专利名称：车载式燃油催化调质装置及其催化剂的烧制方法
技术领域：
本发明涉及一种对汽油或柴油进行改质的装置，特别是涉及采用含有稀土的催化剂对发动机用汽油或柴油进行催化调质以提高燃油活性、降低污染排放的装置。
背景技术：
内燃机作为动力在汽车、拖拉机、工程机械、船舶、内燃机车、发电机组等领域得到广泛应用，对工业、交通、农业、国防以及人们的生活都有着至关重要的影响。在可预见的将来，内燃机机将占据重要地位。作为内燃机燃料的石化资源是不可再生资源，随着车辆的保 有量不断增加，用于汽车的燃油消耗也日益增大。随着石油资源的日趋紧张，石化能源安全也受到了世界各国的重视。与此同时，燃油的价格也是不断上涨，给各行各业和广大车辆使用者带来经济上的沉重负担。除此之外，内燃机排气对环境的污染日益严重。具世界银行的估计，由于空气污染而导致的医疗成本增加和工人生病丧失的生产力，至少抵消掉中国5wt%的⑶P。为了保护人类赖以生存的环境，净化车用发动机的燃烧过程，减少单位有用功的污染物排放量，是有效缓解环境压力，保护人类健康，实现可持续发展的重大问题。燃油对于内燃机的关系如同粮食对于人的关系，燃油品质的好坏直接会影响到内燃机的燃油消耗、排放和动力性。因此，开发一种可以改善燃油品质的设备则必然可以同时实现节能减排的效果。根据文献报道，针对燃油改质的装置发明大致有以下几类利用磁体对燃油进行改质的，利用远红外对燃油进行改质的，利用网袋内装矿石放置在燃油箱内对燃油进行改质的，利用化学添加剂对燃油进行改质的等等。上述装置有以下缺点1)活化手段单一，对燃油活化能力不够，如磁体燃油活化和远红外活化；2)对燃油活化程度不可控，如利用网袋装矿石放置在燃油箱内对燃油活化的发明。如果燃油箱内的燃油存放时间过长，势必导致燃油内含过多的活化成分，由此造成发动机工作粗暴，更甚者导致发动机损坏，并且还有可能造成燃油内的胶质把催化用的矿石完全包裹，由此造成催化效果随时间明显弱化。同时，此方法对催化体的后期保养了也相对困难。3)化学添加剂会对发动机造成损伤，利如现在汽油燃料中所添加的抗爆剂MMT (甲基环戊二烯三羰基锰)会造成发动机和火花塞积碳增力口，并会缩短三效催化器的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃油活化能力好、活化程度可控、能够降低发动机污染物排放量的车载式燃油催化调质装置。本发明的目的是这样实现的一种车载式燃油催化调质装置，圆筒状的铝制外壳的进、出端分别有油管接头，铝制外壳内沿燃油进出方向依次分层装填有进端燃油过滤体、稀土矿石颗粒、远红外矿石颗粒、负氧离子矿石颗粒以及出端燃油过滤体，且上述层与层之间均设置有隔断式金属网。
上述稀土矿石颗粒和远红外矿石颗粒以及负氧离子矿石颗粒的颗径分别是5mm和3mm以及2mm,颗粒的直径误差不得越过土 5wt% ;且三者的质量之比为15wt%: 50wt%: 35wt%,上述远红外矿石由30wt%沸石、35wt%高岭土和35wt%长石组成；负氧离子矿石由50wt%麦饭石和50wtwt%电气石组成，比值误差不得越过±2wt%。
上述稀土矿石颗粒和远红外矿石颗粒以及负氧离子矿石颗粒均由原矿制粉造粒后烧制而成。稀土矿石为赣州天然稀土 ；远红外矿石由30wt%沸石、35wt%高岭土和35wt%长石组成；负氧离子矿石由50被％麦饭石和50wt%电气石组成。矿石颗粒的烧制过程为首先将制成的颗粒在I小时内升温至530 C左右并保温I小时20分钟，保温过程完成后在
0.5小时内快速升温至1080°C，再经I小时升温至1580°C，并在炉内保温0. 5小时后出炉自然冷却，整个烧制过程完成。上述进端燃油过滤体的前部设置有进口金属网，出端燃油过滤体的后部设置有出口金属网。上述层与层之间的金属网以及进出、出口金属网的网孔均小于等于1mm。本发明的另一目的是提供一种车载式燃油催化调质装置中催化剂的烧制方法。本发明的另一目的是这样实现的车载式燃油催化调质装置中催化剂的烧制方法，在I小时内升温至530°C并保温I小时20分钟，保温过程完成后在0. 5小时内快速升温至1080°C，再经I小时升温至1580°C，并在炉内保温0. 5小时后出炉自然冷却。本发明的具体工作原理是当燃油经本发明的活化装置催化改质后，燃油所含的部分大分子会被重整为小分子，根据催化程度的不同小分子比例会有所不同。对于汽油燃料发动机(I)当燃油内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会有所增加，可以提高发动机的工作平稳性；(2)小分子的燃烧速度比大分子快，所以汽油机的燃烧等容度会有所增加，由此可以使汽油燃料发动机的热效率增加，由此实现节油的目的；(3)小分子与空气的混合可以更充分，同时负氧离子使燃油中的氧含量增加，因此燃烧更完全，由此可以降低发动机的排放。对于柴油燃料发动机(I)当燃油内的小分子比例增大后，由于小分子不易自燃，由此延长滞燃期，那么在滞燃期内所形成的混合气更多，可以提高燃烧等容度，提高热效率；(2)小分子与空气的混合更容易，由此破坏开成碳烟的条件，因此可以降低发动机的烟度排放；(3)燃料当中所增加的负氧离子也可以增加燃油活性，在提高燃烧速度的同时增加燃油的氧含量，具有提高热效率和降低碳烟排放的双重效果。当燃烧速度加快后，可以提高发动机的缸内压力，由此提高活塞对曲轴的作用力，使发动机的输出转矩增大，提高动力性。综上所述，当燃油经本发明所涉及的燃油催化改质装置后，可以同时实现节能、减排和提闻动力的效果。与现有技术相比，本发明的有益效果是
I、节能效果显著。试验道路为高速公路，实验车速为100km/h定速，行驶总里程为280km，试验车辆型号为家用轿车，具体包括一辆1.8L排量东风本田，一辆I. 3L排量铃木，一辆I. 6L雪佛兰，一辆2. OL大众，一辆2. 3L日产汽车。使用本装置后根据车型不同油耗下降 8wt% 10wt%。、提升动力。试验采用整车拉力实验，实验过程按国家标准进行，实验车辆为一辆
2.8L增压柴油动力SUV和一辆3. OL汽油动力SUV。使用本装置后柴油机动力SUV整车最大拉力增大13. 3wt%,汽油动力SUV整车拉力增大12. 8wt%。、降低整车排放。整车排放数据来源为车辆管理所的年审测试结果，安装本装置后汽油车辆的C0、HC、N0x排放降低30wt% 35wt%，柴油车辆的NOx和PM排放降低35wt% 45wt%0本装置能显著降低车辆燃油消耗、减少车辆排放、提高车辆动力性、寿命长。
图I是本发明的一种车载式燃油催化调质装置示意图。 图2是图I所示车载式燃油催化调质装置与适用车辆的匹配安装示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述本实施实例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施实例。如图I所示，一种车载式燃油催化调质装置I包括一个铝制外壳5 (圆筒状)，铝制外壳5两端带有油管接头8a、8b。铝制外壳内沿燃油进出方向依次分层装填有(两个金属制)进端燃油过滤体3a,直径为5_的稀土矿石颗粒4,直径为3_的远红外矿石颗粒6,直径为2mm的负氧离子矿石颗粒7以及出端燃油过滤体3b。上述矿石颗粒的质量之比为稀土矿石远红外矿石负氧离子矿石=15wt%:50wt%:35wt%。各种矿石颗粒均是由原矿制成粉末，然后搓成所需直径的颗粒，再经由高温烧制而成。各种矿石颗粒和燃油过滤体之间(金属网2b、2c、2d和2e)及两端安装有金属网(即进口金属网2a和出口金属网2f)，金属网共计6个，金属网孔的直径小于等于1mm。铝制外壳5内填充好各种物质后，内部不得有任何晃动，以避免各种物质之间相互摩擦产生粉尘而堵塞装置和增加燃油的沿程损失。燃油从进端油管接头流入，经进端燃油过滤体3a，稀土矿石颗粒4，远红外矿石6，负氧离子矿石7以及出端燃油过滤体3b，最后经出端油管接头Sb流出。如图2示出，整个系统包括燃油箱9，燃油管10，车载式燃油催化调质装置1，燃油分配管11，喷油器12和发动机13。燃油的流向为燃油经燃油箱9流出，经由燃油管10，车载式燃油催化调质装置1，出口燃油管10a，燃油分配管11和喷油器12喷入发动机13内。本发明解决了催化改质程度不可控的问题和催化改质介质的安装问题；本发明还根据各种矿石对燃油改质的不同特性对矿石的位置进行了的布置，使矿石对燃油的催化改质作用与燃油活化所需的作用过程相匹配；本发明还根据各矿石的特性对矿石颗粒的直径和重量进行了计算和试验，通过控制各矿石颗粒的直径和重量来控制燃油在流经装置的过程中与各种矿石颗粒的接触面积和催化改质作用时间；本发明还提出了一种矿石颗粒的烧制工艺流程，在控制工艺流程来控制矿石颗粒的硬度和催化改质能力。本装置包括两端带接头的金属管状外壳、颗粒状的催化改质介质、装介质的金属网袋和燃油过滤体组成。颗粒状的改质介质装在金属网袋内以避免各颗粒之间产生过大的相对位移，金属网袋固定于金属外壳内，在金属外壳内的金属网袋两端安装两燃油过滤体，燃油过滤体可以滤除各种杂质以保护活化装置内的介质和发动机。在使用过程中，燃油经燃油箱流出后，直接流入到本发明所述的快速活化装置，然后流经燃油过滤器，经油轨和喷油器进行到发动机内进行燃烧。整体上而言，本活化装置是直接安装在原车的供油管路上，只要燃油流经本装置就可以得到活化，活化后的燃油直接就可以进入到发动机内进行燃烧。上述改质介质包括有(1)产于赣州的天然稀土矿石，该矿石能辐射出一定剂量的射线，这些射线可以激活燃油分子，使其活性增加。(2)能辐射出远红外线的矿石。远红外射线可以加剧原子的运动并使大分子链产生断裂，使大分子变成小的分子。(3)能释放出负氧离子的矿石，负氧离子与燃油分子结合，使燃油呈富氧状态并增加燃油的活性。改质介质的各成分比例按各成分的作用机理和所具有的能量以及对人体安全性的要求进行配比，稀土矿石远红外矿石负氧离子矿石=15wt% 50wt% :35wt%,各成分的比例按重量记。上述介质在网袋内按燃油过滤体，稀土矿石，远红外矿石，负氧离子矿石，燃油过滤体的顺序进行排列，各成分不相互掺杂。燃油的流向为先经过稀土矿石，再经过远红外矿石，最后经过负氧离子矿石。当各成分在装置内的位置固定好过后，在金属外壳上要标注燃油的流向。上述介质的具体重量由发动机的燃油消耗量进行确定。燃油的活化程度由活化装置的长度和燃油的流速进行控制，也就是活化装置的长度相当于燃油的活化路程，路程除以燃油的流速就相当于活化的时间，活化的时间就决定了燃油从活化装置所所获得的能量，也就是决定了活化的程度。因此，根据发动机不同工况所需的燃油燃油消耗量和活化程度，综合确定出一个最小活化时间，由此确定出活化装置的最小长度，最终确定出介质的最小填充量。只要装置的长大于最小长度值，其活化的程度就可以满足要求。上述介质的重量除了有上述的最小值外还有一个最大限定值，如果介质的填充量大于这个最大限定值就会造成活化过度。活化过度会造成燃油成分中的小分子比例过大，小分子比例过大会造成燃烧速度过快，由此造成发动机内的压力升高率过大，最终造成发动机工作粗暴、噪音加大和加速发动机损坏等。上述介质所含的各种矿石均经过加工使其成为细小的粉末，然后经与无机粘合剂混合并制成不同直径的颗粒。其中稀土矿石的颗粒直径为5_左右，远红外矿石的颗粒直径为3mm左右，负氧离子颗粒直径为2mm左右。本发明利用稀土矿石、远红外矿石和负氧离子矿石对燃油的共同作用，对汽油和柴油均可以进行催化改质。经本发明的催化改质装置作用后，可以使燃油中的烷烃、稀烃、环烷烃、芳香烃等大分子团当中的C-C键断开而分解为小分子团。具体的作用机理为燃油首先流经稀土矿石，其中的放射性元素使分子团的能量增加，原子之间的势能增大，由此使得分子中各原子之间的间距增大；经稀土矿石作用后的燃油流经远红外矿石，远红外矿石对稀土作用后的燃油分子进行切割使其中的C-C键断开而形成小分子团，由于稀土作用后的分子中的原子间距增大远红外切割原子的效果更明显；经切割后的小分子团流经负氧离子矿石，在负氧离子矿石的作用下各小分子团带上负氧离子，由此增加分子的活性并使分 子形成含氧分子，燃油也就变成了含氧燃料，含氧燃料有利于燃烧完全。
权利要求
1.一种车载式燃油催化调质装置，其特征是，圆筒状的铝制外壳(5)的进、出端分别有油管接头(8a、8b)，铝制外壳(5)内沿燃油进出方向依次分层装填有进端燃油过滤体(3a)、稀土矿石颗粒(4)、远红外矿石颗粒(6)、负氧离子矿石颗粒(7)以及出端燃油过滤体(3b)，且上述层与层之间均设置有隔断式金属网。
2.根据权利要求I所述的车载式燃油催化调质装置，其特征是，所述稀土矿石颗粒(4)和远红外矿石颗粒(6)以及负氧离子矿石颗粒(7)的颗径分别是5mm和3mm以及2mm,且三者的质量之比为15wt%:50wt%:35wt% ;上述远红外矿石由30wt%沸石、35wt%高岭土和35wt%长石组成；负氧离子矿石由50wt%麦饭石和50wtwt%电气石组成。
3.根据权利要求2所述的车载式燃油催化调质装置，其特征是，所述稀土矿石颗粒(4)和远红外矿石颗粒(6)以及负氧离子矿石颗粒(7)均由原矿制粉造粒后经1580°C高温烧制rfu 。
4.根据权利要求3所述的车载式燃油催化调质装置，其特征是，所述进端燃油过滤体(3a)的前部设置有进口金属网(2a)，出端燃油过滤体(3b)的后部设置有出口金属网(2f)。
5.根据权利要求4所述的车载式燃油催化调质装置，其特征是，所述层与层之间的金属网以及进出、出口金属网(2a、2f)的网孔均小于等于1mm。
6.一种如权利要求3所述的车载式燃油催化调质装置中催化剂的烧制方法，其特征是，将制成的颗粒在I小时内升温至530°C并保温I小时20分钟，保温过程完成后在0. 5小时内快速升温至1080°C，再经I小时升温至1580°C，并在炉内保温0. 5小时后出炉自然冷却。
全文摘要
一种车载式燃油催化调质装置及其催化剂的烧制方法，属对发动机汽油或柴油进行催化改性以提高燃油活性及降低污染排放的装置。圆筒状的铝制外壳的进、出端分别有油管接头，铝制外壳内沿燃油进出方向依次分层装填有进端燃油过滤体、稀土矿石颗粒、远红外矿石颗粒、负氧离子矿石颗粒以及出端燃油过滤体，且上述层与层之间均设置有隔断式金属网。上述矿石颗粒由原矿制粉造粒后后经1580℃高温烧制而成。本发明具有显著降低车辆燃油消耗、减少车辆排放、提高车辆动力性、寿命长的特点。
文档编号F02M27/02GK102644529SQ20121015619
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者刘显乐, 吴勇, 孟忠伟, 曾东建, 田维, 蒋岚, 陈良璞 申请人:曾东建, 蒋岚