DE202019002150U1

DE202019002150U1 - Verbrennungsmotor ohne Luftzufuhr

Info

Publication number: DE202019002150U1
Application number: DE202019002150.7U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2019-06-03
Anticipated expiration: 2029-05-16

Abstract

Verbrennungsmotor ohne Luftzuführung, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung von Sauerstoff sowie Wasserstoff in kryogener Form erfolgt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Verbrennungsmotoren emittieren gemeinhin Schadstoffe. Dies hat zu Einschränkungen Ihres Einsatzes in Fahrzeugen geführt.
Die Emissionen entstehen insbesondere durch die Oxidation von Kohlenwasserstoffen und den Nebenprodukten, die in den Energieträgern, wie Erdöl und Kohle enthalten sind.
Die derzeit vielfach intendierte Ausweg ist die Umstellung auf Elektrofahrzeuge, obwohl die Nachteile, auch für die Umwelt, auf der Hand liegen: Die Energie zur Stromgewinnung wird meist noch aus fossilen Brennmaterialien - hierzulande vielfach aus Braunkohle - bezogen und bei regenerativen Energiequellen, wie z.B. der Offshore-Windenergie ist der „ökologische Fußabdruck“ der Anlagenerstellung diskussionswürdig, insbesondere im Zusammenhang mit Maßnahmen, die zur Versorgungssicherheit in den Stromnetzen erforderlich sind. In den Letzten Jahren ging der Trend immer mehr zu elektrisch betriebenen Fahrzeugen, diese haben jedoch vor allem den Nachteil langer Ladezeiten.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein emissionsfreies und effizientes Antriebssystem zu schaffen, das sowohl in der Fahrzeug- wie auch in der Kraftwerkstechnik einsetzbar ist.
Hinsichtlich Effizienz, Baugröße und Handhabbarkeit haben sich Kolbenmotoren in der Größe bis 500 kW am besten bewährt. Im höheren Leistungsbereich dominieren Strömungskraftmaschinen.
STAND DER TECHNIK
Die Nutzung von Sauerstoff und Wasserstoff zu Antriebszwecken ist lange bekannt und erprobt, wie z.B. in der Raketentechnik und gilt als eine der effizientesten und - weil keine Verbrennungsrückstände außer Wasser entstehen - als besonders umweltfreundliches Verfahren.
Das Problem war bisher die Sicherheit der Prozesse und insbesondere die Explosionsgefahr bei Freisetzung von Wasserstoff und die Brandgefahr beim Entweichen von Sauerstoff. Daneben galt die Herstellung von Wasserstoff, der bislang vorwiegend als Nebenprodukt der chemischen Industrie gewonnen wurde, und der Darstellung des Sauerstoffs, der vorwiegend aus der energieintensiver Luftzerlegung unter hohem Druck gewonnen wird, als kritisch.
Mit Strom aus regenerativen Quellen ist aber die Darstellung beider Komponente aus Wasser möglich und mittlerweile auch wirtschaftlich.
Dabei war die Speicherung der beiden Energieträger ein besonderes Problem, insbesondere Tanks für Wasserstoff waren aufwendig um sie dicht und stark gekühlt zu halten und ihre Verluste auszugleichen.
Allerdings können diese Probleme als weit gehend gelöst gelten, Wasserstoff-Fahrzeuge sind Stand der Technik, so produzierte BMW im Jahr 2000 100 Exemplare des BMW Hydrogen 7 E68, der mit einem Wasserstoffverbrennungsmotor betrieben wurde.
Jedoch sind die jetzt verfügbaren zugehörigen Antriebssysteme aufwendig, denn sie setzen erst eine Wandlung in elektrische Energie voraus (mit meist schlechtem Wirkungsgrad) und nachfolgend elektromotorischem Antrieb, der ebenfalls eingeschränkten Wirkungsgrad aufweist, so dass sich durch das multiplikative Zusammenspiel der Wirkungsgrade (z.B. 70% und 80%, ergibt 56%) eine nur mäßige Effizenz des Antriebs ergibt.
Dagegen beschreiben US 3.862.624 und ähnlich JPS 54 678 08 A einen Motor, der mit flüssigem Wasserstoff und Sauersoff betrieben wird. Die Lagerung beider Stoffe erfolgt in kryogener Form in Tanks.
Die Antriebsmedien werden dann unter Zufuhr von Hitze vergast und unter dem entstehenden Druck in den Brennraum des Motors eingeblasen und gezündet.
LÖSUNG
Die Lösung o.g. Aufgabe erfolgt dagegen erfindungsgemäß durch den Einsatz flüssigen Sauerstoffs und Wasserstoffs, sowie deren Einspritzung in den Brennraum von Kolbenmotoren und ihre Zündung.
BESCHREIBUNG
Der erfinderische Schritt ist hier also die direkte Verbrennung von Sauerstoff und Wasserstoff in Kolbenmotoren, wobei die Risiken durch getrennte und schrittweise Förderung der Brennstoffe und direkte Einspritzung in den Verbrennungsraum minimiert sind.
Der Vorteil ist jedoch, dass nach dem zu Grunde liegenden Verfahren keine Schadstoffe entstehen. Zudem ist der Aufwand für derartige Antriebe geringer als bei Wandlung von Wasserstoff in Elektrizität und Antrieb mit E- Motoren. - und natürlich auch geringer als bei Verbrennungsmotoren mit Luftzutritt, die Vergaser benötigen.
Eine denkbare Ausführung besteht aus zwei Druckbehältern, die über Zuleitungen zum Verbrennungsraum verfügen, dahinter zwei Einspritzpumpen, je eine pro flüssigem Medium, die in den Brennraum des Zweitaktmotors elektronisch gesteuert einspritzen und eine Zündkerze, die die Explosion auslöst und ihre daran angepasste Steuerung.
Die Zündkerze enthält ein extrem heißes Plasma-Element, um die hohe Temperaturdifferenz zwischen kryogenem Brennstoff und der für die Reaktion notwendige Zieltemperatur in sehr kurzer Zeit zu überwinden. Alternativ kann der Motor anstatt mit Wasserstoff auch mit Diesel oder Benzin betrieben werden.
NÄHERE BESCHREIBUNG ANHAND DER ZEICHNUNG
Das Fahrzeug verfügt über zwei separate Hochdruck-Tanks (1, 2), die unabhängig voneinander betankt werden können. Tank 1 beinhaltet Sauerstoff in kryogener Form, Tank 2 beinhaltet Wasserstoff in kryogener Form.
Von den Tanks führt jeweils eine eigene Zuleitung zum Brennraum des Kolbenmotors (4). Zwischen Tanks und Kolbenmotor ist jeweils eine Hochdruck-Einspritzpumpe (3) geschaltet, um den Kraftstoff aus den Tanks in die Brennkammern des Kolbenmotors zu pumpen, jeder der Kolben (5) verfügt dabei über jeweils eine Plasmazündkerze (6).
Die Einspritzung erfolgt in kryogener Form, wobei sich Wasserstoff und Sauerstoff erst im Inneren des Zylinders mischen. Es folgt eine rasche Erhitzung durch die Plasmazündkerze, wobei es zur „Knallgasreaktion“ kommt. Durch die schlagartige Expansion des Gemischs wird der Kolben nach unten gedrückt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3862624 [0012]
JP S5467808 A [0012]

Claims

Verbrennungsmotor ohne Luftzuführung, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung von Sauerstoff sowie Wasserstoff in kryogener Form erfolgt.
Verbrennungsmotor ohne Luftzuführung, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung von Sauerstoff und Wasserstoff sequentiell und getrennt voneinander durch eine jeweils eigene Einspritzpumpe erfolgt, und eine Mischung erst im Kolben auftritt.
Verbrennungsmotor ohne Luftzuführung, dadurch gekennzeichnet, dass Sauerstoff und Wasserstoff in getrennten Tanks und in kryogener Form gelagert werden.
Verbrennungsmotor ohne Luftzuführung, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung durch eine Plasmazündkerze erfolgt.
Verbrennungsmotor ohne Luftzuführung, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ auch Diesel oder Benzin als Brennstoff genutzt werden können.