけるセンサ電圧Ｖssの周波数ｆtempを第１周波数ｆ１に設定しておけば、センサインピーダンスＺｓに基づいてセンサセル１５についてのナイキスト線図を推定することができる。

更に、第１周波数ｆ１よりも大きく且つ第２周波数ｆ２よりも小さい周波数ｆ３の交流電圧をセンサセル１５に印加した場合、図８に符号Ｌで示したライン上において、その周波数ｆ３に対応する点Ｐが定まる。その点Ｐと原点Ｏとを結ぶ線と横軸とがなす角度θが電圧の位相に対する電流の位相のずれ角度である。

従って、電圧変動制御におけるセンサ電圧Ｖssの周波数ｆsoxを第１周波数ｆ１よりも大きく且つ第２周波数ｆ２よりも小さい周波数ｆ３に設定すれば、ナイキスト線図から取得される上記角度θを用いることにより、電圧変動制御の実行時の進角時間Ｔを取得することができる。

そこで、第１実施装置及び第１変形装置は、素子温電圧制御におけるセンサ電圧Ｖssの周波数ｆtempを第１周波数ｆ１に設定し、そのときに取得したセンサインピーダンスＺｓの値に基づいてセンサセル１５についてのナイキスト線図を推定し、電圧変動制御におけるセンサ電圧Ｖssの周波数ｆsoxを「上記周波数ｆtemp（即ち、第１周波数ｆ１）よりも小さく且つ第２周波数ｆ２よりも大きい周波数ｆ３」とし、上記推定したナイキスト線図において周波数ｆsoxに対応する点Ｐに基づいてセンサ電圧Ｖssの位相に対するセンサ電流Ｉssの位相のずれ角度θを取得し、そのずれ角度θと周波数ｆsoxを上式（２）に適用して取得した時間Ｔを「進角時間Ｔ」として取得するようにも構成され得る。

更に、第１実施装置及び第１変形装置は、「昇圧制御によってセンサ電圧Ｖssが昇圧終了電圧Ｖup_endとなった時刻ｔ(Vup_end)」と「昇圧制御によってセンサ電流Ｉssが最大電流Ｉmaxとなった時刻ｔ(Imax)」との差（ｔ(Vup_end)−ｔ(Imax)）を「進角時間Ｔ」として取得するようにも構成され得る。

更に、第１実施形態及び第１変形装置において、昇圧制御におけるセンサ電圧Ｖssの上昇開始時点のセンサ電圧Ｖss（即ち、センサセル１５に定常的に印加しておくセンサ電圧Ｖss）は、０．４Ｖに限定されず、分解開始電圧Ｖdec_startよりも低い電圧であればよく、例えば、０．２Ｖでもよい。

更に、昇圧制御におけるセンサ電圧Ｖssの上昇終了時点のセンサ電圧Ｖss（即ち、昇圧終了電圧Ｖup_end）は、０．８Ｖに限定されず、分解開始電圧Ｖdec_startよりも高い電圧であればよい。

更に、降圧制御におけるセンサ電圧Ｖssの低下終了時点のセンサ電圧Ｖssは、０．２Ｖに限定されず、再酸化開始電圧Ｖox_startよりも低い電圧であればよい。

更に、電圧変動制御の実行中に第１センサ電極１５Ａに到達する排気中の酸素の、センサ電流Ｉssに対する影響を排除できるのであれば、第１実施装置及び第１変形装置は、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得が要求された場合、機関運転状態が定常運転状態又はアイドリング運転状態になくても、電圧変動制御を実行してＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得するようにも構成され得る。

＜酸素濃度の取得＞
第１実施装置は、電圧変動制御を実行するとき以外のときには、センサ電圧Ｖssを０．４Ｖに制御する一定電圧制御を実行する。０．４Ｖの電圧は、図３に示した限界電流域下限電圧Ｖth以上の電圧であって、且つ、排気中の酸素濃度（即ち、排気空燃比Ａ／Ｆ）が一定である場合にセンサ電圧Ｖssに依らずセンサ電流Ｉssが一定となる電圧である。従って、センサ電圧Ｖssが０．４Ｖに維持されているとき、センサ電流Ｉssを用いて排気中の酸素濃度（即ち、排気空燃比Ａ／Ｆ）を取得することができる。

そこで、第１実施装置は、センサ電圧Ｖssを０．４Ｖに制御する一定電圧制御を実行しているとき、センサ電流Ｉssを酸素濃度電流Ｉss_oxyとして取得し、その酸素濃度電流Ｉss_oxyをルックアップテーブルMapCoxy(Iss_oxy)に適用することにより、排気中の酸素濃度Ｃoxyを取得する。テーブルMapCoxy(Iss_oxy)は、センサ電圧Ｖssを０．４Ｖに制御したときのセンサ電流Ｉssと排気中の酸素濃度との関係についての実験等に基づいて予め作成される。テーブルMapCoxy(Iss_oxy)によれば、酸素濃度電流Ｉss_oxyが大きいほど、大きい酸素濃度Ｃoxyが取得される。

これによれば、第１実施装置は、排気中のＳＯｘ濃度Ｃsoxに加えて排気中の酸素濃度Ｃoxyを取得することができる。

＜第１実施装置の具体的な作動＞
次に、第１実施装置の具体的な作動について説明する。第１実施装置のＥＣＵ９０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と称呼する。）は、図９に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。

従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは、ステップ９００から処理を開始してステップ９０５に進み、ＳＯｘ濃度取得要求フラグＸsoxの値が「１」であるか否かを判定する。ＳＯｘ濃度取得要求フラグＸsoxの値は、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得が要求されたときに「１」に設定され、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得が完了したときに「０」に設定される。

ＳＯｘ濃度取得要求フラグＸsoxの値が「１」である場合、ＣＰＵは、ステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１０に進み、機関運転状態が定常運転状態又はアイドリング運転状態にあるか否かを判定する。

機関運転状態が定常運転状態又はアイドリング運転状態にある場合、ＣＰＵは、ステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９４０に進み、図１０にフローチャートにより示したルーチンを実行する。

従って、ＣＰＵは、図９のステップ９４０に進むと、図１０のステップ１０００から処理を開始してステップ１００５に進み、進角時間取得フラグＸｔの値が「０」であるか否かを判定する。進角時間取得フラグＸｔの値は、進角時間Ｔが取得されたときに「１」に設定され、その後、降圧制御が終了したときに「０」に設定される。従って、ＳＯｘ濃度の取得が要求された後、ＣＰＵが初めてステップ１００５に進んだときには、進角時間取得フラグＸｔの値は「０」である。

進角時間取得フラグＸｔの値が「０」である場合、ＣＰＵは、ステップ１００５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１００７及びステップ１０１０の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ１０１５に進む。

ステップ１００７：ＣＰＵは、電圧変動制御におけるセンサ電圧Ｖssの周波数ｆsoxを上式（１）に適用することにより、進角時間Ｔを取得する。

ステップ１０１０：ＣＰＵは、進角時間取得フラグＸｔの値を「１」に設定する。これにより、その後、ＣＰＵがステップ１００５に進むと、ＣＰＵは、ステップ１００５にて「Ｎｏ」と判定するようになる。

進角時間取得フラグＸｔの値が「１」である場合、ＣＰＵは、ステップ１００５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０１５に直接進む。

ＣＰＵは、ステップ１０１５に進むと、昇圧完了フラグＸupの値が「０」であるか否かを判定する。昇圧完了フラグＸupの値は、昇圧制御が終了したときに「１」に設定され、その後、降圧制御が終了したときに「０」に設定される。

昇圧完了フラグＸupの値が「０」である場合、ＣＰＵは、ステップ１０１５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１０２０乃至ステップ１０２５の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ１０３０に進む。

ステップ１０２０：ＣＰＵは、昇圧制御を開始していない場合、昇圧制御を開始し、既に昇圧制御を開始している場合、昇圧制御を継続する。ＣＰＵは、ステップ１０１５にて初めて「Ｙｅｓ」と判定した直後にステップ１０２０の処理を行う場合、昇圧制御を開始していないので、昇圧制御を開始する。その後、ＣＰＵは、後述するステップ１０３０にて「Ｙｅｓ」と判定するまで昇圧制御を継続する。

ステップ１０２２：ＣＰＵは、センサ電流Ｉssを取得する。

ステップ１０２５：ＣＰＵは、ステップ１０２２で取得したセンサ電流Ｉssを、そのセンサ電流Ｉssの取得時点よりも進角時間Ｔだけ前にセンサセル１５に印加したセンサ電圧Ｖss_Tと関連付けて「昇圧電流Ｉup(n)」としてＲＡＭに保存する。

ＣＰＵは、ステップ１０３０に進むと、センサ電圧Ｖssが０．８Ｖに到達したか否か、即ち、センサ電圧Ｖssが０．８Ｖ以上であるか否かを判定する。センサ電圧Ｖssが０．８Ｖよりも低い場合、ＣＰＵは、ステップ１０３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５を経由して図９のステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

一方、センサ電圧Ｖssが０．８Ｖ以上である場合、ＣＰＵは、ステップ１０３０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１０３５及びステップ１０３７の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ１０９５を経由して図９のステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１０３５：ＣＰＵは、昇圧制御を終了する。

ステップ１０３７：ＣＰＵは、昇圧完了フラグＸupの値を「１」に設定する。これにより、その後、ＣＰＵがステップ１０１５に進むと、ＣＰＵは、ステップ１０１５にて「Ｎｏ」と判定するようになる。

ＣＰＵがステップ１０１５の処理を実行する時点において昇圧完了フラグＸupの値が「１」である場合、ＣＰＵは、ステップ１０１５にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べるステップ１０４０乃至ステップ１０４５の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ１０５０に進む。

ステップ１０４０：ＣＰＵは、降圧制御を開始していない場合、降圧制御を開始し、既に降圧制御を開始している場合、降圧制御を継続する。ＣＰＵは、ステップ１０１５にて初めて「Ｎｏ」と判定した直後にステップ１０４０の処理を行う場合、降圧制御を開始していないので、降圧制御を開始する。その後、ＣＰＵは、後述するステップ１０５０にて「Ｙｅｓ」と判定するまで降圧制御を継続する。

ステップ１０４２：ＣＰＵは、センサ電流Ｉssを取得する。

ステップ１０４５：ＣＰＵは、ステップ１０４２で取得したセンサ電流Ｉssを、そのセンサ電流Ｉssの取得時間よりも進角時間Ｔだけ前にセンサセル１５に印加したセンサ電圧Ｖss_Tと関連付けて「降圧電流Ｉdown(n)」としてＲＡＭに保存する。

ＣＰＵは、ステップ１０５０に進むと、センサ電圧Ｖssが０．２Ｖに到達したか否か、即ち、センサ電圧Ｖssが０．２Ｖ以下であるか否かを判定する。センサ電圧Ｖssが０．２Ｖよりも高い場合、ＣＰＵは、ステップ１０５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５を経由して図９のステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

一方、センサ電圧Ｖssが０．２Ｖ以下である場合、ＣＰＵは、ステップ１０５０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１０５５乃至ステップ１０８０の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ１０９５を経由して図９のステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１０５５：ＣＰＵは、降圧制御を終了する。

ステップ１０６０：ＣＰＵは、降圧電流Ｉdown(n)のうち、最小の降圧電流Ｉdown(n)を最小電流Ｉminとして取得すると共に、その最小電流Ｉminと関連付けられたセンサ電圧Ｖss_Tを基準電圧Ｖbaseとして取得する。

ステップ１０６５：ＣＰＵは、昇圧電流Ｉup(n)のうち、基準電圧Ｖbaseと等しい値のセンサ電圧Ｖss_Tと関連付けられた昇圧電流Ｉup(n)を参照電流Ｉrefとして取得する。

ステップ１０７０：ＣＰＵは、参照電流Ｉrefから最小電流Ｉminを減じることにより、電流差ｄIss１を取得する（ｄIss１＝Ｉref−Ｉmin）。

ステップ１０７５：ＣＰＵは、電流差ｄIss１をルックアップテーブルMap1Csox(dIss1)に適用することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得する。

ステップ１０８０：ＣＰＵは、ＳＯｘ濃度取得要求フラグＸsox、進角時間取得フラグＸｔ、及び、昇圧完了フラグＸupの値をそれぞれ「０」に設定する。

ＣＰＵが図９のステップ９０５の処理を実行する時点においてＳＯｘ濃度取得要求フラグＸsoxの値が「０」である場合、及び、ＣＰＵがステップ９１０の処理を実行する時点において機関運転状態が定常運転状態でもアイドリング運転状態でもない場合、ＣＰＵは、それぞれ、ステップ９０５及びステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べるステップ９４５乃至ステップ９５５の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ９４５：ＣＰＵは、センサ電圧Ｖssを０．４Ｖに制御する一定電圧制御を開始していない場合には、一定電圧制御を開始し、既に一定電圧制御を開始している場合には、一定電圧制御を継続する。

ステップ９５０：ＣＰＵは、センサ電流Ｉssを酸素濃度電流Ｉss_oxyとして取得する。

ステップ９５５：ＣＰＵは、酸素濃度電流Ｉss_oxyをルックアップテーブルMapCoxy(Iss_oxy)に適用することにより、酸素濃度Ｃoxyを取得する。

第１実施装置は、図９に示したルーチンを実行することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsox及び酸素濃度Ｃoxyを取得することができる。

更に、排気中のＳＯｘ濃度が「法令等によって規定された上限濃度Ｃsox_limit」以下の濃度ではあるがそれに近い濃度である場合、排気中のＳＯｘ濃度が上限濃度Ｃsox_limitに近いことを知らせるための警報等を発するためにも、排気中のＳＯｘ濃度が上限濃度Ｃsox_limitに近いか否かを判定することは有益である。

そこで、第１実施装置のＣＰＵは、図１１にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは、図１１のステップ１１００から処理を開始してステップ１１１０に進み、図１０のステップ１０７５で取得したＳＯｘ濃度Ｃsoxが上限濃度Ｃthよりも大きいか否かを判定する。上限濃度Ｃthは、排気中のＳＯｘ濃度の許容可能な上限値である。

ＳＯｘ濃度Ｃsoxが上限濃度Ｃthよりも大きい場合、ＣＰＵは、ステップ１１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１２０に進み、排気中のＳＯｘ濃度が上限濃度よりも高いと判定する。その後、ＣＰＵは、ステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、ＳＯｘ濃度Ｃsoxが上限濃度Ｃth以下である場合、ＣＰＵは、ステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１３０に進み、排気中のＳＯｘ濃度が上限濃度以下であると判定する。その後、ＣＰＵは、ステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

第１実施装置は、図１１に示したルーチンを実行することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxが上限濃度Ｃthよりも大きいか否かを判定することができる。

＜第１変形装置の具体的な作動＞
一方、第１変形装置のＥＣＵ９０のＣＰＵ（以下、「第１変形装置のＣＰＵ」又は単に「ＣＰＵ」と称呼する。）は、図１２にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。

従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは、ステップ１２００から処理を開始してステップ１２０５に進み、ＳＯｘ濃度取得要求フラグＸsoxの値が「１」であるか否かを判定する。ＳＯｘ濃度取得要求フラグＸsoxは、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得が要求されたときに「１」に設定され、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得が完了したときに「０」に設定される。

ＳＯｘ濃度取得要求フラグＸsoxの値が「１」である場合、ＣＰＵは、ステップ１２０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１０に進み、機関運転状態が定常運転状態又はアイドリング運転状態にあるか否かを判定する。

機関運転状態が定常運転状態又はアイドリング運転状態にある場合、ＣＰＵは、ステップ１２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１５に進み、準備完了フラグＸpreの値が「０」であるか否かを判定する。準備完了フラグＸpreの値は、昇圧準備制御が終了したときに「１」に設定され、その後、電圧変動制御の降圧制御が終了したときに「０」に設定される。

準備完了フラグＸpreの値が「０」である場合、ＣＰＵは、ステップ１２１５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１２２０の処理を行う。その後、ＣＰＵは、ステップ１２２５に進む。

ステップ１２２０：ＣＰＵは、昇圧準備制御を開始していない場合、昇圧準備制御を開始し、既に昇圧準備制御を開始している場合、昇圧準備制御を継続する。ＣＰＵは、ステップ１２１５にて初めて「Ｙｅｓ」と判定した直後にステップ１２２０の処理を行う場合、昇圧準備制御を開始していないので、昇圧準備制御を開始する。その後、ＣＰＵは、後述するステップ１２２５にて「Ｙｅｓ」と判定するまで昇圧準備制御を継続する。

ＣＰＵは、ステップ１２２５に進むと、センサ電圧Ｖssが０．２Ｖに到達したか否か、即ち、センサ電圧Ｖssが０．２Ｖ以下であるか否かを判定する。センサ電圧Ｖssが０．２Ｖよりも高い場合、ＣＰＵは、ステップ１２２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

一方、センサ電圧Ｖssが０．２Ｖ以下である場合、ＣＰＵは、ステップ１２２５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１２３０及びステップ１２３５の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ１２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１２３０：ＣＰＵは、昇圧準備制御を終了する。

ステップ１２３５：ＣＰＵは、準備完了フラグＸpreの値を「１」に設定する。これにより、その後、ＣＰＵがステップ１２１５に進むと、ＣＰＵは、ステップ１２１５にて「Ｎｏ」と判定するようになる。

ＣＰＵがステップ１２１５の処理を実行する時点において準備完了フラグＸpreの値が「１」である場合、ＣＰＵは、ステップ１２１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２４０に進み、先に説明した図１０に示したルーチンを実行する。

但し、第１変形装置のＣＰＵが図１０に示したルーチンを実行する場合、第１変形装置のＣＰＵは、図１０のステップ１０６０乃至ステップ１０８０に代えて、図１３のステップ１３７５乃至ステップ１３９０の処理を順に行う。

従って、第１変形装置のＣＰＵは、図１０のステップ１０５５の処理を行った後、以下に述べるステップ１３７５乃至ステップ１３９０の処理を順に行う。

ステップ１３７５：ＣＰＵは、昇圧電流Ｉup(n)それぞれを参照電流Ｉref(n)とし、「これら参照電流Ｉref(n)それぞれ」から「各昇圧電流Ｉup(n)と関連付けられたセンサ電圧Ｖss_Tと等しい値のセンサ電圧Ｖss_Tと関連付けられた降圧電流Ｉdown(n)それぞれ」を減ずることにより、電流差ｄIss１(n)を取得する（ｄIss1(n)＝Ｉref(n)−Ｉdown(n)）。

ステップ１３８０：ＣＰＵは、電流差ｄIss１(n)を積算することにより、積算値Ｓ１を取得する。

ステップ１３８５：ＣＰＵは、積算値Ｓ１をルックアップテーブルMap1Csox(S1)に適用することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得する。

ステップ１３９０：ＣＰＵは、ＳＯｘ濃度取得要求フラグＸsox、準備完了フラグＸpre、進角時間取得フラグＸｔ、及び、昇圧完了フラグＸupの値をそれぞれ「０」に設定する。

ＣＰＵが図１２のステップ１２０５の処理を実行する時点においてＳＯｘ濃度取得要求フラグＸsoxの値が「０」である場合、及び、ＣＰＵがステップ１２１０の処理を実行する時点において機関運転状態が定常運転状態でもアイドリング運転状態でもない場合、ＣＰＵは、それぞれ、ステップ１２０５及びステップ１２１０にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べるステップ１２４５乃至ステップ１２５５の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ１２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１２４５：ＣＰＵは、センサ電圧Ｖssを０．４Ｖに制御する一定電圧制御を開始していない場合、一定電圧制御を開始し、既に一定電圧制御を開始している場合、一定電圧制御を継続する。

ステップ１２５０：ＣＰＵは、センサ電流Ｉssを酸素濃度電流Ｉss_oxyとして取得する。

ステップ１２５５：ＣＰＵは、酸素濃度電流Ｉss_oxyをルックアップテーブルMapCoxy(Iss_oxy)に適用することにより、酸素濃度Ｃoxyを取得する。

第１変形装置は、図１２に示したルーチンを実行することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsox及び酸素濃度Ｃoxyを取得することができる。

更に、第１変形装置のＣＰＵは、図１１に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。但し、第１変形装置が図１１に示したルーチンを実行する場合、第１変形装置のＣＰＵは、図１１のステップ１１１０においては、図１３のステップ１３８５で取得したＳＯｘ濃度Ｃsoxが上限濃度Ｃthよりも大きいか否かを判定する。

第１変形装置は、図１１に示したルーチンを実行することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxが上限濃度Ｃthよりも大きいか否かを判定することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置（以下、「第２実施装置」と称呼する。）について説明する。第２実施装置は、図１４に示した内燃機関に適用される。図１４に示した内燃機関は、図１に示した内燃機関と同じである。

第２実施装置は、図１５に示した内部構造を有する限界電流式センサ２０、ポンプセル電圧源２５Ｃ、センサセル電圧源２６Ｃ、電流計２５Ｄ、電流計２６Ｄ、電圧計２６Ｅ、及び、ＥＣＵ９０を含んでいる。限界電流式センサ２０（以下、単に「センサ２０」と称呼する。）は、２セルタイプの限界電流式センサであり、排気管８３に配設されている。

図１５に示したように、センサ２０は、第１固体電解質層２１Ａ、第２固体電解質層２１Ｂ、第１アルミナ層２２Ａ、第２アルミナ層２２Ｂ、第３アルミナ層２２Ｃ、第４アルミナ層２２Ｄ、第５アルミナ層２２Ｅ、第６アルミナ層２２Ｆ、拡散律速層２３、ヒータ２４、ポンプセル２５、第１ポンプ電極２５Ａ、第２ポンプ電極２５Ｂ、センサセル２６、第１センサ電極２６Ａ、第２センサ電極２６Ｂ、第１大気導入路２７Ａ、第２大気導入路２７Ｂ、及び、内部空間２８を含んでいる。

固体電解質層２１Ａ、２１Ｂ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２２Ａ〜２２Ｆは、アルミナからなる層である。拡散律速層２３は、多孔質の層であり、排気を通すことができる。センサ２０では、各層は、図１５において下方から、第６アルミナ層２２Ｆ、第５アルミナ層２２Ｅ、第４アルミナ層２２Ｄ、第２固体電解質層２１Ｂ、拡散律速層２３及び第３アルミナ層２２Ｃ、第１固体電解質層２１Ａ、第２アルミナ層２２Ｂ、第１アルミナ層２２Ａの順で積層されている。ヒータ２４は、第５アルミナ層２２Ｅと第６アルミナ層２２Ｆとの間に配置されている。

第１大気導入路２７Ａは、第１アルミナ層２２Ａと第２アルミナ層２２Ｂと第１固体電解質層２１Ａ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２７Ｂは、第２固体電解質層２１Ｂと第４アルミナ層２２Ｄと第５アルミナ層２２Ｅ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２８は、第１固体電解質層２１Ａと第２固体電解質層２１Ｂと拡散律速層２３と第３アルミナ層２２Ｃ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２３を介してセンサ外部に連通している。機関５０から排出された排気は、拡散律速層２３を通って内部空間２８に流入する。

第１ポンプ電極２５Ａ及び第２ポンプ電極２５Ｂは、還元性の低い材料（例えば、金と白金との合金）からなる電極である。第１ポンプ電極２５Ａは、第２固体電解質層２１Ｂの一方の側の壁面（即ち、内部空間２８を形成する第２固体電解質層２１Ｂの壁面）に配置され、第２ポンプ電極２５Ｂは、第２固体電解質層２１Ｂの他方の側の壁面（即ち、第２大気導入路２７Ｂを形成する第２固体電解質層２１Ｂの壁面）に配置されている。第１ポンプ電極２５Ａと第２ポンプ電極２５Ｂと第２固体電解質層２１Ｂとは、ポンプセル２５を構成している。

センサ２０は、ポンプセル２５（具体的には、第１ポンプ電極２５Ａと第２ポンプ電極２５Ｂとの間）にポンプセル電圧源２５Ｃから直流電圧を印加するように構成されている。ポンプセル電圧源２５Ｃがポンプセル２５に直流電圧を印加した場合、第１ポンプ電極２５Ａは陰極側の電極であり、第２ポンプ電極２５Ｂは陽極側の電極である。

ポンプセル２５に電圧が印加されると、内部空間２８内の酸素が第１ポンプ電極２５Ａに接触したときに、この酸素が第１ポンプ電極２５Ａ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２１Ｂの内部を第２ポンプ電極２５Ｂに向かって移動する。このとき、第１ポンプ電極２５Ａと第２ポンプ電極２５Ｂとの間には、第２固体電解質層２１Ｂ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２５Ｂに達すると、酸素イオンは第２ポンプ電極２５Ｂにおいて酸素となって第２大気導入路２７Ｂに放出される。つまり、ポンプセル２５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２５のポンピング能力は、ポンプセル電圧源２５Ｃから当該ポンプセル２５に印加される電圧が高いほど高い。

第１センサ電極２６Ａ及び第２センサ電極２６Ｂは、還元性の高い材料（例えば、白金若しくはロジウム等の白金族元素又はその合金）からなる電極である。第１センサ電極２６Ａは、第１固体電解質層２１Ａの一方の側の壁面（即ち、内部空間２８を形成する第１固体電解質層２１Ａの壁面）に配置される。従って、第１センサ電極２６Ａは、内部空間２８に露出している。第２センサ電極２６Ｂは、第１固体電解質層２１Ａの他方の側の壁面（即ち、第１大気導入路２７Ａを形成する第１固体電解質層２１Ａの壁面）に配置されている。第１センサ電極２６Ａと第２センサ電極２６Ｂと第１固体電解質層２１Ａとは、センサセル２６を構成している。

センサ２０は、センサセル２６（具体的には、第１センサ電極２６Ａと第２センサ電極２６Ｂとの間）にセンサセル電圧源２６Ｃから電圧を印加するように構成されている。センサセル電圧源２６Ｃは、センサセル２６に直流電圧及び交流電圧を選択的に印加するように構成されている。センサセル電圧源２６Ｃがセンサセル２６に直流電圧を印加した場合、第１センサ電極２６Ａは陰極側の電極であり、第２センサ電極２６Ｂは陽極側の電極である。

センサセル２６に電圧が印加されると、内部空間２８内のＳＯｘが第１センサ電極２６Ａに接触したときに、このＳＯｘが第１センサ電極２６Ａ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２１Ａの内部を第２センサ電極２６Ｂに向かって移動する。このとき、第１センサ電極２６Ａと第２センサ電極２６Ｂとの間には、第１固体電解質層２１Ａ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２６Ｂに達すると、酸素イオンは第２センサ電極２６Ｂにおいて酸素となって第１大気導入路２７Ａに放出される。

ヒータ２４、ポンプセル電圧源２５Ｃ、センサセル電圧源２６Ｃ、電流計２５Ｄ、電流計２６Ｄ及び電圧計２６Ｅは、ＥＣＵ９０に接続されている。

ＥＣＵ９０は、後述するように設定される電圧がポンプセル電圧源２５Ｃからポンプセル２５に印加されるようにポンプセル電圧源２５Ｃの電圧を制御する。

更に、ＥＣＵ９０は、後述するように設定される電圧がセンサセル電圧源２６Ｃからセンサセル２６に印加されるようにセンサセル電圧源２６Ｃの電圧を制御する。

電流計２５Ｄは、ポンプセル２５を含む回路に流れている電流Ｉpp（以下、「ポンプ電流Ｉpp」と称呼する。）を検出し、その検出したポンプ電流Ｉppを表す信号をＥＣＵ９０に出力する。ＥＣＵ９０は、その信号に基づいてポンプ電流Ｉppを取得する。

電流計２６Ｄは、センサセル２６を含む回路に流れている電流Ｉss（以下、「センサ電流Ｉss」と称呼する。）を検出し、その検出したセンサ電流Ｉssを表す信号をＥＣＵ９０に出力する。ＥＣＵ９０は、その信号に基づいてセンサ電流Ｉssを取得する。

電圧計２６Ｅは、センサセル２６に印加されている電圧Ｖss（以下、「センサ電圧Ｖss」と称呼する。）を検出し、その検出したセンサ電圧Ｖssを表す信号をＥＣＵ９０に出力する。ＥＣＵ９０は、その信号に基づいてセンサ電圧Ｖssを取得する。

更に、ＥＣＵ９０は、所定の条件が成立した場合、センサセル２６に交流電圧が印加されるようにセンサセル電圧源１５Ｃの電圧を制御する素子温電圧制御を実行し、そのときのセンサ電圧Ｖssの変化量及びセンサ電流Ｉssの変化量に基づいてセンサセル２６のインピーダンスＺｓ（即ち、センサインピーダンスＺｓ）を取得する。センサインピーダンスＺｓは、センサセル２６の温度が高いほど小さくなる。ＥＣＵ９０は、センサインピーダンスＺｓに基づいてセンサセル２６の温度がセンサ２０を活性状態とする温度（所謂、センサ活性温度）に維持されるようにヒータ２４の作動を制御する。

＜第２実施装置の作動の概要＞
＜ＳＯｘ濃度の取得＞
第２実施装置は、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得が要求されたときに機関運転状態が定常運転状態又はアイドリング運転状態にある場合、内部空間２８内の排気中の酸素濃度を零（又は、略零）にする電圧Ｖppをポンプセル２５に印加した状態で、上記電圧変動制御を実行する。

そして、第２実施装置は、「電圧変動制御（即ち、昇圧制御及び降圧制御）を実行したときのセンサ電圧Ｖssの位相に対するセンサ電流Ｉssの位相のずれ角度に相当する時間（即ち、進角時間Ｔ）」を、電圧変動制御におけるセンサ電圧Ｖssの周波数ｆsoxを上式（１）に適用することによって取得する。

そして、第２実施装置は、昇圧制御の実行中、所定時間の経過毎（或いは、センサ電圧Ｖssが所定値だけ上昇する毎）にセンサ電流Ｉssを取得する。第２実施装置は、昇圧制御の実行中に取得したセンサ電流Ｉssそれぞれを、各センサ電流Ｉssの取得時点よりも進角時間Ｔだけ前にセンサセル１５に印加したセンサ電圧Ｖss_Tと関連付けて「昇圧電流Ｉup(n)」としてＲＡＭに保存する。

更に、第２実施装置は、降圧制御の実行中、上記所定時間の経過毎（或いは、センサ電圧Ｖssが上記所定値だけ上昇する毎）にセンサ電流Ｉssを取得する。第２実施装置は、降圧制御の実行中に取得したセンサ電流Ｉssそれぞれを、各センサ電流Ｉssの取得時点よりも進角時間Ｔだけ前にセンサセル１５に印加したセンサ電圧Ｖss_Tと関連付けて「降圧電流Ｉdown(n)」としてＲＡＭに保存する。

そして、第２実施装置は、降圧電流Ｉdown(n)のうち、最小の降圧電流Ｉdown(n)を最小電流Ｉminとして取得すると共に、その最小電流Ｉminと関連付けられたセンサ電圧Ｖss_Tを基準電圧Ｖbaseとして取得する。

更に、第２実施装置は、昇圧電流Ｉup(n)のうち、基準電圧Ｖbaseと等しい値のセンサ電圧Ｖss_Tと関連付けられた昇圧電流Ｉup(n)を参照電流Ｉrefとして取得する。

第２実施装置は、参照電流Ｉrefから最小電流Ｉminを減じることにより、電流差ｄIss２を取得する（ｄIss２＝Ｉref−Ｉmin）。第２実施装置は、その電流差ｄIss２をルックアップテーブルMap2Csox(dIss2)に適用することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得する。

即ち、第２実施装置は、第１実施装置と同様に、進角時間Ｔを取得し、最小電流Ｉminを取得すると共に、その最小電流Ｉminの取得時点よりも進角時間Ｔだけ前に第１センサ電極２６Ａと第２センサ電極２６Ｂとの間に印加したセンサ電圧Ｖssを基準電圧Ｖbaseとして取得する。更に、第２実施装置は、昇圧制御の実行中にセンサ電圧Ｖssが基準電圧Ｖbaseとなった時点よりも進角時間Ｔだけ前に流れたセンサ電流Ｉssを参照電流Ｉrefとして取得する。そして、第２実施装置は、参照電流Ｉrefと最小電流Ｉminとの差（即ち、電流差ｄIss２）に基づいて排気中のＳＯｘ濃度を取得する。

ルックアップテーブルMap2Csox(dIss2)は、センサ２０における電流差ｄIss２と排気中のＳＯｘ濃度との関係についての実験等に基づいて予め作成される。テーブルMap2Csox(dIss2)によれば、電流差ｄIss２が大きいほど、大きいＳＯｘ濃度Ｃsoxが取得される。

第２実施装置は、電圧変動制御の終了後、一定電圧制御を開始して、センサ電圧Ｖssを０．２Ｖから上昇させて０．４Ｖで一定とする。

参照電流Ｉrefは、最小電流Ｉminを流したセンサ電圧Ｖssと等しい値のセンサ電圧Ｖssが流した電流である。従って、第１センサ電極２６Ａに到達する排気中のＳＯｘ濃度が同じ場合、同じ電流差ｄIss２が取得される可能性が高い。このため、第２実施装置によれば、より正確なＳＯｘ濃度を取得することができる。

尚、第２実施装置は、以下に述べるようにしてＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得するようにも構成され得る。即ち、第２実施形態の変形例に係るＳＯｘ濃度取得装置（以下、「第２変形装置」と称呼する。）は、昇圧電流Ｉup(n)それぞれを参照電流Ｉref(n)とする。そして、第２変形装置は、「参照電流Ｉref(n)それぞれ」から「各参照電流Ｉref(n)と関連付けられたセンサ電圧Ｖss_Tと等しいセンサ電圧Ｖss_Tと関連付けられた降圧電流Ｉdown(n)（最小電流Ｉminを含む）それぞれ」を減ずることにより、電流差ｄIss２(n)を取得する（ｄIss２(n)＝Ｉref(n)−Ｉdown(n)）。

そして、第２変形装置は、取得した電流差ｄIss２(n)を積算することにより、積算値Ｓ２を取得する（Ｓ２＝Σ（dIss２(n)））。第２変形装置は、取得した積算値Ｓ２をルックアップテーブルMap2Csox(S2)に適用することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得する。

即ち、第２変形装置は、第１変形装置と同様に、進角時間Ｔを取得し、最小電流Ｉminを少なくとも取得すると共に、その最小電流Ｉminの取得時点よりも進角時間Ｔだけ前に第１センサ電極２６Ａと第２センサ電極２６Ｂとの間に印加したセンサ電圧Ｖssを基準電圧Ｖbaseとして取得する。更に、第２変形装置は、昇圧制御の実行中にセンサ電圧Ｖssが基準電圧Ｖbaseとなった時点よりも進角時間Ｔだけ前に流れたセンサ電流Ｉssを参照電流Ｉrefとして少なくとも取得する。そして、第２変形装置は、少なくとも参照電流Ｉrefと最小電流Ｉminとの差（即ち、電流差ｄIss２）に基づいて排気中のＳＯｘ濃度を取得する。

ルックアップテーブルMap2Csox(S2)は、センサ２０における積算値Ｓ２と排気中のＳＯｘ濃度との関係についての実験等に基づいて予め作成される。テーブルMap2Csox(S2)によれば、積算値Ｓ２が大きいほど、大きいＳＯｘ濃度Ｃsoxが取得される。

尚、第２実施装置及び第２変形装置は、内部空間２８内の排気中の酸素濃度を零（又は、略零）にする電圧Ｖppをポンプセル２５に印加した状態で電圧変動制御を実行する。従って、電圧変動制御の実行中、第１センサ電極２６Ａに到達する排気中の酸素濃度は殆ど変化しない。従って、第２実施装置及び第２変形装置は、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得が要求されたときに機関運転状態が定常運転状態又はアイドリング運転状態であるか否かにかかわらず、電圧変動制御を実行するようにも構成され得る。

＜ＮＯｘ濃度の取得＞
排気中に窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称呼する。）が含まれている場合、センサ電圧Ｖssが０．４Ｖに維持されているときにＮＯｘがセンサセル２６によって還元されて窒素と酸素とに分解される。そして、ＮＯｘの分解によって生成された酸素は、センサセル２６において酸素イオンとなり、この酸素イオンが固体電解質層２１Ａの内部を第２センサ電極２６Ｂに向かって移動する。

内部空間２８内の排気中の酸素濃度を零（又は、略零）にする電圧Ｖppがポンプセル２５に印加されていても、ポンプセル２５を構成するポンプ電極２５Ａ及び２５Ｂは、還元性の低い材料から形成されているので、ポンプセル２５では、排気中のＮＯｘは殆ど還元されない。そして、内部空間２８内の排気中の酸素濃度を零（又は、略零）にする電圧Ｖppがポンプセル２５に印加されている場合、センサセル２６に到来する排気中には、酸素は殆ど存在しない。

従って、内部空間２８内の排気中の酸素濃度を零（又は、略零）にする電圧Ｖppがポンプセル２５に印加されており且つセンサ電圧Ｖssが０．４Ｖに維持されているときに固体電解質層２１Ａの内部を移動した酸素イオン量に比例して出力されるセンサ電流Ｉssは、排気中のＮＯｘ濃度に比例した電流である。そして、このときのセンサ電流Ｉssと排気中のＮＯｘ濃度との間には、図１６に示した関係がある。従って、このときのセンサ電流Ｉssを用いて排気中のＮＯｘ濃度を取得することができる。

そこで、第２実施装置は、内部空間２８内の排気中の酸素濃度を零（又は、略零）にする電圧Ｖppをポンプセル２５に印加するポンプ電圧制御を実行しつつ、センサ電圧Ｖssを０．４Ｖに制御する一定電圧制御を実行する。第２実施装置は、一定電圧制御の実行中、センサ電流ＩssをＮＯｘ濃度電流Ｉss_noxとして取得し、そのＮＯｘ濃度電流Ｉss_noxをルックアップテーブルMapCnox(Iss_nox)に適用することにより、排気中のＮＯｘ濃度Ｃnoxを取得する。テーブルMapCnox(Iss_nox)は、センサ２０におけるセンサ電流Ｉssと排気中のＮＯｘ濃度との関係についての実験等に基づいて予め作成される。テーブルMapCnox(Iss_nox)によれば、ＮＯｘ濃度電流Ｉss_noxが大きいほど、大きいＮＯｘ濃度Ｃnoxが取得される。

＜酸素濃度の取得＞
ポンプセル電圧源２５Ｃからポンプセル２５に印加される電圧（以下、「ポンプ電圧Ｖpp」と称呼する。）とポンプ電流Ｉppとの間にも、図３に示した関係がある。そこで、第２実施装置は、内部空間２８内の排気中の酸素濃度を零（又は、略零）にするポンプ電圧Ｖppをポンプセル２５に印加するポンプ電圧制御を実行しているとき、ポンプ電流Ｉppを酸素濃度電流Ｉpp_oxyとして取得し、その酸素濃度電流Ｉpp_oxyをルックアップテーブルMapCoxy(Ipp_oxy)に適用することにより、排気中の酸素濃度Ｃoxyを取得する。テーブルMapCoxy(Ipp_oxy)は、センサ２０におけるポンプ電流Ｉppと排気中の酸素濃度との関係についての実験等に基づいて予め作成される。テーブルMapCoxy(Ipp_oxy)によれば、酸素濃度電流Ｉpp_oxyが大きいほど、大きい酸素濃度Ｃoxyが取得される。

これによれば、第２実施装置は、排気中のＳＯｘ濃度Ｃsox及びＮＯｘ濃度Ｃnoxに加えて排気中の酸素濃度Ｃoxyを取得することができる。

尚、センサ電圧Ｖssとセンサ電流Ｉssと排気中の酸素濃度Ｃoxyとの関係も、図３に示した関係と同じ関係にある。従って、第２実施装置は、センサ電圧Ｖssを０．４Ｖに制御した状態でポンプ電圧Ｖppを零にし、そのとき、センサ電流Ｉssを酸素濃度電流Ｉss_oxyとして取得し、その酸素濃度電流Ｉss_oxyをルックアップテーブルMapCoxy(Iss_oxy)に適用することにより、排気中の酸素濃度Ｃoxyを取得するようにも構成され得る。テーブルMapCoxy(Iss_oxy)によれば、酸素濃度電流Ｉss_oxyが大きいほど、大きい酸素濃度Ｃoxyが取得される。

＜第２実施装置の具体的な作動＞
次に、第２実施装置の具体的な作動について説明する。第２実施装置のＥＣＵ９０のＣＰＵ（以下、「第２実施装置のＣＰＵ」又は単に「ＣＰＵ」と称呼する。）は、図９に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。

但し、第２実施装置のＣＰＵは、図９に示したルーチンの実行時に図１０に示したルーチンを実行する場合、図１０のステップ１０７０においては、電流差ｄIss２を取得し、ステップ１０７５においては、電流差ｄIss２をルックアップテーブルMap2Csox(dIss2)に適用することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得する。

更に、第２実施装置のＣＰＵは、図９のステップ９４５乃至ステップ９５５の処理の代わりに、図１７のステップ１７５０乃至ステップ１７６５の処理を行う。

従って、第２実施装置のＣＰＵが図９のステップ９０５の処理を実行する時点においてＳＯｘ濃度取得要求フラグＸsoxの値が「０」である場合、及び、第２実施装置のＣＰＵがステップ９１０の処理を実行する時点において機関運転状態が定常運転状態でもアイドリング運転状態でもない場合、ＣＰＵは、それぞれ、ステップ９０５及びステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べる図１７のステップ１７５０乃至ステップ１７６５の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、図９のステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１７５０：ＣＰＵは、センサ電圧Ｖssを０．４Ｖに制御する一定電圧制御を開始していない場合、一定電圧制御を開始し、既に一定電圧制御を開始している場合、一定電圧制御を継続する。

ステップ１７５５：ＣＰＵは、ポンプ電流Ｉpp及びセンサ電流Ｉssをそれぞれ酸素濃度電流Ｉpp_oxy及びＮＯｘ濃度電流Ｉss_noxとして取得する。

ステップ１７６０：ＣＰＵは、ＮＯｘ濃度電流Ｉss_noxをルックアップテーブルMapCnox(Iss_nox)に適用することにより、排気中のＮＯｘ濃度Ｃnoxを取得する。

ステップ１７６５：ＣＰＵは、酸素濃度電流Ｉpp_oxyをルックアップテーブルMapCoxy(Ipp_oxy)に適用することにより、排気中の酸素濃度Ｃoxyを取得する。

尚、第２実施装置のＣＰＵは、別途、内部空間２８内の排気中の酸素濃度を零（又は、略零）にするポンプ電圧Ｖppがポンプセル２５に印加されるようにポンプセル電圧源２５Ｃを制御している。

第２実施装置は、図９に示したルーチンを実行することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsox、ＮＯｘ濃度Ｃnox及び酸素濃度Ｃoxyを取得することができる。

更に、第２実施装置は、図１１に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。第２実施装置は、図１１に示したルーチンを実行することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxが上限濃度Ｃthよりも大きいか否かを判定することができる。

＜第２変形装置の具体的な作動＞
一方、第２変形装置は、図１２に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。但し、第２変形装置は、図１２に示したルーチンの実行時に図１０に示したルーチンを実行する場合、図１０のステップ１０６０乃至ステップ１０８０に代えて、図１３のステップ１３７５乃至ステップ１３９０の処理を行う。この場合、第２変形装置は、ステップ１３７５においては、電流差ｄIss２(n)を取得し、ステップ１３８０においては、電流差ｄIss２(n)を積算することにより、積算値Ｓ２を取得し、ステップ１３８５においては、積算値Ｓ２をルックアップテーブルMap2Csox(S2)に適用することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得する。

更に、第２変形装置は、図１１に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。第２変形装置は、図１１に示したルーチンを実行することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxが上限濃度Ｃthよりも大きいか否かを判定することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

１０、２０…限界電流式センサ、１１、２１Ａ…固体電解質層、１５、２６…センサセル、１５Ａ、１５Ｂ、２６Ａ、２６Ｂ…センサ電極、１５Ｃ、２６Ｃ…センサセル電圧源、１５Ｄ、２６Ｄ…電流計、１５Ｅ、２６Ｅ…電圧計、９０…ＥＣＵ

Claims (1)

1. 固体電解質層、第１センサ電極、第２センサ電極及びセンサセル電圧源を備え、
   前記第１センサ電極と前記第２センサ電極とが前記固体電解質層を挟むように配設されると共に、前記センサセル電圧源が前記第１センサ電極と前記第２センサ電極との間に電圧を印加するように配設されており、
   前記第１センサ電極と前記第２センサ電極との間の前記固体電解質層を流れる電流をセンサ電流として取得するように構成された、
   内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置において、
   前記第１センサ電極と前記第２センサ電極との間に印加される電圧であるセンサ電圧を、ＳＯｘを硫黄成分と酸素成分とに分解できる電圧の最小値である分解開始電圧よりも低い電圧から、前記分解開始電圧以上の電圧まで上昇させる昇圧制御を実行し、その後、前記分解開始電圧よりも低い電圧まで低下させる降圧制御を実行し、
   前記昇圧制御と前記降圧制御とを実行したときの前記センサ電圧の位相に対する前記センサ電流の位相のずれ角度に相当する時間を進角時間として取得し、
   前記降圧制御の実行中に前記センサ電流の最小値を最小電流として取得すると共に、前記最小電流の取得時点よりも前記進角時間だけ前に前記第１センサ電極と前記第２センサ電極との間に印加された前記センサ電圧を基準電圧として取得し、
   前記昇圧制御の実行中に前記センサ電圧が前記基準電圧となった時点よりも前記進角時間だけ前に流れた前記センサ電流を参照電流として取得し、
   前記参照電流と前記最小電流との差に基づいて前記排気中のＳＯｘ濃度を取得する、
   ように構成された、
   内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置。

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