[发明专利]改善内燃机燃烧效率的方法和装置

说明书

本发明涉及一种方法和装置，其特征是：向燃烧室中，特别是向点燃式或压燃式内燃机燃烧室中加入少量以铈为主的稀土混合物，以改善它的燃烧效率。

虽然铈氧化物催化作用机理还没有被完全掌握，但下列讨论解释了铈在固体晶态时的催化活性。催化剂的效应由它对所用燃料和氧化剂可逆反应的能力来衡量。进一步的要求是这些可逆表面反应没有不可逆的改变催化物质，并且纯氧的数量是相当少的。

铈氧化物通常存在于“氟石”晶格结构中，每一个铈离子被处在一个立方体的各角上的八个氧离子等距地包围着，而每个氧离子又被处在一个正四面体各角上的四个铈离子包围着。在这种正则状态下，每个铈离子是四价的。

铈也可以几种不同的原子价存在，但三价的Ce-O3有一个常规的晶格结构，铈离子处于规则氧离子构成的畸变八面体的中央，第七个氧离子位于八个面之一的上方。这是一种“a-MnO₃”晶格结构，它的铈与氧离子间的距离不总相同，因而这种晶格结构代表不同的价键能。

这些氧化物在高温下还有第三种变异，即所谓的“C-M₂O₃”晶格结构。它的氧离子近似地分布在绕着阳离子的一个立方体的角上，但缺两个，另外四个处在为调整缺少所必须的距离上。

铈可以与六个、七个或八个氧离子的配位，它们的难易程度相同。由于几乎没有相变发生，所产生的表面结构能在较大的温度范围内吸收或释放氧离子。

实质上，燃烧催化剂就是增加燃料与氧的接触几率，降低燃烧的温度阈值，提高燃烧率。

DE-A2932603公开了一种装置，利用该装置可将一种稀土金属混合物均匀地分散在被引入到一台内燃机进气岐管中的含水溶剂中。应用含水溶剂产生了一个特别的问题，当这种装置用在汽车上时，由于可用存贮空间的严格限制，必须经常的向存贮容器中充填含水溶剂。

针对上述问题，本发明提供了一种方法和结构设计简单的装置。利用这一装置可在一个相当长的运行时间内将稀土混合物少量地连续地引入到内燃机的燃烧室中，而不需要（或以最少程度的）维修和再填充工作。

为了解决此问题，所发明的装置中有一个装有粉末状的可渗透空气的墒式稀土充干物的容器，由一个开口将该容器与大气联通，并通过一个吸气接头或导管既可以与真空管路相联，也可直接与发动机燃烧室连接。

与大气相通的开口最好设在导管的一端，这个导管通过至少一个孔与充填物相连，在导管与开口毗接的位置设一个空气滤清器，在导管内空气滤清器的下游设置一个节流口。

在本发明的装置中，利用真空管路将一个低于大气压的压为引入导管中，从而通过导管上的孔将空气吸入容器中，再通过导管和真空管路将少量的粉末传送到燃烧室中。

过滤器作为流动屏障，均匀地分配吸入导管中的粉末粒子，并限定一个较大的表面，即过滤器与充填物相对的表面，这个大表面避免了过分集中以及随之相应堵塞过滤器的危险，过滤器最好制成一个横贯到导管中的圆筒形的滤网，在它一端的底部与导管上的孔相连。

容器的尺寸可依据它存放的充填物能满足内燃机在整个寿命期间所需的数量来确定，但是由于现代汽车对空间的限制，所安装的容器的尺寸由一个限定的运转时间，例如：对一个客车限定运行80，000公里的距离，所需的充填物来确定。在后一种情况下，容器在汽车发动机室中被设计成可更换式的，以便新容器的更换。容器也可设置一个充填口，以更换充填物。

本发明的装置使得向内燃机进气中添加少量干燥的稀土混合物成为可能，避免了溶剂的携带与充填，从而避免了短时间内定期地更换溶剂的必要，也避免了盛溶剂的容器对汽车额外空间的要求。

下列对两种具有特殊优点的组分进行分析，并给出可用于本发明的混合物的组合（以重量比计）。

1.材料的粒子尺寸应尽可能的小，可以在60目至0.5微米的范围内，粒子尺寸最好不大于325日。这种的粒子可由研磨获得。

2.考滤到分离各种稀土氧化物的实际困难，对于所用的组分中氧化铈（CeO₂）的含量，在既经济又容易获得的条件下越多越好，铈的含量，以混合物重量比计可达30%至100%。

由于向进气中引入了少量的稀土混合物，减少了有害污染物，特别是一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物，改善了燃烧，得到能与可控催化转换器相比的效果，但费用却少得多。

本发明装置的一个主要优点是它适用于现有的，即使是使用无铅燃料的汽车发动机。当然，该装置也可用于燃用其它常规燃料的内燃机。