专利名称：使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用回收废热、流场控制、外加电场、比例调节等方法来提高汽车内燃机燃料利用率的方法和装置，尤其是通过脱氢裂解反应完成的变性燃烧方法与装置。
汽车内燃机因容易启动、速度高、轻便灵活、燃料贮存运输方便、行车距离长、造价低等特点而成为各类汽车不可替代的装置。但当前汽车使用的内燃机，也存在着两方面的问题，其一是热效率低、比油耗较大，燃料热值的60％以上被废气和冷却介质带走，压缩比较低、混合气的绝热指数较小；其二是排放的废气中一氧化碳、碳化氢、氮氧化物含量较高，污染空气造成公害。
为了解决上述两个问题，使内燃机的燃料得到充分燃烧从而提高热效率并大幅度减少排放的废气，中国专利申请93114929.0提出了化油器的一种取代装置，它采用单独喷油量控制器以使空气燃料混合比始终保持在最佳值，使燃料分子在进入催化堆时发生气化与裂解，以保证燃料的充分燃烧。
上述构思提出了提高内燃机热效率的诱人前景，但经过反复试验，认为93114929.0的燃烧方法和装置，仍然存在许多需要作重大改进之处。主要是(1)燃料的脱氢裂解过程是一个强吸热过程，根据试验，催化脱氢裂解室内的催化堆，当温度≤150℃时，对燃料不起催化作用。93114929.0所述装置仅采用催化堆壁加高压电场的方法，而没有使催化堆提高温度的装置，所以无法实现使进入催化堆中的燃料变性以提高燃料热值的提法，不能提高燃料的辛烷值和压缩比，用电极加热既不安全又耗费电能，还浪费了汽车内燃机运转中散发的废热。
(2)缺少变性燃料进量与空气进量的双向调节装置，无法对燃料与空气混合比进行精确的调节，也无法在工作条件改变时灵活地调节混气比。
(3)内燃机在怠速运转时，混合气室在燃气喷咀处的负压减小，促使从催化脱氢裂解室进入汽缸的变性燃料数量减少，混合气不易保持理想的浓度，从而导致怠速时容易熄火，以及怠速时内燃机转速的不稳定。
本发明的第一个目的是用废热回收箱回收的废热来对催化堆进行加热，用催化堆附加的外电场来增强催化效果，迅速完成对原始燃料的脱氢、裂解及异构，将大分子团原始燃料改变成化学成分及结构不同的小分子团变性燃气后再与空气混合进入汽缸进行燃烧。
本发明的第二个目的是设置保持恒定油压的燃料输出控制器来为燃料进量调节油阀提供具有所需稳定压力的燃料，从而可提高燃料进量的可控制程度和调节精度。
本发明的第三个目的是同时调节油阀和空气进量调节器，这种双向调节可精确地调节空气与燃料的混合比。
本发明的第四个目的是提出设置当内燃机怠速运转时补充进入变性燃料的辅助燃气导管，以保持理想的混合气浓度，从而使怠速时内燃机的转速保持稳定。
本发明是这样实现的一种使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法，其特征在于将具有一定油压的原始燃料通过燃料进量控制装置进入四周密封的催化堆孔隙中，用其密封催化堆外的回收内燃机启动以后的废气余热及待冷却水余热装置回收的热量加给催化堆及其中的燃料而使其温度不断地升高，当催化堆的温度达到或超过原始燃料脱氢裂解异构所需的活化能时，使进入其中的原始燃料进入变性反应状态，通过设置在催化堆壁的一对交流电极与一对直流电极所施加的电场使原始燃料的分子极化并震荡，加速催化脱氢裂解反应；可调节油压与输入量的原始燃料流经具有相互垂直的交直流电场的催化堆孔隙过程中，在热能和电能的辅助作用下转变为变性燃气，变性燃气从催化堆出口通道进入设置在通道出口并位于混合气室的燃气喷嘴流向混合气室，在所述燃气喷嘴处与空气进量调节装置输入的空气按照设定燃气比同步调节混合后输入汽缸燃烧。
如上所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法，其特征在于回收内燃机废气余热及待冷却水余热的废热回收箱在密封的催化堆外，并向催化脱氢裂解室中的催化堆及进入其中的原始燃料加热，使之达到或超过进入催化堆孔隙中的原始燃料进行脱氢裂解异构所需要的活化能。
如上所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法，其特征在于一对交流电极与一对直流电极的组合方式为垂直设置在催化堆壁上，并与外电源连接。
如上所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法，其特征在于原始燃料的油压在内燃机马达启动前调节，其输入量通过与内燃机油泵连通的锥体油阀的开口面积调节。
如上所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法，其特征在于用一对所夹空间与空气滤清器连通的设置于燃气喷咀两侧的可改变距离的矩形夹板的开合来控制空气输入量。
如上所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法，其特征在于原始燃料为碳氢化合物，即汽油、柴油、甲醇、乙醇等燃料。
如上所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法，其特征在于原始燃料为汽油时设定燃气比为20∶1～35∶1。
一种使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，包括可调节油压与燃料输入量的燃料输出控制器、催化脱氢裂解室、空气进量调节器、混合气室、废热回收箱、比例同步调节器，其特征在于由六个分装置组成一个整体。燃料输出控制器的小型离心式油泵的吸油管和内燃机油箱连通，而小型离心式油泵的送油管与油压平衡油槽连通，形成由内燃机油箱到油压平衡油槽的送油通路。油压平衡油槽通过油压平衡油槽回油管与内燃机油箱连通，形成由油压平衡油槽到内燃机油箱的回油通路。油压平衡油槽两端的回油管设置油压平衡油槽回油管截面调节阀和油压平衡油槽回油管自动调节阀。油压平衡油槽通过油压平衡油槽出油管与锥体油阀连通，形成油压平衡油槽到锥体油阀的出油通路。油压平衡油槽出油管设置出油管电磁油路开关。锥体油阀的公锥杆与公锥拉杆铰接，通过定滑轮组和连接于公锥拉杆的钢丝拉线连接于比例同步调节器动盘刻划尺上的尺游标，通过支架及回位弹簧调节锥体油阀的开度形成由锥体油阀调节原始燃料进入催化脱氢裂解室的进油量的供油装置；催化脱氢裂解室的进口发兰盘与燃料输出控制器的锥体油阀发兰盘相连接。催化脱氢裂解室中的催化堆为附着有金属及金属氧化物为催化剂的催化剂载体物质烧制而成的薄片叠合成一定间隙的堆，该催化堆盘旋于催化脱氢裂解室进口与出口之间。除了进口与出口外在与催化堆进口与出口连线相平行的催化堆的四个壁面的薄层绝缘层上紧贴一对相向的交流电极和与交流电极相垂直的一对相向的直流电极，并从电极向催化脱氢裂解室外引出四根绝缘导线，一对接交流电源，另一对接直流电源。除了进口与出口外的催化堆全部用电绝缘物质密封于催化脱氢裂解室壳体内，构成可使原始燃料进行脱氢裂解异构的催化脱氢裂解室；催化脱氢裂解室的出口端发兰盘与混合气室进口发兰盘连接，从催化脱氢裂解室的出口喷出来的变性燃气通过设置在混合气室燃气通道至混合气室的主燃气喷咀喷向混合气室，混合气室与上部的空气进量调节器用同一上、下开孔的矩形外壳结为一体。空气进量调节器上端通过其外壳上的圆柱壳与内燃机空气滤清器相连接，在同一的上、下开孔的矩形外壳腔内的上、下孔之间设置能够左右移动的一对平行的矩形夹板，并在矩形外壳内的上、下孔处设置分别与左夹板和右夹板连为一体并垂直于矩形夹板的两个矩形上孔挡板和两个矩形下孔挡板。空气进量调节器的进气截面积随着矩形夹板的左右移动而改变，并将主燃气喷咀设置于矩形夹板的中部，钢丝拉线的一端与左夹板中下部连接，通过内壁定滑轮及左夹板中上部孔道穿过两矩形夹板之间的中心空间，连接并穿过右夹板中上部，最后通过壳壁外钢丝拉线导向定滑轮连接于比例同步调节器刻划尺尺游标，上、下两个夹板滑动杆穿过矩形夹板的上部与下部并用滑动杆端部的弹簧挡片将矩形夹板的四个回位弹簧限制在矩形夹板与弹簧挡片之间的滑动杆上用以压迫左夹板与右夹板并使之在怠速时恢复所夹通道截面积为最小。当转动比例同步调节器的动盘刻划尺时，连接在尺游标上的钢丝拉线拉动左右夹板外移使矩形外壳上孔进气截面积、矩形夹板之间的空气通道截面积以及矩形外壳下孔出气截面积同时增大。从空气滤清器进来的空气流经矩形外壳上孔、矩形夹板之间的上部空间，到混合气室主燃气喷咀与燃气混合，混合气流又经矩形夹板下部空间、矩形外壳下孔，到节气门内腔，混合气室的混合气室出口发兰盘与内燃机进混合气总导管发兰盘相接。位于矩形外壳下孔到混合气室出口发兰盘之间的节气门控制进入汽缸的混合气量。由主燃气喷咀中心线以上至矩形外壳上与空气滤清器连接的圆柱壳为空气进量调节器，主燃气喷咀中心线以下至节气门以下的混合气室出口发兰盘为混合气室；由空气进量调节器中的矩形夹板的开合来精确调节进入混合气室的空气量。同时，通过调节锥体油阀来精确地调节进入催化脱氢裂解室的原始燃料，进而达到精确地调节从主燃气喷咀喷入混合气室的燃气。以此构成精确地调节进入汽缸的空气与燃气的混气比的空气进量调节器与燃料输出控制器的双向调节装置；置于催化堆壳外的回收内燃机废热气余热与待冷却水余热的废热回收箱，包括有紧贴于催化脱氢裂解室外壳的上水箱及下水箱以及盘旋于催化脱氢裂解室外壳的金属导气管及接口导管组合而成。整个的废热回收箱除了接口导管均是封闭的。金属导气管除了接口均封闭于上、下水箱之中。催化脱氢裂解室的进口端与出口端露在封闭的废热回收箱之外。接于下水箱盖的进水管与内燃机回水泵支管连接，接于上水箱盖的排水管与内燃机水箱进水支管连接，通过催化脱氢裂解室非催化堆封闭层的导水孔将上、下水箱连通起来并形成待冷却水循环通路，接于下水箱盖的废热气进气管与内燃机排气导管支管连接，接于上水箱盖的废热气排气管与内燃机尾气支管连接并形成废热气通路。由此构成利用回收内燃机废热来为催化堆提供原始燃料进行催化脱氢裂解异构所需要活化能的废热回收装置；与混合气室进口法兰盘和主燃气喷嘴进口端之间辅助燃气喷孔连通的辅助燃气出口导管与辅助燃气控制阀连接，并与一端连接于辅助燃气控制阀而另一端与混合气室节气门内腔连通的辅助燃气入口导管连通，形成内燃机低速工作时的补充燃气装置；整体装置各部分调节阀门，包括锥体油阀、空气进量调节器中的矩形夹板、混合气室的节气门、辅助燃气控制阀等通过钢丝拉线及定滑轮组与比例同步调节器刻划尺上的尺游标连接。移动尺游标并找到调节各相应阀门在刻划尺相应的半径位置而用螺丝将尺游标固定，即构成按比例同步调节各阀门的比例同步调节装置。
如上所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于燃料输出控制器由小型电动机、小型离心式油泵、油压平衡油槽、小型离心式油泵吸油管、油压平衡油槽送油管、油压平衡油槽回油管、油压平衡油槽出油管、油压平衡油槽回油管截面调节阀、油压平衡油槽回油管自动调节阀、出油管电磁油路开关、锥体油阀等构成。
如上所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于催化脱氢裂解室由催化脱氢裂解室进口发兰盘、催化脱氢裂解室外壳、多孔隙催化堆、固设于催化堆壁的两对相互垂直的电极、绝缘层、出壳导线、催化脱氢裂解室出口发兰盘、催化脱氢裂解室密封层回收废热气导气孔、催化脱氢裂解室密封层回收待冷却水导水孔等构成。
如上所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于空气进量调节器由上、下开孔的矩形外壳、设置于外壳上部与内燃机空气滤清器连通的圆柱壳、在矩形外壳内腔的一对中间留可伸缩通道的平行矩形夹板、分别与左夹板和右夹板连为一体并垂直于矩形夹板的两个矩形上孔挡板和两个矩形下孔挡板、夹板滑动杆、滑动杆端部弹簧挡片、夹板回位弹簧、夹板钢丝拉线、内壁定滑轮、外壁钢丝拉线导向定滑轮等构成。
如上所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于混合气室由主燃气喷咀、混合气室进口发兰盘、混合气室燃气通道、辅助燃气喷孔、辅助燃气出口导管、辅助燃气控制阀、辅助燃气入口导管、辅助燃气阀回位弹簧、混合气室的节气门、节气门回位弹簧、钢丝拉线、混合气室出口发兰盘等构成。
如上所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于废热回收箱由废热气回收盘旋管、废热气回收控制阀、下水箱、上水箱、催化脱氢裂解室密封层回收废热气导气孔、催化脱氢裂解室密封层回收待冷却水导水孔、与内燃机回水泵支管连通的下壁水箱进水管、与内燃机水箱进水支管连通的上水箱排水管、与内燃机排气导管支管及废热气回收控制阀连通的下水箱废热气进气管、与内燃机尾气支管连通的排气管等构成。
如上所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于比例同步调节器由定盘、动盘、量角盘、刻划尺、尺游标、回位弹簧动盘固定杆、回位弹簧动盘支撑杆、动盘回位档杆、回位弹簧定盘固定杆、回位弹簧等构成。
如上所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于催化脱氢裂解室的催化堆是由多片以SiO2、Al2O3或SiC等为载体的物质上涂铂、钯、K2O、Cr2O3、ThO2等催化剂烧制形成的有孔隙的叠层结构；直流电极与交流电极的电压为0.1～40KV，一对直流电极与一对交流电极的位置可以互换而不致影响催化脱氢裂解效果。
本发明具有下述特点(1)采用了催化脱氢裂解装置，将高分子团燃料脱氢裂解为低分子燃气后再进行燃烧，大幅度提高了燃料的辛烷值，也提高了在用燃料的绝对热值。
(2)采用了废热回收箱回收内燃机排出的废气热及待冷却水热，然后用此来为催化脱氢裂解室内的催化堆提供燃料脱氢裂解反应所需要的活化能以保证实现燃料的变性燃烧，从而提高了燃料的利用率。
(3)在催化堆四壁安装两对互相垂直的电极，然后一对电极施加直流电场，另一对电极施加交变电场，从而增强了催化裂解效果。
(4)目前汽车内燃机使用化油器的空气与燃料混合比的调节是靠喷油嘴处的空气负压被动调节的，且在内燃机怠速工作时，由于化油器雾化程度不高，导致燃料与空气混合比在内燃机工作全过程差异很大。如空气、汽油混合比从8∶1-15∶1(最佳混合比15∶1)，燃料的浪费比较大。本发明采用了燃料输出控制器及空气进量调节器，对燃料及空气实行了双向调节，而燃料输出控制器及空气进量调节器本身又可以进行自由调节，这种主动自由调节可以精确地根据内燃机功率与转速调节燃料与空气的混合比例，保证内燃机从怠速到高速工作全过程中混气比的一致性，又可以随着条件的变化灵活地调节混气比。
(5)用比例同步调节器实现对燃料进量控制阀、空气进量调节器、混合气节气门、辅助燃气调节阀的同步调节，使燃油量和空气进量按理想比例混合后进入汽缸燃烧。
采用本发明方法生产的装置与带有汽化器的同类型内燃机进行了对比试验，如表1汽化器与燃料变性燃烧装置的对比试验
图1本发明结构装配剖面示意及工作状态流程2燃料输出控制器剖面示意3催化脱氢裂解室剖面示意4图3的A-A剖面示意5交流与直流电极安装位置示意6催化脱氢裂解室与废热回收箱组装示意7废热回收箱俯视剖面示意8空气进量调节器与混合气室结构剖面示意9图8的B-B剖面示意10混合气进入汽缸工作状态示意11比例同步调节器结构示意图现结合附图进一步叙述本发明的工作原理和方法原始燃料指汽油、柴油、甲醇、乙醇等燃料。燃料的变性燃烧装置即运用废热回收箱来对催化堆进行加热，用催化堆附加的外电场来增强催化效果，迅速完成对原始燃料的脱氢、裂解及结构变异，将大分子团燃料改变成化学成分及结构不同的小分子团燃料后再与空气混合，进入汽缸进行燃烧，本发明称这种燃烧性状的改变为“变性燃烧”。
本发明装置的理论依据为①由有机化学已知，将液态大分子团燃料经催化脱氢裂解变为气态小分子团燃料再进行燃烧时，可提高燃料的热值如C6H14低热值为10500千卡/公斤，C2H4的低热值为11188千卡/公斤，C2H6的低热值为11264千卡/公斤，H2的低热值为28653千卡/公斤，C2H2的低热值为11447千卡/公斤，C2H5OH的低热值为6475千卡/公斤。当将燃料C6H14催化脱氢裂解为3C2H4+H2时，再与空气混合进入汽缸燃烧，其热值比直接燃烧C6H14提高10.4％；当将燃料C2H4催化脱氢转变为C2H2+H2时，再与空气混合进入汽缸燃烧，其热值比直接燃烧C2H4提高133％；当燃料C2H5OH催化裂解为C2H6+O时，再与空气混合进入汽缸燃烧，其热值要比直接燃烧C2H5OH提高13.5％。如果用高热值计算，其结果也一样，如C2H5OH高热值为7105.14千卡/公斤，C2H2高热值为11952.23千卡/公斤，H2高热值为34173.84千卡/公斤，若将C2H5OH脱氢裂解为C2H4+H2+O2再与空气混合进入汽缸燃烧，比直接燃烧C2H5OH提高热值10.6％；若将C2H5OH进行深化裂解为C2H2+2H2+O再与空气混合进入汽缸燃烧，比直接燃烧C2H5OH提高热值36.6％。②由内燃机学已知，汽车内燃机的热效率与压缩比的关系为ε＝1-1/rn-1，压缩比r愈大热效愈高，n为空气燃料混合气的绝热指数，空气n＝1.40，H2n＝1.41。在内燃机怠速工作时，浓混合气n＝1.2～1.3；高速工作，较稀混合气n＝1.3～1.4。但压缩比受燃料辛烷度的制约，一般汽油辛烷值在70～90，压缩比r＝6-9；当辛烷值提高到110～120时，r＝11～12。③由石油的催化科学已知a.低分子的烷烃和烯烃辛烷值可达110～120。b汽油中小于或等于7个碳原子的烷烃类，汽油辛烷值的增加可以认为当环烷烃转化为芳烃，线性烷烃转化为支链烷烃甚至烯烃，转化后燃料的辛烷值可达100以上。c.对于碳原子大于7的汽油，通过催化裂解，断开C-H键及C-C键，使大分子团转变为甲烷、乙烷、丙烷、丙烯及氢等气态小分子团，辛烷值也可达105～110。d.汽油的脱氢和裂解为小分子团均是吸热过程，则要向化合物提供反应热或称活化能。在催化剂的作用下，从外部提供的反应热可大大减小。如正己烷的裂化，无催化作用时，反应的活化能为55kcal/mol，在催化剂的作用下，反应的活化能为18kcal/mol；如十二烷的脱氢，无催化作用时，反应的活化能为52kcal/mol，在催化剂的作用下，反应的活化能为16kcal/mol。e.极化电场可提高催化剂的催化效能。④由②及③得知，汽油、柴油、甲醇、乙醇等燃料经催化作用，只要从废热中回收20～30％的热量加给被催化的燃料，即可完成脱氢裂解为气态小分子团，可使变性后的燃烧热值比在用燃料热值提高20～30％，辛烷值也从在用燃料的70～99提高到110～120。⑤.由物理学已知各种物质分子每厘米的破坏电压分别为H213.9千伏/厘米，O223 1千伏/厘米，N227.0千伏/厘米，CH420.8千伏/厘米，C2H427.8千伏/厘米等等，用电场来提高催化剂的催化功能将起到特殊的作用。
现结合附图进一步叙述本发明的方法与结构参见图1本发明包括燃料输出控制器I、催化脱氢裂解室II、空气进量调节器III、混合气室IV、废热回收箱V、比例同步调节器VI等六个组成部分。
整套装置设置于内燃机油箱VII与内燃机进混合气总导管46之间。
参见图1和图2小型电动机1连接与内燃机油箱VII连通的离心式油泵2，油泵2通过油压平衡油槽送油管4与油压平衡油槽3连通，油压平衡油槽回油管5与内燃机油箱VII连通。在油压平衡油槽3两端的回油管5设置油压平衡油槽回油管截面调节阀6与油压平衡油槽回油管自动调节阀7，油压平衡油槽出油管8连通油压平衡油槽3与锥体油阀10，在油压平衡油槽出油管8中设置一个出油管电磁油路开关9。小型电动机1启动后，小型离心式油泵2通过小型离心式油泵吸油管201从内燃机油箱VII抽出原始燃料，通过油压平衡油槽送油管4进入油压平衡油槽3，用油压平衡油槽回油管截面调节阀6与油压平衡油槽回油管自动调节阀7控制恒定的油压。出油管电磁油路开关9打开后，通过油压平衡油槽出油管8向锥体油阀10输送原始燃料。
锥体油阀10一侧连通油压平衡油槽出油管8，底端通过中心有锥体空腔出口发兰盘中心孔141的锥体油阀发兰盘14与催化脱氢裂解室II连接。在锥体油阀空腔中放置一公锥102，公锥上端设置封闭塞与密封圈103，在公锥杆105上套入回位弹簧104，公锥移动支架11一端固接在锥体外壳，另一端与公锥拉杆12铰接，当与比例同步调节器连接的钢丝拉线13移动时，公锥拉杆12随着移动，并带动公锥102移动，通过调节锥体油阀10的开度来调节原始燃料在锥体空腔出口发兰盘中心孔141的输出量。
参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图9催化脱氢裂解室进口发兰盘15与锥体油阀发兰盘14相连接，催化脱氢裂解室出口发兰盘23与混合气室进口发兰盘36相连接。催化脱氢裂解室II除了原始燃料进油口151和催化脱氢裂解室燃气出口231以外，是由催化脱氢裂解室外壳16包围的全封闭结构。催化堆17由多片以SiO2、Al2O3或SiC等为载体的物质上涂铂、钯、K2O、Cr2O3、ThO2等催化剂烧制形成的有孔隙的叠层结构，在催化堆17与催化脱氢裂解室外壳16中间设置绝缘层20，紧贴催化堆17的侧壁设置一对直流电极19，并在垂直直流电极方向设置一对交流电极18，两组电极用一对交流导线22和一对直流导线21引出。所述一对直流电极19与一对交流电极18的位置可以互换而不致影响催化脱氢裂解效果。
废热回收箱V设置于催化脱氢裂解室外壳16的上、下侧，其上、下水箱用设置在催化脱氢裂解室II中催化脱氢裂解室密封层回收待冷却水导水孔25连通，上水箱废热气回收盘旋管482上侧通过水箱排气管54连接内燃机尾气支管58，下水箱废热气回收盘旋管481通过下水箱废热气进气管52连接内燃机排气导管支管56，在内燃机排气导管支管56设置废热气回收控制阀49控制进入废热回收箱V的废气量。上水箱51通过上水箱排水管55连通内燃机水箱进水支管59，下水箱50通过进水管53连通内燃机回水泵支管57。废热气回收管与水箱互不相通。可将催化室上、下废热回收箱合为一体，除了将催化脱氢裂解室的原始燃料进油口151和催化脱氢裂解室燃气出口231露出以外，催化脱氢裂解室的主体支撑于废热回收箱V的中心部位，并密封于其中。废热回收箱可回收内燃机的废气热及待冷却水热。
由废热回收箱V向催化脱氢裂解室II提供原始燃料催化脱氢裂解所需的活化能，而使进入催化堆17的原始燃料发生变性反应，一般内燃机启动后6～10分钟即可向进入催化堆的原始燃料连续提供脱氢裂解所需要的活化能，而使进入催化堆17的原始燃料发生变性反应。催化堆壁所加的一对直流电极19所形成的电场可以使燃料分子产生电偶极矩，在催化堆壁所加的一对交流电极18所施加的交变电场作用下，使极化的燃料分子发生震荡，由此加速了原始燃料的脱氢裂解速度，增加了单位时间燃料的裂解量，从而提高了变性燃烧的应用价值，向催化堆所加电压的高低以不击穿催化堆介质为基准。催化堆的体积随着内燃机最高功率的增加而增大，催化堆盘旋在催化室内，以使装置紧凑易安装。当燃料进入催化堆时吸收热量立即汽化，也增加了燃料分子触媒的机会，当活化能达到燃料分子变性反应的阀值时，立刻发生脱氢裂解反应，少部分变性的燃料发生剧烈的体积膨胀，压力增大，迫使所有进入催化脱氢裂解室的燃料分子快速触及催化剂，进一步增加脱氢裂解量，已变性的分子又加深裂解，燃气一浪高过一浪地向前推进，从催化脱氢裂解室燃气出口231喷入混气室的燃气分子量减小了，比如高分子量的汽油烷烃已变性为甲烷、乙烷、乙烯、丙稀、氢……，还有离子团和自由基团等，有的油分子可能发生结构变异，由直链型转变为支链型，提高了燃料的辛烷值，即使是未变性的油分子团，也被高气压的燃气流击碎为几近单分子状态，容易使这样的燃气混合气在汽缸中高速、完全地燃烧。
参见图1及图8-10空气进量调节器III包括上、下开孔的矩形外壳26、设置于外壳上部与内燃机空气滤清器连通的圆柱壳27、一对可沿着夹板滑动杆29滑动调节空气进量的矩形夹板28、滑动杆上的夹板回位弹簧31、滑动杆端部弹簧挡片30、内壁定滑轮33及矩形外壳26外壁的钢丝拉线导向定滑轮34，与比例同步调节器尺游标341连接的钢丝拉线32分别固定在左夹板283和右夹板284，左夹板283与右夹板284的移动量，是通过比例同步调节器来控制的。混合气室IV与上部的空气进量调节器III用同一上、下开孔的矩形外壳26结为一体，空气进量调节器III上端通过其外壳上的圆柱壳27与内燃机空气滤清器相连接，在同一的上、下开孔的矩形外壳26腔内的上、下孔261和262之间设置能够左右移动的一对平行的矩形夹板28，并在矩形外壳26内的上、下孔261和262处设置分别与左夹板283和右夹板284连为一体并垂直于矩形夹板28的两个矩形上孔挡板281和两个矩形下孔挡板282。
主燃气喷咀35设置于调节空气进量的矩形夹板28的中部，该主燃气喷咀35与催化脱氢裂解室燃气出口231连通。
在主燃气喷咀35中心线的上部为空气进量调节器III，在主燃气喷咀35中心线的下部为混合气室IV。
空气通过空气滤清器从外壳上部与内燃机空气滤清器连通的圆柱壳27进入矩形外壳上孔261，经过调节空气进量的矩形夹板28所形成的可伸缩的矩形夹板通道285，流向矩形外壳下孔262。当内燃机给定最大功率后，两夹板283和284的最小间距所形成的混合气室进空气横截面积由内燃机怠速工作需要所控制，两夹板283和284的最大间距所形成的面积由内燃机允许最高转速确定。
从催化脱氢裂解室燃气出口231喷出的变性燃气通过混合气室燃气通道37，并进而到达主燃气喷咀35处。
当内燃机工作在低速段时，混合气室主燃气喷咀处的负压较小，因为催化堆的空隙小，对燃料的阻力比较大，从催化脱氢裂解室吸进的燃料较少，反而使混合气的浓度小于高速运行时混合气浓度，这样相对减少了低速运行时的功率输出。为了弥补这个不足，利用节气门附近空间的高负压特点，在催化脱氢裂解室燃气出口处开一辅助燃气喷孔38，用辅助燃气出口导管39及辅助燃气入口导管41与混合气室的节气门内腔433贯通起来，以增加低速时段对燃料的吸入量，采用装入导管中间的有辅助燃气阀回位弹簧42的辅助燃气控制阀40来控制对燃料吸入的增加量，辅助燃气出口导管39一端与辅助燃气喷孔38相通，另一端接于辅助燃气控制阀40，辅助燃气入口导管41与混合气室的节气门内腔433连通，可以补充内燃机低速工作时从主燃气喷咀35喷出燃气量的不足。
变性燃气与经过空气进量调节器III调节的空气在混合气室IV混合后，从混合气室IV经过混合气室的节气门43进入内燃机进混合气总导管46，然后进入每一汽缸支管71，进而进入汽缸72内燃烧。
参见图1和图11变性燃料的进量与空气进量实现双向调节的比例同步调节器VI由动盘61、定盘60、量角盘62、动盘刻划尺63、回位弹簧613等组成，定盘60与带角度的量角盘62用螺钉固接，带三向延伸臂杆的动盘61与定盘60铰接。动盘回位档杆601固定在定盘60上，用以为各调节阀门的初始位置定位。回位弹簧定盘固定杆602通过回位弹簧613连接回位弹簧动盘固定杆611和回位弹簧动盘支撑杆612。比例同步调节器的尺游标131通过钢丝拉线13和定滑轮组连接锥体油阀拉杆12，调节锥体油阀的开度—截面积。比例同步调节器的尺游标341连接钢丝拉线32并通过空气进量调节器外壁钢丝拉线导向定滑轮34及内壁定滑轮33连接空气进量调节器中的矩形夹板并控制空气进量调节器中矩形夹板的开口空隙。故而转动动盘61即可同步调节要求达到的变性燃料与空气的混合比。
本发明由原始燃料转化为变性燃气，与空气按照一定浓度混合，此时本发明所说的混气比仍然是空气量与原始燃料量的比值。工作过程为使汽车内燃机燃料变性燃烧装置接于油箱VII及内燃机混合气总导管47之间，而向内燃机提供一定浓度的原始燃料变性后的混合燃气。燃料输出控制器I可以自由地而又精确地调节供给内燃机燃料的数量，其中由I中的1～7向催化室提供一定的油压，并保持油压平衡油槽3中油压的稳定性，当油压平衡油槽回油管截面调节阀6开度减小时，油压平衡油槽3中的油压就升高，反之降低。稳定油压，是由小型电动机1的匀速运转及油压平衡油槽回油管自动调节阀7来实现的，一旦油压调节完成后，就不能轻易再调节了。当打开内燃机电路时，虽然还未启动内燃机，新装置已经开始工作了。此时，出油管电磁油路开关9立即打开，燃油从锥体油阀10进入催化脱氢裂解室，即可启动内燃机，提前供油是新装置中存在催化堆结构造成的，必须保持油位高于燃气喷咀，否则内燃机将无法启动。内燃机进入工作状态后，喷油量的多少是由位于混合气室内的主燃气喷咀35处空气流所造成的负压及锥体油阀10来控制的。当锥体油阀开度一定时，主燃气喷油咀处的负压愈大喷油量愈多，负压大小与内燃机转速密切相关，转速愈高，负压愈大。为了节省燃料，提高燃料的利用率，在保证内燃机正常工作及获得额定功率输出的情况下，尽量向内燃机提供较稀的混合气，以保证充分燃烧。一定转速下，主燃气喷油咀处的负压是一定的，所以喷油量的多少，主要由锥体油阀10的开度一出油面积来决定。空气进量是由空气进量调节器III中的调节空气进量的矩形夹板28来控制的，增大夹板距离，即增大进气截面积，空气量增大，空气燃料混合比正是由组件10及组件28的双向调节来实现的。在这种双向调节的情况下，混合气室的节气门43的开度对混气比也有一定影响。当双向调节阀门同时增大时，即使是节气门闭死，主燃气喷咀35处的负压为0，因为油位高于喷咀，燃油仍然不断地喷向混气室，所以混气浓度愈来愈高。本装置是将锥体油阀10、调节空气进量的矩形夹板28、混合气室的节气门43、辅助燃气控制阀40等的调节部分用钢丝拉线13、32、431、401及定滑轮同装于比例同步调节器的尺游标131、341、432、402上，在机试中将四者调到最佳的比例位置，以同步调节来保证内燃机工作不同转速下时，既供应相应的混合气量，又保持最佳的混合气浓度。内燃机以汽油为燃料进行变性燃烧时，混合气的比例，一般调在20∶1～25∶1，特殊需要可调到30∶1～35∶1。无论催化脱氢裂解室II内的催化堆对燃料的裂解量有何不同，而燃气的喷出量还是取决于燃料的输入量，所以混气比是不受催化室制约的。当内燃机停机时，电路关闭，燃料输出控制器I停止工作，其中的出油管电磁油路开关9立即关闭，油压平衡油槽3中的燃油再也不能进入催化脱氢裂解室了。
本发明的催化堆在常压下正常工作温度≤150℃，燃气出口温度≤80℃，因为催化剂工作温度较低，不易中毒，工作寿命可达5-6年。
当内燃机工作在低速段时，混合气室主燃气喷咀35处的负压较小，因为催化堆的空隙小，对燃料的阻力比较大，从催化脱氢裂解室吸进的燃料较少，反而使混合气的浓度小于高速运行时混合气的浓度，这样相对减少了低速运行时的功率输出。为了弥补这个不足，利用节气门附近空间的高负压特点，在催化脱氢裂解室燃气出口处开一通道，用辅助燃气出口导管39与节气门所在位置的孔道贯通起来，以增加低速运转时段对燃料的吸入量，采用比例同步调节器VI上的尺游标402连接的钢丝拉线401控制装入导管中间的辅助燃气控制阀40的开合，即可使混气比例调至所需要的值。
实施例1催化脱氢裂解室的催化堆以SiO2为载体，以Fe2O3(25％)+Cr2O3(25％)+K2O(25％)+MnO3(25％)作为催化剂，对于200马力的汽车内燃机，催化堆截面积≤30mm×30mm，堆长≥500mm，盘旋设置于催化脱氢裂解室外壳16中，一对直流电极电压为2KV，一对交流电极的电压为10KV，设定燃气比20∶1，机械效率达到36％。
权利要求
1.一种使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法，其特征在于将具有一定油压的原始燃料通过燃料进量控制装置进入四周密封的催化堆孔隙中，用其密封催化堆外的回收内燃机启动以后的废气余热及待冷却水余热装置回收的热量加给催化堆及其中的燃料而使其温度不断地升高，当催化堆的温度达到或超过原始燃料脱氢裂解异构所需的活化能时，使进入其中的原始燃料进入变性反应状态，通过设置在催化堆壁的一对交流电极与一对直流电极所施加的电场使原始燃料的分子极化并震荡，加速催化脱氢裂解反应；可调节油压与输入量的原始燃料流经具有相互垂直的交直流电场的催化堆孔隙过程中，在热能和电能的辅助作用下转变为变性燃气，变性燃气从催化堆出口通道进入设置在通道出口并位于混合气室的燃气喷嘴流向混合气室，在所述燃气喷嘴处与空气进量调节装置输入的空气按照设定燃气比同步调节混合后输入汽缸燃烧。
2.根据权利要求1所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法，其特征在于回收内燃机废气余热及待冷却水余热的废热回收箱在密封的催化堆外，并向催化脱氢裂解室中的催化堆及进入其中的原始燃料加热，使之达到或超过进入催化堆孔隙中的原始燃料进行脱氢裂解异构所需要的活化能。
3.根据权利要求1所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法，其特征在于一对交流电极与一对直流电极的组合方式为垂直设置在催化堆壁上，并与外电源连接。
4.根据权利要求1所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法，其特征在于原始燃料的油压在内燃机马达启动前调节，其输入量通过与内燃机油泵连通的锥体油阀的开口面积调节。
5.根据权利要求1所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法，其特征在于用一对所夹空间与空气滤清器连通的设置于燃气喷咀两侧的可改变距离的矩形夹板的开合来控制空气输入量。
6.根据权利要求1所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法，其特征在于原始燃料为碳氢化合物，即汽油、柴油、甲醇、乙醇等燃料。
7.一种使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，包括可调节油压与燃料输入量的燃料输出控制器(I)、催化脱氢裂解室(II)、空气进量调节器(III)、混合气室(IV)、废热回收箱(V)、比例同步调节器(VI)，其特征在于由六个分装置组成一个整体；燃料输出控制器(I)的小型离心式油泵的吸油管(201)和内燃机油箱(VII)连通，而小型离心式油泵的送油管(4)与油压平衡油槽(3)连通，形成由内燃机油箱(VII)到油压平衡油槽(3)的送油通路，油压平衡油槽(3)通过油压平衡油槽回油管(5)与内燃机油箱(VII)连通，形成由油压平衡油槽(3)到内燃机油箱(VII)的回油通路，油压平衡油槽两端的回油管设置油压平衡油槽回油管截面调节阀(6)和油压平衡油槽回油管自动调节阀(7)，油压平衡油槽(3)通过油压平衡油槽出油管(8)与锥体油阀(10)连通，形成油压平衡油槽(3)到锥体油阀(10)的出油通路，油压平衡油槽出油管(8)设置出油管电磁油路开关(9)，锥体油阀(10)的公锥杆(105)与公锥拉杆(12)铰接，通过定滑轮组和连接于公锥拉杆(12)的钢丝拉线(13)连接于比例同步调节器动盘刻划尺(63)上的尺游标(131)，通过支架(11)及回位弹簧(104)调节锥体油阀的开度形成由锥体油阀(10)调节原始燃料进入催化脱氢裂解室(II)的进油量的供油装置；催化脱氢裂解室(II)的进口发兰盘(15)与燃料输出控制器(I)的锥体油阀发兰盘(14)相连接，催化脱氢裂解室(II)中的催化堆(17)为附着有金属及金属氧化物为催化剂的催化剂载体物质烧制而成的薄片叠合成一定间隙的堆，该催化堆(17)盘旋于催化脱氢裂解室进口(151)与出口(231)之间，除了进口(151)与出口(231)外，在与催化堆进口与出口连线相平行的催化堆(17)的四个壁面的薄层绝缘层上紧贴一对相向的交流电极(18)和与交流电极(18)相垂直的一对相向的直流电极(19)，并从电极向催化脱氢裂解室外引出四根绝缘导线，一对(22)接交流电源，另一对(21)接直流电源，除了进口(151)与出口(231)外的催化堆全部用电绝缘物质密封于催化脱氢裂解室壳体内，构成可使原始燃料进行脱氢裂解异构的催化脱氢裂解室(II)；催化脱氢裂解室(II)的出口端发兰盘(23)与混合气室进口发兰盘(36)连接，从催化脱氢裂解室(II)的出口(231)喷出来的变性燃气通过设置在混合气室燃气通道(37)至混合气室(IV)的主燃气喷咀(35)喷向混合气室(IV)，混合气室(IV)与上部的空气进量调节器(III)用同一上、下开孔的矩形外壳(26)结为一体，空气进量调节器(III)上端通过其外壳上的圆柱壳(27)与内燃机空气滤清器相连接，在同一的上、下开孔的矩形外壳(26)腔内的上、下孔(261、262)之间设置能够左右移动的一对平行的矩形夹板(28)，并在矩形外壳(26)内的上、下孔(261、262)处设置分别与左夹板(283)和右夹板(284)连为一体并垂直于矩形夹板(28)的两个矩形上孔挡板(281)和两个矩形下孔挡板(282)，空气进量调节器(III)的进气截面积随着矩形夹板(28)的左右移动而改变，并将主燃气喷咀(35)设置于矩形夹板(28)的中部，钢丝拉线(32)的一端与左夹板(283)中下部连接，通过内壁定滑轮(33)及左夹板中上部孔道穿过两矩形夹板之间的中心空间，连接并穿过右夹板(284)中上部，最后通过壳壁外钢丝拉线导向定滑轮(34)连接于比例同步调节器刻划尺尺游标(341)，上、下两个夹板滑动杆(29)穿过矩形夹板的上部与下部并用滑动杆端部的弹簧挡片(30)将矩形夹板的四个回位弹簧(31)限制在矩形夹板(28)与弹簧挡片(30)之间的滑动杆上用以压迫左夹板(283)与右夹板(284)并使之在怠速时恢复所夹通道截面积为最小，当转动比例同步调节器的动盘刻划尺(63)时，连接在尺游标(341)上的钢丝拉线(32)拉动左右夹板外移使矩形外壳(26)上孔(261)进气截面积、矩形夹板(28)之间的空气通道(285)截面积以及矩形外壳下孔(262)出气截面积同时增大，从空气滤清器进来的空气流经矩形外壳上孔(261)、矩形夹板之间的上部空间，到混合气室主燃气喷咀(35)与燃气混合，混合气流又经矩形夹板下部空间、矩形外壳下孔(262)，到节气门内腔(433)，混合气室(IV)的混合气室出口发兰盘(45)与内燃机进混合气总导管发兰盘(47)相接，位于矩形外壳下孔(262)到混合气室出口发兰盘(45)之间的节气门(43)控制进入汽缸的混合气量，由主燃气喷咀(35)中心线以上至矩形外壳上与空气滤清器连接的圆柱壳(27)为空气进量调节器(III)，主燃气喷咀中心线以下至节气门以下的混合气室出口发兰盘(45)为混合气室；由空气进量调节器(III)中的矩形夹板的开合来精确调节进入混合气室的空气量，同时，通过调节锥体油阀(10)来精确地调节进入催化脱氢裂解室(II)的原始燃料，进而达到精确地调节从主燃气喷咀(35)喷入混合气室(IV)的燃气，以此构成精确地调节进入汽缸的空气与燃气的混气比的空气进量调节器(III)与燃料输出控制器(I)的双向调节装置；置于催化堆(17)壳外的回收内燃机废热气余热与待冷却水余热的废热回收箱(V)，包括有紧贴于催化脱氢裂解室外壳(16)的上水箱(51)及下水箱(50)以及盘旋于催化脱氢裂解室外壳的金属导气管(481、482)及接口导管组合而成，整个的废热回收箱除了接口导管均是封闭的，金属导气管除了接口均封闭于上、下水箱之中，催化脱氢裂解室(III)的进口端与出口端露在封闭的废热回收箱(V)之外，接于下水箱盖的进水管(53)与内燃机回水泵支管(57)连接，接于上水箱盖的排水管(55)与内燃机水箱进水支管(59)连接，通过催化脱氢裂解室(II)非催化堆封闭层的导水孔(24)将上、下水箱连通起来并形成待冷却水循环通路，接于下水箱盖的废热气进气管(52)与内燃机排气导管支管(56)连接，接于上水箱盖的废热气排气管(54)与内燃机尾气支管(58)连接并形成废热气通路，由此构成利用回收内燃机废热来为催化堆(17)提供原始燃料进行催化脱氢裂解异构所需要活化能的废热回收装置；与混合气室进口法兰盘(36)和主燃气喷嘴(35)进口端之间辅助燃气喷孔(38)连通的辅助燃气出口导管(39)与辅助燃气控制阀(40)连接，并与一端连接于辅助燃气控制阀(40)而另一端与混合气室节气门内腔(433)连通的辅助燃气入口导管(41)连通，形成内燃机低速工作时的补充燃气装置；整体装置各部分调节阀门，包括锥体油阀(10)、空气进量调节器中的矩形夹板(28)、混合气室的节气门(43)、辅助燃气控制阀(40)等通过钢丝拉线及定滑轮组与比例同步调节器刻划尺(63)上的尺游标连接，移动尺游标并找到调节各相应阀门在刻划尺相应的半径位置而用螺丝将尺游标固定，即构成按比例同步调节各阀门的比例同步调节装置。
8.根据权利要求7所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于燃料输出控制器(I)由小型电动机(1)、小型离心式油泵(2)、油压平衡油槽(3)、小型离心式油泵吸油管(201)、油压平衡油槽送油管(4)、油压平衡油槽回油管(5)、油压平衡油槽出油管(8)、油压平衡油槽回油管截面调节阀(6)、油压平衡油槽回油管自动调节阀(7)、出油管电磁油路开关(9)、锥体油阀(10)等构成。
9.根据权利要求7所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于催化脱氢裂解室(II)由催化脱氢裂解室进口发兰盘(15)、催化脱氢裂解室外壳(16)、多孔隙催化堆(17)、固设于催化堆壁的两对相互垂直的电极(18、19)、绝缘层(20)、出壳导线(21、22)、催化脱氢裂解室出口发兰盘(23)、催化脱氢裂解室密封层回收废热气导气孔(24)、催化脱氢裂解室密封层回收待冷却水导水孔(25)等构成。
10.根据权利要求7或9所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于催化脱氢裂解室(II)的催化堆(17)是由多片以SiO2、Al2O3或SiC等为载体的物质上涂铂、钯、K2O、Cr2O3、ThO2等催化剂烧制形成的有孔隙的叠层结构。
11.根据权利要求7或9所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于直流电极(19)与交流电极(18)的电压为0.1～40KV，一对直流电极(19)与一对交流电极(18)的位置可以互换而不致影响催化脱氢裂解效果。
12.根据权利要求7所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于空气进量调节器(III)由上、下开孔(261)、262)的矩形外壳(26)、设置于外壳上部与内燃机空气滤清器连通的圆柱壳(27)、在矩形外壳(26)内腔的一对中间留可伸缩通道(285)的平行矩形夹板(28)、分别与左夹板(283)和右夹板(284)连为一体并垂直于矩形夹板(28)的两个矩形上孔挡板(281)和两个矩形下孔挡板(282)、夹板滑动杆(29)、滑动杆端部弹簧挡片(30)、夹板回位弹簧(31)、夹板钢丝拉线(32)、内壁定滑轮(33)、外壁钢丝拉线导向定滑轮(34)等构成。
13.根据权利要求7所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于混合气室(IV)由主燃气喷咀(35)、混合气室进口发兰盘(36)、混合气室燃气通道(37)、辅助燃气喷孔(38)、辅助燃气出口导管(39)、辅助燃气控制阀(40)、钢丝拉线(401)、辅助燃气入口导管(41)、辅助燃气阀回位弹簧(42)、混合气室的节气门(43)、节气门回位弹簧(44)、混合气室出口发兰盘(45)等构成。
14.根据权利要求7所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于废热回收箱(V)由废热气回收盘旋管(481、482)废热气回收控制阀(49)、下水箱(50)、上水箱(51)、与内燃机回水泵支管(57)连通的下壁水箱进水管(53)、与内燃机水箱进水支管(59)连通的上水箱排水管(55)、内燃机排气导管支管(56)、废热气回收控制阀(49)、下水箱废热气进气管(52)、与内燃机尾气支管(58)连通的排气管(54)、催化脱氢裂解室密封层回收废热气导气孔(24)、催化脱氢裂解室密封层回收待冷却水导水孔(25)等构成。
15.根据权利要求7所述的使汽车内燃机燃料变性燃烧的装置，其特征在于比例同步调节器(VI)由定盘(60)、动盘(61)、量角盘(62)、刻划尺(63)、尺游标(131、341、402、432)、回位弹簧动盘固定杆(611)、回位弹簧动盘支撑杆(612)、动盘回位档杆(601)、回位弹簧定盘固定杆(602)、回位弹簧(613)等构成。
全文摘要
一种使汽车内燃机燃料变性燃烧的方法及装置,将内燃机产生的废气及冷却水部分回收于催化脱氢裂解室上下壁处的废热回收箱内,并在催化堆壁设置一对交流电极和一对直流电极,使进入催化堆的原始燃料转化为变性燃气,通过对原始燃料与空气输入量进行同步双向调节,使变性燃料和空气在混合气室内燃气喷嘴处按设定燃气比混合后输入汽缸燃烧。可提高机械效率40～55%,减少CO、HC、NO
文档编号F02M27/02GK1170083SQ96106780
公开日1998年1月14日 申请日期1996年7月10日 优先权日1996年7月10日
发明者黄诗炎 申请人:黄诗炎