改善內燃機燃燒效率的方法和裝置的制作方法

專利名稱：改善內燃機燃燒效率的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種方法和裝置，其特征是向燃燒室中，特別是向點燃式或壓燃式內燃機燃燒室中加入少量以鈰為主的稀土混合物，以改善它的燃燒效率。
雖然鈰氧化物催化作用機理還沒有被完全掌握，但下列討論解釋了鈰在固體晶態時的催化活性。催化劑的效應由它對所用燃料和氧化劑可逆反應的能力來衡量。進一步的要求是這些可逆表面反應沒有不可逆的改變催化物質，并且純氧的數量是相當少的。
鈰氧化物通常存在于“氟石”晶格結構中，每一個鈰離子被處在一個立方體的各角上的八個氧離子等距地包圍著，而每個氧離子又被處在一個正四面體各角上的四個鈰離子包圍著。在這種正則狀態下，每個鈰離子是四價的。
鈰也可以幾種不同的原子價存在，但三價的Ce-O3有一個常規的晶格結構，鈰離子處于規則氧離子構成的畸變八面體的中央，第七個氧離子位于八個面之一的上方。這是一種“a-MnO3”晶格結構，它的鈰與氧離子間的距離不總相同，因而這種晶格結構代表不同的價鍵能。
這些氧化物在高溫下還有第三種變異，即所謂的“C-M2O3”晶格結構。它的氧離子近似地分布在繞著陽離子的一個立方體的角上，但缺兩個，另外四個處在為調整缺少所必須的距離上。
鈰可以與六個、七個或八個氧離子的配位，它們的難易程度相同。由于幾乎沒有相變發生，所產生的表面結構能在較大的溫度范圍內吸收或釋放氧離子。
實質上，燃燒催化劑就是增加燃料與氧的接觸幾率，降低燃燒的溫度閾值，提高燃燒率。
DE-A2932603公開了一種裝置，利用該裝置可將一種稀土金屬混合物均勻地分散在被引入到一臺內燃機進氣岐管中的含水溶劑中。應用含水溶劑產生了一個特別的問題，當這種裝置用在汽車上時，由于可用存貯空間的嚴格限制，必須經常的向存貯容器中充填含水溶劑。
針對上述問題，本發明提供了一種方法和結構設計簡單的裝置。利用這一裝置可在一個相當長的運行時間內將稀土混合物少量地連續地引入到內燃機的燃燒室中，而不需要(或以最少程度的)維修和再填充工作。
為了解決此問題，所發明的裝置中有一個裝有粉末狀的可滲透空氣的墑式稀土充干物的容器，由一個開口將該容器與大氣聯通，并通過一個吸氣接頭或導管既可以與真空管路相聯，也可直接與發動機燃燒室連接。
與大氣相通的開口最好設在導管的一端，這個導管通過至少一個孔與充填物相連，在導管與開口毗接的位置設一個空氣濾清器，在導管內空氣濾清器的下游設置一個節流口。
在本發明的裝置中，利用真空管路將一個低于大氣壓的壓為引入導管中，從而通過導管上的孔將空氣吸入容器中，再通過導管和真空管路將少量的粉末傳送到燃燒室中。
過濾器作為流動屏障，均勻地分配吸入導管中的粉末粒子，并限定一個較大的表面，即過濾器與充填物相對的表面，這個大表面避免了過分集中以及隨之相應堵塞過濾器的危險，過濾器最好制成一個橫貫到導管中的圓筒形的濾網，在它一端的底部與導管上的孔相連。
容器的尺寸可依據它存放的充填物能滿足內燃機在整個壽命期間所需的數量來確定，但是由于現代汽車對空間的限制，所安裝的容器的尺寸由一個限定的運轉時間，例如對一個客車限定運行80，000公里的距離，所需的充填物來確定。在后一種情況中，容器在汽車發動機室中被設計成可更換式的，以便新容器的更換。容器也可設置一個充填口，以更換充填物。
本發明的裝置使得向內燃機進氣中添加少量干燥的稀土混合物成為可能，避免了溶劑的攜帶與充填，從而避免了短時間內定期地更換溶劑的必要，也避免了盛溶劑的容器對汽車額外空間的要求。
下列對兩種具有特殊優點的組分進行分析，并給出可用于本發明的混合物的組合(以重量比計)。
1.材料的粒子尺寸應盡可能的子，可以在60目至0.5微米的范圍內，粒子尺寸最好不大于325日。這樣的粒子可由研磨獲得。
2.考濾到分離各種稀土氧化物的實際困難，對于所用的組分中氧化鈰(CeO2)的含量，在既經濟又容易獲得的條件下越多越好，鈰的含量，以混合物重量比計可達30%至100%。
由于向進氣中引入了少量的稀土混合物，減少了有害污染物，特別是一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物和氮氧化合物，改善了燃燒，得到能與可控催化轉換器相比的效果，但費用卻少得多。
本發明裝置的一個主要優點是它適用于現有的，即使是使用無鉛燃料的汽車發動機。當然，該裝置也可用于燃用其它常規燃料的內燃機。
真空管路可以是發動機的進氣岐管，也可將吸氣管路直接與發動機燃燒室相連，這時，為確保容器與燃燒室僅在發動機進氣期間相通，必須設置一個單向閥。
本發明裝置可以用于火花點火或壓縮點火式發動機中，也可用于固定式內燃機中。
特別當用于象機車、船舶或固定式這樣大的發動機時，最好用馬達驅動的傳送方式將稀土粉末粒子傳送到吸氣管路的吸氣口附近。
下面參照附圖對本發明的實施例進行詳細地說明。
附圖，是本發明裝置與一臺內燃機進氣岐管相連的第一個實施例示意圖;
附圖2是本發明另一實施例的更詳細的剖面圖。
附圖3是將附圖2所示裝置固定在車輛等的發動機室壁上的安裝支架的透視圖。
附圖4是又一個實施例的剖面圖。
在附

圖1中，一臺內燃機1有一個進氣岐管2和一個排氣岐管3，容器4中裝有可滲透空氣的粉末狀的稀土氧化物混合物的充填物5。容器中充填物的上方有一空間6，其中至少有一個流動屏障7，它由一個吸氣管路8與空氣進氣岐管2相連，導管10固定在容器上，其下端伸入到容器和充填物5中，導管的內側端面有一孔9與容器4底部附近的充填物5相連，導管上端由一開口11通向大氣。在導管10中，開口11的下游設置了空氣濾清器13和節流口12，由吸氣管路8吸入的空氣進入開口11，通過節流口12、導管10，孔9進入充填物5，通過該充填物和流動屏障7，渦流運動傳給了空氣，使稀土氧化物粒子被空氣卷起，并通過吸氣管路8傳送到進氣岐管2，然后進入內燃機的燃燒室中。
當容器形用空后，即在發動機運轉了80，000公里以后，可用一新充滿的容器更換。另一可選方案是容器4可通過一個再充填口(末示出)重新充填。
如果不用空氣進氣岐管2，也可選任何其它與燃燒室相連的真空管路來傳遞通過充填物5的空氣。例如汽化器的真空管、燃油噴射系統的真空管、空氣-燃油-混合物進氣管等等。為獲得經濟的運轉，除用內燃機中自行產生且可以任何方式應用的流動能外，最好不要再用其它的能量傳遞通過容器進入燃燒室的空氣。
附圖2中，用同樣的數字標出了相同部件或與附圖1中那些有相近作用的部件。
導管10插在基體16中，并由一個螺帽14固定。螺帽內側形成一個用來裝與濾網13a聯合作用的過濾材料13(例如碳粒)的空氣濾清器腔。螺帽14將導管10的凸緣10a壓緊在基體16上。在基體16和導管凸緣10a間以及在基體16與螺帽14之間分別加有環形密封墊30和31。螺帽14上的開口11，通過壓裝到導管一端、孔徑為0.5毫米的節流孔12a(在節流閥12上)完成大氣與導管10的內部空間10b的連通。充填物消耗量的變化由通過開口11和節流孔12a吸入的空氣流控制。
基體16的上端有一螺紋連接接頭17，它與容器4下端的螺母18相連。在基體16的連接接頭17內側的盲孔16a中，把園筒形濾網17的下端19插入，該濾網7穿過充填物5的總深度(厚度)。濾網7控制著通過基體16的孔16a和進一步通過兩孔9進入導管10的空氣與充填物粒子的流動。導管10由一個吸氣伸出端8a與吸氣管路8相連，此時，需要一個軟管接頭(末示出)來實現這一聯接。這樣，當施加一個低于大氣壓的壓力時，通過吸氣伸出端8a，含有少量稀土氧化物粒子的空氣將被從容器4里的充填物5中、通過濾網7、盲孔16a、孔9和導管內腔10b吸入到吸氣伸出端8a內，由附圖1可知，從吸氣伸出端8a又被吸入到發動機1的由氣岐管2中，或直接吸到發動機的燃燒室中。
下述各例給出可用于本發明的以混合物重量比計的組分例1氧化鈰 45.0%
氧化鑭 22.5%氧化釹 17.9%氧化鐠 5.7%氧化釷 0.25%硫酸鹽(SO3) 1.5%其它氧化物(Y＝O S＝O) 2.9%磷酸鹽(PO) 0.8%氧化鈣和鎂 1.0%例2氧化鈰 90%氧化鑭 1.3%氧化釹 1.3%氧化鐠 0.4%其它稀土氧化物 1.0%氧化鐵和鋁 0.25%氧化鈣和鎂 4.0%二氧化硅 0.05%磷酸鹽 0.5%硫酸鹽 0.5%例3氧化鈰 45.6%氧化鑭 22.8%氧化釹 16.2%
氧化鐠 4.7%其它稀土氧化物 5.7%氧化釷 0.2%氧化鐵和鋁 1.0%氧化鈣和鎂 0.2%二氧化硅 0.1%磷酸鹽 0.5%硫酸鹽 1-2.0%燒蝕損失重量 0-1.0%例2的成分是最佳的，它的氧化鈰含量最高，氧化鑭的含量是實際可得到的最低值。雖然實施例1和3中的鑭含量小于25%，但實施例2中的氧化鑭含量遠遠小于2%，粒子尺寸不于大于325目，粉末可由研磨加工制取。
附圖3示出了一個安裝支架20，它作為可調整的連接件和附圖2所示裝置的螺釘23相連，可將該裝置固定在汽車發動機室壁上(末示出)。安裝支架有一個變曲的支撐部分22，以支撐基體16的底部。取自同一圓上的不同弧段的兩個弧形槽21的尺寸正好與擰入基體16的底部螺紋孔中的螺釘相配。利用槽21可調節本裝置的安裝位置，使基體16和相應的導管10與吸氣伸出端8a在一個最佳的位置與進氣岐管2相連。
充填物5的數量取決于內燃機的排量和燃油消耗量，實驗表明，在一臺一升(1000ccm)的汽油機中，為將廢氣中的有害物質的排放量降到一個期望值，每公里需加入1.6毫克的充填物，在運行約800公里之后，本發明裝置的效益是明顯的，在此之后末出現效益再增加的現象。
本發明裝置可取代可控催化轉換器，特別適用于燃用加鉛燃料的內燃機，也特別適用于那些如果用可控催化轉化器代價太昂貴的內燃機。
附圖4所示的實施例中，包括一個容器104、一個空氣濾清器部件136和一個內有電機124和傳動箱125的驅動部件138。容器104中有一個含有稀土粉末充填物105的空腔134。空氣濾清器136中含有濾清材料113(例如活性炭粒)或濾網，并有一開口111與大氣相通。空氣濾清部件136和驅動部件138分別由分隔壁(也是軸承座)130和132將它們與空腔134隔開。分隔壁上裝有軸承128，以支承由電機124驅動的中心軸126、部件134、136和138的里面通常是低于大氣壓的。濾清部件136和空腔134由一空氣開口112連通，該開口可由壓在其上并具有彈力的膜片112a蓋住，開口與其相配的膜片具有節流閥的功用。
在上述中心軸126上固定有一輪120，它有一徑向部分120a和一錐面部分120b。在錐面部分120b的最外周邊，繞著輪120的整個外圈設有鏟形或齒形的傳送裝置，當輪120在空腔134中旋轉時，除了鏟或齒之外，任何現它裝置，如加工粗糙的表面都可容易地提取充填物105中的稀土粒子，并將它們傳送到穿過容器104的壁面126的吸氣孔109附近。吸氣口109通過吸氣管接頭108a與吸氣管108相連，如附圖4示出的一個管接頭。
當起動內燃機時，電機124被帶動，并以較低的轉速(如每分鐘6轉)帶動軸126和輪120。錐面部分120b的作用類似于一個攪捧或鏟，它推動輪120側面和底部的充填物流入輪120中心部分之下的區域中，從而利用設在輪120周邊的傳遞裝置122將稀土粒子傳到靠近吸氣孔109的位置，再利用來自吸氣管108的吸氣作用將粒子吸走，這樣就將稀土粒子傳送到內燃機的燃燒室中。
附圖4中的實施例對機車、船舶和固定式動力裝置等用的大型發動機特別有用。
本發明要求保護的內容包括充填物5是氧化鈰含量在30%-100%(重量)范圍的混合物;為50%-90%氧化鈰的混合物。
充填物的粒子尺寸為60目至0.5微米;不大于325目;充填物中的氧化鑭的含量為小于25%(重量計);小于10%;小于2%。
權利要求
1.向內燃機燃燒室中引入少量以鈰為主的稀土混合物的裝置，其特征在于一個可滲透空氣的干式稀土粉末充填物(5)的容器(4)，通過一個開口(11)與大氣相通，通過一個吸氣接頭或的吸氣管(8)，既可與真空管路(2)相連，又可直接與發動機燃燒室相連。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，將與大氣相通的開口(11)設置在導管(10)的一端，導管至少有一個孔(9)與充填物(5)相通。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，濾清器(7)設置在孔(9)與充填物(5)之間的流動路徑上。
4.如權利要求2或3所述裝置，其特征在于，容器與吸氣管(8)之間是通過導管(10)另一端的開口(8a處)將其連通。
5.如權利要求2所述裝置，其特征在于，將空氣濾清器(13)設置在導管(10)上的開口(11)內或其附近。
6.如權利要求2至5之一所述裝置，其特征在于，節流口(12)設置在導管(10)內空氣濾清器(13)的下游。
7.如權利要求1至6所述裝置，其特征在于，容器(4)設計成在汽車發動機室中是可更換的，或在其中設有一個可更新充填物(5)的密閉式再充填口。
8.如權利要求1至7中之一所述裝置，其特征在于，充填物(5)是氧化鈰含量在30%-100%(以重量計)范圍的混合物。
9.如權利要求8所述裝置，其特征在于充填物(5)是氧化鈰含量在50%-90%(以重量計)范圍內的混合物。
10.如權利要求1、7、8或9之一所述裝置，其特征在于，一可轉動的帶有傳送裝置(120b，122)的輪(12)設置在容器(104)中，以便傳送稀土粒子至由電機(124)驅動的輪(120)的周邊附近;吸氣管(108)的吸氣口(109)設置在與該輪的周邊相毗接的容器(104)的壁上。
11.如權利要求10所述裝置，其特征在于，將輪(120)固定在軸(12b)上，該軸穿過容器(104)并由安裝在兩個軸承座(130，132)中的一對軸承(128)支承，該軸承座同時還作為盛有稀土混合物的容器內部空腔(134)的兩個分隔壁。
12.如權利要求10或11所述裝置，其特征在于，容器(104)包括空氣濾清部件(136)和驅動部件(138)，空氣濾清部件位于兩個軸承座之一的外側，由一開口(111)將其與大氣連通，并由一可做成節流口式的開口(112)將它與容器內部部件(134)相連，驅動部件位于另一軸承座的外側，其中有驅動軸(126)的電機(124)。
13.如權利要求10至12之一所述裝置，其特征在于，傳送裝置制成鏟形、齒形或其它類似形狀，當輪(120)在容器(134)中轉動時，傳送裝置(122)提取少量稀土粒子，并將它們送到與吸氣口(109)毗接的位置。
14.如上述任一權利要求所述的裝置，其中充填物粒子的尺寸在60目至0.5微米之間。
15.如權利要求14所述裝置，其中充干物粒子的尺寸不大于325目。
16.如上述任一權利要求所述的裝置，其中充填物的組分為例1到例3任意一個中所列出的組分。
17.如權利要求16所述裝置，其中充填物的組分中氧化鑭的含量小于25%(以重量計)。
18.如權利要求17所述裝置，其中充填物中氧化鑭含量小于10%(以重量計)。
19.如權利要求17所述裝置，其中充填物中氧化鑭含量小于2%(以重量計)。
20.一種運轉內燃機的方法，包括向內燃機燃燒室中引入一種以鈰為主的、干式粉末狀的稀土材料。
21.運轉內燃機的方法，其中粉末粒子尺寸在60目至0.5微米的范圍內。
22.運轉內燃機的方法，其中采用例1到3中任一個所給出的組分。
23.例1至例3中任一所例之組合，它呈粉末狀，粒子尺寸為60目或以下，用于改善內燃機燃燒效率的一種促進劑。
全文摘要
一種向內燃機燃燒室中引入少量以鈰為主的稀土混合物的方法和裝置，其中一裝有干式、可滲透空氣的稀土粉末充填物(5)的容器(4)和一與大氣相通的開口(11)連接，通過一吸氣管(8)和一真空管(2)使其連到內燃機(7)的燃燒室中。
文檔編號F02B47/04GK1057316SQ9110393
公開日1991年12月25日 申請日期1991年6月12日 優先權日1990年6月12日
發明者米爾蒂亞希斯·馬庫 申請人:米爾蒂亞希斯·馬庫