TW201727042A

TW201727042A - 柴油引擎排煙淨化的高階處理裝置

Info

Publication number: TW201727042A
Application number: TW105102275A
Authority: TW
Inventors: wen-le Chen
Original assignee: wen-le Chen
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2017-08-01

Abstract

一種柴油引擎排煙淨化的高階處理裝置，包括有一連通管道、複數觸媒轉化器、複數直通式陶瓷濾芯與至少一壁流式濾芯，該等觸媒轉化器以彼此間隔地設於該連通管道之廢氣流動路徑的前端，該直通式陶瓷濾芯與壁流式濾芯則以彼此間隔地設於該連通管道之廢氣流動路徑的後端，且該直通式陶瓷濾芯與壁流式濾芯均經過含浸尿素或氨並且乾燥處理，使在引擎內尚未完全燃燒殆盡的碳粒子與一氧化碳、碳氫化合物等黑煙廢氣在經由排氣管排放時，可被前端之觸媒轉化器直接燃燒淨化，而其他有毒廢氣如氮氧化物(NOx)等，則可在通過後端之直通式陶瓷濾芯與壁流式濾芯時被尿素或氨加以分解還原成氮氣與水分，以降低對環境的污染。

Description

柴油引擎排煙淨化的高階處理裝置

本發明涉及一種專用於柴油引擎的輕便型觸媒轉化裝置，尤其是一種可以有效將柴油引擎所排出的廢氣完全淨化並清除積碳的裝置。

柴油碳微粒濾清器(diesel particulate filter，縮寫成DPF)的作用是用來捕捉收集柴油車輛燃燒的廢氣並過濾碳微粒。當捕集的碳微粒多到某種程度時，車輛的ECU行車電腦會進行「濾清器再生」運作，將濾清器內的碳微粒燃燒成二氧化碳排出，以淨化過濾器維持過濾功能。

柴油車輛排放的廢氣除了含有碳微粒之外，還包含有會污染環境的氮氧化物(NOx)，因此習知上係以催化還原器(selective catalytic reduction，SCR)來處理氮氧化物，該催化還原器的系統係將尿素經由設於汽車的尿素缸注入燃燒過的廢氣，以將熾熱的廢氣轉化成氨(Ammonia，NH3)，而氨與催化還原器內的氮氧化物(NOx)產生化學還原作用，從而轉換成不影響自然環境的氮(Nitrogen)和水。由於前述的轉換還原作用的柴油和尿素比例通常為20：1(即每使用20份的柴油，便需要1份尿素)，致使尿素的消耗十分快速，必須經常添加才能維持正常運作，使用上非常麻煩，而且十分耗費金錢。

本發明的目的，在於解決習知柴油引擎淨化處理裝置，因尿素的消耗十分快速，必須經常添加才能維持正常運作的使用上麻煩與金錢上的花費。

本發明提供的柴油引擎排煙淨化的高階處理裝置，其特徵係包括有一連通管道、複數觸媒轉化器、複數直通式陶瓷濾芯與至少一壁流式濾芯，該等觸媒轉化器以彼此間隔地設於該連通管道之廢氣流動路徑的前端，該直通式陶瓷濾芯與壁流式濾芯則以彼此間隔地設於該連通管道之廢氣流動路徑的後端，且該直通式陶瓷濾芯與壁流式濾芯均經過含浸尿素或氨並且乾燥處理，使在引擎內尚未完全燃燒殆盡的碳粒子與一氧化碳、碳氫化合物等黑煙廢氣在經由排氣管排放時，可被前端之觸媒轉化器直接燃燒淨化，而其他有毒廢氣如氮氧化物(NOx)等，則可在通過後端之直通式陶瓷濾芯與壁流式濾芯時被尿素或氨加以分解還原成氮氣與水分，以降低對環境的污染。

本發明的技術手段包括有：一連通管道，該連通管道包含有複數腔室，相鄰兩腔室之間由至少一通道連接，進而構成具有位於相對兩端的一廢氣入口與一廢氣出口；複數觸媒轉化器，配置於該廢氣入口之後的連續數個腔室；複數直通式陶瓷濾芯，配置於距離該廢氣入口最遠的該觸媒轉化器之後的連續數個腔室；至少一壁流式濾芯，配置於距離該廢氣入口最遠的該直通式陶瓷濾芯之後的該腔室；其中，該直通式陶瓷濾芯與該壁流式濾芯被預先含浸於尿素溶液或氨溶液內，使尿素溶液或氨溶液滲入該直通式陶瓷濾芯與該壁流式濾芯的毛細孔內再進行乾燥處理，使該直通式陶瓷濾芯與該壁流式濾芯具有可將氮氧化物還原為氮與水的作用。

一較佳的實施例，本發明包括有依序佈置的一第一腔室、一第二腔室、一第三腔室、一第四腔室與一第五腔室，該第二腔室與該第三腔室彼此並聯且共同串聯該第一腔室以及共同串聯該第四腔室，該第五腔室串聯該第四腔室，該第一、第二及第三腔室分別設置一第一觸媒轉化器、一第二觸媒轉化器與一第三觸媒轉化器，該第四腔室軸向地依序設置一第一直通式陶瓷濾芯與一第二直通式陶瓷濾芯，該第五腔室設置一壁流式濾芯。

另一較佳的實施例，本發明可以包括有依序佈置的一第一腔室、一第二腔室、一第三腔室、一第四腔室與一第五腔室，該第二腔室與該第三腔室彼此並聯且共同串聯該第一腔室以及共同串聯該第四腔室，該第五腔室串聯該第四腔室，該第一腔室設置一第一觸媒轉化器，該第二腔室軸向地依序設置一第二觸媒體轉化器與一第一直通式陶瓷濾芯，該第三腔室軸向地依序設置一第三觸媒體轉化器與一第二直通式陶瓷濾芯，該第四腔室軸向地依序設置一第三直通式陶瓷濾芯與一第四直通式陶瓷濾芯，該第五腔室設置一壁流式濾芯。

另一種選擇，本發明可以在第五腔室內以一第五直通式陶瓷濾芯取代壁流式濾芯。

再一較佳的實施例，本發明可以包括有依序佈置的一第一腔室、一第二腔室、一第三腔室與一第四腔室，該第二腔室與該第三腔室彼此並聯且共同串聯該第一腔室以及共同串聯該第四腔室，該第一腔室設置一第一觸媒轉化器，該第二腔室軸向地依序設置一第二觸媒體轉化器與一第一直通式陶瓷濾芯，該第三腔室軸向地依序設置一第三觸媒體轉化器與一第二直通式陶瓷濾芯，該第四腔室設置一壁流式濾芯。

較佳者，本發明在該第一腔室、第二腔室與第三腔室之間以一第一分流通道連接，該第二腔室、第三腔室與第四腔室之間以一第二分流通道連接。

較佳者，本發明在該第四腔室與該第五腔室之間以一直通道連接。

另一實施例中，本發明可以在該第二分流通道與該第五腔室之間以一直通道連接。

本發明的優點在於：將本發明安裝於車輛後，車輛於行駛時就可自動把廢氣中尚存的碳粒子利用觸媒轉化器燃燒淨化，而不需先進行捕集後再進行ECU行車電腦進行「濾清器再生」。此外，本發明不需要如習知同類裝置般地必須經常添加尿素即能運作，當直通式陶瓷濾芯與壁流式濾芯逐漸失效還原作用時，只要再將尿素或氨水從廢氣出口噴入以讓直通式陶瓷濾芯與壁流式濾芯再吸收滲入即可，使用非常方便。

1‧‧‧連通管道

11‧‧‧廢氣入口

12‧‧‧廢氣出口

13‧‧‧第一腔室

14‧‧‧第二腔室

15‧‧‧第三腔室

16‧‧‧第四腔室

17‧‧‧第五腔室

18a‧‧‧第一分流通道

18b‧‧‧第二分流通道

19‧‧‧直通道

2a‧‧‧第一觸媒轉化器

2b‧‧‧第二觸媒轉化器

2c‧‧‧第三觸媒轉化器

3a‧‧‧第一直通式陶瓷濾芯

3b‧‧‧第二直通式陶瓷濾芯

3c‧‧‧第三直通式陶瓷濾芯

3d‧‧‧第四直通式陶瓷濾芯

3e‧‧‧第五直通式陶瓷濾芯

4‧‧‧壁流式濾芯

第一圖為顯示本發明之第一實施例之平面剖視示意圖；第二圖為顯示本發明之第二實施例之平面剖視示意圖；以及第三圖為顯示本發明之第三實施例之平面剖視示意圖。

以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在閱讀本說明書後能據以實施。

《第一實施例》

如第一圖所示，本發明提供的柴油引擎排煙淨化的高階處理裝置，其第一實施例可以包括有一連通管道1，該連通管道1包含有依序佈置的一第一腔室13、一第二腔室14、一第三腔室15、一第四腔室16與一第五腔室17，其中，第二腔室14與第三腔室15彼此並聯且經由一Y形的第一分流通道18a共同串聯第一腔室13，以及經由一Y形的第二分流通道18b共同串聯第四腔室16；第五腔室17則經由一長通道19串聯第四腔室16；第一腔室13的前端連接一廢氣入口11；第五腔室17的末端則連接一廢氣出口12。

所述第一實施例係在第一、第二及第三腔室13、14、15內分別設置一第一觸媒轉化器2a、一第二觸媒轉化器2b與一第三觸媒轉化器2c，第四腔室16內軸向地依序設置一第一直通式陶瓷濾芯3a與一第二直通式陶瓷濾芯3b；第五腔室17內則設置一壁流式濾芯4。所述觸媒轉化器係用於降低從引擎排放出來的有毒的一氧化碳90%和碳氫化合物85%，其組成成份係採用堇青石(COERIERITE)陶瓷擠出成型，再加工而成。堇青石是一種優越的耐熱材料(熔點達1400度C)，其熱膨脹係數接近於零，因此，可忍受急遽之溫差，而且，在高溫下(1200度C以下)其機械強度反而隨溫度上升而增加。

所述直通式陶瓷濾芯係應用堇青石陶瓷多孔性之特性來捕捉柴油引擎所排放之粒狀汙染物，濾芯的每一個通道在一端是開口，而在另一端則予以封閉，因此，迫使排氣由多孔之陶瓷壁穿過。由於煙灰之顆粒較陶瓷壁之孔洞為大，因此將被補捉在通道上。當濾心負荷到達極限時，這些煙灰必須被點燃燒掉(氧化)才能恢復濾芯之功能，此煙灰氧化的步驟稱之為「再生」。為了降低背壓，避免影響引擎之馬力，一般建議採用引擎排氣量2倍以上之陶瓷濾芯容量為標準。

所述壁流式濾芯係採用金屬顆粒集器加上披覆氧化觸媒(DOC)，它是由多層帶有鏟型結構的金屬波紋板含金屬絲網板捲繞而成，再加工而成的金屬蜂巢式濾芯。DOC在適當的溫度範圍內(200℃-450℃)不斷生成NO2並流入顆粒捕集器，NO2與沉積在金屬纖維氈板上的碳顆粒在適當的溫度範圍內(200℃-450℃)持續發生氧化再生反應，這一過程稱之為連續被動再生。顆粒捕集器與DOC共同作用來降低廢氣中的碳顆粒。

前述第一及第二直通式陶瓷濾芯3a、3b與壁流式濾芯4被預先含浸於尿素溶液或氨溶液內，使尿素溶液或氨溶液滲入該直通式陶瓷濾芯與該壁流式濾芯的毛細孔內後再進行乾燥處理，使該直通式陶瓷濾芯與該壁流式濾芯具有可將氮氧化物還原為氮與水的作用。

本發明安裝於車輛後的運作方式為：當柴油引擎排放的廢氣由連通管道1一端之廢氣入口11進入而從另一端的廢氣出口12排出的過程中，廢氣首先進入第一腔室13並快速地通過第一觸媒轉化器2a再通過第一分流通道18a而通過第二腔室14與第二腔室15中的第二觸媒轉化器2b與第三觸媒轉化器2c，然後再匯流通過第四腔室16中的第一直通式陶瓷濾芯3a與第二直通式陶瓷濾芯3b，使在引擎內尚未完全燃燒殆盡的碳粒子與一氧化碳、碳氫化合物等黑煙廢氣在經由排氣管排放時，可被前端之第一至第三觸媒轉化器2a、2b、2c的高溫直接燃燒淨化，而其他有毒廢氣如氮氧化物(NOx)等，則可在通過後端之第一與第二直通式陶瓷濾芯3a、3b與壁流式濾芯4時被尿素或氨加以分解還原成氮氣與水分，以降低對環境的污染。

《第二實施例》

如第二圖所示，本發明提供的柴油引擎排煙淨化的高階處理裝置，其第二實施例可以包括有一連通管道1，該連通管道1包含有依序佈置的一第一腔室13、一第二腔室14、一第三腔室15、一第四腔室16與一第五腔室17，其中，第二腔室14與第三腔室15彼此並聯且經由一Y形的第一分流通道18a共同串聯第一腔室13，以及經由一Y形的第二分流通道18b共同串聯第四腔室16；第五腔室17則經由一長通道19串聯第四腔室16；第一腔室13的前端連接一廢氣入口11；第五腔室17的末端則連接一廢氣出口12。

所述第二實施例係在第一腔室13內設置一第一觸媒轉化器2a；在第二腔室內14依序軸向排列地設置一第二觸媒轉化器2b與一第一直通式陶瓷濾芯3a；在第三腔室15內依序軸向排列地設置一第三觸媒轉化器2c與一第二直通式陶瓷濾芯3b；第四腔室16內軸向地依序設置一第三直通式陶瓷濾芯3c與一第四直通式陶瓷濾芯3d；第五腔室17內則設置一壁流式濾芯4。

該第二實施例的運作方式為：當柴油引擎排放的廢氣由連通管道1一端之廢氣入口11進入而從另一端的廢氣出口12排出的過程中，廢氣首先進入第一腔室13並快速地通過第一觸媒轉化器2a再通過第一分流通道18a而通過第二腔室14中的第二觸媒轉化器2b與第一直通式陶瓷濾芯3a，以及通過第三腔室15中的第三觸媒轉化器2c與第二直通式陶瓷濾芯3b，然後再匯流通過第四腔室16中的第三直通式陶瓷濾芯3c與第四直通式陶瓷濾芯3d，以及通過第五腔室17中的壁流式濾芯4，使在引擎內尚未完全燃燒殆盡的碳粒子與一氧化碳、碳氫化合物等黑煙廢氣在經由排氣管排放時，可被前端之第一至第三觸媒轉化器2a、2b、2c的高溫直接燃燒淨化，而其他有毒廢氣如氮氧化物(NOx)等，則可在通過後端之第一至第四直通式陶瓷濾芯3a至3d與壁流式濾芯4時被尿素或氨加以分解還原成氮氣與水分，以降低對環境的污染。

《第三實施例》

如第三圖所示，本發明提供的柴油引擎排煙淨化的高階處理裝置，其第三實施例可以包括有一連通管道1，該連通管道1包含有依序佈置的一第一腔室13、一第二腔室14、一第三腔室15與一第四腔室16，其中，第二腔室14與第三腔室15彼此並聯且經由一Y形的第一分流通道18a共同串聯第一腔室13，以及經由一Y形的第二分流通道18b共同串聯一直通道15，該直通道15再串聯該第四腔室16；第一腔室13的前端連接一廢氣入口11；第四腔室16的末端則連接一廢氣出口12。

所述第三實施例係在第一腔室13內設置一第一觸媒轉化器2a；在第二腔室內14依序軸向排列地設置一第二觸媒轉化器2b與一第一直通式陶瓷濾芯3a；在第三腔室15內依序軸向排列地設置一第三觸媒轉化器2c與一第二直通式陶瓷濾芯3b；第四腔室16內則設置一壁流式濾芯4。

該第三實施例的運作方式為：當柴油引擎排放的廢氣由連通管道1一端之廢氣入口11進入而從另一端的廢氣出口12排出的過程中，廢氣首先進入第一腔室13並快速地通過第一觸媒轉化器2a再通過第一分流通道18a而通過第二腔室14中的第二觸媒轉化器2b與第一直通式陶瓷濾芯3a，以及通過第三腔室15中的第三觸媒轉化器2c與第二直通式陶瓷濾芯3b，然後再匯流通過第四腔室16中的壁流式濾芯4，使在引擎內尚未完全燃燒殆盡的碳粒子與一氧化碳、碳氫化合物等黑煙廢氣在經由排氣管排放時，可被前端之第一至第三觸媒轉化器2a、2b、2c的高溫直接燃燒淨化，而其他有毒廢氣如氮氧化物(NOx)等，則可在通過後端之第一及第二直通式陶瓷濾芯3a至3d與壁流式濾芯4時被尿素或氨加以分解還原成氮氣與水分，以降低對環境的污染。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖具以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之創作精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。