專利名稱：提升機車觸媒還原氮氧化物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，特別是在電子控制單元內(nèi)設(shè)定一時速定值，使與電子控制單元所檢知的引擎轉(zhuǎn)速進行比對，以控制二次空氣導(dǎo)入廢氣排放端時機的技術(shù)。
背景技術(shù)：
坊間的機車引擎，為了降低排放廢氣中氮氧化物(NOX)含量的做法，主要是在機車引擎的排氣管內(nèi)設(shè)置觸媒轉(zhuǎn)化器，利用觸媒中所含有的銠金(Rh)貴金屬成分，而將廢氣中有害的氮氧化物(NOX)還原成無害的氮(N2)及氧(O2)。
眾所周知，一般引擎運作環(huán)境中最為理想的空燃比(Air/Fuel)是控制在14.7前后既定范圍內(nèi)(如圖1斜線區(qū)所示)，此表示引擎的運轉(zhuǎn)效率越佳，越不易發(fā)生燃燒不完全現(xiàn)象，且有利于引擎排氣管道內(nèi)的觸媒越容易與廢氣中的有害物質(zhì)進行氧化(oxidation)及還原(reduction)反應(yīng)。
影響機車觸媒凈化廢氣效率的原因，還包括觸媒的裝設(shè)技術(shù)與二次空氣導(dǎo)入等技術(shù)其中該觸媒的裝設(shè)技術(shù)，現(xiàn)階段的傳統(tǒng)做法，是將一只或一只以上披覆有鉑(Pt)、鈀(Pd)及銠(Rh)等貴金屬的觸媒轉(zhuǎn)化器組設(shè)于排氣管道內(nèi)，但是，這種作法僅能提升廢氣中一氧化碳(CO)及碳氫化合物(HC)的轉(zhuǎn)化效率，對于提升廢氣中氮氧化物(NOX)的轉(zhuǎn)化效率而言，其效果明顯不彰；此外，目前也存在一種導(dǎo)入二次空氣技術(shù)，其作法是在觸媒載體之前的機車引擎排氣管道內(nèi)導(dǎo)入二次空氣，并通過引擎運轉(zhuǎn)時之間歇性負壓，將外界的新鮮空氣導(dǎo)入排氣管內(nèi)，藉以增加廢氣中定量的含氧量，使廢氣空燃比(A/F)大于或等于14.7，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，但是，在此一情況下，由于廢氣中已增加了含氧量，迫使通過觸媒載體的廢氣空燃比(A/F)無法小于或等于14.7，再加上觸媒進行氧化反應(yīng)時會產(chǎn)生高溫，均不利于觸媒還原(reduction)廢氣中氮氧化物(NOX)的轉(zhuǎn)化效率，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)境甚巨，急待加強改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，能使機車在交通壅塞的市區(qū)行車形態(tài)下，即引擎轉(zhuǎn)速位在一既定時速定值以下時，也就是易于產(chǎn)生較高有害廢氣濃度的情況下，讓二次空氣導(dǎo)入引擎廢氣排放端，來維持觸媒氧化一氧化碳(CO)與碳氫化合物(HC)的轉(zhuǎn)化效率，同時，當機車時速提高至該時速定值以上而生成大量氮氧化物時，立即關(guān)閉二次空氣，降低廢氣排放端的含氧量，以提升觸媒還原氮氧化物的效率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取技術(shù)方案一種提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，主要在引擎的空氣進氣端與廢氣排放端之間設(shè)有二次空氣供應(yīng)管道；該廢氣排放端是指由引擎排氣歧管經(jīng)過一前段排氣管道而連接至一排氣管內(nèi)的廢氣流道位置，且該廢氣排放端至少設(shè)有一觸媒轉(zhuǎn)化器，同時該二次空氣供應(yīng)管道上至少設(shè)置一接受電子控制單元控制的電磁閥，以執(zhí)行下列方法(1)在電子控制單元內(nèi)設(shè)定一大于引擎惰速的時速定值；(2)啟動引擎并開啟電子控制單元電源，令電子控制單元開始讀取引擎轉(zhuǎn)速檢知器所檢知的引擎實際轉(zhuǎn)速，進行引擎實際轉(zhuǎn)速與時速定值的比對；(3)在引擎實際轉(zhuǎn)速小于上述時速定值時，令電子控制單元驅(qū)動電磁閥開閥，將二次空氣經(jīng)由供應(yīng)管道導(dǎo)入引擎的廢氣排放端，以增加廢氣中的含氧量，供觸媒氧化廢氣中有害的一氧化碳與碳氫化合物；且(4)在引擎實際轉(zhuǎn)速大于上述時速定值時，令電子控制單元驅(qū)動電磁閥關(guān)閥，以阻斷二次空氣，降低廢氣排放端中廢氣的含氧量，供觸媒還原廢氣中有害的氮氧化物。
上述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法中，所述空氣進氣端是指空氣濾清器與引擎進氣歧管上的節(jié)流閥之間的空氣進氣流道位置，用以連接二次空氣供應(yīng)管道的入口端。
上述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法中，所述空氣進氣端是指空氣濾清器上供應(yīng)已過濾后的新鮮空氣的位置，用以連接二次空氣供應(yīng)管道的入口端。
上述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法中，所述空氣進氣端是指空氣濾清器與化油器之間的空氣進氣流道位置，用以連接二次空氣供應(yīng)管道的入口端。
上述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法中，至少一媒轉(zhuǎn)化器設(shè)置于前段排氣管道內(nèi)。
上述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法中，至少一觸媒轉(zhuǎn)化器設(shè)置于排氣管內(nèi)。
上述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法中，所述觸媒轉(zhuǎn)化器包括有前段觸媒轉(zhuǎn)化器及其后方的后段觸媒轉(zhuǎn)化器。
上述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法中，所述二次空氣供應(yīng)管道的出口端連接至引擎排氣歧管。
上述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法中，所述二次空氣供應(yīng)管道的出口端連接至引擎排氣歧管與最前段觸媒轉(zhuǎn)化器之間的前段排氣管道位置。
上述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法中，所述二次空氣供應(yīng)管道的出口端連接至二觸媒轉(zhuǎn)化器之間的位置。
本發(fā)明由于采取以上設(shè)計，其可以根據(jù)實際機車引擎的轉(zhuǎn)速來判斷是否給廢氣中通入二次空氣，當引擎轉(zhuǎn)速位在一既定時速定值以下時，也就是易于產(chǎn)生較高有害廢氣濃度的情況下，讓二次空氣導(dǎo)入引擎廢氣排放端，來維持觸媒氧化一氧化碳(CO)與碳氫化合物(HC)的轉(zhuǎn)化效率，同時，當機車時速提高至該時速定值以上而生成大量氮氧化物時，立即關(guān)閉二次空氣，降低廢氣排放端的含氧量，以提升觸媒還原氮氧化物的效率，這樣，可以大大改善傳統(tǒng)技術(shù)的不足，使觸媒還原(reduction)廢氣中氮氧化物(NOX)的轉(zhuǎn)化效率提高，以至于排放至大氣中的氮氧化物(NOX)含量減少，減小對自然環(huán)境的影響。


圖1為已知的理想轉(zhuǎn)化率與空燃比間的線形圖，說明空燃比趨近于14.7時可得到NOX及CO與HC的最佳轉(zhuǎn)化率。
圖2為本發(fā)明第一款實施例的配置示意圖，說明在引擎的空氣進氣端與廢氣排放端之間設(shè)有二次空氣供應(yīng)管道，該管道內(nèi)至少設(shè)置一電磁閥，接受電子控制單元的控制。
圖3為本發(fā)明另一配置示意圖，說明以前段排氣管道位置作為廢氣排放端，并導(dǎo)入二次空氣與廢氣相混合。
圖4為本發(fā)明再一配置示意圖，說明以排氣管內(nèi)前段與后段觸媒轉(zhuǎn)化器之間的位置作為廢氣排放端，并導(dǎo)入二次空氣與廢氣相混合。
圖5揭示出一市區(qū)行車形態(tài)下量測單一循環(huán)的線型圖，說明機車于市區(qū)行駛中的車速介于惰速與50kph之間波動起伏。
圖6為本發(fā)明一廢氣轉(zhuǎn)化率與空燃比之間的線型圖，說明廢氣排放端有導(dǎo)入二次空氣，而使廢氣空燃比大于或等于14.7。
圖7為本發(fā)明另一廢氣轉(zhuǎn)化率與空燃比之間的線型圖，說明關(guān)閉二次空氣，使廢氣排放端的廢氣空燃比小于或等于14.7。
圖8為本發(fā)明第二款實施例的配置示意圖，說明改用化油器銜接在空氣進氣端且臨近引擎進氣歧管位置的配置。
具體實施例方式
首觀如圖2所示，揭示出本發(fā)明的第一款實施于噴射供油的引擎管理系統(tǒng)(EngineManagement System，EMS)的二次空氣供應(yīng)管道44內(nèi)的配置示意圖，包括有在一引擎1的空氣進氣端4與廢氣排放端3之間配置二次空氣供應(yīng)管道44，于此一供應(yīng)管道44上設(shè)有一電磁閥42及一單向閥43，且電磁閥42能接受電子控制單元2(ECU)的控制，使電磁閥42具有開閥及關(guān)閥的能力；其中該空氣進氣端4廣義而言是指由空氣濾清器40導(dǎo)入外界空氣至節(jié)流閥41之間的空氣進氣流道位置，且節(jié)流閥41連接于引擎進氣歧管10上，使空氣進氣端4能與引擎進氣歧管10相連通。該空氣進氣端4也可以位在空氣濾清器40上供應(yīng)已過濾后的新鮮空氣的空氣進氣流道位置(如圖2所示)。然而，在本實施例中，是列舉將二次空氣供應(yīng)管道44的入口端44a連接至上述空氣進氣端4的空氣濾清器40上供應(yīng)已過濾后的新鮮空氣的位置(如圖2所示)，即可擷取已過濾后的新鮮空氣作為二次空氣使用。
上述節(jié)流閥41內(nèi)具有一節(jié)流閥位置感知器410，且引擎進氣歧管10上設(shè)有一歧管壓力感知器46，可分別檢知節(jié)流閥41的閥門開啟的角度訊號以及引擎進氣歧管10內(nèi)壓力值的訊號，并傳遞給電子控制單元2，以控制供應(yīng)至引擎進氣歧管10中的燃油混合氣的空氣含量。同時，在引擎進氣歧管10上設(shè)有一噴油器101，可由電子控制單元2控制其噴油量，使與節(jié)流閥41相配合，而取得進氣端理想空燃比的燃油混合氣，以供應(yīng)引擎使用。
上述的廢氣排放端3是指由引擎排氣歧管11經(jīng)過一前段排氣管道50而連接至一排氣管5內(nèi)的廢氣流道位置。且該廢氣排放端3至少設(shè)置一觸媒轉(zhuǎn)化器，包含可設(shè)于前段排氣管道50內(nèi)或/及排氣管5內(nèi)；然而，在本實施例中是在廢氣排放端3的排氣管5內(nèi)實施設(shè)置一前段觸媒轉(zhuǎn)化器51，并于前段觸媒轉(zhuǎn)化器51后方增設(shè)另一后段觸媒轉(zhuǎn)化器52，此等設(shè)置皆屬本發(fā)明的應(yīng)用范疇。
再者，廢氣排放端3用來連接二次空氣供應(yīng)管道44的位置是可選擇變換的；例如有下列三種可選擇實施的方式(1)以引擎排氣歧管11作為廢氣排放端3a，而將二次空氣供應(yīng)管道44的出口端44b連接至引擎排氣歧管11內(nèi)，將二次空氣供入廢氣中混合(如圖2所示)；(2)以引擎排氣歧管11至最前段觸媒轉(zhuǎn)化器51之間的前段排氣管道50位置作為廢氣排放端3b，而將二次空氣供應(yīng)管道44的出口端44b連接至此一廢氣排放端3b，以供入二次空氣與廢氣相混合(如圖3所示)；或(3)以排氣管5內(nèi)前段觸媒轉(zhuǎn)化器51與后段觸媒轉(zhuǎn)化器52之間的位置作為廢氣排放端3c，而將二次空氣供應(yīng)管道44的出口端44b連接至此一廢氣排放端3c，以導(dǎo)入二次空氣與廢氣相混合(如圖4所示)。
上述的電磁閥42的電源連接至電子控制單元2上，通過電子控制單元2直接控制其開閥與關(guān)閥時機。
本發(fā)明還包含一裝設(shè)在引擎1內(nèi)的引擎轉(zhuǎn)速檢知器12(如圖2所示)，用以檢知引擎實際轉(zhuǎn)速后傳遞至電子控制單元內(nèi)，而與該一時速定值進行比對。
本發(fā)明也包含利用電子控制單元2既有可接收及運算引擎轉(zhuǎn)速的能力，使于原廠(即生產(chǎn)制造電子控制單元的工廠)的初始設(shè)定時，即給予附加設(shè)定具有辨視一既定時速定值21的能力，以作為電子控制單元2開啟或關(guān)閉電磁閥42的控制依據(jù)。
上述電子控制單元2中所設(shè)定的時速定值21，是由實車進行量測取得。舉一部配置有125c.c.引擎的機車為例，以模擬機車于交通壅塞的市區(qū)行車形態(tài)下，在量測單一循環(huán)(One Cycle)中(如圖5所示)進行有害廢氣的量測?？捎蓤D5中可知該款機車行駛于市區(qū)內(nèi)的車速是介于惰速與時速15或32或50或35kph之間波動起伏，因此最容易生成有害廢氣；據(jù)此，本發(fā)明以圖5中車速為32kph作為實施例的時速定值21的控制時機，并說明二次空氣管制的實際運作狀態(tài)如后述(1)在電子控制單元內(nèi)設(shè)定以32kph作為時速定值；(2)啟動機車引擎1，開啟電子控制單元2電源，并開始讀取引擎轉(zhuǎn)速檢知器12所檢知的引擎實際轉(zhuǎn)速，且傳遞至電子控制單元2內(nèi)，進行引擎實際轉(zhuǎn)速與時速定值間的轉(zhuǎn)速比對；(3)當引擎轉(zhuǎn)速檢知器12檢知引擎實際轉(zhuǎn)速小于32kph的時速定值21時(包含惰速狀態(tài))，電子控制單元2會驅(qū)動電磁閥42開閥，使二次空氣得以經(jīng)由供應(yīng)管道44導(dǎo)入引擎1的廢氣排放端3之內(nèi)，供應(yīng)充足的氧與廢氣混合，促使廢氣中的含有空氣與廢燃氣的比值(即空燃比，A/F)大于或等于14.7(配合圖6所示)，以利于觸媒轉(zhuǎn)化器51中的觸媒得以取得較佳的氧化效率，將廢氣中有害的一氧化碳(CO)與碳氫化合物(HC)氧化成無害的二氧化碳(CO2)及水(H2O)，而經(jīng)由排氣管5排出(配合圖2所示)，其中觸媒進行氧化反應(yīng)的方程式如下
(4)當機車行駛速度加快，使引擎實際轉(zhuǎn)速超過電子控制單元2內(nèi)設(shè)32kph的時速定值21標準時，電子控制單元2立即命令電磁閥42關(guān)閥，以阻斷二次空氣供往引擎廢氣排放端3；如此一來，可減少廢氣中的含氧量，使廢氣空燃比(A/F)小于或等于14.7(配合圖7所示)，以提升觸媒還原氮氧化物(NOX)的效率，使有害的氮氧化物(NOX)被迅速還原成無害的氮氣(N2)及二氧化碳(CO2)，而經(jīng)由排氣管5排出(配合圖2所示)，其中觸媒進行還原反應(yīng)的方程式如下
由于機車引擎轉(zhuǎn)速已升高，而對廢氣及排氣管周遭環(huán)境產(chǎn)生加溫作用，有助于提升觸媒的氧化效率，因此在阻斷二次空氣后，對于觸媒氧化反應(yīng)的影響并不大。
本發(fā)明也可從上述125C.C.機車的廢氣量測中獲得有利的應(yīng)證，比較當有配置及無配置使用本發(fā)明的方法和觸媒轉(zhuǎn)化器的機車引擎的廢氣量測結(jié)果(如表1) 表1量測三種有或無裝設(shè)觸媒轉(zhuǎn)化器或及二次空氣管制技術(shù)的機車引擎有害廢氣排放量表1中廢氣的量測結(jié)果顯示有使用本發(fā)明的二次空氣管制技術(shù)且裝設(shè)有觸媒轉(zhuǎn)化器的機車，所量測取得之氮氧化物(NOX)的生成量僅有0.111g/km，遠低于無裝設(shè)二次空氣管制技術(shù)與觸媒轉(zhuǎn)化器的機車以及僅有裝設(shè)觸媒的機車，且由轉(zhuǎn)化效率中也明顯看出有使用本發(fā)明的二次空氣管制技術(shù)且裝設(shè)有觸媒轉(zhuǎn)化器的機車，其氮氧化物(NOX)的轉(zhuǎn)化率可提升至61％，因此可以大幅減低氮氧化物(NOX)的排放量，雖然一氧化碳(CO)與碳氫化合物(HC)的轉(zhuǎn)化效率略為降低，但其結(jié)果符合預(yù)期。況且實施上也可以在排氣管內(nèi)增加觸媒轉(zhuǎn)化器的組設(shè)數(shù)量，使排氣管內(nèi)擁有較多量的觸媒進行氧化反應(yīng)，以利于在關(guān)閉二次空氣以提升觸媒還原反應(yīng)效率的同時，也能夠維持觸媒進行氧化反應(yīng)的效率。
再者，本發(fā)明也包含第二款實施于傳統(tǒng)化油器供油的引擎配置環(huán)境中(如圖8所示)，此一實施形態(tài)與上述實施例不同之處，在于將上述組設(shè)于進氣端4上且是臨近引擎進氣歧管1O位置的節(jié)流閥41以及裝設(shè)在引擎進氣歧管10上的噴油器101替換成單一化油器45，且由化油器45即可同時連接空氣端4的進氣通路以及油箱的進油通路，并由電子控制單元20管制化油器45中空氣與燃油的混合比(即空燃比)，以供應(yīng)引擎使用。除此之外，其余實施內(nèi)容皆與上述第一款實施例相同。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳可行實施例而已，故舉凡依據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的等效變化，理應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，主要在引擎的空氣進氣端與廢氣排放端之間設(shè)有二次空氣供應(yīng)管道；該廢氣排放端是指由引擎排氣歧管經(jīng)過一前段排氣管道而連接至一排氣管內(nèi)的廢氣流道位置，且該廢氣排放端至少設(shè)有一觸媒轉(zhuǎn)化器，同時該二次空氣供應(yīng)管道上至少設(shè)置一接受電子控制單元控制的電磁閥，以執(zhí)行下列方法(1)在電子控制單元內(nèi)設(shè)定一大于引擎惰速的時速定值；(2)啟動引擎并開啟電子控制單元電源，令電子控制單元開始讀取引擎轉(zhuǎn)速檢知器所檢知的引擎實際轉(zhuǎn)速，進行引擎實際轉(zhuǎn)速與時速定值的比對；(3)在引擎實際轉(zhuǎn)速小于上述時速定值時，令電子控制單元驅(qū)動電磁閥開閥，將二次空氣經(jīng)由供應(yīng)管道導(dǎo)入引擎的廢氣排放端，以增加廢氣中的含氧量，供觸媒氧化廢氣中有害的一氧化碳與碳氫化合物；且(4)在引擎實際轉(zhuǎn)速大于上述時速定值時，令電子控制單元驅(qū)動電磁閥關(guān)閥，以阻斷二次空氣，降低廢氣排放端中廢氣的含氧量，供觸媒還原廢氣中有害的氮氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，其特征在于所述空氣進氣端是指空氣濾清器與引擎進氣歧管上的節(jié)流閥之間的空氣進氣流道位置，用以連接二次空氣供應(yīng)管道的入口端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，其特征在于所述空氣進氣端是指空氣濾清器上供應(yīng)已過濾后的新鮮空氣的位置，用以連接二次空氣供應(yīng)管道的入口端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，其特征在于所述空氣進氣端是指空氣濾清器與化油器之間的空氣進氣流道位置，用以連接二次空氣供應(yīng)管道的入口端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，其特征在于至少一媒轉(zhuǎn)化器設(shè)置于前段排氣管道內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，其特征在于至少一觸媒轉(zhuǎn)化器設(shè)置于排氣管內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，其特征在于所述觸媒轉(zhuǎn)化器包括有前段觸媒轉(zhuǎn)化器及其后方的后段觸媒轉(zhuǎn)化器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，其特征在于所述二次空氣供應(yīng)管道的出口端連接至引擎排氣歧管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，其特征在于所述二次空氣供應(yīng)管道的出口端連接至引擎排氣歧管與最前段觸媒轉(zhuǎn)化器之間的前段排氣管道位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，其特征在于所述二次空氣供應(yīng)管道的出口端連接至二觸媒轉(zhuǎn)化器之間的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提升機車觸媒還原氮氧化物的方法，包括于引擎的空氣進氣端與廢氣排放端之間設(shè)有二次空氣供應(yīng)管道，于此一管道內(nèi)至少設(shè)置一電磁閥，接受電子控制單元控制，使機車于啟動時的惰速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，開啟電磁閥，供應(yīng)二次空氣至廢氣排放端，以維持觸媒氧化一氧化碳及碳氫化合物的效率，且該電子控制單元內(nèi)有設(shè)定一時速定值，一旦機車行駛速度超過此一時速定值時，電子控制單元即命令電磁閥關(guān)閉二次空氣，以降低廢氣的空燃比，藉此提升觸媒還原氮氧化物的效率。本發(fā)明大大改善傳統(tǒng)技術(shù)的不足，使觸媒還原廢氣中氮氧化物(NO
文檔編號F01N3/30GK1920269SQ20051009304
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
發(fā)明者吳家武 申請人:上海釗輝科技有限公司