KR0140975B1 - 내연기관용 수성연료와 그 연소방법 - Google Patents

내연기관용 수성연료와 그 연소방법

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더블유. 군너만 루돌프
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Abstract

에탄올, 메탄올, 가솔린, 디젤 연료 또는 그것의 혼합물로 구성된 종류중에서 선택한 탄소 함유 연료와, 전체 연료 체적의 20~60%인 물로 구성하는 내연 기관의 신규한 수성연료와, 일정 범위의 엔진 분당 회전수(rpm)를 발생할 수 있고, 하나 또는 그 이상의 연소실, 기화기 또는 상기한 연료와 공기를 혼합하는 연료분사시스템을 구비하며, 상기한 혼합물을 상기한 하나 또는 그 이상의 연소실로 흡입하는, 동일 체적의 가솔린과 거의 유사한 동력을 발생시키는 내연 기관의 수성연료를 연소하는 방법에 있어서, 상기한 공기를 연소 전에 예열하여 기화기 또는 연료 분사 시스템으로 흡입하고, 에탄올, 메탄올, 가솔린, 디젤 연료 또는 그것의 혼합물로 구성된 종류중에서 선택한 탄소 함유 연료와 체적의 20~60%인 수분으로 구성한 수성연료를 상기한 연소 공기와 혼합하기 위해 캬브레터 또는 연료 분사 시스템으로 흡입하고 , 상기한 엔진을 동작시키기 위한 수소 발생 촉매의 위치인 상기 연소실로 상기한 수성 연료와 연소 공기를 흡입·연소시키는 내연 기관의 수성연료 연소방법.

Description

[발명의 명칭]
내연기관용 수성(水成)연료와 그 연소방법
[발명의 분야]
이 발명은 내연기관용의 새로운 수성연료와 이 수성연료의 새로운 연소방법에 관한 것이다.
[발명의 배경]
이 발명은 내연기관에서 사용하 있는 가솔린의 대체하기 위한 새로운 연료의 필요성에서 제기되었다. 가솔린과 디젤연료를 사용하는 내연기관은 인체에 유해하고 대기를 오염시키는 간과할 수 없을 정도의 다량의 오염물질을 배출한다. 이와 같은 오염물질로 인해 인체와 대기에 작용하게 되는 유해한 효과는 여론의 커다란 문제로 대두되어왔으며, 더 이상의 언급이 필요없을 것이다.
[발명의 요약]
이 새로운 연료와 새로운 연소방법은 가솔린으로 가동되는 내연기관에서 배출된 오염물질을 줄일 수 있는 것으로 연구되었다. 또한, 이 연료는 물을 주성분으로 하기 때문에 가솔린 또는 디젤연료보다 상당히 저렴하다. 이 발명에 의한 새로운 연료는 가솔린이 갖는 포텐셜 에너지(BTU's)의 대략1/3을 갖지만 , 내연기관을 작동시키기 위하여 사용될 때에는, 같은 양의 가솔린과 비교하여 대략 동일한 만큼의 출력을 낸다. 이것은 참으로 놀랄만한 것이며, 새로운 연료가 이 발명의 해로운 방법으로 연소될 때, 수소와 산소의 유리와 연소에서 기인하는 것으로 믿어진다.
광범위한 견해에서, 이 발명의 수성연료는 전체 연료양에 대해 물의 함유량을 50%내지 60%로 올린 것이며, 가솔린, 에탄올, 메탄올, 디젤연료 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것들중 선택한 탄소질의 연료를 포함한다. 이 발명의 새로운 방법에 이용되는 이 연료의 적용에 있어서, 연소공기는 예열되어 수성연료와 혼합하기 위해 엔진의 기화기 또는 연료 분사 시스템으로 안내되어진다. 기화기를 갖는 엔진을 사용할 때, 연소공기는 적어도 350。F내지 400。F로 예열되어 기화기로 들어간다. 또 연료 분사시스템을 갖는 엔진을 사용할 때, 연소공기는 대략 122。F내지 158。F로 예열되어 연료 분사 시스템으로 들어가게 된다. 공기와 연료의 혼합물은 연소실 또는 연소실들로 유입되며, 엔진을 가동시키기 위해 촉매를 생성하는 수소와 함께 연소된다.
[발명의 상세한 설명]
이 발명의 수성연료는 연료 전체체적의 20%에서 50%내지 60%를 이루는 물과, 그리고 에탄올, 메탄올, 가솔린, 디젤연료 또는 그것들의 혼합물중에 선택된 탄소함유연료를 포함하고 있다. 일반적으로 에탄올과 메탄올은 상업적으로 생산할 때 적은 양의 물을 포함하고 있다. 에탄올과 메탄올의 상업적 등급은 표준도수번호로 표시되어 거래되는데, 예를 들면 에탄올 100도와 같이 표시된다. 도수번호1/2은 일반적으로 함유되어 있는 에탄올의 양을 나타내는 것으로, 즉 에탄올 100도는 에틸알콜 50%와 물 50%를 함유하고 있는 것이며, 에탄올 180도는 에틸알콜 90%와 10%의 물을 포함하고 있다는 것을 의미한다.
이 발명에 따른 수성알콜은 종래의 기화기 또는 연료분사 시스템을 가지는 승용차 및 트럭등과 같은 차량에 이용되는, 종래의 가솔린 또는 디젤동력 내연기관에 사용할 수 있다. 이 발명에 따른 연료를 상기와 같은 종래의 엔진에 사용하기 위해서는, 엔진실 또는 연소실내부에서 수소를 발생하는 촉매와. 엔진용 연소공기를 예열하기 위한 히터와,엔진으로부터 발생하는 고온의 배기가스를 , 엔진이 작동된 후에 연소공기를 예열하는데 사용하기 위한 열교환기(이대 상기 히터는 전원이 끊어진다)만을 설치하면 된다.
이 발명에 따른 방법의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
엔진용 연소공기는 이것이 기화기 또는 연료분사 시스템으로 흡입되기 전에 예열된다. 기화기를 가지는 엔진을 상요할 때, 연소공기는 이것이 기화기로 들어갈 때 적어도 약 350。F에서 약 400。F까지 예열된다. 연료분사 시스템을 가지는 엔진을 사용할 때, 연소공기는 이것이 연료분사 시스템으로 들어갈 때 약 122。F에서 약 158。F까지 예열된다. 이 발명에 따른 수성연료 역시 기화기 또는 연료분사시스템으로 흡입되고 연소공기와 혼합된다. 이 수성연료는 예열될 수도 있으나, 가능하면 주위온도상태로 기화기나 연료분사시스템으로 흡입되는 것이 바람직하다. 다음으로, 이 공기와 연료의 혼합물은 연소실로 흡입되는데, 여기서 피스톤이 연소사이클의 연소상태에 다달했을 때, 스파크플러그로부터 스파크가 발생하여 종래의 방법대로 공기와 연료의 혼합물을 점화한다. 연소실의 예열된 상태와 , 연소실 내에 수소를 발생하는 촉매를 제공하는 것은 스파크 플러그가 연료혼합공기를 점화할 때 수성연료내의 물로부터 수소와 산소를 유리시키기 위한 것이다. 수소와 산소역시 연료에 의해 발생하는 에너지의 양을 증가시키기 위해 연소동안에 점화된다. 또한, 엔진연료로서 100도 알콜을 사용한 실험에서, 같은 양의 가솔린과 비교하여 시간당 같은 양의 전력(watt)이 생성된다는 것이 관찰되었다. 이것은 갤론당 약 123,000의 포텐셜에너지를 가지는 가솔린과 비교할 때, 100도의 에탄올이 갤론당 약 48,000의 포텐셜에너지(BTU's)를 갖는다는 점에서 놀라운 것이다. 낮은 포텐셜에너지를 가지는 에탄올이 높은 포텐셜에너지를 가지는 가솔린 만큼 동력을 생성할 수 있다는 사실은, 부가의 동력이 물로부터의 수소와/또는 산소의 연소와 유리에 기인한다는 것을 알 수 있다.
이 발명에 따르는 방법을 사용함에 있어서, 100도의 에탄올이 만족스러운 연료가 될 수 있음을 알게 된만큼, 연료가 가솔린 또는 디젤동력엔진등에 사용될 때 각 경우에 맞춰 상기 각각에 맞는 가솔린 또는 디젤등의 연료와 함께 에탄올과/또는 메탄올을 혼합함으로서 적절한 다른 연료가 만들어질 수 있다는 것은 분명한 사실이다. 실험에서 84도(58%의 물)의 에탄올 역시 연료로 사용할 수 있음을 보여주고 있으며, 약 70%의 물을 포함하는 수성연료가 사용될 수 있음을 알 수 있다.
기화기엔진
이 발명을 시험하기 위해서, 일정한 부하에 견딜 수 있는 용량을 가지고 있는 엔진이 선택되었다. 선택된 상기 엔진은 시간당 4,000와트 교류제너레이터에 연결된 8마력의 1기동 내연기관이다. 엔진/제너레이터는, 상업명을 제네락(Generac)으로 하고, 모델번호는 8905-0(S4002)로 하여 위스콘신주의 와커샤에 있는 제네락사(Generac Corporation)에 의해서 제조되었다. 이 엔진/ 제너레이터는 4000와트의 단상의 최대연속교류 동력용량율을 갖는다.
엔진의 내역은 다음과 같다.
엔진제조자:테컴세(Tecumseh)
제조자의 모델번호: HM80(155305-H형)
마력: 회전속도3600rpm에서 8마력
배기량:19.4 입방인치(318.3cc)
실린더블럭의 재료: 주철로 성형된 슬리브를 가지는 알루미늄
(조속기 타입: 기구적인 고정돈 속도)
[조속된 스피드세팅: 부하가 없는 상태에서 회전수 3720rpm(교류 주파수와 전압(62헤르쯔에서 120/240볼트)) 은 회전수 3600rpm에서 얻어진다. 3720rpm의 무부하 세팅은 엔진의 속도, 전압,주파수가 전기적인 구부하에서 과도하게 떨어지지 않도록 하여준다.]
에어크리너의 타입: 주름진 종이요소
배기머플러:스파크 어레스터 타입
점화시스템:플라이휠 마그네토(Magneto)를 가지는 고체상태
스파크 플러그:챔피온 RJ-17LM(or 유사품)
스파크플러그간격: 0.030인치(0.76mm)
스프크 플러그 토크:15피트파운드(foot-pound)
크랭크 케이스 오일: 1-1/2핀츠(24온스)
추천된 오일: SC,SD,SE로 분류되는 오일
주추천오일: SE 10W-30 SAE 30 다점성오일
대체가능오일:SAE30
연료탱크용량:1겔론
추천된 연료: 주연료: 맑고 깨끗한 무연 가솔린
대체연료: 맑고 깨끗한 유연 표준가솔린
열교환기는 연소용 공기를 예열시키도록, 엔진으로부터 나오는 뜨거운 배기가스를 이용하기 위해서 상기 엔진에 장착된다. 백금막대가 연소실의 상부를 형성하는 엔진헤드의 하부표면에 설치되어 있다. 상기 백금막대는 무게가 1온스, 길이가 2 내지 5/16인치, 그리고 폭 3/4인치로 , 두께는 116인지로 측정되었다. 백금판은 3개의 스텐레스강 스크류와 함께 상기헤드의 내부에 고정되어 있다.
2리터의 용량을 갖는 제2연료탱크는 1리터의 유출 연료탱크에 고정되어 있다. T자형 커플링의 각각의 연료탱크의 연료라인과 전달되도록 모터의 배출연료라인으로 삽입되어 있다. T자형 커플링과 각각의 탱크의 연료라인 사이에 밸브가 삽입되어 , 상기 두 개의 탱크는 기화기로 연료를 공급하거나 기화기쪽으로 나있는 연료라인내에서 연료를 혼합하기 위해서 독립적으로 사용될 수 있다.
[실험]
만약 100도의 에탄올이 상술된 바와 같이 변형된 모터에 적용될 수 있다는 것을 보여주기 위해 동일한 양의 가솔린과 100도의 에탄올의 운전을 비교하기 위해서 일련의 테스트들이 행하여졌다.
2리터의 무연 가솔린은 폐쇄된 위치에 있는 제2탱크용 밸브를 갖는 두 번째의 연료탱크로 채워진다. 3과 8/10리터의 100도의 에탄올은 폐쇄된 위치의 밸브를 갖는 1갤론의 연료탱크로 채워졌다. 이러한 가솔린 탱크의 밸브는 가솔린으로 엔진을 초기 시동하기 위해서 열려진다.
모터를 시동하는 3분동안에, 기화기로 유입되는 연소공기는 대략 180。F이다. 이때 에탄올 탱크 아래의 연료밸브는 열려지고, 가솔린 탱크아래의 밸브는 닫혀진다. 이때 기화기로 유입되는 공기의 온도는 200。F로 상승되어졌다.
초크메카니즘이 엔진으로 흡입되는 공기의 양을 90%정도 줄일 때까지, 작동중 소정의 거침양을 나타내는 모터내에서 에탄올이 주연료가 된다. 바로 다음에, 400。F의 측정 온도를 출력하는 1800와트의 두 개의 히트 건(heat gun)들이 작동하여 연소공기기가 기화기로 들어가는 동안 이것을 가열하기 위하여 이용되었다.
엔진이 대략 20분동안 에탄올로 가동된 후에, 유입되는 연소공기의 측정 온도는 347。F와 352。F사이에서 안정되었다. 엔진은 2리터의 에탄올이 소모될 때까지 추가적으로 40분동안 즉, 전체적으로 한 시간 동안 100도의 에탄올 연료로 가동되었다. 그리고 난 후 에탄올 탱크 아래의 밸브가 닫혀지면, 엔진은 쵸크를 열음으로서 정지된다. 800미리리터의 에탄올이 탱크에 남았다.
쵸크가 90퍼센트의 닫혀진 위치에 다시 놓여졌고, 엔진은 다시한번 시동되었다. 엔진은 즉시 반응하였으며, 한시간동안 가동된 것처럼 순조롭게 100도의 에탄올로 작동되었다. 똑같은 방법으로 3회의 반복적인 실힘에서도 같은 결과가 발생하였다.
100도의 에탄올로 엔진을 작동하는 동안에 , 제너레이터에서 출력된 동력은 1갤론당 48,000을 포텐셜에너지를 갖는 2리터의 에탄올을 이용하여 1시간동안 36,000와트를 생성한다는 것을 보여주었다.
에탄올로의 운전을 멈춘 후 , 가솔린 탱크에 있는 2리터의 가솔린으로 다시 작동하였다. 47분의 테스트후 엔진이 멈추었는데, 이것은 가솔린이 모두 소모되었기 때문이다. 제너레이터에서 측정된 양은, 엔진이 가솔린으로 작동될 때, 1갤론당 123,000의 포텐셜에너지를 갖는 2리터의 가솔린을 사용하여 47분동안 시간당 36,000와트의 비율로 동력을 생성한다는 것을 알려주었다.
이러한 동력측정의 비교는, 100도의 에탄올 2리터가 2리터의 가솔린과 같은 양의 동력을 생성한다는 것을 알 수 있다. 이것은 가솔린이 같은 양의 100도의 에탄올보다 약 2.5배가 많은 포텐셜에너지를 갖고 있음을 볼 때 놀라운 것이다. 즉, 이것은 에탄올로부터 여분의 동력이, 이 연료내에 있는 상대적으로 많은 양의 물로부터 수소와/또는 산소의 연소와 유리로 인해 발생된다는 것을 지적하고 있다.
비록 가솔린이 엔진을 예열하고 연소공기를 예열하기 위한 고온의 배기가스를 생성하기 위해서 시동연료로 사용되지만, 상기 가솔린을 반드시 시동연료로 필요한 것은 아니고, 열교환기가 연소공기를 넘겨받아 예열할 수 있을 때까지 연소공기를 예열하기 위한 전기가열퍼프로 대체할 수 있다. 전기가열펌프는 연소공기가 열교환기로 넘겨지면 전원은 끊어진다.
100도의 에탄올과 가솔린의 사용을 비교한 상기 실험은 3번의 연속적인 실험경우에도 그 결과가 반복되었다.
일련의 두 번째 실험이, 100도의 에탄올을 사용하는 대신에 84도의 에탄올(42%의 에틸알콜과 58%의 물)을 사용한 것을 제외하고는 동일한 조건에서 이루어졌다. 그러나, 상기 84도의 에탄올로 실험후 약 30초가 되자, 엔진은 갑자기 멈추었고, 주엔진내의 주베어링으로부터 높은 압력하에서 상당양의 오일을 배출하였다. 엔진은 다시 시동되었으나 또다시 약 20초동안의 작동후에 갑자기 멈추었다.
상기 멈춤은, 주베어링을 통하여 오일을 가압하는 크랭크 케이스내에 압력을 형성하는 피스트의 상행정 중에 수소와/또는 산소의 예비점화로 인한 것을 보인다. 연소실 내부의 압력은 피스톤 링을 거쳐 크랭크 케이스내로 해지된 다음, 메인 베어링을 거쳐서 해재되는 것으로 보인다. 수소와/또는 산소의 조기점화는 많은 양의 수소와 산소의 생성으로 인해 그 원인이 되는데, 이것은 적은 양의 물을 갖는 100도의 에탄알콜을 사용했을 경우에는 발생하지 않는다.
상기의 조기점화 문제는 연소실내의 산소와 수소를 포함하고 있는 연료의 잔류 시간을 줄이기 위한 짧은 피스톤 행정을 가지는 엔진을 사용하거나, 수소와 산소를 과다하게 생성하는 것을 피하기 위해 잔류시간을 줄일 수 있도록 전자 제어 연료 분사시스템 또는 기화기를 조절함으로써 해결할 수 있다. 이 실험에서 사용된 엔진은 6인치의 상대적으로 피스톤 행정을 가지고 있다. 상기 조기점화를 해결하기 위한 피스톤 행정은 1과1/2인또는 그 이하이어야 한다.
전자제어 연료 분사 시스템을 가지는 엔진
일련의 실험들이, 상기에 언급된 조기점화 문제를 해결할 수 있는지를 결정하기 위해, 전자적으로 제어되는 연료 분사 시스템을 갖는 엔진으로 계속되었다. 이 목적을 위해 사용된 엔진은, 37,000마일을 주행한 시보레 스프린터(Chevrolet Sprint) 1987년형의 3기둥 터보 차지 전자제어 내연기관이다.
탄소잔류물을 제거하기 위해 모터 블록으로부터 헤드를 제거하고 깨끗하게 하였다. 작동중에, 헤드가 내측으로 이동하는 밸브의 간섭이 일어나지 않도록 각 헤드의 내측에 3개의 백금판을 부착하였다. 각 백금판은 1센티미터의 길이와 폭을 갖으며 1/32인치의 두께를 갖는다. 각 백금판은 이들의 중심을 관통하는 스테인레스 스틸 스크류서 헤드에 부착된다. 카본적퇴적은 각 피스톤 헤드에서 깨끗이 청소되었고 엔진은 새로운 가스켓을 사용하여 재조립되었다.
터보로부터 빠져나와 인젝터 모듈로 연결된 연소공기 흡입 호스는 인젝터로 공급되는 연소공기를 냉각하기 위해 중간에서 분지되어 열교환기에 부착된다. 열교환기는 열교환기의 양측면에 사용되는 2개의 Y 접속구를 이용하고, 터보에 가장 가까운 측에서 나비형 밸브를 터보를 밀어넣음으로서 바이패스되는데, 그 결과 더운 공기는 흐름이 열교환기 주위를 우회하고 인젝터 모듈속으로 직접 안내된다. 모든 오염감소장치는 엔진으로부터 제거 되었지만, 교류제너레이터는 그 위치에 남아있다. 스타아터 마운트가 변속기에 부착되기 때문에 변속기는 엔진에 재부착되었다. 변속기는 테스하는 동안에 사용되지 않았다. 이 엔진은 적절한 주행을 위해 엔진용으로 필요한 머플러와 배기관을 갖는 시보레 경주용 차에 장착되었다. 촉매 컨버터는 배기계통에 남아있지만 커버터의 내부에는 필요하지 않기 때문에 제거 되었다.
2개의 1갤론 플래스틱 연료탱크들이 매뉴얼 밸브를 갖는 T섹션에 의해 연료펌프에 고정됨으로 해서 연료가 밸브들의 개폐작용으로 신속히 가압된 연료로 바뀌게 된다.
[시험가동]
일련의 시험가동이 다양한 연료를 이용하는 상기에서와 같이 개조된 엔진이 어떻게 가동되는가를 알아보기 위해 수행되었다.
제1테스트는, 시동연료로서 200도의 메탄올을 이용하였다. 엔진은 연료압력이 60내지 751bs로 상승되면서 스타트되고 구동되었다. 가솔린을 상용하였을 때, 연료압력은 일반적으로 3.5에서 51bs로 세팅된다.
200도 메탄올로 엔진이 구동되고 있는 동안에 연료는, 100도의 변성 에탄올로 변화되고 모터는 3500rpm으로 원활한 작동이 계속되었다. 약 2분후에 엔진이 정지되어 실험이 중단되었는데, 이것은 연료 호스가 부풀어서 안전하지 못하게 되었기 때문이다. 이들 호스들은 고압 호스로 교체되었고 플래스틱 커플링과 T접속구들은 구리 커플링과 구리 T 접속구로 교체되었다. 새로운 압력 게이지가 부착되었다. 실험하는 동안에 혼합연료는 더많은 연소 공기가 필요하다는 것과 엔진의 전산화된 세팅은 부가의 공기 공급을 위해 조정될 수 없음을 알았다. 이러한 것을을 극복하기 위해 공기 흡기 밸브가 개방되었다.
이런것들의 수정이 있은 후에, 2개의 연료탱크중 1개의 탱크에서 200도의 메탄올을 시용하는 새로운 일련의 실험이 수행되었다. 200도의 메탄올로 엔진은 스타트되었고 분당회전은 3500rpm으로 조정되었다. 엔진은 잠시동안 구동을 계속하였다. 그 시간동안 연료압력은 651bs로 조정되었다. 열전대는 인젝터 모듈에 근접하여 삽입되었고 약 5분후에 65。C의 표시도수로 제공되었다.
연료혼합은 500ml의 증류수와 500ml의 200도 메탄올을 포함하고 있는데, 이 메탄올은 2번째 연료탱크내로 넣어져, 엔진의 작동에 이용된다. 공기흐름이 변화되지 않은 상태에서 약1분 후에 65。C에서 75로 연소공기의 온도가 상승되었다. 분당회전이 3100rpm으로 떨어져 표시된다. 엔진은 매우 부드럽게 작동되었고 어려움 없이 재시동되었다.
일련의 실험중 다음단계는 , 연료의 성분인 물의 변화가 어떻게 엔진의 성능에 영향을 끼치는가를 결정하기 위한 것이다. 스타트 연료로서 199도 변성 에탄올을 사용할 때 엔진은 즉시 스타트되었다. 연료압력의 세팅은 651Bs에서 510bs로 줄어들었고, 연소공기는 65。C로 측정되었으며, 회전수는 3500rpm으로 측정되었고, 엔진은 부드럽게 작동하였다. 연료는 그때 160도 변성 에탄올로 변화되었다. 연료압력은 501bs에서 유지되었다. 연소공기 온도는 67。C로 측정되었고 회전수는 3300rpm으로 감소하였으며, 엔진은 부드럽게 구동되었다.
10분후에, 연료는 140도 변성 에탄올로 변화되었다. 연소 공기온도는 70。C로 떨어졌고, 회전수는 3500rpm으로 떨어졌으며, 엔진은 부드럽게 작동되었다.
10분후에, 연료는 120도 변성 에탄올로 변화되었다. 연소 공기온도는 73。C로 높아졌으며, 회전수는 3300rpm으로 감소했으며, 엔진은 부드럽게 작동되었다.
10분후에, 연료는 100도 변성 에탄올로 변화되었다. 연소 공기온도는 74。C로 높아졌으며, 회전수는 3100rpm으로 감소했으며, 엔진은 부드럽게 작동되었다.
10분후에, 연료는 90도 변성 에탄올로 변화되었다. 연소 공기온도는 74。C로 유지되었고, 회전수는 3100rpm으로 감소했으며, 엔진은 부드럽게 작동되었다.
10분후에, 연료는 80도 변성 에탄올로 변화되었다. 연소 공기온도는 76。C로 높아졌으며, 회전수는 2900rpm으로 감소되었다. 이때, 잦지 않은 역화가 엔진내에서 발생함을 알 수 있다. 그러면 100도 변성 에탄올이 주연료로서 사용되었고, 열교환기로의 바이패스는 닫혀졌다. 연소 공기 온도는 160。C로 상승되었고, 다음 측정을 하는 동안에는 170。C로 상승되었다. 회전수는 4000rpm으로 증가되었으며, 엔진은 부드럽게 작동하였다.
다른 일련의 실험들은 열교환기를 제거하고, 3500rpm에서 작용하도록 조정된 엔진으로 수행되었다. 엔진은 연료로서 200도 에탄올을 사용하였는데, 인젝터 모듈에서 흡기온도가 약 50。C로 상승하자마자 스타트 되었다. 흡기 온다는 70。C로 상승하였으며 이 온도에서 안정되었다. 엔진을 끈후 재스타트 하였을 때 부드럽게 계속적으로 작동하였다. 조정을 거쳐 흡기구가 열렸을 때 회전수는 4000rpm이상을 증가하였다. 조정에 의해 흡기구가 닫혔을 때 회정수는 1500rpm으로 감소하였다. 이 회전수의 양 범위내에서 엔진은 부드럽게 작동하였고, 엔진을 끈 후 어려움없이 재스타트되었으며, 부드럽게 계속적으로 작동하였다.
본발명의 방법과 연료를 사용하는 엔진의 회전수는 연소실내로 흐르는 공기량의 조절에 의해 조절될 수 있다. 일반적인 가솔린 동력 엔진에 있어서 엔진의 회전수는 연소실내로 유입되는 가솔린의 양을 조절함으로서 조절된다. 메탄, 에탄, 부탄 또는 천연가스와 같은 기체 연료와 동류의 연료는 본발명에서 사용된 에탄올과 메탄올로 액화되고 치환될 수 있다.
또한 본 발명은 또 다른 형태의 내연기관인 제트 엔진에도 사용될 수 있다. 개시의 목적으로 여기에 선택된 본 발명의 실시예가 현재 바람직한 것으로 고려된 것이지만, 본 발명은 본 발명의 사상 및 범위에 속하는 모든 실시예들의 모든 변형 및 변화를 보호하게 될 것이다.

Claims (37)

  1. 에탄올, 메탄올, 가솔린, 디젤 연료 또는 그것의 혼합물로 구성된 종류중에서 선택한 탄소 함유 연료와, 전체 연료 체적의 20~60%인 물을 포함하는 내연 기관의 신규한 수성연료
  2. 제1항에 있어서, 상기한 연료의 전체 체적에서 대략 20~50%의 물을 포함하는 신규한 수성연료
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 탄소 함유 연료는 에탄올, 메탄올 또는 그것의 혼합물로 구성된 종류중에서 선택하는 신규한 수성연료
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 탄소 함유 연료는 에탄올, 가솔린 또는 그것의 혼합물로 구성된 종류중에서 선택하는 신규한 수성연료
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 탄소 함유 연료가 에탄올인 신규한 수성연료
  6. 일정범위의 엔진 분당 회전수(rpm)를 발생할 수 있고, 하나 또는 그 이상의 연소실과, 연료와 공기를 혼합하여, 이 혼합물을 상기한 하나 또는 그 이상의 연소실로 흡입하기 위하, 기화기 또는 연료 분사시스템을 구비하는, 통일 체적의 가솔린과 거의 유사한 동력을 발생시키는 내연 기관의 수성연료를 연소하는 방법에 있어서; 상기한 공기를 연소전에 예열하여 기화기 또는 연료 분사 시스템으로 흡입하고, 에탄올, 메탄올,가솔린, 디젤 연료 또는 그것의 혼합물로 구성된 종류중에서 선택한 탄소 함유 연료와 전체 연료 체적의 20~60%인 수분을 포함하는 수성 연료를 상기한 연소 공기와 혼합하기 위해 캬브레터 또는 연료 분사 시스템으로 흡입하고, 상기한 엔진을 동작시키기 위해 수소 발생 촉매가 존재하는 상기 연소실로 상기한 수성 연료와 연소 공기를 흡입·연소시키는 내연 기관의 수성연료 연소방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기한 연료가 전체 체적의 20~50%정도 물을 포함하는 내연 기관의 수성연료 연소방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기한 탄소 함유 연료는 가솔린, 에탄올 또는 그것의 혼합물로 구성된 종류중에서 선택되는 내연 기관의 수성연료 연소방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기한 탄소 함유 연료는 에탄올, 메탄올 또는 그것의 혼합물로 구성된 종류중에서 선택되는 내연 기관의 수성연료 연소방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 탄소 함유 연료가 에탄올인 내연 기관의 수성 연료 연소방법.
  11. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기한 연소 공기는 초기에는 히이터에 의해서 가열되며, 엔진 동작한 후에는 상기 엔진으로부터의 뜨거운 배기 가스열에 의해 가열되는 내연 기관의 수성연료 연소방법.
  12. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기한 촉매가 백금, 백금-니켈 합금, 귀금속 그리고 상기 연소공기와 수성 연료가 상기 촉매에 의해 연소될 때 수소를 발생시키는 다른 물질 중에서 선택되는 내연 기관의 수성 연료 연소방법.
  13. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기한 촉매가 백금인 내연 기관의 수성 연료 연소방법.
  14. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 기화기로 유입되는 공기가 적어도 대략 350˚F~400˚F로 예열되는 내연 기관의 수성연료 연소방법.
  15. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기한 연료 분사 시스템으로 유입되는 공기가 적어도 대략 122˚F~158˚F로 예열되는 내연 기관의 수성연료 연소방법.
  16. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기한 수성 연료가 주변 온도로 기화기 또는 연료 분사 시스템으로 흡입되는 내연 기관의 수성연료 연소 방법.
  17. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기한 분당 엔진 회전수(rpm)은 기화기 또는 연료 분사 시스템으로 유입되는 공기 흐름의 조정에 의해 조절되는 내연 기관의 수성연료 연소방법.
  18. 탄소함유 연료와 전체 연료 체적의 20%보다 크고 약 60내지 70%까지의 물을 포함하는 내연 기관에서 공기와 함께 연소 가능한 신규한 수성연료.
  19. 제18항에 있어서, 탄소 함유 연료는 에탄올, 메탄올, 가솔린, 디젤 연료 또는 그것의 혼합물로 구성된 종류중에서 선택되는 신규한 수성연료.
  20. (a)하나 또는 그 이상의 연소실과, (b)연료와 공기를 받아 혼합하고 이 공기와 연료의 혼합물을 상기 연소실(들)로 흡입하기 위한 연료 흡입 시스템과 (c)상기한 연소실(들)에 스파크를 발생시키기 위한 전기 스파크 발생 시스템을 포함하는 내연 기관에서 수성 연료를 연소시키는 방법에 있어서, 상기 연료 흡입 시스템내로 제한된 양의 연소 공기를 흡입시키고, 전체 연료 체적의 약 20%에서 60내지 70%의 물과 에탄올, 메탄올, 가솔린, 디젤 연료 또는 그것의 혼합물로 구성된 종류중에서 선택된 탄소 함유 연료를 포함하는 수성연료를 상기 연소공기와 혼합하기 위하여 상기 연료 흡입 시스템으로 흡입하고, 엔진을 작동하기 위해 수소발생톡매의 존재하에 상기 연소실(들)내로 상기 수성연료 및 연소 공기를 흡입시켜 이 연소실(들)내에서 발생하는 스파크에의해 연소시키는 수성연료 연소방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기한 촉매는 니켈, 백금, 백금-니켈 합금, 귀금속, 그것의 합금 그리고 상기한 연소 공기와 수성 연료가 전기 스파크와 촉매에 의해 연소될 때 수소를 발생기키기 위하여 물 분자를 분리시킬 수 있는 물질중에서 선택되는 내연 기관의 수성연료 연소방법.
  22. 제20항에 있어서, 수성 연료의 물 분자는 수소와 산소를 유리하기 위해 상기 연소실에서 분리되며, 그리고 상기한 수소는 탄소 함유연료와 함께 연소실에서 연소되는 내연기관의 수성연료 연소방법.
  23. 제20항에 있어서, 엔진의 출력이 연료 흡입 시스템으로 들어가는 연소용 공기의 흐름을 조절함에 의해 조절되는 내연 기관의 수성연료 연소방법.
  24. 제20항에 있어서, 상기한 연소 공기는 히이터에 의해 연소실로 유도되기 전에 최초로 가열되며, 엔진의 동작 후에는 엔진의 뜨거운 배기가스로부터의 열로 가열되는 내연 기관의 수성연료 연소방법
  25. 제20항에 있어서, 상기한 연료 흡입 시스템은 기화기를 포함하고 상기 공기는 기화기로 유입되면서 적어도 대략 350˚F~400˚F로 예열되는 내연 기관의 수성 연료 연소방법.
  26. 제20항에 있어서, 연료 흡입 시스템은 연료 분사 시스템을 포함하고, 상기 공기는 상기 연료분사 시스템으로 유입되면서 적어도 대략 122˚F로 예열되는 내연 기관의 수성연료 연소방법
  27. 하나 또는 그 이상의 연소실과 연소실에서 스파크를 발생시키기 위한 전기 스파크 발생 시스템과, (a) 연소에 필요한 연료와 공기를 받아 혼합하고 , (b)공기와 연료의 비율을 조정하고 , (c) 상기한 연소실로 연료와 공기의 혼합물을 흡입하는 연료 흡입 시스템으로 구성된 엔진에서, 적어도 물이 없는 동일 체적의 탄소 함유 연료가 발생시키는 만큼의 엔진 동력과 유사한 만큼의 동력 및 엔진 분당 회전수(rpm)의 대응범위에 의해 표시되는 것과 같은 엔진 출력 범위를 발생시킬 수 있는, 내연 기관에서 탄소 함유 연료와 물의 혼합물로 구성되는 수성 연료의 연소 방법에 있어서,
    연료 흡입 시스템에서 혼합하기 위하여 그곳으로 액체 혹은 가스상의 탄소함유 연료와 상기 연료와 상기 연료의 전체 체적에서 대략 20~70%의 물을 포함하는 상기 수성 연료와 조절된 양의 연소 공기를 흡입하고, 연소실로 유입되는 수성 연료와 연소 공기의 혼합물을 수소발생 촉매가 존재하는 상기한 연소실로 흡입하고, 연소와 엔진을 동작시키기 위하여 상기 연소실에서 발생된 스파크로 상기한 수성연료와 공기의 혼합물을 연소시키는 내연 기관의 수성연료 연소 방법.
  28. 제27항에 있어서, 수성 연료의 물 분자는 수소와 산소를 유리하기 위하여 상기한 연소실에서 분리되며, 상기한 수소는 탄소 함유연료와 함께 연소실에서 연소되는 내연 기관의 수성연료 연소방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기한 탄소 함유연료는 알콜, 가솔린, 디젤 연료 그리고그것의 혼합물로 구성되는 종류중에서 선택되는 내연 기관의 수성연료 연소방법.
  30. 제27항에 있어서, 상기한 수소 발생 촉매는 니켈, 백금, 백금-니켈 합금, 귀금속, 그것의 합금 그리고 상기한 촉매와 전기적으로 발생된 스파크에 의해 연소 공기과 수성 연료가 연소될 때 수소가 발생될 수 있는 다른 물질 중에서 선택되는 내연 기관의 수성연료 연소 방법.
  31. 제27항에 있어서, 상기한 연소 공기는 히이터에 의해서 초기에 가열되며 엔진 이 동작된 후에는 뜨거운 배기 가스로부터의 열에 의해 가열되는 내연 기관의 수성연료 연소방법.
  32. 제27항에 있어서, 상기한 연료 흡입 시스템은 기화기를 포함하고 있으며, 상기 공기는 이 기화기로 유입되기 전에 적어도 대략 350˚F로 예열되는 내연 기관의 수성연료 연소 방법.
  33. 제27항에 있어서, 상기한 연료 흡입 시스템은 연료 흡입 시스템을 포함하고 있으며, 상기 공기가 상기한 연료 분사 시스템으로 유입되기 전에 적어도 대략 122˚F 로 예열되는 내연 기관의 수성연료 연소 방법.
  34. 전체 체적에서 20~70%의 물을 포함하는 수성 연료, 가스상 혹은 액체상의 탄소 함유 연료 그리고 수소를 포함하는 내연 기관의 연소용 연료 혼합물
  35. 제34항에서 있어서, 상기한 탄소 함유 연료는 에탄올, 메탄올,가솔린, 디젤연료 또는 그것의 혼합물로 구성되는 내연 기관의 연소용 연료 혼합물.
  36. 분당 엔진 회전수(rpm)의 대응 범위에 의해 표시되는 것과 같은 출력 범위를 발생시킬 수 있으며, 하나 또는 그 이상의 연소실과, 연소실(들)에서 스파크를 발생시키기위한 전기 스파크 발생 시스템과,(a)공기와 연료를 받아 혼합하고,(b)공기와 연료의 비율을 조절하고, (c)상기한 연소실에 공기와 연료의 혼합물을 흡입하는 연료 흡입 시스템을 갖는 자동차용 내연 기관의 작동 방법에 있어서, 상기한 연료 흡입 시스템으로 조절된 양의 연소 공기를 흡입하고, 상기한 연소 공기와 전체연료 체적에서 대략 20~70%의 물이 함유된 수성 연료와 알콜, 가솔린, 디젤 연료 또는 그것의 혼합물로 구성된 종류중에서 선택된 액체상 혹은 가스상의 탄소 함유연료를 혼합하여 연료 흡입 시스템으로 흡입하고, 상기한 연소실에서 발생되는 스파크에 의해 시작되는 연소와 엔진을 동작시키기 위해 수소 발생 촉매의 상기한 연소실로 수성 연료 연소와 연소 공기를 흡입, 연소시키는 자동차 내연기관의 작동방법.
  37. 제36항에 있어서, 수성연료의 물 분자는 산소와 수소를 유리하기 위해 상기한 연소실에서 분리되고 동시에 상기한 수소는 탄소 함유연료와 함께 연소실에서 연소되는 자동차 내연기관의 작동방법.
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