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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein gesteuertes 4-Takt-SI-Motorsystem, das verdampftes Benzin als Kraftstoff verwendet. Genauer gesagt wird das System verwendet, um mithilfe der Blasenerzeugungsmethode Dampf aus Benzin zu gewinnen und diesen Dampf zum Zünden des Motors zu verwenden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die auf Erdöl basierenden Kraftstoffe gehen allmählich zur Neige und die Verbrennung dieser Kraftstoffe hat zerstörerische Auswirkungen auf die Umwelt. Es besteht Bedarf an intensiver Suche nach alternativen Kraftstoffen für Ottomotoren. Laut BP (British Petroleum) haben Fahrer, deren Fahrzeuge auf die Verbrennung von Öl angewiesen sind, etwas mehr als ein halbes Jahrhundert Zeit, um alternative Energiequellen zu finden. Im Jahresbericht von BP über die nachgewiesenen weltweiten Ölreserven heißt es, dass die Erde Ende 2013 über fast 1.688 Billionen Barrel Rohöl verfügte, was bei den derzeitigen Förderraten 53.3 Jahre reichen würde.
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Tatsächlich sind die nachgewiesenen Reserven in den letzten zehn Jahren um 27 Prozent oder mehr als 350 Milliarden Barrel gestiegen. Benzinmotoren erfreuen sich seit ihrer Erfindung großer Beliebtheit; Die meisten Autos werden von diesen Motoren angetrieben. Vor allem wegen ihrer Einfachheit und einfachen Bedienung sind sie die erste Wahl für eine Reihe von Forschungen, aber aufgrund des Mangels an Rohölreserven und der steigenden Preise für Benzin kommen alternative Kraftstoffe ins Blickfeld. Heutzutage werden die meisten alternativen Kraftstoffe aus Biomasse gewonnen und sind leicht verfügbar. In der Vergangenheit wurden viele alternative Kraftstoffmischungen eingeführt, die sehr zufriedenstellende Ergebnisse lieferten.
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In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen wird deutlich, dass ein Bedarf an einem geregelten 4-Takt-Ottomotor mit verdampftem Benzin als Kraftstoff besteht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, ein gesteuertes 4-Takt-SO-Motorsystem bereitzustellen, das verdampftes Benzin als Kraftstoff verwendet, wobei der Verbrennungsmotor mit Benzin, mit verdampftem Benzin bzw. mit Benzin, das beim Durchlaufen von Wasser verdampft wurde, betrieben wird.
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In einer Ausführungsform, Es wird ein gesteuertes 4-Takt-SI-Motorsystem offenbart, das verdampftes Benzin als Kraftstoff verwendet. Das System umfasst einen Kompressor, der mit einem Benzin-/Kraftstofftank verbunden ist, um den im Tank aufgenommenen Kraftstoff zu komprimieren. Das System umfasst außerdem einen Wassertank, der mit dem Benzin-/Kraftstofftank verbunden ist, um den komprimierten Kraftstoffdampf aufzunehmen und ihn mithilfe eines Blasenbildungsprozesses mit Wasser zu verbinden, um ihn mit Wasserstoff und Sauerstoff anzureichern. Das System umfasst außerdem einen Motoreinlass zur Aufnahme des erhaltenen verdampften Benzins über Wasser, wobei die anfängliche Zündung eine vollständige Verbrennung, einen Abfall der Motortemperatur und eine Reduzierung von Schadstoffen wie Kohlenmonoxid und Stickoxiden bewirkt, wobei die hohe Konzentration von Wasserstoff und Sauerstoff darin liegt Dampfkraftstoff ist der Grund für diese Reduzierung der Emissionen, wobei der verdampfte Kraftstoff durch Wasser geleitet wird, um eine hohe Konzentration an Wasserstoff und Sauerstoff zu erhalten.
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Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, Leistungsmetriken wie den Kraftstoffverbrauch bei konstanter Geschwindigkeit zu untersuchen.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, die Ergebnisse verschiedener Tests zu vergleichen, bei denen der Verbrennungsmotor mit Benzin, verdampftem Benzin bzw. beim Durchgang durch Wasser verdampftem Benzin betrieben wurde.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, mithilfe der Blasenerzeugungsmethode Dampf aus Benzin zu gewinnen und diesen Dampf zum Zünden des Motors zu verwenden.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, Direktbenzin in Einzylinder-Benzinmotoren durch wasserverdampftes Benzin zu ersetzen.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein schnelles und kostengünstiges gesteuertes 4-Takt-SI-Motorsystem bereitzustellen.
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Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung weiter zu verdeutlichen, erfolgt eine detailliertere Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen davon, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es versteht sich, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als deren Umfang einschränkend anzusehen sind. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen genauer und detaillierter beschrieben und erläutert.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen, wobei:
- 1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines gesteuerten 4-Takt-SI-Motorsystems, das verdampftes Benzin als Kraftstoff verwendet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2 veranschaulicht die unterschiedliche Ansicht der Konstruktionszeichnungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 3 zeigt Tabelle 1 die einen Vergleich des Kraftstoffverbrauchs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
- 4 zeigt Tabelle 2 die die Emissionsanalyse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Darüber hinaus werden erfahrene Handwerker erkennen, dass Elemente in den Zeichnungen der Einfachheit halber dargestellt sind und möglicherweise nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Beispielsweise veranschaulichen die Flussdiagramme die Methode anhand der wichtigsten Schritte, die dazu beitragen, das Verständnis von Aspekten der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus können im Hinblick auf die Konstruktion des Geräts eine oder mehrere Komponenten des Geräts in den Zeichnungen durch herkömmliche Symbole dargestellt worden sein, und die Zeichnungen zeigen möglicherweise nur die spezifischen Details, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind um die Zeichnungen nicht durch Details zu verdecken, die für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, der Nutzen aus der Beschreibung hierin zieht, leicht ersichtlich sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG:
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Um das Verständnis der Prinzipien der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und für deren Beschreibung eine spezifische Sprache verwendet. Es versteht sich jedoch, dass dadurch keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, da Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und weitere Anwendungen der darin dargestellten Prinzipien der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann normalerweise in den Sinn kommen würden in der Technik, auf die sich die Erfindung bezieht.
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Der Fachmann versteht, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.
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Verweise in dieser Spezifikation auf „einen Aspekt“, „einen anderen Aspekt“ oder eine ähnliche Sprache bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Daher beziehen sich die Formulierungen „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform"und ähnliche Formulierungen in dieser Spezifikation möglicherweise, aber nicht unbedingt, auf dieselbe Ausführungsform.
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Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, sodass ein Prozess oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte umfasst, sondern möglicherweise andere Schritte nicht umfasst ausdrücklich aufgeführt oder diesem Prozess oder dieser Methode innewohnend sind. Ebenso schließen ein oder mehrere Geräte oder Subsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, denen „umfasst...a“ vorangestellt ist, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Geräte oder anderer Subsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen aus andere Komponenten oder zusätzliche Geräte oder zusätzliche Subsysteme oder zusätzliche Elemente oder zusätzliche Strukturen oder zusätzliche Komponenten.
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Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden werden. Das hier bereitgestellte System, die Methoden und Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sollen nicht einschränkend sein.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Blockdiagramm eines gesteuerten Viertakt-Ottomotorsystems, das verdampftes Benzin als Kraftstoff verwendet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das System 100 umfasst einen Kompressor 102, der mit einem Benzin-/Kraftstofftank 104 verbunden ist, um im Tank aufgenommenen Kraftstoff zu komprimieren.
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In einer Ausführungsform ist ein Wassertank 106 mit dem Benzin-/Kraftstofftank 104 verbunden, um den komprimierten Kraftstoffdampf aufzunehmen und ihn mithilfe eines Blasenbildungsprozesses mit Wasser zu verbinden, um ihn mit Wasserstoff und Sauerstoff anzureichern.
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In einer Ausführungsform wird der Einlass 108 eines Motors zur Aufnahme des erhaltenen verdampften Benzins über Wasser verwendet, wobei die anfängliche Zündung eine vollständige Verbrennung, einen Abfall der Motortemperatur und eine Reduzierung von Schadstoffen wie Kohlenmonoxid und Stickoxiden bewirkt, wobei die hohe Konzentration an Wasserstoff entsteht und Sauerstoff im dampfförmigen Kraftstoff ist der Grund für diese Reduzierung der Emissionen, wobei der verdampfte Kraftstoff durch Wasser geleitet wird, um eine hohe Konzentration an Wasserstoff und Sauerstoff zu erhalten.
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In einer anderen Ausführungsform bewegt sich der Kolben im Zylinder während des Saughubs vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt, der Kompressor 102 wird nur während der Anfangsphase der Zündung verwendet.
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In einer anderen Ausführungsform wird der Kraftstoffdampf aus der Wasserkammer während dieses Hubs durch Ventile in den Zylinder gesaugt, wodurch sowohl im Wassertank 106 als auch im Kraftstofftank ein Vakuum entsteht, das es Umgebungsluft ermöglicht, in den Kraftstofftank einzudringen.
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In einer anderen Ausführungsform sind der Kraftstofftank und der Wassertank 106 an der Ecke mit dem Rahmen verschweißt, wobei der Kompressor 102 mit Schrauben und Muttern an der Platte befestigt ist.
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In einer anderen Ausführungsform werden die beiden Löcher jeweils in die Abdeckplatten des Kraftstoff- und des Wassertanks 106 gebohrt und die Löcher mit Schlauchmanschetten verschweißt, wobei die beiden Abdeckplatten mit Schrauben und Muttern an den jeweiligen Tanks befestigt werden und eine Gummidichtung zwischen Abdeckplatte und Tank verwendet wird, um Leckagen zu vermeiden.
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In einer anderen Ausführungsform ist das obere Ende eines Schlauchkragens der Abdeckplatte des Kraftstofftanks über einen Schlauch mit dem Kompressor 102 verbunden und das untere Ende weist eine Verlängerung im Inneren des Kraftstofftanks auf, bis es unter den Kraftstoffspiegel eingetaucht wird.
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In einer anderen Ausführungsform ist das obere Ende eines anderen Schlauchkragens der Abdeckplatte des Kraftstofftanks, der nicht mit Kraftstoff in Kontakt steht, mit dem oberen Ende des Schlauchkragens der Abdeckplatte des Wassertanks verbunden, und das untere Ende weist eine Verlängerung innerhalb des Wassertanks 106 auf, bis dieser in Kontakt ist unter den Wasserspiegel getaucht.
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In einer anderen Ausführungsform ist ein weiterer Schlauchkragen der Abdeckplatte des Wassertanks, der nicht mit Wasser in Berührung kommt, über einen Schlauch mit dem Einlass des Motors verbunden.
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2 veranschaulicht die unterschiedliche Ansicht der Konstruktionszeichnungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Ein Kompressor 102, der an einen Benzintank angeschlossen ist, erzeugt Druckluft. Durch die entstehenden Blasen wird der Kraftstoff im Tank komprimiert und verdampft. Dieser komprimierte Kraftstoffdampf wird in einen Wassertank 106 transportiert, wo er mithilfe eines Blasenbildungsprozesses mit Wasser kombiniert wird, um ihn mit Wasserstoff und Sauerstoff anzureichern. Der Einlass 108 des Motors nimmt das erhaltene verdampfte Benzin über Wasser auf. Die anfängliche Zündung führt zu einer vollständigen Verbrennung, einem Abfall der Motortemperatur und einer Reduzierung von Schadstoffen wie Kohlenmonoxid und Stickoxiden. Die hohe Konzentration von Wasserstoff und Sauerstoff im Kraftstoffdampf ist der Grund für diese Emissionsreduzierung. Durch den Durchgang von verdampftem Kraftstoff durch Wasser wurde eine hohe Konzentration an Wasserstoff und Sauerstoff erreicht. Da sich der Kolben im Zylinder während des Saughubs vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt, wird der Kompressor 102 nur in der Anfangsphase der Zündung verwendet. Durch Ventile wird der Kraftstoffdampf aus der Wasserkammer während dieses Hubs in den Zylinder gesaugt, wodurch sowohl im Wassertank 106 als auch im Kraftstofftank ein Vakuum entsteht, das den Eintritt von Umgebungsluft in den Kraftstofftank ermöglicht. Aufgrund des mageren Kraftstoff-WasserGemisches kann zwar keine Höchstgeschwindigkeit erreicht werden, dennoch bietet das Fahrzeug eine bessere Kilometerleistung, vollständige Kraftstoffverbrennung und minimale Emissionen.
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Die Schweißanlage wird zur Herstellung der meisten Komponenten des Projekts genutzt. Es stellt sich jedoch heraus, dass wichtige Hochpräzisionsteile wie Motor und Schalldämpfer nicht in der Werkstatt bearbeitet werden konnten, weshalb Teile verwendet werden. Einige der Teile werden auf dem Markt gekauft, darunter Schläuche, ein Kompressor 102, eine Batterie, Gummischeiben, Manschetten, Winkelstücke, Muttern und Schrauben. Mit einer Schneidemaschine werden die Weichstahlstücke mithilfe eines Maßbands präzise geschnitten, und mit einer Schweißmaschine werden die Weichstahlstücke zusammengefügt, um die gewünschte Form zu erhalten.
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Das Ziel dieses großen Qualifikationsprojekts besteht darin, einen Verdampfer für flüssigen Kraftstoff zu entwickeln, der Benzin in einen brennbaren Dampf umwandelt, der in die Brennkammer eines typischen Benzin-Verbrennungsmotors geleitet werden kann. Diese Leistung wird am Ende erbracht. Die Leistungsbewertung ist abgeschlossen und die Ergebnisse werden tabellarisch aufgeführt. Die Emissionen des Motors werden mit drei verschiedenen Kraftstoffen getestet und der Kraftstoffverbrauch bei konstanter Geschwindigkeit in verschiedenen Zeitintervallen ermittelt. Die Ergebnisse werden gezählt und gegenübergestellt. Ein Vergleich der Daten zeigt, dass Benzin, das verdampft war und dann durch Wasser floss, weniger Schadstoffe freisetzte. Das Ergebnis wird mit Benzin und verdampftem Benzin verglichen. Durch die grafische Darstellung lässt sich schließen, dass der Kraftstoffverbrauch von Benzin im Vergleich zu Benzin und verdampftem Benzin geringer ist.
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Bei einem typischen Verbrennungsmotor wird flüssiger Kraftstoff direkt in die Zylinder eingespritzt. Bei der nahezu augenblicklichen Verbrennung verbrennt ein Teil dieses flüssigen Brennstoffs nicht vollständig. Man geht davon aus, dass eine vollständigere Verbrennung die Gesamtleistung und Effizienz eines Motors steigern würde. Die Kernhypothese besteht also darin, dass der verdampfte Kraftstoff, der durch das Wasser strömt, seinen Kohlenwasserstoffen bei der Entzündung eine maximale Exposition gegenüber leicht verfügbarem Sauerstoff ermöglicht. Selbst feine Tröpfchen, die durch Dispersion in einem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystem erzeugt werden, gelten technisch gesehen als zerstäubter Nebel und nicht als Dampf. Damit der Kraftstoff verdampft, muss er physikalisch einen Phasenwechsel durchlaufen.
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Dieses Prinzip kann im Automobilbereich angewendet werden, insbesondere kann diese Technologie in Viertaktmotoren implementiert werden, um die Kraftstoffeffizienz zu erhöhen und die Emissionen zu reduzieren.
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Die beiden Tanks, also Kraftstoff- und Wassertank 106, sind an der Ecke mit dem Rahmen verschweißt. Der Kompressor 102 wird mit Schrauben und Muttern an der Platte befestigt. An beiden Abdeckplatten des Kraftstoff- und Wassertanks 106 werden jeweils zwei Löcher gebohrt , diese Löcher werden mit Schlauchmanschetten verschweißt. Diese beiden Abdeckplatten werden mit Schrauben und Muttern an den jeweiligen Tanks befestigt. Zwischen Abdeckplatte und Tank wird eine Gummischeibe verwendet, um Leckagen zu vermeiden. Das obere Ende eines Schlauchkragens der Abdeckplatte des Kraftstofftanks ist über einen Schlauch mit dem Kompressor 102 verbunden und das untere Ende weist eine Verlängerung im Inneren des Kraftstofftanks auf, bis es unter den Kraftstoffspiegel eingetaucht wird. Das obere Ende eines weiteren Schlauchkragens der Abdeckplatte des Kraftstofftanks, der nicht mit Kraftstoff in Berührung kommt, ist mit dem oberen Ende des Schlauchkragens der Abdeckplatte des Wassertanks verbunden und das untere Ende weist eine Verlängerung im Inneren des Wassertanks 106 auf, bis dieser unter Wasser eingetaucht wird Ebene. Eine weitere Schlauchmanschette der Abdeckplatte des Wassertanks, die nicht mit Wasser in Berührung kommt, ist über einen Schlauch mit dem Einlass des Motors verbunden.
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3 zeigt. Tabelle 1 zeigt einen Vergleich des Kraftstoffverbrauchs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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4 zeigt. Tabelle 2 zeigt die Emissionsanalyse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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Nachteile des bestehenden Standes der Technik
- • Erhöhte Emissionsraten
- • Erhöhter Kraftstoffverbrauch
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Vorteile der neuen Erfindung
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- • Der Kraftstoffdampfverbrauch war höher als der von verdampftem Benzinkraftstoff, der durch Wasser strömt. Denn die Automobilindustrie konzentriert sich hauptsächlich auf die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und die Erhöhung der Kilometerleistung.
- • Reduzierte Abgasemissionen hochsiedender unverbrannter Kohlenwasserstoffe.
- • Im Vergleich zu den bestehenden Methoden ist der Dampfverbrauch höher, was durch die Implementierung dieser Methode reduziert wird, was zu einem hohen Kraftstoffverbrauch führt.
- • Durchgeführte Emissionstests zeigen eine geringere Emissionsrate im Vergleich zur verfügbaren Technologie.
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Es gibt viele Probleme, die weitere Forschung und Entwicklung erfordern:
- • Eine Änderung der Betriebseigenschaften des Motors, wie z. B. eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses, der Einbau von Hochenergie-Zündkerzen und eine Änderung des Vergasersystems durch Vergrößerung der Querschnittsfläche der Kraftstoffdüse, sind allesamt notwendig, um verdampften Benzinkraftstoff durch Wasser in Viertaktmotoren zu implementieren (BS6)
- • In zahlreichen Studien zu Verbrennungsmotoren wurden die Einspritzzeit und das Zerstäubungsverhältnis genutzt, um die Leistung zu verbessern und die Emissionen zu minimieren.
- • Für den effizienten Betrieb von Benzin und Wasser in Automobilen ist der Bau korrosionsbeständiger Tanks sowohl für Fahrzeuge als auch für den Verteilerverkehr erforderlich.
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Die Zeichnungen und die vorstehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Fachleute werden erkennen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente einer Ausführungsform können zu einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Beispielsweise können die Reihenfolgen der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und sind nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge implementiert werden; Es müssen auch nicht unbedingt alle Handlungen ausgeführt werden. Auch solche Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, können parallel zu den anderen Handlungen durchgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen wird durch diese spezifischen Beispiele keineswegs eingeschränkt. Zahlreiche Variationen, ob explizit in der Spezifikation angegeben oder nicht, wie z. B. Unterschiede in Struktur, Abmessung und Materialverwendung, sind möglich. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so breit wie durch die folgenden Ansprüche angegeben.
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Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und alle Komponenten, die dazu führen können, dass ein Nutzen, ein Vorteil oder eine Lösung eintritt oder ausgeprägter wird, dürfen jedoch nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Funktion oder Komponente von ausgelegt werden einzelne oder alle Ansprüche.
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REFERENZEN
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- 100
- Ein geregeltes 4-Takt-Ottomotorensystem mit verdampftem Benzin als Kraftstoff.
- 102
- Kompressor
- 104
- Benzin-/Kraftstofftank
- 106
- Wassertank
- 108
- Motoreinlass
