ES2345107T3 - Motor de combustion interna que utiliza hidrogeno. - Google Patents
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Abstract
Motor de combustión interna que utiliza hidrógeno como combustible, que comprende: un depósito (4) de gasolina hidrogenada que almacena gasolina hidrogenada que contiene un hidruro orgánico obtenido por añadidura de hidrógeno a una gasolina normal; medios de separación de combustible (2) que separan la gasolina hidrogenada en un gas rico en hidrógeno y gasolina deshidrogenada, que tiene sustancialmente los mismos componentes que la gasolina normal; medios para el suministro de gasolina hidrogenada (V1, V2, P1, 23, 19, 20) para suministrar la gasolina hidrogenada al motor de combustión interna; medios para el suministro de gas rico en hidrógeno (P4, 17, 18, 20) para suministrar el gas rico en hidrógeno al motor de combustión interna; medios para el suministro de gasolina deshidrogenada (V1, V2, P1, 23, 19, 20) para suministrar la gasolina deshidrogenada al motor de combustión interna; medios de selección de combustible (6) para seleccionar uno o varios tipos de combustible entre gasolina hidrogenada, gas rico en hidrógeno y gasolina deshidrogenada; y medios (6) de control de suministro de combustible para controlar los medios de suministro de gasolina hidrogenada, los medios de suministro de gas rico en hidrógeno y los medios de suministro de gasolina deshidrogenada, de manera que los tipos seleccionados de combustible son suministrados al motor de combustión interna, de forma que, después del arranque del motor, el gas rico en hidrógeno y el producto deshidrogenado son suministrados en principio al motor de combustión interna como combustible; medios (6) para la evaluación de la necesidad de gasolina para evaluar si es necesario el suministro de gasolina; y medios (6) para la evaluación del suministro de gasolina deshidrogenada para evaluar si la cantidad restante de la gasolina deshidrogenada es menor que el límite inferior de suministro permisible, en el que los medios (6) de control del suministro de combustible permiten que la gasolina hidrogenada a suministrar al motor de combustión interna solamente cuando se reconoce la necesidad de suministro de gasolina y la cantidad restante de gasolina deshidrogenada es menor que el límite inferior de suministro permisible.
Description
Motor de combustión interna que utiliza
hidrógeno.
La presente invención se refiere a un motor de
combustión interna que utiliza hidrógeno como combustible y más
particularmente se refiere a un motor de combustión interna que
utiliza hidrógeno como combustible, que es capaz de utilizar un
combustible hidrogenado o un gas rico en hidrógeno y un producto
deshidrogenado, que son generados en un vehículo, como
combustible.
Los motores de gasolina, que son los motores que
utilizan gasolina como combustible, han sido utilizados ampliamente
como fuente de potencia para la impulsión de automóviles. Una mezcla
de gasolina, que es el combustible principal y aire es quemada para
poner en marcha el motor de gasolina. No obstante, en estos últimos
años se han hecho esfuerzos para comercializar una tecnología para
añadir hidrógeno a la mezcla aire/combustible antes mencionada.
Se estima asimismo que el hidrógeno será
utilizado de manera creciente como combustible de automoción, no
solamente en motores de gasolina, motores diesel, motores de
hidrógeno y otros motores de combustión interna, sino también en
células de combustible para su utilización en automóviles eléctricos
y otros aparatos accionados por hidrógeno, además de motores.
En la realidad, no obstante, la tecnología que
se refiere a métodos de suministro de hidrógeno no está todavía
determinada. Por lo tanto, cuando se tiene que suministrar hidrógeno
a un motor de combustión interna, célula de combustible o similar,
es necesario que el vehículo transporte hidrógeno o un combustible
en bruto que genere hidrógeno. De manera más específica, cuando el
vehículo tiene que transportar hidrógeno, se comprime un gas rico
en hidrógeno a alta presión formando un gas o en estado licuado y se
llena en un cilindro de acero (por ejemplo, un depósito de alta
presión o depósito de hidrógeno líquido). Una alternativa consiste
en utilizar una aleación para el almacenamiento de hidrógeno o un
material de adsorción de hidrógeno para almacenar hidrógeno. Cuando
el vehículo tiene que transportar un combustible en bruto, el
vehículo incorpora metanol, gasolina u otro hidrocarburo como
combustible en bruto y un generador de hidrógeno para generar un gas
rico en hidrógeno por reformado mediante vapor del combustible en
bruto.
No obstante, si el vehículo transporta hidrógeno
comprimido en un depósito de alta presión, la cantidad de hidrógeno
almacenado es pequeña porque el depósito de alta presión necesita
paredes gruesas y no puede proporcionar un volumen interno adecuado
aunque el depósito sea grande. Si el vehículo transporta hidrógeno
líquido, el rendimiento energético general no es elevado porque
comporta pérdidas por vaporización y reciben una gran cantidad de
energía para licuación. Si se utiliza una aleación de almacenamiento
de hidrógeno o un material de adsorción de hidrógeno, la densidad
de almacenamiento de hidrógeno resultante no es adecuada y es muy
difícil controlar el almacenamiento y adsorción del hidrógeno.
También es necesario facilitar instalaciones para comprimir, licuar
y almacenar el
hidrógeno.
hidrógeno.
Por el contrario, cuando el vehículo transporta
un combustible en bruto, un único llenado de combustible proporciona
una distancia de desplazamiento mayor que la utilización de
hidrógeno. El combustible en bruto de hidrocarburo puede ser
transportado y manipulado más fácilmente que el gas rico en
hidrógeno. Además, cuando quema el hidrógeno, se combina con
oxígeno en el aire formando agua, por lo que no presenta peligro de
contaminación ambiental.
La decalina (decahidronaftaleno) que es uno de
los combustibles en bruto de hidrocarburo, por ejemplo, puede ser
manipulado fácilmente porque la presión de vapor es aproximadamente
0 a temperatura normal (el punto de ebullición es aproximadamente
200ºC). Por lo tanto, La decalina se espera que sea altamente
utilizado como combustible en bruto.
En un método conocido para la deshidrogenación
del decaleno, éste es sometido a irradiación con luz en presencia
de un complejo de un metal de transición que incluye, como mínimo,
un metal de transición seleccionado entre cobalto, rodio, iridio,
hierro, telurio, níquel y platino (ver, por ejemplo, el documento de
patente 1). En un método conocido para la producción de hidrógeno a
partir de decaleno, éste es sometido a irradiación con luz en
presencia de un complejo de rodio, que es un compuesto fosforoso
orgánico o en presencia de un compuesto fosforoso orgánico y un
compuesto de rodio (ver, por ejemplo, el documento de patente 2). La
deshidrogenación dLa decalina tiene lugar tal como se indica a
continuación:
C_{10}H_{18}(decaleno)\rightarrowC_{10}H_{8}(naftaleno)+5H_{2}(hidrógeno)
Un sistema de suministro de combustible que
utiliza decaleno, ciclohexano u otro hidruro orgánico como
combustible en bruto también se ha dado a conocer (ver, por
ejemplo, los documentos de patente 3 y 4).
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[Documento de patente 1]
- Publicación de patente japonesa nº 9091/1991
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[Documento de patente 2]
- Publicación de patente japonesa nº 18761/1993
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[Documento de patente 3]
- Publicación de patente japonesa publicada nº 110437/2001
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[Documento de patente 4]
- Publicación de patente japonesa publicada nº 255503/2002
\vskip1.000000\baselineskip
Además, el documento DE 199 31 104 A1 describe
un aparato para generar hidrógeno para dispositivos diferentes a un
motor.
Un primer objetivo de la presente invención
consiste en dar a conocer un sistema para suministrar el hidruro
orgánico, gasolina hidrogenada, petróleo ligero hidrogenado u otro
combustible hidrogenado (al que se hará referencia a continuación
como combustible hidrogenado) a un motor de gasolina, motor diesel,
motor de hidrógeno u otro motor de combustión interna de forma
directa o después de descomposición.
Un segundo objetivo de la presente invención
consiste en dar a conocer un sistema para generar un gas rico en
hidrógeno y una gasolina deshidrogenada a partir de gasolina
hidrogenada que contiene un hidruro orgánico y suministra el gas
rico en hidrógeno que se ha generado y gasolina deshidrogenada al
motor de combustión interna como combustible.
El primer objetivo antes mencionado se consigue
mediante un motor de combustión interna que utiliza el hidrógeno
como combustible, que funciona al recibir uno o dos o más tipos de
combustibles seleccionados entre combustible hidrogenado y un
producto deshidrogenado e hidrógeno, que se obtienen por
deshidrogenación del combustible hidrogenado, comprendiendo el
motor de combustión interna que utiliza hidrógeno: una sección de
almacenamiento de combustible hidrogenado; medios de reacción que
comprenden un catalizador posicionado para que pueda ser calentado
y deshidrogena el combustible hidrogenado, que es suministrado desde
la sección de almacenamiento de combustible hidrogenado, sobre el
catalizador caliente; medios de separación para separar gas rico en
hidrógeno y el producto deshidrogenado que se derivan de la
deshidrogenación y una sección de almacenamiento del producto
deshidrogenado para almacenar el producto deshidrogenado que se ha
separado.
El segundo objetivo anteriormente mencionado de
la presente invención se consigue mediante un motor de combustión
interna que utiliza hidrógeno como combustible que comprende: un
depósito de gasolina hidrogenada para almacenar gasolina
hidrogenada que contiene un hidruro orgánico; medios de separación
del combustible para separar la gasolina hidrogenada en un gas rico
en hidrógeno y gasolina deshidrogenada y medios de suministro de
combustible para suministrar, como mínimo, el gas rico en hidrógeno
y/o la gasolina deshidrogenada en base individual o
simultáneamente, entre la gasolina hidrogenada, el gas rico en
hidrógeno y la gasolina deshidrogenada, al motor de combustión
interna como combustible.
La figura 1 muestra esquemáticamente la
configuración de una primera realización de la presente
invención.
La figura 2 es un diagrama esquemático a mayor
escala que muestra un reactor de deshidrogenación, según la primera
realización de la presente invención.
La figura 3 es un ejemplo que no corresponde a
las reivindicaciones y que se utiliza para explicación del
funcionamiento de la invención.
La figura 4 muestra una reacción típica de
hidrogenación y reacción de deshidrogenación que tienen lugar entre
una gasolina hidrogenada y gasolina deshidrogenada.
La figura 5 es un diagrama de flujo que muestra
una rutina ejecutada por el ejemplo no reivindicado.
La figura 6 muestra la configuración de una
versión modificada del ejemplo no reivindicado.
Se describe a continuación, haciendo referencia
a los dibujos adjuntos, una realización de un motor de combustión
interna que utiliza hidrógeno como combustible, de acuerdo con la
presente invención. La siguiente descripción de dicha realización
supone básicamente que el motor de gasolina está montado en un
vehículo para utilizar gasolina hidrogenada como combustible
hidrogenado. No obstante, la presente invención no está limitada a
la realización que se describe más adelante.
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Primera
realización
Con un reactor de deshidrogenación montado en un
automóvil que lleva un motor que utiliza gasolina como combustible,
la primera realización puede suministrar directamente gasolina
hidrogenada al motor o hacer que la gasolina hidrogenada reaccione
en presencia de un catalizador a elevada temperatura para generar un
gas rico en hidrógeno y un producto deshidrogenado (gasolina);
separarlos, hacer una selección arbitraria y suministrar la
selección al motor. La presente invención puede mezclar también el
gas rico en hidrógeno, que se deriva de la reacción de
deshidrogenación, con gases de escape alimentando la mezcla
resultante a través de un catalizador para purificar los gases de
escape.
La presente invención está configurada, tal como
se ha mostrado en la figura 1, y a continuación se describirá en
detalle haciendo referencia a dicha figura 1.
La gasolina hidrogenada es suministrada desde el
exterior a una sección (4) de almacenamiento de combustible
hidrogenado. La sección (4) de almacenamiento de combustible
hidrogenado es un depósito compartido por una sección (3) de
almacenamiento de productos deshidrogenados que es utilizado después
de la separación del hidrógeno, tal como se describe más
adelante.
En la presente realización, la gasolina
hidrogenada puede ser suministrada directamente al motor de
combustión interna desde la sección (4) de almacenamiento del
combustible hidrogenado, con intermedio de las válvulas (V1) y
(V2), utilizando una bomba (P1) y un inyector (19). De este modo, la
gasolina hidrogenada puede ser utilizada directamente como
combustible para el motor de combustión interna.
La gasolina hidrogenada puede ser suministrada
también a un reactor de deshidrogenación (medio de reacción) (1)
con intermedio de las válvulas (V1) y (V2) utilizando una bomba (P2)
instalada en las conducciones de suministro (7).
En la presente realización, el reactor de
deshidrogenación (medios de reacción) (1) rodea un tubo de escape
para la salida de los gases quemados que proceden del motor. El
reactor de deshidrogenación (medios de reacción) (1) contienen un
catalizador (11), que es conseguido por la formación de un
recubrimiento de alúmina sobre la pared interna de cada una de las
células de un soporte en panal de abeja, conformado en forma de
anillo (donut) y haciendo que el recubrimiento tenga partículas
metálicas que sirven como catalizador. El reactor de
deshidrogenación (1) comprende un inyector (inyector de combustible)
(12) para suministrar la gasolina hidrogenada al catalizador (11).
La gasolina hidrogenada que se ha suministrado es deshidrogenada a
continuación dentro del catalizador (11), que es calentado por el
calor de los gases de escape (calor de escape).
El reactor de deshidrogenación (1) se describirá
de manera más detallada haciendo referencia a la figura 2. La
figura 2 es una vista en perspectiva que muestra el reactor de
deshidrogenación. Tal como se ha mostrado en esta figura, el
catalizador (11) es un cilindro en forma de anillo con un orificio
en el mismo. Un tubo de escape (13) puede penetrar a través de este
orificio.
Un extremo del tubo de escape (13) está
conectado a un cilindro (5) del motor con intermedio de una válvula
de escape (27). El otro extremo del tubo de escape (13) descarga
gases de escape con intermedio de un catalizador de purificación
(ver figura 1).
El inyector (12) de gasolina hidrogenada puede
generar un gas rico en hidrógeno con elevado rendimiento, por
ejemplo, utilizando un chorro de ángulo ancho de gasolina
hidrogenada sobre el catalizador (11).
El lado inferior del tubo de escape (13) está
dotado de una trayectoria de flujo (30) que discurre a lo largo del
tubo de escape (13) para permitir el paso de la mezcla de gas. La
mezcla de gas generada puede pasar por la trayectoria de flujo (30)
en estado gaseoso sin permitir que un producto deshidrogenado en la
mezcla de gas se enfríe y se condense.
Además, el reactor de deshidrogenación (1) está
conectado a la válvula (V3) y a un extremo del conducto de retorno
(14) para descargar hidrógeno y producto deshidrogenado. El reactor
de deshidrogenación (1) comunica con un separador (2) con
intermedio de la conducción de retorno (14).
El separador (2) enfría el hidrógeno y el
producto deshidrogenado. El producto deshidrogenado se licua a
continuación y se desplaza hacia el fondo del depósito, de manera
que se separa con respecto al hidrógeno.
La parte superior del separador (2) está
conectada a un extremo de un conducto (17) que está dotado de una
bomba (P4) y una válvula antirretorno y que se utiliza para el paso
de un gas rico en hidrógeno. Otra conducción (10) está conectada
entre el fondo del separador (2) y la sección (3) de almacenamiento
de producto deshidrogenado. El gas rico en hidrógeno que se ha
separado pasa por la conducción (17) y es descargado del separador
(2). El producto deshidrogenado retenido en el separador (2) puede
ser introducido en la sección (3) de almacenamiento de producto
deshidrogenado con intermedio de la conducción (10).
Un cilindro (5) del motor está conectado a un
tubo de entrada (25) con intermedio de la válvula de admisión (26)
y conectado a una conducción de escape (13) con intermedio de una
válvula de escape (27). El tubo de admisión (25) suministra una
mezcla de combustible, aire e hidrógeno al cilindro, en forma de
mezcla de gas. El tubo de escape (13) descarga gas de escape. Una
culata de cilindro está dotada de una bujía de ignición (24) para
la ignición de la mezcla de gas en el cilindro.
El conducto de entrada o de admisión (25) está
dotado de un inyector de suministro de hidrógeno (18) que está
conectado al otro extremo de la conducción (17) y un inyector de
alimentación de gasolina (19) que está conectado a un extremo del
conducto de alimentación (23), que tiene la bomba (P1) y suministra
gasolina hidrogenada (o gasolina como producto deshidrogenado). El
inyector de suministro de hidrógeno (18) comunica con el separador
(2) con intermedio de una conducción (17), de manera que se puede
añadir hidrógeno al conducto de admisión (25). El inyector de
suministro de gasolina (19) comunica con el conducto de alimentación
(23), de manera que la gasolina puede ser suministrada al tubo de
admisión (25). Esta configuración hace posible suministrar la
mezcla de gas, que contiene hidrógeno y gasolina, al cilindro.
La conducción (17) está dotada de un depósito
(20) en funciones de almacenamiento intermedio o tampón y un
regulador (21). El depósito tampón (20) no solamente almacena
hidrógeno, sino que suministra asimismo el hidrógeno al inyector de
alimentación de hidrógeno (18). La presión de suministro del
hidrógeno para suministrar hidrógeno al inyector de alimentación de
hidrógeno (18) es controlada de la forma deseada por el regulador
(21). Una derivación queda dispuesta entre la bomba (P1) y el
depósito tampón (20). Esta derivación está dotada de una válvula de
descarga que evita un incremento indebido de la presión de
alimentación de hidrógeno.
La sección (4) de almacenamiento de combustible
hidrogenado es capaz de almacenar gasolina hidrogenada que es el
combustible principal y suministrar la gasolina hidrogenada al
inyector de alimentación de gasolina (19) con intermedio de la
conducción de alimentación (23) que está fijada a la parte superior
de la sección (4) de almacenamiento del combustible hidrogenado.
Después de la separación del hidrógeno, la sección (3) de
almacenamiento del producto deshidrogenado puede suministrar
gasolina (producto deshidrogenado) al inyector de alimentación de
gasolina (19) con intermedio de la válvula (V1) de manera
similar.
El lado de más abajo del reactor de
deshidrogenación (1), que está instalado en el conducto de escape
(13), está dotado de un sensor de NO_{x} para detectar la
concentración de óxido de hidrógeno (NO_{x}) en el gas de escape,
un sensor A/F para medir la proporción
aire-combustible, un inyector (28) para la adición
de hidrógeno, para añadir un gas rico en hidrógeno al gas de escape
en el lado de arriba de un catalizador de tres vías (catalizador de
purificación) y una bujía de incandescencia.
El inyector (24) de adición de hidrógeno está
conectado a un extremo de una conducción (8) que está dotada de una
válvula (V4) y una bomba (P3), que comunica con la conducción (17) y
que es capaz de suministrar una parte del gas rico en hidrógeno,
que es separado por el separador (2), al conducto de escape (13). El
gas rico en hidrógeno es añadido al gas de escape del tubo de
escape (13) y quemado con la bujía de incandescencia, de manera que
el gas de escape a descargar puede ser purificado de manera
adicional.
El inyector (12) de gasolina hidrogenada antes
mencionado, el inyector de suministro de hidrógeno (18), el
inyector de suministro de gasolina (19), la bujía de ignición (24),
el sensor de NO_{x}, el sensor A/F, el inyector (24) de adición
de hidrógeno y la bujía de incandescencia están conectados
eléctricamente a un ECU (controlador) (6) y son controlados por el
mismo.
La operación de control llevada a cabo por el
ECU (controlador) (6), de acuerdo con la presente realización se
describirá a continuación. De manera más específica, solamente se
describirá a continuación la operación de control de la generación
del gas rico en hidrógeno, de acuerdo con la presente invención.
En primer lugar, cuando se pone en marcha (ON)
un interruptor de ignición (IG) el motor se pone en marcha. Un
sensor de temperatura es utilizado a continuación para captar la
temperatura (T) del catalizador (11) y evaluar si la temperatura
del catalizador (T) se encuentra por debajo de una temperatura
predeterminada (T0). Si la temperatura del catalizador (T) no es
superior a la temperatura predeterminada (T0), la temperatura del
catalizador (T) es captada nuevamente. Si, por otra parte, la
temperatura del catalizador (T) se encuentra por encima de la
temperatura predeterminada (T0), un controlador (no mostrado) que
está conectado eléctricamente a la ECU (6), provoca que cada uno de
los inyectores (12) suministre una cantidad predeterminada de
gasolina hidrogenada.
La temperatura predeterminada antes mencionada,
varía de 250 a 500ºC y más preferentemente de 250 a 350ºC. Si la
temperatura predeterminada se encuentra por debajo de 250ºC es
prácticamente imposible obtener una velocidad suficientemente
elevada de la reacción de deshidrogenación, es decir, obtener un
alto rendimiento del motor de combustión interna u otro aparato
alimentado con el combustible. Si la temperatura predeterminada
supera los 350ºC se pueden
producir depósitos de carbón. La utilización de una temperatura predeterminada superior a 500ºC no es práctica.
producir depósitos de carbón. La utilización de una temperatura predeterminada superior a 500ºC no es práctica.
Cuando se conecta (ON) el interruptor de
ignición en la presente realización, el motor se pone en marcha
mediante la utilización de un gas de mezcla que se obtiene por la
añadidura de aire y de hidrógeno, que está contenido en el depósito
tampón (20) y es inyectado por el inyector de adición de hidrógeno
(18) a la gasolina (o gasolina hidrogenada) suministrada desde el
inyector de suministro de gasolina (19). El tubo de escape (13) es
calentado por los gases de escape que se descargan del cilindro
después del arranque. Cuando el catalizador soportado alcanza una
temperatura predeterminada, la bomba (P2) es accionada de manera que
la sección (4) de almacenamiento de combustible hidrogenado
suministra gasolina hidrogenada al catalizador (11) del reactor de
deshidrogenación (1) mediante la conducción de suministro (7). El
gas rico en hidrógeno (este gas puede contener gasolina hidrogenada
restante evaporada), que se deriva de la reacción de
deshidrogenación, es suministrada junto con el producto
deshidrogenado al separador (2) con intermedio de la conducción de
descarga (14).
El gas rico en hidrógeno suministrado al
separador (2) es enfriado. Además, el producto deshidrogenado del
gas el licuado y separado del gas rico en hidrógeno. El gas rico en
hidrógeno que se ha separado es suministrado al depósito tampón
(20) con intermedio de la conducción (17) y es almacenado. Además,
el gas rico en hidrógeno que se ha separado es suministrado también
al conducto de escape (13) desde el inyector (24) de adición de
hidrógeno conectado al conducto (8) que se ramifica desde el
conducto (17). El gas rico en hidrógeno, suministrado al depósito
tampón (20) para almacenamiento es suministrado al conducto de
admisión (25) por intermedio del inyector de suministro de
hidrógeno (18) de acuerdo con la temporización prevista para el
suministro de la gasolina. Tal como se ha descrito en lo anterior,
el hidrógeno puede ser generado en el vehículo utilizando el calor
de escape del motor. De este modo, se puede suministrar de manera
continuada gas rico en hidrógeno de gran pureza al motor para
purificar los gases de escape y proporcionar un elevado rendimiento
del combustible. Al mismo tiempo, los gases de escape pueden ser
purificados adicionalmente añadiendo hidrógeno a los mismos y
quemándolo.
Cuando el interruptor de ignición es
desconectado (OFF) con el vehículo parado, el motor se para. Además,
la bomba (P2) deja de girar cortando el suministro de gasolina
hidrogenada desde el inyector (12) de gasolina hidrogenada,
llevando de esta manera a situación de paro la generación del gas
rico en hidrógeno. Una pequeña cantidad de gas rico en hidrógeno es
generada incluso después de que se haya cortado el suministro de
gasolina hidrogenada. Por lo tanto, la válvula (V3) se abre a
efectos de almacenar el gas rico en hidrógeno en el depósito tampón
(20) mediante el separador (2).
Cuando el interior del reactor de
deshidrogenación es enfriado después del paro del motor, la válvula
(V3) se abre. De este modo, el producto deshidrogenado que está
licuado y que queda en el reactor de deshidrogenación es
introducido en el separador (2). El producto deshidrogenado es
enfriado a continuación, condensado, decantado y almacenado en el
fondo del depósito.
La siguiente descripción de la realización se
refiere principalmente a un ejemplo en el que se utiliza como
combustible gasolina hidrogenada. No obstante, lo mismo resulta
cierto cuando se utiliza un combustible distinto de dicha gasolina
hidrogenada. En la realización antes mencionada, se utiliza un motor
de gasolina como motor de combustión interna. No obstante, la
presente invención puede ser aplicada no solamente a motores de
gasolina, sino también a motores diesel, motores de hidrógeno y
diferentes otros motores de combustión interna.
El hidrógeno que es generado en un generador de
gas rico de hidrógeno, de acuerdo con la presente invención, puede
ser utilizado como combustible para un motor de combustión interna
(motor de gasolina, motor diesel, etc.) o motor de hidrógeno en el
que el hidrógeno es añadido a la gasolina, petróleo ligero u otro
combustible a efectos de combustión, o se puede utilizar como
alimentación de una célula de combustible u otro aparato accionado
por hidrógeno motado en un vehículo.
La descripción anterior de la primera
realización no indica ninguna utilización selectiva de la gasolina
hidrogenada, de la gasolina rica en hidrógeno y del producto
deshidrogenado. No obstante, se puede utilizar tal como se ha
descrito anteriormente. Cuando se tiene que poner en marcha el motor
de combustión interna, solamente se puede suministrar gas rico en
hidrógeno como combustible. Cuando se utiliza gasolina como
combustible mientras la temperatura es baja, la emisión
característica y la capacidad de arranque se deterioran debido a la
baja volatilidad a baja temperatura. No obstante, si se utiliza
solamente gas rico en hidrógeno como combustible para el arranque,
se pueden conseguir excelentes características de arranque y de
emisión, eliminando la influencia de la baja volatilidad.
Después del arranque del motor de combustión
interna, el gas rico en hidrógeno y el producto deshidrogenado
pueden ser suministrados en principio al motor de combustión interna
como combustible. De manera más específica, la cantidad restante de
producto deshidrogenado puede ser monitorizado. Mientras que el
producto deshidrogenado puede ser suministrado y se requiere
suministro de gasolina, el producto deshidrogenado puede ser
suministrado de manera contante en vez de la gasolina hidrogenada.
Además, la cantidad restante de gas rico en hidrógeno puede ser
monitorizada. Si bien el gas rico en hidrógeno puede ser
suministrado, el gas rico en hidrógeno puede ser suministrado de
manera constante al motor de combustión interna.
La gasolina hidrogenada es obtenida añadiendo
hidrógeno a la gasolina normal. Mientras tanto, el producto
deshidrogenado es obtenido eliminando hidrógeno de la gasolina
hidrogenada. Por lo tanto, el producto deshidrogenado tiene
sustancialmente los mismos componentes que la gasolina normal. El
octanaje del combustible disminuye en general cuando se añade
hidrógeno a los componentes. Por lo tanto, el octanaje de la
gasolina hidrogenada es menor que el del producto deshidrogenado.
Como consecuencia, la gasolina hidrogenada tiene más probabilidades
de provocar el fenómeno de "picado" en el motor de combustión
interna que el producto deshidrogenado.
Tal como se ha descrito en lo anterior, cuando
el producto deshidrogenado es utilizado de modo general como
combustible en una situación en la que se requiere suministro de
gasolina, se puede evitar el picado en el motor de combustión
interna. Por lo tanto, la utilización de este método de suministro
de combustible hace posible, por ejemplo, aumentar las
características de funcionamiento silencioso y rendimiento del motor
de combustión interna.
Además, cuando se añade hidrógeno al combustible
de gasolina, es posible mejorar de manera notable la calidad de la
combustión del combustible y conseguir un límite superior mucho más
elevado para el porcentaje de aire, en exceso para asegurar una
combustión estable que en un caso en el que no se añade hidrógeno al
combustible de gasolina. Por lo tanto, si se añade hidrógeno de
manera general a la gasolina, tal como se ha descrito
anteriormente, es posible mejorar de manera revolucionaria la
característica de rendimiento de combustible del motor de
combustión interna.
A continuación se describirá con referencia a
las figuras 3 a 5, un ejemplo no reivindicado. La figura 2 muestra
la configuración del motor de combustión interna con combustible de
hidrógeno, de acuerdo con el presente ejemplo. El sistema, según el
presente ejemplo, comprende un motor de combustión interna (40). El
motor de combustión interna (40) comunica con un conducto de
admisión (42) y un tubo de escape (44).
El conducto de admisión (42) incorpora una
válvula de estrangulación (46) para controlar la cantidad de aire
admitido. Un inyector (48) para el suministro de hidrógeno queda
dispuesto más abajo de la válvula de estrangulación (46). Una
abertura de admisión del motor de combustión interna (40) está
dotada de un inyector (50) de alimentación de gasolina. Estos
inyectores (48, 50) tienen la misma configuración y función que el
inyector de alimentación de hidrógeno (48) y el eyector de
alimentación de gasolina (50), de acuerdo con la primera
realización, respectivamente. De manera más específica, el inyector
(48) de suministro de hidrógeno recibe la alimentación de un gas
rico en hidrógeno bajo una presión predeterminada tal como se
describe más adelante.
La válvula se abre en el momento de recepción de
una señal de activación suministrada desde el exterior. Una cierta
cantidad de gas rico en hidrógeno, que varía con la temporización de
la apertura de la válvula, puede ser inyectado en la conducción de
admisión (42). El inyector (50) de suministro de gasolina recibe
también el suministro de gasolina bajo una presión predeterminada,
tal como se describirá más adelante. Al abrirse la válvula al
recibir la señal de activación suministrada desde el exterior, una
cierta cantidad de gasolina, cuya cantidad varía con el tiempo de
apertura de la válvula, se pueden inyectar en el conducto de
admisión.
El tubo de escape (44) está dotado de un reactor
de deshidrogenación (52). Un inyector (54) de gasolina hidrogenada
es montado en el reactor de deshidrogenación (52). Estos componentes
tienen respectivamente sustancialmente la misma configuración que
el reactor de deshidrogenación (1) y el inyector de gasolina
hidrogenada (12), de acuerdo con la primera realización.
De forma más específica, el inyector (54) de
gasolina hidrogenada recibe el suministro de gasolina hidrogenada
bajo una presión predeterminada, tal como se describe más adelante.
Al abrirse la válvula al recibir la señal de activación que es
suministrada desde el exterior, se puede suministrar al interior del
reactor de deshidrogenación (52) una determinada cantidad de
gasolina hidrogenada, que varía con el tiempo de apertura de la
válvula. El reactor de deshidrogenación (52) es capaz de utilizar
calor del escape radiado desde el tubo de escape (44) separando la
gasolina hidrogenada que es suministrada, tal como se ha descrito en
lo anterior, en el gas rico en hidrógeno, y gasolina deshidrogenada
provocando que el gas rico en hidrógeno y la gasolina deshidrogenada
salgan del fondo.
El tubo de escape (44) incorpora un sensor de
O_{2} (56) y un sensor de NO_{x} (58) que están dispuestos más
abajo del reactor de deshidrogenación (52). El sensor de O_{2}
(56) comprueba el oxígeno existente en los gases de escape y genera
una señal de salida, de acuerdo con la proporción de aire
combustible en el escape. El sensor de NO_{x} (58) genera una
señal de salida, de acuerdo con la concentración de NO_{x} en los
gases de escape. Un catalizador (60) para purificar los gases de
escape queda dispuesto más abajo de los sensores antes mencionados
(56, 58).
El sistema, según el presente ejemplo, comprende
un depósito de gasolina hidrogenada (62). El depósito (62) de
gasolina hidrogenada corresponde a la sección (3) de almacenamiento
de combustible hidrogenado, según la primera realización y almacena
gasolina hidrogenada que contiene una gran cantidad de hidruro
orgánico en comparación con la gasolina normal. El hidruro orgánico
es un componente HC que pasa a ser deshidrogenado a una temperatura
de 300ºC aproximadamente. De modo concreto, el hidruro orgánico
corresponde a decalina o ciclohexano, tal como se ha mencionado
anteriormente.
La gasolina común de alto octanaje contiene
aproximadamente 40% de tolueno. Cuando el tolueno es hidrogenado,
se puede generar metil ciclohexano, que es un hidruro orgánico. En
otras palabras, cuando el tolueno contenido en la gasolina normal
es hidrogenado, se puede generar gasolina hidrogenada que contiene
aproximadamente 40% de metil ciclohexano. A efectos de comodidad,
el presente ejemplo supone que la gasolina hidrogenada que se ha
descrito en lo anterior es suministrada al depósito de gasolina
hidrogenada (62).
El depósito de gasolina hidrogenada (62)
comunica con un conducto de alimentación de gasolina hidrogenada
(64). Una bomba (66) queda dispuesta en una parte intermedia del
conducto de suministro de gasolina hidrogenada (64). Un extremo del
conducto (64) de suministro de gasolina hidrogenada comunica con el
inyector (54) de gasolina hidrogenada. La gasolina hidrogenada en
el depósito de gasolina hidrogenadas (62) es impulsada por la bomba
(66) y alimentada al inyector de gasolina hidrogenada (54) bajo una
presión predeterminada durante el funcionamiento del motor de
combustión interna.
Tal como se ha descrito en lo anterior, el
inyector de gasolina hidrogenada (54) está montado en el reactor de
deshidrogenación (52). El reactor de deshidrogenación (52) utiliza
calor del escape para procesar la gasolina hidrogenada. Por lo
tanto, el interior del reactor de deshidrogenación (52) es calentado
a una temperatura superior a 300ºC durante el funcionamiento del
motor de combustión interna.
Para impedir que el inyector de gasolina
hidrogenada (54) quede expuesto directamente a la elevada
temperatura interna del reactor de deshidrogenación (52), el
inyector (54) de gasolina hidrogenada es dispuesto de manera que su
parte esencial sobresale al espacio existente por encima del reactor
de deshidrogenación (52). En el sistema, de acuerdo con el presente
ejemplo, por lo tanto, no aumenta indebidamente la temperatura del
inyector de gasolina hidrogenada (54).
El sistema mostrado en la figura 3 supone que el
inyector (54) de gasolina hidrogenada tiene que ser refrigerado por
aire. De manera alternativa, no obstante, el inyector (54) de
gasolina hidrogenada puede ser refrigerado de manera distinta. Por
ejemplo, una trayectoria de agua de refrigeración para introducir el
agua de refrigeración en el motor de combustión interna (40) en un
área alrededor de la gasolina hidrogenada (54) se puede suministrar
para enfriar por agua el inyector (54) de gasolina hidrogenada.
Una cámara de reacción se forma dentro del
reactor de deshidrogenación (52). El combustible inyectado desde el
inyector (54) de gasolina hidrogenada es enviado a la cámara de
reacción, separada en gas rico en hidrógeno y gasolina
deshidrogenada, y dirigido hacia el fondo de la cámara de reacción.
El fondo de la cámara de reacción comunica con un separador (70)
con intermedio de un conducto tubular (68).
Tal como se ha descrito anteriormente, la
gasolina hidrogenada utilizada en el presente ejemplo se obtiene al
transformar el tolueno, contenido en la gasolina normal, en un
hidruro orgánico. Por lo tanto, si la gasolina hidrogenada es
deshidrogenada se genera un gas rico en hidrógeno y gasolina normal.
Ello significa que se suministra una mezcla de gas rico en
hidrógeno y gasolina normal desde el reactor de deshidrogenación
(52) al separador (70).
El separador (70) tiene la misma estructura y
funcionamiento que el separador (2), de acuerdo con la primera
realización. De manera más específica, el separador (70) es capaz de
refrigerar y separar el gas rico en hidrógeno a alta temperatura y
la gasolina deshidrogenada (gasolina normal) que son suministrados
desde el reactor de deshidrogenación (52). El separador (70) es
enfriado por agua mediante la circulación de agua de refrigeración,
tal como en el caso del motor de combustión interna (40). Por lo
tanto, el separador (70) puede enfriar de manera eficaz el gas rico
en hidrógeno y la gasolina deshidrogenada.
El fondo del separador (70) está dotado de un
espacio de almacenamiento de líquido para almacenar gasolina
deshidrogenada, que es licuada cuando es enfriada. Además, se
dispone un espacio de almacenamiento de gas por encima del espacio
de almacenamiento de líquido a efectos de almacenar gas rico en
hidrógeno que permanece en estado gaseoso. El separador (70)
comunica no solamente con la conducción de gasolina (72) para
comunicar con el espacio de almacenamiento de líquido, sino también
con un conducto de hidrógeno (74) para comunicar con el espacio de
almacenamiento de gas.
El conducto (72) para la gasolina comunica con
el depósito tampón de gasolina (76). El depósito tampón de gasolina
(76) corresponde a la sección (4) de almacenamiento de producto
deshidrogenado, según la primera realización. La figura 3 muestra
una configuración en la que el depósito (62) de gasolina
deshidrogenada y el depósito tampón (76) de gasolina están
dispuestos alejados uno del otro. No obstante, el depósito de
gasolina hidrogenada (62) y el depósito tampón de gasolina (76)
pueden quedar dispuestos dentro de un solo cuerpo envolvente, tal
como es el caso en la sección (3) de almacenamiento de combustible
hidrogenado y la sección (4) de almacenamiento de producto
deshidrogenado, de acuerdo con la primera realización.
El depósito tampón de gasolina (76) está dotado
de un sensor (78) de nivel de líquido. El sensor (78) de nivel de
líquido genera una señal de salida, de acuerdo con el nivel de la
gasolina deshidrogenada almacenada en el depósito tampón (76) de
gasolina. Además, el depósito tampón de gasolina (76) comunica con
el tubo de suministro de gasolina (80). Una bomba (82) queda
montada en la parte intermedia del conducto de suministro de
gasolina (80). El extremo del conducto de suministro de gasolina
(80) comunica con el inyector de suministro de gasolina (50). La
gasolina deshidrogenada del depósito tampón de gasolina (76) es
impulsada por la bomba (82) durante el funcionamiento del motor de
combustión interna y suministrada al inyector (50) de suministro de
gasolina a una presión predeterminada.
El conducto de hidrógeno (74) comunica con un
depósito tampón de hidrógeno (84). Además, el conducto de hidrógeno
(74) es dotado de una bomba (86) y una válvula de descarga (88). La
bomba (86) alimenta de forma forzada el gas rico en hidrógeno del
separador (70) hacia el depósito tampón de hidrógeno (84). La
válvula de descarga (88) impide que la presión final de descarga de
la bomba (86) sea excesiva. La bomba (86) y la válvula de descarga
(88) hacen posible alimentar el gas rico en hidrógeno al depósito
tampón de hidrógeno (84), haciendo que la presión interna de dicho
depósito tampón de hidrógeno (84) no sea excesiva.
El depósito (84) tampón de hidrógeno corresponde
al depósito tampón (20) de acuerdo con la primera realización. No
obstante, en el presente ejemplo, el depósito tampón de hidrógeno
(84) está dotado de un sensor de presión (90). El sensor de presión
(90) genera una señal de salida, de acuerdo con la presión interna
en el depósito tampón de hidrógeno (84). La señal de salida
generada desde el sensor de presión (90) hace posible estimar la
cantidad de gas rico en hidrógeno almacenada en el depósito tampón
de hidrógeno (84).
El depósito tampón de hidrógeno (84) comunica
con la conducción de suministro de hidrógeno (92). Un regulador
está montado en la parte intermedia del conducto de suministro de
hidrógeno (92). El extremo del conducto de suministro de hidrógeno
(92) comunica con el inyector de suministro de hidrógeno (48).
Cuando se utiliza esta configuración, se suministra gas rico en
hidrógeno al inyector de suministro de hidrógeno (48) con la
presión ajustada por el regulador (94) siempre que una cantidad
adecuada de gas rico en hidrógeno esté almacenada en el depósito
tampón de hidrógeno (84).
Tal como se muestra en la figura 3, el sistema
de acuerdo con el presente ejemplo comprende un ECU (96). El ECU
(96) es capaz de controlar el sistema, tal como en el caso con el
ECU (6), de acuerdo con la primera realización. De manera más
específica, las señales de salida generadas por diferentes sensores,
incluyendo el antes mencionado sensor de O_{2} (56), sensor de
NO_{x} (58), sensor de nivel de líquido (78) y sensor de presión
(90) son suministrados al ECU (96). Además, el ECU (96) está
conectado a diferentes accionadores, tales como las bombas antes
mencionadas (66, 82, 86) y los inyectores (48, 50, 54). En base a
las mencionadas señales de sensor, el ECU (96) lleva a cabo un
proceso predeterminado para impulsar de manera apropiada los
accionadores que se han mencionado.
La figura 4 muestra reacciones fundamentales que
tienen lugar entre la gasolina hidrogenada y la gasolina
deshidrogenada utilizadas en el presente ejemplo. Tal como se ha
mencionado antes, el presente ejemplo utiliza gasolina hidrogenada
que contiene aproximadamente 40% de metil ciclohexano. Cuando el
metil ciclohexano (C_{7}H_{14}) es calentado a una temperatura
aproximada de 300ºC tiene lugar la deshidrogenación, tal como se
indica en la presente fórmula para generar tolueno (C_{7}H_{8})
e hidrógeno (H_{2}).
(1)C_{7}H_{14}
\rightarrow C_{7}H_{8} +
3H_{2}
Si, por el contrario, el tolueno
(C_{7}H_{8}) es hidrogenado, tiene lugar una reacción, tal como
se ha indicado en la siguiente fórmula, para generar el metil
ciclohexano (C_{7}H_{14}).
(2)C_{7}H_{8}
+ 3H_{2} \rightarrow
C_{7}H_{14}
Cuando el inyector (54) de gasolina hidrogenada
suministra gasolina hidrogenada al reactor de deshidrogenación
(62), mientras la temperatura del tubo de escape (44) es
suficientemente elevada, el sistema, según el presente ejemplo,
puede conducir deshidrogenación, tal como se ha indicado
anteriormente en (1). Como resultado, un mol de tolueno
(C_{7}H_{8}) y tres moles de hidrógeno (H_{2}) son generados a
partir de un mol de metil ciclohexano (C_{7}H_{14}).
Tal como se ha descrito en lo anterior, el
sistema, según el presente ejemplo, puede suministrar gasolina
deshidrogenada (gasolina normal) y un gas rico en hidrógeno al motor
de combustión interna (40). Cuando una cantidad apropiada de
hidrógeno se mezcla con gasolina a efectos de combustión, la
combustión en el cilindro se puede estabilizar de manera adecuada
en marcado contraste en el caso en el que no se añade hidrógeno.
Como consecuencia, el porcentaje de aire en exceso de la mezcla se
puede aumentar notablemente.
La cantidad de consumo de combustible disminuye
con el aumento del porcentaje de exceso de aire en la mezcla de
gas. No es necesario decir que la disminución de la cantidad de
consumo de combustible mejora las emisiones del escape. Por lo
tanto, cuando se añade hidrógeno al gas de la mezcla, la
característica de rendimiento del combustible y la característica
de emisión del motor de combustión interna (40) pueden mejorar de
manera revolucionaria en marcado contraste con el caso en el que no
se añade hidrógeno a la mezcla de gas.
Para conseguir la ventaja antes mencionada
añadiendo hidrógeno a la mezcla de gas, es necesario añadir una
cierta cantidad de hidrógeno. Por ejemplo, si el hidrógeno
suministra aproximadamente 20% de la cantidad de calor suministrada
por la gasolina, la característica de rendimiento del combustible y
la característica de emisión se pueden mejorar de manera
efectiva.
Para hacer que el hidrógeno suministre
aproximadamente el 20% del calor efectivamente suministrado por la
gasolina, no obstante, se requieren 3,36 moles de hidrógeno
(H_{2}) por cada mol de la gasolina. Si la gasolina normal
contiene un 40% de tolueno, 0,4 moles de metil ciclohexano están
contenidos en un mol de gasolina hidrogenada que se obtiene
hidrogenando la gasolina. La cantidad de hidrógeno (H_{2}) que se
puede generar a partir de 0,4 moles de metil ciclohexano es de 1,2
moles.
De manera más específica, cuando se suministra
un mol de gasolina hidrogenada al reactor de deshidrogenación (52),
se genera un mol de gasolina normal y 1,2 moles de hidrógeno
(H_{2}). Cuando el mol generado de gasolina normal tiene que ser
consumido en la suposición de que se añada 20% de hidrógeno, se
requieren 3,36 moles de hidrógeno (H_{2}). Como consecuencia, se
tienen que añadir 2,16 moles (=3,36-1,2) de
hidrógeno (H_{2}).
Si la gasolina hidrogenada debe contener
solamente metil ciclohexano, es decir, debe contener 100% de metil
ciclohexano, la cantidad de hidrógeno que se puede generar a partir
de un mol de gasolina hidrogenada no es superior a 3 moles. En este
caso, asimismo, de acuerdo con la proporción de adición de hidrógeno
antes mencionada se tiene que añadir 0,36 moles
(=3,36-3) de hidrógeno (H_{2}). Cuando se utiliza
gasolina hidrogenada como materia prima para generar hidrógeno
(H_{2}) y gasolina deshidrogenada y se suministran ambos al motor
de combustión interna (40), tal como se ha descrito en lo anterior,
es probable que la cantidad de generación de hidrógeno sea
insuficiente con respecto a la generación de gasolina
deshidrogenada.
En el presente ejemplo, la cantidad de inyección
de gasolina hidrogenada por el inyector de gasolina hidrogenada
(54) es determinada en general de forma que el reactor de
deshidrogenación (52) genera nuevamente el hidrógeno (H_{2}) a
consumir. En el sistema, de acuerdo con el presente ejemplo, por lo
tanto, el hidrógeno no escaseará mientras funciona el motor de
combustión interna (40).
No obstante, si se hace un intento de generar
una cantidad adecuada de hidrógeno en una situación en la que
existe la tendencia antes indicada, se generará de manera inevitable
una cantidad excesiva de gasolina deshidrogenada. En otras
palabras, si se lleva a cabo continuamente un proceso para
deshidrogenar la gasolina hidrogenada de manera tal que compense el
hidrógeno consumido (H_{2}) mientras se añade una cantidad
apropiada de hidrógeno (H_{2}) a la mezcla de gas, la parte
excesiva de la gasolina deshidrogenada es almacenada de manera que
el depósito tampón de gasolina (76) se llenará con gasolina al cabo
de poco tiempo.
Después de que el depósito tampón de gasolina
(76) es llenado con la gasolina deshidrogenada, no se puede generar
ya una cantidad excesiva de gasolina deshidrogenada. Cuando ocurre
esta situación en el sistema, de acuerdo con el presente ejemplo,
cierra temporalmente el suministro de hidrógeno al motor de
combustión interna (40), interrumpe la realización de un nuevo
proceso de deshidrogenación en la gasolina hidrogenada y hace
funcionar el motor de combustión interna (40) utilizando solamente
la gasolina deshidrogenada como combustible durante un cierto
periodo de tiempo. Cuando se forma un espacio apropiado más adelante
en el depósito tampón de gasolina (76), el sistema reanuda el
proceso para deshidrogenación de la gasolina hidrogenada y el
procedimiento de adición de hidrógeno a la mezcla de gas.
\vskip1.000000\baselineskip
En una rutina mostrada en la figura 5, la etapa
(100) se lleva a cabo en primer lugar para evaluar si el interruptor
de ignición del vehículo se encuentra conectado (ON). Si el
interruptor de ignición no está conectado (ON), la rutina termina
de modo inmediato.
Por otra parte, si el interruptor de encendido
se encuentra en (ON), la etapa (102) es llevada a cabo para evaluar
si la temperatura (T) del motor de combustión interna (40) se adapta
a las condiciones de realización del proceso de deshidrogenación,
es decir, evalúa si se cumple T1\geqa T\geqT0. Por la misma
razón que se ha explicado en relación con la primera realización,
el sistema de acuerdo con el presente ejemplo, permite que el
reactor de deshidrogenación (52) lleve a cabo un proceso de
deshidrogenación solamente cuando la temperatura (T) del motor de
combustión interna (40) no es superior a 350ºC y no es inferior a
250ºC. La etapa (102) es llevada a cabo para evaluar si la
temperatura (T) se adapta a la condición expresada.
Si el resultado de la evaluación obtenido en la
etapa (102) no indica que T1\geqT\geqT0 se puede llegar a la
conclusión de que las condiciones para llevar a cabo el proceso de
deshidrogenación no se cumplen. En este caso, la etapa (104) es
llevada a cabo para desconectar (OFF) el proceso de
deshidrogenación. La realización de la etapa (104) desconecta el
suministro de la señal de activación al inyector de gasolina
hidrogenada (54) e inhibe el suministro de gasolina hidrogenada al
reactor de deshidrogenación (52). Como resultado, se inhibe una
nueva generación de gas rico en hidrógeno y de gasolina
deshidrogenada.
A continuación se lleva a cabo la etapa (106)
para evaluar si se puede inyectar hidrógeno (H_{2}). De manera
más específica, esta etapa es llevada a cabo para evaluar si la
cantidad restante de hidrógeno (H_{2}), que se estima de acuerdo
con la señal generada por el sensor de presión (90), es superior a
una magnitud de suministro evaluada. La "magnitud de suministro
evaluada" representa una cantidad restante que es adecuada para
suministrar hidrógeno (H_{2}) al inyector de suministro de
hidrógeno (48) con intermedio del regulador (94) a una presión
constante.
Si el resultado de evaluación obtenida en la
etapa (106) no indica que se pueda inyectar hidrógeno (H_{2}), se
puede llegar a la conclusión de que el motor de combustión interna
(40) necesita funcionar utilizando solamente gasolina
deshidrogenada, es decir, gasolina normal solamente como
combustible. En este caso, se lleva a cabo la etapa (108) para
llevar a cabo el control de inyección de gasolina.
\newpage
El ECU (96) almacena una norma de control para
el funcionamiento continuado del motor de combustión interna (40)
en la situación en la que solamente se suministra gasolina
deshidrogenada como combustible y una norma de control para el
funcionamiento regular del motor de combustión interna (40) en una
situación en la que se suministran gasolina deshidrogenada e
hidrógeno (H_{2}) como combustible. Cuando se realiza control de
inyección de gasolina, la cantidad de inyección de combustible y
otros parámetros de control son determinados con una instrucción
operativa emitida solamente al inyector de suministro de gasolina
(50), de acuerdo con la norma anterior. En otras palabras, el motor
de combustión interna (40) es controlado en la suposición de que
solamente se suministre gasolina deshidrogenada encontrándose el
inyector (48) de suministro de hidrógeno interrumpido. En este caso
se puede asimilar el mismo estado operativo en el motor de
combustión interna (40) que en un motor de combustión interna
habitual que no utiliza hidrógeno.
Tal como se ha descrito en lo anterior, la
gasolina deshidrogenada utilizada en el presente ejemplo tiene la
misma composición que la gasolina normal. No obstante, la gasolina
normal contiene una pequeña cantidad de hidruro orgánico. Por otra
parte, la gasolina deshidrogenada utilizada en el presente ejemplo
no contiene hidruro orgánico porque está deshidrogenada. En otras
palabras, la gasolina deshidrogenada utilizada en el presente
ejemplo tiene un octanaje más elevado que la gasolina normal.
Comentando de forma estricta, incluso cuando se lleva a cabo
control de la inyección de gasolina tal como se ha descrito en lo
anterior, el sistema, de acuerdo con el presente ejemplo, puede
mostrar un mejor rendimiento que un motor habitual de combustión
interna.
Si el resultado de la evaluación realizada en la
etapa (106) de la rutina mostrada en la figura 5 muestra que se
puede inyectar hidrógeno (H_{2}), se lleva a cabo la etapa (110)
para realizar el control de la inyección de hidrógeno/gasolina.
Cuando se lleva a cabo el control de inyección de
hidrógeno/gasolina, el ECU (96) calcula los parámetros de control
para el motor de combustión interna (40) en la suposición de que se
añadiera hidrógeno (H_{2}) y activa tanto el inyector (48) de
suministro de hidrógeno y el inyector (50) de suministro de gasolina
de acuerdo con los resultados del cálculo.
De manera más específica, la etapa (110) es
llevada a cabo para aplicar una norma predeterminada a la situación
operativa del motor de combustión interna (40) y calcular la
cantidad objetivo de gas rico en hidrógeno a suministrar y la
cantidad objetivo de suministro de gasolina deshidrogenada. De
acuerdo con el resultado del cálculo obtenido, el inyector (48) de
suministro de hidrógeno y el inyector (50) de suministro de gasolina
son controladas. Cuando se realiza el control de esta manera, se
añade una cantidad apropiada de hidrógeno (H_{2}) al gas de
mezcla, de manera que la característica de rendimiento de
combustible resultante, la característica de potencia y la
característica de emisión son notablemente superiores a las
observadas cuando se realiza el control de la inyección de
gasolina.
Si el resultado de la evaluación obtenida en la
etapa (102) de la rutina mostrada en la figura 5 indica que
T1\geqT\geqT0 (en la que T es la temperatura del motor de
combustión interna (40)), se puede llegar a la conclusión de que la
condición de temperatura para permitir que el reactor de
deshidrogenación (52) procese la gasolina hidrogenada sea
establecido. En este caso, la etapa (112) es llevada a cabo para
evaluar si la cantidad de gasolina en el depósito tampón de
gasolina (76) es excesiva. De manera más específica, la etapa (112)
es llevada a cabo para evaluar si la cantidad de almacenamiento de
límite superior del depósito tampón de gasolina (76) se ha
alcanzado por la cantidad de gasolina deshidrogenada que se estima
de acuerdo con la señal de salida generada por el sensor del nivel
de líquido (78).
Tal como se ha descrito en lo anterior, después
de que hidrógeno (H_{2}) y gasolina deshidrogenada sean
suministrados al motor de combustión interna (40) es probable que el
sistema, de acuerdo con el presente ejemplo, genere una cantidad
excesiva de gasolina deshidrogenada incrementando de esta manera
gradualmente la cantidad de almacenamiento de gasolina en el
depósito tampón (76). Si el resultado de la evaluación obtenida en
la etapa (112) indica que la cantidad de gasolina es excesiva, se
puede llegar a la conclusión de que la cantidad de gasolina
deshidrogenada almacenada no puede ser ya incrementada. En este
caso, se lleva a cabo la etapa (114) para desconectar (OFF) el
proceso de deshidrogenación.
Cuando el proceso de deshidrogenación se ha
desconectado (OFF), el nuevo suministro de gasolina hidrogenada
hacia el reactor de deshidrogenación (52) es inhibido con la nueva
generación de gasolina deshidrogenada y el suministro de gas rico
en hidrógeno es interrumpido. Por lo tanto, cuando se lleva a cabo
el proceso antes mencionado, es posible evitar de manera apropiada
un incremento en la cantidad de gasolina deshidrogenada en el
depósito tampón de gasolina (76).
A continuación es realizada la etapa (116) para
poner en marcha (ON) un indicador de prioridad de gasolina. Si bien
se ha almacenado una cantidad excesiva de gasolina en el depósito
tampón de gasolina (76), es preferible que el consumo de gasolina
deshidrogenada sea promocionado. En esta situación, el indicador de
prioridad de la gasolina pasa a situación de conectado (ON). Cuando
el indicador de prioridad de gasolina se encuentra en (ON), el ECU
(96) interrumpe la adición de hidrógeno (H_{2}) al gas de mezcla y
reconoce que la gasolina deshidrogenada debe ser utilizada de
manera preferente.
Después de terminar la etapa (116) de la rutina
mostrada en la figura 5, se lleva a cabo la etapa (118) para
evaluar si el indicador de prioridad de gasolina está conectado
(ON). Si el resultado de la evaluación que se ha obtenido no indica
que el indicador de prioridad de la gasolina se encuentre en (ON),
se puede llegar a la conclusión de que no siempre es necesario dar
prioridad al consumo de gasolina deshidrogenada. En este caso, se
llevan a cabo las etapas (106) y superiores. El control de inyección
de gasolina o control de inyección de hidrógeno/gasolina es
realizado dependiendo de si se puede suministrar hidrógeno
(H_{2}).
Por otra parte, si el resultado de la evaluación
obtenida en la etapa (118) muestra que el indicador de prioridad de
gasolina se encuentra en (ON), se puede llegar a la conclusión de
que es necesario cerrar el suministro de hidrógeno (H_{2}) y
promocionar el consumo de gasolina deshidrogenada. En este caso, la
etapa (108) se lleva a cabo de manera incondicional para realizar
el control de la inyección de gasolina.
Si la consulta de la etapa (112) de la rutina
mostrada en la figura 5 recibe la respuesta "NO", se puede
llegar a la conclusión de que el depósito tampón de gasolina (76)
tiene espacio para aceptar una entrada adicional de gasolina
deshidrogenada. En este caso, la etapa (120) es llevada a cabo para
evaluar si la cantidad de gas rico en hidrógeno en el depósito
tampón de hidrógeno (84) es excesiva. Más específicamente, la etapa
(120) es llevada a cabo para evaluar si se ha alcanzado el límite
superior de la cantidad de almacenamiento del depósito tampón de
hidrógeno (76) por la cantidad de gas rico en hidrógeno que se
estima de acuerdo con la señal de salida generada por el sensor de
presión (90).
Como norma general, el sistema, según el
presente ejemplo, lleva a cabo un proceso de deshidrogenación de
manera tal que compensa la cantidad de hidrógeno consumido. Por lo
tanto, la cantidad de gas rico en hidrógeno en el depósito tampón
de hidrógeno (84) no resulta excesiva mientras se lleva a cabo un
funcionamiento normal. No obstante, si la cantidad de gas rico en
hidrógeno almacenado resulta excesivo por una u otra razones, es
necesario interrumpir la generación de nuevo gas rico en hidrógeno.
Por lo tanto, si el resultado de la evaluación obtenida en la etapa
(120) indica que la cantidad de hidrógeno almacenado (H_{2}) es
excesiva, se lleva a cabo la etapa (122) para desconectar (OFF) el
proceso de deshidrogenación.
En la situación anterior, el consumo de gas rico
en hidrógeno almacenado en el depósito tampón de hidrógeno (84)
debe ser promocionado. Por lo tanto, la etapa (124) es llevada a
cabo para desconectar (OFF) el indicador de prioridad de gasolina.
En este caso, el resultado de la evaluación obtenido en la siguiente
etapa (etapa 118) no muestra que el indicador de prioridad de
gasolina esté conectado (ON). Además, el resultado de evaluación
obtenido en la siguiente etapa (etapa 106) indica que se puede
inyectar hidrógeno (H_{2}). Por lo tanto, se lleva a cabo el
control de inyección de hidrógeno/gasolina. Como resultado, el gas
rico en hidrógeno no está almacenado en exceso.
Si la consulta de la etapa (120) de la rutina
mostrada en la figura 5 recibe la contestación "NO", se puede
llegar a la conclusión de que se ha establecido la condición para
llevar a cabo el proceso de deshidrogenación. En este caso, la
etapa (126) es llevada a cabo para conectar (ON) el proceso de
deshidrogenación. Cuando el proceso de deshidrogenación se
encuentra en (ON) se suministra una señal de activación al inyector
de gasolina hidrogenada (54), de manera que se suministra la
cantidad apropiada de gasolina hidrogenada al reactor de
deshidrogenación (52). Como resultado de ello, el gas rico en
hidrógeno es generado de nuevo según necesidades para compensar la
cantidad de gas rico en hidrógeno que se consume como combustible en
el motor de combustión interna (40). Además, se genera de nuevo
gasolina deshidrogenada de acuerdo con la cantidad de gas rico en
hidrógeno generado.
A continuación se lleva a cabo la etapa (128)
para evaluar si la gasolina deshidrogenada del depósito tampón de
gasolina (76) ha sido procesada por completo. Si el resultado de la
evaluación obtenida en la etapa (112) indica que la cantidad de
gasolina del depósito tampón de gasolina (76) es excesiva, el ECU
(96) llega a la conclusión de que el proceso de la gasolina
deshidrogenada no ha sido completado hasta que la cantidad de
gasolina almacenada es menor que el valor de evaluación de proceso
completado. Si se llega a esta conclusión, se lleva a cabo la etapa
(130) para conectar (ON) el indicador de prioridad de gasolina. En
este caso, la etapa (108) es llevada a cabo a continuación para
realizar el control de inyección de gasolina. Por lo tanto, se
lleva a cabo de manera continua un proceso preferencial para la
gasolina deshidrogenada.
Cuando la cantidad de gasolina del depósito
tampón de gasolina (76) es menor que el valor de evaluación de
proceso completado que se ha mencionado, el ECU (96) llega a la
conclusión de que el proceso de gasolina deshidrogenada se ha
terminado en la etapa (128). En este caso, la etapa (124) es llevada
a cabo para desconectar (OFF) el indicador de prioridad de
gasolina. Por lo tanto, la situación resultante es la de elección
entre las dos modalidades de control dependiendo de si se puede
inyectar hidrógeno o no.
Tal como se ha descrito en lo anterior, la
rutina mostrada de la figura 5 hace posible escoger entre una
modalidad operativa para utilizar solamente gasolina deshidrogenada
como combustible y otra modalidad operativa para utilizar tanto
hidrógeno como gasolina deshidrogenada como combustible dependiendo
de la situación del motor de combustión interna (40) y de la
situación de almacenamiento de gas rico en hidrógeno y de gasolina
deshidrogenada. Cuando se utilizan selectivamente estas modalidades
operativas es posible mantener apropiadamente la característica de
potencia, rendimiento de combustible y emisiones del motor de
combustión interna (40) utilizando dos tipos distintos de
combustible y sin que quede afectado por un desequilibrio entre las
cantidades consumidas de los dos tipos de combustible
distintos.
En otras palabras, el sistema, según el presente
ejemplo, requiere el suministro de un combustible único (gasolina
hidrogenada) que utiliza dos tipos distintos de combustible (gas
rico en hidrógeno y combustible deshidrogenado) para conseguir un
efecto beneficioso. Además, el sistema, según el presente ejemplo
posibilita que el vehículo corrija cualquier desequilibrio entre
las cantidades consumidas de los dos tipos distintos de
combustibles. Como consecuencia, los dos tipos distintos de
combustible pueden ser utilizados continuamente sin llevar a cabo
ninguna tarea de mantenimiento complicada y sin imponer un límite
para el ajuste del consumo de los dos tipos distintos de
combustible.
Dado que el sistema, de acuerdo con el presente
ejemplo, tiene las características antes mencionadas, se pueden
manipular fácilmente de modo igual que en le caso de un motor de
combustión interna ordinario. Además, la característica de
rendimiento del combustible, característica de potencia y
característica de emisión del sistema, según el presente ejemplo,
son extremadamente superiores a los de un motor de combustión
interna ordinario.
En el ejemplo que se ha descrito en lo anterior,
el hidruro orgánico contenido en la gasolina hidrogenada está
limitado a metil ciclohexano a efectos explicativos. No obstante, la
gasolina hidrogenada aplicable no está limitada a metil
ciclohexano. Más específicamente, el hidruro orgánico contenido en
la gasolina hidrogenada puede ser cualquier sustancia que provoca
la deshidrogenación a una temperatura aproximadamente de 300ºC.
Puede ser un hidrocarburo acíclico o cíclico o bien un hidrocarburo
oxigenado acíclico o cíclico. Por ejemplo puede ser
n-hexano, iso-octano u otro
hidrocarburo acíclico, ciclohexano, decalina u otro compuesto
cíclico similar, ciclohexanol, ciclohexano metanol u otro alcohol
similar o metil-t-butil éter u otro
éter similar.
El ejemplo, que se ha descrito en lo anterior,
no utiliza una modalidad para la inyección solamente del gas rico
en hidrógeno en el motor de combustión interna (40). No obstante, la
presente invención no está limitada a este tipo de disposición. Por
ejemplo, se puede utilizar una modalidad operativa para suministrar
solamente el gas rico en hidrógeno al motor de combustión interna
(40) en el momento, por ejemplo, de poner en marcha el motor de
combustión interna.
El ejemplo que se ha descrito en lo anterior
incluye, no solamente el separador (70) sino también el depósito
tampón de gasolina (76) para almacenar gasolina deshidrogenada. No
obstante, la presente invención no está limitada a la utilización
de esta configuración. De manera más específica, el depósito tampón
de gasolina (76) puede ser omitido si existe un espacio de
almacenamiento de líquido interno adecuado en el separador
(70).
La figura 6 muestra la configuración del ejemplo
modificado que se ha mencionado. El depósito tampón de gasolina
(76) está excluido de la configuración mostrada en la figura 6. La
configuración mostrada es similar a la configuración que se muestra
en la figura 3, excepto que el conducto (80) de suministro de
gasolina está conectado directamente al separador (70) y que el
separador (70) incorpora el sensor de nivel de líquido (78) para
detectar la cantidad de gasolina deshidrogenada que se ha
almacenado. Cuando se utiliza esta configuración, el sistema se
puede reducir en sus dimensiones porque no se incluye el depósito
tampón de gasolina (76).
Las características y ventajas de la presente
invención se resumen a continuación.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, se da a conocer un motor de combustión interna que
utiliza hidrógeno como combustible, que funciona al recibir uno, dos
o más tipos de combustible seleccionados entre combustible
hidrogenado, producto deshidrogenado e hidrógeno, cuyo producto
deshidrogenado e hidrógeno se obtienen por deshidrogenación de
combustible hidrogenado, un motor de combustión interna que utiliza
hidrógeno como combustible que comprende: una sección de
almacenamiento de combustible hidrogenado; medios de reacción que
comprenden un catalizador dispuesto para su calentamiento y que
deshidrogena el combustible hidrogenado, que es suministrado desde
la sección de almacenamiento de combustible hidrogenado, en el
catalizador que ha sido calentado; medios de separación para la
separación del gas rico en hidrógeno y un producto deshidrogenado
que son derivados de la deshidrogenación y una sección de
almacenamiento de producto deshidrogenado para almacenar el
producto deshidrogenado que se ha separado.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención, se da a conocer el motor de combustión interna que
utiliza hidrógeno como combustible tal como se ha descrito en el
primer aspecto, comprendiendo además dicho motor de combustión
interna que utiliza hidrógeno como combustible, medios de suministro
de combustible para seleccionar arbitrariamente uno o varios tipos
de combustible entre el combustible hidrogenado almacenado en la
sección de almacenamiento de combustible hidrogenado, el gas rico en
hidrógeno separado por los medios separadores y el producto
deshidrogenado almacenado en la sección de almacenamiento de
producto deshidrogenado y suministrando los tipos seleccionados de
combustible al motor de combustión interna.
De acuerdo con un tercer aspecto de la presente
invención, se da a conocer un motor de combustión interna que
utiliza hidrógeno como combustible, tal como se ha descrito en el
primer o segundo aspectos, en el que se utiliza un soporte en forma
de nido de abeja como portador de catalizador.
De acuerdo con un cuarto aspecto de la presente
invención se prevé el motor de combustión interna que utiliza
hidrógeno, combustible, tal como se ha descrito en el tercer
aspecto, en el que el soporte con forma de nido de abeja tiene de
45 a 310 celdas cm^{2} y funciona como soporte de catalizador cuya
proporción entre el diámetro de entrada de hidruro orgánico y la
profundidad (diámetro/profundidad) varía de 0,1 a 0,5.
De acuerdo con un quinto aspecto de la presente
invención, se da a conocer un motor de combustión interna que
utiliza hidrógeno como combustible, tal como se ha descrito en el
primer, segundo, tercer o cuarto aspecto, en el que la sección de
almacenamiento de combustible hidrogenado y la sección de
almacenamiento de productos deshidrogenados están realizadas ambas
en un material de resina de tipo elástico.
El motor de combustión interna que utiliza
hidrógeno como combustible, de acuerdo con uno de los aspectos
quinto o sexto de la presente invención, utiliza combustible
hidrogenado.
Del primer al quinto aspectos de la presente
invención, el combustible hidrogenado es una mezcla de uno, dos o
más tipos de combustible, que son seleccionados a partir del hidruro
orgánico y un combustible obtenido por añadidura de hidrógeno a un
petróleo ligero, gasolina u otro combustible para motor de
combustión interna similar.
El hidruro orgánico es un combustible que
contiene un hidrocarburo saturado que puede generar hidrógeno cuando
es sometido a deshidrogenación. Corresponde a un hidrocarburo
acíclico o cíclico o a un hidrocarburo oxigenado acíclico o
cíclico. Por ejemplo, el hidrocarburo acíclico puede ser
n-hexano o iso-octano. El
hidrocarburo cíclico puede ser, por ejemplo, ciclohexano, metil
ciclohexano u otros compuestos monocíclicos similares o decalina u
otros compuestos bicíclicos similares. El hidrocarburo oxigenado
puede ser ciclohexanol, ciclohexano metanol u otros alcoholes
similares o metil-t-butil éter u
otros éteres similares.
El producto deshidrogenado, que es obtenido por
la deshidrogenación del combustible hidrogenado, es un producto de
reacción que es obtenido cuando el hidruro orgánico es
deshidrogenado para descargar hidrógeno. Por ejemplo, en el caso de
ciclohexano, el producto deshidrogenado corresponde a benceno, que
es generado principalmente junto con hidrógeno.
Cuando el hidruro orgánico es deshidrogenado, se
genera un producto cíclico no saturado, que tiene un enlace no
saturado, junto con un gas rico en hidrógeno como producto de
reacción debido a la descarga de hidrógeno. Si se utiliza, por
ejemplo, un combustible constituido por ciclohexano o un combustible
constituido principalmente por ciclohexano, el ciclohexano es
deshidrogenado, de manera que el benceno es generado conjuntamente
con un gas rico en hidrógeno como producto cíclico no saturado.
Mientras tanto, el combustible hidrogenado puede
ser generado en un proceso de refino de petróleo llevando a cabo un
proceso de reforma o mezcla de un destilado que contiene una gran
cantidad de hidruro orgánico. El combustible hidrogenado puede ser
generado también añadiendo hidrógeno a petróleo ligero, gasolina u
otro combustible para motor de combustión interna similar, dado que
contiene un hidrocarburo cíclico o acíclico no saturado.
Si bien el método de adición de hidrógeno no
está definido de manera específica, un método para hacer que una
sustancia no saturada reaccione con un gas rico en hidrógeno sobre
un catalizador caliente puede ser utilizado (hace referencia, por
ejemplo, a la patente japonesa publicada nº 255503/2000).
Cuando se añade hidrógeno al benceno, que es una
sustancia cíclica no saturada, a efectos de hidrogenación, se
genera ciclohexano (reproducido), que es un benceno hidrogenado.
El combustible hidrogenado es suministrado a la
sección de almacenamiento de combustible hidrogenado. La sección de
almacenamiento de combustible hidrogenado puede ser un depósito
destinado al combustible hidrogenado o un depósito compartido,
tanto para combustible hidrogenado como para el producto
deshidrogenado que se describe más adelante, obtenido con la
separación de hidrógeno.
En los aspectos del primer al quinto de la
presente invención, la sección de almacenamiento de combustible
hidrogenado puede suministrar el combustible hidrogenado
directamente al motor de combustión interna. Además, el combustible
hidrogenado puede ser utilizado directamente como combustible para
el motor de combustión interna.
\vskip1.000000\baselineskip
Simultáneamente, el combustible hidrogenado
puede ser dirigido a los medios de reacción, que comprenden un
catalizador que está dispuesto para su calentamiento y genera la
deshidrogenación sobre el catalizador.
Es preferible que los medios de reacción
incluyan, sin que ello sea limitativo, un dispositivo de suministro
de combustible para suministrar el combustible hidrogenado al
catalizador con una capa de catalizador metálico dispuesta en cada
celda del soporte en forma de panal de abejas calentable.
El soporte en forma de panal de abeja puede
estar realizado, por ejemplo, en acero inoxidable u otro metal,
material cerámico o carbono. Es preferible que el soporte en forma
de panal de abejas tenga de 45 a 310 celdas/cm^{2} y funcione
como soporte catalizador cuya proporción entre el diámetro de
entrada de combustible hidrogenado y la profundidad
(diámetro/profundidad) está comprendido entre 0,1 y 0,5. La sección
transversal de una celda no está específicamente definida, pero
puede ser rectangular, hexagonal o triangular.
La capa de catalizador metálico contiene uno,
dos o varios tipos de sal o de complejos seleccionados entre
platino, paladio, rodio, renio, rutenio, níquel y similares. Es
preferible que una capa de recubrimiento esté dispuesta entre el
catalizador y el soporte en forma de panal de abejas. La capa de
recubrimiento se puede realizar seleccionando uno, dos o varios
tipos entre otros de alúmina, óxido de cerio, óxido de circonio,
carbón, zeolita, sepiolita, mordenita y similares, mezclando la
selección con un aglomerante (sal de hidróxido o sal de óxido de un
elemento metálico que constituye alúmina o similar) y agua, y
agitando una capa de recubrimiento de la mezcla resultante.
La cantidad de catalizador metálico utilizado se
puede determinar de la forma apropiada. No obstante, es preferible
que la cantidad de catalizador metálico utilizada sea de 1 a 20 g
por litro de soporte en forma de panal de abejas.
Los medios de calentamiento del catalizador no
están definidos de manera específica. El calor generado por el
motor de combustión interna o el calor de los gases de escape pueden
ser utilizados para calentar el catalizador. Una alternativa
consiste en utilizar un medio independiente de calentamiento. No
obstante, desde el punto de vista de utilización efectiva de la
energía, es preferible utilizar el calor de los gases de escape
descargados del motor de combustión interna.
Por ejemplo, si el catalizador está formado
alrededor del tubo de escape que descarga los gases de escape, el
catalizador es calentado por el calor de escape que se propaga a
través del tubo de escape. De este modo, el calor de escape o calor
sobrante del motor de combustión interna, es decir, la energía
térmica, puede ser utilizado de manera efectiva. Los gases de
escape descargados del motor de gasolina, u otro motor de combustión
interna similar, alcanzan de manera similar una temperatura de unos
400ºC o superior. Por lo tanto, cuando se utiliza el calor de
escape, la temperatura del catalizador, que contribuye a la
deshidrogenación, puede ser mantenida de manera estable a un nivel
de 250ºC o superior, que se requiere para deshidrogenación. Como
resultado, no hay necesidad de facilitar una fuente de calor
separada y el aparato puede ser reducido en dimensiones y peso.
Además, el rendimiento de la utilización de la energía en el sistema
de combustión interna se puede aumentar. Adicionalmente, dado que
no existe resistencia al escape dentro del tubo de escape, el
rendimiento del motor de combustión interna no se deteriora. En
general, el tubo de escape muestra una elevada conductividad
térmica porque está realizado en un metal. Por lo tanto, el tubo de
escape puede transmitir de manera efectiva el calor del escape de
los gases de escape al catalizador.
El dispositivo de suministro de combustible está
dispuesto para suministrar el combustible hidrogenado al
catalizador. Puede estar configurado de manera que un chorro de
ángulo ancho de combustible hidrogenado sea aplicado a las entradas
de las celdas. Por ejemplo, un inyector (dispositivo de inyección)
es adecuado para el dispositivo de suministro de combustible.
Cuando un controlador está conectado al inyector, la cantidad de
inyección se puede controlar de manera apropiada en base al
dispositivo de suministro individual. Además, se puede disponer una
serie de dispositivos de alimentación de combustible para un único
medio de reacción, de manera que el combustible hidrogenado es
suministrado preferentemente con una película de líquido de
combustible hidrogenado formada sobre el catalizador.
Los medios de reacción, pueden ser dotados
además de una trayectoria de flujo que comunica con los medios de
reacción y permite que una mezcla de gas, que es derivada de la
deshidrogenación en los medios de reacción, pueda atravesar. Esta
trayectoria de flujo está dispuesta a lo largo del tubo de escape.
Esto asegura que la mezcla de gas (gas rico en hidrógeno) que
contiene el gas rico en hidrógeno y el producto deshidrogenado
generado por los medios de reacción puedan pasar fácilmente por el
tubo manteniendo su elevada temperatura, es decir, mientras el
producto deshidrogenado es mantenido en estado gaseoso.
El tubo de escape para descargar el gas de
escape del motor de combustión interna puede estar realizado de
manera general mediante un tubo único. No obstante, el tubo único se
puede ramificar en una serie de tubos. En este caso, cada ramal del
tubo de escape puede ser dotado de medios de reacción. En otras
palabras, el vehículo puede ser dotado de una serie de medios de
reacción. Como resultado, es posible aumentar la cantidad de
hidrógeno que se puede suministrar.
Los medios de separación separan el gas rico en
hidrógeno de una mezcla de gas de gas rico en hidrógeno y producto
deshidrogenado, que son generados cuando el combustible hidrogenado
es deshidrogenado en los medios de reacción.
Por ejemplo, los medios de separación pueden
utilizar un método para el enfriamiento de la mezcla de gas por
medios, por ejemplo, de intercambio calorífico o expansión
adiabática, y separando el producto deshidrogenado de la mezcla de
gas por gravedad o fuerza centrífuga, un método para separar la
mezcla de gas con una película permeable al hidrógeno, tal como una
delgada película de polímero o Pd, o un método para airear carbón
activado u otra materia orgánica adsorbente con la mezcla de gas
para separar el producto deshidrogenado con respecto a la mezcla de
gas.
El producto deshidrogenado separado del gas rico
en hidrógeno es almacenado en la sección de almacenamiento de
producto deshidrogenado.
Es preferible que la sección de almacenamiento
de producto deshidrogenado no sea un depósito independiente, sino
un depósito de almacenamiento de cámaras múltiples que comprende una
sección de almacenamiento de líquido hidrogenado para almacenar el
combustible hidrogenado. En este caso, es preferible que la sección
de almacenamiento de combustible hidrogenado y la sección de
almacenamiento de producto deshidrogenado, de la que es separado el
gas rico en hidrógeno, estén realizados ambos en un material de
resina elástica. Entonces, la utilización de un solo depósito
integrado es permisible, de manera que se puede conseguir la
instalación en un vehículo o en otro espacio limitado. Además, el
peso se puede reducir. Adicionalmente, dado que el producto
deshidrogenado del que se elimina el gas rico en hidrógeno es
almacenado, no hay necesidad de facilitar una abertura de escape
para descargar el gas rico en hidrógeno.
Cuando se alimenta al motor de combustión
interna, el producto deshidrogenado puede ser utilizado como
combustible, lo mismo que en el caso de la gasolina u otro
combustible convencional. Además, el producto deshidrogenado puede
ser recuperado, hidrogenado y utilizado como combustible
hidrogenado.
El gas rico en hidrógeno separado por los medios
de separación puede ser suministrado al motor de combustión
interna. También puede ser suministrado al motor de combustión
interna junto con el combustible hidrogenado o producto
deshidrogenado. Por lo tanto, se pueden prever medios para el
suministro de hidrógeno destinados a suministrar, como mínimo, uno
de los sistemas de admisión, cámara de combustión y sistema de
escape del motor de combustión interna. Se puede seleccionar un
medio de suministro de hidrógeno apropiado según sea necesario. Por
ejemplo, un inyector (dispositivo de inyección) es apropiado como
medio de suministro de hidrógeno.
Para conseguir los objetivos anteriormente
indicados, de acuerdo con un sexto aspecto de la presente invención,
se prevé un motor de combustión interna que utiliza hidrógeno como
combustible que comprende: un depósito de gasolina hidrogenada para
almacenar gasolina hidrogenada que contiene un hidruro orgánico;
medios de separación del combustible para separar la gasolina
hidrogenada en gas rico en hidrógeno y gasolina deshidrogenada; y
medios de suministro de combustible para suministrar, como mínimo,
el gas rico en hidrógeno y/o la gasolina deshidrogenada en base
individual o simultáneamente, entre la gasolina hidrogenada, el gas
rico en hidrógeno y la gasolina deshidrogenada, al motor de
combustión interna como combustible.
De acuerdo con un séptimo aspecto de la presente
invención, se prevé el motor de combustión interna que utiliza
hidrógeno como combustible que se ha descrito en el sexto aspecto,
en el que los medios de suministro de combustible comprenden:
medios para el suministro de gasolina hidrogenada para suministrar
la gasolina hidrogenada al motor de combustión interna; medios para
el suministro de un gas rico en hidrógeno para suministrar el gas
rico en hidrógeno al motor de combustión interna; medios para el
suministro de gasolina deshidrogenada para suministrar la gasolina
deshidrogenada al motor de combustión interna; medios de selección
del combustible para seleccionar uno o varios tipos de combustible
a partir de la gasolina hidrogenada, el gas rico en hidrógeno y la
gasolina deshidrogenada; y medios de control del suministro de
combustible para controlar los medios de suministro de la gasolina
hidrogenada, los medios de suministro de gas rico en hidrógeno y los
medios de suministro de gasolina deshidrogenada, de manera que se
suministran al motor de combustión interna los tipos seleccionados
de combustible.
De acuerdo con un octavo aspecto de la presente
invención, se prevé el motor de combustión interna, que utiliza
hidrógeno como combustible, tal como se ha descrito en el séptimo
aspecto, comprendiendo además el motor de combustión interna que
utiliza hidrógeno como combustible: medios de evaluación de
necesidad de gasolina para evaluar si el suministro de gasolina es
necesario y medios de evaluación de suministro de gasolina
hidrogenada para evaluar si se puede suministrar gasolina
deshidrogenada, de manera que los medios de control de suministro
de combustible permiten el suministro de la gasolina hidrogenada al
motor de combustión interna solamente cuando se ha reconocido la
necesidad de suministro de gasolina y no se puede suministrar
gasolina deshidrogenada.
De acuerdo con un noveno aspecto de la presente
invención, se prevé el motor de combustión interna que utiliza
hidrógeno como combustible, tal como se ha descrito en el octavo
aspecto, comprendiendo además el motor de combustión interna que
utiliza hidrógeno como combustible medios para la evaluación del
suministro de gas rico en hierógeno para evaluar si se puede
suministrar el gas rico en hidrógeno, de manera que cuando el gas
rico en hidrógeno y la gasolina deshidrogenada pueden ambos ser
suministrados, los medios de control de suministro de combustible
suministran constantemente una combinación del gas rico en hidrógeno
y de gasolina deshidrogenada al motor de combustión interna como
combustible.
El motor de combustión interna que utiliza
hidrógeno como combustible, según uno de dichos aspectos primero a
quinto de la presente invención, puede seleccionar libremente uno,
dos o más tipos de combustible entre el combustible hidrogenado, el
producto deshidrogenado e hidrógeno, cuyo producto deshidrogenado e
hidrógeno son obtenidos por deshidrogenación del combustible
hidrogenado, y suministrar los tipos seleccionados de combustible
al motor de combustión interna. El hidrógeno obtenido por
deshidrogenación del combustible hidrogenado puede ser suministrado
al sistema de admisión, sistema de escape y cámara de combustión de
un motor de combustión interna sin disponer un depósito a alta
presión o depósito de hidrógeno líquido y sin adsorber u ocluir
hidrógeno o sin reformar el combustible. Por lo tanto, la presente
invención hace posible incrementar el rendimiento en la utilización
de la energía, reducir las dimensiones y el peso del aparato y
construir un sistema limpio.
De acuerdo con el sexto aspecto de la presente
invención, la gasolina hidrogenada, el gas rico en hidrógeno y la
gasolina deshidrogenada se ponen a disposición como combustible para
el vehículo simplemente suministrando gasolina hidrogenada que
contiene un hidruro orgánico al vehículo. De acuerdo con la presente
invención, el motor de combustión interna puede funcionar
apropiadamente cuando, como mínimo, el gas rico en hidrógeno y
gasolina deshidrogenada se utilizan como combustible.
De acuerdo con el séptimo aspecto de la presente
invención, se puede seleccionar un combustible arbitrario entre la
gasolina hidrogenada, el gas rico en hidrógeno y la gasolina
deshidrogenada, y puede ser suministrado al motor de combustión
interna según necesidades. Por lo tanto, la presente invención prevé
un alto grado de libertad en la selección del tipo de combustible a
utilizar y puede manipular apropiadamente diferentes
situaciones.
De acuerdo con el octavo aspecto de la presente
invención, se puede suministrar gasolina deshidrogenada, siempre
que sea posible, cuando se requiera suministro de gasolina. La
gasolina deshidrogenada tiene un elevado octanaje. Por lo tanto, la
presente invención puede incrementar las características
antidetonantes del motor de combustión interna.
Cuando se pueden suministrar tanto gas rico en
hidrógeno como gasolina deshidrogenada, el noveno aspecto de la
presente invención puede suministrar de manera constante una
combinación del gas rico en hidrógeno y de la gasolina
deshidrogenada al motor de combustión interna como combustible. Esta
combinación de combustible proporciona un excelente rendimiento de
combustible y una excelente característica de emisión mostrando
elevadas características antidetonantes.
En la primera realización, que se ha descrito en
lo anterior, el reactor de deshidrogenación (1) corresponde a los
"medios de reacción" de acuerdo con el primer aspecto de la
presente invención y el separador (2) corresponde a los "medios
de separación" de acuerdo con el primer aspecto de la presente
invención. Además, las válvulas (V1) y (V2), las bombas (P1) y
(P4), las conducciones de alimentación (23), las conducciones (17),
el inyector de suministro de hidrógeno (18), el inyector de
suministro de gasolina (19) y el depósito tampón (20) corresponden
a los "medios de suministro de combustible" de acuerdo con el
segundo aspecto de la presente invención.
Además, en la primera realización, que se ha
descrito en lo anterior, la sección (4) de almacenamiento de
combustible hidrogenado corresponde al "depósito de gasolina
hidrogenada" de acuerdo con el sexto aspecto de la presente
invención; el reactor de deshidrogenación (1) y separador (2)
corresponden a los "medios de separación de combustible" de
acuerdo con el sexto aspecto de la presente invención; las válvulas
(V1) y (V2), las bombas (P1) y (P4), los conductos de alimentación
(23), los conductos (17), el inyector de suministro de hidrógeno
(18), el inyector de suministro de gasolina (19) y el depósito
tampón (20) corresponden a los "medios de suministro de
combustible" según el sexto aspecto de la presente invención.
Además, en la primera realización, que se ha
descrito en lo anterior, las válvulas (V1) y (V2), la bomba (P1),
la conducción de suministro (23) y el inyector de suministro de
gasolina (19) corresponden a los "medios de suministro de
gasolina hidrogenada" y "medios de suministro de gasolina
deshidrogenada" de acuerdo con el séptimo aspecto de la presente
invención, y la bomba (P4), la conducción (17), el inyector de
suministro de hidrógeno (18) y el depósito tampón (20) corresponden
a los "medios de suministro de gas rico en hidrógeno" de
acuerdo con el séptimo aspecto de la presente invención. Los
"medios de selección de combustible" de acuerdo con el séptimo
aspecto de la presente invención están implementados cuando el ECU
(6) selecciona el combustible a suministrar de acuerdo con el
funcionamiento del motor de combustión interna. Los "medios de
control de alimentación de combustible" de acuerdo con el
séptimo aspecto de la presente invención son implementados cuando
el ECU (6) controla las válvulas (V1) y (V2), las bombas (P1) y
(P2), el inyector de suministro de hidrógeno (18) y el inyector de
suministro de gasolina (19) de acuerdo con la selección de
combustible anteriormente indicada.
Además, en la primera realización, que se ha
descrito anteriormente, los "medios de evaluación de la necesidad
de gasolina" de acuerdo con el octavo aspecto de la presente
invención son implementados cuando el ECU (6) evalúa si el
suministro de gasolina es necesario, y los "medios de evaluación
del suministro de gasolina deshidrogenada" de acuerdo con el
octavo aspecto de la presente invención son implementados cuando el
ECU (6) evalúa si la cantidad de producto deshidrogenado existente
es adecuado para el suministro. Además, los "medios de evaluación
del suministro de gas rico en hidrógeno" de acuerdo con el noveno
aspecto de la presente invención son implementados cuando el ECU
(6) evalúa si la cantidad de gas rico en hidrógeno existente es
adecuado para el suministro.
El motor de combustión interna que utiliza
hidrógeno como combustible según la presente invención puede
seleccionar libremente uno, dos o más tipos de combustible entre
combustible hidrogenado y un producto deshidrogenado e hidrógeno,
que se obtienen por deshidrogenación del combustible hidrogenado, y
suministrar los tipos seleccionados de combustible a un motor de
combustión interna. El hidrógeno obtenido por deshidrogenación del
combustible hidrogenado puede ser suministrado al sistema de
admisión, sistema de escape y cámara de combustión de un motor de
combustión interna sin disponer depósito de alta presión o depósito
de hidrógeno líquido y sin adsorber u ocluir hidrógeno o reformar
el combustible. Por lo tanto, la presente invención hace posible
incrementar la eficiencia de la utilización de la energía, reducir
las dimensiones y peso del aparato y construir un sistema
limpio.
Claims (2)
1. Motor de combustión interna que utiliza
hidrógeno como combustible, que comprende:
un depósito (4) de gasolina hidrogenada que
almacena gasolina hidrogenada que contiene un hidruro orgánico
obtenido por añadidura de hidrógeno a una gasolina normal;
medios de separación de combustible (2) que
separan la gasolina hidrogenada en un gas rico en hidrógeno y
gasolina deshidrogenada, que tiene sustancialmente los mismos
componentes que la gasolina normal;
medios para el suministro de gasolina
hidrogenada (V1, V2, P1, 23, 19, 20) para suministrar la gasolina
hidrogenada al motor de combustión interna;
medios para el suministro de gas rico en
hidrógeno (P4, 17, 18, 20) para suministrar el gas rico en hidrógeno
al motor de combustión interna;
medios para el suministro de gasolina
deshidrogenada (V1, V2, P1, 23, 19, 20) para suministrar la gasolina
deshidrogenada al motor de combustión interna;
medios de selección de combustible (6) para
seleccionar uno o varios tipos de combustible entre gasolina
hidrogenada, gas rico en hidrógeno y gasolina deshidrogenada; y
medios (6) de control de suministro de
combustible para controlar los medios de suministro de gasolina
hidrogenada, los medios de suministro de gas rico en hidrógeno y
los medios de suministro de gasolina deshidrogenada, de manera que
los tipos seleccionados de combustible son suministrados al motor de
combustión interna, de forma que, después del arranque del motor,
el gas rico en hidrógeno y el producto deshidrogenado son
suministrados en principio al motor de combustión interna como
combustible;
medios (6) para la evaluación de la necesidad de
gasolina para evaluar si es necesario el suministro de gasolina;
y
medios (6) para la evaluación del suministro de
gasolina deshidrogenada para evaluar si la cantidad restante de la
gasolina deshidrogenada es menor que el límite inferior de
suministro permisible,
en el que los medios (6) de control del
suministro de combustible permiten que la gasolina hidrogenada a
suministrar al motor de combustión interna solamente cuando se
reconoce la necesidad de suministro de gasolina y la cantidad
restante de gasolina deshidrogenada es menor que el límite inferior
de suministro permisible.
2. Motor de combustión interna que utiliza
hidrógeno como combustible, según la reivindicación 1, que comprende
además:
medios (6) de evaluación del suministro de gas
rico en hidrógeno para evaluar si se puede suministrar el gas rico
en hidrógeno, de manera que, cuando el gas rico en hidrógeno y la
gasolina deshidrogenada pueden ser suministrados, los medios de
suministro de combustible suministran constantemente una combinación
de gas rico en hidrógeno y de gasolina deshidrogenada al motor de
combustión interna como combustible, con independencia de la
cantidad restante de gas rico en hidrógeno.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003360152 | 2003-10-21 | ||
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