JP6859940B2 - 内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置 - Google Patents

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。この限界電流式センサは、複数の固体電解質層、拡散律速層、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センサ電極を備えている。限界電流式センサにおいては、固体電解質層によって仕切られた空間（以下、「内部空間」と称呼する。）が形成されており、その内部空間に拡散律速層を通して排気が導入されるようになっている。第１センサ電極は、内部空間に露出するように配設されている。

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、センサ電圧を低下させている間に第１センサ電極と第２センサ電極との間を流れる電流（以下、「センサ電流」と称呼する。）に基づいてＳＯｘ濃度を取得する。

特開２０１５−１７９３１号公報

先に述べたように、従来装置の限界電流式センサにおいては、拡散律速層を通して内部空間に排気が導入される。このとき、排気中のＳＯｘの一部が拡散律速層に付着する。一方、ＳＯｘ濃度を取得するためにセンサ電圧を上昇させたとき、第１センサ電極にてＳＯｘが分解するので、内部空間内のＳＯｘ濃度が一時的に低下する。このため、拡散律速層に付着していたＳＯｘが脱離して内部空間に流入する可能性がある。勿論、このとき、ＳＯｘを含んだ新たな排気も拡散律速層を通して内部空間に流入する。

従って、センサ電圧を上昇させている間、内部空間内のＳＯｘ濃度が排気中のＳＯｘ濃度から乖離する可能性がある。このため、センサ電圧を上昇させた後、センサ電圧を低下させたとき、センサ電圧を低下させている間のセンサ電流が排気中のＳＯｘ濃度を精度良く表していない可能性がある。

更に、固体電解質層及び拡散律速層を含むセンサ素子に凝縮水が付着することによってセンサ素子にクラックが生じること等を防止するために、センサ素子を覆う保護層が配設されたセンサも知られている。このセンサにおいては、保護層及び拡散律速層を通して内部空間に排気が導入される。このため、排気中のＳＯｘの一部が保護層及び拡散律速層に付着する。このため、ＳＯｘ濃度を取得するためにセンサ電圧を上昇させたときに保護層及び拡散律速層からＳＯｘが脱離して内部空間に流入する可能性がある。

この場合、内部空間に流入する可能性のあるＳＯｘの量は、保護層を備えていないセンサにおいて内部空間に流入する可能性のあるＳＯｘの量よりも多い。従って、保護層を備えたセンサにおいては、センサ電圧を上昇させている間、内部空間内のＳＯｘ濃度が排気中のＳＯｘ濃度から、より大きく乖離する可能性がある。その結果、センサ電圧を低下させている間のセンサ電流が排気中のＳＯｘ濃度を精度良く表していない可能性が高くなる。

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、ＳＯｘ濃度を精度良く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）、拡散律速層（１３、２３）、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。

本発明装置においては、前記固体電解質層によって仕切られた内部空間（１７、２８）が形成されている。更に、前記第１センサ電極が前記内部空間に露出するようにして前記第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んで配設されている。更に、前記第１センサ電極、前記第２センサ電極、及び、これら第１センサ電極と第２センサ電極との間の前記固体電解質層の部分によってセンサセル（１５、２６）が形成されている。更に、内燃機関（５０）から排出される排気が前記拡散律速層を通して前記内部空間に流入するように前記拡散律速層が配設されている。

本発明装置は、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（Ｖss）を印加するように構成されている。

更に、本発明装置は、前記排気中のＳＯｘの濃度の取得が要求された場合、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が硫黄成分と酸素成分とに分解することにより生成される酸素成分の量のほうが硫黄成分が酸化してＳＯｘとなることにより消費される酸素成分の量よりも多くなる酸素増大電圧（Ｖox_in）よりも低い電圧から、前記酸素増大電圧以上の電圧まで上昇させ、その後、ＳＯｘが硫黄成分と酸素成分とに分解することにより生成される酸素成分の量よりも硫黄成分が酸化してＳＯｘとなることにより消費される酸素成分の量のほうが多くなる酸素減少電圧（Ｖox_de）よりも低い電圧まで低下させる第１電圧制御を実行する（図８のステップ８３０を参照。）。

更に、本発明装置は、前記第１電圧制御の終了に続けて、前記センサ電圧を前記酸素増大電圧以上の電圧まで上昇させ、その後、前記酸素減少電圧（Ｖox_de）よりも低い電圧まで低下させる第２電圧制御を実行する（図８のステップ８４０を参照。）。

更に、本発明装置は、前記第２電圧制御の実行中に前記センサ電圧を低下させているときに前記センサセルを流れる電流をＳＯｘ濃度電流として取得し（図１０のステップ１０３５を参照。）、前記ＳＯｘ濃度電流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１０５０を参照。）。

本発明装置は、第２電圧制御の実行前に第１電圧制御を実行し、第２電圧制御においてセンサ電圧を低下させているときにセンサセルを流れる電流であるＳＯｘ濃度電流に基づいてＳＯｘ濃度を取得する。

センサ電圧を上昇させたときに拡散律速層から脱離する可能性があるＳＯｘの少なくとも一部は、第１電圧制御においてセンサ電圧を上昇させることによって拡散律速層から脱離する。このため、その後、第２電圧制御によってセンサ電圧を上昇させたときに拡散律速層から脱離するＳＯｘの量は少なくなる。その結果、第２電圧制御の実行中の内部空間内のＳＯｘ濃度は、排気中のＳＯｘ濃度に、より近い濃度となる。このため、第２電圧制御においてセンサ電圧を低下させているときにセンサセルを流れる電流は、排気中のＳＯｘ濃度を精度良く表す。従って、本発明装置によれば、ＳＯｘ濃度を精度良く取得することができる。

本発明装置は、前記第２電圧制御の実行中に前記センサ電圧を低下させているときに前記センサセルを流れる電流のピークの値を前記ＳＯｘ濃度電流として取得するように構成され得る。

センサ電圧を低下させているときにセンサセルを流れる電流のピークの値は、センサセルを流れる電流のうち、センサ電圧の低下を開始した後、最も大きく変化した電流である。このため、このピークの値は、第１センサ電極に到達する排気中のＳＯｘ濃度の違いを精度良く表す。従って、センサ電圧を低下させているときにセンサセルを流れる電流のピークの値をＳＯｘ濃度電流として取得することにより、ＳＯｘ濃度をより精度良く取得することができる。

本発明装置は、排気を通す材料から構成された保護層（１９：２９）であって、前記固体電解質層及び前記拡散律速層を覆うように配設された保護層を更に備えるように構成され得る。

固体電解質層及び拡散律速層を覆うように保護層が配設されている場合、排気は、保護層及び拡散律速層を通して内部空間に流入する。従って、保護層にもＳＯｘが付着し、センサ電圧を上昇させたときに保護層からもＳＯｘが脱離する可能性がある。しかしながら、保護層から脱離する可能性のあるＳＯｘの少なくとも一部は、第１電圧制御においてセンサ電圧を上昇させることによって保護層から脱離する。このため、その後、第２電圧制御によってセンサ電圧を上昇させたときに保護層から脱離するＳＯｘの量は少なくなる。その結果、第２電圧制御の実行中の内部空間内のＳＯｘ濃度は、排気中のＳＯｘ濃度に、より近い濃度となる。このため、第２電圧制御においてセンサ電圧を低下させているときにセンサセルを流れる電流は、排気中のＳＯｘ濃度を精度良く表す。従って、ＳＯｘ濃度を精度良く取得することができる。

更に、本発明装置は、前記第２電圧制御の実行後であって前記第１電圧制御の実行前に前記センサ電圧を前記酸素増大電圧よりも低い電圧に制御する一定電圧制御を実行し（図８のステップ８５０を参照。）、前記一定電圧制御の実行中に前記センサセルを流れる電流（Ｉss）に基づいて前記排気中の酸素濃度（Ｃoxy）を取得する（図８のステップ８７０を参照。）ように構成され得る。

これによれば、排気中のＳＯｘ濃度に加えて排気中の酸素濃度も取得することができる。

更に、本発明装置は、第１ポンプ電極（２５Ａ）、第２ポンプ電極（２５Ｂ）、及び、ポンプセル電圧源（２５Ｃ）を備えるように構成され得る。この場合、前記第１ポンプ電極が前記内部空間（２８）に露出するようにして前記第１ポンプ電極と前記第２ポンプ電極とが前記固体電解質層（２１Ｂ）を挟んで配設される。更に、前記第１ポンプ電極、前記第２ポンプ電極、及び、これら第１ポンプ電極と第２ポンプ電極との間の前記固体電解質層の部分によってポンプセル（２５）が形成される。更に、前記ポンプセル電圧源が前記第１ポンプ電極と前記第２ポンプ電極との間に電圧（Ｖpp）を印加するように構成される。

そして、この場合において、本発明装置は、前記排気中の酸素濃度を略零にする電圧を前記第１ポンプ電極と前記第２ポンプ電極との間に印加するポンプ電圧制御を実行しつつ、前記センサ電圧を前記酸素増大電圧よりも低い電圧に制御する一定電圧制御を実行しているときに前記センサセルを流れる電流（Ｉss）に基づいて前記排気中のＮＯｘ濃度を取得する（図１５のステップ１５６０を参照。）ように構成され得る。

これによれば、排気中のＳＯｘ濃度に加えて排気中のＮＯｘ濃度も取得することができる。

更に、本発明装置は、前記ポンプ電圧制御を実行しているときに前記ポンプセルを流れる電流（Ｉpp）に基づいて前記排気中の酸素濃度（Ｃoxy）を取得する（図１５のステップ１５６５を参照。）ように構成され得る。

これによれば、排気中のＳＯｘ濃度及びＮＯｘ濃度に加えて排気中の酸素濃度も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）と排気中の酸素濃度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、ピーク電流差とＳＯｘ濃度との関係を示した図である。 図６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）及びセンサセルに流れる電流（センサ電流）の変化を示したタイムチャートである。 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）の上昇及び低下の形態を示した図である。 図８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、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１３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１４は、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１５は、第２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。

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。また、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を動作させるための信号をこれらに送信する。また、ＥＣＵ９０は、クランク角度センサ６３、エアフローメータ７６、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からは、クランクシャフト６２の回転速度に対応する信号が出力される。ＥＣＵ９０は、クランク角度センサ６３から受信した信号に基づいて機関回転数を算出する。エアフローメータ７６からは、そこを通過する空気の流量（ひいては、燃焼室５３に吸入される空気の流量）に対応する信号が出力される。ＥＣＵ９０は、エアフローメータ７６から受信した信号に基づいて吸入空気量を算出する。アクセルペダル踏込量センサ９２からは、アクセルペダル９１の踏込量に対応する信号が出力される。ＥＣＵ９０は、アクセルペダル踏込量センサ９２から受信した信号に基づいて機関負荷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、保護層１９、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。これら電極１５Ａ、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から電圧を印加可能に構成されている。センサセル電圧源１５Ｃは、センサセル１５に直流電圧を印加可能に構成されている。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。

保護層１９は、ランタン（Ｌａ）、カルシウム（Ｃａ）及びマグネシウム（Ｍｇ）の少なくとも一種を含む材料からなる多孔質の層であり、排気を通すことができる。保護層１９は、アルミナ層１２Ａの外面、「拡散律速層１３、固体電解質層１１、及び、アルミナ層１２Ａ乃至１２Ｅ」の端面、並びに、アルミナ層１２Ｅの外面を覆うように配設されている。

保護層１９は、排気中に混入した凝縮水が「固体電解質層１１、アルミナ層１２Ａ乃至１２Ｅ、並びに、拡散律速層１３」に付着することにより、これら層にクラックが生じることを防止する。更に、保護層１９は、センサ１０を劣化させる排気中に含まれる成分を捕捉することにより、センサ１０の劣化を防止する。

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、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。

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。

＜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に接触したときに、この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。そして、酸素イオンが第２センサ電極１５Ｂに達すると、酸素イオンは第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。センサ電圧Ｖssは、センサセル電圧源１５Ｃによってセンサセル１５に印加される直流電圧である。センサ電流Ｉssは、センサセル１５に電圧が印加されたときに第１センサ電極１５Ａと第２センサ電極１５Ｂとの間に流れる電流である。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、センサ電流Ｉssは、図４の（Ａ）に線ＬＵ１で示したように、約０．４ｍＡから上昇し始める。その後、センサ電圧Ｖssが約０．４Ｖになって以降、センサ電流Ｉssは若干低下する。その後、センサ電圧Ｖssが約０．６Ｖになって以降、センサ電流Ｉssは若干上昇する。その後、センサ電圧Ｖssが約０．７Ｖになって以降、センサ電流Ｉssは低下する。そして、センサ電圧Ｖssが０．８Ｖに達すると、センサ電流Ｉssは約０．５ｍＡ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、センサ電流Ｉssは、図４の（Ａ）に線ＬＤ１で示したように、約０．５ｍＡから低下し始める。その後、センサ電圧Ｖssが約０．６Ｖになって以降、約０．２５Ｖになるまで、センサ電流Ｉssは、約０．３ｍＡで略一定となる。その後、センサ電圧Ｖssが約０．２５Ｖになると、センサ電流Ｉssは上昇し始める。そして、センサ電圧Ｖssが０．２Ｖに達すると、センサ電流Ｉssは約０．４ｍＡとなる。

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、センサ電流Ｉssは、図４の（Ｂ）に線ＬＵ１で示したように、図４の（Ａ）に示した例と同様に、約０．４ｍＡから上昇し始める。その後、センサ電圧Ｖssが約０．４Ｖになって以降、センサ電流Ｉssは若干低下する。その後、センサ電圧Ｖssが約０．６Ｖになって以降、センサ電流Ｉssは若干上昇する。その後、センサ電圧Ｖssが約０．７Ｖになって以降、センサ電流Ｉssは低下する。そして、センサ電圧Ｖssが０．８Ｖに達すると、センサ電流Ｉssは約０．５ｍＡ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、センサ電流Ｉssは、図４の（Ｂ）に線ＬＤ１で示したように、約０．５ｍＡから低下し始める。その後、センサ電圧Ｖssが約０．６Ｖになって以降、約０．５２Ｖになるまで、センサ電流Ｉssは、約０．３ｍＡで保護一定となる。センサ電圧Ｖssが約０．５２Ｖになると、センサ電流Ｉssは低下し始める。その後、センサ電圧Ｖssが約０．３Ｖ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０．３Ｖになったとき、センサ電流Ｉssは、最も小さい値となる。そして、センサ電圧Ｖssが０．２Ｖに達すると、センサ電流Ｉssは約０．４ｍＡとなる。

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よりも低い。

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、最小値（即ち、ピーク電流Ｉpeak）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０．３Ｖに達したときに、センサ電流Ｉssがピーク電流Ｉpeak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ピーク電流Ｉpeakが出現する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におい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から生成される酸素成分の量よりも、酸化反応によって消費される内部空間１７内の酸素成分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。その結果、センサ電流Ｉssが低くなる。このため、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、ピーク電流Ｉpeakが出現する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。昇圧終了電圧Ｖup_endは、例えば、第１センサ電極１５Ａにて排気中の水分の分解反応等のＳＯｘの分解反応以外の反応を最小限に抑制できる電圧である。

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が硫黄成分と酸素成分とに分解することにより生成される酸素成分の量のほうが硫黄成分が酸化してＳＯｘとなることにより消費される酸素成分の量よりも多くなるセンサ電圧Ｖss（本例では、０．６Ｖ）を「酸素増大電圧Ｖox_in」と称呼する。更に、ＳＯｘが硫黄成分と酸素成分とに分解することにより生成される酸素成分の量よりも硫黄成分が酸化してＳＯｘとなることにより消費される酸素成分の量のほうが多くなるセンサ電圧Ｖss（本例では、０．６Ｖ）を「酸素減少電圧Ｖox_de」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を上昇し始めた時点又はその時点の直前のセンサ電流Ｉssを参照電流Ｉrefとしたとき、その参照電流Ｉrefとピーク電流Ｉpeakとの差であるピーク電流差ｄIss（＝Ｉref−Ｉpeak）と第１センサ電極１５Ａに到達する排気中のＳＯｘ濃度との間には、図５に示したように、ピーク電流差ｄIssが大きくなるほどＳＯｘ濃度が大きくなるという関係があるとの知見を得た。

ところで、センサ１０においては、保護層１９及び拡散律速層１３を通って内部空間１７に排気が流入する。このとき、排気中のＳＯｘの一部が保護層１９及び拡散律速層１３に付着する。一方、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得するためにセンサ電圧Ｖssを上昇させたとき、第１センサ電極１５ＡにてＳＯｘが分解するので、内部空間１７内のＳＯｘ濃度が一時的に低下する。このため、保護層１９及び拡散律速層１３に付着していたＳＯｘが脱離して内部空間１７に流入する可能性がある。勿論、このとき、ＳＯｘを含んだ新たな排気も保護層１９及び拡散律速層１３を通って内部空間１７に流入する。

従って、センサ電圧Ｖssを上昇させている間、内部空間１７内のＳＯｘ濃度が排気中のＳＯｘ濃度から乖離する可能性がある。このため、センサ電圧Ｖssを上昇させた後、センサ電圧Ｖssを低下させたとき、センサ電圧Ｖssを低下させている間のセンサ電流Ｉssが排気中のＳＯｘ濃度を精度良く表していない可能性がある。

そこで、第１実施装置は、図６に示したように、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得が要求されていないとき（時刻ｔ０以前の期間を参照。）には、センサ電圧Ｖssを酸素増大電圧Ｖox_inよりも低い電圧（本例においては、０．４Ｖ）に制御する一定電圧制御を実行しておく。第１実施装置は、一定電圧制御の実行中、センサ電流Ｉssを取得してＲＡＭに保存しておく。

そして、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、第１実施装置は、以下に述べる第１昇圧制御と第１降圧制御とを含む第１電圧制御を実行する。

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、第１電圧制御を開始すると、センサ電圧Ｖssの上昇速度が徐々に減少するようにセンサ電圧Ｖssを０．４Ｖから上昇させる第１昇圧制御を開始する（図６の時刻ｔ０を参照。）。そして、第１実施装置は、センサ電圧Ｖssが昇圧終了電圧Ｖup_end（本例においては、０．８Ｖ）に達したとき（図６の時刻ｔ１を参照。）に第１昇圧制御を終了する。これにより、第１実施装置は、センサ電圧Ｖssを０．４Ｖから０．８Ｖまで上昇させる。

その後、第１実施装置は、センサ電圧Ｖssの低下速度が徐々に増大するようにセンサ電圧Ｖssを昇圧終了電圧Ｖup_end（本例においては、０．８Ｖ）から低下させる第１降圧制御を開始する（図６の時刻ｔ１を参照。）。そして、第１実施装置は、センサ電圧Ｖssが降圧終了電圧Ｖdown_end（本例においては、０．２Ｖ）に達したとき（図６の時刻ｔ２を参照。）に第１降圧制御を終了する。これにより、第１実施装置は、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させる。

本例においては、第１実施装置は、第１昇圧制御において、センサ電圧Ｖssの上昇の開始から終了までの時間が０．１秒（＝１００ｍｓ）となるように、センサ電圧Ｖssを変化させる。しかしながら、第１実施形態の第１昇圧制御において、センサ電圧Ｖssの上昇の開始から終了までの時間は、０．１秒に限定されない。

更に、本例においては、第１実施装置は、第１降圧制御において、センサ電圧Ｖssの低下の開始から終了までの時間が０．１秒（＝１００ｍｓ）となるように、センサ電圧Ｖssを変化させる。しかしながら、第１実施装置は、第１降圧制御において、センサ電圧Ｖssの低下の開始から終了までの時間が０．１秒よりも長く且つ５秒以下の時間となるように、センサ電圧Ｖssを変化させるようにも構成され得る。

第１実施装置は、第１電圧制御を終了した後、以下に述べる第２昇圧制御と第２降圧制御とを含む第２電圧制御を実行する。

第１実施装置は、第２電圧制御を開始すると、センサ電圧Ｖssの上昇速度が徐々に減少するようにセンサ電圧Ｖssを降圧終了電圧Ｖdown_end（本例においては、０．２Ｖ）から上昇させる第２昇圧制御を開始する（図６の時刻ｔ２を参照。）。そして、第１実施装置は、センサ電圧Ｖssが昇圧終了電圧Ｖup_end（本例においては、０．８Ｖ）に達したとき（図６の時刻ｔ３を参照。）に第２昇圧制御を終了する。これにより、第１実施装置は、センサ電圧Ｖssを０．４Ｖから０．８Ｖまで上昇させる。

その後、第１実施装置は、センサ電圧Ｖssの低下速度が徐々に増大するようにセンサ電圧Ｖssを昇圧終了電圧Ｖup_end（本例においては、０．８Ｖ）から低下させる第２降圧制御を開始する（図６の時刻ｔ３を参照。）。そして、第１実施装置は、センサ電圧Ｖssが降圧終了電圧Ｖdown_end（本例においては、０．２Ｖ）に達したとき（図６の時刻ｔ４を参照。）に第２降圧制御を終了する。これにより、第１実施装置は、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させる。

本例においては、第１実施装置は、第２昇圧制御において、センサ電圧Ｖssの上昇の開始から終了までの時間が０．１秒（＝１００ｍｓ）となるように、センサ電圧Ｖssを変化させる。しかしながら、第１実施形態の第２昇圧制御において、センサ電圧Ｖssの上昇の開始から終了までの時間は、０．１秒に限定されない。

更に、本例においては、第１実施装置は、第２降圧制御において、センサ電圧Ｖssの低下の開始から終了までの時間が０．１秒（＝１００ｍｓ）となるように、センサ電圧Ｖssを変化させる。しかしながら、第１実施装置は、第２降圧制御において、センサ電圧Ｖssの低下の開始から終了までの時間が０．１秒よりも長く且つ５秒以下の時間となるように、センサ電圧Ｖssを変化させるようにも構成され得る。

第１実施装置は、第２電圧制御の実行中、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させる間のセンサ電流ＩssをＳＯｘ濃度電流Ｉss_soxとして取得してＲＡＭに保存する。第１実施装置は、第２電圧制御の終了後、ＳＯｘ濃度電流Ｉss_soxからピーク電流Ｉpeakを取得する。更に、第１実施装置は、第１電圧制御の開始直前にＲＡＭに保存したセンサ電流Ｉssを参照電流Ｉrefとして取得する。第１実施装置は、参照電流Ｉrefとピーク電流Ｉpeakとの差をピーク電流差ｄIss（＝Ｉref−Ｉpeak）として取得する。

第１実施装置は、取得したピーク電流差ｄIssをルックアップテーブルMap1Csox(dIss)に適用することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得する。テーブルMap1Csox(dIss)は、センサ１０におけるピーク電流差ｄIss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(dIss)によれば、ピーク電流差ｄIss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、第２電圧制御の終了後、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。

第１実施装置は、第２電圧制御の実行前に第１電圧制御を実行する。このため、センサ電圧Ｖssを上昇させたときに保護層１９及び拡散律速層１３から脱離する可能性のあるＳＯｘの大部分（又は少なくとも一部）が、第１電圧制御の第１昇圧制御によって保護層１９及び拡散律速層１３から脱離する。従って、その後、第２電圧制御によってセンサ電圧Ｖssを上昇させても、保護層１９及び拡散律速層１３から脱離するＳＯｘの量は少なくなる。その結果、第２電圧制御の実行中の内部空間１７内のＳＯｘ濃度は、排気中のＳＯｘ濃度に略一致する（又は排気中のＳＯｘ濃度に近くなる）。このため、第２電圧制御においてセンサ電圧Ｖssを低下させているときのセンサ電流Ｉssは、排気中のＳＯｘ濃度を精度良く表す。従って、第１実施装置によれば、ＳＯｘ濃度を精度良く取得することができる。

尚、センサ１０が保護層１９を備えていない場合でも、拡散律速層１３にＳＯｘが付着することから、第１実施装置は、保護層１９を備えていないセンサにも適用可能である。

更に、第１実施装置は、図７に示したように、第１昇圧制御におけるセンサ電圧Ｖssの上昇速度が一定に維持されるようにセンサ電圧Ｖssを０．４Ｖから０．８Ｖに上昇させるようにも構成され得る。加えて、第１実施装置は、図７に示したように、第１降圧制御におけるセンサ電圧Ｖssの低下速度が一定に維持されるようにセンサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下するようにも構成され得る。

同様に、第１実施装置は、第２昇圧制御におけるセンサ電圧Ｖssの上昇速度が一定に維持されるようにセンサ電圧Ｖssを０．２Ｖから０．８Ｖに上昇させるようにも構成され得る。加えて、第１実施装置は、第２降圧制御におけるセンサ電圧Ｖssの低下速度が一定に維持されるようにセンサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下するようにも構成され得る。

更に、第１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、酸素増大電圧Ｖox_inよりも低い電圧であればよく、例えば、０．２Ｖでもよい。

更に、第１昇圧制御及び第２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、酸素増大電圧Ｖox_inよりも高い電圧であればよい。

更に、第１降圧制御及び第２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、酸素減少電圧Ｖox_deよりも低い電圧であればよい。

更に、第１実施装置は、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得するためにピーク電流Ｉpeakを用いるが、ピーク電流Ｉpeakに代えて、センサ電圧Ｖssが０．８Ｖから０．２Ｖまで低下される間にセンサ電流Ｉssが急激に低下する範囲又は急激に上昇する範囲のセンサ電流Ｉssを用いるようにも構成され得る。

更に、第１実施装置は、ピーク電流Ｉpeakと参照電流Ｉrefとを用いてＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得するのに代えて、ピーク電流Ｉpeakに変換係数Ｋconvertを乗じることにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得するようにも構成され得る（Ｃsox＝Ｉpeak・Ｋconvert）。この場合、変換係数Ｋconvertは、ピーク電流Ｉpeakが小さいほど大きいＳＯｘ濃度Ｃsoxが取得されるように設定される。

更に、第２降圧制御の実行中に第１センサ電極１５Ａに到達する排気中の酸素の、ピーク電流Ｉpeakに対する影響を排除できるのであれば、第１実施装置は、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、第１電圧制御及び第２電圧制御を実行して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＞
図３を参照すると分かるように、センサ１０においては、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が一定となるセンサ電圧Ｖssの範囲（以下、「限界電流域」と称呼する。）が存在する。従って、取得しようとする排気中の酸素濃度の範囲の酸素濃度総てにおける限界電流域の電圧をセンサセル１５に印加すれば、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。

先に述べたように、第１実施装置は、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得が要求されていないときには、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。ここで、本例において、０．４Ｖの電圧は、「取得しようとする排気中の酸素濃度の範囲の酸素濃度総てにおける限界電流域の電圧」である。

そこで、第１実施装置は、一定電圧制御の実行中、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８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８００から処理を開始してステップ８１０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場合に「１」に設定され、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得が完了した場合に「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８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８１５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８１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８２０に進み、第１電圧制御完了フラグＸaltの値が「０」であるか否かを判定する。第１電圧制御完了フラグＸaltの値は、第１電圧制御が終了したときに「１」に設定され、その後、第２電圧制御が終了したときに「０」に設定される。従って、ＳＯｘ濃度Ｃsoxの取得が要求された直後は、第１電圧制御が開始されていないので、第１電圧制御完了フラグＸaltの値は「０」である。

ＣＰＵがステップ８２０の処理を実行する時点において第１電圧制御完了フラグＸaltの値が「０」である場合、ＣＰＵは、ステップ８２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８３０に進み、図９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８のステップ８３０に進むと、図９のステップ９００から処理を開始してステップ９０５に進み、昇圧完了フラグＸup1の値が「０」であるか否かを判定する。昇圧完了フラグＸup1の値は、第１昇圧制御が終了したときに「１」に設定され、その後、第１降圧制御が終了したときに「０」に設定される。

ＣＰＵがステップ９０５の処理を実行する時点において昇圧完了フラグＸup1の値が「０」である場合、ＣＰＵは、ステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ９１０の処理を行う。その後、ＣＰＵは、ステップ９１５に進む。

ステップ９１０：ＣＰＵは、第１昇圧制御を開始していない場合、第１昇圧制御を開始し、既に第１昇圧制御を開始している場合、第１昇圧制御を継続する。ＣＰＵは、ステップ９０５にて初めて「Ｙｅｓ」と判定した直後にステップ９１０の処理を行う場合、第１昇圧制御を開始していないので、第１昇圧制御を開始する。その後、ＣＰＵは、後述するステップ９１５にて「Ｙｅｓ」と判定するまで第１昇圧制御を継続する。

ＣＰＵは、ステップ９１５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９１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５を経由して図８のステップ８９５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９１５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ９２０及びステップ９２５の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ９９５を経由して図８のステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ９２０：ＣＰＵは、第１昇圧制御を停止する。

ステップ９２５：ＣＰＵは、昇圧完了フラグＸup1の値を「１」に設定する。これにより、その後、ＣＰＵがステップ９０５に進むと、ＣＰＵは、ステップ９０５にて「Ｎｏ」と判定するようになる。

ＣＰＵがステップ９０５の処理を実行する時点において昇圧完了フラグＸup1の値が「１」である場合、ＣＰＵは、ステップ９０５にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べるステップ９３０の処理を行う。その後、ＣＰＵは、ステップ９３５に進む。

ステップ９３０：ＣＰＵは、第１降圧制御を開始していない場合、第１降圧制御を開始し、既に第１降圧制御を開始している場合、第１降圧制御を継続する。ＣＰＵは、ステップ９０５にて初めて「Ｎｏ」と判定した直後にステップ９３０の処理を行う場合、第１降圧制御を開始していないので、第１降圧制御を開始する。その後、ＣＰＵは、後述するステップ９３５にて「Ｙｅｓ」と判定するまで第１降圧制御を継続する。

ＣＰＵは、ステップ９３５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９３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５を経由して図８のステップ８９５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９３５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ９４０及びステップ９４５の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ９９５を経由して図８のステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ９４０：ＣＰＵは、第１降圧制御を停止する。

ステップ９４５：ＣＰＵは、第１電圧制御完了フラグＸaltの値を「１」に設定する。これにより、その後、ＣＰＵは、図８のステップ８２０に進むと、「Ｎｏ」と判定するようになる。更に、ＣＰＵは、昇圧完了フラグＸup1の値を「０」に設定する。

ＣＰＵが図８のステップ８２０の処理を実行する時点において第１電圧制御完了フラグＸaltの値が「１」である場合、ＣＰＵは、ステップ８２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８４０に進み、図１０にフローチャートにより示した第２電圧制御を実行する。

従って、ＣＰＵは、ステップ８４０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、昇圧完了フラグＸup2の値が「０」であるか否かを判定する。昇圧完了フラグＸup2の値は、第２昇圧制御が終了したときに「１」に設定され、その後、第２降圧制御が終了したときに「０」に設定される。

ＣＰＵがステップ１００５の処理を実行する時点において昇圧完了フラグＸup2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１０１０の処理を行う。その後、ＣＰＵは、ステップ１０１５に進む。

ステップ１０１０：ＣＰＵは、第２昇圧制御を開始していない場合、第２昇圧制御を開始し、既に第２昇圧制御を開始している場合、第２昇圧制御を継続する。ＣＰＵは、ステップ１００５にて初めて「Ｙｅｓ」と判定した直後にステップ１０１０の処理を行う場合、第２昇圧制御を開始していないので、第２昇圧制御を開始する。その後、ＣＰＵは、後述するステップ１０１５にて「Ｙｅｓ」と判定するまで第２昇圧制御を継続する。

ＣＰＵは、ステップ１０１５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１０１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５を経由して図８のステップ８９５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１０１５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１０２０及びステップ１０２５の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ１０９５を経由して図８のステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１０２０：ＣＰＵは、第２昇圧制御を停止する。

ステップ１０２５：ＣＰＵは、昇圧完了フラグＸup2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。

ＣＰＵがステップ１００５の処理を実行する時点において昇圧完了フラグＸup2の値が「１」である場合、ＣＰＵは、ステップ１００５にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べるステップ１０３０及びステップ１０３５の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ１０４０に進む。

ステップ１０３０：ＣＰＵは、第２降圧制御を開始していない場合、第２降圧制御を開始し、既に第２降圧制御を開始している場合、第２降圧制御を継続する。ＣＰＵは、ステップ１００５にて初めて「Ｎｏ」と判定した直後にステップ１０３０の処理を行う場合、第２降圧制御を開始していないので、第２降圧制御を開始する。その後、ＣＰＵは、後述するステップ１０４０にて「Ｙｅｓ」と判定するまで第２降圧制御を継続する。

ステップ１０３５：ＣＰＵは、センサ電流ＩssをＳＯｘ濃度電流Ｉss_soxとして取得してＲＡＭに保存する。

ＣＰＵは、ステップ１０４０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１０４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５を経由して図８のステップ８９５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１０４０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１０４５乃至ステップ１０５５の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ１０９５を経由して図８のステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１０４５：ＣＰＵは、第２降圧制御を停止する。

ステップ１０５０：ＣＰＵは、ＲＡＭに保存したＳＯｘ濃度電流Ｉss_soxからピーク電流Ｉpeakを取得し、参照電流Ｉrefとピーク電流Ｉpeakとの差をピーク電流差ｄIssとして算出し、そのピーク電流差ｄIssをルックアップテーブルMap1Csox(dIss)に適用することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得する。

ステップ１０５５：ＣＰＵは、ＳＯｘ濃度取得要求フラグＸsox、第１電圧制御完了フラグＸalt、及び、昇圧完了フラグＸup2の値をそれぞれ「０」に設定する。

ＣＰＵが図８のステップ８１０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８１５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８１０及びステップ８１５にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べるステップ８５０乃至ステップ８７０の処理を順に行う。その後、ＣＰＵは、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ８５０：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８６０：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８７０：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。

以上の第１実施装置の作動により、第１実施装置は、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１０５０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に進んで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に進んで本ルーチンを一旦終了する。

＜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１２に示した内燃機関に適用される。図１２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１３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１３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、保護層２９、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１３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。これら電極２５Ａ、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可能に構成されている。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。これら電極２６Ａ、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から電圧を印加可能に構成されている。センサセル電圧源２６Ｃは、センサセル２６に直流電圧を印加可能に構成されている。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。

保護層２９は、ランタン（Ｌａ）、カルシウム（Ｃａ）及びマグネシウム（Ｍｇ）の少なくとも一種を含む材料からなる多孔質の層であり、排気を通すことができる。保護層２９は、アルミナ層２２Ａの外面、「拡散律速層２３、固体電解質層２１Ａ、固体電解質層２１Ｂ、及び、アルミナ層２２Ａ乃至２２Ｆ」の端面、並びに、アルミナ層２２Ｆの外面を覆うように配設されている。

保護層２９は、排気中に混入した凝縮水が「固体電解質層２１Ａ及び２１Ｂ、アルミナ層２２Ａ乃至２２Ｆ、並びに、拡散律速層２３」に付着することにより、これら層にクラックが生じることを防止する。更に、保護層２９は、センサ２０を劣化させる排気中に含まれる成分を捕捉することにより、センサ２０の劣化を防止する。

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、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。

更に、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。

＜第２実施装置の作動の概要＞
＜ＳＯｘ濃度の取得＞
本願の発明者は、センサ２０において、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をポンプセル２５に印加しつつ、センサ電圧Ｖssを０．４Ｖから０．８Ｖまで上昇させ、その後、０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させたとき、センサ１０と同様に、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させている間にピーク電流Ｉpeakが出現し、参照電流Ｉrefとピーク電流Ｉpeakとの差であるピーク電流差ｄIss（＝Ｉref−Ｉpeak）と第１センサ電極２６Ａに到達する排気中のＳＯｘ濃度との間にも、ピーク電流差ｄIssが大きくなるほどＳＯｘ濃度が大きくなるという関係があるとの知見を得た。

更に、センサ２０においても、保護層２９及び拡散律速層２３を通って内部空間２８に排気が流入する。このため、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得するためにセンサ電圧Ｖssを上昇させたときに、保護層２９及び拡散律速層２３に付着していたＳＯｘが脱離して内部空間２８に流入する可能性がある。従って、センサ電圧Ｖssを上昇させた後、センサ電圧Ｖssを低下させたとき、センサ電圧Ｖssを低下させている間のセンサ電流Ｉssが排気中のＳＯｘ濃度を精度良く表していない可能性がある。

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）にする電圧Ｖppをポンプセル２５に印加した状態で、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を取得してＲＡＭに保存しておく。

そして、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、第２実施装置は、上記第１電圧制御を実行する。第２実施装置は、上記第１電圧制御を終了した後、続けて、上記第２電圧制御を実行する。

第２実施装置は、第２電圧制御の実行中、センサ電圧Ｖssを０．８Ｖから０．２Ｖまで低下させる間のセンサ電流ＩssをＳＯｘ濃度電流Ｉss_soxとして取得してＲＡＭに保存する。第２実施装置は、第２電圧制御の終了後、ＳＯｘ濃度電流Ｉss_soxからピーク電流Ｉpeakを取得する。更に、第２実施装置は、第１電圧制御の開始直前にＲＡＭに保存したセンサ電流Ｉss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とピーク電流Ｉpeakとの差をピーク電流差ｄIss（＝Ｉref−Ｉss）として取得する。

第２実施装置は、取得したピーク電流差ｄIssをルックアップテーブルMap2Csox(dIss)に適用することにより、ＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得する。テーブルMap2Csox(dIss)は、センサ２０におけるピーク電流差ｄIssと排気中のＳＯｘ濃度Ｃsox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(dIss)によれば、ピーク電流差ｄIss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、第２電圧制御の終了後、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。

第２実施装置は、第１実施装置と同様に、第２電圧制御の実行前に第１電圧制御を実行し、第２電圧制御においてセンサ電圧Ｖssを低下させているときのセンサ電流Ｉssに基づいてＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得する。従って、ＳＯｘ濃度を精度良く取得することができる。

尚、センサ２０が保護層２９を備えていない場合でも、拡散律速層２３にＳＯｘが付着することから、第２実施装置は、保護層２９を備えていないセンサにも適用可能である。

＜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に到達する排気中には、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１４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Ｃnox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Ｃoxy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」と称呼する。）は、第１実施装置と同様に、図８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８に示したルーチンを実行する場合、図１０のステップ１０５０においては、ピーク電流差ｄIssをルックアップテーブルMap2Csox(dIss)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８のステップ８５０乃至ステップ８７０の処理の代わりに、図１５のステップ１５５０乃至ステップ１５６５の処理を行う。

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実施装置のＣＰＵが図８のステップ８１０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８１５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、第２実施装置のＣＰＵは、それぞれ、ステップ８１０及びステップ８１５にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べる図１５のステップ１５５０乃至ステップ１５６５の処理を順に行う。その後、第２実施装置のＣＰＵは、ステップ１０９５を経由して図８のステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１５５０：第２実施装置の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１５５５：第２実施装置の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１５６０：第２実施装置の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１５６５：第２実施装置の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。

以上が第２実施装置の具体的な作動である。これにより、第２実施装置は、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。

尚、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。

例えば、上記実施装置は、第１電圧制御を１回実行した後に第２電圧制御を実行し、その第２電圧制御の実行中に取得されるピーク電流Ｉpeakを用いてＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得している。しかしながら、上記実施装置は、第１電圧制御を２回以上実行した後に第２電圧制御を実行し、その第２電圧制御の実行中に取得されるピーク電流Ｉpeakを用いてＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得するようにも構成され得る。

更に、上記実施形態において、「第１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」と「第２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」とは、同じ０．８Ｖである。しかしながら、「第１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」と「第２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」とは、互いに異なる電圧であってもよい。

更に、上記実施形態において、「第１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」と「第２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」とは、同じ０．２Ｖである。しかしながら、「第１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」と「第２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」とは、互いに異なる電圧であってもよい。

更に、上記実施装置は、参照電流Ｉrefとピーク電流Ｉpeakとの差であるピーク電流差ｄIssを用いてＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得しているが、ピーク電流Ｉpeakそのものを用いてＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得するようにも構成され得る。この場合、ピーク電流Ｉpeakが小さいほど、大きいＳＯｘ濃度Ｃsoxが取得される。

更に、上記実施装置は、第２降圧制御の実行中における単位時間当たりのセンサ電流Ｉssの変化量、又は、単位センサ電圧変化量当たりのセンサ電流Ｉssの変化量を用いてＳＯｘ濃度Ｃsoxを取得するようにも構成され得る。この場合、単位時間当たりのセンサ電流Ｉssの変化量が大きいほど、大きいＳＯｘ濃度Ｃsoxが取得され、単位センサ電圧変化量当たりのセンサ電流Ｉssの変化量が大きいほど、大きいＳＯｘ濃度Ｃsoxが取得される。

更に、上記実施装置は、第２電圧制御を複数回実行し、各第２降圧制御の実行中にピーク電流Ｉpeakを取得し、これらピーク電流Ｉpeakの平均値Ｉpeak_aveと参照電流Ｉrefとの差をピーク電流差ｄIss（＝Ｉref−Ｉpeak_ave）として取得するようにも構成され得る。

１０、２０…限界電流式センサ、１１、２１Ａ…固体電解質層、１９、２９…保護層、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 (6)

1. 固体電解質層、拡散律速層、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、
   前記固体電解質層によって仕切られた内部空間が形成されており、
   前記第１センサ電極が前記内部空間に露出するようにして前記第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んで配設されており、
   前記第１センサ電極、前記第２センサ電極、及び、これら第１センサ電極と第２センサ電極との間の前記固体電解質層の部分によってセンサセルが形成されており、
   内燃機関から排出される排気が前記拡散律速層を通して前記内部空間に流入するように前記拡散律速層が配設されており、
   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構成されている、
   内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置において、
   前記排気中のＳＯｘの濃度の取得が要求された場合、
   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が硫黄成分と酸素成分とに分解することにより生成される酸素成分の量のほうが硫黄成分が酸化してＳＯｘとなることにより消費される酸素成分の量よりも多くなる酸素増大電圧よりも低い電圧から、前記酸素増大電圧以上の電圧まで上昇させ、その後、ＳＯｘが硫黄成分と酸素成分とに分解することにより生成される酸素成分の量よりも硫黄成分が酸化してＳＯｘとなることにより消費される酸素成分の量のほうが多くなる酸素減少電圧よりも低い電圧まで低下させる第１電圧制御を実行し、
   前記第１電圧制御の終了に続けて、前記センサ電圧を前記酸素増大電圧以上の電圧まで上昇させ、その後、前記酸素減少電圧よりも低い電圧まで低下させる第２電圧制御を実行し、
   前記第２電圧制御の実行中に前記センサ電圧を低下させているときに前記センサセルを流れる電流をＳＯｘ濃度電流として取得し、
   前記ＳＯｘ濃度電流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。
   
2. 請求項１に記載の内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置において、
   前記第２電圧制御の実行中に前記センサ電圧を低下させているときに前記センサセルを流れる電流のピークの値を前記ＳＯｘ濃度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。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置において、
   排気を通す材料から構成された保護層であって、前記固体電解質層及び前記拡散律速層を覆うように配設された保護層を更に備える、
   内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置において、
   前記第２電圧制御の実行後であって前記第１電圧制御の実行前に前記センサ電圧を前記酸素増大電圧よりも低い電圧に制御する一定電圧制御を実行し、
   前記一定電圧制御の実行中に前記センサセルを流れる電流に基づいて前記排気中の酸素濃度を取得する、
   ように構成された、
   内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置。
5. 請求項１に記載の内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置において、
   第１ポンプ電極、第２ポンプ電極、及び、ポンプセル電圧源を備え、
   前記第１ポンプ電極が前記内部空間に露出するようにして前記第１ポンプ電極と前記第２ポンプ電極とが前記固体電解質層を挟んで配設されており、
   前記第１ポンプ電極、前記第２ポンプ電極、及び、これら第１ポンプ電極と第２ポンプ電極との間の前記固体電解質層の部分によってポンプセルが形成されており、
   前記ポンプセル電圧源が前記第１ポンプ電極と前記第２ポンプ電極との間に電圧を印加するように構成されており、
   前記排気中の酸素濃度を略零にする電圧を前記第１ポンプ電極と前記第２ポンプ電極との間に印加するポンプ電圧制御を実行しつつ、前記センサ電圧を前記酸素増大電圧よりも低い電圧に制御する一定電圧制御を実行しているときに前記センサセルを流れる電流に基づいて前記排気中のＮＯｘ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。
6. 請求項５に記載の内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置において、
   前記ポンプ電圧制御を実行しているときに前記ポンプセルを流れる電流に基づいて前記排気中の酸素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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