[发明专利]在内燃机内提供和维持催化活性表面的方法

说明书

技术领域

本发明一般来说涉及内燃机。更具体地说，本发明涉及燃料、润滑剂和添加剂。本发明的另一方面一般来说涉及燃烧，更具体来说涉及燃烧操作的方法，特别是涉及将火焰改进添加剂加入。具体地说，公开了一种在暴露在燃烧中的内燃机部件例如火焰控制板、阀面和活塞面上提供和维持催化活性表面的方法，以致使燃烧效率提高和有害废气排放量减少。本发明特别适用于改进在“新的”发动机中的燃烧，例如新的发动机、新改装的发动机或短时运行的发动机。

背景技术

全世界对防止全球变暖和减少污染的强调强制改进各种燃烧方法的效率，它可解释为提高燃料效率与降低污梁物例如氮氧化合物(NO_x)排放量相结合。已知二茂铁能提高燃烧器中的燃烧效率，例如从US3341311中已知的。定量地说，该专利已报导，二茂铁在燃料效率方面可产生10％的改进。但是，这样的结果不总是能达到，特别是使用现代设计的低排放量发动机，不管是新的发动机还是长期使用过的发动机。这样的现代发动机，即1995年以后生产的发动机按这样设计和生产，它们消耗较少的润滑油。此外，它们使用更加清洁的较低芳烃含量和硫含量的燃料。所有这些因素都归到使燃烧室的沉积物减少。虽然以现代燃料运行的现代发动机比老式的发动机排放更少的污染物，但为了达到更高的改进，这一技术放弃了二茂铁的有效使用。

在较早的文献中，二茂铁在柴油发动机中试验过，并表明作为燃料添加剂调理发动机以达到提高燃料经济性和减少排放量的效果。颁发给Kracklauer的US 4389220公开了一种调理柴油发动机的两段方法，使燃料燃烧中的污染物排放量减少和效率提高。根据这一专利，二茂铁在柴油燃料中最初的高计量(例如20-30ppm)可消除燃烧室中的炭沉积物，并在燃烧表面上沉积一层催化活性氧化铁。此后，较低的二茂铁计量(例如10-15ppm)可维持催化活性的氧化铁涂层。在柴油燃料中维持最初的高浓度二茂铁被认为是不希望的，因为这样会导致许多有害的燃烧变化，减少或消除催化活性的氧化铁壁涂层的有利效果。

较早的文献还表明，二茂铁可能在汽油机中是有效的，它提高经处理的燃料的辛烷值。因此，在汽油驱动的车辆中，二茂铁可减少某些废气的排放量以及减少的燃料的消耗量。Schug，K.P.Gutann，H.J.Preuss，A.W.和Schadlich，K.，二茂铁作为汽油添加剂对装有催化剂的车辆的废气排放和燃料消耗的影响，SAE(美国汽车工程师学会)技术论文系列，1990，论文编号900154。在这篇论文和相关的US4955331中公开的方法是将二茂铁简单地加到燃料中来作为达到改进效率和排放的方法。最近用使用现代燃料的现代发动机进行了这一技术的试验。试验车辆为1998 Dodge Intrepid，在开始试验以前，里程表上读数为29500英里。三种燃料不含二茂铁，对应于运行882英里，平均燃料效率为27.7英里/加仑。此后，四种燃料含二茂铁，对应于运行1170英里，平均燃料效率为26.4英里/加仑。这些结果表明，将二茂铁简单地加到燃料中(如Schug等所述那样)，在这样的加汽油的现代发动机中对于改进燃烧来说不是一种有效方法。

其他试验表明，在每种情况下，二茂铁都没有使燃烧有改进，特别是在当发动机属现代设计的发动机时。用1998 Detroit Diesel Series60发动机的最新试验在发动机累积350小时磨合运行以后按US439220的方法进行。具体地说，发动机在125ppmw二茂铁计量的燃料下运行5小时，接着为25ppmw二茂铁计量，进行排放测试。试验结果表明，发动机的燃料效率或NO_x排放量没有变化。因此，象US438920中以开的将二茂铁简单地分阶段加到燃料中对于改进这种现代设计的柴油机来说是无效的。

改进燃烧的另一途径是在发动机组装和运行以前形成燃烧室的催化剂涂层。在Gaffney等的“减少柴油机中的油烟：一种化学方法”描述的工作中，用铂涂覆的柴油燃烧室的颗粒排放量下降40％。遗憾的是，这一燃烧催化效果在发动机正常运行50小时以后完全丧失。

Siegia和Plee在“在柴油燃烧室中的多相催化作用”中试图用有铂涂层的新发动机重复Gaffney的结果。但是，尽管使用相同的铂涂层，仍未发现任何类型的催化活性。这一系列的试验说明了使用铂涂层的4个未解决问题中的2个：1)催化效果不持久；以及2)催化效果不可再现。与铂有关的其余2个未解决的问题是高的费用和铂本身作为废气污梁物的毒性。