專(zhuān)利名稱(chēng)：改善內(nèi)燃機(jī)燃燒效率的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法和裝置，其特征是向燃燒室中，特別是向點(diǎn)燃式或壓燃式內(nèi)燃機(jī)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(jī)理還沒(méi)有被完全掌握，但下列討論解釋了鈰在固體晶態(tài)時(shí)的催化活性。催化劑的效應(yīng)由它對(duì)所用燃料和氧化劑可逆反應(yīng)的能力來(lái)衡量。進(jìn)一步的要求是這些可逆表面反應(yīng)沒(méi)有不可逆的改變催化物質(zhì)，并且純氧的數(shù)量是相當(dāng)少的。
鈰氧化物通常存在于“氟石”晶格結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)鈰離子被處在一個(gè)立方體的各角上的八個(gè)氧離子等距地包圍著，而每個(gè)氧離子又被處在一個(gè)正四面體各角上的四個(gè)鈰離子包圍著。在這種正則狀態(tài)下，每個(gè)鈰離子是四價(jià)的。
鈰也可以幾種不同的原子價(jià)存在，但三價(jià)的Ce-O3有一個(gè)常規(guī)的晶格結(jié)構(gòu)，鈰離子處于規(guī)則氧離子構(gòu)成的畸變八面體的中央，第七個(gè)氧離子位于八個(gè)面之一的上方。這是一種“a-MnO3”晶格結(jié)構(gòu)，它的鈰與氧離子間的距離不總相同，因而這種晶格結(jié)構(gòu)代表不同的價(jià)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(jié)構(gòu)。它的氧離子近似地分布在繞著陽(yáng)離子的一個(gè)立方體的角上，但缺兩個(gè)，另外四個(gè)處在為調(diào)整缺少所必須的距離上。
鈰可以與六個(gè)、七個(gè)或八個(gè)氧離子的配位，它們的難易程度相同。由于幾乎沒(méi)有相變發(fā)生，所產(chǎn)生的表面結(jié)構(gòu)能在較大的溫度范圍內(nèi)吸收或釋放氧離子。
實(shí)質(zhì)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(kāi)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(tái)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣岐管中的含水溶劑中。應(yīng)用含水溶劑產(chǎn)生了一個(gè)特別的問(wèn)題，當(dāng)這種裝置用在汽車(chē)上時(shí)，由于可用存貯空間的嚴(yán)格限制，必須經(jīng)常的向存貯容器中充填含水溶劑。
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的裝置。利用這一裝置可在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)將稀土混合物少量地連續(xù)地引入到內(nèi)燃機(jī)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(wèn)題，所發(fā)明的裝置中有一個(gè)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(gè)開(kāi)口將該容器與大氣聯(lián)通，并通過(guò)一個(gè)吸氣接頭或?qū)Ч芗瓤梢耘c真空管路相聯(lián)，也可直接與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室連接。
與大氣相通的開(kāi)口最好設(shè)在導(dǎo)管的一端，這個(gè)導(dǎo)管通過(guò)至少一個(gè)孔與充填物相連，在導(dǎo)管與開(kāi)口毗接的位置設(shè)一個(gè)空氣濾清器，在導(dǎo)管內(nèi)空氣濾清器的下游設(shè)置一個(gè)節(jié)流口。
在本發(fā)明的裝置中，利用真空管路將一個(gè)低于大氣壓的壓為引入導(dǎo)管中，從而通過(guò)導(dǎo)管上的孔將空氣吸入容器中，再通過(guò)導(dǎo)管和真空管路將少量的粉末傳送到燃燒室中。
過(guò)濾器作為流動(dòng)屏障，均勻地分配吸入導(dǎo)管中的粉末粒子，并限定一個(gè)較大的表面，即過(guò)濾器與充填物相對(duì)的表面，這個(gè)大表面避免了過(guò)分集中以及隨之相應(yīng)堵塞過(guò)濾器的危險(xiǎn)，過(guò)濾器最好制成一個(gè)橫貫到導(dǎo)管中的圓筒形的濾網(wǎng)，在它一端的底部與導(dǎo)管上的孔相連。
容器的尺寸可依據(jù)它存放的充填物能滿(mǎn)足內(nèi)燃機(jī)在整個(gè)壽命期間所需的數(shù)量來(lái)確定，但是由于現(xiàn)代汽車(chē)對(duì)空間的限制，所安裝的容器的尺寸由一個(gè)限定的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，例如對(duì)一個(gè)客車(chē)限定運(yùn)行80，000公里的距離，所需的充填物來(lái)確定。在后一種情況中，容器在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)室中被設(shè)計(jì)成可更換式的，以便新容器的更換。容器也可設(shè)置一個(gè)充填口，以更換充填物。
本發(fā)明的裝置使得向內(nèi)燃機(jī)進(jìn)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(shí)間內(nèi)定期地更換溶劑的必要，也避免了盛溶劑的容器對(duì)汽車(chē)額外空間的要求。
下列對(duì)兩種具有特殊優(yōu)點(diǎn)的組分進(jìn)行分析，并給出可用于本發(fā)明的混合物的組合(以重量比計(jì))。
1.材料的粒子尺寸應(yīng)盡可能的子，可以在60目至0.5微米的范圍內(nèi)，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(shí)際困難，對(duì)于所用的組分中氧化鈰(CeO2)的含量，在既經(jīng)濟(jì)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(jì)可達(dá)30%至100%。
由于向進(jìn)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?xì)浠衔锖偷趸衔?，改善了燃燒，得到能與可控催化轉(zhuǎn)換器相比的效果，但費(fèi)用卻少得多。
本發(fā)明裝置的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它適用于現(xiàn)有的，即使是使用無(wú)鉛燃料的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)然，該裝置也可用于燃用其它常規(guī)燃料的內(nèi)燃機(jī)。
真空管路可以是發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣岐管，也可將吸氣管路直接與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室相連，這時(shí)，為確保容器與燃燒室僅在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣期間相通，必須設(shè)置一個(gè)單向閥。
本發(fā)明裝置可以用于火花點(diǎn)火或壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)中，也可用于固定式內(nèi)燃機(jī)中。
特別當(dāng)用于象機(jī)車(chē)、船舶或固定式這樣大的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，最好用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)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(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。
附圖，是本發(fā)明裝置與一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣岐管相連的第一個(gè)實(shí)施例示意圖;
附圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例的更詳細(xì)的剖面圖。
附圖3是將附圖2所示裝置固定在車(chē)輛等的發(fā)動(dòng)機(jī)室壁上的安裝支架的透視圖。
附圖4是又一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。
在附

圖1中，一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)1有一個(gè)進(jìn)氣岐管2和一個(gè)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(gè)流動(dòng)屏障7，它由一個(gè)吸氣管路8與空氣進(jìn)氣岐管2相連，導(dǎo)管10固定在容器上，其下端伸入到容器和充填物5中，導(dǎo)管的內(nèi)側(cè)端面有一孔9與容器4底部附近的充填物5相連，導(dǎo)管上端由一開(kāi)口11通向大氣。在導(dǎo)管10中，開(kāi)口11的下游設(shè)置了空氣濾清器13和節(jié)流口12，由吸氣管路8吸入的空氣進(jìn)入開(kāi)口11，通過(guò)節(jié)流口12、導(dǎo)管10，孔9進(jìn)入充填物5，通過(guò)該充填物和流動(dòng)屏障7，渦流運(yùn)動(dòng)傳給了空氣，使稀土氧化物粒子被空氣卷起，并通過(guò)吸氣管路8傳送到進(jìn)氣岐管2，然后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。
當(dāng)容器形用空后，即在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)了80，000公里以后，可用一新充滿(mǎn)的容器更換。另一可選方案是容器4可通過(guò)一個(gè)再充填口(末示出)重新充填。
如果不用空氣進(jìn)氣岐管2，也可選任何其它與燃燒室相連的真空管路來(lái)傳遞通過(guò)充填物5的空氣。例如汽化器的真空管、燃油噴射系統(tǒng)的真空管、空氣-燃油-混合物進(jìn)氣管等等。為獲得經(jīng)濟(jì)的運(yùn)轉(zhuǎn)，除用內(nèi)燃機(jī)中自行產(chǎn)生且可以任何方式應(yīng)用的流動(dòng)能外，最好不要再用其它的能量傳遞通過(guò)容器進(jìn)入燃燒室的空氣。
附圖2中，用同樣的數(shù)字標(biāo)出了相同部件或與附圖1中那些有相近作用的部件。
導(dǎo)管10插在基體16中，并由一個(gè)螺帽14固定。螺帽內(nèi)側(cè)形成一個(gè)用來(lái)裝與濾網(wǎng)13a聯(lián)合作用的過(guò)濾材料13(例如碳粒)的空氣濾清器腔。螺帽14將導(dǎo)管10的凸緣10a壓緊在基體16上。在基體16和導(dǎo)管凸緣10a間以及在基體16與螺帽14之間分別加有環(huán)形密封墊30和31。螺帽14上的開(kāi)口11，通過(guò)壓裝到導(dǎo)管一端、孔徑為0.5毫米的節(jié)流孔12a(在節(jié)流閥12上)完成大氣與導(dǎo)管10的內(nèi)部空間10b的連通。充填物消耗量的變化由通過(guò)開(kāi)口11和節(jié)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(nèi)側(cè)的盲孔16a中，把園筒形濾網(wǎng)17的下端19插入，該濾網(wǎng)7穿過(guò)充填物5的總深度(厚度)。濾網(wǎng)7控制著通過(guò)基體16的孔16a和進(jìn)一步通過(guò)兩孔9進(jìn)入導(dǎo)管10的空氣與充填物粒子的流動(dòng)。導(dǎo)管10由一個(gè)吸氣伸出端8a與吸氣管路8相連，此時(shí)，需要一個(gè)軟管接頭(末示出)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一聯(lián)接。這樣，當(dāng)施加一個(gè)低于大氣壓的壓力時(shí)，通過(guò)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(guò)濾網(wǎng)7、盲孔16a、孔9和導(dǎo)管內(nèi)腔10b吸入到吸氣伸出端8a內(nèi)，由附圖1可知，從吸氣伸出端8a又被吸入到發(fā)動(dòng)機(jī)1的由氣岐管2中，或直接吸到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中。
下述各例給出可用于本發(fā)明的以混合物重量比計(jì)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(shí)際可得到的最低值。雖然實(shí)施例1和3中的鑭含量小于25%，但實(shí)施例2中的氧化鑭含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(gè)安裝支架20，它作為可調(diào)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(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)室壁上(末示出)。安裝支架有一個(gè)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(gè)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(diào)節(jié)本裝置的安裝位置，使基體16和相應(yīng)的導(dǎo)管10與吸氣伸出端8a在一個(gè)最佳的位置與進(jìn)氣岐管2相連。
充填物5的數(shù)量取決于內(nèi)燃機(jī)的排量和燃油消耗量，實(shí)驗(yàn)表明，在一臺(tái)一升(1000ccm)的汽油機(jī)中，為將廢氣中的有害物質(zhì)的排放量降到一個(gè)期望值，每公里需加入1.6毫克的充填物，在運(yùn)行約800公里之后，本發(fā)明裝置的效益是明顯的，在此之后末出現(xiàn)效益再增加的現(xiàn)象。
本發(fā)明裝置可取代可控催化轉(zhuǎn)換器，特別適用于燃用加鉛燃料的內(nèi)燃機(jī)，也特別適用于那些如果用可控催化轉(zhuǎn)化器代價(jià)太昂貴的內(nèi)燃機(jī)。
附圖4所示的實(shí)施例中，包括一個(gè)容器104、一個(gè)空氣濾清器部件136和一個(gè)內(nèi)有電機(jī)124和傳動(dòng)箱125的驅(qū)動(dòng)部件138。容器104中有一個(gè)含有稀土粉末充填物105的空腔134?？諝鉃V清器136中含有濾清材料113(例如活性炭粒)或?yàn)V網(wǎng)，并有一開(kāi)口111與大氣相通?？諝鉃V清部件136和驅(qū)動(dòng)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(kāi)。分隔壁上裝有軸承128，以支承由電機(jī)124驅(qū)動(dòng)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(kāi)口112連通，該開(kāi)口可由壓在其上并具有彈力的膜片112a蓋住，開(kāi)口與其相配的膜片具有節(jié)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(gè)外圈設(shè)有鏟形或齒形的傳送裝置，當(dāng)輪120在空腔134中旋轉(zhuǎn)時(shí)，除了鏟或齒之外，任何現(xiàn)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(guò)容器104的壁面126的吸氣孔109附近。吸氣口109通過(guò)吸氣管接頭108a與吸氣管108相連，如附圖4示出的一個(gè)管接頭。
當(dāng)起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)時(shí)，電機(jī)124被帶動(dòng)，并以較低的轉(zhuǎn)速(如每分鐘6轉(zhuǎn))帶動(dòng)軸126和輪120。錐面部分120b的作用類(lèi)似于一個(gè)攪捧或鏟，它推動(dòng)輪120側(cè)面和底部的充填物流入輪120中心部分之下的區(qū)域中，從而利用設(shè)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(lái)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(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。
附圖4中的實(shí)施例對(duì)機(jī)車(chē)、船舶和固定式動(dòng)力裝置等用的大型發(fā)動(dòng)機(jī)特別有用。
本發(fā)明要求保護(hù)的內(nèi)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(jì));小于10%;小于2%。
權(quán)利要求
1.向內(nèi)燃機(jī)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(gè)可滲透空氣的干式稀土粉末充填物(5)的容器(4)，通過(guò)一個(gè)開(kāi)口(11)與大氣相通，通過(guò)一個(gè)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(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室相連。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，將與大氣相通的開(kāi)口(11)設(shè)置在導(dǎo)管(10)的一端，導(dǎo)管至少有一個(gè)孔(9)與充填物(5)相通。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，濾清器(7)設(shè)置在孔(9)與充填物(5)之間的流動(dòng)路徑上。
4.如權(quán)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(guò)導(dǎo)管(10)另一端的開(kāi)口(8a處)將其連通。
5.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，將空氣濾清器(13)設(shè)置在導(dǎo)管(10)上的開(kāi)口(11)內(nèi)或其附近。
6.如權(quán)利要求2至5之一所述裝置，其特征在于，節(jié)流口(12)設(shè)置在導(dǎo)管(10)內(nèi)空氣濾清器(13)的下游。
7.如權(quán)利要求1至6所述裝置，其特征在于，容器(4)設(shè)計(jì)成在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)室中是可更換的，或在其中設(shè)有一個(gè)可更新充填物(5)的密閉式再充填口。
8.如權(quán)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(jì))范圍的混合物。
9.如權(quán)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(jì))范圍內(nèi)的混合物。
10.如權(quán)利要求1、7、8或9之一所述裝置，其特征在于，一可轉(zhuǎn)動(dòng)的帶有傳送裝置(120b，122)的輪(12)設(shè)置在容器(104)中，以便傳送稀土粒子至由電機(jī)(124)驅(qū)動(dòng)的輪(120)的周邊附近;吸氣管(108)的吸氣口(109)設(shè)置在與該輪的周邊相毗接的容器(104)的壁上。
11.如權(quán)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(guò)容器(104)并由安裝在兩個(gè)軸承座(130，132)中的一對(duì)軸承(128)支承，該軸承座同時(shí)還作為盛有稀土混合物的容器內(nèi)部空腔(134)的兩個(gè)分隔壁。
12.如權(quán)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(qū)動(dòng)部件(138)，空氣濾清部件位于兩個(gè)軸承座之一的外側(cè)，由一開(kāi)口(111)將其與大氣連通，并由一可做成節(jié)流口式的開(kāi)口(112)將它與容器內(nèi)部部件(134)相連，驅(qū)動(dòng)部件位于另一軸承座的外側(cè)，其中有驅(qū)動(dòng)軸(126)的電機(jī)(124)。
13.如權(quán)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(lèi)似形狀，當(dāng)輪(120)在容器(134)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(quán)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(quán)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(quán)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(gè)中所列出的組分。
17.如權(quán)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(jì))。
18.如權(quán)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(jì))。
19.如權(quán)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(jì))。
20.一種運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī)的方法，包括向內(nèi)燃機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī)的方法，其中粉末粒子尺寸在60目至0.5微米的范圍內(nèi)。
22.運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī)的方法，其中采用例1到3中任一個(gè)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(nèi)燃機(jī)燃燒效率的一種促進(jìn)劑。
全文摘要
一種向內(nèi)燃機(jī)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(kāi)口(11)連接，通過(guò)一吸氣管(8)和一真空管(2)使其連到內(nèi)燃機(jī)(7)的燃燒室中。
文檔編號(hào)F02B47/04GK1057316SQ9110393
公開(kāi)日1991年12月25日 申請(qǐng)日期1991年6月12日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月12日
發(fā)明者米爾蒂亞希斯·馬庫(kù) 申請(qǐng)人:米爾蒂亞希斯·馬庫(kù)