DE212021000398U1

DE212021000398U1 - Abgasförderungsvorrichtung

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Publication number: DE212021000398U1
Application number: DE212021000398.2U
Authority: DE
Original assignee: Kokusho Co Ltd
Current assignee: Kokusho Co Ltd
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2023-02-27
Anticipated expiration: 2031-01-22
Also published as: JP2022001759A; WO2021255973A1; US20230124376A1; JP6979238B1; JP2022024007A; US11927122B2; JP7465558B2

Abstract

Abgasförderungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zur Verbesserung der Abgaseffizienz eines Verbrennungsgases, das aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, wobei die Abgasförderungsvorrichtung umfasst:
ein Gehäuse, das sich in einem Abgassystem des Verbrennungsmotors befindet,
einen Abgasströmungssteuerungszylinder, der konzentrisch in dem Gehäuse angeordnet ist, so dass ein ringförmiger Zwischenraum zwischen der Innenfläche des Gehäuses und dem Abgasströmungssteuerungszylinder entsteht; und
ein Kühlungszylinder, der koaxial zum Gehäuse angeordnet ist und sich an einem Endteil des Gehäuses auf der Abgasausstoßseite in einem Abstand von dem Abgasströmungssteuerungszylinder in Abgasrichtung befindet, wobei
der Abgasströmungssteuerungszylinder einen ersten Expansionsteil mit einem ungefähr kegelstumpfförmigen Querschnitt, dessen Durchmesser zu einer Ausstoßseite eines Abgasströmung hin allmählich zunimmt, und einen Beschleunigungsteil, der kontinuierlich mit dem ersten Expansionsteil versehen ist und einen ungefähr kegelstumpfförmigen Querschnitt aufweist, dessen Durchmesser zur Ausstoßseite des Abgases hin allmählich abnimmt, auf,
ein Ablenkungsloch, durch das der Beschleunigungsteil und der Zwischenraum miteinander kommunizieren, in einem Verbindungsteil des Beschleunigungsteils mit dem ersten Expansionsteil,
wobei der Zwischenraum ein zweiter Expansionsteil ist, dessen Kapazität zur Ausstoßseite des Abgases hin allmählich zunimmt und der an einem Endteil auf der Ausstoßseite des Abgases des eine Drossel aufweist, die auf der Ausstoßseite des Abgases einem Endteil des Beschleunigungsteils gegenüberliegt, und
die Kapazität des Zwischenraums so festgelegt wird, dass sie größer ist als die Kapazität des Beschleunigungsteils.

Description

Fachgebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasförderungsverfahren, eine Abgasförderungsvorrichtung und ein Abgassystem-Verbesserungsverfahren zur Verbesserung der Abgaseffizienz von Abgas, das aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird.
Stand der Technik
Abgas aus Verbrennungsmotoren enthält schädliche Substanzen, wie Staub (PM), Kohlenwasserstoffe (HC), Stickstoffoxide (NO_x), Schwefeldioxid (SO₂) und Kohlenmonoxid (CO).
Um diese schädlichen Substanzen zu entfernen, hat man begonnen, in der Mitte des Abgassystems des Verbrennungsmotors eine Reinigungsvorrichtung mit einer katalytischen Struktur zu montieren.
Die in der Mitte des Abgassystems des Verbrennungsmotors montierte Reinigungsvorrichtung wirkt wie ein Widerstand für den Abgasstrom in dem Abgassystem und beeinflusst die Leistungsmerkmale des Verbrennungsmotors.
Daher gibt es eine Forderung nach der Entwicklung einer Technik zur Verbesserung der Abgaseffizienz in dem Abgassystem des Verbrennungsmotors, und die Technik wird zum Beispiel in Patentliteratur 1 vorgeschlagen.
Patentliteratur 1 beschreibt eine Abgasstrom-Förderungsvorrichtung, die in einem Endrohr eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors montiert ist und einen Beschleunigungszylinder mit einer konischen Form, der zur Motorseite des Abgases hin aufgeweitet ist, einen Abdeckungszylinder mit einer Röhrenform, der die Außenseite des Beschleunigungszylinders koaxial umgibt, und ein Ablenkungsloch, das in dem Beschleunigungszylinder geöffnet ist, umfasst.
Die Abgasstrom-Förderungsvorrichtung gemäß Patentliteratur 1 beschleunigt und teilt das Abgas im Beschleunigungszylinder und erzeugt einen Unterdruck um einen zentralen Strom herum, der mit hoher Geschwindigkeit aus dem Beschleunigungszylinder ausgestoßen wird, und der Unterdruck beschleunigt den umgebenden Strom in dem Abdeckungszylinder zum Ausstoß, wobei die Abgaseffizienz verbessert wird.
Übrigens ist die Technik zum Beschleunigen des Abgasstroms in dieser Weise auch in Patentliteratur 2 bis 5 beschrieben.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 10-331631 A
Patentliteratur 2: JP 2011-74774 A
Patentliteratur 3: Japanisches Gebrauchsmuster Registrierungs-Nr. 3186232
Patentliteratur 4: JP 02-125906 A
Patentliteratur 5: JP 06-173634 A

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Das von der vorliegenden Erfindung zu lösende Problem besteht darin, ein Abgasförderungsverfahren, eine Abgasförderungsvorrichtung und ein Abgassystem-Verbesserungsverfahren für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die in der Lage sind, die Abgaseffizienz durch Hochgeschwindigkeitsausstoß von Abgas weiter zu verbessern.
Lösung des Problems
Das Abgasförderungsverfahren für einen Verbrennungsmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass ein aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßenes Abgas in mehreren Stufen wiederholt expandiert wird, um seine Temperatur zu reduzieren, und somit ein Ausstoß durchgeführt wird, während ein von der thermischen Energie des Abgases abgeleitetes Verhalten unterdrückt wird.
Gemäß einem solchen Abgasförderungsverfahren wird die Temperatur des Abgases in einem mehrstufigen Expansionsvorgang reduziert, und die thermische Energie des Abgases wird durch diese Temperaturreduktion entzogen, und das von der thermischen Energie abgeleitete Verhalten wird unterdrückt.
Die Steuerung der Strömungsrichtung des Abgases, dessen Verhalten auf diese Weise unterdrückt wird, wird erleichtert, und es kann bewirkt werden, dass die Strömung des Abgases der Hauptabgasrichtung folgt.
Als Ergebnis kann die Strömung des Abgases geglättet werden, und die Abgaseffizienz kann verbessert werden.
Die Abgasförderungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung ist wie folgt konfiguriert, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen.
Bereitgestellt werden ein Gehäuse, das sich am Abgasendteil eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors befindet, ein Abgasströmungssteuerungszylinder, der konzentrisch in dem Gehäuse angeordnet ist, so dass ein ringförmiger Zwischenraum zwischen dem Abgasströmungssteuerungszylinder und der Innenfläche des Gehäuses entsteht, und ein Kühlungszylinder, der koaxial zum Gehäuse angeordnet ist und sich an einem Endteil des Gehäuses auf der Abgasausstoßseite in einem Abstand von dem Abgasströmungssteuerungszylinder in Abgasrichtung befindet. Der Abgasströmungssteuerungszylinder weist einen ersten Expansionsteil mit einem ungefähr kegelstumpfförmigen Querschnitt, dessen Durchmesser zur Ausstoßseite der Abgasströmung hin allmählich zunimmt, und einen Beschleunigungsteil, der kontinuierlich mit dem ersten Expansionsteil versehen ist und einen ungefähr kegelstumpfförmigen Querschnitt aufweist, dessen Durchmesser zur Ausstoßseite des Abgases hin allmählich abnimmt, auf. Außerdem befinden sich Ablenkungslöcher, durch die der Beschleunigungsteil und der Zwischenraum miteinander kommunizieren, in einem Verbindungsteil des Beschleunigungsteils mit dem ersten Expansionsteil. Der Zwischenraum ist als zweiter Expansionsteil ausgebildet, dessen Kapazität zur Ausstoßseite des Abgases hin allmählich zunimmt und der eine Drossel aufweist, die auf der Ausstoßseite des Abgases einem Endteil des Beschleunigungsteils gegenüberliegt. Die Kapazität des Zwischenraums wird so festgelegt, dass sie größer ist als die Kapazität des Beschleunigungsteils.
Gemäß einer solchen Konfiguration dehnt sich das Abgas, das in die Abgasförderungsvorrichtung geströmt ist, im ersten Expansionsteil in dem Abgasströmungssteuerungszylinder aus, ein Teil davon wird zu einer zentralen Strömung zum Beschleunigungsteil hin, und der Rest wird durch die Ablenkungslöcher in den zweiten Expansionsteil abgetrennt und wird so zur äußeren Randströmung.
Die äußere Randströmung expandiert im zweiten Expansionsteil und strömt dann zur Drossel auf der Ausstoßseite, und die zentrale Strömung wird im Beschleunigungsteil beschleunigt und dann zur Mitte der Drossel hin gestrahlt.
Dabei bildet sich durch die zentrale Strömung, die aus dem Beschleunigungsteil zur Drossel hin gestrahlt wird, um die Drossel herum ein Unterdruckbereich, und die äußere Randströmung im zweiten Expansionsbereich wird durch diesen Unterdruck angesaugt, so dass sie zusammen mit der zentralen Strömung in den Kühlzylinder strömt.
Auf diese Weise wird das Abgas ausgestoßen, während es beschleunigt wird, dadurch wird es nicht zu einem Ausstoßwiderstand, und dadurch wird die Abgaseffizienz verbessert.
Weiterhin dehnt sich die äußere Randströmung kontinuierlich im ersten Expansionsteil und im zweiten Expansionsteil aus, und die Temperatur der äußeren Randströmung wird aufgrund dieser Expansionen reduziert.
Dann wird die äußere Randströmung durch die Außenluft im Kühlzylinder weiter gekühlt, und somit wird die Temperatur reduziert.
Da die Kapazität des Zwischenraums, der zum zweiten Expansionsteil wird, so festgelegt wird, dass sie größer ist als die Kapazität des Beschleunigungsteils, kann das Phänomen des Temperaturabfalls aufgrund der Expansion des Abgases, das zur äußeren Randströmung wird, um diese Menge erhöht werden.
Aufgrund dieser Abnahme der Temperatur der äußeren Randströmung wird Wärmeenergie aus der äußeren Randströmung abgeleitet, und somit wird ihre Strömung glatt, die Abgaseffizienz wird in Kombination mit der Beschleunigung des Abgases weiter verbessert, und das Abgasförderungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann effektiv durchgeführt werden.
Dabei wird die Kapazität des Zwischenraums vorzugsweise auf 1,8 mal oder mehr, besonders bevorzugt auf 1,9 mal oder mehr und besonders bevorzugt auf 2,0 mal oder mehr sowie vorzugsweise auf 2,6 mal oder weniger, besonders bevorzugt 2,5 mal oder weniger und besonders bevorzugt 2,3 mal oder weniger der Kapazität des Beschleunigungsteils festgelegt. Obwohl die Abgasförderungswirkung auch beim 1,8-fachen oder weniger zu erwarten ist, kann sie unzureichend sein. Wenn sie außerdem größer als das 2,6-fache ist, kann das Gehäuse selbst zu groß werden.
Vorzugsweise umfasst der Kühlzylinder einen Innenzylinder, der mit der Drossel verbunden ist, und einen Außenzylinder, der einen ringförmigen Ventilationszwischenraum zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder bildet, und der Außenzylinder weist eine Lüftungsöffnung auf, um Außenluft in den Ventilationszwischenraum einzuführen.
Im Falle einer solchen Konfiguration strömt im Kühlzylinder Außenluft in den Ventilationszwischenraum, während das Fahrzeug fährt, und diese Außenluft strömt im Kontakt mit der Innenfläche des Außenzylinders und der Außenfläche des Innenzylinders.
Dabei wird die Strömung der Außenluft in dem Ventilationszwischenraum ausgestoßen, während sie von dem vom Endteil des Innenzylinders abgestrahlten Abgas angesaugt wird, so dass die Menge der Ventilation entsprechend zunimmt. Als Ergebnis wird eine Wirkung der weiteren Verstärkung der Kühlwirkung des im Innenzylinder strömenden Abgases ausgeübt.
In der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise mehrere Spiralrillen in der Innenwand des Abgasströmungssteuerungszylinders gebildet.
Gemäß einer solchen Konfiguration kann aus der zentralen Strömung eine Drallströmung gemacht werden, um ihre Geradlinigkeit zu verbessern, und der in der Drossel erzeugte Unterdruck kann erhöht werden, um die Sogwirkung des Unterdrucks auf die äußere Randströmung zu verstärken und die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu unterstützen.
In der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise mehrere Spiralrillen in der Innenwand des Innenzylinders gebildet.
Gemäß einer solchen Konfiguration kann aus dem Abgas, das zu einer aus dem Ausstoßanschluss des Beschleunigungsteils ausgestoßenen Drallströmung geworden ist, durch die Spiralrillen des Innenzylinders weiter eine Drallströmung gemacht werden, und damit kann die Strömung weiter geglättet werden, wobei die Abgaseffizienz verbessert wird. Weiterhin kann die Kontaktfläche mit dem Innenzylinder erhöht werden, um die Kühlwirkung des Innenzylinders auf das Abgas zu verstärken.
Vorzugsweise besteht das Gehäuse und/oder der Abgasströmungssteuerungszylinder aus einem keramischen Material.
Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, das Abgas dadurch zu reinigen, dass man die katalytische Funktion des keramischen Materials nutzt.
Vorzugsweise sind in der Innenwand des Gehäuses eine Vielzahl von Vertiefungsteilen ausgebildet.
Wie oben beschrieben ist, kann durch Bilden einer Vielzahl von Vertiefungsteilen in der Innenwand des Gehäuses die schalldämpfende Wirkung durch die Wirkung dieser Vertiefungsteile ausgeübt werden.
Indem man weiterhin in der vorliegenden Erfindung die Abgasströmung im zentralen Teil auf diese Weise beschleunigt, kann die Temperatur gesenkt werden, um NO_x zu reduzieren, und im äußeren Randteil kann die Abgasströmung verlangsamt werden, um die Temperatur zu erhöhen und so den Staubgehalt des Abgases zu reduzieren. Als Ergebnis können sowohl NO_x als auch der Staubanteil reduziert werden.
Da weiterhin der Abgasstrom auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt und ausgestoßen wird und das Abgas in dem Abgassystem unter Verwendung des in der Nähe der Drossel erzeugten Unterdrucks stark angesaugt wird, wird der Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors ausreichend Luft zugeführt, und außerdem wird das Abgas in der Verbrennungskammer auch ausreichend ausgespült. Als Ergebnis wird das Innere der Verbrennungskammer in einem Zustand der vollständigen Verbrennung oder in einem Verbrennungszustand nahe der vollständigen Verbrennung gehalten. Als Ergebnis kann neben der bemerkenswerten Reduktionswirkung bezüglich CO₂ im Abgas auch für andere schädliche Substanzen eine bemerkenswerte Reduktionswirkung erhalten werden.
Weiterhin kann durch weitere Erhöhung der Abgaseffizienz auf diese Weise der Verbrennungsmotor einen Zustand der vollständigen Verbrennung oder einen Verbrennungszustand nahe der vollständigen Verbrennung erhalten, wodurch verhindert wird, dass der Verbrennungsmotor und die Abgasförderungsvorrichtung heiß werden. Als Ergebnis kann sogar unmittelbar nach dem Betrieb des Verbrennungsmotors die Temperatur sowohl des Verbrennungsmotors als auch der Abgasförderungsvorrichtung ausreichend gesenkt werden, dass man sie mit bloßen Händen fest anfassen kann. Das heißt, die Abgasförderungsvorrichtung kann den Verbrennungsmotor und die Abgasförderungsvorrichtung sogar mit einer Selbstkühlungsfunktion versehen.
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors, der mit dem Abgassystem ausgestattet ist, welches ein Abgas mit einer Katalysatorvorrichtung reinigt, und ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Schritt des Bereitstellens einer Abgasförderungsvorrichtung an einem Abgasendteil des Abgassystems und einen Motorbetriebsschritt des Betreibens des Verbrennungsmotors umfasst, wobei in dem Motorbetriebsschritt das Abgassystem, das die Katalysatorvorrichtung umfasst, dadurch gereinigt wird, dass man den Verbrennungsmotor während einer erforderlichen Zeit betreibt.
Auf diese Weise übt die Abgasförderungsvorrichtung dadurch, dass man die Abgasförderungsvorrichtung am Abgasendteil des Abgassystems bereitstellt und den Verbrennungsmotor betreibt, eine starke Abgasförderungswirkung aus, und somit kann das Abgassystem einschließlich der Katalysatorvorrichtung gereinigt werden. Das heißt, wenn der Betrieb des Verbrennungsmotors fortgesetzt wird, heften sich allmählich Kohlenstoff und andere schädliche Substanzen, die in dem Abgas enthalten sind, an das Abgassystem und die Katalysatorvorrichtung, aber indem man die Abgasförderungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung an einer vorbestimmten Position bereitstellt, um den Ausstoß zu fördern, wird effektiv eine Wirkung des Entfernens des anhaftenden Kohlenstoffs und anderer schädlicher Substanzen ausgeübt.
Nachdem weiterhin das Abgassystem einschließlich der Katalysatorvorrichtung ausreichend gereinigt ist, ist es möglich, das Anheften von Kohlenstoff und anderer schädlicher Substanzen an das Abgassystem einschließlich der Katalysatorvorrichtung zu unterdrücken. Und zwar weil durch die starke Sogwirkung unter Verwendung des Unterdrucks der Abgasförderungsvorrichtung Abgas, das fast vollständig verbrannt ist, aus der Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors ausgestoßen wird und durch das Abgassystem und die Katalysatorvorrichtung strömt. Daher kann die Reinigungswirkung des Abgassystems einschließlich der Katalysatorvorrichtung über einen langen Zeitraum, oder bis der Verbrennungsmotor nicht mehr verwendet wird, aufrechterhalten werden.
Im Motorbetriebsschritt wird der Verbrennungsmotor vorzugsweise 1 Stunde oder länger betrieben. Obwohl es von der Menge des Kohlenstoffs und anderer schädlicher Substanzen, die an dem Abgassystem einschließlich der Katalysatorvorrichtung anhaften, abhängt, ist der Motorbetriebsschritt vorzugsweise länger und dauert besonders bevorzugt 3 Stunden oder mehr und besonders bevorzugt 5 Stunden oder mehr. Obwohl die Reinigungsfunktion auch dann ausgeübt wird, wenn die Betriebszeit des Verbrennungsmotors kürzer als 1 Stunde ist, wird die Reinigungsfunktion erst in oder nach 1 Stunde bemerkenswert.
In dem Motorbetriebsschritt wird vorzugsweise ein im Gebrauch befindliches Fahrzeug verwendet, das mit dem Verbrennungsmotor einschließlich des Abgassystems einschließlich der Katalysatorvorrichtung ausgestattet ist. Und zwar weil im Falle eines im Gebrauch befindlichen Fahrzeugs die Menge des Kohlenstoffs und anderer schädlicher Substanzen, die an dem Abgassystem einschließlich der Katalysatorvorrichtung anhaften, groß ist. Bei einem solchen im Gebrauch befindlichen Fahrzeug wird der Motorbetriebsschritt vorzugsweise 5 Stunden oder länger durchgeführt. Dadurch wird es möglich, die Menge des anhaftenden Kohlenstoffs und anderer schädlicher Substanzen stark zu reduzieren. Dies ermöglicht es, die Menge des anhaftenden Kohlenstoffs und anderer schädlicher Substanzen in einen Zustand in der Nähe eines Neuwagens zurückzuführen.
Vorzugsweise umfasst der Motorbetriebsschritt einen Schritt des Bewegens oder virtuellen Bewegens eines im Gebrauch befindlichen Fahrzeugs.
Wie oben beschrieben ist, wird in dem Motorbetriebsschritt des im Gebrauch befindlichen Fahrzeugs das Fahrzeug vorzugsweise tatsächlich gefahren oder auf einem rollenden Band virtuell gefahren. Und zwar weil ein konkreteres, praktischeres, effizienteres und wirtschaftlicheres Abgassystem-Verbesserungsverfahren erreicht werden kann, indem man einen Fahrmodus verwendet, bei dem tatsächlich eine Last auf die Rotation der Räder ausgeübt wird, das heißt, bei dem eine Last auf den Verbrennungsmotor ausgeübt wird, als wenn man einen Modus verwendet, bei dem der Motor betrieben wird, das Fahrzeug aber nicht gefahren wird.
Der Motorbetriebsschritt wird vorzugsweise durchgeführt, bis die Fahrstrecke durch das Betreiben des Verbrennungsmotors 100 km oder mehr beträgt.
Dabei wird die Fahrstrecke durch das Betreiben des Verbrennungsmotors in Anbetracht des im Gebrauch befindlichen Fahrzeugs auf 100 km oder mehr festgelegt. Und zwar weil im Falle eines im Gebrauch befindlichen Fahrzeugs diese zwar von der Anzahl der Gebrauchsjahre und dem bis dahin erreichten Kilometerstand abhängt, die Testergebnisse aber im Allgemeinen bei einer Fahrstrecke von 100 km oder mehr signifikant verbessert werden. Selbstverständlich kann eine Reinigungsfunktion auch bei 100 km oder weniger erwartet werden, aber es lässt sichte nicht sagen, dass die Funktion dann voll ausgereizt ist. Es wurde bestätigt, dass die Reinigungswirkung, wenn die Fahrstrecke 200 km, 300 km und 400 km erreicht, allmählich fortschreitet, und bei einem im Gebrauch befindlichen Fahrzeug, das langfristig genutzt wird, schreitet die Reinigungswirkung immer noch fort, wenn die Strecke 500 km übersteigt.
Bei dem Verfahren zur Verbesserung des Abgassystems des Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise die Abgasförderungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8 als Abgasförderungsvorrichtung verwendet.
Außerdem ist das Verfahren zur Verbesserung des Abgassystems des Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es das Versehen des Abgassystems mit einer Selbstreinigungsfunktion umfasst, indem es das Abgassystem des Verbrennungsmotors mit der Abgasförderungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8 versieht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dem Abgassystem eine Selbstreinigungsfunktion einfach dadurch zu verleihen, dass die Abgasförderungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8 in dem Abgassystem des Verbrennungsmotors auf diese Weise bereitgestellt wird.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Auto umfasst, das mit dem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist, der die Abgasförderungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8 umfasst.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es eine synergistische Wirkung zwischen der Verbesserung der Abgaseffizienz durch Beschleunigen des Ausstoßes und der Verbesserung der Abgaseffizienz durch Abkühlen des Abgases und Entziehen von Wärmeenergie und somit Glättung des Stroms des Abgases, und somit kann die Abgaseffizienz weiter verbessert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung übt weiterhin, die Abgasförderungsvorrichtung dadurch, dass man die Abgasförderungsvorrichtung am Abgasendteil des Abgassystems bereitstellt und den Verbrennungsmotor betreibt, eine starke Abgasförderungswirkung aus, und somit kann das Abgassystem einschließlich der Katalysatorvorrichtung effektiv gereinigt werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, auf das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
2 ist eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Diagramm, das eine Ansicht aus der Richtung eines Pfeils III in 2 zeigt.
4 ist ein Diagramm, das eine Ansicht aus der Richtung eines Pfeils IV in 2 zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben.
Zuerst und vor der Beschreibung des Abgasförderungsverfahrens der vorliegenden Erfindung wird eine Abgasförderungsvorrichtung beschrieben, die dieses Abgasförderungsverfahren effektiv implementieren kann.
In diesen Diagrammen bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Fahrzeug, auf das die vorliegende Ausführungsform angewendet wird. Das Fahrzeug 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2, ein Auspuffrohr 3 und einen Schalldämpfer 4, und eine Abgasförderungsvorrichtung 5 der vorliegenden Ausführungsform ist an einem Abgasendteil 43 des Schalldämpfers 4 befestigt. Bemerkenswerterweise kann der Schalldämpfer 4 eine Struktur, die eine Katalysatorvorrichtung 41 umfasst, oder eine Struktur, die die Katalysatorvorrichtung 41 nicht umfasst, aufweisen. Diese Katalysatorvorrichtung 41 kann auch getrennt von dem Schalldämpfer 4 bereitgestellt werden. Weiterhin kann der Schalldämpfer 4 weggelassen sein, und die Abgasförderungsvorrichtung 5 kann direkt an das Auspuffrohr 3 angeschlossen sein.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Abgasförderungsvorrichtung 5 der vorliegenden Ausführungsform ein Gehäuse 6, das am Abgasendteil 43 des Schalldämpfers 4 befestigt ist und die Katalysatorvorrichtung 41 umfasst, einen Abgasströmungssteuerungszylinder 7, der konzentrisch in dem Gehäuse 6 befestigt ist, so dass ein ringförmiger Zwischenraum A zwischen dem Abgasströmungssteuerungszylinder 7 und der Innenfläche des Gehäuses 6 entsteht, und einen Kühlungszylinder 8, der koaxial zum Gehäuse 6 angeordnet und an einem Endteil des Gehäuses 6 auf der Abgasausstoßseite in einem Abstand L3 von dem Abgasströmungssteuerungszylinder 7 in Abgasrichtung befestigt ist. Der Abgasströmungssteuerungszylinder 7 besteht aus einem keramischen Material (es kann auch ein Edelstahlmaterial, ein Aluminiummaterial oder ein anderes Metall oder eine Legierung sein).
Der Abgasströmungssteuerungszylinder 7 weist einen ersten Expansionsteil X mit einem ungefähr kegelstumpfförmigen Querschnitt, dessen Durchmesser zur Ausstoßseite der Abgasströmung hin allmählich zunimmt, und einen Beschleunigungsteil Y, der kontinuierlich mit dem ersten Expansionsteil X versehen ist und einen ungefähr kegelstumpfförmigen Querschnitt aufweist, dessen Durchmesser zur Ausstoßseite des Abgases hin allmählich abnimmt, auf. Außerdem befinden sich Ablenkungslöcher 9, durch die der Beschleunigungsteil Y und der Zwischenraum A miteinander kommunizieren, in einem Verbindungsteil des Beschleunigungsteils Y mit dem ersten Expansionsteil X.
Der Zwischenraum A ist als zweiter Expansionsteil ausgebildet, dessen Kapazität zur Ausstoßseite des Abgases hin allmählich zunimmt und der auf der Ausstoßseite des Abgases an einem Endteil desselben eine Drossel 10 aufweist. Die Drossel 10 liegt auf der Ausstoßseite des Abgases einem Endteil des Beschleunigungsteils Y gegenüber.
Der Kühlzylinder 8 umfasst einen Innenzylinder 11, der mit der Drossel verbunden ist, und einen Außenzylinder 12, der einen ringförmigen Ventilationszwischenraum Z zwischen dem Innenzylinder 11 und dem Außenzylinder 12 bildet. Der Außenzylinder 12 weist eine Lüftungsöffnung 13 auf, um Außenluft in den Ventilationszwischenraum Z einzuführen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel für eine Abgasförderungsvorrichtung gezeigt, die für die Montage in einem Endstück eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors geeignet ist, der auf einem Fahrzeug montiert ist, das aus einem Lastwagen besteht, aber die Abgasförderungsvorrichtung kann auch auf Personenkraftwagen und andere Fahrzeuge angewendet werden, indem man die Größe und Struktur gemäß dem Hubraum des Verbrennungsmotors anpasst. Weiterhin ist die Abgasförderungsvorrichtung 5 des gezeigten Beispiels so ausgebildet, dass sie einen elliptischen Querschnitt aufweist und dadurch mit einem Fahrzeug mit niedriger Fahrzeughöhe verträglich ist. Die Elliptizität (große Halbachse/kleine Halbachse) des Gehäuses 6 ist so festgelegt, dass sie etwa 1,4 beträgt. Diese Elliptizität kann im Bereich von 1,1 bis 1,8 verändert werden. Wenn die Elliptizität auf 1,8 oder mehr festgelegt wird, wird die Ellipse zu flach, wodurch sie schwierig herzustellen ist und was die Abgasförderungsfunktion beeinträchtigen kann. Selbstverständlich kann in Abhängigkeit von dem Fahrzeug, das mit dem Gehäuse 6 ausgestattet werden soll, eine Form eines vollkommenen Kreises oder in der Nähe davon eingesetzt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform besteht das Gehäuse 6 aus einem Edelstahlmaterial (es kann auch ein Keramikmaterial, ein Aluminiummaterial oder ein anderes Metall oder eine Legierung sein), und ein passender Vertiefungsteil 6a, in den der Abgasendteil 43 des Schalldämpfers 4 hineinpasst und fixiert wird, wird an einem Endteil davon auf der Motorseite in Abgasrichtung ausgebildet.
Weiterhin ist ein ringförmiger Verbindungsvorsprung 14, an dem der Kühlzylinder 8 fixiert ist, an einem Endteil des Gehäuses 6 auf der Ausstoßseite in Abgasrichtung ausgebildet.
Der Innenzylinder 11, der den Kühlzylinder 8 bildet, wird innerhalb des Verbindungsvorsprungs 14 angepasst und fixiert, und der Außenzylinder 12 wird am äußeren Rand des Verbindungsvorsprungs 14 angepasst und fixiert.
Weiterhin werden in der vorliegenden Ausführungsform mehrere Spiralrillen 15 und 16 in der Innenfläche (innere Randfläche) des Abgasströmungssteuerungszylinders 7 und des Innenzylinders 11 gebildet. Die Spiralrillen 15 sind in der gesamten Innenfläche des Abgasströmungssteuerungszylinders 7 gebildet und sind in mehreren Reihen ausgebildet, so dass sie sich spiralig von der Motorseite her zur Ausstoßseite in der Abgasrichtung erstrecken. Die Spiralrillen 16 sind in der gesamten Innenfläche des Innenzylinders 11 gebildet und sind in mehreren Reihen ausgebildet, so dass sie sich spiralig von der Motorseite her zur Ausstoßseite in der Abgasrichtung erstrecken.
Wie in 2 gezeigt ist, ist die Innenfläche des Gehäuses 6 als gekrümmte Fläche mit einer leichten Krümmung in der gesamten Innenfläche ausgebildet, so dass die Strömung des Abgasstroms (äußere Randströmung später beschrieben) glatt wird. Während in dem in 2 gezeigten Beispiel das Gehäuse 6 selbst in Form eines Zylinders mit einem insgesamt elliptischen Querschnitt ausgebildet ist, sind seine beiden Enden in Form einer lockeren konisch zulaufenden Kugelfläche ausgebildet.
Das heißt, auf der Abgas-Motorseite des Gehäuses 6 wird ein motorseitiger sphärischer Flächenteil 62 bereitgestellt, dessen Durchmesser in einer ungefähr sphärischen Form von einem Endteil davon auf der Abgas-Motorseite zur Abgas-Ausstoßseite hin expandiert ist. Außerdem wird auf der Abgas-Ausstoßseite des Gehäuses 6 ein ausstoßseitiger sphärischer Flächenteil 63 bereitgestellt, dessen Durchmesser in einer ungefähr sphärischen Form von einem Endteil davon auf der Abgas-Ausstoßseite zur Abgas-Motorseite hin expandiert ist. In einem dazwischenliegenden Teil zwischen dem motorseitigen sphärischen Flächenteil 62 und dem ausstoßseitigen sphärischen Flächenteil 63 befindet sich ein zylindrischer gekrümmter Oberflächenteil 64, bei dem es sich um eine gekrümmte Fläche entlang der Umfangsrichtung des elliptischen Querschnitts handelt.
Als Ergebnis geht die Innenfläche des Gehäuses 1 in eine leicht gekrümmte Fläche mit einem zylindrischen gekrümmten Oberflächenteil 64, der auf der Innenfläche linear in Ausstoßrichtung kontinuierlich von dem motorseitigen sphärischen Flächenteil 62 aus ausgebildet ist, und einen ausstoßseitigen sphärischen Flächenteil 63 kontinuierlich von dem zylindrischen gekrümmten Oberflächenteil 64 aus über. Daher strömt die äußere Randströmung glatt entlang dieser leicht gekrümmten Fläche.
Weiterhin ist der Endteil des Gehäuses 6 auf der Abgasmotorseite an den Endteil des ersten Expansionsteil X des Abgasströmungssteuerungszylinders 7 auf der Abgasausstoßseite angeschlossen, und im Verbindungsteil sind Ablenkungslöcher 9 angeordnet. In dem gezeigten Beispiel befinden sich die Ablenkungslöcher 9 an vier Stellen in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung des Abgasströmungssteuerungszylinders 7. Jedes Ablenkungsloch 9 ist in einer langen elliptischen Form entlang der Abgasrichtung ausgebildet. Die Größe jedes Ablenkungslochs hängt von der Anzahl der Ablenkungslöcher 9, der Größe des Abgasströmungssteuerungszylinders 7, der Größe des Zwischenraums A, dem Durchmesser eines Austragungsanschlusses 71 des Beschleunigungsteils Y usw. ab, und in dem gezeigten Beispiel wird die Größe auf etwa 1/3 bis 1/4 der Länge des Beschleunigungsteils Y festgelegt.
Der Durchmesser des Austragungsanschlusses 71 wird gemäß dem Hubraum des Verbrennungsmotors eingestellt. Zum Beispiel im Falle eines Personenkraftwagens oder eines Lastwagens mit einem Hubraum des Verbrennungsmotors von 5500 cm³ und einem Auspuffrohr wird der Durchmesser auf 36 bis 40 φ, vorzugsweise 38 φ, festgelegt. Im Falle von zwei Auspuffrohren mit demselben Hubraum ist die Abgasförderungsvorrichtung 5 einschließlich des Austragungsanschlusses 71 mit einem Durchmesser von 25 φ an jedes Auspuffrohr angeschlossen, und es werden insgesamt zwei Einheiten verwendet.
Wenn der Hubraum des Verbrennungsmotors 2500 cm3 beträgt und ein einziges Auspuffrohr verwendet wird, wird der Durchmesser auf 26 bis 28 φ, vorzugsweise 27 φ, festgelegt. Im Falle von zwei Auspuffrohren mit demselben Hubraum ist die Abgasförderungsvorrichtung 5 einschließlich des Austragungsanschlusses 71 mit einem Durchmesser von 22 φ an jedes Auspuffrohr angeschlossen, und es werden insgesamt zwei Einheiten verwendet.
Bemerkenswerterweise ist die Abgasförderungsvorrichtung 5 der vorliegenden Ausführungsform so gestaltet, dass ihre Länge L1 von dem motorseitigen Endteil des Abgasströmungssteuerungszylinders 7 bis zum Drosselteil 10 des Gehäuses 6 und die Länge L2 des Kühlzylinders 8 (im Wesentlichen die Länge eines Abgaswegs vom Einlass zur Drossel 10 bis zum Auslass des Kühlzylinders 8) ungefähr gleich sind. Wenn die Länge L2 im Vergleich zu der Länge L1 zu kurz ist, kann die Abgasförderungswirkung gesenkt werden. Und zwar weil, wenn die Länge L2 gering ist, kann sich die aufgrund des in der Nähe der Drossel 10 erzeugten Unterdrucks vorhandene Saugfunktion verschlechtern. Auch wenn die Länge L2 zu groß ist, kann sich die Saugfunktion verschlechtern.
Weiterhin befindet sich die Drossel 10 vorzugsweise auf der Abgasausstoßseite in Bezug auf den Austragungsanschluss 71.
Weiterhin beeinflusst der relative Abstand L3 zwischen dem Austragungsanschluss 71 und der Drossel 10 ebenfalls die von dem in der Nähe der Drossel 10 erzeugten Unterdruck abgeleitete Saugfunktion.
Das heißt, der relative Abstand L3 wird auf einen Wert festgelegt, der die von dem Unterdruck abgeleitete Saugfunktion maximiert. Der von dem Austragungsanschluss 71 aus beschleunigte und ausgetragene Abgasstrom wird auf etwa Mach 1,2 bis 1,6, vorzugsweise Mach 1,4 bis 1,6, eingestellt.
Bemerkenswerterweise wird in dem in 2 gezeigten Beispiel der Teil des maximalen Durchmessers 72 auf der Abgasmotorseite in dem Abgasströmungssteuerungszylinder 7 vorzugsweise auf das 2,5-fache oder mehr, besonders bevorzugt das 2,8-fache oder mehr und besonders bevorzugt das 3,0-fache oder mehr, und vorzugsweise das 7-fache oder weniger, besonders bevorzugt das 6-fache oder weniger, weiterhin bevorzugt das 5-fache oder weniger, besonders bevorzugt das 4-fache oder weniger und ganz besonders bevorzugt das 3,5-fache oder weniger des Teils des minimalen Durchmessers 73 auf der Abgasausstoßseite festgelegt.
Außerdem sind bezüglich der Länge jedes Teils des Abgasströmungssteuerungszylinders 7, das heißt ein Teil mit vergrößertem Durchmesser 7a, ein Teil mit reduziertem Durchmesser 7b und ein zylindrischer Teil 7c auf der Abgasmotorseite des Abgasströmungssteuerungszylinders 7 vorzugsweise als die folgenden (1), (2) und (3) konfiguriert.

(1) Der Teil mit reduziertem Durchmesser 7b ist vorzugsweise auf das 2-fache oder mehr, besonders bevorzugt das 3-fache oder mehr, weiterhin bevorzugt das 3,3-fache oder mehr und besonders bevorzugt das 3,5-fache oder mehr und vorzugsweise das 6-fache oder weniger, besonders bevorzugt das 5-fache oder weniger, weiterhin bevorzugt das 4,5-fache oder weniger und besonders bevorzugt das 4,4-fache oder weniger des Teils mit vergrößertem Durchmesser 7a festgelegt.
(2) Der Teil mit reduziertem Durchmesser 7b ist vorzugsweise auf das 1.5-fache oder mehr, besonders bevorzugt das 1.7-fache oder mehr, weiterhin bevorzugt das 2-fache oder mehr und besonders bevorzugt das 2,2-fache oder mehr und vorzugsweise das 3,2-fache oder weniger, besonders bevorzugt das 3-fache oder weniger, weiterhin bevorzugt das 2,8-fache oder weniger und besonders bevorzugt das 2,6-fache oder weniger des zylindrischen Teils 7c festgelegt.
(3) Der zylindrische Teil 7c ist vorzugsweise auf das 0.8-fache oder mehr, besonders bevorzugt das 1-fache oder mehr, weiterhin bevorzugt das 1.3-fache oder mehr und besonders bevorzugt das 1,5-fache oder mehr und vorzugsweise das 2,5-fache oder weniger, besonders bevorzugt das 2.1-fache oder weniger und weiterhin bevorzugt das 1,9-fache oder weniger des Teils mit vergrößertem Durchmesser 7a festgelegt.

Außerdem wird bezüglich des Verhältnisses zwischen dem maximalen Durchmesser des Gehäuses 6 und dem maximalen Durchmesser 72 des Beschleunigungsteils Y des Abgasströmungssteuerungszylinders 7 der maximale Durchmesser des Gehäuses 6 vorzugsweise auf das 1.3-fache oder mehr, besonders bevorzugt das 1.4-fache oder mehr und weiterhin bevorzugt das 1,5-fache oder mehr und vorzugsweise das 2-fache oder weniger des maximalen Durchmessers 72 des Beschleunigungsteils 7 festgelegt.
Bemerkenswerterweise befinden sich in dem in 2 gezeigten Beispiel eine Vielzahl von Vertiefungsteilen 61 in der Innenwand des Gehäuses 6. Außer einer Schalldämpfungsfunktion zeigen diese Vielzahl von Vertiefungsteilen 61 auch eine die Strömungsgeschwindigkeit reduzierende Funktion, indem sie die Strömung des Abgases verlangsamen. Wenn der Schwerpunkt darauf liegt, die Strömung des äußeren Randströmung in dem vom Gehäuse 6 umgebenen Zwischenraum A zu erleichtern, kann eine Konfiguration eingesetzt werden, bei der sich die Vielzahl von Vertiefungsteilen 61 nicht in der Innenwand des Gehäuses 6 befinden.
Als nächstes werden das Abgasförderungsverfahren und das Abgassystem-Verbesserungsverfahren zusammen mit der Wirkung der in dieser Weise konfigurierten Abgasförderungsvorrichtung 5 beschrieben.
Das Abgas, das in die Abgasförderungsvorrichtung 5 geströmt ist, dehnt sich im ersten Expansionsteil X in dem Abgasströmungssteuerungszylinder aus, ein Teil davon wird zu einer zentralen Strömung zum Beschleunigungsteil Y hin, und der Rest wird durch die Ablenkungslöcher 9 in den zweiten Expansionsteil (Zwischenraum) A abgetrennt und wird so zur äußeren Randströmung.
Die äußere Randströmung expandiert weiterhin im zweiten Expansionsteil A und strömt dann zur Drossel 10 auf der Ausstoßseite, und die zentrale Strömung wird im Beschleunigungsteil Y beschleunigt und dann zur Mitte der Drossel 10 hin gestrahlt.
Dabei bildet sich durch die zentrale Strömung, die aus dem Beschleunigungsteil Y zur Drossel 10 hin gestrahlt wird, um die Drossel 10 herum ein Unterdruckbereich, und die äußere Randströmung im zweiten Expansionsbereich wird durch diesen Unterdruck angesaugt, und es wird bewirkt, dass sie zusammen mit der zentralen Strömung in den Innenzylinder 11 im Kühlzylinder 8 strömt.
Indessen strömt im Kühlzylinder 8 Außenluft in den Ventilationszwischenraum Z, während das Fahrzeug fährt, und diese Außenluft strömt im Kontakt mit der Innenfläche des Außenzylinders 12 und der Außenfläche des Innenzylinders 11.
Auf diese Weise wird das Abgas ausgestoßen, während es beschleunigt wird, dadurch wird es nicht zu einem Ausstoßwiderstand, und dadurch wird die Abgaseffizienz verbessert.
Weiterhin dehnt sich die äußere Randströmung kontinuierlich im ersten Expansionsteil X und im zweiten Expansionsteil A aus, und die Temperatur der äußeren Randströmung wird aufgrund dieser Expansionen reduziert.
Dann wird die äußere Randströmung durch die Außenluft im Kühlzylinder 8 weiter gekühlt, und somit wird die Temperatur reduziert.
Aufgrund dieser Reduktion der Temperatur der äußeren Randströmung wird die thermische Energie des Abgases entzogen, und das von der thermischen Energie abgeleitete Verhalten wird unterdrückt.
Die Strömungsrichtung des Abgases, dessen von der thermischen Energie abgeleitetes Verhalten unterdrückt wird, wird leicht steuerbar, so bewirkt wird, dass die Strömung des Abgases der Hauptabgasrichtung folgt, und der Ausstoß wird glatt.
Durch die synergistische Wirkung der Glättung des Ausstoßes und Erhöhung der Geschwindigkeit des Ausstoßes durch die Abkühlung des Abgases kann das Abgasförderungsverfahren der vorliegenden Erfindung effektiv ausgeführt werden, und die Abgaseffizienz kann weiter verbessert werden.
Weiterhin machen die in der Innenwand des Abgasströmungssteuerungszylinders 7 gebildeten Spiralrillen 15 die zentrale Strömung zu einer Drallströmung, um ihre Geradlinigkeit zu verbessern und den an der Drossel 10 erzeugten Unterdruck zu steigern, und somit wird die Wirkung des Ansaugens der äußeren Randströmung durch diesen Unterdruck verstärkt, was die Beschleunigung des Abgases unterstützt.
Weiterhin lassen die in der Innenwand des Innenzylinders 11 gebildeten Spiralrillen 16 das Abgas spiralig strömen, um seine Geradlinigkeit weiter zu verbessern und die Strömung zu glätten, und die Abgaseffizienz kann auch unter diesem Aspekt verbessert werden.
Weiterhin kann die Kontaktfläche zwischen dem Abgas und jeweils dem Gehäuse 6, dem Abgasströmungssteuerungszylinder 7 und dem Innenzylinder 11 erhöht werden, um die Kühlwirkung des Abgases auf das Gehäuse 6, den Abgasströmungssteuerungszylinder 7 und den Innenzylinder 11 zu verstärken.
Weiterhin ist es als Ergebnis des Bildens des Abgasströmungssteuerungszylinders 7 aus einem keramischen Material möglich, das Abgas dadurch zu reinigen, dass man die katalytische Funktion des keramischen Materials nutzt.
Indem man weiterhin die Abgasströmung im zentralen Teil auf diese Weise beschleunigt, kann die Temperatur gesenkt werden, um NO_x zu reduzieren, und im äußeren Randteil kann die Abgasströmung verlangsamt werden, um die Temperatur zu erhöhen und so den Staubgehalt des Abgases zu reduzieren. Als Ergebnis können sowohl NO_x als auch der Staubanteil reduziert werden.
Bemerkenswerterweise sind die verschiedenen Formen, Abmessungen und dergleichen jeder in der ersten Ausführungsform beschriebenen Komponente nur Beispiele und können aufgrund von Gestaltungsanforderungen und dergleichen auf vielerlei Art geändert werden.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes wird im Hinblick auf ein Abgassystem-Verbesserungsverfahren für einen Verbrennungsmotor ein Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung auf ein Auto angewendet wird.
Die zweite Ausführungsform ist eine Erfindung, die sich auf ein Abgassystem-Verbesserungsverfahren für ein Auto 1 bezieht, das mit einem Verbrennungsmotor 2 ausgestattet ist, der mit einem Abgassystem 40 (Auspuffrohr 3, Katalysatorvorrichtung 41, Schalldämpfer 4) versehen ist, um Abgas mit einer Katalysatorvorrichtung 41 zu reinigen. Das Abgassystem-Verbesserungsverfahren umfasst einen Schritt des Bereitstellens einer Abgasförderungsvorrichtung 5 an einem Abgasendteil 43 des Abgassystems 40 und einen Motorbetriebsschritt, bei dem der Verbrennungsmotor 3 betrieben wird, und in dem Motorbetriebsschritt wird das Abgassystem 40 einschließlich der Katalysatorvorrichtung 41 gereinigt, indem man den Verbrennungsmotor während einer erforderlichen Zeit betreibt.
Auf diese Weise übt die Abgasförderungsvorrichtung 5 dadurch, dass man die Abgasförderungsvorrichtung 5 am Abgasendteil 43 des Abgassystems 40 bereitstellt und den Verbrennungsmotor 2 betreibt, eine starke Abgasförderungswirkung aus, und somit kann das Abgassystem 40 einschließlich der Katalysatorvorrichtung 41 gereinigt werden. Das heißt, wenn der Betrieb des Verbrennungsmotors 2 fortgesetzt wird, heften sich allmählich Kohlenstoff und andere schädliche Substanzen, die in dem Abgas enthalten sind, an das Abgassystem40 und die Katalysatorvorrichtung 5, aber indem man die Abgasförderungsvorrichtung 5 der vorliegenden Erfindung an einer vorbestimmten Position bereitstellt, um den Ausstoß stark zu fördern, wird eine Wirkung des Entfernens des anhaftenden Kohlenstoffs und anderer schädlicher Substanzen durch sauberes Hochgeschwindigkeitsabgas einschließlich Ansaugens durch Unterdruck ausgeübt. Diese Wirkung ist effektiver, wenn die Betriebszeit des Verbrennungsmotors 2 länger ist. Weiterhin wird diese Wirkung effektiver, wenn die Drehzahl des Motors zunimmt.
Nachdem weiterhin das Abgassystem 40 einschließlich der Katalysatorvorrichtung 41 ausreichend gereinigt ist, ist es möglich, das Anheften von Kohlenstoff und anderer schädlicher Substanzen an das Abgassystem 40 einschließlich der Katalysatorvorrichtung 41 zu unterdrücken. Der Grund dafür ist, dass durch die starke Sogwirkung unter Verwendung des Unterdrucks der Abgasförderungsvorrichtung 5 Abgas, das vollständig verbrannt ist oder fast vollständig verbrannt ist, aus der Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors ausgestoßen wird und durch das Abgassystem 40 und die Katalysatorvorrichtung 41 strömt. Ein weiterer Grund ist, dass zu diesem Zeitpunkt aufgrund der Sogwirkung durch den Unterdruck die für eine vollständige Verbrennung erforderliche Luft der Verbrennungskammer ausreichend zugeführt wird und das Abgas in der Verbrennungskammer auch ausreichend ausgespült wird. Daher kann die Reinigungswirkung des Abgassystems 40 einschließlich der Katalysatorvorrichtung 41 über einen langen Zeitraum, oder bis der Verbrennungsmotor 2 nicht mehr verwendet wird, aufrechterhalten werden. Da außerdem die Abgasförderungsvorrichtung 5 kein mechanisch bewegliches Teil aufweist, wie gezeigt ist, braucht die Abgasförderungsvorrichtung 5 nicht ersetzt zu werden.
Bemerkenswerterweise wird der Verbrennungsmotor 2 im Motorbetriebsschritt vorzugsweise 1 Stunde oder länger betrieben. Obwohl es von der Menge des Kohlenstoffs und anderer schädlicher Substanzen, die an dem Abgassystem 40 einschließlich der Katalysatorvorrichtung 41 anhaften, abhängt, ist der Motorbetriebsschritt vorzugsweise länger und dauert besonders bevorzugt 3 Stunden oder mehr und besonders bevorzugt 5 Stunden oder mehr. Obwohl die Reinigungsfunktion auch dann ausgeübt wird, wenn die Betriebszeit des Verbrennungsmotors kürzer als 1 Stunde ist, wird die Reinigungsfunktion erst in oder nach 1 Stunde bemerkenswert.
Weiterhin wird in dem Motorbetriebsschritt vorzugsweise ein im Gebrauch befindliches Fahrzeug verwendet, das mit dem Verbrennungsmotor 2 ausgestattet ist, der das Abgassystem 40 umfasst, das die Katalysatorvorrichtung 41 umfasst. Und zwar weil im Falle eines im Gebrauch befindlichen Fahrzeugs die Menge des Kohlenstoffs und anderer schädlicher Substanzen, die an dem Abgassystem 40 einschließlich der Katalysatorvorrichtung 41 anhaften, groß ist. Bei einem solchen Fahrzeug mit dem Verfahren der Erfindung wird der Motorbetriebsschritt vorzugsweise 5 Stunden oder länger durchgeführt. Dadurch wird es möglich, die Menge des anhaftenden Kohlenstoffs und anderer schädlicher Substanzen stark zu reduzieren. Dies ermöglicht es, die Menge des anhaftenden Kohlenstoffs und anderer schädlicher Substanzen in einen Zustand in der Nähe eines Neuwagens zurückzuführen. Selbstverständlich kann das Abgas, das CO₂, CO, HC, NO_x, PM usw. umfasst, geringer als das eines Neuwagens gehalten werden.
Weiterhin umfasst der Motorbetriebsschritt vorzugsweise einen Schritt des Bewegens oder virtuellen Bewegens eines im Gebrauch befindlichen Fahrzeugs.
Wie oben beschrieben, wird in dem Motorbetriebsschritt des im Gebrauch befindlichen Fahrzeugs das Fahrzeug vorzugsweise tatsächlich gefahren oder auf einem rollenden Band virtuell gefahren. Der Grund dafür ist, dass ein praktischeres, effizienteres und wirtschaftlicheres Abgassystem-Verbesserungsverfahren erreicht werden kann, indem man einen Fahrmodus verwendet, bei dem tatsächlich eine Last auf die Rotation der Räder ausgeübt wird, als wenn man einen Modus verwendet, bei dem der Motor betrieben wird, das Fahrzeug aber nicht gefahren wird.
Weiterhin wird der Motorbetriebsschritt vorzugsweise durchgeführt, bis durch das Betreiben des Verbrennungsmotors 2 die Fahrstrecke 100 km oder mehr beträgt.
Dabei wird die Fahrstrecke durch das Betreiben des Verbrennungsmotors in Anbetracht des im Gebrauch befindlichen Fahrzeugs auf 100 km oder mehr festgelegt. Und zwar weil im Falle eines im Gebrauch befindlichen Fahrzeugs diese zwar von der Anzahl der Gebrauchsjahre und dem bis dahin erreichten Kilometerstand abhängt, die Testergebnisse aber im Allgemeinen bei einer Fahrstrecke von 100 km oder mehr signifikant verbessert werden. Selbstverständlich kann eine Reinigungsfunktion auch bei 100 km oder weniger erwartet werden, aber es lässt sich nicht sagen, dass die Funktion dann voll ausgereizt ist. Wenn die Fahrstrecke 200 km, 300 km und 400 km erreicht, schreitet die Reinigungswirkung allmählich fort, und es zeigte sich, dass die Reinigungswirkung immer noch fortschritt, wenn die Strecke 500 km übersteigt. Es zeigte sich, dass es unter den im Gebrauch befindlichen Fahrzeugen, bei denen der Motorbetriebsschritt über 500 km hinaus durchgeführt wurde, mehrere Fahrzeuge gab, deren Kraftstoffeffizienz um 50% oder mehr verbessert wurde.
Es ist anzumerken, dass als Bezugsbeispiel die im Folgenden beschriebenen Testergebnisse bei einem von der Anmelderin durchgeführten Testlauf erhalten wurden.

(1) Die Abgasförderungsvorrichtung 5 wurde an dem Abgassystem-Endteil 43 eines Personenkraftwagens mit einem 2000-cm³-LPG-Motor, der 9 Jahre lang in Gebrauch war, befestigt, und das Auto wurde insgesamt 400 km weit oder weiter gefahren (erste Fahrstrecke: 137 km, zweite Fahrstrecke: 112 km und dritte Fahrstrecke: 168 km). Als Ergebnis verbesserte sich der Kraftstoffverbrauch des ersten Durchlaufs auf 24,5%, der Kraftstoffverbrauch des zweiten Durchlaufs verbesserte sich auf 22,4%, und der Kraftstoffverbrauch des dritten Durchlaufs verbesserte sich auf 43,1%. Die CO2-Reduktionsrate betrug 44,4% für das erste Mal, 77,0% für das zweite Mal und 78,8% für das dritte Mal.
(2) Die Abgasförderungsvorrichtung 5 wurde an dem Abgassystem-Endteil 43 eines Personenkraftwagens mit einem 650-cm³-Benzinmotor, der 5 Jahre lang in Gebrauch war, befestigt, und das Auto wurde insgesamt 500 km weit oder weiter gefahren (erste Fahrstrecke: 203 km, zweite Fahrstrecke: 254 km und dritte Fahrstrecke: 114 km). Als Ergebnis verbesserte sich der Kraftstoffverbrauch des ersten Durchlaufs auf 23%, der Kraftstoffverbrauch des zweiten Durchlaufs verbesserte sich auf 26,9%, und der Kraftstoffverbrauch des dritten Durchlaufs verbesserte sich auf 48,7%. Die CO2-Reduktionsrate betrug 65,2% für das erste Mal, 66,9% für das zweite Mal und 64,2% für das dritte Mal.
(3) Die Abgasförderungsvorrichtung 5 wurde an dem Abgassystem-Endteil 43 eines Personenkraftwagens mit einem 2000-cm³-LPG-Motor, der 9 Jahre lang in Gebrauch war, befestigt, und das Auto wurde insgesamt 900 km weit oder weiter gefahren (erste Fahrstrecke: 409 km, zweite Fahrstrecke: 251 km und dritte Fahrstrecke: 333 km). Als Ergebnis verbesserte sich der Kraftstoffverbrauch des ersten Durchlaufs auf 19,2%, der Kraftstoffverbrauch des zweiten Durchlaufs verbesserte sich auf 40,3%, und der Kraftstoffverbrauch des dritten Durchlaufs verbesserte sich auf 140,3%. Die CO2-Reduktionsrate betrug 32,4% für das erste Mal und 77,9% für das zweite Mal.

In Anbetracht dieses Testergebnisses wurde Folgendes bestätigt: Je länger die Fahrstrecke, bei der die Abgasförderungsvorrichtung 5 befestigt ist, desto weiter schreitet die Reinigungswirkung des Abgassystems 40 einschließlich der Katalysatorvorrichtung 41 voran, und der Ausstoßdruck des Abgassystems 40 nimmt entsprechend ab, so dass die Abgasförderungswirkung stärker hervortritt.
Bemerkenswerterweise ist ebenfalls charakteristisch, dass bei dem Verfahren zur Verbesserung des Abgassystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Abgassystem 40 des Verbrennungsmotors 2 mit der oben beschriebenen Abgasförderungsvorrichtung 5 (beschrieben in den Schutzansprüchen 2 bis 8) versehen ist, um dem Abgassystem 4 die Selbstreinigungsfunktion zu verleihen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, dem Abgassystem 40 eine Selbstreinigungsfunktion einfach dadurch zu verleihen, dass das Abgassystem 40 des Verbrennungsmotors 2 auf diese Weise mit der oben beschriebenen Abgasförderungsvorrichtung 5 versehen ist.
Außerdem ist die vorliegende Erfindung auch dadurch gekennzeichnet, dass sie das Auto 1 umfasst, das mit dem Verbrennungsmotor 2 einschließlich der oben beschriebenen Abgasförderungsvorrichtung 5 ausgestattet ist.
Ein Auto mit einer solchen Funktion kann die folgenden äußerst bemerkenswerten Wirkungen ausüben, die normalerweise nicht vorhersagbar sind.
Abgassystem-Reinigungsfunktion, Kraftstoffeffizienz-Verbesserungsfunktion, Ausstoß-Verbesserungsfunktion, Motor- und Abgassystem-Kühlfunktion, Funktion der vollständigen Verbrennung von Kraftstoff in der Verbrennungskammer, CO₂-Reduktionsfunktion, Schadgas-Reduktionsfunktion, Graphit-Unterdrückungsfunktion, Abgasdeodorierung, wartungsfrei, keine neue Energie erforderlich, Motordrehzahl im Leerlauf um 100 U/min oder mehr reduziert.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Verbrennungsmotor
3: Auspuffrohr
4: Schalldämpfer
40: Abgassystem
41: Katalysatorvorrichtung
43: Abgasendteil
5: Abgasförderungsvorrichtung
6: Gehäuse
6a: passender Vertiefungsteil
61: Vertiefungsteil
62: motorseitige sphärische Fläche
63: ausstoßseitige sphärische Fläche
64: zylindrischer gekrümmter Flächenteil
7: Abgasströmungssteuerungszylinder
71: Ausstoßanschluss
72: Teil mit maximalem Durchmesser
73: Teil mit minimalem Durchmesser
7a: Teil mit vergrößertem Durchmesser
7b: Teil mit reduziertem Durchmesser
7c: zylindrischer Teil
8: Kühlzylinder
9: Ablenkungsloch
10: Drossel
11: Innenzylinder
12: Außenzylinder
13: Belüftung
14: Verbindungsvorsprung
15: Spiralrille
16: Spiralrille
A: Zwischenraum (zweiter Expansionsteil)
X: erster Expansionsteil
Y: Beschleunigungsteil
Z: Belüftungsraumteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 10331631 A [0008]
JP 201174774 A [0008]
JP 02125906 A [0008]
JP 06173634 A [0008]

Claims

Abgasförderungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zur Verbesserung der Abgaseffizienz eines Verbrennungsgases, das aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, wobei die Abgasförderungsvorrichtung umfasst: ein Gehäuse, das sich in einem Abgassystem des Verbrennungsmotors befindet, einen Abgasströmungssteuerungszylinder, der konzentrisch in dem Gehäuse angeordnet ist, so dass ein ringförmiger Zwischenraum zwischen der Innenfläche des Gehäuses und dem Abgasströmungssteuerungszylinder entsteht; und ein Kühlungszylinder, der koaxial zum Gehäuse angeordnet ist und sich an einem Endteil des Gehäuses auf der Abgasausstoßseite in einem Abstand von dem Abgasströmungssteuerungszylinder in Abgasrichtung befindet, wobei der Abgasströmungssteuerungszylinder einen ersten Expansionsteil mit einem ungefähr kegelstumpfförmigen Querschnitt, dessen Durchmesser zu einer Ausstoßseite eines Abgasströmung hin allmählich zunimmt, und einen Beschleunigungsteil, der kontinuierlich mit dem ersten Expansionsteil versehen ist und einen ungefähr kegelstumpfförmigen Querschnitt aufweist, dessen Durchmesser zur Ausstoßseite des Abgases hin allmählich abnimmt, auf, ein Ablenkungsloch, durch das der Beschleunigungsteil und der Zwischenraum miteinander kommunizieren, in einem Verbindungsteil des Beschleunigungsteils mit dem ersten Expansionsteil, wobei der Zwischenraum ein zweiter Expansionsteil ist, dessen Kapazität zur Ausstoßseite des Abgases hin allmählich zunimmt und der an einem Endteil auf der Ausstoßseite des Abgases des eine Drossel aufweist, die auf der Ausstoßseite des Abgases einem Endteil des Beschleunigungsteils gegenüberliegt, und die Kapazität des Zwischenraums so festgelegt wird, dass sie größer ist als die Kapazität des Beschleunigungsteils.
Abgasförderungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Kapazität des Zwischenraums auf das 1,8-fache oder mehr der Kapazität des Beschleunigungsteils festgelegt ist.
Abgasförderungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei in einer Innenwand des Abgasströmungssteuerungszylinders mehrere Spiralrillen gebildet sind.
Abgasförderungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei der Kühlzylinder einen Innenzylinder, der mit der Drossel verbunden ist, und einen Außenzylinder, der einen ringförmigen Ventilationszwischenraum zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder bildet, umfasst und der Außenzylinder eine Lüftungsöffnung aufweist, um Außenluft in den Ventilationszwischenraum einzuführen.
Abgasförderungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 4, wobei in einer Innenwand des Innenzylinders mehrere Spiralrillen gebildet sind.
Abgasförderungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei das Gehäuse und/oder der Abgasströmungssteuerungszylinder aus einem keramischen Material besteht.
Abgasförderungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei in einer Innenwand des Gehäuses eine Vielzahl von Vertiefungsteilen ausgebildet sind.