CN100532797C - 内燃机排气控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
配置有NOX存储还原催化剂和硫浓度传感器，所述NOX存储还原催化剂位于发动机排气管内，所述硫浓度传感器用于检测流过该NOX催化剂的排气中SOX和H2S的总体浓度，以及检测排气中SOX的浓度。对发动机的运行状态进行控制，使得SOX从NOX催化剂中释放出来(硫中毒回收过程)。在硫中毒回收过程期间，根据硫浓度传感器检测的总体浓度和SOX浓度而获得硫化氢的浓度，当硫化氢的浓度超过容许限度时，对发动机运行状态进行控制，以从NOX催化剂中释放出氧化硫，并使氧化硫的释放量处于预定的范围内，并且降低硫化氢的浓度。
Description
背景技术
1.技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气控制装置，在该内燃机中，当由于硫元素而引起中毒时，可以对NOX存储还原催化剂进行回收。
2.相关技术
排气管中具有NOX存储还原催化剂(下文中，NOX存储还原催化剂可以称为“NOX催化剂”)。该NOX催化剂可能由于氧化硫(SOX)的作用而中毒(即，可能发生硫中毒)。这种情况时，需要在发生硫中毒时回收NOX催化剂，从而恢复催化剂的控制作用。因此，以给定的时间间隔进行硫中毒回收过程。在硫中毒回收过程中，升高NOX催化剂的温度，以达到SOX释放的温度范围(下文中称作“SOX释放温度范围”)，且NOX催化剂被引入还原气氛中。例如，日本专利公开号JP2000-045753A批露了一种排气控制装置，在该排气控制装置中，通过NOX催化剂下游部分的SOX传感器测量SOX的浓度，并根据该SOX浓度计算NOX催化剂中的SOX聚积量；当该聚积量超过预定的限度时，NOX催化剂的温度升高到SOX的释放温度范围(即，大约600℃或更高的温度范围)，并且使排气的空燃比(下文中称作“排气空燃比”)变富并持续预定的时间长度，从而使NOX催化剂从硫中毒中获得回收。
另外，在硫中毒回收过程中，从NOX催化剂中释放的SOX与碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)发生反应，从而产生硫化氢(H2S)。由于H2S会产生硫的臭味，因此需要减少释放的H2S。相应地，日本专利公开号JP2003-035132A批露了一种排气控制装置，在该排气控制装置中，测量H2S浓度的传感器NOX配置在存储催化剂的下游部分，根据该传感器的输出值对硫中毒回收过程进行控制。
但是，在日本专利公开号JP2000-045753A所批露的采用SOX传感器的排气控制装置中，由于在硫中毒回收过程中不对释放的SOX量进行测量，因此，即使NOX催化剂中几乎没有释放SOX，硫中毒回收过程也可能继续进行，或者，硫中毒回收过程可能过度执行，而使H2S的释放量可能没有得到减少。在日本专利公开号JP2003-035132A所批露的采用H2S传感器的排气控制装置中，虽然抑制了H2S的产生，但是在硫中毒回收过程中无法检测释放的SOX的实际量，日本专利公开号JP2000-045753A批露的排气控制装置也是如此。因此，即使没有释放出足够的SOX，硫中毒回收过程可能继续进行。也就是说，SOX从NOX催化剂中释放的状态没有与产生H2S的状态相匹配。因此，当仅仅根据H2S的浓度来执行硫中毒回收过程的话，可能无法合理执行硫中毒回收过程。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于内燃机的排气控制装置，在硫中毒回收过程期间，该装置能抑制硫化氢(H2S)的释放，同时可靠地释放氧化硫(SOX)。
本发明的第一方面涉及一种内燃机的排气控制装置，该装置包括NOX存储还原催化剂，其位于内燃机排气管内；检测装置，其用于检测流过NOX存储还原催化剂的排气中氧化硫和硫化氢的总体浓度，以及检测排气中氧化硫的浓度；以及硫中毒回收控制装置，其用于执行硫中毒回收过程，该硫中毒回收控制装置对内燃机的运行状态进行控制，使得氧化硫从NOX存储还原催化剂中释放出来。在硫中毒回收过程期间，根据由检测装置检测到的总体浓度和氧化硫的浓度而获得硫化氢的浓度，当硫化氢的浓度超过容许限度时，硫中毒回收控制装置对内燃机运行状态进行控制，使得氧化硫从NOX存储还原催化剂中释放出来，并使释放的氧化硫的量处于预定的范围内，并且降低硫化氢的浓度。
在本发明的第一方面中，由于检测装置能检测NOX存储还原催化剂下游部分的氧化硫浓度，以及氧化硫和硫化氢的总体浓度，因此，能获得实际释放的氧化硫的浓度，因此，能根据总体浓度和氧化硫的浓度而获得实际产生的硫化氢的浓度。关于氧化硫的浓度和硫化氢的浓度，可以对内燃机的运行状态进行控制，从而使得在释放氧化硫的同时，使硫化氢的浓度降低到容许范围内。也就是说，对内燃机的运行状态进行控制，使氧化硫从NOX存储还原催化剂中释放出来，使氧化硫的释放量处于预定范围内，并降低硫化氢的浓度。因此，在释放氧化硫的同时还可以抑制硫化氢引起的硫臭味，从而能可靠地实现催化剂功能的恢复。
在本发明的第一方面中，硫中毒回收控制装置可以对内燃机的运行状态进行控制，从而降低硫化氢的浓度，所述对内燃机运行状态的控制通过以下两种方式中的至少一种来完成，一种方式是在富空燃比的范围内增加排气空燃比，另一种方式是在氧化硫释放的温度范围降低NOX存储还原催化剂的温度。通过这种方式对内燃机运行状态进行控制，能够抑制由于NOX存储还原催化剂释放氧化硫所引起的硫化氢的产生。
硫中毒回收控制装置可以通过以下方式增大排气空燃比，例如，提高进气量、降低EGR量或者减少供应到NOX存储还原催化剂(汽缸或排气管)上游部分的燃料量。
在本发明的第一方面中，当硫化氢的浓度小于容许限度时，硫中毒回收控制装置可以对内燃机运行状态进行控制，以增加NOX存储还原催化剂中氧化硫的释放量。由于以这种方式对内燃机的运行状态进行控制，通过促使释放尽可能多的氧化硫，同时使硫化氢的浓度不超过容许限度，从而能有效地进行硫中毒回收过程。
硫中毒回收控制装置可以对内燃机运行状态进行控制，使得释放的氧化硫的量增大，所述对内燃机运行状态的控制通过以下两种方式中的至少一种来完成，一种方式是降低排气空燃比，另一种方式是提高NOX存储还原催化剂的温度。通过这种方式对内燃机运行状态进行控制，能够增加NOX存储还原催化剂中氧化硫的释放量。
硫中毒回收控制装置可以通过以下方式降低排气空燃比，例如，减小进气量、增大EGR量或者增大供应到NOX存储还原催化剂(汽缸或排气管)上游部分的燃料量，这些方式与增加排气空燃比的方式正好相反。
在本发明的第一方面中，当检测装置检测的氧化硫浓度已经减小到预定的下限值时，硫中毒回收控制装置可以对内燃机运行状态进行控制，以增加氧化硫的释放量。通过这种方式对内燃机运行状态进行控制，可以根据检测到的、从NOX存储还原催化剂中实际释放的氧化硫的浓度来可靠地进行硫中毒回收过程。
通过上面的描述可以看出，按照本发明第一方面的排气控制装置包括检测装置，其用于检测NOX存储还原催化剂下游部分的氧化硫的浓度，以及检测氧化硫和硫化氢的总体浓度。因此，在硫中毒回收过程期间，能获得实际释放的氧化硫的浓度，并能根据总体浓度和氧化硫的浓度获得实际产生的硫化氢的浓度。根据这些浓度，能够对排气系统进行控制，使得在释放氧化硫的同时把硫化氢的浓度减小到容许范围内。因此，在释放氧化硫的同时能抑制硫化氢引起的硫臭味，从而能可靠地实现催化剂功能的恢复。
附图说明
参照附图和对示例性实施例的说明，本发明的上述和/或其它目的、特征和优点能得到更明显的体现，在附图中相同的附图标记表示相同的部件，其中：
图1是采用本发明的内燃机构型的示意图；
图2是图1中排气控制装置所采用的硫浓度传感器的构型轮廓示意图；
图3A表示所述硫浓度传感器中SOX浓度测量部分的测量原理；图3B表示所述硫浓度传感器中总体浓度测量部分的测量原理；
图4所示为一实例曲线图，表示由所述硫浓度传感器测量得到的SOX浓度和总体浓度，以及根据这些浓度所获得的H2S浓度与排气空燃比之间的对应关系；
图5所示为一实例曲线图，表示NOX催化剂温度和H2S浓度之间的对应关系；
图6是硫释放开始控制程序的流程图；
图7是排气空燃比控制程序的流程图；
图8是温度升高控制程序的流程图；
图9是硫释放结束控制程序的流程图；
图10A和10B表示在硫中毒回收过程中，SOX的释放量和H2S的产生量随时间变化的图表，具体的说，图10A表示在执行图7和图8的控制的情况下，催化剂温度、排气空燃比、SOX的释放量和H2S的产生量随时间变化的图表，10B表示在一个比较例中，SOX的释放量和H2S的产生量随时间变化的图表；以及
图11表示硫浓度传感器的SOX浓度检测部分和总体浓度检测部分的响应特性。
具体实施例
图1所示是作为内燃机的一种的柴油机1及其进排气系统。发动机1安装在车辆上，作为车辆运行的动力源。进气管3和排气管4与发动机1的汽缸2相连。进气管3内配置有用于对吸入空气进行过滤的空气滤清器5、涡轮增压机6的压缩机6a和用于调整进气量的节流阀7。涡轮增压机6的涡轮机6b位于排气管4内。排气控制单元9位于排气管4中涡轮机6b的下游部分，该排气控制单元9包括NOX存储还原催化剂(下文称为“NOX催化剂”)8。硫浓度传感器10位于催化剂8的下游部分，该硫浓度传感器10是用于检测排气中硫元素浓度的浓度检测装置。排气控制单元9可以具有这样的结构，即，NOX催化剂材料由柴油颗粒物过滤器进行支承，其中柴油颗粒物过滤器用于捕获排气中的颗粒物。同样，排气控制单元9也可以与这种过滤器分隔开。NOX存储还原催化剂是可以存储NOX的催化剂。应当理解的是，在此所采用的术语“存储”，表示以吸附、粘附、捕获、吸留等形式中的至少一种对NOX进行存储。同样，硫中毒也可以是任意的形式。另外，NOX和SOX也可以以任意方式释放。排气管4通过EGR管道11相连至进气管3。EGR管道11内具有EGR冷却器12和EGR阀13。
发动机控制单元(ECU)15对NOX催化剂8安装部分处的空燃比(下文中空燃比可以称为“排气空燃比”)以及NOX催化剂8的温度进行控制。ECU15是公知的计算机单元，所述单元通过控制诸如燃料喷射阀16、用于共轨17的压力调节阀、节流阀7以及EGR阀13来对发动机1的运行状态进行控制，其中所述燃料喷射阀16用于将燃料喷至汽缸2，所述用于共轨17的压力调节阀用于聚积供给燃料喷射阀16的燃料压力，所述节流阀7用于调整进气量。ECU15对燃料喷射阀16的燃料喷射进行控制，从而将空燃比控制到预定的目标空燃比，所述空燃比是指吸入汽缸2的空气量和燃料喷射阀16提供的燃料量之间的比值。在一般情况下，目标空燃比控制为稀空燃比，此时的空气量大于化学当量空燃比情况下的空气量。但是，当NOX和SOX从NOX催化剂8中释放出时，将排气空燃比控制为化学计量空燃比或者富空燃比，此时的燃料量大于化学计量空燃比情况下的燃料量。同样，由于ECU15执行下文中如图6到图9所示的程序，因此ECU15可作为中毒复原控制装置。ECU15还控制图1中未示出的其它各种装置。同样，为了进行上述的各种控制，发动机1具有各种传感器，例如排气温度传感器和空燃比传感器，这些传感器在图1中均未示出。
接下来，参照图2和图3A、3B，对硫浓度传感器10的一个例子进行说明。如图2所示，硫浓度传感器10包括SOX浓度检测部20和总体浓度检测部21，其中，SOX浓度检测部20用于检测排气中SOX的浓度，总体浓度检测部21用于检测排气中SOX和H2S的总体浓度。图3A表示SOX浓度检测部20的检测原理。图3B表示总体浓度检测部21的检测原理。如图3A所示，在SOX浓度检测部20中，在氧离子导体22的一个表面上具有次电极23和检测电极24，在氧离子导体22的另一个表面上具有参考电极25。例如，氧离子导体22用氧化钇稳定的氧化锆制成，次电极23用硫酸盐制成，检测电极24用银(Ag)制成，参考电极25用铂(Pt)制成。对于用来制成次电极23的硫酸盐而言，优选采用硫酸银(Ag2SO4)和硫酸钡(BaSO4)组成的混盐。硫酸银对于次电极23上发生的响应反应来说是可靠的。为了使硫酸银稳定，所以加入了硫酸钡。同样，金属银对于检测电极24上发生的响应反应来说是可靠的。为了提高电极的强度，优选采用镀银的铂。
接下来描述SOX浓度检测部20的检测原理。首先，对于导向SOX浓度检测部20的氧化硫(SOX；但是，大部分氧化硫是二氧化硫(SO2))而言，其大部分被氧化催化剂27A氧化为三氧化硫(SO3)。三氧化硫(SO3)与检测电极24上的金属银发生反应，并且从金属银中释放出电子。然后，剩余的银离子(Ag+)移动到次电极23处。从检测电极24释放出的电子通过外电路被导向参考电极25。在参考电极25处，电子与氧气(O2)结合而产生氧离子(O2-)。氧离子穿过氧离子导体22到达次电极23处。在次电极23内，银离子和氧离子与SO3反应而产生硫酸银。由于上述的这些反应，在氧气分压保持恒定的条件下，检测电极24和参考电极25之间会产生与SOX浓度相应的电动势。通过测量该电动势，可以得到SOX的浓度。应当注意的是，氧化催化剂27A的氧化性较弱，因此通过氧化催化剂27A的大部分H2S不会被氧化。因此，SOX浓度检测部20的电动势并不反映H2S的浓度。
如图3B所示，总体浓度检测部21包括氧化催化剂27B，该氧化催化剂27B具有氧化催化H2S的能力，具有强氧化性，而不是像氧化催化剂27A那样具有弱的氧化性。总体浓度检测部21构型的其它部分与SOX浓度检测部20相同。也就是说，在氧化催化剂27B中，SO2和H2S变为SO3，产生的SO3和排气中存在的SO3在次电极23和检测电极24中发生反应。由于次电极23和检测电极24上发生的反应，电极24和电极25之间会产生与总体浓度检测部21中排气内的SOX和H2S的总体浓度相应的电动势。在这一点上，总体浓度检测部21与SOX浓度检测部20是不同的。通过测量SOX浓度检测部20所检测到的电动势和总体浓度检测部21所检测到的电动势之间的差值，硫浓度传感器10可以测量出排气中H2S的浓度。可以通过例如如下方法使氧化催化剂27A和氧化催化剂27B的氧化性不同，即，可以使催化剂27A和催化剂27B中作为催化材料的铂密度不同，可以使得催化剂27A和催化剂27B的氧化能力不同，或者是使催化剂27A采用与催化剂27B不同的催化材料。也就是说，可在具有弱氧化性的催化剂27A中设定较低密度的Pt(即，在催化剂27A中设定较小量的Pt)，而在具有强氧化性的催化剂27B中设定较高密度的Pt(即，在催化剂27B中设定较大量的Pt)。当催化剂27A中Pt的密度和催化剂27B中Pt的密度被设定为相等时，可将催化剂27A的氧化能力设置为较小，将催化剂27B的氧化能力设置为较大。同样，可在催化剂27A中使用具有弱氧化性的催化材料(例如钯(Pd))，可在催化剂27B中使用具有强氧化性的催化材料(例如Pt)。还可对具有弱氧化性的催化剂27A的温度进行控制，使其温度值低于具有强氧化性的催化剂27B，从而使得催化剂27A的氧化能力与催化剂27B的氧化能力不同。另外，也可以综合使用这些方法，使得催化剂27A的氧化能力与催化剂27B的氧化能力不同。在硫浓度传感器10中，氧气用于检测SOX的浓度和总体浓度。因此，可将发生反应所需的含有一定量氧气的空气(新鲜空气)供应给检测部20和21中的每一个，从而即使在排气空燃比控制为富范围时的硫中毒回收过程中，也能可靠地检测SOX的浓度和总体浓度。对于氧化催化剂27B，可采用对H2S具有氧化催化活性的电极。另外，硫浓度传感器10可以包括例如加热器这样的温度控制装置，从而其温度保持在预定的反应范围内。
接下来，参照图4描述对排气空燃比的控制，该控制由ECU15在硫中毒回收过程期间来执行。图4为一实例的曲线图，表示在硫中毒回收过程期间，由硫浓度传感器10测量的SOX浓度、总体浓度、以及根据这些浓度获得的H2S浓度与排气空燃比的对应关系。当排气空燃比从化学计量空燃比变为富空燃比时，SOX的浓度会立即升高。但是，在空燃比为X处SOX的浓度达到峰值后，SOX的浓度由于排气空燃比的变富而降低(即，由于排气空燃比的进一步降低)。同时，由于排气空燃比的变富(即，由于排气空燃比从化学计量空燃比开始减小)，而使总体浓度均匀地增大，如虚线所示。H2S的浓度等于这些浓度之间的差值。当排气空燃比控制在化学计量空燃比附近的值时，不检测H2S的浓度。当SOX的浓度达到峰值时，即在空燃比为X的附近才开始对H2S的浓度进行检测。然后，随着排气空燃比的变富(即，随着排气空燃比的进一步减小)，H2S的浓度逐渐增大。从NOX催化剂8中释放的SOX的量随着排气空燃比的变富而增大。但是，当排气空燃比富过某一特定的水平时，SOX浓度的检测值会减小。因此，值得注意的是，SOX与HC和CO发生反应而产生H2S。在该实施例中，为了防止产生硫的臭味等，将H2S的浓度设定为某一容许的水平。ECU15对发动机1的运行状态进行控制，使得硫中毒回收过程在排气空燃比为A1的范围内进行，在该范围内，硫浓度传感器10检测SOX的浓度，且H2S的浓度等于或低于容许的水平。由于这种控制过程，从而可通过NOX催化剂8而释放SOX，进而可靠地进行硫中毒回收过程，同时还可抑制H2S产生硫的臭味。
如图5所示，硫中毒回收过程期间产生的H2S的浓度与NOX催化剂8的温度有关。假设排气空燃比保持恒定，当催化剂温度超过一个下限温度值Tlow(例如大约600℃)时，开始产生H2S。然后，随着催化剂温度的升高，H2S的浓度也增大。因此，通过对NOX催化剂8的温度进行控制，H2S的浓度可以减小至等于或低于图4所示的容许水平。也就是说，在硫中毒回收过程期间，当H2S的浓度可能会超过容许水平时，可以对发动机1的运行状态进行控制，从而在释放SOX的温度范围内相对降低NOX催化剂8的温度，进而将H2S的浓度减小为等于或低于容许水平。ECU15也能实现这种控制。
接下来，参照图6到图9，对硫中毒回收过程中由ECU15执行的各种控制程序进行说明。图6所示是硫释放开始控制程序，用于决定硫中毒回收过程的开始时刻。硫释放开始控制程序由ECU15执行。在发动机1运行期间，该程序以适当的时间间隔反复执行。在图6所示的程序中，首先，在步骤S1中，ECU15判断硫中毒计数器的值是否等于或大于预定值。该硫中毒计数器用于判断NOX催化剂8中所中毒的硫的量。然后，ECU15通过单独的程序，根据燃料喷射阀16喷射的燃料量和估算的燃料中硫元素所占比例，对NOX催化剂8所中毒的SOX的量(下文称为“硫中毒量”)进行计算。硫中毒计数器对计算得出的值进行累加。步骤S1中采用的预定值被设定为临界值，用于判断SOX的中毒量是否增大到需要执行硫中毒回收过程的水平。可以利用位于NOX催化剂8上游的SOX传感器来检测排气中的SOX量，可以通过对检测的SOX量进行累加而获得NOX催化剂8中硫的中毒量。在NOX传感器位于NOX催化剂8下游部分的情况下，可以根据NOX传感器测量的NOX浓度来确定NOX催化剂8的恶化程度，并根据NOX催化剂8的恶化程度来判断是否需要执行硫中毒回收过程。
在步骤S1中，当硫中毒计数器的值小于预定值时，ECU15判断出SOX的中毒还没有达到需要执行硫中毒回收过程的水平，从而结束图6中的程序。但是，当硫中毒计数器的值等于或大于预定值时，ECU15判断出硫中毒量已经达到临界值，并将步骤S2中的硫释放请求标识设定为有效。然后，ECU15结束该程序。
当上述硫释放请求标识设定为有效时，为了进行硫中毒回收过程，ECU15以给定的时间间隔反复执行图7中的排气空燃比控制程序和图8中的温度升高控制程序。在图7中的排气空燃比控制程序中，首先，在步骤S11中，ECU15判断硫释放请求标识是否有效。当硫释放请求标识有效时，ECU15执行步骤S12以及随后的步骤。当硫释放请求标识为无效时，ECU15跳过步骤S12以及随后的步骤，结束当前程序。在步骤S12中，对发动机1的运行状态进行控制，使得排气空燃比保持在富的范围(即，该范围内的燃料量大于化学计量空燃比的燃料量)，使NOX催化剂的温度升高到释放SOX的温度范围，从而执行硫中毒回收过程。在硫中毒回收过程已经开始的情况下，该硫中毒回收过程持续执行。举例来说，在汽缸2内执行主燃料喷射燃烧后，再另外从燃料喷射阀16喷射附加的燃料，即执行所谓的后期喷射，以使排气空燃比变富，并使NOX催化剂8的温度升高。在燃料供应阀位于排气管4中NOX催化剂8的上游时，可以从燃料供应阀供应燃料，从而使得排气空燃比控制在富的范围。对发动机1运行状态的控制并不只限于对汽缸2内的燃烧进行控制，还包括上述在排气管4内进行的控制。
当步骤S12内的硫中毒回收过程开始进行后，在步骤S13中，判断硫浓度传感器10检测的SOX浓度是否等于或大于某一预定值。该预定值被设定为最低的SOX释放水平，也就是在适当的时间内，通过硫中毒回收过程使NOX催化剂从硫中毒中完成回收所需的最低水平。当SOX浓度低于预定值时，在步骤S15中使排气空燃比降低某一预定量。也就是说，改变排气空燃比，从而使空气量相对于执行步骤S15前空燃比的空气量而得以降低。排气空燃比的这种变化并不意味着化学计量空燃比变化为富空燃比。举例来说，可以对节流阀7和EGR阀13进行控制而降低排气空燃比，从而减少进气量(严格的说，是氧气量)。同样，也可以通过提高后期喷射供应的燃料量而降低排气空燃比。
在步骤S13中，当SOX浓度等于或大于预定值时，在步骤S14，判断硫浓度传感器10检测的H2S浓度是否等于或大于某一预定值，也就是说，根据SOX浓度检测部20所检测到的电动势和总体浓度检测部21所检测到的电动势之间的差值而获得的H2S浓度是否等于或大于某一预定值。该预定值设定为图4所示的容许水平。但是，为了避免出现由于控制的响应延迟而引起H2S浓度暂时等于或大于容许水平的情况，可以将步骤S14中的预定值设定得比容许水平低。在步骤S15，当H2S浓度低于预定值时，排气空燃比减小。同时，在步骤S16中，当H2S浓度等于或大于预定值时，排气空燃比增加某一预定量。也就是说，改变排气空燃比，从而使空气量相对于执行步骤S16前空燃比的空气量而增加。排气空燃比的这种变化并不意味着化学计量空燃比变化为稀空燃比。举例来说，控制节流阀7和EGR阀13，而增加排气空燃比，进而增加进气量。同样，也可以通过减少后期喷射供应的燃料量而增加排气空燃比。当具有能将空气引入排气管4的空气喷射装置时，为了促进NOX催化剂8的升温，可以通过例如从空气喷射装置中把空气引入排气管4的方式而增加排气空燃比。在步骤S15或步骤S16中的排气空燃比发生变化后，结束当前程序。
在图8的温度升高控制程序中，首先，ECU15判断在步骤S21中硫释放请求标识是否有效。当硫释放请求标识有效时，ECU15执行步骤S22以及随后的步骤。当硫释放请求标识为无效时，ECU15跳过步骤S22以及随后的步骤，结束当前程序。在步骤S22，对发动机1的运行状态进行控制，使得排气空燃比保持在富的范围，并使得NOX催化剂8的温度升高到释放SOX的温度范围，从而执行硫中毒回收过程。步骤S21和步骤S22的程序与图7中步骤S11和步骤S12的程序相同。与图7中的步骤S13相同，在步骤S23中，判断SOX浓度是否等于或大于某一预定值。与图7中的步骤S14相同，在步骤S24中，判断H2S浓度是否等于或大于某一预定值。步骤S23和步骤S24采用的预定值分别与步骤S13和步骤S14采用的预定值相同。在步骤S25中，当SOX浓度低于预定值或当H2S浓度低于预定值时，使得对NOX催化剂8进行温度升高控制的目标温度增加某一预定量。当SOX浓度等于或大于预定值以及H2S浓度等于或大于预定值时，使得温度升高控制的目标温度降低一个预定量。在硫中毒回收过程期间，ECU15对发动机1的运行状态进行控制，并通过单独的程序使得NOX催化剂8的温度等于SOX释放温度范围中的目标温度。在步骤S25和步骤S26的程序中，通过改变目标温度来改变NOX催化剂8的温度。
举例来说，可以通过增大或减小后期喷射提供的燃料量的方法，来调节NOX催化剂8的温度。自然地，随着燃料量的增加，催化剂的温度随之升高。同样，减少后期喷射提供的燃料量，可以降低催化剂的温度。但是，NOX催化剂8的温度与排气温度有关系，举例来说，通过改变汽缸2中的主喷射燃烧定时来调整催化剂温度，从而可以改变排气温度。在这种情况下，如果延迟燃料喷射定时，则会使催化剂温度升高。如果延迟的燃料喷射定时提前于初始燃料喷射定时，则会使催化剂温度降低。当步骤S25或步骤S26中的催化剂温度发生变化后，结束当前的温度升高控制程序。
图9所示是硫释放结束控制程序，用于检测硫中毒回收过程的结束时刻。硫释放结束控制程序由ECU15执行。在发动机1运行期间，该程序以适当的时间间隔反复执行。在图9所示的程序中，首先，，ECU15判断硫中毒计数器的值是否等于或大于步骤S31中的预定值。步骤S31采用的预定值与图6中步骤S1采用的预定值相同。当硫中毒计数器的值等于或大于预定值时，ECU15执行步骤S32以及随后的步骤。当硫中毒计数器的值小于预定值时，ECU15跳过步骤S32以及随后的步骤，结束当前程序。在步骤S32中，判断是否正在执行硫中毒回收过程。当正在执行硫中毒回收过程时，ECU15执行步骤S33。当没有正在执行硫中毒回收过程时，ECU15跳过步骤S33以及随后的步骤，结束当前程序。
在步骤S33中，判断由硫浓度传感器检测到的SOX浓度是否等于或大于一个预定值。步骤S33中采用的预定值被设定为临界值，用于判断是否应当结束硫中毒回收过程。步骤S33中采用的预定值设定为小于图7中步骤S13和图8中步骤S23采用的预定值，因此，即使SOX的释放水平是使硫中毒回收过程能继续进行所需的最低水平，仍然不结束硫中毒回收过程。，当判断出SOX浓度低于步骤S33的预定值时，步骤S34中的硫释放请求标识设定为无效，并结束当前程序。在步骤S33中，当判断出SOX浓度等于或大于预定值时，跳过步骤S34，结束当前程序。
由于执行了上述控制，在硫中毒回收过程期间，当释放的SOX量降低到硫中毒回收过程所需的最低水平时，通过图7步骤S13和步骤S15的程序使排气空燃比降低，并且通过图8中的步骤S23和步骤S25的程序使催化剂温度升高。相应的，在硫中毒回收过程期间，SOX以硫中毒回收过程所需的最低水平从NOX催化剂8中释放，从而可靠地进行硫中毒回收过程。同样，当H2S浓度等于或低于容许水平时，反复执行图7中步骤S14和步骤S15的程序，从而逐步减小排气空燃比。另外，反复执行图8中步骤S24和步骤S25的程序，从而逐步提高催化剂的温度。同时，当H2S浓度已经升高到容许水平(容许限度)时，执行图7中步骤S14和步骤S16的程序，从而使排气空燃比提高到一定的程度。另外，执行图8中步骤S24和步骤S26的程序，从而使催化剂的温度降低到一定的程度。因此，通过促使从NOX催化剂8中释放尽可能多的SOX，同时把H2S浓度控制为等于或低于容许水平，便能有效地进行硫中毒回收过程。
图10A所示是在执行图7和图8中的控制的情况下，催化剂温度、排气空燃比、SOX的释放量和H2S的产生量随时间的变化。10B是表示在一个作为对比的情况下，SOX的释放量和H2S的产生量随时间的变化，所述作为对比的情况是指如下情况，即，图7和图8所示的控制没有被执行，在硫中毒回收过程开始的时刻(t0)，对排气空燃比和催化剂温度进行设定，以释放SOX，并且使H2S的产生量不超过容许水平，随后把排气空燃比和催化剂温度控制为恒定量。在图10B的比较例中，尽管在硫中毒回收过程的初始阶段能释放出足够的SOX，但是，在硫中毒回收过程中期所释放的SOX量变得低于所需的最低水平，随后，几乎没有SOX释放出来。但是，硫中毒回收过程持续进行。同时，在图10A所示的例子中，在时刻t0开始进行硫中毒回收过程，在t1时刻、t2时刻和t3时刻，SOX的释放量降低到所需的最低水平(等于图7中步骤13和图8中步骤23采用的预定值)。因此，排气空燃比减小一个预定的变化量ΔA/F，催化剂温度增大一个预定的变化量ΔT。由于排气空燃比和催化剂温度以上述方式变化，所以SOX的释放量增加，产生的H2S量增加。但是，调节排气空燃比和催化剂温度，使产生的H2S量不超过容许水平。虽然由于这种调节而使排气空燃比和催化剂温度发生的变化没有在图10A中示出，但是由于这种调节，释放的SOX量保持在所需的最低水平或更高，同时产生的H2S量降低到等于或低于容许水平。因此，能有效地进行硫中毒回收过程。
在上述实施例中，ECU15起到硫中毒回收控制装置的作用。
本发明并不限于上述实施方式。本发明能以各种实施方式实现。例如，在硫中毒回收过程期间，为了把SOX浓度和H2S浓度控制在图4所示A1范围内的值，可以只执行图7和图8中的一种控制。在图7的步骤S14和图8的步骤S24中，当H2S浓度低于预定值时，程序可以不执行步骤S15或步骤S25而直接结束。
在上述实施例中，在硫浓度传感器10内，SOX浓度检测部20检测SOX浓度，同时总体浓度检测部21检测总体浓度。但是，硫浓度传感器10也可以是这样的构型，即，以适当的时间间隔交替检测SOX浓度和总体浓度。在这种情况下，SOX浓度检测部20和总体浓度检测部21可以共用氧离子导体22、次电极23、检测电极24和参考电极25。可以以给定的时间间隔来改变是否使氧化催化剂27B对H2S进行氧化。同样，在硫浓度传感器10内，完成氧化反应所需的时间，尤其是总体浓度检测部21中氧化催化剂27B完成氧化反应所需的时间，要比SOX浓度检测部20中氧化催化剂27A完成氧化反应所需的时间长。另外，由于催化剂27A只对SOX进行氧化，而催化剂27B对SOX和H2S都要进行氧化，因此催化剂27B完成氧化反应所需的时间较长。另外，在催化剂27B的氧化能力被设定为比催化剂27A的氧化能力大的情况下，由于催化剂27B的氧化能力比催化剂27A的氧化能力大，所以排气通过催化剂27B的时间要比排气通过催化剂27A的时间长。由于这些原因，例如图11所示，与SOX浓度检测部20中传感器输出的响应延迟时间相比，作为一个例子，从开始检测的时刻t0到达到90％的响应点之间的时间是TD_SOX，而总体浓度检测部21的响应延迟时间TD_H2S+SOX却增大了，这是由于SOX浓度检测部20完成氧化反应所需的时间和总体浓度检测部21完成氧化反应所需的时间之间不同造成的。在发生这种响应延迟的情况时，总体浓度检测部21执行的输出检测可以晚于SOX浓度检测部20的输出检测，差值为两者之间的响应延迟时间差，并且可以根据SOX浓度检测部20所检测到的电动势和总体浓度检测部21所检测到的电动势之间的差值获得H2S的浓度。
对硫中毒回收过程结束时刻的确定并不限于图9所示的确定方式。例如，可以根据步骤S33中的SOX浓度确定硫中毒回收过程应当结束的时刻。但是，当总体浓度检测部21所检测的总体浓度已经减小到低于预定值时，可以确定硫中毒回收过程应当结束。另外，ECU15可以根据SOX浓度或总体浓度的检测值反复计算从NOX催化剂8中释放的SOX量，并且当硫中毒回收过程开始时，ECU15可以把上述计算值进行累加从而获得累加值，当累加值和硫中毒计数器的值之间的差值变得小于一个预定值时，ECU15确定硫中毒回收过程应当结束。另外，本发明并不限于柴油机。本发明可以应用在使用汽油或其它燃料的各种内燃机上。
Claims (9)
1.一种用于内燃机的排气控制装置，其特征在于，包括：
NOX存储还原催化剂(8)，位于内燃机排气管内；
检测装置(10)，用于检测流过NOX存储还原催化剂(8)的排气中氧化硫和硫化氢的总体浓度，以及检测排气中氧化硫的浓度；以及
硫中毒回收控制装置(15)，用于执行硫中毒回收过程，该硫中毒回收控制装置(15)对内燃机的运行状态进行控制，使得氧化硫从NOX存储还原催化剂(8)中释放出来，其中，
在硫中毒回收过程期间，根据检测装置(10)检测的总体浓度和氧化硫的浓度获得硫化氢的浓度，当所述硫化氢浓度超过容许限度时，硫中毒回收控制装置(15)对内燃机的运行状态进行控制，使得氧化硫从NOX存储还原催化剂(8)中释放出来，并使氧化硫的释放量处于预定的范围内，并且降低硫化氢浓度。
2.如权利要求1所述的装置，其中，当硫化氢的浓度超过容许限度时，硫中毒回收控制装置(15)对内燃机的运行状态进行控制，使得从NOX存储还原催化剂(8)中释放出来的氧化硫的量等于或大于预定范围的下限值，并使得硫化氢的浓度等于或小于容许限度。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中，硫中毒回收控制装置(15)对内燃机的运行状态进行控制，以降低硫化氢的浓度，所述对内燃机运行状态的控制通过以下两种方式中的至少一种来完成，一种方式是在富空燃比的范围内增加排气空燃比，另一种方式是在释放氧化硫的温度范围内降低NOX存储还原催化剂(8)的温度。
4.如权利要求3所述的装置，其中，硫中毒回收控制装置(15)通过提高进气量、降低EGR量以及减少供应到NOX存储还原催化剂(8)上游部分的燃料量这些方式中的至少一种来增大排气空燃比。
5.如权利要求1或2所述的装置，其中，当硫化氢的浓度小于容许限度时，硫中毒回收控制装置(15)对内燃机运行状态进行控制，以增加从NOX存储还原催化剂(8)中释放的氧化硫的量。
6.如权利要求5所述的装置，其中，硫中毒回收控制装置(15)对内燃机的运行状态进行控制，以增加氧化硫的释放量，所述对内燃机运行状态的控制通过降低排气空燃比和提高NOX存储还原催化剂(8)温度中的至少一种方式来进行。
7.如权利要求6所述的装置，硫中毒回收控制装置(15)通过减小进气量、增大EGR量或者增大供应到NOX存储还原催化剂(8)上游部分的燃料量这些方式中的至少一种来减小排气空燃比。
8.如权利要求1或2所述的装置，其中，当检测装置(10)检测的氧化硫浓度已经降低至预定下限值时，硫中毒回收控制装置(15)对内燃机运行状态进行控制，以增加氧化硫的释放量。
9.一种用于内燃机的排气控制方法，其特征在于，包括：
执行硫中毒回收过程，该硫中毒回收过程对内燃机运行状态进行控制，使得从配置于内燃机排气管(4)内的NOX存储还原催化剂(8)中释放出氧化硫；
在硫中毒回收过程期间，检测流过NOX存储还原催化剂(8)的排气中氧化硫和硫化氢的总体浓度；
在硫中毒回收过程期间，检测流过NOX存储还原催化剂(8)的排气中氧化硫的浓度；
根据检测到的总体浓度和氧化硫的浓度计算出硫化氢的浓度；以及
当硫化氢的浓度超过容许限度时，对流入NOX存储还原催化剂(8)的排气和NOX存储还原催化剂(8)的状态中的至少一个进行控制，以便从NOX存储还原催化剂(8)中释放出氧化硫，并使氧化硫的释放量处于预定的范围内，并且降低释放的硫化氢的浓度。
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