ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА СМЕСЬ НА ОСНОВЕ ВОДЫ, И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ Российский патент 2018 года по МПК F02D19/08 F02M25/22 F02M25/10 

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу и аппаратуре для работы двигателя внутреннего сгорания, использующего топливо, состоящее из воды и растворимой в воде горючей субстанции, которая впрыснута в смесь водорода и воздуха.

Описание известного уровня техники

Использование ископаемых видов топлива для работы двигателей, которые используются, например, в автомобилях и в других транспортных средствах, а также других двигателей, которые используются для самых различных целей, зиждется на очень старой концепции, основанной на двигателях внутреннего сгорания, разработанных в девятнадцатом столетии. Несмотря на проводившиеся в течение последних 50 лет интенсивные исследования и разработки в области альтернативных топлив, ископаемое топливо, получаемое из нефти или из природного газа, все еще является по существу основным источником энергии почти всех двигателей внутреннего сгорания, используемых в настоящее время по всему миру.

В результате, мировые запасы ископаемых видов топлива значительно обеднели, вызывая их нехватку, а цена нефти последние 40 лет растет вверх. Кроме того, такие топлива являются очень загрязняющими, и некоторые предполагают, что это является либо основной причиной глобального потепления, либо существенным вкладом в него. Все эти факторы привели к огромным усилиям по поиску и освоению возобновляемых источников энергии, отличных от традиционных ископаемых видов топлива. За последние несколько лет были предложены несколько альтернативных топлив, чтобы уменьшить влияние истощения запасов нефти, включая гибридные автомобили, электрические автомобили, биодизели, автомобили на основе водорода и т.д. Однако ни одно из этих решений не было эффективным. Одна из причин отсутствия успеха заключается в том, что они требуют совершенно новой инфраструктуры для производства двигателей, а также для производства и распределения топлива. Более того, большинство из предложенных до сих пор решений были несовместимыми с существующими двигателями, и поэтому стоимость замены всех существующих двигателей, сжигающих ископаемое топливо, может быть столь высокой, что она может сделать любое решение, основывающееся на альтернативных видах топлива, неприемлемым, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.

Вода как источник топлива в прошлом предлагалась многими, и было проведено много экспериментов, испытывающих такие системы. В основе таких экспериментов лежит тот факт, что вода может быть разложена на водород и кислород, и получившаяся стехиометрическая смесь может быть подана в двигатель внутреннего сгорания для выработки мощности. Однако прошлые эксперименты дали неудовлетворительные результаты. Главное препятствие к их успеху кроется в том факте, что энергия, требуемая для разложения воды на ее компоненты, гораздо более высокая, чем энергия, производимая двигателем. Кроме того, количество водородной смеси, необходимой для того, чтобы работал автомобильный двигатель, слишком велико, чтобы сделать такую систему практичной.

В настоящее время на рынке присутствуют системы, которые могут быть использованы в качестве вспомогательных или дополнительных к двигателям внутреннего сгорания, использующим ископаемое топливо, однако независимые испытания показали, что в действительности эти системы оказывают очень малый эффект, если оказывают вообще, на общую эффективность двигателя.

Система, разработанная настоящими авторами, описана в двух родственных заявках, и включает в себя средство генерации из воды и подачу в стандартный двигатель внутреннего сгорания небольшого количества газовой смеси водород/кислород. (См. патентные заявки США 2010/0122902 и 2011/0203977). Более подробно, - эти родственные заявки описывают эффективный процесс и аппаратуру для генерации смеси водорода и кислорода в отношении два к одному, обычно называемой "коричневым газом" или ННО. Эта смесь способствует повышению эффективности обычного двигателя внутреннего сгорания посредством более эффективного сжигания ископаемого топлива. Хотя эта последняя система гораздо более эффективна, чем описанные предшествующие системы, ее эффективность все еще ограничена количеством водорода и кислорода на борту автомобиля. Более того, описанный двигатель внутреннего сгорания все еще сжигает ископаемое топливо.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вкратце, двигатель внутреннего сгорания включает в себя цилиндр, с камерой сгорания, имеющий переменный объем, определяемый поршнем, совершающим, в общем, обычным образом возвратно-поступательные перемещения. Сначала в камеру сгорания подают водород и воздух. Затем в "сжатую" камеру сгорания впрыскивается топливо в виде мелких капелек жидкости. После этого полученная газожидкостная смесь сжимается до очень высокого давления, которое вызывает рост температуры, а устройство зажигания вызывает сгорание. Сгорание приводит к возникновению горячих и находящихся под давлением газов, которые заставляют поршень перемещаться и вырабатывать энергию. Топливо, преимущественно, состоит по существу из воды и горючего вещества. Горючим материалом является спирт, ацетон, альдегид или другое горючее, предпочтительно, неископаемое вещество, которое растворимо в воде. (Термин "неископаемое" используется, чтобы определить топливо, которое не получено по существу из материалов на основе ископаемых, не восстанавливаемых, таких как нефть или природный газ). Предпочтительно, это топливо содержит по объему приблизительно 10-40% горючего материала.

Описанные здесь система и способ могут быть адаптированы к любому двигателю, такому как ротационный и реактивный двигатели, и не ограничены поршневыми, в той мере, в которой двигатель может быть использован для реализации основного принципа данного изобретения. Этот основной принцип включает в себя (1) смешивание водорода и воздуха с раствором воды и горючего вещества, (2) сжатие этой смеси до высокого давления для получения большого тепла и чрезвычайно взрывчатой смеси в камере сгорания и (3) зажигание этой взрывчатой смеси, чтобы вызвать мгновенное расширение таких газов и образование пара, тем самым генерацию механической энергии.

Согласно первому аспекту предложен двигатель внутреннего сгорания для использования только с неископаемым топливом, содержащий:

по меньшей мере один цилиндр, имеющий камеру сгорания;

впускной коллектор, находящийся в селективном сообщении по текучей среде с камерой сгорания;

источник водорода, выполненный с возможностью обеспечения водорода, и впуск воздуха, выполненный с возможностью обеспечения воздуха, при этом источник водорода и впуск воздуха находится в сообщении по текучей среде с впускным коллектором для подачи водорода и воздуха через впускной коллектор в камеру сгорания;

источник топлива, выполненный с возможностью обеспечения только неископаемого топлива, состоящего по существу из воды и 5-40 об.% водорастворимого горючего вещества;

топливный инжектор, выполненный с возможностью селективного впрыска топлива от источника топлива в камеру сгорания;

по меньшей мере один поршень в указанном по меньшей мере одном цилиндре, выполненный с возможностью перемещения внутри указанного по меньшей мере одного цилиндра и совместного сжатия водорода, воздуха и топлива в камере сгорания со степенью сжатия в диапазоне от 25/1 до 35/1; и

устройство зажигания, выполненное с возможностью зажигания сжатого водорода, воздуха и топлива в камере сгорания для выработки энергии.

Предпочтительно топливо впрыскивается в камеру сгорания под давлением в диапазоне 13,79-206,84 бар (200-3000 PSI).

Предпочтительно топливо впрыскивается в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

Предпочтительно водород вводится в камеру сгорания при окружающей температуре.

Предпочтительно источник водорода выполнен с возможностью нахождения в селективном сообщении по текучей среде с камерой сгорания через инжектор, а впуск воздуха выполнен с возможностью нахождения в селективном сообщении по текучей среде с камерой сгорания через впускной коллектор.

Предпочтительно водорастворимое горючее вещество является спиртом, предпочтительно изопропиловым спиртом.

Предпочтительно сжатый водород, воздух и топливо включает в себя по объему от около 0,5% до 2,0% водорода.

Предпочтительно неископаемое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% водорастворимого горючего вещества.

Предпочтительно неископаемое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% изопропилового спирта.

Согласно второму аспекту предложен способ генерации энергии с использованием двигателя внутреннего сгорания на неископаемом топливе, включающий:

ввод в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания водорода и воздуха, при этом ввод водорода и воздуха в камеру сгорания осуществляют через впускной коллектор;

ввод в камеру сгорания неископаемого топлива, состоящего по существу из воды и 5-40 об.% водорастворимого горючего вещества, с использованием топливного инжектора;

сжатие водорода, воздуха и неископаемого топлива поршнем в камере сгорания, причем поршень имеет форму, обеспечивающую степень сжатия в диапазоне от 25/1 до 35/1, причем сжатый водород и воздух включает в себя по объему от около 0,5% до 2,0% водорода; и

зажигания сжатого водорода, воздуха и неископаемого топлива в камере сгорания для создания горячих сжатых газов и генерации энергии.

Предпочтительно ввод неископаемого топлива включает в себя впрыск топлива в камеру сгорания под давлением в диапазоне 13,79-206,84 бар (200-3000 PSI).

Предпочтительно способ включает в себя смешивание водорода и топлива в смесительной камере до ввода.

Предпочтительно ввод неископаемого топлива включает в себя впрыск топлива в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

Предпочтительно водорастворимое горючее вещество является спиртом, предпочтительно изопропиловым спиртом.

Предпочтительно ввод водорода включает в себя впрыск водорода в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

Предпочтительно спирт содержит изопропиловый спирт, причем ввод неископаемого топлива включает в себя впрыск топлива в камеру сгорания при температуре окружающей среды и, дополнительно, ввод водорода включает в себя впрыск водорода в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

Предпочтительно способ включает в себя смешивание водорода и топлива в смесительной камере до впрыска водорода и топлива в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

Предпочтительно неископаемое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% водорастворимого горючего вещества.

Предпочтительно неископаемое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% изопропилового спирта.

Согласно третьему аспекту предложено транспортное средство, содержащее:

двигатель внутреннего сгорания для использования только с неископаемым топливом, при этом двигатель содержит:

по меньшей мере один цилиндр, имеющий камеру сгорания;

впускной коллектор, находящийся в селективном сообщении по текучей среде с каждой по меньшей одной камерой сгорания;

источник водорода, выполненный с возможностью обеспечения водорода, и впуск воздуха, выполненный с возможностью обеспечения воздуха, при этом источник водорода и впуск воздуха находится в сообщении по текучей среде с впускным коллектором для подачи водорода и воздуха через впускной коллектор в камеру сгорания;

источник топлива, выполненный с возможностью обеспечения неископаемого топлива, состоящего по существу из воды и 5-40 об.% водорастворимого горючего вещества;

топливный инжектор, выполненный с возможностью селективного впрыска топлива от источника топлива в камеру сгорания;

по меньшей мере один поршень в указанном по меньшей мере одном цилиндре, выполненный с возможностью перемещения внутри указанного по меньшей мере одного цилиндра и совместного сжатия водорода, воздуха и топлива в камере сгорания со степенью сжатия в диапазоне от 25/1 до 35/1, причем сжатый водород, воздух и топливо включает в себя по объему от 0,5% до 2,0% водорода; и

устройство зажигания, выполненное с возможностью зажигания сжатого водорода, воздуха и топлива в камере сгорания для выработки энергии.

Предпочтительно топливо впрыскивается в камеру сгорания под давлением в диапазоне 13,79-206,84 бар.

Предпочтительно топливо впрыскивается в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

Предпочтительно водород вводится в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

Предпочтительно источник водорода выполнен с возможностью нахождения в селективном сообщении по текучей среде с камерой сгорания через инжектор, а впуск воздуха выполнен с возможностью нахождения в селективном сообщении по текучей среде с камерой сгорания через впускной коллектор.

Предпочтительно водорастворимое горючее вещество является спиртом, предпочтительно изопропиловым спиртом.

Предпочтительно неископаемое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% водорастворимого горючего вещества.

Предпочтительно неископаемое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% изопропилового спирта.

Согласно четвертому аспекту предложено неископаемое топливо для двигателя внутреннего сгорания, выполненного для использования только неископаемого топлива, при этом топливо содержит:

воду и спирт в диапазоне от 5 об.% до 40 об.%.

Предпочтительно спирт является спиртом, выбранным из изопропилового спирта, изобутанола, пропилового спирта, бутилового спирта, этилового спирта, метилового или смеси таких спиртов.

Предпочтительно спирт является изопропиловым спиртом.

Предпочтительно спирт является одним из формальдегида, ацетальдегида, бутиральдегида, бензальдегида, циннамальдегида, толуальдегида, фурфураля, ретинальдегида, глиоксала, малондиальдегида, суциндиальдегида, глютаральдегида, фталальдегида или их смесей.

Предпочтительно концентрация спирта находится в диапазоне 10 об.%-35 об.%.

Согласно пятому аспекту предложено горючее неископаемое топливо, содержащее:

композицию неископаемого жидкого топлива, образованную из воды и спирта;

водородный газ; и

кислородный газ.

Предпочтительно неископаемое жидкое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% спирта.

Предпочтительно спирт является спиртом, выбранным из изопропилового спирта, изобутанола, пропилового спирта, бутилового спирта, этилового спирта, метилового или смеси таких спиртов.

Предпочтительно спирт является изопропиловым спиртом.

Предпочтительно спирт является одним из формальдегида, ацетальдегида, бутиральдегида, бензальдегида, циннамальдегида, толуальдегида, фурфураля, ретинальдегида, глиоксала, малондиальдегида, суциндиальдегида, глютаральдегида, фталальдегида или их смесей.

Предпочтительно концентрация спирта находится в диапазоне 5 об.%-40 об.%.

Предпочтительно концентрация спирта находится в диапазоне 10 об.%-35 об.%.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает первый вариант исполнения изобретения, в котором водород, воздух и образующий топливо водный раствор вводятся непосредственно в камеру сгорания двигателя, причем водород и воздух вводятся через общий впуск.

Фиг. 2А и 2В показывают виды в сечении и сбоку некоторых элементов двигателя внутреннего сгорания, построенного в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 3 показывает второй вариант исполнения, в котором ингредиенты перед взрывом сначала смешиваются в смесительной камере.

Фиг. 4 показывает третий вариант исполнения изобретения, в котором воздух вводится через впускной коллектор, а водород вводится посредством прямой подачи в камеру сжатия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 показывает двигатель 100, построенный в соответствии с настоящим изобретением. Двигатель включает в себя цилиндр 10, с поршнем 12 возвратно-поступательного хода, через передачу 14 приводящим во вращение вал (не показан). Например, авторами был построен экспериментальный двигатель 100 модификацией типичного готового дизельного двигателя объемом 400 куб. см. Двигатель 100 дополнительно включает в себя обычный впускной коллектор 26 забора воздуха с впуском 28 воздуха и регулирующим клапаном 30 мотылькового типа, впускной клапан 64, выпускной клапан 66, выпускной коллектор 70 и топливный инжектор 48.

В обычном четырехтактном дизельном двигателе воздух засасывается внутрь камеры 50 сгорания цилиндра 10 через коллектор 26, когда поршень перемещается 12 вниз. Затем впускной клапан 64 закрывается, поршень перемещается 12 вверх, и внутрь камеры 50 инжектором 48 впрыскивается дизельное топливо. Поршень 12 сжимает смесь воздуха и топлива, и происходит сгорание. После этого поршень перемещается 12 вниз, приводя вал, и снова идет вверх, а выпускной клапан 66 открывается, выпуская оставшиеся газы через выпускной коллектор 70.

Модифицированный двигатель 100 дополнительно включает в себя источник 20 водорода. В одном варианте исполнения источник 20 реализован в виде реактора, который создает стехиометрическую газовую смесь H₂/O₂ (называемую здесь "коричневым газом") из воды, используя процесс электролиза. Пример такого процесса более подробно описан в патентных заявках США 2010/0122902 и 2011/0203977. "Коричневый газ" через трубу 22 и клапан 24 вводится во впускной коллектор 26. Следует понимать, что количество введенного во впускной коллектор "коричневого газа" по сравнению с количеством воздуха (который по своей сути тоже включает в себя кислород) столь мало, что кислород в "коричневом газе" ничтожен, и им можно пренебречь. В действительности, генератор "коричневого газа" используется в качестве источника водорода. Очевидно, в качестве альтернативных "коричневому газу" могут быть использованы другие типы генераторов водорода.

Впускной коллектор 26 через впуск 28 воздуха получает также окружающий воздух, и, как будет описано далее более подробно, количество воздуха, втекающего в камеру 26, управляется посредством клапана 30.

Двигатель 100 дополнительно включает в себя топливный бак 40, содержащий топливо 42. Топливо 42 насосом 43 через трубопровод 44 подается к топливному инжектору 48.

Топливо в топливном баке состоит, по существу, из воды и растворимого в воде горючего вещества. Более конкретно, полагается, что горючее вещество должно составлять в водном растворе 30% по объему. Это горючее вещество может включать в себя спирт, ацетон, альдегид или другие подобные, предпочтительно, неископаемые вещества или их смеси. В предпочтительном варианте исполнения горючее вещество является спиртом, выбранным из изопропилового спирта, изобутанола, пропилового спирта, бутилового спирта, этилового спирта, метилового спирта или смеси таких спиртов.

Альтернативно, горючее вещество является одним из формальдегида, ацетальдегида, бутиральдегида, бензальдегида, циннамальдегида, толуальдегида, фурфураля, ретинальдегида, глиоксала, малондиальдегида, суциндиальдегида, глютаральдегида, фталальдегида или их смесей.

Концентрация горючего материала может быть в диапазоне 5-40%, предпочтительно, - 10-35%. Авторы нашли, что, в частности, смесь около 70% воды к 30% изопропилового спирта является особенно преимущественной, поскольку она обеспечивает благоприятное соотношение между стоимостью и рабочими характеристиками.

Топливо 42 из топливного бака 40 подается в топливный инжектор 48 насосом 43 под давлением в диапазоне 200-3000 PSI. В одном варианте исполнения топливо впрыскивается под давлением около 2000 PSI. Ранее были предложены системы, в которых вода посредством электролиза разлагалась на смесь H₂/O₂, а затем подавалась во впускную систему двигателя. Основным топливом, использовавшимся в таких известных двигателях, было ископаемое топливо. В настоящем двигателе 100 топливо 42 представляет собой по существу водную смесь горючего материала, предпочтительно, без каких-либо ископаемых компонентов.

Двигатель 100 включает в себя также высокоэнергетичную систему 60 зажигания, обеспечивающую электрический ток на устройство 62 зажигания (такое как стандартная искровая свеча), продолжающееся, как показано, в камеру 50. Система 60 и свеча 62 зажигания являются обычными элементами, применяемыми в двигателях внутреннего сгорания, использующими в качестве топлива бензин.

Временной контроллер 54 (обычно включающий в себя не показанный микропроцессор) получает входные временные сигналы и сигнал нагрузки, являющийся индикатором нагрузки на двигатель 100. Входные временные сигналы обычно получены, исходя из положения коленчатого вала (не показан). Сигнал нагрузки, являющийся индикатором нагрузки на двигатель 100, получен с использованием обычных методов. В ответ временной контроллер генерирует выходные временные сигналы, которые управляют работой устройства 62 зажигания, топливного инжектора 48, клапана 24, впускного клапана 30 воздуха; управление открыванием и закрыванием клапанов 64 и 66 производится от обычного распределительного вала (не показан).

Важно, что двигатель 100 работает при очень высокой степени сжатия. Как правило, обычный двигатель внутреннего сгорания работает при степени сжатия порядка от 15/1 до 18/1, за исключением некоторых специальных двигателей, таких как двигатели, используемые в гонках автомобилей. Настоящее изобретение может быть реализовано для работы в диапазоне 10/1-40/1, а предпочтительно, - в диапазоне 25/1-35/1. Оптимальная степень сжатия - около 30/1. Такая высокая степень сжатия может быть достигнут приданием верхней части головки поршня особой формы для уменьшения объема камеры сгорания. Например, как показано на фиг. 2А и 2В, верхняя поверхность поршня 12 может быть сформирована с углублением 70. Это углубление имеет предопределенную величину и форму, выбранные, чтобы обеспечить требуемую степень сжатия, и для того чтобы вызвать турбулентность в расходящейся струе 52 топлива. С этой целью углубление 70 расположено таким образом, что когда поршень 12 перемещается вверх в направлении верхней части цилиндра, и топливный инжектор 48 испускает расходящуюся струю 52 топлива, эта расходящаяся струя 52 использует форму поверхности углубления, вызывая завихрения.

В одном варианте исполнения одна расходящаяся струя 52 испускается топливным инжектором 48 в каждом цикле впуска. В альтернативном варианте исполнения испускаются 1-5 расходящихся струй в зависимости от нескольких переменных, таких как тип используемого топлива, нагрузка на двигатель, температура окружающей среды и т.д. Если испускается более одной расходящейся струи, то первая струя испускается гораздо раньше точки сгорания, чтобы обогатить паровую смесь в камере 50, а другие расходящиеся струи испускаются прямо перед сгоранием, а также во время сгорания.

Двигатель 100 работает подобным же образом, что и стандартный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, но с некоторыми важными отличиями. Во время цикла впуска, в то время как поршень 12 перемещается вверх, клапаны 30, 24 и 64 открыты, чтобы позволить воздуху и "коричневому газу" войти в камеру 50 и перемешаться в ней. Как объяснялось выше, объемное отношение "коричневого газа" к объему цилиндра очень мало (около 0,5-2%), так что количество кислорода в "коричневом газе" пренебрежимо мало по сравнению с количеством кислорода в воздухе, и поэтому какое-либо реальное значение имеет только водород (Н₂). Далее, во время цикла сжатия клапан 64 закрывается, и поршень 12 перемещается вверх, сжимая газы в камере 50. В предопределенной точке, например, обычно около 20 градусов до в.м.т. (верхней мертвой точки) в камеру 50 топливным инжектором 48 впрыскивается расходящаяся струя 52 мельчайших капелек топлива, и она перемешивается со смесью воздух/водород. Поршень 12 продолжает перемещение вверх, сжимая газы еще более - до очень высокого давления и температуры, что создает внутри камеры 50 очень взрывчатое содержимое. Эта смесь в камере 50 поджигается (обычно по центру в верхней мертвой точке) посредством свечи 62 зажигания или другого устройства зажигания, вызывая сгорание, которое преобразует находящуюся внутри камеры 50 смесь в очень горячие и имеющие очень высокое давление газы, включая водяной пар. Эти газы заставляют поршень 12 перемещаться обычным образом вниз. Следующее перемещение поршня 12 вверх (такт выпуска) принуждает остатки сгорания выйти через коллектор 70. Эти остатки состоят, в основном, из водяного пара.

Удивительно, но было обнаружено, что, по существу без нагрузки, двигатель 100 может бесконечно работать на 2500 об/мин, даже когда клапан 30 регулировки впуска закрыт, и поэтому в двигатель почти не подается никакого воздуха (и очень мало кислорода). Очевидно, во время тактов сжатия и/или сгорания какое-то малое количество воды из топлива диссоциируется на водород и кислород и обеспечивает кислород, необходимый для сжигания. Остаток воды, очевидно, превращается в пар.

При росте нагрузки на двигатель клапан 30 должен открыться, в противном случае двигатель замедляется и может остановить свою работу. Количество воздуха, вводимое через клапан 30, зависит от нагрузки на двигатель, и, поскольку воздух, по-видимому не необходим для сжигания, то, наверное, по мере того, как нагрузка возрастает, для того чтобы сохранить обороты и создать энергию, противостоящую нагрузке, необходим более высокий вращающий момент, а воздух необходим в качестве рабочего газа, который создает более высокое давление сгорания, которое, в свою очередь, толкая поршень вниз, порождает более высокий вращающий момент.

Рабочие параметры двигателя 100, в то время как он описан, следующие:

Степень сжатия: 30/1.

Топливо: 70% вода, 30% изопропиловый спирт при температуре окружающей среды.

Водород: 2-10 л/мин при стандартном атмосферном давлении и температуре окружающей среды.

Воздух: 0-50 л/мин при давлении и температуре окружающей среды.

Давление топлива: 200-3000 PSI.

Если используются множественные впрыски, то первый или пилотный впрыск состоит из 5-30% от общего топлива, а остальные нормируются во время цикла сжигания.

Хотя в настоящее время точное явление, происходящее в участке 50 цилиндра, еще полностью не понятно, полагают, что некоторое количество воды из топливной смеси, если не вся она, также диссоциируется на водород и кислород, обеспечивая большее количество топлива для преобразования, что инициализируется смесью H₂/O₂, которая подана в камеру. Было найдено, что процесс "работал" хорошо, когда на каждый оборот в двигатель подавался объем газовой смеси H₂/O₂ в 2 мл. Поскольку этот двигатель является 400 миллилитровым (или 400 куб. см), то количество H₂/O₂, подаваемое на каждый оборот, составляет по объему около 0,5-2% H₂.

Как говорилось выше, топливо, предпочтительно, представляет собой раствор воды и горючих жидких веществ. Кроме того, могут быть добавлены присадки, такие как некоррозионные материалы, которые увеличивают проводимость воды во время сжигания при высоком давлении, тем самым способствуя разложению воды на водород/кислород.

В дополнение к обычному поршневому или роторному двигателю, показанные способы могут быть легко применимы к множественным цилиндрам, а изобретение может быть усовершенствовано также под турбинный и реактивный двигатель.

Например, переделка двигателя на основе дизельного достаточно проста, - необходимо модифицировать только головку, для того чтобы вставить устройство зажигания, высокомощную систему зажигания, форму поршня и камеры сгорания, чтобы обеспечить подходящую степень сжатия, а также необходимо добавить довольно небольшой реактор H₂/O₂ (или другой источник водорода), что делает это решение недорогим и простым для выпуска на рынок.

Поскольку вода есть практически на любой заправочной станции, нет необходимости в создании основной инфраструктуры. Горючее вещество может автоматически смешиваться с чистой водой и подаваться в топливный бак транспортного средства.

Фиг. 3 показывает другой вариант исполнения. В этом варианте исполнения двигатель 200 весьма подобен двигателю 100. Различие заключается в том, что в верхней части цилиндра 10 выполнена новая смесительная камера 210, которая находится в сообщении с участком 50 цилиндра, где происходит сгорание. Смесь H₂/O₂ в эту смесительную камеру 210 (а не в камеру 50) вводится вторым инжектором 220. Таким образом, смесительная камера 210 получает и топливную смесь 42, и смесь H₂/O₂. Эти материалы смешиваются друг с другом и при необходимости через канал 230 засасываются в участок 50.

Фиг. 4 показывает другой вариант исполнения 300. В этом варианте исполнения топливно-водяная смесь и смесь H₂/O₂, - обе подаются непосредственно в камеру сгорания.

Другими словами, смесь H₂/O₂ может быть подана в двигатель тремя различными путями - в коллектор, в смесительную камеру или в саму камеру сгорания.

Настоящее изобретение имеет несколько преимуществ. Во-первых, оно использует в качестве топлива имеющиеся повсюду возобновляемые вещества, а не полагается на невозобновляемые ископаемые вещества. Предполагается, что это изобретение является гораздо более эффективным, чем аналогичные двигатели, использующие топлива на основе ископаемых, и может генерировать большее количество энергии. И, в-третьих, во время проводившихся на двигателе экспериментов выхлоп от двигателя был очень чистым, было замечено лишь минимальное загрязнение, и даже в непроветриваемом помещении не было видимого дыма, а авторы не заметили никакого затруднения дыхания.

В настоящее изобретение могут быть внесены многочисленные изменения, не выходящие за рамки объема, определенного в приложенных пунктах формулы изобретения.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложенный двигатель внутреннего сгорания включает в себя цилиндр 10 с камерой сгорания 50 и поршень 12, селективно изменяющий объем камеры сгорания. Камера сгорания получает смесь воздуха, водорода и жидкого неископаемого топлива, содержащего, по существу, воду и горючее топливо (спирт). Содержимое камеры сгорания сжигается, вырабатывая энергию. 5 н. и 34 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания для использования только с неископаемым топливом, содержащий:

по меньшей мере один цилиндр, имеющий камеру сгорания;

впускной коллектор, находящийся в селективном сообщении по текучей среде с камерой сгорания;

источник водорода, выполненный с возможностью обеспечения водорода, и впуск воздуха, выполненный с возможностью обеспечения воздуха, при этом источник водорода и впуск воздуха находятся в сообщении по текучей среде с впускным коллектором для подачи водорода и воздуха через впускной коллектор в камеру сгорания;

источник топлива, выполненный с возможностью обеспечения только неископаемого топлива, состоящего, по существу, из воды и 5-40 об.% водорастворимого горючего вещества;

топливный инжектор, выполненный с возможностью селективного впрыска топлива от источника топлива в камеру сгорания;

по меньшей мере один поршень в указанном по меньшей мере одном цилиндре, выполненный с возможностью перемещения внутри указанного по меньшей мере одного цилиндра и совместного сжатия водорода, воздуха и топлива в камере сгорания со степенью сжатия в диапазоне от 25/1 до 35/1; и

устройство зажигания, выполненное с возможностью зажигания сжатого водорода, воздуха и топлива в камере сгорания для выработки энергии.

2. Двигатель по п. 1, в котором топливо впрыскивается в камеру сгорания под давлением в диапазоне 13,79-206,84 бар.

3. Двигатель по п. 1, в котором топливо впрыскивается в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

4. Двигатель по п. 1, в котором водород вводится в камеру сгорания при окружающей температуре.

5. Двигатель по п. 1, в котором источник водорода выполнен с возможностью нахождения в селективном сообщении по текучей среде с камерой сгорания через инжектор, а впуск воздуха выполнен с возможностью нахождения в селективном сообщении по текучей среде с камерой сгорания через впускной коллектор.

6. Двигатель по п. 1, в котором водорастворимое горючее вещество является спиртом, предпочтительно изопропиловым спиртом.

7. Двигатель по п. 1, в котором сжатый водород, воздух и топливо в камере сгорания включают в себя по объему от около 0,5 до 2,0% водорода.

8. Двигатель по п. 1, в котором неископаемое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% водорастворимого горючего вещества.

9. Двигатель по п. 6, в котором неископаемое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% изопропилового спирта.

10. Способ генерации энергии с использованием двигателя внутреннего сгорания на неископаемом топливе, включающий:

ввод в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания водорода и воздуха, при этом ввод водорода и воздуха в камеру сгорания осуществляют через впускной коллектор;

ввод в камеру сгорания неископаемого топлива, состоящего, по существу, из воды и 5-40 об.% водорастворимого горючего вещества, с использованием топливного инжектора;

сжатие водорода, воздуха и неископаемого топлива поршнем в камере сгорания, причем поршень имеет форму, обеспечивающую степень сжатия в диапазоне от 25/1 до 35/1, причем сжатый водород и воздух включают в себя по объему от около 0,5 до 2,0% водорода; и

зажигание сжатого водорода, воздуха и неископаемого топлива в камере сгорания для создания горячих сжатых газов и генерации энергии.

11. Способ по п. 10, в котором ввод неископаемого топлива включает в себя впрыск топлива в камеру сгорания под давлением в диапазоне 13,79-206,84 бар.

12. Способ по п. 10, включающий в себя смешивание водорода и топлива в смесительной камере до ввода.

13. Способ по п. 10, в котором ввод неископаемого топлива включает в себя впрыск топлива в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

14. Способ по п. 10, в котором водорастворимое горючее вещество является спиртом, предпочтительно изопропиловым спиртом.

15. Способ по п. 10, в котором ввод водорода включает в себя впрыск водорода в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

16. Способ по п. 10, в котором спирт содержит изопропиловый спирт, причем ввод неископаемого топлива включает в себя впрыск топлива в камеру сгорания при температуре окружающей среды, и, дополнительно, ввод водорода включает в себя впрыск водорода в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

17. Способ по п. 10, который включает в себя смешивание водорода и топлива в смесительной камере до впрыска водорода и топлива в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

18. Способ по п. 10, в котором неископаемое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% водорастворимого горючего вещества.

19. Способ по п. 14, в котором неископаемое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% изопропилового спирта.

20. Транспортное средство, содержащее:

двигатель внутреннего сгорания для использования только с неископаемым топливом, при этом двигатель содержит:

по меньшей мере один цилиндр, имеющий камеру сгорания;

впускной коллектор, находящийся в селективном сообщении по текучей среде с каждой по меньшей одной камерой сгорания;

источник водорода, выполненный с возможностью обеспечения водорода, и впуск воздуха, выполненный с возможностью обеспечения воздуха, при этом источник водорода и впуск воздуха находятся в сообщении по текучей среде с впускным коллектором для подачи водорода и воздуха через впускной коллектор в камеру сгорания;

источник топлива, выполненный с возможностью обеспечения неископаемого топлива, состоящего, по существу, из воды и 5-40 об.% водорастворимого горючего вещества;

топливный инжектор, выполненный с возможностью селективного впрыска топлива от источника топлива в камеру сгорания;

по меньшей мере один поршень в указанном по меньшей мере одном цилиндре, выполненный с возможностью перемещения внутри указанного по меньшей мере одного цилиндра и совместного сжатия водорода, воздуха и топлива в камере сгорания со степенью сжатия в диапазоне от 25/1 до 35/1, причем сжатый водород, воздух и топливо включают в себя по объему от 0,5 до 2,0% водорода; и

устройство зажигания, выполненное с возможностью зажигания сжатого водорода, воздуха и топлива в камере сгорания для выработки энергии.

21. Транспортное средство по п. 20, в котором топливо впрыскивается в камеру сгорания под давлением в диапазоне 13,79-206,84 бар.

22. Транспортное средство по п. 21, в котором топливо впрыскивается в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

23. Транспортное средство по п. 22, в котором водород вводится в камеру сгорания при температуре окружающей среды.

24. Транспортное средство по п. 21, в котором источник водорода выполнен с возможностью нахождения в селективном сообщении по текучей среде с камерой сгорания через инжектор, а впуск воздуха выполнен с возможностью нахождения в селективном сообщении по текучей среде с камерой сгорания через впускной коллектор.

25. Транспортное средство по п. 24, в котором водорастворимое горючее вещество является спиртом, предпочтительно изопропиловым спиртом.

26. Транспортное средство по п. 20, в котором неископаемое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% водорастворимого горючего вещества.

27. Транспортное средство по п. 21, в котором неископаемое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% изопропилового спирта.

28. Неископаемое топливо для двигателя внутреннего сгорания, выполненного для использования только неископаемого топлива, при этом топливо содержит:

воду и спирт в диапазоне от 5 до 40 об.%.

29. Топливо по п. 28, в котором спирт является спиртом, выбранным из изопропилового спирта, изобутанола, пропилового спирта, бутилового спирта, этилового спирта, метилового или смеси таких спиртов.

30. Топливо по п. 29, в котором спирт является изопропиловым спиртом.

31. Топливо по п. 28, в котором спирт является одним из формальдегида, ацетальдегида, бутиральдегида, бензальдегида, циннамальдегида, толуальдегида, фурфураля, ретинальдегида, глиоксала, малондиальдегида, суциндиальдегида, глютаральдегида, фталальдегида или их смесей.

32. Топливо по п. 28, в котором концентрация спирта находится в диапазоне 10-35 об.%.

33. Горючее неископаемое топливо, содержащее:

композицию неископаемого жидкого топлива, образованную из воды и спирта;

водородный газ; и

кислородный газ.

34. Топливо по п. 33, в котором неископаемое жидкое топливо содержит 70 об.% воды и 30 об.% спирта.

35. Топливо по п. 33, в котором спирт является спиртом, выбранным из изопропилового спирта, изобутанола, пропилового спирта, бутилового спирта, этилового спирта, метилового или смеси таких спиртов.

36. Топливо по п. 35, в котором спирт является изопропиловым спиртом.

37. Топливо по п. 33, в котором спирт является одним из формальдегида, ацетальдегида, бутиральдегида, бензальдегида, циннамальдегида, толуальдегида, фурфураля, ретинальдегида, глиоксала, малондиальдегида, суциндиальдегида, глютаральдегида, фталальдегида или их смесей.

38. Топливо по п. 33, в котором концентрация спирта находится в диапазоне 5-40 об.%.

39. Топливо по п. 33, в котором концентрация спирта находится в диапазоне 10-35 об.%.