專利名稱：二茂鐵噴射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地說涉及內(nèi)燃機(jī)，較具體地說，涉及燃料、潤滑劑和添加劑。本發(fā)明的一方面一般地說涉及燃料，較具體地說涉及燃燒過程或燒嘴操作，特別是送入火焰改善添加劑。具體公開的是一種二茂鐵噴射系統(tǒng)，用來改善固體、液體、或氣體燃料在設(shè)備中的燃燒，或任何應(yīng)用空氣或氧氣的燃燒過程。
聯(lián)環(huán)二戊二烯鐵，亦稱二茂鐵，用作燃料添加劑，能改善燃燒質(zhì)量，改少污染物排放，并提高燃料燃燒系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、鍋爐和渦輪機(jī)在內(nèi)的效率。例如授予Pederson的美國專利2867516號公開說二茂鐵可在汽態(tài)時(shí)用作燃燒助劑加入到氣態(tài)烴燃料內(nèi)或加入到空氣或氧氣內(nèi)用來支持燃燒。按照Pederson的專利，可令加熱的燃料、空氣或氧氣通過二茂鐵晶體床使二茂鐵汽化并被夾帶到燃料混合物內(nèi)。這種升華器的目的是要按照預(yù)定比率，如1∶20到1∶2000(以燃料重量計(jì))供應(yīng)二茂鐵和燃料。專利公開說，當(dāng)二茂鐵以適當(dāng)?shù)臐舛裙?yīng)時(shí)，燃燒的質(zhì)量可改善，產(chǎn)生較清潔的燃燒產(chǎn)物。
二茂鐵另一個(gè)已知用途是作為燃料添加劑，用作發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)劑。授予Kracklauer的美國專利4389220公開一種調(diào)節(jié)柴油機(jī)的二階段法，可以減少污染物排放并提高燃料燃燒效率。該法先用高劑量的二茂鐵，例如20-30ppm，放在柴油燃料中消除碳粒在燃燒室內(nèi)的沉積，并在燃燒表面上形成一層催化氧化鐵的沉積。然后再用低劑量的二茂鐵，例如10-15ppm，維持這個(gè)催化氧化鐵覆層。在柴油燃料中不宜維持使用最初的高濃度的二茂鐵，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致有害的燃燒改性，以致催化氧化鐵墻覆層的有利效果反而會(huì)被削弱或消除。因此作為一個(gè)供給系統(tǒng)，不能僅僅滿足于將二茂鐵添加到燃料內(nèi)。
將二茂鐵添加到燃料內(nèi)已知還可提高汽油的辛烷值。此外，人們還知道在燃用汽油的車輛內(nèi)二茂鐵可用來減少某些廢氣的排放減少燃料的消耗。參見Schug，K.P，Guttan，H.J.，Preeuss，A.W.和Schadlich，K所著《二茂鐵作為汽油的添加劑在備有催化劑的車輛內(nèi)對廢氣排入和燃料消耗的作用》，美國汽車工程學(xué)會(huì)SAE技術(shù)論文系列，1990，文號900154。
一方面，二茂鐵是典型的能溶于液體燃料的物質(zhì)，另一方面，人們卻為其他催化燃燒助劑設(shè)計(jì)過一些通過空氣流而送入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的供給系統(tǒng)。例如，授予Kraus的美國專利5113804號公開一種用于輸送含有鉑復(fù)合物的固態(tài)催化劑的供給系統(tǒng)。該系統(tǒng)用機(jī)械方法將定量的復(fù)合物輸送到加熱板上，使它升華并加入燃燒空氣流。所用計(jì)量設(shè)備要負(fù)責(zé)反映各種參數(shù)，例如燃料消耗率和某些復(fù)合物在燃燒過程中的排放率。據(jù)稱采用該系統(tǒng)添加具有適當(dāng)濃度的催化劑可以降低烴的廢氣排放并可使發(fā)動(dòng)機(jī)的排放呈現(xiàn)較淡的顏色。
材料顯示，人們曾作過相當(dāng)大的努力要將二茂鐵或其化催化劑按適當(dāng)比例添加到燃燒混合物中去藉以減少排放并調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)。隨著適用于燃燒設(shè)備的污染控制要求的日益增多，最好能有一個(gè)簡單而又可靠的方法和器具有用來供應(yīng)有效數(shù)量的二茂鐵，例如用噴射的辦法將二茂鐵的溶液送入到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒系統(tǒng)內(nèi)。但是二茂鐵在溶劑中的溶解度按重量計(jì)大約以10%為限。就這有限的溶解度，要在汽車上攜帶一個(gè)足夠大的二茂鐵溶液儲(chǔ)箱以便長期進(jìn)行噴射是很難辦到的。同樣難辦的是，二茂鐵在汽油內(nèi)或柴油內(nèi)的直接溶液并不完全適用，因?yàn)闆]有這樣一個(gè)單一濃度可以各種情況下都能運(yùn)用。另外要對每一個(gè)充滿的燃料箱進(jìn)行處理也是困難而又麻煩的。
因此，最好能有一種方法和器具有用來將二茂鐵供應(yīng)到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，而不是將二茂鐵作為燃料或潤滑劑的添加劑。
類似地，最好能有一種方法和器具用來供應(yīng)適當(dāng)數(shù)量的二茂鐵，而不要采用費(fèi)錢的和復(fù)雜的傳感器及其他類似的燃燒控制設(shè)備來計(jì)量并調(diào)整過程。
此外，最好能一種方法和器具用來將二茂鐵供應(yīng)到燃燒系統(tǒng)內(nèi)可改進(jìn)效率。
達(dá)到上述目標(biāo)和其他目標(biāo)并將符合本發(fā)明意圖的方法和器具將在下面具體而又廣泛地加以說明。
按照本發(fā)明，一種將二茂鐵供應(yīng)到具有引入空氣流的燃燒器上的器具，其特征在于，有一容器，限定著一個(gè)持有固態(tài)二茂鐵的儲(chǔ)箱;有一加溫設(shè)施使所說的儲(chǔ)箱維持在一較高溫度上足以在儲(chǔ)箱內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)可重復(fù)做到的二茂鐵的蒸汽壓力;還有一個(gè)連接設(shè)施，由它限定一個(gè)流量孔，使通過該孔的二茂鐵蒸汽至少部分是以擴(kuò)散機(jī)制供應(yīng)出去。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它的廣泛適用于將二茂鐵蒸汽供應(yīng)到燃燒器(例如發(fā)動(dòng)機(jī)、鍋爐或渦輪機(jī))的引入空氣流中去。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面較為具體的內(nèi)容，用來供應(yīng)二茂鐵的器具與一個(gè)具有引入空氣流的燃燒器連接，而將流量孔設(shè)在儲(chǔ)箱與燃燒器的引入空氣流之間，并相對于燃料器的燃料平均通過量，決定需要供應(yīng)的二茂鐵的平均劑量，從而定出流量孔的大小，并對進(jìn)入空氣流的二茂鐵蒸汽進(jìn)行計(jì)量。
在這方面本發(fā)明特別有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即器具雖然是被動(dòng)式的，但它能夠相對于燃燒器的燃料平均通過量，以一平均劑量來供應(yīng)二茂鐵蒸汽。
還有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，這樣一個(gè)器具主要是用對流和擴(kuò)散機(jī)制的計(jì)量技術(shù)，通過一個(gè)流量孔來供應(yīng)二茂鐵的。這樣一個(gè)孔只須改變對流的輸送機(jī)制，就可改變發(fā)送率，并不需要尖端的傳感器和控制器。
按照本發(fā)明的另一方面較為具體的內(nèi)容，有一擋壁將容器分成第一儲(chǔ)箱和第二儲(chǔ)箱，所說連接設(shè)施限定著每一儲(chǔ)箱在使用時(shí)分別與燃燒器的空氣引入系統(tǒng)連接所需的流量孔。
本發(fā)明在這一具體方面的優(yōu)點(diǎn)是它所提供的二茂鐵噴射器能夠先發(fā)送一個(gè)較高劑量的二茂鐵蒸汽來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)，然后再發(fā)送一個(gè)較低的劑量來維持發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明在另一方面提供一種被動(dòng)方法，用來將二茂鐵發(fā)送到具有引入空氣流的燃燒器的燃燒帶上。首先，設(shè)有一個(gè)持有一定數(shù)量固態(tài)二茂鐵的儲(chǔ)箱，該儲(chǔ)箱被維持在一個(gè)能使二茂鐵產(chǎn)生特定的和可重復(fù)的蒸汽壓力的溫度上。蒸汽用一沒在儲(chǔ)箱與燃燒器的引入空氣流之間的流量孔來計(jì)量。相對于燃燒器燃料的平均通過量，該孔眼的大小被定為可以供應(yīng)二茂鐵的平均劑量。
示出本發(fā)明較優(yōu)實(shí)施例的附圖是本說明書的一部分，它與本文一起可用來說明本發(fā)明的原理。


圖1為噴射系統(tǒng)第一實(shí)施例的側(cè)視剖面圖。
圖2為噴射系統(tǒng)第二實(shí)施例的側(cè)視剖圖。
圖3為圖2的噴射器的頂視圖。
圖4為含有流量孔的蓋板的頂視圖。
圖5為噴射系統(tǒng)第三實(shí)施例的側(cè)視剖面圖。
本發(fā)明為適用于發(fā)動(dòng)機(jī)、鍋爐、渦輪機(jī)等類燃燒系統(tǒng)的二茂鐵噴射系統(tǒng)及其操作方法。二茂鐵或稱聯(lián)環(huán)茂二烯鐵，特別是作為燃料的添加劑，可以提高燃燒系統(tǒng)的效率。這一新的器具和方法是在二茂鐵已知的性能上作出改進(jìn)，使該復(fù)合物能以簡化的形式供應(yīng)并得出意想不到的功效。
二茂鐵作為燃燒的改善劑，當(dāng)以汽態(tài)預(yù)先與引入和空氣流混合而不是與燃料混合時(shí)可以改善燃燒。另外，當(dāng)二茂鐵在燃燒帶的表面上形成催化氧化鐵覆蓋層時(shí)可以長期改善燃燒。本發(fā)明就是以上述這些發(fā)現(xiàn)作為部分基礎(chǔ)的。本發(fā)明所依據(jù)的理論并不要求隨著燃燒流量或燃燒率的瞬時(shí)變化而改變二茂鐵的供應(yīng)量。因此二茂鐵就可按照根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的平均通過量定出的平均需用劑量長期穩(wěn)定供應(yīng)。這樣，本發(fā)明就可用這首創(chuàng)完全被動(dòng)的器具和方法將二茂鐵供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)并得出改善的功效，而無需任何尖端的控制機(jī)構(gòu)。
曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將二茂鐵送到火焰上的方法對二茂鐵的燃燒催化劑效果有很大影響。例如將二茂鐵直接加到100%的芳香燃料如苯上，并使這樣處理過的苯在燈芯火焰中燃燒，微粒的散發(fā)幾乎看不出有什么減少。在一不同的例子中，將二茂鐵粉放在一根從起泡器通向噴嘴的水平管內(nèi)，通過起泡器的空氣被苯飽和并通過該管導(dǎo)向噴嘴，在那里飽和的空氣和苯的混合物被點(diǎn)燃，火焰在燃燒時(shí)發(fā)出大量黑煙。只要放在用苯飽和的空氣流中的二茂鐵晶體維持在室溫便出現(xiàn)上述現(xiàn)象，因?yàn)檫@時(shí)空氣和燃料的混合中含有的只是低效濃度的二茂鐵。但是如果用本生燈放在管子下面使二茂鐵晶體受熱而增加其汽化率及其在空氣和燃料混合物中的含量，那么火焰將被催化地改善而可完全無煙。這些例子指出二茂鐵作為燃燒催化劑當(dāng)和燃料燃燒環(huán)境中的空氣預(yù)先混合時(shí)要比和燃料預(yù)先混合時(shí)更為有效。這個(gè)發(fā)現(xiàn)是本發(fā)明的新的二茂鐵噴射器和操作法得以實(shí)現(xiàn)的第一條原理。
第二條原理是二茂鐵在500℃溫度以下是熱穩(wěn)定的和抗氧化的。另外，它的純分汽壓是由下兩關(guān)系式來描述的就固態(tài)言LogP(mmHg)＝10.27-3680/T(°K)就液態(tài)言LogP(mmHg)＝7.615-2470/T(°K)因此，二茂鐵在金屬有機(jī)化合物材料中是獨(dú)特的，它能用升華法加入到空氣流中只要把含有固態(tài)二茂鐵的儲(chǔ)箱維持在一相對穩(wěn)定而較高的溫度即可。這樣就可在儲(chǔ)箱中產(chǎn)生具有固定濃度的二茂鐵蒸汽，因此可以用熱擴(kuò)散和空氣流對流結(jié)合的機(jī)制來計(jì)量加入到空氣流中去的汽態(tài)二茂鐵。這是本發(fā)明的新的二茂鐵噴射器和操作法所依據(jù)的第二條原理。
下面是二茂鐵的物理性質(zhì)。
表1二茂鐵的物理性質(zhì)分子式: (CsHs)2Fe分子量: 186.04熔點(diǎn): 173℃(343°F)沸點(diǎn): 249℃(480°F)在760mmHg時(shí)蒸汽壓:
在40℃時(shí) 0.03mmHg在100℃時(shí) 2.6mmHg磁化率: 抗磁的生成熱: △Hf(25℃時(shí))=33.8Kcal/克分子熔解熱: 5.5Kcal/克分子汽化熱: 11.3Kcal/克分子升華熱: 16.8Kcal/克分子溶解度:
溶劑 g/100g溶劑在25℃時(shí)苯 19二甲苯 11戊基苯 11催化裂化汽油 10直餾汽油 9汽油混合物:
70%催化裂化/30%直餾 7噴氣機(jī)燃料(JP-4) 7正庚烷 6柴油 5煤油 5
圖所示為按照發(fā)明的方法研制的用來將二茂鐵送到發(fā)動(dòng)機(jī)引入空氣流內(nèi)的噴射器10。噴器10的體部為一杯狀或類似的容器12，其中在一被容器限定的儲(chǔ)槽內(nèi)持有一定數(shù)量的固態(tài)二茂鐵14。二茂鐵的較佳形式為粉末狀、晶體狀、固態(tài)的、或熔解后就地固化的狀態(tài)。購來的二茂鐵的純度可高可低，為了節(jié)省容積起見，最好二茂鐵應(yīng)具有至少為95%的最低純度。但是比這低得多的純度也上可以用的，并不損失工效，因?yàn)榈图兌鹊亩F在汽化時(shí)在儲(chǔ)箱內(nèi)也能產(chǎn)生相同的蒸汽分壓。
容器12設(shè)有加溫設(shè)施以便維持一個(gè)較高的儲(chǔ)箱溫度，使儲(chǔ)箱內(nèi)的二茂鐵足以產(chǎn)生一個(gè)特定的和可重復(fù)的蒸汽壓力。一特定的可重復(fù)的蒸汽壓力可作為溫度的函數(shù)而達(dá)到。所以，二茂鐵必須保持在一個(gè)高于周圍溫度的的溫度。以產(chǎn)生一個(gè)特定的可重復(fù)蒸汽壓力。作為一個(gè)例子，在容器上環(huán)繞儲(chǔ)箱的四周和底部可安上護(hù)套16以便在其夾層內(nèi)接納并持有熱的流體，例如發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑或發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油。熱的流體可以使容器12所限定的儲(chǔ)箱18內(nèi)的二茂鐵維持在一相當(dāng)穩(wěn)定的溫度上。具體地說，發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水通常被加熱到大約170°-200°F，這是一個(gè)加溫儲(chǔ)箱用的合適的溫度范圍。發(fā)動(dòng)機(jī)油可能還要熱一些，但通常典型的做法是在二茂鐵熔點(diǎn)343F°或173℃以下的溫度操作。開設(shè)流體進(jìn)口和出口22就可以發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)時(shí)使流體在護(hù)套和發(fā)動(dòng)機(jī)之間進(jìn)行穩(wěn)定的循環(huán)流動(dòng)。對于較高溫度和熱的流體應(yīng)該把它們理解為是指超過室溫的溫度，例如超過100°F的溫度，最好是在170°-200°F的大概范圍內(nèi)，也可以高些，但絕對要低于分解溫度500℃，最好能低于二茂鐵的沸點(diǎn)249℃，480°F。
儲(chǔ)箱18通過一個(gè)適當(dāng)定好尺寸的臨界流量孔24直接與發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣引入系統(tǒng)連接。將汽態(tài)二茂鐵發(fā)送或噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)量過程是依靠擴(kuò)散和對流結(jié)合的機(jī)制進(jìn)行的。擴(kuò)散機(jī)制可以維持二茂鐵在流量孔靠近儲(chǔ)箱這一邊的蒸汽濃度。結(jié)合起來的擴(kuò)散和對流機(jī)制是通過板上的計(jì)量孔24來操作的，該計(jì)量孔24直接暴露在引入的空氣流中，并且是通過把從儲(chǔ)箱來的飽含二茂鐵的蒸汽輸送到不含二茂鐵的引入空氣流的背景空氣中而起作用的。對流輸送機(jī)制是由在噴射器外面的引入空氣流中的對流氣流的相互作用操作的。這樣，流量孔24在確定尺寸時(shí)就得預(yù)見到要把對流和擴(kuò)散兩個(gè)輸送機(jī)制結(jié)合起來。由于二茂鐵的主要功能是改善燃燒的燃燒過程，所以可把相對于發(fā)動(dòng)燃料平均通過量的二茂鐵平均用量計(jì)算出來用作噴射器確定擴(kuò)散/對流孔24的尺寸的基礎(chǔ)。在這被動(dòng)式系統(tǒng)中不需其他任何控制機(jī)構(gòu)。
對流/擴(kuò)散孔可以設(shè)在一塊能把容器12頂部蓋住的獨(dú)立板26上。可用一適當(dāng)?shù)膴A子28夾持該板使它就位。另外，在該板和容器體之間須設(shè)一O形密封環(huán)30。
噴射器10須用一適當(dāng)設(shè)施連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣引入系統(tǒng)上。把板26放在引入的空氣流中，使儲(chǔ)箱能把二茂鐵蒸汽通過該板至少部分是用擴(kuò)散機(jī)制供應(yīng)到引入空氣流中，這樣連接就告完成。因此最簡單的連接辦法是把噴射器的板26座落到引入空氣通道32的周壁上。一般地說，這種連接的位置最好是在空氣濾清器之后，但是要在渦輪機(jī)之前，如果有的話。這樣，連接設(shè)施就可限定計(jì)量二茂鐵蒸汽的流量孔，使它至少部分是用擴(kuò)散機(jī)制輸送出去。至于用對流來計(jì)量的程度，要看空氣引入系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)和流量孔在系統(tǒng)內(nèi)的位置而定。因此在物質(zhì)輸送系統(tǒng)中，如果對流占主導(dǎo)地位時(shí)，那么要等特定的空氣引入系統(tǒng)的特性摸清后，噴射器的效果完全知道。
上述較優(yōu)的容器12將裝有固態(tài)二茂鐵的儲(chǔ)箱除了一個(gè)方面之外的各個(gè)方面都限制住了。這樣，連接設(shè)施或蓋板26就可把儲(chǔ)箱18封閉起來，只在一邊留出一個(gè)流量孔24。這種計(jì)量技術(shù)比起在現(xiàn)有技術(shù)中采用的升華器要優(yōu)越得多。在采用升華器時(shí)，引入氣流的氣體須作通過性的流動(dòng)。另外在升華器中，關(guān)鍵的一點(diǎn)是要把二茂鐵的表面面積控制住，這會(huì)遇到不少特殊困難并且會(huì)把二茂鐵可以應(yīng)用的物理開關(guān)限制為只能使用小球。而在本發(fā)明中，一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)就是二茂鐵床或儲(chǔ)箱可在操作的所有階段都維持在一恒定溫度。例如，本噴射器對二茂鐵源的可變的和不可控制的表面面積不需進(jìn)行補(bǔ)償，二茂鐵源可以用晶體、小丸、小棍、或在儲(chǔ)箱內(nèi)熔解化就地固化而成的小塊。從有效使用儲(chǔ)箱體積的立場看，能夠使用固態(tài)小塊是最好不過的事。另外，不需控制通過二茂鐵床的空氣、燃料或流動(dòng)氣體的溫度，而在采用升華器時(shí)卻不能這樣做。本發(fā)明還可在引入空氣流增加時(shí)通過二茂鐵儲(chǔ)箱18蓋板26上的孔24增加二茂鐵的輸送，這是因?yàn)樵跀U(kuò)散/對流物質(zhì)輸送機(jī)制中有對流這一部分。這樣，噴射器就能真正成為二茂鐵的計(jì)量機(jī)構(gòu)而不需復(fù)雜的計(jì)算機(jī)控制和流量傳感器。
圖1所示噴射器10的實(shí)施例雖然極其簡單，但多次試驗(yàn)證明它是有效的。這種噴射器可能有多種變型，圖2-4的實(shí)施例為幾個(gè)具有新增特征在例子，其中有些特征或所有特征可以有選擇地用來與圖1的實(shí)施例結(jié)合。
按照圖2-4的實(shí)施例，噴射器的容器12被制成可以限定兩個(gè)儲(chǔ)箱的形式，這樣噴射器10就能完成調(diào)節(jié)和維持兩個(gè)功能，這在現(xiàn)有技術(shù)中已為1983.6.21發(fā)出的美國專利4389220號所公開。容器一部分制成第一圓筒形壁34，該壁限定容器和環(huán)形第一儲(chǔ)箱36的外壁。另有一個(gè)第二圓筒形壁38，直徑比第一壁34小，同心地設(shè)在第一壁之內(nèi)，該第二壁限定中心第二儲(chǔ)箱40的外壁。這兩圓筒形壁可以用徑向輻板42連接在一起并維持一定間隔，因?yàn)檩棸逯徽純杀陂g很小一部分面積，所以在第一儲(chǔ)箱內(nèi)的二茂鐵在第一儲(chǔ)箱的頂部方向是基本敞開暴露的。這樣，第二儲(chǔ)箱就設(shè)在第一儲(chǔ)箱的內(nèi)部。
容器12的底面用一第一底板44封閉。該底板可設(shè)一中心孔，以致該底板只把第一儲(chǔ)箱的底面封住。有一向上伸展的環(huán)形凸緣或管子46連接在該底板中心孔的周邊上并向上伸展到第二儲(chǔ)箱40。有一個(gè)與底板隔開一定間隔的第二底板48把第二儲(chǔ)箱的底部和管子46的頂部封閉起來。第二儲(chǔ)箱在第一儲(chǔ)箱內(nèi)的窩茂部位可使兩個(gè)儲(chǔ)箱在操作上連通，只須在這里放一個(gè)恒溫器，便可調(diào)節(jié)兩者的溫度。
在這個(gè)實(shí)施例中，維持較高儲(chǔ)箱溫度用的加溫沒施可用一個(gè)護(hù)套或外殼50。該護(hù)套具有一個(gè)直徑比壁34大的同心設(shè)置的圓筒形側(cè)壁52以便在套壁和側(cè)壁52之間限定一個(gè)空檔。護(hù)套還有一個(gè)與底壁44離開一定距離的底壁54，該底壁把外殼底部封閉起來，但在底壁54上可設(shè)有進(jìn)入孔56和58，以便通過流體或電線。這樣，儲(chǔ)箱就可用發(fā)動(dòng)機(jī)油或用設(shè)在殼50與容器12側(cè)壁之間空檔內(nèi)的電熱器60來加熱。例如，該電熱器可用卷繞在壁34上的電阻絲構(gòu)成。電熱器的另一部分可用一個(gè)設(shè)在管子46內(nèi)的恒溫器62，該恒溫器用敏感元件與兩儲(chǔ)箱接觸。通過測量一個(gè)或兩個(gè)儲(chǔ)箱的溫度，恒溫器就可控制電熱器的操作并維持一個(gè)恒定的或變化的溫度。這樣，只要把電線接通電源，電熱器便可在發(fā)動(dòng)機(jī)開動(dòng)時(shí)主動(dòng)進(jìn)行恒溫操作。可變溫度控制可有選擇地使用，這種控制適用于那些需要噴射器具有較佳荷載響應(yīng)能力的場合。增加或減少溫度將會(huì)相應(yīng)增加或減少儲(chǔ)箱內(nèi)二茂鐵的蒸汽壓力從而影響物質(zhì)輸送機(jī)制。因此，舉例講，發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)可用較高的儲(chǔ)箱溫度在有限的時(shí)間內(nèi)完成，而不用第二儲(chǔ)箱。
如同圖1的實(shí)施例那樣，容器的頂部或敞開面可在操作上與發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣引入系統(tǒng)連接。這種連接可用一蓋板64將儲(chǔ)箱的頂部封住只是留出流量孔。蓋板用連接(例如用螺紋連接)在外殼頂邊上的壓下頸圈66保持在位。壓下頸圈至少部分蓋住容器的頂面和蓋板的周邊部分。
圖2-4的噴射器可以做得很小，例如大約1.25英寸高和2.375英寸的直徑。環(huán)狀第一儲(chǔ)箱的體積約為20.4cc，表面積約為0.97平方英寸。中心第二儲(chǔ)箱的體積約為10.5cc，表面積約為1.25平方英寸。由于噴射器的尺寸很小，將噴射器連接到發(fā)動(dòng)機(jī)或其化燃燒器的引入空氣系統(tǒng)上時(shí)就可把整個(gè)噴射器放在空氣通道或管道32內(nèi)。
由于圖2-4的實(shí)施例中兩個(gè)儲(chǔ)箱是用檔壁38隔開的，所以蓋板應(yīng)為每一個(gè)儲(chǔ)箱至少設(shè)有一個(gè)流量孔68。流量孔68的數(shù)目的尺寸是可變的，應(yīng)根據(jù)每一次應(yīng)用的要求和操作上的擴(kuò)散和對流的特性而定。
具有兩個(gè)儲(chǔ)箱和兩個(gè)計(jì)量系統(tǒng)時(shí)，如圖2-4中那樣的噴射器便可在初期同時(shí)從兩個(gè)儲(chǔ)箱中取得二茂鐵把高劑量供應(yīng)出去，以便調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)，在燃燒面上建立起催化覆蓋層。而在中心儲(chǔ)箱中的二茂鐵用完后就只從較大的環(huán)形儲(chǔ)箱中取出二茂鐵，以較低的劑量供應(yīng)出去藉以維持建立起來的覆蓋層。在典型情況下，調(diào)節(jié)用劑量約為50至200ppm，最好為100ppm。維持覆蓋層用的濃度則要低得多，最好約為20ppm。
因?yàn)閿U(kuò)散和對流都能影響二茂鐵蒸汽的計(jì)量發(fā)送，所以最好用經(jīng)驗(yàn)研究決定發(fā)送所需劑量的流量孔的尺寸是否合適。就擴(kuò)散輸送而言，在計(jì)量25ppm所需的擴(kuò)散孔的總直徑和其他參數(shù)之間存在著下列關(guān)系
其中DFa，N2＝二茂鐵在空氣(氮?dú)?中的擴(kuò)散率;
PN2＝空氣(氮?dú)?的分壓力;PT＝系統(tǒng)的總壓力;T＝二茂鐵儲(chǔ)箱的溫度;V＝車輛的速度;以mph(哩/時(shí))計(jì);Y＝單位油耗所走里程，以mph(哩/加侖)計(jì);△Z＝蓋板厚度。但實(shí)際操作中，除了擴(kuò)散輸送以外，對流輸送的作用也不可忽視，而一般地說，在噴射器裝好以前，對流環(huán)境是無法詳細(xì)知道的。這時(shí)，一般做法最好是把單獨(dú)用擴(kuò)散計(jì)算出來的流量孔的尺寸縮小一些。
圖5所示是在原來設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)或其他燃燒器上加裝被動(dòng)的噴射器儲(chǔ)箱70的辦法，這是一個(gè)可行而又有效的應(yīng)用本發(fā)明的辦法。發(fā)動(dòng)機(jī)體72在其體的內(nèi)部制成一凹腔。例如，這個(gè)凹腔可在原先鑄造機(jī)體時(shí)形成，或以后用鉆孔辦法制出。這樣，機(jī)體本身就可作為容器，在凹腔內(nèi)放入二茂鐵的熔解物使它就地固化。將蓋板74裝在凹腔的頂部例如加壓使蓋板進(jìn)入凹腔的口內(nèi)。在蓋板74上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)尺寸適當(dāng)?shù)挠?jì)量孔76，這些孔暴露在并連接到引氣管道78或集氣管的空氣流中。
圖5的噴射系統(tǒng)是特別好的，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)體還可用來傳送通常發(fā)動(dòng)機(jī)操作時(shí)發(fā)出的熱，籍以提高儲(chǔ)箱溫度而不需專用的電氣連接或流體連接。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的恒溫器可以用來維持所需的恒定的儲(chǔ)箱溫度。另外，由于噴射器設(shè)在所有具有同一設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)定部位，因此這個(gè)空氣引入系統(tǒng)的對流特性可以預(yù)先精密地確定好，然后用于整條線上的發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣引入系統(tǒng)，這樣，所有這些采用擴(kuò)散和對流結(jié)合機(jī)制的發(fā)動(dòng)機(jī)，它們的流量口的尺寸就都能適當(dāng)?shù)貨Q定了。
雖然圖5的實(shí)施例在說明中說是用于發(fā)動(dòng)機(jī)，但同樣的想法可以擴(kuò)展用于鍋爐和其他燃燒設(shè)備。例如儲(chǔ)箱可在燃燒器的殼體上形成。地點(diǎn)可以選在正常操作時(shí)能夠達(dá)到所需溫度的地方。
下面這些例子可以說明本噴射器的功效。
例1在本例中評估了噴射器的功能，條件是發(fā)動(dòng)機(jī)的速率和負(fù)荷都穩(wěn)定。在固定速率負(fù)荷試驗(yàn)中用的實(shí)際上都是在高速公路上行駛的情況。
一輛1992年和Cadillac的De Ville轎車，具有須注入4.9公升燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，在開始進(jìn)行試驗(yàn)行駛時(shí)里程計(jì)上已有23哩的記錄，這樣一輛汽車就是用來指出本噴射器的功能的。試驗(yàn)是以高速公路速率在美國Colorado州Denver地區(qū)進(jìn)行的。在把噴射器裝到車輛上的進(jìn)氣管內(nèi)之前，量出該車輛節(jié)約燃料的基線如下情況A 試驗(yàn)結(jié)果行駛的里程(哩) 達(dá)到的MPG 平均值(哩/加侖汽油)189.6 21.29172.6 20.50 20.59±0.67177.0 19.95一個(gè)噴射器原型，類似圖2-4所示，在內(nèi)(中心)室上面的蓋板上有10個(gè)3/32英寸的孔加半個(gè)7/10英寸的孔，在外室上面的蓋板上有10個(gè)7/64英寸的孔。車輛功效的測定是在下列條件下進(jìn)行的把噴射器裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上空氣清潔器的濾網(wǎng)的頂部、位在導(dǎo)向發(fā)動(dòng)機(jī)的清潔空氣這一邊;具有電氣引線，連接到12V的點(diǎn)燃開關(guān)線上并且只有點(diǎn)燃開關(guān)“合上”(on)時(shí)才將12V的電流輸送到電熱器上，電熱器大致在170°-180°F的溫度范圍內(nèi)工作，得出的MPG(哩/加侖汽油)是情況B 試驗(yàn)結(jié)果行駛的里程(哩) 達(dá)到的MPG 平均值(哩/加侖汽油)114.1 23.56117.4 24.51 23.75±0.69126.4 23.18
將一塊不帶孔的、關(guān)閉二茂鐵不使流動(dòng)的蓋板裝上，但電熱器繼續(xù)操作，繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)情況C 試驗(yàn)結(jié)果行駛的里程(哩) 達(dá)到的MPG 平均值(哩/加侖汽油)96.4 21.9569.8 22.39 22.45±0.53158.8 23.0后兩組試驗(yàn)結(jié)果沒有顯著差別，確定在二茂鐵所引起的燃料節(jié)約中催化發(fā)動(dòng)機(jī)覆蓋層是起主要作用的。
為了確認(rèn)燃料的節(jié)約確實(shí)是由于在初期噴射階段二茂鐵所造成的催化層引起的，再做試驗(yàn)，用化學(xué)方法去除了在燃燒室內(nèi)的催化覆蓋層，辦法是在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管內(nèi)加入少量的1，1，1三氯乙烯，使發(fā)動(dòng)機(jī)在無負(fù)荷情況下以2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)30秒。由此在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生鹽酸(Hcl)使鐵的催化覆蓋層鈍化。在車輛的噴射器上裝上無孔的實(shí)心板，仍然連接好電氣系統(tǒng)，再多跑兩次試驗(yàn)，得出的結(jié)果如下情況D 試驗(yàn)結(jié)果行駛的里程(哩) 達(dá)到的MPG值 平均值(哩/加侖汽油)75 19.90
74.5 20.50 20.25±0.49由于燃料節(jié)約已經(jīng)回到原來的基線值，可見燃料節(jié)約的改進(jìn)確是應(yīng)用噴射器后直接得出的結(jié)果。這次試驗(yàn)用的擴(kuò)散/對流孔板的安排是從內(nèi)(中央)室中取出了1.475gm的二茂鐵并從外室中取出了2.60gm的二茂鐵，在試驗(yàn)的B情況期間提供的二茂鐵劑量率為42ppm。在裝有無孔板的情況C期間觀察到的重量變化只有0.1gm。
例2這個(gè)評估噴射器功效的試驗(yàn)是在發(fā)動(dòng)機(jī)速率和負(fù)荷發(fā)生變化的條件下進(jìn)行的。這個(gè)試驗(yàn)大多數(shù)是在兩條小路上，并且是在具有許多城鎮(zhèn)的非高速公路上進(jìn)行的。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)就得用變化的速率和負(fù)荷操作，經(jīng)常要加速或減速。試驗(yàn)的一個(gè)目的是要評估噴射器并不需要做成能瞬時(shí)反響的機(jī)構(gòu)這一理論的準(zhǔn)確性。相反的，我們認(rèn)為按照長期平均需要把二茂鐵供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射器可以工作得很好。
另一輛Cadillac車，基本上與例1所述的那輛相同，但在里程計(jì)上還只有6哩，這樣一輛車被用來第二次核實(shí)噴射器的功效。在這次試驗(yàn)中計(jì)量孔的面積改變到更為接近于從外室中連續(xù)放出25ppm劑量的需要。從外室出來的面積增加到8.5×10-2平方英寸，采用9個(gè)7/64英寸直徑的孔。在用于調(diào)節(jié)劑量的中心室中放入0.96gm的二茂鐵，采用的孔板具有14個(gè)7/64英寸的孔和3個(gè)3/32英寸的孔。試驗(yàn)方案是橫跨美國Colorado州的Denver和美國Ilinois州的Sprinfield之間的美國36號公路上的一條長1785哩的環(huán)行路程上進(jìn)行的。在整個(gè)試驗(yàn)過程中噴射器都是裝在進(jìn)氣管空氣濾清器的頂部。電氣引線只是在一半時(shí)間內(nèi)接上，并曾在第一次用噴射器進(jìn)行活化的階段過去以后用化學(xué)方法使發(fā)動(dòng)機(jī)去除調(diào)節(jié)，以便在行駛試驗(yàn)的回程部分將mpg回復(fù)到基線值。車輛行駛的平均速率約為55哩/時(shí)。巡回行駛在交通允許的條件下也曾作過。試驗(yàn)的結(jié)果如下試驗(yàn)段 行程 哩 周圍溫度 段速率 方向 噴射器MPG 是否連接1. 18.8 127 56 75 東 否2. 22.6 101 61 43 東 否3. 20.0 93 67 68 東 否4. 18.2 91 76 55 東 否5. 23.1 111 80 65 東 是6. 18.1 116 79 46 東 是7. 18.3 119 83 69 東 是8. 25.2 131 82 49 東 是9. 19.6 132 70 78 西 否10. 19.7 119 76 66 西 否11. 20.0 111 80 46 西 否
12. 18.4 113 78 58 西 否13. 21.2 93 76 55 西 是14. 21.1 93 74 68 西 是15. 19.8 102 69 70 西 是16. 22.6 129 83 32 西 是結(jié)果用線性回歸法分析后得出關(guān)系式MPG＝24.9+2.6噴射器+0.49白天時(shí)間-0.15溫度MPG不帶噴帶器時(shí)＝19.1MPG帶噴射器時(shí)＝21.7相關(guān)系數(shù)＝0.557顯著性＞95%在95%的置信水平內(nèi)，本測顯示在使用噴射器的期內(nèi)，mpg的改進(jìn)為13.6%，從外室實(shí)際發(fā)出的二茂鐵的劑量為24ppm。
比較例1和例2可見噴射器達(dá)到預(yù)期的要求。例1和例2的主要不同在于兩種不同型式的道路上的行駛方式。例1是以穩(wěn)定的高速行駛在高速公路上，而例2是用較低的平均速率、更頻繁地停止和加速，行駛在兩條窄的公路上。除了這個(gè)在速率負(fù)荷方面的主要不同外，在兩個(gè)例子中二茂鐵的噴射系統(tǒng)都是同等有效，由此可確定采用相對于平均燃料消耗率的平均二茂鐵添加率是完全有效的。
以上敘述只是用來說明本發(fā)明的原理。另外由于那些熟悉本行的人來說，各種變化和修正都是容易做出來的，所以不宜把本發(fā)明限制在具體的結(jié)構(gòu)和操作上如我們已描述的那樣，因此所有合宜的修正和等同應(yīng)該看作屬于本發(fā)明的范圍，這個(gè)范圍是以下述權(quán)利要求來限定的。
權(quán)利要求
1.一種將二茂鐵供應(yīng)到具有引入空氣流的燃燒器上去的器具，其特征為，有一容器形成裝有固態(tài)二茂鐵的儲(chǔ)箱，有一加溫設(shè)施可使所說儲(chǔ)槽維持在較高溫度，足以在儲(chǔ)箱內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)可重復(fù)的二茂鐵的蒸汽壓力，有一連接設(shè)施限定著一個(gè)流量孔，通過該孔至少部分是用擴(kuò)散機(jī)制把二茂鐵蒸汽供應(yīng)出去。
2.按照權(quán)利要求1所述的器具，其特征為，所說流量孔設(shè)在儲(chǔ)箱和燃燒器的引入空氣流之間，其尺寸須能將一個(gè)相對于燃燒器燃料平均通過量的二茂鐵的平均劑量供應(yīng)出去，該流量孔還對進(jìn)入空氣流的二茂鐵蒸汽進(jìn)行計(jì)量。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的器具，其特征為，所說的流量孔是按用擴(kuò)散和對流機(jī)制計(jì)量二茂鐵的要求來確定尺寸的。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的器具，其特征為，所說儲(chǔ)箱把固態(tài)二茂鐵的各個(gè)方向都封閉起來，只留一個(gè)面敞開，該面用蓋板封閉;所說加溫設(shè)施具有一個(gè)將儲(chǔ)箱除敞開面外都包圍起來的外殼;有一與所說外殼的頂邊連接的壓下頸圈至少部分蓋住儲(chǔ)箱的頂面和所說蓋板的周邊。
5.按照權(quán)利要求1所述的器具，其特征為，所說加溫設(shè)施為一護(hù)套，裝在所說容器上靠近儲(chǔ)箱，其上有一進(jìn)口和出口，用來在使用時(shí)接受熱流體的循環(huán)供應(yīng)。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的器具，其特征為，所說加溫設(shè)施為一電熱器和一測量儲(chǔ)箱溫度并接受反饋、控制所說電熱器操作的恒溫器。
7.按照權(quán)利要求1所述的器具，其特征為，有一擋壁將容器分為第一和第二儲(chǔ)箱，并有所說連接設(shè)施限定著每一儲(chǔ)箱在使用時(shí)分別與燃燒器的空氣引入系統(tǒng)連接所需的流量孔。
8.按照權(quán)利要求7所述的器具，其特征是，所說第二儲(chǔ)箱窩藏在所說第一儲(chǔ)箱的內(nèi)部，所說加溫設(shè)施有一恒溫器設(shè)在這里用敏感元件與兩個(gè)儲(chǔ)箱接觸。
9.按照權(quán)利要求1所述的器具，其特征為，所說容器為一發(fā)動(dòng)機(jī)體，而所說加溫設(shè)施為一設(shè)在所說發(fā)動(dòng)機(jī)體冷卻系統(tǒng)內(nèi)的恒溫器。
10.按照權(quán)利要求1所述的器具，其特征為，有一空氣流引入管道將燃燒空氣供應(yīng)給所說燃燒器，所說流量孔設(shè)在所說引入管道內(nèi)，通過空氣流引起的對流作用將二茂鐵蒸汽供應(yīng)到引入管道內(nèi)。
全文摘要
一種被動(dòng)的二茂鐵噴射系統(tǒng)(10)，具有一個(gè)容器(12)，限定著一個(gè)持有一定數(shù)量固態(tài)二茂鐵的內(nèi)部儲(chǔ)箱(14)。有一加溫設(shè)施(16)用來將儲(chǔ)箱維持在較高溫度使它足以產(chǎn)生二茂鐵蒸汽。儲(chǔ)箱與燃燒器的空氣引入系統(tǒng)連接，二茂鐵是通過計(jì)量才進(jìn)入空氣引入系統(tǒng)的。連接設(shè)施為一流量孔(24)，該孔至少按照擴(kuò)散機(jī)制，更正規(guī)地是按照擴(kuò)散和對流結(jié)合的輸送機(jī)制來計(jì)量從儲(chǔ)箱內(nèi)發(fā)出的二茂鐵蒸汽。
文檔編號C10L10/00GK1091509SQ9312009
公開日1994年8月31日 申請日期1993年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月4日
發(fā)明者約翰·J·克蘭克勞爾 申請人:約翰·J·克蘭克勞爾