(57)【要約】      （修正有）【課題】水素と空気の混合物に注入される水と水溶性可燃性物質からなる燃料を使用する内燃機関を動作させる方法及び装置を提供する。【解決手段】内燃機関であって、燃焼室５０と吸気口２８とを有するシリンダ１０であって、入力マニホルド２６が、空気と水素のガス混合物を受け取るシリンダと、前記シリンダ内で軸方向に移動して前記燃焼室の大きさを選択的に変化させるピストン１２と、前記燃焼室に選択的に燃料を供給する燃料供給源であって、前記燃料が、実質的に水と可燃性物質からなる燃料供給源と、前記燃焼室の内容物に選択的に点火して出力を生成するように構成された点火装置６２と、を備える内燃機関１００。【選択図】図１
2020073794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関であって、
燃焼室と吸気口とを有するシリンダであって、入力マニホルドが、空気と水素のガス混合物を受け取るシリンダと、
前記シリンダ内で軸方向に移動して前記燃焼室の大きさを選択的に変化させるピストンと、
前記燃焼室に選択的に燃料を供給する燃料供給源であって、前記燃料が、実質的に水と可燃性物質からなる燃料供給源と、
前記燃焼室の内容物に選択的に点火して出力を生成するように構成された点火装置と、
を備える内燃機関。
【請求項２】
前記燃料が、前記可燃性物質の５〜４０％を含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記燃料が、１０〜３５％の可燃性物質を含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記可燃性物質が、水溶性である、請求項１に記載のエンジン。
【請求項５】
前記可燃性物質が、非化石物質である、請求項１に記載のエンジン。
【請求項６】
前記可燃性物質が、アルコール、アセトン及びアルデヒドのうちの１つ又はこれらの混
合物である、請求項１に記載のエンジン。
【請求項７】
前記可燃性物質が、イソプロピルアルコール、イソブタノール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、エチルアルコール、メチルアルコール、又はそのようなアルコールの混合物から選択されたアルコールである、請求項１に記載のエンジン。
【請求項８】
前記ガス混合物が、体積で約１／２〜１０％の水素を含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項９】
水からブラウンガスを生成する反応器を更に備え、前記ブラウンガスが、前記吸気口に供給される、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記ピストン、シリンダ及びヘッドが、１０／１〜４０／１の範囲の圧縮比を生成するように構成された、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１１】
前記ピストン、シリンダ及びヘッドが、２５／１〜３５／１の範囲の圧縮比を生成するように構成された、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１２】
出力を生成する方法であって、
水素と空気を含むガス混合物を燃焼室に導入するステップと、
燃料を前記燃焼室に導入するステップであって、前記燃料が、実質的に水と可燃性物質からなるステップと、
前記燃焼室の内容物を圧縮するステップと、
前記燃焼室の前記圧縮内容物に点火して高温圧縮ガスを生成して出力を生成するステップと、を含む方法。
【請求項１３】
前記可燃性物質が、水溶性である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記可燃性物質が、非化石物質である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記可燃性物質が、アルコール、アセトン及びアルデヒドから選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記可燃性物質が、アルコールである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記可燃性物質が、イソプロピルアルコール、イソブタノール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、エチルアルコール、メチルアルコール、又はそのようなアルコールの混合物から選択されたアルコールである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記可燃性物質が、前記燃料の５〜４０％を構成する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記燃料が、前記可燃性物質の実質的に１０〜３５％からなる、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記燃焼室の前記内容物を１０／１〜４０／１の圧縮比で選択的に圧縮するピストンを更に備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記燃料が、周囲温度で前記燃焼室に導入される、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記水素が、周囲温度で前記燃焼室に導入される、請求項１２に記載の方法。
【請求項２３】
前記燃料が、２００〜３０００ｐｓｉの範囲の圧力で前記燃焼室に注入される、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と空気の混合物に注入される水と水溶性可燃性物質からなる燃料を使用する内燃機関を動作させる方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車や他の車両で使用されるエンジン、並びに様々な目的に使用される他の多くのエンジンを動作させる化石燃料の使用は、１９世紀に開発された内燃機関に基づくきわめて古い概念に基づく。石油又は天然ガスから得られる化石燃料は、過去５０年間の代替燃料の熱心な研究開発にもかかわらず、あいかわらず、現在世界中で使用されているほとんど全ての内燃機関の実質的に主供給源である。
【０００３】
その結果、化石燃料の世界供給が厳しく枯渇し不足してきており、油の価格は、過去４０年間上昇している。更に、そのような燃料は、きわめて汚染性が高く、地球温暖化の主な原因になっているか又はそれに実質的に寄与しているという人もいる。全てのそのような要因が、従来の化石燃料以外の再生可能エネルギー源を探し利用するための多くの努力に繋がった。石油枯渇の影響を少なくするために、この数年、ハイブリッド車、電気自動車、バイオディーゼルエンジン、水素式自動車などを含む幾つかの代替燃料が導入された。しかしながら、これらの解決策はどれも有効ではなかった。これが成功しない１つの理由は、エンジンの生産並びに燃料の生産と配給に全く新しいインフラを必要とすることである。更に、ここまで提案されたほとんどの解決策は、既存のエンジンと互換性がない。したがって、全ての既存の化石燃焼エンジンを置き換えるコストが高すぎることがあるので、代替燃料を利用する解決策は、少なくとも短期間で受容できないことがある。
【０００４】
過去には多くの人々によって燃料の供給源として水が提案され、そのようなシステムを試す多くの実験が行なわれた。そのような実験の基本は、水を水素と酸素に分離でき、得られた化学量論的混合物を内燃機関に送り込んで力を生成できるということである。しかしながら、過去の実験では満足な結果が得られなかった。その成功の主な障害は、水をその成分に分離するのに必要なエネルギーが、エンジンによるエネルギー生成よりはるかに大きいことによる。更に、典型的な自動車エンジンを動作させるために必要なＨ２混合物の量が多すぎるため、そのようなシステムは実用的でない。
【０００５】
現在、市場では、化石燃料を使用する内燃機関の付属装置又は増設装置として使用できるシステムが入手可能であるが、単独の試験から、実際には、そのようなシステムが、エンジンの総合効率に及ぼす影響が、あっても極めて小さいことが分かった。
【０００６】
本発明者によって開発されたシステムは、２つの同時係属出願に記載され、水から生成し少量の水素／酸素ガス混合物を標準内燃機関内に供給する手段を有する。（特許文献１と特許文献２を参照）
より具体的には、これらの同時係属出願は、一般にブラウンガス又はＨＨＯと呼ばれる水素と酸素の２対１混合物を生成する効率的なプロセス及び装置について述べている。この混合物は、化石燃料をより効率的に燃焼させることによって、従来の内燃機関の効率を高めるのに役立つ。この後者のシステムは、前述のシステムよりはるかに効率的であるが、その効率は、車両上で作成される水素と酸素の量によってやはり限定される。更に、記載された内燃機関は、やはり化石燃料を燃焼させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公報２０１０／０１２２９０２号
【特許文献２】米国特許出願公報２０１１／０２０３９７７号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
要するに、内燃機関は、概略従来方式で往復運動ピストンによって画定されるような可変体積を有する燃焼室を有するシリンダを含む。最初に、水素と空気が、燃焼室に送り込まれる。次に、液体の微小滴の形の燃料が、圧縮燃焼室に注入される。次に、得られた液体／ガス混合物が、極めて高圧に圧縮され、これにより温度が上昇し、点火装置が燃焼を引き起こす。燃焼の結果、高温の加圧されたガスが生じ、これによりピストンが動き出力を生成する。有利には、燃料は、実質的に水と可燃性物質とから成る。可燃性物質は、水に溶けるアルコール、アセトン、アルデヒド又は他の可燃性で好ましくは非化石物質である。（非化石という用語は、油や天然ガスなどの化石系の再生不可能材料から実質的に得られず再生可能資源から得られる燃料を指す）。燃料は、体積によって約１０〜４０％の可燃性物質を含むことが好ましい。
【０００９】
本明細書で述べるシステム及び方法は、ロータリーエンジンやジェットエンジンなどの任意のエンジンに適応することができ、本発明の基本原理を実現するためにエンジンを使用できる限りピストン式に限定されない。この基本原理は、（１）水素と空気を水と可燃性水溶性燃料の溶液と混合すること、（２）混合物を高圧に圧縮して燃焼室内で高温で極めて爆発性の混合物を作成すること、（３）爆発性混合物に点火して、そのようなガスを急激な膨張と流れの形成を引き起こし、それにより機械出力が生成されることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料を構成するＨ２、空気及び水溶液が、エンジンの燃焼室内に直接導入され、Ｈ２と空気が共通吸込口から導入される本発明の第１の実施形態を示す。
【図２Ａ】本発明により構成された内燃機関の幾つかの要素の断面図と側面図である。
【図２Ｂ】本発明により構成された内燃機関の幾つかの要素の断面図と側面図である。
【図３】爆発前に最初に材料が混合室内で混合される第２の実施形態を示す図である。
【図４】空気が吸込マニホルドを介して導入され、Ｈ２が噴射によって圧縮室に直接導入される本発明の第３の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明による構成されたエンジン１００を示す。エンジンは、リンク機構１４を介してシャフト（図示せず）を駆動する往復運動ピストン１２と共にシリンダ１０を含む。例えば、実験エンジン１００は、市販されている汎用の４００ｃｃディーゼルエンジンを改良することによって、発明者によって構成された。エンジン１００は、更に、吸気口２８とバタフライ型調整弁３０とを有する従来の吸気口マニホルド２６、吸気弁６４、排気弁６６、排気マニホルド７０及び燃料インゼクタ４８を含む。
【００１２】
従来の４サイクルディーゼルエンジンでは、空気は、ピストン１２の下降中にマニホルド２６を通ってシリンダ１０の燃焼室５０内に吸い込まれる。次に、吸気弁６４が閉じ、ピストン１２が上昇し、ディーゼル燃料が、インゼクタ４８によって燃焼室５０に注入される。ピストン１２は、空気と燃料の混合物を圧縮し、燃焼が起こる。次に、ピストン１２が下降してシャフトを駆動し、再び上昇して、排気弁６６が開き、残留ガスを排気マニホルド７０を介して排出する。
【００１３】
改良されたエンジン１００は、更に、水素供給源２０を含む。一実施形態では、供給源２０は、電気分解プロセスを使用して水から化学量論的Ｈ２／Ｏ２ガス混合物（本明細書でブラウンガスと呼ばれる）を生成する反応器として実現される。そのようなプロセスの一例は、米国特許出願公報２０１０／０１２２９０２号及び２０１１／０２０３９７７号により詳細に記載されている。ブラウンガスは、管２２と弁２４を介して吸込マニホルド２６に供給される。吸込マニホルドに導入されたブラウンガスの量は、空気（実質的に酸素も含む）の量と比べてきわめて少ないので、ブラウンガスからの酸素はごくわずかであり無視できることを理解されたい。実際に、ブラウンガス発生装置は、水素の供給源として使用される。ブラウンガス発生装置の代替として他の型の水素発生器を使用できることは明らかである。
【００１４】
吸込マニホルド２６は、また、吸気口２８を介して周囲空気を受け取り、後で詳細に述べるように、燃焼室２６に流れ込む空気の量は、弁３０によって制御される。
【００１５】
エンジン１００は、更に、燃料４２を保持する燃料タンク４０を含む。燃料４２は、管４４を介して、ポンプ４６によって燃料インゼクタ４８に提供される。
【００１６】
燃料タンク内の燃料は、実質的に、水と、水に溶ける可燃性物質とからなる。より具体的には、可燃性物質は、水に体積で３０％溶けなければならないと考えられる。可燃性物質は、アルコール、アセトン、アルデヒドや他の類似物、好ましくは非化石物質又はこれらの混合物を含みうる。好ましい実施形態では、可燃性物質は、イソプロピルアルコール、イソブタノール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、エチルアルコール、メチルアルコール、又はそのようなアルコールの混合物から選択されたアルコールである。
【００１７】
あるいは、可燃性物質は、それについてホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド、シンナムアルデヒド、トルアルデヒド，フルフラール、レチナールデヒド、グリオキサール、マロンジアルデヒド、サクシンジアルデヒド、グルタルアルデヒド、フタルアルデヒド又はこれらの混合物のうちの１つである。
【００１８】
可燃性物質の濃度は、５〜４０％、好ましくは１０〜３５％の範囲でよい。発明者は、特に、約７０％の水と３０％イソプロピルアルコールの混合物が、好ましいコストと性能特性の関係を提供するという点で、特に有利であることが分かった。
【００１９】
燃料タンク４０からの燃料４２は、２００〜３，０００ｐｓｉの範囲の圧力で、ポンプ４３によって燃料インゼクタ４８に提供される。一実施形態では、燃料は、約２０００ｐｓｉの圧力で注入される。過去には、水が電気分解によってＨ２とＯ２の混合物に分離されて、次にエンジン吸気システムに供給されたシステムが提案された。そのような既知のエンジンに使用される主な燃料は、化石燃料であった。このエンジン１００では、燃料４２は、好ましくは化石成分を含まない可燃性物質の水溶性混合物である。
【００２０】
エンジン１００は、また、図示されたように燃焼室５０内に突出する点火装置６２（標準のスパークプラグなど）に電流を提供する高エネルギー点火システム６０を含む。システム６０とスパークプラグ６２は、燃料としてガソリンを使用する内燃機関に使用される従来の構成要素である。
【００２１】
タイミングコントローラ５４（典型的には、図示しないマイクロプロセッサを含む）は、入力タイミング信号と、エンジン１００の負荷を示す負荷信号とを受け取る。入力タイミング信号は、典型的には、クランク軸（図示せず）の位置から得られる。負荷信号は、エンジン１００の負荷を示し、従来技術を使用して得られる。これに応じて、タイミングコントローラは、点火装置６２、燃料インゼクタ４８、弁２４、及び空気吸気弁３０の動作を制御する出力タイミング信号を生成し、弁６４及び６６の開閉は、従来のカムシャフト（図示せず）によって制御される。
【００２２】
重要なことは、エンジン１００が、きわめて高い圧縮比で動作することである。典型的には、従来の内燃機関は、自動車レースで使用されるエンジンなどの幾つかのきわめて特殊なエンジンを除き、約１５／１〜１８／１の圧縮比で動作する。本発明は、１０／１〜４０／１の範囲、及び好ましくは２５／１〜３５／１の範囲で動作するように構成されうる。最適圧縮比は、約３０／１である。この高い圧縮比は、ピストンの上部のヘッドを燃焼室の体積を減少させるように成形することによって達成されうる。例えば、図２Ａと図２Ｂに示されたように、ピストン１２の上面に窪み７０が形成されうる。この窪みは、必要な圧縮比を提供しかつ燃料プルーム５２の乱流を生成するように選択された所定のサイズ及び形状を有する。この目的のため、窪み７０は、ピストン１２がシリンダの上部の方に上昇し、燃料５２のプルームが、燃料インゼクタ４８によって放出されたときに、プルーム５２が、窪みの表面の形状を使用して渦巻くように配置される。
【００２３】
本発明の一実施形態では、単一のプルーム５２が、吸込サイクルごとに燃料インゼクタ４８によって放出される。代替実施形態では、使用される燃料の種類、エンジンの負荷、周囲温度などの幾つかの変数に応じて、１〜５つのプルームが放出される。２つ以上のプルームが放出された場合、最初のプルームは、燃焼点よりかなり早く放出されて、燃焼室５０内の蒸気混合物の密度を高め、他のプルームは、燃焼の直前と燃焼中にも放出される。
【００２４】
エンジン１００は、標準４サイクル内燃機関と同じように動作するが、幾つかの重要な違いがある。吸込サイクル中に、ピストン１２が下降するとき、弁３０、２４及び６４が開いて、空気とブラウンガスが燃焼室５０に入り混ざることができる。前述のように、シリンダの体積に対するブラウンガスの比率は、体積できわめて小さく（約１／２〜２％）、空気中のＯ２の量に対してブラウンガス内のＯ２の量はごくわずかであり、したがって、実際に重要なものは水素（Ｈ２）だけである。次に、圧縮サイクル中に、弁６４が閉じ、ピストン１２が上昇して燃焼室５０内のガスを圧縮する。所定の点で、例えば、典型的には約２０度のｂｔｄｃ（上死点前）で、燃料の細かい小滴のプルーム５２が、燃料インゼクタ４８によって燃焼室５０に注入され、空気／Ｈ２混合物と混ざる。ピストン１２は、上昇して、更に、燃焼室５０内にきわめて爆発性の内容物を作成する極めて高い圧力と温度に圧縮する。燃焼室５０内の混合物は、燃焼室５０内の混合物を蒸気を含むきわめて高温で高圧縮されたガスに変換する燃焼を引き起こすスパークプラグ６２や他の点火装置によって点火される（典型的には上死点で）。これらのガスは、ピストン１２を従来の方法で強制的に下降させる。ピストン１２の次の上昇（排気サイクル）は、燃焼の残留物をマニホルド７０を介して排出する。これらの残留物は、ほとんど水蒸気から成る。
【００２５】
驚くべきことに、実質的に無負荷時には、吸入調整弁３０が閉じられ、したがってエンジンにごく僅かな空気（及び、きわめて少ない酸素）しか提供されないときでも、エンジン１００が２５００ｒｐｍで無期限に動作できることが分かった。圧縮及び／又は爆発段階において、燃料からの水の少なくとも一部がＨ２とＯ２に分離し、燃料に必要な酸素を提供することは明らかである。水の残りの部分は、蒸気に変化することは明らかである。
【００２６】
エンジンへの負荷が増大したとき、弁３０は開かれなければならず、他の状況では、エンジンは、減速し、運転を停止することがある。弁３０を介して導入される空気の量は、エンジンの負荷に依存し、また、見かけ上燃焼に空気が必要とされないので、負荷が増大するとき、ＲＰＭを維持しかつ負荷に対する出力を生成するためにより高いトルクが必要になり、空気は、ピストンを押し下げるときにより高い燃焼圧力を生成しより高いトルクを作り出す作用ガスとして必要とされると考えられる。
【００２７】
前述のようなエンジン１００の動作パラメータは、以下の通りである。
圧縮比３０／１。周囲温度で７０％の水と３０％のイソプロピルアルコールの燃料
標準大気圧及び周囲温度でＨ２が２〜１０Ｌ／分
周囲圧力及と温度で０〜５０Ｌ／分の空気
燃料圧力２００〜３０００ｐｓｉ
【００２８】
複数の注入が使用される場合、最初の注入即ちパイロットは、全燃料の５〜３０％からなり、残りは、燃焼サイクル中に配給される。
【００２９】
現在、爆発の際にシリンダ部分５０内で起こる厳密な現象は、完全には理解されないが、燃料混合物からの全てはない場合でも一部の水が、シリンダ内でＨ２とＯ２に分離し、燃焼室に送り込まれたＨ２／Ｏ２によってトリガする変換のためにより多くの燃料を提供すると考えられる。このプロセスは、回転ごとに体積２ｍＬのＨ２／Ｏ２ガス混合物がエンジンに提供されたときにうまく作用したことが分かった。エンジンは、４００ｍｌ（又は、４００ｃｃ）エンジンなので、回転ごとに提供されるＨ２／Ｏ２の量は、体積で１／２〜２％のＨ２である。
【００３０】
前述したように、燃料は、水と可燃性液体物質の溶液であることが好ましい。更に、燃焼中の高圧時の水の導電率を高め、それにより水のＨ２／Ｏ２への分離に役立つ非腐食性材料などの添加物を加えることができる。
【００３１】
示した技術は、通常ピストン又はロータリーエンジンに加えて、複合シリンダにも容易に適用することができ、本発明は、タービン及びジェットエンジン用に開発されうる。
【００３２】
例えば、ディーゼル式エンジンの変換はかなり単純であり、点火装置、高出力点火システム、ピストンの形状及び燃焼室を導入して適切な圧縮比を可能にするようにヘッドが改良され、かなり小さいＨ２／Ｏ２反応器（又は、他のＨ２供給源）が追加されるだけでよく、この解決策は、市場に導入するのに安価で単純になる。
【００３３】
水が実際に任意の燃料補給所で入手可能なので、主要インフラストラクチャの作成は不要である。可燃性物質は、清浄水と自動的に混合されて車両の燃料タンクに供給されうる。
【００３４】
図３は、別の実施形態を示す。この実施形態では、エンジン２００は、エンジン１００とよく似ている。違いは、シリンダ部分５０と連通したシリンダ１０の上部に新しい混合室２１０が提供され、そこで燃焼が起こることである。Ｈ２／Ｏ２の混合物は、第２のインゼクタ２２０によってこの混合室２１０（燃焼室５０へではなく）に供給される。したがって、混合室２１０は、燃料混合物４２及びＨ２／Ｏ２混合物の両方を受け取る。これらの材料は、互いに混ざり、必要なときにチャネル２３０を通って部分５０に吸収される。
【００３５】
図４は、別の実施形態３００を示す。この実施形態では、水燃料混合物とＨ２／Ｏ２混合物は両方とも、燃焼室に直接供給される。
【００３６】
換言すると、Ｈ２／Ｏ２混合物は、エンジンに、３つの異なる方法、即ちマニホルド、混合室、又は燃焼室自体に供給されうる。
【００３７】
本発明は、幾つかの利点を有する。第１に、燃料として、再生不可能な化石物質に依存する代わりに、市販の再生可能な物質を利用する。本発明は、化石系燃料で使用するよりも効率的な類似のエンジンであり、より多くの出力を生成できると考えられる。第３に、エンジンに行なわれた実験において、エンジンからの排気がきわめて清浄であり、最小限の汚染しか観察されず、非換気領域でも目に見える煙がなく、発明者は呼吸が困難と感じなかった。
【００３８】
添付の特許請求の範囲に定義されたような本発明の範囲から逸脱することなく、本発明に多数の変更が行われうる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  シリンダ
１２  ピストン
１４  リンク機構
２０  水素供給源
２６  マニホルド
２８  吸気口
３０  調整弁
４０  燃料タンク
４２  燃料
４６  ポンプ
４８  燃料インゼクタ
５０  燃焼室
６４  吸気弁
６６  排気弁
７０  排気マニホルド
１００  エンジン
【図１】
2020073794.tif 000003
【図２Ａ】
2020073794.tif 000004
【図２Ｂ】
2020073794.tif 000005
【図３】
2020073794.tif 000006
【図４】
2020073794.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月1日(2019.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非化石燃料だけで使用する内燃機関であって、
燃焼室を有する少なくとも１つのシリンダと、
前記燃焼室と選択的に流体連通する吸気マニホールドと、
水素を提供するように構成された水素供給源と、酸素を提供するように構成された酸素供給源とであって、水素を前記燃焼室に供給するために前記燃焼室と流体連通している前記水素供給源と前記酸素供給源が、前記吸気マニホールドと流体連通して、酸素を、前記吸込マニホルドを介して、前記燃焼室に提供する水素供給源および酸素供給源と、
水と５−４０％の水溶性可燃性物質からなる非化石燃料を提供するように構成された燃料供給源と、
前記燃料供給源から前記燃焼室に前記燃料を選択的に引き渡すように構成された燃料インゼクタと、
前記少なくとも１つのシリンダ内の少なくとも１つのピストンであって、前記少なくとも１つのシリンダ内で移動して、前記燃焼室内で前記水素、酸素、および前記燃料を一緒に１０：１から４０：１の範囲内の圧縮比で圧縮するように構成された少なくとも１つのピストンと、
前記燃焼室内で前記圧縮した水素、酸素、および燃料に点火して出力を生成するように構成された点火装置と、を備える内燃機関。
【請求項２】
前記水素供給源が、インゼクタを介して前記燃焼室と選択的に流体連通するように構成された、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記圧縮した水素、酸素、および燃料が、体積にして１／２％−１０％の水素を含む、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
さらに、前記燃焼室と流体連通する、前記水素、酸素、および燃料を受け取って混合するように構成された混合室を備える、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記ピストン、シリンダ、およびヘッドが、３０：１の圧縮比を生成するように構成される、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項６】
非化石燃料式内燃機関を使用して出力を生成する方法であって、
水素と酸素を前記内燃機関の燃焼室に導入するステップと、
水と５−４０％の水溶性可燃性物質のみからなる非化石燃料を前記燃焼室に導入するステップと、
前記燃焼室内においてピストンを用いて、前記水素、酸素、および前記燃料を１０：１から４０：１の範囲内の圧縮比で圧縮するステップと、
前記燃焼室内の前記圧縮した水素、酸素、および燃料に点火して出力を生成するステップと、を含む方法。
【請求項７】
前記導入するステップの前に前記水素、酸素、および燃料を混合室内において混合するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記圧縮するステップが、前記燃焼室の内容物を１０：１から４０：１の範囲内の圧縮比で圧縮するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記燃料が、前記燃焼室内に周囲温度で導入される、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記水素が、前記燃焼室内に周囲温度で導入される、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記燃料が、前記燃焼室内に２００−３０００  ＰＳＩの範囲内の圧力で注入される、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記導入するステップが、前記水素を前記燃焼室内に注入するステップと、吸込マニホルドを介して前記酸素を前記燃焼室内に導入することを含む前記酸素を前記燃焼室内に導入するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
非化石燃料だけで使用する内燃機関を有する車両であって、前記内燃機関が、
燃焼室を有する少なくとも１つのシリンダと、
水素を提供するように構成された水素供給源と、酸素を提供するように構成された酸素供給源とであって、前記水素供給源と前記酸素供給源が、前記少なくとも１つのシリンダと流体連通して、水素と酸素を前記燃焼室に提供する水素供給源および酸素供給源と、
水と５−４０％の水溶性可燃性物質のみからなる非化石燃料を提供するように構成された燃料供給源と、
前記燃料供給源から前記燃焼室に前記燃料を選択的に引き渡すように構成された燃料インゼクタと、
前記少なくとも１つのシリンダ内の少なくとも１つのピストンであって、前記少なくとも１つのシリンダ内で移動して、前記燃焼室内で前記水素、酸素、および前記燃料を一緒に１０：１から４０：１の範囲内の圧縮比で圧縮するように構成された少なくとも１つのピストンと、
前記燃焼室内で前記圧縮した水素、酸素、および燃料に点火して出力を生成するように構成された点火装置と、を備える内燃機関を有する車両。
【請求項１４】
前記水素供給源が、第２のインゼクタを介して前記燃焼室と選択的に流体連通するように構成され、前記酸素供給源が吸込マニホルドを介して前記燃焼室と選択的に流体連通するように構成された、請求項１３に記載の車両。
【請求項１５】
前記圧縮した水素、酸素、および燃料が、体積にして１／２％−１０％の水素を含む、請求項１３に記載の車両。
【請求項１６】
さらに、前記燃焼室と流体連通する、前記水素、酸素、および燃料を受け取って混合するように構成された混合室を備える、請求項１３に記載の車両。
【請求項１７】
前記ピストン、シリンダ、およびヘッドが、３０：１の圧縮比を生成するように構成される、請求項１３に記載の車両。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と空気の混合物に注入される水と水溶性可燃性物質からなる燃料を使用する内燃機関を動作させる方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車や他の車両で使用されるエンジン、並びに様々な目的に使用される他の多くのエンジンを動作させる化石燃料の使用は、１９世紀に開発された内燃機関に基づくきわめて古い概念に基づく。石油又は天然ガスから得られる化石燃料は、過去５０年間の代替燃料の熱心な研究開発にもかかわらず、あいかわらず、現在世界中で使用されているほとんど全ての内燃機関の実質的に主供給源である。
【０００３】
その結果、化石燃料の世界供給が厳しく枯渇し不足してきており、油の価格は、過去４０年間上昇している。更に、そのような燃料は、きわめて汚染性が高く、地球温暖化の主な原因になっているか又はそれに実質的に寄与しているという人もいる。全てのそのような要因が、従来の化石燃料以外の再生可能エネルギー源を探し利用するための多くの努力に繋がった。石油枯渇の影響を少なくするために、この数年、ハイブリッド車、電気自動車、バイオディーゼルエンジン、水素式自動車などを含む幾つかの代替燃料が導入された。しかしながら、これらの解決策はどれも有効ではなかった。これが成功しない１つの理由は、エンジンの生産並びに燃料の生産と配給に全く新しいインフラを必要とすることである。更に、ここまで提案されたほとんどの解決策は、既存のエンジンと互換性がない。したがって、全ての既存の化石燃焼エンジンを置き換えるコストが高すぎることがあるので、代替燃料を利用する解決策は、少なくとも短期間で受容できないことがある。
【０００４】
過去には多くの人々によって燃料の供給源として水が提案され、そのようなシステムを試す多くの実験が行なわれた。そのような実験の基本は、水を水素と酸素に分離でき、得られた化学量論的混合物を内燃機関に送り込んで力を生成できるということである。しかしながら、過去の実験では満足な結果が得られなかった。その成功の主な障害は、水をその成分に分離するのに必要なエネルギーが、エンジンによるエネルギー生成よりはるかに大きいことによる。更に、典型的な自動車エンジンを動作させるために必要なＨ２混合物の量が多すぎるため、そのようなシステムは実用的でない。
【０００５】
現在、市場では、化石燃料を使用する内燃機関の付属装置又は増設装置として使用できるシステムが入手可能であるが、単独の試験から、実際には、そのようなシステムが、エンジンの総合効率に及ぼす影響が、あっても極めて小さいことが分かった。
【０００６】
本発明者によって開発されたシステムは、２つの同時係属出願に記載され、水から生成し少量の水素／酸素ガス混合物を標準内燃機関内に供給する手段を有する。（特許文献１と特許文献２を参照）
より具体的には、これらの同時係属出願は、一般にブラウンガス又はＨＨＯと呼ばれる水素と酸素の２対１混合物を生成する効率的なプロセス及び装置について述べている。この混合物は、化石燃料をより効率的に燃焼させることによって、従来の内燃機関の効率を高めるのに役立つ。この後者のシステムは、前述のシステムよりはるかに効率的であるが、その効率は、車両上で作成される水素と酸素の量によってやはり限定される。更に、記載された内燃機関は、やはり化石燃料を燃焼させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公報２０１０／０１２２９０２号
【特許文献２】米国特許出願公報２０１１／０２０３９７７号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る内燃機関は、
非化石燃料だけで使用する内燃機関であって、
燃焼室を有する少なくとも１つのシリンダと、
前記燃焼室と選択的に流体連通する吸気マニホールドと、
水素を提供するように構成された水素供給源と、酸素を提供するように構成された酸素供給源とであって、水素を前記燃焼室に供給するために前記燃焼室と流体連通している前記水素供給源と前記酸素供給源が、前記吸気マニホールドと流体連通して、酸素を、前記吸込マニホルドを介して、前記燃焼室に提供する水素供給源および酸素供給源と、
水と５−４０％の水溶性可燃性物質からなる非化石燃料を提供するように構成された燃料供給源と、
前記燃料供給源から前記燃焼室に前記燃料を選択的に引き渡すように構成された燃料インゼクタと、
前記少なくとも１つのシリンダ内の少なくとも１つのピストンであって、前記少なくとも１つのシリンダ内で移動して、前記燃焼室内で前記水素、酸素、および前記燃料を一緒に１０：１から４０：１の範囲内の圧縮比で圧縮するように構成された少なくとも１つのピストンと、
前記燃焼室内で前記圧縮した水素、酸素、および燃料に点火して出力を生成するように構成された点火装置と、を備える。
また、本発明の一態様に係る内燃機関は、
前記水素供給源が、インゼクタを介して前記燃焼室と選択的に流体連通するように構成されている。
また、本発明の一態様に係る内燃機関は、
前記圧縮した水素、酸素、および燃料が、体積にして１／２％−１０％の水素を含む。
また、本発明の一態様に係る内燃機関は、
さらに、前記燃焼室と流体連通する、前記水素、酸素、および燃料を受け取って混合するように構成された混合室を備える。
また、本発明の一態様に係る内燃機関は、
前記ピストン、シリンダ、およびヘッドが、３０：１の圧縮比を生成するように構成されている。
本発明の一態様に係る非化石燃料式内燃機関を使用して出力を生成する方法は、
非化石燃料式内燃機関を使用して出力を生成する方法であって、
水素と酸素を前記内燃機関の燃焼室に導入するステップと、
水と５−４０％の水溶性可燃性物質のみからなる非化石燃料を前記燃焼室に導入するステップと、
前記燃焼室内においてピストンを用いて、前記水素、酸素、および前記燃料を１０：１から４０：１の範囲内の圧縮比で圧縮するステップと、
前記燃焼室内の前記圧縮した水素、酸素、および燃料に点火して出力を生成するステップと、を含む。
また、本発明の一態様に係る非化石燃料式内燃機関を使用して出力を生成する方法は、
前記導入するステップの前に前記水素、酸素、および燃料を混合室内において混合するステップを含む。
また、本発明の一態様に係る非化石燃料式内燃機関を使用して出力を生成する方法は、
前記圧縮するステップが、前記燃焼室の内容物を１０：１から４０：１の範囲内の圧縮比で圧縮するステップを含む。
また、本発明の一態様に係る非化石燃料式内燃機関を使用して出力を生成する方法は、
前記燃料が、前記燃焼室内に周囲温度で導入される。
また、本発明の一態様に係る非化石燃料式内燃機関を使用して出力を生成する方法は、
前記水素が、前記燃焼室内に周囲温度で導入される。
また、本発明の一態様に係る非化石燃料式内燃機関を使用して出力を生成する方法は、
前記燃料が、前記燃焼室内に２００−３０００  ＰＳＩの範囲内の圧力で注入される。
また、本発明の一態様に係る非化石燃料式内燃機関を使用して出力を生成する方法は、
前記導入するステップが、前記水素を前記燃焼室内に注入するステップと、吸込マニホルドを介して前記酸素を前記燃焼室内に導入することを含む前記酸素を前記燃焼室内に導入するステップを含む。
本発明の一態様に係る車両は、
非化石燃料だけで使用する内燃機関を有する車両であって、前記内燃機関が、
燃焼室を有する少なくとも１つのシリンダと、
水素を提供するように構成された水素供給源と、酸素を提供するように構成された酸素供給源とであって、前記水素供給源と前記酸素供給源が、前記少なくとも１つのシリンダと流体連通して、水素と酸素を前記燃焼室に提供する水素供給源および酸素供給源と、
水と５−４０％の水溶性可燃性物質のみからなる非化石燃料を提供するように構成された燃料供給源と、
前記燃料供給源から前記燃焼室に前記燃料を選択的に引き渡すように構成された燃料インゼクタと、
前記少なくとも１つのシリンダ内の少なくとも１つのピストンであって、前記少なくとも１つのシリンダ内で移動して、前記燃焼室内で前記水素、酸素、および前記燃料を一緒に１０：１から４０：１の範囲内の圧縮比で圧縮するように構成された少なくとも１つのピストンと、
前記燃焼室内で前記圧縮した水素、酸素、および燃料に点火して出力を生成するように構成された点火装置と、を備える。
また、本発明の一態様に係る車両は、
前記水素供給源が、第２のインゼクタを介して前記燃焼室と選択的に流体連通するように構成され、前記酸素供給源が吸込マニホルドを介して前記燃焼室と選択的に流体連通するように構成されている。
また、本発明の一態様に係る車両は、
前記圧縮した水素、酸素、および燃料が、体積にして１／２％−１０％の水素を含む。
また、本発明の一態様に係る車両は、
さらに、前記燃焼室と流体連通する、前記水素、酸素、および燃料を受け取って混合するように構成された混合室を備える。
また、本発明の一態様に係る車両は、
前記ピストン、シリンダ、およびヘッドが、３０：１の圧縮比を生成するように構成されている。
要するに、内燃機関は、概略従来方式で往復運動ピストンによって画定されるような可変体積を有する燃焼室を有するシリンダを含む。最初に、水素と空気が、燃焼室に送り込まれる。次に、液体の微小滴の形の燃料が、圧縮燃焼室に注入される。次に、得られた液体／ガス混合物が、極めて高圧に圧縮され、これにより温度が上昇し、点火装置が燃焼を引き起こす。燃焼の結果、高温の加圧されたガスが生じ、これによりピストンが動き出力を生成する。有利には、燃料は、実質的に水と可燃性物質とから成る。可燃性物質は、水に溶けるアルコール、アセトン、アルデヒド又は他の可燃性で好ましくは非化石物質である。（非化石という用語は、油や天然ガスなどの化石系の再生不可能材料から実質的に得られず再生可能資源から得られる燃料を指す）。燃料は、体積によって約１０〜４０％の可燃性物質を含むことが好ましい。
【０００９】
本明細書で述べるシステム及び方法は、ロータリーエンジンやジェットエンジンなどの任意のエンジンに適応することができ、本発明の基本原理を実現するためにエンジンを使用できる限りピストン式に限定されない。この基本原理は、（１）水素と空気を水と可燃性水溶性燃料の溶液と混合すること、（２）混合物を高圧に圧縮して燃焼室内で高温で極めて爆発性の混合物を作成すること、（３）爆発性混合物に点火して、そのようなガスを急激な膨張と流れの形成を引き起こし、それにより機械出力が生成されることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料を構成するＨ２、空気及び水溶液が、エンジンの燃焼室内に直接導入され、Ｈ２と空気が共通吸込口から導入される本発明の第１の実施形態を示す。
【図２Ａ】本発明により構成された内燃機関の幾つかの要素の断面図と側面図である。
【図２Ｂ】本発明により構成された内燃機関の幾つかの要素の断面図と側面図である。
【図３】爆発前に最初に材料が混合室内で混合される第２の実施形態を示す図である。
【図４】空気が吸込マニホルドを介して導入され、Ｈ２が噴射によって圧縮室に直接導入される本発明の第３の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明による構成されたエンジン１００を示す。エンジンは、リンク機構１４を介してシャフト（図示せず）を駆動する往復運動ピストン１２と共にシリンダ１０を含む。例えば、実験エンジン１００は、市販されている汎用の４００ｃｃディーゼルエンジンを改良することによって、発明者によって構成された。エンジン１００は、更に、吸気口２８とバタフライ型調整弁３０とを有する従来の吸気口マニホルド２６、吸気弁６４、排気弁６６、排気マニホルド７０及び燃料インゼクタ４８を含む。
【００１２】
従来の４サイクルディーゼルエンジンでは、空気は、ピストン１２の下降中にマニホルド２６を通ってシリンダ１０の燃焼室５０内に吸い込まれる。次に、吸気弁６４が閉じ、ピストン１２が上昇し、ディーゼル燃料が、インゼクタ４８によって燃焼室５０に注入される。ピストン１２は、空気と燃料の混合物を圧縮し、燃焼が起こる。次に、ピストン１２が下降してシャフトを駆動し、再び上昇して、排気弁６６が開き、残留ガスを排気マニホルド７０を介して排出する。
【００１３】
改良されたエンジン１００は、更に、水素供給源２０を含む。一実施形態では、供給源２０は、電気分解プロセスを使用して水から化学量論的Ｈ２／Ｏ２ガス混合物（本明細書でブラウンガスと呼ばれる）を生成する反応器として実現される。そのようなプロセスの一例は、米国特許出願公報２０１０／０１２２９０２号及び２０１１／０２０３９７７号により詳細に記載されている。ブラウンガスは、管２２と弁２４を介して吸込マニホルド２６に供給される。吸込マニホルドに導入されたブラウンガスの量は、空気（実質的に酸素も含む）の量と比べてきわめて少ないので、ブラウンガスからの酸素はごくわずかであり無視できることを理解されたい。実際に、ブラウンガス発生装置は、水素の供給源として使用される。ブラウンガス発生装置の代替として他の型の水素発生器を使用できることは明らかである。
【００１４】
吸込マニホルド２６は、また、吸気口２８を介して周囲空気を受け取り、後で詳細に述べるように、燃焼室２６に流れ込む空気の量は、弁３０によって制御される。
【００１５】
エンジン１００は、更に、燃料４２を保持する燃料タンク４０を含む。燃料４２は、管４４を介して、ポンプ４３によって燃料インゼクタ４８に提供される。
【００１６】
燃料タンク内の燃料は、実質的に、水と、水に溶ける可燃性物質とからなる。より具体的には、可燃性物質は、水に体積で３０％溶けなければならないと考えられる。可燃性物質は、アルコール、アセトン、アルデヒドや他の類似物、好ましくは非化石物質又はこれらの混合物を含みうる。好ましい実施形態では、可燃性物質は、イソプロピルアルコール、イソブタノール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、エチルアルコール、メチルアルコール、又はそのようなアルコールの混合物から選択されたアルコールである。
【００１７】
あるいは、可燃性物質は、それについてホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド、シンナムアルデヒド、トルアルデヒド，フルフラール、レチナールデヒド、グリオキサール、マロンジアルデヒド、サクシンジアルデヒド、グルタルアルデヒド、フタルアルデヒド又はこれらの混合物のうちの１つである。
【００１８】
可燃性物質の濃度は、５〜４０％、好ましくは１０〜３５％の範囲でよい。発明者は、特に、約７０％の水と３０％イソプロピルアルコールの混合物が、好ましいコストと性能特性の関係を提供するという点で、特に有利であることが分かった。
【００１９】
燃料タンク４０からの燃料４２は、２００〜３，０００ｐｓｉの範囲の圧力で、ポンプ４３によって燃料インゼクタ４８に提供される。一実施形態では、燃料は、約２０００ｐｓｉの圧力で注入される。過去には、水が電気分解によってＨ２とＯ２の混合物に分離されて、次にエンジン吸気システムに供給されたシステムが提案された。そのような既知のエンジンに使用される主な燃料は、化石燃料であった。このエンジン１００では、燃料４２は、好ましくは化石成分を含まない可燃性物質の水溶性混合物である。
【００２０】
エンジン１００は、また、図示されたように燃焼室５０内に突出する点火装置６２（標準のスパークプラグなど）に電流を提供する高エネルギー点火システム６０を含む。システム６０とスパークプラグ６２は、燃料としてガソリンを使用する内燃機関に使用される従来の構成要素である。
【００２１】
タイミングコントローラ５４（典型的には、図示しないマイクロプロセッサを含む）は、入力タイミング信号と、エンジン１００の負荷を示す負荷信号とを受け取る。入力タイミング信号は、典型的には、クランク軸（図示せず）の位置から得られる。負荷信号は、エンジン１００の負荷を示し、従来技術を使用して得られる。これに応じて、タイミングコントローラは、点火装置６２、燃料インゼクタ４８、弁２４、及び空気吸気弁３０の動作を制御する出力タイミング信号を生成し、弁６４及び６６の開閉は、従来のカムシャフト（図示せず）によって制御される。
【００２２】
重要なことは、エンジン１００が、きわめて高い圧縮比で動作することである。典型的には、従来の内燃機関は、自動車レースで使用されるエンジンなどの幾つかのきわめて特殊なエンジンを除き、約１５／１〜１８／１の圧縮比で動作する。本発明は、１０／１〜４０／１の範囲、及び好ましくは２５／１〜３５／１の範囲で動作するように構成されうる。最適圧縮比は、約３０／１である。この高い圧縮比は、ピストンの上部のヘッドを燃焼室の体積を減少させるように成形することによって達成されうる。例えば、図２Ａと図２Ｂに示されたように、ピストン１２の上面に窪み７０が形成されうる。この窪みは、必要な圧縮比を提供しかつ燃料気塊５２の乱流を生成するように選択された所定のサイズ及び形状を有する。この目的のため、窪み７０は、ピストン１２がシリンダの上部の方に上昇し、燃料５２の気塊が、燃料インゼクタ４８によって放出されたときに、気塊５２が、窪みの表面の形状を使用して渦巻くように配置される。
【００２３】
本発明の一実施形態では、単一の気塊５２が、吸込サイクルごとに燃料インゼクタ４８によって放出される。代替実施形態では、使用される燃料の種類、エンジンの負荷、周囲温度などの幾つかの変数に応じて、１〜５つの気塊が放出される。２つ以上の気塊が放出された場合、最初の気塊は、燃焼点よりかなり早く放出されて、燃焼室５０内の蒸気混合物の密度を高め、他の気塊は、燃焼の直前と燃焼中にも放出される。
【００２４】
エンジン１００は、標準４サイクル内燃機関と同じように動作するが、幾つかの重要な違いがある。吸込サイクル中に、ピストン１２が下降するとき、弁３０、２４及び６４が開いて、空気とブラウンガスが燃焼室５０に入り混ざることができる。前述のように、シリンダの体積に対するブラウンガスの比率は、体積できわめて小さく（約１／２〜２％）、空気中のＯ２の量に対してブラウンガス内のＯ２の量はごくわずかであり、したがって、実際に重要なものは水素（Ｈ２）だけである。次に、圧縮サイクル中に、弁６４が閉じ、ピストン１２が上昇して燃焼室５０内のガスを圧縮する。所定の点で、例えば、典型的には約２０度のｂｔｄｃ（上死点前）で、燃料の細かい小滴の気塊５２が、燃料インゼクタ４８によって燃焼室５０に注入され、空気／Ｈ２混合物と混ざる。ピストン１２は、上昇して、更に、燃焼室５０内にきわめて爆発性の内容物を作成する極めて高い圧力と温度に圧縮する。燃焼室５０内の混合物は、燃焼室５０内の混合物を蒸気を含むきわめて高温で高圧縮されたガスに変換する燃焼を引き起こすスパークプラグ６２や他の点火装置によって点火される（典型的には上死点で）。これらのガスは、ピストン１２を従来の方法で強制的に下降させる。ピストン１２の次の上昇（排気サイクル）は、燃焼の残留物をマニホルド７０を介して排出する。これらの残留物は、ほとんど水蒸気から成る。
【００２５】
驚くべきことに、実質的に無負荷時には、吸入調整弁３０が閉じられ、したがってエンジンにごく僅かな空気（及び、きわめて少ない酸素）しか提供されないときでも、エンジン１００が２５００ｒｐｍで無期限に動作できることが分かった。圧縮及び／又は爆発段階において、燃料からの水の少なくとも一部がＨ２とＯ２に分離し、燃料に必要な酸素を提供することは明らかである。水の残りの部分は、蒸気に変化することは明らかである。
【００２６】
エンジンへの負荷が増大したとき、弁３０は開かれなければならず、他の状況では、エンジンは、減速し、運転を停止することがある。弁３０を介して導入される空気の量は、エンジンの負荷に依存し、また、見かけ上燃焼に空気が必要とされないので、負荷が増大するとき、ＲＰＭを維持しかつ負荷に対する出力を生成するためにより高いトルクが必要になり、空気は、ピストンを押し下げるときにより高い燃焼圧力を生成しより高いトルクを作り出す作用ガスとして必要とされると考えられる。
【００２７】
前述のようなエンジン１００の動作パラメータは、以下の通りである。
圧縮比３０／１。周囲温度で７０％の水と３０％のイソプロピルアルコールの燃料
標準大気圧及び周囲温度でＨ２が２〜１０Ｌ／分
周囲圧力及と温度で０〜５０Ｌ／分の空気
燃料圧力２００〜３０００ｐｓｉ
【００２８】
複数の注入が使用される場合、最初の注入即ちパイロットは、全燃料の５〜３０％からなり、残りは、燃焼サイクル中に配給される。
【００２９】
現在、爆発の際にシリンダ部分５０内で起こる厳密な現象は、完全には理解されないが、燃料混合物からの全てはない場合でも一部の水が、シリンダ内でＨ２とＯ２に分離し、燃焼室に送り込まれたＨ２／Ｏ２によってトリガする変換のためにより多くの燃料を提供すると考えられる。このプロセスは、回転ごとに体積２ｍＬのＨ２／Ｏ２ガス混合物がエンジンに提供されたときにうまく作用したことが分かった。エンジンは、４００ｍｌ（又は、４００ｃｃ）エンジンなので、回転ごとに提供されるＨ２／Ｏ２の量は、体積で１／２〜２％のＨ２である。
【００３０】
前述したように、燃料は、水と可燃性液体物質の溶液であることが好ましい。更に、燃焼中の高圧時の水の導電率を高め、それにより水のＨ２／Ｏ２への分離に役立つ非腐食性材料などの添加物を加えることができる。
【００３１】
示した技術は、通常ピストン又はロータリーエンジンに加えて、複合シリンダにも容易に適用することができ、本発明は、タービン及びジェットエンジン用に開発されうる。
【００３２】
例えば、ディーゼル式エンジンの変換はかなり単純であり、点火装置、高出力点火システム、ピストンの形状及び燃焼室を導入して適切な圧縮比を可能にするようにヘッドが改良され、かなり小さいＨ２／Ｏ２反応器（又は、他のＨ２供給源）が追加されるだけでよく、この解決策は、市場に導入するのに安価で単純になる。
【００３３】
水が実際に任意の燃料補給所で入手可能なので、主要インフラストラクチャの作成は不要である。可燃性物質は、清浄水と自動的に混合されて車両の燃料タンクに供給されうる。
【００３４】
図３は、別の実施形態を示す。この実施形態では、エンジン２００は、エンジン１００とよく似ている。違いは、シリンダ部分５０と連通したシリンダ１０の上部に新しい混合室２１０が提供され、そこで燃焼が起こることである。Ｈ２／Ｏ２の混合物は、第２のインゼクタ２２０によってこの混合室２１０（燃焼室５０へではなく）に供給される。したがって、混合室２１０は、燃料混合物４２及びＨ２／Ｏ２混合物の両方を受け取る。これらの材料は、互いに混ざり、必要なときにチャネル２３０を通って部分５０に吸収される。
【００３５】
図４は、別の実施形態３００を示す。この実施形態では、水燃料混合物とＨ２／Ｏ２混合物は両方とも、燃焼室に直接供給される。
【００３６】
換言すると、Ｈ２／Ｏ２混合物は、エンジンに、３つの異なる方法、即ちマニホルド、混合室、又は燃焼室自体に供給されうる。
【００３７】
本発明は、幾つかの利点を有する。第１に、燃料として、再生不可能な化石物質に依存する代わりに、市販の再生可能な物質を利用する。本発明は、化石系燃料で使用するよりも効率的な類似のエンジンであり、より多くの出力を生成できると考えられる。第３に、エンジンに行なわれた実験において、エンジンからの排気がきわめて清浄であり、最小限の汚染しか観察されず、非換気領域でも目に見える煙がなく、発明者は呼吸が困難と感じなかった。
【００３８】
添付の特許請求の範囲に定義されたような本発明の範囲から逸脱することなく、本発明に多数の変更が行われうる。
＜付記＞
（１）非化石燃料だけで使用するエンジン（内燃機関）であって、
燃焼室を有する少なくとも１つのシリンダと、
前記燃焼室と選択的に流体連通する吸込マニホルドと、
水素を提供するように構成された水素供給源と、空気を提供するように構成された空気吸込とであって、前記水素供給源と前記空気吸込が前記吸込マニホルドと流体連通して、前記水素と空気を前記燃焼シリンダに前記吸込マニホルドを通じて提供する水素供給源と空気吸込と、
基本的に水と５−４０％の水溶性可燃性物質からなる非化石燃料だけを提供するように構成された燃料供給源と、
前記燃料供給源から前記燃焼室に前記燃料を選択的に注入するように構成された燃料インゼクタと、
前記少なくとも１つのシリンダ内の少なくとも１つのピストンであって、前記少なくとも１つのシリンダ内で移動して、前記燃焼室内で前記水素、空気、および燃料を一緒に圧縮するように構成された少なくとも１つのピストンと、
前記燃焼室内で前記圧縮した水素、空気、および燃料に点火して出力を生成するように構成された点火装置と、を備えるエンジン（内燃機関）。
（２）前記燃料が、前記燃焼室内に２００−３０００  ＰＳＩの範囲内の圧力で注入される、上記（１）に記載のエンジン（内燃機関）。
（３）前記燃料が、前記燃焼室内に周囲温度で注入される、上記（１）に記載のエンジン（内燃機関）。
（４）前記水素が、前記燃焼室内に周囲温度で導入される、上記（１）に記載のエンジン（内燃機関）。
（５）前記水素供給源が、インゼクタを介して前記燃焼室と選択的に流体連通するように構成され、前記空気吸込が、前記吸込マニホルドを介して前記燃焼室と選択的に流体連通するように構成された、上記（１）に記載のエンジン（内燃機関）。
（６）前記水溶性可燃性物質が、アルコールであり、好ましくは前記アルコールをイソプロピルアルコールとし得る、上記（１）に記載のエンジン（内燃機関）。
（７）前記燃焼室内の前記圧縮した水素、空気、および燃料が、体積にして約１／２％−２．０％の水素を含む、上記（１）に記載のエンジン（内燃機関）。
（８）非化石燃料式エンジン（内燃機関）を使用して出力を生成する方法であって、
水素と空気を前記エンジン（内燃機関）の燃焼室に導入するステップであって、前記水素と前記空気を前記燃焼室内に吸込マニホルドを介して導入することを含む、導入するステップと、
基本的に水と５−４０％の水溶性可燃性物質からなる非化石燃料を前記燃焼室に、燃料インゼクタを使用して導入するステップと、
前記燃焼室内においてピストンを用いて、前記水素、空気、および前記燃料を圧縮するステップであって、それにおいて前記圧縮した水素、空気、および燃料が、体積にして約１／２％−２．０％の水素を含む、圧縮するステップと、
前記燃焼室内の前記圧縮した水素、空気、および燃料に点火し、高温圧縮ガスを作り出して出力を生成するステップと、を含む方法。
（９）前記非化石燃料を導入するステップが、前記燃料を前記燃焼室内に２００−３０００  ＰＳＩの範囲内の圧力で注入するステップを含む、上記（８）に記載の方法。
（１０）前記導入するステップの前に前記水素および燃料を混合室内において混合するステップを含む、上記（８）に記載の方法。
（１１）前記非化石燃料を導入するステップが、前記燃料を前記燃焼室内に周囲温度で注入するステップを含む、上記（８）に記載の方法。
（１２）前記水溶性可燃性物質が、アルコールであり、好ましくは前記アルコールをイソプロピルアルコールとする、上記（８）に記載の方法。
（１３）前記水素を導入するステップが、前記水素を前記燃焼室内に周囲温度で注入するステップを含む、上記（８）に記載の方法。
（１４）前記アルコールが、イソプロピルアルコールを含み、それにおいて前記非化石燃料を導入するステップが、前記燃料を前記燃焼室内に周囲温度で注入するステップを含み、さらにそれにおいて、前記水素を導入するステップが、前記水素を前記燃焼室内に周囲温度で注入するステップを含む、上記（８）に記載の方法。
（１５）前記水素および前記燃料を前記燃焼室内に周囲温度で導入するステップに先行して、前記水素および燃料を混合室内において混合するステップを含む、上記（８）に記載の方法。
（１６）車両であって、
非化石燃料だけで使用するエンジン（内燃機関）であって、
燃焼室を有する少なくとも１つのシリンダと、
前記燃焼室と選択的に流体連通する吸込マニホルドと、
水素を提供するように構成された水素供給源と、空気を提供するように構成された空気吸込とであって、前記水素供給源と前記空気吸込が前記吸込マニホルドと流体連通して、前記水素と前記空気を前記燃焼シリンダに前記吸込マニホルドを通じて提供する水素供給源と空気吸込と、
基本的に水と３０％  ５−４０％の水溶性可燃性物質からなる燃料を提供するように構成された燃料供給源と、
前記燃料供給源から前記燃焼室に前記燃料を選択的に注入するように構成された燃料インゼクタと、
前記少なくとも１つのシリンダ内で移動して、前記燃焼室内で前記水素、空気、および前記燃料を一緒に圧縮するように構成された前記少なくとも１つのシリンダ内の少なくとも１つのピストンであって、前記圧縮した水素、空気、および燃料が、体積にして約１／２％−２．０％の水素を含むものとする、少なくとも１つのピストンと、
前記燃焼室内で前記圧縮した水素、酸素、および燃料に点火して出力を生成するように構成された点火装置と、を備えるエンジン（内燃機関）を有する車両。
（１７）前記燃料が、前記燃焼室内に２００−３０００  ＰＳＩの範囲内の圧力で注入される、上記（１６）に記載の車両。
（１８）前記燃料が、前記燃焼室内に周囲温度で注入される、上記（１７）に記載の車両。
（１９）前記水素が、前記燃焼室内に周囲温度で導入される、上記（１８）に記載の車両。
（２０）前記水素供給源が、インゼクタを介して前記燃焼室と選択的に流体連通するように構成され、前記空気吸込が、前記吸込マニホルドを介して前記燃焼室と選択的に流体連通するように構成された、上記（１７）に記載の車両。
（２１）前記水溶性可燃性物質が、アルコールであり、好ましくは前記アルコールをイソプロピルアルコールとする、上記（２０）に記載の車両。
（２２）前記非化石燃料が、７０％の水と３０％の水溶性可燃性物質を含む、上記（１）に記載のエンジン（内燃機関）。
（２３）前記非化石燃料が、７０％の水と３０％のイソプロピルアルコールを含む、上記（８）に記載のエンジン（内燃機関）。
（２４）前記非化石燃料が、７０％の水と３０％の水溶性可燃性物質を含む、上記（８）に記載の方法。
（２５）前記非化石燃料が、７０％の水と３０％のイソプロピルアルコールを含む、上記（１２）に記載の方法。
（２６）前記非化石燃料が、７０％の水と３０％の水溶性可燃性物質を含む、上記（１６）に記載の車両。
（２７）前記非化石燃料が、７０％の水と３０％のイソプロピルアルコールを含む、上記（２１）に記載の車両。
（２８）非化石燃料だけで使用するように構成されたエンジン（内燃機関）のための非化石燃料であって、
水と５％乃至４０％の範囲内のアルコールを含む燃料。
（２９）前記アルコールが、イソプロピルアルコール、イソブタノール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、エチルアルコール、メチルアルコール、またはこれらのアルコールの混合物から選択したアルコールである、上記（２８）に記載の燃料。
（３０）前記アルコールが、イソプロピルアルコールである、上記（２９）に記載の燃料。
（３１）前記アルコールが、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド、シンナムアルデヒド、トルアルデヒド、フルフラール、レチンアルデヒド、グリオキサール、マロンジアルデヒド、コハク酸アルデヒド、グルタルアルデヒド、フタルアルデヒド、またはこれらの混合物のうちの１つである、上記（２８）に記載の燃料。
（３２）前記アルコールの濃度が、５％−４０％の範囲内である、上記（２８）に記載の燃料。
（３３）前記アルコールの濃度が、１０％−３５％の範囲内である、上記（２８）に記載の燃料。
（３４）可燃性燃料であって、
水とアルコールから形成される非化石液体燃料混合物、水素ガス及び酸素ガスを含む、可燃性燃料。
（３５）前記非化石液体燃料は、７０％の水と３０％のアルコールを含む、上記（３４）に記載の可燃性燃料。
（３６）前記アルコールが、イソプロピルアルコール、イソブタノール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、エチルアルコール、メチルアルコール、またはこれらのアルコールの混合物から選択したアルコールである、上記（３４）に記載の可燃性燃料。
（３７）前記アルコールが、イソプロピルアルコールである、上記（３６）に記載の可燃性燃料。
（３８）前記アルコールが、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド、シンナムアルデヒド、トルアルデヒド、フルフラール、レチンアルデヒド、グリオキサール、マロンジアルデヒド、コハク酸アルデヒド、グルタルアルデヒド、フタルアルデヒド、またはこれらの混合物のうちの１つである、上記（３４）に記載の可燃性燃料。
（３９）前記アルコールの濃度が、５％−４０％の範囲内である、上記（３４）に記載の可燃性燃料。
（４０）前記アルコールの濃度が、１０％−３５％の範囲内である、上記（３４）に記載の可燃性燃料。
【符号の説明】
【００３９】
１０  シリンダ
１２  ピストン
１４  リンク機構
２０  水素供給源
２６  マニホルド
２８  吸気口
３０  調整弁
４０  燃料タンク
４２  燃料
４３  ポンプ
４８  燃料インゼクタ
５０  燃焼室
６４  吸気弁
６６  排気弁
７０  排気マニホルド
１００  エンジン