JP6583302B2 - ガス検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気（被検ガス）中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又はその排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度の検出を行うことが可能なガス検出装置に関する。

従来から、内燃機関を制御するために、排気中に含まれる酸素（Ｏ_２）の濃度に基づいて燃焼室内の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を取得する空燃比センサ（「Ａ／Ｆセンサ」とも称呼される。）が広く使用されている。このような空燃比センサの１つのタイプとして、限界電流式ガスセンサを挙げることができる。

更に、このような限界電流式ガスセンサを用いて、排気中の硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」と称呼される場合がある。）の濃度を検出するＳＯｘ濃度検出装置（以下、「従来装置」と称呼する。）が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

従来装置は、酸素イオン伝導性固体電解質の酸素ポンピング作用を利用したセンシングセル（「電気化学セル」又は「素子」と称呼される場合がある。）を含む。従来装置は、センシングセルの一対の電極間に電圧を印加することにより、排気中の酸素原子を含むガス成分（例えばＯ_２、ＳＯｘ及びＨ_２Ｏ等であり、以下、「酸素含有成分」とも称呼する。）を分解させ、それによって、酸化物イオン（Ｏ^２−）を発生させる。従来装置は、酸素含有成分の分解によって生じた酸化物イオンがセンシングセルの電極間を移動すること（酸素ポンピング作用）によって当該電極間を流れる電流の特性を、検出するようになっている。

より具体的に述べると、従来装置は、ＳＯｘ濃度を検出するときに、印加電圧スイープを実行するようになっている。即ち、従来装置は、センシングセルに対して印可する印可電圧を０．４Ｖから０．８Ｖまで昇圧した後、０．８Ｖから０．４Ｖまで降圧する印加電圧スイープを、実行するようになっている。

そして、従来装置は、印可電圧が０．８Ｖに達した時点の「センシングセルの電極間を流れる電流（以下、「電極電流」又は「出力電流」と称呼する場合がある。）」である参照電流と、印加電圧が０．８Ｖから０．４Ｖまで低下させられている期間における出力電流の最小値であるピーク値との差を用いて、ＳＯｘ濃度を算出するようになっている。

特開２０１５−１７９３１号公報

しかしながら、上記出力電流は、排気中に含まれるＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響によっても変化してしまう可能性が高い。例えば、水（Ｈ_２Ｏ）の分解電圧は硫黄酸化物の分解電圧と同じ程度であるか、或いはそれより僅かに高い。更に、排気中の水の濃度は例えば、混合気の空燃比Ａ／Ｆに応じて変動する。このため、水の分解に起因する出力電流への影響を取り除いて、ＳＯｘ成分の分解のみに起因する出力電流を検出することは困難である。

従って、従来装置と同様に印加電圧スイープを行って、「ＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響を受けることがなく、且つ、ＳＯｘ成分のみに起因する、出力電流変化」を取得し、取得した当該出力電流変化を用いて、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が存在するか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出（「ＳＯｘ濃度検出」と称呼される場合がある。）、を精度よく行うことが求められていた。

更に、ガスセンサは、そのような出力電流変化を取得する場合、素子温度に応じて出力電流が変動して、その検出精度が低下してしまうことを避けることが好ましい。そのためには、ガスセンサは、その素子温度を所定温度（素子の固体電解質の酸化物イオン伝導性が発現する温度以上の所定温度）に維持することが必要である。

このため、ガスセンサは、その素子温度に応じて、素子インピーダンスが変化する特性を利用して、素子を加熱するヒータの通電量を、素子インピーダンスを用いてフィードバック制御することによって、素子温度が一定の所定温度を維持するようになっている。

ところが、ガスセンサが、ＳＯｘ濃度検出を行う場合に「ＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響を受けることがなく、且つ、ＳＯｘ成分のみに起因する、出力電流変化」を取得するために、印加電圧スイープを行った場合、印加電圧が空燃比Ａ／Ｆを検出する場合の印加電圧より大きくなる。従って、電極上で反応する成分の種類が、空燃比Ａ／Ｆを検出する場合の成分の種類とは異なる。このため、印加電圧スイープを行った場合、酸素イオン伝導性固体電解質体と電極との界面の抵抗（電極界面抵抗）が、空燃比Ａ／Ｆを検出するための印加電圧制御を行った場合の電極界面抵抗とは異なるようになる。尚、空燃比Ａ／Ｆを検出するための印加電圧制御は、印加電圧を出力電流が酸素の限界電流となる限界電流域から選ばれた電圧に維持する制御である。

これにより、ＳＯｘ濃度検出を行う場合、素子温度とその素子温度に対応する素子インピーダンスとの関係が、空燃比Ａ／Ｆを検出する場合の当該関係とは異なるようになる。即ち、ＳＯｘ濃度検出を行う場合の任意の素子温度に対応する素子インピーダンスが、空燃比Ａ／Ｆを検出する場合の当該任意の素子温度に対応する素子インピーダンスと違う値になってしまう。

その結果、ＳＯｘ濃度検出を行うときに、フィードバック制御の目標インピーダンスを、空燃比を検出する場合と同じ値にした場合、素子温度が、ＳＯｘ濃度検出に適した温度に保たれなくなってしまうことがあり得る。この場合、ＳＯｘ濃度検出の精度が低くなる可能性が高くなってしまうため好ましくない。

本発明は上述した課題に対処するためになされた。即ち、本発明の目的の一つは、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は硫黄酸化物の濃度の検出を精度よく行うことができるガス検出装置（以下、「本発明検出装置」とも称呼する。）を提供することにある。

本発明検出装置は、内燃機関の排気通路（１２）に設けられ、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体（４１ｓ）と前記固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第１電極（４１ａ）及び第２電極（４１ｂ）とを含む電気化学セル（４１ｃ）と、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（６１）とを備え、前記排気通路を流れる排気が前記拡散抵抗体を通して前記第１電極に到達するように構成された素子部（４０）と、
前記電気化学セルのインピーダンスである前記素子部のインピーダンスを検出する素子インピーダンス検出部（８１、９１）と、
通電されたときに発熱して前記素子部を加熱する加熱部（７１）と、
前記検出された素子部のインピーダンスに基づいて前記加熱部への通電量を制御する（図１１のステップ１１４０）ことにより前記素子部の温度を制御する温度制御部（２０）と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電圧印加部（８１）と、
前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流である出力電流（Ｉｍ）を検出する電流検出部（９１）と、
前記電圧印加部を用いて前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧である印加電圧（Ｖｍ）を制御すると共に前記電流検出部を用いて前記出力電流を取得し、前記取得した出力電流に基づいて、前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う測定制御部（２０）と、
を有し、
前記測定制御部は、前記電圧印加部を用いて前記印加電圧を、前記出力電流が酸素の限界電流となる電圧（Ｖaf）に設定する空燃比検出用の印加電圧制御を行って、同空燃比検出用の印加電圧制御を行っているときに取得した出力電流に基づいて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）の検出を行い（図１２及び図１６のステップ１２１０及びステップ１２３０）、
前記電圧印加部を用いて前記印加電圧を、前記限界電流域の下限電圧よりも高く硫黄酸化物の分解開始電圧未満である第１電圧範囲内から選ばれる第１電圧から、前記硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高い第２電圧範囲内から選ばれる第２電圧まで、上昇させる昇圧スイープを実行した後、前記第２電圧から前記第１電圧まで下降させる降圧スイープを実行する印加電圧スイープを少なくとも１サイクル行うＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行って（図１２及び図１６のステップ１２４５）、前記降圧スイープを行っている期間に前記印加電圧が前記硫黄酸化物の分解開始電圧未満となったときに前記第１電極に吸着していた硫黄が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流に起因して前記出力電流に生じる変化であって前記排気に含まれる前記硫黄酸化物の濃度が高いほど大きくなる前記出力電流に生じる変化、の程度に相関を有するパラメータ（Ｉｄ）を、前記出力電流に基づいて取得し（図１３のステップ１３２０）、
前記パラメータに基づいて前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定（図１３のステップ１３２５）又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出（図１４のステップ１４１０）を行う、
ように構成され、
前記温度制御部は、前記空燃比検出用の印加電圧制御を行っている場合、前記空燃比検出用の印加電圧制御を行っている場合の前記素子部のインピーダンスと前記素子部の温度との関係である第１温度特性に則して前記素子部の温度が第１温度に一致するように前記通電量を制御し、
前記ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合、前記ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合の前記素子部のインピーダンスと前記素子部の温度との関係である第２温度特性に則して前記素子部の温度が、前記第１温度と等しいか又は前記第１温度と相違する第２温度、に一致するように前記通電量を制御する、
ように構成されている。

発明者の検討によれば、「降圧スイープを行っているときに第１電極に吸着した硫黄」が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へ戻ることに起因して「硫黄酸化物以外の酸素含有成分」の影響を受け難い「出力電流の変化」が生じることが判明した。更に、降圧スイープにおける所定の経過時間当たりの電圧降下量（即ち、降圧速度）により、この「出力電流の変化」の程度が大きく変わることが判明した（図５（Ａ）及び５（Ｂ）を参照。）。これらの現象が生じるメカニズムは、次のようなことであると推定される。

即ち、昇圧スイープを行うことにより第１電極に吸着した硫黄（硫黄酸化物の分解物）が、降圧スイープを行っているときに、当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻る。昇圧スイープを行った場合に硫黄酸化物以外の酸素含有成分の分解物（例えば、水の分解物である水素）は第１電極に吸着しないため、降圧スイープを行っているとき、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の分解物が当該第１電極において再酸化反応して酸素含有成分へ戻る現象は実質的に生じない。

このため、降圧スイープを行っているときに第１電極に吸着していた硫黄が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより生じる「出力電流の変化」は、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい。即ち、降圧スイープ中に硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい「出力電流の変化」が生じる。

ところが、降圧スイープの降圧速度（掃引速度）がある速度より遅い場合、降圧スイープを行っているときに硫黄の再酸化反応が連続的且つ徐々に進行するため、硫黄酸化物濃度がどのような濃度であっても「出力電流の変化」の程度が現れ難い。

これに対して、降圧スイープの降圧速度をある速度より速くした場合、降圧スイープを行っているときに硫黄の再酸反応がそれ程進行しないまま印加電圧が低下し、印加電圧が「硫黄の再酸化反応が活発になるある電圧範囲（即ち、硫黄酸化物の分解開始電圧未満の所定の電圧範囲）」内の電圧になると、硫黄の再酸化反応が急激に進行する（硫黄の再酸化反応の速度が急増する、硫黄の再酸化反応の発生頻度が急増する）ので、硫黄酸化物濃度が高いほど出力電流の変化の程度が大きくなる。即ち、硫黄酸化物濃度を精度よく検出するのに有意な電流変化が現れる。

そこで、降圧スイープの降圧速度が「印加電圧が上記第１電圧範囲内であって上記第１電圧よりも高い電圧範囲内の電圧となった時点を境に前記再酸化反応の速度が急増する速度」となるように設定される。従って、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けない出力電流の変化が、硫黄酸化物濃度が高いほど大きく現れる。

本発明検出装置は、そのような硫黄の再酸化反応に起因して「出力電流に生じる変化の程度」に相関を有するパラメータを取得する。従って、このパラメータは、排気中の硫黄酸化物濃度に応じて変化するパラメータとなっている。

そして、本発明検出装置は、取得したパラメータに基づいて、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行うように構成されている。従って、排気中に含まれる所定濃度以上の硫黄酸化物の有無の判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を精度良く行うことができる。

更に、本発明検出装置は、そのような出力電流変化を取得する場合、素子部の温度（「素子温度」と称呼する。）に応じて出力電流が変動して、その検出精度が低下してしまうことを避けることが好ましい。そのためには、本発明検出装置は、その素子温度を所定温度（素子部の固体電解質体の酸化物イオン伝導性が発現する温度以上の所定温度）に維持することが必要である。

このため、本発明検出装置は、その素子部の温度に応じて、素子部のインピーダンスが変化する特性を利用して、素子部を加熱するヒータの通電量を、素子部のインピーダンスを用いてフィードバック制御することによって、素子部の温度が一定の所定温度を維持するようになっている。

ところが、本発明検出装置は、ＳＯｘ濃度検出を行う場合に印加電圧スイープを行った場合、印加電圧が空燃比Ａ／Ｆを検出する場合の印加電圧より大きくなる。従って、電極上で反応する成分の種類が、空燃比Ａ／Ｆを検出する場合の成分の種類とは異なる。このため、印加電圧スイープを行った場合、電極界面抵抗が、空燃比検出用の印加電圧制御を行った場合の電極界面抵抗とは異なるようになる。

これにより、ＳＯｘ濃度検出を行う場合、素子部の温度とその素子部の温度に対応する素子部のインピーダンスとの関係が、空燃比を検出する場合の電極界面抵抗の当該関係とは異なるようになる。即ち、ＳＯｘ濃度検出を行う場合の素子部の温度に対応する素子部のインピーダンスが、空燃比を検出する場合の当該素子部の温度と同じ素子部の温度に対応する素子部のインピーダンスと違う値になってしまう。

その結果、ＳＯｘ濃度検出を行うときに、フィードバック制御の目標インピーダンスを、空燃比を検出する場合と同じ値にした場合、素子部の温度が、ＳＯｘ濃度検出に適した温度に保たれなくなってしまうことがあり得る。この場合、ＳＯｘ濃度検出の精度が低くなる可能性が高くなってしまうため好ましくない。

そこで、本発明検出装置の温度制御部は、空燃比検出用の印加電圧制御を行っている場合、空燃比検出用の印加電圧制御を行っている場合の素子部のインピーダンスと素子部の温度との関係である第１温度特性に則して素子部の温度が第１温度に一致するように通電量を制御する。ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合、ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合の素子部のインピーダンスと素子部の温度との関係である第２温度特性に則って素子部の温度が、第１温度と等しいか又は第１温度と相違する第２温度、に一致するように通電量を制御する。

これにより、ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合の素子部の温度が、ＳＯｘ濃度検出に適した所望の温度（第１温度又は第２温度）に保たれる。その結果、排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定、又は、排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を精度良く行うことができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記温度制御部は、
前記検出された素子部のインピーダンスが目標インピーダンスに一致するように前記加熱部への通電量を制御し、
前記空燃比検出用の印加電圧制御を行っている場合、前記第１温度特性に従って設定される、第１温度に対応する第１目標インピーダンスを前記目標インピーダンスとして設定し（図１１のステップ１１３５、図１２及び図１６のステップ１２８０、図１２及び図１６のステップ１２９０）、
前記ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合、前記第２温度特性に従って設定される、前記第１温度又は前記第２温度に対応する第２目標インピーダンスを、前記目標インピーダンスとして設定する（図１２及び図１６のステップ１２４０）ように構成されている。

上記一態様によれば、上記温度制御部は、空燃比検出用の印加電圧制御を行っている場合、空燃比検出用の印加電圧制御を行っている場合の上記第１温度特性に従って設定される、第１温度に対応する第１目標インピーダンスを、目標インピーダンスとして設定する。更に、上記温度制御部は、ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合、ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合の上記第２温度特性に従って定まる、第１温度又は第１温度とは異なる第２温度に対応する第２目標インピーダンスを、目標インピーダンスとして設定する。これにより、ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合の素子部の温度が、ＳＯｘ濃度検出に適した所望の温度（第１温度又は第２温度）に保たれる。その結果、排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定、又は、排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を精度良く行うことができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、前記ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行う前に前記空燃比を検出する（図１６のステップ１２３０）ように構成され、
前記温度制御部は、前記第２温度特性が規定する前記素子部のインピーダンスと前記素子部の温度との関係を、前記検出した空燃比が大きくなるほど前記素子部の温度に対する前記素子部のインピーダンスが大きくなる関係となるように補正し、前記補正された第２温度特性に基づいて前記第２目標インピーダンスを定める（図１６のステップ１６１０）ように構成されている。

上記の一態様によれば、空燃比の変化に応じた補正された第２温度特性に基づいて、上記第２目標インピーダンスを定めるように構成されている。これにより、ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合の素子温度が、ＳＯｘ濃度検出に適した所望の温度に保たれる。その結果、排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定、又は、排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を精度良く行うことができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、前記ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行う前に前記空燃比を検出するように構成され、
前記温度制御部は、前記第２目標インピーダンスを、前記検出した空燃比に基づいて修正し、当該修正された第２目標インピーダンスを前記目標インピーダンスとして設定するように構成されている。

上記の一態様によれば、空燃比の変化に応じて修正された第２目標インピーダンスを目標インピーダンスとして設定するように構成されている。これにより、ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合の素子温度が、ＳＯｘ濃度検出に適した所望の温度に保たれる。その結果、排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定、又は、排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を精度良く行うことができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記降圧スイープの降圧速度は、
前記印加電圧が前記第２電圧から前記第１電圧に達するまでの時間が０．１秒以上５秒以下の範囲内となるような降圧速度に設定されている。

上記の場合、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けない出力電流の変化が、硫黄酸化物濃度が高いほど大きく現れるようになるので、当該出力電流の変化の程度に相関を有するパラメータを取得し、取得したパラメータに基づいて、排気中の硫黄酸化物の濃度が所定値以上であるか否かの判定、又は、排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を精度良く行うことができる。

上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記名称及び／又は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実施形態に係るガス検出装置及び当該ガス検出装置が適用される内燃機関の概略構成図である。 図２は、図１に示したガスセンサの素子部の構成の一例を示す模式的な断面図である。 図３（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るガス検出装置の作動の概要を説明するためのタイムチャートである。図３（Ｂ）は、ＳＯｘ検出を行う時の印加電圧の波形を示すグラフである。図３（Ｃ）は、ＳＯｘ検出を行う時の別の印加電圧の波形を示すグラフである。 図４（Ａ）は、素子部で生じるＳＯｘの分解反応を説明するための模式図である。図４（Ｂ）は、素子部で生じる硫黄の再酸化反応を説明するための模式図である。 図５（Ａ）は、印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。図５（Ｂ）は、印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。 図６（Ａ）は、排気（被検ガス）のＳＯｘ濃度を種々に変えた場合の印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。図６（Ｂ）は、排気（被検ガス）のＨ_２Ｏ濃度を種々に変えた場合の出力電流とＳＯｘ（ＳＯ_２）濃度との関係を示すグラフである。 図７は、燃焼室内の混合気の空燃比Ａ／Ｆと酸素の限界電流域との関係を示すグラフである。 図８は、印加電圧スイープを実行したときの印加電圧と出力電流との関係の一例を示すグラフである。 図９は、ヒータ通電量が同じ場合の空燃比Ａ／Ｆ検出期間の素子インピーダンス及びＳＯｘ検出期間の素子インピーダンスを表すグラフである。 図１０は素子インピーダンス−素子温度の関係を表したグラフである。 図１１は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するセンサ活性判定ルーチンを表すフローチャートである。 図１２は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行する再酸化電流取得ルーチンを表すフローチャートである。 図１３は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ濃度判定ルーチンを表すフローチャートである。 図１４は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ濃度判定ルーチンを表すフローチャートである。 図１５は、素子インピーダンス−素子温度の関係を表したグラフである。 図１６は、本発明の第２実施形態に係るガス検出装置が備えるＥＣＵのＣＰＵが実行する再酸化電流取得ルーチンを表すフローチャートである。

以下、本発明の各実施形態に係るガス検出装置について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の全図において、同一又は対応する部分には同一の符号を付す。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係るガス検出装置（以下、「第１検出装置」と称呼される場合がある。）について説明する。第１検出装置は、図示しない車両に搭載された「図１に示された内燃機関１０」に適用される。

内燃機関１０は周知のディーゼルエンジンである。内燃機関１０は、図示しない燃焼室と、燃料噴射弁１１と、を含む。燃料噴射弁１１は、燃焼室内に燃料を噴射することができるようにシリンダヘッド部に配設されている。燃料噴射弁１１は、後述するＥＣＵ２０の指示に応じて燃焼室内に燃料を直接噴射する。排気管１２は、図示しない燃焼室に連通する排気ポートに接続された図示しないエキゾーストマニホールドの端部に接続されている。排気ポート、エキゾーストマニホールド及び排気管１２は、燃焼室から排出された排気が流れる排気通路を構成している。排気管１２には、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst：ディーゼル用酸化触媒)１３及びＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１４が配設されている。

ＤＯＣ１３は、排気浄化触媒である。具体的に述べると、ＤＯＣ１３は、白金及びパラジウム等の貴金属を触媒として、排気中の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化し、排気を浄化する。即ち、ＤＯＣ１３により、ＨＣは水とＣＯ_２に酸化され、ＣＯはＣＯ_２に酸化される。

ＤＰＦ１４は、ＤＯＣ１３よりも下流側に配置されている。ＤＰＦ１４は、排気中の微粒子（パティキュレート）を捕捉するフィルタである。具体的に述べると、ＤＰＦ１４は、多孔質材料（例えば、セラミックの一種であるコージライトからなる隔壁）によって形成された複数の通路を備えている。ＤＰＦ１４は、隔壁を通過する排気に含まれる微粒子を、その隔壁の細孔表面にて捕集する。

第１検出装置は、ＥＣＵ２０を含む。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びインターフェース（Ｉ／Ｆ）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、所定の機能を実現するようになっている。

ＥＣＵ２０は、内燃機関１０の各種アクチュエータ（燃料噴射弁１１等）に接続されている。ＥＣＵ２０は、これらのアクチュエータに駆動（指示）信号を送出し、内燃機関１０を制御するようになっている。更に、ＥＣＵ２０は、以下に述べる各種センサ類と接続されていて、これらのセンサ類からの信号を受け取るようになっている。

機関回転速度センサ２１：機関回転速度センサ（以下、「ＮＥセンサ」と称呼する。）２１は、内燃機関１０の回転速度（機関回転速度）ＮＥを測定し、この機関回転速度ＮＥを表す信号を出力するようになっている。

水温センサ２２：水温センサ２２は、シリンダブロック部に配設されている。水温センサ２２は、内燃機関１０を冷却する冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を測定し、この冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。

アクセルぺダル操作量センサ２３：アクセルペダル操作量センサ２３は、車両のアクセルペダル２３ａの操作量（アクセル開度）を検出し、アクセルペダル操作量ＡＰを表す信号を出力するようになっている。

ガスセンサ３０：ガスセンサ３０は、１セル式の限界電流式ガスセンサであり、機関１０の排気経路を構成する排気管１２に配設されている。ガスセンサ３０は、排気管１２に介装されたＤＯＣ１３及びＤＰＦ１４よりも下流側に配設されている。

（ガスセンサの構成）
次に、ガスセンサ３０の構成について、図２を参照しながら説明する。ガスセンサ３０が備える素子部４０は、固体電解質体４１ｓ、第１アルミナ層５１ａ、第２アルミナ層５１ｂ、第３アルミナ層５１ｃ、第４アルミナ層５１ｄ、第５アルミナ層５１ｅ、拡散抵抗部（拡散律速層）６１及びヒータ７１を備える。

固体電解質体４１ｓ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。固体電解質体４１ｓ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５１ａ乃至５１ｅは、アルミナを含む緻密（ガス不透過性）の層（緻密な薄板体）である。

拡散抵抗部６１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７１は、例えば、白金（Ｐｔ）とセラミックス（例えば、アルミナ等）とを含む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。ヒータ７１は、図示しないリード線によって車両に搭載された図示しない電源に接続されている。ヒータ７１は、ＥＣＵ２０によって「その電源から供給される電力量」が制御されることにより、発熱量を変更できるようになっている。

素子部４０の各層は、下方から、第５アルミナ層５１ｅ、第４アルミナ層５１ｄ、第３アルミナ層５１ｃ、固体電解質体４１ｓ、拡散抵抗部６１及び第２アルミナ層５１ｂ、第１アルミナ層５１ａの順に積層されている。

内部空間ＳＰ１は、第１アルミナ層５１ａ、固体電解質体４１ｓ、拡散抵抗部６１及び第２アルミナ層５１ｂによって形成される空間であり、その中に拡散抵抗部６１を介して被検ガスとしての内燃機関１０の排気が導入されるようになっている。即ち、内部空間ＳＰ１は拡散抵抗部６１を介して内燃機関１０の排気管１２の内部と連通している。従って、排気管１２内の排気が内部空間ＳＰ１内に被検ガスとして導かれる。
第１大気導入路ＳＰ２は、固体電解質体４１ｓ、第３アルミナ層５１ｃ及び第４アルミナ層５１ｄによって形成され、排気管１２の外部の大気に開放されている。

第１電極４１ａは、固体電解質体４１ｓの一方の側の表面（具体的には、内部空間ＳＰ１を画定する固体電解質体４１ｓの表面）に固着されている。第１電極４１ａは陰極である。第１電極４１ａ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２電極４１ｂは、固体電解質体４１ｓの他方の側の表面（具体的には、第１大気導入路ＳＰ２を画定する固体電解質体４１ｓの表面）に固着されている。第２電極４１ｂは陽極である。第２電極４１ｂ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４１ａと第２電極４１ｂとは、固体電解質体４１ｓを挟んで互いに対向するように配置されている。即ち、第１電極４１ａ、第２電極４１ｂ及び固体電解質体４１ｓは、酸素ポンピング作用による酸素排出能力を有する電気化学セル４１ｃを構成している。電気化学セル４１ｃは、ヒータ７１により、活性化温度まで加熱される。

固体電解質体４１ｓ及び第１乃至第５アルミナ層５１ａ乃至５１ｅの各層は、例えばドクターブレード法及び押し出し成形法等により、シート状に成形されている。第１電極４１ａ、第２電極４１ｂ及び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ている。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、上記のような構造を有する素子部４０が一体的に製造されている。

尚、第１電極４１ａを構成する材料は、上記の材料に限定されず、例えば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）等の白金族元素又はそれらの合金等を主成分として含む材料から選択することができる。但し、第１電極４１ａを構成する材料は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間にＳＯｘ分解開始電圧以上の電圧（具体的には、約０．６Ｖ以上の電圧）を印加したときに、拡散抵抗部６１を介して内部空間ＳＰ１に導かれた排気中に含まれるＳＯ_ｘを還元分解させることができる限り、特に限定されない。

ガスセンサ３０は、更に、電源回路８１及び電流計９１を備える。電源回路８１及び電流計９１は上述したＥＣＵ２０に接続されている。

電源回路８１は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に、第２電極４１ｂの電位が第１電極４１ａの電位よりも高くなるように所定の電圧（以下、「印加電圧Ｖｍ」とも称呼する。）を印加できるようになっている。電源回路８１は、ＥＣＵ２０により制御されることにより、印加電圧Ｖｍを変更できるようになっている。

電流計９１は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に流れる電流（従って、固体電解質体４１ｓを流れる電流）である出力電流（電極電流）Ｉｍを計測して、その計測値をＥＣＵ２０に出力するようになっている。

尚、第１検出装置においては、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に所定の高周波電圧を印加したときに検出される電極電流Ｉｍに基づいて素子部４０のインピーダンス（素子インピーダンス）を算出するように構成されている。

＜作動の概要＞
次に、第１検出装置が行う作動の概要について説明する。第１検出装置は、内燃機関１０から排出される排気（被検ガス）の酸素濃度を検出するように構成されている。第１検出装置は、排気中の酸素濃度に基づいて内燃機関１０の燃焼室内の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するように構成されている。以下、内燃機関１０の燃焼室内の混合気の空燃比は、「機関の空燃比Ａ／Ｆ又は単に空燃比Ａ／Ｆ」とも称呼される。更に、第１検出装置は、排気に含まれる所定濃度以上のＳＯｘの有無を判定するように構成されている。第１検出装置は、所定濃度以上のＳＯｘの有無の検出開始から検出終了までに数秒を必要とするため、機関の空燃比Ａ／Ｆが安定している状態において所定濃度以上のＳＯｘの有無を判定するように構成されている。尚、所定濃度としては、所望の検出レベルに応じた0％より大きい任意の濃度が選ばれる。

具体的に述べると、図３（Ａ）に示したように、内燃機関１０の始動が開始した時点である時刻ｔ０になると、第１検出装置はヒータ７１によって固体電解質体４１ｓを加熱するように、ヒータ７１に対する制御を開始する。これによって、固体電解質体４１ｓが、酸化物イオン伝導性を発現する温度（以後、「活性化温度」と称呼される場合がある。）以上の所定の温度まで昇温される。

時刻ｔ１で、固体電解質体４１ｓの温度（センサ素子温度）が活性化温度以上になって、ガスセンサ３０がセンサ活性の状態になると、第１検出装置は、排ガスの酸素濃度を検出し当該酸素濃度に基づいて機関の空燃比Ａ／Ｆを取得するための処理を開始する。尚、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間の時点である時刻ｔｄで、第１検出装置は、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に、酸素濃度の検出に適した酸素濃度（Ａ／Ｆ）検出用の電圧（具体的に述べると０．３Ｖ）の印加（「Ａ／Ｆ検出用の印加電圧制御」と称呼される場合がある。）を開始する。即ち、第１検出装置は、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧に設定する。固体電解質体４１ｓの温度が活性化温度以上であるときに、この印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の電圧に設定されている場合、酸素分子が分解されて酸素ポンピング作用が発現するが、酸素以外の酸素含有成分（ＳＯｘを含む）のガスが分解されることはない。

第１検出装置は、時刻ｔ１から、酸素濃度を連続的に検出することにより機関の空燃比Ａ／Ｆを監視する。そして、時刻ｔ２で、ＳＯｘ検出開始条件が満たされると（即ち、機関の空燃比Ａ／Ｆが安定した状態になり、且つ、後述するその他の条件が満たされると）、第１検出装置は排気中のＳＯｘ濃度検出の処理を開始する。尚、本明細書においてＳＯｘ濃度検出とは、排気に含まれるＳＯｘの濃度そのものを検出（測定）すること、及び、排気に含まれるＳＯｘの濃度（排気中のＳＯｘ濃度）を表すパラメータを取得することの両方を指す。第１検出装置は、後述するように、排気中のＳＯｘ濃度を表すパラメータ（ＳＯｘ濃度に応じて変化するパラメータ）を取得し、そのパラメータを用いて排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かの判定を行う。

即ち、時刻ｔ１から時刻ｔ２の直前までの期間、第１検出装置は機関の空燃比Ａ／Ｆを検出し、ＳＯｘ濃度検出を開始する時点である時刻ｔ２にて機関の空燃比Ａ／Ｆの検出を停止する。

時刻ｔ２から時刻ｔ３の直前までの期間、第１検出装置はＳＯｘ濃度検出用の印加電圧制御を行う。具体的に述べると、第１検出装置は所定の掃引電圧範囲で印加電圧スイープを行う。即ち、第１検出装置は、印加電圧Ｖｍを「第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２まで徐々に増大させる昇圧スイープ」を行った後、印加電圧Ｖｍを「第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１まで徐々に減少させる降圧スイープ」を行う。第１検出装置は、１回の昇圧スイープ及び１回の降圧スイープを１サイクルとする印加電圧スイープを、複数サイクル（例えば、３サイクル）行う。但し、第１検出装置は、印加電圧スイープを１サイクルのみ行っても良い。

より具体的に述べると、第１検出装置は、図３（Ｂ）に示したように、正弦波の波形を有する電圧を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂの間に印加することにより、印加電圧スイープを行う。尚、この場合の電圧波形は、図３（Ｂ）に示した正弦波に限定されるものではなく、種々の波形を採用し得る。例えば、この場合の電圧波形は、図３（Ｃ）のグラフに示したような非正弦波（キャパシタの充放電時の電圧波形のような波形）であってもよい。

時刻ｔ３で、ＳＯｘ濃度検出が終了すると、第１検出装置は、機関の空燃比Ａ／Ｆを検出するための処理を再開する。即ち、第１検出装置は、時刻ｔ３で、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧（０．３Ｖ）に設定する。

（Ａ／Ｆ検出）
次に、上述した機関の空燃比Ａ／Ｆを検出する際の作動について説明する。第１検出装置は、ガスセンサ３０がセンサ活性の状態になると、機関の空燃比Ａ／Ｆを取得するために、第１電極４１ａが低電位となり且つ第２電極４１ｂが高電位となるように、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧（例えば、０．３Ｖ）に設定する。即ち、第１電極４１ａは陰極として機能し、第２電極４１ｂは陽極として機能する。酸素濃度検出用の電圧は、第１電極４１ａにおいて酸素（Ｏ_２）の分解が始まる電圧（分解開始電圧）以上であって後述する酸素の限界電流が観測される電圧であり且つ酸素以外の酸素含有成分の分解開始電圧未満の電圧に設定される。これにより、排気中に含まれる酸素が第１電極４１ａにおいて還元分解されて酸化物イオン（Ｏ^２−）となる。

この酸化物イオンは上記固体電解質体４１ｓを介して第２電極４１ｂへと伝導されて酸素（Ｏ_２）となり、大気導入路ＳＰ２を通じて大気中へと排出される。前述したように、このような陰極（第１電極４１ａ）から陽極（第２電極４１ｂ）への固体電解質体４１ｓを介する酸化物イオンの伝導による酸素の移動は「酸素ポンピング作用」と称される。

この酸素ポンピング作用に伴う酸化物イオンの伝導により、電極４１ａと電極４１ｂとの間に電流が流れる。電極４１ａと電極４１ｂとの間に流れる電流は「出力電流Ｉｍ（或いは電極電流Ｉｍ）」と称呼される。出力電流Ｉｍは、一般には、印加電圧Ｖｍが上昇するほど大きくなる傾向を有する。しかしながら、第１電極４１ａに到達する排気の流量が拡散抵抗部６１によって制限されるので、やがて酸素ポンピング作用に伴う酸素の消費速度が第１電極４１ａへの酸素の供給速度を超えるようになる。即ち、第１電極４１ａ（陰極）における酸素の還元分解反応が拡散律速状態となる。

第１電極４１ａにおける酸素の還元分解反応が拡散律速状態となると、印加電圧Ｖｍを上昇させても出力電流Ｉｍが増大せず、略一定となる。このような特性は「限界電流特性」と称呼される。限界電流特性が発現する（観測される）印加電圧の範囲は「限界電流域」と称呼される。更に、限界電流域における出力電流Ｉｍは「限界電流」と称呼される。酸素に対する限界電流の大きさ（限界電流値）は第１電極４１ａ（陰極）への酸素の供給速度に対応する。上述したように、第１電極４１ａに到達する排気の流量は拡散抵抗部６１によって一定に維持されているので、第１電極４１ａへの酸素の供給速度は排気に含まれる酸素の濃度に対応する。

従って、ガスセンサ３０において、印加電圧Ｖｍを「酸素の限界電流域内の所定の電圧（具体的に述べると０．３Ｖ）」に設定したときの出力電流（限界電流）Ｉｍは排気に含まれる酸素の濃度に対応する。このように酸素の限界電流特性を利用して、第１検出装置は被検ガスとしての排気中に含まれる酸素の濃度を検出する。一方、機関の空燃比Ａ／Ｆと排気中の酸素の濃度とは、一対一の関係がある。従って、第１検出装置は、この関係を予めＲＯＭに記憶させておき、その関係と検出した酸素濃度とに基づいて機関の空燃比Ａ／Ｆを取得する。尚、第１検出装置は、酸素の限界電流と機関の空燃比Ａ／Ｆとの関係を予めＲＯＭに記憶させておき、その関係と検出した酸素の限界電流とに基づいて機関の空燃比Ａ／Ｆを取得してもよい。

（ＳＯｘ濃度検出）
［検出原理］
次に、排気（被検ガス）中のＳＯｘ濃度の検出の仕方について説明する。上述した酸素ポンピング作用は、分子中に酸素原子を含む「ＳＯｘ（硫黄酸化物）及びＨ_２Ｏ（水）等」の酸素含有成分に対しても発生する。即ち、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に、これらの化合物のそれぞれの分解開始電圧以上の電圧を印加すると、これらの化合物のそれぞれが還元分解されることによって、酸化物イオンが生じる。この酸化物イオンは、「酸素ポンピング作用」によって、第１電極４１ａから第２電極４１ｂへと伝導される。これにより、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に出力電流Ｉｍが流れる。

しかしながら、排気中に含まれるＳＯｘの濃度は極めて低く、ＳＯｘの分解に起因する電流も極めて小さい。更に、ＳＯｘ以外の酸素含有成分（例えば、水及び二酸化炭素等）が分解されることに起因する電流も第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に流れる。そのため、ＳＯｘに起因する出力電流のみを精度よく検出することは困難である。

そこで、本願の発明者は、鋭意検討した結果、ＳＯｘ濃度を検出する際、昇圧スイープ及び「所定の掃引速度での降圧スイープ」を１サイクルとする印加電圧スイープを実行することによって、ＳＯｘ濃度を精度良く検出できるとの知見を得た。

昇圧スイープは、印加電圧Ｖｍを、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に徐々に上昇させる処理である。降圧スイープは、印加電圧Ｖｍを、第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１に徐々に下降させる処理である。尚、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、第１電極４１ａの電位を基準とした第２電極４１ｂの電位であり、正の電圧値である。

第１電圧Ｖ１は、ＳＯｘの分解開始電圧（約０．６Ｖ）よりも低く、且つ、酸素の限界電流域内の印加電圧の最小値よりも高い電圧範囲（以下、「第１電圧範囲」とも称呼される。）内の電圧に設定される。酸素の限界電流域内の印加電圧の最小値は、機関の空燃比Ａ／Ｆに依存するから、第１電圧範囲の下限値もまた機関の空燃比Ａ／Ｆに応じて変更されることが望ましい。具体的には、第１電圧範囲の下限値は例えば０．２乃至０．４５Ｖの範囲内の電圧であり、第１電圧範囲の上限電圧は０．６Ｖである。即ち、第１電圧は０．２Ｖ以上であり且つ０．６Ｖ未満の範囲から選ばれた電圧である。

第２電圧Ｖ２は、ＳＯｘの分解開始電圧（約０．６Ｖ）よりも高く、且つ、固体電解質体４１ｓが破壊されない電圧の上限値（２．０Ｖ）よりも低い電圧範囲（以下、「第２電圧範囲」とも称呼される。）内の電圧に設定される。即ち、第２電圧Ｖ２は、０．６Ｖよりも高く且つ２．０Ｖ以下の範囲から選ばれた電圧である。

昇圧スイープを行っている期間において、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂの間に印加される印加電圧Ｖｍが、ＳＯｘの分解開始電圧以上になると、図４（Ａ）に示したように、第１電極４１ａ（陰極）において排気に含まれるＳＯｘがＳとＯ^２−とに還元分解される。その結果、ＳＯｘの還元分解生成物（Ｓ（硫黄））が、第１電極４１ａ（陰極）に吸着する。

降圧スイープを行っている期間において、印加電圧Ｖｍが、ＳＯｘの分解開始電圧未満になると、図４（Ｂ）に示したように、第１電極４１ａ（陰極）に吸着していたＳとＯ^２−と、が反応してＳＯｘを生成する反応（以下、「Ｓ（硫黄）の再酸化反応」と称呼する場合がある。）が生じる。このとき、「Ｓの再酸化反応」に起因して、出力電流Ｉｍが後述するように変化する。尚、この「Ｓの再酸化反応」に伴う出力電流Ｉｍの変化を「再酸化電流変化」と称呼する。

ところで、発明者の検討によれば、降圧スイープの掃引速度（所定の経過時間当たりの電圧降下量）によっては、ＳＯｘ濃度検出に有意な再酸化電流変化が現れなくなる場合があることが判明した。この点について、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照しながら説明する。

図５（Ａ）は、掃引周期（即ち、昇圧スイープに要する時間と降圧スイープに要する時間との和、印加電圧スイープの周期）を１秒に設定して印加電圧スイープを実行したときの印加電圧Ｖｍと出力電流Ｉｍとの関係を示した模式的なグラフである。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示した例より遅い掃引速度（掃引周期２０秒）にて、印加電圧スイープを実行したときの印加電圧Ｖｍと出力電流Ｉｍとの関係を示した模式的なグラフである。尚、この場合の印加電圧Ｖｍの波形は図３（Ｂ）に示した正弦波形である。

両者を比較すると、図５（Ｂ）の例より、印加電圧スイープの掃引速度がより速い図５（Ａ）の例の方が、ＳＯｘの分解開始電圧（０．６Ｖ）よりも小さい電圧範囲にて、線Ｌ１で示した「被検ガスのＳＯｘ濃度が０ｐｐｍのときの出力電流Ｉｍ」と、線Ｌ２で示した「被検ガスのＳＯｘ濃度が１３０ｐｐｍのときの出力電流Ｉｍ」との差（電流値の差）が明確に現れている。即ち、図５（Ａ）の例の方では、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化（再酸化電流変化）が現れている。このような現象が生じるメカニズムは、次のようなことであると考えられる。

即ち、掃引速度を所定速度より遅くした場合、降圧スイープを行っているときに、Ｓの再酸化反応が連続的且つ徐々に進行するため、有意な再酸化電流変化は現れない。一方、掃引速度を所定の掃引速度より速くした場合、降圧スイープを行っているときに、Ｓの再酸化反応がそれ程進行しないまま印加電圧Ｖｍが低下し、印加電圧Ｖｍが「Ｓの再酸化反応が活発になるある電圧範囲」の電圧になると、Ｓの再酸化反応が急激に進行すると考えられる。これにより、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化が現れる。

このように、降圧スイープを行った時の掃引速度によって、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化が現れる場合と現れなくなる場合とが生じる。従って、降圧スイープを行うとき、掃引速度を、再酸化電流変化を示す有意な電流変化が現れるような所定速度にする必要がある。

第１検出装置において、この所定速度は、予め実験を行うことによって再酸化電流変化を示す有意な電流変化が現れる適切な速度に設定される。

実験によれば、例えば、図３（Ｂ）に示した正弦波形の電圧を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に印加する場合、所定範囲の周波数Ｆ（典型的には、０．１Ｈｚ以上５Ｈｚ以下の範囲）となるような掃引速度に設定することが好ましいことが判明した。この所定範囲の周波数Ｆの下限値は、これ未満になるとＳＯｘ濃度検出に有意な信号差（再酸化電流変化）が得られなくなる観点から定められる。この所定範囲の周波数Ｆの上限値は、これより多くなると、ＳＯｘ濃度以外の他の電流変化要因（具体的に述べると固体電解質体４１ｓの容量等）の寄与が大きくなってしまう観点から定められる。

一方、実験によれば、図３（Ｃ）に示したような、キャパシタの充放電に伴う非正弦波形の電圧を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に印加する場合、電圧切り替え波形の応答時定数Ｔ１が所定範囲（典型的には、０．１秒以上５秒以下の範囲）となるような掃引速度に設定することが好ましいことが判明した。尚、応答時定数Ｔ１は、印加電圧Ｖｍが所定範囲の下限電圧（第１電圧）から上限電圧（第２電圧）又はその逆に変化するのに要する時間である。

尚、上記の周波数Ｆ及び応答時定数Ｔ１の所定範囲を、降圧スイープに要する時間（即ち、第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１に達するまでの時間）に換算すると、０．１秒以上５秒以下の範囲となる。従って、当該時間は、０．１秒以上５秒以下の範囲であることが好ましい。

更に、「再酸化電流変化」は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照して後述するように、主として排気（被検ガス）中のＳ濃度に強く依存することが判明した。換言すると、再酸化電流変化は、排気中の「硫黄酸化物（ＳＯｘ）以外の酸素含有成分のガス（例えば、水）」の影響を受ける可能性が低い。即ち、昇圧スイープを行った場合に「硫黄酸化物以外の酸素含有成分」の分解物（例えば、水の分解物である水素等）は第１電極４１ａに吸着しないため、降圧スイープを行っている期間において、そのような「硫黄酸化物以外の酸素含有成分」の分解物が当該第１電極４１ａにおいて再酸化反応して酸素含有成分へ戻る現象は実質的に生じない。このため、再酸化電流変化を利用すれば、精度よく排気中のＳＯｘ濃度を検出することができる。

図６（Ａ）は、排気（被検ガス）に含まれるＳＯｘの濃度を種々の値に変えて、印加電圧範囲及び掃引速度を同条件に設定して、印加電圧スイープを実行したときの印加電圧（正弦波形の印加電圧）Ｖｍと、出力電流Ｉｍとの関係を模式的に示したグラフである。図６（Ａ）に示した例によれば、排気中のＳＯｘの濃度が大きくなるに従い、後述する再酸化電流検出電圧Ｖsen（＝０．４Ｖ）の出力電流Ｉｍ（再酸化電流Ｉs）が、小さくなっていることが確認できる。

図６（Ｂ）は、排気（被検ガス）に含まれるＨ_２Ｏの濃度を種々の値に変えて、図６（Ａ）の場合と同条件の印加電圧スイープを実行したときの、ＳＯｘ濃度（ＳＯ_２濃度）と再酸化電流検出電圧Ｖsenでの出力電流Ｉｍ（再酸化電流Ｉs）と、の関係を示したグラフである。図６（Ｂ）に示した例によれば、再酸化電流検出電圧Ｖsen（＝０．４Ｖ）での出力電流Ｉｍ（再酸化電流Ｉs）は、排気中のＳＯｘ濃度に依存するが、排気中のＨ_２Ｏの濃度に依存しないことが確認できる。以上により、再酸化電流変化を利用することにより、排気中の「ＳＯｘ以外の酸素含有成分（例えば、水）」の影響を受けることなく、排気中のＳＯｘの濃度を精度よく検出することができる、ことが理解される。よって、第１検出装置は、この再酸化電流変化を利用してＳＯｘ濃度（実際には、所定濃度以上のＳＯｘの有無）を検出する。

［再酸化電流変化を検出するためのパラメータ］
第１検出装置は、「再酸化電流変化の程度」を適切に（精度良く）表すパラメータを取得し、このパラメータに基づいて、ＳＯｘ濃度検出を行う。より具体的に述べると、第１検出装置は、降圧スイープ中において印加電圧Ｖｍが「第１電圧範囲（ＳＯｘの分解開始電圧未満）から選ばれた上述の再酸化電流検出電圧Ｖsen」であるときの出力電流Ｉｍ（以下、「再酸化電流Ｉｓ」と称呼する。）を取得する。更に、第１検出装置は、後述するベース電流Ｉbasを取得する。そして、第１検出装置は、ベース電流Ｉbasと再酸化電流Ｉｓとの差分Ｉｄ（＝Ｉbas−Ｉｓ）を、「再酸化電流変化の程度を（適切に）表すパラメータ」として取得する。

ベース電流Ｉbasは、予めＳが含まれていない排気を排気通路に流通させ、実際に排気中のＳＯｘ濃度を検出する場合と同条件（同波形、同電圧範囲及び同掃引速度）で印加電圧スイープを行ったときの、降圧スイープ中の再酸化電流検出電圧Ｖsenにおける出力電流Ｉｍである。再酸化電流Ｉｓは印加電圧スイープを複数回行って得た複数の「再酸化電流検出電圧Ｖsenにおける出力電流Ｉｍ」を平均化した平均再酸化電流Ｉaveであってもよい。そして、第１検出装置は、このパラメータ（差分Ｉd）に基づいてＳＯｘ濃度検出を行う。

［ＳＯｘ濃度検出方法］
第１検出装置は、以上説明したＳＯｘ濃度の検出原理を用いて、ＳＯｘ濃度検出を次のように行うようになっている。
・第１検出装置は、上述した、再酸化電流変化が大きく現れる「所定の掃引速度」にて印加電圧スイープを実行する。この場合、特に大切な点は、降圧スイープ速度である。
このとき、第１検出装置は、排気中の酸素濃度を用いて検出される機関の空燃比Ａ／Ｆに基づいて印加電圧スイープの電圧範囲を決定する。
・第１検出装置は、降圧スイープ中の再酸化電流検出電圧Ｖsenにおける出力電流Ｉｍを再酸化電流Ｉｓとして取得する。
・第１検出装置は、ベース電流Ｉbasと再酸化電流Ｉｓとの差分Ｉd（＝Ｉbas−Ｉｓ）を算出する。
・第１検出装置は、差分Ｉｄに基づいて、所定濃度以上のＳＯｘ濃度が含まれているか否かを判定する。尚、差分Ｉｄは、０以上の値であるから、差分Ｉｄの大きさと等しい。

具体的に述べると、第１検出装置は、ＳＯｘ濃度検出を実行する場合、図３（Ｂ）に示した正弦波の電圧波形を有する電圧を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に印加する。このとき、第１検出装置は、既述のＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化が生じるような上述の掃引速度（上述の周波数範囲内の周波数）にて、所定電圧範囲の印加電圧スイープ（昇圧スイープ及び降圧スイープ）を実行する。

即ち、第１検出装置は、機関の空燃比Ａ／Ｆに基づいて印加電圧スイープの電圧範囲（印加電圧のスイープの上限電圧及び下限電圧）を決定する。具体的には、図７に示したように、印加電圧スイープの下限電圧は、点線Ｒで囲まれた内部抵抗依存域の出力電流Ｉｍを検出することを避け、酸素の限界電流域の電圧の最小値よりも大きい電圧となるように定められる。この内部抵抗依存域とは、印加電圧Ｖｍの増大に伴って出力電流Ｉｍが増大する領域である。内部抵抗依存域の印加電圧Ｖｍの上限電圧は、機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになる（排気中の酸素濃度が大きくなる）に従い高くなる。印加電圧スイープの上限電圧は、一定であってもよいが、印加電圧スイープの下限電圧が高くなるにつれて高くなるように定められる。尚、以下において、印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧を、「印加電圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）」とも称呼される。

具体的に述べると、機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになるほど、内部抵抗依存域Ｒの印加電圧Ｖｍの上限値が高くなる。よって、第１検出装置は、印加電圧スイープの電圧範囲が、この内部抵抗依存域Ｒに入らないように、機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになるほど印加電圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）を高くする。

発明者の実験によれば、Ａ／Ｆ＝１４．５（ストイキ）の場合、第１電圧Ｖ１は０．２Ｖ以上から選ばれた値であることが好ましく、第１検出装置は第１電圧Ｖ１を０．２Ｖに設定している。Ａ／Ｆ＝３０の場合、第１電圧Ｖ１は０．３Ｖ以上から選ばれた値であることが好ましく、第１検出装置は第１電圧Ｖ１を０．３５Ｖに設定している。

既述した通り、昇圧スイープ及び降圧スイープを行った場合、排気中にＳＯｘが含まれると、昇圧スイープ時にＳＯｘが分解して生じたＳ（硫黄）が、第１電極４１ａに吸着する。降圧スイープ時に第１電極４１ａに吸着したＳが再酸化する。

第１検出装置は、再酸化電流変化を前述したパラメータ（＝差分Ｉｄ）を用いて検出することによって、ＳＯｘ濃度の検出を行う。即ち、第１検出装置は、図８の線ｇ１により示した出力電流Ｉｍから降圧スイープ中の再酸化検出電圧Ｖsenにおける出力電流Ｉｍ（ベース電流Ｉbas）を予め取得してＲＯＭに記憶している。更に、第１検出装置は、印加電圧スイープを行って、図８の線ｇ２により示した出力電流Ｉｍから降圧スイープ中の再酸化検出電圧Ｖsenにおける出力電流Ｉｍ（再酸化電流Ｉs）を取得する。更に、第１検出装置は、ベース電流Ｉbasと再酸化電流Ｉｓとの差分Ｉd（Ｉd＝Ｉbas−Ｉｓ：再酸化電流変化の程度を表すパラメータ）を算出する。第１検出装置は、差分Ｉd（差分Ｉdの大きさ）に基づいて、ＳＯｘ濃度の検出（排気中の所定濃度以上のＳＯｘの有無の判定）を行う。

＜ガスセンサの素子温度制御の概要＞
ところで、既述した通り、図３（Ａ）に示したように、内燃機関１０の始動が開始した時点である時刻ｔ０になると、第１検出装置はヒータ７１によって固体電解質体４１ｓを加熱するように、ヒータ７１に対する制御を開始する。具体的に述べると、第１検出装置は、目標インピーダンスフィードバックによるヒータ通電制御を実行する。即ち、温度情報として取得した素子インピーダンスを予め設定した目標インピーダンスに一致させるようにヒータ７１の通電量を制御する（例えば、特開２００２−７１６３３号公報及び特開２００９−５３１０８号公報等を参照。）。

これによって、固体電解質体４１ｓが、酸化物イオン伝導性を発現する温度（以後、「活性化温度」と称呼される場合がある。）以上の所定の温度まで昇温される。そして、空燃比Ａ／Ｆ及びＳＯｘ濃度検出を行う期間、素子部４０が所定の温度を維持するように温度制御を行う。

ところが、空燃比Ａ／Ｆ検出用の印加電圧制御を行う期間（時刻ｔ１から時刻ｔ２の直前までの期間、及び、時刻ｔ３以降の期間。以下、「空燃比Ａ／Ｆ検出期間」と称呼される場合がある。）とＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行う期間（時刻ｔ２から時刻ｔ３の直前までの期間。以下、「ＳＯｘ検出期間」と称呼される場合がある。）とでは、素子インピーダンスと素子温度（素子部４０の温度）との対応関係（「インピーダンス−温度特性」と称呼される場合がある。）が異なる。従って、図９に示したように、同じ素子温度（同じヒータ通電量）に対応する素子インピーダンスが、空燃比Ａ／Ｆ検出期間とＳＯｘ検出期間とでは、違う値になる。

空燃比Ａ／Ｆ検出期間の「インピーダンス−温度特性」とＳＯｘ検出期間の「インピーダンス−温度特性」とが異なる理由は、空燃比Ａ／Ｆ検出期間とＳＯｘ検出期間とでは、印加電圧制御が異なり、それぞれの期間に加える印加電圧Ｖｍの大きさが互いに異なることが主な理由であると考えられる。即ち、ＳＯｘ濃度検出を行うときには、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との間で、印加電圧スイープ（ＳＯｘ検出用の印加電圧制御）を行う。この印加電圧スイープにおいて、印加電圧Ｖｍは、酸素及び酸素以外の他の酸素含有成分（ＳＯｘも含む）の分解開始電圧以上に上昇した後、それらの分解開始電圧未満に下降する。これにより、ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行う場合、電極上において、Ｏ_２の分解反応に加えて、他の酸素含有成分等の分解反応、電極への吸着及び電極からの脱離が生じる。

一方、空燃比Ａ／Ｆの検出を行うときには、「他の酸素含有成分の分解開始電圧未満、酸素分解開始電圧以上の一定の電圧（例えば、０．３Ｖ）」に印加電圧Ｖｍを設定する。このため、電極上において、他の酸素含有成分の反応は実質的に生じなく、Ｏ_２の分解反応のみが実質的に生じる。従って、ＳＯｘ検出期間と、空燃比Ａ／Ｆ検出期間とでは、電極界面抵抗が異なり、このため、空燃比Ａ／Ｆ検出期間の「インピーダンス−温度特性」とＳＯｘ検出期間の「インピーダンス−温度特性」とが異なる。

具体的に述べると、ＳＯｘ検出期間の方が空燃比Ａ／Ｆの検出期間に比べて、分解成分が多くなることから電極界面抵抗が大きくなる。これにより、ＳＯｘ検出期間の方が空燃比Ａ／Ｆ検出期間に比べて、同じ素子温度に対応する素子インピーダンスの値が、大きくなる。換言すると、ＳＯｘ検出期間の方が空燃比Ａ／Ｆ検出期間に比べて、同じ素子インピーダンスに対応する素子温度が高くなる。

従って、ＳＯｘ検出期間（ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている期間）の目標インピーダンスを、空燃比Ａ／Ｆ検出期間（空燃比Ａ／Ｆ検出用の印加電圧制御を行っている期間）の目標インピーダンスと同じにしてしまうと、一定温度に維持される素子温度が、高温側にずれてしまう（ＳＯｘ検出に適した所望の温度を保てなくなる）。このため、ＳＯｘ濃度の検出精度が悪化してしまう。

そこで、第１検出装置は、予め空燃比Ａ／Ｆ検出期間の「インピーダンス−温度特性（「第１温度特性」と称呼される場合がある。）」と、ＳＯｘ検出期間の「インピーダンス−温度特性（「第２温度特性」と称呼される場合がある。）」とを取得する。既述した通り、第１温度特性と第２温度特性とは異なる。そして、これらの各温度特性に従って、第１検出装置は、空燃比Ａ／Ｆ検出期間の目標インピーダンスとＳＯｘ検出期間の目標インピーダンスとを、同じ目標温度に対応するインピーダンスに設定するようにしている。

具体的に述べると、空燃比Ａ／Ｆ検出期間の目標インピーダンスを、第１温度特性に従って定まる第１目標温度に対応するインピーダンス（第１目標インピーダンス）に設定し、ＳＯｘ検出期間の目標インピーダンスを、第２温度特性に従って定まる第１目標温度に対応するインピーダンス（第２目標インピーダンス）に設定するようにしている。

即ち、図１０に示したように、予め実験等を行うことによって、空燃比Ａ／Ｆの検出を行う期間の素子温度と素子インピーダンスとの関係（線ａ１にて示した第１温度特性）、及び、ＳＯｘ検出期間の素子温度と素子インピーダンスとの関係（線ａ２にて示した第２温度特性）を取得し、取得した関係に従って、同じ目標素子温度（例えば、第１目標温度Ｔt1＝７５０℃）に対応する目標インピーダンスを設定する。具体的に述べると、第１検出装置は、空燃比Ａ／Ｆの検出期間の目標インピーダンスを第１目標インピーダンスＺt1（例えば、３０Ω）に設定し、ＳＯｘ検出期間の目標インピーダンスを第１目標インピーダンスとは異なる第２目標インピーダンスＺt2（例えば、３５Ω）に設定する。

これによって、第１検出装置は、ＳＯｘ検出期間の素子温度が、空燃比Ａ／Ｆ検出期間の第１目標温度から変わってしまう可能性を低くすることができる。その結果、ＳＯｘ検出期間の素子温度が、ＳＯｘ濃度検出に適した所望の温度（第１目標温度）に保たれ、以て、ＳＯｘ濃度検出を精度良く行うことができる。

＜具体的作動＞
次に、第１検出装置の具体的作動について説明する。所定時間が経過する毎に、ＥＣＵ２０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と称呼する。）は、ガスセンサ３０を使用して図１１乃至図１３のフローチャートにより示したルーチンのそれぞれを実行する。

尚、これらのルーチンにおいて使用される下記のフラグの値は、車両に搭載された図示しないイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更されたときに、ＣＰＵにより実行されるイニシャルルーチンにおいて「０」に設定される。

・センサ活性フラグＸact：センサ活性フラグＸactは、その値が「１」の場合、ガスセンサ３０が「センサ活性の状態」であることを表す。センサ活性フラグＸactは、その値が「０」の場合、ガスセンサ３０が「センサ活性の状態」ではない（センサ非活性状態にある）ことを表す。
・電流取得完了フラグＸa：電流取得完了フラグＸaは、その値が「１」の場合、現時点において差分Ｉｄの算出に必要な「再酸化電流Ｉｓ」の取得が完了していることを表す。電流取得完了フラグＸaは、その値が「０」の場合、現時点において「再酸化電流Ｉｓ」の取得が完了してないことを表す。
・印加電圧スイープ実行フラグＸsw：印加電圧スイープ実行フラグＸswは、その値が「１」の場合、現時点において印加電圧スイープ（ＳＯｘ検出用の印加電圧制御）が実行中であることを示す。印加電圧スイープ実行フラグＸswは、その値が「０」の場合、現時点において印加電圧スイープが実行中ではないことを示す。
・ＳＯｘ濃度検出完了フラグＸＳＯｘ：ＳＯｘ濃度検出完了フラグＸＳＯｘは、その値が「１」の場合、現時点においてＳＯｘ濃度検出が完了したことを示す。ＳＯｘ濃度検出完了フラグＸＳＯｘは、その値が「０」の場合、現時点においてＳＯｘ濃度検出が完了していないことを示す。

ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図１１に示したセンサ活性判定ルーチンのステップ１１００から処理を開始して、ステップ１１１０に進み、センサ活性フラグＸactの値が「０」であるか否かを判定する。

現時点が、イグニッション・キー・スイッチがオン位置へと変更された直後であるとすると、センサ活性フラグＸactの値は「０」である。この場合、ＣＰＵはステップ１１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１２０に進み、エンジン始動後（内燃機関１０が始動後）であるか否かを判定する。

エンジン始動後である場合、ＣＰＵはステップ１１２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１３０に進み、ガスセンサ３０が正常であるか否かを周知の方法により判定する。例えば、ＣＰＵは、内燃機関１０の前回の運転中においてＡ／Ｆ検出中（即ち、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧Ｖafに設定中）である場合に内燃機関１０の運転状態が燃料噴射状態から燃料カット状態へと変化した際、出力電流Ｉｍが変化しなかったとき、ガスセンサ３０が異常であると判定し、その旨をイグニッション・キー・スイッチがオフ中にも記憶内容を保持できるバックアップＲＡＭに記憶する。そして、ＣＰＵは、本ルーチンのステップ１１３０にて、そのバックアップＲＡＭの記憶内容に基づいて、ガスセンサ３０が正常であるか否かを判定する。

ガスセンサ３０が正常である場合、ＣＰＵはステップ１１３０にて「Ｙｅｓ」と判定して、以下に述べるステップ１１３５乃至ステップ１１５０を順次実行した後、ステップ１１５５に進む。
ステップ１１３５：ＣＰＵは素子温度制御用の目標インピーダンスを第１温度特性に従って定まる第１目標インピーダンス（Ａ／Ｆ検出期間の目標インピーダンス（例えば、第１目標温度７５０℃に対応する３０Ω））に設定する。
ステップ１１４０：ＣＰＵは素子温度制御用の素子インピーダンス（固体電解質体４１ｓの内部抵抗）を第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に電圧（例えば、高周波電圧）を印加したときの出力電流Ｉｍに基づいて検出する（例えば、特開平１０−２３２２２０号公報、特開２００２−７１６３３号公報を参照。）。
ステップ１１４５：ＣＰＵは、目標インピーダンスフィードバックによるヒータ通電制御を実行する。即ち、温度情報としてステップ１１４０にて取得した素子インピーダンスをステップ１１３５にて予め設定した目標インピーダンス（第１目標インピーダンス）に一致させるようにヒータ７１の通電を制御する（例えば、特開２００２−７１６３３号公報及び特開２００９−５３１０８号公報等を参照。）。
ステップ１１５０：ＣＰＵは、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用（即ち、Ａ／Ｆ検出用）の印加電圧Ｖaf（具体的に述べると０．３Ｖ）を印加する。即ち、ＣＰＵは、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の印加電圧Ｖafに設定する。

ＣＰＵは、ステップ１１５５に進むと、ガスセンサ３０が活性しているか（センサ活性であるか）否かを判定する。具体的には、ＣＰＵは、ステップ１１４０にて取得した素子インピーダンスがセンサ活性判定値より小さい値であるか否かを判定する。ガスセンサ３０がセンサ活性ではない場合、ＣＰＵはステップ１１５５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対して、ガスセンサ３０がセンサ活性である場合、ＣＰＵはステップ１１５５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１６０に進み、センサ活性フラグＸactの値を「１」に設定する。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。

尚、ＣＰＵがステップ１１１０の処理を実行する時点において、センサ活性フラグＸactの値が「０」ではない場合、ＣＰＵはステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。更に、ＣＰＵがステップ１１２０の処理を実行する時点において、エンジン始動後ではない場合、ＣＰＵはステップ１１２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。更に、ＣＰＵがステップ１１３０の処理を実行する時点において、ガスセンサ３０が正常ではない場合、ＣＰＵはステップ１１３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

次に、図１２を参照しながら再酸化電流取得ルーチンについて説明する。ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図１２のステップ１２００から処理を開始してステップ１２０５に進み、センサ活性フラグＸactの値が「０」であるか否かを判定する。

再酸化電流取得ルーチンは、ガスセンサ３０がセンサ活性になってセンサ活性フラグＸactの値が「１」に設定された時点以降である場合に実質的に機能する。

従って、センサ活性フラグＸactの値が「１」ではない場合（即ち、センサ活性フラグＸactの値が「０」である場合）、ＣＰＵはステップ１２０５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。

これに対して、センサ活性フラグＸactの値が図１１のステップ１１６０の処理によって「１」に設定されている場合、ＣＰＵはステップ１２０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１０に進み、印加電圧スイープが実行中であるか否かを示す印加電圧スイープ実行フラグＸswの値が「０」であるか否かを判定する。

印加電圧スイープ実行フラグＸswの値が「０」である場合、ＣＰＵはステップ１２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１５に進み、ガスセンサ３０から取得した出力電流Ｉｍに基づいて、酸素濃度を検出し、当該酸素濃度を所定のルックアップテーブル（「マップ」とも称呼される。）に適用することにより機関の空燃比Ａ／Ｆを算出した後、ステップ１２２０に進む。尚、ステップ１２１０の処理を実行する時点が印加電圧スイープの実行を開始した後であって、印加電圧スイープ実行フラグＸswの値が「１」である場合（後述するステップ１２５０を参照。）、ＣＰＵはステップ１２１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２２０に直接進む。

ＣＰＵはステップ１２２０に進むと、各種センサ（ＮＥセンサ２１及び水温センサ２２等）から取得した情報に基づいて、下記のＳＯｘ検出条件を構成する条件の総てが満たされているか否かを判定する。下記の条件の総てが満たされているとき、ＳＯｘ検出条件が成立する。

<<ＳＯｘ検出条件>>
・内燃機関１０が暖機後の状態である（即ち、冷却水温ＴＨＷが暖機水温ＴＨＷth以上である。）。
・ガスセンサ３０がセンサ活性である。
・燃料カット（フューエルカット）状態ではない。
・機関の空燃比Ａ／Ｆが安定している。即ち、内燃機関１０の運転状態がアイドル状態か、又は、車両の運転状態が定常走行状態である。尚、内燃機関１０の運転状態がアイドル状態であるか否かは、「アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であり、且つ、機関回転速度ＮＥが所定回転数以下である状態」が所定アイドル時間以上継続しているか否かを判定することにより判定される。車両の運転状態が定常走行状態であるか否かは、「アクセルペダル操作量ＡＰの単位時間あたりの変化量が閾値操作変化量以下であり且つ図示しない車速センサにより検出される車両の速度の単位時間あたりの変化量が閾値車速変化量以下である状態」が所定定常走行閾値時間以上継続しているか否かを判定することにより判定される。
・イグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更されたのちにオフ位置へと変更される前に（即ち、今回の内燃機関１０の始動後において）、一度も、ＳＯｘ濃度検出が行われていない（ＳＯｘ濃度検出完了フラグＸＳＯｘの値が「１」ではない。）。

ＳＯｘ検出条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ１２２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２２５に進み、印加電圧スイープ実行フラグＸswの値が「０」であるか否かを判定する。後述するように、印加電圧スイープ実行フラグＸswの値が「１」である場合には、印加電圧スイープを行う直前の（Ａ／Ｆ検出に用いた）出力電流Ｉafが既に取得されている（ステップ１２３０及びステップ１２５０を参照。）。よって、印加電圧スイープ実行フラグＸswの値が「０」である場合、印加電圧スイープを行う直前の出力電流Ｉafは未だ取得されていない。

そこで、印加電圧スイープ実行フラグＸswの値が「０」である場合、ＣＰＵはステップ１２２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２３０に進み、その時点の出力電流Ｉｍを出力電流Ｉaf（印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の電圧Ｖafである時の出力電流Ｉｍ）として取得し、この取得した出力電流Ｉafに基づいて、酸素濃度を検出し、当該酸素濃度を所定のルックアップテーブルに適用することにより機関の空燃比Ａ／Ｆを算出する。

その後、ＣＰＵはステップ１２３５に進み、取得した出力電流Ｉafに基づいて算出した空燃比Ａ／ＦをルックアップテーブルＭ１に適用することによって、印加電圧スイープの掃引電圧範囲（下限電圧（第１電圧Ｖ１）及び上限電圧（第２電圧Ｖ２））、及び、再酸化電流検出電圧Ｖsenを決定する。その後、ＣＰＵは、ステップ１２４０に進み、素子温度制御用の目標インピーダンスを、第２温度特性に従って定まる第２目標インピーダンス（ＳＯｘ検出期間の目標インピーダンス（例えば、素子温度７５０℃に対応する３５Ω））に設定する。即ち、素子温度制御用の目標インピーダンスを、第１目標インピーダンスから第２目標インピーダンスに変更する。

これに対し、ＣＰＵがステップ１２２５の処理を実行する時点において、印加電圧スイープ実行フラグＸswの値が「０」でない場合、ＣＰＵはそのステップ１２２５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１２４５に直接進む。

ＣＰＵはステップ１２４５に進むと、ステップ１２３５にて決定した掃引電圧範囲及び所定の印加電圧掃引速度（周期＝１秒）にて印加電圧スイープを実行する。即ち、当該スイープ条件にて正弦波の電圧の３周期分を印加する処理を実行する。尚、ステップ１２４５の処理の時点で印加電圧スイープが既に実行されている場合、ＣＰＵはその印加電圧スイープの実行を継続する。

その後、ＣＰＵはステップ１２５０に進み、印加電圧スイープ実行フラグＸswの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１２５５に進み、現時点が再酸化電流Ｉｓの取得タイミングであるか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵは、３サイクルの印加電圧スイープの各サイクルの降圧スイープ中であって、且つ、印加電圧Ｖｍが再酸化電流検出電圧Ｖsenと一致しているか否かを判定する。現時点が再酸化電流Ｉｓの取得タイミングである場合、ＣＰＵはステップ１２５５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２６０に進み、その時点の出力電流Ｉｍを再酸化電流Ｉs(n)として取得し且つＲＡＭに記憶する。その後、ＣＰＵはステップ１２６５に進む。

これに対し、ＣＰＵがステップ１２５５の処理を実行する時点において、その時点が再酸化電流Ｉｓの取得タイミングでない場合、ＣＰＵはそのステップ１２５５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１２６５に直接進む。

ＣＰＵは、ステップ１２６５に進むと、印加電圧スイープが３サイクル終了したか否かを判定する。

印加電圧スイープが３サイクル終了していない場合、ＣＰＵはステップ１２６５にて「Ｎｏ」と判定し、直接ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これに対し、印加電圧スイープが３サイクル終了している場合、ＣＰＵはステップ１２６５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１２７０乃至ステップ１２８０の処理を順に行い、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１２７０：ＣＰＵは、印加電圧スイープ実行フラグＸswの値を「０」に設定（クリア）し、且つ、電流取得完了フラグＸaの値を「１」に設定する。
ステップ１２７５：ＣＰＵは、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の印加電圧Ｖafに設定する。
ステップ１２８０：ＣＰＵは、素子温度制御用の目標インピーダンスを第１温度特性に従って定まる第１目標インピーダンス（Ａ／Ｆ検出期間の目標インピーダンス）に設定する。即ち、ＣＰＵは素子温度制御用の目標インピーダンスを、第２目標インピーダンスから第１目標インピーダンスに変更する。

尚、ステップ１２２０の処理を実行する時点で、ＳＯｘ検出条件を満たしていない場合、ＣＰＵはステップ１２２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２８５に進み、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の印加電圧Ｖafに設定し、印加電圧スイープ実行フラグＸswの値を、何れも「０」に設定（クリア）する。その後、ＣＰＵは、ステップ１２９０に進み、素子温度制御用の目標インピーダンスを第１温度特性に従って定まる第１目標インピーダンス（Ａ／Ｆ検出期間の目標インピーダンス）に設定する。即ち、ＣＰＵは素子温度制御用の目標インピーダンスを、第２目標インピーダンスから第１目標インピーダンスに変更する。尚、ステップ１２８５の処理の時点で、素子温度制御用の目標インピーダンスが第１目標インピーダンスである場合は、ＣＰＵは素子温度制御用の目標インピーダンスを第１目標インピーダンスに設定したままにする。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。

この図１２のルーチンを実行することにより、３サイクルの印加電圧スイープの各サイクルの再酸化電流Ｉs（1）、Ｉs(2)及びＩs(3)が取得されてＲＡＭに記憶される。

次に、図１３を参照しながらＳＯｘ濃度判定ルーチンについて説明する。ＣＰＵは所定のタイミングになると、図１３のステップ１３００から処理を開始してステップ１３０５に進み、電流取得完了フラグＸaの値が「１」であるか否かを判定する。

ＳＯｘ濃度判定ルーチンは、電流取得完了フラグＸaの値が「１」である場合、実質的に機能する。従って、電流取得完了フラグＸaの値が「１」ではない場合、ＣＰＵはステップ１３０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対して、電流取得完了フラグＸaの値が図１２のステップ１２７０の処理によって「１」に設定されている場合、ＣＰＵはステップ１３０５にて「Ｙｅｓ」と判定して、以下に述べるステップ１３１０乃至ステップ１３２０の処理を順次実行した後、ステップ１３２５に進む。

ステップ１３１０：ＣＰＵは、取得した再酸化電流Ｉs(1)、Ｉs(2)及びＩs(3)の平均値（平均再酸化電流Ｉave）を算出する。

ステップ１３１５：ＣＰＵは、今回の印加電圧スイープの掃引電圧範囲（当該掃引電圧範囲の下限電圧（第１電圧Ｖ１）及び上限電圧（第２電圧Ｖ２））を、図示しないルックアップテーブルＭａｐＢｓｅに適用することによって、ベース電流Ｉbas及び閾値差分Ｉdthを取得する。このとき、ＣＰＵは先のステップ１２３０にて取得した機関の空燃比Ａ／ＦをルックアップテーブルＭａｐＢｓｅに適用してもよい。尚、ベース電流Ｉbasは、前述したように、ＳＯｘを含有していない被検ガスとしての排気について当該Ａ／Ｆ及び当該電圧範囲で印加電圧スイープを実行したときの、再酸化電流検出電圧Ｖsenでの出力電流Ｉｍである。閾値差分Ｉdthは、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かを判定するのに適切な値であって、予め実験等を行うこと等によって特定されている。即ち、閾値差分Ｉdthには、燃料に許容範囲の上限の濃度の硫黄（Ｓ）を混入させておき、そのとき上記と同じ条件（排気中のＳＯｘ濃度を実際に検出する場合と同じ条件）で印加電圧スイープを行ったときの、差分Ｉｄが設定されている。尚、この場合の同じ条件とは、印加電圧スイープの電圧波形、印加電圧スイープの印加電圧範囲、印加電圧スイープの掃引速度及び機関の空燃比等が同じであることである。

ステップ１３２０：ＣＰＵは、差分Ｉｄ＝「Ｉbas−Ｉave」を算出する。差分Ｉdは０以上の値であるから、「差分Ｉd」と「差分Ｉｄの大きさ」とは等しい。

ＣＰＵは、ステップ１３２５に進むと、算出した差分Ｉｄ（従って、差分Ｉdの大きさ）が閾値差分Ｉdth以上であるか否かを判定する。差分Ｉｄが閾値差分Ｉdth以上である場合、ＣＰＵはステップ１３２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３３０に進み、排気中に所定濃度（閾値差分Ｉdthを決めたとき上限濃度）以上のＳＯｘが含まれていると判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれている旨（又は、燃料中に許容値を超えるＳが混入している旨）を記憶してもよく、所定の警告ランプを点灯してもよい。その後、ＣＰＵはステップ１３３５に進み、ＳＯｘ検出完了フラグＸＳＯｘの値「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対して、ＳＯｘ検出用パラメータＩｄが閾値差分Ｉdth以上ではない場合（即ち、閾値差分Ｉdth未満である場合）、ＣＰＵはステップ１３２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３４０に進み、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていないと判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていない旨（又は、燃料中に許容値を超えるＳが混入していない旨）を記憶してもよく、所定の警告ランプを消灯してもよい。その後、ＣＰＵはステップ１３３５に進み、ＳＯｘ検出完了フラグＸＳＯｘの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

以上説明したように、第１検出装置は、Ａ／Ｆ検出期間の素子制御用の目標インピーダンスを、第１温度特性に従って定まる第１目標温度に対応する第１目標インピーダンスに設定する。第１検出装置は、ＳＯｘ検出期間の素子制御用の目標インピーダンスを、第２温度特性に従って定まる第１目標温度に対応する第２目標インピーダンスに設定する。これによって、ＳＯｘ検出期間の素子温度が、空燃比Ａ／Ｆ検出期間の第１目標温度から変わってしまう可能性を低くすることができ、ＳＯｘ濃度検出に適した所望の温度（第１目標温度）に保たれる。その結果、ＳＯｘ濃度検出を精度良く行うことができる。

＜第１変形例＞
次に、本発明の第１変形例に係るガス検出装置（以下、「第１変形検出装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

第１検出装置は、差分Ｉｄの大きさと閾値差分Ｉdthとを比較することによって、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かを判定している。これに対して、第１変形検出装置は、以下に述べるように、差分Ｉｄに基づいて排気中のＳＯｘ濃度を取得するようにしてもよい。

例えば、ＣＰＵは、図１３に示したＳＯｘ濃度判定ルーチンに代えて、図１４に示したＳＯｘ濃度判定ルーチンを実行するように構成され得る。この図１４に示したルーチンは、図１４に示したルーチンの「ステップ１３２５、ステップ１３３０及びステップ１３４０」の処理に代えて、「ステップ１４１０の処理」が実行されるルーチンである。よって、以下、図１４の「ステップ１４１０」の処理を主に説明する。

ＣＰＵは、図１４のステップ１３２０にて差分Ｉｄを算出するとステップ１４１０に進み、その差分ＩｄをルックアップテーブルＭａｐ１（Ｉｄ）に適用することによって、排気中のＳＯｘ濃度を取得する。尚、ＥＣＵ２０のＲＯＭ（記憶部）は、「差分Ｉｄと排気中のＳＯｘ濃度との関係」をルックアップテーブルＭａｐ１（Ｉｄ）として記憶している（図１４のブロックＢ１を参照。）。このルックアップテーブルは予め実験等を行うことにより得ることができる。

第１変形検出装置は、第１検出装置と同様の効果を得ることができる。更に、第１変形検出装置は、排気に含まれるＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響を受けにくい再酸化電流変化の程度を表すパラメータとして上記差分Ｉｄを用い、上記差分Ｉｄに対応する排気中のＳＯｘの濃度をＲＯＭに記憶されたルックアップテーブルＭａｐＮＤを用いて取得するように構成されている。従って、排気中の硫黄酸化物の濃度を精度良く検出することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るガス検出装置（以下、「第２検出装置」と称呼される場合がある。）について説明する。第２検出装置は、以下の点のみにおいて、第１検出装置と相違している。
・素子温度制御用の目標インピーダンスを第２目標インピーダンス（ＳＯｘ検出期間の目標インピーダンス）に設定するときに、機関の空燃比Ａ／Ｆに基づいて第２目標インピーダンスを決定している点。
以下、この相違点を中心として説明する。

＜作動の概要＞
第１温度特性及び第２温度特性は、機関の空燃比に応じて変化する。即ち、機関の空燃比がリーンになるに従って、同じ素子温度に対応する素子インピーダンスが高くなるように、第１温度特性及び第２温度特性が変化する。このように温度特性が変化する理由は、機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになるに従い、排気中の水分の濃度が低下するため、Ｈ_２Ｏの分解に起因する出力電流変化が小さくなる（Ｈ_２Ｏに起因する酸素イオンが減少する）ことによって、電極界面抵抗は大きくなって、素子インピーダンスに影響を与えるからであると考えられる。

従って、機関の空燃比Ａ／Ｆの大きさによって、Ｈ_２Ｏの分解が実質的に生じないＡ／Ｆ検出期間の第１温度特性が受ける影響は小さいが、Ｈ_２Ｏの分解が生じるＳＯｘ検出期間の第２温度特性が受ける影響は大きい。従って、図１５に示したように、機関の空燃比が、線ａ２の第２温度特性を取得した時の機関の空燃比より大きい場合、温度特性は、線ａ３に示したように、線ａ２の第２温度特性より任意の素子温度に対する素子インピーダンスが大きくなるような温度特性になる。

そこで、第２検出装置は、ＳＯｘ検出期間であるときには、ＳＯｘ検出期間の前（例えば、直前）に機関の空燃比Ａ／Ｆを取得する。第２検出装置は、取得した機関の空燃比Ａ／Ｆに基づいて、第２目標インピーダンスを決定し、決定した第２目標インピーダンスに基づいて、ヒータの通電量を制御する。第２目標インピーダンスとしては、第２温度特性を補正した補正第２温度特性に従って定まる第１目標温度に対応するインピーダンス（「補正第２目標インピーダンス」と称呼される。）が決定される。補正第２温度特性は、所定の空燃比Ａ／Ｆのときに取得した第２温度特性を、所定の空燃比Ａ／Ｆより空燃比Ａ／Ｆが高くなるに従って任意の素子温度に対する素子インピーダンスが高くなるように補正した温度特性である。

第２検出装置は、ＳＯｘ検出期間において、素子インピーダンスが、補正第２温度特性に従って定まる第１目標温度に対応する補正第２目標インピーダンスに一致するようにヒータの通電量を制御する。これにより、ＳＯｘ検出期間において、ＳＯｘ検出期間の素子温度が、空燃比Ａ／Ｆ検出期間の第１目標温度から変わってしまう可能性を低くすることができ、素子温度がＳＯｘ検出に適した所望の温度に保たれる。その結果、ＳＯｘ濃度検出を精度良く行うことができる。

＜具体的作動＞
次に、第２検出装置の具体的について説明する。所定時間が経過する毎に、ＥＣＵ２０のＣＰＵは、ガスセンサ３０を使用して、図１１、図１３及び図１６のフローチャートにより示したルーチンのそれぞれを実行する。図１１及び図１３に示したルーチンに基づく作動は、第１検出装置のそれらのルーチンに基づく作動と同一であり、既に説明済みである。よって、それらの説明を省略する。

以下、図１６を参照しながら第２検出装置の作動について説明する。図１６のルーチンは、図１２のステップ１２４０が、ステップ１６１０に置換されている点のみにおいて、図１２のルーチンと相違している。
ステップ１６１０：ステップ１２３０にて取得した出力電流Ｉafに基づいて算出した空燃比Ａ／ＦをルックアップテーブルマップＭ２に適用することによって、第１目標温度に対応する目標インピーダンスの値（補正第２目標インピーダンス）を決定し、決定したその値を目標インピーダンスに設定する。尚、ＥＣＵ２０のＲＯＭは、「Ａ／Ｆと補正第２温度特性に従って定まる第１目標温度に対応する補正第２目標インピーダンス」との関係をルックアップテーブルＭ２として記憶している。このルックアップテーブルＭ２は予め実験等を行うことにより得ることができる。
尚、ステップ１６１０に代えて、次の処理を実行するようにしてもよい。即ち、予め定められた基準空燃比Ａ／Ｆ（例えば、１４．５）のときに取得した第２温度特性に従って定まる第１目標温度に対応する目標インピーダンスを、ステップ１２３０にて取得した空燃比Ａ／Ｆに基づいて修正するようにして、修正したその値（修正第２目標インピーダンス）を目標インピーダンスに設定するようにしてもよい。この場合、基準空燃比Ａ／Ｆより、取得した空燃比Ａ／Ｆが大きい場合、基準空燃比Ａ／Ｆとの差が大きくなるほど修正第２目標インピーダンスの値が大きくなるように修正するようにしてもよい。基準空燃比Ａ／Ｆより、取得した空燃比Ａ／Ｆが小さい場合、基準空燃比Ａ／Ｆとの差が大きくなるほど修正第２目標インピーダンスの値が小さくなるように修正するようにしてもよい。

以上説明したように、第２検出装置は、Ａ／Ｆ検出期間の素子制御用の目標インピーダンスを、第１温度特性に従って定まる、第１目標温度に対応する第１目標インピーダンスに設定する。第２検出装置は、ＳＯｘ検出期間の素子制御用の目標インピーダンスを、機関の空燃比Ａ／Ｆを加味した補正第２温度特性に従って定まる、第１目標温度に対応する補正第２目標インピーダンスに設定する。これによって、ＳＯｘ検出期間の素子温度が、空燃比Ａ／Ｆ検出期間の第１目標温度から変わってしまう可能性を低くすることができ、以て、ＳＯｘ検出期間の素子温度が、ＳＯｘ検出に適した所望の温度（第１目標温度）に保たれる。その結果、ＳＯｘ濃度検出を精度良く行うことができる。

＜第２変形例＞
次に、本発明の第２変形例に係るガス検出装置（以下、「第２変形検出装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

第２検出装置は、差分Ｉｄの大きさと閾値差分Ｉdthとを比較することによって、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かを判定している。これに対して、第２変形検出装置は、以下に述べるように、差分Ｉｄに基づいて排気中のＳＯｘ濃度を取得するようにしてもよい。

例えば、ＣＰＵは、図１３に示したＳＯｘ濃度判定ルーチンに代えて、図１４に示したＳＯｘ濃度判定ルーチンを実行するように構成され得る。この図１４に示したルーチンは、既に説明済みである。よって、その説明を省略する。

以上説明したように、第２変形検出装置は、第２検出装置と同様の効果を得ることができる。更に、第２変形検出装置は、排気に含まれるＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響を受けにくい再酸化電流変化の程度を表すパラメータとして上記差分Ｉｄを用い、上記差分Ｉｄに対応する排気中のＳＯｘの濃度をＲＯＭに記憶されたルックアップテーブルＭａｐＮＤを用いて取得するように構成されている。従って、排気中の硫黄酸化物の濃度を精度良く検出することができる。

＜他の変形例＞
以上、本発明の各実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の各実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づく各種の変形例を採用し得る。

上述の各実施形態及び各変形例は、予め空燃比Ａ／Ｆ検出期間の「インピーダンス−温度特性（第１温度特性）」と、ＳＯｘ検出期間の「インピーダンス−温度特性（第２温度特性又は補正第２温度特性）」とを取得する。そして、これらの各特性に基づいて、空燃比Ａ／Ｆ検出期間の第１目標インピーダンスとＳＯｘ検出期間の第２目標インピーダンスとを、第１目標温度に対応する値に設定するようにしている。

これに対して、上述の各実施形態及び各変形例は、ＳＯｘ検出期間の第２目標インピーダンスを、ＳＯｘ検出期間においてＳＯｘ検出により好ましい素子温度になるように、Ａ／Ｆ検出期間の第１目標温度とは異なる第２目標温度に対応する目標インピーダンスに設定してもよい。

これにより、ＳＯｘ検出期間において、素子温度が、ＳＯｘ濃度に応じた出力電流変化がより大きく現れるような温度（第２目標温度）に維持されるようになって、ＳＯｘ濃度検出をより精度良く行うことができる。

例えば、Ａ／Ｆ検出期間の第１目標インピーダンスを第１目標温度（例えば、７５０℃）に対応する値（例えば、３０Ω）になるように設定し、ＳＯｘ検出期間の第２目標インピーダンスを第１目標温度より低い第２目標温度（例えば、７００℃）に対応する値（例えば、４５Ω）に設定するようにしてもよい。この場合、電極に吸着する硫黄の量が増大する傾向にあり、再酸化電流の出力が大きくなる傾向にある。このため、ＳＯｘ濃度検出をより精度良く行うことができる。

Ａ／Ｆ検出期間の第１目標インピーダンスを第１目標温度（例えば、７５０℃）に対応する値（例えば、３０Ω）になるように設定し、ＳＯｘ検出期間の第２目標インピーダンスを第１目標温度より高い第２目標温度に対応する値に設定するようにしてもよい。この場合、再酸化反応がスムーズに進行する傾向にあり、再酸化電流の出力が大きくなる傾向にある。このため、ＳＯｘ濃度検出をより精度良く行うことができる。

上述の各実施形態及び各変形例は、取得した各「インピーダンス−温度特性」に基づいて、検出した素子インピーダンスに応じた素子温度を取得し、取得した素子温度を用いて、取得した素子温度が目標温度（第１目標温度又は第２目標温度）に一致するようにヒータ７１の通電量をフィードバック制御するようにしてもよい。

上述の各実施形態及び各変形例は、印加電圧Ｖｍが「ＳＯｘの分解開始電圧未満の電圧である再酸化電流検出電圧Ｖsenになったときの出力電流Ｉｍ」に限らず、降圧スイープ中であって印加電圧ＶｍがＳＯｘの分解開始電圧未満になっている期間の出力電流Ｉｍに相関を有する値であれば、これを再酸化電流Ｉｓとして取得するようにしてもよい。例えば、各実施形態は、降圧スイープ中において印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲内になっている期間の出力電流Ｉｍの最小値を、再酸化電流Ｉｓとして取得するようにしてもよい。この場合、検出用電圧範囲は、降圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）より高い所定電圧以上であり、且つ、ＳＯｘの分解開始電圧（０．６Ｖ）以下の所定電圧以下の範囲である。

上述の各実施形態は、上述した差分Ｉｄに限らず、降圧スイープ中であって印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲内になっている期間の出力電流Ｉｍに相関を有する値であれば、これを「再酸化電流変化を検出するためのパラメータ」として取得するようにしてもよい。

更に、例えば、印加電圧スイープの電圧波形は、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示された波形に限らず、電圧が連続的に変化し、且つ、第１電極４１ａに吸着した硫黄が再酸化反応することに起因した再酸化電流変化が、印加電圧スイープの降圧スイープのある時点から極めて顕著になるような降圧速度で降圧スイープが行われる限り任意の波形（例えば、三角波）であってもよい。

１０…内燃機関、１１…燃料噴射弁、１２…排気管、１３…ＤＯＣ、１４…ＤＰＦ、２０…ＥＣＵ、２１…機関回転速度センサ、２２…水温センサ、２３…アクセルペダル量操作量センサ、２３ａ…アクセルペダル、４０…素子部、４１ａ…第１電極（陰極）、４１ｂ…第２電極（陽極）、４１ｓ…固体電解質体、４１ｃ…電気化学セル、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ及び５１ｅ…第１乃至第５アルミナ層、ＳＰ１…内部空間、ＳＰ２…第１大気導入路、６１…拡散抵抗部、７１…ヒータ、８１…電源回路、９１…電流計

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体と前記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電極とを含む電気化学セルと、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とを備え、前記排気通路を流れる排気が前記拡散抵抗体を通して前記第１電極に到達するように構成された素子部と、
   前記電気化学セルのインピーダンスである前記素子部のインピーダンスを検出する素子インピーダンス検出部と、
   通電されたときに発熱して前記素子部を加熱する加熱部と、
   前記検出された素子部のインピーダンスに基づいて前記加熱部への通電量を制御することにより前記素子部の温度を制御する温度制御部と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流である出力電流を検出する電流検出部と、
   前記電圧印加部を用いて前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧である印加電圧を制御すると共に前記電流検出部を用いて前記出力電流を取得し、前記取得した出力電流に基づいて、前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う測定制御部と、
   を有し、
   前記測定制御部は、前記電圧印加部を用いて前記印加電圧を、前記出力電流が酸素の限界電流となる電圧に設定する空燃比検出用の印加電圧制御を行って、同空燃比検出用の印加電圧制御を行っているときに取得した出力電流に基づいて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比の検出を行い、
   前記電圧印加部を用いて前記印加電圧を、前記限界電流域の下限電圧よりも高く硫黄酸化物の分解開始電圧未満である第１電圧範囲内から選ばれる第１電圧から、前記硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高い第２電圧範囲内から選ばれる第２電圧まで、上昇させる昇圧スイープを実行した後、前記第２電圧から前記第１電圧まで下降させる降圧スイープを実行する印加電圧スイープを少なくとも１サイクル行うＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行って、前記降圧スイープを行っている期間に前記印加電圧が前記硫黄酸化物の分解開始電圧未満となったときに前記第１電極に吸着していた硫黄が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流に起因して前記出力電流に生じる変化であって前記排気に含まれる前記硫黄酸化物の濃度が高いほど大きくなる前記出力電流に生じる変化、の程度に相関を有するパラメータを、前記出力電流に基づいて取得し、
   前記パラメータに基づいて前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う、
   ように構成され、
   前記温度制御部は、
   前記空燃比検出用の印加電圧制御を行っている場合、前記空燃比検出用の印加電圧制御を行っている場合の前記素子部のインピーダンスと前記素子部の温度との関係である第１温度特性に則して前記素子部の温度が第１温度に一致するように前記通電量を制御し、
   前記ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合、前記ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合の前記素子部のインピーダンスと前記素子部の温度との関係である第２温度特性に則して前記素子部の温度が、前記第１温度と等しいか又は前記第１温度と相違する第２温度、に一致するように前記通電量を制御する、
   ように構成された、
   ガス検出装置。
2. 請求項１に記載のガス検出装置において、
   前記温度制御部は、
   前記検出された素子部のインピーダンスが目標インピーダンスに一致するように前記加熱部への通電量を制御し、
   前記空燃比検出用の印加電圧制御を行っている場合、前記第１温度特性に従って設定される、前記第１温度に対応する第１目標インピーダンスを前記目標インピーダンスとして設定し、
   前記ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行っている場合、前記第２温度特性に従って設定される、前記第１温度又は前記第２温度に対応する第２目標インピーダンスを、前記目標インピーダンスとして設定するように構成された、
   ガス検出装置。
3. 請求項２に記載のガス検出装置において、
   前記測定制御部は、前記ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行う前に前記空燃比を検出するように構成され、
   前記温度制御部は、前記第２温度特性が規定する前記素子部のインピーダンスと前記素子部の温度との関係を、前記検出した空燃比が大きくなるほど前記素子部の温度に対する前記素子部のインピーダンスが大きくなる関係となるように補正し、前記補正された第２温度特性に基づいて前記第２目標インピーダンスを定めるように構成された、
   ガス検出装置。
4. 請求項２に記載のガス検出装置において、
   前記測定制御部は、前記ＳＯｘ検出用の印加電圧制御を行う前に前記空燃比を検出するように構成され、
   前記温度制御部は、前記第２目標インピーダンスを、前記検出した空燃比に基づいて修正し、当該修正された第２目標インピーダンスを前記目標インピーダンスとして設定するように構成された、
   ガス検出装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のガス検出装置において、
   前記降圧スイープの降圧速度は、
   前記印加電圧が前記第２電圧から前記第１電圧に達するまでの時間が０．１秒以上５秒以下の範囲内となるような降圧速度に設定されている、
   ガス検出装置。

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