使用替代燃料的发动机

摘要

一种使用替代燃料的发动机，考虑使用植物油和水作为燃料，主要包括燃烧、润滑、电气、制冷和起动系统，以及发动机缸体（2）、汽缸盖（3）、油盘（4），每一汽缸（5）设有活塞（6）、连接杆（7）、曲轴（8）、燃烧室（9）、辅助预燃室（10）、进气阀（11）、排气阀（12）、进气管（13）、排气管（14）、专用超压安全阀（15）、安全阀管道（16）、火花塞（17）、植物油喷射器（18）、水喷射器（19），汽缸（5）或专用汽缸套（20），具有专用涂层或用专用材料（21）制成，两个实用的独立燃料容器及两个独立喷射系统。所述发动机（1）在运行中主要可以破坏水分子的化学键（电解电离），该过程中还包括一特别的皂化水解反应。

主权项

一种使用替代燃料的四冲程发动机（1），类似缺少火花塞的柴油发动机，主要由一润滑系统、一具备水套管（25）的冷却系统、专用电气与燃烧系统、一发动机缸体（2）、一汽缸盖（3）、一汽缸盖衬垫（3a）、一油盘（4）组成，其中，每个汽缸（5）包括一个活塞（6）、一连接杆（7）、一曲轴（8）、一燃烧室（9）、一通过喷嘴（24）通向燃烧室（9）的辅助预燃室（10）、一进气阀（11）、一排气阀（12）、一进气管（13）、一排气管（14）、一专用超压安全阀（15）、一个管道（16）、一用于所述安全阀（15）的管状螺栓（22）和软管（23），以及一个以上放置在所述汽缸盖（3）上且位于所述辅助预燃室（10）内的坚固的电热塞（17），其特征在于，使用植物油和水一起作为运行的燃料，包括：一用于启动发动机的专用起动系统、专用电气与燃烧系统、一专用超压安全阀（15）、一放置在所述汽缸盖（3）上且位于所述辅助预燃室（10）内的专用植物油喷射器（18）、一放置在所述汽缸盖（3）上且位于所述辅助预燃室（10）内的专用水喷射器（19）、一专用汽缸套（20），以专用材料（21）专用制造或涂覆专用的一些必要部件，包括所述的发动机（1），例如：所述活塞（6）、所述汽缸盖（3）及其底部区域或通向所述燃烧室（9）的区域、所述进气阀（11）、所述排气阀（12）、所述进气管（13）、所述排气管（14），以及所述辅助预燃室（10）和所述喷嘴（24），还包括两个独立的燃料容器，一个用于盛放植物油，一个用于盛放水，两个独立的喷射系统，一个用于喷射植物油，一个用于喷射水，在其运行中有具体的喷射进程，一个植物油的推进力，一个水的喷射进程，在其运行中，它包括从水中离解氢气（电解水分子）的方法，氢气离解作为主要或首要的转化或化学反应的一部分，以及植物油酯水解的特定化学反应；上述化学反应几乎同时发生燃烧，这些化学反应和整个方法都与发动机运行有关；每当最佳条件及必要条件满足时，此方法可以自然地在本发动机不同实施例中的辅助预燃室和燃烧室中实施，因此，上述方法包括如下步骤：a）通过反复试验确定最适合用于制造所述辅助预燃烧室和所述燃烧室（所述化学反应发生的地方）、以及与这些室相邻或接触的全部发动机部件的材料，这些室以及与之相邻的发动机部件可以由如下材料制成：不锈钢，是一种含铁、碳、铬和镍的合金，或一种只含铁、碳和镍的合金；具有一镍涂层的钢；具有一数层聚四氟乙烯的专用涂层的铝或钢； 具有一陶瓷涂层或一玻璃或陶瓷晶体搪瓷涂层的钢；已经通过实验室反复试验证明的任何其他的材料，用于提供所需反应的积极效果；这些材料可以模糊地使用在上述发动机的各部件，无需仅使用一种材料；b）确定形成部分所述反应（植物油和水）的部件的特定属性，例如所述部件达到不同温度及需要实施和理解所述方法的反应产物，如：可能用到的不同植物油的每一个临界温度，超过该温度，加热的植物油将开始发出烟雾和分解；所述植物油的临界温度必须是已知的，因为在该温度以上，当水或蒸汽在适当的环境（本发明的发动机的辅助预燃烧室和燃烧室）中喷在植物油上，所需的主要或首要反应就会发生；所述各种植物油的临界温度大致如下：橄榄油，210ºC；葵花籽油和豆油，170ºC；亚麻油和玉米油，160ºC；植物油的自燃温度（一产品将自燃的最低温度）取决于油的种类，每种油的自燃温度约为528ºC至620ºC；由于水分子组成为H2O，即两个氢原子和一个氧原子，而且水是反应的主要组分，亦需了解氢气离解时：氢气的自燃温度，约为580ºC；由于植物油酯水解也形成部分所述反应，并且如所知其形成的两种化合物，即羧酸和醇，亦需了解：羧酸的自燃温度，约为425ºC；取决于醇的种类，自燃温度约为378ºC到460ºC；c）如下过程中的决定和详细描述，公开了所述发动机中所述的化学反应发生的位置，可以是：在本发明的发动机提供的所述辅助预燃室中，燃料喷射主要发生在所述辅助预燃室中；这一过程将在发动机运行时发生，在进气冲程（气体进入汽缸和辅助预燃室）中，当活塞头接近但在到达底部止点之前，植物油的少量喷射发生在一个特定的辅助预燃室和所述燃烧室中，在压缩冲程（压缩进入的气体和喷射的植物油）中，在所述活塞头到达顶部止点前，水的少量喷射发生在上述辅助预燃室和所述燃烧室中；在水喷射时，从活塞头到顶部止点的距离取决于水喷射的进程，同样地在植物油喷射时，从活塞头到底部止点的距离取决于植物油喷射的进程，所述发动机旋转速度越快，这些进程将越大，当所述发动机起动（电热塞加热内置空气和植物油的辅助预燃烧室、燃烧室，然后起动电机运行）时，所述辅助预燃烧室、燃烧室在连续的燃烧冲程中将被加热；在进气冲程（气体进入）中喷射汽化植物油，当活塞头接近但在到达底部止点之前，喷射所述植物油；在喷射所述水前，即在所述活塞头到达顶部止点前，通过在压缩冲程（压缩进入的气体和喷射的植物油）中所述植物油的温度提高获得所述辅助预燃室的温度；通过在这些条件下使用的所述植物油达到的温度至少为其临界温度，且至多为其自燃温度以下的任一温度，然后，当活塞处于在压缩冲程中，在一个接近但在到达顶部止点之前的特定位置，将所述水喷射进所述辅助预燃室及少量喷射进所述燃烧室，当水或蒸汽喷到植物油时，如上所述的植物油将达到一个在其临界温度和其自燃温度（没有达到后者）之间的温度，所需的主要或首要反应，即以破坏水分子的方式将氢气从水中离解将会发生，理解这种离解作为一种主要或首要的转化或化学反应，包括且关联植物油酯水解的特定化学反应，从而使从水中离解氢气以及与将植物油酯进行水解的化学反应几乎与燃烧同时发生；在燃烧室或汽缸中，当本发明的发动机不具备辅助预燃室时，燃料喷射直接在发动机的燃烧室或汽缸中进行；这一过程将随着发动机的运行发生，在进气冲程（气体进入）中，当活塞实际上启动进气，活塞头接近顶部中心止点，但还与之远离，直接在燃烧室或汽缸中进行植物油喷射，然后以在压缩冲程（压缩进入的气体和喷射的植物油）中，在活塞头到达顶部止点前，直接在燃烧室或汽缸中进行水喷射；在水喷射时，从所述活塞头至顶部止点的距离取决于水喷射的进程，相似地，在植物油喷射时从所述活塞头至顶部止点的距离取决于植物油喷射的进程；所述发动机旋转速度越快，这些进度将越大；当所述发动机启动时（电热塞加热内置空气和植物油的燃烧室，启动电机运行），所述燃烧室在连续的燃烧冲程中将会变热；所述活塞在顶部止点实际上启动进气冲程，在进气冲程中直接喷射所述植物油气体至所述燃烧室或汽缸中，在喷射所述水之前，即在活塞到达顶部止点之前，在压缩冲程中所述喷射的植物油将获得所述燃烧室的温度及所述植物油的温度提高，通过在这些情况下使用的所述植物油达到的温度至少为其临界温度，且至多为其自燃温度以下的任一温度，然后，当活塞处于在压缩冲程中，在一个接近但在到达顶部止点之前的特定位置，将所述水喷射进所述辅助预燃室和汽缸；当水或蒸汽喷到植物油时，如上所述的植物油将达到一个在其临界温度和其自燃温度（没有达到后者）之间的温度，所需的主要或首要反应，即以破坏水分子的方式将氢气从水中离解将会发生，理解这种离解作为一种主要或首要的转化或化学反应，包括且关联植物油酯水解的特定化学反应，从而使从水中离解氢气以及与将植物油酯进行水解的特定化学反应几乎与燃烧同时发生；d）决定用于发动机（具备或不具备辅助预燃室）不同实施例中喷射的燃料量（植物油和水）和在适用的每种情况下所述辅助预燃室或燃烧室喷射植物油的量，即在本发明的发动机的任意改造形态下所述植物油的喷射量；所述植物油的喷射量与在相同的情况下的柴油发动机喷油器的喷射量相比或与混合物（植物油加水）总量相比，可约有50％至99％的比率或比例；所述植物油的喷射量还可以比前述提及的比率或比例更微少若干百分比；在如适用的每种情况下辅助预燃室或燃烧室中水的喷射量，即为本发明的发动机的任意改造形态下所述水的喷射量，所述水的喷射量与在相同的情况下的柴油发动机喷油器的喷射量相比或与混合物（植物油加水）总量相比，可约有1％至50％的比率或比例；所述水的喷射量还可以比前述提及的比率或比例更微高若干百分比；上述引用的植物油和水的百分比范围是估计值和近似值，并非限制性任何其他可以使用的百分比，因为这些将取决于配置发动机上采用不同的技术关系，如压缩比，膨胀比和化学计量比；因此，根据制造发动机的技术特征，所述规定的范围内最合适的植物油和水的百分比可以应用于本发明所述发动机的每一个具体实施例中；e）在本发明的发动机（具备或不具备辅助预燃室）中的所述化学反应的基本步骤的决定和详细描述；众所周知，植物油或甘油三酯，由三分子的不饱和脂肪酸（油酸）和1分子的醇（甘油）组成的酯类有机化合物；因此，其可以被认定为酯是由脂肪酸和甘油的组合所形成的化合物，有鉴于此，上述化学反应的基本步骤将被决定且说明如下：当植物油被以前述的方式加热，即用电热塞、空气的压缩及容置或引入（空气或植物油）至本发明的所述发动机的一个辅助预燃室或燃烧室（用合适的材料制成或涂覆）的植物油（利用活塞），达到其临界温度或更高的温度（未达到其自燃温度），植物油分解，释放其酯链；在这些情况下，当水或蒸汽喷到植物油上，所述油酯（油分子）将接触到水（水分子H2O），将其分离（水分子电解）或破坏其分子，离解成为氢离子或与氧原子的键断裂、脱离氧原子的带正电荷的质子H+与带负电荷的氢氧离子OH‑，使分离的水分子接触到植物油的酯，还包括在此过程中的植物油酯的化学水解反应，从而使酯分子分解成两部分，其中一部分与水分子被离解的质子H+（氢离子）反应以形成羧酸，同时另一部分与氢氧根离子OH‑反应形成醇，这些反应实际上几乎同时发生，所述反应和此方法的特征在于此方法从水中离解氢气（电解离解）以及水和植物油的酯的化学水解反应实际上几乎与燃烧同时发生，因此，最终的反应可以被描述为生成混合物燃烧最终结果的一种特殊类型的皂化反应。