专利名称：一种以水为燃料的内燃机气缸及一种将水制成燃料的方法
技术领域：
本发明涉及一种由气缸套(1)、高频感应放电等离子反应器(2)、喷水器(3)、活塞(4)、连杆(5)构成的以水为燃料的内燃机气缸和一种将水制成燃料的方法。
以汽油、柴油为燃料的内燃机创造了现代的工业文明，但同时它们产生的二氧化碳及其它有害物质也严重损害了人类的生存环境，而且地球上的石油、煤等化石燃料资源只够人类使用一百多年，寻找新的清洁能源是人类共同面对的课题。以水为燃料是人类长期以来的梦想，但一直未能实现，目前只能用间接方法从水中制取氢气，经深冷压缩后以液态氢作为燃料，但此法工艺复杂，加入的分解能高，制氢成本高，液态氢在价格上无法与汽油、柴油竞争，且存在易爆不安全，使用不便等问题，很难成为人类的通用燃料。目前“用水制氢”的方法有电解制氢，热化学制氢，等离子化学制氢，直接热解制氢和碳氢源热化学制氢。
本发明的目的是提供一种以水为燃料的内燃机气缸及一种将水制成燃料的方法。本发明具有无污染、燃料成本低、使用方便、安全的优点。
本发明的原理是利用“等离子化学”和“直接热解”方法将水在极短时间内制成氢气和氧气的混合气。等离子化学制氢氧过程是在离子化较弱的不平衡的等离子反应室中进行，喷水器喷出的雾状水进入反应室(68)即气缸燃烧室(6)，由高频感应放电等离子反应器(2)在燃烧室(6)内产生并保持高频放电，此时水分子外层失去电子，处于电离状态。被电场加速的离子彼此作用，分解为氢气和氧气。经高频感应放电等离子反应器(2)加热使氢气自燃，或用火花塞(7)点火燃烧，推动活塞(4)作功。由于燃烧室(6)是密封的，绝大部分的氢氧燃烧热能还保存在气缸内，此时燃烧室内温度可达2500-2700℃，利用氢氧燃烧热能为分解水蒸气提供大部分的分解能。氢氧混合气燃烧生成的是2700℃的高温水蒸气，这些高温水蒸气在高频感应放电等离子反应器(2)产生的高频放电和燃烧室(6)的高温环境中，又立即被分解成氢气和氧气，并自燃推动活塞作功。上述制氢氧过程实际上使用了“等离子化学”和“直接热解”两种方法，所以高温水蒸气分解成氢氧混合气的速率极高。“直接热解”方法是利用水在高温下可直接分解成氢氧的性质进行的，高温水蒸气可在2000-3000℃范围内直接分解，反应过程经喷水器(3)喷入的水可在燃烧室(6)内循环使用，利用氢氧自身燃烧热能来分解高温水蒸气，这是节省分解能的最有效途径。
氢和氧发生化学反应生成水并放出燃烧热，在288K和0.1013MPa，氢氧当量总体反应如式。其中(g)表示气态。将水分解为氢气和氧气，如式，其中(l)表示液态，需加入分解能ΔH，其数量至少等于水的生成ΔHf1H2O。在298K和0.1013MPa，把液态水分解成为氢气和氧气需加分解能ΔH=286kJ/molH2O，此部分分解能由高频感应放电等离子反应器(2)在内燃机启动时提供一次。将液态水分解成氢氧，燃烧后生成的是高温水蒸气。要将水蒸气分解成氢气和氧气，如式，在298K和0.1013MPa，需加入分解能ΔH=241.4-18kJ/molH2O。气缸燃烧室(6)内氢氧燃烧能241.418kJ/mol绝大部分(98％)被保存在燃烧室内，高频感应放电等离子反应器(2)所需加入的分解能就很少，约4.828kJ/molH2O，这是一种非常有效率的制氢氧的方法。常规的用水制氢方法如“电解制氢”、“热化学制氢”、“等离子化学制氢”、“直接热解制氢”，都需加入分解能ΔH=286kJ-/molH2O，然后再耗费大量电能将氢气深冷至21K以下，使之变为液氢(LH2)，灌存到特制的绝热真空容器中，才能供内燃机使用。液化1Kg氢气约需耗电4-10kW.h左右，这样就增加了储氢和用氢的成本。
等离子化学反应比热化学反应容易进行，等离子化学反应的特征是热力学上稳定的激发态和离子态，这种反应大多数活化能是很低的，例如在离子分子反应中大多数场合活化能为零，使反应易进行，变成受扩散支配的反应。
一种以水为燃料的内燃机气缸，它是由气缸套(1)、高频感应放电等离子反应器(2)、喷水器(3)、活塞(4)、连杆(5)构成。高频感应放电等离子反应器(2)、喷水器(3)装于气缸套(1)两侧和顶部，活塞(4)套装在气缸套(1)内，它通过连杆(5)与曲轴(8)连接。高频感应放电等离子反应器(2)有三种不同结构，(1)电感型高频感应放电等离子反应器(9)是将感应线圈(10)绕制在气缸套(1)上，感应线圈(10)与高频振荡器(11)连接，采用电感耦合方式；(2)电容型高频感应放电等离子反应器(12)是将电容电极(13)装在气缸套内(14)或气缸套外(15)，电容电极(13)与高频振荡器(11)连接，采用电容耦合方式；内置电容电极(16)镶装在气缸套内套(17)上，内置电容电极(16)与高温水蒸气接触；外置电容电极(18)装在气缸套内套(17)外或外套(19)外，外置电容电极(18)不接触高温水蒸气；(3)微波型高频感应放电等离子反应器(20)是将波导(21)装于气缸套(1)上，波导(21)与微波电子管(22)连接，采用电子回旋共振耦合方式。活塞(4)的上止点(179)与缸盖(23)之间有一段距离，构成气缸燃烧室(6)，也是高频感应放电等离子反应器(2)的反应室(68)。气缸套(1)是由内套(17)、外套(19)、缸盖(23)组成。活塞(4)是由活塞顶(24)、活塞头(25)、活塞环(26)、活塞销座(27)、活塞销(28)、活塞销锁环(29)、活塞裙(30)、加强肋(31)、环槽(32)组成。连杆(5)分平切口连杆(33)、斜切口连杆(34)、并列连杆(35)、主副连杆(36)、叉形连杆(37)。喷水器(3)可采用闭式喷水器(38)和电磁式喷水器(39)，闭式喷水器(38)是由护帽(40)、垫片(41)、水管接头(42)、喷水器体(43)、紧帽(44)、针阀体(45)、针阀(46)、定位销(47)、顶杆(48)、弹簧下座(49)、调压弹簧(50)、弹簧上座(51)、调压螺丝(52)、调压螺钉(53)、防污塞头(54)组成。电磁式喷水器(39)是由电磁线圈(55)、磁芯(56)、阀(57)、阀体(58)、喷嘴(59)、弹簧(60)、水管接头(61)、接线端子(62)组成；电磁式喷水器(39)又可分双孔电磁式喷水器(63)和涡流电磁式喷水器(64)。
一种将水制成燃料的方法，其特征在于先用喷水器(3)将雾状水喷入气缸套(1)内的燃烧室(6)，再用高频感应放电等离子反应器(2)在燃烧室(6)内形成高频放电，将水分解成氢气和氧气，并加热到氢气的自燃温度使氢氧混合气燃烧，或用火花塞(7)点火燃烧，推动活塞(4)作功。由于燃烧室(6)是密封的，或此时气门(65)关闭，绝大部分的氢氧燃烧热能还保存在燃烧室内，利用氢氧燃烧热能为分解水蒸气提供大部分的分解能；氢氧燃烧生成的是高温水蒸气，这些高温水蒸气在高频感应放电等离子反应器(2)产生的高频放电和燃烧室(6)的高温环境中，又立刻被分解成氢气和氧气，此时燃烧室内的温度远超过氢气的自燃温度，氢氧混合气可自燃作功，或用火花塞(7)点火燃烧；这些被密封在燃烧室内的水，就顺着“水→利用高频感应放电等离子反应器(2)产生的高频放电和燃烧室(6)内高温将水分解成氢气和氧气→燃烧作功→生成水→再分解→再燃烧→生成水”的程序依次循环进行燃烧作功。
本发明具有以下优点
1．燃料成本低，来源丰富。地球上的水贮量约为1018吨，水是人类取之不尽，用之不竭的能源。采用本发明的内燃机，其燃料几乎是免费的。
2．清洁无污染。水分解成氢气和氧气燃烧后生成的还是水，可达到“零”污染的目标。
3．使用方便、安全。水作为一种唾手可得的燃料，它的化学稳定性很好，装于内燃机燃料箱里在任何环境中都无爆炸的危险。
4．本发明可作为陆地、空中、水下、外太空使用的动力源，该内燃机燃烧作功时不需要空气，水分解成氢氧混合气即可燃烧。二十一世纪是人类开发海洋、太空的黄金世纪，本发明在上述领域将大有用武之地。
5．这种将水制成燃料的方法，需加入的分解能非常低，因为该方法利用的分解能主要来自氢氧自身燃烧能。
本发明能使水成为人类取之不尽、取之不竭的、成本低、清洁无污染的能源。能大大减少全球的二氧化碳及其它有害物质的排放量，所以本发明对地球的环境保护同样具有重大意义。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1、一种以水为燃料的内燃机气缸内部结构2、活塞结构3、活塞剖视4、平切口连杆结构5、平切口连杆剖面6、斜切口连杆结构7、斜切口连杆剖面8、并列连杆结构9、并列连杆剖面10、叉形连杆结构11、叉形连杆剖面12、主副连杆结构图及A-A剖面图13、整体式曲轴结构14、组合式曲轴结构15、闭式喷水器内部结构16、电磁式喷水器结构17、双孔电磁式喷水器结构18、涡流电磁式喷水器结构19、电感型高频感应放电等离子反应器结构示意20、电感型高频感应放电等离子反应器感应线圈绕制示意21、电容型高频感应放电等离子反应器结构示意22、内置电容电极分布示意23、外置电容电极分布示意24、微波型高频感应放电等离子反应器结构示意25、火花塞及外围点火设备结构示意26、火花塞及外围点火设备电路27、顶置凸轮轴气门组结构28、上置凸轮轴气门组结构29、中置凸轮轴气门组结构30、电磁式气门组结构31、绝热气缸套结构示意32、绝热活塞结构示意图一种以水为燃料的内燃机气缸，它是由气缸套(1)、高频感应放电等离子反应器(2)、喷水器(3)、活塞(4)、连杆(5)构成，见图1。高频感应放电等离子反应器(2)、喷水器(3)装于气缸套(1)两侧和顶部，活塞(4)套装在气缸套(1)内，它通过连杆(5)与曲轴(8)连接。曲轴(8)与飞轮相连，并将动力传给离合器(车用)。
活塞(4)是由活塞顶(24)、活塞头(25)、活塞环(26)、活塞销座(27)、活塞销(28)、活塞销锁环(29)、活塞裙(30)、加强肋(31)、环槽(32)组成，见图2.3。活塞(4)的上止点(179)与缸盖(23)之间有一段距离，构成气缸燃烧室(6)，这是为贮存高温水蒸气或氢氧混合气预留的空间，也是高频感应放电等离子反应器(2)的反应室(68)，见图1。
气缸套(1)是由内套(17)、外套(19)、缸盖(23)组成。内套(17)镶装在外套(19)内，可拆卸和更换，内套(17)壁较薄，一般为1-3mm，见图1。
连杆(5)分平切口连杆(33)、斜切口连杆(34)、并列连杆(35)、叉形连杆(37)、主副连杆(36)，见图4-12。平切口连杆(33)和斜切口连杆(34)是由连杆小头(67)、连杆杆身(129)、连杆大头(69)、连杆螺钉(70)、连杆盖(71)、连杆上轴瓦(72)、连杆下轴瓦(73)、连杆衬套(74)组成。在大功率的内燃机气缸中，连杆大头(69)的尺寸往往大于气缸套的直径，所以采用斜切口连杆(34)，见图4-7。叉形连杆(37)是由片式连杆(75)、片式连杆上轴瓦(76)、片式连杆下轴瓦(77)、片式连杆盖(78)、叉形连杆(79)、叉形连杆上轴瓦(80)、叉形连杆下轴瓦(81)、叉形连杆盖(82)、止动销(83)、连杆螺钉(84)组成，见图10-11。主副连杆(36)是由主连杆(85)、副连杆(86)、连杆衬套(87)、副连杆销衬套(88)、副连杆销(89)、连杆螺钉(90)、连杆轴瓦(91)、连杆螺栓(92)、连杆盖(93)组成，见图12。
曲轴(8)的型式有整体式和组合式两种，整体式曲轴(94)是由主轴颈(95)、连杆轴颈(96)、曲轴臂(97)、平衡块(98)、前端轴(99)、后端轴(100)组成，见图13。图14是组合式曲轴结构图，图中(101)表示定位螺栓、(102)滚动轴承、(103)连接螺栓、(104)曲柄。
本发明的喷水器(3)可采用闭式喷水器(38)和电磁式喷水器(39)，见图15-18。闭式喷水器(38)是由护帽(40)、垫片(41)、水管接头(42)、喷水器体(43)、紧帽(44)、针阀体(45)、针阀(46)、定位销(47)、顶杆(48)、弹簧下座(49)、调压弹簧(50)、弹簧上座(51)、调压螺丝(52)、调压螺钉(53)、防污塞头(54)组成，见图15。电磁式喷水器(39)是由电磁线圈(55)、磁芯(56)、阀(57)、阀体(58)，喷嘴(59)、弹簧(60)、水管接头(61)、接线端子(62)组成，见图16。电磁式喷水器(39)又可分双孔电磁式喷水器(63)和涡流电磁式喷水器(64)，见图17-18。
本发明的高频感应放电等离子反应器(2)有三种不同结构(1)电感型高频感应放电等离子反应器(9)是将感应线圈(10)绕制在气缸套(1)上，感应线圈(10)与高频振荡器(11)通过电缆(198)连接，采用电感耦合方式(环状放电)，电感耦合常用频率为10-70MHz，见图19-20，图中(1)表示气缸套，(4)活塞，(179)上止点，(3)喷水器。(2)电容型高频感应放电等离子反应器(12)是将电容电极(13)分布在气缸套内(14)或气缸套外(15)，电容电极(13)与高频振荡器(11)通过电缆(199)连接，内置电容电极(16)镶装在气缸套内套(17)上，内置电容电极(16)与高温水蒸气接触；外置电容电极(18)是装在气缸套内套(17)外或外套(19)外，外置电容电极(18)不接触高温水蒸气，参见图21、22、23；采用电容耦合方式(线性放电)，电容耦合常用频率为13-100MHz。电容电极(13)分布和感应线圈(10)绕制在气缸套缸盖(23)底部到活塞下止点(182)之间，见图1。(3)微波型高频感应放电等离子反应器(20)是将波导(21)装于气缸套(1)上，波导(21)与微波电子管(22)连接，采用电子回旋共振耦合方式，常用频率300MHz-10GHz，见图24。
本发明可在气缸套的缸盖(23)上加装火花塞(7)，它具有辅助点火功能，保证每次点火成功。图25-26是火花塞及外围点火设备结构示意图和电路图。图中(7)表示火花塞、电容器(130)、点火线圈(131)、断电器(132)、配电器(133)、附加电阻(134)、点火开关(135)、电流表(136)、蓄电池(137)。氢氧混合气的点火能量非常小，空气中氢气的体积含量占28％左右时，点火能量只需0.02mJ，而空气丙烷混合气的点燃能量为0.28mJ，比氢气的点火能量大一个数量级。氢气在氧气环境中的点火范围很宽，氢气的体积含量可从4.0-95％的范围内都点着。本发明的外围点火系还可采用晶体管点火装置，无触点式晶体管点火装置，磁感应式电子点火系统，霍尔式电子点火装置，电容放电式电子点火装置(现有技术)。
本发明的气缸套缸盖(23)上可加装气门组(138)，气门组(138)分凸轮轴气门组(139)和电磁式气门组(140)，凸轮轴气门组(139)又可分顶置凸轮轴气门组(141)、上置凸轮轴气门组(142)、中置凸轮轴气门组(143)，见图27、28、29。顶置凸轮轴气门组(141)是由凸轮轴(144)、气门导筒(145)、垫片(146)、气门弹簧座(147)、气门弹簧(148)、气门导管(149)、气门杆(150)、气门(65)组成，见图27。上置凸轮轴气门组(142)是由凸轮轴(151)、摆杆(152)、气门弹簧(153)、气门导管(154)、气门(65)组成，见图28。中置凸轮轴气门组是由凸轮轴(155)、挺杆(156)、调整螺钉(157)、摇臂(158)、摇臂轴(159)、锁片(160)、气门弹簧座(161)、气门弹簧(162)、气门导管(163)、气门(65)组成，见图29。还可在缸盖(23)上加装气门顶盖(188)，见图1.28.29.31。气门(65)位于排气管(168)的排气口(189)上，见图27.28。电磁式气门组(140)是由气门(65)、弹簧(164)、线圈(165)、磁轭(166)、衔铁(167)组成；线圈(165)通电后，磁轭(166)和衔铁(167)同时磁化，产生的电磁力(异性相吸)克服弹簧(164)的弹力，打开气门(65)，见图30。气门组(138)的作用是在内燃机较长时间停机时，打开气门(65)将燃烧室(6)内的高温水蒸气从排气管(168)中排出，保证燃烧室(6)的干燥。其实不用气门组(138)，燃烧室内的水蒸气变成液态水后，也会从活塞环(26)的端隙中流出。
本发明的气缸套(1)和活塞(4)可采用真空绝热结构，见图31、32。绝热气缸套(169)是由内套(17)、双层真空外套(171)和双层真空缸盖(172)组成，见图31，图中(173)表示真空室，(174)双层真空壁。绝热活塞(175)的活塞顶(176)内有一个真空室(177)，其它结构相同，见图32。气缸套(1)外可加装用隔热材料制成的隔热包层(178)，见图31。上述两种绝热结构能将燃烧室(6)内氢氧的燃烧能更好的保存起来。
本发明的各部件都可采用高温结构陶瓷材料制造，特别是气缸套(1)、活塞(4)、气门(65)、电容电极(13)、波导(21)、连杆(5)、火花塞(7)、喷水器(3)。可选用的陶瓷材料有Al2O3、MgO、BeO、Y2O3、Zr-SrO3、BN、SiC、Si3N4、ZrO2、MoSi2、MgO-Al2O3、MgO-Si3N4、Al2O3-AlN-Si3N4、MgO-BN、MgO-SrZrO3-BN。电容电极材料可选用ZrO2、ZrB2、LaCrO3、YCrO3、LaFeO3、YFeO3、SrFeO3-SrZrO3、ZrO2-Y2O3、HfO2-Y2O3、CeO2-ZrO2。上述陶瓷材料的使用温度为2000-3000℃，而且耐高温腐蚀、抗热冲击、热稳定性好，电容电极材料的高温导电性好。可选用的陶瓷材料还有TiC、ZrC、HfC、NbC、WC、TiN、ZrN、HfH、TiB2、HfB2、NbB2，上述陶瓷材料在非氧化环境中的使用温度为3000-3700℃。隔热材料可选用氧化锆纤维及空心球、氧化铝空心球、多晶氧化铝纤维、硅酸铝纤维、硬硅钙石型硅酸钙保温板等等，上述材料的使用温度1000-1800℃。隔热材料是指气孔率高、体积密度小、具有绝热性能，对热可起屏蔽作用的材料，隔热材料按形态分有复合隔热材料，纤维状隔热材料，多孔、泡沫不定形或定形隔热材料和粉粒状隔热材料。
本发明是一种二冲程内燃机气缸，见图1。第一冲程燃烧室(6)内的氢氧混合气燃烧猛烈膨胀推动活塞(4)下移而作功，活塞(4)自上止点(179)向下移动至下止点(182)。第二冲程氢氧混合气燃烧生成水蒸气后，气体收缩，活塞(4)自下止点(182)向上移动至上止点(179)。在第一、二冲程中氢氧燃烧生成的2700℃的高温水蒸气，在活塞(4)移动的过程已被高频感应放电等离子反应器(2)和燃烧室内高温分解成氢氧混合气，当活塞(4)再次移至上止点(179)又可自燃或经火花塞点火燃烧。
这种以水为燃料的内燃机不需要冷却系，内燃机的其它结构与汽油机、柴油机相同或相似。活塞(4)和气缸套内套(17)之间的润滑采用高水基润滑油和陶瓷金属润滑技术，在高水基润滑油中加入陶瓷金属润滑添加剂，使活塞环(26)和内套(17)之间的润滑处于最佳状态。活塞(4)与气缸套内套(17)之间的润滑采用独立的高水基润滑油路，高水基润滑油喷嘴装于气缸套(1)底部两侧，采用闭式喷油器将高水基润滑油喷溅到活塞(4)和内套(17)上，活塞环(26)和内套(17)采用耐磨的高温结构陶瓷。内燃机的主润滑系可采用干式润滑系统(坦克上使用的)或常规的湿式润滑系统，通过机油滤清器将润滑油和高水基润滑油分离。并装有曲轴箱通风装置将曲轴箱内的微量水蒸气排出。喷水器(3)通过输水管与喷水泵、细滤器、输水泵、粗滤器、水箱(燃料箱)连接。上述主润滑系、燃料供给系结构与柴油机、汽油机相似，不同的是本发明的燃料是水。高频感应放电等离子反应器(2)与蓄电池或燃料电池或太阳能电池或固定电源(电网)连接。
以水为燃料的内燃机气缸排列与柴油机、汽油机相同，有单列直立式，双列V形(参见图1)，双列对置式，星形排列式等等。
氢气比汽油的热值大2.8倍，且助燃剂是纯氧，所以本发明的功率输出是四冲程汽油机的2-4倍，具有马力大、体积小、重量轻(无冷却系)的特点。
该内燃机通过控制蓄电池输入高频感应放电等离子反应器(2)的电流大小，来控制燃烧室(6)内水分解成氢氧的速率，从而控制内燃机的转速。
以下是氢气的燃烧性质，当量氢气-氧气可燃混合物的最高火焰温度为3080K。氧气中氢气的自燃温度833K。氧气中氢气的着火极限4.0-95H％(体积)。氢气-空气可燃混合物(293K,0.1013MPa)的爆震速度1.48-2.15km/s。
一种将水制成燃料的方法，其特征在于先用喷水器(3)将雾状水喷入气缸套(1)内的燃烧室(6)，再用高频感应放电等离子反应器(2)在燃烧室(6)内形成高频放电，将水分解成氢气和氧气，并加热到氢气的自燃温度使氢氧混合气燃烧，或用火花塞(7)点火燃烧，推动活塞(4)作功。由于燃烧室(6)是密封的，或此时气门(65)关闭，绝大部分的氢氧燃烧热能还保存在燃烧室内，利用氢氧燃烧热能为分解水蒸气提供大部分的分解能。氢氧燃烧的生成是高温水蒸气，这些高温水蒸气在高频感应放电等离子反应器(2)产生的高频放电和燃烧室(6)的高温环境中，又立即被分解成氢气和氧气，此时燃烧室内的温度远超过氢气的自燃温度，氢氧混合气可自燃作功，或用火花塞(7)点火燃烧；这些被密封在燃烧室内的水，就顺着“水→利用高频感应放电等离子反应器(2)产生的高频放电和燃烧室(6)内高温将水分解成氢气和氧气→燃烧作功→生成水→再分解→再燃烧→生成水”的程序依次循环进行燃烧作功。
权利要求
1.一种以水为燃料的内燃机气缸，其特征在于它是由气缸套(1)、高频感应放电等离子反应器(2)、喷水器(3)、活塞(4)、连杆(5)构成；高频感应放电等离子反应器(2)、喷水器(3)装于气缸套(1)两侧和顶部，活塞(4)套装在气缸套(1)内，它通过连杆(5)与曲轴(8)连接；高频感应放电等离子反应器(2)有三种不同结构1)电感型高频感应放电等离子反应器(9)是将感应线圈(10)绕制在气缸套(1)上，感应线圈(10)与高频振荡器(11)连接，采用电感耦合方式；2)电容型高频感应放电等离子反应器(12)是将电容电极(13)装在气缸套内(14)或气缸套外(15)，电容电极(13)与高频振荡器(11)连接，采用电容耦合方式；内置电容电极(16)镶装在气缸套内套(17)上，内置电容电极(16)与高温水蒸气接触；外置电容电极(18)装在气缸套内套(17)外或外套(19)外，外置电容电极(18)不接触高温水蒸气；3)微波型高频感应放电等离子反应器(20)是将波导(21)装于气缸套(1)上，波导(21)与微波电子管(22)连接，采用电子回旋共振耦合方式；活塞(4)的上止点(179)与缸盖(23)之间有一段距离，构成气缸燃烧室(6)，也是高频感应放电等离子反应器(2)的反应室(68)；气缸套(1)是由内套(17)、外套(19)缸盖(23)组成；活塞(4)是由活塞顶(24)、活塞头(25)、活塞环(26)、活塞销座(27)、活塞销(28)、活塞销锁环(29)、活塞裙(30)、加强肋(31)、环槽(32)组成；连杆(5)分平切口连杆(33)、斜切口连杆(34)、并列连杆(35)、主副连杆(36)、叉形连杆(37)；喷水器(3)可采用闭式喷水器(38)和电磁式喷水器(39)，闭式喷水器(38)是由护帽(40)、垫片(41)、水管接头(42)、喷水器体(43)、紧帽(44)、针阀体(45)、针阀(46)、定位销(47)、顶杆(48)、弹簧下座(49)、调压弹簧(50)、弹簧上座(51)、调压螺丝(52)、调压螺钉(53)、防污塞头(54)组成；电磁式喷水器(39)是由电磁线圈(55)、磁芯(56)、阀(57)、阀体(58)、喷嘴(59)、弹簧(60)、水管接头(61)、接线端子(62)组成；电磁式喷水器(39)又可分双孔电磁式喷水器(63)和涡流电磁式喷水器(64)。
2.根据权利要求1所述的以水为燃料的内燃机气缸，其特征在于高频感应放电等离子反应器(2)的电容电极(13)分布和感应线圈(10)绕制在气缸套缸套(23)底部到活塞下止点(182)之间。
3.根据权利要求1所述的以水为燃料的内燃机气缸，其特征在于电感型高频感应放电等离子反应器(9)的电感耦合常用频率为10-70MHz；电容型高频感应放电等离子反应器(12)的电容耦合常用频率为13-100MHz；微波型高频感应放电等离子反应器(20)的电子回旋共振耦合常用频率为300MHz-10GHz。
4.根据权利要求1所述的以水为燃料的内燃机气缸，其特征在于气缸套的缸盖(23)上可加装火花塞(7)。
5.根据权利要求1所述的以水为燃料的内燃机气缸，其特征在于气缸套的缸盖(23)上可加装气门组(138)，气门组(138)分凸轮轴气门组(139)和电磁式气门组(140)，凸轮轴气门组(139)又可分顶置凸轮轴气门组(141)、上置凸轮轴气门组(142)、中置凸轮轴气门组(143)；顶置凸轮轴气门组(141)是由凸轮轴(144)、气门导筒(145)、垫片(146)、气门弹簧座(147)、气门弹簧(148)、气门导管(149)、气门杆(150)、气门(65)组成；上置凸轮轴气门组(142)是由凸轮轴(151)、摆杆(152)、气门弹簧(153)、气门导管(154)、气门(65)组成；中置凸轮轴气门组(143)是由凸轮轴(155)、挺杆(156)、调整螺钉(157)、摇臂(158)、摇臂轴(159)、锁片(160)、气门弹簧座(161)、气门弹簧(162)、气门导管(163)、气门(65)组成；电磁式气门组(140)是由气门(65)、弹簧(164)、线圈(165)、磁轭(166)、衔铁(167)组成；气门(65)位于排气管(168)的排气口(189)上。
6.根据权利要求1所述的以水为燃料的内燃机气缸，其特征在于气缸套(1)和活塞(4)可采用双层真空绝热结构，绝热气缸套(169)是由内套(17)、双层真空外套(171)和双层真空缸盖(172)组成；绝热活塞(175)的活塞顶(176)内有一个真空室(177)。
7.根据权利要求1所述的以水为燃料的内燃机气缸，其特征在于气缸套(1)外可加装用隔热材料制成的隔热包层(178)。
8.根据权利要求1、4、5、6所述的以水为燃料的内燃机气缸，其特征在于气缸内的各部件都可采用高温结构陶瓷材料制造，特别是气缸套(1)、活塞(4)、气门(65)、电容电极(13)、波导(21)、连杆(5)、火花塞(7)、喷水器(3)；可选用的陶瓷材料有Al2O3、MgO、BeO、Y2O3、ZrSrO3、BN、SiC、Si3N4、ZrO2、MoSi2、MgO-Al2O3、MgO-Si3N4、Al2O3-AlN-Si3N4、MgO-BN、MgO-SrZrO3-BN、TiC、ZrC、HfC、NbC、WC、TiN、ZrN、HfN、TiB2、HfB2、NbB2；电容电极的陶瓷材料可选用ZrO2、ZrB2、LaCrO3、YCrO3、LaFeO3、YFeO3、SrFeO3-SrZrO3、ZrO2-Y2O3、HfO2-Y2O3、CeO2-ZrO2。
9.根据权利要求1所述的以水为燃料的内燃机气缸，其特征在于可在气缸套缸盖(23)上加装气门顶盖(188)。
10.一种将水制成燃料的方法，其特征在于先用喷水器(3)将雾状水喷入气缸套(1)内的燃烧室(6)，再用高频感应放电等离子反应器(2)在燃烧室(6)内形成高频放电，将水分解成氢气和氧气，并加热到氢气的自燃温度使氢氧混合气燃烧，或用火花塞(7)点火燃烧，推动活塞(4)作功；由于燃烧室(6)是密封的，或此时气门(65)关闭，绝大部分的氢氧燃烧热能还保存在燃烧室内，利用氢氧燃烧热能为分解水蒸气提供大部分的分解能；氢氧燃烧生成的是高温水蒸气，这些高温水蒸气在高频感应放电等离子反应器(2)产生的高频放电和燃烧室(6)的高温环境中，又立刻被分解成氢气和氧气，此时燃烧室内的温度远超过氢气的自燃温度，氢氧混合气可自燃作功，或用火花塞(7)点火燃烧；这些被密封在燃烧室内的水，就顺着“水→利用高频感应放电等离子反应器(2)产生的高频放电和燃烧室(6)内高温将水分解成氢气和氧气→燃烧作功→生成水→再分解→再燃烧→生成水”的程序依次循环进行燃烧作功。
全文摘要
本发明涉及一种由气缸套(1)、高频感应放电等离子反应器(2)、喷水器(3)、活塞(4)、连杆(5)、火花塞(7)、气门组(138)构成的以水为燃料的内燃机气缸和一种将水制成燃料的方法。该方法利用等离子化学和直接热解两种方法将气缸燃烧室(6)内的水分解成氢氧混合气,并燃烧推动活塞(4)作功,然后再将生成的水分解成氢氧,如此反复分解、燃烧、作功。本发明具有无污染、燃料成本低、使用方便、安全、输入分解能低的优点,并能使水成为人类取之不尽、用之不竭的能源。
文档编号F02M25/03GK1229878SQ9911361
公开日1999年9月29日 申请日期1999年4月8日 优先权日1999年4月8日
发明者卢杲 申请人:卢杲