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Kraftmaschine, bei der gleichzeitig Wasserstoff und Saueistoff hochverdichtet
eingeblasen und nachträglich Wasser zur Dampferzeugung eingespritzt wird Die Erfindung
betrifft eine Kraftmaschine, bei der gleichzeitig Wasserstoff und Sauerstoff hochverdichtet,
jedoch getrennt voneinander in Richtung auf die Mitte des Brennraumes der Maschine
eingeblasen und gezündet werden und durch während der Flammenbildung vorzugsweise
in Richtung der Längsachse des Arbeitszylinders erfolgende nachträgliche Einspritzung
von Wasser in die Brennzone hochgespannter Dampf erzeugt wird. Bei bekannten Kraftmaschinen
dieser Art erfolgt das Einblasen von Wasserstoff und Sauerstoff in den Brennraum
in der Weise, daB sie sich ungefähr in der Mitte des Brennraumes treffen und hier
durch vorher erfolgte Erhitzung oder durch Verdichtungswärme sich entzünden. Durch
Zuspritzen von Wasser in senkrechter Richtung soll die Temperatur herabgesetzt und
Dampf gewonnen werden, der durch seine Entspannung zur Erhöhung der Leistung dient.
Der praktischen Durchführung dieses bekannten Arbeitsverfahrens stellen sich jedoch
erhebliche Schwierigkeiten entgegen, denn es ist bei den geringsten Unterschieden
.der Drücke der Gase und ihrer spezifischen Gewichte einerseits sowie der Einstellung
der Düsensitze andrerseits unmöglich, das Aufeinander stoßen der Gase in der Mittelachse
des Zylinders und ihre Entzündung zu erzielen, was durch lange und sorgfältige Versuche
bestätigt wurde. Der Brennraum soll zur Vermeidung von zu starken Explosionen oder
von vorzeitigen Zündungen durch Auspuffgäse oder durch Dampf von jedem Sauerstöffinhaltgereinigt
bzw. ausgespült werden, -damit die beiden Gasströme ohne Brennwirkung die Strecke
von der Düsenöffnung bis "zur Zylinderachse .durchströmen. 'Diese Wirkung ist aber
schon deshalb unmöglich, weil das hochdiffuse Wasserstoffgas sofort beim Austritt
aus der Düse sich nach allen Seiten ausdehnt, also ein Zusammentreffen der' geschlossenen
Gasströme in der Zylindermittelachse -praktisch nicht eintritt. Die Brenngase sollen
dabei als eigentliches Arbeitsmittel wirken, während das Einspritzwasser in der
Hauptsache zur Herabminderung der Verbrennungstemperatur und nebenher zur Erhöhung
des Druckes dient. Da bei der Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff eine Raumverkleinerung
beider Gase um das o,5fache auftritt, wird durch die unvollkommene Verdampfung des
Wassers nur ein teilvireiser Ausgleich des Leistungsabfalles erreicht. Es ist zwar
auch ein Verfahren zur Krafterzeugung durch Verbrennung von Wasserstoff bekannt,
bei dem in den Arbeitsraum der Maschine eine unter # Gleichdruck verbrennende Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme
eingeführt
und vor, während oder nach der Flammeneinführung Wasser
zweckmäßig in zerstäubtem Zustande oder in Dampfform eingeblasen wird. Jedoch ist
auch diese Einrichtung praktisch nicht geeignet, weil die Einspritzung des Wassers
gleichgerichtet mit dem Wasserstoff und Sauerstoff senkrecht zur Kolbenbewegung
erfolgt und die Flammenbildung geradezu gestört wird.
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Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile durch zu einer Symmetrieachse
und zueinander konzentrische ringförmige Ausbildung der getrennten und gegen die
Verlängerung ihrer Achse im Brennraum gerichtete Austrittsöffnungen für Wasserstoff
und Sauerstoff in den Brennraum und Zuführung des aus einer düsenförmigen Austrittsöffnung
in den Brennraum zerstäubten Wassers in der Achse der von den Austrittsöffnungen
für Sauerstoff und Wasserstoff gebildeten Ringzone vermieden. Dadurch, daß die hochgespannten
Gase Wasserstoff und Sauerstoff jeweils aus einer ringförmigen Düse ausgeblasen
werden, entzünden sie sich sofort beim Verlassen der Düsenöffnungen und erzeugen
unter allen Umständen eine sehr hohe Temperatur. Diese hohe Temperatur dient dazu,
die zur jeweiligen Krafterzeugung erforderliche Dampfmenge durch restlose Verdampfung
einer verhältnismäßig großen Menge von Einspritzwasser zu erzielen, was aber nur
möglich ist, wenn das Wasser in die Ringzone eingespritzt wird. Es werden also die
Gase nicht nur zur direkten Kraftabgabe, sondern insbesondere zur Dampferzeugung
aus einer entsprechend großen Wassermenge verwendet. Da die Stärke der ringförmigen
Flamme geregelt werden kann, kann auch die Menge des zu verdampfenden Wassers entsprechend
geregelt werden, so daß die Druckwirkung der Maschine den vorliegenden Arbeitsverhältnissen
von Fall zu Fall genau angepaßt werden und gegebenenfalls wie bei der Dampfmaschine
ein Gleichdruckverfahren Anwendung finden kann. Dabei ist es zweckmäßig, die Austrittsöffnungen
für den Wasserstoff bzw. die zugleich als Ventilkegelsitzflächen dienenden Austrittsöffnungen
für den Sauerstoff kegelförmig auszubilden und deren von außen nach innen in Strömungsrichtung
führende Kegelflächen etwa senkrecht zu den entsprechend von innen nach außen führenden
Kegelflächen der als Ventilkegelsitz ausgebildeten Austrittsöffnung für das Wasser
in den Brennraum anzuordnen. Dadurch wird die günstigste Ausnutzung der Flamme und
die restlose schnelle Verdampfung des Wassers ermöglicht.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen mit Wasserstoff
und Sauerstoff arbeitenden Kraftmaschine, und zwar einen Zylinderkopf mit der geschilderten
Ausbildung derAustrittsöffnungen für Wasserstoff und Sauerstoff in den Brennraum
und der Zuführung des aus einer düsenförmigen Austrittsöffnung in den Brennraum
zerstäubten Wassers im Längsschnitt.
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In den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ist das kombinierte Steuerventil
eingebaut. Dieses Ventil besteht aus dem Ventilkörper a, dem Sauerstoffventil
b, dem Wasserstoffventil d und dem Ventil für das Verdampfungswasser c. Die
Betätigung der Ventile erfolgt durch Hebel f und g, die auf den Bolzen e und lt
gelagert sind. In dem Brennraum sind eine oder mehrere Zündkerzen v angeordnet,
die z. B. in Verbindung mit einer Batterie und Zündspule eine Hochspannungsfunkenstrecke
von der Dauer der angestrebten Gleichdruckperiode erzeugen.
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Beim Aufwärtsgang des Kolbens w in die innere Totpunktlage werden
kurz vor derselben das Sauerstoffventil b durch den Hebel g und gleichzeitig das
Wasserstoffventil d durch den Hebel f von ihren Sitzen abgehoben, und beide Gase
strömen unter hohem Überdruck durch die Kegelsitzfläche i und die feinen Bohrungen
kindenBrenn-bzw. Verdampfungsraum. Da die Zündfunkenstrecke bereits eingesetzt hat,
entzündet sich das im Winkel gegeneinander strömende gemischte Gas sofort und brennt
als Flamme. Im Augenblick des Zündens ist beim Öffnen des Sauerstoffventils
b der Kopf L des Wasserzuführungsventils bzw. d-essen Schaft am Anschlag
in angelangt und öffnet dieses Ventil, wobei das unter hohem Druck stehende Wasser
in die Brennzone der heißen Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme eingeblasen wird, augenblicklich
unter bekannter Vergrößerung seines Volumens und Drucksteigerung verdampft und hochüberhitzt
als Arbeitsmittel wirkt.
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Die Größe der Flamme und die Menge des eingeblasenen Wassers werden
so bemessen, daß bei einem höchsten Verdichtungsdruck die Druckperiode in gewollten
Grenzen geradlinig, also unter Gleichdruck, verläuft und dann nach gleichzeitigem
Abschluß der Ventile die Entspannung einsetzt.
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Der Zeitpunkt des Einblasens des Wassers läßt sich mit Hilfe der Anschlagschraube
in genau einstellen. Der Zustrom des Verdampfungswassers erfolgt durch das hohl
gebaute Ventil b in der Pfeilrichtung u; der Zustrom des Sauerstoffs durch den Kanal
p und die Bohrung q in den Raum r und von hier durch den Ventilsitz
i in den Brennraum. Der Zustrom des Wasserstoffs erfolgt in der Pfeilrichtung o
durch die Bohrung s und den Raum t nach Anhub des Ventils d in die
Kammer u und durch die feinen Bohrungen k. Nach Ablauf der Entspannung öffnet sich
das
Auslaßventil, der noch unter Überdruck stehende Zylinderinhalt
(Wasserdampf) entweicht zum Teil in die Atmosphäre, worauf der Kolben wieder in
die innere Totlage zurückkehrt und der Vorgang sich wiederholt. Die Regelung der
Drehzahl erfolgt durch Veränderung der eingeblasenen Gas- und Wassermenge mit Hilfe
vdn entsprechenden Regeleinrichtungen.
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Das Ventil b, c für die Wasserzuführung lagert zweckmäßig in der Mittelachse
des Ventilkörpers a und des Arbeitszylinders w,
und ringförmig herum sind
die Ventile a, b für den Sauerstoff sowie a, d für den Wasserstoff angeordnet.
Der Ventilschaft b bildet innen den Ventilsitz für das Wasserzuleitungsventil c
und zugleich außen den Ventilsitz i für das Sauerstoffzuleitungsventil a. In dem
abwärts federbelasteten Ventilschaft b lagert das- aufwärts federbelastete Ventil
c und über diesem ein Widerlager m, das beim Anheben des Ventils b mitsamt dem Ventil
c dieses öffnet, so daß das Ventil a, b für den Sauerstoff früher geöffnet
wird als das. Ventil c, b für das Wasser. 'Das über dem aufwärts federbelasteten
Ventil c gelagerte Widerlager m ist einstellbar; es besteht z. B. aus einer senkrecht
geführten Schraube na, so daß durch die Veränderung der Schraubeneinstellung der
Zeitabstand zwischen dem Einspritzen einerseits des Sauerstoffs und Wasserstoffs
und andrerseits des Wassers genau bestimmt werden kann. Das Ventil a, d für
den Wasserstoff wird mittels des Hebels g zu gleicher Zeit mit dem Ventil
a, b für den Sauerstoff geöffnet, z. B. dadurch, daß dieVentilhebel f, g
gemeinsamen Antrieb haben.