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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Abgassteuergerät für eine Brennkraftmaschine,
in der ein NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator
von einer durch eine Schwefelkomponente verursachten Vergiftung
wiederhergestellt wird.
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2. Beschreibung des zugehörigen Stands
der Technik
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Ein
NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator (im Weiteren kann der NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator
als "NOx-Katalysator" bezeichnet sein)
ist in einem Auslassdurchlass vorgesehen. Der NOx-Katalysator kann
mit Schwefeloxid (SOx) vergiftet sein (d. h. es kann eine Schwefelvergiftung auftreten).
In diesem Fall ist es nötig,
den NOx-Katalysator
von der Schwefelvergiftung wiederherzustellen, sodass eine Katalysator-Steuerfunktion
zurückgesetzt
wird. Daher wird bei gegebenen Zeitintervallen ein Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
durchgeführt.
Bei dem Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess wird eine
Temperatur des NOx-Katalysators auf einen Temperaturbereich erhöht, in dem
SOx freigegeben wird (im Weiteren als "SOx-Freigabetemperaturbereich" bezeichnet) und
der NOx-Katalysator wird in eine reduzierende Atmosphäre gebracht.
Beispielsweise offenbar die japanische Patentoffenlegungsschrift
Nummer JP (A) 2000-045753 ein Abgassteuergerät, in dem eine Ansammlungsmenge
von SOx in einem NOx-Katalysator auf Grundlage einer SOx-Konzentration
berechnet wird, die durch einen an einem Abschnitt stromabwärts des
NOx-Katalysator vorgesehenen SOx-Sensor erfasst wird, und wenn die
Ansammlungsmenge einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, dann wird eine
Temperatur des NOx-Katalysators auf einen SOx-Freigabetemperaturbereich erhöht (d. h.
der Temperaturbereich von ca. 600°C oder
höher)
und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases (im weiteren Verlauf als "Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis" bezeichnet) wird
für eine
vorbestimmte Zeitspanne fett gemacht, sodass der NOx-Katalysator von der
Schwefelvergiftung wiederhergestellt wird.
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Zudem
reagiert in dem Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess das von dem NOx-Katalysator
freigegebene SOx mit Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO)
und somit wird Schwefelwasserstoff (H2S)
erzeugt. Da H2S einen Schwefelgestank hervorruft,
muss eine Menge von freigegebenem H2S reduziert
werden. Dementsprechend offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift
Nummer JP (A) 2003-035132 ein Abgassteuergerät, in dem ein Sensor zum Erfassen
einer Konzentration von H2S an einem Abschnitt
stromabwärts
des NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator angeordnet ist und der
Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess auf Grundlage eines
Ausgabewerts des Sensors gesteuert wird.
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Da
jedoch in dem Abgassteuergerät,
das den SOx-Sensor verwendet, wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nummer JP (A) 2000-045753 offenbart ist, die Menge von freigegebenem
NOx während
dem Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
nicht erfasst wird, kann der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
selbst dann fortgeführt
werden, wenn nahezu kein SOx von dem NOx-Katalysator freigegeben wird oder der
Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
kann übermäßig durchgeführt werden
und die Menge von freigegebenem H2S kann
nicht verringert werden. In dem Abgassteuergerät, das den H2S-Sensor verwendet,
wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nummer JP (A) 2003-035132
offenbart ist, kann, obwohl die Erzeugung von H2S
unterdrückt
ist, nicht die tatsächliche
Menge von freigegebenem SOx während
dem Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
erfasst werden, wie dies in dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nummer JP (A) 2000-045753 offenbarten Abgassteuergerät der Fall ist.
Daher kann der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess nicht fortgeführt werden,
während SOx
nicht ausreichend freigegeben wurde. Das heißt, eine Bedingung, unter der
SOx von dem NOx-Katalysator freigegeben wird, stimmt nicht notwendigerweise
mit einer Bedingung überein,
unter der H2S erzeugt wird. Folglich kann
dann, wenn der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess auf Grundlage
lediglich der Konzentration von H2S durchgeführt wird,
der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess nicht auf geeignete
Weise fortschreiten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Abgassteuergerät für eine Brennkraftmaschine
bereitzustellen, in dem Schwefeloxid (SOx) zuverlässig freigegeben
werden kann, während
die Freigabe von Schwefelwasserstoff (H2S) während einem
Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess unterdrückt wird.
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Ein
erster Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf ein Abgassteuergerät für eine Brennkraftmaschine
mit: einem NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator, der in einem
Auslassdurchlass für eine
Brennkraftmaschine vorgesehen ist; einer Erfassungseinrichtung,
die eine Gesamtkonzentration von Schwefeloxid und Schwefelwasserstoff
in dem Abgas, das den NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator passiert hat
sowie eine Konzentration des Schwefeloxids in dem Abgas erfasst;
und einer Vergiftungswiederherstellungs-Steuereinrichtung, die einen
Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess durchführt, der
einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine so steuert, dass das
Schwefeloxid von dem NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator freigegeben
wird. Wenn eine Konzentration von Schwefelwasserstoff, die auf Grundlage
der Gesamtkonzentration und der Konzentration des Schwefeloxids, die
durch die Erfassungseinrichtung während dem Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
erfasst wurde, erhalten wird, einen zulässigen Grenzwert überschreitet,
dann steuert die Vergiftungswiederherstellungs-Steuereinrichtung
den Betriebszustand der Brennkraftmaschine so, dass das Schwefeloxid
von dem NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator freigegeben wird, eine Menge
von freigegebenem Schwefeloxid in einem zuvor bestimmten Bereich
liegt und eine Konzentration von Schwefelwasserstoff reduziert wird.
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Da
gemäß dem ersten
Gesichtspunkt der Erfindung die Erfassungseinrichtung die Konzentration des
Schwefeloxids an einem Abschnitt stromabwärts des NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysators und
die Gesamtkonzentration des Schwefeloxids und des Schwefelwasserstoffs
erfasst, kann die Konzentration des tatsächlich freigegebenen Schwefeloxids erhalten
werden und die Konzentration des Schwefelwasserstoffs, welcher tatsächlich erzeugt
wird, kann ebenso auf Grundlage der Gesamtkonzentration und der
Konzentration des Schwefeloxids erhalten werden. Unter Bezugnahme
auf die Konzentration des Schwefeloxids und die Konzentration des Schwefelwasserstoffs
wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine so gesteuert, dass
das Schwefeloxid freigegeben wird, während die Konzentration des
Schwefelwasserstoffs so reduziert wird, dass sie in dem zulässigen Bereich
liegt. Das heißt,
der Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird so gesteuert, dass
das Schwefeloxid von dem NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator freigegeben
wird, die Menge des freigegebenen Schwefeloxids in einem vorbestimmten
Bereich liegt und die Konzentration des Schwefelwasserstoffs reduziert
wird. Somit kann die Wiederherstellung der Katalysatorfunktion dazu
gebracht werden, dass sie zuverlässig
fortschreitet, indem das Schwefeloxid freigegeben wird, während ein
Auftreten von durch den Schwefelwasserstoff erzeugtem Schwefelgestank
unterdrückt wird.
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Gemäß dem ersten
Gesichtspunkt der Erfindung kann die Vergiftungswiederherstellungs-Steuerungseinrichtung
den Betriebszustand der Brennkraftmaschine so steuern, dass die
Konzentration des Schwefelwasserstoffs reduziert wird, indem zumindest
einer von dem Prozess des Erhöhens
eines Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
in einen fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich
und eines Prozesses einer Verringerung einer Temperatur des NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysators
in einen Temperaturbereich, in dem das Schwefeloxid freigegeben
wird, durchgeführt
wird. Durch Steuern des Betriebszustands auf diese Weise ist es
möglich, die
Erzeugung von Schwefelwasserstoff zu unterdrücken, die durch das von dem
NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator
freigegebene Schwefeloxid verursacht wird.
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Die
Vergiftungswiederherstellungs-Steuereinrichtung kann das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöhen, indem
beispielsweise ein Prozess des Erhöhens einer Menge von Einlassluft,
ein Prozess der Verringerung einer Abgasrückführmenge (AGR-Menge) oder ein
Prozess der Verringerung einer Menge des zu einem Abschnitt stromaufwärts des NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysators
(einem Zylinder oder einem Auslassdurchlass) zugeführten Kraftstoffs
durchgeführt
wird.
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Wenn
gemäß dem ersten
Gesichtspunkt der Erfindung die Konzentration des Schwefelwasserstoffs
niedriger als der zulässige
Grenzwert ist, dann kann die Vergiftungswiederherstellungs-Steuerungseinrichtung
den Betriebszustand der Brennkraftmaschine so steuern, dass die
Menge des von dem NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator freigegebenen
Schwefeloxids erhöht
wird. Da der Betriebszustand in dieser Weise gesteuert wird, kann
der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess dazu gebracht
werden, auf effiziente Weise fortzuschreiten, indem die Freigabe
des Schwefeloxids so stark wie möglich
gefördert
wird, während
die Konzentration des Schwefelwasserstoffs den zulässigen Grenzwert
nicht überschreitet.
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Die
Vergiftungswiederherstellungs-Steuereinrichtung kann den Betriebszustand
der Brennkraftmaschine so steuern, dass die Menge des freigegebenen
Schwefeloxids erhöht
wird, indem zumindest einer von einem Prozess einer Verringerung
eines Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
und einem Prozess einer Erhöhung
einer Temperatur des NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysators durchgeführt wird.
Durch Steuern des Betriebszustands auf dieser Weise ist es möglich, die
Menge des von dem NOx-Reduktions-Speicherungs-Katalysator freigegebenen
Schwefeloxids zu erhöhen.
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Die
Vergiftungswiederherstellungs-Steuerungseinrichtung kann das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis verringern,
indem beispielsweise ein Prozess der Verringerung einer Einlassluftmenge,
ein Prozess der Erhöhung
einer Abgasrückführmenge
oder ein Prozess der Erhöhung
einer Menge eines zu einem Abschnitt stromaufwärts des NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysators
(einem Zylinder oder einem Auslassdurchlass) zugeführten Kraftstoff durchgeführt wird,
und zwar in einer Art entgegengesetzt zu der Art, in der das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht wird.
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Wenn
gemäß dem ersten
Gesichtspunkt der Erfindung die Konzentration des durch die Erfassungseinrichtung
erfassten Schwefeloxids auf einen vorbestimmten unteren Grenzwert
abgenommen hat, kann die Vergiftungswiederherstellungs-Steuereinrichtung
den Betriebszustand der Brennkraftmaschine so steuern, dass die
Menge des freigegebenen Schwefeloxids erhöht wird. Durch Steuern des
Betriebszustands auf diese Weise kann der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
dazu gebracht werden, auf Grundlage der erfassten Konzentration
des tatsächlich
von dem NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator freigegebenen Schwefeloxids
zuverlässiger
fortzuschreiten.
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Wie
bis hier beschrieben wurde, hat das Abgassteuergerät gemäß dem ersten
Gesichtspunkt der Erfindung die Erfassungseinrichtung zum Erfassen
der Konzentration des Schwefeloxids an einem Abschnitt stromabwärts des
NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysators
sowie der Gesamtkonzentration des Schwefeloxids und des Schwefelwasserstoffs.
Daher kann die Konzentration des während dem Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
tatsächlich
freigegebenen Schwefeloxids erhalten werden und die Konzentration
des tatsächlich
erzeugten Schwefelwasserstoffs kann zudem auf Grundlage der Gesamtkonzentration
und der Konzentration des Schwefeloxids erhalten werden. Auf der
Grundlage dieser Konzentrationen kann ein Abgassystem so gesteuert
werden, dass das Schwefeloxid freigegeben wird, während die
Konzentration des Schwefelwasserstoffs auf innerhalb des zulässigen Bereichs
verringert wird. Somit kann die Wiederherstellung der Katalysatorfunktion
dazu gebracht werden, zuverlässig
fortzuschreiten, indem das Schwefeloxid freigegeben wird, während das
Auftreten eines durch den Schwefelwasserstoff erzeugten Schwefelgestanks
unterdrückt
wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorgehenden und/oder weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlicher,
in denen gleiche Bezugszeichen zur Wiedergabe gleicher Elemente verwendet
werden, wobei:
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1 ein
Schaubild ist, das eine Konfiguration einer Brennkraftmaschine zeigt,
auf die die Erfindung angewendet wird;
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2 ein
Schaubild ist, das eine Skizze einer Konfiguration eines Schwefelkonzentrationssensors
zeigt, der in einem in 1 gezeigten Abgassteuergerät verwendet
wird;
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3A ein
Prinzip der Erfassung in einem SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt des
Schwefelkonzentrationssensors zeigt und 3B ein
Prinzip der Erfassung in einem Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt
des Schwefelkonzentrationssensors zeigt;
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4 ein
Graph ist, der ein Beispiel einer entsprechenden Beziehung zwischen
einer Konzentration von SOx und einer Gesamtkonzentration, die durch
den Schwefelkonzentrationssensor erfasst werden, und einer Konzentration
von H2S, die auf Grundlage dieser Konzentrationen
erhalten wird, und eines Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zeigt;
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5 Graph
ist, der ein Beispiel einer entsprechenden Beziehung zwischen einer
Temperatur eines NOx-Katalysators und der Konzentration von H2S zeigt;
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6 ein
Ablaufdiagramm ist, das eine Schwefelfreigabe-Startsteuerroutine zeigt;
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7 ein
Ablaufdiagramm ist, das eine Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerroutine zeigt;
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8 ein
Ablaufdiagramm ist, das eine Temperaturerhöhungs-Steuerroutine zeigt;
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9 ein
Ablaufdiagramm ist, das eine Schwefelfreigabe-Beendigungssteuerroutine zeigt;
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10A und 10B Graphen
sind, die jeweils zeitabhängige Änderungen
in einer Menge von freigegebenem SOx und einer Menge von erzeugten H2S während
einem Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
zeigen und insbesondere zeigt 10A die
zeitabhängigen Änderungen
in der Temperatur des Katalysators, dem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, der
Menge von freigegebenem SOx und der Menge von erzeugtem H2S in einem Fall, in dem die in 7 und
in 8 gezeigten Steuerungen durchgeführt werden
und 10B zeigt zeitabhängige Änderungen
in der Menge von freigegebenem NOx und der Menge von erzeugtem H2S in einem Vergleichsbeispiel; und
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11 Ansprecheigenschaften
des SOX-Konzentrations-Erfassungsabschnitts
und des Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitts
des Schwefelkonzentrationssensors zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
eine Dieselkraftmaschine 1 als eine Brennkraftmaschine
sowie Einlass- und Auslasssysteme dafür. Die Kraftmaschine 1 ist
in einem Fahrzeug als eine Kraftquelle zum Betrieb installiert. An
Zylindern 2 der Kraftmaschine 1 sind ein Einlassdurchlass 3 und
ein Auslassdurchlass 4 angeschlossen. Ein Luftfilter 5 zum
Filtern von Einlassluft, ein Kompressor 6a eines Turboladers 6 und
ein Drosselventil 7 zum Anpassen einer Einlassluftmenge
sind in dem Einlassdurchlass 3 vorgesehen. Eine Turbine 6b des
Turboladers 6 ist in dem Auslassdurchlass 4 vorgesehen.
Eine Abgassteuereinheit 9, die einen NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator
(im Weiteren als "NOx-Katalysator" bezeichnet) 8 aufweist, ist
an einem Abschnitt stromabwärts
der Turbine 6b in dem Auslassdurchlass 4 vorgesehen.
Ein Schwefelkonzentrationssensor 10, der als eine Konzentrationserfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Konzentration einer Schwefelkomponente in dem
Abgas dient, ist an einem Abschnitt stromabwärts des Katalysators 8 vorgesehen.
Die Abgassteuereinheit 9 kann eine Struktur haben, bei
der von einem Dieselpartikelfilter zum Fangen von Partikeln in dem
Abgas ein NOx-katalytisches Material getragen wird. Zudem kann die
Abgassteuereinheit 9 separat von einem solchen Filter vorgesehen
sein. Der NOx- Speicherungs-Reduktions-Katalysator
ist ein Katalysator, der NOx zurückhalten
kann. Dies ist so zu verstehen, dass der hier verwendete Ausdruck "Speicherung" das Aufbewahren
von NOx in der Form zumindest einem aus Adsorption, Adhäsion, Absorption,
Fangen, Okklusion und anderen Formen bedeutet. Zudem kann eine Schwefelvergiftung
in jeder Art auftreten. Ferner können
NOx und SOx auf jede Weise freigegeben werden. Der Auslassdurchlass 4 ist über einen Abgasrückführdurchlass 11 an
dem Einlassdurchlass 3 angeschlossen. Ein AGR-Kühler 12 und
ein AGR-Ventil 13 sind in dem AGR-Durchlass 11 vorgesehen.
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Ein
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
an einem Abschnitt an dem der NOx-Katalysator 8 gepasst
ist (im weiteren Verlauf kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis als "Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis" bezeichnet werden)
und eine Temperatur des NOx-Katalysators 8 werden
durch eine Kraftmaschinen-Steuereinheit (ECU) 15 gesteuert.
Die ECU 15 ist eine bekannte Computereinheit, die einen
Betriebszustand der Kraftmaschine 1 steuert, indem sie
verschiedene Vorrichtungen, etwa das Kraftstoff-Einspritzventil 16, welches
Kraftstoff in den Zylinder einspritzt, ein Druckeinstellventil für eine Common-Rail 17,
die den Druck des zu dem Kraftstoff-Einspritzventil 16 zugeführten Kraftstoffs
ansammelt, das Drosselventil 7 zum Anpassen der Einlassluftmenge
und das AGR-Ventil 13 betätigt. Die ECU 15 steuert
den Kraftstoff-Einspritzbetrieb des Kraftstoff-Einspritzventils 16 so, dass
ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches
ein Verhältnis
zwischen einer Masse der in den Zylinder 2 eingebrachten
Luft und einer Masse des von dem Kraftstoff-Einspritzventil 16 zugeführten Kraftstoffs ist,
auf ein vorbestimmtes Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert
wird. Während
dem normalen Betrieb wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf
ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis
gesteuert, bei dem eine Luftmenge größer als eine Luftmenge bei
einem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Wenn jedoch NOx
und SOx von dem NOx-Katalysator 8 freigegeben werden, wird
das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
auf das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert,
bei dem eine Kraftstoffmenge größer als eine
Kraftstoffmenge bei dem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Da die ECU 15 zudem die in 6 bis 9 gezeigten
und später
beschriebenen Routinen durchführt,
dient die ECU 15 als eine Vergiftungswiederherstellungs-Steuereinrichtung. Die
ECU 15 steuert weitere verschiedene Vorrichtungen, die
in 1 nicht gezeigt sind. Zudem ist die Kraftmaschine 1 zum
Durchführen
der vorstehend erwähnten
verschiedenen Steuerungen mit verschiedenen Sensoren, etwa einem
Abgastemperatursensor und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor versehen,
die in 1 nicht gezeigt sind.
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Als
Nächstes
wird ein Beispiel des Schwefelkonzentrationssensors 10 unter
Bezugnahme auf 2 und 3A und 3B beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, hat der Schwefelkonzentrationssensor 10 einen
SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 20,
der eine Konzentration von SOx im Abgas erfasst und hat einen Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt 21,
der eine Gesamtkonzentration von SOx und H2S
in dem Abgas erfasst. 3A zeigt ein Prinzip der Erfassung
in dem SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 20. 3B zeigt
ein Prinzip der Erfassung in dem Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt 21.
Wie in 3A gezeigt ist, sind in dem
SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 20 eine Subelektrode 23 und
eine Erfassungselektrode 24 an einer Fläche eines Sauerstoffionenleiters 22 vorgesehen
und eine Referenzelektrode 25 ist an der anderen Fläche des
Sauerstoffionenleiters 22 vorgesehen. Beispielsweise ist der
Sauerstoffionenleiter 22 gefertigt, in dem Yttriumstabilisiertes
Zirkonoxid verwendet wird, die Subelektrode 23 ist unter
Verwendung von Sulfat gefertigt, die Erfassungselektrode 24 ist
unter Verwendung von Silber (Ag) gefertigt und die Referenzelektrode 25 ist
unter Verwendung von Platin (Pt) gefertigt. Als das Sulfat, das
zum Herstellen der Sub-Elektrode 23 verwendet wird, wird
bevorzugterweise ein Gemisch aus Salzsilbersulfat (Ag2SO4) und Bariumsulfat
(BaSO4) eingesetzt. Das Silbersulfat ist für eine Antwortreaktion in der Sub-Elektrode 23 verantwortlich.
Um das Silbersulfat zu stabilisieren, wird das Bariumsulfat hinzugefügt. Zudem
ist das metallische Silber für
eine Antwortreaktion in der Erfassungselektrode 24 verantwortlich. Um
die Festigkeit der Elektrode zu verbessern, wird bevorzugterweise
silberbeschichtetes Platin verwendet.
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Das
Prinzip der Erfassung in dem SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 20 ist
folgendes. Zunächst
wird der größte Teil
des Schwefeloxids (SOx; jedoch ist der größte Teil des Schwefeloxids
Schwefeldioxid (SO2)), der zu dem SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 20 geführt wurde,
durch einen Oxidationskatalysator 27A zu Schwefeltrioxid
(SO3) oxidiert. Das Schwefeltrioxid (SO3) reagiert mit dem Metallsilber der Erfassungselektrode 24 und
von dem Metallsilber werden Elektronen freigegeben. Dann bewegen
sich die verbleibenden Silberionen (Ag+) zu der Sub-Elektrode 23.
Die von der Erfassungselektrode 24 freigegebenen Elektronen
werden durch eine externe Schaltung zu der Referenzelektrode 25 geführt. An
der Referenzelektrode 25 werden die Elektronen mit Sauerstoff
(O2) kombiniert und es werden Sauerstoffionen
(O2–)
erzeugt. Die Sauerstoffionen passieren den Sauerstoffionenleiter 22,
um die Sub-Elektrode 23 zu erreichen. In der Sub-Elektrode 23 regieren
die Silberionen und die Sauerstoffionen mit SO3 und
somit wird Silbersulfid erzeugt. Infolge der beschriebenen Reaktionen
wird zwischen der Erfassungselektrode 24 und der Referenzelektrode 25 entsprechend
der Konzentration von SOx unter der Bedingung, dass der Partialdruck
von Sauerstoff konstant ist, eine elektromotorische Kraft erzeugt.
Durch Messen der elektromotorischen Kraft kann die Konzentration
SOx erfasst werden. Man beachte, dass der Oxidationskatalysator 27A eine
niedrige Oxidationsfähigkeit
hat und daher der größte Teil
des H2S den Katalysator 27A passiert,
ohne dass es oxidiert wird. Dementsprechend reflektiert die elektromotorische
Kraft in dem SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 20 die
Konzentration von H2S nicht wider.
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Wie
in 3B gezeigt ist, hat der Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt 21 einen
Oxidationskatalysator 27B, der eine oxidationskatalytische Aktivität für H2S aufweist, und er hat eine hohe Oxidationsfähigkeit,
anders als der Katalysator 27A, der eine niedrige Oxidationsfähigkeit
hat. Weitere Abschnitte der Konfiguration des Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitts 21 sind
die gleichen wie jene der Konfiguration des SOx-Konzentrationserfassungsabschnitts 20.
Das heißt,
in dem Oxidationskatalysator 27B werden SO2 und
H2S in SO3 geändert und
das erzeugte SO3 und das in dem Abgas vorhandene
SO3 verursachen die Reaktionen in der Sub-Elektrode 23 und
der Erfassungselektrode 24. Infolge der Reaktion in jeder
der Elektroden 23 und 24 wird zwischen den Elektroden 24 und 25 gemäß der Gesamtkonzentration
von SOx und H2S in dem Abgas in dem Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt 21 eine
elektromotorische Kraft erzeugt. Der Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitts 21 unterscheidet
sich von dem SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 20 in
diesem Punkt. Der Schwefelkonzentrationssensor 10 kann
die Konzentration von H2S in dem Abgas erfassen,
indem eine Differenz zwischen der durch den SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 20 erfassten
elektromotorischen Kraft und der durch den Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt 21 erfassten
elektromotorischen Kraft erfasst wird. Die Oxidationsfähigkeit
des Oxidationskatalysators 27A und die Oxidationsfähigkeit des
Oxidationskatalysators 27B können voneinander unterschiedlich
gemacht werden, indem beispielsweise die Dichte von als katalytisches
Material verwendeten Platin in dem Katalysator 27A von
dem in dem Katalysator 27B verschieden gemacht wird, indem
die Kapazität
des Katalysators 27A von der des Katalysators 27B verschieden
gemacht wird, oder indem das katalytische Material in dem Katalysator 27A verschieden
von dem in dem Katalysator 27B gemacht wird. Das heißt, die
Dichte von Pt in dem Katalysator 27A, der die geringe Oxidationsfähigkeit hat,
kann niedrig eingestellt sein (d. h., eine Menge von in dem Katalysator 27A getragenen
Pt kann klein eingestellt sein) und die Dichte des Pt in dem Katalysator 27B,
der die hohe Oxidationsfähigkeit
hat, kann hoch eingestellt sein (die Menge von in dem Katalysator 27B getragenen
Pt kann groß eingestellt
sein). Die Kapazität
des Katalysators 27A kann klein eingestellt sein und die
Kapazität
des Katalysators 27B kann groß eingestellt sein, während die
Dichte des Pt in dem Katalysator 27A und die Dichte von
Pt in dem Katalysator 27B gleich zueinander eingestellt
sind. Zudem kann ein katalytisches Material mit einer niedrigen
Oxidationsfähigkeit
(beispielsweise Palladium (Pd)) in dem Katalysator 27A verwendet
werden und ein katalytisches Material mit einer hohen Oxidationsfähigkeit
(beispielsweise Pt) kann in dem Katalysator 27B verwendet
werden. Die Oxidationsfähigkeit des
Katalysators 27A und die Oxidationsfähigkeit des Katalysators 27B können auch
unterschiedlich voneinander gemacht sein, indem eine Temperatur des
Katalysators 27A, der die niedrigere Oxidationsfähigkeit
hat, auf einen Wert gesteuert wird, der niedriger als eine Temperatur
des Katalysators 27B ist, der eine hohe Oxidationsfähigkeit
hat. Ferner können die
Oxidationsfähigkeit
des Katalysators 27A und die Oxidationsfähigkeit
des Katalysators 27B voneinander unterschiedlich gemacht
sein, indem diese Verfahren auf geeignete Weise kombiniert werden.
In dem Schwefelkonzentrationssensor 10 wird zum Erfassen
der Konzentration von SOx und der Gesamtkonzentration Sauerstoff
verwendet. Dementsprechend kann Luft (Frischluft), die Sauerstoff
in einer zum Verursachen der Reaktion erforderlichen Menge enthält zu jedem
der Erfassungsabschnitte 20 und 21 zugeführt werden,
sodass die Konzentration von SOx und die Gesamtkonzentration selbst
während
dem Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess, während dem
das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf
den fetten Bereich gesteuert ist, zuverlässig erfasst werden können. Als
der Oxidationskatalysator 27B kann eine Elektrode verwendet
werden, die eine oxidationskatalytische Aktivität für H2S
hat. Ferner kann der Schwefelkonzentrationssensor 10 eine Temperatursteuereinrichtung
zum Beibehalten dessen Temperatur in einem vorbestimmten Reaktionsbereich,
etwa eine Heizeinrichtung aufweisen.
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Als
Nächstes
wird unter Bezugnahme auf 4 eine Beschreibung
einer Auslegung einer Steuerung des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gegeben, die während dem
Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess durch die ECU 15 durchgeführt wird. 4 ist
ein Graph, der ein Beispiel einer entsprechenden Beziehung zwischen
der Konzentration von SOx und der Gesamtkonzentration, die während dem
Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess durch den Schwefelkonzentrationssensor 10 erfasst
wurden, und der auf Grundlage dieser Konzentrationen erhaltenen Konzentration von
H2S und dem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeigt.
Wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem stoichiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, dann nimmt die
Konzentration von SOx unmittelbar zu. Jedoch wird, nachdem die Konzentration
von SOx bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis X
einen Spitzenwert erreicht, die Konzentration von SOx reduziert,
wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter wird
(d. h., wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis weiter
verringert wird). Unterdessen wird, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter
wird (d. h., wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
von dem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis
verringert wird) die Gesamtkonzentration gleichmäßig erhöht, wie durch eine gestrichelte
Linie gezeigt ist. Die Konzentration von H2S
ist äquivalent
zu einer Differenz zwischen diesen Konzentrationen. Die Konzentration
von H2S wird nicht erfasst, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf
einen Wert in der Nähe
des stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gesteuert ist. Bei
einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis
in der Nähe
des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
X, bei dem die Konzentration von SOx den Spitzenwert erreicht, wird
mit der Erfassung der Konzentration von H2S
begonnen. Dann, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter
wird (d. h., wenn das Abgas weiter verringert wird), nimmt die Konzentration
von H2S allmählich zu. Die Menge von SOx, die
von dem NOx-Katalysator 8 freigegeben
wird, nimmt zu, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter
wird. Wenn jedoch das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter als ein bestimmtes
Niveau wird, dann wird der erfasste Wert der Konzentration von SOx
verringert. Daher wird es erkennbar, dass SOx mit HC und CO reagiert
und H2S erzeugt wird. In diesem Beispiel
ist ein zulässiges
Niveau der Konzentration von H2S eingestellt,
um das Auftreten von Schwefelgestank oder dergleichen zu vermeiden. Die
ECU 15 steuert den Betriebszustand der Kraftmaschine 1 so,
dass der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess in einem
Bereich A1 des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, in
dem der Schwefelkonzentrationssensor 10 SOx erfasst und
die Konzentration von H2S gleich wie oder
niedriger als das zulässige
Niveau wird. Infolge dieser Steuerung kann der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
dazu gebracht werden, zuverlässig
fortzuschreiten, indem SOx von dem NOx-Katalysator freigegeben wird,
während
das durch H2S hervorgerufene Auftreten von
Schwefelgestank unterdrückt
wird.
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Wie
in 5 gezeigt ist, wird die Konzentration von H2S, das während
dem Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
erzeugt wird, mit der Temperatur des NOx-Katalysators 8 in
Korrelation gebracht. Unter der Annahme, dass das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis konstant
ist, fängt
die Erzeugung von H2S an, wenn die Temperatur
des Katalysators eine untere Grenztemperatur Tlow überschreitet
(beispielsweise ca. 600 °C),.
Dann, wenn die Temperatur des Katalysators erhöht ist, ist die Konzentration
von H2S erhöht. Dementsprechend kann die
Konzentration von H2S reduziert werden, sodass
sie gleich oder niedriger als das in 4 gezeigte
zulässige
Niveau ist, indem die Temperatur des NOx-Katalysators 8 gesteuert
wird. Das heißt,
in einem Fall, in dem es wahrscheinlich ist, dass die Konzentration
von H2S das zulässige Niveau während dem
Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess überschreitet, kann die Konzentration
von H2S reduziert werden, dass sie gleich
oder niedriger als das zulässige
Niveau ist, indem der Betriebszustand der Kraftmaschine 1 so
gestaltet wird, dass die Temperatur des NOx-Katalysators 8 relativ
in einen SOx-Freigabetemperaturbereich gesenkt wird. Die ECU 15 kann
auch diese Steuerung durchführen.
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Als
Nächstes
wird unter Bezugnahme auf 6 bis 9 eine
Beschreibung unterschiedlicher durch die ECU 15 durchgeführter Steuerroutinen
für den
Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess gegeben. 6 zeigt
eine Schwefelfreigabe-Startsteuerroutine zum Bestimmen der Startzeitgebung des
Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozesses.
Die Schwefelfreigabe-Startsteuerroutine
wird durch die ECU 15 durchgeführt. Diese Routine wird wiederholtermaßen bei
vorbestimmten Zeitintervallen durchgeführt, während die Kraftmaschine 1 betrieben
wird. In der Routine von 6 bestimmt die ECU 15 zunächst in
Schritt S1, ob ein Wert eines Schwefelvergiftungszählers gleich
oder größer als ein
vorbestimmter Wert ist. Der Schwefelvergiftungszähler ist zum Bestimmen einer
Menge von Schwefel vorgesehen, mit der der NOx-Katalysator 8 vergiftet ist.
Die ECU 15 berechnet sequenziell die Menge von SOx, mit
der der NOx-Katalysator 8 vergiftet ist (im Weiteren als "Schwefelvergiftungsmenge" bezeichnet) auf
Grundlage einer Menge von von dem Kraftstoffeinspritzventil 17 ausgespritzten
Kraftstoff und einer abgeschätzten
Rate von in dem Kraftstoff enthaltenen Schwefelkomponenten durch
eine separate Routine. Der Schwefelvergiftungszähler akkumuliert die berechneten
Werte. Der in Schritt S1 verwendete vorbestimmte Wert wird als ein
Grenzwert zum Bestimmen darüber
eingestellt, ob die SOx-Vergiftungsmenge auf ein Niveau zugenommen
hat, bei dem der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess durchgeführt werden
muss. Die Menge von SOx in dem Abgas kann unter Verwendung des SOx-Sensors
erfasst werden, der stromaufwärts
des NOx-Katalysators 8 angeordnet ist, und die Schwefelvergiftungsmenge
in dem NOx-Katalysator 8 kann durch Akkumulieren der erfassten
Mengen von SOx bestimmt werden. In einem Fall, in dem ein NOx-Sensor an
einem Abschnitt stromabwärts
des NOx-Katalysators 8 vorgesehen ist, kann bestimmt werden,
dass der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess durchgeführt werden
muss, indem ein Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 8 auf
Grundlage der durch den NOx-Sensor erfassten NOx-Konzentration bestimmt wird.
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Wenn
in Schritt S1 der Wert des Schwefelvergiftungszählers kleiner als der vorbestimmte
Wert ist, dann bestimmt die ECU 15, dass die SOx-Vergiftung
nicht auf ein Niveau fortgeschritten ist, bei dem der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess durchgeführt werden
muss und endet diese Routine von 6. Wenn
indessen der Wert des Schwefelvergiftungszählers gleich oder größer als
der vorbestimmte Wert ist, dann bestimmt die ECU 15, dass die
Schwefelvergiftungsmenge einen Grenzwert erreicht hat und schaltet
in Schritt S2 einen Schwefelfreigabe-Nachfragemerker ein. Dann endet die
ECU 15 die Routine.
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Wenn
der Schwefelfreigabe-Nachfragemerker eingeschalten ist, um den Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
durchzuführen, führt die
ECU 15 eine Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerroutine
in 7 und eine Temperaturerhöhungs-Steuerroutine in 8 bei
bestimmten Zeitintervallen wiederholtermaßen durch. In der Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerroutine
in 7 bestimmt zunächst
die ECU 15 in Schritt S11, ob der Schwefelfreigabe-Nachfragemerker
an ist. Wenn der Schwefelfreigabe-Nachfragemerker an ist, führt die ECU 15 den
Schritt S12 und die darauffolgenden Schritte durch. Wenn der Schwefelfreigabe-Nachfragemerker
aus ist, dann überspringt
die ECU 15 Schritt S12 und die folgenden Schritte und endet
die vorliegende Routine. In Schritt S12 wird der Betriebszustand
der Kraftmaschine 1 so gesteuert, dass das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
einem fetten Bereich beibehalten wird (d. h., ein Bereich, in dem
die Kraftstoffmenge größer als
die Kraftstoffmenge bei dem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist) und
die Temperatur des NOx-Katalysators 8 wird auf den SOx-Freigabetemperaturbereich
erhöht,
wodurch der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess durchgeführt wird.
In einem Fall, in dem der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess bereits gestartet
wurde, wird mit der Durchführung
des Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozesses fortgefahren.
Das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird
fett gemacht und die Temperatur des NOx-Katalysators 8 wird
erhöht,
indem beispielsweise zusätzlicher
Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 16 nach dem
Durchführen
einer Kraftstoffhaupteinspritzung zur Verbrennung in den Zylinder 2 eingespritzt wird,
das heißt,
indem eine sogenannte Nacheinspritzung durchgeführt wird. In einem Fall, in
dem das Kraftstoffzuführventil
stromaufwärts
des NOx-Katalysators 8 in dem Auslassdurchlass 4 vorgesehen
ist, kann das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf
den fetten Bereich gesteuert werden, indem Kraftstoff von dem Kraftstoffzuführventil
zugeführt
wird. Die Steuerung des Betriebszustands der Kraftmaschine 1 ist nicht
auf die Steuerung der Verbrennung in dem Zylinder 2 beschränkt, sondern
sie beinhaltet auch die vorstehend erwähnte Steuerung in dem Auslassdurchlass 4.
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Nachdem
der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess in Schritt S12
gestartet ist, wird in Schritt S13 bestimmt, ob die durch den Schwefelkonzentrationssensor 10 erfasste
SOx-Konzentration gleich oder höher
als ein vorbestimmter Wert ist. Der vorbestimmte Wert ist auf ein
unterstes SOx-Freigabeniveau
eingestellt, welches das unterste Niveau ist, das zur vollständigen Wiederherstellung
des NOx-Katalysators
von der Schwefelvergiftung erforderlich ist, indem der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
in einer geeigneten Zeitspanne durchgeführt wird. Wenn die Konzentration
von SOx niedriger als der vorbestimmte Wert ist, dann wird das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
Schritt S15 um einen vorbestimmten Betrag gesenkt. Das heißt, das
Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
wird auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert, bei dem die Luftmenge
verglichen zu der Luftmenge bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis vor
der Durchführung
von Schritt S15 verringert ist. Diese Änderung in dem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis bedeutet
nicht die Änderung
von dem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das
Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
wird beispielsweise verringert, in dem das Drosselventil 7 und
das AGR-Ventil 13 so betätigt werden, dass eine Menge
von Einlassluft (genauer gesagt, eine Sauerstoffmenge) verringert
ist. Zudem kann das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
durch Erhöhen
der Menge von durch die Nacheinspritzung zugeführten Kraftstoffs gesenkt werden.
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Wenn
in Schritt S13 die Konzentration von SOx gleich oder höher als
der vorbestimmte Wert ist, wird in Schritt S14 bestimmt, ob die
durch den Schwefelkonzentrationssensor 10 erfasste Konzentration
von H2S gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert
ist, das heißt,
ob die Konzentration von H2S, die auf Grundlage
der Differenz zwischen der durch den SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 20 erfassten
elektromotorischen Kraft und der durch den Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt 21 erfassten
elektromotorischen Kraft gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert
ist. Der vorbestimmte Wert ist in 4 auf das
zulässige
Niveau eingestellt. Jedoch kann der vorbestimmte Wert in Schritt
S14 auf niedriger als das zulässige
Niveau eingestellt sein, um zu verhindern, dass die Konzentration
von H2S infolge einer Ansprechverzögerung der
Steuerung zeitweise gleich oder höher als das zulässige Niveau
wird. Wenn die Konzentration von H2S niedriger
als der vorbestimmte Wert ist, dann wird in Schritt S15 das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis verringert. Wenn
unterdessen die Konzentration von H2S gleich oder
höher als
der vorbestimmte Wert ist, wird das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
Schritt S16 um einen vorbestimmten Stufenbetrag verringert. Das heißt, das
Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird
auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert, bei
dem die Luftmenge verglichen mit der Luftmenge bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis vor
dem Durchführen
von Schritt 16 erhöht
ist. Diese Änderung
in dem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis bedeutet nicht die Änderung
von dem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis
auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird
beispielsweise erhöht,
indem das Drosselventil 7 und das AGR-Ventil 13 so
betätigt
werden, dass sie Einlassluftmenge erhöht wird. Zudem kann das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht werden,
indem die Menge vom durch die Nacheinspritzung zugeführten Kraftstoff
verringert wird. In einem Fall, in dem eine Lufteinbringvorrichtung
zum Einbringen von Luft zu dem Auslassdurchlass 4 vorgesehen
ist, beispielsweise um das Aufwärmen
des NOx-Katalysators 8 zu fördern, kann das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht werden,
indem von der Lufteinbringvorrichtung Luft in den Auslassdurchlass 4 eingebracht
wird. Nachdem das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
in Schritt S15 oder S16 geändert
wurde, wird die vorliegende Routine beendet.
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Indessen
bestimmt die ECU 15 zunächst
in der Temperaturerhöhungs-Steuerroutine
von 8 in Schritt S21, ob der Schwefelfreigabe-Nachfragemerker
an ist. Wenn der Schwefelfreigabe-Nachfragemerker an ist, führt die
ECU 15 Schritt S22 und die folgenden Schritte aus. Wenn
der Schwefelfreigabe-Nachfragemerker aus ist, überspringt die ECU 15 Schritt
S22 und die folgenden Schritte und endet die vorliegende Routine.
In Schritt S22 wird der Betriebszustand der Kraftmaschine 1 so
gesteuert, dass das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem fetten Bereich
beibehalten wird, und die Temperatur des NOx-Katalysators 8 wird
auf den SOx-Freigabetemperaturbereich erhöht, wodurch der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
durchgeführt
wird. Die Prozesse in Schritt S21 und Schritt S22 sind die gleichen
wie jene in Schritt S11 und Sl2 in 7. In Schritt
S23 wird bestimmt, ob die Konzentration von SOx gleich oder höher als
der vorbestimmte Wert wie in Schritt S13 von 7 ist. In
Schritt S24 wird bestimmt, ob die Konzentration von H2S
gleich oder höher
als der vorbestimmte Wert wie in Schritt S14 von 7 ist.
Die in Schritten S23 und S24 verwendeten vorbestimmten Werte sind
die gleichen wie die in Schritt S13 bzw. S14 verwendeten vorbestimmten Werte.
Wenn die Konzentration von SOx niedriger als der vorbestimmte Wert
ist, oder wenn die Konzentration von H2S
niedriger als der vorbestimmte Wert ist, dann wird die Soll-Temperatur
in der Temperaturerhöhungssteuerung
für den
NOx-Katalysator 8 um einen vorbestimmten Stufenbetrag in
Schritt S25 erhöht.
Wenn die Konzentration von SOx gleich oder höher als der vorbestimmte Wert
ist und die Konzentration von H2S gleich
oder höher
als der vorbestimmte Wert ist, dann wird die Soll-Temperatur der
Temperaturerhöhungssteuerung
um einen vorbestimmten Stufenbetrag gesenkt. Die ECU 15 steuert
den Betriebszustand der Kraftmaschine 1 durch eine separate
Routine während
dem Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
so, dass die Temperatur des NOx-Katalysators 8 gleich
der Soll-Temperatur in dem SOx-Freigabetemperaturbereich
wird. In den Prozessen in Schritt S25 und S26 wird die Temperatur
des NOx-Katalysators 8 durch Ändern der Soll-Temperatur geändert.
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Die
Temperatur des NOx-Katalysators 8 wird beispielsweise eingestellt,
indem die Menge von durch die Nacheinspritzung zugeführtem Kraftstoff erhöht oder
verringert wird. Natürlich
wird die Temperatur des Katalysators erhöht, wenn die Kraftstoffmenge
erhöht
wird. Zudem kann die Temperatur des Katalysators verringert werden,
indem die Menge des durch die Nacheinspritzung zugeführten Kraftstoffs
verringert wird. Da jedoch die Temperatur des NOx-Katalysators 8 mit
der Temperatur des Abgases korreliert, kann beispielsweise die Temperatur
des Katalysators auch angepasst werden, indem die Zeitgebung der
Haupteinspritzung zum Verbrennen in dem Zylinder 2 geändert wird,
um die Temperatur des Abgases zu ändern. Wenn in diesem Fall
die Kraftstoff-Einspritzzeitgebung verzögert ist, dann wird die Temperatur
des Katalysators erhöht.
Wenn die verzögerte
Kraftstoff-Einspritzzeitgebung auf die ursprüngliche Kraftstoff-Einspritzzeitgebung
vorgerückt
ist, dann wird die Temperatur des Katalysators verringert. Nach
dem in Schritt S25 oder Schritt S26 die Soll-Temperatur des Katalysators geändert ist,
wird die vorliegende Temperaturerhöhungs-Steuerroutine beendet.
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9 zeigt
eine Schwefelfreigabe-Beendigungssteuerroutine zum Bestimmen der
Beendigungszeitgebung des Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozesses.
Die Schwefelfreigabe-Beendigungssteuerroutine wird durch die ECU 15 durchgeführt. Die
Routine wird wiederholtermaßen
bei geeigneten Zeitintervallen durchgeführt, während die Kraftmaschine 1 läuft. In
der Routine von 9 bestimmt die ECU 15 in
Schritt S31 zunächst,
ob der Wert des Schwefelvergiftungszählers gleich oder größer als
der vorbestimmte Wert ist. Der in Schritt S31 verwendete vorbestimmte
Wert ist der gleiche wie der in Schritt S1 von 6 verwendete
vorbestimmte Wert. Wenn der Wert des Schwefelvergiftungszählers gleich
oder größer als
der vorbestimmte Wert ist, dann führt die ECU 15 den
Schritt S32 und die folgenden Schritte durch. Wenn der Wert des Schwefelvergiftungszählers kleiner
als der vorbestimmte Wert ist, dann überspringt die ECU 15 den Schritt
S32 und die darauffolgenden Schritte und endet die vorliegende Routine.
In Schritt S32 wird bestimmt, ob der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
durchgeführt
wird. Wenn der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess durchgeführt wird,
führt die
ECU 15 Schritt S33 durch. Wenn der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess nicht
durchgeführt
wird, dann überspringt
die ECU 15 den Schritt S33 und die folgenden Schritte und
beendet die vorliegende Routine.
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In
Schritt S33 wird bestimmt, ob die durch den Schwefelkonzentrationssensor
erfasste Konzentration von SOx gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert
ist. Der in Schritt S33 verwendete vorbestimmte Wert wird als ein
Grenzwert zum Bestimmen darüber
eingestellt, ob der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
beendet werden sollte. Der in Schritt S33 verwendete vorbestimmte Wert
ist kleiner als der in Schritt S13 von 7 verwendete
vorbestimmte Wert und der in Schritt S23 von 8 verwendete
vorbestimmte Wert eingestellt, sodass der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
selbst dann nicht beendet wird, wenn SOx bei dem niedrigsten Niveau
freigegeben wird, das zum Fortschreitenlassen des Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozesses
erforderlich ist. Wenn in Schritt S33 bestimmt wird, dass die Konzentration
von SOx niedriger als der vorbestimmte Wert ist, dann wird in Schritt
S34 der Schwefelfreigabe-Nachfragemerker
ausgeschaltet und die vorliegende Routine wird beendet. Wenn in
Schritt S33 bestimmt wird, dass die Konzentration von SOx gleich oder
höher als
der vorbestimmte Wert ist, dann wird Schritt S34 übersprungen
und die Routine wird beendet.
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Da
die beschriebene Steuerung dann durchgeführt wird, wenn die Menge von
freigegebenem SOx während
dem Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess auf das für den Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
erforderliche niedrigste Niveau verringert wurde, wird das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch
die Prozesse von Schritten S13 und S15 in 7 verringert
und die Temperatur des Katalysators wird in den Prozessen von Schritt
S23 und Schritt S25 in 8 erhöht. Dementsprechend wird während dem
Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
SOx von dem NOx-Katalysator 8 bei dem niedrigsten erforderlichen Niveau
freigegeben und somit schreitet der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
zuverlässig
fort. Wenn zudem die Konzentration von H2S gleich
oder niedriger als das zulässige
Niveau ist, werden die Prozesse in Schritt S14 und Schritt S15 von 7 wiederholtermaßen durchgeführt, wodurch
das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis allmählich verringert
wird. Zusätzlich
werden die Prozesse in Schritt S24 und Schritt S25 von 8 wiederholtermaßen durchgeführt, wodurch
die Temperatur des Katalysators allmählich erhöht wird. Wenn unterdessen die
Konzentration von H2S auf das zulässige Niveau
(den zulässigen
Grenzwert) angestiegen ist, werden die Prozesse in Schritt S14 und
Schritt S15 von 7 durchgeführt, wodurch das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis um
ein gewisses Ausmaß erhöht wird.
Zusätzlich
werden die Prozesse in Schritt S24 und Schritt S26 von 8 durchgeführt, wodurch
die Temperatur des Katalysators um ein gewisses Ausmaß gesenkt
wird. Somit kann der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess dazu
gebracht werden, effizient fortzuschreiten, indem die Freigabe von
SOx von dem NOx-Katalysator 8 so stark wie möglich gefördert wird,
während
die Konzentration von H2S so gesteuert wird,
dass sie gleich oder niedriger als das zulässige Niveau ist.
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10A zeigt zeitabhängige Änderungen in der Temperatur
des Katalysators, dem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, der Menge von freigegebenem
SOx und der Menge von erzeugten H2S in einem
Fall, in dem die in 7 und 8 gezeigten Steuerungen
durchgeführt
werden. 10B zeigt zeitabhängige Änderungen
in der Menge des freigegebenen SOx und der Menge von erzeugtem H2S in einem Vergleichsfall, in dem die in 7 und 8 gezeigten
Steuerungen nicht durchgeführt
werden und das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
und die Temperatur des Katalysators so eingestellt sind, dass SOx
freigegeben wird und die Menge von erzeugtem H2S
das zulässige
Niveau zu einem Zeitpunkt (t0) nicht überschreitet, zu dem der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
gestartet wird, und daraufhin werden das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und
die Temperatur des Katalysators so gesteuert, dass sie konstant
sind. In dem Vergleichsbeispiel von 10B wird,
obwohl SOx ausreichend in einer Anfangsstufe des Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozesses
freigegeben wird, die Menge von freigegebenen SOx mitten in dem
Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess niedriger als das niedrigste
erforderliche Niveau und daraufhin wird kaum SOx freigegeben. Jedoch
fährt der
Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
fort. Indessen wird in dem in 10A gezeigten
Beispiel der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess zum
Zeitpunkt t0 gestartet und die Menge von freigegebenem SOx fällt zum
Zeitpunkt t1, zum Zeitpunkt t2 und Zeitpunkt t3 auf das niedrigste
erforderliche Niveau ab (äquivalent
zu dem in Schritt S13 von 7 und in
Schritt S23 von 8 verwendeten vorbestimmten
Wert). Daher wird das Abgas-Luft-Kraftstoff- Verhältnis
um einen vorbestimmten Änderungsbetrag ΔA/F verringert
und die Temperatur des Katalysators wird um einen vorbestimmten Änderungsbetrag ΔT erhöht. Da das
Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
und die Temperatur des Katalysators in vorstehend erwähnter Weise
geändert
werden, wird die Menge von freigegebenem SOx erhöht und die Menge von erzeugtem
H2S wird erhöht. Jedoch sind das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und
die Temperatur des Katalysators so eingestellt, dass die Menge von erzeugtem
H2S das zulässige Niveau nicht überschreitet.
Obwohl Änderungen
in dem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Temperatur des
Katalysators, die durch dieses Einstellen bzw. Anpassen verursacht
werden, in 10A nicht gezeigt sind, wird
infolge der Anpassung die Menge von freigegebenem SOx bei dem niedrigsten
erforderlichen Niveau oder höher
beibehalten, während
die Menge von erzeugtem H2S so reduziert
wird, dass sie gleich oder niedriger als das zulässige Niveau ist. Somit kann
der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
effizient durchgeführt
werden.
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In
dem vorstehend erwähnten
Ausführungsbeispiel
dient die ECU 15 als die Vergiftungswiederherstellungs-Steuereinrichtung.
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Die
Erfindung ist nicht auf das vorstehend erwähnte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die
Erfindung kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen realisiert
werden. Beispielsweise kann lediglich eine der Steuerungen von 7 und 8 durchgeführt werden,
um die Konzentration von SOx und die Konzentration von H2S während
dem Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess auf Werte in dem Bereich
A1 von 4 zu steuern. Wenn in Schritt S14 von 7 und
Schritt S24 von 8 die Konzentration von H2S niedriger als der vorbestimmte Wert ist,
kann die Routine beendet werden, ohne dass Schritt S15 oder Schritt
S25 durchgeführt
wird.
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In
dem vorstehend erwähnten
Ausführungsbeispiel
erfasst der SOx-Konzentratsionserfassungsabschnitt 20 in
dem Schwefelkonzentrationssensor 10 die Konzentration von
SOx und gleichzeitig erfasst der Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt 21 die
Gesamtkonzentration. Jedoch kann der Schwefelkonzentrationssensor 10 so
konfiguriert sein, dass die Konzentration von SOx und die Gesamtkonzentration
bei geeigneten Zeitintervallen alternierend erfasst werden. In diesem
Fall können
der Sauerstoffionenleiter 22, die Sub-Elektrode 23,
die Erfassungselektrode 24 und die Referenzelektrode 25 gemeinsam
von dem SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 22 und
dem Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt 21 verwendet
werden. Ob der Oxidationskatalysator 27B H2S
oxidiert oder nicht, kann bei vorgegebenen Intervallen geändert werden.
Zudem wird in dem Schwefelkonzentrationssensor 10 mehr Zeit
benötigt,
um die Oxidationsreaktion, insbesondere die Oxidationsreaktion von
H2S in dem Oxidationskatalysator 27B des
Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt 21 zu vervollständigen,
als die Oxidationsreaktion in dem Oxidationskatalysator 27A des
SOx-Konzentrationserfassungsabschnitts 20 zu vervollständigen.
Da außerdem
lediglich SOx in dem Katalysator 27A oxidiert wird, aber
sowohl SOx und H2S in dem Katalysator 27B oxidiert
werden müssen, braucht
es eine längere
Zeit, um die Oxidationsreaktion in dem Katalysator 27B zu
vollenden. Ferner wird in dem Fall, in dem die Kapazität des Katalysators 27B größer als
die Kapazität
des Katalysators 27A eingestellt ist, mehr Zeit dafür benötigt, dass
das Abgas den Katalysator 27B passiert, als dass das Abgas
den Katalysator 27A passiert, da der Katalysator 27B eine
größere Kapazität als die
Kapazität
des Katalysators 27A hat. Aus diesem Grund kann, wie beispielsweise
in 11 gezeigt ist, verglichen beispielsweise mit
einer Ansprechverzögerungs-Zeitspanne
der Sensorausgabe in dem SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 20 eine
Zeitspanne TD_SOx ab dem Zeitpunkt t0, zu dem die Erfassung gestartet
wurde, bis ein 90%iger Ansprechpunkt erreicht ist, eine Ansprechverzögerungs-Zeitspanne TD_H2S
+ SOx in dem Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt 21 gemäß einer
Differenz zwischen der zum Vollenden der Oxidationsreaktion in dem SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 20 erforderlichen
Zeit und der zum Vollenden der Oxidationsreaktion in dem Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt 21 erforderlichen
Zeit erhöht
werden. In dem Fall, in dem eine solche Ansprechverzögerung auftritt,
kann die Ausgabebestimmung durch den Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt 21 um
eine Differenz zwischen deren Ansprechverzögerungs-Zeitspannen später als
die durch den SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 20 durchgeführte Ausgabebestimmung
durchgeführt
werden und die Verzögerung
von H2S kann auf Grundlage der Differenz
zwischen der in dem SOx-Konzentrationserfassungsabschnitt 20 erzeugten
elektromotorischen Kraft und der in dem Gesamtkonzentrations-Erfassungsabschnitt 21 erzeugten
elektromotorischen Kraft erfasst werden.
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Die
Bestimmung der Beendigungszeitgebung des Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
ist nicht auf die in 9 gezeigte Bestimmung beschränkt. Beispielsweise
wird in Schritt S33 auf Grundlage der Konzentration von SOx bestimmt, dass
der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess beendet werden
sollte. Jedoch kann bestimmt werden, dass der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
beendet werden sollte, wenn die durch den Gesamtkonzentrations- Erfassungsabschnitt 21 erfasste
Gesamtkonzentration auf unterhalb eines vorbestimmten Werts abgenommen
hat. Zudem kann die ECU 15 die Menge von von dem NOx-Katalysator 8 freigegebenen
SOx auf Grundlage des Erfassungswerts der Konzentration von SOx oder
der Gesamtkonzentration wiederholtermaßen berechnen und sie kann
die berechneten Werte akkumulieren, um einen akkumulierten Wert
seit dem Start des Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess
zu erhalten, und sie kann bestimmen, dass der Schwefelvergiftungs-Wiederherstellungsprozess beendet
werden sollte, wenn eine Differenz zwischen dem akkumulierten Wert
und dem Wert des Schwefelvergiftungszählers kleiner als ein vorbestimmter Wert
wird. Ferner ist die Erfindung nicht auf eine Dieselkraftmaschine
beschränkt.
Die Erfindung kann auf verschiedene Brennkraftmaschinen angewendet werden,
die Benzin oder andere Brennkraftstoffe verwenden.