Das technische Gebiet der Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren für die Umwandlung von Wasserstoff in mechanische Energie für den Antrieb von Wellen. Von herkömmlichen, umgebauten Benzin-Viertakt-Otto-Motoren auf Wasserstoff wurde bekannt, dass der Verbrennungsprozess aus Wasserstoff und Luftsauerstoff einen technisch negativen Einfluss auf mit Öl geschmierte Zylinder, Kolben und Kolbenringe hat, ebenso auf das Schmieröl selbst. Begonnene Entwicklungen wurden abgebrochen. Aus dieser technischen Problemstellung leitet sich die vorgeschlagene Erfindung ab, einen mit Wasserstoff betriebenen Viertakt-Otto-Motor oder Viertakt-Diesel-Motor betriebssicher wie auch wirtschaftlich günstig zu gestalten. Die Lösung des Problems besteht darin, einen Viertakt-Hubkolbenmotor für die Wasserstoff-Anwendung so zu bauen, dass kein Kontakt zwischen dem Verbrennungsprodukt Wasser und dem Schmieröl entsteht. Dies wird durch eine räumliche Trennung der Bauelemente mit Wasserkontakt und der Bauelemente mit Ölkontakt erreicht. Die gewerbliche Anwendung betrifft zumindest Kraftfahrzeuge. Anhand der 1, 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Viertakt-Hubkolben-Verbrennungsmotor für Wasserstoffgemische dargestellt, Otto-Prinzip. Montage: Eine vormontierte Baugruppe bestehend aus einer Kolbenstange (33) aus CrNi-Stahl, einem Pleuel (21) mit Lagerungen und einem Kurbeltrieb (25) wird zusammen mit einer Ölpumpe (24) und einem Ölrohr (22) mechanisch mit einer Deckelplatte (23) verbunden. Ein Zwischenring (26) wird angesetzt, ein Lagerring (30) mit einem Gleitlager (28) plus Fixierung (27) über die Kolbenstange (33) geschoben und mit Deckelplatte (23) und Zwischenring (26) verschraubt. Ein Gleitlager (28) ist innen mit Weißmetall beschichtet. Eine geteilte Dichtung (14) aus trockenlauffähiger Kunstkohle wird an der Kolbenstange (33), versehen mit einem Kleb- und Dichtstoff an den Teilflächen, montiert, ebenso ein geteilter Gehäusering (15) und ein geteilter Haltering (16), zusammen mit einem O-Ring (17), zuvor geschnitten und in einer Position rund um die Kolbenstange (33) geklebt. Ein geteilter Gehäusering (15) und ein geteilter Haltering (16) werden wie eine geteilte Dichtung (14) zusammengefügt und mit einem Kleb- und Dichtstoff versehen. Ein Kolben (1) aus CrNi-Stahl wird mit einem linken Kolbenring (40) aus CrNi-Stahl, einem mittleren Kolbenring (37) aus CrNi-Stahl und einem rechten Kolbenring (34) aus CrNi-Stahl komplettiert und dann mit einer Kolbenstange (33) verschraubt. Ein Zylinderring (31) aus CrNi-Stahl wird mit einem Zylinder (2) aus CrNi-Stahl und mit einer Innenbeschichtung aus kohlenstofffaserverstärter Keramik verschraubt, anschließend über einen komplettierten Kolben (1) geschoben und zwischen Zylinderring (31) und Lagerring (30) verschraubt. Dann erfolgt die Montage eines Zylinderkopfes (42) aus CrNi-Stahl mit einem Zylinder (2). Ein Zylinderkopf (42) ist ausgestattet mit einem Einlassventil (43) aus CrNi-Stahl, einem Heizelement (44) aus CrNi-Stahl, einer Zündkerze (45) aus CrNi-Stahl, einer Einspritzdüse (46) aus CrNi-Stahl sowie einem Auslassventil (47) aus CrNi-Stahl. Danach erfolgt die Verrohrung für die Wasserschmierung und Wasserkühlung von Kolben (1), einem linken Kolbenring (40), einem mittleren Kolbenring (37), einem rechten Kolbenring (34) und einem Zylinder (2). Die Verrohrung umfasst Rohre aus CrNi-Stahl, ebenso eine obere Wasserpumpe (8) aus CrNi-Stahl, eine untere Wasserpumpe (39) aus CrNi-Stahl, einen Kühler (12) aus CrNi-Stahl mit Lüfter (13), einen Druckbehälter (6) mit Blase und einer Druckpumpe (7).The technical field of the invention relates to internal combustion engines for converting hydrogen into mechanical energy for driving shafts. From conventional, converted four-stroke petrol petrol engines to hydrogen, it was known that the combustion process from hydrogen and atmospheric oxygen has a technically negative influence on oil-lubricated cylinders, pistons and piston rings, as well as on the lubricating oil itself. The proposed invention is derived from this technical problem to design a hydrogen-operated four-stroke gasoline engine or four-stroke diesel engine to be reliable and economically advantageous. The solution to the problem is to build a four-stroke reciprocating piston engine for hydrogen application so that there is no contact between the combustion product water and the lubricating oil. This is achieved by a spatial separation of the components with water contact and the components with oil contact. The commercial application affects at least motor vehicles. Based on 1 . 2 and 3 An embodiment of a four-stroke reciprocating internal combustion engine for hydrogen mixtures is shown, Otto principle. Assembly: A pre-assembled assembly consisting of a piston rod ( 33 ) made of stainless steel, a connecting rod ( 21 ) with bearings and a crank mechanism ( 25 ) is used together with an oil pump ( 24 ) and an oil pipe ( 22 ) mechanically with a cover plate ( 23 ) connected. An intermediate ring ( 26 ) a bearing ring ( 30 ) with a plain bearing ( 28 ) plus fixation ( 27 ) via the piston rod ( 33 ) pushed and with cover plate ( 23 ) and intermediate ring ( 26 ) screwed. A plain bearing ( 28 ) is coated with white metal on the inside. A split seal ( 14 ) dry-running charcoal is attached to the piston rod ( 33 ), provided with an adhesive and sealant on the partial surfaces, also a split housing ring ( 15 ) and a split retaining ring ( 16 ), together with an O-ring ( 17 ), previously cut and in a position around the piston rod ( 33 ) glued. A split case ring ( 15 ) and a split retaining ring ( 16 ) are like a split seal ( 14 ) put together and provided with an adhesive and sealant. A piston ( 1 ) made of stainless steel with a left piston ring ( 40 ) made of stainless steel, a middle piston ring ( 37 ) made of stainless steel and a right piston ring ( 34 ) made of stainless steel and then with a piston rod ( 33 ) screwed. A cylinder ring ( 31 ) made of stainless steel with a cylinder ( 2 ) made of stainless steel and screwed with an inner coating made of carbon fiber reinforced ceramic, then via a completed piston ( 1 ) and between the cylinder ring ( 31 ) and bearing ring ( 30 ) screwed. Then a cylinder head is installed ( 42 ) made of stainless steel with a cylinder ( 2 ). A cylinder head ( 42 ) is equipped with an inlet valve ( 43 ) made of stainless steel, a heating element ( 44 ) made of stainless steel, a spark plug ( 45 ) made of CrNi steel, an injection nozzle ( 46 ) made of stainless steel and an outlet valve ( 47 ) made of stainless steel. Then the piping for the water lubrication and water cooling of pistons ( 1 ), a left piston ring ( 40 ), a middle piston ring ( 37 ), a right piston ring ( 34 ) and a cylinder ( 2 ). The piping includes pipes made of stainless steel, as well as an upper water pump ( 8th ) made of stainless steel, a lower water pump ( 39 ) made of stainless steel, a cooler ( 12 ) made of stainless steel with fan ( 13 ), a pressure vessel ( 6 ) with bladder and a pressure pump ( 7 ).
Wirkungsweise: Ein in Bewegung befindlicher Kolben (1) von OT kommend saugt über ein geöffnetes Einlassventil (43) Luft an. Befindet sich ein Kolben (1) auf UT, schließt ein Einlassventil (43) und eine Verdichtung der Luft beginnt, bis ein zeitlich neuer OT erreicht ist. Wasserstoff wird über eine Einspritzdüse (46) eingespritzt, eine Zündkerze (45) zündet ein Wasserstoff-Luft-Gemisch, wobei auf den Kolben (1) eine Kraft ausgeübt und über eine Kolbenstange (33), einem Pleuel (21) mit Lagerungen auf einen Kurbeltrieb (25) übertragen wird und ein Drehmoment ausübt. Ein Kolben (1) erreicht UT, ein Auslassventil (47) öffnet, das Verbrennungsprodukt Wasserdampf wird aus dem Verbrennungsraum (41) geschoben. Bei Erreichen eines zeitlich wieder neuem OT schliesst ein Auslassventil (47), ein Einlassventil (43) öffnet und ein neuer Viertakt-Zyklus beginnt.Mode of action: A piston in motion ( 1 ) coming from OT sucks through an open inlet valve ( 43 ) Air. If there is a piston ( 1 ) on UT, closes an inlet valve ( 43 ) and the air begins to compress until a new TDC is reached. Hydrogen is injected through an injector ( 46 ) injected, a spark plug ( 45 ) ignites a hydrogen-air mixture, whereby on the piston ( 1 ) exerted a force and via a piston rod ( 33 ), a connecting rod ( 21 ) with bearings on a crank mechanism ( 25 ) is transmitted and exerts a torque. A piston ( 1 ) reaches UT, an exhaust valve ( 47 ) opens, the combustion product water vapor is removed from the combustion chamber ( 41 ) pushed. When a new TDC is reached, an exhaust valve closes ( 47 ), an inlet valve ( 43 ) opens and a new four-stroke cycle begins.
Ein linear oszillierender Kolben (1) mit einem linken Kolbenring (40), einem mittleren Kolbenring (37), einem rechten Kolbenring (34) bilden zusammen mit einem Zylinder (2) mit kohlenstofffaserverstärter Keramik als Innenbeschichtung die Gleitpartner, geschmiert mit Wasser. Damit sich das Wasser stets im flüssigen Aggregatzustand befindet, ist eine gesamte Wasserzirkulation einerseits als Drucksystem ausgebildet, andererseits als Kühlsystem. Eine Druckpumpe (7) sorgt zusammen mit einem Druckbehälter (6) mit Blase in einer gesamten Wasserzirkulation für einen Überdruck, damit ein Siedepunkt des Wassers nicht erreicht wird. Eine Kühlwirkung für Zylinder (2) und Kolben (1) erfolgt durch intensive Durchströmung des mit Kühler (12), Lüfter (13) und Fahrtwind gekühltem Wassers im Innenraum eines Zylinders (2), sowie an einer Außen- und Innenoberfläche eines Kolbens (1). Vom Kühler (12) kommend fließt Wasser über eine obere Wasserpumpe (8) und einem oberen Wassereintritt (9) kontinuierlich in einen Außenhohlraum (5), analog über eine untere Wasserpumpe (39) und einem unteren Wassereintritt (38). Vom Außenhohlraum (5) fließt das Wasser in einen Innenhohlraum-Wassereintritt (3), von dort in einen Innenhohlraum (4) bis zum oberen Innenhohlraum-Wasseraustritt (10) sowie unteren Innenhohlraum-Wasseraustritt (36) und fließt über einen weiteren Außenhohlraum durch einen oberen Wasseraustritt (11) sowie einem unteren Wasseraustritt (35) kontinuierlich zurück zum Kühler (12). Eine Wasserkühlung insbesondere eines Kolbens (1) mit großen Wärmeübergangsflächen außen und innen gibt relativ viel Wärme hin zum Kühler (12) ab. Zusätzlich zum beschriebenen Schmier- und Kühlsystem mit Wasser ist ein Viertakt-Hubkolben-Verbrennungsmotor für Wasserstoffgemische mit einem Kühlsystem gemäß dem Stand der Technik ausgestattet.A linearly oscillating piston ( 1 ) with a left piston ring ( 40 ), a middle piston ring ( 37 ), a right piston ring ( 34 ) together with a cylinder ( 2 ) with carbon fiber reinforced ceramic as inner coating the sliding partners, lubricated with water. So that the water is always in the liquid state, an entire water circulation system is designed on the one hand as a pressure system and on the other hand as a cooling system. A pressure pump ( 7 ) together with a pressure vessel ( 6 ) with bubble in an entire water circulation for an overpressure, so that a boiling point of the water is not reached. A cooling effect for cylinders ( 2 ) and piston ( 1 ) takes place through intensive flow of the cooler ( 12 ), Fan ( 13 ) and head wind of cooled water in the interior of a cylinder ( 2 ), as well as on an outer and inner surface of a piston ( 1 ). From the cooler ( 12 ) coming water flows through an upper water pump ( 8th ) and an upper water inlet ( 9 ) continuously into an outer cavity ( 5 ), analogously via a lower water pump ( 39 ) and a lower water inlet ( 38 ). From the outer cavity ( 5 ) the water flows into an internal cavity water inlet ( 3 ), from there into an inner cavity ( 4 ) up to the upper inner cavity water outlet ( 10 ) and lower internal cavity water outlet ( 36 ) and flows through another outer cavity through an upper water outlet ( 11 ) and a lower water outlet ( 35 ) continuously back to the cooler ( 12 ). Water cooling, especially of a piston ( 1 ) with large heat transfer surfaces outside and inside gives a lot of heat to the cooler ( 12 ). In addition to the described lubrication and cooling system with water, a four-stroke reciprocating piston internal combustion engine for hydrogen mixtures is equipped with a cooling system according to the prior art.
Eine linear oszillierende Kolbenstange (33) ist mit einer geteilten Dichtung (14) abgedichtet, welche zusammen mit einem geteilten Gehäusering (15) und einem geteilten Haltering (16) plus einem O-Ring (17) eine Trennwand bildet, mit der Abteilung mit Bauelementen mit Wasserkontakt, der Wasserabteilung (48), wie auch mit der Abteilung mit Bauelementen mit Ölkontakt, der Ölabteilung (49). Eine geteilte Dichtung (14) ist so ausgelegt, aufgrund radialer Beweglichkeit eventuellem Versatz einer Kolbenstange (33) zu folgen. Ein O-Ring (17) ist angeordnet, um einen Leckweg der zu trennenden Medien Wasser und Öl auszuschließen. Über eine Entwässerung (32) fließen eventuelle Leckflüssigkeiten ab, Entwässerung (32) wirkt gleichzeitig als Belüftung. In der Ölabteilung (49) wird eine Kolbenstange (33) in einem Gleitlager (28) geführt. Eine Ölpumpe (24) mit einem Ölrohr (22) versorgt ein Gleitlager (28), ein Pleuel (21) mit Lagerungen sowie einen Kurbeltrieb (25) mit Schmieröl. Durch eine Ölbohrung (19) tropft Öl ins Lager eines Pleuels (21). Eine Belüftungsbohrung (18) ist vorgesehen, ebenso eine Druckausgleichbohrung (20), sowie eine Verbindungsbohrung (29) für den Ölfluss hin zum Ansaugstutzen einer Ölpumpe (24). Ein Schmier- und Kühlmittel Wasser ist bei einer Kfz-Anwendung nur für Umgebungstemperaturen über dem Gefrierpunkt geeignet. Im Winterbetrieb ist das Schmier- und Kühlmittel Wasser mit Natriumchlorid zu versehen. Das einzige Wasser, welches im Winterbetrieb zu Eis werden könnte, ist das Verbrennungsprodukt Wasser im Verbrennungsraum (41). Für die Betriebsbereitschaft eines Viertakt-Hubkolben-Verbrennungsmotors für Wasserstoffgemische muss daher vorher ein elektrisch betriebenes Heizelement (44) aktiviert werden, damit im Verbrennungsraum (41) befindliches Eis einen flüssigen Aggregatzustand annimmt. Für eine Kfz-Anwendung besteht die Option, das Verbrennungsprodukt Wasserdampf über einen Kondensator zu führen, wobei das aus Wasserdampf kondensierte Wasser gesammelt wird bis zur nächsten Abgabestelle. Bei niedrigen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit ist ein solches quasi emissionsfreies Fahrzeug von Vorteil, insbesondere in Ballungsgebieten. Insgesamt könnte die vorgeschlagene Erfindung einen technischen Beitrag dafür leisten, die bisherigen Emissionen aus der Kohlenwasserstoffverbrennung zu verringern, und das als wirtschaftliche Alternative.A linearly oscillating piston rod ( 33 ) is with a split seal ( 14 ) sealed, which together with a split housing ring ( 15 ) and a split retaining ring ( 16 ) plus an O-ring ( 17 ) forms a partition, with the department with components in contact with water, the water department ( 48 ), as well as with the department with components with oil contact, the oil department ( 49 ). A split seal ( 14 ) is designed, due to radial mobility, possible misalignment of a piston rod ( 33 ) to follow. An O-ring ( 17 ) is arranged to exclude a leakage path of the media to be separated, water and oil. About drainage ( 32 ) any leakage liquids run off, drainage ( 32 ) also acts as ventilation. In the oil department ( 49 ) becomes a piston rod ( 33 ) in a plain bearing ( 28 ) guided. An oil pump ( 24 ) with an oil pipe ( 22 ) supplies a plain bearing ( 28 ), a connecting rod ( 21 ) with bearings and a crank mechanism ( 25 ) with lubricating oil. Through an oil hole ( 19 ) oil drips into the bearing of a connecting rod ( 21 ). A ventilation hole ( 18 ) is provided, as well as a pressure compensation hole ( 20 ), as well as a connecting hole ( 29 ) for the oil flow to the intake manifold of an oil pump ( 24 ). A lubricant and coolant water is only suitable for automotive applications for ambient temperatures above freezing. In winter operation, the lubricant and coolant water must be provided with sodium chloride. The only water that could become ice in winter is the combustion product water in the combustion chamber ( 41 ). For the operational readiness of a four-stroke reciprocating piston internal combustion engine for hydrogen mixtures, an electrically operated heating element ( 44 ) are activated so that in the combustion chamber ( 41 ) ice is in a liquid state. For a motor vehicle application, there is the option of passing the combustion product water vapor over a condenser, the water condensed from water vapor being collected up to the next delivery point. At low temperatures and high air humidity, such a quasi-emission-free vehicle is an advantage, especially in conurbations. Overall, the proposed invention could make a technical contribution to reducing the previous emissions from hydrocarbon combustion, and that as an economical alternative.
