專利名稱：車載式燃油催化調質裝置及其催化劑的燒制方法
技術領域：
本發明涉及一種對汽油或柴油進行改質的裝置，特別是涉及采用含有稀土的催化劑對發動機用汽油或柴油進行催化調質以提高燃油活性、降低污染排放的裝置。
背景技術：
內燃機作為動力在汽車、拖拉機、工程機械、船舶、內燃機車、發電機組等領域得到廣泛應用，對工業、交通、農業、國防以及人們的生活都有著至關重要的影響。在可預見的將來，內燃機機將占據重要地位。作為內燃機燃料的石化資源是不可再生資源，隨著車輛的保 有量不斷增加，用于汽車的燃油消耗也日益增大。隨著石油資源的日趨緊張，石化能源安全也受到了世界各國的重視。與此同時，燃油的價格也是不斷上漲，給各行各業和廣大車輛使用者帶來經濟上的沉重負擔。除此之外，內燃機排氣對環境的污染日益嚴重。具世界銀行的估計，由于空氣污染而導致的醫療成本增加和工人生病喪失的生產力，至少抵消掉中國5wt%的⑶P。為了保護人類賴以生存的環境，凈化車用發動機的燃燒過程，減少單位有用功的污染物排放量，是有效緩解環境壓力，保護人類健康，實現可持續發展的重大問題。燃油對于內燃機的關系如同糧食對于人的關系，燃油品質的好壞直接會影響到內燃機的燃油消耗、排放和動力性。因此，開發一種可以改善燃油品質的設備則必然可以同時實現節能減排的效果。根據文獻報道，針對燃油改質的裝置發明大致有以下幾類利用磁體對燃油進行改質的，利用遠紅外對燃油進行改質的，利用網袋內裝礦石放置在燃油箱內對燃油進行改質的，利用化學添加劑對燃油進行改質的等等。上述裝置有以下缺點1)活化手段單一，對燃油活化能力不夠，如磁體燃油活化和遠紅外活化；2)對燃油活化程度不可控，如利用網袋裝礦石放置在燃油箱內對燃油活化的發明。如果燃油箱內的燃油存放時間過長，勢必導致燃油內含過多的活化成分，由此造成發動機工作粗暴，更甚者導致發動機損壞，并且還有可能造成燃油內的膠質把催化用的礦石完全包裹，由此造成催化效果隨時間明顯弱化。同時，此方法對催化體的后期保養了也相對困難。3)化學添加劑會對發動機造成損傷，利如現在汽油燃料中所添加的抗爆劑MMT (甲基環戊二烯三羰基錳)會造成發動機和火花塞積碳增力口，并會縮短三效催化器的使用壽命。
發明內容
本發明的目的是提供一種燃油活化能力好、活化程度可控、能夠降低發動機污染物排放量的車載式燃油催化調質裝置。本發明的目的是這樣實現的一種車載式燃油催化調質裝置，圓筒狀的鋁制外殼的進、出端分別有油管接頭，鋁制外殼內沿燃油進出方向依次分層裝填有進端燃油過濾體、稀土礦石顆粒、遠紅外礦石顆粒、負氧離子礦石顆粒以及出端燃油過濾體，且上述層與層之間均設置有隔斷式金屬網。
上述稀土礦石顆粒和遠紅外礦石顆粒以及負氧離子礦石顆粒的顆徑分別是5mm和3mm以及2mm,顆粒的直徑誤差不得越過土 5wt% ;且三者的質量之比為15wt%: 50wt%: 35wt%,上述遠紅外礦石由30wt%沸石、35wt%高嶺土和35wt%長石組成；負氧離子礦石由50wt%麥飯石和50wtwt%電氣石組成，比值誤差不得越過±2wt%。
上述稀土礦石顆粒和遠紅外礦石顆粒以及負氧離子礦石顆粒均由原礦制粉造粒后燒制而成。稀土礦石為贛州天然稀土 ；遠紅外礦石由30wt%沸石、35wt%高嶺土和35wt%長石組成；負氧離子礦石由50被％麥飯石和50wt%電氣石組成。礦石顆粒的燒制過程為首先將制成的顆粒在I小時內升溫至530 C左右并保溫I小時20分鐘，保溫過程完成后在
0.5小時內快速升溫至1080°C，再經I小時升溫至1580°C，并在爐內保溫0. 5小時后出爐自然冷卻，整個燒制過程完成。上述進端燃油過濾體的前部設置有進口金屬網，出端燃油過濾體的后部設置有出口金屬網。上述層與層之間的金屬網以及進出、出口金屬網的網孔均小于等于1mm。本發明的另一目的是提供一種車載式燃油催化調質裝置中催化劑的燒制方法。本發明的另一目的是這樣實現的車載式燃油催化調質裝置中催化劑的燒制方法，在I小時內升溫至530°C并保溫I小時20分鐘，保溫過程完成后在0. 5小時內快速升溫至1080°C，再經I小時升溫至1580°C，并在爐內保溫0. 5小時后出爐自然冷卻。本發明的具體工作原理是當燃油經本發明的活化裝置催化改質后，燃油所含的部分大分子會被重整為小分子，根據催化程度的不同小分子比例會有所不同。對于汽油燃料發動機(I)當燃油內的小分子比例增大后，由于小分子不易自燃，所以汽油燃料的抗爆性會有所增加，可以提高發動機的工作平穩性；(2)小分子的燃燒速度比大分子快，所以汽油機的燃燒等容度會有所增加，由此可以使汽油燃料發動機的熱效率增加，由此實現節油的目的；(3)小分子與空氣的混合可以更充分，同時負氧離子使燃油中的氧含量增加，因此燃燒更完全，由此可以降低發動機的排放。對于柴油燃料發動機(I)當燃油內的小分子比例增大后，由于小分子不易自燃，由此延長滯燃期，那么在滯燃期內所形成的混合氣更多，可以提高燃燒等容度，提高熱效率；(2)小分子與空氣的混合更容易，由此破壞開成碳煙的條件，因此可以降低發動機的煙度排放；(3)燃料當中所增加的負氧離子也可以增加燃油活性，在提高燃燒速度的同時增加燃油的氧含量，具有提高熱效率和降低碳煙排放的雙重效果。當燃燒速度加快后，可以提高發動機的缸內壓力，由此提高活塞對曲軸的作用力，使發動機的輸出轉矩增大，提高動力性。綜上所述，當燃油經本發明所涉及的燃油催化改質裝置后，可以同時實現節能、減排和提聞動力的效果。與現有技術相比，本發明的有益效果是
I、節能效果顯著。試驗道路為高速公路，實驗車速為100km/h定速，行駛總里程為280km，試驗車輛型號為家用轎車，具體包括一輛1.8L排量東風本田，一輛I. 3L排量鈴木，一輛I. 6L雪佛蘭，一輛2. OL大眾，一輛2. 3L日產汽車。使用本裝置后根據車型不同油耗下降 8wt% 10wt%。、提升動力。試驗采用整車拉力實驗，實驗過程按國家標準進行，實驗車輛為一輛
2.8L增壓柴油動力SUV和一輛3. OL汽油動力SUV。使用本裝置后柴油機動力SUV整車最大拉力增大13. 3wt%,汽油動力SUV整車拉力增大12. 8wt%。、降低整車排放。整車排放數據來源為車輛管理所的年審測試結果，安裝本裝置后汽油車輛的C0、HC、N0x排放降低30wt% 35wt%，柴油車輛的NOx和PM排放降低35wt% 45wt%0本裝置能顯著降低車輛燃油消耗、減少車輛排放、提高車輛動力性、壽命長。
圖I是本發明的一種車載式燃油催化調質裝置示意圖。 圖2是圖I所示車載式燃油催化調質裝置與適用車輛的匹配安裝示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明做進一步描述本實施實例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施實例。如圖I所示，一種車載式燃油催化調質裝置I包括一個鋁制外殼5 (圓筒狀)，鋁制外殼5兩端帶有油管接頭8a、8b。鋁制外殼內沿燃油進出方向依次分層裝填有(兩個金屬制)進端燃油過濾體3a,直徑為5_的稀土礦石顆粒4,直徑為3_的遠紅外礦石顆粒6,直徑為2mm的負氧離子礦石顆粒7以及出端燃油過濾體3b。上述礦石顆粒的質量之比為稀土礦石遠紅外礦石負氧離子礦石=15wt%:50wt%:35wt%。各種礦石顆粒均是由原礦制成粉末，然后搓成所需直徑的顆粒，再經由高溫燒制而成。各種礦石顆粒和燃油過濾體之間(金屬網2b、2c、2d和2e)及兩端安裝有金屬網(即進口金屬網2a和出口金屬網2f)，金屬網共計6個，金屬網孔的直徑小于等于1mm。鋁制外殼5內填充好各種物質后，內部不得有任何晃動，以避免各種物質之間相互摩擦產生粉塵而堵塞裝置和增加燃油的沿程損失。燃油從進端油管接頭流入，經進端燃油過濾體3a，稀土礦石顆粒4，遠紅外礦石6，負氧離子礦石7以及出端燃油過濾體3b，最后經出端油管接頭Sb流出。如圖2示出，整個系統包括燃油箱9，燃油管10，車載式燃油催化調質裝置1，燃油分配管11，噴油器12和發動機13。燃油的流向為燃油經燃油箱9流出，經由燃油管10，車載式燃油催化調質裝置1，出口燃油管10a，燃油分配管11和噴油器12噴入發動機13內。本發明解決了催化改質程度不可控的問題和催化改質介質的安裝問題；本發明還根據各種礦石對燃油改質的不同特性對礦石的位置進行了的布置，使礦石對燃油的催化改質作用與燃油活化所需的作用過程相匹配；本發明還根據各礦石的特性對礦石顆粒的直徑和重量進行了計算和試驗，通過控制各礦石顆粒的直徑和重量來控制燃油在流經裝置的過程中與各種礦石顆粒的接觸面積和催化改質作用時間；本發明還提出了一種礦石顆粒的燒制工藝流程，在控制工藝流程來控制礦石顆粒的硬度和催化改質能力。本裝置包括兩端帶接頭的金屬管狀外殼、顆粒狀的催化改質介質、裝介質的金屬網袋和燃油過濾體組成。顆粒狀的改質介質裝在金屬網袋內以避免各顆粒之間產生過大的相對位移，金屬網袋固定于金屬外殼內，在金屬外殼內的金屬網袋兩端安裝兩燃油過濾體，燃油過濾體可以濾除各種雜質以保護活化裝置內的介質和發動機。在使用過程中，燃油經燃油箱流出后，直接流入到本發明所述的快速活化裝置，然后流經燃油過濾器，經油軌和噴油器進行到發動機內進行燃燒。整體上而言，本活化裝置是直接安裝在原車的供油管路上，只要燃油流經本裝置就可以得到活化，活化后的燃油直接就可以進入到發動機內進行燃燒。上述改質介質包括有(1)產于贛州的天然稀土礦石，該礦石能輻射出一定劑量的射線，這些射線可以激活燃油分子，使其活性增加。(2)能輻射出遠紅外線的礦石。遠紅外射線可以加劇原子的運動并使大分子鏈產生斷裂，使大分子變成小的分子。(3)能釋放出負氧離子的礦石，負氧離子與燃油分子結合，使燃油呈富氧狀態并增加燃油的活性。改質介質的各成分比例按各成分的作用機理和所具有的能量以及對人體安全性的要求進行配比，稀土礦石遠紅外礦石負氧離子礦石=15wt% 50wt% :35wt%,各成分的比例按重量記。上述介質在網袋內按燃油過濾體，稀土礦石，遠紅外礦石，負氧離子礦石，燃油過濾體的順序進行排列，各成分不相互摻雜。燃油的流向為先經過稀土礦石，再經過遠紅外礦石，最后經過負氧離子礦石。當各成分在裝置內的位置固定好過后，在金屬外殼上要標注燃油的流向。上述介質的具體重量由發動機的燃油消耗量進行確定。燃油的活化程度由活化裝置的長度和燃油的流速進行控制，也就是活化裝置的長度相當于燃油的活化路程，路程除以燃油的流速就相當于活化的時間，活化的時間就決定了燃油從活化裝置所所獲得的能量，也就是決定了活化的程度。因此，根據發動機不同工況所需的燃油燃油消耗量和活化程度，綜合確定出一個最小活化時間，由此確定出活化裝置的最小長度，最終確定出介質的最小填充量。只要裝置的長大于最小長度值，其活化的程度就可以滿足要求。上述介質的重量除了有上述的最小值外還有一個最大限定值，如果介質的填充量大于這個最大限定值就會造成活化過度。活化過度會造成燃油成分中的小分子比例過大，小分子比例過大會造成燃燒速度過快，由此造成發動機內的壓力升高率過大，最終造成發動機工作粗暴、噪音加大和加速發動機損壞等。上述介質所含的各種礦石均經過加工使其成為細小的粉末，然后經與無機粘合劑混合并制成不同直徑的顆粒。其中稀土礦石的顆粒直徑為5_左右，遠紅外礦石的顆粒直徑為3mm左右，負氧離子顆粒直徑為2mm左右。本發明利用稀土礦石、遠紅外礦石和負氧離子礦石對燃油的共同作用，對汽油和柴油均可以進行催化改質。經本發明的催化改質裝置作用后，可以使燃油中的烷烴、稀烴、環烷烴、芳香烴等大分子團當中的C-C鍵斷開而分解為小分子團。具體的作用機理為燃油首先流經稀土礦石，其中的放射性元素使分子團的能量增加，原子之間的勢能增大，由此使得分子中各原子之間的間距增大；經稀土礦石作用后的燃油流經遠紅外礦石，遠紅外礦石對稀土作用后的燃油分子進行切割使其中的C-C鍵斷開而形成小分子團，由于稀土作用后的分子中的原子間距增大遠紅外切割原子的效果更明顯；經切割后的小分子團流經負氧離子礦石，在負氧離子礦石的作用下各小分子團帶上負氧離子，由此增加分子的活性并使分 子形成含氧分子，燃油也就變成了含氧燃料，含氧燃料有利于燃燒完全。
權利要求
1.一種車載式燃油催化調質裝置，其特征是，圓筒狀的鋁制外殼(5)的進、出端分別有油管接頭(8a、8b)，鋁制外殼(5)內沿燃油進出方向依次分層裝填有進端燃油過濾體(3a)、稀土礦石顆粒(4)、遠紅外礦石顆粒(6)、負氧離子礦石顆粒(7)以及出端燃油過濾體(3b)，且上述層與層之間均設置有隔斷式金屬網。
2.根據權利要求I所述的車載式燃油催化調質裝置，其特征是，所述稀土礦石顆粒(4)和遠紅外礦石顆粒(6)以及負氧離子礦石顆粒(7)的顆徑分別是5mm和3mm以及2mm,且三者的質量之比為15wt%:50wt%:35wt% ;上述遠紅外礦石由30wt%沸石、35wt%高嶺土和35wt%長石組成；負氧離子礦石由50wt%麥飯石和50wtwt%電氣石組成。
3.根據權利要求2所述的車載式燃油催化調質裝置，其特征是，所述稀土礦石顆粒(4)和遠紅外礦石顆粒(6)以及負氧離子礦石顆粒(7)均由原礦制粉造粒后經1580°C高溫燒制rfu 。
4.根據權利要求3所述的車載式燃油催化調質裝置，其特征是，所述進端燃油過濾體(3a)的前部設置有進口金屬網(2a)，出端燃油過濾體(3b)的后部設置有出口金屬網(2f)。
5.根據權利要求4所述的車載式燃油催化調質裝置，其特征是，所述層與層之間的金屬網以及進出、出口金屬網(2a、2f)的網孔均小于等于1mm。
6.一種如權利要求3所述的車載式燃油催化調質裝置中催化劑的燒制方法，其特征是，將制成的顆粒在I小時內升溫至530°C并保溫I小時20分鐘，保溫過程完成后在0. 5小時內快速升溫至1080°C，再經I小時升溫至1580°C，并在爐內保溫0. 5小時后出爐自然冷卻。
全文摘要
一種車載式燃油催化調質裝置及其催化劑的燒制方法，屬對發動機汽油或柴油進行催化改性以提高燃油活性及降低污染排放的裝置。圓筒狀的鋁制外殼的進、出端分別有油管接頭，鋁制外殼內沿燃油進出方向依次分層裝填有進端燃油過濾體、稀土礦石顆粒、遠紅外礦石顆粒、負氧離子礦石顆粒以及出端燃油過濾體，且上述層與層之間均設置有隔斷式金屬網。上述礦石顆粒由原礦制粉造粒后后經1580℃高溫燒制而成。本發明具有顯著降低車輛燃油消耗、減少車輛排放、提高車輛動力性、壽命長的特點。
文檔編號F02M27/02GK102644529SQ20121015619
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月18日 優先權日2012年5月18日
發明者劉顯樂, 吳勇, 孟忠偉, 曾東建, 田維, 蔣嵐, 陳良璞 申請人:曾東建, 蔣嵐