CZ296211B6

CZ296211B6 - Vodné palivo pro spalovací motory a zpusob jeho výroby

Info

Publication number: CZ296211B6
Application number: CZ0291696A
Authority: CZ
Inventors: W. Gunnerman@Rudolf
Original assignee: Gunnerman Rudolf W
Priority date: 1994-04-04
Filing date: 1995-03-29
Publication date: 2006-02-15
Also published as: NZ283877A; CA2187076A1; MD1883B2; IL113176A; RU2134715C1; AU2232495A; NO964163D0; EP0754214B1; EP0754214A1; KR100201204B1; US6302929B1; PL179945B1; PL316690A1; NO317238B1; FI963957A0; SK284555B6; HU217788B; ATE231907T1; JPH09511540A; CN1147830A

Abstract

Vodné palivo pro spalovací motory stabilní a skladovatelné po dobu nejméne trí mesícu, a v podstatenehorlavé mimo motor, tvorené emulzí olej ve vode, pricemz voda je externí kontinuální fází obsahující objemove 20 az 80 % vody a uhlíkaté palivo volené ze souboru zahrnujícího benzin, primární benzin, kerosen, motorovou naftu, plynná paliva obsahující uhlík, uhlíkatá syntetická paliva, oleje pocházející z biomasy a jejich smesi, 2 az 20 % alkoholu a 0,3 az 1 % neiontového emulgátoru, prísadu zlepsující mazání a stabilizátor proti rozdelování fází. Toto palivo se pripravuje tak, ze a) se vytvárí smes uhlíkatého paliva a emulgátoru, b) smísí seobjemove 20 az 80 % vody a objemove 2 az méne nez20 % alkoholu, c) smes podle kroku a) a podle kroku b) se promísí nebo a) se pripravuje smes uhlíkatého paliva voleného ze souboru zahrnujícího benzin, ropu, kerosenová paliva, motorovou naftu, plynná uhlíkatá paliva a jejich smesi a emulgátoru, b)pripravuje se smes alkoholu a vody, c) pridává sesmes alkoholu a vody do smesi paliva a emulgátorua promísí se.

Description

Vodné palivo pro spalovací motory a způsob jeho výroby (57) Anotace:

Vodné palivo pro spalovací motory stabilní a skladovatelné po dobu nejméně tří měsíců, a v podstatě nehořlavé mimo motor, tvořené emulzí olej ve vodě, přičemž vodaje externí kontinuální fází obsahující objemově 20 až 80 % vody a uhlíkaté palivo volené ze souboru zahrnujícího benzin, primární benzin, kerosen, motorovou naftu, plynná paliva obsahující uhlík, uhlíkatá syntetická paliva, oleje pocházející z biomasy a jejich směsi, 2 až 20 % alkoholu a 0,3 až 1 % neiontového emulgátoru, přísadu zlepšující mazání a stabilizátor proti rozdělování fází. Toto palivo se připravuje tak, že

a) se vytváří směs uhlíkatého paliva a emulgátoru,

b) smísí se objemově 20 až 80 % vody a objemově 2 až méně než 20 % alkoholu,

c) směs podle kroku a) a podle kroku b) se promísí nebo <0 CO

a) se připravuje směs uhlíkatého paliva voleného ze souboru zahrnujícího benzin, ropu, kerosenová paliva, motorovou naftu, plynná uhlíkatá paliva a jejich směsi a emulgátoru,

b) připravuje se směs alkoholu a vody,

c) přidává se směs alkoholu a vody do směsi paliva a emulgátoru a promísí se.

CM CO σ> CM

Vodné palivo pro spalovací motory a způsob jeho výroby

Oblast techniky

Vynález se týká nového vodného paliva pro spalovací motory a způsobu jeho výroby. Zvláště jde o vodné palivo spalovatelné ve spalovacích komorách spalovacích motorů, jakých se používá v motorových vozidlech a především se vynález týká vodných paliv, která se mohou spalovat ve spalovacím motoru, kde spalovací komory obsahují katalyzátor produkující vodík, jak je to popsáno v americkém patentovém spise US 5 156 114 Gunnerman (z 20. října 1992).

Dosavadní stav techniky

Jak je uvedeno v americkém patentovém spise US 5 156 114, existuje potřeba paliv, která by nahradila motorovou naftu a benzin k použití ve spalovacích motorech, zejména v motorech motorových vozidel. Spalovací motory, spalující motorovou naftu a benzin, produkují nepřijatelná množství znečišťujících látek, které ohrožují lidské zdraví a mohou poškozovat zemskou atmosféru. Nežádoucí účinky těchto nečistot na lidské zdraví a na atmosféru byly podrobeny diskusi v široké veřejnosti. Nežádoucí znečištění pocházejí ze spalování uhlíkatého paliva se vzduchem, který obsahuje dusík. Spalování běžných paliv se vzduchem v běžných motorech a poměrně nedokonalé spalování takových paliv jsou primární příčinou neuspokojivých množství znečišťujících látek vypouštěných vozidly se spalovacími motory.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je vodné palivo pro spalovací motory stabilní a skladovatelnost po dobu nejméně tří měsíců a v podstatě nehořlavé mimo motor, tvořené emulzí olej ve vodě, přičemž voda je externí kontinuální fází, které obsahuje objemově 20 až 80 % vody a uhlíkaté palivo volené ze souboru zahrnujícího benzin, primární benzin, kerosen, motorovou naftu, plynná paliva obsahující uhlík, uhlíkatá syntetická paliva, oleje pocházející z biomasy a jejich směsi, 2 až 20 % alkoholu a 0,3 až 1 % neintového emulgátoru, přísady zlepšující mazání a stabilizátor proti rozdělování fází.

S výhodou toto palivo obsahuje objemově 0,3 až 0,1 % emulgátoru, 0,001 až 0,1 % přísady zlepšující mazání a 0,001 až 0,3 % stabilizátoru proti rozdělování fází při teplotách nad 76,7 °C. (I nadále jsou procenta míněna vždy objemově, pokud není uvedeno jinak.) Jako přísadu zlepšující mazání obsahuje palivo polyorganosiloxan, jako emulgátor alkylfenolethoxylát nebo alkyloxypolyalkohol a jeho stabilizátor proti rozdělování fází lojový dehydroxyethylglycinát.

S výhodou palivo podle vynálezu sestává z benzinu a obsahuje 40 až 60 % vody, 2 až 10 % alkoholu, 0,3 až 0,7 % emulgátoru, 0,001 až 0,1% přísady zlepšující mazání a 0,001 až 0,1 % stabilizátoru proti rozdělování fází při teplotách nad 76,7 °C.

Palivo podle vynálezu rovněž s výhodou sestává z motorové nafty a obsahuje 40 až 60 % vody, 2 až 20% alkoholu, 0,3 až 0,7% emulgátoru, 0,001 až 0,1% přísady zlepšující mazání a 0,001 až 0,3 % stabilizátoru proti rozdělování fází při teplotách nad 76,7 °C.

Způsob výroby paliva podle vynálezu spočívá vtom, že

a) vytváří se směs uhlíkatého paliva a emulgátoru,

-1 CZ 296211 B6

c) směs podle kroku a) a podle kroku b) se promísí.

Nebo se způsobem podle vynálezu

a) připravuje směs uhlíkatého paliva voleného ze souboru zahrnujícího benzin, ropu, kerosenová paliva, motorovou naftu, plynná uhlíkatá paliva a jejich směsi a emulgátoru,

b) připravuje se směs alkoholu a vody,

V obou případech způsobu přípravy se promísení provádí s výhodou vířivě.

Bylo tedy vynalezeno nové palivo i způsob jeho výroby, které vedle snižování nečistot, produkovaných spalovacími motory, včetně zážehových i vznětových motorů, je také stabilní, skladovatelné a v podstatě nehořlavé vně spalovacího motoru. Nové palivo sestává z alespoň dvoufázové emulze sestávajícími z 20 až 80 % směsi vody a uhlíkatého paliva, s výhodou 40 až 60% uhlíkatého paliva a zvláště uhlíkatého paliva voleného ze souboru zahrnujícího benzin, „primární benzin“ (který se rozumí první produkt frakciované destilace ropy při výrobě běžných benzinů), kerosenová paliva, motorové nafty, plynný uhlík obsahující paliva a jejich směsi, 2 až méně než 20 %, s výhodou 2 až 10 % alkoholu, a 0,3 až 1 %, s výhodou 0,5 až 0,7 % neiontového emulgátoru. Uhlíkatým palivem mohou být též uhlík obsahující syntetické produkty i oleje pocházející z biomasy přídavně k fosilním palivům obsahujícím uhlík. Emulzi tvoří standardní emulze olej/voda s vodou jako externí kontinuální fáze. Třetí fáze může být vytvořena alkoholovou složkou. S výhodou může být zařazeno činidlo zlepšující mazání a/nebo přísada ke zlepšení odolnosti proti oddělování fází při zahřátí. Výhodnými činidly zlepšujícími mazání jsou sloučeniny obsahující silikon, které slouží též jako protikouřová a/nebo protikorozní činidla.

Způsob přípravy paliva podle vynálezu je velmi rozhodující. Připravuje se smísením napřed uhlíkatého paliva s emulgátorem, přípravou směsi alkoholu a vody oddělenou přísadou alkoholu, například ethanolu nebo methanolu, do vody a přidání směsi alkoholu a vody do předem připravené směsi paliva a emulgátoru k vytvoření 20 až 80 % směsi uhlíkatého paliva a vody a 0,3 až 1 % emulgátoru. Nebo může být alkohol a voda přidán odděleně do předem připravené směsi paliva a emulgátoru. Výsledná směs se intenzivně promíchá za dostatečného víření až do získání stabilního skladovatelného paliva. Pokud má palivo obsahovat činidlo zlepšující mazání a/nebo přísadu ke zlepšení odolnosti proti oddělování fází za zvýšených teplot, přidávají se tato činidla do směsi paliva, emulgátoru, alkoholu a vody před intensivním mícháním. Výhodné formulace paliva se připravují na bázi benzinu nebo motorové nafty. Benzinová směs je zde označována jako „A-55“ a směs s motorovou naftou jako „D-55“ a jako ropa s vodou. A-55 obsahuje zvláště 51 % vody, 48,5 % benzinu a 0,5 % emulgátoru a D-55 obsahuje 47 % vody, 52,5 % motorové nafty a 0,5 % emulgátoru. Jiná výhodná palivová směs může být provedena s primárním benzinem. Palivo na bázi ropy s vodou obsahuje zvláště vodu a 40 % ropy. S výhodou se používá deionizované vody, nejvýhodněji deionizované vody filtrované přes dřevěné uhlí. Uhlíkaté palivo je obsaženo v množství 20 až 80 %, s výhodou 40 až 60 %.

Výrazem „spalovací motor“ se zde vždy míní jakýkoli motor, ve kterém se spaluje uhlíkaté palivo s kyslíkem v jedné nebo v několika spalovacích komorách motoru. Obecně se tímto výrazem míní pístové motory, rotační motory a turbomotory (tryskové), včetně zážehových motorů a vznětových motorů.

Vynález blíže objasňuje následující podrobný popis a vysvětlující výkresy.

-2CZ 296211 B6

Popis obrázků na výkresech

Na obr. 1 je graf závislosti tlaku ve válci a objemu pro tradiční naftu (palivo naftových motorů) a D-55. Na ose x je poměr objemu válce k maximálnímu objemu, na ose y je tlak ve válci/tlak okolí, pevná čáraje pro motorovou naftu, čerchaná čára pro palivo D-55.

Na obr. 2 je graf porovnávající závislost tlaku ve válci a úhlu natočení klikového hřídele pro motorovou naftu (palivo naftových motorů) a „D-55“. Na ose x je úhel natočení klikového hřídele ve stupních, na ose y je tlak v MPa, pevná čáraje pro motorovou naftu čerchovaná čára pro palivo D-55.

Na obr. 3 je závislost kumulativního uvolněného tepla motorové nafty a paliva „D-55“ na úhlu natočení klikového hřídele. Na ose x je úhel natočení klikového hřídele ve stupních, na ose y je kumulativní uvolněné teplo v procentech, pevná čáraje pro motorovou naftu čerchovaná čára pro palivo D-55.

Nové vodné palivo podle vynálezu má menší potenciální energii (výhřevnost), než uhlíkatá paliva, je však nicméně schopno vyvinout nejméně stejný výkon. Například vodné palivo podle vynálezu, tvořené emulgovanou směsí vody a benzínu, má přibližně třetinovou potenciální energii benzínu, avšak pracuj e-li ve spalovacím motoru, vyvine přibližně stejný výkon ve srovnáni se stejným objemem benzínu. To je skutečně překvapující i když dosud ne zcela vysvětleno a aniž je snahou vázat se k jakékoli teorii, má se zato, že je to způsobeno novou palivovou směsí, která dochází z uvolnění vodíku a kyslíku a spálení vodíku, je-li nové vodné palivo zavedeno do spalovací komory spalovacího motoru, a spalováno se vzduchem v přítomnosti katalyzátoru produkujícího vodík, například způsobem a systémem, popsaným v americkém patentovém spise US 5 156 114. Zde použitý pojem „vodík produkující katalyzátor“ má nej širší význam. Katalyzátor je obecně definován jako látka, která vyvolává urychlenou aktivitu mezi dvěma nebo více silami, aniž je sama ovlivněna. Při použití v novém vodném palivu ke spalování ve spalovacích motorech se zjistilo, že bez této látky, přítomné ve spalovací komoře, ke spalování vodného paliva nedochází v takové míře, aby to vyvinulo požadovaný stupeň výkonu k fungování ve spalovacím motoru. Užitečné katalyzátory jsou popsány v americkém patentovém spisu US 5 156 114.

Opět bez vazby na jakoukoli teorii se má zato, že po zapálení elektrickou jiskrou nebo stlačením ve spalovací komoře za přítomnosti pólů tvořených katalyzátorem produkujícím vodík, dochází, jak se zdá, k disociaci molekul vody, pocházející ze spálení složky uhlíkatého materiálu, přítomné ve vodném palivu v kompresním zdvihu, což spolu se spálením uvolněného vodíku, dodává sílu k fungování motoru.

U zážehových motorů se může k zapálení paliva ve spalovací komoře používat normální jiskry standardních svíček vozidlových motorů s 25 000 až 28 000 volty, je však výhodné použít teplejší jiskry, například jiskry vyvolané napětím 35 000 V. Systémy vytvářející jiskry jsou obchodně dostupné až do 90 00 V a zdá se, že vyšší napětí vedou k lepší disociaci vodních molekul ve spalovací komoře.

Užitečné palivo k uvedeným účelům je popsáno v americkém patentovém spise US 5 156 114, přičemž je tento vynález výsledkem úsilí o další optimalizaci vodného paliva ke spalování ve spalovací komoře spalovacích motorů opatřených katalyzátorem produkujícím vodík. Palivo podle tohoto vynálezu je stabilní, skladovatelné a v podstatě nehořlavé vně motoru. Zkoušky s hořákem, zaměřeným na palivo, prokázaly v podstatě nehořlavost nového paliva, což pochází od paliva samotného a formování paliva způsobem, který vytváří emulzi, kde voda je externí kontinuální fází. Ačkoli může být pozorováno krátké počáteční vzplanutí, když se zapálí alkoholická složka, přítomna v množství přibližně alespoň 5 %, palivo se samo uhasí a je nehořlavé. Teplota vzplanutí je daleko vyšší než teplota vzplanutí uhlovodíků, to je uhlíkatého paliva v novém palivu. Například teplota vzplanutí benzínu je přibližně 43,3 °C a motorové nafty

-3CZ 296211 B6

48,9 °C a po vzplanutí alkoholu je teplota vzplanutí paliva, obsahujícího benzín, 137,8 °C a teplota vzplanutí paliva obsahujícího motorovou naftu 148,9 °C.

V současné době se má zato, že důvodem, proč vodné palivo podle vynálezu může vytvářet uspokojivé výsledky ve spalovacích motorech při postupu podle vynálezu je, že se ve spalovací komoře uvolňují vodík a kyslík, jak uvedeno shora. Vodík a kyslík pocházejí z disociace molekul vody a vodík se spaluje společně s uhlíkatým palivem ve vodné směsi. Výsledkem je, že se dosahuje porovnatelného výkonu motoru s menším množstvím uhlíkatého paliva s menším množstvím k hoření spotřebovatelného vzduchu, než jakého je možno dosáhnout za použití běžného spalování téhož uhlíkatého paliva s větším množstvím spotřebovaného vzduchu.

Dále je zřejmé, že u vodného paliva podle vynálezu se vodná fáze vypaří ve spalovací komoře v podobě páry. Pára expanduje větší měrou než vzduch a spalovací komora může být vhodně plněna menší množství vzduchu ke spalování. Při přeměně v páru expanduje tudíž vodná složka paliva ve spalovací komoře a nahradí část vzduchu, potřebného ke spalování, používaného při spalování běžných paliv ve spalovací komoře motoru. Expanze páry spolu se spálením uhlíkatého paliva a vodíku, uvolněného disociací molekul vody, vede k vytvoření požadovaného výkonu potřebného k funkci motoru.

Je také zřejmé, že jelikož vodík a kyslík jsou obsažené v palivové směsi spalované ve spalovací komoře spalovacího motoru podle vynálezu, mohou nastat okolnosti, kdy příliš málo vody ve vodném palivu je nedostačující. Například má-li uhlíkaté palivo nízký vlastní energetický výkon (výhřevnost), to je nízkou potenciální energii na jednotku objemu, může být žádoucí větší množství vody, jelikož uvolněním vodíku a kyslíku disociací molekul a vody a spálení vodíku se užitečně zvýší celková odevzdaná energie směsi uhlíkatého paliva a vody. Z toho důvodu je stanovena dolní mez 20 % jako užitečné, praktické, minimální množství vody ve vodné palivové směsi podle vynálezu k přizpůsobení větší rozmanitosti uhlíkatých paliv podle vynálezu. Horní mez 80 % je stanovena, jelikož k iniciaci reakce je nutné minimální množství uhlíkatého plynného nebo tekutého paliva. Nabuzeny jiskrou v zážehovém motoru nebo stlačením ve vznětovém motoru jsou molekuly vody disociovány ve spalovací komoře. Zjistilo se, že k disociační reakci vody je výhodné 6995 až 13990 kJ/1.

Ve výhodném provedení obsahuje vodné palivo podle vynálezu 40 až 60 % vody se zřetelem na objem vodného paliva jako celku a s výhodou jsou těkavým uhlíkatým palivem benzin, primární benzin, motorová nafta, palivo typu kerosenu, syntetická paliva obsahující uhlík, oleje odvozené z biomasy a jejich směsi. Alkohol se přidává ke snížení teploty tuhnutí paliva a ke zlepšení odolnosti paliva proti rozdělování na jeho jednotlivé složky. Nutné je také malé, avšak účinné množství neiontového emulgátoru. Zjistilo se, že emulgátor má být neiontový na rozdíl od iontového, jelikož iontový emulgátor je nevyhovující při tvrdé vodě a má také sklon vytvářet úsady v motorech. Neiontové emulgátory se řadí do tří kategorií; alkylethoxyláty, lineární alkoholické ethoxyláty (jakých se používá v pracích prostředcích) a alkylglukosidy. V současné době je výhodný „Igepal CO-630“ (alkylfenoxypolyalkohol, specificky nonylfenoxypoly (ethylenoxyethanol) (proudy společnosti Rhone-Paulenc, lne. Princeton, New Jersey). Uhlíkatá činidla, zlepšující mazání, jsou dobře známá a v současné době výhodnými jsou sloučeniny obsahující silikon, jako jsou polyorganosiloxany, například „Rhodorsil Antifoam 416“ (obchodní produkt společnosti Rhone-Paulenc), který také má protikouřovou schopnost. Jako účinné se osvědčilo množství do 0,03 %, například 0,01 až 0,03 % činidla zlepšujícího mazání, jak shora popsáno. Může být někdy také žádoucí začlenit přísadu ke zlepšení odolnosti vůči rozdělování fází za zvýšených teplot. Za tím účelem se přidává do 0,1 %, s výhodou 0,001 až 0,1 % takové přísady, jako je dihydroxyethylglycinát loje, například je možno použít obchodního produktu „Miratain“ společnosti Rhone-Paulenc.

Emulgátor je důležitý k tomu, aby napomáhal k udržování stálosti a skladovatelnosti paliva. Zjistilo se také, že pořadí přidávání a míšení složek pálívaje rozhodující pro dosažení jeho stability a skladovatelnosti. Je například důležité přidávat emulgátor do uhlíkatých složek paliva před přidá-4CZ 296211 B6 ním vody. Je také důležité přidávat odděleně alkohol do vody před smísením s palivem. Kromě toho množství vody a uhlíkatého paliva je nastaveno tak, že voda je externí kontinuální fází emulze. Velikost vodních části a jejich tvar mohou být nastaveny úpravou vlastností emulgátoru, což také umožňuje nastavení viskosity.

Překvapující výhodou paliva podle vynálezu je, že spalovací motory, používající toto palivo, jsou schopny studeného startu dokonce i při teplotách tak nízkých jako je -40 °C. Vizuální kontrolou stěn válce, pístů, katalyzátorů a zapalovacích svíček se nezjišťuje zjevné spalování uhlíku, oxidace nebo důlková koroze. Spalovací motory pracovaly s palivem při 4000 otáčkách za minutu bez jakéhokoli poklesu výkonu. Jinou předností pálívaje dramatický nárůst ujetých km najeden litr obvyklého uhlíkatého paliva, jako je motorová nafta nebo benzin za porovnatelných podmínek. Palivo je nehořlavé a vozidla, používající palivo podle vynálezu, vykazují rovnocennou provozuschopnost jako vozidla poháněná konvenčním uhlíkatým palivem. Výfukové plyny mohou být sníženy na desetinu nebo ještě výrazněji oproti výfukovým plynům při použití tradičních paliv a množství vypouštěného oxidu uhličitého může být sníženo na polovinu. Vypouštění páry je podle pozorování poloviční oproti výfukovým plynům při použití obvyklých paliv. Při používání paliva podle vynálezu se v motoru neusazuje žádný uhlík, spíše toto palivo vede k delší životnosti součástí motoru. Velmi významnou skutečností je, že palivo je v podstatě nehořlavé mimo motor a představuje tak velké zvýšení bezpečnosti oproti běžným uhlíkatým palivům, která se zapalují snadno. Zjistilo se také, že palivo je nekoroduje pryž a železné kovy a může se tedy používat s běžnými hadicemi a materiály v motorových vozidlech. Pro tuto kombinaci vlastností se palivo podle vynálezu výhodné pro použití v motorových vozidlech, včetně nákladních vozů, vozů k přemisťování zemin a letadel.

Ještě další výhodou vynálezu je skutečnost, že je možno používat levných i jinak méně žádoucích uhlíkatých paliv. U tradičních benzinů je například obvykle požadováno minimální oktanové číslo kolem 80 a hodnota zkoušky tlaku podle Reida („RVP“) alespoň 9. Na rozdíl od toho mohou být podle vynálezu používány uhlíkaté paliva s oktanovým číslem nižším než 75 a s hodnotou RVP 6 nebo nižší i primární benzin. Taková uhlíkatá paliva by se nehodila pro běžné spalovací motory.

Aby se zlepšila mazací schopnost paliva, je žádoucí začlenit činidlo zlepšující mazivost a činidlo působící proti kouřivosti.

Zjistilo se, že sloučeniny obsahující silikon nejenom zlepšují mazivost paliva, ale také snižuje kouřivost a zdá se, že zlepšují spalování ve spalovací komoře. Je užitečné používat činidel, která současně zlepšují mazivost paliva a současně působí proti kouření, čímž je možno se vyhnout nutnosti začleňovat zvláštní činidla pro tyto funkce.

Má se zato, že vodné palivo podle vynálezu je použitelné ve všech spalovacích motorech včetně běžných benzínových a naftových motorů pro použití například v automobilech a v nákladních vozech, při použití běžných karburátorů nebo systémů vystřikování paliva, stejně jako u rotačních motorů a turbínových (tryskových) motorů. Má se také zato, že vynález je použitelný v kterémkoli motoru, ve kterém se těkavá kapalina nebo plynné uhlíkaté palivo spaluje s kyslíkem (O₂) v jedné nebo několika spalovacích komorách motoru.

Aby byly motory použitelné s palivem podle vynálezu, je třeba jen několika úprav. Například, jak je uvedeno v americkém patentovém spise US 5 156 114, je nutno k použití vodného paliva instalovat vodík produkující katalyzátor do spalovací komory nebo komor motoru, jak je to popsáno v uvedeném patentovém spise, aby působil jako katalyzátor při disociaci molekul vody a vodík a kyslík. Kromě toho může být použito jakéhokoli vhodného prostředku k přívodu a k řízení vstupu, množství a průtoku spalovacího vzduchu a paliva do spalovací komory (komor) pro požadovaný optimální chod motoru. Z tohoto pohledu je významným faktorem poměr vzduchu a paliva k uskutečnění spalování ve spalovacích komorách. Z praktického hlediska je také žádoucí provést přívod paliva a systém jeho uskladnění z materiálů odolávajících korozi. Výhod

-5CZ 296211 B6 né je rovněž vyšší napětí v elektrickém jiskrovém systému, než jakého se běžně používá u zážehových motorů motorových vozidel poháněných běžnými palivy, například benzínem. Systémy produkující „teplejší jiskru“ jsou obchodně dostupné, například od Chrysle Motor Company. Jako další úpravu k optimalizování použití vynálezu je žádoucí použít elektronicky řízeného systému za pomoci počítače k přívodu paliva do vstřikovačů nebo jiného systému přívodu při plnicím zdvihu spalovacího motoru. Disociace molekul vody je o sobě dobře známá.Například je termodynamika a fyzikální chemie disociace vody a páry popsána v literatuře (Chemistry of Dissociated Water Vapor and Related Systems, M. Vinugopalan a R. A. Jones (1968) vydané vydavatelstvím John Willey and Sons, lne.; Physical Chemistry of Colleges, E.B. Mellard (1941), str. 340 až 344, vydané nakladatelstvím McGraw-Hill Book Company, lne. A Advanced Inorganic Chemistry, F. Albert Cotton a Geoffrey Wilkinson (1980), str. 215 až 228).

Například může být vodné palivo a vzduchu, potřebný ke spalování, zaveden do karburátoru nebo vstřikovacího palivového systému při teplotě okolí a směs vzduch/palivo se pak zavede do spalovací komory nebo komor, kde jiskra za zapalovací svíčky zapálí směs vzduch/palivo běžným způsobem, když píst ve spalovací komoře dosáhne spalovacího stavu ve spalovacím cyklu. Má se zato, že přítomnost katalyzátoru produkujícího vodík ve spalovací komoře působí jako katalyzátor k disociaci molekul vody ve vodném palivu, když zapalovací svíčka zažehne směs vzduch/palivo. Vodík a kyslík, uvolněné disociaci, se také v průběhu spalování vznítí ke zvýšení množství energie dodané palivem.

K objasnění přípravy paliva se může použít následujících způsobů směšování:

1. Napuštění požadovaného množství paliva, například motorové nafty nebo benzinu do nádrže.

2. Smísení odměřeného množství emulgátoru v oddělené nádrží s určitým množstvím motorového nafty nebo benzinu k dosažení poměru paliva k emulgátoru přibližně 1:1.

3. Míšení emulgátoru s palivem do dosažení konsistentního zabarvení. Míšením se snižuje měrná hmotnost emulgátorové směsi a tento proces zabraňuje emulgátoru v usazování na dně nádrže po jeho přidání do zbývající motorové nafty nebo benzinu.

4. Přidání emulgátoru a směsi motorové nafty nebo benzinu do zbývajícího uhlíkatého paliva a míchání.

5. Do oddělené nádrže se přidá alkohol a požadovaný objem vody. Je výhodné směšovat, to je mísit směs alkoholu a vody například po dobu 15 až 30 sekund.

6. Zkombinování směsi vody a alkoholu a směsi paliva s emulgátorem a míchání až do dosažení stejnoměrného zabarvení.

7. Intenzivní míšení celého objemu vířením v mixeru nebo ve smykovém čerpadle při vhodném nastavení tlaku 1449 až 1932 kPa.

Z mixeru nebo smykového čerpadla pak vychází konsistentně vybarvená mléčně bílá formulace paliva.

Vynález blíže objasňují, nijak však neomezují, následující příklady praktického provedení.

-6CZ 296211 B6

Příklady provedení vynálezu

Následující příklad naznačuje účinek emulgátoru na formulaci paliva. Zkušební šarže se připraví takto: všechny směsi sestávají z 8 dílů motorové nafty a 6 dílů vody, avšak koncentrace emulgátoru je odstupňována objemově od 0,2 do 0,7 % po 0,1 % stupních. Vzorky z každé zkušební šarže se odeberou po třech průchodech čerpadlem.

Zjišťuje se, že koncentrace emulgátoru pod 0,5 % má sklon k nestabilitě, zatímco koncentrace emulgátoru 0,5 % až 0,7 % jsou všechny stejně stálé.

Zkoušky palivových směsí s kolísajícím obsahem alkoholu ukazují, že stabilita formulace je dobrá při nejméně 2 % alkoholu. Na horní hranici vykazují směsi s 20 % alkoholu 'významné oddělování motorové nafty spíše než oddělování vody.

Zkoušky teploty tuhnutí (mrznutí) ukazují výrazné snižování teploty tuhnutí s rostoucím obsahem alkoholu, což se dalo očekávat, avšak také, že kolísající obsah vody ve směsi má malý vliv na teplotu tuhnutí.

Při specifických zkouškách se palivo s 0 % alkoholu úplně odděluje. Vzorky s obsahem alkoholu ve výhodném rozmezí 2 až 10 % alkoholu se v průběhu tání nikdy nerozdělí. Při obsahu alkoholu nejméně 2 % nedochází k oddělování fází po dlouhou dobu, například po dobu šesti měsíců.

Provedly se také výkonové zkoušky a zjišťuje se, že dochází k rychlému klesání výkonu po určitém zvýšení procenta vody. Výkon klesá postupně také se zvyšováním množství alkoholu.

Podle běžného myšlení by se dalo předpokládat, že změny výkonnosti by byly dány změnami výhřevnosti paliva (kJ/1). Nezdá se však, že tomu tak je. Analýza příspěvku každé složky ktepelnému obsahu paliva tyto anomálie nevysvětlují.

Následují tabulka obsahuje typické vlastnosti určitých formulací s motorovou naftou as benzinem podle vynálezu ve srovnání s obvyklým naftovým a benzinovým palivem „A-55“ se vztahuje k benzinové palivové směsi a „D-55“ se vztahuje ke směsi s motorovou naftou. Za těmito tabulkami následuje tabulka porovnávající ropu a emulzi ropa-voda.

A-55*	BENZIN
Tlak podle Reida (kPa)	Tlak podle Reida (kPa)**
5,48	Třída těkavosti A-9 Třída těkavosti E-15
Teploty destilace (°C) při procentu odpařeného	Teplota destilace (°C) při procentu odpařeného
podílu	podílu
10%	10%
Test (6/92) - 63,3	Třída těkavosti A (max) - 70
Test (2/93)-56,1	Třída těkavosti E (max) - 50
90%	90%
Test (6/92) - 98,9	Třída těkavosti A (max) - 190
Test (2/93) - 56,1	Třída těkavosti E (max) - 110
Koncový bod	Koncový bod
Test (6/92) -126,7	Třída těkavosti A (max) - 225
Test (2/93) - 104,4	Třída těkavosti E (max) - 225
Hmotnost, měřená způsobem API**** @ 15,6 °C
Test (6/92) - 33,2	Měrná hmotnost @ 15,6 C***
Test (2/93) - 33,8	0,713-0,739
kJ/kg (hrubá)	kJ/kg (HHV)***
Test (6/92) - 24,36 Test (2/93)-22,17	47,00
kJ/kg (čistá)	kJ/kg (HHV)***
Test (6/92)-21,92 Test (2/93)-20,13	43,85

* Rozdíl mezi testem 6/92 a 2/93 může být způsobem do značné míry použitím neoxidovaného benzinu nízké třídy v testu 2/92 spolu s přísadami jak je popsáno v tabulce „Typická měření a 5 postup směšování“ v části „Porovnání charakteristik“, kde je popisována ochranu paliva před zmrznutím v zimních podmínkách.

** Porovnávací informace z ročenky Annual Book of ASTM Standards (1991) *** Porovnávací informace z příručky Marks' Standard Handbook for Mchenical Engineers,

VIII. vydání McGraw-Hill Inc. (New York 1978), str. 7 až 14 a 7 až 16.

**** míní se měrná hmotnost měřená způsobem API

D-55 (Motorová nafta č. 2 jako základní palivo)	Motorová nafta (Samotná motorová nafta č. 2 pro porovnání)
Hmotnost API při 15,6 °C	Hmotnost API při 15,6 °C
25,5	26 až 34
Bod vzplanutí (°C)	Bod vzplanutí (°C)*
74,4	51,7 (min.)
kJ/kg (hrubá)	kJ/kg (HHV)** (kJ/kg) (při použití hmotnosti 30 API při 15,6 °C jako středu)
28,63	45,05
kJ/kg (čistá)	kJ/kg (HHV)** (při použití hmotnosti 30 API při 15,6 °C jako středu
26,09	42,34

-8CZ 296211 B6 * Porovnávací informace z příručky Karl W. Stinson, Diesel Engineering Handbook XII. vydání, Diesel Publications lne. (Stamford 1980), str. 33.

** Porovnávací informace z téže příručky str. 38.

Motorová nafta s vodou (40 % motorové nafty)	Motorová nafta
Tlak páry podle Reida 74,52 kPa Obsah olova g/1 < 0,0002 Síra, rtg. 0,000002 % Hmotnost, API @ 15,6 °C 40,1 Pryskyřice neomytá mg/100ml-122 Pryskyřice omytá mg/100ml-293 Odolnost proti oxidaci min. +240 Aromatické látky 4,2 % Olefiny 0,0 % Nasycené podíly 95,8 % Výhřevnost celková 18745 kJ/kg	Tlak páry podle Reida 96,393 kPa Obsah olova g/1 <0,0002 Síra, rtg. -0,0000028 % Hmotnost, api @ 15,6 °C, 82,0 Pryskyřice neomytá mg/100ml-0,6 Pryskyřice omytá mg/lOOml-0,03 Odolnost proti oxidaci min. +240 Aromatické látky 2,7 % Olefiny 0,0 % Nasycené podíly -97,3 % Počátek destilace při 30 °C

Míšení paliv A-55 a D-55

Jak již bylo uvedeno, je míšení paliv jak A-55, tak D-55 významné pro jejich konečnou funkci. Nesprávné míšení může způsobovat oddělování benzinové a vodné složky, čímž dojde k nerovnoměrným podmínkám spalování v motoru, což vyvolá emise a pokles výkonu. Rozdělování fází paliva může také snížit požární bezpečnost paliva o které je pojednáno níže.

Při míšení paliva má prvořadý význam zaručit pořadí, ve kterém se složky dávají dohromady. V tomto stupni může být použito poměrně mírného míchání, například lze použít ručního míchání, jde-li o přípravu malých dávek jak paliva A-55, tak paliva D-55. Předem odměřené množství emulze se přidává do předem odměřeného množství benzinu nebo motorové nafty. Přidávání emulze vody způsobí napřed gelování emulze, což do značné míry brání správnému míchacímu procesu. Když se přidává emulze do benzinu nebo motorové nafty, má se mírně zvířit, aby emulze přišla do co největšího styku s největším povrchem benzinu nebo motorové nafty, předem odměřené množství vody se pak zamíchá do směsi benzin nebo motorové nafty s emulzí. Jakmile se voda přidá do směsi benzinu nebo motorové nafty s emulzí, emulze se zakalí a je-li mírně míchána, získá špinavě bílé zabarvení.

Při přidávání alkoholu, například methanolu, k ochraně směsi před zamrzáním, je užitečné smísit před odměřené množství methanolu s vodou dříve než se přidá voda do směsi benzinu nebo motorové nafty s emulzí. Přidává-li se do některých systémů přívodu paliva činidlo zlepšující mazivost, a činidlo zabraňují kouření, má se při správném míšení v tomto prvním stupni činidlo přidávat až po úplném smísení všech ostatních složek.

Následuje příklad postupu směšování pro přípravu dávky 14,06 litrů paliva A-55:

1. Značky se s 8 litry benzinu.

2. Do benzinu se přidá při mírném víření 60 mililitrů emulgátoru.

3. Do 6 litrů deionizované, přes dřevěné uhlí filtrované vody se přidá 300 mililitrů methanolu.

4. Směs vody a methanolu se přidá do směsi benzinu a emulgátoru a víří se až do chvíle, kdy se celá směs zakalí a získá špinavě bílé zabarvení.

5. Přidá se 5 kapek činidla proti kouřivosti a ke zlepšení mazání.

-9CZ 296211 B6

Takto smísené složky jsou pak připraveny pro druhý stupe%n postupu směšování. Druhý stupeň spočívá v prohánění paliva čerpadlem, takže se složky dokonale promísí. Čím je čerpadlo větší, to je čím větší vyvine tlak, tím lépe se palivo promísí a tím déle se uchová. Nechá-li se palivo probíhat poměrně malým čerpadlem, jakým je například dopravní palivové čerpadlo běžných automobilních motorů, lze pozorovat určité oddělování fází již po třech týdnech. Na druhé straně čerpadlo o přibližně 100-násobném objemovém průtočném množství udrží palivo ve smíšeném stavu bez oddělování fází po dobu delší než tři měsíce. Pokusy ukázaly, že palivo míšené malými čerpadly, bez ohledu na to kolikrát k oběhu došlo, vykazuje oddělení fází v týdnech. Palivo míšené za použití většího čerpadla nevykazuje rozdělení fází po době delší než tři měsíce.

Je-li palivo správně promíseno, vykazuje:

1) konsistentní zabarvení, obvykle mléčné bílé,

2) výsledky hydrometrických měření a měření měrné hmotnosti lišící se od benzinu (primárního benzinu) a motorové nafty, jak dále uvedeno,

3) nevykazuje patrné oddělování fází jak v podobě vrstvy benzin nebo motorové nafty na povrchu palivové směsi tak ostrůvků benzinu nebo motorové nafty na povrchu palivové směsi a

4) nevzplane pod plamenem hořáku, jak dále popsáno, po počátečním zapálení nebo vyhoření alkoholu.

Čtení hydrometru pro každé palivo při teplotě 15,6 °C* ^**
A-55-165 čtení D-55-130 čtení	primární 87-oktanový bezin - čtení přes 200 motorová nafta č. 2 - čtení 161
Měrná hmotnost každého paliva při teplotě 15,6
A-55- 0,84	primární 87-oktanový benzin - 0,72
D-55 -0,89-0,91	motorová nafta č. 2 - 0,84

* Měřeno hydrometrem se stupnicí Proof a Tralle ** Měřeno na elektronické stupnici Ohaus 1500D

Použití přísad jak u A-55, tak u D-55 pro specifické podmínky

Popsaná paliva se ukázala jako použitelné za studeného počasí při teplotě -53,9 °C stejně jako při horkém počasí do 54,4 °C. To souhlasí s průměrnými a extrémním podmínkami jízdních cyklů a stacionárních generátorů ve světovém prostředí. Jak již bylo dříve uvedeno, přísada alkoholu zabraňuje zamrzání ve většině teplotních rozmezí. Například přidáním 300 ml methanolu do vody v popsaných palivech zabrání zamrzání paliva při teplotách dobře pod -17,8 °C. Popsané a uvedeným způsobem smísené palivo odolává teplotám do 54,4 °C aniž dochází k rozdělení fází. Obě paliva, jak A-55, tak D-55, mohou vykazovat známky rozdělování fází při vyšších teplotách, avšak palivo může být smíseno tak, že obsahuje více emulgátoru, což zabrání rozdělování fází do teploty 76,7 °C. Při teplotách vyšších než 76,7 °C se má použít silnějšího čerpadla a recirkulačního systému k zabránění příliš rychlému rozdělování fází paliva. Pro nejlepší výsledky se může přidat vhodná přísada, jak shora popsáno, aby palivo odolávalo rozdělování fází nebo zvýšeným teplotám.

Při míšení paliva se má zabránit nadměrnému vytváření pěny. Pěna v palivu může narušovat výkonnostní a emisní výsledky. K tomuto účelu je možno přidat malé množství protipěnivého činidla.

-10CZ 296211 B6

Protipožární bezpečnost paliv A-55 a D-55

Obě paliva, jak A-55, tak D-55, mají vodnou fázi, což je činí bezpečnými z hlediska požární bezpečnosti. K doložení, že paliva jsou vodnovázová, provádí se následující zkouška: přibližně 200 mililitrů deionizované a přes dřevěné uhlí filtrované vody z vodovodní sítě se nalije do jedné nádrže a přibližně 200 ml benzinu (primárního benzinu) se nalije do druhé nádrže. Injekční stříkačkou se do každé nádrže vkápne kapka paliva A-55. Jakmile dopadne kapka A-55 do vody v první nádrži, okamžitě se rozptýlí po povrchu a zanechá na hladině lehce kalný zbytek. Jinak se chová kapka paliva A-55, když dopadne na hladinu benzinu. V tomto případě zůstane kapka paliva A-55 po dopadu na hladinu benzinu pohromadě a klesne ke dnu nádrže. Kapka se drží pohromadě nadále dlouho poté co byla vpravena do tohoto benzinu. Touto zkouškou může být také doložena externí vodná fáze paliva D-55. Stejného výsledku se dosáhne při použití paliva D-55 s nádrží naplněnou deionizovanou a přes dřevěné uhlí filtrovanou vodou a s nádrží s motorovou naftou.

Jsou-li dobře namíchána, nezapálí se žádné z obou paliv hořákem. Jako příklad se nalije 60 ml paliva A-55 a paliva D-55 na kovovou destičku v tenkých vrstvách. Plamen hořáku se pak nechá procházet nad palivy, přičemž konec hořáku se dotýká povrchů paliv. Paliva se nevznítí. Případně a pouze nechá-li se plemen hořáku směřovat přímo na palivo v jednom místě po dobu delší než přibližně 20 sekund, se na okamžik objeví modrý plamének o výšce přibližně 6 mm a sám zhasne. Není-li uhlíkaté palivo, benzin a emulze správně promíseny, zapálí se směs velmi snadno.

Výhoda nízkého tlaku par paliv A-55 a D-55.

Jiným činitelem, který způsobuje obtížné zapálení paliv je jejich extrémně nízký tlak par. Nadto je u paliv s nízkým tlakem par snížené vypouštění par, což významně snižuje potřebu systémů zpětného využití par u benzinových Čerpadel nebo systémů ke zpětnému využití par u automobilů a stacionárních motorů. Nižší tlak park podle Reida také snižuje zatížení okolí škodlivými výfukovými plyny.

Oktanové a cetanové číslo

U běžných automobilových motorů a motorů nákladních vozů se všeobecně doporučuje benzin s vysokým oktanovým číslem. Obvykle se u benzinových čerpadel dostane nízkooktanový benzin s nejnižším oktanovým číslem 87. Vysokooktanový benzin mívá oktanové číslo 92 a vyšší. Palivo A-55 pracuje účinně i při extrémně nízké, oktanovém čísle benzinu na bázi ropy, který mívá přibližně oktanové číslo 75, jelikož u tohoto paliva nemá oktanové číslo významnou úlohu. Cetanové číslo u paliva D-55 je také podstatně nižší než u tradičních motorových naft bez zhoršujícího vlivu na výkonnost. Z těchto důvodů nového paliva by měla být výrobně levnějšího než tradiční benziny a motorové nafty, nejenom pro obsah vody, ale také proto, že základní benziny a motorové nafty nevyžadují dalekosáhlou a nákladnou rafinaci.

Palivové filtry

Běžné palivové filtry používané u spalovacích motorů mívají k filtraci systém s papírovým jádrem. Paliva A-55 a D-55 je možno používat s těmito filtry: avšak po poměrně krátké době provozu mohou tyto filtry působit jako reversní osmotický systém a mohou způsobovat rozdělování fází paliva před vstupem do vstřikovačů. Aby se zabránilo rozdělovacímu působení papírových filtrů se doporučuje pořídit do průtoku paliva místo papírových filtrů buď volně průtočné filtry, které zachytí poměrně velké částice, nebo filtry s kovovým sítkem. Paliva lze zfiltrovat kovovými filtry až na 10 pm, aniž se změní vlastnosti paliva před vstřikem. S velmi kladnými výsledky byly též vyzkoušeny lamelové filfry s plastovými nebo kovovými lamelami.

-11 CZ 296211 B6

Porovnání výkonnosti paliv A-55 a D-55 s benzinem a motorovou naftou

Při porovnávací zkoušce se porovnává palivo A-55 s vysokooktanovým benzinem ve stejném motoru za použití dynamometru. Při chodu motoru s palivem A-55 je přibližně stejný výkon ± 4 % v porovnání s chodem téhož motoru s vysokooktanovým benzinem při stejném množství vzduchu spotřebovaného ke spalování pro obě paliva při vyšších výkonových nárocích. Motor použitý k této zkoušce byl upraven v podstatě podle popisu v americkém patentovém spise US 5 156 114. Výsledky výkonové zkoušky upravované motoru spalujícího benzin se v podstatě neliší od výsledků s podobnými motory provozovanými na benzin zkoušenými stejným způsobem. Podobných výsledků se dosahuje s palivem D-55. Maximálního výkonu lze dosáhnout při použití paliva D-55 tři až pětkrát rychleji než při použití obvyklé motorové nafty. Měněním množství vody v palivech A-55 a D-55 o ± 10 % nezpůsobuje příslušné zvýšení nebo snížení výkonu.

Požadavky na předstih

K dosahování optimálních výsledků při použití paliva A-55 má být předstih nastaven na 50°, což je přibližně dvojnásobek oproti požadavkům na tradiční benzinové palivo. Palivo D-55 pracuje také nejlépe, je-li nastavení vstřiku na vstřikovacím čerpadle nastaveno do předvstřiku o dva zoubky.

Poměr vzduch/palivo při použití paliv A-55 a D-55

Ve volnoběžném režimu lze paliv a A-55 a D-55 používat s minimálním poměrem vzduchu. Jsou-li paliva A-55 a D-55 použita za výkonových podmínek, používá se v podstatě téhož množství spalovacího vzduchu jak u tradičního benzinu nebo motorové nafty. V normálních zážehových spalovacích motorech je poměr vzduchu k palivu 14,7:1, u vznětových motorů 16,5:1. Zvýší-li se tyto poměry o více než 10 %, spalování se u spalovacích motorů ztrácí. Při použití paliva A-55 v zážehovém motoru je poměr vzduchu k uhlíkaté složce palivu za výkonových podmínek přibližně 29 až 28:1. Při použití paliva D-55 ve vznětovém motoru při výkonových nárocích měřený k uhlíkaté složce paliva je přibližně 32 až 40:1.

Výfukové plyny při použití paliv A-DD a D-55 v upravených motorech

Provedlo se mnoho porovnání výfukových plynů při použití paliva A-55 a vysokooktanového benzinu s dynamometrem Clayton chassis model C796, který zaznamenává otáčky a výkon. Provedlo se porovnání na 6-válcovém 3-litrovém motoru Ford Taunus z roku 1989 upraveném pro palivo A-55 a na motoru Ford Taunus z roku 1989 s podobným odometrovým čtením, který byl provozován s obvyklým benzinem. Katalyzátory z obou vozidel byly vymontovány. Zjistilo se, že při použití paliva A-55 jsou téměř všechny naměřené výfukové plyny sníženy šestkrát za stejných výkonových podmínek. Pouze čtení kyslíku jsou u obou vozů podobná. Naměřené hodnoty kyslíku jsou při nejlepším výkonu v rozmezí 0 až 3 %. V tomto oboru jsou výfukové plyny následující: oxid uhelnatá 0,10% nebo nižší, oxid dusíku 0,002 až 0,020% a uhlovodíky 0,005 až 0,020 %. Všechna měření výfukových plynů se prováděla za použití standardního analyzátoru automobilních výfukových plynů Sun. Jakmile motor dosáhne provozní teploty, není z výfuku patrný výstup páry nezávisle na okolní teplotě. To lze pozorovat s desetinásobkem nebo větším procentem oxidů dusíku u podobných motorů pracujících s obvyklým benzinem.

Ještě výrazněji jsou výfukové plyny sníženy na upravených vznětových motorech. Pro účely dalších projednávaných zkoušek se použije upraveného naftového dvoutaktního 4-válcového motoru Detroid #53. Upravený naftový motor se připojí k motorovému dynamometru Clayton, Model

CAM 250E, který zaznamenává otáčky, výkon a kroutící moment. Během studeného startu upravený motor kouří viditelně 2 až 5 sekund. U podobného motoru s obvyklou motorovou naftou je kouřivost obvykle patrna v zahřívací periodě mezi studeným startem a zahřátím na provozní teplotu po dobu 5 až 10 minut. Motor neprodukuje obvyklé saze v žádném výkonovém stupni. Jako

-12CZ 296211 B6 tomu je u naftových motorů provozovaných na motorovou naftu. Při výkonu přibližně 76,6 kW jsou výsledky následující: 10 % kyslíku, žádní uhlovodíky a 0,01 % oxidu uhelnatého. Viskosita je v podstatě zachována jak u paliva obsahujícího benzin, spalování je čisté i při prodlouženém použití. Všechny výfukové plyny se měří standardním analysátorem automobilních výfukových plynů Sun. Během provozního cyklu naftového motoru nebyla patrná žádná pára z výfuku nezávisle na okolní teplotě. Tyto výsledky mohou být porovnány s vypouštěním uhlovodíků nejméně dvojnásobným až trojnásobným u podobných motorů spalujících běžnou motorovou naftu.

Dodatečné zkoušky také ukázaly, je množství vypouštěných oxidů dusíku je sníženo u paliva D-55 a je až o 80 % nižší než u obvyklé motorové nafty.

Účinnost paliv A-55 a D-55

Účinnost obou paliv je z velké části významně vyšší než u obvyklého benzinu a obvyklé motorové nafty. Přirozeně se může účinnost měnit podle toho, jak je motor upraven a jak velké procento uhlíkatého paliva je použito. Zkoušky účinnosti obvyklého benzinu a obvyklé motorové nafty oproti uhlíkaté složce paliv A-55 a D-55 s oběma palivy v motorech úplně nebo zčásti opravených podle amerického patentového spisu US 5 156 114 vykazují výrazné zisky účinnosti při použité těchto paliv až o 100 % oproti provozu podobného motoru s tradičními uhlíkatými palivy.

Studené starty s palivy A-55 a D-55

Obou paliv, jak A-55 tak D-55, lze použít jako výhradního paliva ve spalovacích motorech. Ke startování není třeba používat sekundárního paliva v kombinaci sjak A-55 tak sD-55. Žádné z obou paliv nepůsobí potíže při studeném startu v upravených motorech s některými nebo veškerými úpravami podle amerického patentového spisu US 5 156 114.

Porovnání využití v naftových motorech

K dalšímu znázornění výhod nového vodného paliva v naftových motorech se odkazuje na přiložené obrázky včetně grafů na obr. 1 až 3. Tyto grafy uvádějí výsledky zkoušek provedených s palivy D-55 a porovnávají nové palivo s obvyklou motorovou naftou.

Na obr. 1 je zachycena závislosti mezi tlakem ve válci a objemem pro palivo D-55 a motorovou naftu. Jak patrno, sleduje tlak ve válci ve srovnání s objemem u nového paliva velmi těsně průběh u motorové nafty. Palivo D-55 je tedy plnou náhradou motorové nafty v naftových motorech.

Závislost mezi tlakem a úhlem natočení klikového hřídele je znázorněna na obr. 2, který ukazuje, že ačkoli tlak ve válci vyvolávaný palivem D-55 je poněkud zvýšený ve srovnání s obvyklou motorovou naftou, je rozdíl malý. Jak v grafu vyplývá, uvolňuje palivo D-55 vyšší tlak, avšak v konstrukčních mezích stanovených pro stávající naftové motory.

Nejvýznamnější výsledky jsou znázorněny na obr. 3, kde je porovnáváno kumulativní uvolněné teplo jako procento v závislosti na úhlu natočení klikového hřídele ve stupních jak pro palivo D-55, tak pro tradiční motorovou naftu. Je zřetelně patrno, že palivo D-55 dosahuje rychleji 100% uvolnění tepla a jeho uchování než tradiční motorová nafta a vykazuje tak podstatně zlepšenou tepelnou účinnost. To je zřejmé z prudkého nárůstu uvolněného tepla u paliva D-55 ve srovnání s uvolňováním tepla u tradiční motorové nafty. Palivo D-55 dosahuje 100% uvolnění tepla po otočení klikového hřídele o právě 10° ve srovnání s tradiční motorovou naftou, která dosahuje 100% po otočení klikového hřídele až kolem 80°. Ačkoli má palivo D-55 pomalejší počáteční spalování, má rychlejší uvolnění tepla než motorová nafta. Kromě toho je možno seřízením předvstřiku posunou uvolnění tepla blíže k 0° natočení klikového hřídele vstříknutím paliva mírně dříve v cyklu.

-13 CZ 296211 B6

Z přehledu údajů na obr. 1 až 3, včetně zlepšeného uvolňování tepla u paliva D-55 oproti tradiční motorové naftě vyplývá, že palivo podle vynálezu poskytuje podstatně zvýšený výkonový zisk. Vezme-li se za vztažný bod natočení klikového hřídele o 0°, jsou neočekávané výsledky paliva podle vynálezu, které používá přibližně polovinu množství nafty, dosti oslnivé. Kromě toho se nárůst výkonu dosahuje bez podstatného zvýšení tlaku, jak patrno z obr. 2, a tudíž bez poškození motoru. Jinak řečeno, výkonu se dosahuje za v podstatě stejného tlaku ve válci, avšak s palivem, jehož výhřevnost (kJ/kg) je pouze přibližně poloviční uhlíkaté složky ve srovnání s obvyklou motorovou naftou.

Z uvedeného je zřejmé, že jsou možné různé změny a úpravy aniž došlo k odklonu od ducha vynálezu.

Průmyslová využitelnost

Vynález se týká nového vodného paliva pro spalovací motory a způsoby jeho výroby.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Vodné palivo pro spalovací motory stabilní a skladovatelné po dobu nejméně tří měsíců, a v podstatě nehořlavé mimo motor, tvořené emulzí olej ve vodě, přičemž voda je externí kontinuální fází, vyznačující se tím, že obsahuje objemově 20 až 80 % vody a uhlíkaté palivo volené ze souboru zahrnujícího benzin, primární benzin, kerosen, motorovou naftu, plynná paliva obsahující uhlík, uhlíkatá syntetická paliva, oleje pocházející z biomasy a jejich směsi, 2 až 20 % alkoholu a 0,3 až 1 % ne iontového emulgátoru, přísadu zlepšující mazání a stabilizátor proti rozdělení fází.

2. Vodné palivo podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje objemově 0,3 až 0,1 % emulgátoru, 0,001 až 0,1 % přísady zlepšují mazání a 0,001 až 0,3 % stabilizátoru proti rozdělování fází při teplotách nad 76,7 °C.

3. Vodné palivo podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje jako přísadu zlepšující mazání polyorganosiloxan, jako emulgátor alkylfenolethoxylát nebo alkyloxypolyalkohol jako stabilizátor proti rozdělování fází lojový dehydroxyethylglycinát.

4. Vodné palivo podle nároku 1, vyznačující se tím, že je na bázi primárního benzinu a obsahuje objemově 40 až 60 % vody, 2 až 10 % alkoholu, 0,3 až 0,7 % emulgátoru, 0,001 až 0,1 % přísady zlepšující mazání a 0,001 až 0,1 % stabilizátoru proti rozdělování fází při teplotách nad 76,7 °C.

5. Vodné palivo podle nároku 4, vyznačující se tím, že obsahuje jako přísadu zlepšující mazání polyorganosiloxan.

6. Vodné palivo podle nároku 1, vyznačující se tím, že je na bázi motorové nafty a obsahuje objemově 40 až 60 % vody, 2 až 20 % alkoholu, 0,3 až 0,7 % emulgátoru, 0,001 až 0,1 % přísady zlepšující mazání a 0,001 až 0,3 % stabilizátoru proti rozdělování fází při teplotách nad 76,7 °C.

7. Vodné palivo podle nároku 6, vy z n a č uj í c í se t í m , že obsahuje jako přísadu zlepšující mazání polyorganosiloxan.

-14CZ 296211 B6

8. Způsob výroby vodného paliva podle nároků 1 až 7, v y z n a č u j í c í se t í m , že

a) se vytváří směs uhlíkatého paliva a emulgátoru,

c) směs podle kroku a) a podle kroku b) se promísí.

9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že se směs podle kroku c) promísí výřivě.

10. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že se do směsi podle kroku b) přidává přísada zlepšující mazání před promísením podle kroku c).

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že se do směsi podle nároku b) přidává stabilizátor proti rozdělování fází za teplot nad 76,7 °C před promísením pod kroku c).

12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že se do směsi podle krou b) přidává směs přísady zlepšující mazání a stabilizátor proti rozdělování fází za teploty nad 76,7 °C.

13. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že uhlíkatým palivem je benzin nebo primární benzin.

14. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že uhlíkatým palivem je palivo pro naftové motory

15. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že uhlíkatým palivem je nafta.

16. Způsob výroby paliva podle nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že

b) připraví se směs alkoholu a vody,

17. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že se směs podle kroku c) promísí vířivě.

18. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že uhlíkatým palivem je benzin nebo primární benzin.

19. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že uhlíkatým palivem je palivo pro naftové motory.

20. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že uhlíkatým palivem je nafta.