专利名称：用于内燃机的排气净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如安装在摩托车中的用于内燃机的排气净化系统。
技术背景通常，来自发动机(安装在摩托车中的内燃机等)的排气被排放到空 气中。然而优选的是，在排放排气之前，尽可能地净化排气。因此，传统 上，催化剂被设置在来自发动机的排气经由其排出的排气管的中途，从而 由催化剂促进净化。下面所述的系统是一种已知的利用催化剂净化排气的常规排气净化系 统(例如，参见专利文件l)。就是说，在常规的排气净化系统中，第一、第二和第三催化剂从排气 管的上游朝向下游被逐一布置在排气管的中途部分。并且，第一补充空气 引入管在发动机和第一催化剂之间的位置处被连接到排气管的中途部分。 第二补充空气引入管经由切换阀从第一补充空气引入管的中途分支出来， 其在第二和第三催化剂之间的位置处被连接到排气管的中途部分。此外，当通过从控制器到切换阀的信号输出将第一补充空气引入管与排气管连通时，第一、第二和第三催化剂净化(促进氧化)CO和THC。 当通过从控制器到切换阀的信号输出将第二补充空气引入管与排气管连通 时，NOx在第一和第二催化剂处被还原，并且CO和THC在第三催化剂处 被氧化。专利文件l: JP-A-Hei 5-32165
发明内容<本发明要解决的技术问题>在传统技术中，当通过从控制器到切换阀的信号输出将第二补充空气 引入管与排气管连通时，排气中所包含的NOx在第一和第二催化剂处被还原，并且排气中所包含的CO和THC在第三催化剂处被氧化。但是，根据传统技术的第一和第二催化剂不是考虑适用于还原N(X的 材料来形成的。第三催化剂也不是考虑适用于氧化CO和THC的材料来形 成的。因此，存在这三个催化剂不能按需要充分净化NOx、 CO或THC的 问题。此外，当通过从控制器到切换阀的信号输出将第一补充空气引入管与 排气管连通时，三个催化剂(第一催化剂、第二催化剂和第三催化剂)被 用于氧化排气中所包含的CO和THC。因此，存在排气中所包含的NOx不 能被充分还原的问题。考虑到上述问题完成了本发明，并且本发明涉及一种用于内燃机的排 气净化系统，其中通过使用三个催化剂，可以有效地完成排气中所包含的 NOx的还原以及CO和THC的氧化。<解决问题的手段〉为了解决传统技术的问题，根据本发明的用于内燃机的排气净化系统 是一种如下的用于内燃机的排气净化系统，其包括排气管，用于排放来 自内燃机的排气；第一催化剂，其设置在所述排气管的中途部分中，用于 至少还原所述排气中所包含的NOx;第二催化剂，其设置在所述排气管的 较之所述第一催化剂更靠下游的中途部分中，用于至少还原从所述第一催 化剂流出的排气中所包含的排气成分中的NOx;第三催化剂，其设置在所 述排气管的较之所述第二催化剂更靠下游的中途部分中，并且由与所述第 一催化剂和所述第二催化剂不同的材料形成，用于至少氧化从所述第二催 化剂流出的排气中所包含的排气成分中的CO和THC;以及补充空气引入 管，其在所述第二催化剂和所述第三催化剂之间的位置处设置到所述排气 管，用于将补充空气引入到所述排气管中。在具有这样的结构的本发明中，补充空气在用于还原排气中所包含的 排气成分中的NC^的第二催化剂和类似地用于还原排气成分中的NOJ勺第三催化剂之间的位置处被引入到排气管中。因此，通过使用两个催化剂 (第一催化剂和第二催化剂)，可以可靠地还原来自内燃机的排气中所包 含的NOx，并且在由不同于第一和第二催化剂的材料形成的第三催化剂处，CO和THC也可以被补充空气可靠地氧化。在本发明的一个方面中，所述排气管在所述第一催化剂和所述第二催 化剂之间的位置处可以设置有另一个补充空气引入管，用于将补充空气引 入到所述排气管中。在具有这样的结构的本发明中，在第二和第三催化剂 处，CO和THC可以被由所述另一个补充空气引入管引入到排气管中的补 充空气更有效地氧化。在本发明的一个方面中，所述另一个补充空气引入管具有流动控制 阀，用于控制从所述引入管引入到所述排气管中的补充空气流。在具有这 样的结构的本发明中，从所述另一个补充空气引入管引入到排气管中的补 充空气流由控制阀控制，从而可以适当地调控在第二和第三催化剂处被补 充空气氧化的CO和THC的氧化量。根据本发明的用于内燃机的排气净化系统是一种如下的用于内燃机的 排气净化系统，其包括排气管，用于排放来自内燃机的排气；第一催化 剂，其设置在所述排气管的中途部分中，用于净化所述排气；第二催化 剂，其设置在所述排气管的较之所述第一催化剂更靠下游的中途部分中， 用于净化从所述第一催化剂流出的排气；第三催化剂，其设置在所述排气 管的较之所述第二催化剂更靠下游的中途部分中，用于净化从所述第二催 化剂流出的排气；第一补充空气引入管，其在所述第一催化剂和所述第二 催化剂之间的位置处设置到所述排气管，用于将补充空气引入到所述排气 管中；以及第二补充空气引入管，其在所述第二催化剂和所述第三催化剂 之间的位置处设置到所述排气管，用于将补充空气引入到所述排气管中。在具有这样的结构的本发明中，补充空气在第一和第二催化剂之间的 位置处通过第一补充空气引入管被引入到排气管中。因此，在第一催化剂 处，来自内燃机的排气中所包含的诸如NOx的排气物质可以被可靠地还 原，并且通过使用两个催化剂(第二和第三催化剂)，可以由补充空气可 靠地氧化排气中所包含的诸如CO和THC的排气物质。并且，补充空气在第二和第三催化剂之间的位置处通过第二补充空气引入管被引入到排气管中。因此，在第三催化剂处可以由补充空气更可靠地氧化诸如CO和THC 的排气物质。在本发明的一个方面中，所述第一补充空气引入管具有流动控制阀， 用于控制从所述引入管引入到所述排气管中的补充空气的流量。在具有这 样的结构的本发明中，从第一补充空气引入管引入到排气管中的补充空气 的流量由流动控制阀控制，从而可以适当地调控在第二和第三催化剂处被 补充空气氧化的CO和THC的氧化量。<本发明的效果>在根据本发明的用于内燃机的排气净化系统中，补充空气在第二和第 三催化剂之间的位置处被引入到排气管中。因此，通过使用两个催化剂 (第一和第二催化剂)，可以可靠地还原来自内燃机的排气中所包含的诸 如NOx的排气物质，并且在由不同于第一和第二催化剂的材料形成的第三 催化剂处，CO和THC可以被补充空气可靠地氧化。因此，通过使用三个 催化剂，可以充分地净化排气中所包含的诸如NOx、 CO和THC的排气物 质。
图1是根据本发明第一实施例的用于内燃机的排气净化系统的总图。 图2是示出了图1中的诸如排气管的基本部分和第一、第二和第三催 化剂的放大图。图3是示出了根据本发明第二实施例的用于内燃机的排气净化系统的 排气管、第一、第二和第三催化剂等的视图。图4是示出了根据本发明第三实施例的用于内燃机的排气净化系统的 排气管、第一、第二和第三催化剂等的视图。图5是示出了根据本发明第四实施例的用于内燃机的排气净化系统的 排气管、第一、第二和第三催化剂等的视图。图6是示出了根据本发明第五实施例的用于内燃机的排气净化系统的排气管、第一、第二和第三催化剂等的视图。图7是示出了根据本发明第六实施例的用于内燃机的排气净化系统的 排气管、第一、第二和第三催化剂等的视图。图8是示出了根据本发明第七实施例的用于内燃机的排气净化系统的排气管、第一、第二和第三催化剂等的视图。图9是示出了根据本发明的变例的用于内燃机的排气净化系统的排气管、第一、第二和第三催化剂等的视图。标号说明1， 60， 90， 120， 230:排气净化系统13， 210:簧片阀20， 20A:排气管50， 50A:第三催化剂40， 40A， 70， 100， 240:第二催化剂30:第一催化剂60， 80， 110， 190:补充空气引入管130， 160， 200， 250:其它补充空气引入管140， 170， 220， 260:簧片阀(流动控制阀)具体实施方式
下面将参考图1和图2描述根据本发明的实施例的用于内燃机的排气 净化系统。根据本发明的实施例的用于内燃机的排气净化系统1被例如安 装在摩托车中，并且包括发动机10、排气管20、第一催化剂30、第二催 化剂40、第三催化剂50以及补充空气引入管60。发动机IO例如被安装在摩托车中。在发动机10中，来自空气清洁器 11的空气和来自燃料供应设备14的燃料被混合并且供应(喷射)到发动 机10的气缸(没有示出)中。燃料在发动机中燃烧，由此发动机10中的 活塞(没有示出)被驱动(往复运动)。此外，氧传感器(没有示出)被 安装在排气管20的较之补充空气引入管60的开口更靠下游和较之第三催化剂50更靠上游的部分，或者安装在靠近下面所述的消声器12的下游端 的部分。来自氧传感器的输出信号被输入到控制器(没有示出)。在燃料供应设备14中，通过控制器基于来自氧传感器的输出信号控制供应到发 动机10中的燃料量，使得从排气管20排出的排气为化学计量空气-燃料 比。排气管20的上游端被连接到发动机10。排气管20排放发动机10中 的经燃烧的混合物(燃料和空气)的排气。排气包含诸如NOx、 CO和 THC的排气物质。用于减小将排气排放到外部时的排气声音的消声器12 被安装在排气管20的下游端。第一催化剂30是还原催化剂，其包含贵金属部分，所述贵金属部分 具有作为其主要成分的铑。第一催化剂30被安装到排气管20的上游部 分，例如安装在排气管道中。此外，第一催化剂30主要促进在排气管20 中流动的排气中所包含的NOx的还原。类似于第一催化剂30，第二催化剂40是还原催化剂，其包含贵金属 部分，所述贵金属部分具有作为其主要成分的铑。第二催化剂30在处于 消声器12中的较之第一催化剂30更靠下游的位置处被安装到排气管20 中。此外，第二催化剂40主要促进在排气管20中流动的排气中所包含的 NOx的还原。第三催化剂50是包含贵金属部分的氧化催化剂，所述贵金属部分具 有作为其主要成分的钯，其是与第一催化剂30和第二催化剂40不同的材 料。第三催化剂50在处于消声器12中的较之第二催化剂40更靠下游的位 置处被安装到排气管20中。第三催化剂50主要促进在排气管20中流动的 排气中所包含的CO和THC的氧化。补充空气引入管60的上游端被连接到空气清洁器11。补充空气引入 管60的下游端在消声器12中的处于第二催化剂40和第三催化剂50之间 位置被连接到排气管20。补充空气引入管60在第二催化剂40和第三催化 剂50之间的位置处从空气清洁器11经由簧片阀13向排气管20恒定地供 应外部空气。由此，促进第三催化剂50处的CO和THC的氧化。在本实施例中，因为补充空气引入管60在第二催化剂40和第三催化剂50之间的位置处连接到排气管20，所以从补充空气引入管60供应到排 气管20的空气被供应到第三催化剂50。但是，空气中的一部分逆行到排 气管20的上游，并且也被供应到第二催化剂40。因此，虽然在第二催化 剂40处发生NOx的还原反应，但是也发生CO和THC的氧化反应。结 果，NOx不能仅仅通过第二催化剂40而被充分还原。因此，在本实施例中，第一催化剂30被布置在较之第二催化剂40更 靠上游的部分中。因此，从补充空气引入管60在排气管20中向上游流动 (逆行)的空气可以被阻断在第二催化剂40处，由此NOx可以在第二催 化剂40处被还原，而且N(X可以在第一催化剂30处被充分还原。此外， 排气中所包含的CO和THC可以在第三催化剂50处由来自补充空气引入 管60的补充空气充分氧化。因此，利用本实施例，利用三个催化剂30， 40和50可以有效地进行 NOx的还原和CO和THC的氧化。因此，可以提高排气净化系统1的性 能、可靠性等。在本实施例中，因为还原催化剂被分成两个催化剂30和40，所以当 发动机10起动并且仍然不热时，第一催化剂30可以被迅速活化。由此， 其它两个催化剂40和50也因为催化剂30的活化而被迅速活化。就是说， 第一催化剂30除了充当用于NOx的还原催化剂之外，还可以充当用于迅 速活化其它两个催化剂40和50的"预热器"。因而，在起动发动机之 后，可以立即开始NOx的还原和CO和THC的氧化。结果，可以提高对 排气的三种成分的净化。此外，因为还原催化剂被分成两个催化剂30和40，所以使得催化剂 30和40中的每一个更小。因此，在第一催化剂30被布置在排气管中的情 况下，这样的结构可以容易地满足诸如车辆的倾斜角度和外观之类的布置 要求。优选地，第一催化剂30应该不通过增大其径向尺寸而是通过增大长 度方向的尺寸来获得必要的体积。这样的结构可以满足上述的布置要求， 可以有效地升高流入到第二催化剂40和第三催化剂50中的排气的温度。 因此，催化剂30， 40和50可以被更迅速地活化。接着，图3示出了根据本发明的第二实施例。在本实施例中，相同的 标号将被赋予与第一实施例相同的结构元件，并且对其的描述将被省略。根据本实施例的用于内燃机的排气净化系统60包括发动机(没有示出)、排气管20、第一催化剂30、第二催化剂70、第三催化剂50以及补 充空气引入管80。
类似于第一实施例中所述的第二催化剂40，第二催化剂70主要促进 在排气管20中流动的排气中所包含的NOJ勺还原。但是，第二催化剂70 与第一实施例中的第二催化剂的不同之处在于，催化剂70被安装在排气 管20中较之消声器12更靠上游的部分中。补充空气引入管80在第二催化 剂70和第三催化剂50之间的位置处被连接到排气管20。
利用此具有这样结构的实施例，通过使用三个催化剂30、 70和50， 除了CO和THC之外，还可以充分地净化NOx，因此可以实现与第一实施 例几乎等同的作用和效果。
接着，图4示出了根据本发明的第三实施例。在本实施例中，相同的 标号将被赋予与第一实施例相同的结构元件，并且对其的描述将被省略。根据本实施例的用于内燃机的排气净化系统90包括发动机(没有示 出)、排气管20、第一催化剂30、第二催化剂100、第三催化剂50以及 补充空气引入管110。
类似于第一实施例中所述的第二催化剂40，第二催化剂IOO主要促进 在排气管20中流动的排气中所包含的NOx的还原。但是，第二催化剂IOO 与第一实施例中的第二催化剂的不同之处在于，催化剂100被安装在排气 管20中较之消声器12更靠上游的部分中。类似于根据第一实施例的补充空气引入管60，补充空气引入管IIO在 第二催化剂100和第三催化剂50之间的位置处被连接到排气管20。但 是，补充空气引入管110与第一实施例中的补充空气引入管的不同之处在 于，其被连接到排气管20较之消声器12更靠上游的部分中。因此，冷的 补充空气被直接供应到排气管20，而没有在消声器12处被升温，使得补 充空气的氧浓度可以更高。由此，可以提高第三催化剂50处的CO和 THC的燃烧效率(氧化效率)。利用此具有这样的结构的实施例，通过使用三个催化剂30、 100和 50，除了CO和THC之外，还可以充分地净化NOx，因此可以实现与第一 实施例几乎等同的作用和效果。接着，图5示出了根据本发明的第四实施例。在本实施例中，相同的 标号将被赋予与第一实施例相同的结构元件，并且对其的描述将被省略。类似于第一实施例，根据本实施例的用于内燃机的排气净化系统120 包括发动机(没有示出)、排气管20、第一催化剂30、第二催化剂40、 第三催化剂50以及补充空气引入管60，所述补充空气引入管60是第一补 充空气引入管。但是，根据本实施例的排气净化系统120与第一实施例中的排气净化 系统的不同之处在于，另一个补充空气引入管130的下游端在消声器12 中处于第二催化剂40和第三催化剂50之间的位置处连接到排气管20。簧片阀140是根据来自控制器(没有示出)的输出信号被电控制来打 开或关闭的流动控制阀，所述簧片阀140设置在第二补充空气引入管130 的中途部分，使得在排气管20中流动的排气具有化学计量空气-燃料比。因此，在要求较之CO和THC的氧化更需要提高NOx的还原的设置 中，来自控制器的输出信号关闭簧片阀140，从而从补充空气引入管130 到排气管20中的补充空气流被阻断。因此，第二催化剂40可以主要用于 NOx的还原。在要求较之NOx的还原更需要提高CO和THC的氧化的设置中，来 自控制器的输出信号打开簧片阀140，从而来自补充空气引入管130的补 充空气流入排气管20中。因此，第二催化剂40可以主要用于CO和THC 的氧化。此外，在此情况下，补充空气可以通过使用两个补充空气引入管 60和130而被引入到排气管20中，由此可以提高引入到排气管20中的补 充空气的流量。因此，CO和THC可以被更有效地氧化。利用此具有这样的结构的实施例，通过使用三个催化剂30、 40和 50，可以充分地净化CO、 THC以及NOx，因此可以实现与第一实施例几 乎等同的作用和效果。接着，图6示出了根据本发明的第五实施例。在本实施例中，相同的标号将被赋予与第一实施例相同的结构元件，并且对其的描述将被省略。类似于第一实施例，根据本实施例的用于内燃机的排气净化系统150包括发动机(没有示出)、排气管20、第一催化剂30、第二催化剂40、 第三催化剂50以及补充空气引入管60，所述补充空气引入管60是第一补 充空气引入管。但是，根据本实施例的排气净化系统150与第一实施例中的排气净化 系统的不同之处在于，作为第二补充空气引入管的另一个补充空气引入管 160的下游端在处于第二催化剂40和第三催化剂50之间的并且较之消声 器12更靠上游的位置处连接到排气管20。此外，簧片阀170是根据来自 控制器(没有示出)的输出信号来打开或关闭的流动控制阀，与第四实施 例类似，所述簧片阀170设置在第二补充空气引入管160的中途部分。利用此具有这样的结构的实施例，可以实现与第四实施例几乎等同的 作用和效果。接着，图7示出了根据本发明的第六实施例。在本实施例中，相同的 标号将被赋予与第一实施例相同的结构元件，并且对其的描述将被省略。根据本实施例的用于内燃机的排气净化系统180包括发动机(没有示 出)、排气管20、第一催化剂30、第二催化剂40、第三催化剂50、作为 第一补充空气引入管的补充空气引入管190以及作为第二补充空气引入管 的另一补充空气引入管200。补充空气引入管190在处于第二催化剂40和第三催化剂50之间并且 较之消声器12更靠上游的位置处连接到排气管20。簧片阀210被连接到 补充空气引入管190的中途部分。补充空气引入管200在第一催化剂30和第二催化剂40之间的位置处 连接到排气管20。簧片阀220是根据来自控制器(没有示出)的输出信号 来打开或关闭的流动控制阀，所述簧片阀220设置在补充空气引入管200 的中途部分。利用此具有这样的结构的实施例，可以实现与第四实施例几乎等同的 作用和效果。接着，图8示出了根据本发明的第七实施例。在本实施例中，相同的标号将被赋予与第一实施例相同的结构元件，并且对其的描述将被省略。根据本实施例的用于内燃机的排气净化系统230包括发动机(没有示 出)、排气管20、第一催化剂30、第二催化剂240、第三催化剂50、作 为第一补充空气引入管的补充空气引入管60以及作为第二补充空气引入 管的另一补充空气引入管250。第二催化剂240被安装在排气管20中较之消声器12更靠上游的位置 上。补充空气引入管250在第一催化剂30和第二催化剂240之间的位置连 接到排气管20。簧片阀260是根据来自控制器(没有示出)的输出信号来 打开或关闭的流动控制阀，所述簧片阀260设置在补充空气引入管250的 中途部分。利用此具有这样的结构的实施例，可以实现与第四实施例几乎等同的 作用和效果。在第一实施例中，以其中排气管20的直径被设为与第一催化剂30和 第二催化剂40相同的示例进行了描述。但是，本发明不限于此，如在图9 所示的变例中，排气管20A可以被形成为具有小于容纳在消声器12中的 第二催化剂40A和第三催化剂50A的直径。在第四实施例中，以其中开关阀被用于允许补充空气的流动或阻断该 流动的示例进行了描述。但是，本发明不限于此，例如可以使用用于可变 地调控补充空气的流量的调控阀。此改进也可以应用于第五、第六和第七
权利要求
1.一种用于内燃机的排气净化系统，包括排气管，用于排放来自内燃机的排气；第一催化剂，其设置在所述排气管的中途部分中，用于至少还原所述排气中所包含的NOx；第二催化剂，其设置在所述排气管的较之所述第一催化剂更靠下游的中途部分中，用于至少还原从所述第一催化剂流出的排气中所包含的排气成分中的NOx；第三催化剂，其设置在所述排气管的较之所述第二催化剂更靠下游的中途部分中，并且由与所述第一催化剂和所述第二催化剂不同的材料形成，用于至少氧化从所述第二催化剂流出的排气中所包含的排气成分中的CO和THC；以及补充空气引入管，其在所述第二催化剂和所述第三催化剂之间的位置处设置到所述排气管，用于将补充空气引入到所述排气管中。
2. 如权利要求1所述的用于内燃机的排气净化系统，其中，所述排气管在所述第一催化剂和所述第二催化剂之间的位置处设置有另一个补充空 气引入管，用于将补充空气引入到所述排气管中。
3. 如权利要求2所述的用于内燃机的排气净化系统，其中，所述另一 个补充空气引入管具有流动控制阀，用于控制从所述引入管引入到所述排 气管中的补充空气流。
4. 一种用于内燃机的排气净化系统，包括排气管，用于排放来自内燃机的排气；第一催化剂，其设置在所述排气管的中途部分中，用于净化所述排第二催化剂，其设置在所述排气管的较之所述第一催化剂更靠下游的 中途部分中，用于净化从所述第一催化剂流出的排气；第三催化剂，其设置在所述排气管的较之所述第二催化剂更靠下游的 中途部分中，用于净化从所述第二催化剂流出的排气；第一补充空气引入管，其在所述第一催化剂和所述第二催化剂之间的 位置处设置到所述排气管，用于将补充空气引入到所述排气管中；以及第二补充空气引入管，其在所述第二催化剂和所述第三催化剂之间的 位置处设置到所述排气管，用于将补充空气引入到所述排气管中。
5.如权利要求4所述的用于内燃机的排气净化系统，其中，所述第一 补充空气引入管具有流动控制阀，用于控制从所述引入管引入到所述排气
全文摘要
本发明提供一种用于内燃机的排气净化系统，其中通过使用三个催化剂，排气中所包含的NO<sub>x</sub>的还原和CO和THC的氧化两者都可以被有效地完成。在本发明的排气净化系统中，第一催化剂(30)设置在较之第二催化剂(40)更靠上游的部分。从而，在排气管20中从补充空气引入管60向上游流动的补充空气被阻断在第二催化剂40处。结果，除了在第二催化剂40处还原NO<sub>x</sub>之外，还可以在第一催化剂(30)处充分地还原NO<sub>x</sub>。此外，第三催化剂(50)设置在较之第二催化剂(40)更靠下游的部分中。CO和THC在第三催化剂(50)处被氧化。
文档编号F01N3/30GK101265828SQ200810081690
公开日2008年9月17日 申请日期2008年3月5日 优先权日2007年3月13日
发明者泷井修, 西村英浩 申请人:雅马哈发动机株式会社