特許 5746233 ＳＯ２濃度検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5746233

(24)【登録日】2015年5月15日

(45)【発行日】2015年7月8日

(54)【発明の名称】ＳＯ２濃度検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/416 20060101AFI20150618BHJP

   F01N 3/00 20060101ALI20150618BHJP

   G01N 27/41 20060101ALI20150618BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/46 331

   F01N3/00 F

   G01N27/46 325N

   G01N27/46 325K

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-4509(P2013-4509)

(22)【出願日】2013年1月15日

(65)【公開番号】特開2014-137228(P2014-137228A)

(43)【公開日】2014年7月28日

【審査請求日】2014年4月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社日本自動車部品総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106150

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100082175

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 守

(74)【代理人】

【識別番号】100113011

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 秀和

(72)【発明者】

【氏名】加藤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】寺西 真哉

(72)【発明者】

【氏名】青木 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】若尾 和弘

【審査官】 黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２２３６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３５２０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５１９６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−１００４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２９７１７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 Chiou-Yen Chiou et al.，Amperometric SO2 gas sensors based on solid polymer electrolytes，Sensor and Actuator B，２００２年，Vol.87，p.1-7

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／４１６

Ｆ０１Ｎ ３／００

Ｇ０１Ｎ ２７／４１

Ｇ０１Ｎ ２７／４０９

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化物イオン伝導性を有する固体電解質と、前記固体電解質の両面に設けられた一対の電極とを備え、前記一対の電極間に所定電圧を印加した際に内燃機関からの排気中の特定成分の濃度に応じて生じる限界電流に基づいて排気空燃比を検出する空燃比センサと、
前記内燃機関の排気空燃比がストイキよりもリッチ側にある場合、前記所定電圧を含む限界電流域の基準電圧と、前記限界電流域よりも高電圧域のＳＯ_２検出用電圧とを前記一対の電極間に印加し、前記ＳＯ_２検出用電圧の印加時に前記空燃比センサから出力されるＳＯ_２検出用出力と、前記基準電圧の印加時に前記空燃比センサから出力される基準出力との出力差が設定値以下となるまでに生じた前記ＳＯ_２検出用出力および前記基準出力の履歴を用いて、前記内燃機関からの排気中のＳＯ_２濃度を検出するＳＯ_２濃度検出手段と、
を備えることを特徴とするＳＯ_２濃度検出装置。

【請求項2】

前記一対の電極は、前記固体電解質の排気接触面に設けられた検知電極を備え、
前記検知電極が、アルカリ土類金属および希土類金属の少なくとも１つを０．１〜５．０ｗｔ％含むことを特徴とする請求項１に記載のＳＯ_２濃度検出装置。

【請求項3】

前記ＳＯ_２濃度検出手段は、前記出力差が前記設定値以下となった場合、前記排気空燃比をストイキよりもリッチ側に制御すると共に、前記一対の電極に吸着したＳ成分が脱離可能な所定温度まで前記空燃比センサを加熱することを特徴とする請求項１または２に記載のＳＯ_２濃度検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＳＯ_２濃度検出装置に関し、より詳細には、内燃機関からの排気中のＳＯ_２濃度を検出可能なＳＯ_２濃度検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、内燃機関から排出される特定成分の濃度をセンサによって検出することが公知である。例えば、特許文献１には、内燃機関の排気通路に設置したセンサを用い、排気中のＳＯｘ濃度を検出する手法が開示されている。このセンサは、排気空燃比がリーンのときに排気中のＳ成分を捕捉し、排気空燃比がストイキまたはリッチのときに捕捉したＳ成分を放出する触媒と、該触媒の温度を測定する温度測定装置とを備えている。このセンサを用いた排気中のＳＯｘ濃度の検出手法は、次のとおりである。即ち、排気空燃比をリーン、リッチの順に制御して上記触媒に排気中のＳ成分を捕捉、放出させ、この放出の際に発生する熱量を該温度測定装置で測定する。そして、上記触媒に捕捉されたＳ成分量と、測定した発熱量との相関に基づいて、排気中のＳＯｘ濃度を推定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２４４２７９号公報

【特許文献2】特開平１０−０７３５６１号公報

【特許文献3】特開平１１−１３２９９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１のセンサは、上記触媒のＳ吸着特性に着目したものであり、このようなＳ吸着特性を備える上記触媒は、上記特許文献１でのＳＯｘ濃度検出に必須である。故に、このセンサは、ＳＯｘ濃度検出のための専用のセンサであると言える。専用のセンサであれば、既設センサとは別に搭載する必要が生じる。従って、搭載スペースの問題やコストアップの問題が避けられない。

【0005】

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、専用のセンサを用いることなく排気中のＳＯ_２濃度を検出可能なＳＯ_２濃度検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の発明は、上記の目的を達成するため、ＳＯ_２濃度検出装置であって、
酸化物イオン伝導性を有する固体電解質と、前記固体電解質の両面に設けられた一対の電極とを備え、前記一対の電極間に所定電圧を印加した際に内燃機関からの排気中の特定成分の濃度に応じて生じる限界電流に基づいて排気空燃比を検出する空燃比センサと、
前記内燃機関の排気空燃比がストイキよりもリッチ側にある場合、前記所定電圧を含む限界電流域の基準電圧と、前記限界電流域よりも高電圧域のＳＯ_２検出用電圧とを前記一対の電極間に印加し、前記ＳＯ_２検出用電圧の印加時に前記空燃比センサから出力されるＳＯ_２検出用出力と、前記基準電圧の印加時に前記空燃比センサから出力される基準出力との出力差が設定値以下となるまでに生じた前記ＳＯ_２検出用出力および前記基準出力の履歴を用いて、前記内燃機関からの排気中のＳＯ_２濃度を検出するＳＯ_２濃度検出手段と、を備えることを特徴とする。

【0007】

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記一対の電極は、前記固体電解質の排気接触面に設けられた検知電極を備え、
前記検知電極が、アルカリ土類金属および希土類金属の少なくとも１つを０．１〜５．０ｗｔ％含むことを特徴とする。

【0008】

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ＳＯ_２濃度検出手段は、前記出力差が前記設定値以下となった場合、前記排気空燃比をストイキよりもリッチ側に制御すると共に、前記一対の電極に吸着したＳ成分が脱離可能な所定温度まで前記空燃比センサを加熱することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明者らは、内燃機関の排気空燃比がストイキよりもリッチ側にある場合において、上記限界電流域の基準電圧と上記ＳＯ_２検出用電圧とを上記一対の電極間に印加した際のセンサ出力（上記ＳＯ_２検出用出力および上記基準出力）の履歴と、上記一対の電極の表面に吸着したＳＯ_２の量との相関を見出した。第１の発明はこの知見に基づくものであり、第１の発明によれば、既設の空燃比センサを用いて排気中のＳＯ_２濃度を検出できる。即ち、専用のセンサを用いることなく排気中のＳＯ_２濃度を検出できる。

【0010】

また、本発明者らは、上記空燃比センサの検知電極に、アルカリ土類金属および希土類金属の少なくとも１つを０．１〜５．０ｗｔ％含有させることで、該検知電極へのＳＯ_２の吸着促進と、吸着ＳＯ_２によるセンサ被毒からの回復容易性との両立を図ることができることを見出した。第２の発明はこの知見に基づくものであり、第２の発明によれば、上記第１の発明によるＳＯ_２濃度の検出に好適な空燃比センサを提供できる。

【0011】

上記第１の発明において、上記ＳＯ_２検出用電圧を上記一対の電極間に印加すると、上記一対の電極の表面に吸着したＳＯ_２がＳへと還元され、このＳは上記一対の電極上に吸着し続ける。この点、第３の発明によれば、上記出力差が上記設定値以下となった場合、上記排気空燃比をストイキよりもリッチ側に制御すると共に、上記一対の電極に吸着したＳ成分が脱離可能な所定温度まで上記空燃比センサを加熱するので、ＳＯ_２濃度の検出に必要な電流データの取得を終了した直後から、上記一対の電極上のＳを脱離させることができる。即ち、上記一対の電極上のＳを最適なタイミングで脱離させて、次回以降に行うＳＯ_２濃度の検出精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施の形態のＳＯ_２濃度検出装置の構成を示す図である。

【図2】図１のＡ／Ｆセンサ１４のセンサ素子の断面模式図である。

【図3】Ａ／Ｆセンサ１４の電流−電圧特性図である。

【図4】センサ周囲のＳＯ_２濃度を１００ｐｐｍ、空燃比をリッチ（固定値）とした測定条件でのＡ／Ｆセンサ１４の電流−電圧特性図である。

【図5】図４の測定条件のうちのＳＯ_２濃度を変えて、Ａ／Ｆセンサ１４の電流−電圧特性を調査した結果を示す図である。

【図6】空燃比リッチ条件でのＳＯ_２の還元イメージを示した図である。

【図7】ＳＯ_２還元電流の積算値とセンサ周囲のＳＯ_２濃度との関係を示した図である。

【図8】ガス感度およびセンサ再生し易さと、アルカリ土類金属の添加量との関係を示した図である。

【図9】ＥＣＵ１６により実行されるＳＯ_２濃度検出ルーチンを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［装置構成の説明］
以下、図１乃至図９を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態のＳＯ_２濃度検出装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態のＳＯ_２濃度検出装置は、車両動力源としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０の気筒数および気筒配置は特に限定されない。エンジン１０の排気通路１２には、Ａ／Ｆセンサ１４が配置されている。Ａ／Ｆセンサ１４は、電圧の印加に伴い排気中の酸素濃度等に応じた電流信号を出力する限界電流式のセンサである（詳細は後述）。

【0014】

また、本実施の形態のＳＯ_２濃度検出装置は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１６を備えている。ＥＣＵ１６の入力側には、上述したＡ／Ｆセンサ１４や、エンジン１０の制御に必要な各種センサ（例えば、エンジン回転数を検出するクランク角センサ、吸入空気量を検出するエアフロメータなど）が電気的に接続されている。一方、ＥＣＵ１６の出力側にはエンジン１０の各気筒に燃料を噴射するインジェクタ（図示しない）などの各種アクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ１６は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータ等を作動させることにより、エンジン１０の運転に関する種々の制御を実行する。

【0015】

［Ａ／Ｆセンサ１４］
図２は、図１のＡ／Ｆセンサ１４のセンサ素子の断面模式図である。図２に示すように、センサ素子２０は、安定化ジルコニアからなる固体電解質２２を備えている。安定化ジルコニアは例えばジルコニウム系の固体電解質（ＺｒＯ_２−Ｍ_２Ｏ_３固溶体またはＺｒＯ_２−ＭＯ固溶体（Ｍ：Ｙ、Ｙｂ、Ｇｄ、ＣａまたはＭｇ））であり、高温で酸素イオン導電性を示す。

【0016】

また、センサ素子２０は、固体電解質２２の両面に形成された電極２４，２６を備えている。電極２４，２６はＰｔを主成分とし、リード線（図示しない）で電気的に接続されている。なお、電極２６の好ましい副成分およびその添加量については、後述する。電極２４は、大気導入用のエアダクト２８側に配置され、ヒータ基材３０と対向している。ヒータ基材３０はセラミック（例えばアルミナなど）からなり、車載のバッテリ電源（図示しない）からの通電により発熱する発熱体３２を内蔵している。電極２６の上方には、電極２６を覆うように拡散層３４が配置されている。拡散層３４は例えば耐熱性の多孔質セラミック（例えば多孔質アルミナなど）からなる。

【0017】

排気通路１２を流れる排気は、拡散層３４を流れて電極２６に接触する。この際、電極２４，２６の間に電圧を印加すると、排気空燃比に応じて電流が流れる。具体的に、リーン側の領域（Ａ／Ｆ＞１４．７）では、排気中の余剰Ｏ_２が電極２６で反応し、電子を受け取ってイオン化する。この酸素イオン（Ｏ^２−）が固体電解質２２の内部を移動し、電極２４に到達する。このＯ^２−の移動により、電極２４から電極２６に向かって電流が流れる。なお、電極２４に到達したＯ^２−は、電子の脱離に伴いＯ_２に戻り、エアダクト２８に排出される。一方、リッチ側の領域（Ａ／Ｆ＜１４．７）では、エアダクト２８内のＯ_２が電極２４で反応し、電子を受け取ってＯ^２−に変わる。このＯ^２−が固体電解質２２の内部を移動し、電極２６に到達すると、排気中の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ_２など）と反応してＣＯ_２やＨ_２Ｏに変換される。このＯ^２−の移動により、電極２６から電極２４に向かって電流が流れる。

【0018】

［Ａ／Ｆセンサ１４を用いた排気空燃比の検出手法］
次に、図３を参照しながら、Ａ／Ｆセンサ１４を用いた排気空燃比の検出手法を簡単に説明する。図３は、Ａ／Ｆセンサ１４の電流−電圧特性図である。図３に示すように、電極２４，２６の間に印加する電圧を変化させても電流が殆ど変化せず一定となる領域が存在する。この電流値は限界電流値と呼ばれ、この限界電流値に対応する電圧領域は限界電流域と呼ばれる。また、図３に示すように、この限界電流値は、排気空燃比がリーン側になるほど増大し、排気空燃比がリッチ側になるほど減少する。Ａ／Ｆセンサ１４による排気空燃比検出は、このような相関に基づいて行われる。具体的に、限界電流域の所定電圧（例えば０．３Ｖ）を電極２４，２６の間に印加し、その際にＡ／Ｆセンサ１４から出力される電流信号を取得する。そして、この電流信号を限界電流値と照合することで排気空燃比が検出される。

【0019】

［本実施の形態の特徴］
ところで、図３に示すように、限界電流域よりも高電圧側では、電流値が増大する領域が存在する。この領域は過電流域と呼ばれ、電流値が増加するのは、センサ素子２０（具体的には電極２６の表面）に吸着した電解質の還元により生じる電子伝導が寄与しているとされている。この電流値の増加現象に着目して、本発明者らは研究を重ねた結果、電極２６の表面に吸着したＳＯ_２の量（以下、「電極表面ＳＯ_２吸着量」ともいう。）と、該電流値の経時変化との間に相関を見出した。この知見について、図４乃至図６を参照しながら説明する。

【0020】

図４は、センサ周囲のＳＯ_２濃度を１００ｐｐｍ、空燃比をリッチ（固定値）とした測定条件でのＡ／Ｆセンサ１４の電流−電圧特性図である。図４に示す複数の特性線は、電圧印加開始後の経過時間（０秒後、１０秒後、２０秒後および３０秒後）にそれぞれ対応している。図４に示すように、限界電流域の電圧（０．３Ｖ）を印加した場合に流れる電流値は、経過時間に関係なく一定の値（限界電流値）を示す。一方、過電流域の電圧（０．６ｖ）を印加した場合に流れる電流値は、経過時間と共に低下して電圧印加開始から３０秒後には限界電流値に近づく。

【0021】

上述したように、過電流域での電流値の増加現象には、電極２６の表面に吸着した電解質の還元による電子伝導が寄与している。そのため、図４で観察された電流低下現象にも当然この電子伝導が寄与していると考えられる。しかし、電極２６の表面に吸着したＳＯ_２は、後述するＳ被毒回復制御を実行するといった特別な場合でなければ簡単に反応しないことが分かっている。そこで、本発明者らは、図４で観察された電流低下現象と、電極２６の表面に吸着したＳＯ_２との関係を明らかにすべく、図４の測定条件のうちのＳＯ_２濃度を変えて、Ａ／Ｆセンサ１４の電流−電圧特性を調査した。

【0022】

図５は、上述の調査の結果を説明するための図である。なお、図５の縦軸は、過電流域の電圧（０．６ｖ）を印加した場合に流れる電流値Ｉ_０．６と、限界電流域の電圧（０．３Ｖ）を印加した場合に流れる電流値Ｉ_０．３との差分｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜を示している。また、図５の横軸は、電圧印加開始後の経過時間を示している。図５に示すように、ＳＯ_２濃度の違いにかかわらず、２つの電流値差｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜は同様の挙動を示した。但し、ＳＯ_２濃度を２００ｐｐｍとした場合は、ＳＯ_２濃度を１００ｐｐｍとした場合に比べ、経過時間の何れにおいても電流値差｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜が大きく、また、その値がゼロとなるまでに長時間を要した。

【0023】

図５の結果から、空燃比リッチ条件で過電流域の電圧を印加すると、還元され難いはずのＳＯ_２が還元されて電流が流れることが分かった。図６は、空燃比リッチ条件でのＳＯ_２の還元イメージを示した図である。図６に示すＳＯ_２は、排気由来のものであり、拡散層３４側から流入して電極２６の表面に吸着したものである。空燃比リッチ条件では、ＳＯ_２同様、排気中のＨＣ、ＣＯやＨ_２（図５においてはＨＣ）が拡散層３４側から流入して電極２６の表面に到達する。この際、過電流域の電圧が電極間に印加されることで、電極２６上のＳＯ_２がＨＣと反応してＳに還元されると考えられる。

【0024】

また、センサ周囲のＳＯ_２濃度は拡散層３４内のＳＯ_２拡散量と相関があり、このＳＯ_２拡散量は電極表面ＳＯ_２吸着量と相関がある。そのため、図５において電流値差｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜が時間の経過に伴い小さくなったのは、上述したＳＯ_２の還元が進んで電極表面ＳＯ_２吸着量が減少したためであると考えられる。同様に、電流値差｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜が最終的にゼロとなったのは、電極表面ＳＯ_２吸着量がゼロ（またはゼロに近い値）まで減少したためであると考えられる。

【0025】

このような知見に基づき、本実施の形態では、電流値差｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜を「ＳＯ_２還元電流」と定義し、このＳＯ_２還元電流の積算値から、センサ周囲のＳＯ_２濃度を検出することとしている。ＳＯ_２還元電流の積算値は、具体的に、図５に示した特性線よりも下方の面積に相当する。図７は、ＳＯ_２還元電流の積算値とセンサ周囲のＳＯ_２濃度との関係を示した図である。図７に示すように、ＳＯ_２還元電流の積算値とセンサ周囲のＳＯ_２濃度とは概ね比例の関係を示す。従って、ＳＯ_２還元電流の積算値を求め、図７の関係に適用すれば、センサ周囲のＳＯ_２濃度を検出できる。よって、本実施の形態によれば、Ａ／Ｆセンサ１４を用いてセンサ周囲のＳＯ_２濃度を検出できる。なお、本実施の形態においては、図７の関係をマップ化して予めＥＣＵ１６内部に記憶しているものとする。

【0026】

なお、本実施の形態では、ＳＯ_２還元電流の積算値を求める際、電流値差｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜がゼロとなった場合、所定期間に亘ってＳ被毒回復制御を実行する。Ｓ被毒回復制御は、具体的に、発熱体３２を通常時よりも高温化させると共に、空燃比を強制的にリッチ状態とするものである。これにより、ＳＯ_２の還元により生成したＳや、還元されずに残留しているＳＯ_２などを電極２６から脱離させることができる。従って、次回以降に行うＳＯ_２濃度の検出精度を向上できる。

【0027】

また、ＳＯ_２還元電流の積算に際しては、排気空燃比の変動分を考慮することが好ましい。図３の説明の際に述べたように、限界電流値は、排気空燃比がリーン側になるほど増大し、排気空燃比がリッチ側になるほど減少する。そのため、ＳＯ_２還元電流の積算中に排気空燃比が変動すれば、限界電流値の変動分だけ電流値Ｉ_０．６，Ｉ_０．３が変動する。よって、排気空燃比が変動した場合には、限界電流値の変動分に応じて電流値Ｉ_０．６，Ｉ_０．３を補正することが好ましい。これにより、ＳＯ_２濃度の検出精度を向上できる。なお、限界電流値の変動分は、例えば、電流値Ｉ_０．３の前回値と今回値の差として求めることができる。

【0028】

［電極２６の副成分およびその添加量］
ここで、電極２６の副成分およびその添加量について、図８を参照しながら説明する。上述したように、本実施の形態においては、電極表面ＳＯ_２吸着量が重要である。そのため、電極２６には、ガス感度を向上させるべくＳＯ_２の吸着を促進する物質（アルカリ土類金属、希土類金属）が添加されていることが好ましい。しかし、電極表面ＳＯ_２吸着量が多くなれば、それだけセンサが再生し難くなり、上記Ｓ被毒回復制御の長期間実行する必要が生じてしまう。このような問題に鑑み、本発明者らは研究を重ねた結果、図８に示す関係を得た。

【0029】

図８は、ガス感度およびセンサ再生し易さと、アルカリ土類金属の添加量との関係を示した図である。図８に示すように、電極２６全体に対するアルカリ土類金属の添加量を０．１〜５．０ｗｔ％ですることで、ガス感度とセンサ再生し易さとを両立できる。従って、アルカリ土類金属や希土類金属の添加量を０．１〜５．０ｗｔ％とすることで、本実施の形態でのＳＯ_２濃度の検出に好適な電極２６を構成できる。

【0030】

［本実施の形態における具体的処理］
次に、図９を参照しながら、上述した機能を実現する具体的な処理について説明する。図９は、本実施の形態において、ＥＣＵ１６により実行されるＳＯ_２濃度検出ルーチンを示すフローチャートである。なお、図９に示すルーチンは、定期的に繰り返して実行されるものとする。

【0031】

図９に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ１６は、前提条件の成否を判定する（ステップ１１０）。この前提条件は、(i)Ａ／Ｆセンサ１４が活性化していること（センサの暖機が完了していること）、(ii)排気空燃比がリッチであること、をもって成立とする。前提条件が不成立であると判定された場合、ＥＣＵ１６は、ステップ１１０に戻り、前提条件の成否を再度判定する。一方、前提条件が成立していると判定された場合、ＥＣＵ１６は、ステップ１２０に進む。

【0032】

ステップ１２０において、ＥＣＵ１６は、ＳＯ_２還元電流を積算する。具体的に、ＥＣＵ１６は先ず、電極２４，２６の間に過電流域の電圧（０．６ｖ）と限界電流域の電圧（０．３Ｖ）とを交互に印加し、Ａ／Ｆセンサ１４から出力された電流信号を取得する。続いて、ＥＣＵ１６は、取得した電流信号から電流値差｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜を求め、この電流値差｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜に、電圧印加周期（例えば、０．６Ｖを印加してから再度０．６Ｖを印加するまでの期間）を乗算して求めた値を、前回までの積算値に加算する。

【0033】

ステップ１２０に続いて、ＥＣＵ１６は、ステップ１２０で求めた電流値差｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜について、電流値差｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜≦閾値が成立するか否かを判定する（ステップ１３０）。なお、本実施形態においては、閾値をゼロに設定する。電流値差｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜≦閾値が成立した場合は、電極表面ＳＯ_２吸着量がゼロ（またはゼロに近い値）まで減少したと判断できる。そのため、ＥＣＵ１６は、ステップ１４０に進む。電流値差｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜＞閾値の場合、ＥＣＵ１６は、ステップ１２０に戻り、ＳＯ_２還元電流を再び積算する。

【0034】

ステップ１４０において、ＥＣＵ１６は、ＳＯ_２濃度を算出する。具体的に、ＥＣＵ１６は、ステップ１２０で求めたＳＯ_２還元電流の積算値と、図７のマップとからセンサ周囲のＳＯ_２濃度を算出する。

【0035】

ステップ１４０に続いて、ＥＣＵ１６は、所定期間に亘ってＳ被毒回復制御を実行する。具体的に、ＥＣＵ１６は、上記バッテリ電源を制御して発熱体３２を通常時よりも高温化させる。同時に、ＥＣＵ１６は、上記インジェクタを制御して燃料噴射量を増やして空燃比をリッチにする。

【0036】

以上、図９に示したルーチンによれば、ＳＯ_２還元電流の積算値を求めてセンサ周囲のＳＯ_２濃度を算出できる。また、電流値差｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜＝０が成立した場合に所定期間に亘ってＳ被毒回復制御を実行するので、ＳＯ_２濃度の検出に必要な電流値データの取得を終了した直後から、ＳＯ_２還元反応により生成したＳや、還元されずに残留しているＳＯ_２などを電極２６から脱離させることができる。即ち、電極２６上のＳを最適なタイミングで脱離させて、次回以降に行うＳＯ_２濃度の検出精度を向上できる。

【0037】

ところで、上述した実施の形態においては、電極２４，２６間に０．６Ｖを印加した場合に流れる電流値Ｉ_０．６と、０．３Ｖを印加した場合に流れる電流値Ｉ_０．３との差分｜Ｉ_０．６−Ｉ_０．３｜をＳＯ_２還元電流とした。しかし、０．６Ｖや０．３Ｖは例示的な値であることは言うまでもない。即ち、過電流域の電圧を印加した場合に流れる電流値と、限界電流域の電圧を印加した場合に流れる電流値の差であれば、本実施の形態と同様の手法によりＳＯ_２濃度が検出できる。

【0038】

なお、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ１６が図９の一連の処理を実行することにより上記第１の発明の「ＳＯ_２濃度検出手段」が実現されている。
また、電極２６が上記第２の発明における「検知電極」に相当する。

【符号の説明】

【0039】

１０ エンジン
１２ 排気通路
１４ Ａ／Ｆセンサ
１６ ＥＣＵ
２０ センサ素子
２２ 固体電解質
２４，２６ 電極
２８ エアダクト
３０ ヒータ基材
３２ 発熱体
３４ 拡散層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】