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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine zum Betrieb mit Wasserstoff-und Sauerstoffgas, mittels
Zerlegung von eingebrachtem Wasser durch eine Spannungsstrecke zwischen Elektroden.
Es werden bereits Brennkraftmaschinen mit Wasserstoffgas und komprimierter Luft (Brenngasgemisch) versuchsweise betrieben. Einmal um den Energiebereich zu erweitern und zum andern, wegen des
Umweltschutzes, den CO-Gehalt der üblichen Motorenabgase zu vermeiden. Da es jedoch nicht möglich ist, eine brauchbare Speicherung des Wasserstoffgases für den mobilen Betrieb zu wirtschaftlichen Bedingungen zu erreichen, wird ein neuer Weg zur Herstellung und Verwendung von Wasserstoff in Verbindung mit reinem
Sauerstoff eingeschlagen.
Bei einer bekannten Brennkraftmaschine wird Wasser in feine Tröpfchen zerstäubt, die im angesaugten
Gasstrom schwimmend gehalten werden, welcher der Einwirkung elektrischer Funken ausgesetzt wird, die in einer der Strömungsgeschwindigkeit genau proportionalen Anzahl überspringen, so dass in dem Gemisch unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit gleichbleibende Partialdrücke von Wasserstoff und Sauerstoff erzielt werden. Diese Zerlegung erfolgt ausserhalb des Brennraumes und die Zerlegungsprodukte des Wassers werden, mit Luft vermischt dem üblichen Kraftstoff-Luftgemisch zugesetzt, um die Leistung des Motors zu verbessern.
Weiters ist bekannt, zur Beeinflussung der Ladung im Arbeitszylinder in den Brennraum der Brennkraftmaschine in der Taktfolge des Motors gesteuerte Elektroden zur Erzeugung von Glimmentladungen einzusetzen. Bei dieser Arbeitsweise erfolgt keine Zerlegung von Wasser.
Schliesslich wurde auch der Vorschlag gemacht, bei Verbrennungskraftmaschinen mit hohen
Verbrennungstemperaturen als Abkühlmittel im Zylinderkopf einen Wasserverteiler einzubauen, welcher auf die innere Fläche des Zylinderbodens und auf die Fläche des Kolbenbodens eine Dampfschicht spritzt, die während der Verbrennung als Schutzschicht zwischen den Flammen und diesen Flächen dient.
Alle bekannten Brennkraftmaschinen brachten keine befriedigende Lösung für das einleitend gestellte Problem. Um dieses Ziel zu erreichen, wird bei einer Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art erfndungsgemäss vorgeschlagen, dass mindestens eine für die Elektrolyse erforderliche Elektrode im Verdichtungsbzw. Brennraum angeordnet ist und in diesem die direkte Einspritzung des Wassers in an sich bekannter Weise erfolgt, wobei der Einspritzstrahl der Wasserdüse bei Anordnung zweier waagrecht parallel nebeneinanderliegenden Elektroden in den Zwischenraum der beiden Elektroden oder bei Anordnung einer Elektrode und Verwendung der Kolbennase einer Zweitaktmaschine als Gegenelektrode in den Spalt zwischen Elektrode und der Kolbennase in der oberen Totpunktlage des Kolbens gerichtet ist.
Im Gegensatz zu den bekannten Konstruktionen soll hier also nicht Wasserstoffgas plus komprimierter Luft, wie bei den physikalischen Grundversuchen im Verpuffungsrohr, sondern Wasserstoffgas plus Sauerstoff vorzugsweise im Verhältnis von 2 : 1 plus komprimierter Luft zum Antrieb verwendet werden, wobei die Elektrolyse des eingespritzten Wassers im Kompressionsraum stattfindet. Es wird also "Knallgas" und komprimierte Luft gefahrlos, trotz des hohen reinen Sauerstoffgehaltes, im Kompressionsraum zur Explosion gebracht. Im Gegensatz zu den überall verwendeten Wasserstoffgasmotoren kann hier durch die neue Gaskombination eine wesentlich höhere Energie produziert werden, als die zur elektrolytischen Zerlegung notwendige Kraft.
Die durch die Elektrolyse im Kompressionsraum frei werdenden Sauerstoff- und Wasserstoffgasmengen expandieren durch die Wärme der komprimierten Luft und/oder durch Zündung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in welcher drei Ausführungsbeispiele eines Zylinders mit Kolben für die erfmdungsgemässe Brennkraftmaschine im axialen Längsschnitt dargestellt sind. Es zeigen die Fig. 1 und 2 je eine Ausführungsform mit zwei Elektroden und die Fig. 3 eine Ausführungsform mit nur einer Elektrode.
Für das vorliegende Ausführungsbeispiel wurde das Zweitaktsystem gewählt, deren Einzelheiten der Steuerungen für das Ansaugen der Luft und Ausstossen der verbrannten Gase allgemein bekannt sind und nicht näher erläutert werden müssen, da sie ausserhalb des eigentlichen Erfindungsgedankens liegen.
In den Zeichnungen ist mit--l--ein luft-oder wassergekühlter Zylinder bezeichnet, in dessen Zylinderinnenraum--2--ein in eine Nase--10--auslaufender Kolben--3--mit einer Pleuelstange --4-- angeordnet ist, die mit der in den Zeichnungen nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind in dem mit--5--bezeichneten Kompressionsraum zwei an eine nicht dargestellte Stromquelle angeschlossene parallele Elektroden--6, 7--mit verhätnismässig grossem Abstand voneinander und quer zur Bewegungsbahn des Kolbens--3--angeordnet und können eine waagrechte Stellung einnehmen.
Diese Konstruktion setzt voraus, dass das durch eine Zerstäuberdüse eingespritzte Wasser zerstäubt und in Dampf umgewandelt in der erhitzten komprimierten Luft elektrolytisch zerlegt werden kann.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Elektroden--6, 7--mit 1/2 mm Spalt dicht aneinander angeordnet, und das Wasser wird nicht zerstäubt, sondern durch eine Spritzdüse flüssig gegen diesen Spalt gespritzt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist nur eine Elektrode derart angeordnet, dass diese mit der
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Kolbennase einer Zweitaktmaschine im obersten Totpunkt einen Spalt bildet (Nase als Minus-Elektrode), der das eingespritzte Wasser aufnimmt und zerlegt. Die Stromquelle ist nicht dargestellt.
Beide Elektroden-6, 7-sind bei Betrieb der Brennkraftmaschine ständig von Strom durchflossen und dienen zur Zerlegung des unter Druck eingespritzten Wassers. Zu diesem Zwecke mündet in den
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einer Dosierpumpe vorbestimmte Mengen von Wasser in vorgegebenen Intervallen zugeführt. Die Zuführung der vorgegebenen Wassermengen für die elektrolytische Zersetzung im Kompressionsraum --5-- erfolgt in Abhängigkeit der Stellung des Kolbens in seinem oberen Totpunkt. Dieser Totpunkt entspricht gleichzeitig der höchsten Kompressionsstellung.
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Wassereinspritzung erfolgen kann.
Dadurch kann eine Leistungsverbesserung erzielt werden, die auf die sofortige Umwandlung des eingespritzten Wassers in Hochdruckdampf und damit verbundene Unterstützung der Explosion sowie die Kühlung der überhitzten Metallteile des Zylinders im Kompressionsraum und des Kolbenbodens zurückzuführen ist.
Obwohl die Anwendung des Zweitaktverfahrens dem Viertaktverfahren im Hinblick auf die vom Kolben gesteuerten Ein- und Ausgangsschlitze und die dadurch wegfallenden komplizierteren und teureren Ventilsteuervorrichtungen sowie die auch bei hohen Drehzahlen erreichbaren besseren Füllungsgrade vorzuziehen ist, kann natürlich auch jedes andere System bei entsprechender Anpassung herangezogen werden, seien es Wankel- oder Turbomaschinen.
Eine wesentliche Verbesserung der Leistung ist weiters durch Anreicherung der angesaugten Luft mit Sauerstoff möglich. Eine konstruktive Lösung dieses Problems kann aus der Überlegung gefunden werden, dass Sauerstoff etwa 10% schwerer als Stickstoff ist. Mittels eines, wie bei einer Gaszentrifuge schnell umlaufenden Flügels, dem Kühlerventilator vergleichbar, in einem entsprechend konstruierten Gehäuse, wandern die schweren Teile der Luft, d. h. die Sauerstoffteile an den äusseren Rand des Gehäuseringes, von wo sie durch mehrere aerodynamisch konstruierte Stutzen mit Rohrleitung zusätzlich in den Ansaugstutzen des Motors gelangen können. Diese Sauerstoffanreicherung könnte die Leistung der Maschine günstig beeinflussen, ohne grosse Antriebskräfte zu verlangen.
Die Umfangsgeschwindigkeit am Aussenrand eines solchen Zentrifugenkreisels wird durch das, unter den Einfluss des Unterdruckes im Ansaugstutzen, bedingte Absaugen (Vakuum) wesentlich verbessert.
Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung verschiedene weitere konstruktive Abänderungen vorgenommen werden. Bei den Versuchen, die sumultan nicht möglich sind, ist es erforderlich, variable Einrichtungen zur Änderung der Verdichtung, der Stromversorgung, der Einspritzmenge u. dgl. zu verwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Brennkraftmaschine zum Betrieb mit Wasserstoff- und Sauerstoffgas, mittels Zerlegung von
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angeordnet ist und in diesem die direkte Einspritzung des Wassers in an sich bekannter Weise erfolgt, wobei der Einspritzstrahl der Wasserdüse (9) bei Anordnung zweier waagrecht parallel nebeneinanderliegenden Elektroden in den Zwischenraum der beiden Elektroden oder bei Anordnung einer Elektrode und Verwendung der Kolbennase einer Zweitaktmaschine als Gegenelektrode in den Spalt zwischen der Elektrode und der Kolbennase in der oberen Totpunktlage des Kolbens gerichtet ist.
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