способ и устройство для уменьшения выброса газообразных отходов

Формула изобретения

1. Устройство для уменьшения выброса газообразных отходов, содержащее корпус и катушку, в котором упомянутая катушка закреплена к дистальному концу упомянутого корпуса, а проксимальный конец упомянутого корпуса закреплен к выхлопному отверстию двигателя внутреннего сгорания.

2. Устройство по п.1, дополнительно включающее волокнистый фильтр, имеющий форму цилиндра, причем упомянутый волокнистый фильтр закреплен к проводящей сетке и располагается внутри упомянутого корпуса.

3. Устройство по п.1, дополнительно включающее диафрагму, имеющую форму конуса, большее отверстие которого расположено проксимально, причем упомянутая диафрагма располагается внутри упомянутого корпуса.

4. Устройство по п.2, дополнительно включающее диафрагму, имеющую форму конуса, большее отверстие которого расположено проксимально, причем упомянутая диафрагма располагается внутри упомянутого цилиндра.

5. Устройство по п.1, в котором упомянутый корпус изготовлен из алюминия, стали, стали, покрытой алюминием, или нержавеющей стали.

6. Устройство по п.1, в котором упомянутая катушка выполнена с помощью намотки двух сеток из различных металлов вокруг центральной точки.

7. Устройство по п.1, в котором упомянутый корпус закреплен с возможностью удаления к выхлопному отверстию двигателя внутреннего сгорания.

8. Устройство по п.2, в котором упомянутый волокнистый фильтр изготовлен из арамида, метаарамида, полиамида, полифениленсульфида, р-фенилен-1,3,4-оксадиазола, политетрафторэтилена и базальтового волокна или их сочетаний.

9. Устройство по п.2, в котором упомянутая проводящая сетка расположена по периметру волокнистого фильтра.

10. Устройство по п.3, в котором упомянутая диафрагма выполнена из арамида, метаарамида, полиамида, полифениленсульфида, р-фенилен-1,3,4-оксадиазола, политетрафторэтилена и базальтового волокна или их сочетаний.

11. Устройство по п.3, в котором упомянутая диафрагма закреплена с возможностью удаления к корпусу.

12. Устройство по п.1, в котором упомянутая катушка располагается в наконечнике, закрепленном к дистальному концу корпуса.

13. Устройство по п.12, в котором упомянутый наконечник имеет сетку, расположенную на дистальном конце упомянутого наконечника.

14. Способ уменьшения выброса газообразных отходов, характеризующийся тем, что проксимальный конец корпуса закрепляют к выхлопному отверстию двигателя внутреннего сгорания, причем катушка располагается на дистальном конце упомянутого корпуса.

15. Способ по п.14, характеризующийся тем, что дополнительно располагают внутри корпуса волокнистый фильтр, имеющий форму цилиндра, причем упомянутый волокнистый фильтр закреплен к проводящей сетке.

16. Способ по п.14, характеризующийся тем, что дополнительно располагают внутри корпуса диафрагму, имеющую форму конуса с большим отверстием упомянутого конуса, расположенным проксимально.

17. Способ по п.15, характеризующийся тем, что дополнительно располагают внутри цилиндра диафрагму в форме конуса с большим отверстием упомянутого конуса, расположенным проксимально.

18. Способ по п.14, характеризующийся тем, что упомянутый корпус выполняют из алюминия, стали, стали, покрытой алюминием, или нержавеющей стали.

19. Способ по п.14, характеризующийся тем, что упомянутую катушку изготавливают с помощью намотки двух сеток из различных металлов вокруг центральной точки.

20. Способ по п.14, характеризующийся тем, что упомянутый корпус закрепляют с возможностью удаления к выхлопному отверстию двигателя внутреннего сгорания.

21. Способ по п.15, характеризующийся тем, что волокнистый фильтр выполняют из арамида, метаарамида, полиамида, полифениленсульфида, р-фенилен-1,3,4-оксадиазола, политетрафторэтилена и базальтового волокна или их сочетаний.

22. Способ по п.15, характеризующийся тем, что упомянутую проводящую сетку располагают по периметру волокнистого фильтра.

23. Способ по п.16, характеризующийся тем, что упомянутую диафрагму выполняют из арамида, метаарамида, полиамида, полифениленсульфида, р-фенилен-1,3,4-оксадиазола, политетрафторэтилена и базальтового волокна или их сочетаний.

24. Способ по п.16, характеризующийся тем, что упомянутую диафрагму закрепляют с возможностью удаления к корпусу.

25. Способ по п.16, характеризующийся тем, что упомянутую катушку располагают в наконечнике, закрепленном к дистальному концу упомянутого корпуса.

26. Способ по п.25, характеризующийся тем, что упомянутый наконечник имеет сетку, расположенную на дистальном конце упомянутого наконечника.

27. Способ уменьшения выброса газообразных отходов, характеризующийся тем, что содержит средство для закрепления проксимального конца корпуса к выхлопному отверстию двигателя внутреннего сгорания, причем катушка располагается на дистальном конце упомянутого корпуса.

Описание изобретения к патенту

Ссылка на приоритетную заявку

Эта непредварительная заявка притязает на приоритет предварительной патентной заявки США № 60/746341, поданной 3 мая 2006 г. от имени Сергио Варкале Санджиовани и озаглавленной "Система и способ уменьшения выброса газообразных отходов", описание которой включается сюда с помощью ссылки.

Область, к которой относится изобретение

Существует необходимость в способе и системе, способной эффективно отфильтровывать токсичные составляющие выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. В то время как имеется большое количество доступных устройств, которые пригодны для фильтрации и катализирования газообразных продуктов сгорания или химических реакций, ни одно из этих устройств не способно экономично обеспечить эффективный способ уменьшения токсичных примесей по причинам, указанным здесь. Общепризнанно, что функциональная эффективность двигателя внутреннего сгорания непосредственно соотносится со способностью двигателя выпускать газ, образованный в процессе сгорания. Одним из ключевых факторов эффективного выпуска газа является наличие адекватной величины противодавления в определенное время в ходе процесса сгорания. При создании таких устройств этот фактор большей частью игнорируют.

Обычно двигатель внутреннего сгорания работает благодаря вспышке воздушно-топливной смеси, вызывающей расширение газов, которое перемещает поршень в цилиндре. В конце этого цикла открывается выпускной клапан, и газообразные продукты сгорания выбрасываются с необычайной скоростью и шумом. На рабочую характеристику двигателя оказывает влияние множество различных факторов, включая качество топлива, давление, при котором топливо воспламеняется и т.д.

Вследствие важности определенного соотношения между топливом и воздухом в горючей смеси двигатели большинства транспортных средств или устройств снабжены электронной системой впрыска. Когда топливо и воздух смешиваются, свеча зажигания вырабатывает искру и вызывает вспышку, в результате чего некоторые части двигателя приводятся в движение, заставляя транспортное средство перемещаться. Результатом этой вспышки является также образование внутри двигателя различных газообразных загрязнений, которые удаляются с помощью выхлопной системы. Некоторыми из этих газов являются: водяной пар (Н₂О), двуокись углерода (СО₂), азот (N₂), окись углерода (СО), углеводороды (Н_x С_y), окись азота (N₂O), водород (Н), метан (СН₄) и кислород (О₂). Наиболее токсичными для человека газами среди них являются: окись углерода (СО), которая уменьшает насыщение крови кислородом, поражает нервную систему, обостряет сердечные и респираторные болезни и может в низких концентрациях вызывать утомление и мигрень, а в высоких концентрациях - смерть; углеводороды (Н_xС_y ); и окись азота (N₂О), которая поражает легкие и сердце, может вызывать бронхиты, отложение кислот и уменьшает видимость в атмосфере.

Когда достигаются оптимальные показатели работы двигателя внутреннего сгорания, метрики оптимальной системы могут быть использованы в качестве эталона, на фоне которого можно оценить эффект различных изменений в выхлопной системе, например коллекторе, каталитическом преобразователе, диаметрах труб и системах устранения шума. Путем изменения характеристик системы можно свести к минимуму выделение вредных газов, образующихся во время сгорания топлива, с помощью увеличения периодов низкого давления между моментами выделения от вспышек.

Помимо образования газов сгорающее топливо производит частицы вещества, которые изменяются по составу, например, в зависимости от вида топлива, качества обслуживания двигателя, а также в зависимости от рабочей температуры двигателя. Частицы вещества образуются от спекания углеводородов, которые не сгорели, и воды, и примесей к топливу с участием ядер химического элемента углерода. Человек может вдохнуть макрочастицы вещества, которые затем отлагаются в глубине легкого, то есть могут рассматриваться как раздражающий агент для дыхательных путей, в которых происходит газообмен. Эти частицы вызывают легочные заболевания, которые поражают, в первую очередь, пожилых людей и детей, в частности в наиболее холодные месяцы года, когда температуры крайне низки, что является фактором повышения концентрации частиц вещества. Этот процесс загрязнения повышает опасность заболевания раком. Следует также принимать во внимание другие нежелательные явления в атмосфере, такие как уменьшение видимости и усугубление "парникового эффекта".

Частицы вещества обычно показывают большое разнообразие размеров. Это разнообразие вызывает преждевременное насыщение пористого фильтра любого типа, что, в свою очередь, провоцирует функциональную перегрузку компонентов двигателя, в результате чего повышается расход топлива, падает мощность двигателя, возрастает объем газов, выделяемых в процессе сгорания, повышается температура и возможность разрушения двигателя.

На основании знания проблем, вызываемых этими газами, были разработаны некоторые вспомогательные компоненты, помогающие регулировать выброс газообразных отходов в атмосферу. Среди наиболее важных из них - электронный блок регулирования (ECU), лямбда-зонд, клапан рециркуляции отработавших газов (EGR) и каталитический преобразователь. Устройство для регулирования впуска топлива и воздуха (ECU) - это просто микроконтроллер (микропроцессор с встроенными оперативным и постоянным ЗУ, причем ПЗУ уже приходит с завода со специальной записанной в нем программой), использующий входы аналогового и цифрового выходных устройств и накапливающий сигналы, например, температуры и скорости, получаемые от датчиков. ECU производит поиск на своих входах для определения состояний датчиков. Программа, записанная в ПЗУ, анализирует эти данные и в соответствии с программируемой информацией учитывает мощность, экономию и факторы загрязнения, определяя и осуществляя момент срабатывания амортизирующего клапана (valve of shock) и привода крыльчатки.

В выхлопной системе обычно располагается лямбда-зонд - кислородный датчик. Он измеряет количество молекул кислорода, которые остались неизрасходованными в процессе сгорания и которые, следовательно, выбрасываются вместе с газообразными продуктами сгорания через выхлопную трубу. Таким образом, компьютер подаст команду на увеличение впрыска топлива в случае, если имеется излишек молекул кислорода, или, наоборот, на уменьшение впрыска топлива, если количество молекул кислорода уменьшается. С помощью обогащения или обеднения топливовоздушной смеси двигатель будет работать более эффективно, значительно меньше загрязняя атмосферу, потребляя меньше топлива и требуя меньшего объема технического обслуживания. Лямбда ( ) является отношением количества воздуха, необходимого для сгорания, к количеству воздуха, необходимого для того, чтобы сгорание было стехиометрическим. Оптимальная величина лямбда равна единице и указывает на совершенство сгорания.

На выходе датчика появляется электрический сигнал, напряжение которого пропорционально количеству кислорода в газообразных продуктах сгорания, и это напряжение, в свою очередь, пропорционально соотношению воздуха и топлива. Устройство ECU осуществляет регулирование положения привода крыльчатки и положения амортизирующего клапана, в результате чего получается более богатая (с большим содержанием топлива) или более бедная (с меньшим содержанием топлива) топливо-воздушная смесь. В то время когда двигатель прогревается, амортизирующий клапан удерживается частично прикрытым, что позволяет иметь более богатую топливовоздушную смесь (то есть больше топлива). При нейтральном положении коробки передач амортизирующий клапан регулируется до значения =1, а на низкой скорости крыльчатка удерживается частично закрытой, тем самым сберегая топливо. На других передачах амортизирующий клапан ECU регулируется таким образом, чтобы оптимизировать мощность и экономию и свести к минимуму выброс загрязнений. При электронном управлении этот клапан регулируется модулем электронного регулирования, который использует исполнительные органы для определения момента и времени, в которое он должен срабатывать, и его действительного рабочего режима, наблюдая за потенциометром, присутствующим в соответствующем клапане. Это, в сущности, будет частью предмета изобретения, описываемого здесь.

Клапан EGR регулирует поток и момент, когда эти газы должны быть абсорбированы в камере сгорания. Клапан должен открываться при каждом из следующих условий: горячий двигатель; переход такого двигателя в режим холостого хода, разнообразные условия ускорения и замедления двигателя. Количество выхлопных газов, находящихся в камере, и время, в которое клапан остается открытым, будет зависеть от изменений разрежения и давления газов в выхлопной трубе в соответствии с картиной работы двигателя. Выхлопные газы являются смесью сгоревших компонентов топлива, и, как результат, они не так уж легко воспламеняемы. Кроме того, они занимают слишком большое пространство в камере и будут ограничивать сгорание топливовоздушной смеси, понижая в результате ее температуру. При понижении температуры уровень образования окислов азота, производимых двигателем, также понижается.

Каталитический преобразователь, расположенный в системе выпуска выхлопных газов после лямбда-зонда, функционирует как фильтр, который реагирует химически, преобразуя вредные газы, которые еще остаются в выходном потоке. Позади каталитического преобразователя находится глушитель, который должен ослаблять шум и демпфировать вибрации от последовательности ударов газов (с помощью перегородок и потока, проходящего через ряд перфорированных трубок и камер), поглощать звуковые волны и регулировать противодавление.

Как каталитический преобразователь, так и глушитель сконструированы таким образом, чтобы создавать определенное противодавление в системе выпуска. Без точного регулирования противодавления система выпуска становится крайне опасной для эксплуатационных качеств двигателя. Всем специалистам в данной области ясно, что двигатель при оптимальном режиме работы получает максимальную мощность от перемещения поршня, а надлежащий выпуск отходящих газов служит для создания максимальной мощности и, следовательно, наилучшей характеристики. Двойная клапанно-выпускная система налагает ограничительные условия, создавая противодавление.

Даже двигатель с современной топливной аппаратурой создает избыток выброса газообразных отходов в атмосферу. Способность получения максимальной мощности и коэффициента полезного действия непосредственно связана с выпуском газов из выхлопной трубы. В процессе выпуска следует принимать в расчет выброс газов, когда двигатель работает с максимальной мощностью. Когда двигатель работает вне этого параметра, в результате чего возникает сверхразмерный выпуск, он не будет иметь необходимого ограничения газов для получения наилучшей мощности и кпд. Тем самым создаются области низкого давления, в результате чего возникают волны от вспышек газов в двигателе, вызывая ненужное возрастание выпуска газов и повышение расхода топлива.

Фирма "Mercedes-Benz " в Бразилии опубликовала сообщение о разработке и изготовлении устройств, например фильтра для частиц вещества, озаглавленное "Автомобили неиндивидуального пользования и окружающая среда", которое подтверждает многое из вышеприведенной информации. После этого сообщения стало общеизвестным, что фирмой "Mercedes-Benz GAC" (Германия) проведены испытания на использование фильтра для частиц вещества в парке транспортных средств, которые работают в городских условиях. Фильтр для этого исследования изготавливали из проволочной сетки в трубке, которую, в свою очередь, устанавливали во внутренней части кожуха, заменяющего глушитель и установленного в выхлопной трубе автомобиля. При такой конфигурации систему каталитической регенерации используют при сжигании вещественных частиц, которые отлагаются в фильтре, поддерживая ограничение выхода газов на уровне, допустимом законодательством об окружающей среде, когда устройство автоматически запускается во время работы автомобиля.

Несмотря на повышенную эффективность способов и устройств предшествующей техники, многие из них имеют высокую стоимость изготовления и, следовательно, неприемлемы с коммерческой точки зрения, особенно для использования в существующих автомобилях.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Система и способ, описанные здесь, относятся к новому решению проблем улучшения использования топлива и обработки газов, отходящих из двигателя внутреннего сгорания, а более конкретно, газов, которые выходят через выпускные трубы, например, автомобилей или промышленного оборудования. Целью данного изобретения является уменьшение загрязнения окружающей среды и, как результат, улучшение условий жизни, включая качество и количество флоры и фауны на планете Земля. Выброс загрязняющих газов в атмосферу в значительной степени способствует загрязнению окружающей среды. Имеется насущная потребность сдерживания тревожных явлений, вызываемых общемировой деградацией окружающей среды.

Данное изобретение обеспечивает множество экологических и экономических преимуществ. Например, поскольку данное изобретение дает возможность отфильтровывать макрочастицы и значительно уменьшать количество окиси углерода, углеводородов и других газов, образующихся при сгорании топлива, это изобретение оказывает непосредственное воздействие на улучшение состояния окружающей среды. Сводятся к минимуму вредные воздействия, известные как "парниковый эффект", и повышается качество воздуха городских центров.

В одном из вариантов осуществления данное изобретение содержит цилиндрический корпус с конусным отверстием по диагонали в его проксимальной части. Корпус может быть с возможностью удаления закреплен к выпускной системе двигателя. В корпусе или к его дистальной части закреплена катушка. В корпус может быть введен волокнистый фильтр цилиндрической формы, который может быть обернут проволочной сеткой. В цилиндрический волокнистый фильтр может быть с возможностью удаления введен второй волокнистый фильтр, имеющий форму конуса с большим диаметром, расположенным проксимально.

Результаты первоначальных испытаний одного из вариантов конструкции по данному изобретению показывают уменьшение выброса окиси углерода приблизительно на 33%, а углеводородов и макрочастиц приблизительно на 43%, что говорит о более эффективном использовании топлива. Вдобавок можно распознать эксплуатационные преимущества, когда использование этого изобретения не подвергает риску ухудшения характеристику двигателя вследствие единственной в своем роде конструктивной концепции системы, которая уменьшает периоды разрежения газа, происходящего от вспышек топлива двигателя. Прямым последствием этих положительных характеристик является уменьшение расхода топлива. Это приводит двигатель ближе к точке максимальной эффективности, устраняя перегрузку его компонентов при работе и в то же время значительно улучшая сгорание газов. Это также уменьшает образование загрязнений в системе, повышая тем самым срок службы и сводя к минимуму корректирующее техническое обслуживание.

Устройство также представляет преимущества с точки зрения самого изделия, в котором конструктивная концепция проявляет крайнюю простоту и практичность, то есть факторы, которые способствуют уменьшению постоянных затрат, вложенных в его изготовление, и, следовательно, делают конечную цену приемлемой для потребительского рынка.

Экономический аспект становится более ясным, когда мы принимаем в расчет то, что устройство может использоваться неопределенно долго, если оно промывается антисмазочными веществами для удаления накопленных частиц и приводится в соответствие с природоохранным законодательством.

Вдобавок с помощью данного изобретения уменьшается уровень шума, исходящего от выпускной системы, то есть предлагаемое устройство действует в качестве акустического экрана, вследствие чего уменьшается шумовое загрязнение окружающей среды.

По всем этим причинам, а также многим другим устройство и способ по данному изобретению представляют собой новшество в области регулирования выброса газообразных отходов в атмосферу.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Более полное понимание системы и способа, предлагаемых в данном изобретении, может быть достигнуто с помощью обращения к чертежам, на которых:

Фиг.1 - перспективный вид набора компонентов, которые составляют один из вариантов осуществления устройства по данному изобретению;

Фиг.2 - вид, на котором показано крепление одного из вариантов устройства к концу выхлопной системы;

Фиг.3 - вид одного из вариантов устройства, установленного на конце выхлопной системы;

Фиг.4 - боковой разрез одного из вариантов устройства, на котором показан поток газовых волн, исходящих из выхлопной системы двигателя;

Фиг.5 - боковой разрез одного из вариантов устройства, на котором показано поведение газовых волн, исходящих из выхлопной системы двигателя;

Фиг.6 - внутренний боковой разрез одного из вариантов устройства внутри корпуса выхлопной системы, на котором показан поток газовых волн;

Фиг.7 - альтернативные способы применения одного из вариантов устройства в выхлопной системе двигателя;

Фиг.8 - изображение газовых волн, возникающих в выхлопной системе без устройства, предлагаемого в данном изобретении;

Фиг.9 - изображение газовых волн, возникающих в выхлопной системе с устройством, предлагаемым в данном изобретении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нижеследующее является подробным описанием изобретения со ссылками на чертежи, на которых выносные цифры для одних и тех же или подобных элементов повторяются на всех видах.

В данном изобретении предлагаются эффективное устройство и способ для уменьшения выброса вредных газов в окружающую среду, уменьшения шума, уменьшения расхода топлива и улучшения характеристики двигателя, причем с наименьшими затратами. Двигатель может быть двигателем внутреннего сгорания любого вида, например двигателем автомобиля, трактора, газонокосилки или другого транспортного средства или устройства.

Теперь обратимся к чертежам. На фиг.1 показан один из вариантов осуществления устройства 101, имеющего цилиндрический корпус 1 с конусным отверстием 2 по диагонали в его проксимальной части, где он фиксируется хомутом 3 для закрепления устройства 101 к выхлопной системе двигателя, а его передняя часть предназначена для приема и фиксации наконечника (capsule) 4. Корпус 1 и наконечник 4 могут быть выполнены из любого материала, способного противостоять теплу и давлению применения, включая, например, алюминий, сталь, нержавеющую сталь или сталь с алюминиевым покрытием. Наконечник 4 обычно имеет цилиндрическую форму с внутренним выступом (reflux) 4a в его передней части для приема и фиксации сетчатого фильтра 5. Наконечник может также иметь цилиндрический боковой выступ (reflux) 5a для приема и фиксации узла катушки 6 и/или волокнистого фильтровального цилиндра 7. Сетчатый фильтр 5 может быть металлическим, например перфорированным металлическим листом или проволочной сеткой, или, альтернативно, может быть выполнен путем перфорирования материала наконечника. Катушка 6 может быть выполнена из одного или нескольких металлов или других материалов, способных противостоять теплу и давлению выхлопной системы, и может быть сконструирована путем намотки двух металлических сеток вокруг центральной точки.

В другой конфигурации корпус 1 и наконечник 4 могут представлять собой единый целый цилиндр. В этом случае сетчатый фильтр может быть закреплен или перфорация может быть выполнена на дистальном конце цилиндра, а катушка может располагаться внутри цилиндра около его дистального конца. При конфигурировании цилиндра таким образом устраняется стык между корпусом 1 и наконечником 4.

В одном из вариантов конфигурации волокнистый фильтровальный цилиндр 7 выполняется путем завертки волокнистого плоского фильтра в перфорированный проводящий лист 6а и/или сетку 6в и перекрывания концов, чтобы образовать спиральную пружину. При этом волокнистый фильтр 7 располагается внутри корпуса 1 и закреплен к проводящей сетке 6b, причем проводящая сетка расположена по периметру волокнистого фильтра. Волокнистый фильтр 7 может быть выполнен из любого материала, способного противостоять теплу и давлению применения. Примеры включают арамид, мета-арамид, полиамид, полифениленсульфид, р-фенилен-1,3,4-оксадиазол, политетрафторэтилен, базальтовое волокно и их сочетания. Вдобавок в каждом случае, когда здесь делается ссылка на волокнистый фильтр 7, следует помнить, что материал может быть удален из корпуса для замены и/или чистки в любое время.

Диафрагма 8 образована путем свертывания волокнистого плоского фильтра 8а в конус с отверстием большего радиуса, расположенным проксимально, и отверстием меньшего радиуса, расположенным дистально. В одном варианте осуществления данного изобретения волокнистый фильтр свертывается таким образом, что перекрывающиеся концы на узком торце конуса скрепляются между собой, а в другой конфигурации перекрывающиеся концы на узком торце конуса могут перекрываться, но не скрепляются друг с другом. Диафрагма 8 может быть закреплена с возможностью удаления внутри корпуса 1 и/или внутри цилиндра 7. Диафрагма 8 может быть выполнена из любого материала, который способен противостоять теплу и давлению применения. Примеры включают арамид, мета-арамид, полиамид, полифениленсульфид, р-фенилен-1,3,4-оксадиазол, политетрафторэтилен, базальтовое волокно и их сочетания. Вдобавок в каждом случае, когда здесь делается ссылка на диафрагму 8, следует помнить, что материал может быть удален из корпуса для замены и/или чистки в любое время.

В собранном состоянии проксимальный конец корпуса 1 закрепляют к выхлопной системе двигателя. Один из способов крепления корпуса 1 к выхлопной системе показан на фиг.2 и 3. Устройство может быть закреплено множеством способов с использованием различных крепежных приспособлений, известных в технике. Устройство может быть закреплено к выхлопной системе либо постоянно, либо с возможностью удаления. В конфигурации, показанной на фиг.2 и 3, устройство крепится с помощью скобы, которая охватывает выхлопную трубу двигателя и корпус, а затем крепится машинными болтами.

Следствием каждой вспышки топлива в двигателе внутреннего сгорания является волна газов высокого давления (показанная на фиг.4, 5, 6, 8 и 9), которая быстро достигает коллектора. Эта волна проходит через выхлопную систему, пока не будет выброшена в атмосферу через выхлопную трубу. Между последовательными вспышками, которые преобразуют химическую энергию в механическую, имеются периоды низкого давления. Эти периоды низкого давления являются переменными в зависимости от ритма вспышек. Чем быстрее работает двигатель, тем меньше зоны низкого давления. Одним из результатов использования этого устройства является преобразование этих переменных периодов низкого давления в небольшие постоянные периоды. В результате выхлопная система приобретает способность производить необходимое противодавление для лучшего использования в системе клапанов, утечки газа и впрыска топлива. Результатами являются уменьшение выброса газов и понижение расхода топлива.

Как показано на фиг.4, газ 402 покидает выхлопную трубу 401 и входит в проксимальный конец устройства 101. В показанном варианте осуществления газ течет сначала через диафрагму 8 и, поскольку диафрагма имеет коническую форму, течет таким образом, что часть газа 402 может уходить через боковую стенку диафрагмы 8 вследствие того, что, как указывалось выше, боковые стенки диафрагмы 8 не скрепляются друг с другом. Некоторая часть газа 402 проходит через диафрагму, вследствие чего из газа удаляются макрочастицы, и очищенный газ выходит в атмосферу. Наконец, часть газа вытекает за пределы периферического конца диафрагмы 8 и входит в проксимальный конец катушки 6.

На фиг.5 показан боковой разрез одного из вариантов осуществления данного устройства, на котором виден поток волн газа, вытекающего из выхлопной системы двигателя. Последовательные вспышки, преобразующие химическую энергию в механическую, имеют периоды низкого давления. Эти периоды низкого давления имеют переменную протяженность в зависимости от ритма вспышек.

Как показано на фиг.6 и 7, устройство 101 выполняет различные функции, будучи приспособленным к установке в различных частях выхлопной системы, а именно после коллектора 601 или перед каталитическим преобразователем 602, или перед или после глушителя 603 или промежуточно, или в конце. Короче говоря, эффективность устройства, предлагаемого в данном изобретении, не зависит от его расположения внутри выхлопной системы.

Чтобы устройство можно было устанавливать в различных частях выхлопной системы, как описано в предыдущем абзаце и показано на фиг.6 и 7, в альтернативном варианте устройство 101 устанавливается внутри кожуха 9, снабженного входом 9а и выходом 9b для газа 402. Его функционирование зависит от работы и выделения двигателем газа 402, создающего вспышки. Периоды низкого давления (LP) возникают во время работы двигателя на низких оборотах. Когда газ 402 входит в устройство 101, амплитуда уменьшается из-за конической конфигурации диафрагмы 8; это явление понижает потенциальную энергию газа 402, уменьшает его скорость, распределяет его по площади, ударяемой газом 402 в катушке 6 и распределяет энергию удара волны 402 по всей катушке 6.

Катушка 6 вызывает ограничение в потоке газа 402, тем самым ограничивая сжатие, необходимое для уменьшения периодов низкого давления между волнами газа 402. Это явление вызывает последовательность событий в волнах газа 402 во время выхлопа, уменьшая периоды низкого давления между волнами. С помощью повышения скорости цикла вспышек повышается давление волн 402 на диафрагму 8 и на катушку 6. Повышение давления на стенки диафрагмы 8 способствует пропусканию большего потока газа между волокнами, уравновешиваемого энергией упругой деформации волокнистого материала, благодаря чему регулируется избыток противодавления, возвращаемого в систему. Повышение цикла вспышек также увеличивает волны ударов на катушке 6 за счет энергии от действия пружины. Когда катушка конфигурируется путем обертывания двух металлов друг другом, энергия ударных волн газа 402 вызывает перемещение катушки 6 в противоположном направлении к ее механической памяти, тем самым увеличивая зазор между ее параллельными сегментами и регулируя противодавление с помощью повышения возможности течения газовых волн 402. При наличии энергии удара волны энергия упругой деформации катушки 6 возрастает, и катушка позволяет увеличение газового потока между пластинами покрытия в кольцевом перемещении. Когда баланс катушки 6 восстанавливается, она возвращается к своей начальной конфигурации.

Когда скорость вспышек достигает значения, при котором периоды низкого давления становятся минимальными, это вызывает противодавление, в свою очередь, вызывающее реакцию диафрагмы 8 с ее перекрывающимся материалом в конической форме в виде сдвига, причем появляется возможность возникновения добавочного потока газов, вследствие чего нормализуется противодавление в выхлопной системе. Когда происходит сдвиг материала диафрагмы 8 в сторону перекрывания, он выражается в увеличении радиуса проксимальной стороны конуса, максимальное открытие которой ограничивается волокнистым фильтром 7. Это заставляет волны газов 402 ударять в радиальном направлении в стенки волокнистого фильтра 7, образовывая регулируемое противодавление в отношении к газам, которые входят в его стенки и в отношении принудительного прохождения до выхода газов. Металлический корпус 1 концентрирует и направляет выпуск газов через свой выход в диагональном срезе 2, направленном к земле. Это действие производит регулируемое противодавление в выхлопной системе, используя преимущество системы выхлопа в сравнении с клапанами и имея результатом усовершенствование характеристики двигателя и уменьшение расхода топлива.

Как катушка, так и волокнистый фильтр 6 и 7, которые являются частью устройства 101, действуют как фильтры частиц вещества. В катушке 6 собирание частиц выполняется с помощью совокупности (collection) ударов частиц в стенки сита волокнистого фильтра 7а и катушки 6в. Частицы склеиваются в результате потери скорости и вследствие их собственных физических характеристик. Волокнистый фильтр 7 и 8а собирает вещественные частицы, которые не проходят через материал. Эти две системы сбора вещественных частиц эффективны и могут быть очищены и повторно использованы.

Катушка 6 может быть сконструирована из различных металлов, таких как алюминий, цинк, медь, железо и другие, чтобы генерировать разность потенциалов, которая создает свободные ионы в системе. Эти ионы, возникающие в катушке 6, оказывают влияние на каталитическую способность в газах, испускаемых двигателем при низких тремпературах или до конца процесса катализации газов, инициируемого в каталитической системе двигателей, которые вследствие скорости волн 402 в выхлопной системе не обеспечивают достаточного времени для завершения необходимых каталитических реакций или даже когда имеет место деактивирование по различным соображениям (температура, загрязнение масла в двигателе, избыток SO₂) в каталитическом преобразователе.

Другим важным результатом является уменьшение шума, испускаемого устройством, в результате затухания ударных волн газов в катушке 6 и волокнистых фильтрах 7а и 8а.

В то время как предлагаемая система и способ описаны в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, всем средним специалистам в данной области должно быть понятно, что возможны также и другие варианты осуществления. Несмотря на то что вышеприведенное объяснение направлено на определенные варианты осуществления, понятно, что предполагаются и другие конфигурации. В частности, несмотря на то что здесь используются выражения "в одном варианте осуществления" или "в другом варианте осуществления", эти фразы относятся к исходным возможностям осуществления вообще и не создают ограничений изобретения этими частными конфигурациями. Эти термины могут относиться к одним и тем же или различным вариантам осуществления и, если только не указано иное, являются комбинационными в совокупности исполнений.

В то время как здесь описан одиночный вариант осуществления, легко понять, что более чем один вариант может быть использован вместо одиночного варианта. Подобным образом, когда здесь описан более чем один вариант, легко понять, что одиночный вариант можно заменить этим одним устройством.

В свете широкого разнообразия возможных фильтров подробные варианты осуществления подразумеваются только как иллюстрации и не должны рассматриваться как ограничения объема изобретения. Скорее, то, что заявляется в качестве изобретения, - это все такие модификации, которые находятся в пределах сущности и объема следующих пунктов формулы и их эквивалентов.

В этом описании нет ничего, что можно было бы прочесть как допущение того, что любой отдельный элемент, этап или функция является неотъемлемым элементом, который должен быть включен в объем формулы изобретения. Объем патентуемого предмета изобретения определяется только прилагаемыми пунктами формулы и их эквивалентами. Если точно не указано, другие аспекты данного изобретения, которые описаны здесь, не ограничивают объем формулы изобретения.