CN1297512A - 内燃机燃烧的改进方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在用燃料和助燃剂的混合气进行燃烧以提供能量的装置中的燃料燃烧的改进方法,其中,固态有机化合物在助燃气体流中升华再同燃料混合,然后,所产生的混合气燃烧以提供能量。根据本发明,相对于为所述混合气一部分的助燃气体的体积来说,所述有机化合物升华的体积比例为百万分之0.5至百万分之15的范围。本发明适用于对内燃机尤其是汽车发动机或者工业用燃烧器的燃烧进行改进。
Description
本发明涉及一种在用燃料和助燃剂的混合气进行燃烧以提供能量的装置中的燃料燃烧的改进方法和装置。
申请人的文献WO98/01662描述了这种方法和装置。更准确地说，在该文献中，装置的可燃气体入口配有用于使萘保持固态的构件，以便通过萘从其固相直接变成气相而供给可燃气体，本说明书称这种过程为“升华作用”。
在上述文献所述装置的一个最佳实施例中，用于使萘保持在助燃剂气流中的构件由一个置于一个过滤器中的滤芯构成，所述过滤器布置在可燃气体朝装置输送的管道中。
例如，如果装置是一台内燃机或一个用碳氢化合物形成的燃料供给的燃烧器，那么，萘的保持构件就布置在所述装置的空气过滤器中。
另外，上述文献明确指出，萘的数量选择在每升输入到装置中的助燃气体不超过5毫克的数值。多次的试验表明，适当比例的萘对改进燃烧不会有什么影响。
本发明旨在提出一种比以上所简要分析的先有技术中所述燃烧进行更充分燃烧的改进方法和装置，尤其提出可升华化合物相对于要使用的助燃气体体积的有效体积比例。
因此，本发明涉及一在用燃料和助燃剂的混合气进行燃烧以提供能量的装置中的燃料燃烧的改进方法，其中，固态有机化合物在助燃气流中升华再同燃料混合，然后，所产生的混合气燃烧以提供能量，其特征在于，相对于为所述混合气一部分的助燃气体的体积来说，所述有机化合物升华的体积比例为百万分之0.5至百万分之15的范围。
因此，根据本发明，可升华有机化合物的体积比例可以比先有技术中述及的比例小若干数量级。此外，试验表明，超出所述数值范围，则不存在燃烧的改进效果。由此可见，本发明方法所消耗的可升华有机化合物的数量很显然小于先有技术中估计的消耗量。
根据本发明方法的其它特征：
-在用于内燃机的情况下，所述范围为百万分之0.5至百万分之2.5，最好为百万分之1.2至百万分之1.5；
-在用于工业用燃烧器的情况下，所述范围为百万分之5至百万分之15；
-试验还表明，萘并非唯一的适合本发明使用的可升华物质。因此，根据本发明方法的其它特征：
-所述有机化合物在下列一些化合物中加以选择：多环芳族化合物，多环脂环化合物，具有官能作用的芳族化合物，具有官能作用的脂环化合物，芳族酸或脂族酸和/或这些化合物的混合物；
-所述可升华的化合物在由下列物质构成的化合物族中加以选择：萘，蒽，立方烷，金刚烷，莰烷，萘酚，蒽醌，2-莰酮，或这些化合物的混合物；
所述可升华化合物是萘，金刚烷和/或莰烷；
-所述一种或若干种可升华化合物以其粉压缩而成的片剂加以使用；
-所述片剂仅包括唯一一种在所述化合物族中加以选择的化合物；
-所述片剂包括至少两种在所述化合物族中加以选择的化合物。
本发明还涉及一种用来实施上述方法的助燃剂过滤器，这种过滤器包括一个壳体，所述壳体具有一个助燃气体入口和一个助燃气体出口，在所述入口和出口之间布置有一个过滤元件，所述过滤器还包括一个滤芯，相对于穿过所述过滤元件的助燃气流来说，所述滤芯布置在所述过滤元件的下游，所述滤芯包括开孔管，其中布置有可升华有机化合物，所述过滤器，其特征在于，所述滤芯包括至少一个带状支承件，所述支承件具有波纹状部分以紧固所述管，最好弹性地进行紧固。
由于本发明过滤器的这个特征，带状滤芯的结构使穿过所述过滤器的助燃剂气流损失最小。
根据本发明这种过滤器的其它特征：
-由于所述过滤元件呈环形和圆柱形形状，因此所述带状支承件具有弹性，并且成C字形，其臂朝外部作用，所述支承件通过所述带贴靠在内壁上而保持在所述过滤元件中；
-所述带的每个臂通过一个波纹状部分朝呈C形内部延伸，一个呈波纹状的片材固定到所述波纹状部分上，以便同所述带一起确定用于固定所述管的通道；
-由于所述过滤元件具有基本平坦的形状，因此，所述带状支承件包括两个彼此加以固定的波纹状片材，以便限定用于所述管的通道，所述滤芯直接布置在所述过滤元件上，最好在重力作用下支承在所述过滤元件上；
-每个管在其一部分长度上没有开孔，以便储存可升华有机化合物；
-所述片剂可以在所述管中加以叠置，并由一个布置在叠置片剂一端的弹簧加以压紧；
-所述带状支承件具有Ω形波纹状部分，所述管嵌装在其中。
所述过滤器的特征尤其具有以下一些优越性：
-通过波纹带装有可升华有机化合物的管的固定方法可以使管很方便地安装在滤芯中；
-布置在过滤器中的化合物的数量可以很容易地通过选择固定在波纹带中的管的数目而进行灵活掌握。这对使用者甚至非专业人员来说具有很方便的优越性，因为自己不仅可以替换旧过滤器，而且可以毫无困难地将滤芯装配到过滤器与之相连的装置上。
例如，如果过滤器安装在汽车发动机上，那么，可以很方便地装配到发动机的汽缸上，零售滤芯时尤其如此。此外，当管相对于过滤器的入口和出口进行恰当布置的时候，可以毫无问题地适用于过滤器的形状。
-滤芯的结构是这样的：管与过滤元件分开，对于圆柱形结构来说，使管布置在助燃剂流的中央。
参照附图和非限制性的实施例，本发明的其它特征和优越性将得到更好的理解。
附图如下：
图1是一个用于内燃机进气歧管上游的助燃剂过滤器的轴向剖面图，过滤器配有可升华有机化合物；
图2是图1所示过滤器沿Ⅱ-Ⅱ线的径向剖面图；
图4是一个图1所示过滤器的平坦过滤器的竖直剖面图，所述过滤器也装有可升华有机化合物；
图5是图4所示过滤器的平面图，其盖子除去；
图6和7示出使装有可升华有机化合物的管固定在一个图1至3或图4和5所示的过滤器中的两个实施例。
图1至3示出第一实施例中用于本发明方法的一个过滤器。
用于内燃机的助燃剂过滤器1包括一个壳体2，所述壳体2由一个盖子3加以封闭，整个过滤器呈圆柱形形状。
壳体1具有一个用于同助燃剂例如空气进气口(未示出)相连接的侧向入口孔4。所述壳体1还具有一个用于同内燃机的进气歧管(未示出)相连接的轴向出口孔5。
一个呈普通形状和具有普通结构的环形过滤元件6轴向布置在过滤器中，由任意适当的构件加以保持。
过滤器1内装一个装有一种可升华有机物质的滤芯7。所述滤芯7包括两个支承件8a和8b，这两个支承件沿过滤器的轴线彼此相距一定距离地布置在过滤元件6内。每个支承件包括一个弯曲呈C形的弹性带9，其弹性是这样的：呈C形的端部趋向于彼此分开。因此，为了使这种支承件布置在过滤元件6内，只要使其端部彼此靠近，将支承件装入其中，然后松开端部，以便呈C形的臂在弹性作用下支承在过滤元件6上。因此，滤芯7的装卸非常方便，无需任何工具。这种配置特别适于很方便地用一个装满可升华有机物质的滤芯替换旧滤芯。
除了带9的呈C形部分的端部外，所述带9还朝内弯折，形成具有若干波纹状部分10a,10b和10c，其顶部侧向朝外。每个波纹状部分都并置有另一条带11的一个波纹状部分(分别为11a、11b和11c)，所述实施例中配有所述两条波纹带。
相连的波纹状部分10a、11a、10b、11b和10c、11c限定用于装可升华化合物的储存管13的通道12。每个管由一部分滚轧成形钢板形成，其边缘不进行拼接，从而限定一条纵向缝隙14(见图3)。滚轧成形钢板在每个端部由一个最好是不可破坏的堵盖15加以封闭。另外，所述滚轧成形钢板钻有若干排孔16，这些孔16所处的母线彼此呈90度并且相对于缝隙14隔开。但是，要注意的是，所述若干排孔并不是在管的整个长度上延伸，在所述实施例中，每个管的相应于距离d的无孔部分相对于出口5超出入口4。其原因如下所述，缝隙14的视表面最好也等于一排孔16的累计视表面。
每个管13在封闭之前，充填有可升华有机物质的固态小球17，每个小球的直径略小于管的内径。小球17叠置在管13中，借助于一个布置在管内一端的弹簧18一个支承在另一个之上。由此可知每个管的无孔部分的原因。实际上，每个管的无孔部分可以用于储存小球，处于其中的小球只要在局部消耗后不朝管的钻孔部分下落，就不会由于升华作用而受损，或者全部小球装入到所述钻孔部分中。
在这方面，要注意的是，过滤器中的助燃剂大部分确定在过滤器的入口4和出口5之间的区域(在本实施例中为下部四分之三区域)，过滤器的其余容积由具有较小流量的助燃剂气流穿过。因此，每个管的无孔管段的定位最好与由小助燃剂气流穿过的所述其余容积相一致。
当进入每个管的助燃剂气流穿过，存在一定比例的已升华化合物时，所有管13的孔16和缝隙14的累计总面积，决定可升华化合物的升华作用流量。
所述总面积选择成，尤其考虑到进入过滤器的助燃剂气体的流量，由出口孔5排出过滤器的气流中已升华化合物的比例为百万分之0.5至百万分之2.5，如果所述面积确定百万分之1.2至百万分之1.5的比例，则可获得最大效率。在使用萘的情况下，单位体积百万分之1的已升华物质相当于每立方米助燃气体例如空气5.71毫克萘。
根据使用所述过滤器改进燃烧的方法，有机化合物应在-15℃至+80℃之间进行升华，所述有机化合物可以在下述化合物中加以选择：多环芳族化合物，多环脂环化合物，具有官能作用的芳族化合物，具有官能作用的脂环化合物，芳族酸或脂族酸和/或这些化合物的混合物。
试验表明，下列一些化合物尤其适合：萘，蒽，立方烷，金刚烷，莰烷，萘酚，蒽醌，2-莰酮。也可以使用两种或若干种所述物质的混合物。但目前，萘、金刚烷和莰烷是最佳物质。
另外，最好通过压缩有关化合物的粉，将所述可升华有机化合物制成片剂。所述片剂装到用于使之保持在助燃气体流中的支承件上。如前所述，小球状片剂很适合装在如上所述的助燃剂过滤器中。但是，其它形状也可以，例如杆状或锭剂状等。
图1至3所示的上述过滤器已经在试验台上安装到柴油发动机上，首先，过滤器不配置滤芯7，对发动机进行多次试验，然后，所述滤芯如图1至3所示的那样加以安装，再进行同样的试验。在两次试验期间，使用三种不同的可升华有机化合物，即分别为萘、金刚烷和莰烷，在发动机满负荷运转、怠速运转和运转的若干过渡阶段期间，连续测定以下一些参数：
-发动机的扭矩；
-燃料的单位消耗量；
-排出气体中的CO含量；
-排出气体中没有完全燃烧的碳氢化合物含量；
-排出气体的浑浊度；
-排出气体中的NOx含量。
这些参数的数值已经测出，而且已经测定出第一次试验期间所测的数值相对于第二次的等效值的百分比变化。
另外，取从怠速到每分钟4000转的连续转速档期间测得的数值的平均值，对过渡阶段进行检验，每档均为每分钟500转，时间为一小时。
这次比较研究的结果列于下表：
| 变化情况(％) | |||||||||
| 萘 | 金刚烷 | 莰烷 | |||||||
| 0.5ppm | 2.5ppm | 1.2＜ppm＜1.5 | |||||||
| 满负荷 | 怠速 | 满负荷 | 怠速 | 总体 | 过渡阶段 | 总体 | 总体 | ||
| 满负荷 | 怠速 | 1.2＜ppm＜1.5 | 1.2＜ppm＜1 | ||||||
| 扭矩 | +0.7 | - | +0.20 | - | +1.4 | - | +3.60 | +2.2 | +3.6 |
| 单位消耗量 | -0.75 | - | -0.50 | - | -5.0 | - | -7.06 | -7.5 | -8.2 |
| C0 | -2.27 | -10.0 | -2.81 | -5.0 | -6.7 | -15 | -30.3 | -12.2 | -12.1 |
| HC | -1.75 | -26.0 | -2.20 | -13.0 | -7.2 | -30 | -50.0 | - | - |
| 浑浊度 | -1.85 | -12.0 | = | -7.0 | -3.8 | -25 | -45.0 | -8.3 | -4.7 |
| NOx | -2.60 | -0.8 | -3.85 | -0.6 | -0.6 | = | -0.27 | -0.3 | -0.9 |
在所述表中，破折号表示相应数值未测出或测不出。
因此，根据本发明使用可升华有机化合物，会降低燃料消耗量，并且大大改善确定发动机排气污染情况的参数。
图4和5示出另一种呈平行六面体的助燃气体过滤器1A。所述过滤器的壳体2A包括一个盖3A、一个助燃气体侧向入口4A和一个确定在盖3A上的出口5A。除了带9A没有弹性，在一个平面上展开，在重力作用下支承在过滤元件6A上之外，可升华有机化合物的滤芯7A以类似于图1至3所述的方式加以成形。
滤芯包括与已经述及的管相似的管13。附图仅示出其中三个管。但是，要注意的是，这些管在其整个长度上具有孔，而没有弹簧。另外，在靠近入口4A的地方没有管，以确保化合物尽量均匀地进行升华。
图6示出其它实施例中管13固定在过滤器中的方法。这些管弹性地夹持在两条波纹带19之间，这两条波纹带很方便地固定在过滤器的壁上。图7示出另一个实施例中的固定方法，其中，管13嵌紧在一条带21的Ω形管座20中，所述带很方便地固定在过滤器的壳体上。
在尤其用于中央取暖装置的工业用燃烧器上所进行的试验也证明本发明方法的效率。试验表明，相对于未配有本发明助燃剂过滤器的燃烧器来说，配有本发明助燃剂过滤器的燃烧器可以使其消耗量降低到22％，没有硫挥发物，NOx减少50％，浑浊度也减少50％。
在工业用过滤器的情况下，过滤器不是惯用的。因此，可以直接在助燃气体输入管道中配置一个可升华有机物质的滤芯。在这种情况下，根据配有的燃烧器的类型，可升华有机化合物的比例最好在百万分之5至百万分之15的范围。
Claims (16)
1．一种在用燃料和助燃剂的混合气进行燃烧以提供能量的装置中的燃料燃烧的改进方法，其中，固态有机化合物在助燃气体流中升华再同燃料混合，然后，所产生的混合气燃烧以提供能量，其特征在于，相对于为所述混合气一部分的助燃气体的体积来说，所述有机化合物升华的体积比例为百万分之0.5至百万分之15的范围。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在用于内燃机的情况下，所述范围为百万分之0.5至百万分之2.5，最好为百万分之1.2至百万分之1.5。
3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在用于工业用燃烧器的情况下，所述范围为百万分之5至百万分之15。
4．根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述有机化合物在下列一些化合物中加以选择：多环芳族化合物，多环脂环化合物，具有官能作用的芳族化合物，具有官能作用的脂环化合物，芳族酸或脂族酸和/或这些化合物的混合物。
5．根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述可升华化合物在由下列物质构成的化合物族中加以选择：萘，蒽，立方烷，金刚烷，莰烷，萘酚，蒽醌，2-莰酮，或这些化合物的混合物。
6．根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述可升华化合物是萘，金刚烷和/或莰烷。
7．根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述一种或若干种可升华化合物以其粉压缩而成的片剂加以使用。
8．根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述片剂仅包括唯一一种在所述化合物族中加以选择的化合物。
9．根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述片剂包括至少两种在所述化合物族中加以选择的化合物。
10．用于实施前述权利要求之一所述方法的助燃剂过滤器，它包括一个壳体，所述壳体具有一个助燃气体入口和一个助燃气体出口，在所述入口和出口之间布置一个过滤元件，所述过滤器还包括一个滤芯，相对于穿过所述过滤元件的助燃气体流来说，所述滤芯布置在所述过滤元件的下游，所述滤芯包括开孔管，其中装有可升华有机化合物，所述过滤器，其特征在于，所述滤芯包括至少一个带状支承件，所述支承件具有波纹状部分以紧固所述管，最好弹性地进行紧固。
11．根据权利要求10所述的过滤器，其中，所述过滤元件呈环形和圆柱形形状，其特征在于，所述带状支承件具有弹性，并且呈C形，其臂朝外部作用，所述支承件通过所述带贴靠在内壁上而保持在所述过滤元件中。
12．根据权利要求11所述的过滤器，其特征在于，所述带的每个臂通过一个波纹状部分朝呈C形内部延伸，一个也呈波纹状的片材固定到所述波纹状部分上，以便同所述带一起确定用于固定所述管的通道。
13．根据权利要求10所述的过滤器，其中，所述过滤元件基本呈平坦形状，其特征在于，所述带状支承件包括两个彼此加以固定的波纹状片材，以便限定用于所述管的通道，所述滤芯直接布置在所述过滤元件上，最好在重力作用下支承在所述过滤元件上。
14．根据权利要求10至13之一所述的过滤器，其特征在于，每个管在其至少一部分长度上没有开孔，以便储存可升华有机化合物。
15．根据权利要求13所述的用于使用权利要求7至9中之一所述方法的过滤器，其特征在于，所述片剂叠置在所述管中，由一个布置在叠置片剂一端的弹簧加以压紧。
16．根据权利要求10或11所述的过滤器，其特征在于，所述带状支承件具有Ω形波纹状部分，所述管嵌装在其中。
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