CZ20004853A3 - Motorový systém pouľívající asymetrický cyklus - Google Patents

Motorový systém pouľívající asymetrický cyklus Download PDF

Info

Publication number
CZ20004853A3
CZ20004853A3 CZ20004853A CZ20004853A CZ20004853A3 CZ 20004853 A3 CZ20004853 A3 CZ 20004853A3 CZ 20004853 A CZ20004853 A CZ 20004853A CZ 20004853 A CZ20004853 A CZ 20004853A CZ 20004853 A3 CZ20004853 A3 CZ 20004853A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
cylinder
fuel
engine
cycle
piston
Prior art date
Application number
CZ20004853A
Other languages
English (en)
Inventor
Charles W. Haldeman
Brian S. Ahern
Original Assignee
Quantum Energy Technologies Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Quantum Energy Technologies Corporation filed Critical Quantum Energy Technologies Corporation
Publication of CZ20004853A3 publication Critical patent/CZ20004853A3/cs

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0228—Adding fuel and water emulsion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/04—Engines with prolonged expansion in main cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/02—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings
    • F02F3/12—Pistons  having surface coverings on piston heads
    • F02F3/14—Pistons  having surface coverings on piston heads within combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/032—Producing and adding steam
    • F02M25/038—Producing and adding steam into the cylinder or the pre-combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/32—Miller cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F2200/00—Manufacturing
    • F02F2200/04—Forging of engine parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/02—Light metals
    • F05C2201/021—Aluminium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/04—Heavy metals
    • F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448—Steel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

Oblast techniky
Předložený vynález se týká vysoce účinného motoru používajícího asymetrický expanzní a kompresní zdvih spolu s využitím nadkritické směsi paliva a vody.
Dosavadní stav techniky
Činnost motoru s vnitřním spalováním je obecně kompromisem mezi účinností motoru a čistotou výfukových plynů. Například dieselové motory mají vysokou účinnost, ale výfukové plyny obvykle obsahují částečky hmota (PM) jako například saze a oxidy dusíku (NOX). Obvykle motory s vnitřním spalováním, ať již se zážehovým zapalováním nebo dieselové, pracují v symetrickém cyklu. To znamená, že kompresní objem se rovná expanznímu objemu. Ralph Miller v U S. patentu č. 2 670 595 byl první, kdo popsal motor pracující v asymetrickém cyklu. Zjistil , že uzavírání sacích ventilů buď před nebo po dolní úvrati (BDC) může měnit efektivní kompresní poměr v motoru.
Například zdvojnásobením délky zdvihu motoru a uzavřením sacího ventilu dříve než se píst dostane do poloviny dráhy směrem k dolní úvrati (BDC), je množství stlačeného vzduchu sníženo na jednou polovinou, při stejném efektivním kompresním poměru jaký má původní motor. Vzduch uvnitř válce během expanze do dolní úvrati a následující komprimace zpět až do dosažení atmosférického tlaku nekoná žádnou práci. Při stejném poměru palivo-vzduch působí na součásti motoru stejné špičkové tlaky. Jestliže se expanzní poměr nezměnění, pak spaliny mohou expandovat na dvojnásobný objem. Tato zvětšená expanze sníží tepelnou ztrátu výfukových plynů a umožní výfukovým plynům vykonat dodatečnou práci dosažením nižší teploty před otevřením výfukového ventilu(ů). Tím se zvětší užitečná mechanické energie dosažená motorem.
Původně rozvoj tohoto asymetrického cyklu probíhal převážně za malé pozornosti odborníků, protože docházelo ke zvětšování rozměrů a hmotnosti ve srovnání s běžnými motory při stejném výkonu.
• '· • · · ·
PCT/US99/12547
» · ·· » ·· • ··
1^*866··
Tyto rozměry a nárůst hmotnosti byly nepřijatelné pro výrobce motorů v obdobích po roce 1950 a 1960, během kterých byl jediným nejdůležitějším kriteriem výkon motoru na jednotku zdvihového objemu motoru. Millerem navrhovaný mechanizmus pro měnitelné časování ventilů byl také těžkopádný a neposkytoval dostatek variací úhlu nastavení ventilů, jak by bylo třeba.
V roce 1992 Ozawa (viz. U. S. patent číslo 5 682 854) řešil způsoby, jak překonat tento deficit výstupního výkonu používáním proměnlivého kompresního/expanzního poměru.
Jeho zařízení používá planetový ozubený převod konstruovaný pro změnu postavení vačkového hřídele sacího ventilu. Nosič satelitů mechanicky otáčí váčkovou hřídelí vpřed nebo zpět v závislosti na potřebě výkonu motoru na úkor účinnosti pracovního cyklu motoru. Zlepšení podle řešení původce Ozawy bylo komerčně realizováno ve vozidlech postavených firmou Mazda Corporation. Zejména Mazda Millennia, uvedená v roce 1994, používá plynule proměnný vačkový prvek, spojující schopnost vysokého výkonu s vysokou účinností.
Motory obecně užívají celokovové písty a hlavy válců a proto mají vysokou tepelnou difuzivitu. Tepelná difuzivita je zvolena tak, aby povrchová teplota pístů a hlav válců zůstávala dostatečně nízká, aby se zabránilo popraskání povrchu v důsledku tepelné zátěže vyvolané opakovaným cyklickým ohříváním vyplývajícím ze spalování paliva v motoru. Toto vyvarování se praskání v důsledku tepelné zátěže vyžaduje pro hliníkové písty a hlavy relativně nízké pracovní teploty (3OO°F-5OO°F tj. 149-260°C). Tato teplota je udržována chladicím systémem motoru odvádějícím teplo vznikající spalovacím procesem. Pochopitelně toto teplo pak není v expanzním taktu motoru k dispozici pro přeměnu na mechanickou práci. V důsledku toho přestup tepla celistvým kovovým pístem a hlavou mají za následek ztrátu účinnosti. Snížení tohoto přestupu tepla pístem a hlavou válců bude proto zlepšovat celkovou tepelnou účinnost motoru.
Nevyřízená US patentová přihláška pořadové číslo 08/992 983 podaná 18.prosince 1997 popisuje nadkritickou směs voda/palivo a spalovací zařízení, ve kterém je směs vody a uhlovodíkového paliva udržována blízko nebo nad termodynamickým kritickým bodem, takže směs tvoří jednu homogenní fázi.
Jak je uvedeno v této přihlášce palivová směs voda/ uhlovodík je udržována jako stejnorodá izotropní a jednofázová, a proto bude vykazovat při zavedení do spalovací komory lepší hořlavost.
• '· · · · · • 9 · · · ··· • * · · · · · 9 '· ·
PCT/US99/12547 ··· ·;· *··* 1 SW
Je dobře známo v technice motorových systémů, že spalování tekutého paliva závisí na rozprášení paprsku vstřikovaného paliva po němž následuje vypaření kapének paliva a finálně prudké hoření. Menší kapénky podporují úplnější a čistší spalování.
Dosavadní technika používá extrémně vysoké vstřikovací tlaky s cílem minimalizovat průměry kapének. Předehřívání paliva a chemická činidla podporují vytváření menších kapének, ale takovéto předehřívání paliva a používání chemických činidel zajišťuje jen mírné zmenšení rozměru kapének, přičemž ohřívání je efektivní až do 150°C - 200°C. Nad těmito teplotami nadměrná tvorba koksu, pryskyřice a dehtu omezuje velikost průtočných kanálů v palivové soustavě.
Je proto žádoucí vytvořit velmi účinný motorový systém kombinací asymetrického cyklu s nadkritickou směsí vodá/palivo spolu s řízenou teplotní difuzivitou v pístu a hlavě válců.
Podstata vynálezu
Motorový systém podle vynálezu zahrnuje spalovací motor, který má alespoň jeden píst ve válci a válec obsahuje hlavu válce. Zařízení spolupracující s pístem vytváří asymetrický expanzní a kompresní zdvih, přičemž expanzní část cyklu je větší než kompresní část cyklu. Povrch pístu a hlavy válců je za účelem snížení přestupu tepla opatřen izolačním materiálem, který má vybranou tepelnou difuzivitu.
Ve výhodném provedení je zařízení upraveno pro spalování nadkritické směsi paliva a vody vstřikované do válce. V dalším provedení je expanzní část cyklu větší než kompresní část cyklu v poměru od 1,3 : 1 do 2,5 : 1. Asymetrického cyklu může být dosaženo zvětšenou délkou zdvihu. Alternativně může být asymetrického cyklu dosaženo zmenšením uzavřeného objemu v horní úvrati kompresního zdvihu kombinovaným s dřívějším uzavřením sacího ventilu motoru.
Rovněž pozdější uzavírání vzduch přivádějícího sacího ventilu může zajistit dosažení asymetrické komprese, tato operace však vyžaduje další energii, neboť nejprve dojde k načerpání plného objemu a pak k vypuštění poloviny načerpaného objemu do okolí.
Dřívější uzavírání je proto výhodnější z hlediska termodynamického cyklu.
PCT/US99/12547
e · · ·
V dalším provedení vynálezu vstřikuje vstřikovací zařízení nadkritickou směs voda/palivo kolem úvrati kompresního zdvihu t.j. poblíž horního mrtvého bodu.
Vynález také zahrnuje tepelný výměník pro využití odpadního tepla motoru k ohřevu nadkritické směsi paliva a vody. Pro dosažení potřebného tlaku směsi voda/palivo, který dosahuje před vstupem do výměníku tepla hodnoty 4000 psi (275 790 hPa) je zařízení opatřeno čerpadlem. Tepelný výměník může být tepelně spojen s výfukem motoru.
V dalším provedení je pro předehřívání směsi voda/palivo zařízení opatřeno elektrickým předehříváním.
Toto předehřívání může být potřebné během startu nebo vždy, když je teplota výfukových plynů pod požadovanou teplotou předehřívání. Toto elektrické předehřívání může také obsahovat zpětnovazební řídicí jednotku pro ovládání předehřívání. Je výhodné, jestliže nadkritická směs má tlak asi 4000psi (275 790 hPa) a teplotu přibližně 400°C.
Motorový systém podle předloženého vynálezu je vysoce účinný. Asymetrický Millerův cyklus snižuje tepelnou ztrátu výfukových plynů. Izolační materiál pokrývající hlavu a píst snižuje ztrátu tepla, odcházejícího-s-chladicí kapalinou motoru. Kromě toho, voda a palivo jsou předehřívané výměnným teplem z chlazení motoru a/nebo výfukových plynů, což má za následek vznik nadkritické směsi vody a paliva. Přidání vody umožní ohřívání nadkritické směsi voda/palivo na teploty přesahující 400°C bez vzniku karbonu nebo koksu. Konečně, vstřikování homogenní směsi voda/palivo blízké kritickému stavu odstraní nebezpečí kapénkového odpařování .Použitá nadkritická směs vody/palivo je stejnorodá ajednofázová a nevytváří kapénky, které slouží jako zárodečná centra částeček produkované hmoty a aktivní body pro vznik NOX, v případě, že je používáno chladné čisté palivo.
Nadkritická směs voda/palivo je hustá tekutina, která je-li zahřáta a vstříknuta přináší 4% přírůstek entalpie a nárůst účinnosti spalovacího cyklu.
Asymetrický Millerův cyklus, s expanzním poměrem až do dvojnásobku kompresního poměru může přinést 15% nárůst absolutní výkonnosti z navíc získané entalpie a účinnost může být dále zlepšena použitím izolujících povrchů na pístu a hlavě válců. Spojením asymetrického Millerova cyklu, izolovaného pístu a hlavy a vstřikování nadkritické směsi vody a paliva je dosaženo rekordní účinnosti spolu s významným snížením emisních škodlivin. Je zřejmé, že jakákoliv kombinace dvou z těchto tří podmínek bude mít za následek zlepšení účinnosti.
PCT/US99/12547
1Τ866:·
Přehled obrázků na výkresech
Obr . 1 je pohled na příčný průřez spalovacím motorem podle vynálezu.
Obr . 2 je pohled na příčný průřez rybinového spojení pro připevnění izolační krycí vrstvy.
Obr . 3 je blokové schéma zařízení podle vynálezu.
Příklady provedení vynálezu
Termodynamickou výhodou asymetrického Millerova cyklu je, že poskytuje prostředky pro snížení ztráty tepla odcházejícího s výfukovými plynu z motoru. Snížení výkonu na jednotku objemu, vyplývající ze sníženého průtoku vzduchu může být zčásti kompenzováno snížením přestupu tepla do hlavy a pístu a přídavnou entalpií ze vstřikování směsi voda/palivo. Předložený vynález umožňuje jak chemicky, tak i mechanicky zlepšit účinnost spalovacího motoru. Výhodné provedení vynálezu bude popsáno na dieselovém motoru, ale vynález není omezen na tuto aplikaci. Vynález je stejně použitelný i pro zážehové spalovací motory.
Expanzní práce plynů ve válci může být ovlivňována třemi důležitými vlastnostmi reagujících složek vstřikovaných v blízkosti horní úvrati. Kvalita reagujících složek, jejich hořlavost a jejich počáteční teplota obecně ovlivní nárůst tlaku během hoření před počátečním stádiem expanze. Za žádoucí je považován jakýkoliv postup, který může urychlit rozvinutí tohoto vývoje tlaku bez přidání dalších imisí k proudu výfukových plynů. Předložený vynález je zaměřen na zlepšení ve všechny třech těchto kategoriích. Jak je uvedeno výše, je známo, že operace hoření kapalného palivo závisí na rozprášení paprsku vstřikovaného paliva, následujícím vypaření kapek paliva a nakonec na jeho vznícení.
Předložený vynález navrhuje postupem štěpení vody vytvořit zápalnější substanci. Voda smíchaná s motorovou naftou při teplotách nad 200°C omezí tvorbu koksu a mouru, protože uhlovodíková paliva mají sníženou molekulovou hmotnost částečnou konverzí na H2 a plyny CO a zkrácením délky řetězců. Voda a palivo společně smíchané a zahřáté nad nebo blízko ke kritickým termodynamickým podmínkám poskytují hospodárné řešení pro zmenšení velikosti kapének. Kromě toho plyn H2 vzniklý z páry zvyšuje cetanové číslo, což zajistí širší meze zápalnosti, které umožní zapálení při nižších místních koncentracích kyslíku. Molekuly
PCT/US99/12547 « · · · · · ·· · 13*866··
H2 tím slouží jako iniciátory vznícení, které jsou dobře rozděleny v reakční zóně. Široké meze zápalnosti vodíkového plynu zlepší sklon paliva k zapálení.
Tato skutečnost má také vliv na sníženou produkci oxidů dusíku. Kromě toho, nadkritické smíchání složek zvyšuje efektivní cetanové číslo palivové směsi.
Experimentálně zjištěné podrobnosti nadkritických chemických složení budou podrobněji popsány dále. V této souvislosti se znovu odkazuje na nevyřízenou přihlášku číslo 08/992 983 podanou 18. prosince 1997, jejíž závěry jsou zde uvedeny jako odkaz. Jak je popsáno v této přihlášce nadkritická směs paliva a vody je stejnorodá a jednofázová. Taková plynná směs s homogenností blížící se kritické směsi se smíchává s přiváděným vzduchem. Tak nedochází ke kapénkovému vypařování a neomezuje se míšení. Difúze kyslíku k reagujícím složkám se tím zrychluje. Vysoká průměrná teplota reagujících složek překračuje teplotu samovolného zapálení a oxidační reakce tak nastanou okamžitě. Průběh spalování ovládaný difúzí plynné fáze je mnohém rychlejší než difúze kapalné fáze v kapénkách. Následkem toho je zpoždění zážehu téměř vyloučeno a spalování ve válci je homogennější.
Tento rychlý začátek spalování je limitován penetračni rychlostí nadkritických reakčních složek. Hybnost a hmota omezuje rychlost penetrace nadkritických reakčních složek do zahřátého vzduchu v horní úvrati.
Difůzní rychlost je závislá na teplotě; tak teplota vstřikování 400°C dále podporuje míchání reagujících složek. Navíc, vstřikovací tlak udržovaný nad 3600 psi (248 211 hPa) vyvolá nadzvukovou rychlost výtoku z ústí vstřikovací trysky. Následkem toho je penetrace a směšování reagujících složek mnohem rychlejší než v případě kapének kapaliny.
Vysoká teplota směsi voda/palivo při vstřikování přinese asi 4% nárůst entalpie. Jestliže toto množství tepelné energie je získáno z odpadního tepla motoru, pak všechna tato zpět získaná energie může být převedena na mechanickou práci v pracovním taktu motoru.
Na obrázku 1 je znázorněn motor 10 s vnitřním spalováním, který obsahuje válec 12 ve kterém je uložen píst 14. Válec 12 obsahuje hlavu válců 16. Podle jednoho znaku vynálezu jsou na povrchu pistu 14 a hlavy 16 uloženy izolační vrstvy 18 a 20. Vrstvy 18 a 20 jsou relativně silné (0,06 až 0,1 palce , t.j 1,52 až 2,54mm) a jsou tvořeny materiálem s vysokou tepelnou odolností a nízkou tepelnou difuzivitou. Vrstvy 18 a 20 jsou připojeny k vršku pístu 14 a vnitřnímu povrchu hlavy válců 16 v oblasti horní úvrati tak, aby neposkytovaly
PCT/US99/12547 dobrý tepelný kontakt se zbytkem pístu 14 a hlavou 16 válce, avšak zajišťovaly bezpečné mechanické ukotveni. Například niklová, titanová, nebo inconelová pístní vrstva 18 může být přišroubována na horní plochu pístu 14. Eventuelně, jak je znázorněno na obr. 2, krycí vrstvy 18 a 20 mohou obsahovat rybinové drážky 19 a píst 14 a hlava 16 mají odpovídající drážky 19.
Některé z drážek 19 mohou být vytvořeny tak, že navzájem svírají pravé úhly a tak trvale blokují jakýkoliv pohyb. Odborníci v oboru mohou odhadnout, které další způsoby trvalého zajištění mohou být použity.
Vrstva 18 může při 2000°F (1093,3 °C) převádět jen malé množství tepla do pístu, v důsledku volně zašroubovaných závitů, které jsou nezbytné kvůli změnám rozměrů v důsledku tepelné, roztažnosti. Při vysokých teplotách je odvedeno méně tepla během spalování a část tohoto tepla je přivedena zpět ke komprimované směsi v době horní úvrati pístu. Protože přestup tepla je silně závislý na rychlosti a hustotě vzduchu ve válci 12, je toto teplo především přidáváno na horním· konci zdvihu, kde je to termodynamicky příznivé. Během sacího zdvihu, kdy tlak a rychlost jsou nízké, není ztraceno mnoho tepla. Podobná izolační vrstva 20 je použita v centrální oblasti hlavy 16 nad vybráním pístu. Je zřejmé, že tyto izolační vrstvy ]_8 a 20 jsou vybírány tak, aby měly správnou hmotnost a tepelnou difúzivita. Tyto vrstvy 18, 22 nemohou být zcela tepelně neprostupné, protože povrchová teplota by pak dosahovala hodnoty 4 000 až 5 000 °F (2204,4 až 2760 °C), která by způsobila tavení nebo tepelnou únavu povrchu vrstev 18 a 20. Vrstvy 18 a 20 mohou významně snížit tepelnou ztrátu ze spalin.
Jak je uvedeno výše, důležitým aspektem předloženého vynálezu jsou asymetrický expanzní a kompresní zdvih motoru 10. Motor 10 obsahuje sací ventily 22 a výfukové ventily 24. Jak je zřejmé odborníkům v dané oblasti techniky, může být v každém válci více sacích a výfukových ventilů. Vstřikovací zařízení 26 vstřikuje nadkritickou směs palivo/voda do válce
12. Jeden způsob, jak dosáhnout expanzního zdvihu většího než kompresní zdvih, je zavřít sací ventil 22 dříve, než píst 14 dorazí do spodní polohy. Například, jestliže sací ventil se zavře když je píst 14 v polovině své dráhy dolů směrem k dolní úvrati, kompresní poměr bude zmenšený na jednu polovinu, zatímco expanzní část cyklu bude probíhat během celého
PCT/US99/12547
13*860 zdvihu pístu 14. Když je píst v nebo blízko horní úvrati, vstřikovací zařízení 26 vstříkne nadkritickou směs vody a paliva do válce 12 načež následuje pracovní zdvih.
Dalším znakem vynálezu, který má za následek vysokou účinnost zařízení podle vynálezu je použití odpadního tepla motoru k předehřívání nadkritické směsi voda/palivo vstřikované do válce. Obr. 3 blíže objasňuje tento znak zařízení podle vynálezu.
Palivo 30 a voda 32 jsou čerpány čerpadlem 34 po tlakem 4 000 psi (275 790,4 hPa). Směs voda/palivo pak projde přes předehřívač 36 a je vstříknuta do motoru 10, kde se přemění na mechanický výstupní výkon. Odpadní teplo z motoru, buď v proudu výfukových plynů nebo pohlcené chladicím zařízením, prochází přes výměník tepla 38 a rekuperované teplo je přivedeno do předehřívače 36. Do předehřívače 36 může být přiváděna další elektrická energie, která umožní ohřívat nadkritickou směs voda/palivo až na asi 400°C. Odborníkům v daném oboru techniky je známo, že zpětná teplotní a tlaková regulační vazba může v zařízení podle vynálezu aktivně řídit množství elektrické energie, které je potřebné k optimálnímu nastavení podmínek směsi voda/palivo před jejím přivedením do motoru 10,
Kombinace zvýšené-solvatační energie nadkritické vody spolu se zlepšenými dopravními vlastnostmi hustého plynu jsou žádoucí z hlediska chemické reakce. Zvýšení teploty zvýší přeformulování chemických vlastností, ale reakční rychlost je často omezena difuzivitou oběma směry prostupovaných heterogenních katalytických povrchů. Difuzivita hustého nadkritického plynu je řádově 3-4krát vyšší než u typické kapaliny. Plyn v nadkritickém tlaku má hustotu odpovídající téměř 60% hustoty kapalného stavu, takže průtočný objem paliva není nadměrný. Tato rychlá změna chemických vlastností umožní, aby byl motor dodatečné vybaven tepelným výměníkem, který může směšovat a udržovat směs voda/palivo po dobu asi jedné minuty.
Předložený vynález je výhodný pro zlepšení spalování mnoha uhlovodíkových paliv včetně benzinu, motorové nafty, těžkých destilátů, sloučenin uhlíku, petroleje, zemního plynu, ropy, bitumenu nebo dalších uhlík obsahujících materiálů. Předložený vynález používající vstřikovací systém směsi palivo/voda pracující při kritických nebo jim blízkých podmínkách asi 4000psi ( 275 790 hPa) a 400°C poskytuje významné výhody. Vyšší teplota bude poskytovat menší zpoždění zážehu a bude mít za následek zvýšení entalpie ve spalovacím procesu. Použití výfukového tepla poskytuje potřebnou teplotu vyvolávající termodynamickou regeneraci, která zvýší o několik procent účinnost cyklu motoru, kromě
PCT/US99/12547
13*866*· doprovázejícího zlepšení emisí následkem rychlejšího a dokonalejšího spalování. Expanze nadkritické palivové směsi do ohřátého vzduchu ve válci 12 zajišťuje lepší smíšení, takže spalování probíhá rovnoměrněji ve hmotě nadkritické směsi voda/palivo, čímž se vyloučí časová prodleva vyplývající z kapénkového vypařování.
Vysoká teplota solvatace umožní spalovat podřadná paliva jako # 4, # 6 a další efektivněji a čistěji než bylo dosud možné.
Výhody vstřikování nadkritické směsi voda/palivo jsou zvýšeny současným využitím izolačních vrstev a asymetrického Millerova cyklu. Izolační vrstva omezí tepelnou ztrátu směrem k systému chlazení motoru, avšak přenese ji směrem k výfukovým plynům. Při asymetrickém Millerově cyklu dochází k expanzi na mnohem nižší teploty než u normálního cyklu, takže přídavné teplo z krycích vrstev pístu je odebíráno. Takováto kombinace spolupracujících prvků zahrnujících izolační vrstvy pístu a asymetrický Millerův cyklus může zajistit významný vzrůst celkové účinnosti motoru.
Příklady
Výhoda asymetrického cyklu je patrná z následující tabulky 1, která srovnává dva dieselové cykly, předpokládající adiabatickou kompresi a expanzi a neuvažující žádné tepelné ztráty.
PCT/US99/12547 · · · · ·· · 13 7?66*
Tabulka 1
Porovnání pro vznětový motor - 1 lb. (0,453 kg) vzduch - 1/30 lb. (0,015 kg) palivo 600 BTU krok souměrný 20:1 20:1 -40:1
i.i --- nasátí 1/2 válce vzduchu, 13,6 ft. ,0 práce
i Nasávání při 14,7 psi nebo 540 deg. R Expandovat na 2násob. objem a zpět na 13,6 ft.3, 14,7 psi 540 deg. R - 0 práce
1 Adiabatická komprese z pl = 14.7 psi, Tl=540 R vl = 13,6ft3 nap2 = 974 psi T2 = 1789 deg. R práce = 213,9 BTU Adiabatická komprese na 974 psi 1789 deg. R v + 0,68ft3 W =213,9 BTU
2 Ohřívání při stálém objemu do p3 = 2000 psi T3 =3674 R Q = 320 BTU práce = 0 Konstantní objem přidání tepla na 2000 psi 3674 der. RW=0 Q = 320 BTU
3 Přívod tepla při konstantním tlaku Q =280 BTU na T4 = 4841 deg. R v4 —O Cl ζ ·Α··^ .-. 1ϊ),..../',- — 1 1 —1 11 XJVJVlli. 1 V111V1 — 1,^ 1 / práce = 79,9 BTU Konstantní tlak teplem dosaženo 2000 psí 4841 deg. R v = 0,896 ft3 W 79,9 DTT T Γ\ — O ΤΊ T U 1 U — U 1 u
4 Expandovat adiabaticky do dolní úvrati ex. Poměr = 15,18 (zbývající poměr = 20:1) na T5 - 1630 deg. R p5 = 44,3 psi tato fáze poskytuje práci 550,4 BTU Adiabatická expanze do dolní úvrati poměr 30,37:1 v = 0,896 na 27,2 ft3 P= 16,8 psi T= 1235 deg. R W = 617,8 BTU
5 Výfuk proti 44,3 psi 13,6 X (44,314,7) =74,5 BTU W = 550,4+79,974,5 = 341,9 BTU Výfuk proti 16,8 psi 27,2 X (16,8 17,4) X 144= 10,6 BTU Netto práce = 617,8 + 79,9 — 213,9 — 10,6 = 473,2
η= 341,9 = 56,9 % 600 473 2 η= /J’ =78,8% 600
V tabulce znamená:
psi.....libra na čtverečný palec, 1 psi = 68,9476 hPa
p. . . .tlak (psi, hPa)
v.....objem (ft3, cm3)
Q.....teplo (BTU, joule)
W.....práce (BTU, joule)
BTU... .British termal unit, 1 BTU = 1054,35 J
T... teplota deg. R.....stupeň Rankina (540 deg. R =27 °C, 1789 deg. R = 720 °C)
PCT/US99/12547 ·· ·· • 9 · · »♦ • · · ♦4, • « a · ··· » » · 99 *· · 1.Τ866*
Velmi vysoká hustota jednotlivých molekul v nadkritické tekutině poskytuje požadované zlepšení vlastností reakce. Toto zlepšení reakčních vlastností bezprostředně souvisí se zlepšenou dodávkou reagujících složek, protože difuzivita hustého plynu je řádově větší než difizivita kapaliny. Byla naměřena změna transportních vlastností řádově 3-4 blíže k T^t, jak je patrno z práce autorů M. McHugh a V. Krukonis o názvu Super Critical Fluid Extraction, vyd. Butterworth Heinemann, Ed., Newton, MA 1994. Nad kritickou teplotou vody působí některé reakční produkty příznivé pro vzrůst tlaku. Reakční rychlosti nejsou pouze zvětšené protože termofyzikální vlastnosti jsou zlepšené. Skutečně nezvyklé reakční koordináty mění hustotový profil výsledku.
Pokud se týče roztoku paliva ve vodě v nadkritickém stavu, byly již kladné výsledky pozorovány. Předběžné experimenty byly prováděny v Energy Lab of Massachusetts Institute of Technology.
Uzavřená komora byla vytvořena ze slitiny inconel 625. Komora o vnitřním objemu 10 cm3 byla na jednom konci opatřena safírovým oknem pro pozorování. Do komory byly zaváděny pro izobarické testování rozličné koncentrace vody a motorové nafty. Byl udržován konstantní tlak. Pro každý experiment byl stanoven konstantní tlak a teplota byla zvyšována a snižována rychlostí 2°C za minutu.
První pokus byl proveden při konstantním tlaku 2 000 psi (137 895,2 hPa) a se směsí skládající se z 80% motorové nafty a 20% vody zahřáté za Tc, ke 400°C. Při tlaku 2 000 psi (137 895,2 hPa) a 400°C byl tlak příliš nízký a teplota příliš vysoká pro udržení vody v kapalném stavu. Na povrchu ještě kapalné motorové nafty se vytvářel hustý plyn a nebylo pozorovatelné žádné dokonalé promísení.
o
Voda měla objemovou hmotnost asi 0,32 gm/cm , její kritická teplota činila 374°C s kritickým tlakem asi 3250 psi (224 079,7 hPa). Motorová nafta má široký rozsah složek s různými molekulovými hmotnostmi, a jako taková nemá přesně definovanou kritickou teplotu. Skutečnost , že motorová nafta si udržela své kapalné skupenství při 400°C dokazuje, že nebylo dosaženo její kritické teploty. Přivedení většího množství tepelné energie do motorové nafta bez vody by způsobilo zpřetrhání a přetvoření mnoha vazeb, návrat materiálu ke kombinaci hustého plynu a těžkého odpadu.
Ve druhém pokusu byl tlak udržován na 3000 psi (206 842,8 hPa), přičemž stejná směs byla zahřívaná rychlostí 2°C za minutu. Překvapivě při 360°C se obě tekutiny kompletně smíchaly p0 • · ♦ *> >0 00 0 0 · ·' 0 Č
13*866U
PCT/US99/12547 a vytvořily nadkritickou tekutinu. Tato tekutina se chová jako hustý plyn, který nemá žádné povrchové napětí ani další vlastnosti kapalin. Je zajímavé si povšimnout, že změna fáze nastala při podmínkách, které jsou nižší než kritické podmínky pro každou jednotlivou tekutinu, vodu a palivo, zvlášť. Z tohoto druhého pokusu vyplývá, že úloha tlaku je ve fázi reakce prvořadá. Solvatační schopnost vody se zvětšila řádově uvnitř určitého rozmezí tlaku a teploty.
Třetí experiment měl za úkol zkoumat vliv těchto tlakových parametrů na povahu fází. Tlak byl zvýšen na 4000 psi (275 790,4 hPa) a teplota reaktoru byla zvyšována rychlostí 2°C za minutu. V tomto případě vzrostla teplota, při které byly obě kapaliny smíchány nadkritický na 378°C. Nadkritická směšovací teplota se zvýšila z 363°C na 378°C zvýšením tlaku o 1000 psi (68 947,6 hPa).
Tento pokusně-intuitivní trend předpokládá, že optimální tlakový a teplotní bod pro danou směs vody a paliva je stabilní, přičemž tento vztah je předmětem dalšího výzkumu.
Solvatační vlastnosti vody v nadkritickém stavu uváděné shora vyžadují výzkum charakteristických rysů spalování látek v tomto skupenství. Bylo vytvořeno zařízení schopné míchat vodu a palivo dohromady při vysokém tlaku (až do 5 000 psi, t.j. 344 738 hPa při 20 ml za minutu). Vysokotlaká směs byla přiváděna do svinuté nerezové ocelové trubky malého průměru s vnějším průměrem 0,063 palců (1,6 mm) a vnitřním průměrem 0,023 palců (0,584 mm).
Deset stop (3,048 m) takové trubky bylo navinuto na 1,5 palcové vřeteno (38,1 mm)a uspořádáno uvnitř sériově zapojené skupiny předehřívačů schopných zajistit u protékající tekutiny řízeným způsobem požadované zvýšení teploty.
Teplota byla udržována termočlánkovým regulačním obvodem proporcionálně, integrálně, diferenčního (PID) regulátoru předhrivače. Tlak byl udržován ručně řízením rychlosti průtoku přes dvojitý válec přesného objemového čerpadla.
Výtok ze vstřikovací trysky byl řízen převážně výstupním hrdlem a napájecím tlakem. Předložené zařízení bylo navrženo pro udržování průtoku asi 10 ml za minutu nadkritické směsi o tlaku 4 000 psi (275 790 hPa) a teplotě 400°C. To vyžadovalo výstupní otvor vstřikovací trysky o velikosti 0,003 palců (0,0762 mm). Proud vzduchu byl spolehlivě řízen vytvářením přetlaku přiváděného ke zdroji tlakového vzduchu. Průtok nasávaného vzduchu byl měřen měřičem obsahujícím kouli ve válci a rychlost toku byla řízená jehlovým ventilem. Zážehová dynamika byla řízena regulováním vzájemného poměru nasávaného vzduchu a
PCT/US99/12547
9 44 ^99-9 » _· «· ·· · « · 9 999 » · 9 · · 9 99 » 9 9 9 4 4 '♦ · 99
9 9 9 9 · ·9
... .. . 13‘|66»·* nadkritické směsi vody a protékajícího paliva. Dále rozdělovač nasávaného vzduchu byl vybaven skupinou předehřívačů zajišťujících ohřívání vzduchu na 350° C.
Nadkritická směs byla vytvořena, odměřena a vstříknuta do prostoru s atmosférickými podmínkami. Směs opouštěla hrdlo nadzvukovou rychlostí a strhovala podzvukový vzdušný proud a její rychlost musela být snížena v rozdvojené trysce pod zapalovací rychlost směsi. Takové rozdvojené trysky byly vyrobeny a připojeny k vrcholu vstřikovací trysky. Řízený přetlak vzduchu byl také přiveden k této trysce za účelem smíchání se vzduchem ve správném poměru pro spalování.
Regulováním proudu vzduchu spolu se směsí voda/palivo je vytvářeno stabilní spalování. I když tyto podmínky nejsou takové jako u dieselového motoru s TDC, charakteristiky^ spalování byli výrazně lepší než u přímého vstřikování nafty. Výfukové plameny byly usměrněny do kouřové trubky z oxidu křemičitého s charakteristickou délkou třikrát větší než byla délka plamenů.
Emise NOX, CO, O2 a PM byly měřeny na konci trubice z oxidu křemičitého. Oxid křemičitý byl používán proto, že můžé odolat vysoké teplotě plamene a přitom ještě zůstat dostatečně čistý pro vizuální prohlídku.
Výsledky použití nadkritické směsi voda/dieselové palivo jsou výrazně lepší než s palivem # 2 a # 6 jak je možno vidět v tabulce 2.
Tabulka 2
Rozprášené palivo Motorová nafta Motorová nafta - 30% H2O S.C 35%nafta35%#6-30% H2O
Kysličník uhelnatý (%) 100 150 0,0
Nespálené uhlovodíky (ppm) 60 100 < 12
Částečky hmoty (AVL index kouřivosti) 2,0 1,4 <0,1
NOX (ppm) 120 90 18
Je jisté, že přizpůsobení a obměny předloženého vynálezu jsou pro odborníky v oboru techniky zřejmé a je nepochybné, že takové modifikace a variace spadají do rozsahu připojených nároků.

Claims (15)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1 . Motorový systém vyznačující se tím, že obsahuje.
    motor (10) s vnitřním spalováním mající alespoň jeden píst (14) ve válci (12), přičemž válec (12) je opatřen hlavou válců (16);
    zařízení spolupracující s pístem (14) pro vytvoření asymetrického cyklu obsahujícího expanzi a kompresi, přičemž expanzní část cykluje větší než kompresní část cyklu; a izolační materiál, který má zvolenou tepelnou difuzivitu na povrchu pístu (14) a hlavy válců (16), přičemž tento materiál má tloušťku v rozmezí 0,06 až 0,1 in (1,52-2,54 mm) a tepelnou difuzivitu v rozmezí asi od 0,1 do 0,8 ft2/hod (9,29xl0’3 až 7,43xl0-2 m2/hod.).
  2. 2. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje zařízení (26) pro vstřikování nadkritické směsi paliva a vody do válce (12).
  3. 3. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že expanzní část cykluje větší než kompresní část cyklu ve vzájemném poměru v rozsahu 1,3:1 až 2,5:1.
  4. 4. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že zařízení pro vytvoření asymetrického cyklu obsahuje úpravu pro prodloužení délky zdvihu.
  5. 5. Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že zařízení pro vytvoření asymetrického cyklu zahrnuje úpravu pro zmenšení uzavřeného objemu na horním konci kompresního zdvihu.
  6. 6. Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že vstřikovací zařízení (26) vstřikuje nadkritickou směs paliva a vody v okamžiku kolem horní úvrati kompresního zdvihu.
  7. 7. Systém podle nároku 6, vyznačující se tím, že vstřikovací zařízení (26) vstřikuje směs poblíž horního mrtvého bodu.
    PCT/US99/12547
    ♦ 9 9 9 ·· 9 ♦ · 49 9 • 9 • · 9 9 i , • n. • 9 9 9 9 ě • 4 9 9 9 • · 4 • 9 9 • 99 '4 9 • 9 9 4 ·
    13 866
  8. 8. Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že dále obsahuje výměník tepla (38) pro využití odpadního tepla motoru (10) pro ohřívání nadkritické směsi paliva a vody.
  9. 9. Systém podle nároku 8, vyznačující se tím, že dále obsahuje čerpadlo (34) pro vytváření tlaku přibližně 4000psi (275 790 hPa) ve směsi vody a paliva před jejím uvedením do výměníku tepla (38).
  10. 10. Systém podle nároku 8, vyznačující se tím, že výměník tepla (38) je tepelně spojený s výfukem z motoru.
  11. 11. Systém podle nároku 8, vyznačující se tím, že dále obsahuje elektrické předehřívání· směsi voda/palivo.
  12. 12. Systém podle nároku 11, vyznačující se tím, že dále obsahuje zpětnovazební řídicí ústrojí pro ovládání elektrického předehřívání.
  13. 13. Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že nadkritická směs má tlak asi 4 000 psi (275 790 hPa ) a teplotu kolem 400°C.
  14. 14. Motorový systém, vyznačující se tím, že obsahuje:
    motor (10) s vnitřním spalováním, který má alespoň jeden píst (14) ve válci (12), přičemž válec (12) má hlavu válců (16);
    izolační materiál s vybranou tepelnou difuzivitou na povrchu pístu (14) a hlavy válců (16), přičemž tento materiál má tloušťku v rozmezí 0,06 až 0,1 in (1,52-2,54 mm) a tepelnou difúzivitu v rozmezí asi od 0,1 do 0,8 ft2/hod. (9,29xl0’3 až 7,43xl0’2 m2/hod.); a zařízení (26) pro vstřikování nadkritické směsi paliva a vody do válce (12).
  15. 15. Motorový systém, vyznačující se tím, že obsahuje:
    motor (10) s vnitřním spalováním, který má alespoň jeden píst (14) ve válci (12), přičemž válec (12) má hlavu válců( 16);
    zařízení spolupracující s pístem pro vytvoření asymetrického expanzního a kompresního cyklu, kde expanzní část cyklu je větší než kompresní část cyklu;
    PCT/US99/12547 • · 9
    9 9
    866 ·· izolační materiál s vybranou tepelnou difúzi vitou na povrchu pístu (14) a hlavy válců (16), přičemž tento materiál má tloušťku v rozmezí 0,06 až 0,1 in (1,52-2,54 mm) a tepelnou diíuzivitu v rozmezí asi od 0,1 do 0,8 ft2/hod. (9,29xl0‘3 až 7,43xl0‘2 m2/hod.);
    zařízení pro vstřikování nadkritické směsi paliva a vody do válce.
CZ20004853A 1998-06-26 1999-06-04 Motorový systém pouľívající asymetrický cyklus CZ20004853A3 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/105,734 US6170441B1 (en) 1998-06-26 1998-06-26 Engine system employing an unsymmetrical cycle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ20004853A3 true CZ20004853A3 (cs) 2001-11-14

Family

ID=22307503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20004853A CZ20004853A3 (cs) 1998-06-26 1999-06-04 Motorový systém pouľívající asymetrický cyklus

Country Status (13)

Country Link
US (1) US6170441B1 (cs)
EP (1) EP1090215A1 (cs)
JP (1) JP2002519566A (cs)
KR (1) KR20010085271A (cs)
CN (1) CN1307665A (cs)
AU (1) AU745701C (cs)
BR (1) BR9911552A (cs)
CA (1) CA2335365A1 (cs)
CZ (1) CZ20004853A3 (cs)
IL (1) IL140516A0 (cs)
MX (1) MXPA00012446A (cs)
PL (1) PL346364A1 (cs)
WO (1) WO2000000725A1 (cs)

Families Citing this family (70)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8215292B2 (en) * 1996-07-17 2012-07-10 Bryant Clyde C Internal combustion engine and working cycle
US7281527B1 (en) * 1996-07-17 2007-10-16 Bryant Clyde C Internal combustion engine and working cycle
US7222614B2 (en) * 1996-07-17 2007-05-29 Bryant Clyde C Internal combustion engine and working cycle
US6951211B2 (en) * 1996-07-17 2005-10-04 Bryant Clyde C Cold air super-charged internal combustion engine, working cycle and method
SE9800191D0 (sv) * 1998-01-23 1998-01-23 Jerzy Chomiak A combined Diesel-Rankine cycle reciprocating engine
US6520767B1 (en) * 1999-04-26 2003-02-18 Supercritical Combusion Corporation Fuel delivery system for combusting fuel mixtures
US6240883B1 (en) * 1999-07-23 2001-06-05 Quantum Energy Technologies Sub-critical water-fuel composition and combustion system
US6487994B2 (en) * 1999-07-23 2002-12-03 Supercritical Combustion Corporation Sub-critical water-fuel composition and combustion system
JP2002052076A (ja) * 2000-08-07 2002-02-19 Smc Corp オゾン除去方法及びその装置
JP3902018B2 (ja) * 2001-04-06 2007-04-04 三菱重工業株式会社 往復動内燃機関の運転方法とそのシステム
CN1461377A (zh) * 2001-04-06 2003-12-10 三菱重工业株式会社 用喷射临界状态的水来运行内燃机的方法
US20050247286A1 (en) * 2002-02-04 2005-11-10 Weber James R Combustion engine including fluidically-controlled engine valve actuator
US6688280B2 (en) * 2002-05-14 2004-02-10 Caterpillar Inc Air and fuel supply system for combustion engine
US7347171B2 (en) * 2002-02-04 2008-03-25 Caterpillar Inc. Engine valve actuator providing Miller cycle benefits
US7201121B2 (en) * 2002-02-04 2007-04-10 Caterpillar Inc Combustion engine including fluidically-driven engine valve actuator
US6732685B2 (en) * 2002-02-04 2004-05-11 Caterpillar Inc Engine valve actuator
US6705253B2 (en) 2002-03-11 2004-03-16 Edward J. Lesniak Electronic controlled emission and fluid injection system for an internal combustion engine
US7252054B2 (en) * 2002-05-14 2007-08-07 Caterpillar Inc Combustion engine including cam phase-shifting
US20050229900A1 (en) * 2002-05-14 2005-10-20 Caterpillar Inc. Combustion engine including exhaust purification with on-board ammonia production
US7100552B2 (en) * 2002-05-14 2006-09-05 Caterpillar Inc. Control system and method for variable valve actuation system
US20050241597A1 (en) * 2002-05-14 2005-11-03 Weber James R Air and fuel supply system for a combustion engine
US7004122B2 (en) * 2002-05-14 2006-02-28 Caterpillar Inc Engine valve actuation system
US20050247284A1 (en) * 2002-05-14 2005-11-10 Weber James R Air and fuel supply system for combustion engine operating at optimum engine speed
US6928969B2 (en) * 2002-05-14 2005-08-16 Caterpillar Inc System and method for controlling engine operation
US6807929B2 (en) * 2002-05-14 2004-10-26 Caterpillar Inc Engine valve actuation system and method
US6941909B2 (en) * 2003-06-10 2005-09-13 Caterpillar Inc System and method for actuating an engine valve
US20050235950A1 (en) * 2002-05-14 2005-10-27 Weber James R Air and fuel supply system for combustion engine
US20030213444A1 (en) * 2002-05-14 2003-11-20 Cornell Sean O. Engine valve actuation system
US20050235953A1 (en) * 2002-05-14 2005-10-27 Weber James R Combustion engine including engine valve actuation system
US20050235951A1 (en) * 2002-05-14 2005-10-27 Weber James R Air and fuel supply system for combustion engine operating in HCCI mode
US7069887B2 (en) * 2002-05-14 2006-07-04 Caterpillar Inc. Engine valve actuation system
US7191743B2 (en) * 2002-05-14 2007-03-20 Caterpillar Inc Air and fuel supply system for a combustion engine
US6957634B2 (en) * 2002-10-04 2005-10-25 Caterpillar Inc. Engine valve actuator
US20040177837A1 (en) * 2003-03-11 2004-09-16 Bryant Clyde C. Cold air super-charged internal combustion engine, working cycle & method
US7178491B2 (en) * 2003-06-05 2007-02-20 Caterpillar Inc Control system and method for engine valve actuator
US6912458B2 (en) * 2003-06-25 2005-06-28 Caterpillar Inc Variable valve actuation control for operation at altitude
US6976459B2 (en) * 2003-07-15 2005-12-20 Caterpillar Inc Control system and method for a valve actuator
US7318398B2 (en) 2003-08-15 2008-01-15 Caterpillar Inc. Engine valve actuation system
WO2005019619A1 (en) * 2003-08-18 2005-03-03 Bryant, Clyde, C. Improved internal combustion engine and working cycle
US6935287B2 (en) * 2003-09-30 2005-08-30 Caterpillar Inc System and method for actuating an engine valve
US20050087159A1 (en) * 2003-10-28 2005-04-28 Caterpillar, Inc. Engine valve actuation system
US7007650B2 (en) * 2003-10-31 2006-03-07 Caterpillar Inc Engine valve actuation system
US6988471B2 (en) 2003-12-23 2006-01-24 Caterpillar Inc Engine valve actuation system
JP2006029247A (ja) * 2004-07-20 2006-02-02 Denso Corp エンジンの停止始動制御装置
US20060082682A1 (en) * 2004-10-15 2006-04-20 Hoodman Corporation Camera LCD screen viewing device
US7802553B2 (en) * 2005-10-18 2010-09-28 Gm Global Technology Operations, Inc. Method to improve combustion stability in a controlled auto-ignition combustion engine
US7581516B2 (en) * 2005-11-18 2009-09-01 Matthew Snow Water/alcohol injection flow switch safety device
CA2634756C (en) * 2005-12-22 2014-07-08 William Henry Scalia, Jr. Apparatus and method for fuel flow rate, fuel temperature, fuel droplet size, and burner firing rate modulation
US20090071434A1 (en) * 2007-09-19 2009-03-19 Macmillan Shaun T Low heat rejection high efficiency internal combustion engine
IT1402779B1 (it) * 2010-10-19 2013-09-18 Ecotecne S R L Apparecchio per la produzione di un'emulsione combustibile
KR101973116B1 (ko) 2011-04-11 2019-04-26 노스트럼 에너지 피티이. 리미티드 내부 냉각 고압축 희박-연소 내연 기관
NO334747B1 (no) * 2012-01-20 2014-05-19 Viking Heat Engines As Eksternvarmemaskin, framgangsmåte ved drift av eksternvarmemaskin, en termodynamisk prosess for drift av en eksternvarmemaskin, samt anvendelse av en eksternvarmemaskin og/eller en termodynamisk prosess ved drift av et kraftvarmeverk.
JP5783114B2 (ja) 2012-03-30 2015-09-24 株式会社豊田中央研究所 火花点火式内燃機関
US20130333673A1 (en) * 2012-05-16 2013-12-19 Transonic Combustion, Inc. Heating of fuel with exhaust gas recirculation
EP2667009A1 (en) * 2012-05-24 2013-11-27 Grupo Guascor S.L. Ethanol preheater for engine
KR102055399B1 (ko) * 2012-12-26 2019-12-12 대우조선해양 주식회사 소형 발전플랜트의 운영 방법
US8813691B1 (en) 2013-02-18 2014-08-26 Shawn Grannell High efficiency, ternary mix engine
DE102013218764A1 (de) * 2013-03-15 2014-09-18 Ks Kolbenschmidt Gmbh Zweiteiliger Kolben für Verbrennungsmotor doppelt gefügt
US9297337B2 (en) * 2013-04-21 2016-03-29 Matthew A. Janssen Internal combustion and waste heat steam engine having a heat recovery steam generator exhaust manifold
US10018109B2 (en) * 2014-05-24 2018-07-10 Donald Joseph Stoddard Momentum driven fuel injection of steam and fuel vapor for compression ignition engines
CN104948340A (zh) * 2014-06-25 2015-09-30 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 非对称容积型发动机
CN104819048A (zh) * 2015-05-02 2015-08-05 周虎 一种燃烧室独立的内燃机
EP3452712A1 (de) 2016-05-04 2019-03-13 KS Kolbenschmidt GmbH Kolben
US10794340B2 (en) * 2018-04-24 2020-10-06 Wisconsin Alumni Research Foundation Engines using supercritical syngas
US11022051B2 (en) * 2018-05-02 2021-06-01 Water 2 Hydrogen (Ip) Party Ltd Internal combustion engine and method of operating an internal combustion engine
US11125170B2 (en) * 2018-12-10 2021-09-21 Wisconsin Alumni Research Foundation Supercritical reforming of fuels, without separate water supply, for internal combustion engines
JP2021173213A (ja) * 2020-04-24 2021-11-01 マツダ株式会社 エンジンの燃焼室構造
US11274603B1 (en) * 2020-08-21 2022-03-15 Bob Burkett Electric heating systems and methods for gas turbine engines and jet engines
WO2022150456A1 (en) 2021-01-07 2022-07-14 Wisconsin Alumni Research Foundation Wet biofuel compression ignition
CN112963238B (zh) * 2021-02-26 2022-02-15 华中科技大学 一种基于绝热燃烧室和米勒循环的绝热内燃机燃烧系统

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3082752A (en) * 1961-04-04 1963-03-26 Reynolds Metals Co Lined engine members and methods of making the same or the like
US3861239A (en) * 1972-06-05 1975-01-21 Edward M Mcwhorter Internal combustion engine combustion control crankshaft
US4074671A (en) * 1974-10-31 1978-02-21 Pennila Simo A O Thin and low specific heat ceramic coating and method for increasing operating efficiency of internal combustion engines
US4018194A (en) 1975-01-06 1977-04-19 Texaco Inc. Engine piston with insulated combustion chamber
US4034723A (en) 1975-10-06 1977-07-12 General Motors Corporation Insulated, high efficiency, low heat rejection, engine cylinder head
US4201553A (en) 1976-06-16 1980-05-06 Hans Osborg Method of improving combustion of fuels and novel fuel compositions
US4081252A (en) 1976-06-16 1978-03-28 Hans Osborg Method of improving combustion of fuels and fuel compositions
US4185593A (en) * 1977-10-31 1980-01-29 Mcclure Kenneth S Transformation of electrical energy to physical energy
US4412512A (en) * 1979-01-11 1983-11-01 Cottell Eric Charles Fuel supply system
FR2448032A1 (fr) 1979-02-05 1980-08-29 Semt Procede pour ameliorer le rendement d'un moteur a combustion interne notamment suralimente
US4197081A (en) 1979-03-26 1980-04-08 Hans Osborg Method for improving combustion of fuels
US4368711A (en) * 1979-11-26 1983-01-18 Larry Allen Apparatus and a method for operating an internal combustion engine
EP0049941A1 (en) * 1980-07-09 1982-04-21 Neil Douglas Shelton Means of preventing heat of working fluid from flowing into component surfaces of thermodynamic piston engines
US4552106A (en) * 1982-12-03 1985-11-12 John P. Ohl Internal combustion engine
US4574590A (en) 1982-12-06 1986-03-11 Dedger Jones High temperature engine and seal
US4594991A (en) * 1983-10-06 1986-06-17 Richard Harvey Fuel and water vaporizer for internal combustion engines
CS269973B2 (en) * 1984-09-28 1990-05-14 Kurt Hierzenberger Internal combustion engine
USRE32802E (en) 1984-12-31 1988-12-20 Cummins Engine Company, Inc. Two-cycle engine with improved scavenging
US4798184A (en) * 1986-11-17 1989-01-17 Sandor Palko Extended expansion diesel cycle engine
JP2718071B2 (ja) 1988-07-21 1998-02-25 いすゞ自動車株式会社 副室式断熱エンジン
US4862841A (en) * 1988-08-24 1989-09-05 Stevenson John C Internal combustion engine
DE3912344A1 (de) * 1989-04-14 1990-10-18 Harrier Gmbh Einrichtung zum herstellen einer oel-wasser-emulsion
US5107802A (en) 1990-05-28 1992-04-28 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Valve driving mechanism for internal combustion engines
US5239956A (en) 1991-06-07 1993-08-31 Detroit Diesel Corporation Internal combustion engine cylinder heads and similar articles of manufacture and methods of manufacturing same
US5341771A (en) * 1991-12-03 1994-08-30 Motive Holdings Limited Internal combustion engine with variable combustion chambers and increased expansion cycle
US5193493A (en) * 1992-01-10 1993-03-16 Ickes Theodore P Internal combustion engine with piston valving
US5161497A (en) * 1992-03-11 1992-11-10 Ford Motor Company Variable valve timing operated engine
US5243938A (en) 1992-07-30 1993-09-14 Yan Miin J Differential stroke internal combustion engine
EP0593793B1 (en) * 1992-10-19 1998-01-07 Miroslav Boric Stimulators for fuel combustion
EP0783623A4 (en) 1994-09-12 1997-11-19 Entherm Inc WATER INJECTION ENGINE IN CYLINDER
US5477820A (en) 1994-09-29 1995-12-26 Ford Motor Company Thermal management system for heat engine components

Also Published As

Publication number Publication date
IL140516A0 (en) 2002-02-10
CN1307665A (zh) 2001-08-08
WO2000000725A1 (en) 2000-01-06
AU745701C (en) 2003-04-17
PL346364A1 (en) 2002-02-11
EP1090215A1 (en) 2001-04-11
BR9911552A (pt) 2001-09-18
KR20010085271A (ko) 2001-09-07
AU745701B2 (en) 2002-03-28
CA2335365A1 (en) 2000-01-06
US6170441B1 (en) 2001-01-09
JP2002519566A (ja) 2002-07-02
AU4420099A (en) 2000-01-17
MXPA00012446A (es) 2002-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ20004853A3 (cs) Motorový systém pouľívající asymetrický cyklus
US8197558B2 (en) Supercritical diesel fuel composition, combustion process and fuel system
CA1327878C (en) Enhanced performance of alcohol fueled engine during cold conditions
EP3126656B1 (en) Use of prechambers with dual fuel source engines
US6793693B1 (en) Method for utilizing a fuel by using exothermic pre-reactions in the form of a cold flame
US20180266676A1 (en) Method and apparatus for setting the ignition property of a fuel
KR20010033259A (ko) 초임계 물/연료 조성물과 연소 시스템
WO2015142738A1 (en) Supplying oxygen to an engine
EP2004984A2 (en) Heated catalyzed fuel injector for injection ignition engines
JP2007113461A (ja) 燃料の着火性を向上させたガスエンジン
US8695540B2 (en) Fuel-cracking diesel engine system
US4558664A (en) Superheated fuel injection for combustion of liquid-solid slurries
JP2013524077A (ja) ロー・スペシフィック・エミッション分解
US4651703A (en) Method and apparatus for achieving hypergolic combustion by partial catalytic combustion
US4715347A (en) Method and apparatus for pretreatment of fuel by partial combustion with a composite catalyst
CA2254288C (en) Method and device for converting heat into work
WO2015041555A1 (en) Process and installation for production of synthesis gas
Osman Feasibility study of a novel combustion cycle involving oxygen and water
Kasani et al. Development of liquid fueled flameless combustor
US20200370514A1 (en) Method for operating a catalytic evaporator and uses of the method
CZ20002238A3 (cs) Nadkritická kompozice vody a paliva a palivový systém
Cernat et al. On vaporization of a single droplet of diesel fuel at lpg fuelled engine by diesel-gas method
RU2382215C2 (ru) Компенсационный способ введения энергии в рабочее тело и устройство компенсационной камеры сгорания дизельного двигателя
US20170306848A1 (en) Method for improving the performance and efficiency of diesel, gas-turbine, turbo-jet combustion engine
JP2008115721A (ja) 往復動型内燃機関