Hybridmotor

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Hybridmotor=

Bezeichnung: Kombinierter Verbrennungsmotor und Verfah= ren zur Reduktion des Wasserstoffes aus Wasser

(Offenlegungsschrift)

DE 10 2006 010 302 A1 207.10.04 = &nb= sp; =

F02M 25/12 (2006.01)<= o:p>

F02B 75/40 (2006.01)<= o:p>

Aktenzeichen: 10 206 010 302.5

Anmeldetag: 07.03.2006

Offenlegungstag: 04.10.2007

Anmelder: Schreiner David, Dipl.-Ing, (FH), 66957, Ruppertsweiler, De

<= /o:p>

Zusammenfassung<= /o:p>

&nb= sp; Kombiniert= er Verbrennungsmotor (s. Figur) und Verfahren zur Reduktion des Wasserstoffes = aus Wasser. Bisher wurde der Wasserstoff aus Wassers im Generatorzylinder des Motors unter Temperaturen = 300 ^o C und ohne Katalysator reduziert, was den Reduktionsprozess nicht vollständig durchgeführt hat. Der neue Verbrennungsmotor und Verfahren sollen bei höheren Temperaturen und Katalysatoranwesenheit d= en Wasserstoff des Wassers vollständig reduzieren.

&= nbsp; Zu diesem Zweck wird ein Verfahren mit zweistufiger Reduktion des Wasserstoffes aus Wasser im Verbrennungsmotor (1) durchgeführt, wobei das Kraftstoff-Wasser-Gemisch zunächst in der Evaporationskammer (41) bis = 500 ^o C erhitzt wird, dabei wird bei Katalysatoranwesenheit der Wasserstoff des Wassers teilweise reduziert und nachfolgend in der Brennkammer (20) des Generatorzylinders (5) das Gemisch weiter bis 600 ^o C erhitzt, verdichtet und schließlich entzündet, dabei wird der Wasserstoff= des Wassers bei Anwesenheit des Katalysators (35) vollständig reduziert; <= /span>die Reaktionsprodukte werden bei geöffnetem Ventil (23) in den Arbeitszylinder (3) eingeleitet, hier mit Atmosphärenluft vermischt und im Verdichtungstakt verdichtet, anschließend verbrannt und im Auspufftakt ausgestoßen.

&= nbsp; Ein zur Durchführung des Verfahrens geeigneter Verbrennungsmotor (1) besit= zt einen Generatorzylinder (5) und mindestens zwei Arbeitszylinder (3, 4), die mit Kolben (8, 6, 7), einem Zylinderkopf (17) s= owie konventionell gesteuerten Einlass- und Auslassventilen (23, 24; 70, 71; 32 = und 33) ausgestattet sind, und die Kolben (8, 6, 7) über Pleuelstangen (16, 14, 15) mit einer gemeinsamen Kurbelwelle (9) <= /span>verbunden sind, auf der die geometrische Anordnung der Kurbelzapfen (10, 11, 12) auf 180 ⁰ ein Kurbelzapfen auf den anderen folg= t; ein Luftzufuhrsystem mit einem Luftfilter (61) = und Ansaugkrümmer (48) mit einem gesteuerten normalgeschlossenen elektromagnetischen Ventil (56= ) und ein Kraftstoffzufuhrsystem mit einer doppelwandigen Evaporationskammer (41) mit Rippen (45) und Einspritzdü= sen (50, 51, 52) für hochviskoses Kraftstoff, Wasser und für niedrigviskoses Anlasskraftstoff.

&= nbsp; Der Vorteil eines solchen Verfahrens und eines solchen Verbrennungsmotors liegt= im höheren Wirkungsgrad, was zu niedrigerem Kraftstoffverbrauch und geringerer Umweltbelastung führt.

&= nbsp; Hierzu folgt eine Zeichnung

&nbs= p;

Beschreibung

&nbs= p;

[0001] Die Erfindung betrifft einen kombinierter Verbrennungsmotor und Verfahren zur Reduktion des Wasserstoffes aus Wasser und gehört zum Maschinenbau, zwar zum Motorbau mit der Benutzung ergänzlicher und unergänzlicher kohlenwasserstoffhaltig= en Kraftstoffen und Wasser gemäß den Merkmalen der Schutzansprü= ;che 1-9.

&nbs= p;

Stand der Technik<= /p>

&nbs= p;

[0002] Bei einem kombinierten Verbrennung= smotor handelt es sich regelmäßig um eine Kraftmaschine, die aus einer Kolbenmaschine und einer Gasturbine besteht. Der bevorzugte Motor bestehet mind= estem aus zwei Verbrennungsmotoren: einen Zylinder, in dem ein Wärme- und Reduktionsprozess nach 360 ⁰ (Zweitaktmotor) durchgeführt w= ird, und zwei Zylindern, in denen ein Wärme- und Verbrennungsprozess nach d= er Rotation der Kurbelwelle von 720 ⁰ (Viertaktmotor) ablaufen. Die Arbeitsleistung auf einer Kurbelwelle erfolgt durch Nutzung des Gasdrucks, = der bei Reduktions- und Verbrennungsprozessen in den drei Zylindern entsteht.

&nbs= p;

[0003] Bekannt ist die Benutzung des Wass= ers in den Verbrennungsmotoren als Brennstoffzusatz (Verlag WA SU, 1962, 216 S). D= ie Wasserhinzufügung (7-10 %) zum Kraftstoff-Luft-Gemisch senkt die Maximaltemperatur des Brennprozesses. Die Bildungsverhältnisse der Stickstoffoxiden (N_xO_y) (Techn. Arbeitstagung, Hohenh= eim, 1992) verschlechtern sich, die Oktanzahl des Brennstoffes wird auf 5-7 Einh= eiten erhöht, bei den Dieselmotoren wird das Geräusch vermindert (Verlag Ukr. SU, B 2, 198-218 S.). Die zur Verfügung stehenden Daten der Auswirkung des Wasserzusatzes auf die Leistungsfähigkeit und Ökon= omie des Motors sind widersprüchlich.

[0004] In der Vergangenheit (Su; Transpor= t; 1962; S. 216) wurde in Verbrennungsmotoren dem Kraftstoff Wasser beigemischt. Das damit verf= olgte Ziel war nicht Wasserstoff zu gewinnen,&nb= sp; sondern einer übermäßigen Wärmeentwicklung vorzubeugen, die andernfalls zu einer thermischen Überbeanspruchung der damals verwendeten Materialien geführt hätte.

[0005] Bekannt ist die Benutzung der Wasser-Brennstoff-Emulsion in den Otto- und Dieselmotoren. Bei Ottomotoren konnte man den Verdichtungsgrad des Motors erhöhen, was seine Leistungsfähigkeit und ökonomische Daten verbessert (SU; Transpor= t; 1975; S. 78). Wegen der Verringerung der&n= bsp; Extremtemperatur des Verbrennungsprozesses hat man bei dem Dieselmot= or wesentliche Verringerung der Stickstoffoxiden (N_xO_y) erreicht (SAE; 1978; 780224).= Als Mängel der Wasser-Brennstoff-Emulsion kann man ihre geringe physikalis= che und chemische Stabilität nennen.

[0006] Zu= m ersten Mal wurde das Wasser als Oxidiermittel im Konversionsgenerator zur Konversi= on des Kraftstoffes benutzt (AE; 1974; Nr.10; pp. 52-56). In diesem Generator wurde der kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoff unter Sauerstoffmangel verbra= nnt, dann wurde das Kohlenoxid (CO) im Wasserdampf zum Kohlendioxid (CO_{2)
oxydiert und der Wasserstoff des Wassers als Wasserstoff (H₂)
reduziert, das gebildete wasserstoffhaltige Gas wurde abgekühlt und da=
nn
in die Zylinder des Motors angesaugt. Ähnlicher Konversionsgenerator w=
urde
in das Auto “Chevrolet” (Bj.1973) eingebaut (AE; 1974; Nr.8;
pp.42-50). Es wurden bei der Prüfung positive Ergebnisse der
leistungsfähigen, ökonomischen und ökologischen Daten erreic=
ht.
Mangelhaft ist, dass das Auto mit einem zusätzlichen
feuergefährlichen und komplizierten Konversionsgenerator ausgestattet
wird.}

&nbs= p;

[0007] Ausgangspunkt für die vorlege= nde Erfindung bildet das deutsche Patent De Nr. 102 14 987 F02B 75/40, das ein Verfahren und einen Verbrennungsmotor zum Erzeugen von Bewegungsenergie aus kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen und Wasser betrifft, wobei in einer zweistufigen Verbrennung zunächst in einer ersten Brennkammer unter Sauerstoffabwesenheit Wasser und kohlenwasserstoffhaltiger Kraftstoff verbr= annt wird und nachfolgend in einer weiteren Brennkammer die Reaktionsprodukte aus der ersten Brennkammer mit Sauerstoff verbrannt werden. Zu diesem Zweck bes= itzt der Motor mindestens zwei Zylinder: Generator- und Arbeitszylinder, die mit Kolben und Zylinderkopf, sowie konventionell gesteuerten Einlass- und Auslassventilen ausgestattet sind,= und Kolben, die über Pleuelstangen mit einer gemeinsamen Kurbelwelle verbu= nden sind, die die Relativbewegungen der Kolben zueinander steuert, und ein Kraftstoffzufuhrsystem mit einer Evaporationskammer, mit mindestens einer Düse zum Einspritzen von Kraftstoff und Wasser in die Evaporationskamm= er und mit einer Verbindungsleitung zwischen der Evaporationskammer und dem Einlassventil des Generatorzylinders und einer Verteilung, die das Auslassventil des Generatorzylinders mit dem Einlassventil des Arbeitszylin= ders verbindet und eine Zufuhrleitung für Luft.

[0008] Der Prototyp hat folgende Nachteil= e:

erhö= hter schwankender Drehmoment auf der Kurbelwelle des Motors, weil die frei geset= zte Wärme im Generatorzylinder geringer ist, als im Arbeitszylinder und von der Wärmeübertragung des Abgases abhängig ist;

die Konst= ruktion des Einlasskrummeres ist komplizierter geworden wegen des Vorhandenseins des Kühlsystems und eines elektromagnetischen Ventils jedes Arbeitszylinde= rs;

eine Einr= ichtung für Zufuhr der Atmosphärenluft in die Evaporationskammer ist nicht vorgesehen, was zu schwerwiegendem Anlassproblem führt und erschwert die Erwärmung des Motors bei niedrigen Temperaturen;

die Konst= ruktion der Evaporationskammer kann nicht die entsprechende Wärme zur Erhitzung des Kraftstoff-Wasser-Gemisches übertragen, was den Reduktionsprozess = des Wasserstoffes aus dem Wasser verringert.

&nbs= p;

Aufgabenstellung

[0009] Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, den aus dem deutschen Patent De Nr. 102 14 987 F02B 75/40 bekannten Verbrennungsm= otor hinsichtlich seines Wirkungsgrades, seine Konstruktion weiter zu entwickeln= .

&nbs= p;

[0010] Diese Aufgabe wird durch einen kombinierten Verbrennungsmotor und ein Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen erge= ben sich aus den Unteransprüchen 2-8.

&nbs= p;

[0011] Gemäß der Erfindung fin= det in der Evaporationskammer des Motors die erste Stufe der Oxidation-Reduktion-Reaktion zwischen dem kohlenhaltigen Kraftstoff und Was= ser bei Katalysatoranwesenheit und Wärmezufuhr von Abgasen statt und dann werden die gebildeten Reaktionsprodukte in die Brennkammer des Generatorzylinders, wo bei Katalysatoranwesenheit und weiterer Wärmezu= fuhr von Abgasen nach 360 ^{o <=
/sup>der
Kurbelwellerotation (Zweitaktprozess) die Reduktion des Wasserstoffes
weitergeführt wird. Die Anwesenheit des Katalysators bei der Reaktion =
und
die übermäßige Wärmezufuhr von Abgasen gewährleis=
ten
eine hohe Kapazität der
Reduktion von Wasserstoff (H₂) des Wassers und setzt
zusätzliche Wärmeenergie frei, die man in mechanische Arbeit auf =
der
Kurbelwelle umwandeln kann.}

&nbs= p;

[0012] Die Versorgung des Generatorzylind= ers mit Zweitaktprozess, der zwei Arbeitszylinder mit Viertaktprozess und die Anordnung der Kurbelzapfen auf der Kurbelwelle von 180 ⁰ ein Kurbelzapfen auf den anderen gewährleistet gleichgewichtige Verteilung= der wasserstoffhaltigen Reduktionsprodukte in den Arbeitszylinder, was die Vibration und das Geräusch des Motors verringert, und gleichzeitig die Konstruktion des Ansaugkrummers vereinfacht.

&nbs= p;

[0013] Das Vorhandensein eines Wärmeaustauschers mit Katalysator-Beschichtung in der Brennkammer des Generatorzylinders und die Auspuffverbindung der Arbeitszylinder mit dem Wärmetauscher und dem Generatorzylinder durch Kanäle und gesteuer= te Ventile sorgt dafür, dass die Wärmeübertragung zwischen Wänden und dem Kraftstoff-Wasser-Gemisch effektiv durchgeführt wi= rd. Diese günstigen Voraussetzungen in dem Generatorzylinder führen zu höherer Kapazität der Wasserstoffreduktion des Wassers und setzen zusätzlich Wärmeenergie frei.

&nbs= p;

[0014] Ein weiterer Vorteil der Erfindung= ist die doppelwändige monolithe Evaporationskammer mit Rippen und Katalysatorbeschichtung, zwischen deren Wänden die Abgase des Motors durchgeführt werden, die die Evaporationskammer so erhitzen, dass schon hier der eingespritzte Kraftstoff und das Wasser verdammt wird, es bildet s= ich eine Homogenmischung, und die Oxidation-Reduktion-Reaktion fängt an, d= ie dann in höherer Geschwindigkeit im Generatorzylinder bei Vorhandensein= des Katalysators optimal fortgesetzt wird.

&nbs= p;

[0015] Vorzugsweise sind die zusätzliche Einspritzdüse für niedrigviskose Kraftstoffe (z.= B. Benzin) und das automatische Ventil für die Zufuhr der Atmosphärenluft in die Evaporationskammer, die nur beim Anlass und Erwärmung des kalten Motors funktionieren. Das Luftventil und die Einspritzdüse sorgen dafür, dass auch der Generatorzylinder mit Kraftstoff-Luft-Gemisch versorgt wird, was den Start des kalten Motors erleichtert.

&nbs= p;

Ausführungsbeispiel<= /span>

&nbs= p;

[0016] Die Erfindung wird nachstehend anh= and eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläute= rt. Das Ausführungsbeispiel betrifft einen Ottomotor, ohne dabei die Erfin= dung auf diesen einzuschränken. Die nachfolgenden Ausführungen lassen = sich beispielsweise ohne weiteres auch auf Dieselmotoren übertragen.

&nbs= p;

[0017] Es zeigen:<= /span>

&nbs= p;

[0018] Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors im Längsschnitt (im Ansaugtakt des Generatorzylinders und des linken Arbeitszylinders);

&nbs= p;

[0019] Fig. 2 einen Längsschnitt während des Ansaugtakt= es des Generatorzylinders und des rechten Arbeitszylinders ;=

[0020] Fig. 3 einen Längsschnitt durch den i= n Fig. 1; 2 dargestellten Zylinderkopf während des Auspufftaktes des rechten Arbeitszylinders;

&nbs= p;

[0021] Fig. 4 eine Anordnungsdiag= ramme der Kurbelzapfen zur Steuerun= g der Zylinder des Motors;

&nbs= p;

[0022] Fig. 5 einen Querschnitt durch den in = Fig. 1; 2 dargestellten Generatorzylinder während des Ansaugtaktes;

&nbs= p;

[0023] Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Arbeitszylinder während des Ansaugtaktes und

&nbs= p;

[0024] = Fig. 7 eine Ansicht des Motors= von den Ansaug- und Auspuffkrümmern und der Evaporationskammer.=

[0025] Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 1 in Form eines Dreizylinder-Ottomotors. Die Darstellung ist s= tark vereinfacht und auf die für die Erfindung wesentlichen Komponenten beschränkt. Weitere für das Funktionieren des Motors wichtige Bestandteile, wie zum Beispiel die Zündanlage oder die Ventilsteuerung entsprechen denen konventioneller Motoren und sind deshalb der besseren Übersichtlichkeit weggelassen.

&nbs= p;

[0026] Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Motorblock 2 auf, der drei kreisförmige Zylinder 3, 4 und 5 besitzt, die parallel in Reihe hintereinander angeordnet sin= d. Der Zylinder 5 wird im wei= teren Generatorzylinder genannt, die Zylinder 3 und 4 - Arbeitszylinder. Im Generatorzylinder 5 ist ein Generatorkolben 8, in den Arbeitszylinder 3 und 4 jeweils ein Arbeitskolben 6 und 7 längsverschieblich&nbs= p; angeordnet. Unterhalb der Zylinder 3, 4 und 5 ist im Motorblock 2 eine quer zu den Zylinderl&aum= l;ngsachsen verlaufende Kurbelwelle 9 drehbar gelagert. Die Kurbelwe= lle 9 weist Kurbelzapfen 10, 11 und 12 auf, deren geometrische Anordnung auf der Kurbelwelle 9 aus Fig.= 4 hervorgeht. Bei einer durch den Pfeil 13 versinnbildlichen Rotation der Kurbelwelle 9 im Uhrzeigersinn folgt nach jeweils einer Teilrotation von 1= 80 Grad ein Kurbelzapfen auf den anderen.

&nbs= p;

[0027] Die Kurbelzapfen 10, 11 und 12 (Fig. 1) tragen jeweils das untere Ende der Pleuel 14, 15 und 16, de= ren oberes Ende wiederum mit den Kolben 6, 7 und 8 gelenkig verbunden ist. Auf diese Weise steuert die Kurbelwe= lle 9 auf bekannte Weise die Relativbewegung der Kolben 6, 7 und 8 zueinander und nimmt die im Arbeitstakt der Zylinder 3, 4 und 5 erzeu= gte Energie auf und wandelt diese in eine Rotationsbewegung um.

&nbs= p;

[0028] Die Oberseite des Zylinderblocks 2= ist von dem Zylinderkopf 17 bedeckt, der die Öffnungen der Zylinder 3, 4 u= nd 5 verschließt und bildet drei Brennkammern 18,19 und 20. Die Brennkammern 18 und 19 der Arbeitszylinder 3 und 4 sind mit Überströmkanälen 21 und 22 mit der Brennkammer 20 des Generatorzylinders 5 verbunden und an dessen Mündungen sitzen entsprechend die gesteuerten Überströmventi= le 23 und 24.

&nbs= p;

[0029] Außerdem sieht man (Fig. 3) im Zylinderkopf 17 einen Wärmeaustauscher <= span style=3D'mso-bidi-font-weight:bold'>25, der im oberen Teil Rippen 26 und Bohrungen 27 hat und mit diesem Teil in den Zylinderkopf 17 eingepress= t ist, so dass es zwischen ihm und Zylinderkopf 17 einen Raum 28 gibt. Dieser Raum 28 ist einerseits mit der Brennkammer 18= (Fig. 1), andererseits mit der Brennkammer 19 (Fig. 1) mit entsprechenden Auslasskanälen 29 und= 30 (Fig. 3) und endlich mit dem Auspuffkrümmer 31 (Fig. 7) verbunden. An den Mündungen der Auslasskanäle 29 und = 30 (Fig. 3) sind gesteuerte Auslassventile 32 und 33 vorgesehen. Der untere Teil d= es Wärmeaustauschers 25 = ist auch mit Rippen 34 ausgest= attet, seine Oberfläche mit Katalysatorstoff 35 beschichtet und während des oberen toten Punktes (OTP) des Generatorkolbens 8 dringt das untere Teil des Wärmeaustauschers 25 = in den zylinderförmigen Kolbenbodenraum 36 (Fig. 1).

&nbs= p;

[0030] Der Generatorzylinder 5 (Fig. 5) ist grundsätzlich wie beim Zweitaktmotor ausgebaut, d.h. das er am unteren Teil Bohrungen 37 hat, die sich konzentrisch auf einer Höhe nicht weit v= on dem unteren toten Punkt (UTP) des Kolbens 8 befinden und von ihm geöffnet und geschlossen werden. Die Bohrungen 37 sind mit einem kreisförm= igen Raum 38 verbunden, der mit= einem Ansaugkanal 39 verbunden i= st und mit einem Flansch 40 endet.

&nbs= p;

[0031] Insbesondere aus Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 geht die Installation der Evaporationskammer 41 hervor, die hinten an den Fla= nsch 40 (Fig. 5), lin= ks an den Auspuffkrümmer 31= und rechts an das Auspuffrohr 42 (Fig. 7) angeflanscht ist. Die Evaporationskammer 41 (= Fig. 5) ist doppelwändig ausgebaut, die zwei Kanäle bilden und zwar: der Kanal 43 für die Überstr&oum= l;mung der Abgase vom Auspuffkrümmer 31 in das Auspuffrohr 42 (Fig. 7) und den Kanal 44 (Fig. 5= ) mit Rippen 45, die mit Katalysatormittel (46) beschichtet sind, die für die Bildung des Kraftstoff-Wasser-Gemisches, für die Durchführung der ersten Wasserstoffreduktionsstufe des Wassers und für die Zufuhr der Reaktionsprodukte in den Ansaugkanal 39 des Generatorzylinders 5 dienen. Oberhalb des Kanals 44 ist ein Flansch 47 ausgest= attet, an den der Ansaugkrümmer 48<= /span> angeflanscht ist.

&nbs= p;

[0032] Der Ansaugkrümmer 48 (Fig. 5 und Fig. 7) am unteren Teil hat einen abgestumpften viereckigen pyramideförmigen Stutzen 49, in dessen Seitenwänden die Einspritzdüsen 50, 51, 52 und eine Glühker= ze 53 eingeschraubt sind. Die D&uum= l;se 50 ist für die Einspritzung= des hochviskosen Kraftstoffs, die Düse 51 – für Wasser, die Düse 52 - für niedrigviskosen Kraftstoff vorgesehen und die Glühkerze 53 sichert den Start des Motors bei niedrigen (von - 5 ^{o =}C) Temperaturen. Der Stutzen 49 endet mit einem Flansch 54, der = an den Flansch 47 über eine Wärmedämmungsauflage 55= angeflanscht wird. Die obere Wand des Stutzen 49 hat eine Bohrung = 56 mit einem gesteuerten normalgeschlossenen elektromagnetischen Ventil 57, das den Kanal 58 des Ansaugkrümmeres 48 bei dem Anlass- und Erwärmregime des Motors mit dem Kanal 44 der Evaporationskammer 41 verbindet.

&nbs= p;

[0033] Oben hat der Ansaugkrümmer 48 einen kurzen Stutzen 59 (Fig. 5) mit einem Flansch 60, auf dem der Luftfilter 61 installiert wird. Rechts und links zweigen sich Längsröhre 62 und 63 (Fig. 7= ) ab, die in Querröhre 64 und 65 übergehen. Die Querröhre 64 und 65 enden mit Flanschen 66 und 67, die an den Ansaugkanälen 68 und 69 (Fig. 1) der Arbeitszylinder 3 und 4 angeflanscht werden.

&nbs= p;

[0034] Die Ansaugkanäle 68 und 69 (Fig.1<= /u> und Fig. 6) münden in die Brennkammer 18 und 19 &uu= ml;ber Einlassventile 70 und 71. In die Richtung zum Einlassventilteller 72 des Arbeitszylinders 3 ist eine Düse 73 für niedrigviskosen Kraftstoff montiert. Genau solche Düse 74 hat der Arbeitszylinder 4 (Fig. 7).

&nbs= p;

[0035] Endlich haben alle drei Zylinder <= span style=3D'mso-bidi-font-weight:bold'>3, 4 und 5 in ih= ren Brennkammern 18, 19 und 20 Zündungskerzen 75 (Fig. 6), 76 (nicht gezeichnet) und 77 (Fig. 5).

&nbs= p;

[0036] Funktionsweise:<= /p>

&nbs= p;

[0037] Die Funktionsweise des Motors 1 wi= rd im Folgenden erklärt:

Nach dem Einspritzen des hochviskosen kohlenstoffhaltigen Kraftstoffes durch die Düse 50 und des Wassers – Düse 51 (Fig. 7) in die Evaporationsk= ammer 41 unter einem Druck von etwa 5 bis 10 bar wird das Gemisch aus Kraftstoff = und Wasser durch die Hitze, die die Abgasen im Kanal 43 dem Kanal = 44 mit den Rippen 45 abgibt, auf e= twa bis 500 Grad Celsius erhitzt, und gehen in einen gasförmigen Zustand über. Da die Einspritzung bereits zu Beginn des Verdichtungstaktes des Generatorzylinders 5 (Fig. 4, es sind ca. 15-20 ^o nach dem UTPder Ration des Kurbelzapfes 12)s= tattfindet, steht dafür die Zeit von den restlichen zwei Takten (es sind ca. 330-3= 40 ^ovor dem UTP der Ration des Kurbelzapfes 12) des Gener= atorzylinders 5 zur Verfügung, wodurch ein sehr homogenes Gemisch in der Evaporationskammer 41 entsteht. Die Erhitzung des Gemisches und sein Übergang in gasförmigen Zustand in der Evaporationskammer 41 führt zur Erhöhung = seines Drucks auf 1,5-2,0 bar, was zu günstigen Bedingungen bei der Einladung= und Entlassung des Generatorzylinders 5 führt.

&nbs= p;

[0038] Gleichzeitig zum Moment [0037] beg= innt in der Evaporationskammer 41 die Oxidation-Reduktion-Reaktion (Siehe Formel= im Absatz [0039]) des Kraftstoff-Wasser-Gemisches, wo die Verhältnisse in= der Evaporationskammer 41 für diese Reaktion nicht optimal sind (niedrige Verdichtung und Temperatur des Gemisches), aber das Vorhandensein des Katalysatormittels (46) sorgen dafür, dass aus Wasser bis 20 % Wasserstoff reduziert wird (erste Reduktionsstufe). =

&nbs= p;

[0039] Das so in der Evaporationskammer 41 erzeugte gasförmige Gemi= sch aus Kraftstoff, Wasser, Wasserstoff und Kohlendioxid wird im Ansaugtakt (Fig. 4, ca. 330-340 ^{o <=
/sup>vor
und 15-20 ^onach dem UTP des Kolbens 8) des Generatorzylinders 5&n=
bsp;
bei geöffnetem Überströmventil 23 (Fig. 1) und bei der Bewegung des
Arbeitskolbens 6 vom OTP z=
u UTP
aus der Evaporationskammer 41 (Fig.
5) über den Ansaugkanal 39, kreisförmigen Raum 38 und Bohrungen 37 in den Generatorzylinder 5
eingesaugt und gleichzeitig das wasserstoffhaltige Abgas (nach vorherigem
Arbeitstakt) in den Arbeitszylinder 3
(Fig. 1)
überströmt, wo bei geöffnetem Ansaugventil 70, über Kanal 68 und Luftfilter 61 (Fig. 6) der Ansaugtakt fortgesetzt und ein
Wasserstoffhaltiggas-Luft-Gemisch gebildet wird. Nach anschließender
Verdichtung (ca. 180 ^o der Rotation der Kurbelzapfe 12, Fig. 4 ) des
Kraftstoff-Wasser-Gemisches bei geschlossenen Ventilen 23 und 24 (Fig. 1) wird es mit Kerze 77 (Fig. 5) angezündet, wobei bei der Anwesenheit des
Katalysators 35 im
Generatorzylinder 5 die Oxidation-Reduktion-Reaktion vollständig
fortgesetzt wird, die man als zweite Reduktionsstufe nennt und mit folgender
Formel darstellen kann:}

&nbs= p;

C_mH_n + 2m= H₂O ^Katalysator m CO₂= + (0,5n + 2m) H₂ ⁭ + ∆Q ,

wo ∆Q₌ =3D Q₂-Q₁- frei gebliebene Wärmeenergie;

Q₂-&n= bsp; Abgaswärme, die vom Wärmeaustausch 25 dem Kraftstoff-Wasser-Gemisch

= übertragen wird;

Q_{1 =3D 90 kJ/mol -=

Teil der Abgaswärme Q=
₂,
die für die endothermische Reaktion benutzt wird.}

[0040] Die notwendige endothermische W&au= ml;rme Q₁ für Durchführung der Oxidation-Reduktion-Reaktion wird von den Abgasen den Arbeitszylindern 3 und 4 (Fig. 1) über die Rippen 34 des Wärmeaustauschers 25 im Verdichtungstakt des Generatorzylinders 5 übertragen und die Wärmeübertragung folgt noch im&n= bsp; Lauf des Arbeitstaktes (180-340 ^o , Fig. 4). Die von den Abgasen übergetragene Wärme Q₂ ist wesentlich höher als die Wärme Q_1, = und die Differenz Q₂- Q₁ kann man als frei = werdende Energie (∆Q) betrachten, die von dem Kolbe= n 8 über die Pleuelstange 16 auf den Kurbelzapfen 12 der Kurbelwelle 9 übertragen wird und die d= abei in Rotation versetzt wird. Das ist ein positiver Drehmoment, der die Vibrat= ion des Motors verringert und seine Leistungs- und Ökodaten verbessert.

&nbs= p;

[0041] Während des Arbeitstaktes (18= 0-360 ^o) des Generatorzylinders 5 w= ird im Arbeitszylinder 3 das Wasserstoffhaltiggas-Luft-Gemisch verdichtet. Nach der Verdichtung erfolgt die Zündung, wobei folgende Oxidations-Reaktion abläuft, die die Hauptverbrennungsstufe darstellt: =

2 H₂ + O_{2 =3D
2 H₂O + Q₃}

&nbs= p;

[0042] Die im Verbrennungsprozess frei we= rdende Energie Q₃wird= von dem Kolben 6 (Fig. 1) über die Pleuel= stange 14 auf die Kurbelzapfen 10 der Kurbelwelle 9 übertragen, die dabei in Rotation versetzt wird.

[0043] In diesem Moment befindet sich der Kolben 8 des Generatorzyli= nders 5 in der Lage, die im Punkt [0039] beschrieben ist, d.h. der Einladungs- und Entlassungsprozess beginnt wieder, aber dieses Mal wird das wasserstoffhaltige Abgas bei geöffnetem Überströmventil 24 (Fig. 2) in den Arbeitszylinder 4 überströmt und hier laufen die Takte identisch wie= im Arbeitszylinder 3, sie sin= d nur auf 360 ^o (Fig. 4) verschoben.

&nbs= p;

[0044] Während des Ansaugtaktes des = Arbeitszylinders 4 (360-540 ^o , = Fig. 4) läuft im Arbeitszylinder 3 der Arbeitstakt, und während der Verdichtung (540-720 ^o) des Wasserstoffhaltiggas-Luft-Gemisches = im Arbeitszylinder 4 werden d= ie Abgase aus dem Arbeitszylinder 3<= /span> bei dem geöffneten Auspuffventil 32 (Fig. 1) zuerst in = den Wärmeaustauscher 25, = dann in die Evaporationskammer 41 und schließlich durch das Auspuffrohr 42 (Fig. 7) in die Atmosphäre ausgepufft.

&nbs= p;

[0045] Die Leistung und Umdrehungen des M= otors werden bei konstanter Luftmenge mit der in die Evaporationskammer 41 eingespritzten Menge des Kraftstoffes und Wassers gesteuert. Es ist möglich auch andere Steuerungsverfahren zu benutzen, wie, zum Beispiel, Systeme mit Vergasern, oder Systeme, wo man die Menge = des Kraftstoffes und der Luft gleichzeitig steuert.

&nbs= p;

[0046] Probleme, die sich bei tiefen Temperaturen und kaltem Motor 1 ergeben könnten, löst die Erfindu= ng, indem die Einspritzung von Wasser und hochviskosen Kraftstoffe in die Evaporationskammer 41 in der Startphase&nb= sp; abgeschaltet wird und der Motor zunächst mit niedrigviskosen kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen, wie z.B. Benzin, betrieben wird. Das Benzin wird mit der Düse 52<= /span> in die Evaporationskammer 41 (Fig. 5) des Generatorzylinde= rs 5 und mit Düsen 73 und 74 (Fig. 6= und Fig. 7) auf die Ansaugventile 70 und 71 (Fig. 1) der Arbeitszylinder = 3 und 4 eingespritzt. = Beim Erreichen der Betriebstemperatur wird das Benzin abgeschaltet, der hochvisk= ose Kraftstoff und das Wasser mit den Düsen 50, 51 in die Evaporationskammer 41 (= Fig. 5) zugeführt. Zusätzlich erhöht die Glühkerze 53 bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt die Startsicherheit= des Motors 1, die ein Vorheize= n der Evaporationskammer 41 sich= ert. Alle automatischen Funktionen werden vom Bordcomputer gesteuert (nicht gezeichnet).

P a t e n t a n s p r = ü c h e

&nbs= p;

Kombinierter Verbrennungsmotor (1) und Verfahren zur Reduktion des Wasserstoffes aus Was= ser mit einem Generatorzylinder (5) und mindestens zwei Arbeitszylindern (3, 4), wobei der Generatorzylinder (5) und die Arbeitszylinder (3, 4) jeweils mit Kolben (8, 6, 7), einem Zylinderkopf (17) sowie konventionell gesteuerten Einlass- und Auslassventilen (23, 24; 70, 71; 32 und 33) ausgestattet sind = und die Kolben (8, 6, 7) über Pleuelstangen (16, 14, 15) mit einer gemeins= amen Kurbelwelle (9) verbunden sind, die die Relativbewegungen der Kolben (8, 6,= 7) zueinander steuert; einem Luftzufuhrsystem mit = einem Luftfilter (61) und Ansaugkrümmer (48) mit einem gesteuerten normalgeschlossenen elektromagnetischen Ventil= (56), und einem Kraftstoffzufuhrsystem mit einer doppelwandigem Evaporationskammer (41) mit Rippen (45) und Einspritzdü= sen (50, 51, 52) für hochviskoses Kraftstoff, Wasser und für niedrigviskoses Anlasskraftstoff, wobei in der Evaporationskammer (41) ein gasförmiges Gemisch aus Wasser und Kraftstoff erzeugt und bis 500 ^o C erhitzt wird, das im Ansaugtakt dem Generatorzylinder (5) zugeführt, im Verdichtungstakt verdichtet und anschließend bei der Anwesenheit eines Katalysators verbrannt wird, wobei die Reaktionsprodukte der Verbrennung im Auspufftakt des Generatorzylinders (5) aus dem Generatorzylinder (5) ausgeleitet und bei geöffnetem Ventil (23) in den Arbeitszylinder (3) eingeleitet werden, hier mit Atmosphärenluft vermischt und im Verdichtungstakt verdichtet, anschließend verbrannt und im Auspufftakt ausgestoßen werden.

Kombinier= ter Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sein Zylinderblock (2) mindeste= ns mit drei Zylindern (3, 4, 5) ausgestattet ist;

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Kombinier= ter Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass sein Zylinderkopf (17) ein= en Wärmeaustauscher (25)= mit Katalysatorbeschichtung (35) hat;

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Kombinier= ter Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitszylinder (3, 4) mit dem Wärmeaustauscher= (25) und dem Generatorzylinder (<= span style=3D'mso-bidi-font-weight:bold'>5) mit Kanälen (29, 30) und gesteuerten Ventilen (32, 33) verbu= nden sind;

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5. Kombin= ierter Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Anordnung der Kurbellzapfen (10, 11, 12) auf der

Kurbelwel= le (9) 180 ⁰ ein Kurbelza= pfen auf den anderen folgt;

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6. Kombin= ierter Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Evaporationskammer (41) doppelwandig ausgebaut ist, einen Kanal (43) für die Überströmung der Abgase und einen Kanal (44) mit Rippen (45), die mit Katalysatormittel (46) beschichten sind, hat;

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7. Kombin= ierter Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Evaporationskammer (41= ) mit einem automatischen Ventil (56) für die Zufuhr der Atmosphärenluft ausgestattet ist;

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Kombinier= ter Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitszylinder (3, 4) in der Richtung der Einlassve= ntile (69, 70) Einspritzdüsen (72, 73) für niedrigviskose Kraftstoffe haben;

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Zweistufi= ges Verfahren zur Reduktion des Wasserstoffes aus Wasser mit Hilfe eines Generatorzylinders= (5) mit Brennkammer (20) und einer Evaporationskammer (41) des Motors (1), wobei der Generatorzylinder (5) mit einem katalysatorbeschichteten Wärmeaustauscher (25) und die doppelwandige (43; 44) monolithe Evaporationskammer (41) mit Rippen (45) und oberflächiger Katalysatorbeschichtung (46) ausgestattet sind, die über Ansaugkanal (= 39), kreisförmigen Kanal (38) und Bohrungen (37) miteinander verbunden sind= und in denen eine zweistufige Oxidation-Reduktion-Reaktion zwischen Kraftstoff = und Wasser durchgeführt wird, wobei zunächst der Kraftstoff und das Wasser bis 500 ^o C im Kanal (44) der Evaporationskammer (41) erh= itzt und verdampft wird, dabei wird teilweise der Wasserstoff des Wassers bei Anwesenheit des Katalysators (46) reduziert und nachfolgend im Generatorzylinder (5) werden die Reaktionsprodukte aus der Evaporationskamm= er (41) verdichtet, weiter bis 600 ^o C vom Wärmeaustauscher (2= 5) erhitzt und entzündet, dabei wird der Wasserstoff des Wassers bei Anwesenheit des Katalysators (35) vollständig reduziert, danach wird das Wasserstoffhaltiggas von= den Arbeitszylindern (3; 4), entsprechend der Arbeitsweise des Motors, angesaug= t.

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(Es folge= n 4 Seiten Zeichnungen:

Fig. 1= , Fig. 2, Fig. 3, F= ig. 4, Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7)

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