專利名稱：在機車排氣管道內(nèi)提高觸媒凈化氮氧化物效率的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明在機車排氣管道內(nèi)提高觸媒凈化氮氧化物效率的方法，特別是涉及一還原型觸媒、氧化型觸媒以及指定二次空氣導入位置的配置技術(shù)，同時也包含運用此配置來約制廢氣空燃比的技術(shù)應用。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明中所稱廢氣的空燃比(A/F)，即是指廢氣中所含空氣(Air)與燃油(Fuel)的混合比例。一般引擎運作環(huán)境中最為理想的空燃比(A/F)是控制在14.7前后既定范圍內(nèi)(如圖1斜線區(qū)域所示)，此表示引擎的運轉(zhuǎn)效率愈佳，愈不易發(fā)生燃燒不完全現(xiàn)象，且利于引擎排氣管道內(nèi)的觸媒愈容易與廢氣中的有害物質(zhì)進行氧化(oxidation)及還原(reduction)反應。
傳統(tǒng)的的機車，除了配置有引擎控制單元(Engine Control Unit，ECU)及含氧感知器(O2 Sensor)的引擎作業(yè)環(huán)境，較能穩(wěn)定的控制排放廢氣中的空燃比之外，并無其它更有效的方法。且知，傳統(tǒng)較小排氣量的機車引擎基于成本的考慮，并沒有裝配含氧感知器的設計。這些未設含氧感知器的機車引擎，無法精確的控制并取得趨近于14.7的廢氣空燃比值，以至于引擎運轉(zhuǎn)效率較低，燃燒不完全生成有害廢氣的現(xiàn)象較為嚴重。
影響機車引擎凈化廢氣效率的原因，尚包括觸媒的裝設技術(shù)與二次空氣(機車引擎上有所謂一次空氣及二次空氣的導入技術(shù)，二者雖然都是取自外界的新鮮空氣，但用途不同，所以有一次與二次空氣之分，其中一次空氣是指自外界導入化油器或供油系統(tǒng)內(nèi)的新鮮空氣，其與燃油混合成一定比率的空氣燃油混合氣之后，再導入活塞室內(nèi)激活引擎運轉(zhuǎn)。所謂二次空氣是導引至排氣管內(nèi)的新鮮空氣，其作用是供給充足的氧氣促進觸媒凈化廢氣的效率等)導入位置等技術(shù)。傳統(tǒng)的現(xiàn)階段作法，是將一只或一只以上披覆有鉑(Pt)、鈀(Pd)及銠(Rh)等貴金屬的金屬載體組設于排氣管道內(nèi)，并在該觸媒載體之前的機車引擎排氣管道內(nèi)導入二次空氣。其中二次空氣可借機車引擎運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的間歇性負壓，將外界的新鮮空氣導入排氣管道內(nèi)，藉以補足廢氣中定量的氧氣(O2)，使廢氣的空燃比大于14.7，藉以促進上述觸媒氧化一氧化碳(CO)與碳氫化合物(HC)的轉(zhuǎn)化效率。但由于廢氣中已增加了氧氣(O2)含量，迫使通過觸媒載體的廢氣空燃比無法小于或等于14.7，同時因氧化反應時會生成高溫，如此一來，將導致觸媒還原氮氧化物(NOx)的轉(zhuǎn)化效率更為低落，以至于排放至大氣中的氮氧化物(NOx)含量只增不減，是造成酸雨及破壞臭氧層的主因，影響自然環(huán)境甚為嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提高觸媒凈化氮氧化物效率的方法，旨在維持原有氧化型觸媒(oxidation catalyst)凈化廢氣中一氧化碳(CO)及碳氫化合物(HC)等有害物質(zhì)的既有效力情況下，再提高還原型觸媒(reduction catalyst)凈化氮氧化物(NOx)有害物質(zhì)的能力。
為能達到上述之目的，本發(fā)明的技術(shù)包括有下列步驟1、利用引擎排氣端排出的有害廢氣中含氧量較少的特性，而至少于引擎的前段排氣管道內(nèi)設置一段還原型觸媒，接觸引擎排氣端導入的含氧量不足的前段廢氣[空燃比(A/F)≤14.7]，以利于將氮氧化物(NOx)還原成無害的氮氣(N2)及氧(O2)；2、利用引擎負壓或電動泵作為動力源，將二次空氣導入上述還原型觸媒后方的排氣管道內(nèi)，供給定量的氧氣(O2)，使后段廢氣的空燃比(A/F)＞14.7；3、將至少一段氧化型觸媒設置于上述二氣空氣導入位置后方的排氣管道內(nèi)，接觸空燃比(A/F)＞14.7的后段廢氣，以利于將一氧化碳(CO)與碳氫化合物(HC)氧化成無害的二氧化碳(CO2)及水(H2O)，并排放至外界。
所述還原型觸媒包含如下貴金屬銠(Rh)0.5％--15％鉑(Pt)0.2％--10％鈀(Pd)0.2％--5％所述氧化型觸媒包含如下貴金屬鉑(Pt)0.5％--15％鈀(Pd)0.5％--15％銠(Rh)0.1％-5％這些貴金屬披覆于一般金屬或陶瓷載體內(nèi)，形成本發(fā)明觸媒；其貴金屬和載體二者重量配比約為1/9～9/1。
然而，為能再加詳述本發(fā)明，茲配合圖式詳細說明如后


圖1揭示一理想的轉(zhuǎn)化率與空燃比間的線形圖，說明空燃比驅(qū)近于14.7時可得到NOx及CO與HC的最佳轉(zhuǎn)化率。
圖2揭示出本發(fā)明在一排氣管道內(nèi)的配置示意圖，說明前段廢氣、還原型觸媒、導入二次空氣位置、后段廢氣及氧化型觸媒之間的運作流程。
圖3揭示出本發(fā)明的轉(zhuǎn)化率與空燃比之間的線形圖，說明當在轉(zhuǎn)化NO2時前段廢氣的空燃比≤14.7，以及在轉(zhuǎn)化CO與HC時后段廢氣的空燃比＞14.7的關(guān)連。
附圖標號如下1引擎排氣端；10、11排氣管道；12前段廢氣；13后段廢氣；14二次空氣導入口；15導入二次空氣；2還原型觸媒；3氧化型觸媒；4消音室；41隔板。
具體實施例方式
首觀圖2所示，揭示出將本發(fā)明實施于一機車排氣管上的配置示意圖，包括有下列架構(gòu)內(nèi)容在一鄰近引擎排氣端1的排氣管道10內(nèi)設置至少一前段的還原型觸媒(reduction catalyst)2。此還原型觸媒2是利用金屬或陶瓷載體內(nèi)披覆至少含有銠(Rh)成份的貴金屬所制成，用以轉(zhuǎn)化來自引擎排氣端1通過還原型觸媒2內(nèi)的前段廢氣12。之所以稱之為“金屬或陶瓷載體內(nèi)披覆貴金屬”，是因為該觸媒的載體是用一層平坦狀的金屬薄板(或者陶瓷)以及另一層波浪狀的金屬薄板卷(或者陶瓷)繞成型有如蜂巢狀的結(jié)構(gòu)體，因此載體內(nèi)具有極多的金屬薄板表面積可供披覆(coating)觸媒之用。此外，該還原型觸媒2的貴金屬成份，在實施上亦可是由銠(Rh)、鉑(Pt)及鈀(Pd)等組成的三元觸媒(three-way catalyst)。
在上述還原型觸媒2后方的排氣管道11內(nèi)開設出一個二次空氣導入口14，用以導入二次空氣15。當還原型觸媒2為設置一段以上時，該二次空氣導入口14的位置在最末一段還原型觸媒2的后方。
并在二氣空氣導入口14位置后方的排氣管道11內(nèi)設置后段的至少一段氧化型觸媒(oxidation catalyst)3。此氧化型觸媒3在實施上是利用金屬或陶瓷載體內(nèi)披覆至少含有鉑(Pt)及鈀(Pd)成份的貴金屬所制成，用以轉(zhuǎn)化已通過還原型觸媒2的后段廢氣13。此外，氧化型觸媒3的貴金屬成份，亦可是由銠(Rh)、鉑(Pt)及鈀(Pd)等組成的三元觸媒(three-way catalyst)。
所述觸媒中貴金屬和載體的配比，采用現(xiàn)有技術(shù)該類觸媒的常規(guī)配比范圍均可，此點不是本發(fā)明的要點，例如氧化型觸媒中貴金屬和載體的重量配比從1/9～9/1之間的各種比例都可用，有時業(yè)者會依據(jù)鉑(Pt)及鈀(Pd)等二種貴金屬的市價高低，而決定其用量及配比。同理，至少含有銠(Rh)的還原型觸媒，其配比及用量也非固定不變。
在本發(fā)明上述架構(gòu)中，自引擎排氣端1排入排氣管道10內(nèi)的前段廢氣12中含有多量的一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)等有害物質(zhì)，以及因引擎內(nèi)未完全燃燒所殘留的氧氣(O2)，所以前段廢氣12中的空燃比是處于(A/F)≤14.7的情況，也因此有利于依據(jù)排氣管道10內(nèi)的廢氣流向，而規(guī)劃出實施本發(fā)明之下列步驟及方法，包括(1)進行還原反應；利用前段的還原型觸媒2凈化來自引擎排氣端1排入排氣管道10內(nèi)的前段廢氣12，使空燃比(A/F)≤14.7之前段廢氣12中的氮氧化物(NOx)還原成無害的氮氣(N2)及氧氣(O2)。
上述步驟中，含有一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)等有害物質(zhì)的前段廢氣12，在通過還原型觸媒2時，由所含主要成份銠(Rh)轉(zhuǎn)化之后，因空燃比(A/F)≤14.7，故僅剩下一氧化碳(CO)及碳氫化合物(HC)等有害物質(zhì)尚未被完全凈化，且因氮氧化物(NOx)被還原時生成氧(O2)，為數(shù)雖然不多，但仍有助于后段廢氣13進行氧化反應時的需求。
(2)導入二次空氣；自外界導入二氣空氣15于上述還原型觸媒2后方的排氣管道11內(nèi)，以便隨引擎轉(zhuǎn)速定量供給氧氣(O2)進入后段廢氣13中，以提高后段廢氣13的空燃比至(A/F)＞14.7狀態(tài)。
上述步驟中，控制二次空氣導入的方式，在實施上是可采用引擎負壓作為動力源，包括利用一只二次空氣控制閥，并將該閥體裝設于引擎或化油器的負壓端，接受間歇性的負壓吸力而運作，進而將外界新鮮空氣(即二次空氣)導入還原型觸媒2后方的排氣管道11內(nèi)。這種方式易使二次空氣導入量隨著引擎運轉(zhuǎn)速率的高低而增減，換言之，可使得二次空氣導入量與排氣量成正比關(guān)系，將有助于提高還原型觸媒2后方之排氣管道10內(nèi)廢氣的含氧量，即使后段廢氣13的空燃比(A/F)＞14.7(如圖3所示)。此外導入二次空氣的方式，亦可采用一電動泵強制唧氣進入后方的排氣管道11內(nèi)。
(3)進行氧化反應；利用后段的氧化型觸媒3凈化來自上述的后段廢氣13，使空燃比為(A/F)＞14.7之后段廢氣13中殘留的一氧化碳(CO)及碳氫化合物(HC)盡速氧化成無害的二氧化碳(CO2)及水(H2O)。
上述步驟中，后段的氧化型觸媒3中至少含有主要成份的鉑(Pt)及鈀(Pd)等貴金屬，能夠在后段廢氣13空燃比(A/F)＞14.7的情況下發(fā)揮既有理想的轉(zhuǎn)化率。
上述(1)至(3)步驟的作法，將可有效提升前段的還原型觸媒2凈化氮氧化物(NOx)時的轉(zhuǎn)化率，同時也一并維持了后段之氧化型觸媒3凈化一氧化碳(CO)與碳氫化合物(HC)時的轉(zhuǎn)化率(如圖3所示)，因此，確實足以達提升機車引擎的廢氣排放品質(zhì)。
再者，本發(fā)明上述例舉的圖2實施方式，其中所指銜接自引擎排氣端1排放廢氣用的排氣管道10及11，也包含于導引廢氣排放的消音室4；換言之，只要是將上述前段的還原型觸媒2、導入二次空氣15的位置以及后段的氧化型觸媒3，依序設置在排氣管道10、11或消音室4的隔板41上(如圖2所示)，廢氣的排放流道之內(nèi)，藉以進行上述的還原及氧化反應，這些均屬本發(fā)明構(gòu)思及應用。
綜合上述實施例之說明，相信已詳加揭示本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及其可供實施的高度利用性，但本發(fā)明之技術(shù)并不局限于此，舉凡依據(jù)上述以及后述申請專利范圍等內(nèi)容而作出簡略修飾的等效技術(shù)均應隸屬于本發(fā)明之應用范疇。
權(quán)利要求
1.一種在機車排氣管道內(nèi)提高觸媒凈化氮氧化物效率的方法，是在引擎排氣端所銜接的排氣管道內(nèi)配置至少一前段還原型觸媒及至少一后段的氧化型觸媒，并將二次空氣導入排氣管道內(nèi)，藉以進下列步驟(1)進行還原反應；利用前段的還原型觸媒凈化來自引擎排氣端排入排氣管道內(nèi)的前段廢氣，將空燃比(A/F)≤14.7的前段廢氣中的氮氧化物(NOX)還原成無害的氮氣(N2)及氧氣(O2)；(2)導入二次空氣；自外界導入二次空氣于上述還原型觸媒后方的排氣管道內(nèi)，供給足量氧氣(O2)進入后段廢氣中，以提高后段廢氣的空燃比至(A/F)＞14.7；(3)進行氧化反應；利用后段的氧化型觸媒凈化來自上述的后段廢氣，將空燃比為(A/F)＞14.7的后段廢氣中殘留的一氧化碳(CO)及碳氫化合物(HC)氧化成無害的二氧化碳(CO2)及水(H2O)，并排放上述廢氣至外界。
2.如權(quán)利要求1所述在機車排氣管道內(nèi)提高觸媒凈化氮氧化物效率的方法，其中該還原型觸媒的載體內(nèi)至少披覆有銠(Rh)。
3.如權(quán)利要求1所述在機車排氣管道內(nèi)提高觸媒凈化氮氧化物效率的方法，其中該還原型觸媒的載體內(nèi)披覆有銠(Rh)、鉑(Pt)及鈀(Pd)。
4.如權(quán)利要求1所述在機車排氣管道內(nèi)提高觸媒凈化氮氧化物效率的方法，其中是以引擎負壓導入二次空氣。
5.如權(quán)利要求1所述在機車排氣管道內(nèi)提高觸媒凈化氮氧化物效率的方法，其中是以電動泵強制導入二氣空氣。
6.如權(quán)利要求1所述在機車排氣管道內(nèi)提高觸媒凈化氮氧化物效率的方法，其中該氧化型觸媒的載體內(nèi)至少披覆有鉑(Pt)及鈀(Pd)。
7.如權(quán)利要求1所述在機車排氣管道內(nèi)提高觸媒凈化氮氧化物效率的方法，其中該氧化型觸媒的載體內(nèi)披覆有鉑(Pt)、鈀(Pd)及銠(Rh)。
8.如權(quán)利要求1所述在機車排氣管道內(nèi)提高觸媒凈化氮氧化物效率的方法，其中該排氣管道包含導引廢氣排放的消音室。
全文摘要
一種在機車排氣管道內(nèi)提高觸媒凈化氮氧化物效率的方法，包括在一鄰近引擎排氣端的排氣管道內(nèi)設置一前段的還原型觸媒(reduction catalyst)，且將二次空氣導入于還原型觸媒后方的排氣管道內(nèi)，并在二氣空氣導入位置后方的排氣管道內(nèi)設置另一后段的氧化型觸媒(oxidation catalyst)；藉此，利于引擎排氣端含氧量較少的廢氣以空燃比小于或等于14.7的條件通過還原型觸媒，提增還原型觸媒將廢氣中氮氧化物(NO
文檔編號F01N3/28GK1673496SQ20041002978
公開日2005年9月28日 申請日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者張文信 申請人:廈門信源交通器材有限公司