TWM510794U - 可提升再生效率之微顆粒捕捉裝置 - Google Patents

Description

可提升再生效率之微顆粒捕捉裝置

本創作係有關於一種供柴油引擎使用之微顆粒再生捕捉裝置，尤指一種多重過濾方式而降低替換率提升使用壽命，使得成本降低的可提升再生效率之微顆粒捕捉裝置。

柴油引擎車輛大多是以壓縮點火方式引燃柴油或其他替代性燃料，經過汽缸內的燃燒反應將燃料的化學能依序轉換為動力輸出及熱能，因此燃燒過程中會產生各種的氣體、液體或固態的汙染物，最主要為懸浮粒子(Particulate Matter,PM)、黑煙(Smoke)、氮氧化物(NO_x )、一氧化碳(CO)、硫氧化物(SO_x )、二氧化碳(CO₂ )或碳氫化合物(HC)等氣體狀態的汙染物，柴油燃燒後所主要產生的碳顆粒(微粒子)，除了破壞空氣品質，甚至造成都市中懸浮粒子PM2.5數值超高，將對於民眾的健康有相當實際的影響，因此柴油引擎使用過濾捕捉碳顆粒的裝置或系統就非常重要，以提升整體環境的空氣品質。故中華民國專利第M459905號揭露了一種「改良式車輛排放黑煙燃燒淨化處理裝置」，請參閱第一圖所示，其主要包含一排氣管1、一燃燒系統2、一廢棄緩衝過濾系統3及一出氣端12，該排氣管1具有一進氣端11流通未過濾的廢氣，該燃燒系統2更包含了一燃燒腔210、一腔體22、一腔室220和一外管體21，該腔室220位置更設有一點火器24，該點火器24設有 艾子241、保護套242和一燃油霧化噴嘴23，該燃油霧化噴嘴23連接一電磁閥251及其一幫浦燃料箱25，該腔室220連接有一空壓泵浦4，該燃燒系統2使用油氣以提供燃燒的功能，該廢氣緩衝過濾系統3設有一廢氣緩衝單元3A和一過濾單元3B，該廢氣緩衝單元3A設有一廢氣緩衝罩31，該廢氣緩衝罩31上有複數個貫穿孔311，該廢氣緩衝罩31延伸連接一渦形葉片32，該渦形葉片32的中央以一樞軸321樞設於一固定物，該過濾單元3B為一蜂巢式陶瓷濾芯33。因此未過濾的廢氣經由該排氣管1、該燃燒系統2、該廢氣緩衝單元3A至該過濾單元3B的該濾芯33以累積碳顆粒，利用該燃燒系統2所產生的高溫廢氣將附著於該濾芯33的積碳燃燒清除，廢氣最後則從該出氣端12排出。又如中華民國專利第M362299號第一圖所揭露的溫度感測器之感測和過濾系統包含直通式貴金屬觸媒陶瓷濾芯及螺巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯，所述陶瓷濾芯是由氧化鎂、氧化鋁、氧化矽等不同原料依比例混合燒出的陶瓷載體，係該領域通常知識者所能得知，再以陶瓷表面二次加工燃燒填加貴金屬塗料如：白金、鈀金、銠金、鈦金等依不同比例混合，附著在陶瓷表面的貴金屬可將流經過的有毒氣體氧化或還原為無毒之空氣排出。HC、CO可達90%以上，NO_x 也有20%以上之清除率。但第M459905號所揭露的技術方案，請繼續參閱第一圖，該過濾單元3B及第M362299號的過濾系統集中在整體設備裝置的中間段，雖都具有燃燒的系統予以燃燒而輔助再生，但其碳顆粒(微粒子)的累積都將集中於該過濾單元3B的該濾芯33內並隨著時間累積過多時，為了清除碳顆粒，當火焰經由該過濾單元3B及過濾系統進行再生時，將會產生較高的燃燒溫度不僅使該濾芯33容易損壞，而且第M362299號的過濾系統內所披覆的貴金屬觸媒也將容易因為燃燒再生所產生的高溫 而燒裂或熔融，而使得該過濾系統的功效減低，而因此必須進維修廠替換，不僅替換率高且造成使用者維修成本提升的缺憾。是故，如何針對以上所論述之缺失加以改進，即為本案申請人所欲解決之技術困難點所在。

有鑑於習用之缺失，因此本創作之目的在於發展一種供柴油引擎使用之微顆粒再生捕捉裝置，尤指一種多重過濾方式而降低替換率提升使用壽命，使得成本降低的可提升再生效率之微顆粒捕捉裝置。

為了達成以上之目的，本創作提供一種可提升再生效率之微顆粒捕捉裝置，其包含：一燃燒模組，係一端部延伸連通設有一排氣管，該排氣管設有一第一法蘭，該燃燒模組設有一燃燒腔和一點火裝置，該點火裝置固設於該燃燒腔之一側面上，該點火裝置設有一燃燒盤、一點火針、一壓力噴油嘴和一廢氣引流管，該點火針和該壓力噴油嘴固設於該燃燒盤上，該燃燒盤固設該廢氣引流管，該燃燒腔鄰近該點火裝置和該排氣管之內表面上設有一均勻分布的第一顆粒式觸媒層，該燃燒腔內之該第一顆粒式觸媒層旁固設一廢氣緩衝罩，該廢氣緩衝罩延伸固設一導火葉片，該廢氣緩衝罩上均勻分布設有複數個貫穿孔，該燃燒腔上固設有一溫度感測元件，該溫度感測元件延伸設於該廢氣緩衝罩和該導火葉片之間，該燃燒腔另一端部設有一第二法蘭；一蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯，係一端部設有一第三法蘭，該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯另一端部設有一第四法蘭，該燃燒腔之該第二法蘭與該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯之該第三法蘭相結合；一出氣管，係設有一尾端導口和該尾端導口連通延伸的一排氣彎管，該尾端導口一端部設有一第五法蘭，該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯之該第 四法蘭與該尾端導口之該第五法蘭相結合，該尾端導口內表面一端部設有一均勻分布的第二顆粒式觸媒層。

其中該第一顆粒式觸媒層和該第二顆粒式觸媒層的觸媒為 白金、鈀金、銠金、鈦金其中之一或依不同比例混合之貴金屬，且該溫度感測元件為感溫棒，該出氣管上裝設有一攝像裝置，該攝像裝置通訊連接一設於車體上的監視主機。

藉由本創作採用該第一顆粒式觸媒層和該第二顆粒式觸媒 層的顆粒式貴金屬觸媒，利用浸泡式的製程，披覆於再生式微顆粒捕捉裝置之前端與後端，作提前的碳顆粒(微粒子)的捕捉搭配該燃燒模組的輔助燃燒，以及後端具火星(Spark)之碳顆粒(微粒子)的攔截而降低危險及除臭，藉由多重過濾碳顆粒(微粒子)的方式，進行再生時降低原本該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯因高溫時所產生的負擔，以減少柴油引擎碳顆粒(微粒子)再生系統進廠維修的頻率，降低替換率而提升使用壽命，能使得使用者維護成本降低之功效產生。

〔習用〕

1‧‧‧排氣管

11‧‧‧進氣端

12‧‧‧出氣端

2‧‧‧燃燒系統

21‧‧‧外管體

210‧‧‧燃燒腔

22‧‧‧腔體

220‧‧‧腔室

23‧‧‧燃油霧化噴嘴

24‧‧‧點火器

241‧‧‧艾子

242‧‧‧保護套

25‧‧‧幫浦燃料箱

251‧‧‧電磁閥

3‧‧‧廢棄緩衝過濾系統

3A‧‧‧廢氣緩衝單元

3B‧‧‧過濾單元

31‧‧‧廢氣緩衝罩

311‧‧‧貫穿孔

32‧‧‧渦形葉片

321‧‧‧樞軸

33‧‧‧濾芯

4‧‧‧空壓泵浦

〔本創作〕

5‧‧‧燃燒模組

5A‧‧‧端部

5B‧‧‧側面

5C‧‧‧端部

50‧‧‧排氣管

50A‧‧‧第一法蘭

51‧‧‧燃燒腔

51A‧‧‧第一顆粒式觸媒層

51B‧‧‧第二法蘭

52‧‧‧點火裝置

521‧‧‧燃燒盤

522‧‧‧點火針

523‧‧‧壓力噴油嘴

524‧‧‧廢氣引流管

53‧‧‧廢氣緩衝罩

53A‧‧‧貫穿孔

54‧‧‧導火葉片

55‧‧‧溫度感測元件

6‧‧‧蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯

6A‧‧‧端部

6B‧‧‧第三法蘭

6C‧‧‧端部

6D‧‧‧第四法蘭

7‧‧‧出氣管

7A‧‧‧第二顆粒式觸媒層

71‧‧‧尾端導口

71A‧‧‧端部

71B‧‧‧第五法蘭

71C‧‧‧端部

72‧‧‧排氣彎管

100‧‧‧隱藏式機盒

200‧‧‧電瓶

300‧‧‧主機控制面板

400‧‧‧高壓點火器

500‧‧‧幫浦燃料箱

600‧‧‧旁通閥門

600A‧‧‧第六法蘭

700‧‧‧碳顆粒

800‧‧‧具火星的碳顆粒

900‧‧‧攝像裝置

901‧‧‧監視主機

第一圖係習用淨化處理裝置結構之實施示意圖。

第二圖係本創作較佳實施例之平面結構示意圖。

第三圖係本創作較佳實施例之平面結構實施示意圖。

第四圖係本創作較佳實施例之平面結構控制實施示意圖。

第四之A圖係本創作較佳實施例之碳顆粒(微粒子)流經方向實施示意圖。

第四之B圖係本創作較佳實施例之第一道顆粒式觸媒捕捉碳顆粒實施示意 圖。

第四之C圖係本創作較佳實施例之第二道顆粒式觸媒捕捉具有火星之碳顆粒實施示意圖。

為了使 貴審查委員能清楚了解本創作之內容，係以下列說明搭配圖式，敬請參閱之。

請參閱第二圖所示，本創作提供一種可提升再生效率之微顆粒捕捉裝置，其包含：一燃燒模組5、一蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6及一出氣管7。

該燃燒模組5係一端部5A延伸連通設有一排氣管50，該排氣管50設有一第一法蘭50A，使得該第一法蘭50A結合於柴油引擎所要排出廢氣之相關管路上，該燃燒模組5設有一燃燒腔51和一點火裝置52，該燃燒腔51原則上為近圓柱形，以提供較小的占據體積，但該燃燒腔51不排除為任何只要能形成燃燒空間之腔體的形狀，該點火裝置52固設於該燃燒腔51之一側面5B上，該點火裝置52設有一燃燒盤521、一點火針522、一壓力噴油嘴523和一廢氣引流管524，該點火針522和該壓力噴油嘴523固設於該燃燒盤521上，該燃燒盤521固設該廢氣引流管524，該燃燒腔51鄰近該點火裝置52和該排氣管50之內表面上設有一均勻分布的第一顆粒式觸媒層51A，該第一顆粒式觸媒層51A的觸媒可為白金、鈀金、銠金、鈦金其中之一或依不同比例混合之貴金屬，該燃燒腔51內之該第一顆粒式觸媒層51A旁固設一廢氣緩衝罩53，該廢氣緩衝罩53延伸固設一導火葉片54，該廢氣緩衝罩53上均勻分布設有複數個貫穿孔53A，該燃燒腔51上固設有一溫度感測元件55，於本實施例 中該溫度感測元件55為感溫棒，該溫度感測元件55延伸設於該廢氣緩衝罩53和該導火葉片54之間，該燃燒腔51另一端部5C設有一第二法蘭51B。

該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6係一端部6A設有一第三法 蘭6B，該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6另一端部6C設有一第四法蘭6D，該燃燒腔51之該第二法蘭51B與該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6之該第三法蘭6B相結合，該第二法蘭51B與該第三法蘭6B的結合方式可為螺接、焊接、鉚接等其中之一或混和方式結合，該燃燒模組5形成第一道及該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6形成第二道的過濾系統，該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6的結構、工作原理等化學反應均為柴油引擎觸媒濾煙器領域人員所能熟知，在此不加以贅述。

該出氣管7係設有一尾端導口71和該尾端導口71連通延伸的 一排氣彎管72，該尾端導口71一端部71A設有一第五法蘭71B，該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6之該第四法蘭6D與該尾端導口71之該第五法蘭71B相結合，該第四法蘭6D與第五法蘭71B的結合方式可為螺接、焊接、鉚接等其中之一或混和方式結合，該尾端導口71內表面一端部71C設有一均勻分布的第二顆粒式觸媒層7A，該第二顆粒式觸媒層7A的觸媒可為白金、鈀金、銠金、鈦金其中之一或依不同比例混合之貴金屬，於本實施例中該出氣管7上裝設有一攝像裝置900。

請繼續參閱第三圖所示，其中本創作可將原本的柴油引擎車 的消音管給拆除，以本創作予以取代，且該排氣管50的該第一法蘭50A可結合一旁通閥門600所具有的一第六法蘭600A上，該旁通閥門600連接於一柴油車上的隱藏式機盒100作為當柴油引擎背壓達安全設定值時而手動或自 動開啟，柴油引擎的廢氣得以從該旁通閥門600排出，以保持柴油引擎的正常運轉，該溫度感測元件55連接該隱藏式機盒100，該點火針522連接一高壓點火器400，該壓力噴油嘴523連接一幫浦燃料箱500，該幫浦燃料箱500包含有油箱、油泵及高壓油管，該高壓點火器400與該幫浦燃料箱500連接該隱藏式機盒100，該隱藏式機盒100連接一電瓶200和一主機控制面板300，該主機控制面板300、該隱藏式機盒100、該電瓶200、該高壓點火器400、該幫浦燃料箱500均為柴油車上可裝設的裝置，本實施例中該幫浦燃料箱500可裝填無鉛汽油或柴油使用，該攝像裝置900通訊連接一設於車體上的監視主機901。

請繼續參閱第四圖所示，其中柴油車的駕駛者可操作該主機 控制面板300經由該隱藏式機盒100並藉由該電瓶200的供電，除了控制該旁通閥門600的手動或自動排氣，以及該高壓點火器400、該點火針522、該壓力噴油嘴523及該幫浦燃料箱500形成的產生火焰之明火的噴射，且該燃燒腔51內燃燒的溫度藉由該溫度感測元件55的偵測回傳經由該隱藏式機盒100並於該主機控制面板300顯示讓駕駛者得以判斷該燃燒腔51內溫度的高低，以及藉由該攝像裝置900所攝的影像回傳給柴油車體上的該監視主機901，以利駕駛者透過該監視主機901的觀察，判斷排出的廢氣是否具有火星等狀況。

請繼續參閱第四之A圖所示，其中當柴油引擎初步燃燒後的 廢棄流通經由該旁通閥門600及該排氣管50藉以進入該燃燒腔51內，該廢棄中較大的碳顆粒(微粒子)首先會被吸附在該第一顆粒式觸媒層51A上，該廢氣中較小的碳顆粒及如HC、CO或NO_x 繼續通過該廢氣緩衝罩53之該等貫穿孔53A而直達該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6內以持續累積較小的碳顆粒及產生相關的被動再生(Passive Regeneration)反應，該HC、CO或NO_x 等氣體在 足夠的溫度下與觸媒原子接觸，產生化學反應將有害氣體成分轉化為空氣中的一般氣體如NO₂ 與CO₂ ，且該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6累積在過濾層壁上的較小的碳顆粒的密度達到一定程度時，由於該第一顆粒式觸媒層51A已經預先攔截了較大的碳顆粒，因此當啟動主動再生(Active Regeneration)反應，該點火針522及該壓力噴油嘴523所產生的燃燒火焰將首先燃燒掉該第一顆粒式觸媒層51A上所吸附的較大碳顆粒，當火焰(舌)通過該廢氣緩衝罩53及其該導火葉片54，其火舌將平均分散於該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6之觸媒的表面，以燃燒掉該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6內所累積較小的碳顆粒且能提升有毒氣體的化學變化效果，燃燒時所產生的溫度將降低許多，該第一顆粒式觸媒層51A以提供第一道的較大碳顆粒的攔截，減低該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6的負擔，再者，經由該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6的再生後，該燃燒的廢氣中可能還是有些許具火星(Spark)的碳顆粒，繼續經由該出氣管7的該尾端導口71及該排氣彎管72排出，該第二顆粒式觸媒層7A作為阻擋吸附掉具火星的碳顆粒之滅炎器也提供除臭的功能，廢氣排出該出氣管7時，搭配該攝像裝置900得以觀察，以避免產生火星之燃燒災害，例如於加油站加油時。於本實施例中該第一顆粒式觸媒層51A上吸附較大的碳顆粒燃燒掉後可以重新攔截碳顆粒。

請繼續參閱第四之B圖所示，其中該燃燒腔51內的該第一顆 粒式觸媒層51A係利用浸泡式的製程，將觸媒之貴金屬奈米化吸附於該燃燒腔51毛細孔裡面，因此該第一顆粒式觸媒層51A均勻分布吸附若干較大的碳顆粒700，以形成第一道的碳顆粒(微粒子)的捕捉，實為本創作之特點。

請繼續參閱第四之C圖所示，其中該尾端導口71內的該第二 顆粒式觸媒層7A，亦利用浸泡式的製程，將觸媒之貴金屬奈米化吸附於該尾端導口71毛細孔裡面，因此該第二顆粒式觸媒層7A均勻分布吸附若干燃燒後具火星的碳顆粒800，以形成第二道的碳顆粒(微粒子)的捕捉，實為本創作之特點。

請繼續參閱第二圖所示，藉由本創作採用該第一顆粒式觸媒 層51A和該第二顆粒式觸媒層7A的顆粒式貴金屬觸媒，利用浸泡式的製程，披覆於再生式微顆粒捕捉裝置之前端與後端，作提前的碳顆粒(微粒子)的捕捉搭配該燃燒模組5的輔助燃燒，以及後端具火星(Spark)之碳顆粒(微粒子)的攔截而降低危險及除臭，藉由多重過濾碳顆粒(微粒子)的方式，進行再生時降低原本該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯6因高溫時所產生的負擔，以減少柴油引擎碳顆粒(微粒子)再生系統進廠維修的頻率，降低替換率而提升使用壽命，能使得使用者維護成本降低之功效產生。

以上所論述者，僅為本創作較佳實施例而已，並非用以限定 本創作之範圍；故在不脫離本創作之精神與範疇內所作之等效形狀、構造或組合之變換，皆應涵蓋於本創作之專利範圍內。

5‧‧‧燃燒模組

5A‧‧‧端部

5B‧‧‧側面

5C‧‧‧端部

50‧‧‧排氣管

50A‧‧‧第一法蘭

51‧‧‧燃燒腔

51A‧‧‧第一顆粒式觸媒層

51B‧‧‧第二法蘭

52‧‧‧點火裝置

521‧‧‧燃燒盤

522‧‧‧點火針

523‧‧‧壓力噴油嘴

524‧‧‧廢氣引流管

53‧‧‧廢氣緩衝罩

53A‧‧‧貫穿孔

54‧‧‧導火葉片

55‧‧‧溫度感測元件

6‧‧‧蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯

6A‧‧‧端部

6B‧‧‧第三法蘭

6C‧‧‧端部

6D‧‧‧第四法蘭

7‧‧‧出氣管

7A‧‧‧第二顆粒式觸媒層

71‧‧‧尾端導口

71A‧‧‧端部

71B‧‧‧第五法蘭

71C‧‧‧端部

72‧‧‧排氣彎管

900‧‧‧攝像裝置

Claims (4)

1. 一種可提升再生效率之微顆粒捕捉裝置，其包含：一燃燒模組，係一端部延伸連通設有一排氣管，該排氣管設有一第一法蘭，該燃燒模組設有一燃燒腔和一點火裝置，該點火裝置固設於該燃燒腔之一側面上，該點火裝置設有一燃燒盤、一點火針、一壓力噴油嘴和一廢氣引流管，該點火針和該壓力噴油嘴固設於該燃燒盤上，該燃燒盤固設該廢氣引流管，該燃燒腔鄰近該點火裝置和該排氣管之內表面上設有一均勻分布的第一顆粒式觸媒層，該燃燒腔內之該第一顆粒式觸媒層旁固設一廢氣緩衝罩，該廢氣緩衝罩延伸固設一導火葉片，該廢氣緩衝罩上均勻分布設有複數個貫穿孔，該燃燒腔上固設有一溫度感測元件，該溫度感測元件延伸設於該廢氣緩衝罩和該導火葉片之間，該燃燒腔另一端部設有一第二法蘭；一蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯，係一端部設有一第三法蘭，該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯另一端部設有一第四法蘭，該燃燒腔之該第二法蘭與該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯之該第三法蘭相結合；一出氣管，係設有一尾端導口和該尾端導口連通延伸的一排氣彎管，該尾端導口一端部設有一第五法蘭，該蜂巢式貴金屬觸媒陶瓷濾芯之該第四法蘭與該尾端導口之該第五法蘭相結合，該尾端導口內表面一端部設有一均勻分布的第二顆粒式觸媒層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可提升再生效率之微顆粒捕捉裝置，其中該第一顆粒式觸媒層和該第二顆粒式觸媒層的觸媒為白金、鈀金、銠金、鈦金其中之一或依不同比例混合之貴金屬。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可提升再生效率之微顆粒捕捉裝置，其中該溫度感測元件為感溫棒。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可提升再生效率之微顆粒捕捉裝置，其中該出氣管上裝設有一攝像裝置，該攝像裝置通訊連接一設於車體上的監視主機。