CN1061463A - 内燃机的含水燃料和燃烧方法 - Google Patents

Abstract

推荐一种用于内燃机的新型含水燃料。该燃料 含有约20％到约80％(体积，以所述燃料总体积为 基)的水和含碳燃料，该含碳燃料选自：乙醇、甲醇、汽 油、煤油燃料、柴油燃料、含碳的气体或液体燃料、或 其混合物。还推荐一种在内燃机中燃烧含燃料的新 方法，该方法产生的功率比同体积的汽油大许多倍， 该方法包括将上述燃料输入到发动机的燃料输入系 统，和在产生氢的催化剂存在下，将所述空气/燃料 混合物输入到一个或多燃烧室并在其中燃烧以开动 发动机。

Description

本发明涉及一种内燃机的新型含水燃料和在内燃机中燃烧这样燃料的新方法以及在产生氢的催化剂存在下由引入该含水燃料到内燃机燃烧室形成的一种新型燃料混合物。

目前需要一种新型燃料以及代替用于内燃机，特别是机动车发动机的柴油和汽油。使用汽油和柴油燃料的内燃机产生大量危害人类健康和可能破坏地球大气层的污染物。这些污染物对健康和大气的不利影响已经成为公众讨论的问题。这些讨厌的污染物来自于含碳燃料与燃烧空气的燃烧。因此大量的空气用于燃烧常规燃料是机动车发动机放出令人不满污染物的主要原因。

一种新型燃料和燃料混合物及新型燃烧方法已经发明，它将有助于降低使用常规含碳燃料内燃机产生的污染物，这些常规燃料如汽油、煤油燃料、柴油燃料、醇燃料像乙醇和甲醇及其混合物，因其主要成份是水，该新型燃料混合物也比含碳燃料如汽油或柴油廉价。术语“内燃机”用于此是指这样的发动机即其中含碳燃料与氧在该发动机一个或多个燃烧室燃烧。目前已知的这样的发动机包括活塞位移发动机、转缸式发动机和透平（喷气）发动机。

本发明含水燃料比含碳燃料的潜能小，但仍能产生大得多的功率，例如本发明含水和汽油的含水燃料的潜能（用BTU表示）约只有汽油潜能的1/3，但当它用于开动内燃机时，它将产生比同样量的汽油大致相同的动力。这确实很令人吃惊，由于新型含水燃料输入到内燃机燃烧室并在产生氢的催化剂存在下，按本发明新方法与相当少量的燃料空气燃烧，氢气和氧气的释放和氢气的燃烧形成了新型燃料混合物，因而是令人信服的。

在最广泛的意义讲，本发明的含水燃料包括大量水，按占含水燃料总体积计高达约70%～80%，优选25%～75%，最好为40%～70%，还含有气体或液体含碳燃料如汽油、乙醇、甲醇、柴油燃料、煤油燃料，其它含碳燃料如丁烷、天然气等，或它们的混合物。在借助本发明新型方法利用该燃料时，含水燃料和燃烧空气输入到发动机内的燃料输入系统，该系统用于接收并混合燃料和燃烧空气将燃料/空气混合物输入到燃烧室。这样的系统可以包括常规的汽化器或燃料注入系统。当使用带汽化器的发动机时，燃烧空气可在进入汽化器前预热到约350°F到约400°F，但这对实施本发明并不是必要的。当使用带有燃料注入系统的发动机时，燃烧空气在进入燃料注入系统之前可以预热到约122°F到约158°F，将空气/燃料混合物输入到一个或多个燃烧室并在产生氢催化剂存在下燃烧，该催化剂有助于在含水燃料中使水离解成氢和氧，氢气与含碳燃料一起燃烧以开动发动机。

术语“产生氢的催化剂”在这里以其最广泛的意义使用。一般定义的催化剂是在无自身影响下引起或加速两个或多个势之间激活的物质。在本发明中，显而易见，在燃烧室中沿有上述的这样物质存在，为产生要求的功率以开动内燃机，含水燃料也不是这样燃烧的。

无需联系理论就可以相信，在产生氢的催化剂形成的极存在下，通过在湿润气氛的燃烧室中产生电火花，放出的电荷使大量的以液体或汽体形式如水蒸汽存在的水带电，使电荷传到带负电的催化极上以释放电荷。当大量的水受到电荷和由含碳燃料的含碳物质组分在压击期间燃烧产生的热联合作用下，就发生分子的离解，它与放出氢的燃烧一起提供开动发动机的动力。

在本发明优选实施例中虽然优选使用产生氢催化剂的两个催化极，但一个或多个极也可用于分散电荷。另外，标准机动车打火系统的正常火花是用约25000～28000伏打火的，为了产生热火花，本发明优选例如用约35000伏打火。产生电火花系统可获得高达90000伏的，而且似乎电压越高越有利于燃烧室水的离解。

本发明提出内燃机中燃烧含水燃料的方法，该内燃机有一个或多个燃烧室，接收、混合所述的燃料和燃烧空气并将所述燃烧和空气混合物输入到所述的一个或多个燃烧室的燃料输入系统和在所述的一个或多个燃烧室形成火花的产生电火花系统，所述的方法包括：

控制量地输入燃烧空气到所述的燃料输入系统，

输入所述的含水燃料到所述燃料输入系统与所述燃烧空气混合，所述的含水燃料含约20%到约80%（体积，以所述燃料总体积为基）的水和液态或气态含碳物质，和

在产生氢的催化剂存在下向所述的一个或多个燃烧室中输入并在其中燃烧所述含水燃料和燃料空气以开动所述内燃机，所述的燃烧是通过在所述的一个或多个燃烧室产生火花而点燃的。

本发明提出内燃机中燃烧含水燃料的方法，该内燃机有（a）一个或多个燃烧室，（b）用于接受、混合燃料和燃烧空气并将所述燃烧和空气混合物输入到所述的一个或多个燃烧室中的燃料输入系统和（c）用于在所述一个或多个热水室产生火花的产生电火花系统，所述的方法包括：

控制量地输入燃烧空气到所述燃料湿润系统，

输入含水燃料到所述燃料输入系统与所述燃烧空气混合，所述的含水燃料含有约20～80%（体积，以所述燃料总体积为基），最好是约40～约70%，和其它含碳燃料，它选自醇，最好是乙醇或甲醇、汽油、煤油燃料、柴油燃料、其它含碳的气体或液体含碳燃料，或其混合物，和

在产生氢的催化剂存在下将所述的含水燃料和燃烧空气输入到所述一个和多个燃烧室并在其中燃烧以开动所述的内燃机，所述的燃烧是通过在所述的一个或多个燃烧室产生火花而点燃的。

本发明提出内燃机中燃烧含碳燃料和水的混合物的含水燃料的方法，所述的燃烧能生产至少相当于相同体积的所述的含碳燃料无水时在所述发动机中多个发动机产生的功率并以相应的每分钟发动机转数（rpm）的范围表示的输出功率范围;所述发动机有一个或多个燃烧室，用于在所述的一个或多个燃烧室产生火花的产生电火花系统，和燃料输入系统，该系统用于（a）为燃料接受所述燃料和空气并将它们混合，（b）控制燃料和空气的比例，和（c）将所述燃料和空气混合物输入到所述的一个或多个燃烧室;所述的方法包括：

将含水燃料和控制量的燃烧空气输入到所述燃料输入系统并在此混合，所述的含水燃料含有约20～80%最好是约40～约70%，（体积，以所述燃料总体积为基）的水和液体或气体含碳燃料，最好是含有醇如乙醇或甲醇、汽油、煤油燃料、柴油燃料和其混合物的含碳燃料;

在所述的一个或多个燃烧室中有产生氢催化剂存在下，将所述的含水燃料和燃烧空气的混合物输入到所述的一个或多个燃烧室中;和

燃烧所述含水燃料和空气混合物以开动所述发动机，所述燃烧是在所述的一个或多个燃烧室中产生的火花点燃的。

本发明提出开动机动车内燃机的方法，所述的内燃机产生的输出功率值域用相应每分钟发动机转数（rpm）值或表示，该内燃机有一个或多个燃烧室，和燃料输入系统，该系统用于（a）接受并将燃料与空气混合，（b）控制燃料和空气的比例，和（c）将所述燃料和空气混合物输入到所述的一个或多个燃烧室;所述的方法包括：

控制量地输入燃烧空气到所述燃料输入系统，

输入含水燃料到所述燃料输入系统与所述燃烧空气混合，所述的含水燃料含有约20～80%（体积，以所述燃料总体积为基），最好为40%到70%的水，和液体或气体含碳燃料，优选的含碳燃料选自：醇最好为乙醇或甲醇、汽油、柴油燃料或其混合物，和

在产生氢的催化剂存在下，将所述的含水燃料和燃烧空气输入到所述的一个或多个燃烧室并在其中燃烧以开动所述发动机，所述燃烧是通过在所述的一个或多个燃烧室中产生的火花点燃的。

本发明提出内燃机中可与空气燃烧的新型含水燃料，所述的燃料含有大于20～80%，优选25%到75%（体积，以所述燃料总体积为基）的水，和液体或气体含碳燃料，优选的含碳燃料选自：醇优选乙醇或甲醇、汽油、煤油燃料、柴油，其它含碳气体或液体燃料或其混合物。

本发明提出内燃机燃烧室燃烧的燃料混合物，它含有含水燃料、气体或液体含碳燃料和从水分子离解释放的氢，所述的含水燃料水的初始量为20%～80%，优选25%～75%（体积，以所述燃料总体积为基）。

如上所述，本发明优点之一是可以用新型燃料和燃料混合物开动内燃机，为在发动机燃烧室燃烧该燃烧只需少量的空气。例如汽油用于使用汽化器的内燃机中通常需要空气与燃料之比为14∶1～16∶1，才能产生满意的输出功率以开动发动机和驱动机动车。而使用醇如乙醇和甲醇时，为了令人满意地运转同样的发动机，空气与燃料之比为8或9∶1。与这些常规燃料相比，本发明的含水燃料使用较少的可控制量的空气。已经测定出，实施本发明使用空气与燃料比的临界值不大于5∶1就可以相当满意地操作内燃机。按照本发明优选的空气与燃料之比为0.5∶1～约2∶1，较佳的是0.75∶1～1.5∶1，最佳的是1∶1。

本发明的含水燃料和燃料混合物能满足开动内燃机的原因是在实施本发明时，在燃烧室释放出氢和氧，氢和氧来自于水的离解且氢与含水混合物的含碳燃料一起燃烧。用较少的含碳燃料和较少的燃烧空气就可以达到使用同样的含碳燃料与大量的燃烧空气燃烧所输出的功率。

此外应注意，使用本发明含水燃料时，在燃烧室中水组分蒸发为蒸汽。因蒸汽比空气更易膨胀，因而用少量的燃烧空气就可适宜地充满燃烧室。这样，燃料的水组分转变为蒸汽、蒸汽在燃烧室中膨胀并取代了用于在发动机燃烧室与常规燃料燃烧的一部分燃烧空气。蒸汽的膨胀与水分子离解释放出的氢的燃烧一起导致了为满足开动发动机所需的输出功率。

上面已经指出，为与本发明含碳燃料燃烧，输入燃烧室燃烧空气的量必须严格控制，使得在燃烧中空气与燃料之比不超过5∶1。已经明确，如果空气太多即以空气与燃料比大于5∶1将含水燃料输入到燃烧室，在燃烧室中过量的氧气将导致含碳燃料燃烧的不完全。当空气与燃料比太高时，由于水分子离解放出的氧和在过量燃烧空气中存在的补充氧的合并，导致了氧气高于燃烧含碳燃料所需的氧。含碳燃料的不完全燃烧将导致发动机不能令人满意的运转且排出过量的令人讨厌的污染物。如果降低在燃烧室燃烧所需的空气量，较少的氮气在燃烧室中与氧化合生成讨厌的NOX混合物并在发动机操作期间排出。这样，本发明的一个重要优点是与在内燃机中使用常规含碳燃料如汽油、柴油燃料等按常规方法开动内燃机相比大大地降低了NOX和其它讨厌的污染物的产生和排出。

还应注意，因为氢和氧存在于内燃机燃烧室燃烧的燃料混合物中，按照本发明，产生这样的情况即水在含水燃料中太少是不会令人满意的。例如当含碳燃料有着较低的能量输出即单位体积输出的势能（BTU）较低时，将需要较大量的水，因为通过水分子离解而释放氢和氧及氢的燃烧将有效地增加含碳燃料和水混合物的总能量输出。为此，在本发明含水燃料混合物中水的下限在20%～25%即大于20%作为有效、实用和最低的含水量以适应本发明含碳燃料的较大的变化。水的上限定为70%～80%，因为在燃烧室中通过产生火花点燃反应和在燃烧室中离解水分子必须具有最低量的气体或液体含碳燃料。对于水的离解反应优选30000BTU能量/加仑燃料～60000BTU能量/加仑燃料。

本发明的含水燃料含有：水，大于约20%到约70%～80%（体积，以含水燃料总体积计）和优选的选自下列物质的挥发性含碳燃料：醇例如乙醇或甲醇，汽油、柴油燃料、煤油类燃料或其混合物。像乙醇或甲醇的醇当时为工业生产的时，通常含有少量水，当然在其分子结构中含有氢和氧。商品级乙醇和甲醇通常标为标准度号，例如，100标准酒精度乙醇，标准酒精度号的一半通常为乙醇的含量，如100号乙醇含50%（体积）的乙醇和50%（体积）的水;180号乙醇含90%的乙醇和90%的水等等。

本发明含水燃料据认为可应用于所有内燃机，包括用于轿车和卡车等的常规汽油或柴油内燃机，其中采用常见汽化器或燃料喷射体系以及转缸式发动机和涡轮机。本发明据认为可应用于在一个或多个燃烧室中将挥发性液态含碳燃料与氧气（O₂）燃烧的任何发动机。

几乎不用进行什么改进即可使这些发动机应用本发明燃料。例如，必须在本文其它地方所述发动机之燃烧室中设制氢催化剂作为分解水分子时的催化剂以产生氢和氧。另外，燃烧空气和燃料向燃烧室引入，用量和流速的适宜控制装置对优化发动机操作是很重要的。这方面，应注意到空气：燃料比是燃烧室中进行燃烧的重要因素。从实际角度看，也希望用防锈材料制成燃料供应和贮存系统。还优选应用比常用含碳燃料，如汽油操作的汽车内燃机中常见电压更高的电火花系统。市场上可得到获取“热火花”系统，如Chry-sler  Motor  Company。作为优化本发明应用的进一步改进，希望应用计算机辅助电子控制系统以在内燃机吸入时将燃料供入喷射器。

分解水分子已众所周知。例如，水/汽分解的热力和物理化学原理已见于“Chemistry  of  Dissociated  Water  Vapor  and  Related  Systems”，M.Vinugopalan和R.A.Jones，1968，John  Wiley  &  Sons，Inc.;“Physical  Chemis-try  for  Colleges”，E.B.Mellard，1941，pp  340-344，Mc  Graw-Hill  Book  Company，Inc.和“Advanced  Inor-ganic  Chemistry”，F.Albert  Cotton和Geoffrey  Wil-kinson，1980，pp  215-228;其公开内容显然仅供此参考。

虽然对本发明实施并不必须，但要应用预热发动机燃烧空气的加热器和发动机启动后用发动机热尾气预热燃烧空气的换热器进行操作，换热器操作时关掉加热器。尽管本发明优选方案并不要求预热燃烧空气和/或燃料，发动机燃烧空气也可预热后再送入汽化器或燃料喷射系统。应用带汽化器发动机时，在燃烧空气进入汽化器时，可预热到约350°F到约400°F。在应用带燃料喷射系统的发动机时，在燃烧空气进入二氯喷射系统时，可预先热到约122°F到约158°F。在这些情况下，本发明含水燃料引入汽化器或燃料喷射系统系统并与受控量燃料空气混合。含水燃料优选在环境温下引入汽化器或燃料喷射系统。

在优选方案中，含水燃料和燃料和燃烧空气环境温下引入汽化器或燃料喷射系统，然后将空气/燃料混合物送入一个或多个燃烧室，再用火花塞火花在燃烧室活塞到达燃烧循环燃烧阶段时以常规方式点燃空气/燃料混合物。在燃烧室中存在制氢催化剂据认为可作火花塞点燃空气/燃料混合物时分解含水燃料中水分子的催化剂。分解时释放的氢和氧在燃烧阶段也被点燃，以增加燃料能量用100标准度醇作发动机燃料的试验中已观察到，发动机输出功率与用相同体积汽油时相同，即瓦/小时。从这样一个事实可看出这是很惊人的，100标准度的乙醇的理论潜能为48，000BTU/加仑，常用潜能约35，000至37，500BTU/加仑，与汽油形成对比，其潜能约123，000BTU/加仑，高近3倍。低BTU乙醇可产生与高BTU汽油相同的能量这一事实说明，额外能量来自于水中氢和氧，即分解和燃烧。

虽然在应用本发明方法时已经发现100标准度乙醇为令人满意的燃料，但很显然用其它醇掺混合将醇与汽油，煤油类燃料或柴油燃料混合可制得其它合适的燃料，这要取决于燃料是用于汽油，涡轮发动机，还是用于柴油发动机。试验还表明，84标准度（42%水）乙醇也可用作燃料，并且据认为也可用含多达70-80%水的含水燃料。

带汽化器发动机

为说明本发明一个实施方案，选取其容量可测得预定负荷的发动机。所选发动机为单缸，8马力内燃机，与4，000瓦/小时a/c发电机相连。发动机/发电机制造商为the  General  Corporation，Waukesha，Wisconsin，商名为General，Model  No.8905-0（S4002）。发动机/发电机调为最大连续a/c功率4，000瓦（4KW）单相。

发动机标牌如下：

发动机制造商：Tecumseh

制造商Model  No.：HM80（Type  155305-H）

额定马力：8，3600rpm

气缸工作容量：19.4立方英寸（318.3cc）

缸体材料：铝加铸铁套

调节器类型：机械式，固定速度

调节速度方式：3720rpm，无负荷（3600rpm得到额定a/c频率和电压（120/240伏，62Hz）。3720rpm无负荷调节达到（124/248伏，62Hz。稍高无负荷调节有助于保证在更大电荷下发动机速度，电压和频率不致于过分下降）。

空气清洁器类型：折叠纸片

启动器类型：手动，卷绳

废气消音器：火花制动型

点火系统：固态，用Flywheel  Magneto

火花塞：Champion  RJ-17  LM（或等同品）

规定火花塞间隔：0.030英寸（0.76mm）

火花塞转矩：15英尺-磅

曲轴箱油容量：1-1/2品脱（24盎司）

建议用油：用“For  Service  SC，SD或SE”油

首选建议用油：SE  10W-30多粘性油

可替代品：SAE  30油

燃料箱容量：1加仑

建议用燃料：

首选：洁净，新鲜UNLEADED汽油

可替代品：洁净，新鲜Leaded  Regular汽油

换热器置于发动机上以用发动机热尾气预热燃烧空气。发动机活塞头底面上设铂棒，形成燃烧室顶。铂棒重1盎司，长2-5/16英寸，宽3/4英寸，厚1/16英寸。用三根不锈钢螺丝将铂棒固定在活塞头内。

第二燃料采用容量21，固定在现有11燃料箱上。T连线塞在汽车燃料管线中以与每一燃料箱的燃料管线连通。T连线和每一燃料箱燃料管线间设一阀以使每一箱可分别用来将燃料供入汽化器或在汽化器供料管线中使燃料混合。

试验

进行一系列试验，以确定100标准号乙醇（50v%乙醇，其余为水）是否可用于上述发型的汽车，若可以，则将100标准号乙醇性能与等量汽油比较。

在用100含水燃料作发动机时，测定对发电机的输出功率，表明21乙醇1小时内产生36000瓦能量，潜能约48，000BTU/加仑。

在发动机停止乙醇操作后，在汽油箱中用21汽油再操作。对发电机的测量表明，发动机用汽油操作时，以36，000瓦/小时速度47分钟产生能量，其中用21汽油，潜能约123，000BTU/加仑。

将这种能量测定表明，21100标准号乙醇与21汽油产生等量能量。只要考虑到与等量100标准号乙醇比较，汽油之BTU值约高2.5倍，就可看出这非常惊人。这表明，乙醇的额外能量必然归因于用燃料中大量水释放并燃烧氢和氧。

带电子控制燃料喷射系统的发动机。

用带电子控制燃料喷射系统的发动机进行一系列试验。为此用的发动机为3缸汽轮增压电子控制内燃机，为已被驱动约37，000英里的1987Chevrolet  Sprint。

从汽车缸座上取下活塞头，洗净以去除沉积碳。每一缸头内附设三片铂板，以在操作期间不致于干扰阀在活塞头内移动。每一铂板长宽1cm，厚1/32英寸。每一铂板以其中心用一个不锈钢螺丝置于活塞头上。从每一活塞头上洗净沉淀碳后，再用新的垫片装配发动机。

从涡轮出来引向注入器舱的燃烧空气吸入管中间分开并设于换惹器上以送到喷射器的燃烧空气冷却。用两个Y接头在换惹器每侧分支并推最靠近的涡轮的一侧上碟形阀，以使热空气流沿换惹器转向而直接引入喷射器舱。两个1加仑燃料箱用带两个手动阀的T支架挂在燃料泵上，以便往阀的开关而迅速改变燃料/泵送燃料比。

试验

进行一系列试验，以确定上述改型发动机用各种燃料操作的情况。

第一试验用200号甲醇作启动器流体。燃料压力升到60-75lbs时发动机启动并操作。用汽油时，燃料压力一般3.5-51lbs。

在发动机用200标准号甲醇操作时，燃料变为100号变性乙醇并让汽车以3500rpm平稳操作。

在两个燃料箱之一中用200号甲醇进行一系列新的试验。发动机用200号甲醇启动，并将rpm调节器调为3500。让发动机运转几分钟。在这期间，调节燃料压力，已注意到651bs压力似乎比较合适。热电偶安在喷射器舱附近，约5分钟后读数为65℃。

包括500ml蒸馏水和500ml200号甲醇的燃料混合物送入第二燃料箱并用来操作发动机。不改变空气流速时，燃烧空气温度约1分钟后从65℃升到75℃。rpm读数降为3100rpm。发动机运转很平稳，关掉难于再启动。

该试验中的下一步确定燃料中水含量的变化怎样影响发动机性能。用199号乙醇作启动燃料，发动机立即启动。燃料压力读数从651bs降到501bs，燃烧空气测得为65℃，rpm测定为3500，发动机运转平稳。

然后将燃料换为160号变性乙醇。燃料压力保持为501bs，燃烧空气温度测得为67℃，rpm降为3300，发动机运转平稳。

10分钟后，燃料换为140号变性乙醇。燃烧空气温度升到70℃，rpm升到3500，发动机运转平稳。

10分钟后，燃料换为120号变性乙醇。燃烧空气温度升到73℃，rpm降到3300，发动机运转平稳。

10分钟后，燃料换为100号变性乙醇。燃烧空气温度升到74℃，rpm降到3100，发动机运转平稳。

10分钟后，燃料换为90号变性乙醇。燃烧空气温度保持74℃，rpm降到3100，发动机运转平稳。

10分钟后，燃料换为80号变性乙醇。燃烧空气温度升到76℃，rpm降到2900。在这一点，在发动机中观察到不经常出现的回火。然后用100号变性乙醇作为首选燃料，关掉通向换热器的旁路。燃烧空气温度升到160℃，在后续数分钟期间升到170℃。rpm升到4000rpm，发动机运转平稳。

调节引向燃烧室的空气流量即可调节用本发明方法和燃料操作的发动机rpm。在常规汽油发动机中，调节引入燃烧室的汽油量即可调节发动机rpm。

很明显，本发明应用就挥发性含碳燃料而言包括大量水的含水燃料。特别有效的含水燃料包括大约70%水和30%含碳燃料的混合物。含碳燃料，如汽油的热能从汽油的高能值，大致120，000BTU/加仑降到70%水/30%汽油燃料混合物的大致35，000BTU/加仑。水/汽油混合物的这一BTU含量足以维持内燃机燃烧室内的反应，使水分子分解并将氢分子（H₂）与氧分子（O₂）分开，这样制成的氢气用作首选能源以在燃烧时驱动内燃机中的活塞。本发明适用于各种挥发性含碳燃料，包括柴油或煤油，这些燃料也可与高达80%水混合（如柴油或煤油）而实现相同的反应以使氢和氧分解，在制氢催化剂存在下释放氢气作为内燃机的能源。

在进行该反应时，必须在内燃机内设置每一燃烧腔，可设至少一，但优选二，也许更多个制氢催化剂极，熔点高于燃烧温度。有用催化剂包括镍、铂、铂-镍合金、镍-不锈钢、贵金属、铼、钨和其合金，可以催化金属极用作制氢催化剂。燃烧和分解可用火花启动，由常见电火花生成系统形成火花，如常见的汽车的发动机所用。

作为本发明其它实施例，其中室温下应用燃料和燃烧空气，取31无铅汽油（87辛烷），BTU含量约120，000BTU/加仑和71自来水。第一试验加10ml表面活性剂（洗涤剂）到混合物中以加强水和汽油的混合。根据这一办法用25ml和40ml表面活性剂制成另外的混合物从而得到水/汽油混合物。还用自来水进行相同程序，水往去离子装置和活性碳过滤器进行过滤以去除水中氯和其它杂质。

然后用上述每一种混合物进行试验，采用的是4缸，2.51内燃机，其中设有连到燃料管线上的喷射器。这些试验中所用燃料经Bosch多孔测压装置分配给燃料管线。发动机还装有燃料汽化器。汽化器仅在空气/燃料比相当低并且用各种燃料不同时用来将空气吸入发动机;例如，用50/50水/醇混合物时为0.75∶1，用70%水/30%汽油混合物时为1∶1至3∶1。一般来说，用汽油作燃料的汽油发动机采用空气/燃料比为14/1。这一发动机装有汽缸，但经过改造而可接纳2个1/2英寸直径的镍套管或螺丝，作为制氢催化剂，螺丝部分1/4英寸直径，用以实施本发明。镍套管在活塞顶隔开1/2英寸。在另一改造方案中，将铝薄板（6英寸×12英寸）放在发动机活塞头顶部。在发动机活塞头顶盖上水平位置大致隔3-1/2英寸钻3个3/4英寸孔。将一些铜接头旋入这些孔中。接头用3/4英寸铜管相互连接起来，铜管连入回气管中，该装置从发动机中带走排气，已发现这足以从活塞头带走水蒸汽，否则这会在发动机和曲轴箱油中凝集，这是不希望的。

这些试验中所用2.51发动机处于带有汽轮机的标准2.51Chrysler汽轮喷射发动机并排除了所有排烟和污染的设施。该发动机还铀速度汽车转换（置于中间供试验），其传动比为1∶3.09。

用相同内燃机和汽车进行上述相同试验，其中用20-25%柴油和75-80%水，结果相同。还用20-25%煤油燃料和75-80%水进行另外的试验，得到相同结果。

在另一系列试验中，应用70%水/30%汽油乳化混合物作为唯一燃料在试验汽车中驱动发动机，该汽彻是开发来供试验的。该汽车为4门，5乘客前轮驱动汽车，净重2，500磅。在这些试验中用上述燃料可以0-60英里/小时的速度在约6秒钟内驱动这一汽车。还以75英里/小时的高速驱动汽车，但该汽车还可以更高的速度驱动。

如上所述，已认定重要的是控制送入燃料混合物的空气以得到最佳结果。一个试验中，试验了14∶1的空气/燃料比，这与用汽油时常见的比例相同，结果是发动机内不完全燃烧并且有大量水和燃料混合物从尾气管中排出。空气/燃料混合比为7∶1时，情况相同。用水/汽油的70%/30%混合物，水/柴油的75%/25%混合物和水/煤油的75%/25%混合物进行了这些试验。在空燃料比为3∶1或更低时，不完全烧开始转向令人满意的水平。用上述方法很容易测定任何给定含水燃料混合物的极限和最佳性能，但空气/燃料比应不超过5∶1。

已经发现，希望二甲润湿剂或表面活性剂。有用的这种制剂之一商名为Aqua-mate  2，由Hydrotex，Dallas，Texas制造或销售。很显然，还可用有助于含碳燃料分散在水中的其它市售润湿剂。

另外还用所有上述三种燃料进行了试验，其中应用了50%水50%含碳燃料，如油基燃料，已适当地分散在水中。这些试验中可使发动机非常令人满意地运转。

另一汽车试验也在进行，其中采用了50%水/50%醇，能量含量35，000BTU/加仑。试验结果达到实际驱动20英里/加仑。在发动机中燃料进行适当配备，效率还可大大提高，极近于30英里/加仑或更高。

本发明效益非常明显，因为可使空气污染物降低约70%，并完全去除NOX。还可通过驱动汽车时汽油用量降低而使燃料价格减少70%。而且，还有许多其它方面的明显优点;如可减少或无需进口油。

可用其它气态或液态含碳燃料，包括气态燃料，如甲烷，乙烷，丁烷或天然气等，可液化并取代乙醇和甲醇，同样用于本发明，或为气态应用。

本发明还可用于喷气发动机中，这是另一类内燃机。

尽管上述用以公开本发明的实施方案目前认为是优选的，但应当理解到，本发明还包括所有本发明构思范围内的实施方案的所有修改方案和改进方案。

Claims (35)

1、一种在内燃机中燃烧含水燃料的方法，该内燃机有一个或多个燃烧室，接收、混合所述的燃料和燃烧空气并将所述燃烧和空气混合物输入到所述的一个或多个燃烧室的燃料输入系统和在所述的一个或多个燃烧室形成火花的产生电火花系统，所述的方法包括：

控制量地输入燃烧空气恫所述的燃料输入系统，

输入所述的含水燃料到所述燃料输入系统与所述燃烧空气混合，所述的含水燃料含约20%到约80%(体积，以所述燃料总体积为基)的水和液态或气态含碳物质，和

在产生氢的催化剂存在下向所述的一个和多个燃烧室中输入并在其中燃烧所述含水燃料和燃料空气以开动所述内燃机，所述的燃烧是通过在所述的一个或多个燃烧室产生火花而点燃的。

2、按照权利要求1所述的方法，其中在一个或多个燃烧室的燃烧是由至少35000伏的电压的火花点燃的。

3、按照权利要求1所述的方法，其中产生氢的催化剂以至少一个且最好以多个催化极点而存在。

4、按照权利要求1所述的方法，其中所述的含碳燃料选自：醇，最好是乙醇或甲醇、汽油、煤油燃料、柴油燃料、其它含碳的气体或液体燃料、或其混合物，其量为约25～75%最好是约40～约70%（以所述含水燃料油总体积为基）。

5、按照权利要求1所述的方法，其中在输入到燃烧室的混合物中空气同燃料比不大于5∶1。

6、按照权利要求1所述的方法，其中在输入到燃烧室的混合物中空气与燃料比值是0.75∶1～1.5∶1，最好为1∶1。

7、按照权利要求1所述的方法，其中在环境温度下将所述的含水燃料和燃料和燃烧空气引入到所述的燃料输入系统。

8、按照权利要求1所述的方法，其中所述的热水情况在输入到热水室之前由加热预热，然后用发动机启动后从其中排出的尾气加热。

9、按照权利要求1所述的方法，其中所述的催化剂含有至少一个催化极，它选自镍、铂、铂-镍合金、镍-不锈钢、贵金属、铼、钨，它们的合金，和其它物质，它们作为催化剂，当所述的燃烧空气和所述的含水燃料在所述的催化剂和电火花存在下燃烧时，它们用于离解水以产生氢。

10、按照权利要求9所述的方法，其中所述的催化剂是铂。

11、按照权利要求9所述的方法，其中所述的催化剂含有选自镍和含镍合金的催化极。

12、按照权利要求1所述的方法，其中发动机的输出功率是通过调节输入燃料输入系统的空气流来调节的。

13、按照权利要求1所述的方法，其中所述的内燃机含有一个发动机，它选自：转缸式发动机、透平式发动机和带有一个或多个工作汽缸且燃烧过程发生在该气缸内的发动机。

14、一种在内燃机中燃烧含水燃料的方法，该内燃机有（a）一个或多个燃烧室，（b）用于接受、混合燃料和燃烧空气并将所述燃烧和空气混合物输入到所述的一个或多个燃烧室中的燃料输入系统和（c）用于在所述一个或多个热水室产生火花的产生电火花系统，所述的方法包括：

控制量地输入燃烧空气到所述燃料湿润系统，

输入含水燃料到所述燃料输入系统与所述燃烧空气混合，所述的含水燃料含有约20～80%（体积，以所述燃料总体积为基）。最好是约40～约70%，和其它含碳燃料，它选自醇，最好是乙醇或甲醇、汽油、煤油燃料、柴油燃料、其它含碳的气体或液体含碳燃料，或其混合物，和

在产生氢的催化剂存在下将所述的含水燃料和燃烧空气输入到所述一个和多个燃烧室并在其中燃烧以开动所述内燃机，所述的燃烧是通过在所述的一个或多个燃烧室产生火花而点燃的。

15、按照权利要求14所述的方法，其中在一个或多个燃烧室的燃烧是由至少35000伏的电压的火花点燃的。

16、按照权利要求1所述的方法，其中产生氢的催化剂以至少一个，优选多个催化极点而存在。

17、按照权利要求14所述的方法，其中所述的催化剂选自：镍、铂、铂-镍合金、镍-不锈钢、贵金属、铼、钨，它们的合金，和其它物质，它们充当催化剂，当所述的燃烧空气和所述的含水燃料在所述的催化剂和火花存在下燃烧时，它们可用于离解水以产生氢。

18、按照权利要求14的所述的方法，其中含水燃料中水分子在一个或多个燃烧室分解而释放出氢和氧并且氢在燃烧室与含碳燃料一起燃烧。

19、一种在内燃机中燃烧含碳燃料和水的混合物的含水燃料的方法，所述的燃烧能生产至少相当于相同体积的所述的含碳燃料无水时在所述发动机中多个发动机产生的功率并以相应的每分钟发动机转数（rpm）的范围表示的输出功率范围;所述发动机有一个或多个燃烧室，用于在所述的一个或多个燃烧室产生火花的产生电火花系统，和燃料输入系统，该系统用于（a）为燃料接受所述燃料和空气并将它们混合，（b）控制燃料和空气的比例，和（c）将所述的燃料和空气混合物输入到所述的一个或多个燃烧室;所述的方法包括：

将含水燃料和控制量的燃烧空气输入到所述燃料输入系统并在此混合，所述的含水燃料含有约20～80%最好是约40～约70%，（体积，以所述燃料总体积为基）的水和液体或气体含碳燃料，最好是含有醇如乙醇或甲醇、汽油、煤油燃料、柴油燃料和其混合物的含碳燃料;

在所述的一个和多个燃烧室中有产生氢催化剂存在下，将所述的含水燃料和燃烧空气的混合物输入到所述的一个或多个燃烧室中;和

燃烧所述含水燃料和空气混合物以开动所述发动机，所述燃烧是在所述的一个或多个燃烧室中产生的火花点燃的。

20、按照权利要求19所述的方法，其中在一个或多个燃烧室的燃烧是由至少35000伏的电压的火花点燃的。

21、按照权利要求19所述的方法，其中产生氢的催化剂以至少一个，优选多个催化剂极而存在。

22、按照权利要求19所述的方法，其中含水燃料中水分子在一个或多个燃烧室中产生离解而释放氢和氧并且氢在燃烧室中与含碳燃料一起燃烧。

23、按照权利要求19所述的方法，其中所述的含碳燃料选自：醇、汽油、煤油燃料、柴油燃料和其混合物，空气与燃料比值控制在0.75∶1～1.5∶1，优选1∶1。

24、按照权利要求19所述的方法，其中产生氢的催化剂选自：镍、铂、铂-镍、镍-不锈钢、贵金属、铼、钨，它们的合金和其它物质，当所述的燃烧空气和所述的含水燃料在所述的催化剂和火花存在下燃烧时，它们可用于离解水以产生氢。

25、一种开动机动车内燃机的方法，所述的内燃机产生的输出功率值域用相应每分钟发动机转数（rpm）值域表示，该内燃机有一个或多个燃烧室，和燃料输入系统，该系统用于（a）接受并将燃料与空气混合，（b）控制燃料和空气的比例，和（c）将所述燃料和空气混合物输入到所述的一个或多个燃烧室;所述的方法包括：

控制量地输入燃烧空气到所述燃烧输入系统，

输入含水燃料到所述燃料输入系统与所述燃烧空气混合，所述的含水燃料含有约20～80%（体积，以所述燃料总体积为基），最好为40%到70%的水，和液体或气体含碳燃料，优选的含碳燃料选自：醇最好为乙醇或甲醇、汽油、柴油燃料或其混合物，和

在产生氢的催化剂存在下，将所述的含水燃料和燃烧空气输入到所述的一个或多个燃烧室并在其中燃烧以开动所述发动机，所述燃烧是通过在所述的一个或多个燃烧室中产生的火花点燃的。

26、按照权利要求25所述的方法，其中含水燃料中的水分子在所述的一个或多个燃烧室中离解释放出氢和氧且其中所述的氢仅仅在所述的燃烧室中与含碳燃料燃烧。

27、按照权利要求26所述的方法，其中所述含水燃料中水量为25%到75%且空气与燃料比值控制在0.75∶1～1.5∶1之内。

28、按照权利要求26所述的方法，其中所述的催化剂含有催化极，该催化极选自：镍、铂、铂-镍合金、镍-不锈钢、贵金属、铼、钨，它们的合金和其它物质，当所述的燃烧空气和所述的含水燃料在所述的催化剂和火花存在下燃烧时，它们将作为催化剂用于离解水分子以产生氢。

29、按照权利要求28所述的方法，其中在一个或多个燃烧室的燃烧是通过至少35000伏的电压的火花点燃的。

30、按照权利要求28所述的方法，其中产生氢的催化剂以至少一个，优选复合催化极而存在。

31、一种在内燃机中可与空气燃烧的新型含水燃料，所述的燃料含有大于20～80%，优选25%到75%（体积，以所述燃料总体积为基）的水，和液体或气体含碳燃料，优选的含碳燃料选自：醇优选乙醇或甲醇、汽油、煤油燃料、柴油，其它含碳气体或液体燃料或其混合物。

32、按照权利要求31的一种新型含水燃料，它的40%～70%的水。

33、一种用于在内燃机燃烧室燃烧的燃料混合物，它含有含水燃料、气体或液体含碳燃料和从水分子离解释放的氢，所述的含水燃料水的初始量为20%～80%，优选25%～75%（体积，以所述燃料总体积为基）。

34、一种按照权利要求33的燃料混合物，其中所述的含碳燃料含醇，优选乙醇或甲醇、汽油、柴油燃料、煤油燃料，其它含碳气体或液体燃料或其混合物。

35、一种按照权利要求33的燃料混合物，它有40%～70%的水。