BR112015010261B1 - Sistema de combustível de oxi-hidrogênio sob demanda para um motor de combustão interna - Google Patents

Abstract

gerador de oxi-hidrogênio sob demanda para um motor de combustão interna, e sistema de combustível de oxi-hidrogênio sob demanda para um motor de combustão interna um sistema de combustível de oxi-hidrogênio sob demanda inclui um gerador de oxi-hidrogênio que é incorporado em um motor de combustão interna padrão. um microcontrolador ativa o gerador de oxi-hidrogênio quando o oxi-hidrogênio é necessário. o oxi-hidrogênio é então misturado com os gases de escapamento a partir de uma válvula pcv que são reciclados através da tubulação de admissão. a adição do oxi-hidrogênio proporciona uma fonte de combustível muito eficiente que pode aumentar drasticamente a eficiência do combustível e reduzir as emissões.

Description

DESCRIÇÃO ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere em geral aos motores de combustão interna. Mais especificamente, a presente invenção se refere a um sistema de combustível de oxi-hidrogênio eletroliticamente gerado sob demanda que é incorporado no sistema de fornecimento de combustível de um motor de combustão interna padrão.

[0002] A operação básica dos motores de combustão interna baseados em pistão (ICE) convencionais varia com base no tipo funcional do processo de combustão, no número de cilindros e no uso desejado. Por exemplo, em um motor tradicional de dois tempos, o óleo é previamente misturado com combustível e ar antes de a mistura de óleo-combustível-ar ser injetada no cilindro, onde a mistura de óleo/combustível/ar é inflamada. Em um motor a gasolina de quatro tempos, típico, o combustível atomizado é previamente misturado com ar, comprimido por intermédio do movimento do pistão contra a cabeça de cilindro, e inflamado por uma vela de ignição que faz com que o combustível queime. Em um motor a diesel, o combustível e o ar são previamente misturados, atomizados e injetados no cilindro. Contudo, em um motor a diesel não há vela de ignição para proporcionar a ignição. Em vez disso, a mistura de combustível/ar é inflamada por intermédio da combinação do calor acumulado pela massa da cabeça de cilindro e compressão pelo pistão. Em cada tipo de motor ICE, o pistão é empurrado para baixo contra o eixo de manivelas por intermédio da pressão exercida pela expansão de combustível e ar, detonados. Gases de descarga podem sair do cilindro quando a rotação do eixo de manivelas e do eixo de cames abre a válvula de descarga. O movimento do pistão na oscilação subsequente cria um vácuo no cilindro que puxa o óleo/combustível/ar fresco adicional para dentro do cilindro, assim empurrando simultaneamente a exaustão restante para fora do orifício de exaustão e guiando os gases de desvio para fora da caixa de manivelas através da válvula de ventilação positiva da caixa de manivelas (PCV). O ímpeto adquirido aciona o pistão de volta para o curso de compressão quando da repetição do processo.

[0003] Em um motor a diesel ou gasolina, ao contrário de um motor de dois tempos, a lubrificação de óleo da caixa de manivelas e dos mancais de haste de conexão é sustentada por um sistema de distribuição de óleo que é separado da mistura de combustível/ar. Em um motor de propulsão a diesel ou gasolina, a mistura de combustível/ar na tubulação de admissão é puxada para dentro da câmara de combustão onde ela é inflamada seja pelas velas de ignição (em um motor a gasolina) ou mediante compressão. A câmara de combustão nos motores a gasolina e também nos motores a diesel é amplamente isolada da caixa de manivelas por intermédio de um conjunto de anéis de pistão que são dispostos em torno de um diâmetro externo de cada pistão dentro de cada cilindro de pistão. As vedações são incluídas no projeto do motor como uma forma de conter a pressão exercida por cada evento de ignição e forçar a saída dos gases de exaustão por intermédio do orifício de exaustão mais propriamente do que permitindo o escapamento dos gases quentes, pressurizados para dentro da caixa de manivelas.

[0004] Infelizmente, os anéis de pistão são incapazes de isolar e conter completamente os gases de exaustão pressurizados. Consequentemente, pequenas quantidades de óleo da caixa de manivelas destinado a lubrificar o cilindro em vez disso são puxadas para dentro da câmara de combustão e queimadas durante o processo de combustão. Isso é verdadeiro tanto nos motores a diesel como nos motores a gasolina. Adicionalmente, os gases residuais de combustão compreendendo o combustível não queimado e os gases de exaustão na câmara de combustão passam simultaneamente pelos anéis de pistão e entram na caixa de manivelas. Os gases residuais que entram na caixa de manivelas são comumente referidos como “escapamento” ou “gás de escapamento”. Os gases de escapamento podem consistir principalmente em contaminantes tais como hidrocarbonetos (combustível não queimado), dióxido de carbono e/ou vapor de água, todos os quais servem para contaminar o óleo mantido na caixa de manivelas do motor. A quantidade de gases de escapamento que vazam para dentro da caixa de manivelas pode ser várias vezes aquela da concentração de hidrocarbonetos na tubulação de admissão. Ventilar simplesmente esses gases para a atmosfera aumenta a poluição do ar.

[0005] Alternativamente, reter os gases de escapamento na caixa de manivelas permite que contaminantes condensem e se acumulem com o passar do tempo na caixa de manivelas do motor. Os contaminantes condensados formam ácidos corrosivos e sedimentos no interior dos componentes. Isso diminui a capacidade do óleo do motor na caixa de manivelas em lubrificar o cilindro e o eixo de manivelas. O óleo degradado que falha em lubrificar adequadamente os componentes do eixo de manivelas (por exemplo, hastes de conexão e eixo de manivelas) pode contribuir para o desgaste acelerado no motor, resultando em desempenho degradado do motor. A lubrificação inadequada da caixa de manivelas contribui para degradação dos anéis de pistão, o que reduz a eficácia da vedação entre a câmara de combustão e a caixa de manivelas.

[0006] À medida que o motor envelhece, as folgas entre os anéis de pistão e as paredes de cilindro aumentam, resultando em maiores quantidades de gases de escapamento entrando na caixa de manivelas. Gases de escapamento em excesso na caixa de manivelas resultam em perda de potência e eventual falha do motor. O vapor de água, condensado, carregado pelos gases de escapamento podem condensar dentro do motor, fazendo com que as peças do motor enferrujem. Em 1970, a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos determinou a introdução de sistemas de ventilação de caixa de manivelas para mitigar o volume de gases de escapamento que podiam se acumular na caixa de manivelas. Em geral, os sistemas de ventilação de caixa de manivelas evacuam os gases de escapamento a partir da caixa de manivelas por intermédio de um dispositivo referido como uma válvula de ventilação positiva de caixa de manivelas (PCV). Nos motores modernos, os gases de escapamento são depurados a partir da caixa de manivelas e reencaminhados de volta para a tubulação de admissão para ser outra vez queimados.

[0007] A válvula PCV torna a fazer circular (isto é, ventila) os gases de escapamento a partir da caixa de manivelas de volta para a tubulação de admissão de modo a serem outra vez queimados com um suprimento fresco de ar/combustível durante os ciclos subsequentes de combustão. Isso é particularmente desejável uma vez que os gases de escapamento prejudiciais não são simplesmente ventilados para a atmosfera.

[0008] Como parte de um esforço para combater a poluição na enseada de Los Angeles, o Estado da Califórnia começou a exigir os sistemas de controle de emissão em todos os modelos de carros começando na década de 60. O Governo Federal estendeu essas normas de controle de emissão nacionalmente em 1968. O Congresso aprovou o Clear Air Act em 1970 e estabeleceu a Agência de Proteção Ambiental (EPA). Desde então, os fabricantes de veículos tiveram que atender a uma série de padrões de controle de emissão, graduados, para a produção e manutenção dos veículos. Isso envolveu a implementação de dispositivos para controlar as funções do motor e diagnosticar os problemas de motor. Mais especificamente, os fabricantes de automóveis começaram a integrar os componentes eletricamente controlados, tais como sistemas de ignição e injeção elétrica de combustível. Sensores também foram adicionados para medir a eficiência do motor, desempenho do sistema e poluição. Esses sensores foram capazes de ser acessados para assistência de diagnóstico prematura.

[0009] Diagnóstico Integrado (OBD) se refere aos sistemas de autodiagnóstico de veículo, prematuro e recursos de informação desenvolvidos e instalados nos automóveis pelos fabricantes. Os sistemas OBD proporcionam informação do estado atual para os vários subsistemas de veículo. A quantidade de informação de diagnóstico disponível por intermédio de OBD tem variado amplamente desde a introdução de computadores integrados em automóveis no início da década de 80. OBD originalmente acendia uma luz indicadora de mau funcionamento (MIL) para um problema detectado, mas não proporcionava informação com relação à natureza do problema. Implementações de OBD modernas utilizam uma porta de comunicação digital de alta velocidade padronizada para fornecer dados em tempo real em combinação com a série padronizada de códigos de problemas de diagnóstico (DTCs) para facilitar a rápida identificação de defeitos e corretivos correspondentes a partir de dentro do veículo.

[00010] O California Air Resources Board (CARB ou simplesmente ARB) desenvolveu normas para impor a aplicação da primeira encarnação de OBD (conhecida agora como “OBD-I”). O objetivo de CARB era a de incentivar os fabricantes de automóveis a projetar sistemas de controle de emissão, seguros. CARB visou diminuir as emissões de veículo na Califórnia mediante negação de registro aos veículos que não passassem nos padrões de emissão de veículo CARB. Infelizmente, OBD-I não foi bem-sucedida no momento devido ao fato de que a infraestrutura para testar e informar as informações de diagnóstico específicas para emissões não era padronizada ou amplamente aceita. Dificuldades técnicas na obtenção de informação de emissões, padronizada e confiável a partir de todos os veículos resultaram em uma incapacidade sistêmica em efetivamente implementar um programa de testes de emissões, anual.

[00011] OBD se tornou mais sofisticado após a implementação inicial de OBD-I. OBD-II foi um novo padrão introduzido na metade da década de 90 que implementou um novo conjunto de padrões e práticas desenvolvidos pela Society of Automotive Engineers (SAE). Esses padrões eventualmente foram adotados pela EPA e CARB. OBD-II incorpora recursos aperfeiçoados que proporcionam melhores tecnologias de monitoramento de motor. OBD-II também monitora as peças do chassi, dispositivos acessórios e carroceria, e inclui uma rede de controle de diagnóstico de automóvel. OBD-II foi aperfeiçoado em relação ao OBD-I não apenas em termos de capacidade como também de padronização. OBD-II especifica o tipo de conector de diagnóstico, configuração de pinos, protocolos de sinalização elétrica, formato de troca de mensagens e fornece uma lista extensível de códigos de problemas de diagnóstico (DTCs). OBD- II também monitora uma lista específica de parâmetros de veículo e codifica os dados de desempenho para cada um desses parâmetros. Assim, um único dispositivo pode consultar o computador(es) integrado em qualquer veículo. Essa simplificação de informe de dados de diagnóstico conduziu à praticabilidade do programa de testes de emissões abrangentes previstos pela CARB.

[00012] O uso de gás de oxi-hidrogênio eletroliticamente gerado tem sido conhecido como suplementando a combustão do combustível desde a metade do século 18. Em 1966, Henry Cavendish, um cientista britânico, famoso por sua descoberta de oxi-hidrogênio ou o que ele chamou de “ar inflamável”, descreveu a densidade de ar inflamável, que formava água na combustão, em um documento oficial de 1966, intitulado “On Factitious Airs”. Antoine Lavoisier posteriormente reproduziu o experimento de Cavendish e deu aos elementos o seu nome (oxi-hidrogênio). Em 1918, Mr. Charles H. Frazer patenteou o primeiro sistema “Impulsionador de Hidrogênio” para motores de combustão interna sob a Patente norte-americana US 1.262.034. Nessa patente, Frazer declarou que sua invenção “1 - aumenta a eficiência dos motores de combustão interna. 2 - Combustão completa de hidrocarbonetos. 3 - Um motor permanecerá mais limpo. 4 - Categoria inferior de combustível pode ser usada com desempenho igual”. Em 1935, o inventor Henry Garrett patenteou um carburador eletrolítico que possibilitava que seu automóvel funcionasse com água de torneira. Entre 1943-1945, em resposta à falta de combustível convencional, o exército britânico usou geradores de gás oxi-hidrogênio em seus tanques, barcos e outros veículos para obter melhor milhagem e para prevenir superaquecimento do motor para os veículos usados na África. No final da 2a Guerra Mundial, o Governo britânico ordenou a remoção e destruição de todos esses geradores. Em 1974, o inventor Yull Brown (originalmente um estudante búlgaro chamado Ilya Velbov 1922 - 1998) da Austrália depositou uma patente sobre o seu projeto do “Brown’s Gas Electrolyzer”. Em 1977, os cientistas e engenheiros no NASA Lewis Research Center conduziram uma série de testes utilizando motores de pistões V8 de bloco grande, americano, completamente instrumentado e montado em um dinamômetro. A sua pesquisa se concentrou na determinação dos efeitos exercidos pela introdução de gás oxi-hidrogênio no ciclo de combustão de um ICE típico. Os resultados de seus estudos foram publicados em NASA TN D-8478 C.1, datado de maio de 1977, em um documento oficial intitulado “EMISSIONS AND TOTAL ENERGY CONSUMPTION OF A MULTICYLINDER PISTON ENGINE RUNNING ON GASOLINE AND A HYDROGEN-GASOLINE MIXTURE”.

[00013] Em 1983, Dr. Andrij Puharich obteve a Patente norte- americana US 4.394.230 intitulada “Method and Apparatus for Splitting Water Molecules”. Esse aparelho foi testado independentemente pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts e operava em uma taxa de eficiência de energia superior a 80 por cento. Em 1990, Mr. Juan Carlos Aguero teve expedidas as Cartas Patente para um sistema de transformação de energia para motores de combustão interna que utiliza oxi- hidrogênio & vapor, sob a Patente européia 0 405 919 A1. Em 1990, Mr. Stanley A. Meyer foi expedida para Cartas Patente para um método para a produção de um gás de combustível de oxi-hidrogênio utilizando um Circuito Ressonante Dielétrico, sob a Patente norte-americana N° 4.936.961 - 26 de junho de 1990. Em janeiro de 2006, TIAX publicou um documento oficial intitulado “Application of Hydrogen-Assisted Lean Operation of Natural Gas-Fueld Reciprocating Engines” (HALO), um relatório científico &técnico final preparado sob o contrato DE-FC26- 04NT42235 com o Departamento de Energia dos Estados Unidos. O Resumo cita os seguintes resultados - “Dois desafios essenciais que defrontam os Motores de Gás Natural usados para fins de geração combinada são: a vida útil das velas de ignição e as elevadas emissões de NOx. Utilizando Operação Fraca Auxiliada de Hidrogênio (HALO), esses dois problemas fundamentais são tratados simultaneamente. A operação HALO, conforme demonstrado nesse projeto, permite que operação estável do motor seja obtida em condições ultra-pobres (proporções relativas de ar-combustível de 2), que virtualmente elimina a produção de NOx. Valores de NOx de 10 ppm (0.07 g/bhp-hr NO) para suplementação a 8% (LHV H2/LHV CH4) em um nível de exaustão de O2 de 10% foram demonstrados, que é uma redução de 98% das emissões de NOx em comparação com a condição de operação não suplementada mais pobre. Redução de energia de ignição de centelha (que aumentará a durabilidade do sistema de ignição) foi realizada em um nível de oxigênio de 9%, levando a um nível de emissão de NOx de 28 ppm (0.13 g/bhp-hr NO). Os testes de redução de energia de ignição por centelha descobriram que a energia de centelha poderia ser reduzida em 22% (a partir de 151 mj fornecida à bobina) com suplementação de oxi-hidrogênio a 13% (LHV H2/LHV CH4) e reduzida adicionalmente em 27% com suplementação de oxi- hidrogênio a 17%, com nenhum efeito que pudesse ser informado sobre as emissões de NOx para essas condições e com saída de torque estável do motor. Outro resultado importante é que a duração de combustão mostrou ser apenas uma função da suplementação de oxi-hidrogênio, não uma função da energia de ignição (até que foi atingido o limite de capacidade de ignição). A próxima etapa lógica conduzida a partir desses resultados promissores é a de ver o grau em que a redução de energia de centelha se converte em aumento da durabilidade da vela de ignição, o que pode ser realizado pelos testes de durabilidade”. Em 2006, foi conferida a Mr. Dennis J. Klein e Dr. Rugerro M. Santilli (USA) a Publicação de Patente norte- americana US 2006/0075683 A1 para “Apparatus and method for the conversion of water into a new gaseous and combustible form and the combustible gas formed thereby”. Em 2007, sob o contrato número NAS7-100, o Jet Propulsion Laboratory em Pasadena, California, emitiu um documento oficial intitulado “Feasibility Demonstration of a Road Vehicle Fueled with Hydrogen-enriched Gasoline”. A sua pesquisa demonstrou que a adição de misturas estequiométricas de gás oxi-hidrogênio à gasolina queimada em um ICE convencional reduziu as emissões de NOx em um ICE convencional “...reduziu as emissões de NOx e aperfeiçoou a eficiência térmica”.

[00014] Contudo, esses sistemas têm vários problemas existentes. Uma das abordagens envolve gerar oxi-hidrogênio em uma base contínua e armazenar o oxi-hidrogênio para extração quando necessário. Contudo, carregar eletricamente as chapas de gerador requer muito de um alternador padrão, assim um alternador de desempenho superior é exigido. Além disso, os consumidores têm ficado receosos dos sistemas de oxi- hidrogênio existentes devido ao fato de que esses sistemas produzem constantemente oxi-hidrogênio e armazenam o mesmo. Isso poderia criar potencialmente preocupações de explosão devido ao oxi-hidrogênio armazenado que permanece no automóvel.

[00015] Vários problemas inibem a eficácia da adição de gás oxi-hidrogênio para suplementar a combustão do combustível nos ICE convencionais. Nenhum dos geradores de oxi-hidrogênio patenteados ou comercialmente disponíveis é controlado por computador de uma forma que seja compatível com os sistemas de ECM OBD-II e OBD-III. Adicionalmente, os geradores de oxi- hidrogênio existentes projetados para uso nos automóveis geram quantidades substanciais de vapor de água, que são intrinsecamente prejudiciais aos componentes ferrosos que compreendem os motores modernos.

[00016] Consequentemente, a presente invenção reconhece a necessidade de um sistema de gerador de gás oxi-hidrogênio que forneça volumes estequiométricos controlador por computador de gás sob demanda, que não exija a geração e armazenamento de gás oxi-hidrogênio para uso posterior, que seja compatível com os parâmetros de operação intrínsecos aos módulos de gerenciamento de motor eletronicamente controlados, e não gere uma quantidade significativa de vapor de água. A presente invenção satisfaz essas necessidades e fornece outras vantagens relacionadas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[00017] A presente invenção se refere a um gerador de oxi- hidrogênio sob demanda para uso em motores de combustão interna. O gerador de oxi-hidrogênio descrito pela presente invenção compreende um reservatório de fluido contendo uma solução de eletrólito. Uma tampa configurada para cobrir e vedar, por exemplo, engatar de forma vedada, uma abertura no reservatório de fluido tem um terminal positivo, um terminal negativo e uma saída de gás. A saída de gás está em comunicação de fluido com um interior do reservatório de fluido. Um par de chapas de eletrodo é fixado na tampa e se estende para o interior do reservatório de fluido de modo a ser ao menos parcialmente submerso na solução de eletrólito. Uma do par de chapas de eletrodo é acoplada eletricamente ao terminal positivo e a outra do par de chapas de eletrodo é acoplada eletricamente ao terminal negativo. Cada uma do par de chapas de eletrodo compreende preferivelmente uma série de chapas de metal. A série de chapas de metal feitas de um metal selecionado do grupo consistindo em zinco, cádmio, ouro, platina e paládio. A série de chapas de metal também pode compreender um catalisador em reação de eletrólise de água.

[00018] A solução de eletrólito compreende preferivelmente água misturada com um sal eletrolítico, tal como nitrato de potássio, bicarbonato de sódio ou semelhante. O gerador de oxi-hidrogênio compreende preferivelmente um reservatório secundário conectado ao reservatório de fluido mediante tubos ou canos apropriados. O reservatório secundário contém solução de eletrólito adicional. O gerador também pode incluir um sensor configurado para detectar e regular o nível da solução de eletrólito no reservatório de fluido mediante fornecimento de solução adicional a partir do reservatório secundário.

[00019] Um sistema de combustível de oxi-hidrogênio sob demanda para um motor de combustão interna compreende um gerador de oxi-hidrogênio conforme descrito acima configurado para eletrolisar a solução de eletrólito. A saída de gás no gerador de oxi-hidrogênio é configurada para liberar gás oxi- hidrogênio produzido pela eletrólise da solução de eletrólito. A saída de gás é acoplada mediante fluido a uma tubulação de admissão no motor. Um microcontrolador é conectado de forma operativa ao gerador de oxi-hidrogênio e configurado para seletivamente alimentar o gerador de oxi-hidrogênio em resposta a uma demanda por oxi-hidrogênio.

[00020] A saída de gás preferivelmente é acoplada mediante fluido a um sistema de controle de poluição configurado para reciclar os gases de escapamento a partir de uma caixa de manivelas no motor de combustão interna para a tubulação de admissão. O sistema de controle de poluição compreende preferivelmente uma válvula PVC em linha com uma linha de ventilação a partir da caixa de manivelas e uma linha de retorno de escapamento para a tubulação de admissão. A saída de gás pode ser acoplada à linha de ventilação a partir da caixa de manivelas, a linha de retorno de escapamento à tubulação de admissão, ou a válvula PCV. O microcontrolador também é conectado operativamente à válvula PCV e configurado para regular um regime de fluxo dos gases de escapamento através da válvula PCV.

[00021] Os terminais positivos e negativos do gerador de oxi- hidrogênio são preferivelmente conectados eletricamente a uma fonte de energia do motor. A fonte de energia pode compreender uma bateria ou um alternador.

[00022] Outras características e vantagens da presente invenção se tornarão evidentes a partir da descrição mais detalhada seguinte, tomada em conjunto com os desenhos anexos que ilustram como exemplo, os princípios da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00023] Os desenhos anexos ilustram a invenção. Em tais desenhos: A Figura 1 é um diagrama esquemático de um automóvel, ilustrando vários sensores assim como um microcontrolador e uma válvula PCV e um gerador de oxi-hidrogênio sob demanda acoplado operativamente à válvula PCV e microcontrolador, de acordo com a presente invenção; A Figura 2 é uma vista em seção transversal diagramática de um motor de combustão interna ilustrando a incorporação do gerador de oxi-hidrogênio da presente invenção; A Figura 3 é uma vista em perspectiva de uma tampa e chapas de eletrodo do gerador de oxi-hidrogênio da presente invenção; e A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um gerador de oxi-hidrogênio incorporando a presente invenção gerando oxi-hidrogênio, e acoplado a um reservatório de borbulhamento opcional.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[00024] Como mostrado nos desenhos, com o propósito de ilustração, a presente invenção se refere a um sistema de combustível de oxi-hidrogênio sob demanda que é incorporado em um motor de combustão interna padrão. O gerador de oxi- hidrogênio incorporando a presente invenção é referido geralmente pelo número de referência 100. Em uma modalidade particularmente preferida, o gerador de oxi-hidrogênio 100 da presente invenção é incorporado em um sistema de controle de poluição, tal como aquele ilustrado e descrito na Patente norte-americana US 8.360.038, cujo conteúdo é aqui incorporado mediante referência, ou Pedido dos Estados Unidos N° de Série 61/754.384, cujo conteúdo também é incorporado aqui mediante referência. Como tal, o oxi-hidrogênio gerado pelo sistema da presente invenção é adicionado aos gases de escapamento regulados por um microcontrolador 10 e uma válvula PVC 12.

[00025] Na Figura 1, o microcontrolador 10 é montado preferivelmente sob um capô de um automóvel 16. O microcontrolador 10 é acoplado eletricamente a um ou mais de uma pluralidade de sensores que monitoram e medem as condições de operação em tempo real e o desempenho do automóvel 16. O microcontrolador 10 regula o regime de fluxo dos gases de escapamento mediante regulagem do vácuo do motor em um motor de combustão através do controle digital de uma válvula PCV 12. O microcontrolador 10 recebe uma entrada em tempo real a partir dos sensores que poderiam incluir um sensor de temperatura de motor 18, um sensor de vela de ignição 20, um sensor de bateria 22, um sensor de válvula PCV 24, e sensor de RPM de motor 26, um sensor de acelerômetro 28, e um sensor de exaustão 30. Os dados obtidos a partir dos sensores 18, 20, 22, 24, 26, 28 e 30 pelo microcontrolador 10 são usados para regular a válvula PCV 12, como descrito em mais detalhe abaixo.

[00026] A Figura 2 é um desenho esquemático a operação do microcontrolador 10 em conjunto com a válvula PCV 12 em um moto de carro 15. Como mostrado na Figura 2, a válvula PCV 12 é disposta entre uma caixa de manivelas 49, de um motor 15, e uma tubulação de admissão 51. Em operação, a tubulação de admissão 51 recebe uma mistura de combustível e ar por intermédio de uma linha de combustível 41 e uma linha de ar 42, respectivamente. Um filtro de ar 44 pode ser disposto entre a linha de ar 42 e a linha de admissão de ar 46 para filtrar o ar fresco antes da mistura com combustível na tubulação de admissão 51. A mistura de ar/combustível na tubulação de admissão 51 é fornecida a um cilindro de pistão 48 quando um pistão 50 desce no sentido para baixo dentro do cilindro 48 a partir do ponto morto superior. Isso cria um vácuo dentro da câmara de combustão 52. Consequentemente, um eixo de cames de entrada 54 girando em metade da velocidade do eixo de manivelas 49 é projetado para abrir uma válvula de admissão desse modo submetendo à tubulação de admissão 51 ao vácuo do motor. Assim, o combustível/ar é puxado para dentro da câmara de combustão 52 a partir da tubulação de admissão 51.

[00027] O combustível/ar na câmara de combustão 52 é inflamado por uma vela de ignição 58 (em um motor a gasolina). A rápida expansão do combustível/ar inflamado na câmara de combustão 52 causa depressão do pistão 50 dentro do cilindro 48. Após a combustão, um eixo de cames de exaustão 60 abre uma válvula de exaustão 62 para permitir o escapamento dos gases de combustão a partir da câmara de combustão 52 para fora de uma linha de exaustão 64. Tipicamente, durante o ciclo de combustão, os gases de exaustão em excesso escapam por um par de anéis de pistão 66 montados na cabeça 68 do pistão 50. Esses “gases de escapamento” entram na caixa de manivelas 49 como gases de alta temperatura e pressão. Com o passar do tempo, gases de exaustão prejudiciais tais como hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxido nitroso e dióxido de carbono podem se condensar a partir de um estado gasoso e revestir o interior da caixa de manivelas 49 e se misturar com o óleo 70 que lubrifica as partes mecânicas dentro da caixa de manivelas 49.

[00028] Porém, a válvula PCV 12 é projetada para ventilar esses gases de escapamento a partir da caixa de manivelas 49 para a tubulação de admissão 51 para ser reciclados como combustível para o motor 15. Isso é realizado mediante uso do diferencial de pressão entre a caixa de manivelas 49 e a tubulação de admissão 51. Em operação, os gases de escapamento saem da caixa de manivelas de pressão relativamente superior 49 através de um suspiro 72 e se deslocam através de uma linha de ventilação 74 da válvula de PCV 12, de uma linha de escapamento 76 e para dentro de uma tubulação de admissão de pressão relativamente inferior 51 acoplada à mesma. Consequentemente, a quantidade de gases de escapamento ventilados a partir da caixa de manivelas 49 para a tubulação de admissão 51 por intermédio da válvula PCV 12 é regulada de forma digital pelo microcontrolador 10, o qual é conectado à válvula PCV por intermédio de fios de conexão 32. O microcontrolador 10 é energizado por uma bateria 11 e aterrado na conexão de aterramento 13.

[00029] Especificamente, a ventilação dos gases de escapamento com base na velocidade do motor, e em outras características de operação de um automóvel, diminui a quantidade de hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxido de nitrogênio e emissões de dióxido de carbono. A válvula PCV 12 e o microcontrolador 10 reciclam os gases mediante queima dos mesmos no ciclo de combustão. As grandes quantidades dos contaminantes não mais são expelidas a partir do veículo por intermédio da descarga. Portanto, quando instalados em um motor de automóvel, a válvula PCV 12, e o microcontrolador 10, são capazes de reduzir as emissões de poluição do ar para cada automóvel, aumentando a milhagem de gás por galão, aumentando o desempenho em cavalos de força, reduzindo o desgaste do motor, devido à baixa retenção de carbono e reduzindo drasticamente o número de trocas de óleo, exigidas.

[00030] Em operação, o microcontrolador 10 funciona em três estados. Em primeiro lugar, a partir da ignição do veículo, o microcontrolador 10 faz com que o solenóide 80 na válvula PCV 12 permaneça fechado, como descrito acima. Isso porque o motor 15 do veículo produz grandes quantidades de poluição enquanto ainda aquecendo. Quando o motor 15 estiver adequadamente aquecido, ele funciona mais eficientemente e produz menos poluição. Nesse ponto, o microcontrolador 10 entra no próximo estado e funciona como um comutador de janela com base no RPM do moto. Enquanto o motor está operando com certa faixa de RPM, o microcontrolador 10 causa a abertura do solenóide 80 na válvula PCV 12. Quando o motor sai daquela faixa de RPM, o solenóide 80 na válvula PCV 12 fecha outra vez. Se o veículo estiver sendo conduzido em condições onde o RPM permanece na faixa determinada por longos períodos de tempo (isto é, condução em autopista), então o microcontrolador 10 ativa uma sequência de temporização de modo que o diagnóstico integrado do veículo é impedido de introduzir muito combustível no motor. Essa sequência de temporização pode ser programada para qualquer intervalo, mas na modalidade preferida a sequência faz com que o solenóide 80 na válvula PCV 12 abra por dois minutos, então feche por 10 minutos. Essa sequência é repetida indefinidamente até que o RPM do motor esteja fora da faixa determinada.

[00031] Enquanto a lógica da modalidade preferida do microcontrolador 10 se baseie principalmente no RPM do motor, outras modalidades do microcontrolador 10 podem ter lógica baseada em outros critérios. Tais critérios podem ser a temperatura do motor e o torque do motor, assim como a pressão da caixa de manivelas. Com base na lógica de microcontrolador nesses critérios adicionais é produzido um sistema de controle que é mais facilmente ajustável e programável.

[00032] Com referência às Figuras 1 e 2, o gerador de oxi- hidrogênio 100 da presente invenção é acoplado operativamente ao microcontrolador 10 e à válvula PCV 12. O microcontrolador 10 é usado para energizar seletivamente o gerador de oxi- hidrogênio 100, fazendo com que o gerador de oxi-hidrogênio 100 gere oxi-hidrogênio e crie um fluxo de oxi-hidrogênio para dentro da válvula PCV e/ou da tubulação de admissão 51 com os gases de escapamento a partir da caixa de manivelas. O oxi- hidrogênio produzido é de aproximadamente 180 octanas, e assim proporciona uma fonte de combustível muito eficiente que pode aumentar drasticamente a eficiência do combustível e reduzir as emissões.

[00033] Com referência agora à Figura 3, o gerador de oxi- hidrogênio 100 compreende uma série de chapas de metal 104 e 106, compreendendo eletrodos de anódio e de catódio. As chapas metálicas 104 e 106 podem compreender quaisquer chapas metálicas conhecidas e anódios ou catódios que podem ser usados para a eletrólise de uma solução de água em gás oxi- hidrogênio. Metais de chapeamento incluem zinco, cádmio, ouro, platina, paládio e semelhante. As chapas de metal podem servir como um catalisador ou promotor para facilitar a taxa da reação química da água sendo transformada em gás oxi- hidrogênio, e oxigênio. Alternativamente, as chapas de metal compreendendo o anódio e catódio 104 e 106 servem meramente para conduzir a eletricidade através da solução de água para realizar a eletrólise e converter eletricamente as moléculas de água em gás oxi-hidrogênio e oxigênio.

[00034] Com referência às Figuras 3 e 4, o gerador de oxi- hidrogênio 100 inclui uma tampa 108 que veda o topo de um recipiente 110. Eletrodos ou terminais 112 e 114, representando o catódio e o anódio, se estendem a partir do acoplamento elétrico até as chapas 104 e 106 para o exterior da tampa 108 de modo a serem acoplados aos fios elétricos a partir da fonte elétrica do motor de combustão interna, tal como a bateria, alternador ou semelhante.

[00035] Água pura não é um condutor muito eficaz, e exigiria que uma grande quantidade eletricidade fosse aplicada aos eletrodos 112 e 114 para eletrolisar a água em oxi-hidrogênio. Assim, preferivelmente, é criada uma solução de água de eletrólito, tal como mediante adição de um sal eletrolítico - nitrato de potássio, bicarbonato de sódio (bicarbonato de sódio) ou semelhante - à água. Isso cria uma solução de eletrólito eficaz que requer muito menos eletricidade para causar a eletrólise da água. À medida que as chapas, 104 e 106, se tornam eletricamente carregadas, elas fazem com que a solução de eletrólito 106 entre em ebulição, criando gás oxi- hidrogênio 118 em uma porção superior do gerador de oxi- hidrogênio 100. Esse gás oxi-hidrogênio 118 é canalizado por intermédio da saída 120 para a tubulação de admissão 51, quer seja por intermédio da válvula PCV 12 e/ou introdução do gás oxi-hidrogênio diretamente na tubulação de admissão 51 ou canalização do sistema de tal modo que ele seja combinado com os gases de escapamento a partir da caixa de manivelas antes de entrar na tubulação de admissão 51. Como mencionado acima, o oxi-hidrogênio produzido é de aproximadamente 180 octanas, e assim proporciona uma fonte de combustível muito eficiente para requeima dos gases de combustão de modo a aumentar drasticamente a eficiência de combustível e reduzir as emissões.

[00036] Conforme ilustrado na Figura 4, o sistema da presente invenção pode incorporar um dispositivo de borbulhamento de reservatório 122 que tem solução de eletrólito adicional 116 no mesmo de modo a recompletar a recarga do gerador de oxi- hidrogênio 100 quando diminuírem os níveis de solução de eletrólito com o passar dos tempos à medida que os gases são produzidos. Contudo, o dispositivo de borbulhamento de reservatório 122 ocupa espaço valioso dentro do compartimento do motor. Assim, considera-se que a presente invenção inclua um sensor 124 no gerador de oxi-hidrogênio 100 que avisará o usuário quando o nível de solução de eletrólito de água estiver baixo. Prevê-se que com o uso normal, a solução de água de eletrólito precisará ser preenchida apenas em períodos de poucos meses.

[00037] Será considerado por aqueles versados na arte que a presente invenção supera muitas das desvantagens e preocupações dos sistemas de oxi-hidrogênio de automóveis, existentes e propostos. O sistema é “sob demanda”, e assim apenas gera o oxi-hidrogênio quando o mesmo for necessário. Isso é controlado de forma digital através do microcontrolador 10, e assim não há excesso de oxi-hidrogênio que precise ser armazenado, o que pode criar preocupações de incêndio e explosão ou exigir precauções de segurança para armazenamento seguro do oxi-hidrogênio extra, como ocorre com os sistemas de geração de oxi-hidrogênio resistentes.

[00038] A presente invenção evita os problemas relacionados ao sensor de combustível do automóvel. Os sensores de combustível não são calibrados para considerar tal fonte de combustível rica. Contudo, trazer o oxi-hidrogênio gerado pelo sistema da presente invenção através de uma “porta dos fundos” mediante mistura do mesmo com o escapamento efetivamente evita o sensor de combustível do automóvel.

[00039] Considerando que os sistemas de gerador de oxi- hidrogênio existentes para os automóveis são problemáticos uma vez que o oxi-hidrogênio é gerado com uma grande quantidade de vapor de água, o qual entra no motor eventualmente causa ferrugem, a presente invenção elimina essa preocupação uma vez que a válvula PCV continuamente ventila os vapores para fora da caixa de manivelas. Assim, o vapor de água gerado com o oxi-hidrogênio não está na caixa de manivelas ou motor por tempo suficiente para causar quaisquer preocupações séries de ferrugem.

[00040] Embora várias modalidades tenham sido descritas em detalhe com o propósito de ilustração, diversas modificações podem ser feitas sem se afastar do escopo e essência da invenção. Consequentemente, a invenção não deve ser limitada, exceto conforme as reivindicações anexas.

Claims (13)

1. SISTEMA DE COMBUSTÍVEL DE OXI-HIDROGÊNIO SOB DEMANDA PARA UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, caracterizado por compreender: um gerador de oxi-hidrogênio sob demanda(100) compreendendo um reservatório de fluido (110) contendo uma solução de eletrólito (116); uma tampa (108) para vedar uma abertura no reservatório de fluido (110), em que a tampa (108) tem um terminal positivo (114), um terminal negativo (112) e uma saída de gás (120) em comunicação de fluido com um interior do reservatório de fluido (110); e um par de chapas de eletrodo (104, 106) fixado à tampa (108) e se estendendo para o interior do reservatório de fluido (110) de modo a ser ao menos parcialmente submerso na solução de eletrólito (116), uma do par de chapas de eletrodo (104, 106) acoplada eletricamente ao terminal positivo (114) e a outra do par de chapas de eletrodo acoplada eletricamente ao terminal negativo (112); sendo que a saída de gás (120) no gerador de oxi- hidrogênio (100) libera o oxi-hidrogênio produzido pela eletrólise da solução de eletrólito (116), a saída de gás (120) acoplada mediante fluido a um sistema de controle de poluição para reciclar os gases de escapamento a partir de uma caixa de manivelas(49) no motor de combustão interna para a tubulação de admissão(51) no motor; e um microcontrolador (10) conectado de forma operativa ao gerador de oxi-hidrogênio (100) para seletivamente ativar o gerador de oxi-hidrogênio (100) em resposta a uma demanda por oxi-hidrogênio(118).

2. Sistema de combustível de oxi-hidrogênio sob demanda, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de controle de poluição compreender uma válvula PCV em linha com uma linha de ventilação a partir da caixa de manivelas e uma linha de retorno de escapamento para a tubulação de admissão.

3. Sistema de combustível de oxi-hidrogênio sob demanda, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a saída de gás (120) ser acoplada à linha de ventilação(74) a partir da caixa de manivelas(49), a linha de retorno de escapamento(76) à tubulação de admissão(51), ou à válvula PCV(12).

4. Sistema de combustível de oxi-hidrogênio sob demanda, de acordo qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado por o microcontrolador(10) ser conectado operativamente à válvula PCV(12) para regular um regime de fluxo dos gases de escapamento através da válvula PCV(12).

5. Sistema de combustível de oxi-hidrogênio sob demanda, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os terminais, positivo e negativo(112, 114), do gerador de oxi- hidrogênio(100) serem conectados eletricamente a uma fonte de energia do motor.

6. Sistema de combustível de oxi-hidrogênio sob demanda, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a fonte de energia compreender uma bateria(11) ou um alternador.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada um do par de chapas de eletrodo (104, 106) compreender uma série de chapas de metal.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a série de chapas de metal ser feita de um metal selecionado do grupo consistindo em zinco, cádmio, ouro, platina e paládio.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a série de chapas de metal compreender um catalisador em uma reação de eletrólise de água.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a solução de eletrólito compreender água misturada com um sal eletrolítico.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o sal compreender nitrato de potássio ou bicarbonato de sódio.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um reservatório secundário (112) contendo solução de eletrólito (116) adicional, o reservatório secundário (112) conectado mediante fluido ao reservatório de fluido (116).

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um sensor (124) configurado para detectar um nível da solução de eletrólito (116) no reservatório de fluido (110).

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