JP6394522B2 - ＳＯｘ濃度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）の濃度を検出（取得）するＳＯｘ濃度検出装置に関する。

従来から、内燃機関の排気に含まれる硫黄酸化物の濃度を検出するＳＯｘセンサとして、限界電流式ガスセンサが知られている。限界電流式ガスセンサは、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体と、固体電解質体の表面に固着された一対の電極と、を含む電気化学セルを備える。一対の電極の一方は、拡散抵抗体を介して導入される被検ガスとしての内燃機関の排気に曝され、他方は大気に曝されている。上記一方の電極を陰極とし、上記他方の電極を陽極として、これらの一対の電極の間に硫黄酸化物の分解が始まる電圧（分解開始電圧）以上の電圧を印加すると、排気中に含まれる硫黄酸化物が上記一方の電極にて還元分解されて硫黄（Ｓ）及び酸化物イオン（Ｏ^２−）が生成される。この酸化物イオンは固体電解質体を介して上記他方の電極へと伝導されて酸素となり、大気中へと排出される。

上記酸化物イオンの伝導により、上記一対の電極の間に電流が流れる。このように一対の電極間に流れる電流は「電極電流」と称される場合がある。更に、上記一対の電極間に印加される電圧は、単に「印加電圧」と称される場合がある。

ところが、排気中には、硫黄酸化物のみならず、分子中に酸素原子を含むガス（以降、「含酸素ガス」と称される場合がある。）が存在している。例えば、含酸素ガスとしては、酸素（Ｏ_２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、水（Ｈ_２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）等を挙げることができる。これらの含酸素ガスも上記一方の電極にて還元分解され、それにより生じた酸化物イオンが電極電流を発生させる。その結果、排気中に他の含酸素ガスに比べて極めて微量にしか含まれていないＳＯｘの濃度を精度良く検出できない。

そこで、従来のＳＯｘ濃度検出装置は、ポンピングセルにより酸素を「ＳＯｘ濃度を検出しようとしている排ガス」から排除する。更に、従来の装置は、含酸素ガスのそれぞれが還元分解されるときの上記印加電圧が異なることに着目し、例えば、ＳＯｘを分解する場合には上記印加電圧を０．７５〜１．０Ｖに設定し、水（水蒸気）を分解する場合には上記印加電圧を１〜１．２Ｖに設定するようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開平１１−１９０７２１号公報

しかしながら、上記印加電圧を「ＳＯｘを分解する電圧」の範囲内に設定した場合、実際には水も同時に分解されてしまい、更に、内燃機関の排気に含まれる水の濃度はＳＯｘの濃度に比べて大きく変化する。その結果、従来の装置は、ＳＯｘ濃度を精度良く検出することができない虞がある。

そこで、本発明者は、検討を重ねた結果、電気化学セルにより「内燃機関の排気に含まれる水及びＳＯｘ」の両者を共に分解させたときの電極電流（分解電流）は、主として水が分解されたことにより生じているが、実際には排気に含まれるＳＯｘの濃度に応じて変化することを見出した。この理由は定かではないが、ＳＯｘ濃度に応じた量のＳＯｘの分解生成物（例えば、硫黄及び／又は硫黄化合物）が電極表面に吸着し、この分解生成物が水の分解に寄与することができる電極面積を減少させるためであると推定される。これによれば、ＳＯｘ自体の分解電流よりも遥かに大きい水の分解電流の大きさに基づいて排ガス中のＳＯｘの濃度を検出することができる。

ところが、本発明者が更に検討を重ねたところ、電気化学セル（センサセル）により「排気に含まれる水及び硫黄酸化物」を共に分解させたときの電極電流は、排気に含まれる水の濃度によって変化してしまうことが判明した。

更に、発明者は、そのような水の濃度の影響を排除するために、センサセルの電極よりもＳＯｘの分解速度が劣る電極を備えていて水を分解するがＳＯｘを殆ど分解しない電気化学セル（モニタセル）をセンサセルに併設したＳＯｘセンサを作製し、モニタセルとセンサセルとの電極電流の差（電極電流差）を用いてＳＯｘ濃度を検出することを検討した。しかしながら、このような「差」も、依然として水の濃度に依存して変化することが判明した。

従って、本発明の目的の一つは、電気化学セル（センサセル）の電極電流を用いて内燃機関の排気に含まれるＳＯｘの濃度をより精度良く検出することができるＳＯｘ濃度検出装置を提供することにある。

本発明のＳＯｘ濃度検出装置（以降、「本発明装置」と称される場合がある。）は、内燃機関の排気通路に配設され且つ第１電気化学セルを含むＳＯｘセンサと、制御部と、を備える。

第１電気化学セルは、前記排気通路を流れる排気が通過可能な多孔質材料からなる第１拡散抵抗体、酸化物イオン伝導性を有する第１固体電解質体、及び、前記第１固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第１電極及び第２電極を含む。
第１電気化学セルは、水の分解開始電圧以上の電圧である第１所定電圧が前記第１電極と前記第２電極との間に印加されたときに「前記第１拡散抵抗体を通過した排気に含まれる水及び硫黄酸化物が前記第１電極にて還元分解されることによって前記第１電極と前記第２電極との間に流れる第１電流」を表す第１出力値を発生する。第１出力値は、第１電流の大きさそのものであってもよく、第１電流を電圧に変換した電圧値であってもよい。

前記制御部は、「前記第１出力値に相関を有する出力相関値」と「前記排気通路を流れる排気に含まれる水の濃度に相関を有する水濃度相関値」とを取得し、前記出力相関値と前記水濃度相関値とを用いてＳＯｘ濃度を求めるように構成されている。

「前記第１出力値に相関を有する出力相関値」は、後述するように、第１電気化学セルの電極電流（即ち、第１電流）を表す第１出力値そのものであってもよく、後述の第２電気化学セルの電極電流を表す第２出力値と第１電気化学セルの電極電流を表す第１出力値との「差（電極電流差）」であってもよい。即ち、出力相関値は、第１出力値に応じて変化する値である。

「前記排気通路を流れる排気に含まれる水の濃度に相関を有する水濃度相関値」は、後述するように第２電気化学セルの電極電流を表す第２出力値であってもよく、排気通路に別途設けられた湿度センサの出力値であってもよい。更に、排気に含まれる水の濃度は、内燃機関に供給される混合気の空燃比（機関の空燃比）に応じて実質的に決定できるので、水濃度相関値は、排気通路に設けられた空燃比センサの出力値であってもよく、機関の空燃比を推定するためのパラメータ（例えば、燃料噴射量及び吸入空気量の組み合わせ、並びに、目標空燃比等）であってもよい。

前述したように、出力相関値としての「第１出力値及び電極電流差等」は排気に含まれるＳＯｘの濃度のみならず水の濃度にも依存して変化する。従って、本発明装置の制御部は、前記出力相関値と前記水濃度相関値とを用いて前記ＳＯｘ濃度を求める。その結果、本発明装置は、排気に含まれるＳＯｘの濃度をより精度良く検出することができる。

本発明装置の態様の一つにおいて、
前記制御部は、
前記第１出力値を前記出力相関値として取得し、且つ、
前記水濃度相関値が示す水の濃度が第１濃度である第１の場合と、前記水濃度相関値が示す水の濃度が前記第１濃度よりも高い第２濃度である第２の場合と、において前記出力相関値が互いに同じ値であっても、前記第１の場合に前記出力相関値に基づいて求められる前記ＳＯｘ濃度が前記第２の場合に前記出力相関値に基づいて求められる前記ＳＯｘ濃度よりも低くなるように前記ＳＯｘ濃度を求める。

図５に示したように、第１出力値（センサセル出力値）は、「あるＳＯｘ濃度」に対して排気に含まれる水の濃度が低いほど小さくなる（例えば、ＳＯｘ濃度＝Ｃ１に対する点Ｐ１、点Ｐ２及び点Ｐ３を参照。）。そこで、上記態様の一つは、出力相関値としての第１出力値が「ある値」であるとき、「前記第１の場合（即ち、水の濃度が相対的に低い場合）に第１出力値に基づいて求められるＳＯｘ濃度」が、「前記第２の場合（即ち、水の濃度が相対的に高い場合）に第１出力値に基づいて求められるＳＯｘ濃度」よりも低くなるようにＳＯｘ濃度を求める。その結果、水の濃度が出力相関値に及ぼす影響が実質的に排除されるので、ＳＯｘ濃度をより精度良く求めることができる。

本発明装置の態様の一つにおいて、前記ＳＯｘセンサは第２電気化学セルを有する。
前記第２電気化学セルは、
前記排気通路を流れる排気が通過可能な多孔質材料からなる拡散抵抗体であって前記第１拡散抵抗体と同一の又は相違する第２拡散抵抗体、
酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体であって前記第１固体電解質体と同一の又は相違する第２固体電解質体、及び、
前記第２固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第３電極及び第４電極を含む。

前記第２電気化学セルは、水の分解開始電圧以上の電圧である第２所定電圧が前記第３電極と前記第４電極との間に印加されたときに前記第２拡散抵抗体を通過した排気に含まれる水及び硫黄酸化物が前記第３電極にて還元分解されることによって前記第３電極と前記第４電極との間に流れる第２電流、を表す第２出力値を出力する。第２出力値は、第２電流の大きさそのものであってもよく、第２電流を電圧に変換した電圧値であってもよい。

更に、前記第１電気化学セルの前記第１電極と前記第２電極との間と、前記第２電気化学セルの前記第３電極と前記第４電極との間と、に互いに同一であり且つ前記第１電極及び前記第３電極において水が還元分解される下限電圧以上の電圧である第３所定電圧が印加されたとき、前記第１電極における硫黄酸化物の還元分解速度が前記第３電極における硫黄酸化物の還元分解速度よりも大きくなるように構成されている。より具体的には、第３電極における硫黄酸化物の還元分解速度は実質的にゼロ（０）になるように構成されていることが好ましい。

そして、前記制御部は、前記第２出力値を前記水濃度相関値として取得するように構成されている。

この態様においては、第２電気化学セルの第２出力値は、第１電気化学セルの第１出力値に比べ、ＳＯｘの濃度の影響をあまり受けないが水の濃度の影響を強く受ける。そのため、第２出力値は、排気に含まれる水の濃度と相関を有する水濃度相関値として取得され得る。

本発明装置の態様の一つにおいて、前記ＳＯｘセンサは上述した第２電気化学セルを有する。

更に、前記制御部は、
（１）前記第３電極と前記第４電極との間に前記第３所定電圧を印加したときの前記第２出力値であるモニタセル値を前記水濃度相関値として取得し、
（２）前記モニタセル値と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第３所定電圧を印加したときの前記第１出力値であるセンサセル値と、の差（電極電流差）を前記出力相関値として取得し、且つ、
（４）前記モニタセル値が第１の値である第１の場合と、前記モニタセル値が前記第１の値よりも大きい第２の値である第２の場合と、において前記出力相関値（電極電流差）が互いに同じ値であっても、前記第１の場合に前記出力相関値に基づいて求められる前記ＳＯｘ濃度が前記第２の場合に前記出力相関値に基づいて求められる前記ＳＯｘ濃度よりも低くなるように前記ＳＯｘ濃度を求める。

図１３に示したように、前記モニタセル値と前記センサセル値との差（電極電流差）は、「あるＳＯｘ濃度（例えば、２００ｐｐｍ）」に対して排気に含まれる水の濃度が低いほど大きくなる（点Ｐ１、点Ｐ２及び点Ｐ３を参照。）。そこで、上記態様の一つは、出力相関値としての電極電流差が「ある値」であるとき、「前記第１の場合（即ち、モニタセル値が相対的に小さく、よって、水の濃度が相対的に低いと推定できる場合）に電極電流差に基づいて求められるＳＯｘ濃度」が、「前記第２の場合（即ち、モニタセル値が相対的に大きく、よって、水の濃度が相対的に高いと推定できる場合）に電極電流差に基づいて求められるＳＯｘ濃度」よりも低くなるようにＳＯｘ濃度を求める。その結果、水の濃度が出力相関値に及ぼす影響が実質的に排除されるので、ＳＯｘ濃度をより精度良く求めることができる。

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各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。

本発明の第１実施形態に係るＳＯｘ濃度検出装置（第１装置）が備えるＳＯｘセンサの素子部の構成を示す断面図である。 図１に示した第１電気化学セルの第１電極と第２電極との間に印加される電圧（印加電圧）と、これらの電極間に流れる電極電流との関係を示したグラフである。 図１に示した第１電気化学セルの印加電圧が所定電圧（１．０Ｖ）であるときの電極電流の大きさと被検ガスに含まれる二酸化硫黄（ＳＯ_２）の濃度との関係を示したグラフである。 （ａ）は被検ガスにＳＯｘが含まれていない場合において同被検ガスに含まれる水の濃度と図１に示した第１電気化学セルの電極電流との関係を示した模式的なグラフであり、（ｂ）は被検ガスに含まれる水の濃度が種々の値である場合における被検ガスに含まれるＳＯｘの濃度と図１に示した第１電気化学セルの電極電流との関係を示した模式的なグラフである。 被検ガスに含まれる水の濃度が種々の値である場合における被検ガスに含まれるＳＯｘの濃度と図１に示した第１電気化学セルの電極電流との関係を示した模式的なグラフである。 図１に示したＥＣＵのＣＰＵが補正係数ｋ１を求める際に参照するルックアップテーブルを示した図である。 図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ濃度取得処理ルーチンを示したフローチャートである。 被検ガスに含まれる水の濃度が種々の値である場合における被検ガスに含まれるＳＯｘの濃度と図１に示した第１電気化学セルの電極電流との関係を示した模式的なグラフである。 第１装置の第１変形例に係るＥＣＵのＣＰＵが補正係数ｋ２を求める際に参照するルックアップテーブルを示した図である。 第１装置の第１変形例に係るＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ濃度取得処理ルーチンを示したフローチャートである。 第１装置の第２変形例に係るＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ濃度取得処理ルーチンを示したフローチャートである。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係るＳＯｘ濃度検出装置（第２装置）が備えるＳＯｘセンサの素子部の構成を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った素子部の断面図及び第２装置のＥＣＵを示した図である。 被検ガスに含まれる水の濃度が種々の値である場合における被検ガスに含まれるＳＯｘの濃度と図１２に示したＳＯｘセンサの電極電流差との関係を示したグラフである。 被検ガスに含まれる水の濃度が種々の値である場合における被検ガスに含まれるＳＯｘの濃度と図１２に示したＳＯｘセンサの電極電流差との関係を示したグラフである。 第２装置のＥＣＵのＣＰＵが補正係数ｋ３を求める際に参照するルックアップテーブルを示した図である。 第２装置のＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ濃度取得処理ルーチンを示したフローチャートである。 第２装置の第１変形例に係るＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ濃度取得処理ルーチンを示したフローチャートである。 被検ガスに含まれる水の濃度が種々の値である場合における被検ガスに含まれるＳＯｘの濃度と図１２に示したＳＯｘセンサの電極電流差との関係を示した別のグラフである。 第２装置の第２変形例に係るＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ濃度取得処理ルーチンを示したフローチャートである。 （ａ）は本発明の第３実施形態に係るＳＯｘ濃度検出装置（第３装置）が備えるＳＯｘセンサの素子部の構成を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った素子部の断面図及び第３装置のＥＣＵを示した図である。

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照しながら本発明の第１実施形態に係るＳＯｘ濃度検出装置（以下、「第１装置」と称される場合がある。）について説明する。

（構成）
第１装置が備えるＳＯｘセンサは内燃機関の排気通路（排気管）に配設されている。図１に示すように、ＳＯｘセンサの素子部１０は、第１固体電解質体（第１固体電解質層）１１ｓ、第１アルミナ層２１ａ、第２アルミナ層２１ｂ、第３アルミナ層２１ｃ、第４アルミナ層２１ｄ及び第５アルミナ層２１ｅ、拡散抵抗体（拡散抵抗層、拡散律速層）３２並びにヒータ４１を備える。

第１固体電解質体１１ｓは、ジルコニア等を含み、酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。第１固体電解質体１１ｓを形成するジルコニアは、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）及びイットリウム（Ｙ）等の元素を含んでいてもよい。

第１乃至第５アルミナ層２１ａ乃至２１ｅは、アルミナを含む緻密（ガス不透過性）の層（緻密体）である。
拡散抵抗体３２は、多孔質の拡散律速層であり、ガス透過性の層（薄板体）である。
ヒータ４１は、例えば、白金（Ｐｔ）とセラミックス（例えば、アルミナ等）とのサーメットの薄板体であり、通電によって発熱する発熱体である。

素子部１０の各層は、下方から、第５アルミナ層２１ｅ、第４アルミナ層２１ｄ、第３アルミナ層２１ｃ、第１固体電解質体１１ｓ、拡散抵抗体３２及び第２アルミナ層２１ｂ、第１アルミナ層２１ａの順に積層されている。素子部１０は、内部空間３１及び第１大気導入路５１を備えている。

内部空間３１は、第１アルミナ層２１ａ、第１固体電解質体１１ｓ、拡散抵抗体３２及び第２アルミナ層２１ｂによって形成される空間である。内部空間３１は拡散抵抗体３２を介して内燃機関の排気管（何れも図示せず）の内部と連通している。従って、内部空間３１には拡散抵抗体３２を介して「被検ガスとしての内燃機関の排気」が導入されるようになっている。
第１大気導入路５１は、第１固体電解質体１１ｓ、第３アルミナ層２１ｃ及び第４アルミナ層２１ｄによって形成され、排気管外の大気に開放されている。

第１固体電解質体１１ｓは、第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂを備えている。

第１電極１１ａは、第１固体電解質体１１ｓの一方の側の表面（具体的には、内部空間３１を画定する第１固体電解質体１１ｓの表面）に固着されている。第１電極１１ａは、白金（Ｐｔ）とロジウム（Ｒｈ）との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極である。

第２電極１１ｂは、第１固体電解質体１１ｓの他方の側の表面（具体的には、第１大気導入路５１を画定する第１固体電解質体１１ｓの表面）に第１固体電解質体１１ｓを介して第１電極１１ａと対向するように固着されている。第２電極１１ｂは、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。

第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂ並びに第１固体電解質体１１ｓは、酸素ポンピング作用による酸素排出能力を有する第１電気化学セル１１ｃを構成している。この第１電気化学セル１１ｃは、ヒータ４１によって活性化温度まで加熱される。

第１固体電解質体１１ｓ及び第１乃至第５アルミナ層２１ａ〜２１ｅの各層は、例えばドクターブレード法、押し出し成形法等により、シート状に成形される。第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂ並びにこれらの電極に通電するための配線等は、例えばスクリーン印刷法等によって形成される。これらのシートを上述したように積層して焼成することにより、上記構造を有する素子部１０が一体的に製造される。

第１装置は、更に、電源６１、電流計７１、水濃度センサ（湿度センサ）８１及びＥＣＵ（電子制御ユニット、コントローラ）８２を備える。電源６１及び電流計７１はＥＣＵに接続されている。
電源６１は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に第２電極１１ｂの電位が第１電極１１ａの電位よりも高くなるように所定の電圧を印加できるようになっている。
電流計７１は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に流れる電流（従って、第１固体電解質体１１ｓを流れる電流）である電極電流Ｉｓの大きさを計測して、その計測値に応じた出力値（電圧値）をＥＣＵ８２に出力するようになっている。
水濃度センサ８１は内燃機関の排気管に備えられている。水濃度センサ８１は、周知の湿度センサであり、排気に含まれる水の濃度を示す出力値ＣｗをＥＣＵ８２に出力するようになっている。

ＥＣＵ８２は、ＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム及びマップ等を記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ及びＥＣＵ８２が搭載された車両のイグニッション・キースイッチがオフであるときにも記憶を保持するバックアップＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータである（何れも図示せず）。

ＥＣＵ８２は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に印加される印加電圧（第１印加電圧）Ｖｓを制御することができる。更に、ＥＣＵ８２は、電流計７１から出力される第１電気化学セル（センサセル）１１ｃを流れる電極電流Ｉｓを表す出力値と、水濃度センサ８１からの水の濃度Ｃｗを示す出力値と、を受け取ることができる。

（ＳＯｘ濃度検出のための作動の概要）
第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に、第２電極１１ｂの電位が第１電極１１ａの電位よりも高くなるように、印加電圧Ｖｓが第１所定電圧に設定されると、被検ガスとしての排気に含まれる水のみならず、被検ガスに含まれる硫黄酸化物もまた第１電極１１ａにおいて分解（還元分解）される。ＳＯｘの分解生成物（例えば、硫黄又は硫黄化合物）は第１電極１１ａに吸着し、水の分解に寄与することができる第１電極１１ａの面積を減少させると考えられる。更に、この第１電極１１ａに吸着して第１電極１１ａ上に留まるＳＯｘの分解生成物の量は排ガス中のＳＯｘの濃度が高いほど多くなる。その結果、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に第１所定電圧を印加したときの電極電流（電極電流の大きさ）が、被検ガスに含まれるＳＯｘの濃度に応じて変化する。

第１装置は、このときの電極電流（以降、「第１電流を表す第１出力値」とも称する。）に基づいて、被検ガスに含まれるＳＯｘの濃度を検出する。

上述したように、第１電気化学セル１１ｃは、被検ガスに含まれるＳＯｘの濃度を取得するための電極電流を発生するセルである。従って、第１電気化学セル１１ｃは「センサセル」と称される場合がある。

（測定原理）
次に、第１装置のＳＯｘ濃度測定原理について具体的に説明する。図２は、印加電圧Ｖｓと電極電流Ｉｓとの関係を示したグラフである。尚、本例においては、被検ガスに含まれるＳＯｘとしての二酸化硫黄（ＳＯ_２）の濃度がそれぞれ０、１００、３００及び５００ｐｐｍである異なる４種の被検ガスを使用した。但し、被検ガスに含まれる酸素及び水の濃度は何れの被検ガスにおいても一定に維持されている。更に、本例においては、酸素の限界電流値を０（ゼロ）μＡとして表示した。

実線の曲線Ｌ１は、被検ガスに含まれる二酸化硫黄の濃度が０（ゼロ）ｐｐｍである場合に対応している。曲線Ｌ１から理解されるように、印加電圧Ｖｍが約０．２Ｖ未満である領域においては、印加電圧Ｖｓの増大に伴い、電極電流Ｉｓが増大している。この領域においては、印加電圧Ｖｓの増大に伴って第１電極１１ａ（陰極）における酸素の分解速度が増大している。しかしながら、印加電圧Ｖｓが約０．２Ｖ以上である領域においては、印加電圧Ｖｓが増大しても電極電流Ｉｓは増大せず、殆ど一定となっている。即ち、この領域においては酸素の限界電流特性が発現している。その後、印加電圧Ｖｓが約０．６Ｖ以上となると、電極電流Ｉｓが再び増大し始める。この電極電流Ｉｓの増大は、第１電極１１ａにおける水の分解が始まったことに起因する。

点線の曲線Ｌ２は、二酸化硫黄の濃度が１００ｐｐｍである場合に対応している。この場合も、印加電圧Ｖｓが第１電極１１ａにおける水の分解が始まる電圧（分解開始電圧）（約０．６Ｖ）未満であるときには、印加電圧Ｖｓと電極電流Ｉｓとの関係は曲線Ｌ１により示した場合と同様である。しかしながら、印加電圧Ｖｓが第１電極１１ａにおける水の分解開始電圧（約０．６Ｖ）以上であるときには、曲線Ｌ１の場合と比較して電極電流Ｉｓが小さく、印加電圧Ｖｓに対する電極電流Ｉｓの増加率も曲線Ｌ１の場合と比較して小さい（傾きが小さい）。

更に、一点鎖線及び破線によって表される曲線Ｌ３及びＬ４は、被検ガスに含まれる二酸化硫黄の濃度が３００ｐｐｍ及び５００ｐｐｍである場合にそれぞれ対応している。これらの場合もまた、印加電圧Ｖｓが第１電極１１ａにおける水の分解開始電圧（約０．６Ｖ）未満であるときには、印加電圧Ｖｓと電極電流Ｉｓとの関係は曲線Ｌ１の場合と同様である。しかしながら、印加電圧Ｖｓが第１電極１１ａにおける水の分解開始電圧（約０．６Ｖ）以上であるときには、被検ガスに含まれる二酸化硫黄の濃度が高いほど電極電流Ｉｓが小さく、印加電圧Ｖｓに対する電極電流Ｉｓの増加率もまた被検ガスに含まれる二酸化硫黄の濃度が高いほど小さい（傾きが小さい）。

以上のように、印加電圧Ｖｓが第１電極１１ａにおける水の分解開始電圧（約０．６Ｖ）以上であるときの電極電流Ｉｓの大きさは、被検ガスに含まれる硫黄酸化物としての二酸化硫黄の濃度に応じて変化する。例えば、図２に示したグラフにおける印加電圧Ｖｓが１．０Ｖであるときの曲線Ｌ１乃至曲線Ｌ４における電極電流Ｉｓの大きさを被検ガスに含まれる二酸化硫黄の濃度に対してプロットすると、図３に示したグラフが得られる。図３において実線により表されているように、特定の印加電圧Ｖｓ（この場合は１．０Ｖ）における電極電流Ｉｓの大きさが被検ガスに含まれる二酸化硫黄の濃度に応じて変化する。従って、特定の印加電圧Ｖｓ（水の分解開始電圧以上の所定電圧であり、「第１所定電圧」とも称呼される。）における電極電流Ｉｓを表す第１出力値を取得すれば、その第１出力値に対応する硫黄酸化物の濃度を取得することができる。

なお、図２に示されているグラフの横軸に示されている印加電圧Ｖｓ、縦軸に示されている電極電流Ｉｓ及び上記説明において述べられている印加電圧等の個々の具体的な値は、実験の条件（例えば、被検ガス中に含まれる各種成分の濃度、電極組成及び電極面積等）によって変動することがある。即ち、印加電圧Ｖｓ及び電極電流Ｉｓの値は、常に上述した値となるとは限らない。

（被検ガス中の水の濃度の電極電流への影響）
ところで、上述したように、第１装置は、印加電圧Ｖｓを第１所定電圧（水の分解開始電圧以上の電圧）に設定した場合の電極電流Ｉｓを表す第１出力値に基づいてＳＯｘ濃度を検出する。しかしながら、この電極電流Ｉｓは排気に含まれる水及び硫黄酸化物の両方の分解電流を含む。従って、図４の（ａ）に示すように、たとえ硫黄酸化物が被検ガス中に含まれていなくても（ＳＯｘ濃度が０ｐｐｍであっても）、電極電流Ｉｓは排気に含まれる水の濃度（水分濃度）に応じて変化する。

従って、図４の（ｂ）に示したように、排気に含まれる硫黄酸化物の濃度がゼロ（０）でない場合にも電極電流Ｉｓは水の濃度の影響を受ける。そのため、水の濃度を考慮することなく電極電流Ｉｓのみに基づいてＳＯｘ濃度を検出した場合、そのＳＯｘ濃度は正しくない。

そこで、第１装置は、電極電流Ｉｓ（電極電流Ｉｓを表す第１出力値）及び排気に含まれる水の濃度Ｃｗに基づいて排気に含まれるＳＯｘ濃度を検出する。

より具体的に述べると、図５に示したように、排気に含まれる水の濃度Ｃｗが種々の値である場合の「電極電流ＩｓとＳＯｘ濃度との関係」を予め実験により調べ、そのうち排気に含まれる水の濃度が特定値（本例では、中程度の濃度値Ｃｗｃ）である場合の「電極電流ＩｓとＳＯｘ濃度との関係」のみをＥＣＵ８２のＲＯＭにルックアップテーブル（ベース・マップ）ＭａｐＣｓｏｘＢ（Ｉｓ）として記憶させておく。

次に、「電極電流Ｉｓが任意の値」である場合において、「排気に含まれる水の濃度Ｃｗが特定値ＣｗｃであるときのＳＯｘ濃度（以下、「ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢ」と称する。）」に対する「排気に含まれる水の濃度Ｃｗが特定値Ｃｗｃ以外の値ＣｗｘであるときのＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘ」の比を「水の濃度Ｃｗｘ及びベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに対する補正係数ｋ１（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）」として求める。

例えば、図５に示した例によれば、電極電流Ｉｓが値Ａ１である場合において、「水の濃度Ｃｗが特定値ＣｗｃであるときのＳＯｘ濃度（ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢ）」は値Ｂ０であり、「水の濃度Ｃｗが値ＣｗｌであるときのＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘ」は値Ｂ１である。よって、補正係数ｋ１（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）は「Ｂ１／Ｂ０」である。同様に、電極電流Ｉｓが値Ａ２である場合において、「ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢ」は値Ｃ０であり、「水の濃度Ｃｗが値ＣｗｌであるときのＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘ」は値Ｃ１である。よって、補正係数ｋ１（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）は「Ｃ１／Ｃ０」である。

そして、図６に示したように、種々のベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢの各々について「排気に含まれる水の濃度Ｃｗと補正係数ｋ１（＝ｋ１（Ｃｗ））との関係を取得し、それらをＥＣＵ８２のＲＯＭにルックアップテーブルＭａｐｋ１（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）として記憶させておく。個々のルックアップテーブルＭａｐｋ１（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）は、個々のベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢにおける水の濃度Ｃｗと補正係数ｋ１との関係を表す。

ＥＣＵ８２は、実際の電極電流Ｉｓを表す第１出力値を取得したとき、その第１出力値により表される電極電流ＩｓをテーブルＭａｐＣｓｏｘＢ（Ｉｓ）に適用することにより、「排気に含まれる水の濃度Ｃｗが特定値Ｃｗｃであると仮定したときのＳＯｘ濃度（即ち、ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢ）」を求める。

次に、ＥＣＵ８２は、そのベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに応じたテーブルＭａｐｋ１（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）を選択し、その選択したテーブルＭａｐｋ１（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）に「水濃度センサ８１により取得されている排気に含まれる水の濃度Ｃｗ」を適用することにより、補正係数ｋ１＝ｋ１（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）を求める。例えば、ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢが値Ｃｓｏｘ１であるときには図６の紙面の最も前面のテーブルが選択され、その場合に実際の水の濃度Ｃｗが「Ｃｗｈ」であるとき補正係数ｋ１は「Ｆ」であると決定される。

そして、ＥＣＵ８２は、ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに補正係数ｋ１を乗じることにより「ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢを補正係数ｋ１によって補正した値（＝ｋ１・ＣｓｏｘＢ）」を「最終的なＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘ」として決定・取得する。以上が、第１装置が実施するＳＯｘ濃度検出処理の概要である。

（具体的作動）
次に、ＥＣＵ８２のＣＰＵがＳＯｘ濃度検出時に行なう処理について説明する。ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図７にフローチャートにより示した「ＳＯｘ濃度取得処理ルーチン」を実行するようになっている。

従って、適切なタイミングになると、ＣＰＵはステップ７００から処理を開始してステップ７１０に進み、被検ガスとしての排気に含まれる硫黄酸化物の濃度を取得する要求（ＳＯｘ濃度取得要求）が発生しているか否かを判定する。ＳＯｘ濃度取得要求は、例えば、第１装置を備える内燃機関が搭載される車輌において燃料タンクへの燃料の充填が行われたときに発生する。ＳＯｘ濃度取得要求は、燃料タンクへの燃料の充填が行われた後にＳＯｘ濃度取得処理ルーチンが実行されることによって排気に含まれる硫黄酸化物の濃度が取得された場合に取り消される。なお、ＣＰＵは、「燃料タンクへの燃料の充填があったか否か」を「図示しない燃料残量計により計測される燃料残量」が所定量以上増大したか否かを監視することにより判定する。

ＳＯｘ濃度取得要求が発生している場合、ＣＰＵはステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、内燃機関の運転状態が定常状態にあるか否かを判定する。ＣＰＵは、例えば、所定期間内における機関の負荷（例えば、空気充填率ＫＬ）の最大値と最小値との差が閾値未満であるとき、又は、所定期間内におけるアクセル操作量の最大値と最小値との差が閾値未満であるとき、内燃機関の運転状態が定常状態にあると判定する。

内燃機関の運転状態が定常状態にある場合、ＣＰＵはステップ７２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７３０に進み、第１所定電圧（本例においては１．０Ｖ）の印加電圧Ｖｓを第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に電源６１により印加させる。次に、ＣＰＵはステップ７４０に進み、第１所定電圧の印加電圧Ｖｓが印加されている状態の継続時間が所定の閾値（Ｔｔｈ）に一致したか否かを判定する。この閾値Ｔｔｈは、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間への印加電圧Ｖｓを第１所定電圧とすることにより、内部空間３１内の排気に含まれる硫黄酸化物が分解され、その分解生成物が陰極である第１電極１１ａに吸着して電極電流Ｉｓを低減させるのに十分な期間の長さに対応する。この閾値Ｔｔｈの具体的な値（時間的長さ）は事前実験等によって定められる。

印加電圧Ｖｓが第１所定電圧に設定されてからの継続時間が閾値Ｔｈに一致すると、ＣＰＵはステップ７４０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ７５０乃至ステップ７９０の処理を順に行い、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ７５０：ＣＰＵは、電流計７１からの電極電流Ｉｓを表す第１出力値（以下、単に「電極電流Ｉｓ」と称する場合がある。）を取得する。
ステップ７６０：ＣＰＵは、水濃度センサ８１から水の濃度Ｃｗを取得する。

ステップ７７０：ＣＰＵは、電極電流ＩｓをテーブルＭａｐＣｓｏｘＢ（Ｉｓ）に適用することによりベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢを取得する。
ステップ７８０：ＣＰＵは、ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに応じたテーブルＭａｐｋ１（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）を選択する。更に、ＣＰＵは、その選択したテーブルＭａｐｋ１（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）にステップ７６０にて取得した水の濃度Ｃｗを適用することにより、補正係数ｋ１を求める。
ステップ７９０：ＣＰＵは、ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに補正係数ｋ１を乗じた値を、最終的なＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘとして検出（取得）する。ＣＰＵは、更に、検出されたＳＯｘ濃度ＣｓｏｘをバックアップＲＡＭに格納しておき、機関制御ルーチン及び排気系部品の自己診断ルーチン（何れも図示を省略）において使用する。

これに対し、ＣＰＵがステップ７１０及びステップ７２０の何れかのステップにて「Ｎｏ」と判定した場合、ＣＰＵはステップ７９２に進んで印加電圧Ｖｓを「０」に設定し（即ち、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間への電圧印加を停止し）、その後、ステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。更に、ＣＰＵはステップ７４０にて「Ｎｏ」と判定した場合、ステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

＜第１装置の第１変形例＞
この第１変形例は、以下に詳述するように、補正係数ｋ１に代わる補正係数ｋ２を求め、その補正係数ｋ２により電極電流Ｉｓを補正し、補正した電極電流ＩｓをテーブルＭａｐＣｓｏｘＢ（Ｉｓ）に適用することにより最終的なＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを検出（取得）する点においてのみ、第１装置と相違している。以降、この相違点について説明する。

第１変形例においても、図８に示したように、排気に含まれる水の濃度が種々の値である場合の「電極電流ＩｓとＳＯｘ濃度との関係」を予め実験により調べ、そのうち排気に含まれる水の濃度が特定値（本例では、中程度の濃度値Ｃｗｃ）である場合の「電極電流ＩｓとＳＯｘ濃度との関係」のみをＥＣＵ８２のＲＯＭにルックアップテーブル（ベース・マップ）ＭａｐＣｓｏｘＢ（Ｉｓ）として記憶させておく。

次に、同じＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘの排ガスに対し、「排気に含まれる水の濃度Ｃｗが特定値Ｃｗｃ以外の任意の値Ｃｗｘである場合における電極電流Ｉｓ＠Ｃｗｘ」と「排気に含まれる水の濃度Ｃｗが特定値Ｃｗｃであるときの電極電流ＩｓＢ＠Ｃｗｃ（以下、「ベース電極電流ＩｓＢ＠Ｃｗｃ」と称する。）」を求める。そして、電極電流Ｉｓ＠Ｃｗｘに対するベース電極電流ＩｓＢ＠Ｃｗｃの比を「水の濃度Ｃｗｘ及び電極電流Ｉｓに対する補正係数ｋ２（Ｃｗｘ，Ｉｓ）」として求める。

例えば、図８に示した例によれば、「排気に含まれる水の濃度Ｃｗが値Ｃｗｈである場合における電極電流Ｉｓ＠Ｃｗｈ」が値Ｈ１であるとき、ベース電極電流ＩｓＢ＠Ｃｗｃは値Ｈ０であるので、補正係数ｋ２（Ｃｗｘ，Ｉｓ）は「Ｈ０／Ｈ１」である。同様に、「排気に含まれる水の濃度Ｃｗが値Ｃｗｈである場合における電極電流Ｉｓ＠Ｃｗｈ」が値Ｊ１であるとき、ベース電極電流ＩｓＢ＠Ｃｗｃは値Ｊ０であるので、補正係数ｋ２（Ｃｗｘ，Ｉｓ）は「Ｊ０／Ｊ１」である。

そして、そのように求めたデータを元に、図９に示したように、種々の電極電流Ｉｓの各々における「排気に含まれる水の濃度Ｃｗと補正係数ｋ２（＝ｋ２（Ｃｗ））との関係」をＥＣＵ８２のＲＯＭにルックアップテーブルＭａｐｋ２（Ｃｗ，Ｉｓ）として記憶させておく。個々のルックアップテーブルＭａｐｋ２（Ｃｗ，Ｉｓ）は、個々の電極電流Ｉｓにおける水の濃度Ｃｗと補正係数ｋ２との関係を表す。

実際のＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘの検出にあたっては、ＥＣＵ８２は、実際の電極電流Ｉｓを取得したとき、その電極電流Ｉｓに基づいてテーブルＭａｐｋ２（Ｃｗ，Ｉｓ）を選択し、その選択したテーブルＭａｐｋ２（Ｃｗ，Ｉｓ）に実際に取得した水の濃度Ｃｗを適用することにより、補正係数ｋ２を求める。

次に、ＣＰＵは、実際に取得した電極電流Ｉｓに補正係数ｋ２を乗じることにより、補正後電極電流Ｉｓｃｒを取得し、その補正後電極電流ＩｓｃｒをテーブルＭａｐＣｓｏｘＢ（Ｉｓ）に適用することによって、最終的なＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを決定・取得する。以上が、第１装置の第１変形例が実施するＳＯｘ濃度検出処理の概要である。

次に、この第１変形例の具体的作動について簡単に説明する。第１変形例のＣＰＵは、図７に代わる図１０にフローチャートにより示した「ＳＯｘ濃度取得処理ルーチン」を実行するようになっている。この図１０に示したルーチンは、図７のステップ７７０乃至ステップ７９０をステップ１０１０乃至ステップ１０３０にそれぞれ置換した点においてのみ図７に示したルーチンと相違している。従って、以下、ステップ１０１０乃至ステップ１０３０における処理ついて順に説明する。

ステップ１０１０：ＣＰＵは、ステップ７５０にて取得した電極電流Ｉｓに基づいてテーブルＭａｐｋ２（Ｃｗ，Ｉｓ）を選択し、その選択したテーブルＭａｐｋ２（Ｃｗ，Ｉｓ）にステップ７６０にて取得した水の濃度Ｃｗを適用することにより、補正係数ｋ２を求める。
ステップ１０２０：ＣＰＵは、ステップ７５０にて取得した電極電流Ｉｓに補正係数ｋ２を乗じることにより、補正後電極電流Ｉｓｃｒを取得する。
ステップ１０２０：ＣＰＵは、補正後電極電流Ｉｓｃｒを電極電流Ｉｓと見做し、その電極電流ＩｓをテーブルＭａｐＣｓｏｘＢ（Ｉｓ）に適用することによって、最終的なＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを決定・取得する。

＜第１装置の第２変形例＞
この第２変形例は、補正係数ｋ１を用いず、電極電流Ｉｓ及び水の濃度ＣｗをテーブルＭａｐＣｓｏｘ（Ｃｗ，Ｉｓ）に適用することにより最終的なＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを検出（取得）する点においてのみ、第１装置と相違している。テーブルＭａｐＣｓｏｘ（Ｃｗ，Ｉｓ）は、種々の水の濃度Ｃｗについて、図５に示したような「電極電流ＩｓとＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘとの関係」を予め実験により調べ、それらをルックアップテーブル形式にてＲＯＭに記憶したテーブルである。

より具体的に述べると、第２変形例のＣＰＵは、図７に代わる図１１にフローチャートにより示した「ＳＯｘ濃度取得処理ルーチン」を実行するようになっている。この図１１に示したルーチンは、図７のステップ７７０乃至ステップ７９０をステップ１１１０に置換した点においてのみ図７に示したルーチンと相違している。ＣＰＵは、ステップ１１１０に進むと、ステップ７５０にて取得した電極電流Ｉｓ及びステップ７６０にて取得した水の濃度ＣｗをテーブルＭａｐＣｓｏｘ（Ｃｗ，Ｉｓ）に適用することにより最終的なＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを検出（取得）する。

＜第１装置の第３変形例＞
この第３変形例は、第１出力値として、印加電圧Ｖｓが第１所定電圧であるときの電極電流Ｉｓを用いるのではなく、取得された水の濃度ＣｗにおいてＳＯｘが排気に含まれない場合における電極電流である基準電極電流Ｉｓ０と電極電流Ｉｓとの差である電流低下量ΔＩｓ（＝Ｉｓ０−Ｉｓ）を用いる。即ち、電流低下量ΔＩｓ及び水の濃度ＣｗをテーブルＭａｐＣｓｏｘ（Ｃｗ，ΔＩｓ）に適用することにより最終的なＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを検出（取得）する点においてのみ、第１装置と相違している。

上記「基準電極電流Ｉｓ０」は、例えば、図４の（ａ）に示したようなマップに、取得された水の濃度Ｃｗを適用することによって特定することができる。上記マップは、例えば、「ＳＯｘが含まれていない排気に含まれる水の濃度Ｃｗと電極電流Ｉｓとの関係」を予め実験により調べておき、当該関係をＥＣＵ８２のＲＯＭにルックアップテーブル（ベース・マップ）ＭａｐＩｓ０（Ｃｗ）として記憶させておくことができる。

第３変形例においては、上記のように電極電流Ｉｓに代えて電流低下量ΔＩｓを用いることにより、排気に含まれる水の濃度の違いに起因する電極電流Ｉｓの大きさの違いを差し引くことができる。従って、第３変形例によれば、例えば、排気に含まれるＳＯｘ濃度の検出におけるＳＮ比を向上させることができる。但し、第３変形例においても、第１装置と同様に、「排気に含まれるＳＯｘ濃度の変化に対する電極電流Ｉｓの大きさの変化率」の排気に含まれる水の濃度の違いによる影響を受ける。

そこで、図５に示したような「電極電流ＩｓとＳＯｘ濃度との関係」に代えて、「電流低下量ΔＩｓとＳＯｘ濃度との関係」を、排気に含まれる水の濃度が種々の値である場合について予め実験により調べ、「電流低下量ΔＩｓとＳＯｘ濃度との関係」をＥＣＵ８２のＲＯＭに予め記憶させておき、当該関係に基づいて、電流低下量ΔＩｓからＳＯｘ濃度を検出（取得）することができる。

第３変形例における具体的な動作については、電極電流Ｉｓに代えて電流低下量ΔＩｓを用いる点を除き、第１装置と同様であるので、これ以上の詳細な説明は割愛する。尚、第１装置の第１変形例及び第２変形例にも第３変形例を適用可能であることは言うまでも無い。

以上、説明したように、第１装置及びその変形例のそれぞれは、出力相関値（電極電流Ｉｓ又は電流低下量ΔＩｓ）と水濃度相関値（水の濃度Ｃｗ）とを用いてＳＯｘ濃度を求める。その結果、第１装置及びその変形例のそれぞれは、排気に含まれる水の濃度による電極電流Ｉｓへの影響を排除して、排気に含まれるＳＯｘの濃度をより精度良く検出することができる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態に係るＳＯｘ濃度検出装置（以下、「第２装置」と称される場合がある。）について説明する。

（構成）
第２装置が備えるＳＯｘセンサの素子部２０は、第１電気化学セル（ポンピングセル１１ｃ）の近傍に併設された第２電気化学セル（ポンピングセル１２ｃ）を更に備える点を除き、第１装置が備える素子部１０と同様の構成を有する。ここで言う「近傍」とは、第１電気化学セル１１ｃに到達する被検ガス中に含まれる水の濃度に等しい濃度の水を含む被検ガスが到達する領域を指す。尚、以下の説明においては、第１装置との相違点に注目して、第２装置の構成について説明する。

図１２の（ａ）及び（ｂ）に示したように、第２装置のＳＯｘセンサの素子部２０は、第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃを備える。第１電気化学セル１１ｃ及び第２電気化学セル１２ｃは、上流側に配設された拡散抵抗体（拡散律速層）３２から同じ距離だけ下流側に離れた位置に配設されている。第２装置において、第１電気化学セル１１ｃはセンサセル１１ｃとも称され、第２電気化学セル１２ｃはモニタセル１２ｃとも称される場合がある。第１電気化学セル１１ｃは、第１装置の第１電気化学セル１１ｃと同様の構成を有する。前述したように、第１電気化学セル１１ｃの第１電極１１ａは白金（Ｐｔ）とロジウム（Ｒｈ）との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極であり、第３電極１２ａは白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極である。

第２電気化学セル１２ｃは、第１固体電解質体１１ｓを第１電気化学セル１１ｃと共有し、その表面に配設された一対の電極である第３電極１２ａ及び第４電極１２ｂを有する。第２電気化学セル１２ｃは、第１電気化学セル１１ｃと同様、酸素ポンピング作用による酸素排出能力を有し、ヒータ４１によって活性化温度まで加熱される。

第３電極１２ａは内部空間３１に面するように配設されている。第３電極１２ａは、白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極である。
第４電極１２ｂは第１大気導入路５１に面するように配設されている。第４電極１２ｂは、第１固体電解質体１１ｓを介して、第３電極１２ａと対向している。第４電極１２ｂは、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。

前述したように、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に、第４電極１２ｂの電位が第３電極１２ａの電位よりも高くなるように、印加電圧Ｖｍが第２所定電圧に設定されると、被検ガスとしての排気に含まれる水及び硫黄酸化物が第３電極１２ａにおいて分解（還元分解）される。

但し、第３電極１２ａは、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間と、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間とに、互いに同一であり且つ第１電極１１ａ及び第３電極１２ａにおいて水が還元分解される下限電圧以上の電圧である第３所定電圧Ｖ３、が印加されたとき、第３電極１２ａにおける硫黄酸化物の還元分解速度（第２分解速度）が第１電極１１ａにおける硫黄酸化物の還元分解速度（第１分解速度）よりも低くなるように作製されている。具体的には、第２分解速度は実質的に０（ゼロ）である。

第２装置は、更に、電源６２及び電流計７２を備える。電源６２及び電流計７２はＥＣＵ８２に接続されている。
電源６２は、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に、第４電極１２ｂの電位が第３電極１２ａの電位よりも高くなるように所定の電圧を印加できるようになっている。
電流計７２は、第２電気化学セル１２ｃを流れる電極電流Ｉｍの大きさを計測して、その計測値に応じた出力値（電圧値）をＥＣＵ８２に出力するようになっている。

ＥＣＵ８２は、第１電気化学セル１１ｃの第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂに印加される印加電圧Ｖｓに加えて、第２電気化学セル１２ｃの第３電極１２ａ及び第４電極１２ｂに印加される印加電圧Ｖｍを制御することができる。なお、第２装置のＥＣＵ８２は、ＳＯｘ濃度を検出する場合、印加電圧Ｖｓ及び印加電圧Ｖｍを何れも１．０Ｖ（第３所定電圧Ｖ３）に設定する。

更に、ＥＣＵ８２は、第１電気化学セル１１ｃの電極電流Ｉｓを表す電流計６１からの出力値に加え、第２電気化学セル１２ｃの電極電流Ｉｓ（第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間に流れる電流）を表す「電流計６２からの出力値」を受け取ることができる。

（測定原理及び作用）
次に、第２装置のＳＯｘ濃度測定原理について具体的に説明する。第２装置のＥＣＵ８２は、第２電気化学セル１２ｃの電極電流Ｉｍから第１電気化学セル１１ｃの電極電流Ｉｓを差し引く（減算する）ことにより差（電極電流差）を求める。この差は、「ＳＯｘ濃度検出用パラメータＤ」又は単に「パラメータＤ」と称される。更に、第２装置のＥＣＵ８２は、そのパラメータＤと水の濃度Ｃｗとに基づいてＳＯｘ濃度を検出する。

以下、パラメータＤ（＝Ｉｍ−Ｉｓ）について説明する。第２電気化学セル１２ｃは、第１電気化学セル１１ｃと同じ印加電圧（１．０Ｖ）を印加している場合であっても、硫黄酸化物を分解する速度が第１電気化学セル１１ｃの硫黄酸化物を分解する速度よりも極めて低い。具体的には、第３電極１２ａにおいて硫黄酸化物が分解される速度（第２分解速度）は実質的に０（ゼロ）であり、第３電極１２ａには硫黄酸化物の分解生成物は実質的に吸着しない。よって、第２電気化学セル１２ｃの電極電流Ｉｍは、実質的に排気に含まれる水の濃度に応じて変化するが、ＳＯｘ濃度に応じて変化しない。一方、第１電気化学セル１１ｃの電極電流Ｉｓは、前述したように、排気に含まれる水の濃度及び硫黄酸化物の濃度に応じて変化する。従って、電極電流Ｉｍと電極電流Ｉｓとの差であるパラメータＤは、排気に含まれる水の濃度による影響が低減された値となるから、排気に含まれる硫黄酸化物の濃度に感度良く変化するパラメータとなる。具体的には、パラメータＤは、ＳＯｘ濃度が高いほど大きくなる。

しかしながら、発明者の実験によれば、このパラメータＤ（＝Ｉｍ−Ｉｓ）は、依然として排気に含まれる水の濃度の影響を受けることが判明した。即ち、図１３に示したように、ＳＯｘ濃度が一定であっても、水の濃度Ｃｗが低いほどパラメータＤは大きくなる。例えば、排気に含まれるＳＯｘ濃度が２００ｐｐｍであった場合、排気に含まれる水分濃度が低、中、高と上昇するに従ってパラメータＤの値は減少している（図１３における点Ｐ１、点Ｐ２及び点Ｐ３を参照。）。以下、「排気に含まれる水分濃度がＣｗｃ（中）であるときの、パラメータＤとＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘとの関係（図１３において実線により表されている関係）」を「ベース関係」と称する。

従って、例えば、真のＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘが２００ｐｐｍであり且つ水分濃度ＣｗがＣｗｌ（低）であるときに取得されたパラメータＤ（点Ｐ１を参照。）を、排気に含まれる水分濃度を考慮せず、実線により示されるベース関係に適用してＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを求めると、排気に含まれるＳＯｘ濃度が３００ｐｐｍと誤って検出される（点Ｐ５を参照。）。同様に、例えば、真のＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘが２００ｐｐｍであり且つ水分濃度ＣｗがＣｗｈ（高）であるときに取得されたパラメータＤ（点Ｐ３を参照。）を、排気に含まれる水分濃度を考慮せず、実線により示されるベース関係に適用してＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを求めると、排気に含まれるＳＯｘ濃度が１００ｐｐｍと誤って検出される（点Ｐ４を参照。）。

そこで、第２装置は、第１装置と同様に以下に述べるような補正係数等を用いながら、パラメータＤと水の濃度Ｃｗとに基づいてＳＯｘ濃度を検出する。

先ず、図１３及び図１４に示したように、排気に含まれる水の濃度Ｃｗが種々の値である場合の「パラメータＤとＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘとの関係」を予め実験により調べ、そのうち排気に含まれる水の濃度Ｃｗが特定値（本例では、中程度の濃度値Ｃｗｃ）である場合の「パラメータＤとＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘとの関係（即ち、前述したベース関係）」のみをＥＣＵ８２のＲＯＭにルックアップテーブル（ベース・マップ）ＭａｐＣｓｏｘＢ（Ｄ）として記憶させておく。

次に、「パラメータＤが任意の値」である場合において、「排気に含まれる水の濃度Ｃｗが特定値ＣｗｃであるときのＳＯｘ濃度（以下、「ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢ）」と称する。）」に対する「排気に含まれる水の濃度Ｃｗが特定値Ｃｗｃ以外の値ＣｗｘであるときのＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘ」の比を「水の濃度Ｃｗｘ及びベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに対する補正係数ｋ３（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）」として求める。

例えば、図１４に示した例によれば、パラメータＤが値Ａ１である場合において、「水の濃度Ｃｗが特定値ＣｗｃであるときのＳＯｘ濃度（ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢ）」は値Ｂ０であり、「水の濃度Ｃｗが値ＣｗｌであるときのＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘ」は値Ｂ１である。よって、補正係数ｋ３（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）は「Ｂ１／Ｂ０」である。同様に、パラメータＤが値Ａ２である場合において、「ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢ」は値Ｃ０であり、「水の濃度Ｃｗが値ＣｗｈであるときのＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘ」は値Ｃ１である。よって、補正係数ｋ３（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）は「Ｃ１／Ｃ０」である。

そして、図１５に示したように、種々のベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢの各々について「排気に含まれる水の濃度Ｃｗと補正係数ｋ３（＝ｋ３（Ｃｗ））との関係を取得し、それらをＥＣＵ８２のＲＯＭにルックアップテーブルＭａｐｋ３（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）として記憶させておく。個々のルックアップテーブルＭａｐｋ３（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）は、個々のベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢにおける水の濃度Ｃｗと補正係数ｋ３との関係を表す。

ＥＣＵ８２は、実際のパラメータＤを取得したとき、そのパラメータＤをテーブルＭａｐＣｓｏｘＢ（Ｄ）に適用することにより、「排気に含まれる水の濃度Ｃｗが特定値Ｃｗｃであると仮定したときのＳＯｘ濃度（即ち、ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢ）」を求める。

次に、ＥＣＵ８２は、そのベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに応じたテーブルＭａｐｋ３（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）を選択し、その選択したテーブルＭａｐｋ３（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）にその時点で水濃度センサ８１により取得されている排気に含まれる水の濃度Ｃｗを適用することにより、補正係数ｋ３（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）を求める。例えば、ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢが値Ｃｓｏｘ１であるときには図６の紙面の最も前面のテーブルが選択され、その場合に実際の水の濃度Ｃｗｘが「Ｃｗｈ」であるとき補正係数ｋ３は「Ｆ」であると決定される。

そして、ＥＣＵ８２は、ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに補正係数ｋ３を乗じることにより「ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢを補正係数ｋ３によって補正した値（＝ｋ３・ＣｓｏｘＢ）」を「最終的なＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘ」として決定・取得する。以上が、第２装置が実施するＳＯｘ濃度検出処理の概要である。

尚、上記においては、第２装置のＥＣＵ８２が、第２電気化学セル１２ｃの電極電流Ｉｍから第１電気化学セル１１ｃの電極電流Ｉｓを差し引く（減算する）ことにより電極電流差（パラメータＤ）を求めた。しかしながら、このパラメータＤは、ＥＣＵ８２によって求めるのではなく、例えば、電極電流Ｉｍから電極電流Ｉｓを差し引く電流差検出回路からの出力信号に基づいて求めてもよい。

（具体的作動）
次に、この第２装置の具体的作動について簡単に説明する。第２装置のＥＣＵ８２のＣＰＵは、図１６にフローチャートにより示した「ＳＯｘ濃度取得処理ルーチン」を所定時間が経過する毎に実行するようになっている。

従って、適切なタイミングになると、ＣＰＵはステップ１６００から処理を開始してステップ１６０５に進む。このステップ１６０５の処理は図７のステップ７１０の処理と同じである。

従って、ＳＯｘ濃度取得要求が発生している場合、ＣＰＵはステップ１６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６１０に進む。このステップ１６１０の処理は図７のステップ７２０の処理と同じである。

従って、内燃機関の運転状態が定常状態にある場合、ＣＰＵはステップ１６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６１５に進み、印加電圧Ｖｓ及び印加電圧Ｖｍの両方を互いに同じ第３所定電圧Ｖ３（本例においては１．０Ｖ）に設定する。第３所定電圧は、電極１１ａ及び電極１２ａにおいて水の分解が開始する電圧以上の電圧である。次に、ＣＰＵはステップ１６２０に進み、第３所定電圧Ｖ３が「印加電圧Ｖｓ及び印加電圧Ｖｍ」として設定されている状態の継続時間Ｔが所定の閾値（Ｔｔｈ）に一致したか否かを判定する。

継続時間Ｔが閾値Ｔｈに一致すると、ＣＰＵはステップ１６２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１６２５乃至ステップ１６５０の処理を順に行い、ステップ１６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１６２５：ＣＰＵは、電流計７１からの電極電流（第１出力値）Ｉｓを取得するとともに、電流計７２からの電極電流（第２出力値）Ｉｍを取得する
ステップ１６３０：ＣＰＵは、水濃度センサ８１からの水の濃度Ｃｗを取得する。

ステップ１６３５：ＣＰＵは、電極電流Ｉｍから電極電流Ｉｓを減じることにより、パラメータ（電極電流差）Ｄを取得する。
ステップ１６４０：ＣＰＵは、パラメータＤをテーブルＭａｐＣｓｏｘＢ（Ｄ）に適用することによりベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢを取得する。

ステップ１６４５：ＣＰＵは、ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに応じたテーブルＭａｐｋ３（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）を選択する。更に、ＣＰＵは、その選択したテーブルＭａｐｋ３（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）にステップ１６３０にて取得した水の濃度Ｃｗを適用することにより、補正係数ｋ３を求める。
ステップ１６４０：ＣＰＵは、ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに補正係数ｋ３を乗じた値を、最終的なＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘとして検出（取得）する。ＣＰＵは、更に検出されたＳＯｘ濃度ＣｓｏｘをバックアップＲＡＭに格納しておき、機関制御ルーチン及び排気系部品の自己診断ルーチン（何れも図示を省略）において使用する。

これに対し、ＣＰＵがステップ１６０５及びステップ１６１０の何れかのステップにて「Ｎｏ」と判定した場合、ＣＰＵはステップ１６５５に進んで印加電圧Ｖｓ及び印加電圧Ｖｍの両方を「０」に設定し（即ち、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間への電圧印加、及び、第３電極１２ａと第４電極１２ｂとの間への電圧印加を停止し）、その後、ステップ１６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。更に、ＣＰＵはステップ１６２０にて「Ｎｏ」と判定した場合、ステップ１６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

＜第２装置の第１変形例＞
この第１変形例は、以下に詳述するように、補正係数ｋ３を用いず、パラメータＤ及び水の濃度ＣｗをテーブルＭａｐＣｓｏｘ（Ｃｗ，Ｄ）に適用することにより最終的なＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを検出（取得）する点においてのみ、第２装置と相違している。テーブルＭａｐＣｓｏｘ（Ｃｗ，Ｄ）は、種々の水の濃度Ｃｗについて、図１４に示したような「パラメータＤとＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘとの関係」を予め実験により調べ、それらをルックアップテーブル形式にてＲＯＭに記憶したテーブルである。

より具体的に述べると、この第１変形例のＣＰＵは、図１６に代わる図１７にフローチャートにより示した「ＳＯｘ濃度取得処理ルーチン」を実行するようになっている。この図１７に示したルーチンは、図１６のステップ１６４０乃至ステップ１６５０をステップ１７１０に置換した点においてのみ図１６に示したルーチンと相違している。

即ち、ＣＰＵは、ステップ１７１０に進むと、ステップ１６３５にて取得したパラメータＤ及びステップ１６３０にて取得した水の濃度ＣｗをテーブルＭａｐＣｓｏｘ（Ｃｗ，Ｄ）に適用することにより最終的なＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを検出（取得）する。

＜第２装置の第２変形例＞
ところで、第２装置は、補正係数ｋ３を、水の濃度Ｃｗ及びベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに基づいて決定した。しかしながら、図１８に示したように、下記（１）式の関係が維持されている限り、補正係数ｋ３を水の濃度Ｃｗのみに基づいて求めてもよい。なお、下記（１）式においては、パラメータＤを「Ｙ」と置き、ＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを「Ｘ」と置いた。値「ａ」は一定値（傾き）であり、値「Ａ４」は、ＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘがゼロ（０）であるときのパラメータＤの値である。

即ち、上記（１）式が成立する場合、例えば、パラメータＤの値が値Ａ１であるときのベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに乗じるべき補正係数ｋ４（１）は、値Ｂ０に対する値Ｂ２の比（＝Ｂ２／Ｂ０）であり、パラメータＤの値が値Ａ３であるときのベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに乗じるべき補正係数ｋ４（２）は、値Ｃ０に対する値Ｃ２の比（＝Ｃ２／Ｃ０）である。このとき、上記（１）式が成立する場合、補正係数ｋ４（１）と補正係数ｋ４（２）とは互いに等しい。即ち、補正係数ｋ４は、ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに依存せず、水の濃度Ｃｗのみに依存する。

そこで、この第２装置の第２変形例は、上記（１）式が成立する（実質的に成立する場合も含む）データが得られた場合、上記補正係数ｋ４と水の濃度Ｃｗとの関係を規定するルックアップテーブルＭａｐｋ４（Ｃｗ）をＥＣＵ８２のＲＯＭにルックアップテーブルＭａｐｋ３（Ｃｗ，ＣｓｏｘＢ）として記憶させておく。

更に、この第２変形例のＣＰＵは、図１６に代わる図１９にフローチャートにより示した「ＳＯｘ濃度取得処理ルーチン」を実行するようになっている。この図１９に示したルーチンは、図１６のステップ１６４５及びステップ１６５０をステップ１９１０及びステップ１９２０にそれぞれ置換した点においてのみ図１６に示したルーチンと相違している。

即ち、ＣＰＵは、ステップ１９１０に進むと、図１９内のブロックＢ１内に示したテーブルＭａｐｋ４（Ｃｗ）にステップ１６３０にて取得した水の濃度Ｃｗを適用することにより、補正係数ｋ４を求める。このテーブルＭａｐｋ４（Ｃｗ）によれば、補正係数ｋ４は、水の濃度Ｃｗが大きくなるほど大きくなるように決定される。なお、水の濃度Ｃｗが特定値Ｃｗｃ（ベース・マップ）ＭａｐＣｓｏｘＢ（Ｄ）が作成された際の水の濃度）である場合、ベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢに対する補正は不要であるので、補正係数ｋ４は「１」となる。

次いで、ＣＰＵはステップ１９２０に進み、ステップ１６４０にて求めたベースＳＯｘ濃度ＣｓｏｘＢにステップ１９１０にて求めた補正係数ｋ４を乗じた値を、最終的なＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘとして検出（取得）する。ＣＰＵは、更に、検出されたＳＯｘ濃度ＣｓｏｘをバックアップＲＡＭに格納しておき、機関制御ルーチン及び排気系部品の自己診断ルーチン（何れも図示を省略）において使用する。

以上、説明したように、第２装置及びその変形例は、モニタセルとセンサセルとの電極電流の差（電極電流差）（パラメータＤ＝Ｉｍ−Ｉｓ）を用いてＳＯｘ濃度を検出する。従って、排気に含まれる水の濃度による電極電流Ｉｓへの影響を排除することができる。加えて、第２装置及びその変形例は、出力相関値（パラメータＤ）と水濃度相関値（水の濃度Ｃｗ）とを用いてＳＯｘ濃度を求める。その結果、第２装置及びその変形例のそれぞれは、排気に含まれる水の濃度による電極電流Ｉｓへの影響を排除して、排気に含まれるＳＯｘの濃度をより精度良く検出することができる。

＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態に係るＳＯｘ濃度検出装置（以下、「第３装置」と称される場合がある。）について説明する。

（構成）
第３装置が備えるＳＯｘセンサの素子部３０は、図２０の（ａ）に示したように、第１電気化学セル（センサセル１１ｃ）及び第２電気化学セル（モニタセル１２ｃ）の上流側（拡散抵抗体３２側）に配設された第３電気化学セル（ポンプセル１３ｃ）を更に備える点を除き、第２装置が備える素子部１０と略同様の構成を有する。従って、以降、第２装置との相違点に特に注目して、第３装置の構成について説明する。

第３装置の素子部３０は、図１２に示した第１アルミナ層２１ａに代えて、「第２固体電解質体１２ｓ、第６アルミナ層２１ｆ及び第１アルミナ層２１ａ」を備える。

第２固体電解質体１２ｓは、拡散抵抗体３２及び第２アルミナ層２１ｂの上に積層されている。第２固体電解質体１２ｓは、第１固体電解質１２ｓと同様な材料から構成された酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。

第６アルミナ層２１ｆは第２固体電解質１２ｓの上に積層され、第１アルミナ層２１ａは第６アルミナ層２１ｆの上に積層されている。６アルミナ層２１ｆは第１アルミナ層２１ａと同様な材質から構成された緻密（ガス不透過性）の層（薄板体）である。その結果、第２固体電解質１２ｓ、第６アルミナ層２１ｆ及び第１アルミナ層２１ａによって「排気管外の大気に開放された第２大気導入路５２」が画定されている。

第２固体電解質体１２ｓは、第５電極１３ａ及び第６電極１３ｂを備えている。

第５電極１３ａは、第２固体電解質体１２ｓの一方の側の表面（具体的には、内部空間３１を画定する第２固体電解質体１２ｓの表面）に固着されている。第５電極１３ａは、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。

第６電極１３ｂは、第２固体電解質体１２ｓの他方の側の表面（具体的には、第２大気導入路５２を画定する第２固体電解質体１３ｓの表面）に第２固体電解質体１２ｓを介して第５電極１３ａと対向するように固着されている。第６電極１３ｂは、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。

第５電極１３ａ及び第６電極１３ｂ並びに第２固体電解質体１２ｓは、酸素ポンピング作用による酸素排出能力を有する第３電気化学セル（ポンプセル）１３ｃを構成している。この第３電気化学セル１３ｃも、ヒータ４１によって活性化温度まで加熱される。第３電気化学セル１３ｃは第１電気化学セル（センサセル）１１ｃ及び第２電気化学セル（モニタセル１２ｃの上流側（拡散抵抗体３２側）に配設される。より具体的には、第５電極１３ａは拡散抵抗体３２から第１距離だけ隔てた位置に形成され、第１電極１１ａ及び第２電極１２ａは拡散抵抗体３２から第１距離よりも大きい第２距離だけ隔てた位置に形成されている。

第３装置は、更に、電源６３及び電流計７３を備える。電源６３及び電流計７３はＥＣＵ８２に接続されている。
電源６３は、第５電極１３ａと第６電極１３ｂとの間に、第６電極１３ｂの電位が第５電極１３ａの電位よりも高くなるように所定の電圧を印加できるようになっている。
電流計７３は、第３電気化学セル１３ｃを流れる電極電流Ｉｐの大きさを計測して、その計測値に応じた出力値（電圧値）を第３装置のＥＣＵ８２に出力するようになっている。

第３装置のＥＣＵ８２は、第１電気化学セル１１ｃへの印加電圧Ｖｓ及び第２電気化学セル１２ｃへの印加電圧Ｖｍに加えて、第３電気化学セル１３ｃの第５電極１３ａ及び第６電極１３ｂに印加される印加電圧Ｖｐを制御することができる。なお、第２装置のＥＣＵ８２は、ＳＯｘ濃度を検出する場合、印加電圧Ｖｓ及び印加電圧Ｖｍを何れも１．０Ｖ（第３所定電圧Ｖ３）に設定する。

更に、ＥＣＵ８２は、第１電気化学セル１１ｃの電極電流Ｉｓを表す電流計６１からの出力値及び第２電気化学セル１２ｃの電極電流Ｉｍを表す「電流計６２からの出力値」を受け取ることができる。

電源６３は、第５電極１３ａと第６電極１３ｂとの間に、第６電極１３ｂの方が第５電極１３ａに対して高い電位を有するように、印加電圧を印加する。電流計７３は、第３電気化学セル１３ｃを流れる電極電流に対応する信号をＥＣＵ（図示せず）へ出力する。ＥＣＵは、第５電極１３ａ及び第６電極１３ｂに印加される印加電圧を制御することができる。更に、ＥＣＵは、電流計７３から出力される第３電気化学セル１３ｃを流れる電極電流（Ｉｐ）に対応する信号を受け取ることができる。

（作用）
内燃機関から排出される排気に含まれる酸素の濃度は、例えば、当該内燃機関の燃焼室において燃焼される混合気の空燃比に応じて、様々に変化する。その結果、被検ガスとしての排気に含まれる酸素の濃度が変化する場合がある。排気に含まれる酸素の濃度が変化すると、センサセルが備える電極間に流れる電流の大きさも変化するので、濃度を測定しようとする成分（例えば、水、硫黄酸化物等）の濃度の検出精度の低下を招く虞がある。

しかしながら、第３装置が備える素子部３０においては、第５電極１３ａと第６電極１３ｂとの間に所定の電圧を印加すると、酸素ポンピング作用により内部空間３１から酸素を排出することができる。より具体的には、第５電極１３ａ及び第６電極１３ｂがそれぞれ陰極及び陽極となるように、これらの電極間に所定の電圧を印加すると、内部空間３１から第２大気導入路５２へと酸素が排出される。このように、第３装置が備える素子部３０においては、第３電気化学セル（ポンプセル）１３ｃによって、内部空間３１内の酸素の濃度を低減することができる。

即ち、第３装置が備える素子部３０においては、たとえ排気に含まれる酸素の濃度が変化しても、上記のように第３電気化学セル（ポンプセル）１３ｃの酸素ポンピング作用により内部空間３１から酸素を排出することによって、内部空間３１内の酸素の濃度を低く（典型的には、概ね０（ゼロ）ｐｐｍに）調整することができる。従って、第３装置においては、たとえ排気に含まれる酸素の濃度が変化しても、第１電気化学セル（センサセル）１１ｃにおいて検出される電極電流Ｉｓ及び第２電気化学セル（モニタセル）１２ｃにおいて検出される電極電流Ｉｍへの影響を有効に低減することができる。その結果、第３装置によれば、被検ガスに含まれる硫黄酸化物の濃度をより精度良く検出することができる。即ち、第３装置において、第３電気化学セル１３ｃは第３電極部に該当する。

尚、図２０に示した例においては、第３電気化学セル（ポンプセル１３ｃ）は、第１電気化学セル（センサセル１１ｃ）及び第２電気化学セル（モニタセル１２ｃ）を構成する第１固体電解質体１１ｓとは別個の第２固体電解質体１２ｓを含む。しかしながら、第３電気化学セル（ポンプセル１２ｃ）は、第１固体電解質体１１ｓを第１電気化学セル（ポンピングセル１１ｃ）及び第２電気化学セル（モニタセル１２ｃ）と共有していてもよい。

（具体的作動）
以上説明してきたように、第３装置は、第１電気化学セル（センサセル）１１ｃ及び第２電気化学セル（モニタセル）１２ｃに到達する排気に含まれる酸素の濃度を低減することにより、被検ガスに含まれる硫黄酸化物の濃度をより精度良く検出することができる。

第１電気化学セル（センサセル）１１ｃ及び第２電気化学セル（モニタセル）１２ｃにおいてＳＯｘ濃度を検出するための具体的な動作は、第２装置において述べた通りであるので、ここでの説明は割愛する。

＜第３装置の第１変形例＞
尚、上記第３装置においては第２装置にポンプセルを追加したが、上述した第１装置にポンプセルを追加することも当然に可能である。

＜第３装置の第２変形例＞
ところで、上述したような第３電気化学セル（ポンプセル）１３ｃによれば、その電極電流に基づいて排気に含まれる酸素の濃度を検出することができる。更に、このようにして検出された酸素濃度に基づいて内燃機関の燃焼室に供給される混合気の空燃比を取得することができる。加えて、このようにして取得された空燃比に基づいて、排気に含まれる水の濃度を推定することもまた可能である。

従って、上述した第３装置を始めとする第３電気化学セル（ポンプセル）１３ｃを備える本発明装置においては、排気に含まれる水の濃度を検出する湿度センサとして、当該ポンプセルを使用することができる。

＜補足＞
ところで、以上説明してきた第１装置乃至第３装置においては、排気に含まれる水の濃度が中程度の濃度値Ｃｗｃである場合の「電極電流ＩｓとＳＯｘ濃度との関係」をルックアップテーブル（ベース・マップ）ＭａｐＣｓｏｘＢ（Ｉｓ）として記憶させた。しかしながら、当然のことながら、上記ベース・マップは必ずしも排気に含まれる水の濃度が中程度の濃度値Ｃｗｃである場合の「電極電流ＩｓとＳＯｘ濃度との関係」である必要は無い。即ち、上記ベース・マップは、排気に含まれる水の濃度が相対的に高い濃度値Ｃｗｈ（＞Ｃｗｃ）である場合の「電極電流ＩｓとＳＯｘ濃度との関係」であってもよく、排気に含まれる水の濃度が相対的に低い濃度値Ｃｗｌ（＜Ｃｗｃ）である場合の「電極電流ＩｓとＳＯｘ濃度との関係」であってもよい。

以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び変形例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。

１０…素子部、１１ａ、１２ａ及び１３ａ…電極（陰極）、１１ｂ、１２ｂ及び１３ｂ…電極（陽極）、１１ｓ及び１２ｓ…第１及び第２固体電解質体、１１ｃ、１２ｃ及び１３ｃ…第１乃至第３電気化学セル、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ及び２１ｆ…第１乃至第６アルミナ層、３１…内部空間、３２…拡散抵抗体、４１…ヒータ、５１及び５２…第１及び第２大気導入路、６１、６２及び６３…電源、７１、７２及び７３…電流計、８１…水濃度センサ（湿度センサ）、並びに８２…ＥＣＵ。

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に配設され、且つ、前記排気通路を流れる排気が通過可能な多孔質材料からなる第１拡散抵抗体、酸化物イオン伝導性を有する第１固体電解質体、及び、前記第１固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第１電極及び第２電極を含み、水の分解開始電圧以上の電圧である第１所定電圧が前記第１電極と前記第２電極との間に印加されたときに前記第１拡散抵抗体を通過した排気に含まれる水及び硫黄酸化物が前記第１電極にて還元分解されることによって前記第１電極と前記第２電極との間に流れる第１電流を表す第１出力値を発生する第１電気化学セルを有するＳＯｘセンサと、
   前記第１出力値に相関を有する出力相関値と前記排気通路を流れる排気に含まれる水の濃度に相関を有する水濃度相関値とを取得し、前記出力相関値と前記水濃度相関値とを用いて前記排気通路を流れる排気に含まれる硫黄酸化物の濃度であるＳＯｘ濃度を求める制御部と、
   を備えるＳＯｘ濃度検出装置であって、
   前記制御部は、
   前記水濃度相関値が示す水の濃度が第１濃度である第１の場合と、前記水濃度相関値が示す水の濃度が前記第１濃度よりも高い第２濃度である第２の場合と、において前記出力相関値が互いに同じ値であっても、前記第１の場合に前記出力相関値に基づいて求められる前記ＳＯｘ濃度が前記第２の場合に前記出力相関値に基づいて求められる前記ＳＯｘ濃度よりも低くなるように前記ＳＯｘ濃度を求める、
   ＳＯｘ濃度検出装置。
2. 請求項１に記載のＳＯｘ濃度検出装置であって、
   前記ＳＯｘセンサは、
   前記排気通路を流れる排気が通過可能な多孔質材料からなる拡散抵抗体であって前記第１拡散抵抗体と同一の又は相違する第２拡散抵抗体、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体であって前記第１固体電解質体と同一の又は相違する第２固体電解質体、及び、前記第２固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第３電極及び第４電極を含み、水の分解開始電圧以上の電圧である第２所定電圧が前記第３電極と前記第４電極との間に印加されたときに前記第２拡散抵抗体を通過した排気に含まれる水及び硫黄酸化物が前記第３電極にて還元分解されることによって前記第３電極と前記第４電極との間に流れる第２電流を表す第２出力値を出力する第２電気化学セルを有し、
   前記第１電極と前記第２電極との間と、前記第３電極と前記第４電極との間と、に互いに同一であり且つ前記第１電極及び前記第３電極において水が還元分解される下限電圧以上の電圧である第３所定電圧が印加されたとき、前記第１電極における硫黄酸化物の還元分解速度が前記第３電極における硫黄酸化物の還元分解速度よりも大きくなるように構成され、
   前記制御部は、前記第１出力値を前記出力相関値として取得し、且つ、前記第２出力値を前記水濃度相関値として取得するように構成された、
   ＳＯｘ濃度検出装置。
3. 請求項１に記載のＳＯｘ濃度検出装置であって、
   前記ＳＯｘセンサは、
   前記排気通路を流れる排気が通過可能な多孔質材料からなる拡散抵抗体であって前記第１拡散抵抗体と同一の又は相違する第２拡散抵抗体、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体であって前記第１固体電解質体と同一の又は相違する第２固体電解質体、及び、前記第２固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第３電極及び第４電極を含み、水の分解開始電圧以上の電圧である第２所定電圧が前記第３電極と前記第４電極との間に印加されたときに前記第２拡散抵抗体を通過した排気に含まれる水及び硫黄酸化物が前記第３電極にて還元分解されることによって前記第３電極と前記第４電極との間に流れる第２電流を表す第２出力値を出力する第２電気化学セルを有し、
   前記第１電極と前記第２電極との間と、前記第３電極と前記第４電極との間と、に互いに同一であり且つ前記第１電極及び前記第３電極において水が還元分解される下限電圧以上の電圧である第３所定電圧が印加されたとき、前記第１電極における硫黄酸化物の還元分解速度が前記第３電極における硫黄酸化物の還元分解速度よりも大きくなるように構成され、
   前記制御部は、
   前記第３電極と前記第４電極との間に前記第３所定電圧を印加したときの前記第２出力値であるモニタセル値を前記水濃度相関値として取得し、
   前記モニタセル値と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第３所定電圧を印加したときの前記第１出力値であるセンサセル値と、の差を前記出力相関値として取得する、
   ＳＯｘ濃度検出装置。

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