DE10351058A1

DE10351058A1 - Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit Wasserstoff und damit betreibbarer Motor

Info

Publication number: DE10351058A1
Application number: DE10351058A
Authority: DE
Inventors: Ferndinand Dr.-Ing. Herms
Original assignee: ADAPT ENGINEERING GmbH
Current assignee: ADAPT ENGINEERING GmbH
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-05-25

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum schadstoffarmen Betrieb eines Verbrennungsmotors bei deutlich verbessertem Wirkungsgrad und größerer Leistungsdichte und einen damit betreibbaren Motor anzugeben. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, DOLLAR A dass ein Kreisprozess durchgeführt wird, in dem in jedem Brennraum insbesondere DOLLAR A - die Verbrennungsprodukte durch den Kolben oder ihren Überdruck nur teilweise ausgeschoben werden oder austreten, DOLLAR A - die Auslassventile oder -schlitze geschlossen werden, bevor die Größe des Arbeitsvolumens ihr Minimum erreicht und DOLLAR A - die restlichen, nicht ausgeschobenen oder ausgetretenen Verbrennungsprodukte durch den Kolben verdichtet werden und bei der nachfolgenden Verbrennung als Inertgas teilnehmen, und DOLLAR A dass die Einbringung durch eine Vorrichtung in den Zylinderwänden erfolgt, die während der Verbrennung durch ein Teil des Kolbens verdeckt ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit direkter Einbringung von Oxidationsmittel und Reduktionsmittel durch Einpressung oder Einspritzung in einen Brennraum mit Zündeinrichtung und Auslassventilen, wobei die Arbeitsweise des Motors auf zwei Takten basiert und ein ebensolches Verfahren, bei dem jeder Brennraum statt Auslassventilen mindestens einen Auslassschlitz aufweist sowie einen mit einem dieser Verfahren betreibbaren Verbrennungsmotor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Hubkolben- oder eines Rotationskolbenmotors, mit direkter Einbringung von Oxidationsmittel und Reduktionsmittel, insbesondere Sauerstoff und Wasserstoff, durch Einpressung oder Einspritzung in mindestens einen Brennraum mit mindestens einer Zündeinrichtung pro Brennraum, wobei die Arbeitsweise des Motors auf zwei Takten basiert und jeder Brennraum jeweils mindestens ein Auslassventil aufweist, und ein ebensolches Verfahren, bei dem jeder Brennraum statt Auslassventilen jeweils mindestens einen Auslassschlitz aufweist sowie einen mit einem dieser Verfahren betreibbaren Verbrennungsmotor.
Als Brennraum wird beim Rotationskolbenmotor das gesamte Volumen angesehen, das bei der Bewegung des Drehkolbens zwischen diesem und dem Gehäuse eingeschlossen wird.
Die Erfindung wird vorzugsweise für die ortsfeste oder mobile Wärmekraftumwandlung eingesetzt, vorzugsweise in Verbindung mit der Speicherung elektrischer Energie in Form von Sauerstoff und Wasserstoff, die durch Elektrolyse gewonnen werden. Der Fahrzeugantrieb ist ebenfalls ein Einsatzgebiet.
Für den Wirkungsgrad und andere Merkmale eines Motors sind Hubvolumen, Expansionsvolumen und Kompressionsvolumen von Bedeutung. Das Hubvolumen ist das Brennraumvolumen zwischen Kompressions- und Expansionstotpunkt des Kolbens. Das Expansionsvolumen ist das Brennraumvolumen zwischen Kompressionstotpunkt und Auslassöffnen. Das Kompressionsvolumen ist das Brennraumvolumen zwischen Auslassschliessen und Kompressionstotpunkt. Weiterhin bestimmt sich das sogenannte Expansionsverhältnis aus dem Verhältnis von Expansionsvolumen zur Summe aus Hubvolumen und Schadraumvolumen.
Im Stand der Technik sind verschiedene Wasserstoffmotoren und -entwürfe bekannt, von denen jedoch nur wenige funktionieren oder gar real einsetzbar sind, da die Wasserstoffverbrennung nur schwer kontrollierbar ist.

So ist aus der US 1,527,130 eine Brennkraftmaschine bekannt, die der aufgenommenen Luft Wasserstoff und Wasser aus einem Reservoir zuführt, wobei das Wasser in Form von Wasserdampf an der Verbrennung teilnimmt, um die Verbrennung zu verlangsamen und so Klopfzustände zu vermeiden.

Diese Brennkraftmaschine hat den Nachteil, dass zusätzlich zum Wasserstoff auch Wasser bereitgestellt werden muss.

In DE 39 03 474 A1 wird ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei in jedem Zylinder in einem vorbestimmen Drehwinkelbereich der Kurbelwelle Gas entnommen wird, dieses Gas einem Zwischenspeicher zugeführt wird und sodann in einem anderen Drehwinkelbereich der Kurbelwelle dem Zylinder wieder zugeführt wird, wobei das Gas dem Zylinder nach Brennende entnommen und aus dem Zwischenspeicher vor Beginn der Kompression wieder zugeführt wird.

Dabei ist der aufwendige Zwischenspeicher und dessen komplizierte Verwendung sehr nachteilig.

Aus DE 196 09 630 A1 ist eine Speicher-Verdichtungsraum-Wärmekraftmaschine mit innerer Verbrennung bekannt, bei dem der übliche Verdichtungsraum fehlt und durch einen Gas- oder Wärmespeicher ersetzt ist und bei dem der Innendruck bei Kolbenposition am unteren Totpunkt angeblich dem Atmosphärendruck entspricht, wobei in den Zeichnungen die Anordnung einer Einspritzdüse in der Zylinderwand angedeutet ist.

Dieser Maschine ist zum einen höchst kompliziert aufgebaut, zum ist anderen die Funktionsweise zumindest inkonsistent beschrieben wenn nicht gar unmöglich.

Allen bisher genannten Motoren ist der Schadstoffausstoß, speziell von Stickstoffoxiden in ähnlicher oder noch größerer Menge als bei der Verbrennung organischer Brennstoffe, durch die Verbrennung mit Luft gemein.

Die US 1,547,344 beschreibt eine Brennkraftmaschine, bei der zugeführtem, stickstofffreien Sauerstoff ein inertes Gas zugefügt wird, diese Mischung komprimiert und dann Wasserstoff zugeführt wird, wobei das inerte Gas nach der Verbrennung aus dem Abgas entfernt und dem Prozess wieder zugeführt wird.

Bei dieser Brennkraftmaschine ist der zusätzliche Aufwand zur Extraktion des inerten Gases von großem Nachteil.

Alle bisher genannten Motoren weisen sie den Nachteil einer geringen Leistungsdichte auf.

DE 101 17 825 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine, mit statischen Auslässen in der gekrümmten Brennraumwand, bei der Wasserstoff und Sauerstoff in flüssiger Form eingespritzt werden, dort verdampfen und gezündet werden, wobei anschließend Wasser eingebracht wird.

Hierbei sind die Nachteile der aufwendige Einsatz der Flüssigbrennstoffe sowie die zusätzliche Einbringung von Wasser, welche eine zusätzliche Einbringvorrichtung und einen Vorrat voraussetzt.

Aus der DE 43 28 246 A1 ist ein Verbrennungsmotor mit direkter Einbringung von Oxidations- und Reduktionsmittel, insbesondere Sauerstoff und Wasserstoff, in den Verbrennungsraum bekannt, bei dem diese eingepresst oder eingespritzt werden, dessen Arbeitsweise auf zwei Takten beruht und der ein oder mehrere Auslassventile oder einen Auslassschlitz aufweist, wobei im Falle des Auslassschlitzes die im Zylinder verbleibenden Abgase bei genügend hoher Verdichtung die Selbstzündung des eingepressten Gemisches im folgenden Arbeitstakt auslösen sollen.

Dieser Verbrennungsmotor scheitert in der Variante mit Auslassventilen an hohen Verbrennungstemperaturen und extremer Materialbeanspruchung durch unkontrollierte Verbrennung, in der Variante mit Auslassschlitzen ist die Selbstzündung mit der vorgeschlagenen, hohen Verdichtung ebenfalls nicht kontrollierbar bzw. nicht für die mechanische Arbeit verwertbar.

Alle genannten Motoren weisen den bei Verbrennungsmotoren allgemein bekannten Wirkungsgrad und somit den entsprechenden Brennstoffverbrauch auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum schadstoffarmen Betrieb eines Verbrennungsmotors bei deutlich verbessertem Wirkungsgrad und größerer Leistungsdichte und einen damit betreibbaren Motor anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Verfahren, welche die in den Ansprüchen 1 und 6 angegebenen Merkmale enthalten, und einen Verbrennungsmotor, der die in Anspruch 11 angegebenen Merkmale enthält, gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäßen Verfahren, die für Hubkolben und Rotationskolbenmotoren einsetzbar sind, bringen Oxidations- und Reduktionsmittel in vorzugsweise stöchiometrischem Verhältnis direkt in den Brennraum ein, wenn sich der Kolben in der Nähe des Verdichtungstotpunktes befindet.

Dabei machen sie sich die bekannten Wirkungen von Wasserdampf auf die Verbrennung zunutze, einerseits durch seine Wärmekapazität die Verbrennungshöchstdrücke und -temperaturen zu reduzieren und andererseits die Zündwilligkeit der Brennstoffe zu dämpfen, indem ein Teil des Abgases, das im Prinzip nur aus Wasserdampf besteht, im Kompressionsvolumen belassen wird und somit auf die einfachste und kostengünstigste Weise als Inertgas während der jeweils nächsten Verbrennung zur Verfügung steht. Ein zusätzliches, umständliches Einbringen von Wasser oder Wasserdampf ist daher nicht nötig. Lufteinlassvorrichtungen und Steuerung derselben werden ebenfalls nicht benötigt.

Durch den hohen Heizwert des Brennstoffgemisches und den Betrieb in zwei Takten ergibt sich eine hohe Leistungsdichte.

Die Ladungswechselarbeit ist durch die Abwesenheit des großen Luftbestandteils Stickstoff deutlich niedriger als bei Motoren, die mit Luftsauerstoff betrieben werden, da die Ladungsmasse entsprechend geringer ist. Dadurch ist auch die aus dem Arbeitsprozess herausgetragene Wärmeleistung gering, was zum einen konstruktiv vorteilhaft ist und zum anderen direkte Konsequenzen für den Wirkungsgrad hat.

Durch den Wegfall der Einlassvorrichtungen ergeben sich zudem hervorragende, konstruktive Möglichkeiten für den Einbau eines oder mehrerer Auslassventile mit ausreichendem Querschnitt in den Zylinderkopf bei Hubkolbenmotoren. Es ist aber ebenso möglich, im Sinne einer einfachen Konstruktion des Motors das Abgas durch feste Schlitze auszulassen.

Vorzugsweise sind die Einbringvorrichtungen für die Reaktionsedukte in den Zylinderwänden so angeordnet, dass sie während der Verbrennungsphase durch den Feuersteg, einen Dichtring, eine Kolbenkante oder eine Dichtleiste vor den höchsten Temperaturen geschützt werden.

Der Rotationskolbenmotor nach Wankel kann mit den erfindungsgemäßen Verfahren als 2-Takt-Motor betrieben werden, wobei pro Rotorumdrehung sechs Arbeitsspiele durchgeführt werden.

Das Hubvolumen muss nicht wie bei anderen Motoren nach der Größe der Ladungsmasse bemessen werden, sondern es kann zur Realisierung eines großen Expansionsverhältnisses gewählt werden.

Durch die einmalige Einstellung oder die laufende Regelung der Steuerzeiten der Auslassventile beziehungsweise durch die Anordnung der Schlitze können direkt Kompressions- und/oder Expansionsvolumen und somit auch die Masse des Inertgases Wasserdampf gezielt beeinflusst werden. Damit sind die Verbrennungshöchstdrücke und -temperaturen indirekt steuerbar.

Vorzugsweise wird dabei das Expansionsvolumen größer eingestellt oder geregelt als das Kompressionsvolumen, was eine niedrige Abgastemperatur und somit direkt einen höheren Wirkungsgrad zur Folge hat. Die in den Brennstoffen enthaltene Energie wird also deutlich besser ausgenutzt als bisher bekannt. Außerdem bedeutet ein kleines Kompressionsvolumen eine verringerte erforderliche Verdichtungsarbeit.

Vorteilhafterweise wird das Expansionsvolumen maximal, also gleich groß wie das Hubvolumen gewählt, während die Größe des Kompressionsvolumens so gering gewählt wird, dass der Innendruck im Moment der Einspritzung, der durch die Position der Einbringvorrichtungen festgelegt ist, unter dem zur Verfügung stehenden Einspritzdruck der Brennstoffe, der mindestens 30 bar betragen muss, liegt.

Dabei ist die Optimierung auf Verbrauch und/oder Drehmoment beziehungsweise Leistung in Abhängigkeit der Drehzahl möglich.

Die konstruktive Gestaltung des Hubvolumens wird vorzugsweise so realisiert, dass ein hohes Verdichtungsverhältnis bewirkt wird, was wiederum den Wirkungsgrad des Motors positiv beeinflusst.

Während der Verbrennung reagieren vorzugsweise nur Wasserstoff mit Sauerstoff ohne Anwesenheit von Stickstoff und Kohlenwasserstoffen, wodurch das Entstehen der sonst von Verbrennungsmotoren bekannten Abgasproblemkomponenten Stickstoffoxide, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe und Rußpartikel bis auf eventuelle Spuren aus der Verbrennung von Schmierstoffen vollständig ausgeschlossen ist.

Bei dem Verfahren für Motoren mit Auslassschlitzen können vorteilhafterweise zusätzliche Auslassschlitze in der Nähe des oberen Totpunktes verdeckbar angeordnet sein und vor der Verdichtung verschlossen werden, um das Kompressionsvolumen kleiner einstellen zu können. Nach der Expansion werden sie geöffnet, um den Ausstoß der Abgase zu erleichtern.

Das Öffnen und Schließen der zusätzlichen Auslassschlitze geschieht am einfachsten durch einen Schieber, der außerhalb des Brennraumes angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Dazu zeigen
1 den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Hubkolbenmotor mit einem Auslassventil,
2 den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Hubkolbenmotor mit Auslassschlitzen, und
3 den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Rotationskolbenmotor mit Auslassschlitzen.
In 1 sind in den Teilabbildungen a) bis f) die wesentlichen Phasen des Ablaufes eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
In a) befindet sich der Kolben 1 im Verdichtungstakt, der im Arbeitsvolumen 2 vom vorigen Zyklus enthaltene Wasserdampf wird komprimiert und durch die in diesem Fall seitlich angeordneten Einspritzdüsen 3.1 und 3.2 wird eine vom gewünschten Drehmoment abhängige Menge Sauerstoff und Wasserstoff in stöchiometrischem Verhältnis eingespritzt, das zentral angeordnete Auslassventil 4 ist geschlossen. In b) ist die Kompression fast vollständig abgeschlossen, der Kolben befindet sich unmittelbar vor seinem oberen Totpunkt und die Einbringvorrichtungen 3 sind durch die Kolbendichtringe 1.2 vom Arbeitsvolumen 2 getrennt. Durch die Zündkerze 5 wird die Verbrennung eingeleitet.
In c) findet im Arbeitsvolumen 2 die Hauptverbrennung statt, während die Einbringvorrichtungen 3 durch den Feuersteg 1.1 des Kolbens 1 vor den höchsten Temperaturen geschützt ist. Der Kolben 1 wird nach unten gedrückt.
In d) ist die Verbrennung im wesentlichen abgeschlossen, durch den hohen Druck des bei der Verbrennung entstandenen Wasserdampfes wird der Kolben 1 weiter nach unten gedrückt.
In e) hat der Kolben 1 seinen unteren Totpunkt erreicht, das Auslassventil 4 wird geöffnet. Durch den Überdruck im Arbeitsvolumen 2 strömt Wasserdampf durch das Ventil 4 hinaus.
In f) schiebt der Kolben 1 aktiv einen Teil des Abgases durch das Ventil 4 aus, bis das Ventil 4 gezielt geschlossen wird, wenn sich eine für die Steuerung des Verbrennungsprozesses maßgebliche Abgasmenge als Inertgas im Arbeitsvolumen befindet.
Im Vergleich zu herkömmlichen Motoren werden also Ausstoßen und Komprimieren in einem Arbeitstakt durchgeführt, sodass der gesamte Prozess einschließlich der Expansion nur zwei Takte benötigt, wobei die unvollständige Spülung beabsichtigt ist und gezielt beeinflusst wird.
Das Expansionsvolumen entspricht in diesem Fall dem Hubvolumen, das Kompressionsvolumen ist deutlich kleiner.
Das Auslassventil kann mechanisch, beispielsweise durch eine Nockenwelle, oder elektromagnetisch angesteuert werden.
Analog läuft das Verfahren in 2 ab, die in ähnliche Phasen a) bis f) aufgeteilt ist. Hier ist jedoch statt eines Auslassventils ein Auslassschlitz 6 kurz oberhalb des Kolbens am unteren Totpunkt und eventuell ein weiterer, verschließbarer Auslassschlitz 7 an der Stelle angeordnet, oberhalb derer die Verdichtung beginnen soll.
In a) ist der unter Schlitz 6 vom Arbeitsvolumen getrennt, der obere ist durch einen außerhalb des Zylinders liegenden Schieber (nicht abgebildet) druckdicht verschlossen. Der Kolben 1 befindet sich im Verdichtungstakt, der im Arbeitsvolumen 2 vom vorigen Zyklus enthaltene Wasserdampf wird komprimiert und durch die in diesem Fall seitlich angeordneten Einspritzdüsen 3.1 und 3.2 wird eine vom gewünschten Drehmoment abhängige Menge Sauerstoff und Wasserstoff in stöchiometrischem Verhältnis eingespritzt.
Die in b) und c) dargestellten Phasen sind identisch mit jenen aus 1, da beide Schlitze 6 und 7 vom Arbeitsvolumen getrennt sind, wobei der Schlitz 7 zusätzlich durch den Schieber verdeckt ist.
In d) findet die Expansion wie in 1 statt, da der nun im Arbeitsvolumen gelegene Schlitz 7 noch immer durch den Schieber verschlossen ist.
In e) hat der Kolben 1 seinen unteren Totpunkt erreicht und dabei den unteren Auslassschlitz 6 freigelegt, durch den das Wasserdampf-Abgas aufgrund seines Überdrucks ausströmt. Etwa zur gleichen Zeit wurde auch der obere Schlitz 7 durch den Schieber geöffnet, sodass das Ausströmen erleichtert wird.
In f) schließlich ist der Kolben 1 wieder in der Aufwärtsbewegung, der untere Schlitz 6 ist bereits wieder vom Arbeitsvolumen abgetrennt. Der obere Schlitz 7 hingegen ist noch offen, wodurch der Kolben 1 weiter Abgas ausschiebt, bis er schließlich auch den oberen Auslassschlitz 7 von Arbeitsvolumen abtrennt und/oder dieser durch den Schieber geschlossen wird, wenn sich eine für die Steuerung des Verbrennungsprozesses maßgebliche Abgasmenge als Inertgas im Arbeitsvolumen befindet, woraufhin die Verdichtung beginnt.
Hier wird die Größe des Kompressionsvolumens und somit die im Zylinder verbleibende Abgasmenge durch die Lage des Schlitzes 7 und seine Verschluss- und Offnungszeitpunkte festgelegt. Das Expansionsvolumen, das hier wiederum annähernd dem Hubvolumen entspricht, ist größer als das Kompressionsvolumen.
Um eine maximale Einfachheit der Konstruktion zu erreichen, kann statt zweier Schlitze 6 und 7 nur ein statischer Schlitz 6 vorgesehen werden. Expansions- und Kompressionsvolumen sind dann gleich groß, was sich in einem geringerem Wirkungsgrad niederschlägt.
Es ist auch denkbar, nur einen verschließbaren Schlitz 7 vorzusehen und auf statische Auslassschlitze 6 zu verzichten.
In 3 ist eine kombinierte Darstellung dreier Zustände eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Rotationskolbenmotor dargestellt. Der Drehkolben 1 befindet sich in der langgestrichelt gezeichneten Variante in der Kompression (Arbeitsvolumen in der Zeichnung links oben), in der durchgezogenen Variante im Verdichtungstotpunkt (Arbeitsvolumen in der Zeichnung oben), in der kurzgestrichelten Variante in der Expansion (Arbeitsvolumen in der Zeichnung rechts oben), und wiederum in der langgestrichelten Variante im Expansionstotpunkt (Arbeitsvolumen in der Zeichnung rechts), jeweils bezogen auf die linken, oberen Einspritzdüsen 3.1 und 3.2 und Zündkerze 5. Der Kolben 1 dreht sich im Uhrzeigersinn. Etwa auf der gegenüberliegenden Seite ist ein weiterer Satz Einbringvorrichtungen 3 und Zündkerze 5 angeordnet. Dadurch wird der Betrieb des Motors in Zweitaktbetrieb möglich, der Motor vollführt also bei einer Umdrehung sechs Arbeitsspiele, da entlang jeder der drei Kolbenseiten ein Arbeitsvolumen umläuft. Die Abläufe an den einander gegenüberliegenden Einbringvorrichtungen 3 sind identisch, jedoch um etwa 180° zeitlich gegeneinander versetzt.
Die Abläufe innerhalb jedes der drei umlaufenden Arbeitsvolumina sind ebenfalls gleich, aber zeitlich versetzt, und stimmen auch prinzipiell mit dem Hubkolbenmotor überein. Abweichend ist die Verdeckung der Einbringvorrichtungen 3. Anstelle des Feuerstegs 1.1 des Kolbens beziehungsweise der Kolbendichtringe 1.2 tritt die Kolbenkante beziehungsweise die Dichtleiste 1.3. Der Motor enthält zwei Auslassschlitze 6, die in den in der Zeichnung senkrechten (nicht dargestellten) Brennraumwänden angeordnet sind, so dass sie kurz vor dem jeweiligen Expansionstotpunkt freigelegt werden und kurz nach dem Expansionstotpunkt wieder vollständig verdeckt sind, woraufhin die Verdichtung des Wasserdampf-Abgases erfolgt und schließlich die Einspritzung der Reaktionsedukte erfolgt.
Sind die Auslassschlitze 7 und die Seiten des Kolbens 1 symmetrisch, so sind Kompressions- und Expansionsvolumen gleich groß. Eine unsymmetrische Formgebung der Kolbenflanken oder der Auslassschlitze 6 ist denkbar, sodass das Expansionsvolumen größer wird als das Kompressionsvolumen.

1: Kolben
1.1: Feuersteg
1.2: Kolbendichtring
1.3: Kolbenkante/Dichtleiste (die Dichtleiste übernimmt
: beim Drehkolbenmotor die Funktion des Kolbenringes)
2: Arbeitsvolumen
3: Einbringvorrichtungen
3.1: Einspritzdüse für Sauerstoff
3.2: Einspritzdüse für Wasserstoff
4: Auslassventil
5: Zündkerze
6: Auslassschlitz
7: verschließbarer Auslassschlitz

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Hubkolben- oder eines Rotationskolbenmotors, mit direkter Einbringung von Oxidationsmittel und Reduktionsmittel, insbesondere Sauerstoff und Wasserstoff, durch Einpressung oder Einspritzung in mindestens einen Brennraum mit mindestens einer Zündeinrichtung pro Brennraum, wobei die Arbeitsweise des Motors auf zwei Takten basiert und jeder Brennraum jeweils mindestens ein Auslassventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kreisprozess durchgeführt wird, in dem in jedem Brennraum – die Einbringung der Verbrennungsedukte erfolgt, nachdem die Auslassventile geschlossen sind, – die Zündung der Verbrennung erfolgt, wenn die Größe des Arbeitsvolumens in der Nähe ihres Minimums ist, – die Auslassventile geöffnet werden, wenn die Größe des Arbeitsvolumens kurz vor ihrem Maximum ist oder es erreicht hat, – die Verbrennungsprodukte mittels des Kolbens durch die Auslassventile teilweise ausgeschoben werden, – die Auslassventile geschlossen werden, bevor die Größe des Arbeitsvolumens ihr Minimum erreicht und – die restlichen, nicht ausgeschobenen Verbrennungsprodukte durch den Kolben verdichtet werden und bei der nachfolgenden Verbrennung als Inertgas teilnehmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung der Verbrennungsedukte in den Brennraum durch mindestens eine Vorrichtung in der Brennraumwand erfolgt und in dem Kreisprozess – die Einbringung der Verbrennungsedukte erfolgt, nachdem die Auslassventile geschlossen sind und bevor die Einbringvorrichtungen durch einen Verdichtungskolbenring oder eine Dichtleiste verdeckt sind, – die Zündung der Verbrennung erfolgt, wenn die Größe des Arbeitsvolumens in der Nähe ihres Minimums ist und die Einbringvorrichtungen durch mindestens einen Verdichtungskolbenring oder eine Dichtleiste verdeckt sind und – die Hauptverbrennung geschieht, während die Einbringvorrichtungen durch den Feuersteg oder eine Kante des Kolbens verdeckt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompressions- und/oder das Expansionsvolumen und/oder die im Brennraum verbleibende Abgasmenge durch die Einstellung und/oder Regelung der Zeitpunkte des Öffnens und Schließens der Auslassventile eingestellt und/oder geregelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile geschlossen werden, wenn sich eine für die Steuerung des Verbrennungsprozesses maßgebliche Abgasmenge im Brennraum befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsvolumen größer als das Kompressionsvolumen eingestellt und/oder geregelt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Hubkolben- oder eines Rotationskolbenmotors, mit direkter Einbringung von Oxidationsmittel und Reduktionsmittel, insbesondere Sauerstoff und Wasserstoff, durch Einpressung oder Einspritzung in mindestens einen Brennraum mit mindestens einer Zündeinrichtung pro Brennraum, wobei die Arbeitsweise des Motors auf zwei Takten basiert und jeder Brennraum jeweils mindestens einen Auslassschlitz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kreisprozess durchgeführt wird, in dem in jedem Brennraum – die Einbringung der Verbrennungsedukte erfolgt, nachdem die Auslassschlitze durch den Kolben verdeckt sind, – die Zündung der Verbrennung erfolgt, wenn die Größe des Arbeitsvolumens in der Nähe ihres Minimums ist, – die Auslassschlitze durch den Kolben freigelegt werden, wenn die Größe des Arbeitsvolumens kurz vor ihrem Maximum ist oder dieses erreicht hat, – die Verbrennungsprodukte durch ihren Überdruck aus dem Brennraum durch die Auslassschlitze teilweise austreten, – die Auslassschlitze durch den Kolben verdeckt werden, bevor die Größe des Arbeitsvolumens ihr Minimum erreicht und – die restlichen, nicht ausgetretenen Verbrennungsprodukte durch den Kolben verdichtet werden und bei der nachfolgenden Verbrennung als Inertgas teilnehmen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung der Verbrennungsedukte in den Brennraum durch mindestens eine Vorrichtung in der Brennraumwand erfolgt und in dem Kreisprozess – die Einbringung der Verbrennungsedukte erfolgt, nachdem die Auslassschlitze durch den Kolben verdeckt sind und bevor die Einbringvorrichtungen durch einen Verdichtungskolbenring oder eine Dichtleiste verdeckt sind, – die Zündung der Verbrennung erfolgt, wenn die Größe des Arbeitsvolumens in der Nähe ihres Minimums ist und die Einbringvorrichtungen durch mindestens einen Verdichtungskolbenring oder eine Dichtleiste verdeckt sind und – die Hauptverbrennung geschieht, während die Einbringvorrichtungen durch den Feuersteg oder eine Kante des Kolbens verdeckt sind.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Auslassschlitz erster Art, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein im Brennraum zwischen den Auslassschlitzen erster Art und den Einbringvorrichtungen angeordneter Auslassschlitz zweiter Art hermetisch und druckdicht verschlossen ist und geöffnet wird, wenn der Kolben die Auslassschlitze erster Art freilegt oder freigelegt hat, woraufhin die Verbrennungsprodukte aufgrund ihres Überdrucks durch ihn austreten und mittels des Kolbens durch ihn ausgeschoben werden, und er wieder verschlossen wird, bevor er das nächste Mal durch den Kolben freigelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschließen der Auslassschlitze zweiter Art durch einen außerhalb des Brennraumes angeordneten Schieber vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxidationsmittel nur Sauerstoff und als Reduktionsmittel nur Wasserstoff jeweils molekular und im zueinander stöchiometrischen Verhältnis eingebracht werden.
Verbrennungsmotor, insbesondere Hubkolben- oder Rotationskolbenmotor, mit direkter Einbringung von Oxidationsmittel und Reduktionsmittel, insbesondere Sauerstoff und Wasserstoff, durch Einpressung oder Einspritzung in mindestens einen Brennraum mit mindestens einer Zündeinrichtung pro Brennraum, wobei jeder Brennraum jeweils mindestens ein Auslassventil oder mindestens einen Auslassschlitz aufweist, insbesondere zum Betrieb mit einem Verfahren nach Anspruch 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einpressung oder Einspritzung durch mindestens eine Vorrichtung in den Zylinderwänden erfolgt, die so angeordnet ist, dass sie während der Verbrennung durch den Feuersteg oder eine Kante des Kolbens und/oder durch mindestens einen Verdichtungskolbenring oder eine Dichtleiste verdeckt ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 11 mit mindestens einem Auslassschlitz erster Art, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum mindestens einen Auslassschlitz zweiter Art aufweist, der verdeckbar zwischen den Auslassschlitzen erster Art und den Einbringvorrichtungen angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassschlitze zweiter Art durch einen außerhalb des Brennraumes angeordneten Schieber verschließbar sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringvorrichtung aus je einer Düse für Oxidations- und Reduktionsmittel besteht.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringvorrichtung eine Einspritz-Mischdüse für Oxidations- und Reduktionsmittel ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Anordnung der Einbringvorrichtungen und das durch sie erzeugte Gasgemisch maßgeblich die Brenngeschwindigkeit bestimmen.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich Oxidations- und Reduktionsmittel im gasförmigen oder flüssigen Zustand befinden.