本发明涉及一种气体检测装置，能够进行内燃机的排气(被检测气体)中是否包含预定浓度以上的硫氧化物的判定或该排气中所含的硫氧化物的浓度检测。
背景技术：
一直以来，为了控制内燃机，基于排气中所含的氧(o2)的浓度来取得燃烧室内的混合气的空燃比(a/f)的空燃比传感器(以下也称为“a/f传感器”)被广泛使用。作为这样的空燃比传感器的一种类型，可列举极限电流式气体传感器。
而且，曾提出了应用这样的极限电流式气体传感器，检测排气中的硫氧化物(以下，有时称为“sox”)的浓度的sox浓度检测装置(以下，称为“现有装置”)(例如，参照专利文献1)。
现有装置包含利用了氧离子传导性固体电解质的氧泵作用的传感单元(有时称为“电化学单元”或“元件”)。现有装置通过对传感单元的一对电极间施加电压而使排气中的包含氧原子的气体成分(例如o2、sox和h2o等，以下，也称为“含氧成分”)分解，从而产生氧离子(o2-)。现有装置通过由含氧成分分解而产生的氧离子在传感单元的电极间移动(氧泵作用)，来检测在该电极间流动的电流的特性。
更具体地说，现有装置在检测sox浓度时执行施加电压扫描(sweep)。即，现有装置执行如下施加电压扫描：将对传感单元施加的施加电压从0.4v升压到0.8v后，从0.8v降压到0.4v。
而且，现有装置使用参照电流与峰值之差算出sox浓度，所述参照电流是施加电压到达0.8v的时间点的“在传感单元的电极间流动的电流(以下，有时称为“电极电流”或“输出电流”)”，所述峰值是施加电压从0.8v降低到0.4v的期间的输出电流的最小值。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2015-17931号公报
技术实现要素：
但是，上述输出电流也很有可能因排气中所含的sox以外的含氧成分的影响而发生变化。例如，水(h2o)的分解电压与硫氧化物的分解电压为相同程度、或比其稍高。进而，排气中的水浓度例如与混合气的空燃比a/f相应地变动。因此，除去因水分解引起的对输出电流的影响，检测仅因sox成分的分解而引起的输出电流是困难的。
因此，要求与现有装置同样地进行施加电压扫描，取得“不会受到sox以外的含氧成分的影响且仅因sox成分引起的输出电流变化”，利用取得的该输出电流变化，精度良好地进行在排气中是否存在预定浓度以上的硫氧化物的判定或排气中的硫氧化物的浓度检测。
此外，现有装置在取得那样的输出电流变化的情况下，优选避免输出电流与元件温度相应变动而使其检测精度下降。为此，现有装置需要将其元件温度维持在预定温度(元件的固体电解质体现氧离子传导性的温度以上的预定温度)。
因此，现有装置利用元件阻抗与其元件温度相应变化的特性，利用元件阻抗来对加热元件的加热器的通电进行反馈控制，由此元件温度维持一定的预定温度。元件阻抗基于在元件的电极间施加预定的高频电压时检测出的输出电流算出。
然而，现有装置在进行sox浓度检测的情况下，取得“不会受到sox以外的含氧成分的影响且仅因sox成分引起的输出电流变化”时，如果进行元件温度控制则可能产生如下问题。
即，检测元件阻抗时，当在元件的电极间施加预定的高频电压的情况下，输出电流会出现因施加高频电压而引起的变化。因此，在检测元件阻抗时，难以取得准确的“不会受到sox以外的含氧成分的影响且仅因sox成分引起的输出电流变化”。其结果，sox浓度检测的精度降低的可能性升高，因此不优选。
本发明是为应对上述课题而完成的。即，本发明的目的之一是提供一种气体检测装置(以下也称为“本发明检测装置”)，其能够精度良好地进行排气中是否包含预定浓度以上的硫氧化物的判定、或者硫氧化物的浓度检测。
本发明检测装置包括：
设置于内燃机的排气通路(12)且具有电化学单元(41c)和扩散阻力体(61)的元件部(40)，电化学单元(41c)包括具有氧离子传导性的固体电解质体(41s)、以及第1电极(41a)与第2电极(41b)，第1电极(41a)与第2电极(41b)在所述固体电解质体的表面分别形成，扩散阻力体(61)由在所述排气通路中流动的排气能够通过的多孔质材料构成，元件部(40)使在所述排气通路中流动的排气通过所述扩散阻力体到达所述第1电极；
电压施加部(81)，其在所述第1电极与所述第2电极之间施加电压；
电流检测部(91)，其检测在所述第1电极与所述第2电极之间流动的电流即输出电流(im)；
测定控制部(20)，其使用所述电压施加部控制在所述第1电极与所述第2电极之间施加的电压即施加电压，并且使用所述电流检测部取得所述输出电流，基于取得的所述输出电流，进行在所述排气中是否包含预定浓度以上的硫氧化物的判定或所述排气中的硫氧化物的浓度检测；
元件阻抗检测部(81、89)，其通过在所述第1电极与所述第2电极之间施加高频电压来检测所述元件部的阻抗；
加热部(71)，其产生与供给的电力相应的热量的热，将所述元件部加热；以及
温度控制部(20)，其使所述元件阻抗检测部执行或停止通过施加所述高频电压而进行的所述元件阻抗的检测，并且控制向所述加热部供给的电力，由此控制所述元件部的温度，
所述测定控制部进行空燃比检测用的施加电压控制，以使用所述电压施加部将所述施加电压设定为所述输出电流成为氧的极限电流的电压(vaf)，并基于进行该空燃比检测用的施加电压控制时取得的输出电流，进行向所述内燃机供给的混合气的空燃比(a/f)的检测(图11和图15的步骤1115和1130)，
所述测定控制部使用所述电压施加部进行将施加电压扫描至少进行1个循环的sox检测用的施加电压控制，所述施加电压扫描执行使所述施加电压从第1电压上升到第2电压的升压扫描后，执行从所述第2电压下降到所述第1电压的降压扫描，所述第1电压选自比所述极限电流范围的下限电压高且低于硫氧化物的分解开始电压的第1电压范围内，所述第2电压选自比所述硫氧化物的分解开始电压高的第2电压范围内(图11和图15的步骤1145)，
所述测定控制部基于所述输出电流取得与在所述输出电流中发生的变化的程度具有相关性(相关关系)的参数(id)，所述变化是以下述电流为起因而在所述输出电流中发生的变化，且所述排气所含的所述硫氧化物的浓度越高则所述变化越大，所述电流是在进行所述降压扫描的期间所述施加电压变得低于所述硫氧化物的分解开始电压时吸附于所述第1电极的硫在该第1电极进行再氧化反应而恢复为硫氧化物，由此在所述第1电极与所述第2电极之间流动的电流(图12和图13的步骤1220)，
所述测定控制部基于所述参数，进行在所述排气中是否包含预定浓度以上的硫氧化物的判定(图12的步骤1225)或者所述排气中的硫氧化物的浓度检测(图13的步骤1310)，
在进行所述空燃比检测用的施加电压控制的情况下，所述温度控制部执行第1元件温度控制，使所述元件阻抗检测部执行通过施加所述高频电压而进行的所述元件阻抗的检测，并且以检测出的所述元件部的所述阻抗与目标阻抗一致的方式控制向所述加热部供给的电力，由此控制所述元件部的温度(图10的步骤1040、图11和图15的步骤1190和步骤1192)，
在进行所述sox检测用的施加电压控制的情况下，至少在所述降压扫描的执行中，所述温度控制部执行第2元件温度控制，使所述元件阻抗检测部停止通过施加所述高频电压而进行的所述元件阻抗的检测，并且将向所述加热部供给的电力设为预定电力(图11的1160和图15的步骤1560)。
根据发明人的研究，已经判明：因“在进行降压扫描时吸附于第1电极的硫”在该第1电极进行再氧化反应而恢复为硫氧化物，产生难以受到“硫氧化物以外的含氧成分”的影响的“输出电流的变化”。进而，已经判明：根据降压扫描中的每经过预定时间的电压降低量(即降压速度)的不同，该“输出电流的变化”的程度有很大变化。可以推定为产生这些现象的机制如下。
即，通过进行升压扫描而吸附于第1电极的硫(硫氧化物的分解物)在进行降压扫描时会在该第1电极进行再氧化反应而恢复为硫氧化物。由于在进行升压扫描的情况下硫氧化物以外的含氧成分的分解物(例如，作为水的分解物的氢)不会吸附于第1电极，所以在进行降压扫描时，硫氧化物以外的含氧成分的分解物在该第1电极进行再氧化反应而恢复为含氧成分的现象实质上不会发生。
因此，在进行降压扫描时吸附于第1电极的硫在该第1电极进行再氧化反应而恢复为硫氧化物从而产生的“输出电流的变化”难以受到硫氧化物以外的含氧成分的影响。即，在降压扫描中产生难以受到硫氧化物以外的含氧成分的影响的“输出电流的变化”。
但是，在降压扫描的降压速度(扫描速度)比某速度慢的情况下，由于在进行降压扫描时硫的再氧化反应连续且逐渐进行，所以不管硫氧化物浓度是怎样的浓度，都难以出现“输出电流的变化”的程度。
相对于此，在降压扫描的降压速度比某速度快的情况下，进行降压扫描时，施加电压在硫的再氧化反应不那么进行的状态下降低，当施加电压成为“硫的再氧化反应变活跃的某电压范围(即，低于硫氧化物的分解开始电压的预定电压范围)”内的电压时，硫的再氧化反应急剧地进行(硫的再氧化反应速度急剧增大，硫的再氧化反应的发生频率急剧增大)，所以硫氧化物浓度越高，输出电流的变化程度变得越大。即，出现对于精度良好地检测硫氧化物浓度来说有意义的电流变化。
因此，降压扫描的降压速度被设定为“以施加电压成为在所述第1电压范围内且比所述第1电压高的电压范围内的电压的时间点为开端，所述再氧化反应的速度急剧增大的速度”。因此，硫氧化物浓度越高，则不受到硫氧化物以外的含氧成分的影响的输出电流的变化表现为越大。
本发明检测装置基于输出电流，取得与因这样的硫的再氧化反应而引起的“输出电流产生的变化的程度”具有相关性的参数。因此，该参数成为与排气中的硫氧化物浓度相应地变化的参数。
并且，本发明检测装置基于取得的参数，进行在排气中是否包含预定浓度以上的硫氧化物的判定或排气中的硫氧化物的浓度检测。因此，能够精度良好地进行排气中所含的预定浓度以上的硫氧化物的有无的判定或排气中的硫氧化物的浓度检测。
此外，本发明检测装置基于输出电流取得那样的参数的情况下，优选避免输出电流与元件部的温度相应变动而使其检测精度下降。因此，本发明检测装置需要将其元件部的温度维持在预定温度(元件部的固体电解质体体现氧离子传导性的温度以上的预定温度)。
因此，本发明检测装置利用元件部的阻抗与该元件部的温度相应变化的特性，使用元件部的阻抗对加热元件部的加热器的通电进行反馈控制，由此将元件部的温度维持在一定的预定温度。
然而，本发明检测装置在进行sox浓度检测的情况下基于输出电流取得上述参数时，进行元件温度控制的情况下会产生如下的问题。
即，在检测元件部的阻抗时，在元件部的电极间施加了预定的高频电压的情况下，输出电流出现因高频电压的施加而引起的变化。因此，在检测元件部的阻抗时，变得难以取得与排气中的硫氧化物浓度相应变化的准确参数。其结果，sox浓度检测的精度降低的可能性升高，因此不优选。
因此，本发明检测装置的温度控制部在进行sox检测用的施加电压控制的情况下，至少在降压扫描的执行中，执行第2元件温度控制，使元件阻抗检测部停止通过施加高频电压而进行的元件阻抗的检测，并且将向加热部供给的电力设为预定电力。
由此，能够降低由于执行元件部的阻抗检测而使取得与排气中的硫氧化物浓度相应变化的准确参数变困难的可能性，因此，能够精度良好地进行排气中的硫氧化物的浓度是否为预定值以上的判定、或排气中的硫氧化物的浓度检测。
本发明检测装置的一方式中，
在进行所述sox检测用的施加电压控制的情况下，
在所述升压扫描的执行中(图11的步骤1155中“否”的判定)，所述温度控制部执行所述第1元件温度控制(图11的步骤1190)。
根据上述的一方式，在降压扫描的执行中，不进行第1元件温度控制，因此能够降低由于执行元件部的阻抗检测而使取得与排气中的硫氧化物浓度相应变化的准确参数变困难的可能性。其结果，能够精度良好地进行排气中的硫氧化物的浓度是否为预定值以上的判定、或排气中的硫氧化物的浓度检测。
本发明检测装置的一方式中，
所述温度控制部通过变更通电控制量来控制向所述加热部供给的电力，
通过维持将所述第1元件温度控制停止的时间点的预定时间前的所述通电控制量或将所述通电控制量维持在预先设定的一定值，来执行所述第2元件温度控制(图11的步骤1160或图15的步骤1560)。
上述情况下，执行第2元件温度控制的期间，元件部的温度被保持在适合于sox浓度检测的温度。其结果，能够精度良好地进行排气中的硫氧化物的浓度是否为预定值以上的判定、或排气中的硫氧化物的浓度检测。
本发明检测装置的一方式中，
所述温度控制部，以在所述元件阻抗的检测停止的期间向所述加热部供给的电能成为预先设定的预定电能的方式，执行所述第2元件温度控制。
上述情况下，执行第2元件温度控制的期间，元件部的温度被保持在适合于sox浓度检测的温度。其结果，能够精度良好地进行排气中的硫氧化物的浓度是否为预定值以上的判定、或排气中的硫氧化物的浓度检测。
本发明检测装置的一方式中，
所述降压扫描的降压速度被设定为所述再氧化反应的速度以下述时间点为界急剧增大的速度，所述时间点是所述施加电压成为在所述第1电压范围内且比所述第1电压高的电压范围内的电压之时。
上述情况下，硫氧化物浓度越高，不受到硫氧化物以外的含氧成分的影响的输出电流的变化就表现得越大，所以取得与该输出电流的变化的程度具有相关性的参数，并基于取得的参数，能够精度良好地进行排气中的硫氧化物的浓度是否为预定值以上的判定、或排气中的硫氧化物的浓度检测。
在上述说明中，为了帮助理解本发明，对于与后述的实施方式对应的发明的构成，在括号中添加该实施方式中使用的名称和/或标志。但是，本发明的各构成要素并不限于由所述名称和/或标志规定的实施方式。本发明的其他目的、其他特征以及所带来的优点，能够从针对参照以下的附图而叙述的本发明的实施方式的说明中容易地理解。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式涉及的气体检测装置和应用该气体检测装置的内燃机的概略结构图。
图2是表示图1所示气体传感器的元件部的结构的一例的示意性剖视图。
图3(a)是用于说明本发明的第1实施方式涉及的气体检测装置的工作概要的时间图。图3(b)是表示进行sox检测时的施加电压的波形的图。图3(c)是表示进行sox检测时的另一施加电压的波形的图。
图4(a)是用于说明在元件部发生的sox的分解反应的示意图。图4(b)是用于说明在元件部发生的硫的再氧化反应的示意图。
图5(a)是表示施加电压与输出电流的关系的图。图5(b)是表示施加电压与输出电流的关系的图。
图6(a)是表示对排气(被检测气体)的sox浓度进行各种改变时的施加电压与输出电流的关系的图。图6(b)是表示对排气(被检测气体)的h2o浓度进行各种改变时的输出电流与sox(so2)浓度的关系的图。
图7是表示燃烧室内的混合气的a/f与氧的极限电流范围的关系的图。
图8是表示执行施加电压扫描时的施加电压与输出电流的关系的一例的图。
图9是用于说明本发明的第1实施方式涉及的气体检测装置具备的ecu的cpu执行的元件温度控制的工作概要的流程图。
图10是表示图1所示ecu的cpu执行的传感器活性判定程序的流程图。
图11是表示图1所示ecu的cpu执行的再氧化电流取得程序的流程图。
图12是表示图1所示ecu的cpu执行的sox浓度判定程序的流程图。
图13是表示图1所示ecu的cpu执行的sox浓度判定程序的流程图。
图14是用于说明本发明的第2实施方式涉及的气体检测装置具备的ecu的cpu执行的元件温度控制的工作概要的流程图。
图15是用于说明本发明的第2实施方式涉及的气体检测装置具备的ecu的cpu执行的再氧化电流取得程序的流程图。
附图标记说明
10…内燃机、11…燃料喷射阀、12…排气管、13…doc、14…dpf、20…ecu、21…内燃机转速传感器、22…水温传感器、23…油门踏板操作量传感器、23a…油门踏板、40…元件部、41a…第1电极(阴极)、41b…第2电极(阳极)、41s…固体电解质体、41c…电化学单元、51a、51b、51c、51d和51e…第1～第5氧化铝层、sp1…内部空间、sp2…第1大气导入路、61…扩散阻力部、71…加热器、81…电源电路、91…电流计
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边对本发明的各实施方式涉及的气体检测装置进行说明。再者，在实施方式的全部附图中，对相同或对应的部分赋予相同标记。
<第1实施方式>
对于本发明的第1实施方式涉及的气体检测装置(以下，有时称为“第1检测装置”)进行说明。第1检测装置被应用于未图示的车辆所搭载的“图1所示的内燃机10”。
内燃机10是公知的柴油机。内燃机10包括未图示的燃烧室和燃料喷射阀11。燃料喷射阀11以能够向燃烧室内喷射燃料的方式配设于气缸盖部。燃料喷射阀11根据后述的ecu20的指示向燃烧室内直接喷射燃料。排气管12与未图示的排气歧管的端部连接，所述排气歧管与排气口连接，所述排气口与未图示的燃烧室连通。排气口、排气歧管以及排气管12构成供从燃烧室排出的排气流动的排气通路。在排气管12上配设有doc(dieseloxidationcatalyst：柴油用氧化催化剂)13和dpf(dieselparticulatefilter：柴油颗粒过滤器)14。
doc13是排气净化催化剂。以下具体说明，doc13以铂和钯等贵金属为催化剂，将排气中的未燃成分(hc、co)氧化来净化排气。即，利用doc13将hc氧化成水和co2，将co氧化成co2。
dpf14配置在doc13的下游侧。dpf14是捕捉排气中的微粒(颗粒)的过滤器。以下具体说明，dpf14具备由多孔质材料(例如由作为陶瓷的一种的堇青石构成的间隔壁)形成的多个通路。dpf14通过间隔壁的细孔表面来捕集穿过该间隔壁的排气所含的微粒。
第1检测装置包括ecu20。ecu20是具有微型计算机作为主要构成部件的电子控制电路，所述微型计算机包括cpu、rom、ram、备份ram以及接口(i/f)。cpu通过执行存储于存储器(rom)的指令(程序)来实现预定的功能。
ecu20与内燃机10的各种致动器(燃料喷射阀11等)连接。ecu20向这些致动器送出驱动(指示)信号，并控制内燃机10。进而，ecu20与以下说明的各种传感器类连接，并接收来自这些传感器类的信号。
内燃机转速传感器21：内燃机转速传感器(以下，称为“ne传感器”)21测定内燃机10的转速(内燃机转速)ne，并输出表示该内燃机转速ne的信号。
水温传感器22：水温传感器22配设于气缸体部。水温传感器22测定冷却内燃机10的冷却水的温度(冷却水温thw)，并输出表示该冷却水温thw的信号。
油门踏板操作量传感器23：油门踏板操作量传感器23检测车辆的油门踏板23a的操作量(加速开度)，并输出表示油门踏板操作量ap的信号。
气体传感器30：气体传感器30是一单元式的极限电流式气体传感器，配设于构成内燃机10的排气通路的排气管12。气体传感器30配设于与安装于排气管12的doc13和dpf14相比更靠近下游侧。
(气体传感器的结构)
接着，参照图2说明气体传感器30的结构。气体传感器30具备的元件部40具备：固体电解质体41s、第1氧化铝层51a、第2氧化铝层51b、第3氧化铝层51c、第4氧化铝层51d、第5氧化铝层51e、扩散阻力部(扩散律速层)61以及加热器71。
固体电解质体41s是包含氧化锆等，并具有氧离子传导性的薄板体。形成固体电解质体41s的氧化锆例如可以包含钪(sc)和钇(y)等元素。
第1～第5氧化铝层51a～51e是包含氧化铝的致密(不透气性)的层(致密的薄板体)。
扩散阻力部61是多孔质的扩散律速层，是透气性的层(薄板体)。加热器71例如是包含铂(pt)和陶瓷(例如氧化铝等)的金属陶瓷的薄板体，是利用通电而发热的发热体。加热器71通过未图示的引线与搭载在车辆上的未图示的电源连接。加热器71通过由ecu20控制向加热器71的通电来控制“从该电源供给的电能”，从而能够变更发热量。
元件部40的各层从下方起，按第5氧化铝层51e、第4氧化铝层51d、第3氧化铝层51c、固体电解质体41s、扩散阻力部61、第2氧化铝层51b以及第1氧化铝层51a的顺序层叠。
内部空间sp1是由第1氧化铝层51a、固体电解质体41s、扩散阻力部61以及第2氧化铝层51b形成的空间，经由扩散阻力部61向其中导入作为被检测气体的内燃机10的排气。即，内部空间sp1经由扩散阻力部61与内燃机10的排气管12的内部连通。因此，排气管12内的排气作为被检测气体引导到内部空间sp1内。
第1大气导入路sp2由固体电解质体41s、第3氧化铝层51c以及第4氧化铝层51d形成，并向排气管12外部的大气开放。
第1电极41a固定安装于固体电解质体41s的一方侧的表面(具体而言，划定内部空间sp1的固体电解质体41s的表面)。第1电极41a是阴极。第1电极41a是包含铂(pt)作为主成分的多孔质金属陶瓷电极。
第2电极41b固定安装于固体电解质体41s的另一方侧的表面(具体而言，划定第1大气导入路sp2的固体电解质体41s的表面)。第2电极41b是阳极。第2电极41b是包含铂(pt)作为主成分的多孔质金属陶瓷电极。
第1电极41a和第2电极41b配置成夹着固体电解质体41s相互对置。即，第1电极41a、第2电极41b以及固体电解质体41s构成电化学单元41c，电化学单元41c具有利用氧泵作用的氧排出能力。电化学单元41c利用加热器71加热到活性化温度。
固体电解质体41s和第1～第5氧化铝层51a～51e的各层例如通过刮刀法和挤出成形法等成形为片状。第1电极41a、第2电极41b以及用于对这些电极通电的布线等，例如通过丝网印刷法等形成。通过按上述方式将这些片层叠并烧制，一体地制造出具有上述构造的元件部40。
再者，构成第1电极41a的材料不限定于上述材料，例如，能够从包含铂(pt)、铑(rh)、钯(pd)等铂族元素或它们的合金等作为主成分的材料中选择。其中，构成第1电极41a的材料只要在第1电极41a与第2电极41b之间施加sox分解开始电压以上的电压(具体而言，约0.6v以上的电压)时能够使经由扩散阻力部61导入内部空间sp1的排气中所含的sox还原分解，就不特别限定。
气体传感器30还具备电源电路81和电流计91。电源电路81和电流计91与上述ecu20连接。
电源电路81能够在第1电极41a与第2电极41b之间施加预定电压(以下，也称为“施加电压vm”)，以使得第2电极41b的电位比第1电极41a的电位高。电源电路81通过由ecu20控制，能够变更施加电压vm。
电流计91计测输出电流(电极电流)im并向ecu20输出其计测值，所述输出电流im是在第1电极41a与第2电极41b之间流动的电流(因此，是在固体电解质体41s中流动的电流)。
ecu20可以基于在第1电极41a与第2电极41b之间施加预定的高频电压时检测的电极电流im，算出元件部40的阻抗(有时称为“元件阻抗”)。
ecu20可以通过控制向加热器71的通电，调整向加热器71供给的电力。具体而言，ecu20可以通过反馈控制来调整向加热器71供给的电力。由此，ecu20可以控制元件部40的温度。即，ecu20构成了温度控制部。
<工作的概要>
接着，说明第1检测装置进行的工作的概要。第1检测装置构成为检测从内燃机10排出的排气(被检测气体)的氧浓度。第1检测装置基于排气中的氧浓度，检测内燃机10的燃烧室内的混合气的空燃比(a/f)。以下，内燃机10的燃烧室内的混合气的空燃比也称为“内燃机的空燃比a/f”或简单称为“空燃比a/f”。而且，第1检测装置构成为判定排气所含的预定浓度以上的sox的有无。由于从有无预定浓度以上的sox的检测开始到检测结束需要数秒钟，所以第1检测装置构成为在内燃机的空燃比a/f稳定的状态下判定有无预定浓度以上的sox。再者，作为预定浓度，选择与所希望的检测水平相应的大于0％的任意浓度。
以下具体说明，如图3(a)所示，当成为时刻t0时，第1检测装置开始对加热器71的控制，以利用加热器71加热固体电解质体41s，所述时刻t0是内燃机10的起动开始的时间点。由此，固体电解质体41s升温到体现氧离子传导性的温度(以后，有时称为“活性化温度”)以上的预定温度。
在时刻t1，固体电解质体41s的温度(传感器元件温度)成为活性化温度以上，气体传感器30成为传感器活性的状态时，第1检测装置检测排气的氧浓度并基于该氧浓度开始用于取得内燃机的空燃比a/f的处理。再者，在作为时刻t0到时刻t1之间的时间点的时刻td，第1检测装置在第1电极41a与第2电极41b之间，开始施加适合于氧浓度检测的氧浓度(a/f)检测用电压(具体而言为0.3v)(有时称为“a/f检测用的施加电压控制”)。即，第1检测装置将施加电压vm设定为氧浓度检测用的电压。当固体电解质体41s的温度为活性化温度以上时，在该施加电压vm设定为氧浓度检测用的电压的情况下，氧分子分解而体现氧泵作用，但氧以外的含氧成分(包括sox)的气体不会分解。
第1检测装置通过从时刻t1起连续地检测氧浓度，从而监视内燃机的空燃比a/f。然后，在时刻t2，当满足sox检测开始条件时(即，内燃机的空燃比a/f成为稳定的状态，且满足后述的其他条件时)，第1检测装置开始排气中的sox浓度检测的处理。再者，在本说明书中，sox浓度检测是指检测(测定)排气中所含的sox浓度本身、和取得表示排气中所含的sox浓度(排气中的sox浓度)的参数这两者。如后所述，第1检测装置取得表示排气中的sox浓度的参数(根据sox浓度变化的参数)，使用该参数进行在排气中是否包含预定浓度以上的sox的判定。
即，在时刻t1到时刻t2之前的期间，第1检测装置检测内燃机的空燃比a/f，在时刻t2停止内燃机的空燃比a/f的检测，所述时刻t2是开始sox浓度检测的时间点。
在时刻t2到时刻t3之前的期间，第1检测装置进行sox浓度检测用的施加电压控制。具体而言，第1检测装置以预定的施加电压范围进行施加电压扫描。即，第1检测装置在进行了使施加电压vm“从第1电压v1逐渐增大到第2电压v2的升压扫描”后，进行使施加电压vm“从第2电压v2逐渐减少到第1电压v1的降压扫描”。第1检测装置进行多个循环(例如2个循环)的施加电压扫描，所述施加电压扫描将1次升压扫描和1次降压扫描作为一个循环。但是，第1检测装置也可以仅进行1个循环的施加电压扫描。
以下更具体地说明，如图3(b)所示，第1检测装置通过在第1电极41a与第2电极41b之间施加具有正弦波波形的电压，进行施加电压扫描。再者，该情况下的电压波形不限定于图3(b)所示的正弦波，可采用各种波形。例如，该情况下的电压波形也可以是图3(c)的图所示的非正弦波(电容器充放电时的电压波形那样的波形)。
在时刻t3，sox浓度检测结束时，第1检测装置再次开始用于检测内燃机的空燃比a/f的处理。即，第1检测装置在时刻t3将施加电压vm设定为氧浓度检测用的电压(0.3v)。
(a/f检测)
接着，说明检测上述内燃机的空燃比a/f时的工作。当气体传感器30成为传感器活性的状态时，为了取得内燃机的空燃比a/f，第1检测装置以第1电极41a成为低电位且第2电极41b成为高电位的方式，将施加电压vm设定为氧浓度检测用的电压(例如0.3v)。即，第1电极41a作为阴极发挥功能，第2电极41b作为阳极发挥功能。氧浓度检测用的电压被设定为：在第1电极41a中氧(o2)开始分解的电压(分解开始电压)以上的、可观测后述的氧的极限电流的电压，并且是低于氧以外的含氧成分的分解开始电压的电压。由此，排气中所含的氧在第1电极41a被还原分解成为氧离子(o2-)。
该氧离子经由上述固体电解质体41s向第2电极41b传导并成为氧(o2)，通过第1大气导入路sp2排出到大气中。如上所述，这样的从阴极(第1电极41a)向阳极(第2电极41b)的经由固体电解质体41s的氧离子传导所引起的氧的移动称为“氧泵作用”。
通过伴随着该氧泵作用的氧离子的传导，电流在电极41a与电极41b之间流动。在电极41a与电极41b之间流动的电流称为“输出电流im(或电极电流im)”。输出电流im一般倾向于施加电压vm越上升就变得越大。然而，由于到达第1电极41a的排气的流量受扩散阻力部61限制，所以后来伴随着氧泵作用的氧消耗速度变得超过向第1电极41a的氧供给速度。即，第1电极41a(阴极)的氧的还原分解反应成为扩散律速状态。
当第1电极41a的氧的还原分解反应成为扩散律速状态时，即使使施加电压vm上升，输出电流im也不增大而大致一定。这样的特性称为“极限电流特性”。体现(观测到)极限电流特性的施加电压的范围称为“极限电流范围”。进而，极限电流范围中的输出电流im称为“极限电流”。针对氧的极限电流的大小(极限电流值)与向第1电极41a(阴极)的氧供给速度对应。如上所述，由于到达第1电极41a的排气流量通过扩散阻力部61维持为一定，所以向第1电极41a的氧供给速度与排气所含的氧浓度对应。
因此，在气体传感器30中，将施加电压vm设定为“氧的极限电流范围内的预定电压(具体而言为0.3v)”时的输出电流(极限电流)im与排气所含的氧浓度对应。这样，利用氧的极限电流特性，第1检测装置检测作为被检测气体的排气中所含的氧浓度。另一方面，内燃机的空燃比a/f与排气中的氧浓度具有一一对应的关系。因此，第1检测装置使该关系预先存储在rom中，基于该关系和检测出的氧浓度来检测内燃机的空燃比a/f。再者，第1检测装置也可以使氧的极限电流与内燃机的空燃比a/f的关系预先存储在rom中，基于该关系和检测出的氧的极限电流，取得内燃机的空燃比a/f。
(sox浓度检测)
接着，说明排气(被检测气体)中的sox浓度检测的方法。对于在分子中包含氧原子的“sox(硫氧化物)和h2o(水)等”的含氧成分也发生上述氧泵作用。即，当在第1电极41a与第2电极41b之间施加这些化合物各自的分解开始电压以上的电压时，这些化合物各自被还原分解，从而产生氧离子。通过“氧泵作用”，将该氧离子从第1电极41a向第2电极41b传导。由此，输出电流im在第1电极41a与第2电极41b之间流动。
然而，排气中所含的sox浓度极低，因sox的分解引起的电流也极小。进而，因sox以外的含氧成分(例如水和二氧化碳等)分解而引起的电流也在第1电极41a与第2电极41b之间流动。因此，仅对因sox引起的输出电流进行精度良好的检测是困难的。
因此，本申请的发明人刻苦研究后得到了如下见解：在检测sox浓度时，通过执行将升压扫描和“预定的扫描速度下的降压扫描”作为一个循环的施加电压扫描，能够精度良好地检测sox浓度。
升压扫描是使施加电压vm从第1电压v1逐渐上升至第2电压v2的处理。降压扫描是使施加电压vm从第2电压v2逐渐下降至第1电压v1的处理。再者，第1电压v1和第2电压v2是以第1电极41a的电位为基准的第2电极41b的电位，是正的电压值。
第1电压v1设定为比sox的分解开始电压(约0.6v)低、且比氧的极限电流范围内的施加电压的最小值高的电压范围(以下，也称为“第1电压范围”)内的电压。由于氧的极限电流范围内的施加电压的最小值依赖于内燃机的空燃比a/f，所以优选也根据内燃机的空燃比a/f变更第1电压范围的下限值。具体而言，第1电压范围的下限值例如是0.2v至0.45v的范围内的电压，第1电压范围的上限电压是0.6v。即，第1电压是选自0.2v以上且低于0.6v的范围的电压。
第2电压v2设定为比sox的分解开始电压(约0.6v)高、且比不破坏固体电解质体41s的电压的上限值(2.0v)低的电压范围(以下，也称为“第2电压范围”)内的电压。即，第2电压v2是选自比0.6v高且2.0v以下的范围的电压。
在进行升压扫描期间，在第1电极41a与第2电极41b之间施加的施加电压vm成为sox的分解开始电压以上时，如图4a所示，在第1电极41a(阴极)，排气所含的sox被还原分解为s和o2-。其结果，sox的还原分解生成物(s(硫))吸附于第1电极41a(阴极)。
在进行降压扫描期间，当施加电压vm低于sox的分解开始电压时，如图4b所示，发生吸附于第1电极41a(阴极)的s与o2-进行反应并生成sox的反应(以下，有时称为“s(硫)的再氧化反应”)。此时，因“s的再氧化反应”，输出电流im按后述方式变化。再者，将伴随着该“s的再氧化反应”的输出电流im的变化称为“再氧化电流变化”。
此外，根据发明人的研究，已经判明了：根据降压扫描的扫描速度(每经过预定时间的电压降低量)的不同，有时不会出现对sox浓度检测有意义的再氧化电流变化。参照图5(a)和图图5(b)说明这一点。
图5(a)是表示将扫描周期(即，升压扫描所需的时间与降压扫描所需的时间之和、施加电压扫描的周期)设定为1秒钟并执行施加电压扫描时的施加电压vm与输出电流im的关系的示意图。图图5(b)是表示以比图5(a)所示的例子慢的扫描速度(扫描周期20秒)执行施加电压扫描时的施加电压vm与输出电流im的关系的示意图。再者，该情况下的施加电压vm的波形为图3(b)所示的正弦波形。
比较两者，与图5(b)的例子相比，施加电压扫描的扫描速度更快的图5(a)的例子中，在比sox的分解开始电压(0.6v)小的电压范围，明确地出现了用线l1表示的“被检测气体的sox浓度为0ppm时的输出电流im”与用线l2表示的“被检测气体的sox浓度为130ppm时的输出电流im”之差(电流值之差)。即，在图5(a)的例子中，出现对sox浓度检测有意义的电流变化(再氧化电流变化)。可认为产生这样的现象的机制如下所述。
即，在使扫描速度比预定速度慢的情况下，由于在进行降压扫描时s的再氧化反应连续且逐渐进行，所以不会出现有意义的再氧化电流变化。另一方面，认为在使扫描速度比预定的扫描速度快的情况下，进行降压扫描时，施加电压vm在s的再氧化反应不那么进行的状态下降低，当施加电压vm成为“s的再氧化反应变活跃的某电压范围”的电压时，s的再氧化反应急剧地进行。由此，出现对sox浓度检测有意义的电流变化。
这样，根据进行降压扫描时的扫描速度的不同，产生出现对sox浓度检测有意义的电流变化的情况和不会出现有意义的电流变化的情况。因此，在进行降压扫描时，需要将扫描速度设为会出现对于示出再氧化电流变化有意义的电流变化的预定速度。
在第1检测装置中，通过预先进行实验，该预定速度被设定为会出现对示出再氧化电流变化有意义的电流变化的适当速度。
根据实验已经判明了：例如，在第1电极41a与第2电极41b之间施加图3(b)所示的正弦波形的电压的情况下，优选设定为成为预定范围的频率f(典型的是0.1hz以上且5hz以下的范围)的扫描速度。该预定范围的频率f的下限值根据如下观点确定：当小于该下限值时，得不到对sox浓度检测有意义的信号差(再氧化电流变化)。该预定范围的频率f的上限值根据如下观点确定：当大于该上限值时，导致sox浓度以外的其他电流变化因素(具体而言为固体电解质体41s的容量等)的作用会变大。
另一方面，根据实验已经判明了：在第1电极41a与第2电极41b之间施加如图3(c)所示的、伴随着电容器的充放电的非正弦波形的电压的情况下，优选设定为电压切换波形的响应时间常数t1成为预定范围(典型的是0.1秒以上且5秒以下的范围)的扫描速度。再者，响应时间常数t1是施加电压vm从预定范围的下限电压(第1电压)向上限电压(第2电压)变化或相反地变化所需的时间。
再者，当将上述频率f和响应时间常数t1的预定范围换算成降压扫描所需的时间(即，从第2电压v2到达第1电压v1的时间)时，成为0.1秒以上且5秒以下的范围。因此，优选该时间为0.1秒以上且5秒以下的范围。
进而，已经判明了“再氧化电流变化”参照图6(a)和图6(b)如后所述，主要强烈地依赖于排气(被检测气体)中的s浓度。换句话说，再氧化电流变化受到排气中的“硫氧化物(sox)以外的含氧成分的气体(例如水)”的影响的可能性低。即，由于在进行升压扫描的情况下“硫氧化物以外的含氧成分”的分解物(例如，作为水的分解物的氢等)不吸附于第1电极41a，所以在进行降压扫描期间，那样的“硫氧化物以外的含氧成分”的分解物在该第1电极41a进行再氧化反应而恢复为含氧成分的现象实质上不会发生。因此，若利用再氧化电流变化，则能够精度良好地检测排气中的sox浓度。
图6(a)是示意性地表示将排气(被检测气体)所含的sox浓度变为各种值，将施加电压范围和扫描速度设定为相同条件，执行施加电压扫描时的施加电压(正弦波形的施加电压)vm和输出电流im的关系的图。根据图6(a)示出的例子，可以确认随着排气中的sox浓度增大，后述的再氧化电流检测电压vsen(＝0.4v)的输出电流im(再氧化电流is)减小。
图6(b)是表示将排气(被检测气体)所含的h2o浓度变为各种值，执行了与图6(a)相同条件的施加电压扫描时的、sox(so2)浓度与再氧化电流检测电压vsen下的输出电流im(再氧化电流is)的关系的图。根据图6(b)示出的例子，可以确认再氧化电流检测电压vsen(＝0.4v)下的输出电流im(再氧化电流is)依赖于排气中的sox浓度，但不依赖于排气中的h2o浓度。如上所述，可以理解通过利用再氧化电流变化，能够精度良好地检测排气中的sox浓度，而不会受到排气中的“sox以外的含氧成分的气体(例如水)”的影响。因此，第1检测装置利用该再氧化电流变化来检测sox浓度(实际上是预定浓度以上的sox的有无)。
[用于检测再氧化电流变化的参数]
第1检测装置取得适当地(精度良好地)表示“再氧化电流变化的程度”的参数，并基于该参数进行sox浓度检测。更具体地进行说明，第1检测装置取得在降压扫描中施加电压vm为“选自第1电压范围(低于sox的分解开始电压)中的上述再氧化电流检测电压vsen”时的输出电流im(以下，称为“再氧化电流is”)。而且，第1检测装置取得后述的基极电流ibas。然后，第1检测装置取得基极电流ibas与再氧化电流is的差量id(＝ibas-is)作为“(适当地)表示再氧化电流变化的程度的参数”。
基极电流ibas是进行施加电压扫描时的降压扫描中的再氧化电流检测电压vsen下的输出电流im，所述施加电压扫描是在使预先不包含s的排气在排气通路中流通，并与实际检测排气中的sox浓度的情况相同的条件下进行的扫描。再氧化电流is可以是多次进行施加电压扫描得到的多个“再氧化电流检测电压vsen下的输出电流im”平均化了的平均再氧化电流iave。并且，第1检测装置基于该参数(差量id)进行sox浓度检测。
[sox浓度检测方法]
第1检测装置利用以上说明的sox浓度的检测原理，如下地进行sox浓度检测。
·第1检测装置以上述的再氧化电流变化显著体现的“预定的扫描速度”执行施加电压扫描。在该情况下，特别重要的一点是降压扫描速度。
此时，第1检测装置基于使用排气中的氧浓度检测的内燃机的空燃比a/f确定施加电压扫描的电压范围。
·第1检测装置取得降压扫描中的再氧化电流检测电压vsen时的输出电流im作为再氧化电流is。
·第1检测装置算出基极电流ibas与再氧化电流is的差量id(＝ibas-is)。
·第1检测基于差量id，判定是否包含预定浓度以上的sox浓度。再者，差量id是0以上的值，所以其等于差量id的大小。
以下具体说明，第1检测装置在执行sox浓度检测的情况下，在第1电极41a与第2电极41b之间施加具有图3(b)所示的正弦波的电压波形的电压。此时，第1检测装置以会产生对已述的sox浓度检测有意义的电流变化的上述扫描速度(上述的频率范围内的频率)，执行预定电压范围的施加电压扫描(升压扫描和降压扫描)。
即，第1检测装置基于内燃机的空燃比a/f，确定施加电压扫描的电压范围(施加电压的扫描的上限电压和下限电压)。具体而言，如图7所示，施加电压扫描的下限电压被确定为：避免检测出用虚线r包围的内部电阻依赖区域的输出电流im，并成为比氧的极限电流范围的电压的最小值大的电压。该内部电阻依赖区域是输出电流im伴随着施加电压vm的增大而增大的区域。内部电阻依赖区域的施加电压vm的上限电压随着内燃机的空燃比a/f变稀(排气中的氧浓度变大)而变高。施加电压扫描的上限电压可以一定，也可以确定为随着施加电压扫描的下限电压变高而变高。再者，以下将施加电压扫描的电压范围的下限电压称为“施加电压扫描的下限电压(第1电压v1)”。
以下具体说明，内燃机的空燃比a/f变得越稀，则内部电阻依赖区域r的施加电压vm的上限电压变得越高。因此，第1检测装置中，内燃机的空燃比a/f变得越稀，则越提高施加电压扫描的下限电压(第1电压v1)，以使得施加电压扫描的电压范围不进入该内部电阻依赖区域r。
根据发明人的实验，在a/f＝14.5(化学计量燃烧)的情况下，优选第1电压v1为选自0.2v以上的值，第1检测装置将第1电压v1设定为0.2v。在a/f＝30的情况下，优选第1电压v1为选自0.3v以上的值，第1检测装置将第1电压v1设定为0.35v。
如上所述，在进行升压扫描和降压扫描的情况下，在排气中包含sox时，在升压扫描时sox分解而产生的s(硫)吸附于第1电极41a。在降压扫描时吸附于第1电极41a的s进行再氧化。
第1检测装置通过使用上述参数(＝差量id)检测再氧化电流变化，从而进行sox浓度的检测。即，第1检测装置根据图8的由线g1示出的输出电流im，预先取得降压扫描中的再氧化检测电压vsen中的输出电流im(基极电流ibas)并存储在rom中。而且，第1检测装置进行施加电压扫描，根据图8的由线g2示出的输出电流im，取得在降压扫描中的再氧化检测电压vsen中的输出电流im(再氧化电流is)。而且，第1检测装置算出基极电流ibas与再氧化电流is的差量id(id＝ibas-is：表示再氧化电流变化程度的参数)。第1检测装置基于差量id(差量id的大小)，进行sox浓度的检测(排气中有无预定浓度以上的sox的判定)。
<气体传感器的元件温度控制的概要>
此外，如上所述，如图3(a)所示，当成为时刻t0时，第1检测装置开始控制向加热器71供给的电力的通电控制，以利用加热器71加热固体电解质体41s，所述时刻t0是内燃机10的起动开始的时间点。具体而言，第1检测装置执行利用目标阻抗反馈的加热器通电控制。
即，第1检测装置在图9的由点p所示的定时，基于在第1电极41a与第2电极41b之间施加预定的高频电压(例如，频率为数khz～10khz的高频电压)时检测的电极电流im，算出元件部40的阻抗(元件阻抗)。具体而言，第1检测装置如图9的块b1所示，使施加电压从即将施加高频电压之前的施加电压，上升和下降δv，取得施加电压变化δv时的输出电流的变化量δi。第1检测装置通过将δv除以δi(δv/δi)，算出元件阻抗。
然后，第1检测装置控制向加热器71供给的电力，以使作为温度信息取得的元件阻抗与预先设定的目标阻抗一致(例如参照日本特开2002-71633号公报和日本特开2009-53108号公报等)。
再者，本说明书中，检测如上所述的元件阻抗的处理有时被称为“元件阻抗检测处理”。而且，进行“元件阻抗检测处理”，控制向加热器71供给的电力以使检测出的元件阻抗与预先设定的目标阻抗一致的元件温度控制，有时被称为“第1元件温度控制”。
如果更具体地说明第1元件温度控制则如下所述。第1检测装置通过进行“元件阻抗检测处理”，由此检测元件阻抗。在检测出的元件阻抗比预先设定的目标温度所对应的目标阻抗大的情况下，检测时间点的元件温度比目标温度低。因此，该情况下，第1检测装置增大对加热器71的通电控制量(具体而言，为占空比)，使单位时间的元件部40的加热量(对加热器71的供给电能)增大，由此控制元件温度以使元件温度接近目标温度。
另一方面，在检测出的元件阻抗比目标温度所对应的目标阻抗小的情况下，检测时间点的元件温度比目标温度高。因此，该情况下，第1检测装置减少对加热器71的通电控制量(占空比)，使单位时间的元件部40的加热量(对加热器71的供给电能)减少，由此控制元件温度以使元件温度接近目标温度。
由此，固体电解质体41s升温到体现氧离子传导性的温度以上的预定温度。然后，元件部40维持在预定温度(目标温度)。
此外，“元件阻抗检测处理”是对输出电流给予变化的处理，因此在进行该处理时，会发生因该处理引起的输出电流的变化。因此，在进行该处理期间，难以取得精度良好地表示再氧化电流变化的再氧化电流is。
此外，如果在施加电压扫描(尤其是降压扫描中)进行“元件阻抗检测处理”，则由于施加的高频电压对sox反应(sox的分解、向电极的吸附和从电极的脱离)造成影响，有可能产生包含噪音等在内的输出电流的变动。其结果，sox浓度检测的精度有可能降低。
因此，第1检测装置在进行sox检测用的施加电压控制的情况(从时刻t2即将开始时刻t3之前的期间)，进行包含取得再氧化电流is的定时的降压扫描的情况(从时刻ta到时刻tb的期间、和从时刻tc到时刻t3的期间)，停止“元件阻抗检测处理”。
由此，在取得再氧化电流is的定时，能够不进行“元件阻抗检测处理”，由此，能够取得精度良好地表示再氧化电流变化的再氧化电流is。而且，在进行降压扫描时，能够不进行“元件阻抗检测处理”，由此，能够降低施加的高频电压对sox反应造成的影响。这样的结果，第1检测装置能够精度良好地进行sox浓度检测。
此外，第1检测装置，控制对加热器71的通电从而控制元件温度，以在停止“元件阻抗检测处理”期间，保持在停止该检测处理的时间点的预定时间前(具体而言，是即将停止该检测处理之前)检测出的元件阻抗，并且将对加热器71供给的电力设为预定电力。具体而言，进行控制以维持停止检测处理的时间点的预定时间前的对加热器71的通电控制量(占空比)，并将对加热器71供给的电力维持在预定值。再者，这样的元件温度控制有时称为“第2元件温度控制”。再者，可以维持预先设定的通电控制量(占空比)进行对加热器71供给的电力的控制，也可以进行对加热器71供给的电力的控制，以在停止“元件阻抗检测处理”期间”供给预先设定的预定电能。
进行sox检测用的施加电压控制的期间，是没那么长、并且运转条件称为稳定状态的期间。因此，即使将“第2元件温度控制”限定为仅在进行降压扫描的期间，元件温度也会保持在适合于sox检测温度的温度，变化达到对sox浓度检测的精度造成影响那样程度的可能性低。
<具体工作>
接着，说明第1检测装置的具体工作。每经过预定时间，ecu20的cpu(以下，简单称为“cpu”)使用气体传感器30，执行由图10至图12的流程图示出的各个程序。
再者，在搭载于车辆的未图示的点火钥匙开关从关闭位置向打开位置变更时，这些程序中使用的下述标志值在由cpu执行的初始化程序中设定为“0”。
·传感器活性标志xact：当传感器活性标志xact的值为“1”的情况下，表示气体传感器30为“传感器活性的状态”。当传感器活性标志xact的值为”0”的情况下，表示气体传感器30不是“传感器活性的状态”(处于传感器非活性状态)。
·电流取得完成标志xa：电流取得完成标志xa的值为“1”的情况下，表示在当前时间点差量id的计算所需要的“再氧化电流is”的取得完成。当电流取得完成标志xa的值为”0”的情况下，表示在当前时间点“再氧化电流is”的取得没有完成。
·施加电压扫描执行标志xsw：当施加电压扫描执行标志xsw的值为“1”的情况下，表示在当前时间点施加电压扫描(sox检测用的施加电压控制)为执行中。当施加电压扫描执行标志xsw的值为“0”的情况下，表示在当前时间点施加电压扫描不是执行中。
·sox浓度检测完成标志xsox：当sox浓度检测完成标志xsox的值为“1”的情况下，表示在当前时间点sox浓度检测完成。当sox浓度检测完成标志xsox的值为“0”的情况下，表示在当前时间点sox浓度检测没有完成。
cpu在成为预定的定时时，从图10示出的传感器活性判定程序的步骤1000开始处理，进入步骤1010，判定传感器活性标志xact的值是否为“0”。
当前时间点在点火钥匙开关刚变更为开始位置后，传感器活性标志xact的值为“0”。该情况下，cpu在步骤1010中判定为“是”并进入步骤1020，判定是否为发动机起动后(内燃机10起动后)。
当是发动机起动后的情况下，cpu在步骤1020中判定为“是”并进入步骤1030，利用公知的方法判定气体传感器30是否正常。例如，cpu在内燃机10的上一次运转中为a/f检测中(即，将施加电压vm设定在氧浓度检测用的电压vaf期间)的情况下内燃机10的运转状态从燃料喷射状态变为燃料切断状态时，输出电流im不变化时，判定为气体传感器30异常，将该意思记录于在点火钥匙开关为停止中也能够保持存储内容的备份ram中。然后，cpu在本程序的步骤1030中基于该备份ram的存储内容判定气体传感器30是否正常。
在气体传感器30正常的情况下，cpu在步骤1030中判定为“是”并依次执行以下所述的步骤1040～步骤1050后，进入步骤1055。
步骤1040：cpu执行第1元件温度控制。即，cpu执行元件阻抗检测处理，控制对加热器71供给的电力，以使检测出的元件阻抗与预先设定的目标阻抗一致。
步骤1050：cpu在第1电极41a与第2电极41b间施加氧浓度检测用(即，a/f检测用)的施加电压vaf(具体而言为0.3v)。即，cpu将施加电压vm设定为氧浓度检测用的施加电压vaf。
进入步骤1055时，cpu判定气体传感器30是否有活性(是否有传感器活性)。具体而言，cpu判定步骤1040中取得的元件阻抗是否是比传感器活性判定值小的值。在气体传感器30没有传感器活性的情况下，cpu在步骤1055中判定为“否”并进入步骤1095，暂时结束本程序。
相对于此，在气体传感器30有传感器活性的情况下，cpu在步骤1055中判定为“是”并进入步骤1060，并将传感器活性标志xact的值设定为“1”。然后，cpu进入步骤1095，暂时结束本程序。
再者，在cpu执行步骤1010的处理的时间点，传感器活性标志xact的值不是“0”的情况下，cpu在步骤1010中判定为“否”并进入步骤1095，暂时结束本程序。而且，在cpu执行步骤1020的处理的时间点，不是发动机起动后的情况下，cpu在步骤1020中判定为“否”并进入步骤1095，暂时结束本程序。而且，在cpu执行步骤1030的处理的时间点，气体传感器30不正常的情况下，cpu在步骤1030中判定为“否”并进入步骤1095，暂时结束本程序。
接着，参照图11说明再氧化电流取得程序。当成为预定定时时，cpu从图11的步骤1100起开始处理，进入步骤1105，判定传感器活性标志xact的值是否为“0”。
再氧化电流取得程序在气体传感器30成为有传感器活性、传感器活性标志xact的值设定为“1”的时间点以后的情况下，实质地发挥功能。
因此，在传感器活性标志xact的值不是“1”的情况下(即，传感器活性标志xact的值是“0”的情况下)，cpu在步骤1105中判定为“否”并进入步骤1195，暂时结束本程序。
相对于此，在传感器活性标志xact的值通过图10的步骤1060的处理设定为“1”的情况下，cpu在步骤1105中判定为“是”并进入步骤1110，判定表示施加电压扫描是否在执行中的施加电压扫描执行程序xsw的值是否为“0”。
在施加电压扫描执行程序xsw的值为“0”的情况下，cup在步骤1110中判定为“是”并进入步骤1115，基于从气体传感器30取得的输出电流im检测氧浓度，并将该氧浓度应用于预定的查找表(也称为“映射”)，由此算出内燃机的空燃比a/f，然后进入步骤1120。再者，在执行步骤1110的处理的时间点是施加电压扫描的执行开始后、且施加电压扫描执行程序xsw的值为“1”的情况下(参照后述的步骤1150)，cpu在步骤1110中判定为“否”并直接进入步骤1120。
cpu进入步骤1120时，基于从各种传感器(ne传感器21和水温传感器22等)取得的信息，判定是否满足下述的构成sox检测条件的全部条件。在满足下述的全部条件时，sox检测条件成立。
<<sox检测条件>>
●内燃机10为暖机后的状态(即，冷却水温thw为暖机水温thwth以上)。
●气体传感器30有传感器活性。
●不是燃料切断(fuelcut)状态。
●内燃机的空燃比a/f稳定。即，内燃机10的运转状态为怠速状态或车辆的驾驶状态为稳定行驶状态。再者，通过判定“油门踏板操作量ap为“0”、并且内燃机转速ne为预定转速以下的状态”是否持续了预定怠速时间以上，来判定内燃机10的运转状态是否为怠速状态。通过判定“油门踏板操作量ap的单位时间的变化量为操作变化量阈值以下、并且利用未图示的车速传感器检测出的车辆速度的单位时间的变化量为车速变化量阈值以下的状态”是否持续了预定稳定行驶时间阈值以上，来判定车辆的驾驶状态是否为稳定行驶状态。
●点火钥匙开关从关闭位置变更为打开位置后，在变更为关闭位置前(即，在本次内燃机10起动后)，一次也没有进行sox浓度检测(sox浓度检测完成标志xsox的值不是“1”)。
在sox检测条件成立的情况下，cpu在步骤1120中判定为“是”并进入步骤1125，判定施加电压扫描执行标志xsw的值是否为“0”。如后所述，施加电压扫描执行标志xsw的值为“1”的情况下，已经取得即将进行施加电压扫描之前的(用于a/f检测的)输出电流iaf(参照步骤1130和步骤1150)。因此，在施加电压扫描执行标志xsw的值为“0”的情况下，尚未取得即将进行施加电压扫描之前的输出电流iaf。
因此，在施加电压扫描执行标志xsw的值是“0”的情况下，cpu在步骤1125中判定为“是”并进入步骤1130，取得该时间点的输出电流im作为输出电流iaf(施加电压vm为氧浓度检测用的电压vaf时的输出电流im)，基于该取得的输出电流iaf检测氧浓度，将该氧浓度应用于预定的查找表，由此算出内燃机的空燃比a/f。
然后，cpu进入步骤1135，将基于取得的输出电流iaf算出的空燃比a/f应用于查找表m1，由此确定施加电压扫描的扫描电压范围(下限电压(第1电压v1)和上限电压(第2电压v2))、以及再氧化电流检测电压vsen。然后，cpu进入步骤1145。
相对于此，cpu在执行步骤1125的处理的时间点，当施加电压扫描执行标志xsw的值不为”0”的情况下，cpu在该步骤1125中判定为“否”并直接进入步骤1145。
cpu进入步骤1145时，以步骤1135中确定了的扫描电压范围和预定的施加电压扫描速度(周期＝1秒)执行施加电压扫描。即，以该扫描条件执行施加2周期的正弦波电压的处理。再者，在步骤1145的处理的时间点已经执行施加电压扫描的情况下(在步骤1125判定为“否”的情况下)，cpu继续该施加电压扫描的执行。
然后，cpu进入步骤1150，将施加电压扫描执行标志xsw的值设定为“1”。然后，cpu进入步骤1155，判定当前时间点是否为2个循环的施加电压扫描的各循环的降压扫描中。
在当前时间点不是降压扫描中的情况下(即，是升压扫描中的情况下)，cpu在步骤1155中判定为“否”并进入步骤1190，执行第1元件温度控制。再者，在执行步骤1155的处理的时间点已经执行了第1元件温度控制的情况下，cpu继续该第1元件温度控制，在执行了第2元件温度控制的情况下，cpu停止第2元件温度控制，执行第1元件温度控制。然后，cpu进入步骤1195，暂时结束本程序。
在当前时间点为降压扫描中的情况下，cpu在步骤1155中判定为“是”并进入步骤1160，进行第2元件温度控制。即，cpu停止元件阻抗检测处理，进行控制以保持即将停止该检测处理之前的元件阻抗，并维持基于保持的元件阻抗确定的检测处理即将停止之前的加热器71的通电控制量(占空比)，将对加热器71供给的电力维持在即将停止元件阻抗检测处理之前的电力。
再者，在执行步骤1160的处理的时间点，已经执行第2元件温度控制的情况下，cpu继续该第2元件温度控制，在执行了第1元件温度控制的情况下，cpu停止第1元件温度控制，执行第2元件温度控制。
然后，cpu进入步骤1165，判定当前时间点是否为再氧化电流is的取得定时。具体而言，cpu判定是否为2个循环的施加电压扫描的各循环的降压扫描中，并且施加电压vm是否与再氧化电流检测电压vsen一致。在当前时间点为再氧化电流is的取得定时的情况下，cpu在步骤1165中判定为“是”并进入步骤1170，取得该时间点的输出电流im作为再氧化电流is(n)并且存储于ram中。然后，cpu进入步骤1175。
相对于此，cpu在执行步骤1165的处理的时间点，该时间点不是再氧化电流is的取得定时的情况下，cpu在该步骤1165中判定为“否”，并直接进入步骤1175。
cpu进入步骤1175时，判定施加电压扫描是否结束了2个循环。
在施加电压扫描没有结束2个循环的情况下，cpu在步骤1175中判定为“否”，直接进入步骤1195暂时结束本程序。相对于此，在施加电压扫描结束了2个循环的情况下，cpu在步骤1175中判定为“是”，依次进行以下所述的步骤1180～步骤1185的处理后，进入步骤1190，执行已述的步骤1190的处理。然后，cpu进入步骤1195，暂时结束本程序。
步骤1180：cpu将施加电压扫描执行标志xsw的值设定为”0”(清除)，并且将电流取得完成标志xa的值设定为”1”。
步骤1185：cpu将施加电压vm设定为氧浓度检测用的施加电压vaf。
再者，在执行步骤1120的处理的时间点，不满足sox检测条件的情况下，cpu在步骤1120中判定为”否”并进入步骤1191，将施加电压vm设定为氧浓度检测用的施加电压vaf，将施加电压扫描执行标志xsw的值设定为”0”(清除)。然后，cpu进入步骤1192，进行第1元件温度控制。再者，在执行步骤1192的处理的时间点，cpu已经执行了第1元件温度控制的情况下，继续该第1元件温度控制，在执行了第2元件温度控制的情况下，cpu停止第2元件温度控制，执行第1元件温度控制。然后，cpu进入步骤1195，暂时结束本程序。
通过执行该图11的程序，取得2个循环的施加电压扫描的各循环的再氧化电流is(1)和is(2)并存储于ram中。
接着，参照图12说明sox浓度判定程序。cpu在成为预定的定时时，从图12的步骤1200开始处理进入步骤1205，判定电流取得完成标志xa的值是否为”1”。
sox浓度判定程序在电流取得完成标志xa的值为”1”的情况下实质地发挥功能。因此，当电流取得完成标志xa的值不是”1”的情况下，cpu在步骤1205中判定为”否”并进入步骤1295，暂时结束本程序。
相对于此，当电流取得完成标志xa的值由于图11的步骤1180的处理而被设定为”1”的情况下，cpu在步骤1205中判定为”是”，依次执行以下所述的步骤1210～步骤1220的处理后，进入步骤1225。
步骤1210：cpu算出取得的再氧化电流is(1)和is(2))的平均值(平均再氧化电流iave)。
步骤1215：cpu将本次的施加电压扫描的扫描电压范围(该扫描电压范围的下限电压(第1电压v1)和上限电压(第2电压v2))应用于未图示的查找表mapbse，由此取得基极电流ibas和阈值差量idth。此时，cpu也可以将在之前的步骤1130中取得的内燃机的空燃比a/f应用于查找表mapbse。再者，基极电流ibas如前所述，是对于作为不含有sox的被检测气体的排气在该a/f和该电压范围执行施加电压扫描时的、再氧化电流检测电压vsen下的输出电流im。阈值差量idth是对于判定排气中是否包含预定浓度以上的sox来说合适的值，通过预先进行实验等来确定。即，对于阈值差量idth，设定向燃料先混入容许范围的上限的浓度的硫(s)，此时在与上述相同的条件(与实际检测排气中的sox浓度的情况相同的条件)下进行了施加电压扫描时的差量id。再者，该情况的所谓相同的条件，是施加电压扫描的电压波形、施加电压扫描的施加电压范围、施加电压扫描的扫描速度和内燃机的空燃比等相同。
步骤1220：cpu算出差量id＝“ibas-iave”。差量id为0以上的值，因此“差量id”与“差量id的大小”相等。
cpu进入步骤1225时，判定算出的差量id(因此是差量id的大小)是否为阈值差量idth以上。在差量id为阈值差量idth以上的情况下，cpu在步骤1225中判定为“是”并进入步骤1230，判定为排气中包含预定浓度(确定了阈值差量idth时为上限浓度)以上的sox。此时，cpu可以在备份ram内存储排气中包含预定浓度以上的sox的意思(或者，燃料中混入了超过容许值的s的意思)，也可以点亮预定的警告灯。然后，cpu进入步骤1235，sox检测完成标志xsox的值设定为”1”。然后，cpu进入步骤1295，暂时结束本程序。
相对于此，当sox检测用参数id不是阈值差量idth以上的情况下(即，低于阈值差量idth的情况下)，cpu在步骤1225中判定为“否”并进入步骤1240，判定为排气中不包含预定浓度以上的sox。此时，cpu可以在备份ram内存储排气中不包含预定浓度以上的sox的意思(或者，燃料中没有混入超过容许值的s的意思)，也可以熄灭预定的警告灯。然后，cpu进入步骤1235，将sox检测完成标志xsox的值设定为”1”。然后，cpu进入步骤1295，暂时结束本程序。
如以上说明那样，第1检测装置进行包含取得检测sox浓度的再氧化电流is的定时的降压扫描时，停止第1元件温度控制(元件阻抗检测处理)，执行第2元件温度控制。
由此，在取得再氧化电流is的定时不进行“元件阻抗检测处理”，因此第1检测装置能够取得精度良好地表示再氧化电流变化的再氧化电流is。因此，能够降低由于执行“元件阻抗检测处理”而使取得适当表示“再氧化电流变化的程度”的参数(id)变困难的可能性。而且，在进行了降压扫描时不进行“元件阻抗检测处理”，因此第1检测装置能够降低施加的高频电压对sox反应造成的影响。而且，第1检测装置通过仅在进行降压扫描的期间进行“第2元件温度控制”，元件温度被保持在适合于sox浓度检测的温度，能够不变化到对sox浓度检测的精度造成影响的程度。这样的结果，第1检测装置能够精度良好地进行sox浓度检测。
<第1变形例>
接着，对于本发明的第1变形例涉及的气体检测装置(以下，有时称为“第1变形检测装置”)进行说明。
第1检测装置通过比较差量id的大小和阈值差量idth，来判定了排气中是否包含预定浓度以上的sox。相对于此，第1变形检测装置如下所述，可以基于差量id取得排气中的sox浓度。
例如，cpu可以替代图12示出的sox浓度判定程序，执行图13示出的sox浓度判定程序。该图13示出的程序是替代图12示出的程序的“步骤1225、步骤1230和步骤1240”的处理，执行“步骤1310的处理”的程序。因此，以下主要说明图13的“步骤1310”的处理。
cpu在图13的步骤1220中算出差量id时进入步骤1310，将其差量id应用于查找表map1(id)，由此取得排气中的sox浓度。再者，ecu20的rom(存储部)存储有“差量id与排气中的sox浓度的关系”作为查找表map1(id)(参照图13的块ba)。该查找表能够通过预先进行实验等而得到。
第1变形检测装置能够获得与第1检测装置同样的效果。而且，第1变形检测装置作为表示难以受到排气所含的sox以外的含氧成分的影响的再氧化电流变化程度的参数使用上述差量id，并使用rom所存储的查找表map1(id)取得上述差量id所对应的排气中的sox的浓度。因此，能够精度良好地检测排气中的硫氧化物的浓度。
<第2实施方式>
接着，对于本发明的第2实施方式涉及的气体检测装置(以下，有时称为“第2检测装置”)进行说明。第2检测装置仅在以下方面与第1检测装置不同。
●第1检测装置在进行sox检测用的施加电压控制的情况下，进行升压扫描的情况下执行第1元件温度控制，而进行降压扫描的情况下停止第1元件温度控制，执行第2元件温度控制。相对于此，第2检测装置在进行sox检测用的施加电压控制的情况下(进行升压扫描的情况和进行降压扫描的情况)，都执行第2元件温度控制。
以下，以该不同点为中心进行说明。
<工作的概要>
如图14所示，第2检测装置在进行sox检测用的施加电压控制的情况下(从时刻t2到时刻t3的期间)，执行第2元件温度控制。
第2元件温度控制如上所述，停止“元件阻抗检测处理”，并控制向加热器71的通电，控制元件温度，以保持即将停止该检测处理之前的元件阻抗，并且使向加热器71供给的电力成为预定电力。具体而言，在第2检测装置中，进行控制以维持预先设定的通电控制量(占空比)，将向加热器71供给的电力维持为预定值。再者，在第2检测装置中，可以控制向加热器71供给的电力以使停止”元件阻抗检测处理”的期间预先设定的预定的电能向加热器71供给。
预先设定的加热器71的通电控制量或预定的电能，在进行sox检测用的施加电压控制的期间，被设定为元件温度保持在适合于sox浓度检测的温度的大小。再者，可以与第1检测装置同样地，进行控制以维持停止元件阻抗检测处理的时间点的预定时间前的向加热器71的通电控制量(占空比)，将向加热器71供给的电力维持为预定值。
<具体的工作>
接着，具体说明第2检测装置。每经过预定时间，ecu20的cpu使用气体传感器30，替代图10、图11执行由图15和图12的流程图示出的各个程序。基于图10和图12示出的程序的工作与基于第1检测装置的那些程序的工作相同，已经说明完毕。因而，省略那些说明。
以下，参照图15对于第2检测装置的工作进行说明。图15的程序仅在删除了图11的步骤1155这一点、和图11的步骤1160被替换为下述步骤1560这一点上，与图12的程序不同。
步骤1560：cpu进行第2元件温度控制。即，停止元件阻抗检测处理，保持在即将停止该检测处理之前的元件阻抗，并且将加热器71的通电控制量(占空比)设定为预先确定的通电控制量(占空比)。
再者，在执行步骤1560的处理的时间点已经执行了第2元件温度控制的情况下，继续该第2元件温度控制，在执行了第1元件温度控制的情况下，停止第1元件温度控制，执行第2元件温度控制。
根据图15的程序，cpu在施加电压扫描的执行中(参照图15的步骤1145和步骤1150)，执行第2元件温度控制(参照图15的步骤1560)，结束2个循环的施加电压扫描(在图15的步骤1175为“是”的判定)，停止第2元件温度控制，执行第1元件温度控制(图15的步骤1190)。
如以上说明那样，第2检测装置能够获得与第1检测装置同样的效果。而且，第2检测装置除了在进行降压扫描的情况以外，在进行升压扫描的情况下也不进行”元件阻抗检测处理”，因此能够进一步降低施加的高频电压对sox反应造成的影响。这样的结果，第2检测装置能够精度良好地进行sox浓度检测。
<第2变形例>
接着，对于本发明的第2变形例涉及的气体检测装置(以下，有时称为“第2变形检测装置”)进行说明。
第2检测装置通过比较差量id的大小和阈值差量idth，来判定排气中是否包含预定浓度以上的sox。相对于此，第2变形检测装置如下所述，可以基于差量id取得排气中的sox浓度。
例如，cpu可替代图12示出的sox浓度判定程序，执行图13示出的sox浓度判定程序。该图13示出的程序已经说明完毕。因而，省略其说明。
如以上说明那样，第2变形检测装置能够获得与第2检测装置同样的效果。而且，第2变形检测装置作为表示难以受到排气所含的sox以外的含氧成分的影响的再氧化电流变化程度的参数，使用上述差量id，并使用rom所存储的查找表mapnd取得上述差量id所对应的排气中的sox浓度。因此，能够精度良好地检测排气中的硫氧化物浓度。
<其他变形例>
以上，具体说明了本发明的各实施方式，但本发明不限定于上述实施方式，可采用基于本发明的技术思想的各种变形例。
上述的各实施方式和各变形例可以在执行第2元件温度控制的情况下，维持基于从执行第1元件温度控制的期间之中选出的预定期间(例如，从停止第1元件温度控制的时间点的预定时间前直到即将停止前的时间点的期间)的加热器71的通电控制量确定的值(例如，占空比的平均值)，进行向加热器71供给的电力的控制。
上述的各实施方式和各变形例中，施加电压vm不限于“成为低于sox的分解开始电压的电压即再氧化电流检测电压vsen时的输出电流im”，只要是与在降压扫描中施加电压vm低于sox的分解开始电压的期间的输出电流im具有相关性的值，就可以取得该值作为再氧化电流is。例如，各实施方式可以在降压扫描中取得施加电压vm成为检测用电压范围内的期间的输出电流im的最小值作为再氧化电流is。该情况下，检测用电压范围在比降压扫描的下限电压(第1电压v1)高的预定电压以上、并且sox的分解开始电压(0.6v)以下的预定电压以下的范围。
上述的各实施方式不限于上述的差量id，只要是与降压扫描中施加电压vm成为检测用电压范围内的期间的输出电流im具有相关性的值，就可以取得该值作为“用于检测再氧化电流变化的参数”。
此外，例如施加电压扫描的电压波形不限于图3(b)和图3(c)示出的波形，只要是电压连续变化、并且吸附于第1电极41a的硫进行再氧化反应所引起的再氧化电流变化从施加电压扫描的降压扫描的某一时间点起变得极其显著的降压速度下可进行降压扫描，就可以为任意的波形(例如三角波)。