DE10219009A1

DE10219009A1 - Zweitakt-Motor mit Wasserstoff und Luftventilen

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Publication number: DE10219009A1
Application number: DE10219009A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-27
Filing date: 2002-04-27
Publication date: 2003-11-06

Description

Für die Steuerung eines Drehkolbenmotors war die Neuentwicklung von Einlaßventilen notwendig. Diese Ventile lassen Gas ein, wenn der Brennkammerdruck unter dem Einlaßdruck der Zuleitung steht. Wird das Gasgemisch gezündet, schliessen die Ventile, so dass das gezündete Gas Arbeit verrichten kann.
Diese Ventile lassen sich auch in einem Hubkolben-Motor benutzen, der seiner Form nach als Zweitaktmotor funktioniert. Der Motor ist in Fig. 3 dargestellt. Die Ventile (1) sind im Zylinderkopf eingebaut. Die Ventile dürfen nicht direkt mit der Brennkammer in Berührung kommen, da sie sich sonst durch die hohe Temperatur der Knallgasexplosion von bis zu ca. 2500°C, schnell verformen würden. Aus diesem Grund gibt es für jedes Gas eine separate Leitung durch jeweils eine Monogassäul (2), so dass jedes Gas ungemischt bis zur Brennkammer gelangt. Erst dort werden die beiden Gase zu Knallgas gemischt.
Der Mischvorgang erfolgt erst dann, wenn die Ventile öffnen. In dem Moment, in dem der Kolben bei seiner Abwärtsbewegung die Auspufföffnung (5) erreicht, strömt das Gas aus dem Hubraum. Wird nun der Brennkammerdruck niederer als der Zuleitungsdruck, öffnen die beiden Ventile, so dass nun erneut H₂ und Luft in die Brennkammer strömen können.
So hat z. B., ein ca. 120 [cm³] Hubkolbenmotor seine Gaseinlassphase während der Abwärtsbewegung des Kolbens. Bei Erreichen des Hubraumdruckes von p_Hub < 2[bar] öffnen die Ventile, wenn der Zuleitungsdruck 2 [bar] ist. Der ganze Hubraum wird dann mit Reaktionsgas H₂ und Luft geflutet.
Gleichzeitig kann das Dosierventil (6) für Wasser eine exakt bemessene Menge Wasser in den Brennraum einspritzen. Es wird so lange geflutet, bis sich der Kolben über den unteren Totpunkt [UT] bewegt und danach den Auspuff wieder verschliesst. Schiebt sich der Kolben bei ca. 85 [cm³] am Auspuff vorbei, so schliesst der Kolben den Auslass zum Auspuffund auch die Ventile schließen, weil sie eine Rückströmung des Gases verhindern.
Danach wird das Gas mit dem Wasser bis zum oberen Totpunkt [OT] bei optimaler Kompression auf ca. 16 [cm³] komprimiert. Das bedeutet, dass nur durch die Verdichtung des Knallgases ein Druck von
p₁ × V₁ = p₂ × V₂
p₂ = p₁ × V₁/V₂
p₂ = 15[bar]
entsteht bei dem dann das Knallgas gezündet wird.
Gezündet wird über die Zündkerze (3), so wie das bei einem Hubkolben-Motor üblich ist. Das komprimierte Gasgemisch wird zum Zeitpunkt des oberen Totpunktes gezündet. Der Brennkammerdruck steigt erheblich, gemäss
p₂ × V₂/T₂ = p₃ × V₃/T₃
ca. p₃ = 375[bar]
Dies ist der Druck, der erreicht wird ohne Berücksichtigung des eingespritzten Wassers. Wird eine Wassermenge von ca. 50 [mm³] eingespritzt, so dürfte sich der Druck wie folgt verändern
Das Gewicht des Wassers ist G = 0.05[g]. Wird das Wasser verdampft entstehen ca.
V_gas = G/γ
unkomprimiertes Gas. Dies ist ca. V_gas = 0.047[1].
Wird das Gas auf das verdichtete Volumen von 16[cm³] berechnet, erhält man einen Druck von fast 1000[bar] im Zündmoment.
Der Kolben (4) verrichtet danach die Arbeit, die er durch die Verbrennung des Knallgases verrichten kann (Fig. 2).
Dies wird unter ideeller Abschätzung und ohne große Verluste erreicht. Der tatsächliche Wert liegt natürlich wesentlich darunter.
Der thermodynamische Kreisprozess hat den ungefähren Verlauf, wie in Fig. 1 gezeigt.
Patente:
Pos. (1) DE 196 43 313.4 Ventil für Gaszuleitung (H₂)
Pos. (2) DE 196 55 102.1 Zündschutz
Pos. (6) DE 198 37 303.1 Wasserdosierventil

Claims

1. Zuleiten von zündfähigem Gas (H² und Luft) separat in Monogassäulen (2) zum Brennraum, wenn der Druck in der Brennkammer < als der Zuleitungsdruck ist. Der Gasdruck ist vor dem Einlaß regelbar. Erst im Brennraum erfolgt die Mischung zu Knallgas.

2. Vor den Monogassäulen sind die Ventile (1). Eine Erwärmung der Ventile ist nicht möglich, da zu den Ventilen, die je nach Druck öffnen oder schließen, kein Gasgemisch gelangt.

3. Das Wasserdosierventil (6) öffnet nur einmal kurz und läßt eine dosierte Menge Wasser in den Brennraum. Dies hat den Vorteil, daß sich die Brennraumtemperatur nicht wesentlich erhöht, dafür aber der Brennraumdruck beträchtlich gesteigert wird.

4. ist der Kolben bei der Aufwärtsbewegung an dem Auslass (5) vorbei schließen die Ventile und das Gas wird bis zum oberen Totpunkt (OT) komprimiert.

5. Die Zündung (3) erfolgt nach dem OT. Der Hubkolben verrichtet Arbeit und das Gas expandiert bis zum Auspuff. Dort strömt dann das Gas solange aus, bis der Druck der Brennkammer unter den Zuleitungsdruck gerät. Dann machen die Ventile auf und Fluten die Brennkammer. Der Kolben bewegt sich dabei über den unteren Totpunkt (UT) bis über den Auslass.