DE202004004502U1 - Combined internal combustion engine and hydrogen extractor for water has injected fuel-air or fuel water mix in heat exchange with exhaust - Google Patents

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Abstract

The combined internal combustion engine to increase the hydrogen reduction from water includes a system for fuel and water feed. The engine has a cylinder block (2) with at least three (3-5) cylinders. The cylinder head has a heat exchanger (25) with a heat exchanger (25) with a catalyst layer. It has an evaporation chamber (41) between the exhaust duct and the fuel charge feed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kombinierter Verbrennungsmotor zur Erhöhung der Wasserstoffreduktion aus Wasser und gehört zum Maschinenbau, zwar zum Motorbau mit der Benutzung ergänzlicher und unergänzlicher kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen und Wasser gemäß den Merkmalen der Schutzansprüche 1.The invention relates to a combined Internal combustion engine to increase the hydrogen reduction from water and belongs to mechanical engineering, to Engine construction with the use of additional and unergänzlicher hydrocarbon fuels and water according to the characteristics of protection claims 1.

Bei einem kombinierten Verbrennungsmotor handelt es sich regelmäßig um eine Kraftmaschine, die aus einer Kolbenmaschine und einer Gasturbine besteht. Der bevorzugte kombinierter Verbrennungsmotor besitzt einen Zylinder, in dem ein Wärme- und Reduktionsprozess nach 360° (Zweitaktmotor) und zwei Zylinder, in den ein Wärme- und Verbrennprozess nach der Rotation der Kurbelwelle von 720° (Viertaktmotor) ablaufen.In a combined internal combustion engine it is regularly a Engine consisting of a piston engine and a gas turbine. The preferred combined internal combustion engine has a cylinder, in which a heat and reduction process after 360 ° (two-stroke engine) and two cylinders into which a heat and combustion process after the rotation of the crankshaft of 720 ° (four-stroke engine) expire.

Bekannt ist die Benutzung des Wassers in den Verbrennungsmotoren als Brennstoffzusatz [2,4]. Die Wasserhinzufügung (7–10%) zum Kraftstoff-Luft-Gemisch senkt die Maximaltemperatur des Brennprozesses. Die Bildungsverhältnisse der Stickstoffoxiden (NXOy) [4] verschlechtern sich, die Oktanzahl des Brennstoffes wird auf 5–7 Einheiten erhöht, bei den Dieselmotoren wird das Geräusch vermindert [3,4]. Die zur Verfügung stehenden Daten der Auswirkung des Wasserzusatzes auf die Leistungsfähigkeit und Ökonomie des Motors sind widersprüchlich.The use of water in internal combustion engines as a fuel additive is known [2,4]. The addition of water (7–10%) to the fuel-air mixture lowers the maximum temperature of the combustion process. The formation ratios of nitrogen oxides (N X O y ) [4] deteriorate, the octane number of the fuel is increased to 5–7 units, and the noise is reduced for diesel engines [3,4]. The data available on the effect of the water additive on the performance and economy of the engine are contradictory.

Weit bekannt ist die Benutzung der Wasser-Brennstoff-Emulsion in den Ottomotoren [1,2,3,]. Die Wasser-Brennstoff-Emulsionen (Kraftstoff, Wasser und Emulgator) erhöhen die Oktanzahl der Benzine im Durchschnitt auf 10 Einheiten [1,2]. Dieses ermöglicht die Erhöhung des Verdichtungsgrades des Motors, was die Leistungsfähigkeit und die ökonomischen Daten des Motors verbessert [1,3]. Als Mängel der Wasser-Brennstoff Emulsion kann man ihre geringe physikalische und chemische Stabilität nennen.The use of the is well known Water-fuel emulsion in gasoline engines [1,2,3,]. The water-fuel emulsions (Fuel, water and emulsifier) increase the octane number of the gasoline on average to 10 units [1,2]. This enables the increase the degree of compression of the engine, what the performance and the economic Engine data improved [1,3]. As shortcomings of the water fuel Emulsion can be called its low physical and chemical stability.

Zum erstenmal wurde das Wasser als Oxydiermittel im Konversionsgenerator zur Konversion des Kraftstoffes benutzt [5–9]. In diesem Generator wurde der kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoff unter Sauerstoffmangel verbrannt, dann wurde der Kohlenoxid (CO) im Wasserdampf zum Kohlendioxid (CO2) oxydiert und der Wasserstoff des Wassers als Wasserstoff (H2) reduktioniert, das gebildete wasserstoffhaltige Gas wurde abgekühlt und dann in die Zylinder des Motors angesaugt. Ähnlicher Konversionsgenerator wurde in das Auto "Chevrolet" (Bj. 1973) eingebaut [8]. Es wurden bei der Prüfung positive Ergebnisse der leistungsfähigen, ökonomischen und ökologischen Daten erreicht. Mangelhaft ist, dass das Auto mit einem zusätzlichen feuergefährlichen und komplizierten Konversionsgenerator ausgestattet wird.For the first time, water was used as an oxidant in the conversion generator to convert the fuel [5–9]. In this generator, the hydrocarbon-containing fuel was burned with lack of oxygen, then the carbon oxide (CO) in the steam was oxidized to carbon dioxide (CO 2 ) and the hydrogen of the water was reduced to hydrogen (H 2 ), the hydrogen-containing gas formed was cooled and then into the Cylinder of the engine sucked in. Similar conversion generator was built into the car "Chevrolet" (Bj. 1973) [8]. During the test, positive results of the efficient, economic and ecological data were achieved. It is deficient that the car is equipped with an additional flammable and complicated conversion generator.

In den Erfindungen [11,13] wurde die Konversion des Kraftstoffes (Benzin, Diesel und Gas) in den Zylindern des Motors durchgeführt, d.h. dass die Notwendigkeit des Konversionsgenerators im Auto ausfällt. Aber die Konstruktion der Brennkammer ist bedeutend komplizierter geworden, erhöht sind die aerodynamischen Verluste bei der Überströmungen, vergrößert ist die relative Berührungsoberfläche der Gase. Die Konversion des Kraftstoffes im Wasserdampf wurde bei der Atmosphären-Luftanwesenheit durchgeführt, was der Reduktion des Wasserstoffes aus Wasser verhindert.In the inventions [11,13] was the conversion of fuel (petrol, diesel and gas) into the Cylinders of the engine performed i.e. that there is no need for the conversion generator in the car. But the construction of the combustion chamber has become significantly more complicated, elevated are the aerodynamic losses at the overflows, is increased the relative contact surface of the gases. The conversion of the fuel to water vapor was carried out in the presence of atmospheric air, what prevents the reduction of hydrogen from water.

Als Prototyp der Erfindung ist der Verbrennungsmotor der Patentanmeldung De 102 14 987 A1 benutzt [14]. Der Verbrennungsmotor besitzt einen Generatorzylinder und mindestens einen Arbeitszylinder. Ferner besitzt der Motor ein Kraftstoffzufuhrsystem, umfassend eine Evaporationskammer mit einer Düse zum Einspritzen von Kraftstoff und Wasser. Im Generatorzylinder wird unter Sauerstoffabwesenheit Wasser und kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoffe verbrannt und nachfolgend im Arbeitszylinder die Reaktionsprodukte aus dem Generatorzylinder mit Sauerstoff verbrannt.The internal combustion engine of the patent application is the prototype of the invention De 102 14 987 A1 used [14]. The internal combustion engine has a generator cylinder and at least one working cylinder. The engine also has a fuel delivery system comprising an evaporation chamber with a nozzle for injecting fuel and water. In the generator cylinder, water and hydrocarbon-containing fuels are burned in the absence of oxygen, and the reaction products from the generator cylinder are subsequently burned with oxygen in the working cylinder.

Der Prototyp hat folgende Nachteile:The prototype has the following disadvantages:

  • – erhöhter schwankender Drehmoment auf der Kurbelwelle des Motors, weil die frei gesetzte Wärme im Generatorzylinder geringer ist als im Arbeitszylinder und von der Wärmeübertragung des Abgases abhängig ist;- increased fluctuating Torque on the crankshaft of the engine because of the heat released in the generator cylinder is less than in the working cylinder and from the heat transfer of the Exhaust gas dependent is;
  • – die Konstruktion des Einlasskrummeres ist komplizierter geworden, wegen des Vorhandenseins des Kühlsystems und eines elektromagnetischen Ventils jedes Arbeitszylinders;- the Construction of the intake manifold has become more complicated because of the presence of the cooling system and an electromagnetic valve of each working cylinder;
  • – eine Einrichtung für Zufuhr der Atmosphärenluft in die Evaporatuionskammer ist nicht vorgesehen, was zu schwerwiegendem Anlassproblem führt und erschwert die Erwärmung des Motors bei niedrigen Temperaturen;- one Establishment for Supply of atmospheric air in the evaporation chamber is not provided, which is serious Leads problem and complicates the warming the engine at low temperatures;
  • – die Konstruktion der Evaporationskammer kann nicht die entsprechende Wärme zur Erhitzung des Kraftstoff-Wasser-Gemisches übertragen, was den Reduktionsprozess des Wasserstoffes aus dem Wasser verringert.- the Construction of the evaporation chamber can not be the corresponding Heat to Heating the fuel-water mixture transferred, causing the reduction process of hydrogen from the water is reduced.

Aus diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, den aus der Patentanmeldung ( De 142 14 987 A1 , Offenlegungstag: 31.10.2002) bekannten Verbrennungsmotor hinsichtlich seines Wirkungsgrades, seine Konstruktion weiterzuentwickeln.Against this background, it is the object of the invention to derive from the patent application ( De 142 14 987 A1 , Disclosure date: October 31, 2002) known internal combustion engine with regard to its efficiency to further develop its design.

Der im Schutzanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die leistungsfähigen und ökonomischen Daten des Motors zu verbessern, den Anlass des kalten Motors sicherzustellen, die Erwärmungszeit des Motors zu verringern und seine Konstruktion zu vereinfachen.The specified in the protection claim Invention is based on the problem of being powerful and economical Improve engine data to ensure the cold engine's start heating time reduce the size of the engine and simplify its construction.

Diese Aufgabe wird durch einen kombinierten Verbrennungsmotor mit den Merkmalen der Schutzanspruche 1, wie die Durchführung in der Brennkammer des Generatorzylinders des Wasserstoffreduktionsprozesses zwischen dem kohlenhaltigen Kraftstoff und Wasser bei Katalysatoranwesenheit und Wärmezufuhr von Abgasen nach 360° der Kurbelwellerotation und in den anderen Brennkammern des Viertaktverbrennprozesses, die Ausstattung des Zylinderblocks mindestens aus drei Zylindern: ein Generatorzylinder und zwei Arbeitszylinder; das Vorhandensein eines Wärmeaustauschers mit Katalysator-Beschichtung in der Brennkammer des Generatorzylinders; die Verbindung der Arbeitszylinder mit dem Wärmetauscher und dem Generatorzylinder durch Kanäle und gesteuerte Ventile; das Vorhandensein einer Einspritzdüse für niedrigviskose Kraftstoffe nicht weit von den Einlassventilen der Arbeitszylinder; die monolithe Ausstattung der Evaporationskammer und des Auspuffkrummeres; die Ausstattung der Evaporationskammer mit einem automatischen Ventil für die Zufuhr der Atmosphärenluft und die Anordnung der Kurbelzapfen auf der Kurbelwelle von 180° ein Kurbelzapfen auf den anderen, gelöst.This object is achieved by a combined internal combustion engine with the features of protection claims 1, such as the implementation in the combustion chamber of the generator cylinder of the hydrogen reduction process between the carbon-containing fuel and water in the presence of the catalyst and the supply of heat from exhaust gases after 360 ° of the crankshaft rotation and in the other combustion chambers the four-stroke combustion process, the equipment of the cylinder block consists of at least three cylinders: one generator cylinder and two working cylinders; the presence of a catalyst-coated heat exchanger in the combustion chamber of the generator cylinder; the connection of the working cylinders with the heat exchanger and the generator cylinder through channels and controlled valves; the presence of an injector for low-viscosity fuels not far from the intake valves of the working cylinders; the monolithic equipment of the evaporation chamber and the exhaust manifold; equipped the evaporation chamber with an automatic valve for the supply of atmospheric air and the arrangement of the crank pins on the crankshaft of 180 ° one crank pin on the other.

Die angemeldeten gekennzeichneten Merkmale verbessern die leistungsfähigen und ökonomischen Daten des Verbrennungsmotors, stellen den Anlass des kalten Motors sicher, verringern die Erwärmungszeit des Motors und vereinfachen seine Konstruktion weil, der Wasserstoffreduktionsprozess im Generatorzylinder zwischen dem kohlenhaltigen Kraftstoff und Wasser bei Katalysatoranwesenheit und Wärmezufuhr von Abgasen nach 360° der Kurbelwellerotation, der Wärmeaustausch von Abgasen und das Gaswechsel zwischen den Arbeitszylindern und dem Generatorzylinder im Zylinderkopf durchgeführt wird, sowie der Anlass und die Erwärmung des kalten Motors mit niedrigviskosem Kraftstoff und Luft auch mit Hilfe des Generatorzylinders stattfindet.The registered marked Features improve the powerful and economical data of the internal combustion engine, ensure cold engine start, reduce warming time of the engine and simplify its construction because, the hydrogen reduction process in the Generator cylinder between the carbon fuel and water with catalyst presence and heat input of exhaust gases after 360 ° Crankshaft rotation, heat exchange of exhaust gases and the gas exchange between the working cylinders and the generator cylinder is carried out in the cylinder head, as well as the occasion and warming cold engine with low viscosity fuel and air Help of the generator cylinder takes place.

Mit der Erfindung wird erreicht:The invention achieves:

  • – der Durchschnittwert des Drehmoments auf der Kurbelwelle des Motors wird höher und gleichmäßiger, weil auch im Generatorzylinder Wärmeenergie frei gesetzt wird, wobei zwei Mal öfter als in den Arbeitszylindern. Das erhöht die leistungsfähigen Daten des Motors und verringert den Kraftstoffverbrauch und seine Vibration;- the Average torque on the crankshaft of the engine getting higher and more even because thermal energy also in the generator cylinder is released, two times more often than in the working cylinders. That increases the powerful Engine data and reduces fuel consumption and its Vibration;
  • – die Konstruktion des Motors ist einfacher geworden, weil der Wärme- und Gasaustausch unmittelbar im Zylinderkopf des Motors mit möglichst kurzen Kanälen und gesteuerten Ventilen durchgeführt wird;- the Construction of the engine has become easier because of the heat and If possible, gas exchange directly in the cylinder head of the engine short channels and controlled valves is performed;
  • – die Erzeugung eines verdampften homogenischen Kraftstoff-Wasser-Gemisches bei 200–300° C, weil die Evaporationskammer und der Auspuffkrümmer monolith ausgebaut sind;- the Generation of a vaporized homogeneous fuel-water mixture at 200-300 ° C because the evaporation chamber and the exhaust manifold are monolithic;
  • – die bedeutende Verbesserung des Anlasses und die Erwärmung des Motors bei niedrigen Temperaturen, weil in den Arbeitszylindern nicht weit vom Einlassventil eine automatische Düse für niedrigviskosen Kraftstoff, sowie eine Düse und ein automatisches Luftventil in der Evaporationskammer des Generatorzylinders vorgesehen sind.- the significant improvement of the start and warming of the engine at low temperatures, because there is an automatic one in the working cylinders not far from the inlet valve Low viscosity nozzle Fuel, as well as a nozzle and an automatic air valve in the evaporation chamber of the generator cylinder are provided.

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.The invention is illustrated below of an embodiment shown in the drawing. The embodiment relates to a gasoline engine without restricting the invention to it. The leave the following explanations can easily be transferred to diesel engines, for example.

Es zeigen:Show it:

1 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors im Längsschnitt (im Ansaugtakt des Generatorzylinders und des linken Arbeitszylinders); 1 a simplified representation of an internal combustion engine according to the invention in longitudinal section (in the intake stroke of the generator cylinder and the left working cylinder);

2 einen Längsschnitt, während des Ansaugtaktes des Generatorzylinders und des rechten Arbeitszylinders; 2 a longitudinal section, during the intake stroke of the generator cylinder and the right working cylinder;

3 einen Längsschnitt durch den in 1 und 2 dargestellten Zylinderkopf, während des Auspufftaktes des rechten Arbeitszylinders; 3 a longitudinal section through the in 1 and 2 cylinder head shown, during the exhaust stroke of the right cylinder;

4 eine Anordnungsdiagramme der Kurbelzapfen zur Steuerung der Zylinder; 4 an arrangement diagram of the crank pin for controlling the cylinder;

5 einen Querschnitt durch den in 1 und 2 dargestellten Generatorzylinder während des Ansaugtaktes; 5 a cross section through the in 1 and 2 generator cylinder shown during the intake stroke;

6 eine Ansicht des Motors von den Ansaug- und Auspuffkrümmern und der Evaporationskammer und 6 a view of the engine from the intake and exhaust manifolds and the evaporation chamber and

7 einen Querschnitt durch einen Arbeitszylinder während des Ansaugtaktes. 7 a cross section through a working cylinder during the intake stroke.

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. 1 shows an internal combustion engine according to the invention 1 in the form of a three-cylinder gasoline engine. The illustration is greatly simplified and limited to the components essential to the invention. Other components that are important for the functioning of the engine, such as the ignition system or the valve control, correspond to those of conventional engines and are therefore omitted for better clarity.

Der Verbrennungsmotor 1 (1) weist einen Motorblock 2 auf, der drei kreisförmige Zylinder 3, 4 und 5 besitzt, die parallel 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 Arbeitszylinder 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 9 drehbar gelagert. Die Kurbelwelle 9 weist Kurbelzapfen 10, 11 und 12 auf, deren geometrische Anordnung auf der Kurbelwelle 9 aus 4 hervorgeht. Bei einer durch den Pfeil 13 versinnbildlichen Rotation der Kurbelwelle 9 im Uhrzeigersinn folgt nach jeweils einer Teilrotation von 180 Grad ein Kurbelzapfen auf den anderen.The internal combustion engine 1 ( 1 ) has an engine block 2 on, the three circular cylinders 3 . 4 and 5 has, which are arranged in parallel in a row one behind the other. The cylinder 5 is called generator cylinder in the following, the cylinder 3 and 4 - working cylinder. In the generator cylinder 5 is a generator piston 8th , in the working cylinder 3 and 4 one working piston each 6 and 7 arranged longitudinally displaceable. Below the cylinders 3 . 4 and 5 is in the engine block 2 a crankshaft running transverse to the longitudinal axes of the cylinders 9 rotatably mounted. The crankshaft 9 has crankpin 10 . 11 and 12 on whose geometrical arrangement on the crankshaft 9 out 4 evident. At one by the arrow 13 symbolic rotation of the crankshaft 9 clockwise one crank pin follows the other after each partial rotation of 180 degrees.

Die Kurbelzapfen 10, 11 und 12 (1) tragen jeweils das untere Ende der Pleuel 14, 15 und 16, deren oberes Ende wiederum mit den Kolben 6, 7 und 8 gelenkig verbunden ist. Auf diese Weise steuert die Kurbelwelle 9 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.The crankpin 10 . 11 and 12 ( 1 ) each carry the lower end of the connecting rods 14 . 15 and 16 whose upper end in turn with the pistons 6 . 7 and 8th is articulated. In this way, the crankshaft controls 9 in a known manner the relative movement of the pistons 6 . 7 and 8th to each other and takes the in the work cycle of the cylinder 3 . 4 and 5 generated energy and converts it into a rotational movement.

Die Oberseite des Zylinderblocks 2 ist von dem Zylinderkopf 17 bedeckt, der die Öffnungen der Zylinder 3, 4 und 5 verschließt und bildet drei Brennkammern 18,19 und 20. Die Brennkammern 18 und 19 der Arbeitszylinder 3 und 4 sind mit Überströmkanälen 21 und 22 mit der Brennkammer 20 des Generatorzylinders 5 verbunden und an dessen Mündungen sitzen entsprechend die gesteuerten Überströmventile 23 und 24.The top of the cylinder block 2 is from the cylinder head 17 covered the openings of the cylinders 3 . 4 and 5 closes and forms three combustion chambers 18 . 19 and 20 , The combustion chambers 18 and 19 the working cylinder 3 and 4 are with overflow channels 21 and 22 with the combustion chamber 20 of the generator cylinder 5 connected and at the mouths of which the controlled overflow valves are located 23 and 24 ,

Außerdem sieht man (3) im Zylinderkopf 17 einen Wärmeaustauscher 25, der im oberen Teil Rippen 26 und Bohrungen 27 hat und mit diesem Teil in den Zylinderkopf 17 eingepresst ist, so dass es zwischen ihm und Zylinderkopf 17 einen Raum 28 gibt. Dieser Raum 28 ist einerseits mit der Brennkammer 18 (1), andererseits mit der Brennkammer 19 (1) mit entsprechenden Auslasskanälen 29 und 30 (3) und endlich mit dem Auspuffkrümmer 31 (6) verbunden. An den Mündungen der Auslasskanäle 29 und 30 (3) sind gesteuerte Auslassventile 32 und 33 vorgesehen. Der untere Teil des Wärmeaustauschers 25 ist auch mit Rippen 34 ausgestattet, seine Oberfläche mit Katalysatorstoff 35 beschichtet und während des oberen toten Punktes (OTP) des Generatorkolbens 8 dringt das untere Teil des Wärmeaustauschers 25 in den zylinderförmigen Kolbenbodenraum 36 (1).You can also see ( 3 ) in the cylinder head 17 a heat exchanger 25 that ribs in the upper part 26 and holes 27 and with this part in the cylinder head 17 is pressed in so that it is between it and cylinder head 17 a room 28 gives. This room 28 is on the one hand with the combustion chamber 18 ( 1 ), on the other hand with the combustion chamber 19 ( 1 ) with corresponding outlet channels 29 and 30 ( 3 ) and finally with the exhaust manifold 31 ( 6 ) connected. At the mouths of the outlet channels 29 and 30 ( 3 ) are controlled exhaust valves 32 and 33 intended. The lower part of the heat exchanger 25 is also with ribs 34 equipped, its surface with catalyst substance 35 coated and during the top dead center (OTP) of the generator piston 8th penetrates the lower part of the heat exchanger 25 in the cylindrical piston crown space 36 ( 1 ).

Der Generatorzylinder 5 (5) ist grundsätzlich wie beim Zweitaktmotor ausgebaut, d.h. das er am unteren Teil Bohrungen 37 hat, die sich konzentrisch auf einer Höhe nicht weit von dem unteren toten Punkt (UTP) des Kolbens 8 befinden und von ihm geöffnet und geschlossen werden. Die Bohrungen 37 sind mit einem kreisförmigen Raum 38 verbunden, der mit einem Ansaugkanal 39 verbunden ist und mit einem Flansch 40 endet.The generator cylinder 5 ( 5 ) is basically the same as for a two-stroke engine, which means that it bores in the lower part 37 that is concentric at a height not far from the bottom dead center (UTP) of the piston 8th located and opened and closed by him. The holes 37 are with a circular space 38 connected to an intake duct 39 is connected and with a flange 40 ends.

Insbesondere aus 5, 6 geht die Installation der Evaporationskammer 41 hervor, die hintern an den Flansch 40 (5), links an den Auspuffkrümmer 31 und rechts an das Auspuffrohr 42 (6) angeflanscht ist. Die Evaporationskammer 41 (5) ist zweiwändig ausgebaut, die zwei Kanäle bilden und zwar: der Kanal 43 für die Überströmung der Abgase vom Auspuffkrümmer 31 (6) in das Auspuffrohr 42 und den Kanal 44 (5) mit Rippen 45 für die Zufuhr des Kraftstoff-Wasser-Gemisches oder des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Ansaugkanal 39 des Generatorzylinders 5. Oberhalb des Kanals 44 ist ein Flansch 46 ausgestattet, an den der Ansaugkrümmer 47 angeflanscht ist.Especially from 5 . 6 goes to the installation of the evaporation chamber 41 out the butt on the flange 40 ( 5 ), on the left of the exhaust manifold 31 and right on the exhaust pipe 42 ( 6 ) is flanged. The evaporation chamber 41 ( 5 ) has two walls, which form two channels: the channel 43 for the exhaust gas overflow from the exhaust manifold 31 ( 6 ) in the exhaust pipe 42 and the channel 44 ( 5 ) with ribs 45 for supplying the fuel-water mixture or the fuel-air mixture into the intake duct 39 of the generator cylinder 5 , Above the canal 44 is a flange 46 equipped to which the intake manifold 47 is flanged.

Der Ansaugkrümmer 47 (5 und 6) am unteren Teil hat einen abgestumpften viereckigen pyramideförmigen Stutzen 48, in dessen Seitenwänden die Einspritzdüse 49, 50, 51 und eine Glühkerze 52 eingeschraubt sind. Die Düse 49 ist für die Einspritzung des hochviskosen Kraftstoff, die Düse 50 – für Wasser, die Düse 51 – für niedrigviskosen Kraftstoff vorgesehen und die Glühkerze 52 sichert das Anlass- und Erwärmregime des Motors bei niedrigen Temperaturen. Der Stutzen 48 endet mit einem Flansch 53, der an den Flansch 46 über eine Wärmedämmungsauflage 54 angeflanscht wird. Die obere Wand des Stutzen 48 hat eine Bohrung 55 mit einem gesteuerten normalgeschlossenen elektromagnetischen Ventil 56, das den Kanal 57 des Ansaugkrümmeres 47 bei dem Anlass- und Erwärmregime des Motors mit dem Kanal 44 der Evaporationskammer 41 verbindet.The intake manifold 47 ( 5 and 6 ) has a truncated square pyramid-shaped nozzle on the lower part 48 , in the side walls of the injector 49 . 50 . 51 and a glow plug 52 are screwed in. The nozzle 49 is for the injection of the highly viscous fuel, the nozzle 50 - for water, the nozzle 51 - intended for low-viscosity fuel and the glow plug 52 ensures the engine's start-up and warm-up regime at low temperatures. The stub 48 ends with a flange 53 that on the flange 46 via a thermal insulation pad 54 is flanged. The top wall of the neck 48 has a hole 55 with a controlled normally closed electromagnetic valve 56 that the channel 57 of the intake manifold 47 at the starting and warming up of the engine with the channel 44 the evaporation chamber 41 combines.

Oben hat der Ansaugkrümmer 47 einen kurzen Stutzen 58 (5) mit einem Flansch 59, auf dem der Luftfilter 60 installiert wird. Rechts und links zweigen sich Längsröhre 61 und 62 (6) ab, die in Querröhre 63 und 64 übergehen. Die Querrohre 63 und 64 enden mit Flanschen 65 und 66, die an den Ansaugkanälen 67 (1) und 68 der Arbeitszylinder 3 und 4 angeflanscht werden.The intake manifold is at the top 47 a short neck 58 ( 5 ) with a flange 59 on which the air filter 60 is installed. Longitudinal tubes branch to the right and left 61 and 62 ( 6 ) in the cross tube 63 and 64 pass. The cross tubes 63 and 64 end with flanges 65 and 66 that on the intake ducts 67 ( 1 ) and 68 the working cylinder 3 and 4 be flanged.

Die Ansaugkanäle 67 und 68 (7 und 1) münden in die Brennkammer 18 und 19 über Einlassventile 69 und 70. In die Richtung zum Einlassventilteller 71 des Arbeitszylinders 3 ist eine Düse 72 für niedrigviskosen Kraftstoff montiert. Genau solche Düse 73 hat der Arbeitszylinder 4 (6).The intake ducts 67 and 68 ( 7 and 1 ) open into the combustion chamber 18 and 19 via inlet valves 69 and 70 , In the direction of the intake valve plate 71 of the working cylinder 3 is a nozzle 72 mounted for low viscosity fuel. Exactly such a nozzle 73 the working cylinder has 4 ( 6 ).

Endlich haben alle drei Zylinder 3, 4 und 5 in ihren Brennkammern 18, 19 und 20 Zündungskerzen 74 (7), 75 (nicht gezeichnet) und 76 (5).Finally all three cylinders 3 . 4 and 5 in their combustion chambers 18 . 19 and 20 ignition candles 74 ( 7 ) 75 (not drawn) and 76 ( 5 ).

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Motors 1 wird im folgenden erklärt. Nach dem Einspritzen des hochviskosen kohlenstoffhaltigen Kraftstoffes und des Wassers durch die Düse 49 (5) in die Evaporationskammer 41 unter einem Druck von etwa 5 bis 10 bar wird das Gemisch aus Kraftstoff und Wasser durch die Hitze, die die Abgasen im Kanal 43 dem Kanal 44 von den Rippen 45 abgibt, auf etwa 200 bis 300 Grad Celsius aufgeheizt und geht in gasförmigen Zustand über. Da die Einspritzung bereits zu Beginn des Verdichtungstaktes des Generatorzylinders 5 (4, es sind ca. 15–20° nach dem UTP der Ration des Kurbelzapfes 12) stattfindet, steht dafür die Zeit von den restlichen zwei Takten (es sind ca. 330–340° vor dem UTP der Ration des Kurbelzapfes 12) des Generatorzylinders 5 zur Verfügung, wodurch ein sehr homogenes Gemisch in der Evaporationskammer 41 entsteht. Die Erhitzung des Gemisches und seinen Übergang in gasförmigen Zustand in der Evaporationskammer 41 führt zur Erhöhung seines Drucks auf 1,5–2,0 bar, was zu günstigen Bedingungen bei der Einladung und Entlassung des Generatorzylinders 5 führt.The operation of the engine according to the invention 1 is explained below. After injecting the highly viscous carbonaceous fuel and water through the nozzle 49 ( 5 ) into the evaporation chamber 41 Under a pressure of about 5 to 10 bar, the mixture of fuel and water is caused by the heat that the exhaust gases in the duct 43 the channel 44 from the ribs 45 emits, heated to about 200 to 300 degrees Celsius and turns into a gaseous state. Since the injection already at the beginning of the compression stroke of the generator cylinder 5 ( 4 , it is about 15-20 ° after UTP of ration of a crank pin 12 ) takes place, this is the time from the remaining two bars (it is approx. 330-340 ° before the UTP of the ration of the crank pin 12 ) of the generator cylinder 5 available, creating a very homogeneous mixture in the evaporation chamber 41 arises. The heating of the mixture and its transition in the gaseous state in the evaporation chamber 41 leads to an increase in its pressure to 1.5–2.0 bar, which leads to favorable conditions when loading and unloading the generator cylinder 5 leads.

Das so erzeugte gasförmige Gemisch aus Kraftstoff und Wasser wird im Ansaugtakt (4, ca. 330–340° vor und 15–20° nach dem UTP des Kolbens 8) des Generatorzylinders 5 und bei geöffneten Überströmventil 23 (1) und bei der Bewegung des Arbeitskolben 6 vom OTP zu UTP aus der Evaporationskammer 41 (5) über den Ansaugkanal 39, kreisförmigen Raum 38 und Bohrungen 37 in den Generatorzylinder 5 eingesaugt und gleichzeitig den wasserstoffhaltigen Abgas (nach vorherigen Arbeitstakt) in den Arbeitszylinder 3 (1) überströmt, wo bei geöffnetem Ansaugventil 69, über Kanal 67 und Luftfilter 60 (7) der Ansaugtakt fortgesetzt und ein Wasserstoffhaltiggas-Luft-Gemisch gebildet wird. Nach anschließender Verdichtung (ca. 180° der Rotation der Kurbelzapfe 12, 4 ) des Kraftstoff-Wasser-Gemisches bei geschlossenen Ventilen 23 und 24 (1) wird es mit Kerzen 76 (5) gezündet, wobei bei der Anwesenheit des Katalysators 35 im Generatorzylinder 5 folgende Oxidation-Reduktion-Reaktion abläuft, die die erste Reduktionsstufe darstellt: CmHn + 2m H2O = m CO2 + (0,5n + 2m) H2↑ + ΔQ, The gaseous mixture of fuel and water generated in this way is 4 , about 330–340 ° before and 15–20 ° after the UTP of the flask 8th ) of the generator cylinder 5 and with the overflow valve open 23 ( 1 ) and when the working piston moves 6 from OTP to UTP from the evaporation chamber 41 ( 5 ) via the intake duct 39 , circular space 38 and holes 37 in the generator cylinder 5 sucked in and at the same time the hydrogen-containing exhaust gas (after previous work cycle) in the working cylinder 3 ( 1 ) overflows where the intake valve is open 69 , over channel 67 and air filter 60 ( 7 ) the intake cycle continues and a hydrogen-gas-air mixture is formed. After subsequent compression (approx. 180 ° of the rotation of the crank pin 12 . 4 ) of the fuel-water mixture when the valves are closed 23 and 24 ( 1 ) it will be with candles 76 ( 5 ) ignited, with the presence of the catalyst 35 in the generator cylinder 5 the following oxidation-reduction reaction takes place, which represents the first reduction stage: C m H n + 2m H 2 O = m CO 2 + (0.5n + 2m) H 2 ↑ + ΔQ,

wo ΔQ = Q2 – Q1 – frei werdende Abgaswärme; where ΔQ = Q 2 - Q 1 - exhaust heat released;

Q2 – Abgaswärme, die vom Wärmeaustausch 25 dem Kraftstoff-Wasser-Gemisch übertragen wird;Q 2 - exhaust gas heat from heat exchange 25 is transferred to the fuel-water mixture;

Q1 – Teil der Wärme Q2 , die für die endothermische Reaktion benutzt wird.Q 1 - part of the heat Q 2 used for the endothermic reaction.

Die notwendige endothermische Wärme Q1 für Durchführung der Oxidation-Reduktion-Reaktion wird von den Abgasen den Arbeitszylindern 3 und 4 (1) über die Rippen 34 des Wärmeaustauschers 25 im Verdichtungstakt des Generatorzylinders 5 übertragen und die Wärmeübertragung folgt noch im Lauf des Arbeitstaktes (180–340° , 4). Die von den Abgasen übertragene Wärme Q2 ist wesentlich höher als die Wärme Q1 und die Differenz Q2 – Q1 kann man als frei werdende Energie (ΔQ) betrachten, die von dem Kolben 8 über die Pleuelstange 16 auf den Kurbelzapfen 12 der Kurbelwelle 9 übertragen wird und die dabei in Rotation versetzt wird. Das ist ein positiver Drehmoment, der die Vibration des Motors verringert und seine Leistungs- und Ökonomdaten verbessert.The necessary endothermic heat Q 1 for carrying out the oxidation-reduction reaction is from the exhaust gases to the working cylinders 3 and 4 ( 1 ) over the ribs 34 of the heat exchanger 25 in the compression stroke of the generator cylinder 5 transferred and the heat transfer follows in the course of the work cycle (180-340 °, 4 ). The heat Q 2 transmitted by the exhaust gases is much higher than the heat Q 1 and the difference Q 2 - Q 1 can be regarded as the energy released (ΔQ) by the piston 8th over the connecting rod 16 on the crank pin 12 the crankshaft 9 is transmitted and which is thereby set in rotation. This is a positive torque that reduces the vibration of the engine and improves its performance and economic data.

Während des Arbeitstaktes (180–360°) des Generatorzylinders 5 wird im Arbeitszylinder 3 das Wasserstoffhaltiggas-Luft-Gemisch verdichtet. Nach der Verdichtung erfolgt die Zündung, wobei folgende Oxidations-Reaktion abläuft, die die zweite Verbrennungsstufe darstellt: 2 H2 + O2 = 2 H2O + Q3 During the working cycle (180-360 °) of the generator cylinder 5 is in the working cylinder 3 the hydrogen-gas-air mixture is compressed. After compression, the ignition takes place, with the following oxidation reaction taking place, which represents the second combustion stage: 2 H 2 + O 2 = 2 H 2 O + Q 3

Die im Verbrennungsprozess frei werdende Energie Q3 wird von dem Kolben 6 (1) über die Pleuelstange 14 auf die Kurbelzapfen 10 der Kurbelwelle 9 übertragen, die dabei in Rotation versetzt wird.The energy Q 3 released in the combustion process is from the piston 6 ( 1 ) over the connecting rod 14 on the crank pin 10 the crankshaft 9 transferred, which is set in rotation.

In diesem Moment befindet sich der Kolben 8 des Generatorzylinders 5 in der Lage, die im Punkt (28) beschrieben ist, d.h. der Einladungs- und Entlassungsprozess beginnt wieder, aber dieses Mal wird das wasserstoffhaltige Abgas bei geöffnetem Überströmventil 24 (2) in den Arbeitszylinder 4 überströmt und hier laufen die Takte identisch wie im Arbeitszylinder 3, sie sind nur auf 360° (4) verschoben.At this moment the piston is 8th of the generator cylinder 5 able in the point ( 28 ) is described, ie the invitation and discharge process starts again, but this time the hydrogen-containing exhaust gas is opened with the overflow valve 24 ( 2 ) in the working cylinder 4 overflows and here the clocks run identically as in the working cylinder 3 , they are only on 360 ° ( 4 ) postponed.

Während des Ansaugtaktes des Arbeitszylinders 4 (360–540° , 4) läuft im Arbeitszylinder 3 der Arbeitstakt ab und während der Verdichtung (540–720°) des Wasserstoffhaltiggas-Luft-Gemisches im Arbeitszylinder 4 werden die Abgase aus dem Arbeitszylinder 3 bei dem geöffneten Auspuffventil 32 (1)zuerst in den Wärmeaustauscher 25 , dann in die Evaporationskammer 41 und schließlich durch das Auspuffrohr 42 (6) in die Atmosphäre ausgepufft.During the intake stroke of the working cylinder 4 (360-540 °, 4 ) runs in the working cylinder 3 the working cycle from and during the compression (540–720 °) of the hydrogen-containing gas-air mixture in the working cylinder 4 the exhaust gases from the working cylinder 3 with the exhaust valve open 32 ( 1 ) first in the heat exchanger 25 , then into the evaporation chamber 41 and finally through the exhaust pipe 42 ( 6 ) exhaled into the atmosphere.

Die Leistung und Umdrehungen des Motors werden bei konstanter Luftmenge mit der in die Evaporationskammer 41 eingespritzten Menge des Kraftstoffes und Wassers gesteuert. Es ist möglich auch andere Steuerungsverfahren zu benutzen.The power and revolutions of the engine are compared with the constant amount of air in the evaporation chamber 41 injected amount of fuel and water controlled. It is also possible to use other control methods.

Probleme, die sich bei tiefen Temperaturen und kalten Motor 1 ergeben könnten, löst die Erfindung, indem die Einspritzung von Wasser und hochviskosen Kraftstoffe in die Evaporationskammer 41 in der Startphase abgeschaltet wird und der Motor zunächst mit niedrigviskosen kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen, wie z.B. Benzin, betrieben wird. Das Benzin wird mit der Düse 51 in die Evaporationskammer 41 (6) des Generatorzylinders 5 und mit Düsen 72 und 73 (6 und 7) auf die Ansaugventile 69 und 70 (1) der Arbeitszylinder 3 und 4 eingespritzt. Beim Erreichen der Betriebstemperatur wird das Benzin abgeschaltet und der hochviskosen Kraftstoff und das Wasser mit den Düsen 49 und 50 in die Evaporationskammer 41 (5) zugeführt. Zusätzlich erhöht die Glühkerze 52 bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt die Startsicherheit des Motors 1, die ein Vorheizen der Evaporationskammer 41 sichert. Alle automatischen Funktionen werden vom Bordcomputer gesteuert (nicht gezeichnet).Problems that arise at low temperatures and cold engine 1 the invention solves by injecting water and highly viscous fuels into the evaporation chamber 41 is switched off in the starting phase and the engine is initially operated with low-viscosity hydrocarbon-containing fuels, such as gasoline. The gasoline comes with the nozzle 51 into the evaporation chamber 41 ( 6 ) of the generator cylinder 5 and with nozzles 72 and 73 ( 6 and 7 ) on the intake valves 69 and 70 ( 1 ) the working cylinder 3 and 4 injected. When the operating temperature is reached, the gasoline is switched off and the highly viscous fuel and the water with the nozzles 49 and 50 into the evaporation chamber 41 ( 5 ) fed. In addition, the glow plug increases 52 the engine is safe to start at temperatures below freezing 1 preheating the evaporation chamber 41 guaranteed. All automatic functions are controlled by the on-board computer (not shown).

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Claims (1)

Kombinierter Verbrennungsmotor zur Erhöhung der Wasserstoffreduktion aus Wasser, der ein Kurbel- und Gasverteilgetriebe und die äußerst notwendigen Systeme des Einspritzottomotors, sowie ein system für Kraftstoff- und Wasserzufuhr, Ansaug- und Auspuffanlage enthält, dadurch gekennzeichnet, – dass im Zylinderblock (2) mindesten drei Zylinder (3, 4, 5) ausgestattet sind; – dass der Zylinderkopf (17) einen Wärmeaustauscher (25) mit Katalysator-Beschichtung hat; – dass die Arbeitszylinder (3, 4) mit dem Wärmeaustauscher (25) und dem Generatorzylinder (5) mit Kanäle (29, 30) und gesteuerten Ventilen (32, 33) verbunden sind; – dass die Arbeitszylinder (3, 4) in der Richtung den Einlassventilen (69, 70} eine Einspritzdüse (72, 73) für niedrigviskose Kraftstoffe haben; – dass die Evaporationskammer (41) zweiwändig mit dem Kanal (43) für die Überströmung der Abgase und mit dem Kanal (44) für die Zufuhr des Kraftstoff-Wasser-Gemisches oder des Kraftstoff-Luft-Gemisches ausgebaut ist; – dass die Evaporationskammer (41) mit einem automatischen Ventil (56} für die Zufuhr der Atmosphärenluft ausgestattet ist; – dass die geometrischen Anordnung der Kurbellzapfen (10, 11, 12) auf der Kurbelwelle (9) ca. 180° ein Kurbelzapfen auf den anderen folgt.Combined internal combustion engine to increase the hydrogen reduction from water, which contains a crank and gas distribution gear and the extremely necessary systems of the injection petrol engine, as well as a system for fuel and water supply, intake and exhaust system, characterized in that - that in the cylinder block ( 2 ) at least three cylinders ( 3 . 4 . 5 ) are equipped; - that the cylinder head ( 17 ) a heat exchanger ( 25 ) with catalyst coating; - that the working cylinders ( 3 . 4 ) with the heat exchanger ( 25 ) and the generator cylinder ( 5 ) with channels ( 29 . 30 ) and controlled valves ( 32 . 33 ) are connected; - that the working cylinders ( 3 . 4 ) in the direction of the intake valves ( 69 . 70 an injector ( 72 . 73 ) have for low-viscosity fuels; - that the evaporation chamber ( 41 ) two walls with the canal ( 43 ) for the overflow of the exhaust gases and with the channel ( 44 ) is developed for the supply of the fuel-water mixture or the fuel-air mixture; - that the evaporation chamber ( 41 ) with an automatic valve ( 56 } is equipped for the supply of atmospheric air; - that the geometric arrangement of the crank pins ( 10 . 11 . 12 ) on the crankshaft ( 9 ) approximately 180 ° one crank pin follows the other.
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