CN1820129A - 用于内燃机的排气控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供有：NOx储存还原催化剂，该NOx储存还原催化剂布置在内燃机的排气通道内；以及浓度检测装置，该浓度检测装置的检测状态可以在第一检测状态和第二检测状态之间转变，在该第一检测状态中检测经过NOx储存还原催化剂的排气中的硫氧化物和硫化氢的总浓度，在该第二检测状态中检测排气中的硫氧化物的浓度。内燃机的工作状态控制成使得硫氧化物从NOx催化剂中释放(硫中毒恢复处理)。在硫中毒恢复处理过程中，在保持于第二检测状态的浓度检测装置检测硫氧化物从NOx催化剂中释放之后，浓度检测装置的检测状态在第一检测状态和第二检测状态之间交替转变，从而获得硫氧化物的浓度和硫化氢的能够。
Description
1.发明领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气控制装置，该排气控制装置具有用于使NOx储存还原催化剂从由硫成分引起的中毒中恢复的功能。
2.相关技术的说明
NOx储存还原催化剂(下文中，NOx储存还原催化剂可以称为“NOx催化剂”)布置在排气通道中。NOx催化剂可能由于硫氧化物(SOx)而中毒(即可能发生硫中毒)。这时，需要使NOx催化剂从硫中毒中恢复，以便恢复催化剂控制功能。因此，硫中毒恢复处理以给定时间间隔来进行。在硫中毒恢复处理中，NOx催化剂的温度增大至SOx将释放的温度范围(下文中称为“SOx释放温度范围”)，且NOx催化剂进入还原温度。例如，日本专利申请No.JP(A)2000-045753公开了一种排气控制装置，其中，根据由布置在NOx催化剂的下游部分处的SOx传感器检测的SOx浓度来计算在NOx催化剂中的SOx积累量；且当积累量超过预定界限时，NOx催化剂的温度增大至SOx释放温度范围(即大约600℃或更高的温度范围)，且排气的空气燃料比(下文中称为“排气空燃比”)在预定时间内形成为富油，这样，NOx催化剂从硫中毒中恢复。
还有，在硫中毒恢复处理中，从NOx催化剂中释放的SOx与烃(HC)和一氧化碳(CO)反应，从而产生硫化氢(H2S)。因为H2S引起硫磺味，因此需要减小释放的H2S的量。因此，日本专利申请NO.JP(A)2003-035132公开了一种排气控制装置，其中，用于检测H2S的浓度的传感器布置在NOx储存还原催化剂的下游部分处，且硫中毒恢复处理根据该传感器的输出值来控制。
但是，在使用日本专利申请No.JP(A)2000-045753所述的SOx传感器的排气控制装置中，因为在硫中毒恢复处理过程中并不检测释放的SOx的量，因此即使当几乎没有SOx从NOx催化剂中释放时也可能继续进行硫中毒恢复，硫中毒恢复处理可能过度进行，且释放的H2S的量可能并不减少。在使用日本专利申请No.JP(A)2003-035132所述的SOx传感器的排气控制装置中，尽管抑制了H2S的产生，但是在硫中毒恢复处理过程中不能检测实际释放的SOx的量，与在日本专利申请No.JP(A)2000-045753所述的排气控制装置相同。因此，硫中毒恢复处理可能在SOx并没有充分释放时继续进行。也就是，SOx从NOx催化剂中释放的状态并不需要与产生H2S的状态相匹配。因此，当只根据H2S的浓度来进行硫中毒恢复处理时，硫中毒恢复处理可能不会合适进行。
发明简介
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，其中，在硫中毒恢复处理过程中准确检测硫化氢(H2S)的释放，因此可靠抑制硫化氢(H2S)的释放，且可靠释放硫氧化物(SOx)。
本发明的第一方面涉及一种用于内燃机的排气控制装置，它包括：NOx储存还原催化剂，该NOx储存还原催化剂布置在内燃机的排气通道内；浓度检测装置，该浓度检测装置的检测状态可以在第一检测状态和第二检测状态之间转变，在该第一检测状态中检测经过NOx储存还原催化剂的排气中的硫氧化物和硫化氢的总浓度，在该第二检测状态中检测排气中的硫氧化物的浓度；以及控制器，该控制器能够执行硫中毒恢复处理，该硫中毒恢复处理控制内燃机的工作状态，从而使硫氧化物将从NOx储存还原催化剂中释放。在由控制器进行的硫中毒恢复处理过程中，当处于第二检测状态的浓度检测装置检测到硫氧化物从NOx储存还原催化剂中释放之后，浓度检测装置的检测状态在第一检测状态和第二检测状态之间交替转变，因此，浓度检测装置获得硫氧化物的浓度和硫化氢的浓度。
当进行NOx催化剂的硫中毒恢复处理时，硫氧化物比硫化氢更早地开始释放。在本发明的第一方面中，当处于第二检测状态的浓度检测装置检测到硫氧化物从NOx储存还原催化剂中释放之后，浓度检测装置的检测状态在第一检测状态和第二检测状态之间交替转变。因此，能够在硫中毒恢复处理过程中可靠抑制硫化氢的释放。
在本发明的第一方面中，浓度检测装置的检测状态可以以给定时间间隔在第一检测状态和第二检测状态之间转变。因此，通过以给定时间间隔在第一检测状态和第二检测状态之间改变浓度检测装置的检测状态，可以准确检测总浓度和硫氧化物的浓度。因此，可以准确获得硫化氢的浓度。
在本发明的第一方面中，当判断由浓度检测装置检测的硫氧化物的浓度变化范围等于或小于预定值时，浓度检测装置的检测状态可以转变成第一检测状态。这时，当硫氧化物的浓度变化范围大于预定值时，将阻止浓度检测装置的检测状态转变成第一检测状态。因此，可以提高硫氧化物的浓度的检测准确性。因此，根据总浓度和硫氧化物的浓度，可以稳定和准确地获得硫化氢的浓度。
在本发明的第一方面中，浓度检测装置可以包括对于硫化氢具有氧化催化活性的氧化催化剂；处于第一检测状态的浓度检测装置可以检测在经过氧化催化剂的排气中的硫氧化物和硫化氢的浓度，且从浓度检测装置的检测状态转变成第一检测状态开始直至检测到总浓度的延迟时期设置成比从浓度检测装置的检测状态转变成第二检测状态开始直至检测到硫氧化物浓度的延迟时期更长。与当浓度检测装置的检测状态从第一检测状态转变成第二检测状态时浓度检测装置的响应相比，当浓度检测装置的检测状态从第二检测状态转变成第一检测状态时浓度检测装置的响应延迟排气经过氧化催化剂的时间。因此，通过根据当浓度检测装置的检测状态分别转变成第一检测状态和第二检测状态时的响应来设置各延迟时期，可以准确获得硫化氢的浓度。
而且，在本发明的第一方面中，当控制器判断在硫中毒恢复处理过程中由浓度检测装置获得的硫化氢的浓度超过允许极限时，控制器可以使得浓度检测装置保持在第一检测状态，且控制器可以将内燃机的工作状态控制为使得硫氧化物从NOx储存还原催化剂中释放，且释放的硫氧化物的量处于预定范围中，硫化氢的浓度降低，控制器可以在总浓度开始降低后将浓度检测装置的检测状态转变成第二检测状态。通过这样控制内燃机的工作状态，可以在硫中毒恢复处理过程中准确和可靠地抑制硫化氢的释放。
通过执行将排气空燃比增加至富油空气燃料比范围的处理和将NOx储存还原催化剂的温度减小至释放硫氧化物的温度范围内的处理中的至少一个，控制器可以控制内燃机的工作状态，从而降低硫化氢的浓度。通过这样控制工作状态，可以抑制由于从NOx储存还原催化剂中释放硫氧化物而引起的硫化氢产生。
当控制器判断硫化氢的浓度低于允许极限时，控制器可以将内燃机的工作状态控制成使得从NOx储存还原催化剂中释放的硫氧化物的量增加。通过这样控制工作状态，能够通过促使尽可能释放硫氧化物而高效进行硫中毒恢复处理，同时使硫化氢的浓度不超过允许极限。
通过执行减小排气空燃比的处理和增加NOx储存还原催化剂的温度的处理中的至少一个，控制器可以将内燃机的工作状态控制成使得硫氧化物的释放量增加。通过这样控制工作状态，可以增加从NOx还原储存催化剂中释放的硫氧化物的量。
如上所述，根据本发明前述方面的排气控制装置包括浓度检测装置，该浓度检测装置的检测状态进行转变，且该浓度检测装置在NOx储存还原催化剂下游的部分处检测硫氧化物的浓度以及在NOx储存还原催化剂下游的部分处检测硫氧化物和硫化氢的总浓度。当执行NOx储存还原催化剂的硫中毒恢复处理时，首先检测硫氧化物的浓度，然后在检测从NOx储存还原催化剂中释放的硫氧化物之后交替检测总浓度和硫氧化物的浓度。因此，可以准确获得硫化氢的浓度。因此能够可靠抑制硫化氢的产生。还有，根据硫化氢的浓度和硫氧化物的浓度，内燃机的工作状态控制成使得硫氧化物释放，同时硫化氢的浓度减小至等于或低于允许极限。因此，通过在抑制由硫化氢产生的硫磺气味的同时释放硫氧化物，能够可靠进行NOx催化剂功能的恢复。
附图的简要说明
通过下面参考附图对实施例的说明，将更清楚本发明的前述和/或其它目的、特征和优点，附图中，相同的参考标号用于表示相同元件，且附图中：
图1是表示应用本发明的内燃机结构的视图；
图2是表示用于图1所示的排气控制装置中的硫浓度传感器的结构的示意图；
图3表示了图2中的硫浓度传感器的检测原理；
图4是表示在SOx的浓度和总浓度(它们由硫浓度传感器来检测)、H2S的浓度(根据这些浓度获得)以及排气空燃比之间的相应关系的实例的曲线图；
图5是表示在NOx催化剂的温度和H2S的浓度之间的相应关系的实例的曲线图；
图6是表示硫释放开始的控制程序的流程图；
图7是表示转换阀工作的控制程序的流程图；
图8是表示排气空燃比的控制程序的流程图；
图9是表示温度增加的控制程序的流程图；
图10是表示硫释放结束的控制程序的流程图；以及
图11是表示硫浓度传感器在第一检测状态和第二检测状态中的响应特征的曲线图。
示例实施例的详细说明
图1表示了作为内燃机的柴油发动机以及用于该柴油发动机的进气和排气系统。发动机1安装在汽车内，作为运行的动力源。进气通道3和排气通道4与发动机1的气缸2连接。用于过滤吸入空气的空气过滤器5、涡轮增压器6的压气机6a以及用于调节吸入空气量的节流阀7布置在进气通道3中。涡轮增压器6的涡轮6b布置在排气通道4中。包括NOx储存还原催化剂(下文中称为“催化剂”)8的排气控制单元9布置在排气通道4中并在涡轮6b下游的部分处。用作浓度检测装置以便检测排气中的硫成分浓度的硫浓度传感器10布置在催化剂8下游的部分中。排气控制单元9可以有这样的结构，其中，NOx催化材料由柴油颗粒过滤器(用于捕获排气中的颗粒物质)支承。还有，排气控制单元9可以与该过滤器分开布置。NOx储存还原催化剂是能够保持NOx的催化剂。应当知道，在本文中的术语“储存”的意思是以吸附、粘附、吸收、捕获、吸留等中的至少一种形式来保持NOx。还有，硫中毒可以以任何方式产生。而且，NOx和SOx可以以任何方式释放。排气通道4通过EGR通道11而与进气通道3连接。EGR冷却器12和EGR阀13布置在EGR通道11中。
在装配NOx催化剂8的部分处的空气燃料比(下文中，该空气燃料比可以称为“排气空燃比”)以及NOx催化剂8的温度由发动机控制单元(ECU)15来控制。ECU 15是已知的计算机单元，它通过操作各种装置来控制发动机1的工作状态，这些装置例如将燃料喷射向气缸2的燃料喷射阀16、用于共轨(common rail)17的压力调节阀(该公共轨道17积累供给燃料喷射阀16的燃料压力)、用于调节吸入空气量的节流阀7以及EGR阀13。ECU 15控制燃料喷射阀16的燃料喷射操作，这样，空气燃料比(该空气燃料比是在吸入气缸2内的空气质量和由燃料喷射阀16供给的燃料质量之间的比例)控制为预定目标空气燃料比。在正常工作过程中，目标空气燃料比控制为贫油的空气燃料比，至少空气量大于处在化学当量空气燃料比时的空气量。不过，当NOx和SOx从NOx催化剂8中释放时，排气空燃比控制为化学当量空气燃料比或者富油的空气燃料比(在富油时，燃料量大于处在化学当量空气燃料比时的燃料量)。还有，因为ECU 15执行图6至图9中所示的程序(如后面所述)，因此，ECU 15起到本发明示例实施例的中毒恢复控制装置。ECU 15控制图1中未示出的其它各种装置。还有，为了进行前述各种控制，发动机1提供有各种传感器例如排气温度传感器和空气燃料比传感器，它们都在图1中未示出。
下面将参考图2和图3介绍硫浓度传感器10的实例。如图2所示，硫浓度传感器10包括：SOx浓度检测部分20，该SOx浓度检测部分20检测排气中的SOx的浓度；氧化催化剂21A，该氧化催化剂21A对于排气中的H2S具有氧化催化活性，并有很高的氧化能力；氧化催化剂21B，该氧化催化剂21B的氧化能力比氧化催化剂21A的氧化能力更低；以及转换阀22，该转换阀22能够在由图2的箭头A所示的方向和由图2的箭头B所示的方向之间改变排气在硫浓度传感器10中的流动方向。氧化催化剂21B的氧化能力能够将大部分的硫氧化物(SOx，不过大部分的硫氧化物是二氧化硫(SO2))氧化成三氧化硫(SO3)。因为氧化催化剂21B的氧化能力较低，因此，大部分H2S在没有氧化的情况下经过氧化催化剂21B。氧化催化剂21A的氧化能力和氧化催化剂21B的氧化能力能够制成为彼此不同，例如通过使得用作催化剂21A中的催化材料的铂的密度与催化剂21B中的不同，从而使得催化剂21A的能力与催化剂21B的不同，或者通过使得催化剂21A中的催化材料与催化剂21B中的不同。这就是，具有较高氧化能力的催化剂21A中的Pt密度可以设置为较高(即，催化剂21A中的支承Pt的量可以设置为较大)，而在具有较低氧化能力的催化剂21B中的Pt密度可以设置为较低(即，催化剂21B中的支承Pt的量可以设置为较小)。当催化剂21A中的Pt密度和催化剂21B中的Pt密度设置为彼此相等时，催化剂21A的能力也可以设置为较大，而催化剂21B的能力可以设置为较小。还有，具有较高氧化能力的催化材料(例如Pt)可以用于催化剂21A中，而具有较低氧化能力的催化材料(例如钯(Pd))可以用于催化剂21B中。还可以通过将具有较低氧化能力的催化剂21B的温度值控制成低于具有较高氧化能力的催化剂21A的温度，从而使得催化剂21A的氧化能力和催化剂21B的氧化能力可以制成为彼此不同。而且，催化剂21A的氧化能力和催化剂21B的氧化能力可以通过合适组合这些方法而制成为彼此不同。
图3表示了在SOx浓度检测部分20中的检测原理。如图3所示，在SOx浓度检测部分20中，子电极24和检测电极25布置在氧离子导体23的一个表面上，而参考电极26布置在氧离子导体23的另一表面上。例如，氧离子导体23利用氧化钇稳定氧化锆而制成，子电极24利用硫酸盐而制成，检测电极25利用银(Ag)而制成，而参考电极26利用铂(Pt)而制成。对于用于制造子电极24的硫酸盐，优选是采用硫酸银(Ag2SO4)和硫酸钡(BaSO4)的混合盐。硫酸银负责子电极24中的相应。为了稳定硫酸银，添加了硫酸钡。还有，金属银负责检测电极25中的响应。为了提高电极的强度，优选是使用镀银的铂。
在SOx浓度检测部分20中检测的原理如下。首先，引导至SOx浓度检测部分20处的SO3与检测电极25的金属银反应，且电子从金属银中释放。然后，剩下的银离子(Ag+)运动至子电极24。由检测电极25释放的电子通过外部电路27而导向参考电极26。在参考电极26处，电子与氧(O2)组合，并产生氧离子(O2)。氧离子经过氧离子导体23以便到达子电极24。在子电极24中，银离子和氧离子与SO3反应，从而产生硫酸银。由于所述反应，在氧的局部压力恒定的情况下，根据SOx的浓度而在检测电极25和参考电极26之间产生电动力。通过测量电动力，可以恒定SOx的浓度。
转换阀22的操作由ECU 15控制。硫浓度传感器10能够通过利用转换阀22沿由图2中箭头A所示方向引导排气而检测在排气中的SOx和H2S的总浓度。还有，硫浓度传感器10能够通过利用转换阀22沿由图2中箭头B所示方向引导排气而检测在排气中的SOx的浓度。当排气沿图2中箭头A所示方向引导时，在排气中的SO2和H2S通过氧化催化剂21A而转变成SO3。产生的SO3和存在于排气中的SO3导向SOx浓度检测部分20。因此，与总浓度(该总浓度是SOx的浓度和H2S的浓度的总和)相对应的电动力产生于电极25和26之间。同时，当排气沿图2中箭头B所示方向引导时，大部分H2S在没有被氧化的情况下导向SOx浓度检测部分20。因此，产生与排气中的SOx浓度相对应的电动力。通过这样利用转换阀22来改变排气的流动方向，可以在总浓度检测和SOx检测之间改变浓度检测。下文中，排气通过氧化催化剂21A导向SOx浓度检测部分20的状态(即排气沿图2中箭头A所示方向引导时的状态)将称为第一检测状态。还有，排气通过氧化催化剂21B导向SOx浓度检测部分20的状态(即排气沿图2中箭头B所示方向引导时的状态)将称为第二检测状态。在SOx浓度检测部分20中，氧用于检测SOx的浓度。因此，引起反应所需的、包含氧的空气(新鲜空气)可以供给SOx浓度检测部分20，这样，即使在硫中毒恢复处理过程中(在该过程中排气空燃比控制为富油范围)，也能够可靠检测SOx的浓度。而且，硫浓度传感器10可以包括用于使它的温度保持在预定范围内的温度控制装置，例如加热器。
下面参考图4概括介绍排气空燃比的控制，该控制在硫中毒恢复处理过程中由ECU 15来进行。图4是表示在SOx浓度和总浓度(它们在硫中毒恢复处理过程中由硫浓度传感器10来检测)、根据这些浓度获得的H2S浓度以及排气空燃比之间的相应关系的实例。当排气空燃比从化学当量空气燃料比转变成富油空气燃料比时，SOx的浓度立即增加。不过，在SOx的浓度在空气燃料比X处达到峰值时，SOx的浓度随着排气空燃比变得更富油(即随着排气空燃比进一步减小)而减少。同时，当排气空燃比变得更富油时(即排气空燃比从化学当量空气燃料比减小时)，总浓度均匀增加，如虚线所示。H2S的浓度等于在这两个浓度之间的差值。当排气空燃比控制为在化学当量空气燃料比附近的值时并不检测H2S的浓度。H2S的浓度在空气燃料比X(SOx的浓度在该空气燃料比X处达到峰值)附近的空气燃料比处开始进行检测。然后，当排气空燃比变得更富油时(即当排气进一步减小时)，H2S浓度逐渐增加。由NOx催化剂8释放的SOx量随着排气空燃比变得更富油而增加。不过，当排气空燃比变得比特定值更富油时，SOx的浓度检测值减小。因此，显然SOx与HC和CO反应，并产生H2S。在本实施例中，设置H2S浓度的允许水平，以便防止产生硫磺气味等。ECU 15控制发动机1的工作状态，这样，在排气空燃比的范围A1中(在该范围A1中，硫浓度传感器10检测SOx)进行硫中毒恢复处理，，且H2S的浓度变得等于或低于允许值。由于该控制，硫中毒恢复处理能够通过从NOx催化剂8中释放SOx而可靠进行，同时抑制由H2S引起的硫磺气味的产生。
如图5所示，在硫中毒恢复处理过程中产生的H2S的浓度与NOx催化剂8的温度相关。假定排气空燃比恒定，那么当催化剂的温度超过下限温度Tlow时(例如大约600℃)，开始产生H2S。然后，当催化剂的温度增加时，H2S的浓度增加。因此，H2S的浓度能够通过控制NOx催化剂8的温度而减小至等于或低于图4中所示的允许值。也就是，在硫中毒恢复处理过程中，H2S的浓度很可能超过允许值，通过控制发动机1的工作状态，H2S的浓度能够减小至等于或低于允许值，这样，NOx催化剂8的温度相对减小至SOx释放温度范围内。ECU 15也可以执行该控制。
下面参考图6至图10介绍由ECU 15进行的、用于硫中毒恢复处理的各种控制程序。图6表示了用于确定硫中毒恢复处理的开始正时的硫释放开始的控制程序。硫释放开始控制程序由ECU 15来执行。当发动机1工作时，该程序以合适的时间间隔重复进行。在图6的程序中，首先，在步骤S1中，ECU 15判断硫中毒计数器的值是否等于或大于预定值。硫中毒计数器用于确定NOx催化剂8通过硫而中毒的量。ECU 15随后(通过单独的程序)根据由燃料喷射阀16喷射的燃料量以及包含于燃料中的硫组分估计量来计算NOx催化剂8通过SOx而中毒的量(下文中称为“硫中毒量”)。硫中毒计数器累加该计算值。用于步骤S1中的预定值设置为用于判断SOx中毒量是否增加至需要进行硫中毒恢复处理的水平的值。在排气中的SOx量可以利用布置在NOx催化剂8上游的部分中的SOx传感器来检测，且在NOx催化剂8中的硫中毒量可以通过累加检测的SOx量来确定。当NOx传感器布置在NOx催化剂8下游的部分中时，可以通过根据由NOx传感器检测的NOx浓度来确定NOx催化剂8的恶化程度，从而确定是否需要进行硫中毒恢复处理。
当在步骤S1中硫中毒计数器的值小于预定值时，ECU 15判断SOx中毒并没有发展至需要进行硫中毒恢复处理的水平，并结束图6中的程序。而当在步骤S1中硫中毒计数器的值等于或大于预定值时，ECU15判断SOx中毒量已经达到界限，并在步骤S2中打开硫释放请求标识。然后ECU 15结束程序。
为了在硫中毒恢复处理过程中准确获得H2S的浓度，ECU 15以给定时间间隔重复执行图7中的转换阀工作控制程序。在图7中的转换阀工作控制程序中，首先，ECU 15判断在步骤S11中硫释放请求标识是否打开。当硫释放请求标识打开时，ECU 15执行步骤S12和随后的步骤。当硫释放请求标识关闭时，ECU 15跳过步骤S12和随后的步骤，并结束本程序。在步骤S12中，ECU 15判断SOx是否稳定地从NOx催化剂8中释放。例如，当硫中毒恢复处理刚刚开始且并没有检测到SOx从NOx催化剂8中的释放时，或者当H2S的浓度等于或高于图4中的允许值时，ECU 15判断SOx并没有稳定释放。当判断SOx稳定释放时，ECU 15能够在步骤S13中进行转换控制。该转换控制将改变转换阀22的状态，这样，硫浓度传感器10的检测状态在第一检测状态和第二检测状态之间以给定时间间隔周期性地交替转变。随后，ECU15结束本控制程序。ECU 15通过单独的程序来执行转换阀22的转换控制。H2S的浓度根据利用转换控制检测的总浓度和SOx浓度来获得。
从利用转换阀22将硫浓度传感器10的检测状态转变成第一检测状态时开始直至检测到总浓度时的时期(总浓度检测延迟时期)设置成比从利用转换阀22将硫浓度传感器10的检测状态转变成第二检测状态时开始直至检测到SOx浓度时的时期(SOx浓度检测延迟时期)更长。在硫浓度传感器10中，在第一检测状态在氧化催化剂21A中完成氧化反应(特别是H2S的氧化反应)所花费的时间比在第二检测状态在氧化催化剂21B中完成氧化反应所花费的时间更长。此外，因为在催化剂21B中只氧化SOx，而在催化剂21A中需要氧化SOx和H2S，因此在催化剂21A中完成氧化反应将花费更长时间。而且，当催化剂21A的能力(capacity)设置成比催化剂21B的能力更大时，排气通过催化剂21A所花费的时间比排气通过催化剂21B所花费的时间更长，因为催化剂21A的能力比催化剂21B的能力更大。例如，如图11所示，与当硫浓度传感器10的检测状态转变成第二检测状态时的响应延迟时期(例如从检测开始时的时间t0直至达到90％响应点的时期TD SOx)相比，根据在第一检测状态中完成氧化反应所需的时间和在第二检测状态中完成氧化反应所需的时间之间的差异，当硫浓度传感器10的检测状态转变成第一检测状态时响应延迟时期TD-H2S+SOx将增加。因此，总浓度检测延迟时期设置成比SOx浓度检测延迟时期更长。因此提高了测量总浓度和SOX浓度的准确性。因此，能够准确获得H2S的浓度。
下面再介绍图7中的控制程序。当判断SOx的释放不稳定时，ECU15在步骤S14中阻止转换阀22的转换控制。然后，结束本控制程序。当SOx的释放不稳定时，总浓度和SOx浓度的检测值并不稳定。这时阻止转换控制。ECU 15根据NOx催化剂8的状态而利用转换阀22将硫浓度传感器10的检测状态转变成第一检测状态或第二检测状态，然后阻止转换控制。例如，当刚刚开始硫中毒恢复处理，且没有检测到SOx的释放时，ECU 15利用转换阀22将硫浓度传感器10的检测状态转变成第二检测状态，然后阻止转换控制。如图4所示，当进行硫恢复处理时，SOx比H2S更早地从NOx催化剂8中释放。因此，硫浓度传感器10的检测状态利用转换阀22而转变成第二检测状态，然后通过使转换阀22保持在相同状态而使得硫浓度传感器10保持在第二检测状态。因此，提高了检测SOx浓度的准确性。还有，当H2S的浓度等于或高于预定值(允许值)时，ECU 15利用转换阀22将硫浓度传感器10的检测状态转变成第一检测状态，然后阻止转换控制。因为通过使转换阀22保持在相同状态而使得硫浓度传感器10保持在第一检测状态，因此能够准确获得H2S的浓度变化。
通过这样控制转换阀22的工作，可以在硫中毒恢复处理过程中准确获得H2S的浓度。当硫浓度传感器10的检测状态从第二检测状态转变成第一检测状态时，只有当在第二检测状态中检测的SOx浓度变化范围等于或小于预定值时，ECU 15才使得硫浓度传感器10的检测状态转变成第一检测状态。这样，因为硫浓度传感器10的检测状态只有在SOx的浓度变化范围等于或小于预定值时才进行转变，因此能够提高检测SOx浓度的精确性。
当硫释放请求标识打开时，为了进行硫中毒恢复处理，ECU 15以给定时间间隔重复执行图8中的排气空燃比控制程序和图9中的温度增加控制程序。在图8中的排气空燃比控制程序中，首先ECU 15在步骤S21中判断硫释放请求标识是否打开。当硫释放请求标识打开时，ECU 15执行步骤S22和随后的步骤。当硫释放请求标识关闭时，ECU15跳过步骤S21和随后的步骤，并结束本程序。在步骤S22中，发动机1的工作状态控制为这样，即排气空燃比保持在富油范围内(即燃料量大于处于化学当量空气燃料比的燃料量)，且NOx催化剂8的温度增加至SOx释放温度范围，因此进行硫中毒恢复处理。当开始硫中毒恢复处理时，硫中毒恢复处理持续进行。例如通过在进行用于气缸2中燃烧的主燃料喷射后再从燃料喷射阀16附加喷射燃料(也就是通过进行所谓的后喷射)，从而使排气空燃比变成富油。当燃料供给阀布置在排气通道4中并在NOx催化剂8上游的部分处时，排气空燃比可以通过从燃料供给阀供给燃料而控制为处于富油范围。发动机1的工作状态的控制并不局限于气缸2中的燃烧控制，而且包括在排气通道4中的控制(如下文中所述)。
在步骤S22中开始硫中毒恢复处理之后，在步骤S23中判断由硫浓度传感器10检测的SOx浓度是否等于或大于预定值。该预定值设置为最低SOx释放水平，它是在合适时期结束通过硫中毒恢复处理而使NOx催化剂从硫中毒中恢复所需的最低水平。当SOx的浓度低于预定值时，在步骤S25中以预定阶差量减小排气空燃比。也就是，排气空燃比变化成这样的空气燃料比，其中，空气量与在执行步骤S25之前的空气燃料比的空气量相比更小。排气空燃比的这种变化并不表示从化学当量空气燃料比至富油空气燃料比的变化。排气空燃比通过例如操作节流阀7和EGR阀13而减小，这样，吸入空气量(严格的讲，氧量)减小。还有，排气空燃比可以通过增加由后喷射供给的燃料量而减小。
当在步骤S23中SOx的浓度等于或高于预定值时，在步骤S24中判断通过转换控制而获得的H2S浓度是否等于或高于预定值。该预定值设置为图4中的允许值。不过，为了防止H2S浓度由于控制响应延迟而暂时变得高于允许值，在步骤S24中的预定值可以设置为低于允许值。当H2S的浓度低于预定值时，在步骤S25中减小排气空燃比。同时，当H2S的浓度等于或高于预定值时，在步骤S26中使排气空燃比增加预定阶差量。也就是，排气空燃比变化成这样的空气燃料比，其中，空气量与在执行步骤S26之前的空气燃料比的空气量相比更大。排气空燃比的该变化并不表示从化学当量的空气燃料比变化成贫油空气燃料比。该排气空燃比通过例如操作节流阀7和EGR阀13而增加，这样，吸入空气量增加。还有，排气空燃比可以通过减小由后喷射供给的燃料量而增加。这些操作可以认为是内燃机的一种工作状态控制。当提供用于将空气引向排气通道4的空气喷射装置以便例如促进NOx催化剂8的加热时，排气空燃比可以通过将空气从空气喷射装置引入排气通道4而增加。当在步骤S25或步骤S26中改变排气空燃比之后，结束本程序。
同时，在图9的稳定增加控制程序中，首先在步骤S31中ECU 15判断硫释放请求标识是否打开。当硫释放请求标识打开时，ECU 15执行步骤S32和随后的步骤。当硫释放请求标识关闭时，ECU 15跳过步骤S32和随后的步骤，并结束本程序。在步骤S32中，发动机1的工作状态控制为使得排气空燃比保持在富油范围，且NOx催化剂8的温度增加至SOx释放温度范围，因此执行硫中毒恢复处理。在步骤S31和步骤S32中的处理与在图8的步骤S21和步骤S22中的处理相同。在步骤S33中，判断SOx的浓度是否等于或高于预定值，与图8中的步骤S23相同。在步骤S34中，判断H2S的浓度是否等于或高于预定值，与图8中的步骤S24相同。在步骤S33和S34中使用的预定值分别与在步骤S23和S24中使用的预定值相同。当SOx的浓度低于预定值时，或者当H2S的浓度低于预定值时，在步骤S35中在用于NOx催化剂8的稳定增加控制中的目标温度增加预定阶差量。当SOx的浓度等于或高于预定值，且H2S的浓度等于或高于预定值时，温度增加控制中的目标温度减小预定阶差量。ECU 15控制发动机1的工作状态，这样，在硫中毒恢复处理过程中，NOx催化剂8的温度通过单独的程序而变得等于SOx释放温度范围内的目标温度。在步骤S35和S36的处理中，NOx催化剂8的温度通过改变成目标温度而变化。
NOx催化剂8的温度例如通过增加或减小由后喷射供给的燃料量来调节。当然，当燃料量增加时催化剂的温度增加。还有，催化剂的温度可以通过减小由后喷射供给的燃料量而减小。不过，因为NOx催化剂8的温度与排气的温度相关，因此催化剂的温度也可以这样调节，即通过改变气缸2中的、用于燃烧的主喷射的正时，以便改变排气的温度。这时，当燃料喷射正时延迟时，催化剂的温度增加。当延迟的燃料喷射正时提前至初始燃料喷射正时时，催化剂的温度降低。当在步骤S35或步骤S36中改变催化剂的目标温度之后，结束本温度增加控制程序。
图10表示了用于确定硫中毒恢复处理的结束正时的硫释放结束控制程序。硫释放结束控制程序由ECU 15来执行。当发动机1工作时，该程序以合适的时间间隔重复执行。在图10的程序中，首先在步骤S41中，ECU 15判断硫中毒计数器的值是否等于或大于预定值。在步骤S41中使用的预定值与在图6的步骤S1中使用的预定值相同。当硫中毒计数器的值等于或大于预定值时，ECU 15执行步骤S42和随后的步骤。当硫中毒计数器的值小于预定值时，ECU 15跳过步骤S42和随后的步骤，并结束本程序。在步骤S42中，判断是否正在进行硫中毒恢复处理。当正在进行硫中毒恢复处理时，ECU 15执行步骤S43。当并不进行硫中毒恢复处理时，ECU15跳过步骤S43和随后的步骤，并结束本程序。
在步骤S43中，判断由硫浓度传感器10检测的SOx浓度是否等于或高于预定值。在步骤S43中使用的预定值设置为用于判断是否应当结束硫中毒恢复处理的界限值。在步骤S43中使用的预定值设置为小于在图8的步骤S23中使用的预定值和在图9的步骤S33中使用的预定值，这样，即使当SOx以进行硫中毒恢复处理所需的最低水平释放时，也不会结束硫中毒恢复处理。当在步骤S43中判断SOx的浓度小于预定值时，在步骤S44中使硫释放请求标识关闭，并结束本程序。当在步骤S43中判断SOx的浓度等于或高于预定值时，跳过步骤S44，并结束本程序。
因为执行了前述控制，因此当在硫中毒恢复处理过程中SOx的释放量减小至硫中毒恢复处理所需的最低水平时，排气空燃比通过图8的步骤S23和步骤S25中的处理而减小，且催化剂的温度在图9的步骤S33和步骤S35的处理中增加。因此，在硫中毒恢复处理过程中，SOx以在硫中毒恢复处理过程中所需的最低水平而从NOx催化剂8中是否，因此可靠进行硫中毒恢复处理。还有，当H2S的浓度等于或低于允许值时，重复执行在图8的步骤S24和步骤S25中的处理，从而逐渐减小排气空燃比。此外，重复执行在图9的步骤S34和步骤S35中的处理，从而逐渐增加催化剂的温度。同时，当H2S的浓度增加至允许值(允许极限)时，执行图8的步骤S24和步骤S26中的处理，从而在一定程度上增加排气空燃比。此外，执行在图9的步骤S34和步骤S36中的处理，从而在一定程度上降低催化剂的温度。因此，能够通过尽可能地促使SOx从NOx催化剂8中释放而高效进行硫中毒恢复处理，同时将H2S的浓度控制为等于或低于允许值。
在前述实施例中，ECU 15构成执行NOx催化剂8的中毒恢复处理和转换阀22的转换控制的控制器。
本发明并不局限于前述实施例。本发明可以以不同实施例来实施。例如，为了在硫中毒恢复处理过程中将SOx的浓度和H2S的浓度控制为在图4的范围A1中的值，可以只进行图8和图9的控制中的一个。在图8的步骤S24和图9的步骤S34中，当H2S的浓度低于预定值时，可以在不执行步骤S25或步骤S35的情况下结束程序。
确定硫中毒恢复处理的结束正时并不局限于如图10中所示的确定。在图10的步骤S43中，根据SOx的浓度来判断硫中毒恢复处理是否应当结束。不过，例如可以当由处于第一检测状态的硫浓度传感器10检测的总浓度减小至低于预定值时判断应当结束硫中毒恢复处理。还有，ECU 15可以根据SOx的浓度或总浓度的检测值来重复计算从NOx催化剂8中释放的SOx的量，并可以累加计算值，以便获得从开始硫中毒恢复处理起的累加值，并当在累加值和硫中毒计数器的值之间的差值小于预定值时可以确定应当结束硫中毒恢复处理。而且，本发明并不局限于柴油发动机。本发明可以用于使用汽油和其它燃料的各种内燃机。
Claims (10)
1.一种用于内燃机的排气控制装置，其特征在于包括：
NOx储存还原催化剂，该NOx储存还原催化剂布置在内燃机的排气通道内；
浓度检测装置，该浓度检测装置的检测状态可以在第一检测状态和第二检测状态之间转变，在该第一检测状态中检测经过NOx储存还原催化剂的排气中的硫氧化物和硫化氢的总浓度，在该第二检测状态中检测排气中的硫氧化物的浓度；以及
控制器，该控制器执行硫中毒恢复处理，该硫中毒恢复处理控制内燃机的工作状态，从而使硫氧化物将从NOx储存还原催化剂中释放，其中：
在由控制器进行的硫中毒恢复处理过程中，当处于第二检测状态的浓度检测装置检测到硫氧化物从NOx储存还原催化剂中释放之后，浓度检测装置的检测状态在第一检测状态和第二检测状态之间交替转变，因此，浓度检测装置获得硫氧化物的浓度和硫化氢的浓度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：浓度检测装置的检测状态以给定时间间隔在第一检测状态和第二检测状态之间转变。
3.根据权利要求1所述的装置，其中：当判断由浓度检测装置检测的硫氧化物的浓度变化范围等于或小于预定值时，浓度检测装置的检测状态转变成第一检测状态。
4.根据权利要求1所述的装置，其中：浓度检测装置包括对于硫化氢具有氧化催化活性的氧化催化剂；处于第一检测状态的浓度检测装置检测在经过氧化催化剂的排气中的硫氧化物和硫化氢的浓度，且从浓度检测装置的检测状态转变成第一检测状态开始直至检测到总浓度的延迟时期设置成比从浓度检测装置的检测状态转变成第二检测状态开始直至检测到硫氧化物浓度的延迟时期更长。
5.根据权利要求1所述的装置，其中：在由控制器进行的中毒恢复处理过程中，控制器根据NOx储存还原催化剂的状态来使得浓度检测装置的检测状态转变成第一检测状态或第二检测状态。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中：当控制器判断在硫中毒恢复处理过程中由浓度检测装置获得的硫化氢的浓度超过允许极限时，控制器使得浓度检测装置保持在第一检测状态，且控制器将内燃机的工作状态控制为使得硫氧化物从NOx储存还原催化剂中释放，且释放的硫氧化物的量处于预定范围中，硫化氢的浓度降低，控制器在总浓度开始降低后将浓度检测装置的检测状态转变成第二检测状态。
7.根据权利要求6所述的装置，其中：通过执行将排气空燃比增加至富油空气燃料比范围的处理和将NOx储存还原催化剂的温度减小至释放硫氧化物的温度范围内的处理中的至少一个，控制器控制内燃机的工作状态，从而降低硫化氢的浓度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中：当控制器判断硫化氢的浓度低于允许极限时，控制器将内燃机的工作状态控制成使得从NOx储存还原催化剂中释放的硫氧化物的量增加。
9.根据权利要求8所述的装置，其中：通过执行减小排气空燃比的处理和增加NOx储存还原催化剂的温度的处理中的至少一个，控制器可以将内燃机的工作状态控制成使得硫氧化物的释放量增加。
10.一种用于内燃机的排气控制方法，其特征在于包括：
执行中毒恢复处理，该中毒恢复处理控制内燃机的工作状态，从而使硫氧化物从布置于内燃机排气通道中的NOx储存还原催化剂中释放；
在中毒恢复处理过程中通过处于第二检测状态的浓度检测装置来检测经过NOx储存还原催化剂的排气中的硫氧化物的浓度；
在由处于第二检测状态的浓度检测装置检测硫氧化物的浓度之后，使得浓度检测装置的检测状态在检测排气中的硫氧化物和硫化氢的总浓度的第一检测状态和第二检测状态之间转变，并获得硫氧化物的浓度和硫化氢的浓度。
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