1345025 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及-種諸如安裝於機車内之内燃引擎用之排氣 淨化系統。 【先前技術】 通常，來自引擎（安裝於機車等内之内燃引擎）内之排氣 被排入空氣中。然而，在排放排氣之前儘量多淨化排氣較 佳因此，傳統上乃提供一催化劑於排氣導管之中途位 置，使自引擎内之排氣通過該催化劑再進行排放從而藉 由催化劑來促進淨化。 下面所描述之系統為已知的利用催化劑淨化排氣之傳統 的排氣淨化系統（舉例而言，請見專利文件丨）。 換言之，在傳統的排氣淨化系統中，第一、第二、及第 二催化劑係接連地配置於排氣導管之中途部分從排氣導管 之上游朝向下游。同時，第一二次空氣引入導管連接於排 氣導管之中途部分於引擎和第一催化劑之間的位置。自第 一二次空氣引入導管之中途部分分支之第二二次空氣引入 導管經由開關閥連接至排氣導管之中途部分之第二和第三 催化劑之間的位置。 此外’當第一二次空氣引入導管與排氣導管藉由自控制 器輸出至開關閥之信號來連通時，第一、第二及第三催化 劑淨化（促進氧化）CO和THC。當第二二次空氣引入導管與 排氣導管藉由自控制器輸出至開關閥之信號來連通時， NOx於第一和第二催化劑處被還原，及c〇和THC於第三催 129078.doc 1345025 化劑處被氧化。 [專利文件1 ] JP-A-Hei 5-321653 傳統技術中，當第二二次空氣引入導管與排氣導管藉由 自控制器輸出至開關閥之信號來連通時，包含於排氣内之 N〇x於第-和第二催化劑處被還原，&包含於排氣内之c〇 和THC於第三催化劑處被氧化。 然而，根據傳統技術之第-和第二催化劑都不考慮用於 還原Ν〇χ之適當材料來形成。第三催化劑也不考慮用於氧 化⑶和THC之適當材料來形成。因此，存在該等三種催化 劑無法必然充分地淨化N〇x、c〇或THC之問題。 此外’當第—二次空氣引入導f與排氣導管藉由自控制 器輸出至開關閥之彳§號來連通時，三個催化劑（第一、第 及第—催化劑）用於氧化包含於排氣内之匸〇和THc。 因此，存在無法充分地對包含於排氣内2Ν〇χ進行還原之 問題。 本發明考慮到上述問題，且同時涉及内燃引擎用之排氣 淨化系統，其中利用三個催化劑同時進行包含於排氣内之 NOx之還原和c〇和THC之氧化。 【發明内容】 為了解決傳統技術之問題，根據本發明之内燃引擎用之 排氣淨化系統，包含：一排氣導管，用於排放來自内燃引 擎之排氣；一第一催化劑，其提供於排氣導管之中途部分 用於還原至少包含於排氣内之Ν〇χ ; 一第二催化劑，其提 129078.doc 供於排氣導管之中途部分較第一催化劑更下游，用以還原 至少自第一催化劑流出之包含於排氣内的排氣組分之 —第三催化劑’其提供於排氣導管之中途部分較第 二催化劑更下游，第三催化劑以不同於第一和第二催化劑 之材料所形成，用於氧化至少自第二催化劑流出之包含於 排氣内的排氣組分之C0和THC ;及一二次空氣引入導管， 其提供於排氣導管内之第二和第三催化劑之間的位置，用 於將二次空氣引入到排氣導管内。 在具有上述結構之本發明中，引入二次空氣到排氣導管 内之第二催化劑與第三催化劑之間的位置，該第二催化劑 用於還原包含於排氣内的排氣組分之N〇x，該第三催化劑 同樣用於還原在排氣組分内的N〇x。因此，藉由利用兩個 催化劑（第一和第二催化劑）必可還原來自内燃引擎之包含 於排氣之N0X ’且藉由在不同於第一和第二催化劑之材料 所形成之第三催化劑處之二次空氣必可氧化C〇和Thc。 在本發明之一態樣中，排氣導管可包含另一二次空氣引 入導管’其提供於第一和第二催化劑之間的位置，用於將 一次空氣引入到排氣導管内。在具有上述結構之本發明 中，藉由在第二和第三催化劑處之另一二次空氣引入導管 引入到排氣導管之二次空氣來進行更有效地氧化C0和 THC。 在本發明之一態樣中，另一二次空氣引入導管具有一流 量控制閥’其用於控制自引入導管引入到排氣導管内之二 次空氣之流動。在具有上述結構之本發明中，自另一二次 129078.doc 空氣g入導管？丨入到排氣導管内之二次空氣之流動受到控 制閥之控制，從而可適當調節藉由在第二和第三催化劑處 之一-欠空氣氧化C〇和THC之氧化量。 根據本發明之内燃引擎用之排氣淨化系統，包含：_排 氣導管，用於排放來自内燃引擎之排氣；一第一催化劑’ 其提供於排氣導管之中途部分用於淨化排氣；一第二催化 劑，其提供於排氣導管之中途部分較第一催化劑更下游， 用於淨化自第一催化劑流出之排氣；一第三催化劑，其提 供於排氣導管之中途部分較第二催化劑更下游，用於淨化 自第二催化劑流出之排氣；一第一二次空氣引入導管，其 提供於排氣導管内之第一和第二催化劑之間的位置，用於 將二次空氣引入到排氣導管内；及一第二二次空氣引入導 管，其提供於排氣導管内之第二和第三催化劑之間的位 置’用於將二次空氣引入到排氣導管内。 在具有上述結構之本發明中’二次空氣通過第一二办 八工 氣引入導管被引入到排氣導管中之第一和第二催化劑之間 的位置。因此，諸如來自内燃引擎之包含於排氣内之 的排氣物質必可被還原於第一催化劑處，及諸如包含於排 氣内之C0和THC的排氣物質必可藉由利用兩個催化劑（第 二和第三催化劑）以二次空氣進行還原。同時，二次空氣 通過第一二次空氣引入導管被引入到排氣導管内之第二彳 第二催化劑之間的位置。因此，藉由在第三催化劑處之一 次空氣可更確定地氧化諸如C〇和thC之排氣物質。 在本發明之一態樣中’第一二次空氣引入導管具有一流 129078.doc 1345025 里控制閥，其用於控制自引入導管引入到排氣導管内之二 -人空氣的流里。在具有上述結構之本發明中，自第一二次 空氣引入導官引入到排氣導管内之二次空氣的流量係受到 流1控制閥之控制，從而可適當調節藉由在第二和第三催 化劑處之二次空氣氧化CO和THC之氧化量。 在根據本發明之内燃引擎用之排氣淨化系統中，二次空 氣被引入到排氣導管内之第二和第三催化劑之間的位置。 因此，藉由利用兩個催化劑（第一和第二
諸如來自内燃引擎之包含於排氣内之叫的排氣 藉由在由不同於第-和第：催化劑之材料所形成之第三催 化劑處之二次空氣必可氧tc〇和THC。所以，藉由利用三 個催化劑可充分地淨化諸如包含於排氣中之N〇x、CO和 THC的排氣;物質。 【實施方式】 下面將參照圖1和2來描述根據本發明之一實施例之内燃
引擎用之排氣淨化系統。舉例而t，根據本發明之該實施 例之-内燃引擎用之一排氣淨化系統j係安裝於機車内， 且其包含一引擎10、一遙答，n、—仿 ........ 及一二次空氣引入導管 第二催化劑40、一第三催化劑50， 60 〇 舉例而吕’引擎10安裝於機車内。在引擎1〇中，來自一 空氣漶清器11的空氣及來自—燃料供給裝置14的燃料進行 混合並供給（注入）到弓内之汽缸（沒有顯示）。在引擎 内燃燒燃料’且因此引擎10内之活塞(沒有顯示)被驅動(往 129078.doc 復移動）。此外，一氧氣感測器（沒有顯 管2〇之一部分上’比二次空氣引入導^ 比第三催化劑5 0更上游，或接沂私冰 示）被附接於排氣導
由控制器來控制，以 L有顯不）。在燃料供給裝置14中，供給 量係基於來自氧氣感測器之輸出信號經 以使得自排氣導管2〇内排出的排氣符合 化學計量的空氣-燃料比。 排氣導管20之一上游端連接於引擎1 〇。排氣導管排出 引擎10内之燃燒混合物（燃料及空氣）之排氣。排氣包含諸 如NOx、CO和THC之排氣物質。附接於排氣導管2〇之下游 端處之消音器12用於降低向外排放排氣之排氣聲音。 第一催化劑30是一還原催化劑，其包含一具有以鍺作為 其主要組分之貴金屬部分。第一催化劑3 〇安置於排氣導管 20之上游部分，舉例而言，第一催化劑3〇安置於一排氣管 (exhaust pipe)之上游部分。此外，第一催化劑3〇主要促進 對流動於排氣導管20中之包含於排氣内之ν〇χ之還原。 第二催化劑40是一還原催化劑，其包含一具有類似於第 一催化劑30之以铑作為其主要組分之貴金屬部分。第二催 化劑40安置於排氣導管2〇中，比位於消音器丨2内之第一催 化劑3 0更下游之位置。此外，第二催化劑4 〇主要促進對流 動於排氣導管20中之包含於排氣内之ΝΟχ之還原。 第二催化劑5 0是一氧化催化劑，其包含一具有以纪作為 其主要組分之責金屬部分，第三催化劑50為不同於第一催 129078.doc 1345025 化劑30和第二催化劑40之材料。第三催化劑5〇安置於排氣 導管20中，比位於消音器12内之第二催化劑4〇更下游之位 置。第三催化劑50主要促進對流動於排氣導管2〇之包含於 排氣内之C0和THE之氧化。 二次空氣引入導管60之上游端連接於空氣濾清器n。二 次空氣引入導管60之下游端連接於排氣導管2〇之消音器12 内之第二催化劑40和第三催化劑5〇之間的位置。二次空氣 引入導管60不斷地將來自空氣濾清器丨丨之外界空氣經由簧 片閥1 3提供到排氣導管20中之第二催化劑4〇和第三催化劑 50之間的位置。從而，促進c〇和THC於第三催化劑50處之 氧化。 在該實施例中，由於二次空氣引入導管6〇連接到排氣導 官2 0之第一催化劑4 0和第三催化劑5 0之間的位置，所以自 二次空氣引入導管60供給至排氣導管20内之空氣被提供於 第三催化劑50。然而，一部分空氣逆流至排氣導管2〇之上 游’且亦提供於第二催化劑40〇所以，N0X之還原反應雖 然發生於弟一催化劑40處，但CO和THC之氧化反應同樣也 發生。因此，N0X不能僅藉由第二催化劑4〇進行充分地還 原。 因此，在該實施例中，第一催化劑3〇配置於比第二催化 劑40更上游之部分。因此，從二次空氣引入導管6〇向上游 流動（逆流）於排氣導管20中之空氣會被擋於第二催化劑4〇 處，從而N〇x可在第二催化劑40處被還原，aN〇x亦可於 第一催化劑30處被充分地還原。此外，包含於排氣内之 129078.doc •12· 1345025 CO和THC可藉由來自二次空氣引入導管6〇之二次空氣於第 三催化劑5 0處被充分地氧化。 • 因此，在該實施例中’藉由使用三種催化劑30、40和50 - 可同時有效地還原N〇x及氧化CO和THC。由此，可提高排 ， 氣淨化系統1之性能、可靠性等等。 在β亥實施例中，由於還原催化劑被分成兩個催化劑3 0和 40，所以第一催化劑30在引擎丨〇啟動且仍冷時被迅速地活 化。從而，另外兩個催化劑4〇和5〇亦因為催化劑3〇之活化 籲而被迅速地活化。換言之，第—催化劑3()除了作為用於 ΝΟχ之還原催化劑之外還可作為"預熱”以迅速活化另外兩 個催化劑40和50。從而，在啟動引擎1〇後，立即開始進行 N〇xi還原和CO及THC之氧化。因此，排氣之三個組分之 淨化可得到改善。 此外，由於還原催化劑被分成兩個催化劑3〇和4〇，使得 催化劑30和40之每一者都變得較小。因此，這樣的結構可 參易於達到諸如在第-催化劑3G配置於排氣f中之情況下傾 斜角及車輛外觀之配置要求。 較仏地，第一催化劑30應該非藉由使其於徑向擴大而是 於長度方向擴大來獲得—必需體積。這樣的結構可達到上 • 豸之配置要求’且亦可有效地提升流人至第二和第三催化 d 40和50之排氣的溫度。從而，可更迅速地活化催化劑 30、40和 50 ° 接著，圖3顯示根據本發明之第二實施例。在此實施例 中，所給予該等結構元件之參考數字與第一實施例相同， I29078.doc •13- 1345025 並且將不對其描述。 根據此實施例之内燃引擎用之排氣淨化系統60包含··一 引擎（沒有顯示）；排氣導管20 ;第一催化劑3〇 ;第二催化 劑70 ;第三催化劑50和一二次空氣引入導管8〇。 第二催化劑70主要促進對流動於排氣導管2〇中之包含於 排氣内之NOx的還原，其類似於第一實施例中所述之第二 催化劑40。然而’第二催化劑7〇在以下方面不同於第一實 施例中之第二催化劑：催化劑7〇安裝於排氣導管2〇中之比 消音器12更上游之部分。二次空氣引入導管8〇連接於排氣 導管20之第二催化劑70和第三催化劑5〇之間的位置。 藉著具有上述結構之該實施例，除C〇和THC外，NOx可 藉由三個催化劑30、70和50之使用而被充分地淨化，且因 此可實現幾乎等於第一實施例之工作及效果。 接著’圖4顯示根據本發明之第三實施例。在此實施例 中，所給予該等結構元件之參考數字與第一實施例相同， 並且不對其描述。 根據此實施例之内燃引擎用之排氣淨化系統9〇包含：一 引擎（沒有顯示）；排氣導管20 ;第一催化劑30 ;第二催化 劑100 ;第三催化劑50和一二次空氣引入導管11〇。 第二催化劑100主要促進對流動於排氣導管20中之包含 於排氣内之NOx的還原’其類似於第一實施例中所述之第 二催化劑40。然而’第二催化劑1 〇〇在以下方面不同於第 一實施例中之第二催化劑：催化劑1〇〇安裝於排氣導管2〇 中之比消音器12之更上游之部分。 129078.doc * 14 - 1345025 一次空氣引入導管110連接於排氣導管20之第二催化劑 100和第三催化劑50之間的位置，其類似於根據第一實施 例之該二次空氣引入導管60。然而，二次空氣引入導管 110在以下方面不同於第一實施例中之二次空氣引入導 管：其連接於排氣導管20之比消音器12更上游之部分。因 此，冷的二次空氣未於消音器12處加熱就被直接供應於排 氣導管20，且二次空氣之氧濃度可變得更高。從而，可改 善CO和THC於第三催化劑50處之燃燒效率（氧化效率）。 藉著具有上述結構之該實施例，除C〇和THC外，NOx可 藉由三個催化劑30、100和50之使用而被充分地淨化，且 因此可實現幾乎等第一實施例之工作及效果。 接著’圖5顯示根據本發明之第四實施例。在此實施例 中’所給予該等結構元件之參考數字與第一實施例相同， 並且不對其描述。 根據此實施例之内燃引擎用之排氣淨化系統12〇包含類 似於第一實施例之：一引擎（沒有顯示）；排氣導管20;第 一催化劑30 ;第二催化劑40 ;第三催化劑50和二次空氣引 入導管60(其為一第一二次空氣引入導管）。 然而’根據此實施例之排氣淨化系統120在以下方面不 同於第一實施列中之排氣淨化系統：另一二次空氣引入導 嘗之下游端連接於排氣導管20之消音器12内之第二催 化劑40和第三催化劑5〇之間的位置。 菁片閥140 ’其為經電控以相應於來自一控制器（沒有顯 不）之輸出信號而打開或關閉之流量控制閥，該簧片閥14〇 129078.doc •15- 提供於第二二次空氣引入導管130之中途部分以使得流動 於排氣導管2〇中之排氣符合化學計量空氣-燃料化。 因此，在需要提高NOx之還原更甚於C0和THC之氧化之 月况下，尖片閥1 4 0藉由來自控制器之輸出信號而關 閉，且從而阻擋自二次空氣引入導管130流入至排氣導管 之—-人空氣的流動。因此，第二催化劑40可主要用於 N〇x之還原。 ' 在需要提高CO和THC的氧化更甚於NOx之還原之設定情 況下’簧片閥140藉由來自控制器之輸出信號而打開，且 k而來自二次空氣引入導管13〇之二次空氣流入排氣導管 20。因此’第二催化劑40可主要用於CO和THC之氧化。此 外’在此情況下’藉由兩個二次空氣引入導管6〇和丨3〇將 一-入空氣引入到排氣導管2 〇中，且因此可增加經引入到排 氣導％* 20内之二次空氣的流量。因此，可更有效地氧化 C Ο 和 T H C 〇 藉著具有上述結構之該實施例’藉由使用三個催化劑 30、40和50可充分地淨化CO、THC和ΝΟχ，且因此可實現 幾乎等於第一實施例之工作及效果。 接著’圖6顯示根據本發明之第五實施例。在此實施例 中’所給予該等結構元件之參考數字與第一實施例相同， 並且不對其描述。 根據此實施例之内燃引擎用之排氣淨化系統150包含類 似於第一實施例之：一引擎（沒有顯示）；排氣導管20 ;第 一催化劑30 ;第二催化劑40 ;第三催化劑50和二次空氣引 129078.doc 入導管60(其為一第一二次空氣引入導管 然而，根據此實施例之排氣淨化系統15〇在以下方面不 同於第一實施例中之排氣淨化系統：另一二次空氣引入導 Β 160(其為一第二二次空氣引入導管）之下游端連接於排氣 導管20之第二催化劑4〇和第三催化劑5〇之間的位置，且比 消音器12更上游。此外，簧片閥17〇為一相應於來自一控 制器（沒有顯示）之輸出信號而打開或關閉之流量控制閥， 该簧片閥提供於類似第四實施例之第二二次空氣引入導管 160之中途部分。 藉著具有上述結構之該實施例可實現幾乎等於第一實施 例之工作及效果。 接著，圖7顯示根據本發明之第六實施例。在此實施例 中，所給予該等結構元件之參考數字與第一實施例相同， 並且不對其描述。 根據此實施例之内燃引擎用之排氣淨化系統丨8〇包含： 一引擎（沒有顯示）；排氣導管2〇 ;第一催化劑3〇 ;第二催 化劑40;第三催化劑50; 一二次空氣引入導管19〇(其為第 —二次空氣引入導管）；和另一二次空氣引入導管2〇〇(其為 第二二次空氣引入導管）》 二次空氣引入導管190連接於排氣導管2〇之第二催化劑 40和第三催化劑50之間的位置，且比消音器丨2更上游。簧 片閥210連接到二次空氣引入導管19〇之中途部分。 二次空氣引入導管200連接於排氣導管2〇之第一催化劑3〇 和第二催化劑40之間的位置。簧片閥22〇為相應於來自一 129078.doc 17 1345025 控制器（沒有顯示）之輪出信號而打開或關閉之流量控制 閥，该簧片閥提供於二次空氣引入導管2〇〇之中途部分。 藉著具有上述結構之該實施例可實現幾乎等於第四實施 例之工作及效果。 接著’圖8顯示根據本發明之第七實施例。在此實施例 中，所給予該等結構元件之參考數字與第一實施例相同， 並且不對其描述。 根據此實施例之内燃引擎用之排氣淨化系統23〇包含： 一引擎（在圖中沒有顯示）；排氣導管2〇;第一催化劑3〇; 第一催化劑240 ;第三催化劑5〇，·二次空氣引入導管6〇(其 為第一一次空氣引入導管）；和另一二次空氣引入導管 250(其為第^,一次空氣引入導管）。 第二催化劑240安裝於排氣導管20中之比消音器12更上 游之位置。二次空氣引入導管25〇連接於排氣導管2〇之第 一催化劑30和第二催化劑24〇之間的位置。簧片閥26〇為一 相應於來自一控制器（沒有顯示）之輸出信號而打開或關閉 之流I控制閥，，該簧片閥提供於二次空氣引入導管25〇 之中途部分。 藉著具有上述結構之該實施例可實現幾乎等於第四實施 例之工作及效果。 在第一實施例中，所作之描述包括與第一催化劑3〇和第 二催化劑40之直徑設定相同之排氣導管2〇的直徑之實例。 然而，本發明並不限於上述情況，而是一排氣導管2〇A可 經形成具有一小於容納於消音器丨2内之第二催化劑4〇A和 129078.doc -18- 1345025 第二催化劑50A之直徑的直徑，此為展示於圖9中之一變異 實例。 • 在第四實施例中，所作之描述包括一開-關閥被用以允 • 許二次空氣之流動或阻檔二次空氣之流動的實例。然而， . 本發明並不限於上述情況，而是可以使用用於可變地調節 . 二次空氣之流量的調節閥。此修改同樣適用於第五、第 六’和第七實施例中。 【圖式簡單說明】 圖1疋一根據本發明之第一實施例之内燃引擎用之排氣 淨化系統之概視圖。 圖2是一顯示諸如圖丨之排氣導管和第一、第二及第三催 化劑之基本部件之放大圖。 圖3疋一顯示根據本發明之第二實施例之内燃引擎用之 排氣淨化系統之排氣導管、第一催化劑、第二催化劑及第 二催化劑等之視圖。 • 圖4疋—顯示根據本發明之第三實施例之内燃引擎用之 排私淨化系統之排氣導管、第—催化劑、第二催化劑及第 二催化劑等之視圖。 圖5疋一顯示根據本發明之第四實施例之内燃引擎用之 排氣淨化系統之排氣導管、第一催化劑、第二催化劑及第 三催化劑等之視圖。 圖6疋—顯示根據本發明之第五實施例之内燃引擎用之 排氣淨化系統之排氣導管、第一催化劑、第二催化劑及第 三催化劑等之視圖。 129078.doc -19- 圖7疋一顯示根攄太级n ...^ 發明之第六實施例之内燃引擎用之 排乳淨化系統之排氣 一 礼導f、第一催化劑、弟二催化劑及第 二催化劑等之視圖。 圖是顯示根據本發明之第七實施例之内燃引擎用之 氣淨化系統之排氣導管、第一催化劑、第二催化劑及第 二催化劑等之視圖。 圖9疋一顯示根據本發明之變異實例之内燃引擎用之排 氣淨化系統之排氣導管、第一催化劑、第二催化劑及第三 催化劑等之視圖。 【主要元件符號說明】 I 60, 90, 120, 230 排氣淨化系統 10 引擎 II 空氣濾清器 消音器 13, 210 14
20/20A 30 簧片閥 燃料供給裝置 排氣導管 第一催化劑
40, 40A, 70, 100, 240 50, 50A 60, 80, 110, 190 130, 160, 200, 250 140, 170, 220, 260 第二催化劑 第三催化劑 二次空氣引入導管 另一二次空氣引入導管 簧片閥（流量控制閥） 129078.doc •20-