JP2012021411A - Control apparatus of internal combustion engine - Google Patents

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Atsushi Hayashi
篤史 林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent sulfur from locally remaining and a catalyst from deteriorating, by a simple method, when making the sulfur accumulated in an NOx catalyst desorb, concerning a control apparatus of an internal combustion engine.SOLUTION: The control apparatus of the internal combustion engine includes: a reducing agent supplier for supplying a reducing agent to an exhaust gas on the upstream of the NOx catalyst in order to make the sulfur accumulated in the NOx catalyst desorb; a variable valve system in which valve timing of one or both of an intake valve and an exhaust valve is variable; and a desorption portion controller for controlling a portion which becomes a desorption temperature of the sulfur or more in the NOx catalyst to move along with time by changing the valve timing in stages with the variable valve system such that one or both of an amount and temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine varies along with time during supply of the reducing agent.

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.

ディーゼルエンジンや希薄燃焼エンジンなど、理論空燃比より希薄な空燃比で運転される内燃機関においても排気ガス中のNOxを浄化可能とした吸蔵還元型のNOx触媒が広く用いられている。排気ガス中には、燃料やエンジンオイルに含まれる硫黄分が燃焼することによって、硫黄酸化物(SOx)などの硫黄成分が含有される。この硫黄成分は、NOx触媒に吸収され、堆積する。NOx触媒に硫黄が堆積すると、NOx触媒のNOx吸収性能が低下する。このため、NOx触媒に堆積した硫黄を除去する硫黄被毒再生を時おり実施する必要がある。NOx触媒から硫黄を脱離させるためには、HC等の還元剤を排気ガス中に供給して空燃比をストイキまたはリッチにするとともに、還元剤の酸化反応熱などによって触媒床温を所定温度(例えば600〜700℃程度)以上とすることが必要となる。   In internal combustion engines that are operated at an air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, such as diesel engines and lean-burn engines, NOx storage reduction catalysts that can purify NOx in exhaust gas are widely used. In the exhaust gas, sulfur components such as sulfur oxide (SOx) are contained by burning sulfur contained in the fuel and engine oil. This sulfur component is absorbed and deposited on the NOx catalyst. When sulfur accumulates on the NOx catalyst, the NOx absorption performance of the NOx catalyst is reduced. For this reason, it is sometimes necessary to carry out sulfur poisoning regeneration to remove sulfur accumulated on the NOx catalyst. In order to desorb sulfur from the NOx catalyst, a reducing agent such as HC is supplied into the exhaust gas to make the air-fuel ratio stoichiometric or rich, and the catalyst bed temperature is set to a predetermined temperature (such as heat of oxidation reaction of the reducing agent). For example, about 600 to 700 ° C.) or higher is required.

特開2001−263109号公報には、硫黄被毒再生の実行時に、NOx触媒の床温を上昇させるため、可変動弁装置によって排気弁の開弁時期を進角させることにより、排気温度を高くする技術が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2001-263109 discloses that when the sulfur poisoning regeneration is performed, the exhaust temperature is increased by advancing the valve opening timing of the exhaust valve by a variable valve device in order to increase the bed temperature of the NOx catalyst. Techniques to do this are disclosed.

特開2001−263109号公報JP 2001-263109 A 特開2005−90276号公報JP 2005-90276 A 特開2004−52597号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-52597 特開2008−38634号公報JP 2008-38634 A

従来、硫黄被毒再生を行う場合には、一般に、NOx触媒全体の温度を、硫黄が脱離する温度以上に昇温させることを目指している。しかしながら、実際上、NOx触媒全体の温度を均一に上昇させることは困難であるため、温度が十分に上昇しない部分と、温度が過度に上昇する部分とが生じてしまう。図13は、従来の硫黄被毒再生の実行時における触媒床温の分布の例を示す図である。図13は、NOx触媒の前側に酸化触媒が配置された装置の場合を示している。この図に示す例では、NOx触媒の前端(酸化触媒との境)に近い部位では、還元剤が十分に酸化していないため、床温が硫黄脱離に必要な温度に達せず(図中Aで示す部分)、硫黄を脱離させることができない。逆に、NOx触媒の後端に近い部位では、床温が過剰に上昇し(図中Bで示す部分)、触媒の劣化を招く。   Conventionally, when sulfur poisoning regeneration is performed, it is generally aimed to raise the temperature of the entire NOx catalyst to a temperature higher than the temperature at which sulfur is desorbed. However, in practice, it is difficult to raise the temperature of the entire NOx catalyst uniformly, and therefore a portion where the temperature does not rise sufficiently and a portion where the temperature rises excessively occur. FIG. 13 is a diagram showing an example of the distribution of catalyst bed temperature during execution of conventional sulfur poisoning regeneration. FIG. 13 shows the case of an apparatus in which an oxidation catalyst is arranged on the front side of the NOx catalyst. In the example shown in this figure, the reductant is not sufficiently oxidized at the site close to the front end of the NOx catalyst (boundary with the oxidation catalyst), so the bed temperature does not reach the temperature required for sulfur desorption (in the figure). A portion indicated by A), sulfur cannot be eliminated. On the other hand, at a portion near the rear end of the NOx catalyst, the bed temperature rises excessively (portion indicated by B in the figure), leading to catalyst deterioration.

一方、上記特許文献4には、NOx触媒等の排気浄化装置の上流側に設けられた酸化触媒の活性の度合いを変更させることにより、排気浄化装置の所定部分の温度を上昇させつつ該所定部分の性能を再生する技術が開示されている。しかしながら、この技術では、酸化触媒の活性の度合いを変更させるために電気ヒータを用いており、コストが増大するという問題がある。   On the other hand, in Patent Document 4 described above, the degree of activity of an oxidation catalyst provided upstream of an exhaust purification device such as a NOx catalyst is changed to increase the temperature of the predetermined portion of the exhaust purification device. A technique for reproducing the performance of the above is disclosed. However, in this technique, an electric heater is used to change the degree of activity of the oxidation catalyst, which increases the cost.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、NOx触媒に堆積した硫黄を脱離させる場合に、局所的に硫黄が残存したり、触媒が劣化したりすることを簡単な方法で抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and when desorbing sulfur deposited on a NOx catalyst, sulfur can remain locally or the catalyst can be deteriorated by a simple method. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can be suppressed.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置されたNOx触媒と、
前記NOx触媒に堆積した硫黄を脱離させるために前記NOx触媒の上流側の排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給手段と、
吸気弁および排気弁の一方または両方のバルブタイミングを可変とする可変動弁装置と、
前記還元剤の供給中に、前記内燃機関から排出される排気ガスの量および温度の一方または両方が時間とともに変化するように前記可変動弁装置によって前記バルブタイミングを段階的に変化させることにより、前記NOx触媒内で硫黄の脱離温度以上となる部位が時間とともに移動するように制御する脱離部位制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for an internal combustion engine,
A NOx catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to exhaust gas upstream of the NOx catalyst in order to desorb sulfur accumulated on the NOx catalyst;
A variable valve gear that varies the valve timing of one or both of the intake valve and the exhaust valve;
By changing the valve timing stepwise by the variable valve device such that one or both of the amount and temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine change with time during the supply of the reducing agent, A desorption site control means for controlling the site where the sulfur desorption temperature or higher in the NOx catalyst is moved over time;
It is characterized by providing.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記可変動弁装置は、前記吸気弁の開期間を可変とする機能を有し、
前記脱離部位制御手段は、前記内燃機関から排出される排気ガスの量が時間とともに変化するように前記可変動弁装置によって前記吸気弁の開期間を段階的に変化させることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The variable valve operating device has a function of changing an open period of the intake valve,
The desorption site control means changes the opening period of the intake valve stepwise by the variable valve device so that the amount of exhaust gas discharged from the internal combustion engine changes with time.

また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記可変動弁装置は、前記排気弁の開タイミングを可変とする機能を有し、
前記脱離部位制御手段は、前記内燃機関から排出される排気ガスの温度が時間とともに変化するように前記可変動弁装置によって前記排気弁の開タイミングを段階的に変化させることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The variable valve operating device has a function of changing the opening timing of the exhaust valve,
The desorption site control means is characterized in that the opening timing of the exhaust valve is changed stepwise by the variable valve device so that the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine changes with time.

また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、
前記NOx触媒を上流側から下流側に向かって複数の部位に分けた場合の各部位毎に、堆積している硫黄の量である硫黄堆積量を推定する硫黄堆積量推定手段を備え、
前記NOx触媒の前記各部位は、前記脱離部位制御手段が前記バルブタイミングを段階的に変化させる際の各段階で硫黄の脱離温度以上となる部位と対応しており、
前記脱離部位制御手段は、前記バルブタイミングを段階的に変化させる際に、前記還元剤の供給前における前記NOx触媒の前記各部位毎の前記硫黄堆積量の推定値に応じて、前記各段階毎のバルブタイミング保持時間を変化させることを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
Sulfur deposition amount estimation means for estimating a sulfur deposition amount that is the amount of sulfur deposited for each part when the NOx catalyst is divided into a plurality of parts from the upstream side toward the downstream side,
Each part of the NOx catalyst corresponds to a part that becomes equal to or higher than the sulfur desorption temperature at each stage when the desorption part control means changes the valve timing stepwise.
When the valve timing is changed stepwise, the desorption site control means determines the sulfur deposition amount for each site of the NOx catalyst before the supply of the reducing agent according to the estimated value of the sulfur deposition amount for each site. The valve timing holding time for each is changed.

また、第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、
前記NOx触媒を上流側から下流側に向かって複数の部位に分けた場合の各部位毎に、堆積している硫黄の量である硫黄堆積量を推定する硫黄堆積量推定手段と、
前記還元剤の供給中に、前記NOx触媒の前記各部位毎に、脱離する硫黄の量である硫黄脱離量を推定する硫黄脱離量推定手段と、
前記NOx触媒の前記各部位毎に、前記還元剤の供給前における前記硫黄堆積量の推定値と、前記還元剤の供給中における前記硫黄脱離量の推定値とに基づいて、残存している硫黄の量である硫黄残存量を推定する硫黄残存量推定手段と、
を備え、
前記NOx触媒の前記各部位は、前記脱離部位制御手段が前記バルブタイミングを段階的に変化させる際の各段階で硫黄の脱離温度以上となる部位と対応しており、
前記脱離部位制御手段は、前記バルブタイミングを段階的に変化させる際に、硫黄が脱離中の部位の前記硫黄残存量の推定値が所定値以下となった場合に、前記バルブタイミングを次の段階に変化させることを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
A sulfur deposition amount estimating means for estimating a sulfur deposition amount that is an amount of sulfur deposited for each portion when the NOx catalyst is divided into a plurality of portions from the upstream side toward the downstream side;
A sulfur desorption amount estimating means for estimating a sulfur desorption amount, which is an amount of sulfur desorbed, for each part of the NOx catalyst during the supply of the reducing agent;
Remaining for each part of the NOx catalyst based on the estimated value of the sulfur deposition amount before the supply of the reducing agent and the estimated value of the sulfur desorption amount during the supply of the reducing agent A sulfur residual amount estimating means for estimating a sulfur residual amount that is an amount of sulfur;
With
Each part of the NOx catalyst corresponds to a part that becomes equal to or higher than the sulfur desorption temperature at each stage when the desorption part control means changes the valve timing stepwise.
When the valve timing is changed step by step, the desorption site control means changes the valve timing when the estimated value of the remaining amount of sulfur at the site where sulfur is being desorbed falls below a predetermined value. It is characterized by changing to the stage.

第1の発明によれば、NOx触媒に堆積した硫黄を脱離させる場合に、NOx触媒の一部のみを硫黄脱離温度以上にするとともに、硫黄脱離温度以上となる部位を時間とともに移動させることができる。このため、触媒床温の過上昇を回避でき、触媒の劣化を抑制することができる。また、NOx触媒の全体から硫黄を確実に脱離させることができる。更に、第1の発明によれば、可変動弁装置の制御によって上記効果を達成することができ、専用の装備が不要である。このため、簡単な構成で低コストに実現することができる。   According to the first invention, when sulfur accumulated on the NOx catalyst is desorbed, only a part of the NOx catalyst is set to the sulfur desorption temperature or higher, and the portion that is equal to or higher than the sulfur desorption temperature is moved with time. be able to. For this reason, it is possible to avoid an excessive increase in the catalyst bed temperature and to suppress deterioration of the catalyst. Moreover, sulfur can be reliably desorbed from the entire NOx catalyst. Furthermore, according to the first aspect of the invention, the above effect can be achieved by controlling the variable valve operating apparatus, and no dedicated equipment is required. For this reason, it can be realized at a low cost with a simple configuration.

第2の発明によれば、NOx触媒に堆積した硫黄を脱離させる場合に、吸気弁の開期間を変化させることにより、硫黄脱離部位を精度良く制御することができる。   According to the second invention, when sulfur accumulated on the NOx catalyst is desorbed, the sulfur desorption site can be accurately controlled by changing the opening period of the intake valve.

第3の発明によれば、NOx触媒に堆積した硫黄を脱離させる場合に、排気弁の開タイミングを変化させることにより、硫黄脱離部位を精度良く制御することができる。   According to the third aspect of the present invention, when sulfur accumulated on the NOx catalyst is desorbed, the sulfur desorption site can be accurately controlled by changing the opening timing of the exhaust valve.

第4の発明によれば、NOx触媒に堆積した硫黄を脱離させる場合に、NOx触媒の各部位毎の硫黄堆積量に基づいて、各部位の硫黄脱離時間を変化させることができる。このため、各部位の硫黄脱離時間が短すぎて硫黄が残存したり、硫黄脱離時間が長すぎて還元剤を無駄に消費したりすることを抑制することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, when sulfur accumulated on the NOx catalyst is desorbed, the sulfur desorption time at each part can be changed based on the sulfur accumulation amount at each part of the NOx catalyst. For this reason, it can suppress that sulfur desorption time of each site | part is too short, and sulfur remains, or sulfur desorption time is too long and a reducing agent is consumed wastefully.

第5の発明によれば、NOx触媒に堆積した硫黄を脱離させる場合に、NOx触媒の各部位毎の硫黄堆積量に基づいて、各部位の硫黄脱離時間を変化させることができる。このため、各部位の硫黄脱離時間が短すぎて硫黄が残存したり、硫黄脱離時間が長すぎて還元剤を無駄に消費したりすることを抑制することができる。   According to the fifth aspect, when the sulfur deposited on the NOx catalyst is desorbed, the sulfur desorption time at each part can be changed based on the amount of sulfur deposited at each part of the NOx catalyst. For this reason, it can suppress that sulfur desorption time of each site | part is too short, and sulfur remains, or sulfur desorption time is too long and a reducing agent is consumed wastefully.

本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the system configuration | structure of Embodiment 1 of this invention. 硫黄被毒再生時における酸化触媒およびNOx触媒の床温の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the bed temperature of an oxidation catalyst and a NOx catalyst at the time of sulfur poisoning reproduction | regeneration. 硫黄被毒再生時における酸化触媒およびNOx触媒の床温の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the bed temperature of an oxidation catalyst and a NOx catalyst at the time of sulfur poisoning reproduction | regeneration. 本発明の実施の形態1における硫黄被毒再生時の吸気弁の開期間の制御を説明するための図である。It is a figure for demonstrating control of the open period of the intake valve at the time of sulfur poisoning reproduction | regeneration in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における硫黄被毒再生時の排気弁の開タイミングの制御を説明するための図である。It is a figure for demonstrating control of the opening timing of the exhaust valve at the time of sulfur poisoning reproduction | regeneration in Embodiment 1 of this invention. 硫黄の吸収速度係数のマップである。It is a map of the absorption rate coefficient of sulfur. 硫黄の吸収速度係数のマップである。It is a map of the absorption rate coefficient of sulfur. 硫黄の吸収速度係数のマップである。It is a map of the absorption rate coefficient of sulfur. 硫黄の脱離速度係数のマップである。It is a map of the desorption rate coefficient of sulfur. 硫黄の脱離速度係数のマップである。It is a map of the desorption rate coefficient of sulfur. 硫黄の脱離速度係数のマップである。It is a map of the desorption rate coefficient of sulfur. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 従来の硫黄被毒再生の実行時における触媒床温の分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of distribution of the catalyst bed temperature at the time of execution of the conventional sulfur poisoning reproduction | regeneration.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、車両等に搭載されるエンジン10を備えている。本実施形態では、エンジン10がディーゼルエンジン(圧縮着火式内燃機関)であるものとして説明するが、本発明は希薄燃焼を行う火花点火式内燃機関にも適用可能である。本発明において、エンジン10の気筒数や気筒配置は特に限定されるものではない。図1には、エンジン10の一つの気筒の断面が示されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. The system shown in FIG. 1 includes an engine 10 mounted on a vehicle or the like. In the present embodiment, the engine 10 is described as a diesel engine (compression ignition internal combustion engine), but the present invention is also applicable to a spark ignition internal combustion engine that performs lean combustion. In the present invention, the number of cylinders and the cylinder arrangement of the engine 10 are not particularly limited. FIG. 1 shows a cross section of one cylinder of the engine 10.

エンジン10は、シリンダブロック4と、シリンダブロック4に組み付けられたシリンダヘッド6を備えている。気筒内には、ピストン8が挿入されている。シリンダヘッド6内には、吸気ポート12と排気ポート14とが形成されている。吸気ポート12には新気を筒内に導入するための吸気通路22が接続され、排気ポート14には排気ガスを排出するための排気通路24が接続されている。   The engine 10 includes a cylinder block 4 and a cylinder head 6 assembled to the cylinder block 4. A piston 8 is inserted in the cylinder. An intake port 12 and an exhaust port 14 are formed in the cylinder head 6. An intake passage 22 for introducing fresh air into the cylinder is connected to the intake port 12, and an exhaust passage 24 for discharging exhaust gas is connected to the exhaust port 14.

各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するための燃料インジェクタ30と、吸気弁32と、排気弁34とが設けられている。燃料インジェクタ30は、図示しないコモンレールに接続され、コモンレールから高圧燃料の供給を受けている。コモンレールにはサプライポンプで圧縮された高圧燃料が常に蓄えられている。燃料インジェクタ30は、1サイクル中に複数回、任意のタイミングで燃料を噴射することができる。   Each cylinder is provided with a fuel injector 30, an intake valve 32, and an exhaust valve 34 for directly injecting fuel into the cylinder. The fuel injector 30 is connected to a common rail (not shown), and is supplied with high-pressure fuel from the common rail. The common rail always stores high-pressure fuel compressed by the supply pump. The fuel injector 30 can inject fuel at an arbitrary timing a plurality of times during one cycle.

排気通路24には、NOx触媒28が配置されている。NOx触媒28は、流入する排気ガスがストイキ(理論空燃比)よりリーンであるときには排気ガス中のNOx(窒素酸化物)を捕捉して吸蔵し、流入する排気ガスがストイキまたはリッチであるときには吸蔵したNOxを還元浄化して放出する機能を有する吸蔵還元型のNOx触媒である。このNOx触媒28の上流側には、酸化触媒27が配置されている。図示の構成では、酸化触媒27とNOx触媒28とは、共通のケーシング内に設置されている。本明細書では、酸化触媒27およびNOx触媒28内の部位を記載する場合に、上流側を「前」、下流側を「後」とも呼ぶ。   A NOx catalyst 28 is disposed in the exhaust passage 24. The NOx catalyst 28 captures and stores NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas when the inflowing exhaust gas is leaner than stoichiometric (theoretical air-fuel ratio), and stores it when the inflowing exhaust gas is stoichiometric or rich. This is a NOx storage reduction catalyst having a function of reducing and purifying the NOx that has been reduced. An oxidation catalyst 27 is disposed on the upstream side of the NOx catalyst 28. In the illustrated configuration, the oxidation catalyst 27 and the NOx catalyst 28 are installed in a common casing. In this specification, when describing the sites in the oxidation catalyst 27 and the NOx catalyst 28, the upstream side is also referred to as “front” and the downstream side is also referred to as “rear”.

吸気通路22には、吸気絞り弁36が設けられている。吸気絞り弁36より下流側の吸気通路22には、EGR通路26が接続されている。EGR通路26の逆側の端部は、排気通路24に接続されている。このEGR通路26を通して、排気通路24内の排気ガスの一部を吸気通路22に還流させる外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。EGR通路26の途中には、EGR量を制御するためのEGR弁38が設けられている。   An intake throttle valve 36 is provided in the intake passage 22. An EGR passage 26 is connected to the intake passage 22 downstream of the intake throttle valve 36. The opposite end of the EGR passage 26 is connected to the exhaust passage 24. Through this EGR passage 26, external EGR (Exhaust Gas Recirculation) in which a part of the exhaust gas in the exhaust passage 24 is recirculated to the intake passage 22 can be performed. In the middle of the EGR passage 26, an EGR valve 38 for controlling the EGR amount is provided.

エンジン10は、吸気弁32のバルブタイミングを可変とする吸気可変動弁装置42と、排気弁34のバルブタイミングを可変とする排気可変動弁装置44とを備えている。   The engine 10 includes an intake variable valve operating device 42 that makes the valve timing of the intake valve 32 variable, and an exhaust variable valve operating device 44 that makes the valve timing of the exhaust valve 34 variable.

吸気可変動弁装置42は、吸気弁32の開タイミングと閉タイミングとの一方または両方を変化させることにより吸気弁32の開期間(作用角)を連続的または段階的に短くしたり長くしたりすることのできる機能を少なくとも有している。吸気可変動弁装置42の具体的な機構は特に限定されるものではなく、例えば、吸気カムシャフトと吸気弁32との間に揺動カムなどの機械的な機構を介在させることによって上記機能を実現するものでもよいし、あるいは、吸気弁32を任意の時期に開閉することのできる電磁駆動弁のような機構を用いるものであってもよい。   The intake variable valve operating system 42 shortens or lengthens the opening period (working angle) of the intake valve 32 continuously or stepwise by changing one or both of the opening timing and closing timing of the intake valve 32. It has at least a function that can be performed. The specific mechanism of the intake variable valve operating device 42 is not particularly limited. For example, the above function can be achieved by interposing a mechanical mechanism such as a swing cam between the intake cam shaft and the intake valve 32. It may be realized, or a mechanism such as an electromagnetically driven valve that can open and close the intake valve 32 at an arbitrary time may be used.

排気可変動弁装置44は、排気弁34の開タイミングを連続的または段階的に早くしたり遅くしたりすることのできる機能を少なくとも有している。排気可変動弁装置44の具体的な機構は特に限定されるものではなく、例えば、排気カムシャフトをタイミングギヤに対し相対的に回転するアクチュエータを設けることによって上記機能を実現するものでもよいし、あるいは、排気弁34を任意の時期に開閉することのできる電磁駆動弁のような機構を用いるものであってもよい。   The exhaust variable valve device 44 has at least a function capable of increasing or decreasing the opening timing of the exhaust valve 34 continuously or stepwise. The specific mechanism of the exhaust variable valve device 44 is not particularly limited. For example, the above function may be realized by providing an actuator that rotates the exhaust camshaft relative to the timing gear. Alternatively, a mechanism such as an electromagnetically driven valve that can open and close the exhaust valve 34 at an arbitrary time may be used.

排気通路24には、酸化触媒27およびNOx触媒28より上流側の位置に、排気ガス中に燃料を噴射可能な燃料添加弁46が設置されている。この燃料添加弁46は、シリンダヘッド6(排気ポート14)に設置されていてもよい。   A fuel addition valve 46 capable of injecting fuel into the exhaust gas is installed in the exhaust passage 24 at a position upstream of the oxidation catalyst 27 and the NOx catalyst 28. The fuel addition valve 46 may be installed in the cylinder head 6 (exhaust port 14).

本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50には、燃料インジェクタ30、吸気絞り弁36、EGR弁38、吸気可変動弁装置42、排気可変動弁装置44、燃料添加弁46等の各種アクチュエータや、クランク軸16の回転角度(クランク角)を検出するクランク角センサ56、車両の運転席のアクセルペダル位置を検出するアクセルポジションセンサ58等の各種センサが電気的に接続されている。   The system of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The ECU 50 includes various actuators such as a fuel injector 30, an intake throttle valve 36, an EGR valve 38, an intake variable valve operating device 42, an exhaust variable valve operating device 44, a fuel addition valve 46, and the rotation angle (crank angle) of the crankshaft 16. ), And an accelerator position sensor 58 for detecting the accelerator pedal position of the driver's seat of the vehicle are electrically connected.

NOx触媒28に吸蔵されたNOxを還元して浄化するNOx還元を行う場合、あるいはNOx触媒28に硫黄酸化物等の形で堆積した硫黄を脱離させるための硫黄被毒再生を行う場合には、排気ガス中にHC、CO、H2等の還元剤を供給する必要がある。本実施形態では、燃料添加弁46から燃料を噴射することにより、還元剤を供給することができる。ただし、還元剤を供給する方法は、これに限定されるものではなく、いかなる方法であってもよい。例えば、膨張行程において燃料インジェクタ30から燃料を噴射するポスト噴射を行うことによって還元剤を供給してもよいし、それら複数の方法を組み合わせて還元剤を供給するようにしてもよい。 When performing NOx reduction for reducing and purifying NOx occluded in the NOx catalyst 28, or when performing sulfur poisoning regeneration for desorbing sulfur accumulated in the form of sulfur oxide or the like on the NOx catalyst 28 It is necessary to supply a reducing agent such as HC, CO or H 2 into the exhaust gas. In the present embodiment, the reducing agent can be supplied by injecting fuel from the fuel addition valve 46. However, the method for supplying the reducing agent is not limited to this, and any method may be used. For example, the reducing agent may be supplied by performing post injection for injecting fuel from the fuel injector 30 in the expansion stroke, or the reducing agent may be supplied by combining these plural methods.

図2および図3は、硫黄被毒再生時における酸化触媒27およびNOx触媒28の床温の分布を示す図である。グラフの横軸は、酸化触媒27の前端からの距離を表しており、グラフの上に図示した酸化触媒27およびNOx触媒28の位置と対応している。以下では、まず、図2を参照して、硫黄被毒再生時における触媒床温の分布と排気ガス量(流量)との関係について説明する。   2 and 3 are diagrams showing the distribution of the bed temperature of the oxidation catalyst 27 and the NOx catalyst 28 during the sulfur poisoning regeneration. The horizontal axis of the graph represents the distance from the front end of the oxidation catalyst 27 and corresponds to the positions of the oxidation catalyst 27 and the NOx catalyst 28 illustrated on the graph. Below, with reference to FIG. 2, the relationship between the catalyst bed temperature distribution and the exhaust gas amount (flow rate) at the time of sulfur poisoning regeneration will be described first.

図2中、曲線Aは、排気ガス量が比較的少ない場合の触媒床温の分布を表しており、曲線Bは、排気ガス量が比較的多い場合の触媒床温の分布を表している。また、破線で示す温度は、NOx触媒28から硫黄が脱離するために必要な最低の温度(以下、「硫黄脱離温度」と称する)を示している。硫黄脱離温度は、例えば、600〜700℃程度である。排気ガス量が少ない場合には、触媒内での排気ガス流速が遅くなる。つまり、排気ガスが触媒内を比較的ゆっくりと通過する。このため、NOx触媒28の前寄りの部位に達するまでの間に還元剤が十分に酸化反応する時間があるので、曲線Aが示すように、NOx触媒28の前寄りの部位の温度が上昇し、硫黄脱離温度を超える。一方、還元剤がNOx触媒28の前寄りの部位までで消費されてしまうので、NOx触媒28の後寄りの部位では、温度が低下し、硫黄脱離温度を下回る。   In FIG. 2, curve A represents the distribution of catalyst bed temperature when the amount of exhaust gas is relatively small, and curve B represents the distribution of catalyst bed temperature when the amount of exhaust gas is relatively large. Further, the temperature indicated by the broken line indicates the lowest temperature necessary for sulfur desorption from the NOx catalyst 28 (hereinafter referred to as “sulfur desorption temperature”). The sulfur desorption temperature is, for example, about 600 to 700 ° C. When the amount of exhaust gas is small, the exhaust gas flow rate in the catalyst becomes slow. That is, the exhaust gas passes through the catalyst relatively slowly. For this reason, there is sufficient time for the reducing agent to undergo an oxidation reaction before reaching the front part of the NOx catalyst 28, so that the temperature of the front part of the NOx catalyst 28 increases as curve A shows. Exceeds sulfur desorption temperature. On the other hand, since the reducing agent is consumed up to the front part of the NOx catalyst 28, the temperature is lowered at the rear part of the NOx catalyst 28 and is lower than the sulfur desorption temperature.

これに対し、排気ガス量が多い場合には、触媒内での排気ガス流速が速くなる。つまり、排気ガスが触媒内を短時間で通過する。このため、NOx触媒28の前寄りの部位に達するまでの間に還元剤が十分に酸化反応する時間はなく、NOx触媒28の後寄りの部位で多くの還元剤が酸化反応することになる。その結果、曲線Bが示すように、NOx触媒28の前寄りの部位では温度が十分に上昇せずに硫黄脱離温度に達しないが、NOx触媒28の後寄りの部位の温度は硫黄脱離温度を超える。   On the other hand, when the amount of exhaust gas is large, the exhaust gas flow rate in the catalyst increases. That is, the exhaust gas passes through the catalyst in a short time. For this reason, there is no time for the reducing agent to sufficiently oxidize before reaching the front part of the NOx catalyst 28, and many reducing agents undergo oxidation reaction at the rear part of the NOx catalyst 28. As a result, as indicated by curve B, the temperature at the front part of the NOx catalyst 28 does not rise sufficiently and does not reach the sulfur desorption temperature, but the temperature at the rear part of the NOx catalyst 28 does not reach the sulfur desorption temperature. Over temperature.

次に、図3を参照して、硫黄被毒再生時における触媒床温の分布と、流入する排気ガスの温度との関係について説明する。図3中、曲線Cは、酸化触媒27に流入する排気ガスの温度(以下、「触媒入りガス温度」と称する)が比較的高い場合の触媒床温の分布を表しており、曲線Dは、触媒入りガス温度が比較的低い場合の触媒床温の分布を表している。触媒入りガス温度が高い場合には、還元剤の反応速度が速くなる。このため、NOx触媒28の前寄りの部位に達するまでの間に還元剤が十分に酸化反応するので、曲線Cが示すように、NOx触媒28の前寄りの部位の温度が上昇し、硫黄脱離温度を超える。一方、還元剤がNOx触媒28の前寄りの部位までで消費されてしまうので、NOx触媒28の後寄りの部位では、温度が低下し、硫黄脱離温度を下回る。   Next, with reference to FIG. 3, the relationship between the distribution of the catalyst bed temperature during the sulfur poisoning regeneration and the temperature of the inflowing exhaust gas will be described. In FIG. 3, curve C represents the distribution of the catalyst bed temperature when the temperature of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 27 (hereinafter referred to as “catalyst-containing gas temperature”) is relatively high, and curve D represents The distribution of the catalyst bed temperature when the gas temperature with catalyst is relatively low is shown. When the catalyst-containing gas temperature is high, the reaction rate of the reducing agent is increased. For this reason, the reducing agent sufficiently oxidizes until reaching the front part of the NOx catalyst 28, and as shown by the curve C, the temperature of the front part of the NOx catalyst 28 rises and sulfur desorption occurs. Exceeds the separation temperature. On the other hand, since the reducing agent is consumed up to the front part of the NOx catalyst 28, the temperature is lowered at the rear part of the NOx catalyst 28 and is lower than the sulfur desorption temperature.

これに対し、触媒入りガス温度が低い場合には、還元剤の反応速度が遅くなる。このため、NOx触媒28の前寄りの部位に達するまでの間には還元剤が十分に酸化反応せず、NOx触媒28の後寄りの部位で多くの還元剤が酸化反応することになる。その結果、曲線Dが示すように、NOx触媒28の前寄りの部位では温度が十分に上昇せずに硫黄脱離温度に達しないが、NOx触媒28の後寄りの部位の温度は硫黄脱離温度を超える。   On the other hand, when the catalyst-containing gas temperature is low, the reaction rate of the reducing agent becomes slow. For this reason, the reducing agent does not sufficiently oxidize until reaching the front part of the NOx catalyst 28, and many reducing agents undergo oxidation reaction at the rear part of the NOx catalyst 28. As a result, as indicated by curve D, the temperature at the front part of the NOx catalyst 28 does not rise sufficiently and does not reach the sulfur desorption temperature, but the temperature at the rear part of the NOx catalyst 28 does not reach the sulfur desorption temperature. Over temperature.

本実施形態では、硫黄被毒再生の実行時に、触媒床温の過上昇を回避しつつ、且つNOx触媒28の全体から硫黄を確実に脱離させるために、上述した原理を利用して、NOx触媒28内で硫黄脱離温度以上となる部位が時間とともに移動するように制御することとした。本実施形態では、NOx触媒28を前寄りの部位、中ほどの部位、後寄りの部位の3つの部位に分けて、各部位毎に硫黄を脱離させるようにする。   In the present embodiment, when the sulfur poisoning regeneration is performed, in order to avoid the excessive increase in the catalyst bed temperature and to reliably desorb sulfur from the entire NOx catalyst 28, the above-described principle is used to eliminate NOx. In the catalyst 28, control was performed so that a portion that is equal to or higher than the sulfur desorption temperature moves with time. In this embodiment, the NOx catalyst 28 is divided into three parts, a front part, a middle part, and a rear part, and sulfur is desorbed for each part.

図4は、本実施形態における硫黄被毒再生時の吸気弁32の開期間の制御を説明するための図である。以下、図4を参照して、本実施形態の硫黄被毒再生時における吸気弁32の開期間(以下、「吸気弁開期間」と称する)の制御について説明する。   FIG. 4 is a diagram for explaining the control of the opening period of the intake valve 32 at the time of sulfur poisoning regeneration in the present embodiment. Hereinafter, with reference to FIG. 4, control of the opening period of the intake valve 32 (hereinafter referred to as “intake valve opening period”) during the sulfur poisoning regeneration of the present embodiment will be described.

エンジン10から排出される排気ガスの量(流量)は、吸気弁開期間に応じて変化する。吸気弁開期間を長くすると、気筒内に吸入される空気の量が多くなるので、排気ガス量が多くなる。これに対し、吸気弁開期間を短くすると、気筒内に吸入される空気の量が少なくなるので、排気ガス量が少なくなる。   The amount (flow rate) of the exhaust gas discharged from the engine 10 changes according to the intake valve opening period. If the intake valve opening period is lengthened, the amount of air sucked into the cylinder increases, so the amount of exhaust gas increases. On the other hand, if the intake valve opening period is shortened, the amount of air sucked into the cylinder is reduced, so that the amount of exhaust gas is reduced.

第1段階においては、触媒床温の分布が図4中の(1)で示す曲線のようになるように制御する。そのためには、排気ガス量を比較的少なくすればよく、その値をV1とする。排気ガス量をV1とするためには、吸気弁開期間を、比較的短いL1とすればよい。このように制御することにより、触媒床温は、NOx触媒28の前寄りの部位においてピークとなり、硫黄脱離温度を超える。このため、NOx触媒28の前寄りの部位から硫黄を脱離させることができる。このとき、NOx触媒28の中ほどおよび後寄りの部位では、床温の過上昇はなく、触媒が劣化することはない。   In the first stage, the control is performed so that the distribution of the catalyst bed temperature becomes a curve indicated by (1) in FIG. For this purpose, the amount of exhaust gas may be relatively reduced, and the value is set to V1. In order to set the exhaust gas amount to V1, the intake valve opening period may be set to a relatively short L1. By controlling in this way, the catalyst bed temperature peaks at the front part of the NOx catalyst 28 and exceeds the sulfur desorption temperature. For this reason, sulfur can be desorbed from the front portion of the NOx catalyst 28. At this time, in the middle and rear portions of the NOx catalyst 28, the bed temperature does not rise excessively, and the catalyst does not deteriorate.

第2段階においては、触媒床温の分布が図4中の(2)で示す曲線のようになるように制御する。そのためには、排気ガス量を中程度にすればよく、その値をV2とする。排気ガス量をV2とするためには、吸気弁開期間を、中程度の長さのL2とすればよい。このように制御することにより、触媒床温は、NOx触媒28の中ほどの部位においてピークとなり、硫黄脱離温度を超える。このため、NOx触媒28の中ほどの部位から硫黄を脱離させることができる。このとき、NOx触媒28の前寄りおよび後寄りの部位では、床温の過上昇はなく、触媒が劣化することはない。   In the second stage, the control is performed so that the distribution of the catalyst bed temperature becomes a curve indicated by (2) in FIG. For that purpose, the exhaust gas amount may be set to a medium level, and the value is set to V2. In order to set the exhaust gas amount to V2, the intake valve opening period may be set to a medium length L2. By controlling in this way, the catalyst bed temperature peaks at the middle part of the NOx catalyst 28 and exceeds the sulfur desorption temperature. For this reason, sulfur can be desorbed from the middle part of the NOx catalyst 28. At this time, the bed temperature is not excessively increased at the front and rear portions of the NOx catalyst 28, and the catalyst does not deteriorate.

第3段階においては、触媒床温の分布が図4中の(3)で示す曲線のようになるように制御する。そのためには、排気ガス量を比較的多くすればよく、その値をV3とする。排気ガス量をV3とするためには、吸気弁開期間を、比較的長いL3とすればよい。このように制御することにより、触媒床温は、NOx触媒28の後寄りの部位においてピークとなり、硫黄脱離温度を超える。このため、NOx触媒28の後寄りの部位から硫黄を脱離させることができる。このとき、NOx触媒28の前寄りおよび中ほどの部位では、床温の過上昇はなく、触媒が劣化することはない。   In the third stage, the control is performed so that the distribution of the catalyst bed temperature becomes a curve indicated by (3) in FIG. For this purpose, the amount of exhaust gas may be made relatively large, and the value is set to V3. In order to set the exhaust gas amount to V3, the intake valve opening period may be set to a relatively long L3. By controlling in this way, the catalyst bed temperature reaches a peak at the rear part of the NOx catalyst 28 and exceeds the sulfur desorption temperature. For this reason, sulfur can be desorbed from the rear portion of the NOx catalyst 28. At this time, the bed temperature does not excessively increase at the front and middle portions of the NOx catalyst 28, and the catalyst does not deteriorate.

本実施形態では、硫黄被毒再生制御において、吸気弁開弁期間がL1、L2、L3と段階的に長くなるように、吸気可変動弁装置42を制御する。これにより、上述した第1〜第3段階の硫黄脱離が進行し、NOx触媒28の前寄りの部位から後寄りの部位に向かって順次硫黄を脱離させることができる。このため、NOx触媒28の全体から硫黄を残さずに確実に脱離させることができる。   In the present embodiment, in the sulfur poisoning regeneration control, the intake variable valve operating apparatus 42 is controlled so that the intake valve opening period becomes longer in steps of L1, L2, and L3. As a result, the first to third stages of sulfur desorption proceed as described above, and sulfur can be desorbed sequentially from the front portion to the rear portion of the NOx catalyst 28. For this reason, it is possible to reliably desorb the NOx catalyst 28 without leaving any sulfur.

また、触媒床温は前方から後方まで均一に上昇することはないので、NOx触媒28の全体を一度に硫黄脱離温度以上に加熱しようとした場合、床温が過上昇する部位が生じて触媒の劣化を招く。これに対し、本実施形態によれば、各段階毎にNOx触媒28の一部のみを硫黄脱離温度以上にするので、他の部位で床温が過上昇することを防止することができる。このため、NOx触媒28の劣化を確実に抑制することができる。   In addition, since the catalyst bed temperature does not rise uniformly from the front to the rear, when the entire NOx catalyst 28 is heated at a temperature higher than the sulfur desorption temperature at once, a portion where the bed temperature rises excessively is generated. Cause deterioration. On the other hand, according to the present embodiment, since only a part of the NOx catalyst 28 is set to the sulfur desorption temperature or more at each stage, it is possible to prevent the bed temperature from excessively increasing at other portions. For this reason, deterioration of the NOx catalyst 28 can be reliably suppressed.

なお、NOx触媒28の各部位の硫黄を脱離させる順番としては、上述したように、上流側の部位から下流側の部位に向かって硫黄を脱離させることが好ましい。下流側の部位の硫黄を先に脱離させると、その後に上流側の部位から硫黄を脱離させたときに、脱離した硫黄が、再生の完了した下流側の部位に再付着するおそれがあるからである。これに対し、上流側の部位から下流側の部位に向かって硫黄を脱離させるようにすれば、上記のような再付着を防止できるので、NOx触媒28全体の硫黄をより確実に除去することができる。   As described above, it is preferable that sulfur is desorbed from the upstream portion toward the downstream portion as the order of desorbing sulfur from each portion of the NOx catalyst 28. If the sulfur at the downstream site is desorbed first, then when the sulfur is subsequently desorbed from the upstream site, the desorbed sulfur may reattach to the downstream site where regeneration has been completed. Because there is. On the other hand, if sulfur is desorbed from the upstream site toward the downstream site, re-adhesion as described above can be prevented, so that sulfur in the entire NOx catalyst 28 can be more reliably removed. Can do.

図5は、本実施形態における硫黄被毒再生時の排気弁34の開タイミングの制御を説明するための図である。以下、図5を参照して、本実施形態の硫黄被毒再生時における排気弁34の開タイミング(以下、「排気弁開タイミング」と称する)の制御について説明する。   FIG. 5 is a diagram for explaining the control of the opening timing of the exhaust valve 34 during the sulfur poisoning regeneration in the present embodiment. Hereinafter, the control of the opening timing of the exhaust valve 34 (hereinafter referred to as “exhaust valve opening timing”) during the sulfur poisoning regeneration of the present embodiment will be described with reference to FIG.

排気弁開タイミングを早くすると、気筒内で膨張途中のまだ高温の排気ガスがエンジン10から排出されるので、触媒入りガス温度も高くなる。これに対し、排気弁開タイミングを遅くすると、気筒内で十分に膨張して温度の低下した排気ガスがエンジン10から排出されるので、触媒入りガス温度も低くなる。   If the exhaust valve opening timing is advanced, exhaust gas that is still hot during expansion in the cylinder is exhausted from the engine 10, so that the gas temperature containing the catalyst also increases. On the other hand, if the exhaust valve opening timing is delayed, exhaust gas that has sufficiently expanded in the cylinder and lowered in temperature is exhausted from the engine 10, so that the temperature of the gas containing the catalyst also decreases.

第1段階においては、触媒床温の分布が図5中の(1)で示す曲線のようになるように制御する。そのためには、触媒入りガス温度を比較的高くすればよく、その値をT1とする。触媒入りガス温度をT1とするためには、排気弁開タイミングを、比較的早いE1とすればよい。このように制御することにより、触媒床温は、NOx触媒28の前寄りの部位においてピークとなり、硫黄脱離温度を超える。このため、NOx触媒28の前寄りの部位から硫黄を脱離させることができる。このとき、NOx触媒28の中ほどおよび後寄りの部位では、床温の過上昇はなく、触媒が劣化することはない。   In the first stage, the control is performed so that the distribution of the catalyst bed temperature becomes a curve indicated by (1) in FIG. For that purpose, the temperature of the gas containing the catalyst may be made relatively high, and the value is set to T1. In order to set the catalyst-containing gas temperature to T1, the exhaust valve opening timing may be set to relatively early E1. By controlling in this way, the catalyst bed temperature peaks at the front part of the NOx catalyst 28 and exceeds the sulfur desorption temperature. For this reason, sulfur can be desorbed from the front portion of the NOx catalyst 28. At this time, in the middle and rear portions of the NOx catalyst 28, the bed temperature does not rise excessively, and the catalyst does not deteriorate.

第2段階においては、触媒床温の分布が図5中の(2)で示す曲線のようになるように制御する。そのためには、触媒入りガス温度を中程度にすればよく、その値をT2とする。触媒入りガス温度をT2とするためには、排気弁開タイミングを、早くも遅くもない中程度のE2とすればよい。このように制御することにより、触媒床温は、NOx触媒28の中ほどの部位においてピークとなり、硫黄脱離温度を超える。このため、NOx触媒28の中ほどの部位から硫黄を脱離させることができる。このとき、NOx触媒28の前寄りおよび後寄りの部位では、床温の過上昇はなく、触媒が劣化することはない。   In the second stage, the control is performed so that the distribution of the catalyst bed temperature becomes a curve indicated by (2) in FIG. For that purpose, the catalyst-containing gas temperature may be set to an intermediate level, and the value is set to T2. In order to set the temperature of the gas containing the catalyst to T2, the exhaust valve opening timing may be set to a moderate E2 that is neither early nor late. By controlling in this way, the catalyst bed temperature peaks at the middle part of the NOx catalyst 28 and exceeds the sulfur desorption temperature. For this reason, sulfur can be desorbed from the middle part of the NOx catalyst 28. At this time, the bed temperature is not excessively increased at the front and rear portions of the NOx catalyst 28, and the catalyst does not deteriorate.

第3段階においては、触媒床温の分布が図5中の(3)で示す曲線のようになるように制御する。そのためには、触媒入りガス温度を比較的低くすればよく、その値をT3とする。触媒入りガス温度をT3とするためには、排気弁開タイミングを、比較的遅いE3とすればよい。このように制御することにより、触媒床温は、NOx触媒28の後寄りの部位においてピークとなり、硫黄脱離温度を超える。このため、NOx触媒28の後寄りの部位から硫黄を脱離させることができる。このとき、NOx触媒28の前寄りおよび中ほどの部位では、床温の過上昇はなく、触媒が劣化することはない。   In the third stage, the control is performed so that the distribution of the catalyst bed temperature becomes a curve indicated by (3) in FIG. For this purpose, the temperature of the gas containing the catalyst may be made relatively low, and the value is set to T3. In order to set the catalyst-containing gas temperature to T3, the exhaust valve opening timing may be set to E3 that is relatively late. By controlling in this way, the catalyst bed temperature reaches a peak at the rear part of the NOx catalyst 28 and exceeds the sulfur desorption temperature. For this reason, sulfur can be desorbed from the rear portion of the NOx catalyst 28. At this time, the bed temperature does not excessively increase at the front and middle portions of the NOx catalyst 28, and the catalyst does not deteriorate.

本実施形態では、硫黄被毒再生制御において、排気弁開タイミングがE1、E2、E3と段階的に遅くなるように、排気可変動弁装置44を制御する。これにより、上述した第1〜第3段階の硫黄脱離が進行し、図4に基づいて説明した制御と同様の効果が得られる。   In the present embodiment, in the sulfur poisoning regeneration control, the exhaust variable valve operating apparatus 44 is controlled so that the exhaust valve opening timing is delayed in steps of E1, E2, and E3. Thereby, the sulfur desorption of the 1st-3rd step mentioned above advances, and the effect similar to the control demonstrated based on FIG. 4 is acquired.

本発明では、図4に基づいて説明したような排気ガス量の制御と、図5に基づいて説明したような排気ガス温度の制御との何れか一方を実行することにより、上述した効果が得られるが、図4に基づいて説明したような排気ガス量の制御と、図5に基づいて説明したような排気ガス温度の制御との両方を組み合わせて実行するようにしてもよい。   In the present invention, the above-described effects can be obtained by executing either the exhaust gas amount control as described with reference to FIG. 4 or the exhaust gas temperature control as described with reference to FIG. However, the control of the exhaust gas amount as described based on FIG. 4 and the control of the exhaust gas temperature as described based on FIG. 5 may be executed in combination.

上述したように、本実施形態では、硫黄被毒再生制御において、吸気弁32や排気弁34のバルブタイミングを第1〜第3段階に順次変化させることにより、NOx触媒28の前寄り、中ほど、後寄りの各部位から順次硫黄を脱離させる。この際、各部位から硫黄を残さず脱離させ、且つ還元剤の使用量をできるだけ少なくするためには、対象となっている部位から硫黄がちょうど脱離し終わったタイミングでバルブタイミングを次の段階に変更することが理想である。   As described above, in the present embodiment, in the sulfur poisoning regeneration control, the valve timings of the intake valve 32 and the exhaust valve 34 are sequentially changed to the first to third stages, so that the NOx catalyst 28 approaches the front and the middle. Then, sulfur is sequentially desorbed from each rear part. At this time, in order to desorb all sulfur from each site and reduce the amount of reducing agent used as much as possible, the valve timing is set to the next stage at the timing when sulfur has just desorbed from the target site. It is ideal to change to

そのような理想を実現するためには、NOx触媒28の各部位毎に、堆積している硫黄の量(以下、「硫黄堆積量」と称する)を推定し、硫黄被毒再生前(還元剤供給前)におけるその部位の硫黄堆積量が多いほど、その部位が対象となる段階のバルブタイミングの保持時間を長くすればよい。これにより、各部位毎の硫黄堆積量に応じて、その部位の硫黄脱離時間を変化させることができる。よって、各部位の硫黄脱離時間が短すぎて硫黄が残存したり、硫黄脱離時間が長すぎて還元剤を無駄に消費したりすることを抑制することができる。   In order to realize such an ideal, the amount of accumulated sulfur (hereinafter referred to as “sulfur deposition amount”) is estimated for each part of the NOx catalyst 28, and before sulfur poisoning regeneration (reducing agent). The larger the amount of accumulated sulfur at that part in (before supply), the longer the valve timing holding time at the stage where that part is targeted. Thereby, according to the sulfur deposition amount for every site | part, the sulfur desorption time of the site | part can be changed. Therefore, it is possible to suppress the sulfur desorption time at each site from being too short and the sulfur from remaining, or the sulfur desorption time from being too long to waste the reducing agent.

更に、硫黄被毒再生中に、NOx触媒28の各部位毎に、脱離する硫黄の量(以下、「硫黄脱離量」と称する)を推定し、硫黄脱離中の部位について、硫黄被毒再生前の硫黄堆積量から硫黄被毒再生中の硫黄脱離量を差し引いた値が所定の基準値以下になったタイミングで、バルブタイミングを次の段階に変更するようにしてもよい。この場合、硫黄被毒再生前の硫黄堆積量が多い部位ほど、その硫黄堆積量から硫黄脱離量を差し引いた値が上記基準値以下になるまでの時間が長くなる。このため、この場合も、各部位毎の硫黄堆積量に応じて、当該部位が対象となる段階のバルブタイミングの保持時間(硫黄脱離時間)が変化することになる。   Further, during the sulfur poisoning regeneration, the amount of sulfur to be desorbed (hereinafter referred to as “sulfur desorption amount”) is estimated for each site of the NOx catalyst 28, and the sulfur desorption is performed for the site where sulfur is desorbed. The valve timing may be changed to the next stage when the value obtained by subtracting the sulfur desorption amount during sulfur poisoning regeneration from the sulfur accumulation amount before poison regeneration becomes equal to or less than a predetermined reference value. In this case, as the amount of sulfur deposition before sulfur poisoning regeneration increases, the time until the value obtained by subtracting the sulfur desorption amount from the sulfur deposition amount becomes equal to or less than the reference value becomes longer. For this reason, also in this case, the retention time (sulfur desorption time) of the valve timing at the stage where the relevant part is targeted changes in accordance with the amount of sulfur deposition in each part.

以下、NOx触媒28の各部位毎の硫黄堆積量および硫黄脱離量の推定方法の一例について説明する。
(前寄りの部位の硫黄堆積量の計算)
NOx触媒28の前寄りの部位に流入する排気ガス中の硫黄濃度をC1とすると、このC1は、エンジン10から排出される排気ガス中の硫黄濃度に等しいので、次のようにして算出することができる。エンジン10から排出される排気ガスに含まれる硫黄は、燃焼した燃料に含まれる硫黄と、燃焼したエンジンオイルに含まれる硫黄との和である。よって、燃料中の硫黄濃度に燃料消費量を乗じた値と、エンジンオイル中の硫黄濃度にエンジンオイル消費量を乗じた値との和を排気ガス量で除算することにより、エンジン10から排出される排気ガスの硫黄濃度、すなわち前寄りの部位に流入する排気ガスの硫黄濃度C1を算出することができる。この計算において、燃料中の硫黄濃度およびエンジンオイル中の硫黄濃度の値は、その車両が使用される国または地域で使用される燃料およびエンジンオイルについて調べた値を予めECU50に記憶しておけばよい。燃料消費量としては燃料インジェクタ30からの燃料噴射量の値を利用すればよい。エンジンオイル消費量は、経験的に求めたエンジン10の運転状態とエンジンオイル消費量との関係を表すマップを予めECU50に記憶しておき、そのマップに基づいて計算すればよい。排気ガス量は、吸入空気量に基づいて算出することができる。
Hereinafter, an example of a method for estimating the sulfur accumulation amount and the sulfur desorption amount for each part of the NOx catalyst 28 will be described.
(Calculation of sulfur deposit in the front part)
Assuming that the sulfur concentration in the exhaust gas flowing into the front portion of the NOx catalyst 28 is C1, this C1 is equal to the sulfur concentration in the exhaust gas exhausted from the engine 10, and is calculated as follows. Can do. The sulfur contained in the exhaust gas discharged from the engine 10 is the sum of the sulfur contained in the burned fuel and the sulfur contained in the burned engine oil. Therefore, the sum of the value obtained by multiplying the sulfur concentration in the fuel by the fuel consumption amount and the value obtained by multiplying the sulfur concentration in the engine oil by the engine oil consumption amount is divided by the exhaust gas amount to be discharged from the engine 10. The exhaust gas sulfur concentration, that is, the sulfur concentration C1 of the exhaust gas flowing into the front part can be calculated. In this calculation, the values of the sulfur concentration in the fuel and the sulfur concentration in the engine oil can be stored in the ECU 50 in advance by examining the values of the fuel and engine oil used in the country or region where the vehicle is used. Good. As the fuel consumption amount, the value of the fuel injection amount from the fuel injector 30 may be used. The engine oil consumption may be calculated on the basis of an empirically calculated map representing the relationship between the operating state of the engine 10 and the engine oil consumption in the ECU 50 in advance. The exhaust gas amount can be calculated based on the intake air amount.

NOx触媒28の前寄りの部位に単位時間当たりに吸収される硫黄の量(以下、「硫黄吸収量」と称する)をA1とすると、A1は次式により算出することができる。
A1=C1・α・β・γ ・・・(1)
ただし、α、β、γは、それぞれ、図6乃至図8に示すマップで表される吸収速度係数である。
Assuming that the amount of sulfur absorbed per unit time (hereinafter referred to as “sulfur absorption amount”) at the front portion of the NOx catalyst 28 is A1, A1 can be calculated by the following equation.
A1 = C1, α, β, γ (1)
Here, α, β, and γ are absorption rate coefficients represented by maps shown in FIGS.

NOx触媒28の前寄りの部位の硫黄吸収量A1は、前寄りの部位に流入する排気ガスの硫黄濃度C1が高いほど、多くなる。このため、A1はC1に比例する。しかしながら、既に堆積している硫黄の量が多いと、硫黄は吸収されにくくなる。図6に示す吸収速度係数αは、その点を補正するための係数である。また、エンジン始動直後など、触媒床温が低い場合には、硫黄は吸収されにくくなる。図7に示す吸収速度係数βは、その点を補正するための係数である。また、排気ガス量が多いと、NOx触媒28を通過する排気ガスの流速が速くなるので、吸収されずに通り抜ける硫黄の量が多くなる。図9に示す吸収速度係数γは、その点を補正するための係数である。   The sulfur absorption amount A1 at the front part of the NOx catalyst 28 increases as the sulfur concentration C1 of the exhaust gas flowing into the front part increases. For this reason, A1 is proportional to C1. However, if the amount of sulfur already deposited is large, sulfur becomes difficult to be absorbed. The absorption rate coefficient α shown in FIG. 6 is a coefficient for correcting the point. Further, when the catalyst bed temperature is low, such as immediately after the engine is started, sulfur is hardly absorbed. The absorption rate coefficient β shown in FIG. 7 is a coefficient for correcting the point. Further, when the amount of exhaust gas is large, the flow rate of exhaust gas passing through the NOx catalyst 28 is increased, so that the amount of sulfur that passes through without being absorbed increases. The absorption rate coefficient γ shown in FIG. 9 is a coefficient for correcting the point.

ECU50は、上記(1)式で算出されるA1の値を積算することにより、NOx触媒28の前寄りの部位の硫黄堆積量D1を算出することができる。すなわち、ECU50において、その計算間隔をΔtとしたとき、次式の計算を毎回行うことにより、D1を更新すればよい。
D1=D1+A1・Δt ・・・(2)
The ECU 50 can calculate the sulfur accumulation amount D1 of the front portion of the NOx catalyst 28 by integrating the value of A1 calculated by the above equation (1). That is, in the ECU 50, when the calculation interval is Δt, D1 may be updated by performing the following calculation every time.
D1 = D1 + A1 · Δt (2)

上記の計算において、吸収速度係数αの算出に用いる硫黄堆積量としては、前回計算されたD1の値を用いればよい。また、吸収速度係数βの算出に用いる触媒床温は、温度センサにより検出するか、公知の手法によって推定すればよい。   In the above calculation, the value of D1 calculated last time may be used as the sulfur deposition amount used for calculating the absorption rate coefficient α. Further, the catalyst bed temperature used for calculating the absorption rate coefficient β may be detected by a temperature sensor or estimated by a known method.

(中ほどの部位の硫黄堆積量の計算)
NOx触媒28の中ほどの部位に流入する排気ガス中の硫黄濃度C2は、前寄りの部位に流入した排気ガスの硫黄濃度C1から、前寄りの部位で吸収された分の硫黄を差し引くことによって求められるので、次式により算出することができる。
C2=C1・(1−α・β・γ) ・・・(3)
(Calculation of sulfur deposition in the middle part)
The sulfur concentration C2 in the exhaust gas flowing into the middle part of the NOx catalyst 28 is obtained by subtracting the sulfur absorbed in the front part from the sulfur concentration C1 of the exhaust gas flowing into the front part. Since it is obtained, it can be calculated by the following equation.
C2 = C1 · (1−α · β · γ) (3)

NOx触媒28の中ほどの部位の単位時間当たりの硫黄吸収量A2は次式により算出することができる。
A2=C2・α2・β2・γ2 ・・・(4)
ただし、α2、β2、γ2は、中ほどの部位についての吸収速度係数であり、上述した前寄りの部位の吸収速度係数α、β、γと同様のものであるので、図示は省略する。
The sulfur absorption amount A2 per unit time in the middle part of the NOx catalyst 28 can be calculated by the following equation.
A2 = C2, α2, β2, γ2 (4)
However, α2, β2, and γ2 are absorption rate coefficients for the middle part and are the same as the absorption rate coefficients α, β, and γ for the front part described above, and are not shown in the figure.

ECU50は、上記(4)式で算出されるA2の値を積算することにより、NOx触媒28の中ほどの部位の硫黄堆積量D2を算出することができる。すなわち、ECU50において、次式の計算を毎回行うことにより、D2を更新すればよい。
D2=D2+A2・Δt ・・・(5)
The ECU 50 can calculate the sulfur accumulation amount D2 of the middle part of the NOx catalyst 28 by integrating the value of A2 calculated by the above equation (4). That is, the ECU 50 may update D2 by performing the following calculation every time.
D2 = D2 + A2 · Δt (5)

上記の計算において、吸収速度係数α2の算出に用いる硫黄堆積量としては、前回計算されたD2の値を用いればよい。   In the above calculation, the previously calculated value of D2 may be used as the sulfur deposition amount used for calculating the absorption rate coefficient α2.

(後寄りの部位の硫黄堆積量の計算)
NOx触媒28の後寄りの部位に流入する排気ガス中の硫黄濃度C3は、中ほどの部位に流入した排気ガスの硫黄濃度C2から、中ほどの部位で吸収された分の硫黄を差し引くことによって求められるので、次式により算出することができる。
C3=C2・(1−α2・β2・γ2) ・・・(6)
(Calculation of sulfur accumulation in the rear part)
The sulfur concentration C3 in the exhaust gas flowing into the rear portion of the NOx catalyst 28 is obtained by subtracting the sulfur absorbed in the middle portion from the sulfur concentration C2 of the exhaust gas flowing into the middle portion. Since it is obtained, it can be calculated by the following equation.
C3 = C2 · (1−α2 · β2 · γ2) (6)

NOx触媒28の後寄りの部位の単位時間当たりの硫黄吸収量A3は次式により算出することができる。
A3=C3・α3・β3・γ3 ・・・(7)
ただし、α3、β3、γ3は、後寄りの部位についての吸収速度係数であり、上述した前寄りの部位の吸収速度係数α、β、γと同様のものであるので、図示は省略する。
The sulfur absorption amount A3 per unit time at the rear portion of the NOx catalyst 28 can be calculated by the following equation.
A3 = C3 · α3 · β3 · γ3 (7)
However, α3, β3, and γ3 are absorption rate coefficients for the rear part, and are the same as the absorption rate coefficients α, β, and γ for the front part, and are not shown.

ECU50は、上記(7)式で算出されるA3の値を積算することにより、NOx触媒28の後寄りの部位の硫黄堆積量D3を算出することができる。すなわち、ECU50において、次式の計算を毎回行うことにより、D3を更新すればよい。
D3=D3+A3・Δt ・・・(8)
The ECU 50 can calculate the sulfur accumulation amount D3 of the rear portion of the NOx catalyst 28 by integrating the value of A3 calculated by the above equation (7). That is, the ECU 50 may update D3 by calculating the following formula every time.
D3 = D3 + A3 · Δt (8)

上記の計算において、吸収速度係数α3の算出に用いる硫黄堆積量としては、前回計算されたD3の値を用いればよい。   In the above calculation, the value of D3 calculated last time may be used as the sulfur deposition amount used for calculating the absorption rate coefficient α3.

(各部位の硫黄脱離量の計算)
硫黄被毒再生時におけるNOx触媒28の各部位の単位時間当たりの硫黄脱離量をG、基準脱離速度Hを、脱離速度係数をε、θ、μとすると、硫黄脱離量Gは次式により算出することができる。
G=H・ε・θ・μ ・・・(9)
(Calculation of sulfur desorption at each site)
When the sulfur desorption amount per unit time of each part of the NOx catalyst 28 during sulfur poisoning regeneration is G, the standard desorption rate H is desorption rate coefficients ε, θ, μ, the sulfur desorption amount G is It can be calculated by the following formula.
G = H · ε · θ · μ (9)

ただし、基準脱離速度Hは、所定の硫黄堆積量、触媒床温および空燃比A/Fの下で経験的に求められた単位時間当たりの硫黄脱離量である。脱離速度係数ε、θ、μは、それぞれ、図9乃至図11に示すマップで表される。硫黄脱離量は、硫黄堆積量が多いほど、多くなる。図9に示す脱離速度係数εは、その点を補正するための係数である。また、硫黄は、触媒床温が高い方が脱離し易く、所定の硫黄脱離温度を超えないと脱離しない。図10に示す脱離速度係数θは、その点を補正するための係数である。また、硫黄は、空燃比A/Fがストイキ(理論空燃比)以下にならないと脱離しない。図11に示す脱離速度係数μは、その点を補正するための係数である。   However, the reference desorption rate H is a sulfur desorption amount per unit time determined empirically under a predetermined sulfur deposition amount, catalyst bed temperature, and air-fuel ratio A / F. The desorption rate coefficients ε, θ, and μ are represented by maps shown in FIGS. 9 to 11, respectively. The sulfur desorption amount increases as the sulfur deposition amount increases. The desorption rate coefficient ε shown in FIG. 9 is a coefficient for correcting the point. Further, sulfur is more easily desorbed when the catalyst bed temperature is higher, and is not desorbed unless a predetermined sulfur desorption temperature is exceeded. The desorption rate coefficient θ shown in FIG. 10 is a coefficient for correcting the point. Further, sulfur is not desorbed unless the air-fuel ratio A / F is less than stoichiometric (theoretical air-fuel ratio). A desorption rate coefficient μ shown in FIG. 11 is a coefficient for correcting the point.

硫黄被毒再生時、ECU50は、NOx触媒28の各部位毎に上記(9)式の計算を行うことにより、各部位毎の単位時間当たりの硫黄脱離量Gを算出する。そして、この各部位毎の単位時間当たりの硫黄脱離量Gを積算することにより、NOx触媒28の各部位毎に硫黄脱離量を算出することができる。   During the sulfur poisoning regeneration, the ECU 50 calculates the sulfur desorption amount G per unit time for each part by performing the calculation of the above equation (9) for each part of the NOx catalyst 28. Then, by integrating the sulfur desorption amount G per unit time for each part, the sulfur desorption amount can be calculated for each part of the NOx catalyst 28.

図12は、NOx触媒28の硫黄被毒再生を行うために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図12を参照して、図4に基づいて既述した吸気弁開弁期間の制御と、図5に基づいて既述した排気弁開タイミングの制御との両方を組み合わせて実行する場合の制御について説明する。また、図12に示す制御では、NOx触媒28の各部位毎に、硫黄被毒再生前の硫黄堆積量から、硫黄被毒再生中の硫黄脱離量を差し引いた値(以下、「硫黄残存量」と称する)が所定の基準値以下になったタイミングで、バルブタイミングを切り換え、次の部位の硫黄脱離へ移行する。なお、図12中では、硫黄を「S」と略記し、吸気弁を「INバルブ」と略記し、排気弁を「EXバルブ」と略記する。   FIG. 12 is a flowchart of a routine executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to perform sulfur poisoning regeneration of the NOx catalyst 28. Hereinafter, with reference to FIG. 12, when the control of the intake valve opening period described based on FIG. 4 and the control of the exhaust valve opening timing described above based on FIG. 5 are executed in combination. Control will be described. In the control shown in FIG. 12, for each part of the NOx catalyst 28, a value obtained by subtracting the sulfur desorption amount during sulfur poisoning regeneration from the sulfur deposition amount before sulfur poisoning regeneration (hereinafter referred to as “sulphur residual amount”). The valve timing is switched at a timing at which “)” becomes equal to or lower than a predetermined reference value, and the process proceeds to sulfur desorption at the next site. In FIG. 12, sulfur is abbreviated as “S”, the intake valve is abbreviated as “IN valve”, and the exhaust valve is abbreviated as “EX valve”.

図12に示すルーチンによれば、まず、NOx触媒28の各部位毎の硫黄堆積量を合計した全体の硫黄堆積量が所定値以上であるかどうかが判定される(ステップ100)。この所定値は、硫黄被毒再生を行う必要があるかどうかを判定するために予め設定されている値である。すなわち、NOx触媒28全体の硫黄堆積量がこの所定値以上になった場合には、硫黄被毒再生を行う必要があるとされ、硫黄被毒再生制御が開始される。   According to the routine shown in FIG. 12, first, it is determined whether or not the total sulfur deposition amount obtained by adding up the sulfur deposition amounts for the respective portions of the NOx catalyst 28 is equal to or greater than a predetermined value (step 100). This predetermined value is a value set in advance to determine whether or not it is necessary to perform sulfur poisoning regeneration. That is, when the amount of accumulated sulfur in the entire NOx catalyst 28 exceeds this predetermined value, it is considered that sulfur poisoning regeneration needs to be performed, and sulfur poisoning regeneration control is started.

硫黄被毒再生制御においては、まず、NOx触媒28の前寄りの部位の硫黄被毒再生を開始する(ステップ102)。NOx触媒28の前寄りの部位の硫黄被毒再生を行うためには、前述したように、排気ガス量を比較的少なく、触媒入りガス温度を比較的高くすればよい。ECU50には、エンジン回転数、エンジン負荷等の運転状態と、その運転状態の下でNOx触媒28の前寄りの部位の硫黄被毒再生を行うために必要な排気ガス量および触媒入りガス温度との関係を定めたマップが予め記憶されている。そのマップに基づいて、目標排気ガス量および目標触媒入りガス温度がそれぞれ算出される(ステップ104,106)。続いて、その算出された目標排気ガス量および目標触媒入りガス温度に基づいて、目標吸気弁開弁期間および目標排気弁開タイミングがそれぞれ算出される(ステップ108,110)。そして、その算出された目標吸気弁開弁期間が実現されるように吸気可変動弁装置42により吸気弁32の開タイミングおよび閉タイミングが制御される(ステップ112)。また、上記算出された目標排気弁開タイミングが実現されるように排気可変動弁装置44により排気弁34の閉タイミングが制御される(ステップ114)。   In the sulfur poisoning regeneration control, first, sulfur poisoning regeneration of the front portion of the NOx catalyst 28 is started (step 102). In order to perform sulfur poisoning regeneration at the front portion of the NOx catalyst 28, as described above, the amount of exhaust gas is relatively small and the temperature of the gas containing the catalyst is relatively high. The ECU 50 includes an operating state such as an engine speed and an engine load, and an exhaust gas amount and a catalyst-containing gas temperature necessary for performing sulfur poisoning regeneration at a front portion of the NOx catalyst 28 under the operating state. A map that defines the relationship is stored in advance. Based on the map, the target exhaust gas amount and the target catalyst-containing gas temperature are respectively calculated (steps 104 and 106). Subsequently, based on the calculated target exhaust gas amount and target catalyst-containing gas temperature, a target intake valve opening period and a target exhaust valve opening timing are respectively calculated (steps 108 and 110). Then, the opening timing and closing timing of the intake valve 32 are controlled by the intake variable valve operating apparatus 42 so that the calculated target intake valve opening period is realized (step 112). Further, the exhaust variable valve gear 44 controls the closing timing of the exhaust valve 34 so that the calculated target exhaust valve opening timing is realized (step 114).

以上の処理によってバルブタイミングが制御された後、還元剤が供給される(ステップ116)。還元剤の供給量は、図4および図5に示す触媒床温の分布のように、ピークとなる部位の触媒床温が、硫黄脱離温度以上になり、且つ、触媒の劣化が促進されるような過剰な高温にはならないように、制御される。   After the valve timing is controlled by the above processing, the reducing agent is supplied (step 116). The supply amount of the reducing agent is such that the catalyst bed temperature at the peak portion becomes equal to or higher than the sulfur desorption temperature as shown in the catalyst bed temperature distribution shown in FIGS. 4 and 5, and the deterioration of the catalyst is promoted. It is controlled so that it does not become such an excessively high temperature.

NOx触媒28の前寄りの部位の硫黄被毒再生が行われている間、ECU50は、NOx触媒28の前寄り部位の硫黄被毒再生前の硫黄堆積量から硫黄被毒再生中の硫黄脱離量を差し引いた硫黄残存量を逐次算出している。そして、この前寄りの部位の硫黄残存量が所定の基準値以下になったかどうかを判断する(ステップ118)。この基準値は、前寄りの部位に堆積していた硫黄が脱離し終わったかどうかを判定するために予め設定されている値である。従って、前寄りの部位の硫黄残存量が上記基準値を超えている間は、バルブタイミングを保持し、前寄りの部位の硫黄被毒再生を続行する。そして、前寄りの部位の硫黄残存量が上記基準値以下になった場合には、前寄りの部位の硫黄被毒再生を終了し、バルブタイミングを切り換えて、中ほどの部位の硫黄被毒再生を開始する(ステップ120)。   While the sulfur poisoning regeneration of the front part of the NOx catalyst 28 is being performed, the ECU 50 determines the sulfur desorption during the sulfur poisoning regeneration from the sulfur deposition amount before the sulfur poisoning regeneration of the front part of the NOx catalyst 28. The amount of sulfur remaining after subtracting the amount is sequentially calculated. Then, it is determined whether or not the amount of remaining sulfur at the front portion has become a predetermined reference value or less (step 118). This reference value is a value set in advance to determine whether or not the sulfur accumulated in the front portion has been desorbed. Therefore, while the sulfur remaining amount at the front part exceeds the reference value, the valve timing is maintained and the sulfur poisoning regeneration at the front part is continued. If the amount of residual sulfur in the front part falls below the above reference value, the sulfur poisoning regeneration in the front part is terminated, the valve timing is switched, and the sulfur poisoning regeneration in the middle part is performed. Is started (step 120).

NOx触媒28の中ほどの部位の硫黄被毒再生を行うためには、前述したように、排気ガス量を中程度に、触媒入りガス温度を中程度にすればよい。ECU50には、エンジン回転数、エンジン負荷等の運転状態と、その運転状態の下でNOx触媒28の中ほどの部位の硫黄被毒再生を行うために必要な排気ガス量および触媒入りガス温度との関係を定めたマップが予め記憶されている。そのマップに基づいて、目標排気ガス量および目標触媒入りガス温度がそれぞれ算出される(ステップ122,124)。続いて、その算出された目標排気ガス量および目標触媒入りガス温度に基づいて、目標吸気弁開弁期間および目標排気弁開タイミングがそれぞれ算出される(ステップ126,128)。そして、その算出された目標吸気弁開弁期間が実現されるように吸気可変動弁装置42により吸気弁32の開タイミングおよび閉タイミングが制御される(ステップ130)。また、上記算出された目標排気弁開タイミングが実現されるように排気可変動弁装置44により排気弁34の閉タイミングが制御される(ステップ132)。   In order to perform sulfur poisoning regeneration in the middle part of the NOx catalyst 28, as described above, the exhaust gas amount may be set to a medium level and the catalyst-containing gas temperature may be set to a medium level. The ECU 50 includes an operating state such as an engine speed and an engine load, and an exhaust gas amount and a catalyst-containing gas temperature necessary for performing sulfur poisoning regeneration of the middle part of the NOx catalyst 28 under the operating state. A map that defines the relationship is stored in advance. Based on the map, the target exhaust gas amount and the target catalyst-containing gas temperature are respectively calculated (steps 122 and 124). Subsequently, a target intake valve opening period and a target exhaust valve opening timing are calculated based on the calculated target exhaust gas amount and target catalyst-containing gas temperature (steps 126 and 128), respectively. Then, the opening timing and closing timing of the intake valve 32 are controlled by the intake variable valve operating apparatus 42 so that the calculated target intake valve opening period is realized (step 130). Further, the exhaust variable valve gear 44 controls the closing timing of the exhaust valve 34 so that the calculated target exhaust valve opening timing is realized (step 132).

NOx触媒28の中ほどの部位の硫黄被毒再生が行われている間、ECU50は、NOx触媒28の中ほど部位の硫黄被毒再生前の硫黄堆積量から硫黄被毒再生中の硫黄脱離量を差し引いた硫黄残存量を逐次算出している。そして、この中ほどの部位の硫黄残存量が所定の基準値以下になったかどうかを判断する(ステップ134)。この基準値は、中ほどの部位に堆積していた硫黄が脱離し終わったかどうかを判定するために予め設定されている値である。従って、中ほどの部位の硫黄残存量が上記基準値を超えている間は、バルブタイミングを保持し、中ほどの部位の硫黄被毒再生を続行する。そして、中ほどの部位の硫黄残存量が上記基準値以下になった場合には、中ほどの部位の硫黄被毒再生を終了し、バルブタイミングを切り換えて、後寄りの部位の硫黄被毒再生を開始する(ステップ136)。   While the sulfur poisoning regeneration of the middle part of the NOx catalyst 28 is being performed, the ECU 50 determines the sulfur desorption during the sulfur poisoning regeneration from the sulfur deposition amount before the sulfur poisoning regeneration of the middle part of the NOx catalyst 28. The amount of sulfur remaining after subtracting the amount is sequentially calculated. Then, it is determined whether or not the amount of remaining sulfur in the middle part is equal to or lower than a predetermined reference value (step 134). This reference value is a value set in advance to determine whether or not the sulfur accumulated in the middle part has been desorbed. Therefore, while the sulfur remaining amount at the middle part exceeds the reference value, the valve timing is maintained and the sulfur poisoning regeneration at the middle part is continued. When the sulfur remaining amount at the middle part is below the above reference value, the sulfur poisoning regeneration at the middle part is terminated, the valve timing is switched, and the sulfur poisoning regeneration at the rear part is performed. Is started (step 136).

NOx触媒28の後寄りの部位の硫黄被毒再生を行うためには、前述したように、排気ガス量を比較的多く、触媒入りガス温度を比較的低くすればよい。ECU50には、エンジン回転数、エンジン負荷等の運転状態と、その運転状態の下でNOx触媒28の後寄りの部位の硫黄被毒再生を行うために必要な排気ガス量および触媒入りガス温度との関係を定めたマップが予め記憶されている。そのマップに基づいて、目標排気ガス量および目標触媒入りガス温度がそれぞれ算出される(ステップ138,140)。続いて、その算出された目標排気ガス量および目標触媒入りガス温度に基づいて、目標吸気弁開弁期間および目標排気弁開タイミングがそれぞれ算出される(ステップ142,144)。そして、その算出された目標吸気弁開弁期間が実現されるように吸気可変動弁装置42により吸気弁32の開タイミングおよび閉タイミングが制御される(ステップ146)。また、上記算出された目標排気弁開タイミングが実現されるように排気可変動弁装置44により排気弁34の閉タイミングが制御される(ステップ148)。   In order to perform sulfur poisoning regeneration at the rear portion of the NOx catalyst 28, as described above, the amount of exhaust gas is relatively large and the temperature of the gas containing the catalyst is relatively low. The ECU 50 includes an operating state such as an engine speed and an engine load, and an exhaust gas amount and a catalyst-containing gas temperature necessary for performing sulfur poisoning regeneration at a rear portion of the NOx catalyst 28 under the operating state. A map that defines the relationship is stored in advance. Based on the map, the target exhaust gas amount and the target catalyst-containing gas temperature are respectively calculated (steps 138 and 140). Subsequently, based on the calculated target exhaust gas amount and target catalyst-containing gas temperature, a target intake valve opening period and a target exhaust valve opening timing are respectively calculated (steps 142 and 144). Then, the opening timing and closing timing of the intake valve 32 are controlled by the intake variable valve operating apparatus 42 so that the calculated target intake valve opening period is realized (step 146). Further, the closing timing of the exhaust valve 34 is controlled by the variable exhaust valve device 44 so that the calculated target exhaust valve opening timing is realized (step 148).

NOx触媒28の後寄りの部位の硫黄被毒再生が行われている間、ECU50は、NOx触媒28の後寄り部位の硫黄被毒再生前の硫黄堆積量から硫黄被毒再生中の硫黄脱離量を差し引いた硫黄残存量を逐次算出している。そして、この後寄りの部位の硫黄残存量が所定の基準値以下になったかどうかを判断する(ステップ150)。この基準値は、後寄りの部位に堆積していた硫黄が脱離し終わったかどうかを判定するために予め設定されている値である。従って、後寄りの部位の硫黄残存量が上記基準値を超えている間は、バルブタイミングを保持し、後寄りの部位の硫黄被毒再生を続行する。そして、後寄りの部位の硫黄残存量が上記基準値以下になった場合には、後寄りの部位の硫黄被毒再生が終了したと判断できるので、還元剤の供給を停止し、硫黄被毒再生制御を終了する(ステップ152)。   While the sulfur poisoning regeneration of the rear part of the NOx catalyst 28 is being performed, the ECU 50 desorbs sulfur during the sulfur poisoning regeneration from the sulfur deposition amount before the sulfur poisoning regeneration of the rear part of the NOx catalyst 28. The amount of sulfur remaining after subtracting the amount is sequentially calculated. Then, it is determined whether or not the amount of remaining sulfur in the rear portion has become equal to or less than a predetermined reference value (step 150). This reference value is a value set in advance to determine whether or not sulfur accumulated in the rear part has been desorbed. Therefore, while the remaining amount of sulfur in the rear part exceeds the reference value, the valve timing is maintained and the sulfur poisoning regeneration in the rear part is continued. When the sulfur remaining amount in the rear part is below the above reference value, it can be determined that the sulfur poisoning regeneration in the rear part has been completed, so the supply of the reducing agent is stopped and the sulfur poisoning is stopped. The reproduction control ends (step 152).

以上説明した図12のルーチンの処理によれば、硫黄脱離中の部位について、硫黄被毒再生前の硫黄堆積量から、硫黄被毒再生中の硫黄脱離量を差し引いた値が基準値以下になったタイミングで、当該部位の硫黄被毒再生を終了する。このため、当該部位の硫黄がちょうど脱離し終わるタイミングを精度良く判定して、硫黄被毒再生を終了することができる。よって、各部位の硫黄脱離時間が短すぎて硫黄が残存したり、硫黄脱離時間が長すぎて還元剤を無駄に消費したりすることをより確実に抑制することができる。   According to the routine processing of FIG. 12 described above, the value obtained by subtracting the sulfur desorption amount during sulfur poisoning regeneration from the sulfur deposition amount before sulfur poisoning regeneration is equal to or less than the reference value for the site during sulfur desorption. At this time, the sulfur poisoning regeneration of the part is finished. For this reason, the sulfur poisoning regeneration can be completed by accurately determining the timing at which the sulfur at the site has just been desorbed. Therefore, it is possible to more reliably suppress sulfur remaining at each portion because the sulfur is left too short or sulfur is left too long and the reducing agent is consumed wastefully.

なお、上述した実施の形態1では、NOx触媒28を上流側から下流側に向かって3つの部位に分けて硫黄被毒再生を行う場合について説明したが、2つの部位、または4つ以上の部位に分けて硫黄被毒再生を行うようにしてもよい。   In the first embodiment described above, the case where the NOx catalyst 28 is divided into three parts from the upstream side to the downstream side to perform sulfur poisoning regeneration has been described. However, two parts, or four or more parts are used. The sulfur poisoning regeneration may be performed separately.

また、上述した実施の形態1においては、ECU50が図12に示すルーチンの処理を実行することにより前記第1、第4および第5の発明における「脱離部位制御手段」が実現されている。   In the first embodiment described above, the “desorption site control means” in the first, fourth and fifth inventions is realized by the ECU 50 executing the routine shown in FIG.

10 エンジン
22 吸気通路
24 排気通路
27 酸化触媒
28 NOx触媒
30 燃料インジェクタ
32 吸気弁
34 排気弁
42 吸気可変動弁装置
44 排気可変動弁装置
46 燃料添加弁
50 ECU
10 Engine 22 Intake passage 24 Exhaust passage 27 Oxidation catalyst 28 NOx catalyst 30 Fuel injector 32 Intake valve 34 Exhaust valve 42 Intake variable valve operating device 44 Exhaust variable valve operating device 46 Fuel addition valve 50 ECU

Claims (5)

内燃機関の排気通路に配置されたNOx触媒と、
前記NOx触媒に堆積した硫黄を脱離させるために前記NOx触媒の上流側の排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給手段と、
吸気弁および排気弁の一方または両方のバルブタイミングを可変とする可変動弁装置と、
前記還元剤の供給中に、前記内燃機関から排出される排気ガスの量および温度の一方または両方が時間とともに変化するように前記可変動弁装置によって前記バルブタイミングを段階的に変化させることにより、前記NOx触媒内で硫黄の脱離温度以上となる部位が時間とともに移動するように制御する脱離部位制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
A NOx catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to exhaust gas upstream of the NOx catalyst in order to desorb sulfur accumulated on the NOx catalyst;
A variable valve gear that varies the valve timing of one or both of the intake valve and the exhaust valve;
By changing the valve timing stepwise by the variable valve device such that one or both of the amount and temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine change with time during the supply of the reducing agent, A desorption site control means for controlling the site where the sulfur desorption temperature or higher in the NOx catalyst is moved over time;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記可変動弁装置は、前記吸気弁の開期間を可変とする機能を有し、
前記脱離部位制御手段は、前記内燃機関から排出される排気ガスの量が時間とともに変化するように前記可変動弁装置によって前記吸気弁の開期間を段階的に変化させることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。
The variable valve operating device has a function of changing an open period of the intake valve,
The desorption site control means changes the opening period of the intake valve stepwise by the variable valve device so that the amount of exhaust gas discharged from the internal combustion engine changes with time. Item 2. A control device for an internal combustion engine according to Item 1.
前記可変動弁装置は、前記排気弁の開タイミングを可変とする機能を有し、
前記脱離部位制御手段は、前記内燃機関から排出される排気ガスの温度が時間とともに変化するように前記可変動弁装置によって前記排気弁の開タイミングを段階的に変化させることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。
The variable valve operating device has a function of changing the opening timing of the exhaust valve,
The desorption site control means changes the opening timing of the exhaust valve stepwise by the variable valve device so that the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine changes with time. Item 3. The control device for an internal combustion engine according to Item 1 or 2.
前記NOx触媒を上流側から下流側に向かって複数の部位に分けた場合の各部位毎に、堆積している硫黄の量である硫黄堆積量を推定する硫黄堆積量推定手段を備え、
前記NOx触媒の前記各部位は、前記脱離部位制御手段が前記バルブタイミングを段階的に変化させる際の各段階で硫黄の脱離温度以上となる部位と対応しており、
前記脱離部位制御手段は、前記バルブタイミングを段階的に変化させる際に、前記還元剤の供給前における前記NOx触媒の前記各部位毎の前記硫黄堆積量の推定値に応じて、前記各段階毎のバルブタイミング保持時間を変化させることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。
Sulfur deposition amount estimation means for estimating a sulfur deposition amount that is the amount of sulfur deposited for each part when the NOx catalyst is divided into a plurality of parts from the upstream side toward the downstream side,
Each part of the NOx catalyst corresponds to a part that becomes equal to or higher than the sulfur desorption temperature at each stage when the desorption part control means changes the valve timing stepwise.
When the valve timing is changed stepwise, the desorption site control means determines the sulfur deposition amount for each site of the NOx catalyst before the supply of the reducing agent according to the estimated value of the sulfur deposition amount for each site. The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the valve timing holding time for each is changed.
前記NOx触媒を上流側から下流側に向かって複数の部位に分けた場合の各部位毎に、堆積している硫黄の量である硫黄堆積量を推定する硫黄堆積量推定手段と、
前記還元剤の供給中に、前記NOx触媒の前記各部位毎に、脱離する硫黄の量である硫黄脱離量を推定する硫黄脱離量推定手段と、
前記NOx触媒の前記各部位毎に、前記還元剤の供給前における前記硫黄堆積量の推定値と、前記還元剤の供給中における前記硫黄脱離量の推定値とに基づいて、残存している硫黄の量である硫黄残存量を推定する硫黄残存量推定手段と、
を備え、
前記NOx触媒の前記各部位は、前記脱離部位制御手段が前記バルブタイミングを段階的に変化させる際の各段階で硫黄の脱離温度以上となる部位と対応しており、
前記脱離部位制御手段は、前記バルブタイミングを段階的に変化させる際に、硫黄が脱離中の部位の前記硫黄残存量の推定値が所定値以下となった場合に、前記バルブタイミングを次の段階に変化させることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。
A sulfur deposition amount estimating means for estimating a sulfur deposition amount that is an amount of sulfur deposited for each portion when the NOx catalyst is divided into a plurality of portions from the upstream side toward the downstream side;
A sulfur desorption amount estimating means for estimating a sulfur desorption amount, which is an amount of sulfur desorbed, for each part of the NOx catalyst during the supply of the reducing agent;
Remaining for each part of the NOx catalyst based on the estimated value of the sulfur deposition amount before the supply of the reducing agent and the estimated value of the sulfur desorption amount during the supply of the reducing agent A sulfur residual amount estimating means for estimating a sulfur residual amount that is an amount of sulfur;
With
Each part of the NOx catalyst corresponds to a part that becomes equal to or higher than the sulfur desorption temperature at each stage when the desorption part control means changes the valve timing stepwise.
When the valve timing is changed step by step, the desorption site control means changes the valve timing when the estimated value of the remaining amount of sulfur at the site where sulfur is being desorbed falls below a predetermined value. The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the control is performed in the following steps.
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