EP4288649A2 - Gasversorgungssystem, energiewandler und verfahren zum betreiben eines direkteinspritzenden verbrennungsmotors - Google Patents

Abstract

Ein Gasversorgungssystem (10) für einen direkteinspritzenden Verbrennungsmotor (50) weist einen Elektrolyseur (20) und einen Knallgastank (12) auf. Eine Knallgasleitung (13), die fluidisch mit dem Knallgastank (12) verbunden Ist, ist eingerichtet ist, um mit einem Hochdruckspeicher (43) des Verbrennungsmotors (50) verbunden zu werden. Das Gasversorgungssystem (10) ist Teil eines Energiewandlers, der weiterhin den Verbrennungsmotor (50) aufweist. Ein Wassertank (30) ist in dem Energiewandler fluidisch mit einem Wassereinlass des Elektrolyseurs (20) des Gasversorgungssystems (10) verbunden ist.

Description

Gasversorgungssystem, Energiewandler und Verfahren zum Betrei- ben eines direkteinspritzenden Verbrennungsmotors

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasversorgungssystem für einen Ver- brennungsmotor. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Energiewandler, der das Gasversorgungssystem aufweist. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines direkteinsprit- zenden 4-Takt-Verbrennungsmotors und ein Verfahren zum Betreiben eines direkteinspritzenden 2-Takt-Verbrennungsmotors

Stand der Technik

Aus Gründen des Klimaschutzes besteht das langfristige Ziel weitgehend auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung zu verzichten. Bisher angedachte neue Konzepte zur elektrischen Energiegewinnung sowie zum Antreiben von Fahrzeugen haben allerdings den Nachteil, dass sie nicht durch Umrüstung vorhandener Kraftwerke und Kraftfahrzeuge realisiert wer- den können, sondern den Austausch der vorhandenen Technologie und die Schaffung einer neuen Versorgungs- und Verteilungsinfrastruktur erforderlich machen. Während beispielsweise die Idee besteht, Kraftfahrzeuge mittels Wasserstoff als Energieträger anzutreiben, benötigen solche Kraftfahrzeuge anstelle eines herkömmlichen Verbrennungsmotors mit einem Kraftstofftank eine Brennstoffzelle mit einem Wasserstoffdruckgastank und es müsste eine Betankungsinfrastruktur für Wasserstoff geschaffen werden sowie die Mög- lichkeit den Wasserstoff zentral zu produzieren und an Wasserstofftankstellen zu verteilen.

Um diesem Problem zu begegnen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Er- findung darin, ein Kraftstoffversorgungssystem für einen herkömmlichen direkt einspritzenden Verbrennungsmotor bereit zu stellen, in dem der bereit- gestellte Kraftstoff aus einer überall verfügbaren Grundsubstanz hergestellt werden kann und das keine baulichen Veränderungen am Verbrennungsmo- tor erforderlich macht. Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Energiewandler bereitzustellen, der unter Verwendung des Gasversorgungs- systems betrieben werden kann. Weitere Aufgaben bestehen darin Verfahren zum Betreiben von Verbrennungsmotoren bereitzustellen, welche das Kraft- stoffversorgungssystem aufweisen.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Gasver- sorgungssystem für einen direkt einspritzenden Verbrennungsmotor gelöst, welches einen Elektrolyseur aufweist. Das Gasversorgungssystem weist wei- terhin einen Knallgastank auf, der Wasserstoff und Sauerstoff aus dem Elektrolyseur speichert. Beispielsweise dann, wenn der Verbrennungsmotor dazu vorgesehen ist ein Kraftfahrzeug anzutreiben, weist der Knallgastank vorzugsweise ein Volumen im Bereich von 800 cm³ bis 1000 cm³ auf. Er fun- giert bei der Gasversorgung des Verbrennungsmotors als Ausgleichsbehälter. Schließlich weist das Gasversorgungssystem eine Knallgasleitung auf, die fluidisch mit dem Knallgastank verbunden ist. Sie ist eingerichtet, um mit ei- nem Hochdruckspeicher (Common-Rail) des Verbrennungsmotors verbunden zu werden.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Gasversorgungssystem einen Über- druckschalter aufweist, der eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von einem Druck im Knallgastank den Elektrolyseur abzuschalten. Besonders bevorzugt ist der Überdruckschalter eingerichtet, um den Elektrolyseur abzuschalten, wenn ein Druckschwellenwert im Bereich von 400 hPa bis 800 hPa erreicht wird. Dieser Überdruckschalter hat den Vorteil, dass einerseits eine ausrei- chende Knallgasbevorratung im Knallgastank gewährleistet wird, um auch bei einem plötzlichen Lastwechsel des Verbrennungsmotors ausreichend Knall- gas zur Verfügung stellen zu können und andererseits der Druck im Knallgastank so stark begrenzt wird, dass dieser keine hohe Druckbeständig- keit aufweisen muss und dass die bevorratete Knallgasmenge beim Auftreten einer Leckage zu keiner gefährlichen Verpuffung führen kann.

Außerdem ist es bevorzugt, dass das Gasversorgungssystem weiterhin einen Druckminder aufweist, der in der Knallgasleitung angeordnet ist. Hierdurch kann ein in den Hochdruckspeicher eingespeister Knallgasstrom auf einen für den Betrieb des Verbrennungsmotors optimalen Druck eingestellt werden. Wenn es sich bei dem direkt einspritzenden Verbrennungsmotor beispiels- weise um einen 1 ,4 I Vierzylinder Ottomotor mit einer nominalen Leistung von 75 kW handelt, so ist eine Druckreduzierung auf 80 hPa vorteilhaft.

Der Elektrolyseur, der Knallgastank, die Knallgasleitung und gegebenenfalls der Überdruckschalter und der Druckminderer können als gemeinsame Bau- gruppe ausgeführt werden, welche das Gasversorgungssystem darstellt und die als Ganzes nachträglich in das Kraftstoffversorgungssystem eines Ver- brennungsmotors eingebaut werden kann. Dieser Einbau kann zwischen einem Niederdruckbereich und einem Hochdruckbereich des Kraftstoffversor- gungssystems erfolgen. Dabei wird die Knallgasleitung insbesondere über eine Hochdruckpumpe des Hochdruckbereichs mit dem Hochdruckspeicher verbunden. Ein Einlass des Elektrolyseurs wird insbesondere über eine Nie- derdruckpumpe des Niederdruckbereichs mit einem Kraftstofftank verbunden. Es ist bevorzugt, das Gasversorgungssystem möglichst nahe an der Hoch- druckpumpe einzubauen, um die gasführenden Leitungen kurz zu halten.

Grundsätzlich kann das Gasversorgungssystem einen herkömmlichen Elekt- rolyseur aufweisen, der Wasserstoff und Sauerstoff separat ausgibt. Diese können dann durch zwei separate Gasleitungen in den Knallgastank geleitet werden. Vorzugsweise unterscheidet sich der Elektrolyseur, welcher mindes- tens eine Kathode und mindestens eine Anode aufweist, von herkömmlichen Elektrolyseuren, denen Wasserstoff und Sauerstoff separat entnommen wer- den, jedoch darin, dass er einen gemeinsamen Knallgasauslass aufweist. Dies bedeutet, dass die an der Kathode und der Anode durch Elektrolyse ent- stehenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff sich noch im Elektrolyseur zu Knallgas vermischen können, um den Elektrolyseur anschließend durch den Knallgasauslass zu verlassen. Der Knallgastank ist dann fluidisch mit dem Knallgasauslass verbunden.

Der Elektrolyseur muss keiner bevorzugten Bauform oder Größe entspre- chen, die verwendete Bauform muss jedoch die beschriebene Funktionalität ermöglichen. Die Größe des Elektrolyseurs ist abhängig vom Verwendungs- zweck und unterliegt keiner Minimal- oder Maximalgröße. In einer Ausführungsform weist der Elektrolyseur ein kreiszylinderförmiges Gehäuse auf. Dabei ist ein Wassereinlass in einer Kreisfläche angeordnet und der Knallgasauslass ist in einer Mantelfläche angeordnet. Ein solcher Elektroly- seur ist dazu vorgesehen, dass die Längsachse seines Gehäuses im Wesentlichen horizontal angeordnet wird, sodass Wasser entlang oder paral- lel zur Längsachse in das Gehäuse einströmen kann. Das Gehäuse fungiert dabei gleichzeitig als Elektrolyseraum und als Sammelraum für die durch die Elektrolyse entstandenen Gase Wasserstoff und Sauerstoff, die sich dort zu Knallgas vermischen und durch den Knallgasauslas in den Knallgastank ge- leitet werden können.

Hierzu ist der Knallgasauslass vorzugsweise in der Einbauposition des Elekt- rolyseurs an seinem obersten Punkt angeordnet.

Zur Positionierung der Kathode und der Anode im Gehäuse, ist es weiterhin bevorzugt, dass ein quaderförmiger Rahmen in dem Gehäuse angeordnet ist. Die Kathode und die Anode sind dabei jeweils an einer Seitenfläche des Rah- mens angeordnet. Diese Anordnung der Kathode und der Anode erfolgt vorzugsweise jeweils vertikal, sodass bereits bei einem geringen Wasserfüll- stand im Gehäuse beide Elektroden in das Wasser eintauchen. Der Rahmen ist vorzugsweise an den beiden Kreisflächen des Gehäuses befestigt. Beson- ders bevorzugt ist dies dadurch realisiert, dass die Kreisflächen an ihrer dem Innenraum des Gehäuses zugewandten Seite jeweils Ausnehmungen aufwei- sen, in welche der Rahmen eingreift.

Für das Material der Kathode sowie der Anode bestehen keine festen Vorga- ben. Die verwendeten Materialien sollten jedoch gut leitend und möglichst inert sein, um einen Verschleiß der Kathode oder der Anode zu vermeiden. Die Kathode besteht insbesondere aus einem Platindraht. Dieser ist vorzugs- weise um eine Kathodenplatte des Rahmens gewickelt. Die Anode besteht insbesondere aus einer auf Graphit basierenden Folie. Sie ist insbesondere zwischen einer rahmenförmigen Anodenplatte des Rahmens und einem Ano- denrahmen angeordnet.

Selbst bei ungewollter Entzündung des im Gasversorgungssystem vorhande- nen Knallgases geht keine Gefahr davon aus, da die vorhandene geringe Menge an Knallgas an der Austrittstelle mit einer Flamme rasch verbrennt, je- doch nicht explodiert. Für den Fall eines Lecks am Gasversorgungssystem und dem damit verbundenen Druckabfall im Knallgastank ist das Gasversor- gungssystem vorzugsweise dazu eingerichtet, dass es den Elektrolyseur automatisch abschaltet.

In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Energiewandler, der au- ßer dem Gasversorgungssystem einen direkt einspritzenden Verbrennungsmotor aufweist, dessen Hochdruckspeicher fluidisch mit der Knallgasleitung des Gasversorgungssystems verbunden ist. Ein Wassertank ist fluidisch mit einem Wassereinlass des Elektrolyseurs des Gasversor- gungssystems verbunden. Im Betrieb des Energiewandlers wird Wasser aus dem Wassertank in die Elektrolysezelle geleitet und dort elektrolytisch Knall- gas erzeugt. Dieses wird im Knallgastank zwischengespeichert und durch die Knallgasleitung in den Hochdruckspeicher geleitet. Dort wird es in derselben Weise vorgehalten, wie ein unter Druck stehender flüssiger Kraftstoff des Ver- brennungsmotors und in derselben Weise direkt in die Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt.

Das Knallgas wird in einem Einspritztakt (Takt 1 bei einem 4-Takt-Verbren- nungsmotor) des Verbrennungsmotors in den Brennraum eines Zylinders eingebracht, in einem Kompressionstakt (Takt 2) komprimiert und am Über- gang zu Takt 3 gezündet. Durch die Zündung des Knallgases verringert sich durch Entstehung von flüssigem Wasser als Verbrennungsprodukt des Was- serstoff-/Sauerstoffgasgemischs im Idealfall das Volumen des gasförmigen Knallgases auf das Volumen des entstehenden flüssigen Wassers. Diese Vo- lumenreduktion beträgt rechnerisch 99,5 % und führt im Zylinder zu einer Dekompression die rechnerisch den Wert 199,9 : 1 erreicht. Dieser Wert würde allerdings nur bei Normalbedingungen also einer Ausgangstemperatur von 20 °C und einem Ausgangsdruck von 1013,25 hPa erreicht Unter Be- triebsbedingungen wird ein tatsächlicher Dekompressionswert von ca. 100 : 1 erreicht. Diese Dekompression im Zylinder nach Umsetzung des Knallgases in Wasser führt zu einer Temperaturemiedrigung und dem Entstehen eines starken Unterdrucks im Zylinder. Dieser Unterdrück ist als Einführung einer Störgröße in die Bewegung des Verbrennungsmotors zu verstehen.

Der als Hubkolbenmotor ausgeführte Verbrennungsmotor stellt bei geschlos- senen Ventilen ein in sich geschlossenes System dar, das auf Druckveränderungen nur durch Aufwärts- oder Abwärtsbewegungen des Kol- bens reagieren kann. Wenn der Verbrennungsmotor ein 4-Takt- Verbrennungsmotor ist, führt beim normalen Einsatz mit fossilen Verbren- nungsstoffen, der durch die Verbrennung entstehende hohe Druck zu einer Abwärtsbewegung des Kolbens in Takt 3. Wird hingegen Knallgas im Ver- brennungsmotor verbrannt so tritt am Ende von Takt 3 ein erheblicher Unterdrück auf, der vom Hubkolben, welcher inzwischen den unteren Tot- punkt überschritten hat, in Takt 4 nur durch Aufwärtsbewegung ausgeglichen werden kann. Da der Unterdrück wie voranstehend beschrieben sehr hoch ist, geht davon eine Kraft aus, mit der der Kolben nach oben bewegt wird, um den durch Volumenverringerung entstandenen Unterdrück auszugleichen. Diese Kraft ist kein Effekt des bei der Verbrennung des Knallgases zunächst entstehenden niedrigen Überdrucks, sondern die Reaktion des Systems „Ver- brennungsmotor“ auf die Störgröße „Dekompression" in Folge der Volumenreduktion des verbrannten Knallgases auf das Volumen des dabei entstehenden Wassers. Der Verbrennungsmotor wird also nicht durch die Verbrennungsenthalpie des Knallgases, sondern durch die Druckänderung im Zylinder zum Ende des Taktes 3 angetrieben. Die Knallgasverbrennung dient nur zur Generierung eines Unterdrucks als Störimpuls. Der Verbrennungsmo- tor reagiert in der einzigen ihm möglich Weise auf diesen Störimpuls nämlich durch Aufwärtsbewegung des Kolbens im Takt 4. Die dabei entstehende me- chanische Energie kann an der Kurbelwelle abgegriffen werden. Die abgreifbare Energie ist im Verbrennungsmotor allerdings etwas geringer als theoretisch oder rechnerisch die Zugkraft am Kolben zum Ausgleich des Un- terdrucks betragen würde, da während der Aufwärtsbewegung des Kolbens im Takt 4 bereits die Auslassventile geöffnet werden und somit ein Teil des Unterdrucks durch einströmende Luft kompensiert wird. Mit der vollständigen Aufwärtsbewegung des Kolbens werden die entstandenen Wassermoleküle zusammen mit der nachgeströmten Luft ausgeworfen.

Es ist bevorzugt, dass der Verbrennungsmotor einen Generator antreibt und der Generator über eine elektrische Verbindung mit dem Elektrolyseur ver- bunden ist. Auf diese Weise kann zumindest ein Teil der Bewegungsenergie des Verbrennungsmotors in elektrische Energie umgewandelt werden, mit welcher der Elektrolyseur betrieben werden kann. Das Antreiben des Genera- tors kann direkt oder indirekt erfolgen. Neben dem Antreiben des Generators kann der Verbrennungsmotor auch noch weitere Nutzer antreiben.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Generator elektrisch mit einem Energie- speicher verbunden ist, der über die elektrische Verbindung mit dem Elektrolyseur verbunden ist. Um den Verbrennungsmotor in Betrieb zu neh- men ist es zunächst erforderlich Knallgas zu erzeugen, wozu der Elektrolyseur mit elektrischer Energie versorgt werden muss. Diese kann von dem Energiespeicher bereitgestellt werden. Sobald der Verbrennungsmotor gestartet wurde kann der Energiespeicher mittels des Generators nachgela- den werden, sodass Energie für einen späteren erneuten Start des Verbrennungsmotors vorgehalten werden kann. Der Energiespeicher kann auch verwendet werden, um damit einen Starter des Verbrennungsmotors zu betreiben und so eine erste Knallgasverbrennung in einem Kolben des Ver- brennungsmotors zu ermöglichen.

Die elektrische Verbindung zwischen dem Generator und dem Elektrolyseur verläuft vorzugsweise durch einen Überdruckschalter des Gasversorgungs- systems. Wenn im Knallgastank ein vorgegebener Knallgasdruck erreicht wurde, kann auf diese Weise die Versorgung des Elektrolyseurs mit elektri- scher Energie durch einen Generator vorübergehend unterbrochen werden, bis der Druck wieder soweit abgesunken ist, dass eine weitere Elektrolyse er- wünscht ist. Der Verbrennungsmotor kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeord- net sein. Bei dem Generator kann es sich dann um eine Lichtmaschine des Kraftfahrzeugs handeln und bei dem Energiespeicher um eine Baterie des Kraftfahrzeugs. Das Gasversorgungssystem ermöglicht den Betrieb des Kraftfahrzeugs durch die Verbrennung von Knallgas, welches aus Wasser er- zeugt wird.

Es ist hierbei bevorzugt, dass der Wassertank ein Kraftstofftank des Kraftfahr- zeugs ist. Dies ermöglicht es, das Gasversorgungssystem als Nachrüstele- ment in das Kraftstoffversorgungssystem des Kraftfahrzeugs einzubauen und den Kraftstofftank mit Wasser zu befüllen, welches dann in den Elektrolyseur weitergeleitet wird.

Um dem Wasser eine für die Elektrolyse optimale elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, enthält dieses als Elektrolyt vorzugsweise mindestens 0,6 mmol ei- nes Alkalihalogenids, wie insbesondere Natriumchlorid oder Kaliumchlorid, oder eines Ammoniumhalogenids, wie insbesondere Ammoniumchlorid. Be- sonders bevorzugt wird Natriumchlorid als Elektrolyt verwendet. Da der Elektrolyt nicht verbraucht wird, kann dieser grundsätzlich einmalig im Elekt- rolyseur vorgelegt werden, um dem einströmenden Wasser anschließend stets die erforderliche Elektrolytkonzentration zu verleihen. Dieses Vorlegen kann dadurch erfolgen, dass eine einmalige Betankung mit einer Elektrolytlö- sung erfolgt, wobei es anschließend ausreichend ist in den Wassertank Wasser zu geben, welches keinen Elektrolyt mehr enthalten muss. Sollte ein Benutzer den Wassertank stets mit Elektrolytlösung befüllen, so führt dies zu einem Konzentrationsanstieg des Elektrolyten im Elektrolyseur bis der Elekt- rolyt schließlich aus der dort gesättigten Elektrolytlösung ausfällt. Da hohe Elektrolytkonzentrationen die Elektrolyse allerdings nicht negativ beeinflussen und da es selbst bei Elektrolytausfällung nicht zu Feststoffansammlungen im Elektrolyseur kommt, die zum Verhältnis im Innenvolumen des Elektrolyseurs signifikant wären, ist so ein Vorgehen unschädlich. Sollte der Kraftstofftank versehentlich anstelle mit Wasser erneut mit Kraft- stoff befüllt werden, so fungiert dieser im Elektrolyseur als elektrischer Isolator zwischen der Kathode und der Anode, Es findet dann keine elektro- chemische Reaktion im Elektrolyseur statt und der Kraftstoff kann stattdessen durch den Elektrolyseur und den Knallgastank hindurch in das Hochdrucksys- tem des Verbrennungsmotors gepumpt werden, welcher wieder seinen herkömmlichen Betrieb bei Verbrennung fossiler Brennstoffe aufnimmt.

Der Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs weist eine Luftzufuhr auf. Da elektrolytisch erzeugtes Knallgas bereits das für die Verbrennung optimale Mischungsverhältnis zwischen Wasserstoff und Sauerstoff aufweist bewirkt das Einströmen zusätzlicher Luft lediglich, dass ein größeres Gasvolumen komprimiert werden muss und damit die Leistung des Verbrennungsmotors sinkt. Um dieses Einströmen von Luft zu verhindern ist es deshalb bevorzugt, dass die Luftzufuhr des Verbrennungsmotors verschlossen ist. Dies kann bei- spielsweise durch ein dauerhaftes Schließen einer Drosselklappe in der Luftzufuhr realisiert werden. Auch das Vorsehen eines Verschlusses an der Luftzufuhr kann vorgesehen werden.

Die abrupte und starke Verringerung des Teilchenvolumens in den Zylindern des Verbrennungsmotors führt zu einer sehr starken Abkühlung, Es wird keine externe Kühlung des Verbrennungsmotors benötigt, da sich die Zylinder zwar sehr kurzfristig erhitzen, danach aber sofort wieder stark abkühlen. Da- her kann die Kühlwasserpumpe des Verbrennungsmotors abgeschaltet werden.

In einer Ausführungsform des Energiewandlers kann vorgesehen sein, dass im Verbrennungsmotor entstehender Wasserdampf kondensiert wird und das kondensierte Wasser in den Wassertank zurückgeführt wird. Da der Elektrolyt nicht verbraucht wird, kann auch beim Betrieb des Elektrolyseurs mit Kon- denswasser die erforderliche Elektrolytkonzentration im Elektrolyseur aufrechterhalten werden. Da ein mit dem Energiewandler betriebener Verbraucher unabhängig von Umgebungsluft oder Fremdsauerstoff funktioniert, kann er auch im Vakuum, unter Wasser oder in anderen Atmosphären betrieben werden. Grundsätzlich ist der Einsatz des Energiewandlers technisch wie geografisch überall und in allen Einsatzgebieten möglich.

In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben ei- nes direkteinspritzenden 4-Takt-Verbrennungsmotors. Dieses umfasst ein Einbringen von gasförmigem Wasserstoff und Sauerstoff in einem Ein- spritztakt (Takt 1) des Verbrennungsmotors in einen Zylinderbrennraum des Verbrennungsmotors, und ein Komprimieren und Zünden des gasför- migen Wasserstoffs und Sauerstoffs im Kompressionstakt (Takt 2). Durch das Zünden des Wasserstoffs und Sauerstoffs verrichtet ein Kolben des Verbrennungsmotors durch die Verbrennung von Wasserstoff und Sauer- stoff zu Wasser mit der einhergehenden Volumenverringerung einhergehende Dekompression einen Arbeitstakt (Takt 4) im Verbren- nungsmotor.

Vorzugsweise treibt der Verbrennungsmotor einen Generator an, der über eine elektrische Verbindung mit einem Elektrolyseur verbunden ist, der aus einem Wasser-Elektrolyt-Gemisch Wasserstoff und Sauerstoff er- zeugt.

Die bei der Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser ent- standenen Wassermoleküle werden bevorzugt zumindest teilweise über einen Kondensator zurückgewonnen. Besonders bevorzugt wird das zu- rückgewonnene Wasser dem Elektrolyseur zugeleitet.

Insbesondere weist der direkteinspritzende 4-Takt-Verbrennungsmotor ein Gasversorgungssystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf. In einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines direkteinspritzenden 2-Takt-Verbrennungsmotors. Hierin vergrößert in einem ersten Takt ein nach unten laufender Kolben ein Volumen in ei- nem Zylinder des Verbrennungsmotors, wodurch im Zylinder ein Unterdrück entsteht Sobald ein Zuführkanal der Einspritzanlage in den Zylinder freigegeben wird, werden gasförmiger Wasserstoff und Sauerstoff in den Zylinder eingespritzt. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das im Zylinder der Verbrennungsmotors befindliche Wasser- stoff/Sauerstoff-Gemisch verdichtet und kurz vor dem oberen Totpunkt durch eine Zündeinrichtung gezündet. In einem zweiten Takt nach dem Zünden des Wasserstoffs und Sauerstoffs bewegt sich der Kolben des Verbrennungsmotors zu einem unteren Totpunkt, wobei durch die mit der Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser einhergehenden Volumenverringerung und folgender Dekompression im Zylinder ein Ar- beitstakt im Verbrennungsmotor bei der folgenden Aufwärtsbewegung verrichtet wird.

Vorzugsweise treibt der Verbrennungsmotor einen Generator an, der über eine elektrische Verbindung mit einem Elektrolyseur verbunden ist, der aus einem Wasser-Elektrolyt-Gemisch Wasserstoff und Sauerstoff er- zeugt.

Insbesondere weist der direkteinspritzende 2-Takt-Verbrennungsmotor ein Gasversorgungssystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt schematisch einen Energiewandler gemäß einem Ausführungs- beispiel der Erfindung.

Figur 2 zeigt eine isometrische Darstellung eines Elektrolyseurs eines Gas- versorgungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 3 zeigt eine Seitenansicht des Elektrolyseurs gemäß Figur 2.

Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung des Elektrolyseurs gemäß Figur 2.

Figur 5 zeigt eine Explosionsdarstellung des Elektrolyseurs gemäß Figur 2.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

Ein Energiewandler gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fi- gur 1 dargestellt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um einen Energiewandler eines Kraftfahrzeugs. Dieser weist ein Gas- versorgungssystem 10 auf, welches in das Kraftstoffversorgungssystem des Kraftfahrzeugs eingebaut wurde. Ein Elektrolyseur 20 ist in dem Gasversor- gungssystem 10 über eine erste Knallgasleitung 11 mit einem Knallgastank 12 verbunden. Der Knallgastank 12 ist eingerichtet, um im Elektrolyseur 20 erzeugtes Knallgas zwischenzuspeichern und anschließend in eine zweite Knallgasleitung 13 abzugeben, in welcher ein Druckminderer 14 angeordnet ist. Ein Überdruckschalter 15 ist an dem Knallgastank 12 angeordnet. Er ist dazu eingerichtet, um eine elektrische Verbindung zu unterbrechen, die den Elektrolyseur 20 mit mehreren Energiequellen verbindet.

Das Kraftfahrzeug weist einen Kraftstofftank 30 auf, der allerdings nicht mit einem fossilen Kraftstoff, sondern mit Wasser 31 gefüllt ist, in dem 0,4 g/l Nat- riumchiorid gelöst sind. Eine Niederdruckleitung 32 verbindet den Kraftstofftank 30 mit einem Wassereinlass des Elektrolyseurs 20. in der Nie- derdruckleitung 32 ist eine elektrische Kraftstoffpumpe 33 angeordnet, die das Wasser 31 aus dem Kraftstofftank 30 in den Elektrolyseur 20 fördert.

Ohne Verwendung des Gasversorgungssystems 10 fördert die elektrische Kraftstoffpumpe 33 Benzin aus dem Kraftstofftank 30 zu einer Kraftstoffhoch- druckpumpe 41. In der erfindungsgemäßen Einbausituation ist das Gasversorgungssystem 10 so in das Kraftstoffversorgungssystem eingebaut, dass es die von der elektrischen Kraftstoffpumpe 33 zur Kraftstoffhochdruck- pumpe 41 führende Kraftstoffieitung unterbricht und die Kraftstoffhochdruckpumpe 41 an die zweite Knallgasleitung 13 angeschlos- sen ist. Das Gasversorgungssystem 10 wird somit über die elektrische Kraftstoffpumpe 33 mit Wasser versorgt und versorgt seinerseits über die zweite Knallgasleitung 13 die Kraftstoffhochdruckpumpe 41 mit Knallgas.

Im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs fördert die Kraftstoffhochdruckpumpe 41 Benzin durch eine Kraftstoffhochdruckleitung 42 in einen Hochdruckspeicher 43 eines Verbrennungsmotors 50, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als direkt einspritzender Viertakt-Ottomotor ausgeführt ist. In der dargestellten Einbausituation fördert die Kraftstoffhochdruckpumpe 41 auf demselben Weg stattdessen das Knallgas in den Kraftstoffhochdruckspeicher 43. Die im nicht dargestellten Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors 50 hinterlegte Ein- spritzstrategie des Verbrennungsmotors 50 wurde nicht verändert, sodass Einspritzungen von Knallgas aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher 43 in die Brennräume der Zylinder des Verbrennungsmotors 50 in derselben Weise er- folgen, wie dies für die Benzindirekteinspritzung vorgesehen ist.

Als Luftzufuhr 51 des Verbrennungsmotors 50 fungiert ein Saugrohr, in dem eine Drosselklappe 52 angeordnet ist. Die Luftzufuhr 51 ist verschlossen, in- dem die Drosselklappe 52 in geschlossener Stellung blockiert wurde. Der Verbrennungsmotor 50 weist einen elektrischen Starter 53 auf. Seine Kurbelwelle ist mit dem nicht dargestellten Antriebstrang des Kraftfahrzeugs verbunden. Weiterhin wird ein Teil des Drehmoments des Verbrennungsmo- tors 50 von einem elektrischen Generator 54 abgegriffen. Ein Energiespeicher 60 in Form einer Batterie ist über eine elektrische Verbin- dung mit dem Generator 54 verbunden und kann von diesem aufgeladen werden. Zum Starten des Verbrennungsmotors 50 werden der Starter 53 und der Elektrolyseur 20 über die elektrische Verbindung 61 vom Energiespeicher 60 mit elektrischer Energie versorgt. Im Betrieb des Verbrennungsmotors 50 erfolgt eine Versorgung des Elektrolyseurs 20 über den Generator 54. Diese Versorgung kann durch den Überdruckschalter 15 zeitweilig unterbrochen werden.

Die nicht dargestellte Kühlwasserpumpe des Verbrennungsmotors 50 ist ab- geschaltet. Dennoch stellt sich im Betrieb des Verbrennungsmotors lastabhängig lediglich eine Abgastemperatur im Bereich von 700°C bis 900°C und eine Öltemperatur im Bereich von 95°C bis 105°C ein.

Die Figuren 2 - 4 zeigen Darstellungen des Elektrolyseurs 20 in dem Gasver- sorgungssystem 10. Der Elektrolyseur 20 weist ein kreiszylinderförmiges Gehäuse mit einer Mantelfläche 210 und zwei Kreisflächen 220 auf. Die Länge des Gehäuses beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 20 cm und der Durchmesser der Kreisflächen 220 beträgt jeweils ebenfalls 20 cm. Der Elektrolyseur ist so angeordnet, dass seine Längsachse horizontal verläuft. Ein Knallgasauslass 212 am obersten Punkt der Mantelfläche 210 ermöglicht dabei ein Austreten von Knallgas in die erste Knallgasleitung 11. Von der elektrischen Kraftstoffpumpe 33 gefördertes Wasser wird durch einen Was- sereinlass 222 in einer der Kreisflächen 220 in den Innenraum des Elektrolyseurs 20 geleitet.

Ein quaderförmiger Rahmen 240 ist in dem Gehäuse des Elektrolyseurs an- geordnet und trägt eine Kathode 250 und eine in den Figuren 2 - 4 nicht sichtbare Anode. Die Kathode 250 ist als mäanderförmiger Platindraht ausge- führt, welcher um eine Kathodenplatte 241 des Rahmens 240 gewickelt ist, die die Kathode 250 auf diese Weise trägt. Die Anode ist zwischen einer Ano- denplatte 244 und einem Anodenrahmen 261 eingeklemmt. Die Kathode 250 ist mit einem elektrischen Kathodenanschluss 253 verbunden und die Anode ist mit einem elektrischen Anodenanschluss 263 verbunden. Die beiden elektrischen Anschlüsse 253, 263 sind durch dieselbe Kreisfläche 220 ge- führt, durch welche auch der Wassereinlass 222 verläuft.

Figur 5 zeigt alle Bauteile des Elektrolyseurs 20 in einer Explosionsdarstel- lung. Die Mantelfläche 210 weist eine Öffnung 211 auf, in welche der Knallgasauslass 212 eingesetzt ist. Als Ausgleich zwischen der gekrümmten Oberfläche der Mantelfläche 210 und dem Knallgasauslass 212 ist eine Tan- gentialausgleichsscheibe 213 vorgesehen. An der Außenseite der Mantelfläche 210 sind sechs Verschraubungsstangen 214 angeordnet, die je- weils einen Stangenbereich aufweisen dessen Länge der Länge der Mantelfläche 210 entspricht. An den beiden Enden des Stangenbereichs ist jeweils ein Gewinde angeordnet, dass über die Mantelfläche 210 hinaussteht.

Die Kreisfläche 220, welche den Wassereinlass 222 aufweist, verfügt über eine Öffnung 221 in welcher der Wassereinlass 222 eingesetzt ist. Zwei wei- tere Öffnungen 223 dienen zur Aufnahme von elektrischen Durchführungen 224. Durch jeweils eine der elektrischen Durchführungen 224 ist einer der elektrischen Anschlüsse 253, 263 geführt. Jede elektrische Durchführung 224 ist jeweils mittels einer Mutter 225 an der Außenseite und einer Mutter 226 an der Innenseite der Kreisfläche 220 fixiert, indem die Muttern 225, 226 an ei- nem Außengewinde der elektrischen Durchführungen 224 angebracht sind. Sowohl die Kreisfläche 220, welche die Öffnungen 221 , 223 aufweist, als auch die weitere Kreisfläche 220 weisen Jeweils sechs Bohrungen auf, durch welche die Gewindeabschnitte der Verschraubungsstangen 214 geführt sind. Jeweils eine Sechskanthutmutter 227 und eine Unterlegscheibe 228 werden dabei an jedem Gewindeabschnitt angebracht. Beide Kreisflächen 220 wei- sen an Ihrer Innenseite jeweils zwei Nuten 229 auf, in welcher der Rahmen 240 eingreift und so zwischen den beiden Kreisflächen 220 eingeklemmt ist. Jeweils zwei O-Ringe 231, 232 mit unterschiedlichem Durchmesser dienen dazu jede der Kreisflächen 220 gegenüber der Mantelfläche 210 abzudichten.

Der Rahmen 240 weist die Kathodenplatte 241 auf, die an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite gezahnt ist, um mit den Mäandern der Kathode 250 einzugreifen. Drei Fixierleisten 242 und drei Abstandshalter 243 verbinden die Kathodenplatte 241 mit der rahmenförmigen Anodenplatte 244. Zylinder- schrauben 245 sind hierzu durch Bohrungen in der Kathodenplatte 241 und der Anodenplatte 244 geführt und enden in den Fixierleisten 242 und den Ab- standshaltem 243. Durch jede der Fixierleisten 242 sind jeweils drei weitere Zylinderschrauben 246 geführt mittels welcher die Fixierleisten 242 mit der In- nenseite der Kreisfläche 220 verschraubt sind, welche den Wassereinlass 222 aufweist.

Die Kathode 250 ist mittels Fixierklemmen 251 an der Kathodenplatte 241 festgeklemmt. Zwei Zylinderschrauben 252 befestigen hierzu jeweils eine der Fixierklemmen 251 an der Kathodenplatte 241.

Die Anode 260 ist als Graphitmembran (SIGRAFLEX^® der Firma SGL Car- bon) ausgeführt. Sie ist zwischen der rahmenförmigen Anodenplatte 244 und einem Anodenrahmen 261 eingeklemmt. Hierzu sind die Anodenplatte 244 und der Anodenrahmen 261 mit Zylinderschrauben 262 miteinander ver- schraubt Der elektrische Anschluss 263 der Anode 260 ist an dieser angesetzt.

Der Elektrolyseur enthält keine beweglichen Teile und unterliegt dadurch kei- nem mechanischen Verschleiß. Auch die Kathode 250 und die Anode 260 bestehen aus beständigen Materialien, die nicht abnutzen. Undichtigkeiten können an den Dichtflächen des Knallgasauslasses 212 und des Wasserein- lasses 222 sowie an den O-Ringen 231, 232 entstehen, die bei Bedarf ausgetauscht werden können. Beim Öffnen des Elektrolyseurs 20 zum Aus- tauschen der O-Ringe 231 , 232 kann auch sein innenraum von dort abgelagertem Natriumchlorid gereinigt werden, welches bei Übersättigung des Wassers mit diesem Elektrolyten gegebenenfalls ausfallen kann.

Während des Betriebs erwärmt sich der Elektrolyseur 20 geringfügig. Diese Abwärme wird an die Umgebung abgegeben. Die Erwärmung ist dabei so ge- ring, dass keine aktive Kühlung für den Elektrolyseur 20 benötigt wird, solange eine ungehinderte Wärmeabgabe an die Umgebung sichergestellt ist.

Aus 1 ,0 mol Wasser kann im Elektrolyseur Knallgas erzeugt werden, welches 1 ,0 mol Wasserstoff und 0,5 mol Sauerstoff entspricht. 1 ,5 mol Gas weist un- ter Normalbedingungen (T = 20 °C, p = 1013,25 hPa) ein Volumen von 3670,50 cm³ auf. Bei der Verbrennung des Knallgases wird dieses Volumen auf das Flüssigkeitsvolumen von 1 ,0 mol Wasser verringert, welches 18 cm³ beträgt. Diese Volumenverringerung entspricht einer Dekompression von 199,9 : 1.

Die Elektrolyse von 1,0 mol Wasser benötigt bei einer Temperatur von 20°C und einem Druck von 1013,25 hPa theoretisch eine elektrische Energie von 571 ,8 kJ bzw. 158,96 Wh. Bei einem Wirkungsgrad des Elektrolyseurs von 75 % ergibt sich ein realer Energieverbrauch von 212 Wh/mol.

Es konnte gezeigt werden, dass der Betrieb eines VW Golf 1.4 mit einem 1,4 I, Vierzylinder-Ottomotor mit nominal 75 kW Leistung mittels des voran- stehend beschriebenen Gasversorgungssystems 10, dessen Elektrolyseur mit 12 V Bordspannung betrieben wird und dessen Druckminderer 14 Knall- gas mit einem Druck von 80 hPa in die Kraftstoffhochdruckpumpe 41 leitet, auf einer Fahrtstrecke von 100 km 1,4 I Wasser verbraucht. Dies entspricht einer Stoffmenge von 77,78 mol Wasser, für dessen Elektrolyse bei dem oben genannten Energieverbrauch 16,49 kW elektrische Energie verbraucht werden. Bei unterschiedlichen Durchschnittsgeschwindigkeiten v und Fahrt- zeiten t führt dies zu den in Tabelle 1 genannten Werten für den elektrischen Stromfluss / durch den Elektrolyseur 20 und für die durchschnittliche elektri- sche Leistung P des Elektrolyseurs 20:

Tabelle 1

Dabei wurde eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 50 von 2000 rpm ange- nommen, womit ein Takt des Viertakt-Motors jeweils eine Zeit von 15 ms in Anspruch nimmt.

Auch wenn die Anwendung des Energiewandlers im voranstehenden Ausfüh- rungsbeispiel anhand seiner Verwendung in einem Kraftfahrzeug beschrieben wurde, kann er nicht nur in Automobilen und nicht nur unter Verwendung von Ottomotoren zum Einsatz kommen. Das Gasversorgungsystem kann für alle mobilen oder stationären direkteinspritzenden Verbrennungsmotoren, unab- hängig vom bisher verwendeten Kraftstoff, wie Benzin, Diesel, Gas oder anderen Kraftstoffen eingesetzt werden. Damit kann das Gasversorgungsys- tem auch in der Schifffahrt, in Kraftwerken oder für lokale Generatoren eingesetzt werden. Grundsätzlich kann das Gasversorgungssystem mit je- dem direkteinspritzenden Verbrennungsmotor, unabhängig von dessen Größe oder Nutzung, eingesetzt werden.

Bei stationären Anwendungen des Energiewandlers, welcher das erfindungs- gemäße Gasversorgungsystem aufweist, können sowohl die mechanische Energie als auch die thermische Energie genutzt werden, beispielsweise zur Stromgewinnung per Generator (mechanische Energie) mit gleichzeitiger Nut- zung der Abwärme (thermische Energie), um damit Dampf zu erzeugen.

Fracht- und Passagierschiffe können auf diese Weise den gesamten Energie- bedarf für sowohl den Antrieb als auch die Elektrizitäts- und die Warmwasserversorgung, die Heizung der Schiffe, sowie auf See den Betrieb der Entsalzungsanlagen für Meerwasser sicherstellen. Die zum Betrieb nöti- gen Wassermengen können bei Schiffen dem jeweiligen Gewässer direkt entnommen werden, Stopps zur Betankung an Tankstellen in Häfen oder an Anlegestellen werden dadurch überflüssig. Meerwasser enthält bereits Natri- umchlorid als Elektrolyt. Da der Salzgehalt des Meerwassers zu hoch ist (ca. 35 g/l Meerwasser), sollte dieses mit Süßwasser (beispielsweise aus einer bordeigenen Meerwasserentsalzungsanlage) verdünnt werden (ca. 87 I Süß- wasser auf 1 I Meerwasser). In der Binnenschifffahrt kann dem Süßwasser ein Elektrolyt in der notwendigen Menge zugegeben werden.

Zu den erweiterten Einsatzmöglichkeiten gehört nicht zuletzt die Umrüstung von Kohle-, Öl- oder Gaskraftwerken, in denen der Antrieb der Turbinen bis- her durch Wasserdampf erfolgt, der durch Verbrennung von Kohle, Öl oder Gas erzeugt wird. Bei Einsatz entsprechender Aggregate, die mit dem erfin- dungsgemäßen Gasversorgungssystem betrieben werden, erfolgt der Antrieb der Turbinen direkt durch die Aggregate. Die Abwärme der Aggregate kann weiterhin zur Dampferzeugung genutzt werden. Dadurch können mit relativ geringen Kosten bestehende Kohle-, Öl- oder Gaskraftwerke umgebaut und weiter genutzt werden, ohne jedoch wie vorher die Umwelt zu belasten, und ohne dass diese Kraftwerke stillgelegt und verlassen werden müssen.

Claims

Ansprüche

1. Gasversorgungssystem (10) für einen direkteinspritzenden Verbren- nungsmotor (50), aufweisend - einen Elektrolyseur (20), - einen Knallgastank (12), der fluidisch mit dem Elektrolyseur (20) verbunden ist, und - eine Knallgasleitung (13), die fluidisch mit dem Knallgastank (12) verbunden ist, und die eingerichtet ist, um mit einem Hochdruck- speicher (43) des Verbrennungsmotors (50) verbunden zu werden.

2. Gasversorgungssystem (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich- net, dass er weiterhin einen Überdruckschalter (15) aufweist, der eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von einem Druck im Knallgastank (12) den Elektrolyseur (20) abzuschalten.

3. Gasversorgungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass es weiterhin einen Druckminderer (14) aufweist, der in der Knallgasleitung (13) angeordnet ist.

4. Gasversorgungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur (20) mindestens eine Kathode (250) und mindestens eine Anode (260) mit einem gemeinsa- men Knallgasauslass (212) aufweist, wobei der Knallgasauslass fluidisch mit dem Knallgastank (12) verbunden ist.

5. Gasveraorgungssystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- net, dass der Elektrolyseur (20) ein kreiszylinderförmiges Gehäuse aufweist, wobei ein Wassereinlass (222) in einer Kreisfläche (220) an- geordnet ist und Knallgasauslass (212) in einer Mantelfläche (210) angeordnet ist.

6. Gasversorgungssystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- net, dass ein quaderförmiger Rahmen (240) in dem Gehäuse angeordnet ist und die Kathode (250) und die Anode (260) jeweils an einer Seitenfläche (241, 244) des Rahmens (240) angeordnet sind.

7. Energiewandler, aufweisend - ein Gasversorgungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, - einen direkteinspritzenden Verbrennungsmotor (50), dessen Hochdruckspeicher (43) fluidisch mit der Knallgasleitung (13) des Gasversorgungssystems (10) verbunden ist, und - einen Wassertank (30), der fluidisch mit einem Wassereinlass (222) des Elektrolyseurs (20) des Gasversorgungssystems (10) verbunden ist.

8. Energiewandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (50) ein Viertaktverbrennungsmotor ist.

9. Energiewandler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (50) einen Generator (54) antreibt und der Generator (54) über eine elektrische Verbindung (61) mit dem Elektrolyseur (20) verbunden ist.

10. Energiewandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (54) elektrisch mit einem Energiespeicher (60) verbunden ist der über die elektrische Verbindung (61) mit dem Elektrolyseur (20) verbunden ist.

11. Energiewandler nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung (61) zwischen dem Generator (54) und dem Elektrolyseur (20) durch einen Oberdruckschalter (15) des Gasversorgungssystems (10) verläuft.

12. Energiewandler nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Verbrennungsmotor (50) in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist.

13. Energiewandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet dass der Wassertank (30) ein Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs ist

14. Energiewandler nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftzufuhr (51) des Verbrennungsmotors (50) verschlossen ist.

15. Energiewandler nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch ge- kennzeichnet dass eine Kühlwasserpumpe des Verbrennungsmotors (50) abgeschaltet ist.

16. Verfahren zum Betreiben eines direkteinspritzenden 4-Takt-Verbren- nungsmotors (50) mit folgenden Schritten: - Einbringen von gasförmigem Wasserstoff und Sauerstoff in einem Einspritztakt des Verbrennungsmotors (50) in einen Zylinderbrenn- raum des Verbrennungsmotors (50), - Komprimieren und Zünden des gasförmigen Wasserstoffs und Sau- erstoffs im Kompressionstakt dadurch gekennzeichnet, dass durch das Zünden des Wasserstoffs und Sauerstoffe ein Kolben des Verbrennungsmotors (50) durch die Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser mit der ein- hergehenden Volumenverringerung einhergehende Dekompression ein Arbeitstakt im Verbrennungsmotor (50) verrichtet wird.

17. Verfahren zum Betreiben eines direkteinspritzenden 4-Takt-Verbren- nungsmotors (50) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (50) einen Generator (54) antreibt, der über eine elektrische Verbindung mit einem Elektrolyseur (20) verbunden ist, der aus einem Wasser-Elektrolyt-Gemisch Wasserstoff und Sauer- stoff erzeugt

18. Verfahren zum Betreiben eines direkteinspritzenden 4-Takt-Verbren- nungsmotors (50) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser entstandenen Wassermoleküle zumindest teil- weise Über einen Kondensator zurückgewonnen werden.

19. Verfahren zum Betreiben eines direkteinspritzenden 4-Takt-Verbren- nungsmotors (50) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das zurückgewonnene Wasser dem Elektrolyseur (20) zugeleitet wird.

20. Verfahren zum Betreiben eines direkteinspritzenden 2-Takt-Verbren- nungsmotors (50) mit folgenden Schritten: - in einem ersten Takt vergrößert ein nach unten laufender Kolben ein Volumen im Zylinder des Verbrennungsmotors (50), wodurch im Zylinder ein Unterdrück entsteht und sobald ein Zuführkanal der Einspritzanlage in den Zylinder freigegeben wird, wird gasförmiger Wasserstoff und Sauerstoff in den Zylinder eingespritzt und

- durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das im Zylinder der Verbrennungsmotors (50) befindliche Wasserstoff und Sauerstoff- Gemisch verdichtet und kurz vor dem oberen Totpunkt durch eine Zündeinrichtung gezündet, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Takt nach dem Zün- den des Wasserstoffs und Sauerstoffs der Kolben des Verbrennungsmotors (50) sich zu einem unteren Totpunkt bewegt, wo- bei durch die mit der Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser einhergehenden Volumenverringerung und folgender Dekom- pression im Zylinder ein Arbeitstakt im Verbrennungsmotor (50) bei der folgenden Aufwärtsbewegung verrichtet wird.

21. Verfahren zum Betreiben eines direkteinspritzenden 2-Takt-Verbren- nungsmotors (50) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (50) einen Generator (54) antreibt, der über eine elektrische Verbindung mit einem Elektrolyseur (20) verbunden ist, der aus einem Wasser-Elektrolyt-Gemisch Wasserstoff und Sauer- stoff erzeugt.