DE3809386A1

DE3809386A1 - Wasserstoff-knallgas-motor

Info

Publication number: DE3809386A1
Application number: DE3809386A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Juergen Bernau
Original assignee: BERNAU KLAUS JUERGEN
Current assignee: BERNAU KLAUS JUERGEN
Priority date: 1988-03-16
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1988-09-15
Anticipated expiration: 2008-03-17
Also published as: DE3809386C2

Description

Es sind Motoren bekannt, welche mit Wasserstoff betrieben werden. Diese arbeiten jedoch nach den bekannten Hub-Verfahren im Zwei- oder Viertakt. Infolge der Hubverdichtung findet eine unkontrollierte Verbrennung statt. Mit verschiedenen Methoden wird versucht, diesen Mißstand unter Kontrolle zu bekommen, so z. B. mit Wassereinspritzung in den Brenn raum. Zwangsläufig wird somit die Energie in seiner Wirkung stark eingeschränkt bzw. zum Teil vernichtet.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, diese Mängel zu beseitigen und eine Motorentechnik nach diesen Gesichtspunkten zu entwickeln. Als Lösung schlägt die Erfindung den "Wasserstoff-Knallgas-Motor" vor. Dieser wäre für den stationären sowie den mobilen Bereich bei Indus trie, Schiffahrt, Kraftfahrzeugen, Flugzeugen und der Raumfahrt zu verwenden.

Die wesentlichsten Merkmale dieser Erfindung liegen in der Mechanik, sowie der Zufuhr und Nutzung des Wasser- und Sauerstoffs und der sofor tigen Kraftumsetzung in die Drehbewegung mittels des Läufers nebst Treiber durch Nocken gesteuert.

In den Zeichnungen Fig. 1 bis 7 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt.

Fig. 1 zeigt somit den Querschnitt des Motors,

Fig. 2 die Seitenansicht im Schnitt,

Fig. 3 stellt die Bewegungsabläufe der Treiber im Maßstab 1 : 2 dar,

Fig. 4 einen Treiber in vier Ansichten,

Fig. 5 den Läufer in Draufsicht und zwei Gehäusehälften im Schnitt,

Fig. 6 den Läufer in drei Bauteilen,

Fig. 7 den schematischen Aufbau der Versorgung mit einer zusätzlichen Kompressoreinheit.

Fig. 1 zeigt im Motorblock (1) den Läufer (2) mit fünf Füllkammern (I-V) und dessen Treibern (3) sowie den Druckraum (6) mit den Füllventilen (4) und den Sicherheitsventilen (5). Die Position der Füllkammer III zeigt die Befüllung, indem der Treiber (3), bedingt durch den Nocken (7) des Gehäuses, das Füllventil (4) betätigt. Der im Druckraum (6) befind liche Wasserstoff-Gasdruck (z. B. 6 Bar) strömt nun über den Füllkanal (30) und dem Sicherheitsventil (5) in die Füllkammer (28). Vergrößert ist dieser Vorgang in Fig. 3 dargestellt. Das Sicherheitsventil (5) wird durch den fließenden Druck entgegen seiner Federkraft geöffnet, wobei es annähernden Druckausgleich automatisch schließt. Die Füllkammer (28) wird durch den Treiber (3) begrenzt und gedichtet. Beim Drehen des Läufers (2) - links - gibt der Nocken (7) den Treiber (3) frei, wobei der H₂-Gasdruck den Treiber (3), welcher auf einer Seite durch den Treiberstift (33) gelagert, gegen die Laufkante (29) der Brennkammer (16) und somit sich das Füllventil (4) unter Hilfe seiner Feder (31) schließt. Nun kann das Sauerstoffgas über die Einlaßbohrung (11) zuge führt werden und das wirkungsvolle Knallgasgemisch dann durch die Zündkerze (13) gezündet werden. Variablerweise kann - je nach Füll druck - auch Selbstentzündung genutzt werden. In Fig. 1 und der Position der Füllkammer I läßt sich dieser Ablauf erkennen.

Der sich nun ausbreitende Verbrennungsdruck treibt den Treiber (3) und den mit ihm verbundenen Läufer (2) in der Brennkammer (16) nach links an, wobei der Treiber nach allen Seiten dichtend wirkt. In der Laufkante (29) der Brennkammern (16) ist eine spitzförmige Entlas tungsnut (62) gefräst, um ein plötzliches Abreißen des Verbrennungs druckes zu vermeiden, und eine Steuerkante (63), um ein hartes Aufschla gen des Treibers (3) auf den Nocken (7) zu vermeiden. Beim Passieren des Treibers (3) über die Entlastungsnut (62) und die Steuerkante (63) werden dem nun verbranntem Gasgemisch der Weg aus der Brennkammer (16) über den Auslaß (8) und der Auslaßbohrung (9) sowie dem Auslaß-Sam melkanal (10) geöffnet, wobei der nachfolgende Treiber (3) für die Rest entsorgung wirkt. Bei dieser Bauweise wiederholt sich dieser Vorgang für jede Füllkammer nebst Treibern bei einer Um drehung dreimal, d. h. bei fünf Füllkammern wie hier dargestellt, ergibt dies fünfzehn Zündungen bei einer Läuferumdrehung.

Fig. 1 zeigt weiterhin mögliche Anordnungen von Kühlkanälen (14), der Einlaßventile für Sauerstoff (12), der Verschraubungen (15) für das Gehäuse und den Dichtleisten (22. Die Brennkammern (16) sind in VI, VII und VIII aufgelistet.

Fig. 2 stellt die Seitenansicht im Schnitt dar. In zwei Motorblockhälf ten (B 1 + B 2) ist der Läufer (2) in drei Bauteilen (L 1, L 2 und L 3) ge zeigt. L 3 weist eine nach außen führende Welle (21) auf, welche durch die innere Bohrung für die Versorgung mit H₂-Gas für den Druckraum (6) sorgt. Für die Kraftumsetzung ist auf der Welle der Zahnkranz (18) in Verbindung mit dem Zahnrad für Kraftabnahme (19) zur weiteren Verwen dung vorgesehen. Die Welle (21) ist an das Versorgungssystem mit einem feststehenden druckdichten Drehflansch (20) verbunden. Als Lager (17) können wartungsfreie Rollen oder Kugellager verwendet werden. Die Dichtringe (22) werden über Ölkanäle (64) durch ein Drucklaufsystem (Fig. 7 - 65 -) geschmiert. Die Kühlung erfolgt über Kühlkanäle (14) und den dazugehörigen Kühlleitungsanschlüssen (69) mit Wasserpumpe (67) sowie Kühler (68). Zwischen den Motorblockhälften B 1 und B 2 ist eine Dichtung (23) zweckmäßig konzipiert. Ansonsten wie bei Fig. 1 beschrie ben.

Fig. 3 zeigt die verschiedenen Bewegungsabläufe des Treibers (3) mit den Ventilen (4 + 5) in Verbindung mit dem Läufer (2), dem Nocken (7) in der Brennkammer (16). Bild I zeigt die Befüllung der Füllkammer (28), indem der Treiber (3) unter Einwirkung des Nockens (7) den Stößel (27) und somit das Füllventil (4) zum Druckraum (6) zu betätigt. Das unter Druck stehende H₂-Gas hat nun den Weg frei über den Füllkanal (30) und öffnet mit seinem Eigendruck das Sicherheitsventil (5) entgegen dessen Federkraft. Bei annäherndem Druckausgleich schließt diese Federkraft das Sicherheitsventil selbständig. Bild II zeigt die Freigabe des Treibers (3) durch den Nocken (7), wobei der H₂-Druck in der Füllkammer (28) den Treiber öffnet und somit sich das Füllventil (4) unter der Einwirkung der Feder (31) schließt. Bild III zeigt den Vorgang nach der Zündung im Bereich der Entlastungsnute (62) und der Steuerkante (63), wo der Treiber (3) unter Einwirkung des Verbrennungsdruckes an der Laufkante (29) der Brennkammer (16) entlangläuft. In der darge stellten Phase wird der Verbrennungsdruck durch die Entlastungsnut (62) gemindert, indem der Druck zum Teil vor der Wirkung der Steuerkante (63) entweichen kann, und somit ein hartes Abreißen von der Laufkante (29) verhindert. Bild IV zeigt, wie unter Wirkung der Steuerkante (63) ein hartes Aufschlagen des Treibers (3) auf den Nocken (7) verhindert wird und die verbrannten Gase den Weg über den Auslaß (8) frei haben. Für die restliche Entsorgung der Brennkammer sorgt der nachfolgende Treiber.

Fig. 4 zeigt den Treiber mit möglichen seitlichen Flügeldicht leisten (71), welche eine Wirkung von je 1/10 mm (73) haben sollten. Der Keilspalt (72) sorgt für die Anpressung der Flügeldichtleisten (73) nach außen und somit für den Dichteffekt unter Druck.

Fig. 5 zeigt die beiden Motorblockhälften im Schnitt (I + III) sowie den Läufer (II) in der Draufsicht. Die Aufnahme für das Zentrierlager (34) ist im Läuferteil L 1 zu sehen sowie der dazugehörige Aufnahmezapfen im Blockteil I. Der Läufer II zeigt in seinen Teilen L 1 und L 3 die Nut fräsungen (36) für die Aufnahme der Dichtringe. Läuferteil L 2 zeigt den Sitz der Treiber (3) mit den Treiberstiften (33) und die Anordnung der Füllventile (4) nebst der Sicherheitsventile (5). Die unter III darge stellte Motorblockhälfte zeigt den Aufbau der Brennkammer (16), die Laufkante (29) bzw. Lauffläche, die Entlastungsnut (62), die Steuer kanten (63), die Nocken (7), die Einlaßbohrung für O₂-Gas (11), der Zündkerzenbohrung (26), den Nutfräsungen (36) für die Dichtringaufnahme, den Auslaß (8), die Auslaßbohrung (9), die Wellenbohrung (25) und die Lagersitze (24) für die Welle (21) und das wie in Fig. 2 gezeigte Öl kanalsystem (64) für die Dichtringe.

Die Erfindung geht davon aus, daß auf eine Schmierung im Bereich der Brennkammer verzichtet werden kann, wenn nur mit sauberen Gasen gear beitet wird, da somit bei der Verbrennung keine Rückstände entstehen und bei hochpoliertem Material (möglichst Titan) kaum Reibungswärme.

Fig. 6 zeigt den Läufer in seinen drei Bauteilen und in zwei Ansichten. Läuferteil L 1 zeigt in seiner Mitte die Aufnahme für das Zentrierlager (34), ferner den Sitz für die versenkbare Verschraubung (35), den Nutfräsungen (36) für die Dichtringe und in seiner Seitenan sicht auch die Bohrungen für die Stiftaufnahme (39) der Treiber. Läu ferteil L 2 zeigt den Druckraum (6) mit den Füllventilen (4) in seiner Mitte. Die Fräsungen auf der Außenfläche ergeben die Füllräume und den Sitz für die Treiber. Die Verschraubungsbohrung (15), das Sicher heitsventil (5) und der Stößel (27) für das Füllventil sind ebenfalls gekennzeichnet. Hochgelagert ist der Läufer (3) mit Stiftbohrung (38) und seinem Treiberstift (33) dargestellt. Läuferteil L 3 zeigt in seiner Mitte die Zuführungsbohrung für H₂-Gas (37), die Verschraubungsboh rungen (15), welche auf dieser Seite mit einem Gewinde zu versehen sind, und die Treiberstiftaufnahmebohrungen (39) sowie wiederum die Nutfrä sungen (36) für die Dichtringe und den Stumpf der Welle (21).

Fig. 7 stellt den schematischen Aufbau der Versorgung dar. Zusätzlich ist Mehrzweck-Kompressoreinheit zur Rückführung von Überdruckgasen bei zu sätzlicher Erzeugung von Preßluft zur individuellen Nutzung unterge bracht. Die Erfindung geht davon aus, daß H₂ und O₂ im flüssigem Zu stand gespeichert und im gasförmigen verbraucht wird. Es wird wie folgt vorgeschlagen: In dem Energiespeicher (41) befindet sich flüssiger Wasserstoff, welchem in dem Druckentwickler (41) unter Wärmeeinfluß der gasförmige Zustand besorgt wird. Die Verbindung zum Druckbehälter (45) wird durch das Druckregelventil (43) geregelt, ebenso zum Druck dichten Drehflansch (20). Der Verlauf von O₂ ist dem des H₂ zum Motor gleich mit den Bezeichnungen für den Energiespeicher (42), Sauerstoff regelventilen (44), Sauerstoffdruckbehälter (46) und dem Einlaßventil für Sauerstoffgas (12). Entstehender Überdruck kann wie folgt genutzt und rückgeführt werden: Der H₂-Gasüberdruck wird über das Über druckventil (60) durch die Überdruckleitung (52) zu den Doppelkompressor (Fig. 7 / 48-59) geführt, welcher den Kolben (50) in seinem zylindrischem Gehäuse (49) in eine Richtung treibt, wobei der Aktivierraum (53) ent steht und gleichzeitig am anderen Ende des Kolbens der Preßraum (55) sich verringert, wobei durch den dabei entstehenden Druck die Lufteinlaß klappe (48) schließt, somit Preßluft erzeugt und über die Preßluftlei tung (54) zum Preßluftkessel (40) führt. Der Kolben (50) in seiner End stellung gibt den Weg für das H₂-Gas mit den Kolbenringen (58) zu der Überdruckrückführungsleitung (56) zum Rückführventil (61) frei und letzt lich wieder in den Energiespeicher (41). Der Weg für das O₂-Überdruck gas ist dem des H₂ gleich. Die Kompressoreinheit hat zwei gegenüberliegende Zylinder und Kolben, welche miteinander durch die Kolbenverbindungsstange (57) verbunden. Dies ergibt eine Wechselwirkung, was ein Vorsteuern voraussetzt.

In Fig. 7 wird weiter eine außenliegende Ölleitung (70) gezeigt nebst einer Ölpumpe (65) für die Schmierung der Dichtleisten in einem ge schlossenem System. Die Ölpumpe (65) kann mechanisch über den Zahn kranz (18) betrieben werden und sollte noch ein Speichergefäß ent halten. Die Kühlung des Motors ist mit der Kühlleitung (66) der Was serpumpe (67) und dem Kühler (68) dargestellt.

Anmerkung: Bei der Konzeption dieses Motors mit fünfzehn Zündungen für eine Umdrehung ergibt sich, daß dieser mit extrem wenig Umdrehungen betrieben, trotzdem eine starke Lei stung vollbringt bei bisher unbekannter Laufruhe.

Claims

1. Wasserstoff-Knallgas-Motor, welcher Wasser- und Sauerstoff als Knall gasgemisch verbrennt, sich somit durch Umweltfreundlichkeit und Schad stoffarmut sowie mit hoher Leistungskraft auszeichnet und in allen Be reichen von Verbrennungsmotoren Verwendung finden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die auftretende Verbrennungskraft ohne me chanische Kompression unmittelbar in eine drehende Kraft, mittels Läufer, Treiber und Nocken umgesetzt wird.

2. Wasserstoff-Knallgas-Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit fünf Füllkammern, fünf Treibern und drei Brennkammern eine Leistung von fünfzehn Zündungen auf einer Um drehung des Läufers erfolgt, und somit ein präziser Gleichlauf und Lauf ruhe und das bei großer Krafterzeugung mit nur einem Läufer möglich ist.