使用基于水的混合物作为燃料的内燃发动机及操作其的方法技术

一种内燃机包括具有燃烧室和活塞的汽缸，该活塞选择性地改变燃烧室的容积。燃烧室接收空气、氢气的混合物和基本上由水和可燃(优选非矿物)物质构成的液体燃料。点燃燃烧室的内容物以产生动力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于使用被喷射到氢气和空气的混合物中的由水和水溶性可燃物质构成的燃料来操作内燃机的方法和装置。
技术介绍
将矿物燃料用于运行在例如汽车和其它车辆中使用的发动机以及用于各种目的的很多其它发动机是以基于在19世纪开发的内燃机的非常老的概念为基础的。尽管持续最近50年对替代燃料进行密集研究和开发，但是从石油或天然气得到的矿物燃料本质上仍然是目前整个世界上使用的几乎所有内燃机的主要能源。 作为结果，矿物燃料的世界供应已严重耗竭，产生了短缺，并且石油价格过去40年一直在攀升。此外，这样的燃料非常有污染并且一些人提出其已是全球变暖的主要原因或其基本上促成全球变暖。所有这些因素导致很多努力来寻找除了常规矿物燃料之外的可再生能源和利用除了常规矿物燃料之外的可再生能源来产生动力。在过去几年已引入很多替代的燃料来减小石油耗竭的影响，包括混合动力汽车、电动车、生物柴油机、基于氢气的汽车等。然而，这些解决方案都不是有效的。该缺乏成功的一个原因是它们需要完全新的基础结构来用于发动机的制造以及燃料的生产和分配。而且，目前所提出的大多数解决方案与现有的发动机不兼容，并且因此替代所有现有矿物燃烧发动机的成本可能如此高，以使得其可能使基于替代燃料的任何解决方案不可接受(至少在短期不可接受)。 在过去很多人提议水作为燃料的来源，并且已经进行很多实验来测试这样的系统。这样的实验的基础是以下事实:水能够被分离为氢气和氧气并且所得到的化学计量混合物可被馈送到内燃机以产生动力。然而，过去的实验得到了不令人满意的结果。其成功的主要障碍是基于以下事实:将水分离为其组分所需要的能量远大于由发动机所产生的能量。此外，运行典型的汽车发动机所需的H2混合物的量太大以致不能使这样的系统变得实用。 目前在市场上可获得可用作使用矿物燃料的内燃机的附件或附加物的系统，然而独立的测试已显示:实际上，这些系统对发动机的总体效率具有非常小的影响(如果存在的话)。 在两个共同待决的申请中描述了由本专利技术人开发的系统，该系统包括从水生成小量的氢/氧气体混合物并且将小量的氢/氧气体混合物供应到标准的内燃机中的装置。(参见美国专利申请公开文本2010/0122902和2011/0203977)。更具体地，这些共同待决的申请描述了用于产生氢气和氧气的二比一混合物(通常称为褐色气体或ΗΗ0)的高效过程和装置。该混合物通过更有效地燃烧矿物燃料来帮助增大常规内燃机的效率。尽管后一系统比之前描述的系统更有效得多；其效率仍然被车辆上产生的氢气和氧气的量所限制。而且，所描述的内燃机仍然燃烧矿物燃料。
技术实现思路
简要地，内燃机包括具有燃烧室的汽缸，该燃烧室具有如通过以大体常规的方式往复的活塞来限定的可变容积。最初将氢气和空气馈送到燃烧室内。然后，将以细微液滴的形式的燃料喷射到被压缩的燃烧室中。然后将得到的液体/气体混合物压缩到非常高的压力，该压力引起温度上升，并且点火设备引起燃烧。燃烧得到热的和加压的气体，该热的和加压的气体引起活塞移动并且生成动力。有利地,燃料基本上由水和可燃物质组成。可燃材料是醇、丙酮、乙醛或其他可燃物质(优选溶于水的非矿物物质)。(术语非矿物用于指代实质上不由基于矿物、不可再生材料(例如石油或天然气)得出，而是由可再生源得到的燃料。)优选地，燃料在体积上包含大约10-40%的可燃材料。 本文描述的系统和方法可适用于任何发动机(例如旋转或喷气发动机)，并且不限于基于活塞的发动机，只要该发动机能够用于实施本专利技术的基本原理。该基本原理包括 (I)将氢气和空气与水和可燃水溶性燃料的溶液进行混合，(2)将混合物压缩到高压以在燃烧室中产生高热量以及非常易爆的混合物，以及(3)点燃易爆混合物以引起这样的气体的突然膨胀和蒸汽的形成，由此产生机械动力。 【附图说明】 图1示出了本专利技术的第一实施例，其中形成燃料的H2、空气和水溶液被直接引入发动机的燃烧室中，而H2和空气经由共同进气口被引入； 图2A和2B示出根据本专利技术来构造的内燃机的一些元件的截面图和侧视图； 图3示出第二实施例，其中成分在爆炸之前在燃烧室中首先被混合。 图4示出本专利技术的第三实施例，其中经由进气歧管引入空气，并且通过直接喷射的方式将H2引入压缩室。 【具体实施方式】 图1示出根据本专利技术构造的发动机100。发动机包括汽缸10，汽缸10具有通过杠杆结构14驱动轴(未示出)的往复活塞12。例如，专利技术人通过修改通常的下架的400cc的柴油发动机来构造实验发动机100。发动机100还包括常规的空气进气歧管26，其具有空气进气口 28和蝶形调整阀30、进气阀64、排气阀66、排气歧管70和燃料喷射器48。 在常规的四周期柴油发动机中，经由歧管26将空气吸入汽缸10的燃烧室50内，同时活塞12向下移动。进气阀64然后关闭，活塞12向上移动并且由喷射器48将柴油燃料喷射到室50内。活塞12压缩空气和燃料的混合物并且燃烧发生。然后活塞12向下移动以驱动轴并且再次向上移动，并且排气阀66打开，将剩余的气体经由排气歧管70排出。 修改的发动机100还包括氢气源20。在一个实施例中，源20被实施为反应器,反应器使用电解过程从水生成化学计量的H2/02气体混合物(本文称为褐色气体)。在美国专利申请公开文本2010/0122902和2011/0203977中更详细描述这样的过程的例子。经由管22和阀24将褐色气体馈送至进气歧管26内。应当理解的是，与空气量(其固有地还包括氧气)相比，被引入到进气歧管内的褐色气体的量是如此小，以致来自褐色气体的氧气是可不计的并且可被忽略。实际上，褐色气体发生器用作氢气源。显然，也可将其它类型的氢气发生器用作褐色气体发生器的替代物。 进气歧管26还经由空气进气口 28接收环境空气，并且如在下文将更详细讨论的，通过阀30控制流入室26内的空气量。 发动机100还包括保存燃料42的燃料箱40。通过泵46经由管44将燃料42提供到燃料喷射器48。 燃料箱中的燃料基本上由水和水中可溶的可燃物质组成。更特别地，所认为的是，该可燃物质应当在体积上30%可溶于水。可燃物质可包括醇、丙酮、乙醛和其它类似的、优选非矿物的物质或其混合物。在优选的实施例中，可燃物质是从异丙醇、异丁醇、丙醇、丁醇、乙醇、甲醇或这样的醇的混合物中选择的醇。 替代地，可燃物质是甲醛、乙醛、丁醛、苯甲醛、肉桂醛、甲苯甲醛、糠醛、视黄醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛、戊二醛、苯二醛或其混合物中的一种。 可燃材料的浓度可在5-40%的范围内，并且优选在10-35%的范围内。专利技术人发现特别是大约70%的水到30%的异丙醇的混合物是尤其有利的，因为其提供了良好的成本vs.性能特性。 通过泵43以在200-3000psi的范围内的压力来将来自燃料箱40的燃料42提供到燃料喷射器48。在一个实施例中，以大约2000PSI的压力喷射燃料。过去已提出一种系统，其中经由电解来将水分离成H2/02混合物并且然后将其馈送到发动机进气系统。这样的已知的发动机中使用的主要燃料是矿物燃料。在本发动机100中，燃料42基本上是可燃材料的水混合物，优选不具有矿物成分。 发动机100还包括将电流提供到延伸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机，包括：具有燃烧室和进气口的汽缸，所述输入歧管接收空气和氢气的气体混合物；活塞，该活塞穿过所述汽缸轴向地移动以选择性地改变所述燃烧室的大小；燃料源，其选择性地将燃料输送到所述燃烧室中，所述燃料基本上由水和可燃物质构成；以及点火设备，其被配置为选择性地点燃所述燃烧室的内容物以产生动力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.21 US 61/613,550;2013.03.20 US 13/847,5551.一种内燃机，包括: 具有燃烧室和进气口的汽缸，所述输入歧管接收空气和氢气的气体混合物； 活塞，该活塞穿过所述汽缸轴向地移动以选择性地改变所述燃烧室的大小； 燃料源，其选择性地将燃料输送到所述燃烧室中，所述燃料基本上由水和可燃物质构成；以及 点火设备，其被配置为选择性地点燃所述燃烧室的内容物以产生动力。2.根据权利要求1所述的内燃机，其中所述燃料包括5-40%的所述可燃物质。3.根据权利要求所述的内燃机，其中所述燃料包括10-35%的可燃物质。4.根据权利要求1所述的内燃机，其中所述可燃物质是水溶性的。5.根据权利要求1所述的内燃机，其中所述可燃物质是非矿物物质。6.根据权利要求1所述的内燃机，其中所述可燃物质是醇、丙酮和乙醛或其混合物中的一种。7.根据权利要求1所述的内燃机，其中所述可燃物质是从异丙醇、异丁醇、丙醇、丁醇、乙醇、甲醇或这些醇的混合物中选择的醇。8.根据权利要求1所述的内燃机，其中所述气体混合物包括在体积上占大约1/2或10%的氢气。9.根据权利要求1所述的内燃机，还包括由水生成褐色气体的反应器，所述褐色气体被馈送到所述进气口。10.根据权利要求1所述的内燃机，其中所述活塞、汽缸和汽缸盖被布置为产生在10/1到40/1的范围内的压缩比。...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚霍达·什穆利，埃坦·什穆利，多伦·什穆利，
申请(专利权)人：玫玛研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US