SISTEMA DE MOTOR QUE EMPLEA UN CICLO ASIMÉTRICO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención está relacionada con un motor altamente eficiente que emplea un ciclo de compresión y expansión asimétrico junto con el uso de una mezcla supercrítica de combustible y agua. La operación de los motores de combustión interna generalmente es una relación entre la eficiencia de motor y la pureza de los gases de expulsión. Por ejemplo, los motores a diesel proporcionan una alta eficiencia pero los gases de expulsión usualmente incluyen materias en partículas (PM) como hollín y óxido nítrico (NOx) . En general, los motores de combustión interna, ya sea de arranque por chispa o con diesel, operan mediante un ciclo simétrico, esto es, el volumen de compresión es igual al volumen de expansión. Ralph Miller en la Patente Norteamericana No. 2,670,595 fue el primero en describir un motor que opera con un ciclo asimétrico. Se reconoció que al cerrar las válvulas de entrada ya sea antes o después del centro muerto de fondo (BDC) podría cambiar la relación de compresión "efectiva" en el motor. Por ejemplo, al incrementar al doble la longitud del movimiento del motor y cerrar la válvula de entrada antes cuando el pistón está a la mitad del camino hacia el centro muerto de fondo (BDC) , la cantidad de aire comprimido se reduce a la mitad, proporcionando la misma relación de compresión efectiva que el motor original. No se realiza ningún trabajo sobre el aire dentro del cilindro durante la expansión hacia el centro muerto de fondo y la compresión subsecuente de regreso a la presión atmosférica. A la misma relación de combustible-aire, los componentes del motor podrán sentir las mismas presiones pico. Si la relación de expansión no se cambia, entonces los gases de combustión pueden expandirse al doble de su volumen. Esta expansión incrementada reduce la pérdida de calor a la hora de la expulsión y permite que los productos de la combustión hagan el trabajo adicional alcanzando una temperatura más baja antes de abrir las válvulas de expulsión. Con esto, el motor extrae más energía mecánica útil. Históricamente, esta innovación de ciclo asimétrico pasó inadvertida debido a que se necesitaba un incremento en tamaño y peso en el motor para proporcionar la misma energía. Está desventaja en tamaño y peso era inaceptable en la industria automotriz de los 1950 's y 1960 's durante cuyo tiempo la única figura más importante era el desplazamiento de motor de caballos de fuerza/pulgadas cúbicas. También, el mecanismo propuesto por Miller para una sincronización de válvula variables era estorbosa y no proporcionaba la variación de ángulo de sincronización de válvula deseada. En 1992 Ozawa (véase la Patente Norteamericana No.
,682,854) discutió maneras de solucionar esta deficiencia en rendimiento de energia desarrollando una relación de compresión/expansión variable. Su sistema utilizaba una transmisión por engranaje planetaria diseñada para alterar la posición de la válvula de eje de distribución de entrada. Los accionadores mecánicos en el transportador de planeta físicamente giraban el eje de distribución hacia delante o hacia atrás en respuesta a la necesidad del motor de energía a costa de la eficiencia del ciclo de motor. La innovación de Ozawa ha sido comercialmente realizada en vehículos ensamblados por la Mazda Corporation. En particular, la Mazda Millenia, introducida en 1994, emplea un componente de levas continuamente variable para combinar la capacidad de alta energía con alta eficiencia. Los motores generalmente utilizan cabezas de cilindro y pistones de metal sólido y debido al metal sólido, la capacidad de difusión térmica es alta. La capacidad de difusión térmica es seleccionada para que la temperatura de la superficie de los pistones y de las cabezas de cilindro permanezca lo suficientemente baja para evitar el resquebrajamiento por tensiones térmicas de la superficie bajo el calentamiento cíclico repetido que resulta de la combustión del motor. Para evitar este resquebrajamiento por tensiones térmicas, se requiere temperaturas de operación relativamente bajas 148.88-260°C (300 °F-500 °F) para cabezas y pistones de aluminio. Esta temperatura es mantenida por el sistema de enfriamiento del motor removiendo el calor transferido por el proceso de combustión. Por supuesto, dicho calor no está disponible para su conversión o para que trabaje en el ciclo de expansión del motor. De este modo, la transferencia de calor a través de las cabezas y pistones de metal sólido da como resultado la pérdida de eficiencia. Una reducción en dicha transferencia de calor a través de las cabezas de cilindro y los pistones por lo tanto mejoraría la eficiencia térmica total del motor. La Solicitud de Patente Norteamericana Copendiente con No. de Serie 08/992,983 presentada en 18 de diciembre de 1997 describe un sistema de combustión y de composición de agua/combustible supercrítica en el cual una mezcla de agua y un combustible de hidrocarburo se mantiene cerca por encima del punto crítico termodinámico de modo que la mezcla sea una sola fase homogénea. Como se muestra en esa solicitud, debido a que la mezcla de combustible de agua/hidrocarburo se mantiene como una sola fase isotrópica homogénea, sufrirá la combustión más completamente cuando se introduce en una cámara de combustión. En la técnica de los sistemas de motor se sabe que la combustión del combustible líquido se basa en la atomización por rocío, seguida por la evaporación en gotas del combustible y finalmente en la secuencia de reacción de combustión. Gotas más pequeñas favorecen una combustión más completa y más limpia. Los enfoques de la técnica anterior utilizaban presiones de inyección extremadamente altas para minimizar los diámetros de las gotas. Los tensioactivos químicos y el precalentamiento del combustible producían gotas más pequeñas, pero dicho precalentamiento de combustible y tensioactivos químicos producen solo reducciones modestas en el tamaño de las gotas y el calentamiento es solamente efectivo hasta 150 °C a 200 °C. Por encima de estas temperaturas, la formación de coque, goma, y brea bloquean los canales de flujo de operación en el sistema de suministro de combustible. Por lo tanto, es deseable crear un sistema de motor altamente eficiente combinando un ciclo asimétrico con una mezcla de agua/combustible supercrítica junto con una capacidad de difusión térmica controlada en el pistón y la cabeza de cilindro. En un aspecto, el sistema de motor de la invención incluye un motor de combustión interna que tiene por lo menos un pistón en un cilindro, el cilindro incluye una cabeza de cilindro. El aparato que coopera con el pistón crea un ciclo de compresión y expansión asimétrico, en donde la porción de expansión del ciclo es mayor que la porción de compresión del ciclo. Un material aislante que tiene una capacidad de difusión térmica seleccionada se aplica a una superficie del pistón y a la cabeza del cilindro para reducir la transferencia de calor a través de la misma. En una modalidad, se proporciona un aparato para inyectar una mezcla supercrítica de combustible y agua dentro del cilindro para su combustión. En otra modalidad, la porción de expansión del ciclo es mayor que la porción de compresión del ciclo por un factor en el rango de 1.3:1 a 2.5:1. El ciclo asimétrico puede lograrse a través de una longitud de movimiento incrementada. Alternativamente, el ciclo asimétrico puede lograrse disminuyendo el volumen cubierto en la parte superior del movimiento de compresión combinado con un cierre anticipado de la válvula de entrada del motor. Mientras que el cierre tardío de la válvula de entrada 'de aire puede lograr la compresión asimétrica, esta operación implica un trabajo de bombeo adicional succionando primero la carga completa y enseguida bombeando la mitad de esta de regreso hacia fuera. De este modo, el cierre anticipado deberá preferirse con una base de ciclo termodinámico . En otras modalidades de la invención, el aparato de inyección inyecta la mezcla de agua/combustible supercrítica cerca de la parte superior del movimiento de compresión lo más cerca de la parte superior del centro muerto. la invención también incluye un intercambiador de calor para utilizar el calor de deshecho del motor para calentar la mezcla supercritica de agua y combustible. Se proporciona una bomba para presurizar la mezcla de agua/combustible a una presión tan alta como 4000 psi antes de introducirla al intercambiador de calor. El intercambiador de calor puede estar térmicamente acoplado a la expulsión del motor. Aún en otra modalidad, se proporciona un precalentamiento eléctrico para la mezcla de agua/combustible. Este precalentamiento puede ser necesario durante el arranque o cuando la temperatura de expulsión está por abajo de un nivel de calentamiento deseado. Este precalentamiento eléctrico también puede incluir un aparato de control de retroalimentación para controlar el precalentamiento. Se prefiere que la mezcla supercrítica esté a aproximadamente 4000 psi y aproximadamente 400°C. El sistema de motor de la presente invención es altamente eficiente. El ciclo asimétrico Miller reduce la pérdida de calor en relación con la expulsión. El material aislante que recubre la cabeza y el pistón reduce la pérdida de calor en el refrigerante del motor. Además, el agua y el combustible se precalienta intercambiando el calor con las corrientes de expulsión y/o enfriamiento de motor para dar como resultado una mezcla supercritica de agua y combustible. La adición de agua permite el calentamiento de la mezcla de agua/combustible supercrítica a temperaturas que exceden los 400°C en la formación de carbón o coque. Finalmente, la inyección de la mezcla de agua/combustible casi critica homogénea elimina la preocupación de las gotas. El uso del agua/combustible supercritico da como resultado una sola fase homogénea y evita gotas que pueden servir como centros de formación de núcleo de la producción de materia en partículas y puntos calientes para la formación de N0X cuando se utiliza un combustible puro frío. La mezcla de agua/ combustible supercrítico es un fluido denso que cuando se calienta e inyecta introduce una entalpia adicional del 4% y una ganancia de eficiencia en el ciclo de combustión. El ciclo Miller asimétrico, con una relación de expansión hasta el doble de la relación de compresión puede adicionar una eficiencia absoluta adicional del 15% sobre la ganancia de entalpia y la eficiencia además de mejora empleando superficies aislantes sobre el pistón y la cabeza del cilindro. Al combinar el ciclo Miller asimétrico, la cabeza y el pistón con aislante, y la inyección de combustible de agua supercrítico, se ha logrado eficiencia récord junto con reducciones notables en emisiones. Por supuesto, las combinaciones de cualquiera de estas tres condiciones dará como resultado mejorías en la eficiencia . BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en corte transversal de un motor de combustión interna de acuerdo con la invención.
La Figura 2 es una vista en corte transversal de u arreglo de cola de milano para fijar los recubrimiento aislantes . La Figura 3 es un diagrama de bloque del sistema d la invención. La ventaja termodinámica del ciclo Mille asimétrico proporciona un medio para reducir la pérdida d calor en los gases de expulsión de motor. La reducción e energía por pulgada cúbica resulta del flujo de air disminuido que en parte puede ser compensado al reducir l transferencia de calor en la cabeza y el pistón y por l entalpia adicionada de las mezclas de agua/combustible inyectadas. La presente invención busca mejorar la eficiencia tanto química como mecánica de un motor de combustión interna. Las modalidades preferidas serán discutidas e términos de tecnología de diesel pero la invención no se limita a esta aplicación. Es igualmente aplicable a motores de arranque por chispa. El trabajo de expansión de los gases en un cilindr puede verse afectado por tres propiedades importantes de los reactivos inyectados cerca del centro muerto superior. La calidad de I07 reactivos, su capacidad de combustión y su temperatura inicial generalmente afectan el incremento de presión a través de la combustión es de la etapa temprana de expansión. Cualquier proceso que pueda acelerar la evolución de este desarrollo de presión sin adicionar contaminantes a la corriente de gases de expulsión se considera deseable, la presente invención se dirige a mejorías en las tres categorías . Como se mencionó anteriormente, se sabe que la combustión de combustible líquido se basa en la atomización por rocío seguida por la evaporación de gotas de combustible y finalmente la secuencia de reacción de combustión. La presente invención contempla la acción de desdoblamiento por agua para producir más especies combustibles. El agua mezclada con el combustible de diesel a temperaturas por arriba de los 200°C reduce la formación de coque y goma ya que los combustibles de hidrocarburo se reducen en peso molecular por una conversión parcial a gases H2 y CO y la reducción de la longitud de cadena. Por lo tanto, el agua y los combustibles mezclados y calentados por arriba o cerca de las condiciones termodinámicamente criticas ofrecen una solución económica a la reducción del tamaño de gotas. Adicionalmente, el gas H2 producido a partir de la reformación de vapor proporciona una mejoría de cetano, ya que posee un límite de inflamabilidad más amplio que permite su combustión a concentraciones de oxigeno localmente más bajas. Las moléculas de H2 por lo tanto sirven como iniciadores de combustión que se distribuyen bien en la zona de reacción. Los amplios limites de inflamabilidad del gas de hidrógeno permiten una operación de combustible reducid total. Esta operación de combustible reducido a su vez limit la traducción de óxidos nítricos. Por consiguiente, la mezcl supercrítica eleva el "número de cetanos efectivo" para l mezcla de combustible. Los detalles experimentales de l química supercrítica se discutirán con detalle más adelante Una vez más se hace referencia a la Solicitud copendiente co No. de Serie 08/992,983 presentada el 18 de diciembre d 1997, cuyas enseñanzas se incorporan en la presente po referencia. Como se describe en esa solicitud, la mezcl supercrítica de combustible y agua da como resultado una sol fase homogénea. Con dicha mezcla casi crítica homogénea, e mezclado gaseoso se lleva a cavo con el aire. De este modo, la evaporación de las gotas no es un proceso operativo y n limita el mezclado. La difusión del oxígeno con los reactivo por lo tanto se acelera. La temperatura promedio alta de lo reactivos excede la temperatura de autoencendido y la reacciones oxidativas ocurren instantáneamente. El proceso d combustión es controlado por una difusión de fase de gas, qu es mucho más rápida que la difusión de fase liquida en gotas Como resultado, la demora en el encendido casi se elimina la combustión más homogénea dentro de un cilindro. Esta iniciación rápida de combustión se limita po la velocidad de penetración de los reactivos supercríticos. Consideraciones de transferencia de masa y de momento limita la velocidad de penetración de los reactivos supercríticos e el aire calentado en el centro muerto superior. La velocida de difusión depende de la temperatura; de este modo, l temperatura de inyección a 400°C promueve adicionalmente l mezcla de reactivos. Adicionalmente, las presiones po inyección mantenidas por encima de 3600 psi inducen la velocidades supersónicas a través de un orificio inyector Como resultado, la penetración y mezclado de los reactivos e mucho más rápida que para las gotas del líquido. La alta temperatura de la mezcla d agua/combustible a la hora de su inyección provoca un entalpia adicional de aproximadamente 4%. Si esta cantidad d energía de calor se extrae del calor de deshecho del motor, entonces toda esta energía recuperada puede convertirse e energía mecánica en el sitio de expansión de un motor. Haciendo referencia ahora a la Figura 1, un moto 10 de combustión interna incluye un cilindro 12 en el cual s contiene un pistón 14. El cilindro 12 incluye una porción 1 de cabeza de cilindro. De acuerdo con un aspecto de l invención, los recubrimientos 18 y 20 de aislamiento s colocan en una superficie del pistón 14 y la cabeza 1 respectivamente, como se muestra. Los recubrimientos 18 y 2 con relativamente gruesos (0.06 a 0.1 pulgadas) y está formados de un material de alta temperatura teniendo un capacidad de difusión térmica baja.
Los recubrimientos 18 y 20 se fijan a la part superior del pistón 14 y la superficie interior de la cabez 16 del cilindro cubriendo la cavidad de combustión reentrant de tal manera que se proporciona un contacto térmic deficiente con el resto del pistón 14 y la cabeza 16 mientra que mantiene una unión mecánica segura. Por ejemplo, u recubrimiento 18 de pistón de níquel, titanio o Inconel pued roscarse dentro de la parte superior del pistón 14 Alternativamente, como se muestra en la Figura 2, lo recubrimientos 18 y 20 pueden incluir ranuras 19 de cola d milano y el pistón 14 y la cabeza 16 se forjan o cuelan sobr las ranuras 19. Algunas de las ranuras 19 deberán estar ángulos rectos uno del otro para permanentemente bloquea todo el movimiento. Aquellos expertos en la técnic apreciarán que se pueden utilizar otros métodos de bloque permanente. El recubrimiento 18 puede operar a 2000° transfiriendo solamente una pequeña cantidad de calor a pistón debido a la rosca de ajuste flojo que también acomod cambios de tamaño por expansión térmica. A estas alta temperaturas se remueve menos calor durante la combustión parte de este calor se vuelve a transferir a la carg comprimida en la parte superior del movimiento de compresión Debido a que la transferencia de calor depende fuertemente d la velocidad y la densidad del aire en el cilindro 12, est calor principalmente se adiciona en la parte superior de movimiento donde es termodinámicamente favorable. No s pierde mucho calor durante la entrada del movimiento cuand la presión y la velocidad son bajas. Se utiliza u recubrimiento 20 de aislamiento similar en el área central d la cabeza 16 sobre la cavidad de pistón. Nótese que esto recubrimientos 18 y 20 de aislamiento se selecciona cuidadosamente para tener la capacidad de difusión térmica masa térmica correctas . Estos recubrimientos no pueden se totalmente adiabáticos debido a que la temperatura de l superficie entonces alcanzaría niveles de 2204.44-2760 (4000 5000°F) lo cual provocaría la fusión o fatiga térmica de l superficie de los recubrimientos 18 y 20. Los recubrimiento 18 y 20 pueden, sin embargo, significativamente reducir l pérdida de calor del gas de combustión. Como se mencionó anteriormente, un aspect importante de esta invención es un ciclo de compresión expansión asimétrico del motor 210. El motor 10 incluye un válvula 22 de entrada y una válvula 22 de expulsión. Como s apreciará por aquellos expertos en la técnica, pueden existi varias válvulas de expulsión y de entrada múltiples en u cilindro. Un sistema 26 de inyección inyecta combustible/agu supercrítico dentro del cilindro 12. Una manera de lograr un porción de expansión mayor que la porción de compresión e cerrar la válvula 22 de entrada tempranamente a medida que el pistón 14 procede hacia abajo. Por ejemplo, si la válvula d entrada se cierra cuando el pistón 14 está a la mitad en s movimiento hacia abajo hacia el centro muerto de fondo, l relación de compresión se reduce a la mitad mientras que l posición de expansión del ciclo estaría en el movimient total del pistón 14. Cuando el pistón está en o cerca de centro muerto superior, el sistema 26 de inyección inyecta l mezcla de agua/combustible supercrítico dentro del cilindr 12 y comienza el movimiento de energía. Otro aspecto de la invención da como resultado una alta eficiencia del sistema de la invención es el uso de calor de deshecho del motor para precalentar la mezcla de agua/combustible supercrítica inyectada en el cilindro. La Figura 3 ilustra este aspecto del sistema de la invención. El combustible 30 y el agua 32 son bombeados por una bomba 34 a una presión en el rango de 4000 psi. la mezcla de agua/combustible entonces pasa a través de una porción 36 de calentador y se inyecta dentro del motor 10 que produce una salida de energía. El calor de desecho del motor, ya sea en una corriente de expulsión o absorbida por un sistema de enfriamiento pasa a través del intercambiador 38 de calor y el calor recuperado se aplica al calentador 36. Se puede suministrar energía eléctrica adicional al calentador 36 para elevar la mezcla de agua/combustible supercrítica hasta aproximadamente 400°C. Aquellos expertos en la técnica apreciarán que un circuito de retroalimentación de temperatura y presión puede proporcionarse para activamente controlar la cantidad de energia eléctrica necesaria para óptimamente ajustar las condiciones de la mezcla de agua/combustible antes de su suministro al motor 10. La combinación de la energía de solvatación mejorada del agua supercrítica junto con las propiedades de transporte mejorado de un gas denso es deseable desde una perspectiva de reacción química. Las altas temperaturas promueven la química de reformulación pero las velocidades de reacción muy a menudo son limitadas por la capacidad de difusión de las especies hacia y de una superficie catalítica heterogénea. La capacidad de difusión de un gas supercrítico denso es de 3-4 ordenes de magnitud mayor que un líquido típico. Correspondientemente, el gas a las presiones supercríticas mantiene una densidad de casi 60% a aquella del estado líquido para que el flujo de volumen de combustible no sea excesivo. Esta química de reacción rápida permite que los motores sean retroajustados con intercambiadores de calor que puedan mezcla y mantener mezclas de agua/combustible por tiempos de residencia de aproximadamente 1 minuto. La presente invención es ventajosa para mejorar la combustión de muchos combustibles hidrocarburos incluyendo gasolina, combustible de diesel, destilados pesados, queroceno, gas natural, petróleo crudo, petróleo combustible C, bitumen u otros materiales que contiene carbón. presente invención que utiliza un sistema de inyección combustible/agua que opera en condiciones criticas o ca críticas de aproximadamente 4000 psi y 400°C proporciona ventajas significativas. Las temperaturas más alt proporcionarán menos demora de encendido y adicionar entalpia al proceso de combustión. El uso de calor expulsión para proporcionar las temperaturas requeridas cr una regeneración termodinámica que adiciona varios p cientos a la eficiencia del ciclo de motor además de otr mejorías en cuanto a las emisiones como resultado de u combustión más completa o más rápida. Al expandir la mezc de combustible supercrítica dentro del aire calentado en cilindro 12, se proporciona un mejor mezclado para que combustión ocurra más uniformemente a través de la masa de mezcla de agua/combustible supercrítico con esto eliminan la demora de tiempo implícita en la evaporación de las gota La solvatación a alta temperatura permite que combustibles bajo grado como #4, #6 y petróleo combustible C pued quemarse más eficiente y limpiamente que como se hac anteriormente . Los beneficios de la inyección del agua/combustib supercrílico se mejoran incluyendo los recubrimientos aislamiento y el ciclo Miller asimétrico. Los recubrimient de aislamiento intersectan la caída de calor en el sistema d enfriamiento del motor pero lo vuelven a dirigir hacia lo gases de expulsión. El ciclo Miller asimétrico se expandirá temperaturas mucho más bajas que las normales para que e calor adicional de los recubrimientos del pistón se extraído. Dicha combinación de elementos de coactuació incluyendo recubrimientos de pistón de aislamiento y el cicl Miller asimétrico puede producir incrementos significativo en la eficiencia del motor en general. Ejemplos La ventaja del ciclo asimétrico puede verse en el siguiente cuadro 1 comparando los dos ciclos de diesel suponiendo que no existen pérdidas de calor ni compresión adiabática y expansión. CUADRO 1 Comparación de Diesel-1 Ib. Aire-1/30 Ib. Combustible 600 BTU Paso Asimétrico 20:1 20:1-40:1
La muy alta densidad de las moléculas individuale en un fluido supercrítico ofrece propiedades mejoradas d reacción deseable. Estas propiedades mejoradas de reacció directamente están relacionadas con el transporte mejorado d reactivos, ya que la capacidad de difusión de un gas dens está en el orden de magnitud mayor que un líquido. Se h observado que las propiedades de transporte varían en u orden de 3-4 de magnitud cerca de Tcrit* . M. McHugh and V Krukonis, "Super Crítical Fluid Extraction," Butterwort Heinemann, Ed., Newton, MA 1994 . Por encima de la temperatur crítica del agua, estos productos de reacción son favorecidos por los incrementos en presión. Las velocidades de reacción casi no se incrementan debido a que as propiedades termofísicas se mejoran. Intrínsecamente, comienzan diferentes reacciones coordenadas para competir y cambiar los perfiles de concentración de producto. Con respecto a la solución de combustible en agua supercrítica, ya se han observado resultados positivos. Los experimentos preliminares han sido conducidos en el laboratorio de energía del Instituto de Tecnología de Massachusetts . Una cámara hermética se fabrica a partir de una aleación de Inconel 625. La cámara contiene un volumen interno de 10 cm3 proporcionado en cada extremo con ventanas de zafiro para permitir la visión. Varias concentraciones de agua y combustible de diesel fueron admitidos en esta cámara para pruebas isobáricas. Una presión constante fue establecida para cada experimento y la temperatura se elevó y bajó a una velocidad controlada de 2°C por minuto. El primer experimento estableció una presión constante de 2000 psi y la mezcla de 80% de combustible de diesel y 20 i agua fue calentada más allá de Tc de agua a 400°C. En 2000 psi y 400°C, la presión fue demasiado baja y la temperatura demasiado alta para mantener agua en el estado líquido. Un gas formó un gas denso en la parte superior del combustible de diesel licuado estático y no se observó u mezclado completo. Como referencia, el agua tenia una densidad d aproximadamente 0.32 gm/cm3 por debajo de su temperatur crítica de 374 °C con una presión crítica de aproximadament 3250 psi. El combustible de diesel tiene un amplio rango d compuestos de pesos moleculares y como tal no tiene un temperatura crítica bien definida. El hecho de que e combustible de diesel retuvo sus propiedades líquidas a 400° proporciona evidencia de que no ha alcanzado su temperatur crítica. Al adicionar mayor energía térmica al combustible d diesel sin agua incluida rompería y reformaría mucho enlaces, convirtiendo el material en una combinación de gase densos y residuos pesados. En un segundo experimento, la presión se mantuvo
3000 psi mientras que la misma mezcla fue calentada a 2°C po minuto. Sorprendentemente, a 360°C los dos fluidos s mezclaron por completo y formaron un fluido supercrítico. Este fluido se comporta como un gas denso sin tensió superficial u otras propiedades tipo líquido. Es interesant notar que este cambio de fase ocurrió por debajo de la propiedades físicas como para el diesel como fluido separados. Este segundo experimento sugirió que el papel d la presión era de importancia para el comportamiento de fase. La energía del agua incrementó en ordenes de magnitud dentro de un rango específico de presión de temperatura. Se hizo un tercer experimento para examina aspectos de este parámetro de presión sobre la naturaleza del comportamiento de fase. Se incrementó la presión a 4000 psi una vez más la temperatura del recipiente de reacción se incrementó a una velocidad de 20C. En este momento, la temperatura a la cual ambos líquidos se mezcló supercríticamente se incrementó a 378 °C. la temperatura de mezclado supercrítica se incremento 363°C hasta 378°C por la adición de 1000 psi. La tendencia contraintuitiva sugiere que existe un punto de temperatura y presión óptimos para una mezcla dada de agua/combustible y que está relación de estabilidad de fase es el sujeto de investigación continua. Las propiedades de solvatación del agua supercríticas discutidas anteriormente han incitado una investigación en la característica de quemado de este nuevo estado de materias. Se fabricó un aparato capaz de mezclar agua y combustible a una alta presión (hasta 5000 psi a 20 ml por minuto) . La mezcla a alta presión fue alimentada dentro de un sinfín de tubos de acero inoxidables de pequeño diámetro con un OD de 0.063 pulgadas y un ID de 0.023 pulgadas . Diez pies de dicha tubería fueron enrollados alrededor de un mandril de 1.5 pulgadas de diámetro y fue colocada dentro de una serie de calentadores de banda capaces de elevar el fluido que fluye hasta la temperatura deseada e una manera controlada. La temperatura se mantuvo mediante u circuito de retroalimentación de termopar a un controlado calentador diferencial integral proporcional (PID) . L presión se mantuvo manualmente ajusfando la velocidad de flujo a través de la bomba de desplazamiento positiva de doble cilindro. El flujo fuera de la boquilla del inyector fue controlada ampliamente por el orificio de salida y la presión del suministro. El sistema fue analizado y diseñado para mantener un flujo de aproximadamente 10 ml por minuto de la mezcla supercrítica a 4000 psi y 400°C. Para esto se necesitó un orificio de salida de 0.003 pulgadas en el inyector. El flujo de aire fue positivamente controlado fabricando un pleno conectado a una fuente de aire presurizado. El flujo del aire de entrada fue medido con un medidor de flujo de bola de cilindro y la velocidad de flujo fue controlada por medio de una válvula de aguja. Las dinámicas de flama fueron controladas ajustando la velocidad relativa del aire de entrada en relación con el flujo de agua/combustible supercrítico. Adicionalmente, el colector de aire de entrada fue ajustado con calentadores de banda para proporcionar una capacidad de calentamiento para el aire a 350°C. Se produjeron, midieron e inyectaron mezclas supercriticas en condiciones atmosféricas. La mezcla salió del orificio a una velocidad supersónica entrando en una corriente de aire subsónica y era necesario deselevarla en una boquilla de divergencia para disminuir su velocidad por debajo de la "velocidad de flama" de la mezcla. Dichas boquillas de divergencia fueron fabricadas y conectadas a la punta del inyector. También se fijó el pleno de aire controlado a esta boquilla para mezclar el combustible en la proporción adecuada de aire para su combustión. Al ajustar el flujo de aire junto con el flujo de agua/combustible, se produjo una flama estable. Mientras que estas condiciones no son aquellas de un motor de diesel en TDC, las características de flama fueron mucho más superiores a la inyección de diesel directa. La expulsión de flama fue dirigida dentro de un flujo de sílice con una longitud característica de tres veces la longitud de la flama. Se hicieron emisiones de NOx, CO, 02 y de PM al final del tubo de sílice. Se utilizó sílice porque puede soportar altas temperaturas de flama y aún permanecen transparentes para su inspección visual. El resultado fue utilizando una alimentación de agua/diesel supercrítica fueron mucho más superiores en comparación con la alimentación de combustibles #2 y #6 como se puede ver en el cuadro 2.
CUADRO 2
Se reconoce que modificaciones y variaciones de la presente invención serán aparentes para aquellos expertos en la técnica y se pretende que todas las modificaciones y variaciones sean incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.