CN1225595C - 未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法 - Google Patents
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Abstract
一种未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，包括在摩托车引擎排气管道设置一前段触媒及另一后段触媒，前段触媒为氧化型触媒，后段触媒为还原型触媒，并导入二次空气于前段触媒之前，控制二次空气的导入流量以维持较佳的空燃比，使废气中所含一氧化碳与碳氢化合物，能在通过前段触媒时即被转化成无害的二氧化碳及水，接续令废气再接受后段触媒的净化作用，使废气中所含较难转化的氮氧化物能被还原成无害的氮和氧分子，借此提升摩托车引擎的废气排放品质。
Description
技术领域
本发明提供一种未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，特别是在摩托车引擎排气管道导入二次空气，以控制空燃比，并设置氧化型的前段触媒及还原型的后段触媒，促使废气中所含一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)及氮氧化物(NOX)等有害物质，均能在理想的空燃比之下，分别接受上述触媒的氧化与还原反应，以达充分净化摩托车排放废气的效果。
背景技术
在本发明的名称中所称的含氧感知器(即O2 Sensor)，是一种可检知由空气与燃油混合而成的燃气中所含氧分子含量的器具。它通常被运用在汽车引擎的进气端，检知欲供应至各汽缸的油气中含有氧分子的含量，并将检知讯号传达至引擎控制单元(Engine Control Unit，ECU)整合控制，以提升引擎运转与净化废气的效率。
众所周知，坊间较少将含氧感知器(O2 Sensor)使用在摩托车引擎的作业环境中，因为摩托车引擎的排气量较小，且多数普遍采用化油器分配油气的供油方式，这种摩托车引擎并未装设引擎控制单元(Engine Control Unit，ECU)，故无法安装使用含氧感知器。坊间较为先进者，已在摩托车引擎上配置精简式的引擎控制单元(ECU)，并提供了电子喷射供油及电子点火等酷似汽车引擎的控制模式，但因摩托车引擎多为单汽缸型式，较汽车引擎单纯，因此在引擎控制单元(ECU)的设计上较趋近于保守，亦即免除了诸如含氧感知器(O2 Sensor)的控制项目，以降低成本。
由于未装设含氧感知器(O2 Sensor)的摩托车引擎，较无法精确控制取得空气(Air)与燃油(Fuel)的混合比例(即空燃比A/F)，以至于摩托车引擎运转效率较汽车低劣，燃烧不完全，而生成有害废气的现象较为严重。
如图1所示，众所周知，一般引擎运作环境中最为理想的空燃比是14.7，空燃比若能控制在14.7前后既定范围内，将表示引擎的运转效率愈佳，愈不易发生燃烧不完全现象，促使引擎排气管道所装设的触媒，愈容易与废气中的有害物质进行氧化及还原反应。但是，除了配置有上述含氧感知器的引擎作业环境较能稳定的控制空燃比趋近此标准外，坊间技术中并无其它更有效的方法。
影响摩托车引擎净化废气效率的原因，尚包括触媒的装设技术。依据坊间现阶段技术而言，应用于摩托车排气管道的触媒大多是利用一只或多数只载体，在各载体内同时披覆铂(Pt)、钯(Pd)或铑(Rh)等贵金属，并利用触媒中的铂(Pt)与钯(Pd)来氧化废气中有害的一氧化碳(CO)及碳氢化合物(HC)，再利用触媒中的铑(Rh)来还原废气中有害的氮氧化物(NOX)，以达到净化废气的功效。但是，若空燃比无法稳定控制在14.7左右的既定范围内(如图1所示斜线区域)，就无法有效率的氧化CO、HC并同时还原NOX。
另外，值得一提的是，坊间有在摩托车引擎排气管道导入二次空气的作法，该二次空气是借着摩托车引擎运转时产生的间歇性负压，利用该负压动力，而将外界的新鲜空气导入排气管内，借以补充废气中的氧分子(O2)，以促进触媒氧化一氧化碳(CO)及碳氢化合物(HC)的转化效率。但是，导入二次空气的作法，将使载体内氧分子(O2)的数量增加，空燃比势必大于14.7，如此一来，对参杂在载体内铂(Pt)和钯(Pd)中的铑(Rh)并无助益，反而迫使铑(Rh)还原NOX的转化效率更为低落。
通过以上的说明可以发现，坊间未装设含氧感知器的摩托车引擎环境中，仅有将二次空气导入引擎排气管道，以促进触媒净化废气中一氧化碳(CO)及碳氢化合物(HC)等有害物质的技术，但却使铑(Rh)无法有效率的同时还原氮氧化物(NOX)，以至于排放至大气中的氮氧化物(NOX)含量只增不减，是造成酸雨的主要原因，影响自然环境较严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，通过在引擎排气管道设置一氧化型的前段触媒及另一还原型的后段触媒，促进传统采用化油器或点子喷射供油的摩托车引擎，在其排气管道能提升触媒氧化和还原废气中有害物质的转化效率，达到提升摩托车引擎的废气排放品质的目的。
本发明的目的是这样实现的：一种未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，其特征是：它包括有：
(1)在摩托车引擎排气管道间设置有一氧化型的前段触媒，并在前段触媒后方的排气管道上设置有另一还原型的后段触媒，该前段触媒与后段触媒间保有一间距；
(2)在前段触媒之前的排气管道内导入二次空气，并控制该二次空气的导入流量；该导入二次空气的方式是采用二次空气控制阀，是利用一只二次空气控制阀，并将该阀体装设于引擎或化油器的负压端，接受间歇性的负压吸力所动作，进而将外界新鲜空气导入前段触媒之前的排气管道上，使二次空气导入量随着引擎运转速率的高低而增减；
(3)使通过前段触媒与二次空气导入口之间排气管道内的废气具有一前段空燃比A/F＞14.7的值，便于前段触媒进行氧化反应，将废气中有害的一氧化碳及碳氢化合物转化成无害的二氧化碳及水；
(4)使通过前段触媒与后段触媒之间的排气管道中的废气具有另一后段空燃比A/F≤14.7的值，便于后段触媒进行还原反应，将废气中有害的氮氧化物转化成无害的氮及氧。
该前段触媒中至少含有铂。该前段触媒中至少含有钯。该后段触媒中至少含有铑。该前段触媒与后段触媒是同时分离设置在该排气管道上的消音器内。该前段触媒是设于消音器前的排气管道内。该后段触媒是设于消音器内。该导入二次空气的方式还能是采用给气泵，通过摩托车上引擎控制单元取得引擎运转速率，转而等比值控制给气泵的给气速率，使成正比关系，以利将外界的二次空气导入前段触媒之前的排气管道内。
本发明的主要优点是：在引擎排气管道设置一氧化型的前段触媒及另一还原型的后段触媒，使二触媒载体间隔一段散热距离，并在前段触媒之前导入二次空气，控制该二次空气的流量，使进入前段触媒中的废气与二次空气混合气的空燃比＞14.7，并使进入后段触媒中的废气与二次空气混合气的空燃比≤14.7。
应用本发明的方法，将有助于利用前段触媒将废气中有害的一氧化碳(CO)及碳氢化合物(HC)充分氧化成无害的二氧化碳(CO2)及水(H2O)，并同时通过后段触媒将废气中有害的氮氧化物(NOX)充分还原成无害的氮(N2)与氧分子(O2)，以促进触媒净化废气中有害物质的效率。
下面结合较佳实施例和附图详细说明。
附图说明
图1是传统触媒反应的特性示意图。
图2是本发明的应用流程示意图。
图3是本发明的前后段触媒反应的特性示意图。
图4是本发明的实施例2的应用流程示意图图。
具体实施方式
实施例1
参阅图2-图3所示，本发明揭示一种未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，包括有：
在摩托车引擎排气端1的排气管道10间设置有一前段触媒2；该前段触媒2为一氧化型的触媒，实施上为利用一金属或陶瓷载体内至少必须均匀披覆所需数量的铂(Pt)和/(或)钯(Pd)等贵金属所制成。
本发明并在上述前段触媒2后方的排气管道10上设置有另一后段触媒3；该后段触媒3为一还原型触媒，实施上为利用一金属或陶瓷载体内至少必须均匀披覆所需数量的铑(Rh)贵金属所制成。
上述前段触媒2与后段触媒3可同时被设置在排气管道10上的消音器11内(如图2所示)，且该前段触媒2与后段触媒3间是分离设置，使其间保有一可供载体散热的间距h，避免上述触媒在转化废气时，因氧化或还原的反应温度过高而影响载体的使用寿命。
上述二段式触媒的组设，本发明必须同时在前段触媒2之前的排气管道10上导入二次空气4，并控制该二次空气的导入流量。
控制二次空气导入量的方法，在实施上是采用负压导入或电子控制导入等方式。
该负压导入的较佳方式，是利用一只二次空气控制阀，并将该阀体装设于引擎或化油器的负压端，接受间歇性的负压吸力所动作，进而将外界新鲜空气(即二次空气)导入前段触媒2之前的排气管道10上。这种方式易使二次空气导入量随着引擎运转速率的高低而增减，换言之，可使得二次空气导入量与排气量成正比关系，将有助于控制排气管道内的空燃比。
利用电子控制导入二次空气的方式，是借助摩托车上引擎控制单元(ECU)取得较为精确的引擎运转速率，转而等比值控制一导入二次空气用的给气泵，使给气泵的给气速率与引擎运转速率成正比关系，以利于控制排气管道10内的空燃比。
在利用上述方式导入二次空气4时，二次空气的导入流量是可随引擎排气量增加或减少，因此，引擎排气端1至前段触媒2间的排气管道10内存有二次空气的含量以及排放废气中废油气的含量便可取得控制，亦即控制前段触媒2之前与二次空气导入口间排气管道10内的前段空燃比12(A/F)，在本发明中该前段空燃比12(A/F)必须大于14.7。
在控制取得前段空燃比12(A/F)＞14.7的情况下，将有助于提升氧化型前段触媒2的铂(Pt)及(或)钯(Pd)氧化废气中有害的一氧化碳(CO)及碳氢化合物(HC)的转化率(如图3所示)，使一氧化碳(CO)被氧化成无害的二氧化碳(CO2)及水(H2O)，进而随着排气管道10通过后段触媒3并排气至外界5(如图2所示)。
通过前段触媒2后的废气中仍含有不被氧化的氮氧化合物(NOX)，且此刻位在前段触媒2与后段触媒3之间排气管道10中的后段空燃比13为A/F≤14.7。因为前段触媒2已转化消耗掉前段空燃比12(A/F＞14.7)的废气与二次空气(Air)混合气中一定比例的氧(O2)，促使后段空燃比13成为A/F≤14.7。
控制取得后段空燃比13(A/F)的值小于或等于14.7的好处是，可以提升后段触媒3的铑(Rh)还原废气中有害的氮氧化物(NOX)的转化率(如图3所示)，使废气中有害的氮氧化物(NOX)，能被还原成无害的氮(N2)与氧(O2)，进而随着其它无害的废气一同排气至外界5。
通过以上导入二次空气4、控制前段空燃比＞14.7、控制后段空燃比≤14.7的作法，将有效提升前段触媒2氧化一氧化碳(CO)与碳氢化合物(HC)时的转化率，并提升后段触媒3还原氮氧化物(NOX)时的转化率(如图3所示)，以达提升摩托车引擎的废气排放品质。
实施例2
参阅图4所示，本发明上述所例举的图2的实施方式，其中只要是将氧化型前段触媒2以及还原型后段触媒3间隔设置于排气管道10间，即属本发明的应用范畴，该前段触媒2与后段触媒3并不一定要设置在消音器11内。
换言之，亦可实施将氧化型前段触媒2设置于消音器15外的排气管道14内，再将还原型后段触媒3设于消音器15内(如图4所示)的形态，亦属本发明的应用领域。
综上所述，本发明提供一种未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，虽其效能不能与设有含氧感知器的汽车引擎媲美，但却对大量采用化油器或电子喷油系统的单汽缸摩托车引擎带来莫大的助益，特别是可使废气中有害的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)及氮氧化物(NOX)，均能一同被净化清除，故在摩托车引擎既有的有限配置环境下，具有提升净化废气的显著效果，具有新颖性、创造性和实用性。
Claims (8)
1、一种未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，其特征是：它包括有：
(1)在摩托车引擎排气管道间设置有一氧化型的前段触媒，并在前段触媒后方的排气管道上设置有另一还原型的后段触媒，该前段触媒与后段触媒间保有一间距；
(2)在前段触媒之前的排气管道内导入二次空气，并控制该二次空气的导入流量；该导入二次空气的方式是采用二次空气控制阀，是利用一只二次空气控制阀，并将该阀体装设于引擎或化油器的负压端，接受间歇性的负压吸力所动作，进而将外界新鲜空气导入前段触媒之前的排气管道上，使二次空气导入量随着引擎运转速率的高低而增减；
(3)使通过前段触媒与二次空气导入口之间排气管道内的废气具有一前段空燃比A/F＞14.7的值，便于前段触媒进行氧化反应，将废气中有害的一氧化碳及碳氢化合物转化成无害的二氧化碳及水；
(4)使通过前段触媒与后段触媒之间的排气管道中的废气具有另一后段空燃比A/F≤14.7的值，便于后段触媒进行还原反应，将废气中有害的氮氧化物转化成无害的氮及氧。
2、根据权利要求1所述的未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，其特征是：该前段触媒中至少含有铂。
3、根据权利要求1所述的未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，其特征是：该前段触媒中至少含有钯。
4、根据权利要求1所述的未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，其特征是：该后段触媒中至少含有铑。
5、根据权利要求1所述的未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，其特征是：该前段触媒与后段触媒是同时分离设置在该排气管道上的消音器内。
6、根据权利要求1所述的未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，其特征是：该前段触媒是设于消音器前的排气管道内。
7、根据权利要求1所述的未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，其特征是：该后段触媒是设于消音器内。
8、根据权利要求1所述的未装设含氧感知器的摩托车引擎降低废气中有害物质的方法，其特征是：该导入二次空气的方式还能是采用给气泵，通过摩托车上引擎控制单元取得引擎运转速率，转而等比值控制给气泵的给气速率，使成正比关系，以利于将外界的二次空气导入前段触媒之前的排气管道内。
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Legal Events
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Address after: The North Industrial Zone of Jimei city of Fujian province Xiamen Tianyang Road No. 51 Patentee after: XIAMEN XINYUAN ENVIRONMENT PROTECTION TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: Xiamen city of Fujian Province Patentee before: Xiamen Xinyuan Traffic Appratus Co., Ltd. |
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Owner name: XIAMEN XINYUAN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Free format text: FORMER NAME: XIAMEN XINYUAN TRAFFIC EQUIPMENT CO., LTD. |
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Granted publication date: 20051102 Termination date: 20121217 |