CN1368597A - 发动机的排气脱氮装置 - Google Patents

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Abstract

一种发动机的排气脱氮装置,设有吸收及释放NOx的NOx吸收催化剂(9),和向吸入的气体中混入排放气体的排气再循环流路,和排气再循环量控制机构(20,20f);所述排气再循环量控制机构,当所吸收的NOx量的储存量在规定值以下时,使规定量的降低NOx用排气进行再循环,而当所吸收的NOx量的储存量超过规定值并使NOx释放时,使所述规定量以上的排气进行再循环,让空燃比变为富状态。这种发动机的排气脱氮装置,可使NOx吸收催化剂小型化,并不会降低发动机的可靠性。

Description

发动机的排气脱氮装置
技术领域
本发明涉及一种发动机的排气脱氮装置，特别是涉及一种柴油发动机的排气脱氮装置。
背景技术
至今，对柴油发动机的排气脱氮装置提出了各种方案，日本特开7-279718号公报上发表的柴油发动机的排气脱氮装置就是其中的一例。
根据日本特开7-279718号公报，在发动机的排气通路中设置NOx吸收剂，同时设有具有控制流动排气量的EGR控制阀的排气再循环(EGR)流路。NOx吸收剂在通常状态下吸收NOx，当燃烧室内的空燃比为富的时候释放NOx，通过CO和CH还原NOx。当使燃烧室内的空燃比为富的时候，打开EGR控制阀并使排气进行再循环，减少吸入空气量并增加喷射的燃料，使空燃比变为富状态。同时为了不使发动机的输出转矩有变化还要进一步增加燃料喷射量。
但是，在上述结构中，由于在通常运转时关闭EGR控制阀，至使排出的气体中含有大量的NOx，所以，必须增加NOx吸收剂，对于大型发动机由于占地面积大会造成结构上的问题，而且还会提高成本。另外，如果在高负载时增加燃料量，就会使筒内压力和排气温度上升，以至降低发动机的可靠性和耐久性。
本发明着眼于上述问题点，其目的在于提供一种能够使NOx吸收催化剂小型化、不会降低发动机的可靠性和耐久性并可降低成本的发动机的排气脱氮装置。
发明内容
为了达到上述目的，本发明的发动机的排气脱氮装置，是具有NOx吸收催化剂和向吸入气体中混入排出气体的排气再循环流路的发动机的排气脱氮装置；所述NOx吸收催化剂，是在发动机的排气管路中，当流入排气的空燃比为贫状态时吸收NOx，而当流入排气的空燃比为富状态时释放NOx；
并设有排气再循环量控制机构，所述排气再循环量控制机构，当所吸收的NOx的储存量在规定值以下时，使规定量的降低NOx用排气进行再循环，而当所吸收的NOx的储存量超过规定值释放NOx时，使规定量以上的排气进行再循环以便使空燃比变为富状态。
根据这个结构，由于当发动机的排气空燃比为贫状态时能使规定量(例如，是排气量的10％～15％)的排气进行再循环，所以，能够在通常的稀薄燃烧状态下降低排气中的NOx。而且，由于设置了排气再循环量控制机构，所以，能够调节到使释放为最佳的排气再循环量，并可使NOx吸收催化剂小型化，实现缩小场地面积和发动机的小型化。
另外，在发动机的排气脱氮装置中，排气再循环量控制机构，当使流入NOx吸收催化剂中的排气的空燃比变为富状态时，可将流动的排气再循环量调节到其空气过剩率在1.0至1.3之间。
根据这个结构，设有能够把排气再循环量的空气过剩率控制在1.0～1.3左右的排气再循环量控制机构。因此，能够使排气空燃比变为富状态，进行NOx的释放和还原，不必喷出大量的还原剂燃料，所以能防止燃料消费率的增长。另外，将空气过剩率在空燃比是理论混合比时定为“1”。而所谓的富状态，是指空燃比接近理论混合比的状态，所谓的贫状态，相当于比富状态的空燃比大的状态，根据发动机的种类其空气过剩率是不同的。在调节所述排气再循环量时，把排气中的氧气浓度换算为氧气浓度约占20％的空气，将换算的空气作为吸气量的一部分并加入新的气体作为全空气量。
另外，在发动机的排气脱氮装置中，排气再循环量控制机构，具有设置在发动机吸气管的管路中并开闭自如的吸气节流阀及设置在发动机排气管的管路中并开闭自如的排气节流阀中的至少一个节流阀，和控制装置；
控制装置，当使排气的空燃比变为富状态时，输出使吸气节流阀及排气节流阀中的任意一个节流阀的开度变小的控制信号。
根据这个结构，通过使设置在排气管路或吸气管路中的节流阀的开度变小，能够容易地使供气气压比排气气压大幅度降低。这样，可使大量的排气进行再循环以变使排气的空燃比变为富状态，既构造简单，又减小了占地面积还可降低成本。
另外，在发动机的排气脱氮装置中，排气再循环流路，具有第1排气再循环流路，和与第1排气再循环流路并排设置的至少一个第2排气再循环流路；
排气再循环量控制机构，具有设置在第2排气再循环流路中并开闭自如的第2再循环流路调节阀，和检测NOx量的NOx量检测装置，和根据从NOx量检测装置输出的NOx量计算NOx吸收催化剂的NOx储存量并判断所计算的NOx储存量是否在规定值以下的控制装置；
控制装置，当算出的NOx储存量超过规定值时，输出打开第2再循环流路调节阀的控制信号，使发动机的排气的空燃比变为富状态。
根据这个结构，由于当空燃比为贫时，只在第1排气再循环流路中进行排气的再循环。另一方面，当使空燃比变为富状态时，使用第2排气再循环流路，所以，能够使大量的排气以很小的阻力进行再循环。因此，在提高性能的同时还能够把第2再循环流路调节阀设置为构造简单的开关阀以降低成本。
另外，在发动机的排气脱氮装置中，排气再循环流路是设有并排的多个再循环流路调节阀的第3排气再循环流路；
排气再循环控制装置，具有所述多个再循环流路调节阀，和检测NOx量的NOx量检测装置，和根据从NOx量检测装置输出的NOx量计算NOx吸收催化剂的NOx储存量并判断所计算的NOx储存量是否在规定值以下的控制装置；
控制装置，当算出的NOx储存量超过规定值时，输出使多个再循环流路调节阀的总开口面积比贫状态大的控制信号，使发动机的排气的空燃比变为富状态。
根据这个结构，在一个排气再循环流路中，当空燃比为贫时，通过把第1再循环流路调节阀设置为小型而能够容易地进行微调，使开度为最佳。而当使空燃比变为富状态时，通过打开第2再循环流路调节阀来加大总开口面积，能够使大量排气进行再循环。而且，第2再循环流路调节阀可以是开关阀，这样可使结构简单，并使发动机小型化，还能降低成本。
另外，在发动机的排气脱氮装置中，在发动机上设有涡轮充电器；排气再循环量控制机构，具有设置在涡轮充电器的压缩机出口并向外部抽出供给的气体和开闭自如的抽气阀，和当使发动机的排气的空燃比变为富状态时输出打开抽气阀控制信号的控制装置。
根据这个结构，通过打开设置在涡轮充电器的压缩机出口的抽气阀，能够使供气压力大大低于排气压力。所以，能够使大量排气进行再循环。
另外，在发动机的排气脱氮装置中，排气再循环量控制机构，具有向发动机气缸内和发动机排气管内至少一方供给燃料的燃料供给装置；当使排气的空燃比变设为富状态时，燃料供给装置可提供使NOx吸收催化剂可释放还原NOx以调整空燃比的调整部分的燃料。
根据这个结构，当使空燃比变为富状态时，为了调整不足的部分而供给燃料。因此，能够可靠地把空燃比控制在理论空燃比附近。另外，由于使大量的再循环排气形成环流，因此可少量供给燃料，既经济又可防止气缸内压和排气温度上升过高，不会降低发动机的可靠性和耐久性并能使空燃比为富状态。
另外，在发动机的排气脱氮装置中，排气再循环量控制机构，具有检测发动机负载的负载检测装置和控制装置；
控制装置，从负载检测装置输入检测信号，当检测出的负载在规定值以下时，使排气的空燃比变为富状态。
根据这个结构，当发动机在规定负载以下，即在轻载区域运转时，使将空燃比变为富状态的装置动作。由于是轻载，可以少添加燃料，既经济又可防止气缸内压和排气温度上升过高，同时，还可减少在高负载区域添加燃料的频率，提高发动机的可靠性和耐久性。
另外，在发动机的排气脱氮装置中，排气再循环量控制机构，具有可改变设置在发动机上的涡轮机通路的开度的可变涡轮充电器和控制装置；
控制装置，当使排气的空燃比变为富状态时，输出使涡轮机通路的开度变小的控制信号。
根据这个结构，通过把涡轮机通路的开度变小，例如，把开度变为极小，能够使排气涡轮机入口的排气压高于涡轮充电器的压缩机出口的供气压。因此，利用供排气的压力差，可使必要量的排气流入供气。所以，使用可变涡轮充电器也能获得与排气节流阀同样的效果。
附图说明
图1是本发明实施例1的发动机的排气脱氮装置的概念图。
图2是实施例1的排气脱氮装置的脱氮操作过程流程图。
图3是本发明实施例2的发动机的排气脱氮装置的概念图。
图4是本发明实施例3的发动机的排气脱氮装置的概念图。
图5是本发明实施例4的发动机的排气脱氮装置的概念图。
图6是本发明实施例5的发动机的排气脱氮装置的概念图。
图7是本发明实施例6的发动机的排气脱氮装置的概念图。
图8是实施例6的排气脱氮装置的脱氮过程流程图。
图9是作为实施例4的变形例的发动机的排气脱氮装置的概念图。
图10是本发明实施例7的发动机的排气脱氮装置的概念图。
图11是本发明实施例8的发动机的排气脱氮装置的概念图。
图12是本发明实施例9的发动机的排气脱氮装置的概念图。
图13是本发明实施例10中的排出NOx量与燃料喷射量和发动机转数的关系图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的发动机的排气脱氮装置的理想实施例进行详细说明。
实施例1
图1是本发明实施例1的发动机的排气脱氮装置的概念图。发动机1具有涡轮充电器2，而涡轮充电器2由排气涡轮机2a和压缩机2b组成。排气涡轮机2a被安装在排气支管7上，它的排出口装有排气管8。在排气管8中装有NOx吸收催化剂9，并在其出口安装有尾管8a。在与排气涡轮机2a连接的压缩机2b吸入口处装有吸气管3，在吸气管3处设有可调节开口面积的吸气节流阀21。在压缩机2b的排出口安装有供气管4并连接着支管5，在供气管4上装入中间冷却器6。
由排气再循环流路10使供气管4上的中间冷却器6的下游和排气支管7的排气涡轮机2a的上游构成连接。在排气再循环流路10上装入可调整排气再循环流路10的开口面积的再循环流路调节阀(以后称为EGR阀)24和再循环气体冷却器11。在排气管8上设有检测NOx量的NOx传感器30和检测氧气量的O2传感器31。控制装置32连接着NOx传感器30、O2传感器31、吸气节流阀21和EGR阀24。控制装置32输入上述各传感器的检测信号，在进行了规定的运算之后向吸气节流阀21和EGR阀24输出控制信号，这样形成排气再循环量控制机构20。
在这里，检测NOx量的NOx传感器30由检测NOx浓度的检测部件和测定排气流量的测定部件构成。所以，通过根据NOx浓度和排气流量由控制装置32进行的运算，NOx传感器30可检测出NOx量。另外，NOx传感器30也可以只是检测NOx浓度的部件。这时，根据发动机1的运转条件等用一般的方法求出排气流量。另外，检测氧气量的O2传感器31由检测氧气浓度的检测部件和测定排气流量的测定部件构成。所以，通过根据氧气浓度和排气流量由控制装置32进行的运算，来检测氧气量。另外，O2传感器31也可以只是检测氧气浓度的部件。这时，根据NOx传感器30的排气流量测定数据或发动机1的运转条件等用一般的方法求出排气流量。另外，NOx传感器30是检测NOx量的“NOx量检测装置”的一个例子，作为NOx量检测装置也可以是后述实施例10的结构。
以下，对发动机1的动作进行说明。当压缩机2b被排气涡轮机2a驱动时，从吸气管3吸入气体，然后把压缩之后的气体经供气管4送至吸气支管5。在此之间被压缩的气体由中间冷却器6进行冷却，并以高密度状态供给发动机1的吸气支管5。在发动机1内进行燃烧，被排出的气体从排气排气支管7送往并驱动排气涡轮机2a。然后，从排气管8通过NOx吸收催化剂9，经过尾管8a向外部排出。在通常运转时，所供给的气体以贫状态推动运转，而在本发明中通常是对规定量(例如，是排出气体量的10％～15％)的气体进行再循环，降低排气中的NOx。
在通常运转时，被排出的NOx由NOx吸收催化剂9吸收。当NOx吸收催化剂9的储存量达到规定量时，使排气的空燃比变为富状态至使NOx从NOx吸收催化剂9释放，进行还原。在使排气的空燃比变为富状态的情况下，从NOx传感器30向控制装置32输入信号并进行规定的运算。运算之后，控制装置32向吸气节流阀21和EGR阀24输出控制信号，使吸气节流阀21节流同时打开EGR阀24。这时进行再循环排气的量，例如是排气量的50％～75％。因此，发动机在接近理论混合比的状态下进行燃烧，NOx吸收催化剂9释放NOx并进行还原。
以下，根据图2所示的流程图对实施例1的排气脱氮操作过程进行详细说明。
在步骤101中，由NOx传感器30检测NOx量，根据这个检测量，控制装置32算出NOx吸收催化剂9的NOx储存量。在步骤102中，控制装置32判断NOx储存量是否达到NOx吸收催化剂9的吸收界限，如果是“否”则返回前面的步骤101。如果在步骤102中是“是”，则在步骤103中，控制装置32为了使排气的空燃比变为富状态，计算吸气节流阀21的必要的节流量。在步骤104中，控制装置32向吸气节流阀21输出控制信号，并根据计算值调节节流量。
在步骤105中，控制装置32为了使排气的空燃比变为富状态，计算EGR阀24的开度。在步骤106中，控制装置32向EGR阀24输出控制信号，并根据计算值调节开度。在步骤107中，控制装置32计算空气量和空燃比。在步骤108中，O2传感器31检测氧气浓度并向控制装置32输出检测值。在步骤109中，控制装置32修正空燃比。在步骤110中，使预先设定为将NOx完全还原必要的排气再循环时间Tdef开始计时。在步骤111中，发动机进行理论混合比燃烧。
在步骤112中，控制装置32判断排气再循环时间T是否超过Tdef，如果是“否”则返回前面的步骤110。如果在步骤112中是“是”，则在步骤113中，控制装置32为了使排气的空燃比变为贫状态而打开吸气节流阀21。在步骤114中，控制装置32为了在排气的空燃比为贫的状态下使规定量的排气(例如，为排气量的10％～15％)进行再循环，计算必要的EGR阀24的开度。在步骤115中，控制装置32向EGR阀24输出控制信号并根据计算值调节开度。在步骤116中，发动机进行通常的稀薄燃烧(实行规定量的排气再循环)，然后返回前面的步骤101。
如果实施例1的排气脱氮装置为上述的结构和动作，则可获得以下的效果。
在通常的稀薄燃烧状态下，一般是调整EGR阀24使其只打开使少量排气(例如10％～15％)进行再循环的面积。为此减少NOx的排出量。所以，能够缩小NOx吸收催化剂9，实现发动机的小型化，同时降低成本。
当NOx吸收催化剂9的NOx吸收量增大至界限、必须使排气的空燃比变为富状态的时候，减小吸气节流阀21的开口面积并加大EGR阀24的开度。这样，在降低了吸入空气量的同时可降低供气管4的内压，能够使大量(例如，为排气量的50％～75％)的再循环气体流入供气管4而使排气的空燃比变为富状态。即，由于用再循环气体使排气的空燃比变为富状态，进行NOx的释放和还原，不会使筒内压和排气温度过于上升，以至不会降低发动机的可靠性和耐久性。
实施例2
图3是实施例2的排气脱氮装置的概念图。对于与实施例1相同的部件用同一符号表示并省略其说明，只对不同的部分进行说明。在图3中，本实施例在排气管8中用设置排气节流阀22取代了吸气节流阀21，并且与控制装置32连接构成排气再循环量控制机构20a。当使排气的空燃比变为富状态的时候，控制装置32输出控制信号，使排气节流阀22节流、打开EGR阀24。这样，排气一侧的压力上升并与供气形成很大压差。其作用和效果与实施例1相同，所以省略对它的说明。
实施例3
图4是实施例3的排气脱氮装置的概念图。对于与实施例1相同的部件用同一符号表示并省略其说明，只对不同的部分进行说明。在图4中，本实施例去掉了吸气节流阀21，将供气管4和尾管8a用抽气管12连接，并在抽气管12中设有抽气阀23。抽气阀23与控制装置32连接构成排气再循环量控制机构20b。当使排气的空燃比变为富状态的时候，控制装置32输出控制信号，打开抽气阀23，将供气的一部分向外界释放。这样减少供气量而使排气变为富，同时使供气压力与排气压力比非常小以便能够进行大量的排气再循环。
实施例4
图5是实施例4的排气脱氮装置的概念图。对于与实施例2相同的部件用同一符号表示并省略其说明，只对不同的部分进行说明。在图5中，设置了与通路面积较小的第1排气再循环流路13并排的通路面积较大的第2排气再循环流路14。在第1排气再循环流路13中，设有小型的第1排气再循环流路调节阀(以后，称为第1EGR阀)25，在第2排气再循环流路14中，装有大型的第2排气再循环流路调节阀(以后，称为第2EGR阀)26，它们与控制装置32连接构成排气再循环量控制机构20c。在通常的稀薄燃烧运转时，控制装置32输出控制信号，关闭第2EGR阀26，稍微打开第1EGR阀25，如前所述，使少量的排气进行再循环。这时，由于第1EGR阀25是小型的而容易进行微调，所以可提高性能。当使排气的空燃比变为富状态的时候，控制装置32输出控制信号，打开第2EGR阀26使大量的排气进行再循环。由于第2EGR阀26只是开关阀，所以结构简单。另外，由于第2排气再循环流路14的通路面积较大，阻力较小，所以大量的排气能够顺利地进行再循环。
另外，在图5中，虽然出示了装入第1EGR阀25和第2EGR阀26的例子，但也可以省略排气再循环量控制机构20c的第1EGR阀25，形成如图9所示的排气再循环量控制机构20e。在排气再循环量控制机构20e的情况下，在通常的稀薄燃烧运转时，控制装置32输出控制信号，关闭第2EGR阀26，只在第1排气再循环流路13中使少量的排气进行再循环。另一方面，当使排气的空燃比变为富状态的时候，控制装置32输出控制信号，打开第2EGR阀26，这样通过通路面积大的第2排气再循环流路14和第1排气再循环流路13使大量的排气进行再循环。
实施例5
图6是实施例5的排气脱氮装置的概念图，同时出示了EGR阀部的结构。即，将实施例4中的第1排气再循环流路13和第2排气再循环流路14的2根排气再循环流路置换成1根通路面积较大的第3排气再循环流路15。并且在第3排气再循环流路15内并排设置有小直径的第1EGR阀25和大直径的第2EGR阀26，并分别与控制装置32连接。而且，还省略了实施例4中的再循环气体冷却器11，但如果需要也可以设置。在通常的稀薄燃烧运转时，关闭第2EGR阀26，打开第1EGR阀25，对流路面积进行微调整，当使排气的空燃比变为富状态的时候，打开第2EGR阀26。由于本实施例的排气再循环流路只有1根，所以构造简单并可小型化，还能降低成本。
实施例6
图7是实施例6的排气脱氮装置的概念图，对于与实施例1相同的部件用同一符号表示并省略其说明，只对不同的部分进行说明。在发动机1的燃料喷射泵34上设有燃料喷射量传感器41和发动机转数传感器42，它们分别与控制装置32连接构成负载检测机构40。另外，在排气管8上安装有燃料喷嘴35，并且燃料喷射泵34和燃料喷嘴35与控制装置32连接构成燃料供给装置33，同时又与吸气节流阀21、EGR阀24一起构成排气再循环量控制机构20d。当使排气的空燃比变为富状态的时候，按规定量关闭吸气节流阀21并打开EGR阀24进行排气再循环。同时，对于为了设定能够释放还原NOx的空燃比的调整部分，是通过控制装置32输出控制信号，增加燃料喷射泵34的喷射量，并从燃料喷嘴35向排气管8内喷射燃料来进行的。当由这样的燃料供给装置33使空燃比变为富状态的时候，为了调整不足的部分而进行了燃料供给。因此，能够可靠地将空燃比控制在接近于理论空燃比。
下面，根据图8所示的流程图，对实施例6的排气脱氮装置的操作过程进行详细说明。
在步骤201中，根据发动机转数传感器42和燃料喷射量传感器41来检测发动机转数和燃料喷射量。在步骤202中，控制装置32根据发动机转数和燃料喷射量算出发动机的负载，并判断发动机负载是否超出了规定负载(例如，轴平均有效压力为6kg/cm2)。在步骤202中的“是”的情况下，进入至步骤203，NOx传感器30检测NOx量，并且控制装置32计算NOx吸收催化剂9的NOx储存量。在步骤204中，控制装置32判断NOx储存量是否达到NOx吸收催化剂9的吸收界限，并且当为“否”时返回前面的步骤202。在步骤204中为“是”的情况下，进入步骤207。
在步骤202中为“否”的情况下进入步骤205，NOx传感器30检测NOx量，并且控制装置32计算NOx吸收催化剂9的NOx储存量。在步骤206中，控制装置32判断NOx储存量是否超过了NOx吸收催化剂9的规定吸收量(例如，吸收界限量为50％～70％)，在“否”的情况下返回前面的步骤202。在步骤206中“是”的情况下进入步骤207，控制装置32对要使排气的空燃比变为富状态时的必要的吸气节流阀21的节流量进行计算，并向吸气节流阀21输出信号，调节节流量。
在步骤208中，控制装置32对为了使排气的空燃比变为富状态时必要的EGR阀24的开度进行计算，并向EGR阀24输出控制信号以调整开度。在步骤209中，控制装置32计算空气量和空燃比。在步骤210中，O2传感器31检测氧气浓度并向控制装置32输出检测值。在步骤211中，控制装置32对空燃比进行修正。在步骤212中，控制装置32对完全还原NOx所必须的作为排气空燃比的调整部分的还原剂(在本实施例中为燃料)的喷射量和喷射时间Tdel进行计算。
在步骤213中开始计时。在步骤214中，控制装置32向燃料喷射泵34和燃料喷嘴35输出控制信号，根据计算值喷射燃料。在步骤215中，以接近发动机的理论混合比的状态进行燃烧。在步骤216中，控制装置32判断燃料喷射时间T是否超过了Tdel，当为“否”时返回前面的步骤213。在步骤216中当为“是”时，在步骤217中，控制装置32为使排气的空燃比变为富状态而打开吸气节流阀21。
在步骤218中，控制装置32对在排气空燃比为贫状态下实行规定量排气(例如，为排气量的10％～15％)再循环时必要的EGR阀24的开度进行计算，并根据计算值调节EGR阀24。在步骤219中，发动机进行通常的稀薄燃烧(实行规定量的排气再循环)并返回前面的步骤201。
本发明的实施例6的排气脱氮装置，由于具有上述的结构和操作过程，因此可获得以下的效果。
与实施例1同样，在通常的稀薄燃烧状态下，通常将再循环流路调节阀24调整到只打开为使百分之几的排气量进行再循环的面积。为此减少NOx的排出量，能够缩小NOx吸收催化剂9，实现发动机的小型化，同时降低成本。另外，在本实施例中，由于能够为了将排气空燃比设定为能释放还原NOx的空燃比而喷射作为调整部分的燃料，所以，能够可靠地使供气的空燃比控制在接近于理论空燃比。
并且，当发动机1轻负载运转时，如果NOx吸收催化剂9的储存量到达界限量的50％～70％，可进行理论混合比燃烧。由于发动机1的轻负载运转就可以少添加的燃料，既经济又可防止设置在发动机1上的气缸1a的内压或排气温度上升过高。另外，可减少在高负载区域添加燃料的频率，提高发动机1的可靠性和耐久性。
另外，虽然在实施例6中向气缸1a和排气管8内喷射添加燃料，但也可以向气缸1a或排气管8中的一方喷射燃料。
实施例7
图10是实施例7的排气脱氮装置的概念图，也是实施例3、实施例4的变形例与实施例6的一部分组合的例子。即，对应于实施例6的图7，如图4(实施例3)所示，具有连接供气管4和尾管8a的抽气管12以及设置在抽气管12上的抽气阀23，并且抽气阀23与控制装置32连接。另外，对应于图7，如图9(实施例4的变形例)所示，在排气管8上设有排气节流阀22，并且排气节流阀22与控制装置32连接。
另外，对应于图7，去掉了连接中间冷却器6下游与排气涡轮机2a上游的排气再循环流路10和装在排气再循环流路10上的EGR阀24及再循环气体冷却器11。代替它们的是如图9所示的，并排设置的通路面积较小的第1排气再循环流路13和通路面积较大的第2排气再循环流路14，并且分别在第1排气再循环流路13中装有再循环气体冷却器11、在第2排气再循环流路14中装有第2EGR阀26。由NOx传感器30、O2传感器31、抽气阀23、吸气节流阀21、排气节流阀22、上述的燃料供给装置33、第2EGR阀26和控制装置32构成排气再循环量控制机构20f。
在实施例7中，构成排气再循环量控制机构20f的各元件，基本上按上述实施例3、实施例4的变形例以及实施例6所述的过程动作。但是，关于抽气阀23、吸气节流阀21和排气节流阀22的动作，也可以只控制其中的一个，另外也可以同时控制抽气阀23和排气节流阀22。在实施例7中，可以获得与上述实施例同样的作用和效果。另外，在图10中，发动机1具有涡轮充电器2，在不使抽气阀23动作时，可以没有涡轮充电器2，也可以不使它动作。O2传感器31可以根据需要省略。
实施例8
图11是实施例8的排气脱氮装置的概念图，也是将实施例3、实施例5和实施例6的一部分组合的例子，也可以说是实施例7的变形例。即，对应于实施例7的图10，去掉了第1排气再循环流路13、第2排气再循环流路14、再循环气体冷却器11和第2EGR阀26。取而代之，使用的是图6(实施例5)中的大通路面积的第3排气再循环流路15，和并排设置在第3排气再循环流路15内的小直径的第1EGR阀25及大直径的第2EGR阀26。第1EGR阀25和第2EGR阀26与控制装置32连接。由NOx传感器30、O2传感器31、抽气阀23、吸气节流阀21、排气节流阀22、上述的燃料供给装置33、多个EGR阀25、26和控制装置32构成排气再循环量控制机构20g。
这样的实施例8与实施例7同样，可以得到对应于上述实施例的同样的作用和效果。另外，在图11中，发动机1具有涡轮充电器2，在不使抽气阀23动作时，可以没有涡轮充电器2或者不让它动作。也可以根据需要省略O2传感器31。并且，在图11中虽然出示了2个EGR阀25、26，也可以设置包括3个以上情况的多个EGR阀。另外，虽然省略了在其他实施例中使用的再循环气体冷却器11，但也可以根据需要设置。
实施例9
图12是实施例9的排气脱氮装置的概念图，也是实施例7的变形例。即，对应于实施例7的图10，把涡轮充电器2改换成可变涡轮充电器50，同时去掉了设置在排气管8上的排气节流阀22。可变涡轮充电器50，可使用一般的可变涡轮充电器，它由排气涡轮机50a和压缩机50b组成。排气涡轮机50a中的涡轮机通路51a，根据来自控制装置32的控制信号，可变地控制通路的开度。即，实施例9的排气再循环量控制机构20h，具有代替实施例7中的排气节流阀22的可变涡轮充电器50。
根据上述结构，通过设定较小的涡轮机通路51a的开度(例如，设置得极小)，可使排气涡轮机50a入口的排气压力高于压缩机50b出口的供气压力。当使排气的空燃比变为富状态的时候，利用这个供排气压差，能够使排气向供气一侧流入必要的量。这样，即使使用可变涡轮充电器50，也能够得到与实施例7中的排气节流阀22的同样的效果。另外，还可以根据需要省略O2传感器31。
实施例10
下面，对实施例10进行说明。实施例10是涉及“NOx量检测装置”的另一个实施例，具有设有燃料喷射量传感器41和发动机转数传感器42的负载检测装置40、和控制装置32的实用型结构。即，实施例10是基于实施例6(图7)、实施例7(图10)、实施例8(图11)及实施例9(图12)的例子。
图13出示的是根据发动机1的发动机实验求出的单位时间、单位马力所排出的NOx量和燃料喷射量(纵坐标)与发动机转数(横坐标)之间的关系图。图中的各曲线分别表示同一个NOx量。在实施例10中，可把图13作为格式图储存在控制装置32中。将来自发动机转数传感器42和燃料喷射量传感器41信号进行输入，如果知道了这时的发动机转数和燃料喷射量，就可根据图13的格式图得出单位时间、单位马力所排出的NOx量。实施例10以由燃料喷射量传感器41和发动机转数传感器42组成的负载检测装置40及格式图作为“NOx量检测装置”。那么，以下，把“这时的发动机转数和燃料喷射量”称为“运转点”。
控制装置32利用计时器(未图示)等对发动机1在各个运转点运转几个小时进行计测，同时累计排出的NOx量作为在各个运转点运转的结果。根据这个累计，把从发动机1排出的NOx量推定作为NOx吸收催化剂9的储存量。在这个实施例中也可以得到与使用NOx传感器30时同样的作用和效果。而且，图13出示的是从发动机1排出的在单位时间、单位马力下的NOx量的一个例子，它根据涡轮充电器2的有无、以及由燃料喷嘴35喷射燃料的时期等种种条件而变化。
在上述的实施例1、2、4、5、6和10中，发动机1具有涡轮充电器2，但也可以没有涡轮充电器2。

Claims (17)

1.一种发动机的排气脱氮装置，具有NOx吸收催化剂(9)和向吸入气体中混入排出气体的排气再循环流路；所述NOx吸收催化剂，是在发动机(1)的排气管路中，当流入排气的空燃比为贫状态时吸收NOx，而当流入排气的空燃比为富状态时释放NOx；
其特征在于：设有排气再循环量控制机构(20，20a，20b，20c，20d，20e，20f，20g，20h)，所述排气再循环量控制机构，当所吸收的NOx的储存量在规定值以下时，使规定量的降低NOx用排气进行再循环，而当所吸收的NOx的储存量超过规定值释放NOx时，使所述规定量以上的排气进行再循环以便使空燃比变为富状态。
2.根据权利要求1所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
所述排气再循环量控制机构(20，20a，20b，20c，20d，20e，20f，20g，20h)，当使流入NOx吸收催化剂(9)中的排气的空燃比变为富状态时，可将流动的排气再循环量调节到其空气过剩率在1.0至1.3之间。
3.根据权利要求1或2所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
所述排气再循环量控制机构(20，20a，20c，20d，20e，20f，20g，20h)，具有设置在所述发动机(1)吸气管(3)的管路中并开闭自如的吸气节流阀(21)及设置在所述发动机(1)排气管(8)的管路中并开闭自如的排气节流阀(22)中的至少一个节流阀，和控制装置(32)；
所述控制装置(32)，当使排气的空燃比变为富状态时，输出使所述吸气节流阀(21)及所述排气节流阀(22)中的任意一个节流阀的开度变小的控制信号。
4.根据权利要求1或2所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
所述排气再循环流路，具有第1排气再循环流路(13)，和与所述第1排气再循环流路(13)并排设置的至少一个第2排气再循环流路(14)：
所述排气再循环量控制机构(20e，20f，20h)，具有设置在所述第2排气再循环流路(14)中并开闭自如的第2再循环流路调节阀(26)，和检测NOx量的NOx量检测装置(30，40)，和根据从所述NOx量检测装置(30，40)输出的NOx量计算所述NOx吸收催化剂(9)的NOx储存量并判断所述算出的NOx储存量是否在规定值以下的控制装置(32)：
所述控制装置(32)，当所述算出的NOx储存量超过规定值时，输出打开所述第2再循环流路调节阀(26)的控制信号，使所述发动机(1)的排气的空燃比变为富状态。
5.根据权利要求4所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
所述排气再循环量控制机构(20e，20f)，具有设置在所述发动机(1)吸气管(3)的管路中并开闭自如的吸气节流阀(21)及设置在所述发动机(1)排气管(8)的管路中并开闭自如的排气节流阀(22)中的至少一个节流阀；
所述控制装置(32)，当使所述发动机(1)的排气的空燃比变为富状态时，还输出使所述吸气节流阀(21)及所述排气节流阀(22)中的任意一个节流阀的开度变小的控制信号。
6.根据权利要求4所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
具有设置在所述发动机(1)上的涡轮充电器(2)，和设置在所述涡轮充电器(2)的压缩机(2b)出口并向外部抽出供给气体的、可开闭自如并构成所述排气再循环量控制机构(20f)的抽气阀(23)；
所述控制装置(32)，当使所述发动机(1)的排气的空燃比变为富状态时，还输出打开所述抽气阀(23)的控制信号。
7.根据权利要求1或2所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
所述排气再循环流路，是设有并排的多个再循环流路调节阀(25，26)的第3排气再循环流路(15)；
所述排气再循环量控制机构(20c，20g)，具有所述多个再循环流路调节阀(25，26)，和检测NOx量的NOx量检测装置(30，40)，和根据从所述NOx量检测装置(30，40)输出的NOx量计算所述NOx吸收催化剂(9)的NOx储存量并判断所述算出的NOx储存量是否在规定值以下的控制装置(32)；
所述控制装置(32)，当所述算出的NOx储存量超过规定值时，输出使所述多个再循环流路调节阀(25，26)的总开口面积比贫状态大的控制信号，使所述发动机(1)的排气的空燃比变为富状态。
8.根据权利要求7所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
所述排气再循环量控制机构(20c，20g)，具有设置在所述发动机(1)的吸气管(3)的管路中并开闭自如的吸气节流阀(21)及设置在所述发动机(1)的排气管(8)的管路中并开闭自如的排气节流阀(22)中的至少一个节流阀；
所述控制装置(32)，当使所述发动机(1)的排气的空燃比变为富状态时，还输出使所述吸气节流阀(21)及所述排气节流阀(22)中的任意一个节流阀的开度变小的控制信号。
9.根据权利要求7所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
具有设置在所述发动机(1)上的涡轮充电器(2)，和设置在所述涡轮充电器(2)的压缩机(2b)出口并向外部抽出供给气体的、可开闭自如并构成所述排气再循环量控制机构(20g)的抽气阀(23)；
所述控制装置(32)，当使所述发动机(1)的排气的空燃比变为富状态时，还输出打开所述抽气阀(23)的控制信号。
10.根据权利要求1或2所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
具有设置在所述发动机(1)上的涡轮充电器(2)；
所述排气再循环量控制机构(20b，20f，20g)，具有设置在所述涡轮充电器(2)的压缩机(2b)的出口并向外部抽出供给气体的、可开闭自如的抽气阀(23)，和当使所述发动机(1)的排气的空燃比变为富状态时，输出打开所述抽气阀(23)的控制信号的控制装置(32)。
11.根据权利要求1或2所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
所述排气再循环量控制机构(20d，20f，20g，20h)，具有向所述发动机(1)的气缸(1a)内和所述发动机(1)的排气管(8)内至少一方供给燃料的燃料供给装置(33)；
当使排气的空燃比变设为富状态时，所述燃料供给装置(33)可提供使NOx吸收催化剂(9)释放还原NOx以调整空燃比的调整部分的燃料。
12.根据权利要求4所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
所述排气再循环量控制机构(20d，20f，20g)，具有向所述发动机(1)的气缸(1a)内和所述发动机(1)的排气管(8)内至少一方供给燃料的燃料供给装置(33)；
当使排气的空燃比变设为富状态时，所述燃料供给装置(33)可提供使NOx吸收催化剂(9)释放还原NOx以调整空燃比的调整部分的燃料。
13.根据权利要求7所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
所述排气再循环量控制机构(20d，20f，20g)，具有向所述发动机(1)的气缸(1a)内和所述发动机(1)的排气管(8)内至少一方供给燃料的燃料供给装置(33)；
当使排气的空燃比变为富状态时，所述燃料供给装置(33)可提供使NOx吸收催化剂(9)释放还原NOx以调整空燃比的调整部分的燃料。
14.根据权利要求1或2所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
所述排气再循环量控制机构(20d，20f，20g，20h)，具有检测所述发动机(1)负载的负载检测装置(40)和控制装置(32)；
所述控制装置(32)，从所述负载检测装置(40)输入检测信号，当检测出的负载在规定值以下时，使排气的空燃比变为富状态。
15.根据权利要求1或2所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
所述排气再循环量控制机构(20h)，具有可改变设置在所述发动机(1)上的涡轮机通路(51a)的开度的可变涡轮充电器(50)和控制装置(32)；
所述控制装置(32)，当使排气的空燃比变为富状态时，输出使所述涡轮机通路(51a)的开度变小的控制信号。
16.根据权利要求4所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
所述排气再循环量控制机构(20h)，具有可改变设置在所述发动机(1)上的涡轮机通路(51a)的开度的可变涡轮充电器(50)；
所述控制装置(32)，当使排气的空燃比变为富状态时，输出使所述涡轮机通路(51a)的开度变小的控制信号。
17.根据权利要求16所述的发动机的排气脱氮装置，其特征在于：
所述排气再循环量控制机构(20h)，具有向所述发动机(1)的气缸(1a)内和所述发动机(1)的排气管(8)内至少一方供给燃料的燃料供给装置(33)；
当使排气的空燃比变为富状态时，所述燃料供给装置(33)可提供使NOx吸收催化剂(9)释放还原NOx以调整空燃比的调整部分的燃料。
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