MD4048431T2

MD4048431T2 - Sistem de evacuare

Info

Publication number: MD4048431T2
Application number: MDE20220960T
Authority: MD
Inventors: Saban Akyildiz
Original assignee: ECC TEC MSJ Incorporated
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2020-06-08
Publication date: 2024-11-30

Abstract

Prezenta invenţie urmăreşte, în general, îmbunătăţirea unui sistem de evacuare pentru a reduce şi/sau elimina gazele nocive, resturile şi particulele în suspensie.Conform invenţiei, este prevăzut un convertor catalitic în conformitate cu revendicarea 1 însoţitoare.Este prezentat aici un convertor catalitic care include elemente de încălzire şi un filtru sau reţea de sprijin acoperit cu un material catalitic. Plăcile de întrerupere care sporesc agitaţia fluxului de gaze de evacuare prin reţeaua filtrului/suportului şi au o serie de găuri dispuse de-a lungul direcţiei de curgere a gazelor de evacuare pot fi amplasate la orificiile de admisiune şi de ieşire.Matricea de găuri formează un model pseudo-aleatoriu. Plăcile de întrerupere sunt orientate ortogonal pe axa longitudinală a carcasei exterioare.Într-un exemplu de realizare al prezentei invenţii, un convertor catalitic poate include un filtru sau o reţea de sprijin prin care se menţine un câmp magnetic pentru a contribui la circulaţia gazelor de evacuare şi a altor particule într-un convertor catalitic. Există o carcasă externă care înconjoară cel puţin parţial carcasa externă a convertorului catalitic cu mai mulţi magneţi situaţi între carcase. Magneţii pot avea, de exemplu, o formă curbată şi/sau pot fi dispuşi în seturi. Magneţii pot fi situaţi într-o matrice cu polarităţi alternative. Magneţii care stau faţă în faţă pot avea, de asemenea, poziţii opuse. În mod alternativ, magneţii pot avea aceeaşi polaritate şi polaritatea ar putea să nu varieze de-a lungul direcţiei longitudinale a convertorului. O serie de magneţi pot fi plasaţi pentru a sprijini carcasa externă din interiorul carcasei şi poate exista o tijă magnetică cu miez central.Este dezvăluit aici un sistem de evacuare care cuprinde un convertor catalitic, un sistem de reducere catalitică selectivă şi o tobă de evacuare. Convertorul catalitic poate include o carcasă în care este dispus cel puţin parţial un element de încălzire electric şi în care este dispus un filtru care are un strat de acoperire metalic şi include mai multe tije metalice care se extind prin acesta. Sistemul de reducere catalitică selectivă include o carcasă în care este dispus cel puţin parţial un element de încălzire electric şi în care este dispus un filtru care are un strat metalic de acoperire şi include mai multe tije metalice care se extind prin acesta.Convertorul catalitic poate include două filtre, un prim filtru şi un al doilea filtru dispuse în interior. Carcasa convertorului catalitic poate include o primă carcasă şi o a doua carcasă care este distanţată şi dispusă în interiorul primei carcase şi mai mulţi magneţi dispuşi între prima carcasă şi cea de-a doua carcasă. Filtrul sistemului de reducere catalitică selectivă poate include mai mulţi magneţi dispuşi în acesta. Toba de evacuare poate include o carcasă şi mai multe plăci care au un strat metalic şi sunt distanţate una de cealaltă în interiorul carcasei.Este prezentat aici un sistem de evacuare care cuprinde un convertor catalitic care include o carcasă în care este dispus cel puţin parţial un element de încălzire electric şi în care este dispus un filtru care are un strat metalic şi include mai multe tije metalice care se extind prin acesta, un filtru de particule diesel care include o carcasă în care este dispus cel puţin parţial un element de încălzire electric şi în care este dispus un filtru care are un strat metalic şi include o serie de tije metalice care se extind prin acesta, un sistem de reducere catalitică selectivă care include o carcasă în care un element de încălzire electric este plasat cel puţin parţial şi în care este plasat un filtru care are un strat metalic şi include mai multe tije metalice care se extind prin acesta şi o tobă de evacuare.

Description

Domeniul invenţiei

Prezenta invenţie se referă în general la sistemele de evacuare şi mai ales la îmbunătăţirile aduse sistemelor de evacuare pentru a îndepărta şi/sau reduce gazele de evacuare nocive, particulele şi alte resturi emise de un motor.

Stadiul tehnicii al invenţiei

Sistemele de evacuare pentru arderea combustibililor fosili pentru motoarele cu ardere internă includ, de obicei, cel puţin un convertor catalitic şi o tobă de evacuare conectată la convertorul catalitic. Se remarcă faptul că, pe lângă vehicule precum automobile, camioane şi autobuze, sistemele de evacuare care includ un convertor catalitic pot include, dar nu se limitează la, generatoare electrice, stivuitoare, echipamente miniere, trenuri, motociclete, jet ski-uri, snowmobile, suflante de frunze, avioane, ATV-uri, sobe pe lemne pentru controlul emisiilor etc.

Un convertor catalitic este configurat pentru a reduce şi/sau transforma gazele toxice şi poluanţii gazelor de evacuare în poluanţi mai puţin toxici prin catalizarea unei reacţii redox (oxidare sau reducere). În mod obişnuit, convertoarele catalitice includ un filtru care este alcătuit din ceramică şi are deschideri în formă de fagure. În aplicaţiile în care este necesară o rezistenţă deosebit de ridicată la căldură, se utilizează în mod obişnuit filtre monolitice din folie metalică fabricate din Kanthal (FeCrAl). Convertoarele catalitice pot include un strat impregnat compus din oxid de aluminiu, dioxid de titan, dioxid de siliciu sau un amestec de siliciu şi alumină. Materialele stratului impregnat sunt selectate pentru a forma o suprafaţă aspră, neregulată, care măreşte mult suprafaţa în comparaţie cu suprafaţa netedă a substratului gol. La rândul său, acest lucru maximizează suprafaţa activă catalitic disponibilă pentru a reacţiona cu evacuarea motorului.

De la începutul anilor 1980, convertoarele catalitice „cu trei căi» (oxidare-reducere) au fost utilizate în sistemele de control al emisiilor vehiculelor din Statele Unite şi Canada. Multe alte ţări au adoptat, de asemenea, reglementări stricte privind emisiile vehiculelor, care necesită de fapt convertizoare cu trei căi pentru vehiculele alimentate cu benzină. Catalizatoarele de reducere şi oxidare sunt de obicei plasate într-o carcasă comună. Cu toate acestea, în unele cazuri, acestea pot fi plasate separat. Un convertor catalitic cu trei căi are trei sarcini simultane:

(1) Reducerea concentraţiei de oxizi de azot în azot şi oxigen: NOx → O2 + N2; (2) Oxidarea monoxidului de carbon în dioxid de carbon: CO + O2 → CO2; şi (3) Oxidarea hidrocarburilor nearse în dioxid de carbon şi apă: CxH2x+2+ [(3x+1)/2]O2 → xCO2 + (x+1)H2O.

Catalizatoarele cu trei căi sunt eficiente atunci când motorul funcţionează într-o bandă îngustă de rapoarte aer-combustibil aproape de stoichiometrie, astfel încât gazele de evacuare oscilează între condiţii bogate (exces de combustibil) şi slabe (exces de oxigen), care este între 14,6 şi 14,8 părţi aer la 1 parte combustibil în greutate pentru benzină. Raportul dintre gazul petrolier lichefiat (GPL), gazul natural şi combustibilii pe bază de etanol este fiecare uşor diferit, necesitând setări modificate ale sistemului de combustibili atunci când se utilizează aceşti combustibili. Cu toate acestea, eficienţa conversiei scade foarte rapid atunci când motorul funcţionează în afara acelei benzi de rapoarte aer-combustibil. În cazul funcţionării slabe a motorului, există exces de oxigen şi reducerea NOx nu este favorizată. În condiţii bogate, excesul de combustibil consumă tot oxigenul disponibil înainte de catalizator, astfel încât numai oxigenul stocat este disponibil pentru funcţia de oxidare. Sistemele de control în buclă închisă sunt necesare din cauza cerinţelor contradictorii pentru reducerea eficientă a NOx şi oxidarea HC. Sistemul de control trebuie să împiedice oxidarea completă a catalizatorului de reducere a NOx, dar să umple materialul de stocare a oxigenului pentru a-şi menţine funcţia de catalizator de oxidare.

Brevetul SUA nr. 5.180.559, de exemplu, se referă la ineficienţa convertoarelor catalitice la temperatură scăzută, în special în timpul perioadei de aprindere, când un motor este pornit pentru prima dată şi este direcţionat către o metodă de reducere a timpului de oprire a luminii care cuprinde expunerea matricei convertorului la un câmp magnetic alternativ sau la radiaţii electromagnetice având o asemenea frecvenţă încât stratul impregnat şi particulele catalizatorului susţinute de matrice sunt încălzite la temperatura de oprire a luminii, fără o creştere corespunzătoare a temperaturii întregii matrice. Câmpurile magnetice statice nu sunt utilizate după ce materialele au fost încălzite.

US 2002/0053283 se referă la un filtru magnetic anti-poluare.

WO 00/52309 se referă la un dispozitiv şi o metodă pentru descompunerea particulelor din gazele de evacuare.

Scurtă descriere a ilustraţiilor

FIG. 1 este o vedere în secţiune transversală a unui convertor catalitic cunoscut;

FIG. 2 este o vedere laterală a unei reţele de susţinere a convertorului catalitic din FIG. 1;

FIG. 3 este o vedere în secţiune transversală a unui convertor catalitic cunoscut cu plăci de întrerupere;

FIG. 4A-4C sunt vederi laterale ale plăcilor de întrerupere ale convertorului catalitic din FIG. 3;

FIG. 5 este o vedere în secţiune transversală a unui convertor catalitic cu elemente de încălzire suplimentare şi plăci de întrerupere în conformitate cu un exemplu de realizare, care este util pentru înţelegerea prezentei invenţii, dar nu este cuprins în formularea revendicărilor anexate;

FIG. 6 este o vedere în secţiune transversală a unui convertor catalitic care include magneţi externi, în conformitate cu un exemplu de realizare al prezentei invenţii;

FIG. 7 este o dispunere a magneţilor externi;

FIG. 8 este o vedere în secţiune transversală a unui convertor catalitic care include magneţi interni în conformitate cu un exemplu de realizare, care este util pentru înţelegerea prezentei invenţii, dar nu este cuprins în formularea revendicărilor anexate;

FIG. 9A este o vedere în secţiune transversală a unuia dintre magneţii interni ai convertorului catalitic din FIG. 8;

FIG. 9B este o vedere extinsă a magneţilor interni ai convertorului catalitic din FIG. 8;

FIG. 10 este o vedere parţială în secţiune transversală a unui sistem intern al unui convertor catalitic care include încălzitoare şi sisteme electrice legate de acesta, în conformitate cu un exemplu de realizare care este util pentru înţelegerea prezentei invenţii, dar nu este cuprins în formularea revendicărilor anexate;

FIG. 11 este o vedere parţială în secţiune transversală a convertorului catalitic din FIG. 10 care prezintă încălzitoare electrice interne în conformitate cu un exemplu de realizare care este util pentru înţelegerea prezentei invenţii, dar nu este cuprins în formularea revendicărilor anexate;

FIG. 12 este o vedere în secţiune transversală a unui convertor catalitic care prezintă diferite locaţii posibile ale încălzitoarelor electrice interne în conformitate cu un exemplu de realizare care este util pentru înţelegerea prezentei invenţii, dar nu este cuprins în formularea revendicărilor anexate;

FIG. 13A şi 13B sunt o vedere în perspectivă şi terminală a unui încălzitor cu bobină care poate reprezenta cel puţin un încălzitor inclus într-un sistem de convertor catalitic din prezenta dezvăluire; FIG. 14 este un exemplu de alt încălzitor care poate fi plasat în cadrul convertorului catalitic;

FIG. 15 este o vedere în perspectivă a unui sistem de evacuare sau a unui motor cu ardere internă care funcţionează cu benzină;

FIG. 15A şi 15B sunt vederi în perspectivă ale magneţilor care sunt plasaţi în convertorul catalitic şi într-un sistem de reducere catalitică selectivă a sistemului de evacuare din FIG. 15;

FIG. 16 este o vedere în perspectivă a convertorului catalitic al sistemului de evacuare din FIG. 15;

FIG. 17 este o vedere în perspectivă a unui sistem de reducere catalitică selectivă a sistemului de evacuare din FIG. 16;

FIG. 18A este o vedere în secţiune a filtrului sistemului de reducere catalitică selectivă din FIG. 17;

FIG. 18B este o vedere în perspectivă a unuia dintre magneţii plasaţi în filtrul sistemului de reducere catalitică selectivă;

FIG. 19 este o vedere de sus a unei tobe de evacuare asociată cu sistemul de evacuare din FIG. 15;

FIG. 20 este o vedere detaliată a plăcilor acoperite dispuse în toba de evacuare din FIG. 19;

FIG. 21A şi 21B sunt o vedere în perspectivă a unui sistem de evacuare sau a unui motor cu ardere internă care funcţionează cu motorină;

FIG. 22 este o vedere în perspectivă a convertorului catalitic al sistemului de evacuare din FIG. 21A;

FIG. 23 este o vedere terminală a unui filtru dispus în sistemul de reducere catalitică selectivă a sistemului de evacuare din FIG. 21A;

FIG. 24 este o vedere de capăt a unui filtru dispus în filtrul de particule diesel al sistemului de evacuare din FIG. 21A;

FIG. 25 este o vedere de sus a unei tobe de evacuare asociată cu sistemul de evacuare din FIG. 21A;

FIG. 26 este o vedere detaliată a plăcilor acoperite plasate în toba de evacuare din FIG. 25;

FIG. 27 este o vedere de ansamblu a unui sistem de evacuare pentru o aplicaţie legată de cărbune;

FIG. 27A şi 27B sunt vederi frontale ale unui filtru dispus în convertorul catalitic al sistemului de evacuare din FIG. 27;

FIG. 28 este un sistem de evacuare pentru o motocicletă;

FIG. 29 este un sistem de evacuare pentru o maşină de tuns iarba şi

FIG. 30 este un sistem de evacuare fără baterie.

Descriere detaliată a exemplelor de realizare ale invenţiei

În ceea ce priveşte ilustraţiile şi în special la figurile 6, 7, 15, 15A, 15B şi 16, vor fi descrise exemple de realizare ale sistemelor de evacuare şi caracteristicile asociate ale acestora care încorporează principiile şi conceptele prezentei invenţii. Variantele de realizare din Figurile 5, 8, 9A, 9B, 10, 11, 12, 13A, 13B, 14, 17, 18A, 18B, 19, 20, 21A, 21B, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 27A, 27B, 28, 29 şi 30 nu sunt cuprinse în formularea revendicărilor anexate, dar sunt considerate utile pentru înţelegerea invenţiei.

FIG. 1 ilustrează o vedere în secţiune transversală a unui convertor catalitic 100 cunoscut care se extinde de-a lungul unei axe longitudinale 104 şi cuprinde o carcasă externă 102, un orificiu de intrare 106 şi un orificiu de ieşire 108. În interiorul carcasei externe 102 este un filtru 110, o reţea internă de susţinere care poate fi împărţită în secţiuni de spaţiile 112. Elementele de încălzire 114, care sunt configurate pentru a încălzi temperatura internă a convertorului catalitic 100, pot fi plasate în spaţiile 112 ale reţelei. Elementele de încălzire 114 sunt configurate pentru a încălzi temperatura internă a convertorului catalitic 100 care, la rândul său, ajută la eliminarea gazelor nocive şi a particulelor din convertorul catalitic 100. Filtrul 110 (vezi FIG. 2 pentru vederea terminală) este acoperit cu un material catalitic pentru a maximiza contactul cu gazele toxice şi particulele şi pentru a încetini fluxul acestor gaze şi particule de la orificiul de intrare 106 la orificiul de ieşire 108 pentru a permite elementelor de încălzire să ajute suplimentar la eliminarea gazelor nocive şi a particulelor din convertorul catalitic 100.

Învelişul trebuie să-şi păstreze suprafaţa şi să prevină sinterizarea particulelor de metal catalitic chiar şi la temperaturi ridicate (1000 °C). Catalizatorul în sine, cel mai adesea este un amestec de metale preţioase. Platina este cel mai activ catalizator. Cu toate acestea, nu este potrivit pentru toate aplicaţiile din cauza reacţiilor suplimentare nedorite şi a costurilor ridicate. Paladiul şi rodiul sunt alte două metale preţioase utilizate. Rodiul este utilizat drept catalizator de reducere, iar paladiul este utilizat drept catalizator de oxidare. Platina poate fi utilizată atât pentru reducere, cât şi pentru oxidare. Ceriu, fier, mangan şi nichel sunt, de asemenea, utilizate, deşi fiecare are limitări. Nichelul nu este legal pentru utilizare în Uniunea Europeană din cauza reacţiei sale cu monoxidul de carbon în tetracarbonil de nichel toxic. Cuprul poate fi folosit peste tot, cu excepţia Americii de Nord, unde utilizarea sa este ilegală din cauza formării dioxinei toxice.

FIG. 3 ilustrează un alt convertor catalitic 200 cunoscut cu elemente electrice de încălzire 214 plasate în spaţiile 212. Cablurile electrice 216 se extind de la şi furnizează energie elementelor de încălzire 214, care pot fi, de exemplu, construite din sârmă de nicrom. Se remarcă faptul că cablurile electrice 216 pot fi, de asemenea, utilizate pentru a furniza energie elementelor de încălzire 114, aşa cum sunt reprezentate în FIG. 1. În acest caz, plăcile de întrerupere 218 sunt amplasate în apropierea unui orificiu de intrare 206 şi a unui orificiu de ieşire 208. Plăcile de întrerupere 218 sunt incluse pentru a adăuga agitaţie fluxului de gaze de evacuare printr-un filtru 210 care include o reţea de susţinere. Reţeaua de susţinere a filtrului 210, similară cu reţeaua de susţinere a filtrului 110 prezentată în FIG. 1, este acoperită cu un material catalitic pentru a maximiza contactul cu gazele toxice şi particulele şi pentru a ajuta în continuare la încetinirea fluxului acestor gaze în interiorul convertorului catalitic şi pentru a permite elementelor de încălzire să reducă cel puţin şi mai mult gazele nocive şi particulele.

FIG. 4A-4C prezintă o vedere de capăt a unei plăci de întrerupere 218 care include o serie de găuri 220 care se extind de-a lungul direcţiei de curgere a gazelor de evacuare. Reţeaua de găuri este împrăştiată în jurul plăcii 218 şi este denumită un model pseudo-aleatoriu. Aşa cum se arată în FIG. 3, plăcile de întrerupere 218 sunt orientate ortogonal pe o axă longitudinală 204 a unei carcase externe 202.

FIG. 5 prezintă un exemplu de realizare a unui convertor catalitic 300, util pentru înţelegerea prezentei invenţii, dar care nu este cuprins în formularea revendicărilor anexate. Convertorul catalitic 300 include elemente de încălzire 314 dispuse în deschiderile 312 ale reţelei de susţinere 310 a filtrului, cu cabluri electrice 316 care se extind de la acestea pentru a furniza energie elementelor de încălzire 314 şi elementelor de încălzire secundare plane 315, 317 care sunt dispuse în apropierea unui orificiu de intrare 306 şi/sau a unui orificiu de ieşire 308, adiacent plăcilor de întrerupere 318. Cablurile electrice suplimentare 319 furnizează energie elementelor secundare de încălzire plană 315, 317. Deşi unele dintre diferitele elemente sunt descrise ca plane sau având orientări particulare, nu este necesar ca aceste restricţii geometrice să fie exacte, iar aproximările acestora să se încadreze în descrierea diferitelor variante de realizare. Întreruperea fluxului normal, în mod substanţial lamelar, al gazelor de evacuare poate duce la îmbunătăţirea eficienţei convertorului catalitic 300. Ca atare, prin includerea mai multor elemente de încălzire 314, 315, 317 şi a plăcilor de întrerupere 318 reducerea gazelor toxice şi a particulelor care ies dintr-un convertor catalitic este mult redusă.

Elementele de încălzire secundare 315, 317 pot fi, de asemenea, plasate în apropierea reţelei de susţinere a filtrului 310 în plus faţă de sau în locul lângă orificiul de intrare 306 şi/sau orificiul de ieşire 308. Convertorul catalitic 300 ajută la distrugerea şi eliminarea gazelor nocive şi a particulelor în suspensie pe măsură ce acestea trec prin convertorul catalitic 300.

Elementele secundare de încălzire 315, 317 pot fi configurate pentru a încălzi temperatura internă a convertorului catalitic 300 la aproximativ 800 °C la 1200 °C, ceea ce ajută la eliminarea gazelor nocive şi a particulelor din convertorul catalitic 300. Reţeaua de susţinere a filtrului 310 (vezi şi FIG. 11) poate fi acoperită sau pulverizată cu metale nobile pentru a ajuta la menţinerea unei temperaturi interne de la aproximativ 800 °C la 1200 °C şi, la rândul său, pentru a ajuta în continuare la eliminarea gazelor nocive şi a particulelor.

FIG. 6 ilustrează un exemplu de realizare al unui convertor catalitic 400 conform invenţiei revendicate care include un filtru 410 cu o reţea de sprijin prin care este menţinut un câmp magnetic între un orificiu de intrare 406 şi un orificiu de ieşire 408. Aici, convertorul catalitic 400 este îmbunătăţit cu o carcasă cuprinzătoare 402 care înconjoară parţial o carcasă externă 403. Mai mulţi magneţi 40 sunt plasaţi între carcasele 402, 403. După cum se arată în FIG. 7, magneţii 407 pot avea o formă curbată pentru a aproxima geometria externă a carcasei externe 403 şi pot fi prevăzuţi în două seturi 407', 407". Magneţii 407 pot fi situaţi într-o matrice cu polarităţi alternative, aşa cum se arată în FIG. 7. Magneţii 407 care stau faţă în faţă pot avea, de asemenea, polaritate opusă, deşi acest lucru nu este necesar. În mod alternativ, magneţii 407 pot avea aceeaşi polaritate şi polaritatea poate să nu varieze de-a lungul direcţiei longitudinale a convertorului 400. Având polarităţi opuse faţă în faţă, va rezulta un câmp magnetic mai puternic.

Se remarcă faptul că respectivele cabluri electrice 316, 416 sunt ataşate la o unitate de comandă (a se vedea FIG. 10) 421 care este capabilă să comute între unităţile de încălzire 415, 417 (şi 315, 317) şi să menţină o temperatură dorită, după cum se doreşte, între aproximativ 6 şi 45 de amperi.

FIG. 8 prezintă un alt exemplu de realizare ilustrativ al unui convertor catalitic 500 din prezenta dezvăluire, util pentru înţelegerea prezentei invenţii, dar care nu este cuprins în formularea revendicărilor anexate, în care o matrice de magneţi 507 este plasată pentru a se sprijini pe o carcasă externă 502 din interiorul carcasei 502. În mod similar cu alte exemple de realizare, elementele de încălzire 514 sunt dispuse în deschiderile 512 ale unei reţele de susţinere a unui filtru 510 cu cabluri electrice care alimentează elementele de încălzire 514 care se extind de la elementele de încălzire 514.

FIG. 9A este o vedere terminală a magneţilor 507 şi FIG. 8B este o vedere extinsă a magneţilor 507. Se remarcă faptul că poate exista o tijă magnetică cu miez central 509 ca parte a setului de magneţi 507. Un astfel de miez 509 nu este esenţial, dar creşte posibilitatea diferitelor dispuneri ale polarităţii magneţilor 507. De exemplu, magneţii exteriori 507 faţă în faţă pot avea polarităţi identice sau diferite, care pot varia de-a lungul direcţiei longitudinale. În plus, tija magnetică a miezului 509 poate fi dintr-o singură bucată care se extinde de la orificiul de intrare 506 la orificiul de ieşire 508, cu o polaritate la fiecare capăt, sau poate fi alcătuită din segmente care sunt separate unele de altele în direcţie longitudinală şi au polarităţi care variază în direcţia longitudinală. Deşi magneţii 507 au fost descrişi ca magneţi ficşi, ei pot fi, de asemenea, electromagneţi menţinuţi de sursele de curent (nu sunt prezentaţi).

FIG. 10 prezintă conexiunile electronice ale unui convertor catalitic.

Aşa cum se arată în FIG. 11, senzorii de temperatură 325, 425 pot fi amplasaţi lângă încălzitoarele suplimentare 315, 415, 317, 417 pentru a contribui la menţinerea unei temperaturi interne adecvate.

FIG. 12 ilustrează un exemplu de realizare a unui convertor catalitic, util pentru înţelegerea prezentei invenţii, dar care nu este cuprins în formularea revendicărilor anexate, indicând faptul că încălzitoarele secundare 315, 415, 317, 417 pot fi amplasate în diferite locaţii din convertorul catalitic şi poate fi utilizat orice număr de încălzitoare secundare în funcţie de dimensiunea unităţii.

FIG. 13A şi 13B descriu un exemplu de realizare al unui tip de încălzitor suplimentar 700, util pentru înţelegerea prezentei invenţii, dar care nu este cuprins în formularea revendicărilor anexate, care poate fi introdus într-un convertor catalitic din exteriorul acestuia şi înşurubat în poziţie. Ca atare, încălzitorul 600 este îndepărtat dacă este necesar.

FIG. 14 prezintă un încălzitor suplimentar 800 care poate fi plasat într-un convertor catalitic.

În timpul utilizării, convertorul catalitic 100, 200, 300, 400, 500 este amplasat astfel încât gazele care urmează să fie tratate să curgă din orificiul de intrare 106, 206, 306, 406, 506 prin plăcile de întrerupere 318 (în unele exemple de realizare), printr-un element de încălzire secundar 114, 214, 314, 414, 515 şi să intre într-un volum în care acestea sunt supuse atât încălzirii suplimentare în unele variante de realizare de la încălzitoarele suplimentare 317, 318 şi câmpurile magnetice prin magneţi 407, 507. Încălzitoarele suplimentare şi/sau câmpurile magnetice pot interacţiona cu moleculele individuale şi ionii gazelor care trec prin convertoarele catalitice şi pot creşte eficienţa conversiei catalitice care are loc înainte de ieşirea dintr-un convertor catalitic.

Se remarcă faptul că, pe lângă faptul că încălzitoarele sunt incluse într-un convertor catalitic, acestea pot fi adăugate la convertoarele catalitice existente

FIG. 15 ilustrează o vedere de ansamblu a unui exemplu de realizare a unui sistem de evacuare 600 pentru un motor cu ardere internă care funcţionează cu benzină. Sistemul de evacuare 600 include, în general, un convertor catalitic 602, care este configurat pentru a reduce emisiile de gaze de evacuare şi este dispus în aval de un motor, un sistem de filtrare cu reducere catalitică selectivă (SCR) 604 care este dispus în aval de convertorul catalitic 602 şi conectat la convertorul catalitic 602 prin tubulatura 606, o tobă de evacuare 608 care este dispusă în aval de sistemul de filtrare cu reducere catalitică selectivă 604 şi conectată la sistemul selectiv de filtrare cu reducere catalitică 604 prin tubulatura 610.

După cum este ilustrat în FIG. 15 şi 16, convertorul catalitic 602 include o primă carcasă 612, o a doua carcasă 614 care este cuprinsă de prima carcasă 612, un orificiu de intrare 616 unde gazele de evacuare intră în prima carcasă 612 şi un orificiu de ieşire 618 unde evacuarea unde gazele ies din prima carcasă 612. În cavitatea internă a primei carcase 612, între orificiul de intrare 616 şi orificiul de ieşire 618, două filtre, inclusiv un prim filtru 626 şi un al doilea filtru 628, sunt dispuse cu filtrele 626, 628 fiind distanţate unul de celălalt. Primul filtru 626 este configurat pentru a oxida gazele de evacuare nocive şi, în special, dioxidul de carbon (CO2). Al doilea filtru 628 este configurat pentru a continua filtrarea/eliminarea gazelor de evacuare nocive, inclusiv, dar fără a se limita la, dioxid de carbon (CO2), monoxid de carbon (CO) şi oxid de azot (NOx), precum şi hidrocarburi (HC) şi alte substanţe chimice nocive. Filtrele pot fi compuse din materiale ceramice.

Atât primul filtru 626, cât şi cel de-al doilea filtru 628, care pot fi realizate, de exemplu, din materiale ceramice, includ mai multe deschideri în formă de fagure care sunt acoperite 629 cu unul sau mai multe metale nobile şi includ mai multe tije 630 care se extind prin structura tip fagure. Tijele 630, care pot fi compuse dintr-un metal sau aliaj tratat termic (de exemplu, cupru sau oţel), se extind longitudinal în jurul filtrelor 626, 628 astfel încât un capăt al fiecărei tije 630 să fie orientat în general spre intrarea 616, iar celălalt capăt al fiecărei tije 630 să fie orientat în general spre ieşirea 618 a convertorului catalitic 602. Cu toate acestea, tijele 630 pot fi de asemenea dispuse sau în schimb transversale în jurul filtrelor 626, 628. După cum se specifică mai jos, funcţia tijelor 630 de a transfera căldura în filtrele 6262, 628, iar masa tijei încălzite în filtrele 626, 628 ajută la menţinerea unei temperaturi constante în convertorul catalitic 602. În plus, între prima carcasă 612 şi cea de-a doua carcasă 614, aşa cum se arată în FIG. 15A, sunt dispuşi şi distribuiţi mai mulţi magneţi 632. În timp ce amplasarea magneţilor 632 este prezentată între carcasele 612, 614, magneţii 632 pot fi plasaţi pe sau în ambele filtre 626, 628, în cavitatea 622 şi/sau în exteriorul primei carcase 612.

Pentru a evalua procentul de oxigen din gazele de evacuare, un senzor de oxigen 620, care comunică cu o unitate de comandă electronică, este fixat în afara convertorului catalitic 602 şi se extinde într-o cavitate 622 a primei carcase 612, în aval de intrarea 616 şi înainte de primul filtru 626. Pentru a creşte temperatura internă a convertorului catalitic 602 peste o temperatură de prag, se utilizează un încălzitor electric 624 care se extinde în prima cavitate a carcasei 622 din exteriorul celei de-a doua carcase 614, în amonte de primul filtru 626. Încălzitorul 624 este conectat în exteriorul convertorului catalitic la o sursă de alimentare şi la o unitate de comandă electronică şi funcţionează pentru a încălzi interiorul convertorului catalitic 602 peste o temperatură de prag. Încălzitorul 624 descris în FIG. 16 include o bobină metalică înfăşurată 625. Cu toate acestea, încălzitorul 624 poate lua orice formă pentru a asigura umplerea internă a convertorului catalitic 602. Se remarcă faptul că, în timp ce încălzitorul 624 se extinde în convertorul catalitic 602 din FIG. 15 şi 16 înainte ca filtrele 626, 628, mai multe încălzitoare 624 pot fi plasate în cavitatea 622, încălzitorul (încălzitoarele) 624 pot fi dispuse în unul sau mai multe filtre 626, 628, un încălzitor 624 poate fi dispus între filtrele 626, 628 etc. Prin urmare, amplasarea încălzitorului (încălzitoarelor) 624 nu ar trebui să se limiteze la exemplul de realizare prezentat în figuri. De asemenea, se remarcă faptul că unul sau mai multe încălzitoare de orice tip pot fi dispuse în întregime în cavitatea 622 a convertorului catalitic 602 în orice poziţie din cadrul convertorului catalitic 602, în prima carcasă 612 şi/sau a doua carcasă 614 şi/sau pot fi fixate în afara convertorului catalitic 602 şi/sau fixate în interiorul sau în afara tubului 606 care este situat direct în amonte de convertorul catalitic 602. Pentru a evalua temperatura gazelor de evacuare înainte de ieşirea din convertorul catalitic 602, un senzor de căldură 630, care este conectat la o unitate de comandă electronică (ECU), este situat în apropierea orificiului de intrare 616 şi/sau a orificiului de ieşire 618.

La pornirea unui motor de la pornirea la rece, încălzitorul electric 624 este pornit simultan de unitatea de comandă electronică pentru a ajuta la încălzirea temperaturii interne a convertorului catalitic 602 (convertorul catalitic este încălzit timp de cel puţin şapte minute la pornirea motorului) peste temperatura gazelor de evacuare şi a particulelor. Încălzitorul 624 poate rămâne pornit după atingerea temperaturii dorite sau poate fi oprit şi apoi repornit dacă temperatura din convertorul catalitic 602 scade sub o temperatură de prag. Acest lucru se realizează prin intermediul unităţii electronice de comandă, care poate primi semnale de intrare de la unul sau mai multe termometre şi alţi senzori şi generează un semnal pentru a controla activitatea încălzitorului 624. Tijele 630, care se extind longitudinal în jurul filtrelor 626, 628 în stare asamblată în convertorul catalitic 602 asigură o trecere pentru un transfer mai rapid de căldură de la încălzitorul 624 prin filtrele 626, 628 şi astfel accelerează încălzirea temperaturii interne a convertorului catalitic 602 la o temperatură internă dorită şi ajută la menţinerea temperaturii interne dorite peste un prag pe întreaga suprafaţă a filtrelor 626, 628 şi cavitatea 622 a convertorului catalitic 602 pentru oxidarea gazelor de evacuare nocive cel puţin în filtrele 626, 628 şi în zona suprafeţei interne înconjurătoare.

Prin creşterea temperaturii interne a convertorului catalitic 602 la o temperatură mai mare decât temperatura normală de funcţionare a convertorului catalitic 602, substanţele chimice nocive şi particulele care fac parte din gazul de evacuare sunt oxidate şi/sau arse înainte de a ieşi din convertorul catalitic 602 mai eficient decât într-un convertor catalitic convenţional. Filtrele 626, 628 ajută la captarea şi/sau încetinirea fluxului gazelor de evacuare pe măsură ce acestea trec prin cavitatea internă a convertorului catalitic 602 prin deschiderile în fagure, iar acoperirea cu filtru din metal nobil 629 ajută la încetinirea şi mai mult şi perturbă fluxul gazelor de evacuare prin cavitatea convertorului catalitic intern 622 astfel încât mai multe emisii nocive de evacuare pot fi încălzite peste un prag de temperatură a gazelor de evacuare şi să se oxideze şi/sau să ardă înainte de a ieşi din convertorul catalitic 602. Temperatura de prag poate fi optimizată pentru orice configuraţie dată pe baza cantităţii suplimentare de oxidare/ardere dorită, echilibrată cu limitările fizice ale componentelor sistemului 602 şi cu alţi factori.

Polaritatea magneţilor 632 ajută la întreruperea şi încetinirea suplimentară a fluxului de gaze de evacuare şi particule pe măsură ce trec prin convertorul catalitic 602 prin creşterea curentului electric în cavitatea 622 a convertorului catalitic 602. Întreruperea şi încetinirea fluxului de gaze de evacuare şi particule permite încălzirea gazelor de evacuare pentru o perioadă mai lungă de timp în cavitatea 622 a convertorului catalitic 602 şi, la rândul său, oxidarea şi reducerea în continuare a produselor secundare toxice ale gazelor de evacuare. Deoarece temperatura din convertorul catalitic 602 poate fi foarte ridicată, magneţii 632 utilizaţi ar trebui să poată funcţiona la temperatura maximă aşteptată fără a suferi degradare (de exemplu, magneţi AINiCo).

În aval de convertorul catalitic 602 şi conectat la convertorul catalitic 603 prin tubulatura 606 se află sistemul de reducere catalitică selectivă 604, care este configurat pentru a reduce gazele de dioxid de azot (NOx) prin oxidarea gazelor de dioxid de azot şi transformarea lor în emisii de evacuare inofensive (de exemplu, azot, apă şi o cantitate mică de dioxid de carbon) care sunt emise din sistemul de evacuare 600 şi în mediul înconjurător, fără a fi necesară încorporarea unui agent de reducere a lichidului în fluxul de evacuare pentru a reduce cantitatea de dioxid de azot.

Sistemul de reducere catalitică selectivă 604 aşa cum este descris în FIG. 17 este alcătuit dintr-un filtru 640 care include mai multe deschideri în formă de fagure, în plus faţă de găurile mici 642 care sunt dispersate în jurul filtrului 640. Orificiile mici 642 sunt incluse pentru a întrerupe şi mai mult fluxul de gaze de evacuare de pe o cale laminară şi pentru a încetini ieşirea gazelor din sistemul de reducere catalitică selectivă 604 (a se vedea, de asemenea, FIG 18A). Filtrul 640, similar filtrelor 626, 628 din convertorul catalitic 602, este acoperit cu unul sau mai multe metale nobile 644 şi include o serie de tije de transfer de căldură şi stabilizare 646 care se extind longitudinal prin structura de tip fagure, astfel încât un capăt al fiecărei tije 646 este orientat în general spre intrarea 616, iar celălalt capăt al fiecărei tije 646 este orientat în general spre ieşirea 618. Tijele 646 pot fi compuse dintr-un metal sau aliaj tratat termic (de exemplu, cupru sau oţel). Un al doilea încălzitor electric 624, care comunică cu o unitate de comandă electronică, se extinde în sistemul de reducere catalitică selectivă 604 în amonte de filtrul 640. În mod similar filtrelor 626, 628 ale convertorului catalitic 602, tijele 646 şi învelişul metalic 644 al filtrului 640 al sistemului de reducere catalitică selectivă 604 ajută la menţinerea temperaturii interne în filtrul 640. Se remarcă faptul că sistemul de reducere catalitică selectivă 604 include unul sau mai mulţi senzori de dioxid de azot care sunt întreţinuţi de unitatea de comandă electronică şi utilizaţi pentru a controla încălzitorul electric 624 pentru a se asigura că sistemul 640 funcţionează eficient.

Prin creşterea temperaturii interne a sistemului de reducere catalitică selectivă 604, se ard mai multe substanţe chimice nocive şi particule care fac parte din gazele de evacuare. Filtrul 640 ajută la captarea şi/sau încetinirea fluxului gazelor de evacuare pe măsură ce acestea trec prin cavitatea internă a sistemului de reducere catalitică selectivă 604 prin deschiderile în fagure, iar acoperirea cu filtru din metal nobil 644 ajută la încetinirea şi întreruperea suplimentară a fluxului gazelor de evacuare, astfel încât mai multe emisii nocive de evacuare pot fi încălzite peste o temperatură prag (care depăşeşte o temperatură normală de funcţionare în interiorul convertorul catalitic 602 este absent din încălzitorul 624) şi ard înainte de a ieşi din sistemul de reducere catalitică selectivă 604. În plus faţă de tijele 646 şi învelişul 644, mai mulţi magneţi 646 sunt plasaţi şi distribuiţi în interiorul filtrului 640, aşa cum se arată în FIG. 15B, 18A şi 18B.

În mod similar cu magneţii 632 din convertorul catalitic 602, polaritatea magneţilor 646 ajută la întreruperea şi încetinirea suplimentară a fluxului 647 de gaze de evacuare şi particule pe măsură ce trec peste filtrul 640 prin creşterea curentului electric în vecinătatea magneţilor 646 pentru a întrerupe şi încetini fluxul de gaze de evacuare şi particule, ceea ce, la rândul său, permite încălzirea gazelor de evacuare pentru o perioadă mai lungă de timpul în cadrul sistemului de reducere selectivă 604 şi, la rândul său, oxidarea şi reducerea în continuare a produselor secundare toxice ale gazelor de evacuare. Se remarcă faptul că în plus sau în locul amplasării magneţilor 646 în interiorul filtrului, magneţii 646 pot fi dispuşi între filtrul 640 şi sistemul de reducere catalitică selectivă 604 şi/sau în afara carcasei sistemului de reducere catalitică selectivă 604. Deoarece temperatura din cadrul sistemului de reducere catalitică selectivă 604 poate fi foarte ridicată, magneţii 646 utilizaţi ar trebui să poată funcţiona la temperatura maximă aşteptată fără a suferi degradare (de exemplu, magneţi AINiCo).

La ieşirea din sistemul de reducere catalitică selectivă 604, gazele de evacuare rămase vor curge prin tubulatura 610 care conectează sistemul de reducere catalitică selectivă 606 în toba de evacuare 608. Toba de evacuare 608 este configurată pentru a reduce sau a „înăbuşi» zgomotul motorului, pentru a reduce şi mai mult gazele de evacuare nocive rămase şi pentru a răci temperatura de evacuare. După cum este descris în FIG. 19 şi 20, toba de evacuare 608 include o carcasă 648 în care sunt amplasate unul sau mai multe amortizoare de zgomot 650 şi mai multe plăci 652 care sunt dispersate şi/sau distanţate una faţă de cealaltă. Plăcile 652, care pot fi, de exemplu, compuse din oţel, sunt acoperite cu unul sau mai multe metale nobile 654 şi sunt amplasate în apropierea unui orificiu de intrare 652 al tobei de evacuare 608. Învelişul metalic nobil 654 ajută, în mod similar cu cel din convertorul catalitic 602, fluxul gazelor de evacuare să devină turbulent în carcasa 648 şi să perturbe şi, la rândul său, încetineşte fluxul de gaze de evacuare fierbinţi pe măsură ce trec de la intrarea 652 a tobei de evacuare 608 prin carcasa tobei de evacuare 648 şi ies din carcasa de evacuare 648 printr-o ieşire 654. Întreruperea gazelor de evacuare din toba de evacuare 608 datorită includerii plăcilor acoperite cu metal nobil 652 permite mai mult timp gazelor de evacuare să ardă emisiile nocive înainte de a ieşi din toba de evacuare 608 şi de a intra în mediu.

FIG. 21A-26 ilustrează un exemplu de realizare a unui sistem de evacuare 700 pentru un vehicul care funcţionează cu motorină, util pentru înţelegerea prezentei invenţii, dar care nu este cuprins în formularea revendicărilor anexate. Sistemul de evacuare 700 include, în general, un convertor catalitic 702, un filtru de particule diesel (DPF) 704, tubulatură 706 care conectează convertorul catalitic 702 la filtrul de particule diesel 704, un sistem de filtrare de reducere catalitică selectivă (SCR) 708, tubulatură 710 care conectează convertorul catalitic 702 la sistemul de filtrare cu reducere catalitică selectivă 708, o tobă de evacuare 712 şi tubulatură 714 care conectează toba de evacuare 712 la sistemul de filtrare selectivă cu reducere catalitică 708.

După cum este ilustrat în FIG. 22, convertorul catalitic 702 include o carcasă 716, un orificiu de admisie 718 prin care gazele de evacuare intră într-o cavitate 720 a carcasei 716 şi un orificiu de evacuare 722 prin care gazele de evacuare ies din carcasa 716. Un senzor de oxigen este fixat în exterior pe carcasa 716 şi se extinde în cavitatea 720, în aval de intrarea 718 pentru a evalua procentul de oxigen din gazele de evacuare. Un încălzitor electric 724 (a se vedea FIG. 21A) se extinde în cavitatea 720 din exteriorul carcasei 716. Încălzitorul 724 este conectat în exteriorul convertorului catalitic 702 la o sursă de alimentare şi la o unitate de comandă electronică. Încălzitorul 724 descris în FIG. 21A include o bobină metalică înfăşurată 725. Cu toate acestea, încălzitorul 724 poate avea orice formă pentru a asigura umplerea internă a convertorului catalitic 702. Pentru a evalua temperatura gazelor de evacuare înainte de ieşirea din convertorul catalitic 702, în apropierea orificiului de admisie 718 şi/sau a orificiului de ieşire 722 este amplasat un senzor de căldură.

După cum se arată în FIG. 22, în cavitatea internă 722 a carcasei 716, în aval de încălzitorul 724, este dispus cel puţin un filtru 726. Filtrul 726 este configurat pentru a filtra/elimina gazele de evacuare nocive incluzând, dar fără a se limita la, dioxid de carbon (CO2), monoxid de carbon (CO), oxid de azot (NOx), precum şi hidrocarburi (HC), particule în suspensie (PM) şi alte substanţe chimice nocive şi resturi. Filtrul 726, care poate fi cuprins, de exemplu, dintr-un material ceramic, este acoperit cu unul sau mai multe metale nobile 728 şi include mai multe deschideri în formă de fagure. Deschiderile filtrului 726 sunt configurate pentru a întrerupe fluxul de gaze de evacuare şi pentru a capta particulele pentru a împiedica emiterea particulelor în mediu. Mai multe tije 730, care pot fi compuse dintr-un metal sau aliaj tratat termic (de exemplu, cupru sau oţel), se extind longitudinal prin structura tip fagure a filtrului 726. Tijele 730 pot, de asemenea, sau în schimb să se extindă transversal în jurul filtrului 726. În plus, mai mulţi magneţi 732 sunt distribuiţi în interiorul carcasei 716. Magneţii 732 pot fi plasaţi lângă sau în contact cu filtrul 726 şi/sau în interiorul filtrului 726.

În mod similar unui motor care utilizează benzină, la pornirea unui motor diesel care utilizează sistemul de evacuare 700 de la o pornire la rece, încălzitorul electric 724 este pornit simultan de o unitate de comandă electronică (ECU) pentru a ajuta la încălzirea temperaturii interne a convertorului catalitic 702 (convertorul catalitic este încălzit timp de cel puţin şapte minute la pornirea motorului) peste temperatura gazelor de evacuare şi a particulelor. Încălzitorul 724 poate rămâne pornit după atingerea temperaturii dorite sau poate fi oprit şi apoi repornit dacă temperatura din convertorul catalitic 702 scade sub o temperatură de prag. Tijele 730 sunt configurate pentru a accelera încălzirea temperaturii interne a convertorului catalitic 702 la o temperatură internă dorită şi pentru a ajuta la menţinerea temperaturii interne dorite cel puţin pe întreaga suprafaţă internă a filtrului 726 şi a suprafeţei interne înconjurătoare.

Prin creşterea temperaturii interne a convertorului catalitic 702, substanţele chimice nocive şi particulele care fac parte din gazele de evacuare sunt oxidate şi/sau arse înainte de a ieşi din convertorul catalitic 702. Acoperirea cu filtru din metale nobile 728 ajută la încetinirea şi întreruperea suplimentară a fluxului gazelor de evacuare prin cavitatea convertorului catalitic intern, astfel încât mai multe emisii nocive de evacuare pot fi încălzite peste o temperatură limită şi arse înainte de ieşirea din convertorul catalitic 702. Magneţii 732 perturbă şi încetinesc în continuare fluxul de gaze de evacuare şi particule pe măsură ce trec prin convertorul catalitic 702, similar cu magneţii 632, 634, 646 încorporaţi în sistemul de evacuare a benzinei 600, prin creşterea curentului electric în cavitatea 720 a convertorului catalitic 702 prin polaritatea magneţilor 732. Întreruperea şi încetinirea fluxului de gaze de evacuare şi particule permite încălzirea gazelor de evacuare pentru o perioadă mai lungă de timp în cavitatea 720 a convertorului catalitic 702 şi, la rândul său, oxidarea şi reducerea în continuare a produselor secundare toxice ale gazelor de evacuare.

La ieşirea din convertorul catalitic 702, gazele de evacuare nocive rămase, particulele şi resturile trec prin tubulatura 710 şi în filtrul de particule diesel 704. Filtrul de particule diesel 704 este proiectat pentru a capta particulele (de exemplu, funinginea) după ce ies din convertorul catalitic 702 şi înainte de a ieşi din sistemul de evacuare 700 şi de a fi emise în mediu. Aşa cum este ilustrat în FIG. 21B, filtrul de particule diesel 704 este un filtru ceramic care include mai multe deschideri în formă de fagure care sunt configurate pentru a capta particulele (de exemplu, funinginea) pentru a preveni emiterea particulelor în mediu. Filtrul 704 este acoperit cu unul sau mai multe metale nobile 736 şi include mai multe tije 738 care se extind prin structura tip fagure şi pot fi compuse dintr-un metal sau aliaj tratat termic (de exemplu, cupru sau oţel). În plus, mai mulţi magneţi 739 sunt distribuiţi pe cel puţin una dintre componentele interne ale filtrului 704, lângă sau în contact cu filtrul 704 şi/sau în interiorul filtrului 704.

Pentru a reduce particulele acumulate pe filtrul 704 şi pentru a împiedica particulele să blocheze filtrul 704 şi să creeze la rândul său contrapresiune în sistemul de evacuare 700, filtrul 704 trebuie curăţat prin regenerare prin arderea particulelor acumulate pe filtrul 704. De regulă, există două tipuri de regenerare, inclusiv regenerarea activă şi regenerarea pasivă, unde temperatura de oxidare a particulelor în suspensie este redusă, permiţând autoregenerarea în timpul funcţionării regulate a vehiculului, de obicei prin adăugarea unui precursor catalizator la carburant sau la filtru. Aici, filtrul de particule diesel 704 foloseşte regenerarea activă. Cu toate acestea, spre deosebire de sistemele de regenerare existente, un încălzitor 740, care comunică cu o unitate de comandă electronică, este plasat în amonte de filtrul 704 şi utilizat în combinaţie cu tijele 738, învelişul metalic 736 şi magneţii 739 dispuşi în interiorul filtrului 704 pentru a creşte curentul electric (magneţi), a perturba fluxul de gaze de evacuare şi particule (înveliş) şi a creşte temperatura filtrului 704 (tije) şi, la rândul său, a creşte temperatura particulelor care sunt prinse pe şi în interiorul filtrului pentru a oxida particulele şi a crea un produs secundar gazos (de exemplu, CO2). În plus, procentul de dioxid de azot din gazele de evacuare este redus şi transformat în monoxid de azot. Acest proces chimic se repetă în mod constant, astfel încât filtrul 704 să fie curăţat continuu şi să nu necesite întreţinere. Prin urmare, nu este nevoie de niciun ajutor suplimentar pentru regenerare, de exemplu, cu asistenţa unui sistem de management al motorului.

În aval de filtrul de particule diesel 704 din sistemul de evacuare diesel 700 se află sistemul de reducere catalitică selectivă 708, care, în mod similar cu sistemul de reducere catalitică selectivă 604 din sistemul de evacuare a benzinei 600, este configurat pentru a reduce gazele de dioxid de azot prin oxidarea şi transformarea lor în emisii inofensive de evacuare (de exemplu, azot, apă şi o cantitate mică de dioxid de carbon) care sunt emise din sistemul de evacuare 700 şi în mediu fără a fi necesară introducerea unui agent reductor de lichid în fluxul de evacuare.

Sistemul de reducere catalitică selectivă 708 este compus dintr-un filtru 742 care include mai multe deschideri în formă de fagure 744 şi orificii mici 746 dispersate în jurul filtrului 742. Filtrul 742 este acoperit cu unul sau mai multe metale nobile 748, include mai multe tije 750 care se extind prin structura fagure şi mai mulţi magneţi 747 care sunt dispersaţi în jurul filtrului 742.

Un încălzitor electric 749, care comunică cu o unitate de comandă electronică, se extinde în sistemul de reducere catalitică selectivă 708, în amonte de filtrul 742. Încălzitorul 749 este configurat pentru a creşte temperatura internă a sistemului de reducere catalitică selectivă 708 peste un prag în combinaţie cu tijele 750 şi acoperirea metalică 748 pentru a se asigura că temperatura internă din filtrul 742 şi de pe suprafaţa internă înconjurătoare este mai mare decât temperatura gazelor de evacuare rămase şi a particulelor şi este menţinută pentru a reduce şi mai mult procentul de gaze de dioxid de azot pe măsură ce acestea trec prin filtrul 742. Orificiile mici 746 şi magneţii 747 sunt incluse pentru a ajuta la întreruperea suplimentară a fluxului de gaze de evacuare pe măsură ce se deplasează în cadrul sistemului de reducere catalitică selectivă 708 pentru a oferi mai mult timp gazelor de evacuare să oxideze şi/sau să fie arse pe măsură ce trec prin sistemul încălzit 708 înainte de ieşire. Se remarcă faptul că sistemul de reducere catalitică selectivă 706 include unul sau mai mulţi senzori de dioxid de azot pentru a asigura funcţionarea eficientă a sistemului 706.

La ieşirea din sistemul de reducere catalitică selectivă 706, gazele de evacuare rămase vor curge prin tubulatura 714 către toba de evacuare 712. Toba de evacuare 712 este identică cu toba de evacuare 608 pentru sistemul de evacuare a benzinei. După cum este descris în FIG. 25 şi 26, toba de evacuare 712 include o carcasă 752 în care sunt amplasate unul sau mai multe amortizoare de zgomot 754 şi o multitudine de plăci 756 care sunt dispersate şi/sau distanţate una de cealaltă. Plăcile 756, care pot fi, de exemplu, compuse din oţel, sunt acoperite cu unul sau mai multe metale nobile 758. Învelişul metalic nobil 758 ajută la întreruperea fluxului gazelor de evacuare din carcasa 752 astfel încât acestea să devină turbulente, ceea ce, la rândul său, încetineşte fluxul gazelor de evacuare fierbinţi pe măsură ce trec de la o intrare 760 a tobei de evacuare 712 prin şi ies din carcasa tobei de evacuare 752 printr-o ieşire 762. Întreruperea gazelor de evacuare din toba de evacuare 712 datorită includerii plăcilor acoperite cu metal nobil 756 permite gazelor de evacuare şi particulelor în suspensie mai mult timp în toba de evacuare 712 să ardă şi/sau să se oxideze înainte de a ieşi din toba de evacuare 712 şi de a intra în mediu.

FIG. 27 ilustrează un sistem de evacuare 800 pentru un aparat, dispozitiv sau dispozitiv de ardere a cărbunelui sau altele similare. Sistemul de evacuare 800 include o carcasă 802. În mod secvenţial, în carcasa 802 se află un prim sistem de filtrare selectivă cu reducere catalitică 806 direct în aval de o intrare 804, un prim încălzitor electric 808, un al doilea sistem de filtrare selectivă cu reducere catalitică 810, un al doilea încălzitor 812 şi un alt filtru 813 cu o structură în fagure. În plus, dispersaţi în interiorul carcasei 802, în apropierea peretelui lateral intern, sunt dispersaţi mai mulţi magneţi 815. Se remarcă faptul că designul şi proprietăţile sistemelor de filtrare cu reducere catalitică selectivă 806, 810 şi ale încălzitoarelor 808, 812 sunt aceleaşi cu cele discutate mai sus cu privire la sistemele de evacuare a benzinei şi motorinei 600, 700 şi, ca atare, aceleaşi caracteristici sunt încorporate prin referinţe ca parte a sistemului de evacuare a cărbunelui 800.

În aval de sistemul de evacuare 800 din FIG. 27 se află o primă suflantă electrică 814, o multitudine de filtre 816 care includ o structură tip fagure 817 (a se vedea detaliile din FIG. 27A şi 27B), jgheaburi 817 care direcţionează particulele nearse (de exemplu, cărbune) către un coş de reziduuri 818 în care sunt aruncate particulele nearse, un sistem suplimentar de filtrare a metalelor 820, o a doua suflantă electrică 822 şi un coş de fum 824 prin care gazele curate ies în mediu.

FIG. 28 prezintă un sistem de evacuare 900 pentru o motocicletă. După cum se arată, un prim sistem de filtrare selectivă cu reducere catalitică 902 este plasat în tubulatura de evacuare 904 şi un încălzitor electric 906 şi un al doilea sistem de filtrare selectivă cu reducere catalitică 908 sunt plasate într-o carcasă de evacuare 909. După cum se arată în FIG. 28, încălzitorul 906 este plasat să se extindă în interiorul carcasei 909 în apropierea unui orificiu de intrare 912 al carcasei 908, cu al doilea sistem de filtrare selectivă prin reducere catalitică 908 situat în aval de încălzitorul 906. Încălzitorul 908 este configurat să funcţioneze utilizând tensiunea dorită (de exemplu, 6-45 amperi) a vehiculului.

Sistemele selective de filtrare cu reducere catalitică 902, 908, la fel ca sistemele selective de filtrare cu reducere catalitică 604, 708, 806, 810 discutate mai sus, sunt configurate pentru a reduce gazele de dioxid de azot prin oxidarea gazelor de dioxid de azot şi transformarea acestora în emisii de evacuare inofensive care sunt emise din sistemul de evacuare 900 şi în mediu, fără a fi necesară introducerea unui agent de reducere a lichidului în sistemele de filtrare cu reducere catalitică selectivă 902, 908.

Sistemele selective de reducere catalitică 902, respectiv 908 includ fiecare un filtru 914, 915 care are mai multe deschideri în formă de fagure acoperite cu unul sau mai multe metale nobile 916, 917, mai multe tije 918, 919 cuprinse dintr-un metal sau aliaj care se extind longitudinal prin structura fagure şi mai mulţi magneţi 920, 921. Se remarcă faptul că tijele 918, 919 ar putea, în schimb sau în plus, să se extindă transversal în jurul filtrului 914, 915. Tijele 918, 919 şi acoperirea metalică 916, 917 ajută la menţinerea temperaturii interne în filtrele 914, 915. Magneţii 920, 921 sunt plasaţi şi distribuiţi în filtrele 914, 915 pentru a ajuta, prin polaritatea lor, la întreruperea şi încetinirea suplimentară a fluxului de gaze de evacuare şi particule pe măsură ce trec peste filtrele 914, 915 prin creşterea curentului electric în vecinătatea magneţilor 920, 921 pentru a permite încălzirea gazelor de evacuare pentru o perioadă mai lungă de timp în cadrul fiecărui sistem de reducere selectivă respectiv 902, 908 şi, la rândul său, oxidarea şi reducerea în continuare a produselor secundare toxice ale gazelor de evacuare. Se remarcă faptul că, în plus sau în loc de plasarea magneţilor 920, 921 în interiorul filtrului 914, 915, magneţii 920, 921 pot fi dispuşi adiacent filtrelor 914, 915 şi/sau în afara carcasei fiecărui sistem de reducere catalitică selectivă respectivă 902, 908.

De asemenea, se remarcă faptul că, în timp ce sunt prezentate două sisteme de reducere catalitică selectivă 902, 908, sistemul de evacuare 900 poate include un singur sistem de reducere catalitică selectivă 908 în carcasa 909.

FIG. 29 prezintă un sistem de evacuare 1000 pentru o maşină de tuns iarba. După cum se arată, un încălzitor electric 1002 şi un sistem de filtrare cu reducere catalitică selectivă 1004 sunt plasate într-o carcasă de evacuare 1006. Încălzitorul 1002 este plasat să se extindă în carcasa 1006 în amonte în carcasa 1006, cu sistemul de filtrare selectivă prin reducere catalitică 1004 situat în aval de încălzitorul 1002. Încălzitorul 1002 este configurat să funcţioneze utilizând tensiunea dorită (de exemplu, 6-45 amperi) a vehiculului. Se remarcă faptul că, în cazul în care maşina de tuns iarba şi/sau o altă maşină nu funcţionează cu o baterie, căldura ar putea fi furnizată de motor în loc să utilizeze un încălzitor.

Sistemul selectiv de filtrare cu reducere catalitică 1004, la fel ca sistemele selective de filtrare cu reducere catalitică discutate mai sus, sunt configurate pentru a reduce gazele de dioxid de azot prin oxidarea şi transformarea acestora în emisii de evacuare inofensive care sunt emise din sistemul de evacuare 1000 şi în mediu, fără a fi necesară introducerea unui agent de reducere a lichidului în sistemul selectiv de filtrare cu reducere catalitică 1004. Sistemul selectiv de reducere catalitică 1004 include un filtru 1008 care are mai multe deschideri în formă de fagure, este acoperit cu unul sau mai multe metale nobile 1010, include mai multe tije 1012 compuse dintr-un metal sau aliaj care se extind longitudinal prin structura fagure şi mai mulţi magneţi 1014 plasaţi în interiorul filtrului 1008. Încălzitorul 1002, tijele 1012, învelişul metalic 1010 şi magneţii 1014 îndeplinesc aceeaşi funcţie (funcţii) precum cea discutată mai sus cu privire la sistemele de evacuare 600-900. Se remarcă faptul că, în plus sau în loc de plasarea magneţilor 1014 în interiorul filtrului 1008, magneţii 1014 pot fi plasaţi adiacent filtrelor 1008 şi/sau în afara carcasei 1006 a sistemului de evacuare 1000.

FIG. 30 prezintă un sistem de evacuare 2000 pentru utilaje fără baterie care utilizează un combustibil fosil. După cum se arată, un sistem de filtrare cu reducere catalitică selectivă 2002, care nu utilizează un agent de reducere a lichidului, include un filtru 2004 care este plasat într-o carcasă 2003 şi care are mai multe deschideri în formă de fagure, este acoperit cu unul sau mai multe metale nobile 2006, include mai multe tije 2008 compuse dintr-un metal sau aliaj care se extind longitudinal prin structura fagure şi mai mulţi magneţi 2010 dispuşi în interiorul filtrului 2004. Tijele 2008, acoperirea metalică 2006 şi magneţii 2010 îndeplinesc aceeaşi funcţie (funcţii) aşa cum s-a discutat mai sus cu privire la sistemele de evacuare 600-1000, cu diferenţa în ceea ce priveşte sistemul 2000, că elementele nu sunt încălzite în carcasă 2003. Se remarcă faptul că, în plus sau în loc de amplasarea magneţilor 2010 în interiorul filtrului 2004, magneţii 2010 pot fi plasaţi adiacent filtrelor 2004 şi/sau extern carcasei 2003 a sistemului de evacuare 2000.

Descrierea de mai sus şi ilustraţiile însoţitoare ilustrează principiile, exemplele de realizare ilustrative şi modurile de funcţionare ale prezentei invenţii. Cu toate acestea, prezenta invenţie nu trebuie interpretată ca fiind limitată la exemplele de realizare specifice dezvăluite aici. Prin urmare, exemplele de realizare descrise mai sus şi ilustraţiile însoţitoare ar trebui considerate mai degrabă ilustrative decât restrictive.

Claims

1. Un convertor catalitic (400; 602), care cuprinde:

o carcasă externă (402; 614) delimitată la un orificiu de intrare (406; 616) şi un orificiu de ieşire (408; 618);

cel puţin un încălzitor (415, 417; 624) plasate în carcasa externă configurată pentru a încălzi gazele toxice şi particulele în suspensie care intră în convertorul catalitic şi pentru a reduce gazele şi particulele menţionate înainte ca gazele şi particulele respective să iasă din convertorul catalitic;

o a doua carcasă (403; 612) distanţată de carcasa externă; şi

mai mulţi magneţi (407; 632) plasaţi între carcasa externă şi cea de-a doua carcasă.

2. Un convertor catalitic (400; 602) în conformitate cu revendicarea 1, în care încălzitorul (415, 417; 624) este alcătuit din mai multe încălzitoare.

3. Un convertor catalitic (400; 602) în conformitate cu revendicarea 2, în care încălzitoarele sunt plasate în carcasa externă (402; 614) cu un prim încălzitor plasat lângă orificiul de intrare şi un al doilea încălzitor plasat lângă orificiul de ieşire.

4. Un convertor catalitic (400; 602) în conformitate cu oricare dintre revendicările anterioare, cuprinzând în plus o placă de întrerupere plasată adiacent cel puţin unui încălzitor (415, 417; 624).

5. Un convertor catalitic (400; 602) în conformitate cu oricare dintre revendicările anterioare, cuprinzând în plus un filtru (410; 626, 628) plasat în carcasa externă între orificiul de intrare (406; 616) şi orificiul de ieşire (408; 618), respectiv cel puţin unul dintre cele acoperite şi pulverizate cu metale nobile pentru a ajuta la menţinerea unei temperaturi interne a convertorului catalitic.

6. Un convertor catalitic (400; 602) în conformitate cu revendicarea 5, în care filtrul (410; 626, 628) este în formă de fagure.

7. Un convertor catalitic (400; 602) în conformitate cu oricare dintre revendicările anterioare, în care magneţii (407; 632) sunt electromagneţi.

8. Un sistem de evacuare care cuprinde convertorul catalitic (400; 602) în conformitate cu oricare dintre revendicările anterioare.