СИСТЕМА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО ЖИДКОГО ТОПЛИВА И ГИПЕРБАРИЧЕСКОЙ ПОДАЧИ ТОПЛИВА ДЛЯ БЕНЗИНОВЫХ И ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2020 года по МПК F02D19/08 F02M25/00 F02M25/10 F02M25/12 F02M37/00 

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительно патентной заявки США №62/341,228, поданной 25 мая 2017 г. и включенной в настоящую заявку путем ссылки во всей полноте.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение относится к топливу для двигателей внутреннего сгорания, в частности, к гипербарической топливной системе, позволяющей улучшить эффективность использования ископаемого топлива без необходимости внесения значительных изменений в существующие топливные системы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] В известных системах предпринимались попытки осуществления доставки газообразного водорода в камеру сгорания посредством воздухозаборника или какого-либо другого способа впуска воздуха. Свойства водорода обуславливают потерю значительного количества газообразного водорода известными системами впуска воздуха, затруднения в обеспечении надлежащего впуска измеренного количества водорода, и на настоящий момент из уровня техники не известна система, обеспечивающая стабильную доставку оптимального количества водорода в камеру сгорания образом, располагающим к применению подобной системы в дорожных условиях. Известные способы впуска воздуха являются непрактичными и неэффективными. Следовательно, на данный момент на рынке практически отсутствуют системы впрыска водородного топлива для двигателей внутреннего сгорания.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Настоящее изобретение направлено на решение указанных выше и других задач путем обеспечения гипербарической топливной системы, производящей гидрогенизированное жидкое топливо для обеспечения реакций горения в двигателях с самовоспламенением от сжатия или с искровым зажиганием и улучшения эффективности использования ископаемого топлива без необходимости внесения значительных изменений в существующие топливные системы. Гидрогенизированное жидкое топливо позволяет уменьшить содержание NOx, CO и твердых частиц несгоревших углеводородов и снизить расход ископаемого топлива. Система производит газообразный водород и растворяет газообразный водород в жидком топливе посредством нескольких камер, включая гипербарическую камеру, между источником жидкого топлива и топливным насосом, подающим гидрогенизированное жидкое топливо в топливные форсунки. Неиспользованный газообразный водород и гидрогенизированное жидкое топливо рециркулируют, с тем чтобы минимизировать снижение эффективности. Предпочтительно, система содержит водяной резервуар и устройство электролиза для выработки газообразного водорода.

[0005] Согласно одному из аспектов изобретения, обеспечена гипербарическая смесительная камера. Водород производят, подвергают сжатию, и доставляют при заданных значениях давления в гипербарическую смесительную камеру, обеспечивающую сжатие и суспендирование газообразного водорода в ископаемом топливе. Газообразный водород не впрыскивают в движущийся поток топлива, а растворяют/суспендируют в нем, и соответственно, водород прикрепляется к молекулам углерода в жидкой основе топлива в гипербарической камере перед последующим перемещением далее по системе. Существующая топливная система, раскрытая в данной заявке, может быть изменена или отрегулирована с целью компенсации дополнительной энергии, вводимой в камеру сгорания при использовании гидрогенизированного ископаемого топлива, что дополнительно способствует снижению расхода топлива и улучшению показателей состава выхлопных газов.

[0006] Согласно другому аспекту изобретения, обеспечена система ввода газообразного водорода непосредственно в жидкую основу топлива и подачи и циркуляции гидрогенизированного жидкого топлива в топливные форсунки двигателя внутреннего сгорания и из них. Система растворяет газообразный водород в жидком бензине или в жидком дизельном топливе под давлением способом, сходным с растворением углекислого газа в жидкости при изготовлении газированных напитков. Под давлением газообразный водород растворяется, происходит его обнаружение, и он прикрепляется к молекулам углерода в жидкой основе топлива с образованием связей С - H на молекулярном уровне. Водород, растворенный/суспендированный в жидком ископаемом топливе, обычно остается в растворенном виде до момента возбуждения в местоположении, в котором доступна атмосфера или какие-либо другие средства выхода. Наличие растворенного водорода в жидком топливе в системе впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания безопасно и повышает эффективность двигателя.

[0007] Согласно еще одному аспекту изобретения, обеспечена система выработки двухкомпонентного топлива (гидрогенизированного ископаемого топлива). Выработка двухкомпонентного топлива в гипербарической камере значительно более эффективна в контексте использования газообразного водорода по сравнению с попытками ввода водорода путем впрыска через воздухозаборник или ввода под давлением в движущийся или нестатичный поток топлива. Исключены потери, вызываемые ламинарным потоком воздуха или кавитациями в жидкой основе топлива, возникающими вследствие существующих условий или работы топливного насоса. Энергия, содержащаяся в выработанном гипербарическим путем двухкомпонентном топливе, сохраняется при снижении давления в гипербарической смесительной камере вследствие того, что при отсутствии внешних динамических сил, возбуждающих полученный продукт, внутреннее давление остается неизменным с сохранением содержания сжатого водорода. Указанный феномен может быть назван "статическим наддувом с добавочной энергией".

[0008] Согласно еще одному аспекту изобретения, обеспечена система впуска и доставки водорода. Водород вырабатывают в системе путем электролиза воды. Вода обладает электропроводимостью, т.е. содержит пищевую соду или какой-либо другой проводник. Система впуска и доставки водорода не требует использования каких-либо топливных присадок, за исключением воды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Вышеприведенные и другие аспекты, признаки, и преимущества настоящего изобретения очевидны при рассмотрении нижеследующего более подробного описания, представленного в совокупности с нижеприведенными чертежами, на которых:

[0010] На ФИГ. 1 показана система впуска водорода, в которой использовано сжатие в топливном насосе согласно настоящему изобретению.

[0011] На ФИГ. 2 показана система впуска водорода, в которой использовано сжатие в гипербарической смесительной камере согласно настоящему изобретению.

[0012] Сходные компоненты на нескольких видах чертежей обозначены сходными позициями.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] В нижеследующем описании приведен предпочтительный на данный момент пример реализации изобретения. Данное описание не следует считать ограничивающим; описание приведено исключительно в целях описания одного или нескольких предпочтительных примеров реализации изобретения. Объем изобретения следует определять сопутствующей формулой изобретения.

[0014] При использовании терминов "примерно" и "по существу" в контексте элемента изобретения, указанные термины призваны описывать внешний вид признака при рассмотрении невооруженным глазом или восприятии человеком, а не описать точные измерения.

[0015] Первая система 10a впуска водорода, в которой использовано сжатие в топливном насосе, показана на ФИГ. 1. Генератор 12 водорода вырабатывает газообразный водород 18 и кислород 16 в результате электролиза воды, и отделяет газообразный водород 18 от нежелательных частиц и мусора в сепараторе 14 водорода. Газообразный водород 18, выработанный генератором 12 водорода, проходит через охладитель 20, входной порт 22, и топливный бак 24 (содержащий жидкое топливо 26) в топливный насос 28 высокого давления. Топливный насос 28 высокого давления растворяет водород 18 в жидком топливе 26 с образованием гидрогенизированного топлива 30. Молекулы водорода подвергают сжатию в топливном насосе 28 высокого давления, переносят с гидрогенизированным топливом 30, и подают в форсунки 40 посредством топливного насоса 28 высокого давления. Неиспользованное топливо 44 проходит через регулятор 42 давления и охладитель 46 в топливный бак 26 посредством входного порта 22.

[0016] Газообразный водород 18 и жидкое топливо 26 подаются в топливный насос 28 с помощью давления внутри топливного насоса 28 с целью растворения газообразного водорода 18 в жидком топливе 26 с образованием гидрогенизированного топлива 30, причем насыщение гидрогенизированного топлива 30 водородом зависит от уровня давления топливного насоса 28.

[0017] Вторая система 10d впуска водорода, в которой использовано сжатие в гипербарической смесительной камере, показана на ФИГ. 2. Генератор 12 водорода вырабатывает газообразный водород 18 и кислород 16 в результате электролиза воды, и отделяет газообразный водород 18 от кислорода 16 в сепараторе 14 водорода. Газообразный водород проходит через охладитель 20, обратный клапан 50a, компрессор 52, бесконтактный элемент 54 выпуска/управления и эжектор 56 в гипербарическую смесительную камеру 58.

[0018] Бак 60 с жидким топливом обеспечивает жидкое топливо 62, подаваемое через топливный насос 92, обратный клапан 50b и бесконтактный элемент 66 управления в гипербарическую смесительную камеру 58, в которой формируют гидрогенизированное жидкое топливо 30 путем растворения газообразного водорода 18 в жидком топливе 62 под воздействием давления, вырабатываемого компрессором 52 и эжектором 56. Перепад давления, вырабатываемый компрессором 52 более высокого давления, эжектором 56, и обратным клапаном 50c более низкого давления, обеспечивает проталкивание гидрогенизированного жидкого топлива 30 через обратный клапан 50c в регулятор 68 давления и бесконтактный элемент 70 управления, и затем в эластичный резервуар 72 для гидрогенизированного топлива. Из эластичного топливного резервуара 72 гидрогенизированное жидкое топливо 30 поступает в насос 74 для впрыска топлива и поступает в топливные форсунки 40.

[0019] При использовании двигателей внутреннего сгорания, содержащих систему возврата топлива, возвращаемое гидрогенизированное жидкое топливо 30 возвращают от форсунок через регулятор 42 давления, охладитель 46 и обратный клапан 50d в эластичный топливный резервуар 48, из которого возвращаемое топливо может быть повторно введено в гипербарическую смесительную камеру 58 посредством топливного насоса 88 через бесконтактный элемент 66 управления.

[0020] Бесконтактный элемент 66 управления содержит бесконтактный переключатель и элемент управления закрытия/открытия и определяет момент заполнения гипербарической смесительной камеры 58 жидким топливом, после чего элемент 66 перекрывает поток жидкого топлива 62 в гипербарическую смесительную камеру 58. Бесконтактный элемент 66 управления также определяет факт низкого содержания жидкого топлива в гипербарической смесительной камере 58 и открывает путь для потока дополнительного жидкого топлива 62 и возвращаемого топлива 44 в гипербарическую смесительную камеру 58. Тройная функция бесконтактного элемента 66 управления заключается в сохранении достаточного количества жидкого топлива 62 и возвращаемого топлива 44 в гипербарической смесительной камере 58 с целью растворения газообразного водорода 18 в жидком топливе, предотвращении обратного потока из гипербарической смесительной камеры 58 в условиях высокого давления и рециркуляции гидрогенизированного жидкого топлива 30 из эластичного резервуара 48 для гидрогенизированного топлива обратно в гипербарическую смесительную камеру 58. Газообразный водород 18 растворяют в жидком топливе 62 путем сжатия газообразного водорода 18 с внедрением в жидкое топливо 62 в гипербарической смесительной камере 58.

[0021] Сепаратор 14 водорода обеспечивает отчистку, в ходе которой обеспечивают циркуляцию газообразного водорода 18 в воде с целью удаления нежелательных частиц и мусора, образованных в результате электролиза. Вследствие наличия емкостной энергии при извлечении водорода из воды, процесс электролиза образует давление, которое движет частицы воды вперед. Сепаратор 14 водорода удаляет частицы воды из газообразного водорода 18, образованного в результате электролиза. В ходе выработки газообразного водорода 18 имеет место давление, обусловленное напряжением, растущее в ходе выхода водорода с высокой скоростью и выталкивающее частицы перед газообразным водородом 18.

[0022] Гидрогенизированное топливо 30 подают посредством топливного насоса 74 по топливным трубопроводам в топливные форсунки 40 для последующего ввода в камеру сгорания. Гидрогенизированное топливо 44, возвращенное от форсунок 40, подают через регулятор 42 давления и охладитель 46 с целью удаления нежелательного тепла и затем направляют через обратный клапан 50d в эластичный топливный резервуар 48.

[0023] Бесконтактный элемент 54 управления содержит бесконтактный переключатель и элемент управления закрытием/открытием подачи водорода. При определении бесконтактным элементом 54 управления факта заполнения гипербарической смесительной камеры 58 жидким топливом, бесконтактный элемент 54 управления вводит газообразный водород в гипербарическую смесительную камеру 58 посредством эжектора 56.

[0024] Гипербарическая смесительная камера 58 имеет сферическую или цилиндрическую форму. Внутри гипербарической смесительной камеры 58 осуществляют реакцию сжатия. Сжатый газообразный водород 18, введенный в гипербарическую смесительную камеру 58, вызывает повышение давления внутри гипербарической смесительной камеры, что приводит к растворению газообразного водорода 18 в жидком топливе 62. Соответственно, жидкое топливо становится "гидрогенизированным", или насыщенным водородом. Газообразный водород образует частицы/растворяется и прикрепляется к отдельным молекулам углерода с образованием связей между молекулами углерода и водорода внутри жидкой основы топлива. В зависимости от давления, под которым газообразный водород сжимают и вводят в гипербарическую смесительную камеру 58, обеспечена большая или меньшая степень насыщения жидкого топлива водородом.

[0025] Бесконтактный элемент 54 управления выпускает давление среды водорода из гипербарической смесительной камеры 58 после определения факта достижения требуемого внутреннего давления в гипербарической смесительной камере 58, и соответственно, разрежает атмосферу, окружающую сжатое гидрогенизированное жидкое топливо 30, и использует газообразный водород, оставшийся в гипербарической смесительной камере 58 после вывода гидрогенизированного топлива 30 в эластичный топливный резервуар 72. Выпущенный газообразный водород возвращают для дальнейшего использования, и соответственно, обеспечивают сохранение ценного газообразного водорода.

[0026] Гидрогенизированное жидкое топливо 30 выводят из гипербарической смесительной камеры 58 в эластичный топливный резервуар 72 через обратный клапан 50c, регулятор 68 давления и бесконтактный элемент 70 управления. Бесконтактный элемент 70 управления содержит бесконтактный переключатель и выполняет двойную функцию определения факта заполнения или незаполнения эластичного резервуара 72 для гидрогенизированного топлива и поддержания заполненного состояния эластичного резервуара 72 для гидрогенизированного топлива путем забора топлива из гипербарической смесительной камеры 58. Перепады давления между обратным клапаном 50c и комбинированным давлением компрессора 52 и эжектора 56 создают напорное давление, перемещающее гидрогенизированное жидкое топливо 30 из гипербарической смесительной камеры. Регулятор 68 давления доставляет гидрогенизированное жидкое топливо 30 в эластичный топливный резервуар 72 под низким давлением.

[0027] Топливный насос 74 принимает гидрогенизированное жидкое топливо 30 из эластичного топливного резервуара 72 и направляет гидрогенизированное жидкое топливо 30 по существующим топливопроводам в топливные форсунки 40, в которых водород, растворенный в гидрогенизированном жидком топливе 30, выходит из жидкого топлива и участвует в процессе горения в двигателе с целью достижения полного и эффективного сгорания.

[0028] Перепускной трубопровод 36 обеспечивает возможность забора топливным насосом 74 жидкого топлива 62 непосредственно из топливного бака 60 в случае, если эластичный топливный резервуар 72 содержит объем гидрогенизированного жидкого топлива 30, недостаточный для поддержания работы двигателя.

[0029] Смешивание газообразного водорода и жидкого топлива может быть осуществлено в диапазоне значений давления с целью получения требуемого количества растворенного водорода в гидрогенизированном топливе для минимизации вредного выхлопа транспортного средства. Согласно неисчерпывающим испытаниям, предпочтительное значение давления находится в диапазоне от 60 до 120 фунтов на квадратный дюйм манометрического давления (PSIG) (от 0,41 до 0,83 МПа), более предпочтительный диапазон составляет от 80 до 110 PSIG (от 0,55 до 0,76 МПа), а наиболее предпочтительное значение давления для минимизации вредного выхлопа транспортного средства составляет примерно 90 PSIG (0,62 МПа).

Промышленная применимость

[0030] Настоящее изобретение находит промышленное применение в области топлива с улучшенными характеристиками.

Согласно первому объекту изобретения предложена топливная система, содержащая:

источник (12) водорода, обеспечивающий газообразный водород (18);

топливный бак (60) для жидкого топлива, содержащий жидкое топливо (62);

гипербарическую смесительную камеру (58), сообщающуюся по текучей среде с источником (12) водорода для приема газообразного водорода (18) и сообщающуюся по текучей среде с топливным баком (60) жидкого топлива для приема жидкого топлива (62), причем гипербарическая смесительная камера (58) выполнена с возможностью растворения газообразного водорода (18) в жидком топливе (62) при давлении, превышающем давление окружающей среды, для выработки гидрогенизированного топлива (30), причем все потоки, протекающие в гипербарическую смесительную камеру (58) и из нее, проходят через обратные клапаны (50а, 50b, 50с, 50d); и

топливные форсунки (40), сообщающиеся по текучей среде с гипербарической смесительной камерой (58) для приема гидрогенизированного топлива (30) и впрыска гидрогенизированного топлива (30) в двигатель,

причем источник водорода (12) сообщается по текучей среде с гипербарической смесительной камерой (58) посредством компрессора (52) высокого давления, обеспечивающего давление в гипербарической смесительной камере (58) от 60 до 120 фунтов на квадратный дюйм манометрического давления (PSIG) (от 0,41 до 0,83 МПа).

В одном из вариантов, в топливной системе обеспечено управление посредством обратных клапанов всеми потоками, протекающими в гипербарическую смесительную камеру и из нее, для поддержания давления в гипербарической смесительной камере.

Согласно второму объекту изобретения предложена топливная система, содержащая:

источник водорода, обеспечивающий газообразный водород;

топливный бак для жидкого топлива, содержащий жидкое топливо;

гипербарическую смесительную камеру, сообщающуюся по текучей среде с источником водорода для приема газообразного водорода и сообщающуюся по текучей среде с источником жидкого топлива для приема жидкого топлива, причем смесительная камера выполнена с возможностью растворения газообразного водорода в жидком топливе при давлении, превышающем давление окружающей среды, для выработки гидрогенизированного топлива, причем все потоки, протекающие в гипербарическую смесительную камеру и из нее, проходят через обратные клапаны; и

топливные форсунки, сообщающиеся по текучей среде с гипербарической смесительной камерой для приема гидрогенизированного топлива и впрыска гидрогенизированного топлива в двигатель,

причем:

неиспользованное гидрогенизированное возвращаемое топливо последовательно сообщается по текучей среде между насосом для впрыска топлива и эластичным резервуаром для возвращаемого топлива посредством регулятора давления возвращаемого топлива, охладителя возвращаемого топлива и одного из обратных клапанов.

В одном из вариантов, бак для жидкого топлива и эластичный резервуар для возвращаемого топлива сообщаются по текучей среде с гипербарической смесительной камерой посредством третьего бесконтактного элемента управления, выполненного с возможностью обеспечения потока жидкого топлива и гидрогенизированного возвращаемого топлива в гипербарическую смесительную камеру для поддержания количества жидкого топлива, достаточного для продолжения выполнения процесса растворения газообразного водорода в жидком топливе, и для предотвращения обратного потока из гипербарической смесительной камеры.

В одном из вариантов, давление в гипербарической смесительной камере составляет от 60 до 120 фунтов на квадратный дюйм манометрического давления (PSIG) (от 0,41 до 0,83 МПа).

В одном из вариантов, давление в гипербарической смесительной камере составляет от 80 до 110 PSIG (от 0,55 до 0,76 МПа).

В одном из вариантов, давление в гипербарической смесительной камере составляет примерно 90 PSIG (0,62 МПа).

Согласно третьему объекту изобретения предложена топливная система, содержащая:

источник водорода, обеспечивающий газообразный водород;

топливный бак для жидкого топлива, содержащий жидкое топливо;

гипербарическую смесительную камеру, сообщающуюся по текучей среде с источником водорода для приема газообразного водорода и сообщающуюся по текучей среде с источником жидкого топлива для приема жидкого топлива, причем смесительная камера выполнена с возможностью растворения газообразного водорода в жидком топливе при давлении, превышающем давление окружающей среды, для выработки гидрогенизированного топлива, причем все потоки, протекающие в гипербарическую смесительную камеру и из нее, проходят через обратные клапаны; и

топливные форсунки, сообщающиеся по текучей среде с гипербарической смесительной камерой для приема гидрогенизированного топлива и впрыска гидрогенизированного топлива в двигатель,

причем:

жидкое гидрогенизированное топливо в гипербарической смесительной камере сообщается по текучей среде с эластичным резервуаром для гидрогенизированного топлива, имеющим только одно выпускное отверстие, причем указанное сообщение обеспечено посредством одного из обратных клапанов и регулятора давления; и

эластичный резервуар для гидрогенизированного топлива сообщается по текучей среде с топливными форсунками посредством насоса для впрыска топлива.

Согласно четвертому объекту изобретения предложена топливная система, содержащая:

источник водорода, обеспечивающий газообразный водород;

топливный бак для жидкого топлива, содержащий жидкое топливо;

гипербарическую смесительную камеру, сообщающуюся по текучей среде с источником водорода для приема газообразного водорода и сообщающуюся по текучей среде с источником жидкого топлива для приема жидкого топлива, причем смесительная камера выполнена с возможностью растворения газообразного водорода в жидком топливе при давлении, превышающем давление окружающей среды, для выработки гидрогенизированного топлива, причем все потоки,

протекающие в гипербарическую смесительную камеру и из нее, проходят через обратные клапаны; и

топливные форсунки, сообщающиеся по текучей среде с гипербарической смесительной камерой для приема гидрогенизированного топлива и впрыска гидрогенизированного топлива в двигатель,

причем:

источник водорода сообщается по текучей среде с компрессором высокого давления посредством охладителя и одного из обратных клапанов.

В одном из вариантов, обеспечена возможность ввода газообразного водорода в гипербарическую смесительную камеру посредством эжектора.

Согласно пятому объекту изобретения предложена топливная система, содержащая:

источник водорода, обеспечивающий газообразный водород;

топливный бак для жидкого топлива, содержащий жидкое топливо;

гипербарическую смесительную камеру, сообщающуюся по текучей среде с источником водорода для приема газообразного водорода и сообщающуюся по текучей среде с источником жидкого топлива для приема жидкого топлива, причем смесительная камера выполнена с возможностью растворения газообразного водорода в жидком топливе при давлении, превышающем давление окружающей среды, для выработки гидрогенизированного топлива, причем все потоки, протекающие в гипербарическую смесительную камеру и из нее, проходят через обратные клапаны; и

топливные форсунки, сообщающиеся по текучей среде с гипербарической смесительной камерой для приема

гидрогенизированного топлива и впрыска гидрогенизированного топлива в двигатель,

также содержащая первый бесконтактный элемент управления между источником водорода и гипербарической смесительной камерой, выполненный с возможностью обеспечения потока газообразного водорода в гипербарическую смесительную камеру в случае, если гипербарическая смесительная камера заполнена жидким топливом.

Согласно шестому объекту изобретения предложен способ обеспечения работы двигателя внутреннего сгорания на гидрогенизированном жидком топливе, включающий:

обеспечение газообразного водорода; обеспечение жидкого топлива;

смешивание газообразного водорода и жидкого топлива в гипербарической смесительной камере при высоком давлении с образованием гидрогенизированного топлива;

нагнетание гидрогенизированного топлива насосом для подачи топлива в топливные форсунки двигателя внутреннего сгорания;

рециркуляцию неиспользованного гидрогенизированного топлива в гипербарическую смесительную камеру; и

поддержание в гипербарической смесительной камере давления от 60 до 120 фунтов на квадратный дюйм манометрического давления (PSIG) (от 0,41 до 0,83 МПа).

В одном из вариантов, газообразный водород подают в гипербарическую смесительную камеру через первый обратный клапан и компрессор;

жидкое топливо подают в гипербарическую смесительную камеру через топливный насос и второй обратный клапан;

гидрогенизированное топливо подают из гипербарической смесительной камеры в эластичный резервуар для гидрогенизированного топлива через третий обратный клапан и первый регулятор давления;

гидрогенизированное топливо подают из эластичного резервуара для гидрогенизированного топлива в топливные форсунки посредством насоса для впрыска топлива; и

неиспользованное гидрогенизированное топливо рециркулируют в гипербарическую смесительную камеру через второй регулятор давления и четвертый обратный клапан.

В одном из вариантов, газообразный водород перед входом в гипербарическую камеру пропускают через первый охладитель.

В одном из вариантов, неиспользованное гидрогенизированное топливо перед возвратом в гипербарическую камеру пропускают через второй охладитель.

В одном из вариантов, способ также включающет рециркуляцию гидрогенизированного топлива в гипербарическую смесительную камеру через регулятор давления и второй охладитель.

В одном из вариантов, давление в гипербарической смесительной камере поддерживают за счет обратных клапанов на всех путях прохождения жидкости и газа в смесительную камеру и из нее.

Объем изобретения

[0031] Несмотря на то, что настоящее изобретение раскрыто в настоящем описании посредством конкретных примеров реализации и применения, специалист может внести в настоящее изобретение множество модификаций и вариаций, не выходящих за рамки объема настоящего изобретения, заданного в сопутствующей формуле изобретения.

Гипербарическая топливная система (10a, 10b) производит гидрогенизированное жидкое топливо (30) для обеспечения реакций горения в двигателях с самовоспламенением от сжатия или с искровым зажиганием и улучшения эффективности использования ископаемого топлива без необходимости внесения значительных изменений в существующие топливные системы. Гидрогенизированное жидкое топливо (30) позволяет уменьшить содержание NOx, CO, и твердых частиц несгоревших углеводородов, и снизить расход жидкого топлива (26). Система производит газообразный водород (18) и растворяет газообразный водород (18) в жидком топливе (26) посредством нескольких камер, включая гипербарическую смесительную камеру (58), между источником жидкого топлива и топливным насосом (28), подающим гидрогенизированное жидкое топливо (30) в топливные форсунки (40). Неиспользованный газообразный водород (18) и гидрогенизированное жидкое топливо (30) рециркулируют для минимизации потерь эффективности. Предпочтительно, система содержит водяной резервуар и устройство электролиза для выработки газообразного водорода. 6 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Топливная система, содержащая:

источник (12) водорода, обеспечивающий газообразный водород (18);

топливный бак (60) для жидкого топлива, содержащий жидкое топливо (62);

гипербарическую смесительную камеру (58), сообщающуюся по текучей среде с источником (12) водорода для приема газообразного водорода (18) и сообщающуюся по текучей среде с топливным баком (60) жидкого топлива для приема жидкого топлива (62), причем гипербарическая смесительная камера (58) выполнена с возможностью растворения газообразного водорода (18) в жидком топливе (62) при давлении, превышающем давление окружающей среды, для выработки гидрогенизированного топлива (30), причем все потоки, протекающие в гипербарическую смесительную камеру (58) и из нее, проходят через обратные клапаны (50а, 50b, 50с, 50d); и

топливные форсунки (40), сообщающиеся по текучей среде с гипербарической смесительной камерой (58) для приема гидрогенизированного топлива (30) и впрыска гидрогенизированного топлива (30) в двигатель,

причем источник водорода (12) сообщается по текучей среде с гипербарической смесительной камерой (58) посредством компрессора (52) высокого давления, обеспечивающего давление в гипербарической смесительной камере (58) от 60 до 120 фунтов на квадратный дюйм манометрического давления (PSIG) (от 0,41 до 0,83 МПа).

2. Топливная система по п. 1, в которой обеспечено управление посредством обратных клапанов всеми потоками, протекающими в гипербарическую смесительную камеру и из нее, для поддержания давления в гипербарической смесительной камере.

3. Топливная система, содержащая:

источник водорода, обеспечивающий газообразный водород;

топливный бак для жидкого топлива, содержащий жидкое топливо;

гипербарическую смесительную камеру, сообщающуюся по текучей среде с источником водорода для приема газообразного водорода и сообщающуюся по текучей среде с источником жидкого топлива для приема жидкого топлива, причем смесительная камера выполнена с возможностью растворения газообразного водорода в жидком топливе при давлении, превышающем давление окружающей среды, для выработки гидрогенизированного топлива, причем все потоки, протекающие в гипербарическую смесительную камеру и из нее, проходят через обратные клапаны; и

топливные форсунки, сообщающиеся по текучей среде с гипербарической смесительной камерой для приема гидрогенизированного топлива и впрыска гидрогенизированного топлива в двигатель,

причем:

неиспользованное гидрогенизированное возвращаемое топливо последовательно сообщается по текучей среде между насосом для впрыска топлива и эластичным резервуаром для возвращаемого топлива посредством регулятора давления возвращаемого топлива, охладителя возвращаемого топлива и одного из обратных клапанов.

4. Топливная система по п. 3, в которой бак для жидкого топлива и эластичный резервуар для возвращаемого топлива сообщаются по текучей среде с гипербарической смесительной камерой посредством третьего бесконтактного элемента управления, выполненного с возможностью обеспечения потока жидкого топлива и гидрогенизированного возвращаемого топлива в гипербарическую смесительную камеру для поддержания количества жидкого топлива, достаточного для продолжения выполнения процесса растворения газообразного водорода в жидком топливе, и для предотвращения обратного потока из гипербарической смесительной камеры.

5. Топливная система по п. 3, в которой давление в гипербарической смесительной камере составляет от 60 до 120 фунтов на квадратный дюйм манометрического давления (PSIG) (от 0,41 до 0,83 МПа).

6. Топливная система по п. 5, в которой давление в гипербарической смесительной камере составляет от 80 до 110 PSIG (от 0,55 до 0,76 МПа).

7. Топливная система по п. 6, в которой давление в гипербарической смесительной камере составляет примерно 90 PSIG (0,62 МПа).

8. Топливная система, содержащая:

источник водорода, обеспечивающий газообразный водород;

топливный бак для жидкого топлива, содержащий жидкое топливо;

гипербарическую смесительную камеру, сообщающуюся по текучей среде с источником водорода для приема газообразного водорода и сообщающуюся по текучей среде с источником жидкого топлива для приема жидкого топлива, причем смесительная камера выполнена с возможностью растворения газообразного водорода в жидком топливе при давлении, превышающем давление окружающей среды, для выработки гидрогенизированного топлива, причем все потоки, протекающие в гипербарическую смесительную камеру и из нее, проходят через обратные клапаны; и

топливные форсунки, сообщающиеся по текучей среде с гипербарической смесительной камерой для приема гидрогенизированного топлива и впрыска гидрогенизированного топлива в двигатель,

причем:

жидкое гидрогенизированное топливо в гипербарической смесительной камере сообщается по текучей среде с эластичным резервуаром для гидрогенизированного топлива, имеющим только одно выпускное отверстие, причем указанное сообщение обеспечено посредством одного из обратных клапанов и регулятора давления; и

эластичный резервуар для гидрогенизированного топлива сообщается по текучей среде с топливными форсунками посредством насоса для впрыска топлива.

9. Топливная система, содержащая:

источник водорода, обеспечивающий газообразный водород;

топливный бак для жидкого топлива, содержащий жидкое топливо;

гипербарическую смесительную камеру, сообщающуюся по текучей среде с источником водорода для приема газообразного водорода и сообщающуюся по текучей среде с источником жидкого топлива для приема жидкого топлива, причем смесительная камера выполнена с возможностью растворения газообразного водорода в жидком топливе при давлении, превышающем давление окружающей среды, для выработки гидрогенизированного топлива, причем все потоки,

протекающие в гипербарическую смесительную камеру и из нее, проходят через обратные клапаны; и

топливные форсунки, сообщающиеся по текучей среде с гипербарической смесительной камерой для приема гидрогенизированного топлива и впрыска гидрогенизированного топлива в двигатель,

причем:

источник водорода сообщается по текучей среде с компрессором высокого давления посредством охладителя и одного из обратных клапанов.

10. Топливная система по п. 9, в которой обеспечена возможность ввода газообразного водорода в гипербарическую смесительную камеру посредством эжектора.

11. Топливная система, содержащая:

источник водорода, обеспечивающий газообразный водород;

топливный бак для жидкого топлива, содержащий жидкое топливо;

гипербарическую смесительную камеру, сообщающуюся по текучей среде с источником водорода для приема газообразного водорода и сообщающуюся по текучей среде с источником жидкого топлива для приема жидкого топлива, причем смесительная камера выполнена с возможностью растворения газообразного водорода в жидком топливе при давлении, превышающем давление окружающей среды, для выработки гидрогенизированного топлива, причем все потоки, протекающие в гипербарическую смесительную камеру и из нее, проходят через обратные клапаны; и

топливные форсунки, сообщающиеся по текучей среде с гипербарической смесительной камерой для приема

гидрогенизированного топлива и впрыска гидрогенизированного топлива в двигатель,

также содержащая первый бесконтактный элемент управления между источником водорода и гипербарической смесительной камерой, выполненный с возможностью обеспечения потока газообразного водорода в гипербарическую смесительную камеру в случае, если гипербарическая смесительная камера заполнена жидким топливом.

12. Способ обеспечения работы двигателя внутреннего сгорания на гидрогенизированном жидком топливе, включающий:

обеспечение газообразного водорода; обеспечение жидкого топлива;

смешивание газообразного водорода и жидкого топлива в гипербарической смесительной камере при высоком давлении с образованием гидрогенизированного топлива;

нагнетание гидрогенизированного топлива насосом для подачи топлива в топливные форсунки двигателя внутреннего сгорания;

рециркуляцию неиспользованного гидрогенизированного топлива в гипербарическую смесительную камеру; и

поддержание в гипербарической смесительной камере давления от 60 до 120 фунтов на квадратный дюйм манометрического давления (PSIG) (от 0,41 до 0,83 МПа).

13. Способ по п. 12, в котором:

газообразный водород подают в гипербарическую смесительную камеру через первый обратный клапан и компрессор;

жидкое топливо подают в гипербарическую смесительную камеру через топливный насос и второй обратный клапан;

гидрогенизированное топливо подают из гипербарической смесительной камеры в эластичный резервуар для гидрогенизированного топлива через третий обратный клапан и первый регулятор давления;

гидрогенизированное топливо подают из эластичного резервуара для гидрогенизированного топлива в топливные форсунки посредством насоса для впрыска топлива; и

неиспользованное гидрогенизированное топливо рециркулируют в гипербарическую смесительную камеру через второй регулятор давления и четвертый обратный клапан.

14. Способ по п. 13, в котором газообразный водород перед входом в гипербарическую камеру пропускают через первый охладитель.

15. Способ по п. 13, в котором неиспользованное гидрогенизированное топливо перед возвратом в гипербарическую камеру пропускают через второй охладитель.

16. Способ по п. 12, также включающий рециркуляцию гидрогенизированного топлива в гипербарическую смесительную камеру через регулятор давления и второй охладитель.

17. Способ по п. 12, в котором давление в гипербарической смесительной камере поддерживают за счет обратных клапанов на всех путях прохождения жидкости и газа в смесительную камеру и из нее.