DE10214987A1 - Verbrennungsmotor und Verfahren zum Erzeugen von Bewegungsenergie aus kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen - Google Patents

Verbrennungsmotor und Verfahren zum Erzeugen von Bewegungsenergie aus kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen

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Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Erzeugen von Bewegungsenergie aus kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 14.
Bei einem Verbrennungsmotor handelt es sich um eine Kraftmaschine, in der ein Wärmeprozess und ein Verbrennungsprozess gekoppelt ablaufen. Dabei wird aus der chemisch gebundenen Energie eines Kraftstoffes im Wege der Verbrennung und dadurch Freisetzung thermischer Energie mechanische Arbeit gewonnen. Die Verbrennung findet in einem Arbeitsraum statt, der bei Kolbenmaschinen neben starren Wänden auch von einer durch einen Kolben gebildeten, beweglichen Wand begrenzt ist, so dass sich ein veränderliches Volumen des Arbeitsraumes ergibt. Die Arbeitsleistung erfolgt durch Nutzung des Gasdrucks, der beim Verbrennungsprozess entsteht.
Allgemein bekannt sind Otto- und Dieselmotoren, die einen oder mehrere Zylinder als Verbrennungsraum aufweisen. Die Zylinder sind auf einer Seite von einem starr sitzenden Zylinderkopf verschlossen. In dem Zylinder ist ein darin längsverschieblichen Kolben angeordnet. Sowohl Otto- als auch Dieselmotoren arbeiten nach dem Viertaktprinzip, wobei während des Arbeitstaktes eine einstufige Verbrennung in dem Zylinder durchgeführt wird. Dabei reagiert der kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoff mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft. Die für den Verbrennungsprozess zugeführte Luftmenge wird über den Lambda-Wert definiert, der das Verhältnis aus tatsächlicher Luftmasse zu stochiometrischer Luftmasse beschreibt. In der Regel beträgt der Lambda-Wert bei Ottomotoren zwischen 0,85 und 1,15. Bei der Verwendung von Dreiwege-Katalysatoren ist ein Lambda-Wert von 1 vorgeschrieben. Dieselmotoren werden zur Vermeidung einer Rußbildung mit einem Luftüberschuss bei einem Lambda-Wert ≧ 1,2 betrieben.
In der Vergangenheit wurde bei Verbrennungsmotoren dem Kraftstoff auch schon Wasser beigemischt. Das damit verfolgte Ziel war allerdings nicht Wasserstoff zu gewinnen, der ein einer zweiten Stufe verbrannt wird, sondern einer übermäßigen Wärmeentwicklung vorzubeugen, die andernfalls zur einer thermischen Überbeanspruchung der verwendeten Materialien geführt hätte.
Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung bildet die sowjetische Patentanmeldung SU 1561591 A1, die sowohl einen Otto- als auch Dieselmotor offenbart, bei dem ein zweistufiger Verbrennungsprozess in unterschiedlichen Brennkammer durchgeführt wird. Zu diesem Zweck besitzen die dort offenbarten Motoren einen Vergaser, in dem ein Gemisch aus Luft, Kraftstoff und Wasser aufbereitet wird, das dann einem ersten Zylinder zugeführt und zur Verbrennung gebracht wird. Die dabei entstehenden Verbrennungsprodukte weisen einen Anteil an Wasserstoff auf und werden während des Auspufftaktes in einen zweiten Zylinder eingeleitet, wo unter Zufuhr von Luftsauerstoff eine zweite Verbrennung stattfindet. Dort ist also erstmals eine zweistufige Verbrennung eines Kraftstoffgemisches aus Luft, Kohlenwasserstoffen und Wasser beschrieben.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, den aus der SU 1561591 A1 bekannten Verbrennungsmotor hinsichtlich seines Wirkungsgrades, der Schadstoffemission und der Vielseitigkeit in Bezug auf den Kraftstoff weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird durch einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung findet in der ersten Stufe eine Oxidation-Reduktion-Reaktion zwischen dem Wasser und dem kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoff statt, ohne dass Sauerstoff zugeführt wird. Dabei kommt es zu einer weitestgehenden Reduktion des Wassers unter Bildung von Wasserstoff und Kohlendioxid. Erst in der zweiten Stufe wird Sauerstoff, sei es als Luftsauerstoff oder reiner Sauerstoff, zugeführt, der mit dem Wasserstoff aus der ersten Stufe reagiert und wobei Energie freigesetzt wird.
Der Verzicht auf die Zufuhr von Sauerstoff in der ersten Stufe stellt sicher, dass der Kohlenstoff aus dem Kohlenwasserstoff mit dem Sauerstoff aus dem Wasser reagiert und nicht mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft, wodurch die Reduktionsreaktion beeinträchtigt wäre. Auf diese Weise gelingt es, den Wirkungsgrad eines solchen Verbrennungsmotors zu steigern und den Kraftstoffverbrauch zu senken.
Der Sauerstoff für die zweite Stufe kann aus der Umgebungsluft oder auch als reiner Sauerstoff dem Verbrennungsmotor zugeführt werden. Bei der Verwendung reinen Sauerstoffs werden die Schadstoffemissionen erheblich reduziert. Es fällt im wesentlichen nur Kohlendioxid und Wasser an.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Eignung des Verbrennungsmotors für alle Arten kohlenwasserstoffhaltiger Kraftstoffe. Es können also sowohl niedrigviskose Kraftstoffe, wie Benzin, Diesel, Petroleum und Alkohole ebenso wie hochviskose Kraftstoffe, wie z. B. Öle verwendet werden. Bei der Verwendung von Pflanzenölen erlangt man den zusätzlichen Vorteil, auf erneuerbare Kraftstoffe zurückgreifen zu können. Auch der Einsatz kohlenwasserstoffhaltiger Gase, wie zum Beispiel Methan ist möglich.
Begünstigt wird vorgenannter Vorzug durch ein Kraftstoffzufuhrsystem mit einer Evaporationskammer, in die ein Gemisch aus Wasser und kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen eingespritzt und erhitzt wird. Dabei ist es möglich eine Einspritzdüse für die hochviskosen und eine andere Einspritzdüsen für die niedrigviskosen Kraftstoffe einzusetzen. Ebenso kann nur eine Einspritzdüse für alle Bestandteile des Kraftstoffgemisches verwendet werden.
Der Zeitpunkt des Einspritzens des Kraftstoffes und des Wassers in die Evaporationskammer fällt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit dem Beginn des Verdichtungstaktes des Generatorzylinders zusammen. Daraus ergibt sich eine Dauer von drei weiteren Takten des Generatorzylinders bis zum Ansaugen des Kraftstoffgemisches. Diese Dauer stellt sicher, dass sich das Kraftstoffgemisch gleichmäßig in der Evaporationskammer und der Zufuhrleitung zum Generatorzylinder vermischt und ausbreitet, was Voraussetzung für eine gleichmäßige Verbrennung ist.
Die Erzeugung eines gasförmigen Kraftstoffgemisches geschieht vorteilhafterweise durch Beheizung der Evaporationskammer. Als Heizquelle kann beispielsweise die Restwärme der Auspuffabgase verwendet werden, indem die Abgasleitung an der Evaporationskammer vorbeigeführt wird. Eine andere oder auch zusätzliche Möglichkeit ist es, in der Evaporationskammer eine Glühkerze anzuordnen, die zudem den Vorteil bietet, dass auch bei kaltem Motor Wärme erzeugt wird.
Vorzugsweise sind die Innenflächen der Evaporationskammer derart gestaltet, dass eine Vergrößerung der Oberfläche erzielt wird, beispielsweise durch die Verwendung von Rippen. Bei einer Aufheizung des Kraftstoffgemisches über das Gehäuse der Evaporationskammer wird dadurch der Wärmeübergang verbessert. Zusätzlich unterstützen die Rippen eine feine Zerstäubung des Kraftstoffes schon beim Einspritzen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Verteilerleitung vom Auslassventil des Generatorzylinders zum Einlassventil der Arbeitszylinder mindestens ein Regulierorgan auf, um die Gaszufuhr zu den Arbeitszylindern zu steuern. Ebenso können die Zufuhrleitungen zu den Arbeitszylindern für die Luft bzw. den Sauerstoff mit Regulierorganen versehen sein, um einerseits das richtige Mischungsverhältnis mit den wasserstoffhaltigen Abgasen des Generatorzylinders einstellen und andererseits die Gasmenge insgesamt zur Regulierung der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors vornehmen zu können.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht eine großvolumige Ausbildung der Verteilerleitung vor. Dadurch ist es möglich, die Verteilerleitung gleichzeitig als Gasspeicher für die wasserstoffhaltigen Auspuffgase des Generatorzylinders zu verwenden, in dem eine gleichmäßige Durchmischung mit dem Sauerstoff stattfinden kann und aus dem die Arbeitszylinder versorgt werden.
Ein bevorzugter Verbrennungsmotor besitzt beispielsweise einen Generatorzylinder und zwei Arbeitszylinder. Ganz allgemein gilt dabei, dass die Summe der Volumina der Generatorzylinder größer ist als die Summe der Volumina der Arbeitszylinder, um eine ausreichend große Menge an Wasserstoff für die zweite Verbrennungsstufe zu erzeugen.
Für die Warmlaufphase des Verbrennungsmotors ist es von Vorteil, wenn die Wasserzufuhr abgeschaltet werden kann. Ein erfindungsgemäßer Motor kann dann bis zum Erreichen der Betriebstemperatur lediglich mit einem kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoff betrieben werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Das Ausführungsbeispiel betrifft einen Ottomotor ohne dabei die Erfindung auf diesen einzuschränken. Die nachfolgenden Ausführungen lassen sich beispielsweise ohne weiteres auch auf Dieselmotoren übertragen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Kurbelwelle mit der Anordnung der Kurbelzapfen zur Steuerung der Zylinder,
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Generatorzylinder während des Ansaugtaktes,
Fig. 4 einen Querschnitt durch den in Fig. 3 dargestellten Generatorzylinder während des Auspufftaktes,
Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Arbeitszylinder während des Ansaugtaktes und
Fig. 6 einen Querschnitt durch den in Fig. 5 dargestellten Arbeitszylinder während des Auspufftaktes.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 1 in Form eines Dreizylinder-Ottomotors. Die Darstellung ist stark 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.
Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Motorblock 2 auf, der drei kreisförmige Zylinder 3, 4 und 5 besitzt, die parallel und in Reihe hintereinander angeordnet sind. Der Zylinder 5 wird im weiteren Generatorzylinder genannt, die Zylinder 3 und 4 Arbeitszylinder. Im Generatorzylinder 5 ist ein Generatorkolben 8, in den Arbeitszylindern 3 und 4 jeweils ein Arbeitskolben 6 und 7 längsverschieblich angeordnet. Unterhalb der Zylinder 3, 4 und 5 ist im Motorblock 2 eine quer zu den Zylinderlängsachsen verlaufende Kurbelwelle 12 drehbar gelagert. Die Kurbelwelle 12 weist Kurbelzapfen 13, 14 und 15 auf, deren geometrische Anordnung auf der Kurbelwelle 12 aus Fig. 2 hervorgeht. Bei einer durch den Pfeil 40 versinnbildlichten Rotation der Kurbelwelle 12 im Uhrzeigersinn folgt nach jeweils einer Teilrotation von 240 Grad ein Kurbelzapfen auf den anderen.
Die Kurbelzapfen 13, 14 und 15 tragen jeweils das untere Ende der Pleuel 9, 10 und 11, deren oberes Ende wiederum mit den Kolben 6, 7 und 8 gelenkig verbunden ist. Auf diese Weise steuert die Kurbelwelle 12 auf bekannte Weise die Relativbewegung der Kolben 6, 7 und 8 zueinander und nimmt die im Arbeitstakt der Zylinder 3, 4 und 5 erzeugte Energie auf und wandelt diese in eine Rotationsbewegung um.
Die Oberseite des Zylinderblocks 2 ist von dem Zylinderkopf 16 bedeckt, der die Öffnungen der Zylinder 3, 4 und 5 verschließt. Ein Einlasskanal 31 im Zylinderkopf 16 führt zu dem Generatorzylinder 5. An dessen Mündung sitzt das Einlassventil 19. Außerdem sieht man einen Auslasskanal 36 mit einem Auslassventil 22 an dessen Mündung (Fig. 3 und 4). Entsprechend führen die Kanäle 23 und 38 im Zylinderkopf 16 zu dem Arbeitszylinder 3 und sind von dem Einlassventil 17 und dem Auslassventil 20 verschlossen (Fig. 5 und 6). Entsprechendes gilt für den Arbeitszylinder 4 mit dem Einlasskanal 41 und Auslasskanal 42, sowie dem dazugehörenden Einlassventil 18 und Auslassventil 21 (Fig. 1).
Insbesondere aus Fig. 3 geht der Aufbau des Kraftstoffzufuhrsystem hervor, das seitlich an den Zylinderkopf 16 angeflanscht ist und an den Einlasskanal 31 anschließt. Dieses umfasst eine von einem Gehäuse 30 umschlossene Evaporationskammer 29 an deren Oberseite eine Einspritzdüsen 32 für die Kraftstoffzufuhr angeordnet ist. Im vorliegenden Beispiel wird eine einzige Düse 32 für die Zufuhr von hochviskosen Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Pflanzenölen, für die Zufuhr von niedrigviskosen Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Benzin oder Diesel und für die Zufuhr von Wasser, das auch schon vorgewärmt sein kann, verwendet. Alternativ kann auch für jeden Bestandteil des Kraftstoffes eine eigene Düse vorgesehen sein.
Mit Hilfe der Einspritzdüse 32 werden die einzelnen Bestandteile des Kraftstoffs in die Evaporationskammer 29 eingespritzt, zerstäuben dort und gehen wegen der in der Evaporationskammer 29 vorherrschenden Temperaturen wenigstens teilweise, vorzugsweise ganz in einen gasförmigen Zustand über. Zum Aufheizen der Evaporationkammer 29 kann eine in der Zeichnung nicht dargestellten Glühkerze dienen, die in der Gehäusewandung 30 der Evaporationskammer 29 eingesetzt sein kann. Diese Lösung arbeitet unabhängig von der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors 1.
Im vorliegenden Beispiel ist eine Lösung verwirklicht, die die Resthitze der Abgase zum Erwärmen der Evaporationskammer 29 verwendet. Zu diesem Zweck weist der Auspuffkrümmer 34, durch welchen die heißen Abgase nach verlassen des Motors 1 geleitet werden, eine gemeinsame Kontaktfläche mit dem Gehäuse 30 der Evaporationskammer 29 auf, welche der Wärmeüberleitung dient. Um den Wärmeübergang von der Wand der Evaporationskammer 29 auf den Kraftstoff zu optimieren, weist die Evaporationskammer 29 an ihrer Innenseite Rippen 33 auf, die zudem den Vorteil bieten, dass der eingespritzte Kraftstoff an deren Oberfläche besser zerstäubt wird.
Aus Fig. 4 geht zusätzlich hervor, dass sich im Bereich des Generatorzylinders 5 an den Auslasskanal 36 mit dem Auslassventil 22 eine Verteilerleitung anschließt, die sich aus dem Querrohr 35 und dem Längsrohr 27 zusammensetzt. Das Längsrohr 27 erstreckt sich dabei in tangentialer Richtung entlang der Reihe der Zylinder 3, 4 und 5. An das Längsrohr 27 sind gegebenenfalls weitere Auslasskanäle weiterer Generatorzylinder angeschlossen.
Fig. 5 zeigt den Aufbau des Arbeitszylinders 3, wobei dieser auch beispielhaft für den Arbeitszylinder 4 gilt, der lediglich in Fig. 1 zu sehen ist. Die nachfolgenden Ausführungen können sinngemäß für den Arbeitszylinder 4 übernommen werden. Der Arbeitszylinder 3 ist über den Einlasskanal 23 und das Querrohr 24 mit dem Längsrohr 27 verbunden. Im Übergangsbereich zwischen Längsrohr 27 und Querrohr 24 ist ein Regulierorgan 26, beispielsweise in Form eines elektromagnetischen Ventils angeordnet, das den Gasdurchtritt reguliert und damit die Beschickung des Arbeitszylinders 3.
Im vorliegenden Beispiel wird dem Verbrennungsmotor 1 Sauerstoff aus der Umgebungsluft zugeführt. Zu diesem Zweck dient der in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellte Luftfilter 37, durch welchen die gefilterte Luft über das Längsrohr 25 in das Querrohr 24 und im weiteren über den Einlasskanal 23 in den Arbeitszylinder 3 gelangt. Die Luftmenge wird dabei über eine nicht dargestellte Drosselklappe im Bereich des Luftfilters 37 reguliert.
Fig. 6 zeigt schließlich den im Zylinderkopf 16 im Bereich des Arbeitszylinders 3 angeordneten Auslasskanal 38, durch welchen die Abgase in den Auspuffkrümmer 34 gelangen.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Motors 1 wird im folgenden erklärt. Nach dem Einspritzen des kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffes und des Wassers durch die Düse 32 in die Evaporationskammer 29 unter einem Druck von etwa 5 bis 10 bar wird das Gemisch aus Kraftstoff und Wasser durch die Hitze, die der Auspuffkrümmer 34 abgibt, auf etwa 200 bis 300 Grad Celsius aufgeheizt und geht in gasförmigen Zustand über. Da die Einspritzung bereits zu Beginn des Verdichtungstaktes der Generatorzylinders 5 stattfindet, steht dafür die Zeit von den restlichen drei Takten des Generatorzylinders 5 zur Verfügung, wodurch ein sehr homogenes Gemisch in der Evaporationskammer 29 entsteht.
Das so erzeugte gasförmige Kraftstoffgemisch wird im Ansaugtakt des Generatorzylinders 5 und bei geöffnetem Einlassventil 19 aus der Evaporationskammer 29 über den Einlasskanal 31 in den Generatorzylinder 5 eingesaugt (Fig. 3). Nach anschließender Verdichtung des Gemisches bei geschlossenen Ventilen 19 und 22 wird das Kraftstoffgemisch gezündet, wobei im Generatorzylinder 5 folgende Oxidation-Reduktion-Reaktion abläuft, die die erste Verbrennungsstufe darstellt:
CmHn + 2m H2O = m CO2 + (0,5n + 2m) H2 ↑ + Q1
Die im Arbeitstakt frei werdende Energie Q1 wird von dem Kolben 8 über die Pleuelstange 11 auf den Kurbelzapfen 15 der Kurbelwelle 12 übertragen, die dabei in Rotation versetzt wird.
Im anschließenden Auspufftakt des Generatorzylinders 5 wird das wasserstoffhaltige Abgas bei geöffnetem Auslassventil 22 durch den Auslasskanal 36 in das Querrohr 35 und im weiteren in das Längsrohr 27 geleitet. Dort wird es während des Ansaugtaktes des Arbeitszylinders 3 oder 4 und bei jeweiligem geöffnetem Regulierorgan 26 durch das Querrohr 24, beziehungsweise dem entsprechenden Regulierorgan und Querrohr für den Arbeitszylinder 4, und den Einlasskanälen 23 bzw. 41 und bei geöffnetem Einlassventil 17 bzw. 18 in den Arbeitszylinder 3 oder 4 gesaugt. Gleichzeitig gelangt Umgebungsluft über den Luftfilter 37 und das Längsrohr 25 ebenfalls in das Querrohr 24 und über den Einlasskanal 23 oder 41 in den Arbeitszylinder 3 oder 4, so dass dort ein Gemisch aus Kohlendioxid, Wasserstoff und Umgebungsluft vorliegt.
Nach Verdichtung dieses Gemisches im jeweiligen Arbeitszylinder 3 oder 4 erfolgt die Zündung, wobei folgende Oxidation-Reaktion abläuft, die die zweite Verbrennungsstufe darstellt:
2 H2 + O2 = 2 H2O + Q2
Als Nebenreaktion reagiert der Stickstoff der Umgebungsluft mit dem Sauerstoff und es entstehen neben CO2- und O2- Resten folgende Giftigkeitskomponenten:
x N2 + O2 = 2 NxO
Gemäß der Erfindung ist alternativ vorgesehen den Verbrennungsmotor 1 mit reinem Sauerstoff zu versorgen, der entweder kontinuierlich im Wege der Abscheidung aus der Umgebungsluft gewonnen oder in Tanks zur Verfügung gestellt wird. In diesem Fall läuft in der zweiten Verbrennungsstufe ebenfalls oben beschriebene Oxidation-Reaktion ab. Lediglich in der Nebenreaktion entstehen keine Stickoxide, sondern nur CO2- und O2- Reste.
Die bei der zweiten Verbrennungsstufe in den Arbeitszylindern 3 und 4 anfallenden Abgase werden bei geöffnetem Auslassventil 20 bzw. 21 über den Auslasskanal 38 bzw. 42 in den Auspuffkrümmer 34 eingeleitet.
Die Steuerung der Motorleistung kann folgendermaßen vorgenommen werden. Es kann bei konstanter Luftmenge die Menge des Kraftstoffgemisches reguliert werden. Ebenso ist es möglich die Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr zu regulieren, nach der sich dann die erforderliche Kraftstoffzufuhr ergibt. Alternativ werden sowohl die Luft- bzw. Sauerstoffmenge und die Kraftstoffmenge in einem vorbestimmten Verhältnis über eine Einspritzanlage zugeführt.
Probleme, die sich bei tiefen Temperaturen und kaltem Motor 1 ergeben könnten, löst die Erfindung, indem die Einspritzung von Wasser in die Evaporationskammer 29 in der Startphase bei kaltem Motor abgeschaltet wird und der Verbrennungsmotor 1 zunächst mit niedrigviskosen kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen, wie zum Beispiel Benzin oder Diesel betrieben wird. Bei Erreichen der Betriebstemperatur können dann auch hochviskose Kraftstoffe zugeführt und die Einspritzung von Wasser in die Evaporationskammer 29 wieder vorgenommen werden. Zusätzlich kann in der Evaporationkammer 29 eine Glühkerze angeordnet sein, die ein Vorheizen der Evaporationskammer 29 besorgt, was die Startsicherheit vor allem bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt verbessert.

Claims (14)

1. Verbrennungsmotor (1) zum Erzeugen von Bewegungsenergie aus kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen mit mindestens einem Generatorzylinder (5) und mindestens einem Arbeitszylinder (3, 4), wobei der Generatorzylinder (5) und der oder die Arbeitszylinder (3, 4) jeweils mit einem Kolben (6, 7, 8) einem Zylinderkopf (16) sowie konventionell gesteuerten Einlass- und Auslassventilen (17 bis 22) ausgestattet sind und die Kolben (6, 7, 8) über Pleuelstangen (9, 10, 11) mit einer gemeinsamen Kurbelwelle (12) verbunden sind, die die Relativbewegungen der Kolben (6, 7, 8) zueinander steuert, und einem Kraftstoffzufuhrsystem mit einer Evaporationskammer (29), mit mindestens einer Düse (32) zum Einspritzen von Kraftstoff und Wasser in die Evaporationskammer (29) und mit einer Verbindungsleitung (31) zwischen der Evaporationskammer (29) und dem Einlassventil (19) des Generatorzylinders (5) und einer Verteilerleitung (35, 27, 24), die das Auslassventil (22) des Generatorzylinders (5) mit dem Einlassventil (17, 18) des oder der Arbeitszylinder (3, 4) verbindet, und einer Zufuhrleitung (25) für Luft oder Sauerstoff zu dem oder den Arbeitszylindern (3, 4), wobei in der Evaporationskammer (29) ein gasförmiges Gemisch aus Wasser und Kraftstoff erzeugt wird, das im Ansaugtakt des Generatorzylinders (5) dem Generatorzylinder (5) zugeführt, im Verdichtungstakt verdichtet und anschließend verbrannt wird, und wobei die Reaktionsprodukte der Verbrennung im Auspufftakt des Generatorzylinders (5) aus dem Generatorzylinder (5) ausgeleitet und in die Verteilerleitung (35, 27, 24) eingeleitet werden, und wobei die Reaktionsprodukte im Ansaugtakt des oder der Arbeitszylinder (3, 4) aus der Verteilerleitung (35, 27, 24) in den oder die Arbeitszylinder (3, 4) geführt, im Verdichtungstakt verdichtet, anschließend verbrannt und im Auspufftakt ausgestoßen werden.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Evaporationskammer (29) zur Erzeugung eines gasförmigen Gemisches aus Wasser und Kraftstoff mit einer Heizung versehen ist.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquelle vom Auspuff (34) gebildet ist.
4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Evaporationskammer (29) eine Glühkerze angeordnet ist.
5. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Evaporationskammer (29) Elemente zur Vergrößerung der Oberfläche, vorzugsweise Rippen (33), angeordnet sind.
6. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffzufuhrsystem mindestens eine Düse (32) für höherviskose Kraftstoffe, insbesondere Pflanzenöle, und mindestens eine Düse für niedrigviskose Kraftstoffe, insbesondere Benzin oder Diesel, aufweist.
7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerleitung ein Regulierorgan (26) zur Steuerung der Zufuhr des wasserstoffhaltigen Abgases zu dem oder den Arbeitszylindern (3, 4) aufweist.
8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerleitung (35, 36, 27) zur Bildung eines Gasspeichers großvolumig ausgebildet ist.
9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Volumina der Generatorzylinder (5) größer ist als die Summe der Volumina der Arbeitszylinder (3, 4), vorzugsweise um etwa 20 Vol. %.
10. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) einen Generatorzylinder (5) und zwei Arbeitszylinder (3, 4) aufweist.
11. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffzufuhrsystem eine automatische Ab- bzw. Zuschaltung der Wasserzufuhr aufweist, die in der Startphase des Verbrennungsmotors (1) die Wasserzufuhr unterbindet.
12. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff und Wasser derart ist, dass die Einspritzung in die Evaporationskammer (29) am Anfang des Verdichtungstaktes des Generatorzylinders (5) stattfindet.
13. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrleitung für Luft oder Sauerstoff zu dem oder den Arbeitszylindern (3, 4) wenigstens teilweise mit der Verteilerleitung (35, 27, 24) identisch ist.
14. Zweistufiges Verfahren zur Erzeugung von Bewegungsenergie mit Hilfe eines Verbrennungsmotors (1), wobei der Verbrennungsmotor (1) mindestens zwei Brennkammern (3, 4, 5) aufweist, die über eine Verbindungsleitung (36, 35, 27, 24, 23) miteinander verbunden sind und in denen eine zweistufige Verbrennung durchgeführt wird, wobei zunächst in der ersten Brennkammer (5) unter Sauerstoffabwesenheit Wasser und kohlenwasserstoffhaltiger Kraftstoff verbrannt wird und nachfolgend in einer weiteren Brennkammer (3, 4) die Reaktionsprodukte aus der ersten Brennkammer (5) mit Sauerstoff verbrannt werden.
DE10214987A 2001-04-04 2002-04-04 Verbrennungsmotor und Verfahren zum Erzeugen von Bewegungsenergie aus kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen Expired - Lifetime DE10214987B4 (de)

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