EP4293196A1 - Internal combustion motor and method for operating an internal combustion motor with hydroxy gas, hydrogen gas, mixed hydrogen gas, hydrogen and mixed operation with said gases in admixture with liquid water - Google Patents

Internal combustion motor and method for operating an internal combustion motor with hydroxy gas, hydrogen gas, mixed hydrogen gas, hydrogen and mixed operation with said gases in admixture with liquid water Download PDF

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EP4293196A1
EP4293196A1 EP22179092.6A EP22179092A EP4293196A1 EP 4293196 A1 EP4293196 A1 EP 4293196A1 EP 22179092 A EP22179092 A EP 22179092A EP 4293196 A1 EP4293196 A1 EP 4293196A1
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EP
European Patent Office
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piston
gas
water
phase
explosion
Prior art date
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Pending
Application number
EP22179092.6A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Harald G. F. SAUER
Josef sen. BRAUNSTEFFER
Bernhard Wiest
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Braunsteffer Sen Josef
Intergreentech GmbH
Original Assignee
Braunsteffer Sen Josef
Intergreentech GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Braunsteffer Sen Josef, Intergreentech GmbH filed Critical Braunsteffer Sen Josef
Priority to EP22179092.6A priority Critical patent/EP4293196A1/en
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    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/04Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft
    • F01B9/06Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft the piston motion being transmitted by curved surfaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
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    • F02M21/0206Non-hydrocarbon fuels, e.g. hydrogen, ammonia or carbon monoxide
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    • F02M25/022Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/025Adding water
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M25/022Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/032Producing and adding steam
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    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
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    • F01B9/04Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft
    • F01B9/06Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft the piston motion being transmitted by curved surfaces
    • F01B2009/061Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft the piston motion being transmitted by curved surfaces by cams

Definitions

  • the subject of the invention is a method for operating an explosion engine for converting water into mechanical energy and an explosion engine as a reciprocating piston engine for optimal thermal-mechanical energy conversion according to the preamble of claims 1 and 9.
  • the background of the invention goes back to several converted reciprocating internal combustion engines (petrol and diesel engines) by the applicant and other inventors active in hydrogen R&D as well as the following thermodynamic energetic equations using hydrogen or oxyhydrogen as engine fuel.
  • a first attempt to divide the combustion behavior from the power output with non-positively connected, symmetrically constructed crankshafts is shown DE 31 18566 A1 and DE 3208249 A1 , whereby a rigid piston without a articulated connecting rod with power transmission to a circumferential cam mounted on the crankshaft, which is driven by a roller bearing mounted at the base of the piston rod.
  • this invention solves the rigid coupling of the crankshaft and combustion chamber and enables ideal force absorption directly after TDC due to the explosive combustion behavior, it does not take into account the different times of explosion and implosion.
  • this engine provides for the exhaust of the gas at the end of the explosion process, so that the characteristic implosion is not used kinetically.
  • the DE 592 469 C shows an explosion engine for operation with hydroxy gas with a cylinder in which a piston is movably guided, as well as one of the Piston movement driven output shaft.
  • One end of a push rod is connected to the piston and the other end is connected to the output shaft via a crankshaft as a coupling element.
  • the engine has an inlet valve for introducing the fuel gas into the combustion chamber of the cylinder, whereby the inlet valve can be controlled via a cam drive.
  • the invention is therefore based on the object of developing an engine and a method for operating such an engine of the type mentioned in such a way that a higher level of efficiency can be achieved through optimized power transmission and an optimized fuel gas supply.
  • the piston rod is guided perpendicular to the output shaft and the coupling element is formed by at least one roller, which is guided in at least one continuous control groove in the disk surface of a link disk, which is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft and whose axis of rotation is aligned coaxially with it is.
  • the piston rod converts the linear movement of the piston into the circular movement of the output shaft (linear oscillating axial movement).
  • the uniform term fuel gas is used below. Ignition of the fuel gas without prior compression is preferred.
  • the method according to the invention is characterized in that the return of the expanded water gas to liquid water, with a considerable reduction in volume, requires no outlet valve, no exhaust, no silencer and no exhaust gas treatment or pollutant reduction.
  • Another advantage is that the absence of air as a combustion gas or filling gas as well as the absence of carbon-based fuels excludes the formation of nitrogen oxides and carbon oxides.
  • the addition of ambient air is dispensed with, which is possible, for example, when using hydroxy gas.
  • all working cycles of the piston can be carried out with one full revolution of the link disk, with the different phases according to the invention being passed through in one revolution.
  • the link disk has at least one circumferential control groove on one of its disk surfaces, in which at least one roller is guided at the foot of the push rod, which is rotatably mounted as a coupling element at the end of the push rod, and the push rod is guided perpendicular to the output shaft.
  • the operation of the motor combines two operating states of force input to the output shaft.
  • the first force phase is always a rapid explosion phase
  • the second phase is preferably an implosion phase.
  • the engine can also be operated in the second phase as a vapor phase.
  • the explosion-implosion operation is first described below.
  • the distance between the center line of the control groove and the axis of rotation of the link disk is preferably discontinuous and the stroke of the piston coupled via the roller determines the rotation of the output shaft.
  • the control groove is therefore a groove made in the disk surface, the edge surfaces of which enable lateral guidance of the at least one roller.
  • the control groove has a bell-like shape, with a circular segment concentricity that merges into an expanding cam. This transition forms a flank, which is arranged on both sides due to the shape of the control groove and is therefore present twice.
  • the piston shaft presses on the flank with at least one roller and thus drives the output shaft in rotation.
  • the downward movement is thus converted into a rotational movement, with the geometry of the cam ensuring optimal power output, which corresponds to the rapid explosion time of the gas.
  • the two rollers are designed to transmit force via the flank pressure.
  • the milling of the link disks is roughly shaped like a bell.
  • the concentricity and the extended cam adjoining it via the flanks form an almost symmetrical, geometric structure with respect to the longitudinal axis.
  • this geometry allows a short but very efficient force input via the lever arm of the pressure flank of the control shaft with the almost forceless reversal point and the further force absorption of the implosion via the opposite tension flank of the control cam transfers all of the force components of the explosion-implosion process.
  • the broadly designed cam begins with an asymmetrical raised circle segment which allows aspiration of the combustion chamber via the piston and enables pressure relief. It initiates a longer circle segment of the control cam, which is powerless in itself and enables the combustion chamber to be filled with fuel gas without it against you Compression pressure must act. This means that, in contrast to conventional intake and exhaust cycles, no energy is lost.
  • These rollers are each mounted on an axle which is rotatably accommodated in a through hole at the rod end of the piston rod.
  • the inlet valve for the fuel gas is positively controlled via a cam disk, which is mounted on a shaft on which a pulley is also mounted, which is connected via a toothed belt to a drive wheel mounted in a rotationally fixed manner on the output shaft.
  • a cam disk which is mounted on a shaft on which a pulley is also mounted, which is connected via a toothed belt to a drive wheel mounted in a rotationally fixed manner on the output shaft.
  • a portioning valve described below.
  • an equivalent system with a bottom camshaft, tappets and rocker arms can be used provided it fully meets the gas introduction requirements.
  • the combustion chamber is introduced into the combustion chamber from a metering and pressure reduction vessel at low pressure and without further compression and, in contrast to gasoline engines, is only ignited shortly after top dead center (“TDC").
  • TDC top dead center
  • the explosion drives the piston, which is rigidly connected to the piston rod (piston and piston rod form a unit), downwards, whereby the force at the base of the piston rod, which is designed as a push rod, is transferred to a link disk, which is non-rotatably and coaxially connected to the output shaft.
  • the engine Since the fuel gas collapses into liquid water after the explosion process, the engine is only equipped with one intake valve. On the The outlet valve can be omitted; instead, the liquefied water is drained out.
  • the piston crown can be flat, but is ideally designed with a concave recess in which the water can collect for drainage and has at least two compression rings on the upper piston circumference and a wiper ring on the lower piston circumference.
  • the piston preferably has a recess in the piston crown, the deepest point of which opens into at least one bore, which enables excess water to be drained out of a lateral outlet on the ring part of the piston.
  • the piston is designed as a rigid unit consisting of at least the ring section and the piston skirt.
  • the piston crown is designed with a conical or convex recess at a flat angle, at the deepest point of which there is a vertical bore of a small diameter, for example 2.5 mm.
  • This vertical bore in the solid piston body opens into one or more horizontal bores, the outlet opening(s) of which lie between two piston rings on the piston wall. Ideally, this lies between the two upper compression rings and the scraper ring underneath, which can also be designed as an additional piston ring or a combination of piston rings when operating with water.
  • Minimum requirements are one piston ring above the outlet opening and one piston ring below the outlet opening. Multiple piston rings increase compression but also friction. Depending on the engine size and volume-stroke ratio, the ideal number and combination of piston rings must be selected.
  • this water drainage is to empty the combustion chamber of water residues, use this water to lubricate the cylinder surface, support the sealing of the combustion chamber and finally drain the used water by means of a vertical milling connected to an outlet hole in the liner.
  • the routing of the water between the piston rings allows the combustion chamber to be sealed when it is filled with fuel gas without any relevant gas losses and the reaction water is discharged from the engine in liquid form via a small opening, without any further exhaust or exhaust valve.
  • the liner of the cylinder preferably has an elongated and vertical groove which is open in the direction of the ring section and which allows water to flow away in the area of a scraper ring in the direction of a water outlet in the wall of the liner. It is also possible to drain the water directly through a hole in the liner and cylinder wall or a hole in the liner and a water guide groove between the liner and cylinder wall.
  • First phase Explosion phase: The engine is at top dead center 2 with the cylinder already slightly lowered and the valve closed and the combustion chamber filled with fuel gas under slight excess pressure, ignition occurs and pushes the piston down onto the cam, which transfers the force to the output shaft transmits.
  • explosion phase The engine is at top dead center 2 with the cylinder already slightly lowered and the valve closed and the combustion chamber filled with fuel gas under slight excess pressure, ignition occurs and pushes the piston down onto the cam, which transfers the force to the output shaft transmits.
  • the two rollers transmit the force to the cam along the flank of the cam and the force to the inner flank of the control groove, respectively.
  • Second phase (implosion phase): The explosion is complete, the implosion begins while the piston remains in the BDC position and the output shaft continues to rotate supported by the flywheel or other cylinders.
  • the combustion chamber is largely hermetically sealed so that the implosion can cause the upward movement of the piston, which now transfers the force to the opposite edge of the control cam as a tensile force. This refers to the large volume of the combustion chamber.
  • the horizontal bores of the water channel of the piston and of the cylinder and allows the collapsed water to be drained out between the piston rings 3 and 4 in the present embodiment.
  • Second phase At the end of the implosion segment, the control cam reaches the radially furthest point, which causes the highest point of the piston in the cylinder. (Top dead center 1 TDC1) This position results in the lower piston bore overlapping with the pressure compensation bore of the cylinder liner. Here, the remaining negative pressure or possibly built-up compression pressure is collapsed through the cylinder bore and allows pressure equalization with the air space below the cylinder. This depressurizes the injection chamber of the combustion chamber.
  • Fourth phase Due to the initially slight downward movement of the piston to TDC2, fresh fuel gas or fuel gas-air mixture is simultaneously sucked in through the inlet channel from an electrolytic cell or corresponding gas storage (pressure bottles) and mixing devices via an inlet valve combination.
  • the inlet valve is opened and the rotation of the gate disk continues, while maintaining the position of slightly lowered TDC of the piston and by opening the inlet valve, fuel gas flows into the combustion chamber to fill the combustion chamber.
  • 5th phase triggered by the ignition sensor on the rotating flywheel or another suitable location, e.g. on the output shaft or another suitable trigger point as well as the ignition electronics, when the inlet valve is completely closed and the combustion chamber is filled, the ignition is carried out by the spark plug and there is a transition to the first phase takes place.
  • Feeding the engine in phase 4 represents a particular challenge due to the characteristics of the gas.
  • the hydrogen gas In contrast to injection engines, where there is ambient air with a high nitrogen content outside the valve, and in carburetor engines there is an air-fuel mixture that only has a volume of up to Carburettor is enough and also has a high nitrogen content, the hydrogen gas is 100% explosive and due to its small molecular size it is extremely volatile. In addition, this gas is present in the entire supply system in a concentration that is easily explosive. These supply lines are protected by arestors and bubblers, but it is for safety reasons to prevent explosions in advance. This is achieved by synchronously connecting two valves specially shaped as cones in series. In the valve itself, the gas is forced back by the sealing surface of the cone when it closes.
  • the explosion-implosion process combines an exothermic and an endothermic reaction, which cancel each other out.
  • the gas has the property of adjusting to the melting temperatures of the reactive surfaces; in addition, the friction of the piston rings in the cylinder liner increases the temperature continuously.
  • operation below the vapor limit should be aimed for in order to ensure the complete collapse of the gas into liquid water.
  • the cooling can be carried out as is known by air cooling, liquid cooling or any other known cooling method.
  • the engine can be operated using a vapor phase, taking advantage of its dynamic power transmission and kinematic characteristics.
  • the control cam is adjusted accordingly and the piston is only relaxed at bottom dead center (UT) with a single bore.
  • the invention therefore relates to a method for implementing this energy conversion in a thermodynamic process within the combustion chamber of a reciprocating piston engine, which is coordinated with the individual reaction phases, as well as the optimized derivation of the mechanical energy obtained for energetic use.
  • the water gas previously generated in a hydrolysis cell is introduced in portions into the cylindrical combustion chamber, in which the piston is guided in a linearly movable manner.
  • the stroke of the piston in this engine is preferably designed to be short-stroke.
  • the process for generating mechanical energy from oxyhydrogen / water using internal combustion engines is a physical oxidation process in which a gas mixture, which essentially consists of H2, O2, H2O and HHO in a gaseous, vaporous and nebulized liquid state, is produced in a closed combustion chamber exists, is caused to explode.
  • the filling process is filled with fuel gas during the lowered top dead center (TDC).
  • TDC top dead center
  • ignition takes place in the first phase using a spark plug of any type.
  • the piston is already lowered by a few millimeters and the control cam is in the position that can absorb the piston's output force.
  • the gas which was obtained from water and consists of hydrogen and oxygen molecules of different constellations, has an expansion coefficient of 1:1860. This gas ignites spontaneously and explosively and, during this explosion, suddenly takes up the entire combustion chamber within 16 nanoseconds, expanding by a factor of approximately 1:7 and driving the piston downwards.
  • the gas initially explodes in a volume ratio of approximately 1:7, which quickly drives the piston downwards. Furthermore, at the end of the exothermic explosion, a reverse reaction occurs, which leads to an endothermic implosion.
  • the flywheel mass of a flywheel continues to rotate the gate disk in the direction of rotation while the piston passes through the BDC position.
  • the exploded fuel gas collapses into water, creating a negative pressure and reversing the force from thrust to tractive force.
  • a fine mist of water can also be injected in the fourth phase via an injection nozzle.
  • the water located in the recess of the piston crown is preferably at least partially pressed into the vertical bore arranged there and then into the adjoining horizontal bore, from where the water emerges from the ring section via the outlet between the piston rings.
  • the gas expanded in the explosion collapses not only to the volume of the previously supplied mixed gas, but also to the original volume of the liquid water expanded in the electrolysis.
  • the output shaft protrudes from the motor housing and has a flywheel in this area, which is mounted on the output shaft using a key.
  • the position of an ignition timer positioned on a flywheel and moving in a circular path is detected by an ignition time scanner, which controls the ignition timing of the spark plug.
  • This flywheel can be circular or have recesses on the circular surface, depending on the desired ignition control. A large part of the flywheel is provided by the link disk inside the engine.
  • the water collected in the recess of the piston crown is also displaced through a vertical bore in the piston to one or more horizontal bores. This emerges from the solid piston between two piston rings towards the cylinder wall or the inner wall of the liner.
  • the water outlet is located below the second piston ring and above a double piston ring.
  • the vertical bores are aligned with correlating bores in the cylinder liner and enable short-term negative pressure neutralization and thus easy aspiration of the antechamber with ambient air from the cylinder space below the piston. This can have a positive effect as a filling gas to slightly delay the explosion, but due to the small amount there is no need for an exhaust valve but can be displaced from the combustion chamber in the same way with the reaction water.
  • the inlet valve opens, which releases the fuel gas either via a pressure reducer
  • the ideal pressure is throttled or allowed to flow into the combustion chamber limited to the ideal volume using a metering mechanism.
  • the engine enables optimization of the mechanical implementation of the thermodynamic reactions in the combustion chamber, the optional, additional generation of fuel in the combustion chamber itself and optimized energy output in the homogenized rhythm of combustion behavior.
  • the present invention provides an apparatus for generating energy without the use of hydrocarbon fuels and the resulting CO2 emissions.
  • a water-based fuel gas previously generated in an electrolytic cell is supplied to the engine's combustion chamber. Since the fuel gas is explosive, it is fed to the combustion chamber via a safety system consisting of a bubbler, a metering unit/pressure reducer and a multi-stage inlet valve designed as a check valve and an Arestor.
  • the inlet valve is opened via a cam that is in contact with the top of the elongated inlet valve.
  • the valve actuation controls the opening and closing times at intervals of different lengths.
  • the fuel gas flows into the combustion chamber at the system pressure of the generating electrolytic cell in combination with a metering system that limits pressure and volume.
  • the explosive, water/hydrogen-based fuel gas is introduced into the combustion chamber of the reciprocating piston engine in such a way that there is a risk of back-ignition is kept to a minimum by the special geometry of the inlet valve.
  • the inlet valve is designed so that it closes hermetically to the combustion chamber via a cone segment.
  • the valve is designed in such a way that the shaft is designed as a cone, which largely pushes back resident gas, which is usually above the valve plate.
  • This valve is preferably installed in a synchronously switched twin version in order to reduce resident gas volumes in the supply to the lowest possible volume and the remaining gas volume in the introduction is largely pushed back after the valves are closed. This is necessary because water gas is significantly more volatile than air and is also 100% explosive. For fast-running or large-volume engines, an expansion of the valve combination to include another asynchronously connected upstream valve with a metering volume corresponding to the engine's displacement should be considered.
  • the geometry of the inlet valve ensures that the filled combustion chamber contains a relatively large gas volume, but the feed space above the valve seal contains a maximum reduced gas volume. If any unexpected, incomplete closing of the valve leads to ignition, in this case the explosion pressure within the combustion chamber is so clearly superior to the possible explosion pressure of the misfire with the residual gas in the charging chamber that the valve is forced to close.
  • the piston consists of a single, homogeneous component without links, axles, bearings or other components for redirecting force.
  • the piston rod is guided and aligned through the liner and transferred from the passive area of the cylinder into the crankcase.
  • a pair of rollers with ball bearings are mounted on the lower end of the rod.
  • rollers arranged at the end of the rod run in the control groove of the link disk to transmit the force of the linear movement of the piston to the output shaft, where it is converted into a rotary movement.
  • the invention is also characterized by a method which, in the first variant in pure gas operation, converts the thermal conversion reactions of the water-based fuel into mechanical energy in a reciprocating piston engine specially designed for this purpose.
  • the basic reaction of the water-based explosion-implosion process provides a strong and rapid exothermic reaction in the first phase (explosion), in which the residual utilization of resident water vapor (positive charge) in combination with sprayed fresh water mist (negative charge) carries out a spontaneous thermolysis reaction, which to an additional amount of fuel already in the process space.
  • This volume of fuel is produced using significantly less energy than producing the same amount of gas via electrolysis.
  • the combination of the exothermic explosion reaction followed by the endothermic implosion reaction generally enables a lower operating temperature than with hydrocarbon-operated engines. This means significantly reduced material stress during continuous operation and a potential reduction in technical cooling requirements.
  • the engine can be operated optimally in the first embodiment, i.e. with pure gas operation.
  • an increase in efficiency can be achieved with an additional addition of water, with all technical functions as well as components and parts of the engine described in the first embodiment remaining unaffected.
  • the engine has additional access in the head area of the combustion chamber, through which cold water can be introduced in the finest possible atomization.
  • This uses the physical effect that finely atomized nano water drops are surrounded by a negative charge, while predominantly positive charges build up within vapor bubbles. If you now use the presence of the predominantly positively charged water particles from the residual water vapor from the previous work cycle and spray a water mist that tends to be negatively charged, additional thermolysis occurs in the supporting fire of the ongoing water gas explosion, which produces additional water gas from the water mist-steam mixture, without that additional energy must be supplied to the system.
  • the primary water gas volume can thus be reduced by the additional amount of gas, but the initial flame is required for the reaction, so the initial gas amount cannot be reduced to zero.
  • the system allows liquid water to be added, which promotes a significant increase in efficiency through thermolysis within the combustion chamber
  • boundary layer water that has been previously conditioned in a vortex chamber is used. This can be injected into the combustion chamber by introducing it into the gas stream shortly before ignition.
  • boundary layer water By using boundary layer water, several molecular compounds containing hydrogen are available.
  • the present invention is therefore not limited to use with a gas from the hydroxyl group, that is, the functional group having the chemical formula -OH, wherein an oxygen atom is covalently bonded to a hydrogen atom .
  • the engine is first warmed up briefly with pure gas.
  • the water injection is then switched on.
  • the gas entry remains, but the quantity can be reduced.
  • the ignition of the gas causes a thermolysis process that expands the injected water into further reaction gas, which then immediately enters the reaction. This means that this amount of gas can be produced using significantly less energy than the gas produced by electrolysis.
  • the water is ideally treated in a vortex chamber.
  • a portion of water gas is fed into a vortex chamber and swirled in the air space of the vortex chamber using special cavitation nozzles, with the water being pumped in a circle in a circulation process. This causes the water itself to enrich itself with nano bubbles and a nano spray mist is created in the air space.
  • the spray mist In suction mode, the spray mist can be sucked directly from the gas space.
  • an injection pump which is arranged in the access in the head area of the combustion chamber, the treated water can be removed from the liquid area of the swirl chamber and into the combustion chamber be fogged in.
  • the negative H2O charges are introduced into the combustion chamber as a supplement to the positive water mist.
  • the energy required for the cavitation chamber or vortex chamber is many times lower than that of an electrolysis cell.
  • the present invention is not limited to the use of a hydroxy gas. It is also possible to inlet a fuel gas via two valves, with one valve releasing hydrogen and the other valve releasing oxygen into the combustion chamber. Alternatively, the use of a hydrogen-oxygen mixing valve is possible. For both variants, it is important to ensure that the hydrogen and oxygen are only mixed shortly before or in the combustion chamber for safety reasons in order to reduce the risk of an accidental explosion.
  • the oxygen and hydrogen used can be stored in two separate tanks.
  • the cell-based production of these two gases is also possible shortly before they are introduced into the combustion chamber.
  • a downwardly open, U-shaped extension 42 is formed, in which the guide pin 46 of the valve stem 6 is accommodated in a linearly movable manner.
  • valve stem 6 has a valve plate 47, which rests on a valve spring 7, the spring force of which acts upwards against the valve plate 47.
  • the opposite side of the valve spring 7 is accommodated in a storage area 48, as shown in Figure 5 can be seen and is formed by a circular depression in the cylindrical antechamber 8.
  • the antechamber 8 is screwed to the cylinder 10 via a flange 49 on the top side.
  • the cylinder 10 has a spark plug 9, which is arranged in a beveled area of the peripheral surface and screwed into the cylinder.
  • the cylinder 10 also has a foot-side flange 50 with which it is screwed to the top of the link housing 11. Outside the link housing 11, the flywheel 12 is arranged on its front side 41, which is connected centrally to the output shaft 15 via a feather key 45.
  • An ignition timing scanner 13 is attached to the front 41, the free end of which is aligned radially in the direction of the center of the flywheel 12.
  • an ignition timer 14 on the flywheel 12 which rotates along a circular path around the center of the flywheel 12, also the center of the concentric output shaft 15.
  • the cylinder 10 can, for example, be designed to be air-cooled or water-cooled. All known engine technologies and variants are also largely applicable to this engine described in the invention.
  • the claimed engine 1 preferably has no exhaust, unlike known engine technology. Instead, a water outlet 35 is provided for discharging the excess water in the cylinder 10. This is also in Figure 7 visible.
  • Figure 2 shows a section through the link disk 16, which takes on the function of a crankshaft.
  • Two link disks 16a and 16b are used, which are formed by two parallel circular disks that are connected to one another via a screw connection 66.
  • the link disk 16 is connected to the output shaft 15 in a rotationally fixed manner by means of a key 44.
  • the linear movement of the piston rod 21 is transmitted to the control grooves 18a and 18b of the link disk 16 by means of the two rollers 17a and 17b.
  • Each of the rollers 17a, b is mounted in a through hole 52 of the piston rod 21 via a central axis 57a, 57b.
  • the alignment of the axes is opposite, so that the two rollers 17a, b are arranged opposite each other.
  • Each link disk 16a, b has a control groove 18a, b, which is milled into the respective circular disk opposite. If the link disks 16a, b are assembled, an overall uniform control groove is formed.
  • control groove 18 By moving the roller 17 in the control groove 18, the movement of the piston rod 21 can be transmitted to the link disk 16, which in turn transmits the force input to the output shaft 15 through a frictional connection.
  • the shape of the control groove 18 is relevant here.
  • Figure 3 shows a perspective view of the engine 1 with the ones already in Figure 1 components described, with the cam disk control 3, 4, 5 being easier to see.
  • the ignition of the engine 1, which is arranged between the ignition timer 14 and the spark plug 9, is not shown.
  • Figure 4 shows a rear view of the motor 1 and the back 51 of the link housing 11.
  • the drive wheel 19 is non-positively mounted on the output shaft 15 by means of a feather key 43.
  • the toothed belt 20 runs around the drive wheel 19 and also runs around the pulley 5 in the area of the cam disk bearing 2.
  • the pulley 5 is non-positively mounted on the camshaft 3 by means of a feather key 55.
  • the geometric design of the control groove 18 milled into the link disk 16 is essential for the function of the motor 1. Deviating from known technologies such as in the DE 31 18566 A1 described, which in the geometrically symmetrical design with two or more blades serve to ensure the best possible concentricity of the output axis, the geometry of the control groove of the present invention is based on the individual reaction phases of the water gas. Functionality and time relationships are explained in the Figures 11 - 14 explained in more detail.
  • the cam disk 4 is mounted on the camshaft 3 in the front third on the left.
  • a feather key 54 ensures a non-positive connection between the cam disk 4 and the camshaft 3.
  • the cam disk 4 is used to actuate the inlet valve 25, whereupon in the Figures 11 - 14 will be discussed in more detail. Due to the non-round shape of the cam disk 4, different actuation of the inlet valve 25 is possible.
  • a cam of the cam disk 4 acts on the end face of the valve stem 6 via a rotatably mounted contact bearing 26.
  • the inlet valve 25 can be moved in the direction of the arrow 53, whereby the spring 7 can counteract this movement with a correspondingly strong restoring force.
  • the inlet valve 25 does not have the usual design consisting of a shaft and plate. Instead, it is designed with a sealing surface consisting of a spherical segment followed by a displacement body, which can be designed as a cone, spherical segment, bevel gearing or other almost positive geometries (shown here as flank 65) which is guided in a channel 67 that corresponds to this in terms of shape.
  • This design serves to push the residual gas back into the channel 67 designed as a supply channel when the valve is closed and thus to leave the smallest possible gas volume above the inlet valve 25.
  • Figure 6 shows a perspective view of the back of the engine 1 with the drive of the cam disk 4. This is formed by the toothed belt 20, which is guided over both the drive wheel 19 and the belt pulley 5.
  • the pulley 5 transmits the rotational movement to the cam disk 4 by means of a shaft 3 and the movement of the link disk 16 is transmitted to the drive wheel 5 by means of an output shaft 15.
  • Figure 6 only shows an exemplary version; functionally, the engine can also be operated with an overhead or bottom cam control.
  • Figure 7 shows the piston 22, which is mounted vertically movably in the cylinder 10 and can only move in the longitudinal direction, for example in the direction of arrow 53.
  • the piston 22 comprises a ring section 37 and the adjoining, elongated piston rod 21.
  • the piston rod 21 and ring section 37 form a rigid, non-positively connected unit.
  • the piston rod 21 is reduced in diameter compared to the ring section 37 and extends out of the bushing 23 into the link housing 11, where the rod end 61 guides the roller 17 within the control groove 18 by means of an axis 57.
  • the ring section 37 has at least two, preferably several, circumferential grooves for receiving piston rings, which are composed of at least one compression ring 27 and a scraper ring 28 arranged underneath.
  • the piston crown 62 has a recess 31, which is convex in the example shown.
  • the recess can also be conical or have another shape that serves to guide water in the direction of the bore 32.
  • this recess 31 In the center of this recess 31 is the vertical bore 32 of small diameter, which depends on the combustion chamber volume of the engine 1.
  • This bore 32 opens into at least one, or in the case of large-volume engines several, horizontal bores 33, which in turn open into a water outlet 34 which the water collected on the piston crown 62, which flows through the bores 32, 33, can escape from the piston or the ring section 37.
  • the water column stands in the vertical bore 32 and in the horizontal bore(s) 33 between two piston rings (compression ring 27 and wiper ring 28), the ring section 37 and the inner wall of the liner 23 and provides lubrication there in the downward movement .
  • the water absorbed on the piston crown 62 can be used for lubrication between the piston 22 and the liner 23 by releasing it via the water outlet 34 towards the inner surface of the liner 69.
  • the cylinder 10 and the liner 23, in which the cylinder 10 is guided do not have an outlet valve, but rather a water outlet 35 located as far down as possible, which is formed by a bore in the liner 23. This hole runs from the inner wall of the liner to the outside of the cylinder 10.
  • a vertical groove 40 runs in the liner inner surface 69, which begins below the water outlet 35 and runs upwards in the opposite direction to the arrow 53, up to the height that the water outlet 34 of the piston 22 occupies when the lower low point is reached.
  • This is in detail view XII of the Figure 7 more clearly visible as well as in the Figures 11 to 14 and in the detailed view VIII of the Figure 8 .
  • the lower end of the piston rod 21 has a through hole 52 to accommodate the axis 57 of the roller 17.
  • FIG 8 shows again a detailed view of the piston 22.
  • the piston rod 21 merges into the ring part 27 in one piece, in the peripheral surface of which annular grooves 73 are made.
  • Two compression rings 27 and a scraper ring 28 are mounted in these grooves, indicated by the reference numerals and not shown pictorially.
  • the ring section 37 merges into the piston crown 62, which has a concave recess 31. At the bottom of this recess 31 is the bore 32, which is aligned in the longitudinal direction of the piston 22.
  • Figure 9 shows the cylinder 10 with an additional access 36, which can be used for optional water injection. This can be used in the case of operation of the engine 1 with additional water injection via injection nozzle 38, since the injection pumps are self-closing.
  • the supply must take place via the inlet valve 25 in order to decouple the gas-water mist mixture from the combustion chamber 30 during the ignition process and to enable compression and force to be applied to the piston crown 62.
  • the cold sprayed water should introduce as much negative charge as possible. It is therefore recommended to place the water in a vortex chamber 39 ( Figure 10 ) by cavitation by creating as many boundary layers as possible into a state that is as negatively charged as possible.
  • the engine 1 is in the ignition position, the combustion chamber 30 and the antechamber 8 are filled with fuel gas.
  • the fuel gas is in the liquid state of the water by a factor of 1860.
  • the cam 56 of the control groove 18 is located a few degrees (ideally 3°-7°) ahead in the direction of rotation 59 of the engine 1. In this position, ignition takes place using the spark plug 9.
  • additional fine water mist is injected at this moment.
  • Figure 12 Through the in Figure 11 Triggered explosion, the piston 22 is driven downwards and transfers the force by means of a roller 17 to the flank 58 of the control groove 18, which transfers the movement into a rotational movement, in the direction of rotation 59, to the output shaft 15.
  • the lifting movement acting in the direction of arrow 53 is converted into a rotary movement in the direction of rotation 59.
  • the explosion lasts about 16 nanoseconds for water gas and expands the gas by a factor of about 1:7, correspondingly higher for water injection, a maximum of twice as long for a cascaded explosion due to additional water injection and is exhausted when the concentricity 60 of the control groove 18 is reached .
  • the explosion process is exothermic.
  • the flywheel and possibly other cylinders in a different timing drive the link disk 16 further in the direction of rotation 59, while the piston 22 remains in the UT position.
  • Figure 13 The rotation of the link disk 16 continues in the direction of rotation 59, while maintaining the position UT of the piston 22. This is achieved by the fact that the cam 56 is now no longer in contact with the roller 17 (represented by the axis 57).
  • the role is located in the area of the control groove 18, which has a round shape and is referred to as concentricity 60. This means that no constraining forces act on the piston rod 21 starting from the link disk 16 and the piston rod remains with its role in this UT position.
  • the pressure conditions in the cylinder change from explosion / overpressure to implosion / negative pressure, with the roller 17 changing from the inner flank of the control groove with pressure contact to the outer flank of the control groove with tensile contact.
  • the collapsed water collects, following gravity, in the recess 31 of the piston crown 62. Residual water that evaporated during the explosion and did not condense during the implosion remains as water vapor and mixes with the fresh gas.
  • Figure 14 At the end of the implosion phase, when the collapsing gas volume moves towards zero and the piston 22 in the cylinder reaches top dead center (TDC), the transverse bores (horizontal bore 33) of the piston 22 overlap with the relief bore/holes (water groove 40 and water outlet 35) in the liner 23 of the cylinder 22, whereby the resulting reaction water can be discharged from the combustion chamber 30 and outside air can enter from the cylinder chamber below the piston and the vacuum in the combustion chamber collapses.
  • the combustion chamber / antechamber is therefore depressurized and contains a small amount of filling gas, which is not actively involved in the combustion / explosion process but promotes a slight dampening of the very spontaneous gas reaction.
  • the water After leaving the exit, the water then spreads between the piston rings 27, 28 and forms a water lubricating film on the inner wall of the liner.
  • control cam lowers the piston to a position slightly below TDC.
  • the inlet valve is actuated by the cam 64, which has a shape that deviates from the circular surface 63, ie protrudes radially from it.
  • the cam 64 can be used to press the valve stem 6 via the contact bearing 26 so that the inlet valve 25 moves in the direction of arrow 25 and the channel 67 is opened.
  • fuel gas flows into the combustion chamber 30. This The process takes place while the piston is held in position by the control cam at low gas pressure and without compression on the part of the piston.
  • the inlet valve closes hermetically and the next ignition occurs after a short time delay ( Figure 11 ).
  • Figure 15a-d Figure 15a shows a sectional view of the piston 22 with the piston rod 21 and the ring section 37.
  • the ring section 37 has two compression rings 27 and a wiper ring 28, which in Figure 15 are only indicated by the grooves.
  • the deepest point of depression 31 opens into the Hole 32.
  • Figure 15b shows one opposite Figure 15a View rotated about the longitudinal axis, which shows that the bore 32 inside the piston merges into the bore 33 running perpendicular to it.
  • Figure 15a shows the section from the viewing direction DD Figure 15b . This results in a bore 33 that tapers in the direction of the central axis of the piston.
  • Figure 15c shows the section from the viewing direction CC Figure 15b , with a representation of the bore 32, starting from the recess 31.
  • FIGS 16-20 show a second embodiment of the invention, compared to the simplified structure according to Figures 11-14 a link disk 16 with a more complex control groove 18 is used.
  • the control groove 18 is divided into different segments, which are passed through one after the other by the roller 17, shown in simplified form by the axis 57.
  • the segments are designated one after the other and counterclockwise with ignition 70, expansion work cycle 74, relief cycle 73, steam work cycle 72 and intake phase 71 and represent the respective functional state or phases of the engine in correlation with the engagement of the roller 17 in the control groove 18.
  • the steam working cycle 72 flows smoothly into the inlet phase 71, which is represented by the lack of subdivision of these two segments.
  • the inlet valve 25 opens in the inlet phase 71.
  • the cam 64 exerts pressure on the top of the valve and pushes it down so that the fuel gas can flow into the combustion chamber 30.
  • the combustion chamber 30 occupies its smallest volume, due to the piston position in the area of TDC. Only shortly after ignition does the volume of the combustion chamber increase again.
  • Figure 16 represented the first phase of this embodiment, with the spark plug 9, not shown, igniting the fuel gas.
  • an implosion begins after the explosion, while the piston 22 according to Figure 18 remains in a UT position and the link disk 16 continues to rotate.
  • the roller 17, shown in simplified form by the axis 57, is located in the relief cycle segment 73.
  • Figure 20 shows the transition to the third phase, in which the top dead center (TDC) of the piston is reached and the water of reaction is removed in combination with a neutralization of the pressure conditions in the combustion chamber.
  • This special shape of the tax groove as in the Figures 16 and 20 is shown, counteracts misfires particularly advantageously and prevents the engine from rotating backwards.
  • Figure 21 shows another embodiment of the engine as shown in Figure 5 is shown.
  • the main distinguishing feature of this embodiment Figure 21 opposite Figure 5 lies in the use of two valves, with another valve 76 being connected upstream in addition to the inlet valve 25 already described in terms of function.
  • this second valve 76 is arranged offset from the inlet valve 25, with the gas channel 77 running between the two valves, which, depending on the synchronous valve position of the valves 25, 76, allows the fuel gas to pass through, starting from the gas inlet 24.
  • Both valves 25, 76 open and close synchronously and are intended to prevent the flame and/or combustion gas from passing through in the direction of the gas inlet.
  • the valve 76 has the same design as the inlet valve 25 and enables the gas supply to be closed.
  • Both valves are actuated via the twin lever 78, which has a central actuating nipple 79 on which the cam disk 4 acts in the same way as in the embodiment Figure 5 described.
  • the cam disk 4 is mounted on the camshaft 3 in the front third on the left.
  • the cam disk 4 is used to actuate the inlet valve 25 and the valve 76 via the twin lever 78. Due to the non-round shape of the cam disk 4, a time-determined actuation of the valves 25, 77 is possible.
  • a cam of the cam disk 4 acts on the end faces of the valve stems via the actuating nipple 79.
  • the valves 25, 77 can be moved in the direction of arrow 53, with the springs 7, 80 being able to counteract this movement with a correspondingly strong restoring force.
  • the piston 22 is made in one piece and is rigid. In contrast to known pistons commonly used in internal combustion engines, this piston 22 does not have an eye in which the connecting rod or piston rod is rotatably mounted. In the present invention, the explosion force is driven rigidly vertically downwards to the link disk 16. Only here is the force redirected from the piston rod 21 to the link disk 16 by means of the mounted double rollers 17 into a rotary movement of the output shaft 15.
  • the inlet valve 25 does not have the usual design consisting of a shaft and plate. Instead, it is designed with a sealing surface consisting of a spherical segment followed by a displacement body, which can be designed as a cone, spherical segment, bevel gearing or other almost positive geometries (shown here as flank 65) which is guided in a channel 67 that corresponds to this in terms of shape.
  • the valve 76 is constructed in the same way.
  • This design serves to push back the residual gas when the valve is closed and thus to leave the smallest possible gas volume above the inlet valve 25.
  • the present invention is therefore a method for operating an explosion engine (1) with hydroxy gas and/or water gas and/or hydrogen and/or hydrogen mixed gas, as well as in mixed operation with the aforementioned gases, wherein the explosion engine (1) has at least one Cylinder (10) comprises a piston (22) in which a piston (22) provided with functional bores is movably guided and a piston driven by the piston movement Output shaft (15), one end of a piston rod (21) being connected to the piston and the other end being connected to the output shaft (15) via a coupling element (17), as well as at least one inlet valve (25) for introducing the fuel gas into the Combustion chamber (30) of the cylinder (10).
  • the explosion engine (1) has at least one Cylinder (10) comprises a piston (22) in which a piston (22) provided with functional bores is movably guided and a piston driven by the piston movement Output shaft (15), one end of a piston rod (21) being connected to the piston and the other end being connected to the output shaft (15) via a coupling element (17), as well as at

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Abstract

Explosionsmotor (1) zum Betrieb mit Hydroxygas und/oder Wassergas und/oder Wasserstoff und/oder Wasserstoff-Mischgas, sowie im Mischbetrieb mit vorgenannten Gasen,umfassend:mindestens einen Zylinder (10) in dem ein Kolben (22) beweglich geführt ist, eine von der Kolbenbewegung angetriebene Abtriebswelle (15), wobei das eine Ende einer Kolbenstange (21) mit dem Kolben verbunden ist und das andere Ende über ein Koppelelement (17) mit der Abtriebswelle (15) verbunden ist, mindestens ein Einlassventil (25) zur Einleitung des Brenngases in den Brennraum (30) des Zylinders (10), wobei das Einlassventil (25) über einen Nockenantrieb (3, 4, 63, 64) steuerbar ist, wobei die Kolbenstange (21) senkrecht zur Abtriebswelle (15) geführt ist und das Koppelement gebildet ist durch mindestens eine Rolle (17, 17a, 17b), die in mindestens einer durchgängig umlaufenden Steuernut (18) einer Kulissenscheibe (16) geführt ist, die drehfest mit der Abtriebswelle (15) verbunden und deren Drehachse koaxial mit dieser ausgerichtet ist.Explosion engine (1) for operation with hydroxy gas and/or water gas and/or hydrogen and/or hydrogen mixed gas, as well as in mixed operation with the aforementioned gases, comprising: at least one cylinder (10) in which a piston (22) is movably guided, a output shaft (15) driven by the piston movement, one end of a piston rod (21) being connected to the piston and the other end being connected to the output shaft (15) via a coupling element (17), at least one inlet valve (25) for introduction of the fuel gas into the combustion chamber (30) of the cylinder (10), the inlet valve (25) being controllable via a cam drive (3, 4, 63, 64), the piston rod (21) being guided perpendicular to the output shaft (15) and the coupling element is formed by at least one roller (17, 17a, 17b), which is guided in at least one continuous control groove (18) of a link disk (16), which is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft (15) and whose axis of rotation is coaxially aligned with it is.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Explosionsmotors zur Umwandlung von Wasser in mechanische Energie und ein Explosionsmotor als Hubkolbenmotor zur optimalen thermisch-mechanischen Energieumwandlung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 9.The subject of the invention is a method for operating an explosion engine for converting water into mechanical energy and an explosion engine as a reciprocating piston engine for optimal thermal-mechanical energy conversion according to the preamble of claims 1 and 9.

Der Hintergrund der Erfindung geht auf mehrere umgerüstete Hubkolbenverbrennungsmotoren (Otto- und Dieselmotoren) seitens des Anmelders und anderer in der Wasserstoff F&E tätiger Erfinder zurück sowie den folgenden thermodynamischen energetischen Gleichungen unter Anwendung von Wasserstoff bzw. Knallgas als Motor-Treibstoff.The background of the invention goes back to several converted reciprocating internal combustion engines (petrol and diesel engines) by the applicant and other inventors active in hydrogen R&D as well as the following thermodynamic energetic equations using hydrogen or oxyhydrogen as engine fuel.

Beim "normalen" Benzin-Verbrennungs-Motor findet folgende Reaktion statt:

        2 C8H18 + 25 O2 =>16 CO2 + 18 H2O

        1 I Benzin + 9.400 I Luft =>1.260 I (2.300 g) CO2 + 1.420 I (1070 g) H2O-Dampf

        1 kg Benzin + 13.530 I Luft => 1.680 I (3090 g) CO2 + 1.900 I H2O-Dampf

bzw. wenn die Luft (21 % O2 und 79 % N2) in ihre Bestandteile aufgeschlüsselt wird:

        1 I Benzin + 2.000 I Sauerstoff + 7.500 I Stickstoff => 1.300 I CO2 +1.400 I Wasserdampf + 7.500 I Stickstoff (bezogen auf 20°).

In the “normal” gasoline combustion engine, the following reaction takes place:

2 C8H18 + 25 O2 =>16 CO2 + 18 H2O

1 I gasoline + 9,400 I air => 1,260 I (2,300 g) CO2 + 1,420 I (1070 g) H2O vapor

1 kg gasoline + 13,530 I air => 1,680 I (3090 g) CO2 + 1,900 I H2O vapor

or if the air (21% O2 and 79% N2) is broken down into its components:

1 liter of gasoline + 2,000 liters of oxygen + 7,500 liters of nitrogen => 1,300 liters of CO2 + 1,400 liters of water vapor + 7,500 liters of nitrogen (based on 20°).

Wird der Motor (statt mit Benzin) mit Propan betrieben, findet folgende Reaktion statt:

        C3H8 + 5 O2 =>3 CO2 + 4 H2O

If the engine is operated with propane (instead of gasoline), the following reaction occurs:

C3H8 + 5 O2 =>3 CO2 + 4 H2O

Anhand der Koeffizienten von Propan und Sauerstoff erkennt man, dass 1 Vol.-Teil Propan mit 5 Vol.-Teilen Sauerstoff reagiert.Based on the coefficients of propane and oxygen you can see that 1 part by volume of propane reacts with 5 parts by volume of oxygen.

Bei einer "Knallgas-Reaktion" reagier 2 Vol.-Teile Wasserstoff mit 1 Vol.-Teil Sauerstoff.

  • D.h. 1 Vol.-Teil Wasserstoff reagiert mit 0,5 Vol.-Teilen Sauerstoff.
  • D. h.: Wird ein Motor (statt mit Flüssig-Gas) mit Wasserstoff betrieben, werden nur 1/10 so viel Sauerstoff (bzw. Luft) benötigt.
In an “oxyhydrogen reaction,” 2 parts by volume of hydrogen react with 1 part by volume of oxygen.
  • Ie 1 part by volume of hydrogen reacts with 0.5 part by volume of oxygen.
  • This means that if an engine is operated with hydrogen (instead of liquid gas), only 1/10 as much oxygen (or air) is required.

Nachdem die Atomgewichte von C, O, und H in die Reaktions-Gleichung eingesetzt werden (unter Berücksichtigung, dass 1 Mol Gas bei Raumtemperatur 24 I Volumen entsprechen) folgt:

        24 I (44 g) Propan + 5 x 24 I (160 g) O2 => 3 x 24 I (132 g) CO2 +4 x 24 I (72 g) H2O-Dampf

        24 I (44 g) Propan + 120 I (160 g) O2 =>72 I (132 g) CO2 + 96 I (72 g) H2O-Dampf

bzw. wenn nicht mit Sauerstoff, sondern mit Luft (21 % O2 und 79 % N2) gearbeitet wird (Luft enthält nur ca. 1/5 Sauerstoff):

        Gleichung I.) 24 I (44 g) Propan-Gas) + 570 I Luft [120 I (160 g) O2/450 I Stickstoff]

        => 72 I (132 g) CO2 + 96 I (72 g) H2O-Dampf

After the atomic weights of C, O, and H are inserted into the reaction equation (taking into account that 1 mole of gas at room temperature corresponds to 24 l of volume):

24 I (44 g) propane + 5 x 24 I (160 g) O2 => 3 x 24 I (132 g) CO2 +4 x 24 I (72 g) H2O vapor

24 I (44 g) propane + 120 I (160 g) O2 =>72 I (132 g) CO2 + 96 I (72 g) H2O vapor

or if you are not working with oxygen but with air (21% O2 and 79% N2) (air only contains approx. 1/5 oxygen):

Equation I.) 24 l (44 g) propane gas) + 570 l air [120 l (160 g) O2/450 l nitrogen]

=> 72 I (132 g) CO2 + 96 I (72 g) H2O vapor

Auf 1 kg Propan umgerechnet: Gleichung I.) x 1000/44 = I.) x 22,7

        1.0 kg Propan (545 I Propan-Gas) + 13.0m3 Luft (2.7m3 O2 /10.3 m3 N2) => 1.6 m3 CO2 + 2.2 m3 (1630 g) H2O-Dampf

Converted to 1 kg of propane: Equation I.) x 1000/44 = I.) x 22.7

1.0 kg propane (545 I propane gas) + 13.0m3 air (2.7m3 O2 /10.3 m3 N2) => 1.6 m3 CO2 + 2.2 m3 (1630 g) H2O vapor

Bzw. auf 1 m3 Propan umgerechnet: Gleichung I.) x 1000/24 =41,7):

        1.000 I (1.835 g) Propan-Gas + 23.750 I Luft [5.000 I (6.673 g) O2 / 18.765 I N2] => 4.003 I (3.000 g) Wasser Dampf+ 3.000 I (5.500 g) CO2

aufgerundet:

        1m3 (1.8 kg) Propan-Gas + 23.8 m3 Luft [5 m3 (6.7 kg) O2/18.8 m3 N2] => 4 m3 Wasser Dampf+ 3m3 (5,5 kg) CO2

Or converted to 1 m3 propane: Equation I.) x 1000/24 =41.7):

1,000 I (1,835 g) propane gas + 23,750 I air [5,000 I (6,673 g) O2 / 18,765 I N2] => 4,003 I (3,000 g) water steam + 3,000 I (5,500 g) CO2

rounded up:

1m3 (1.8 kg) propane gas + 23.8 m3 air [5 m3 (6.7 kg) O2/18.8 m3 N2] => 4 m3 water steam + 3m3 (5.5 kg) CO2

Wird der Motor (statt mit Benzin bzw. Propan) mit Wasserstoff betrieben, findet folgende Reaktion statt:

        2 H2 + O2 =>2 H2O

If the engine is operated with hydrogen (instead of gasoline or propane), the following reaction takes place:

2 H2 + O2 =>2 H2O

Nachdem die Atomgewichte von C, O, und H eingesetzt werden (unter Berücksichtigung, dass 1 Mol Gas bei Raumtemperatur 24 I Volumen entsprechen) folgt:

        4 g (48 I) H2 + 32 g (24 I) O2 => 36 g Wasser

After substituting the atomic weights of C, O, and H (taking into account that 1 mole of gas at room temperature corresponds to 24 liters of volume), the following follows:

4 g (48 I) H2 + 32 g (24 I) O2 => 36 g water

Bzw. wenn nicht mit Sauerstoff, sondern mit Luft (21 % O2 und 79 % N2) gearbeitet wird (Luft enthält nur ca. 1/5 Sauerstoff):

        4 g (48 I) H2 + 114 I Luft (24 I O2 / 90 I N2) => 36 g Wasser

Or if you are not working with oxygen but with air (21% O2 and 79% N2) (air only contains approx. 1/5 oxygen):

4 g (48 I) H2 + 114 I air (24 I O2 / 90 I N2) => 36 g water

Auf 1 kg Wasserstoff umgerechnet (x 1000/4 = 250):

        1.0 kg (12,0 m3) H2 + 28.6 m3 Luft [6,0 m3 (8.0 kg) O2/22.6 m3 N2] => 9.0 kg Wasser-Dampf + 22,6 m3 N2

Converted to 1 kg of hydrogen (x 1000/4 = 250):

1.0 kg (12.0 m3) H2 + 28.6 m3 air [6.0 m3 (8.0 kg) O2/22.6 m3 N2] => 9.0 kg water-steam + 22.6 m3 N2

Bzw. auf 1 m3 Wasserstoff umgerechnet und aufgerundet:

        1. m3 (83 g) H2 + 2.4 m3 Luft [500 I (667 g) O2/1.9 m3 N2] =>750 g Wasser + 1.9 m3 N2

Or converted to 1 m3 hydrogen and rounded up:

1. m3 (83 g) H2 + 2.4 m3 air [500 I (667 g) O2/1.9 m3 N2] =>750 g water + 1.9 m3 N2

D.h. 1 Volumen-Teil Wasserstoff muss entweder mit 0,5 Teile Sauerstoff (oder mit 5-mal so viel = 2,5 Vol.-Teilen Luft) gemischt werden, um eine optimale Verbrennung zu gewährleisten.This means that 1 part by volume of hydrogen must be mixed with either 0.5 parts of oxygen (or with 5 times as much = 2.5 parts by volume of air) to ensure optimal combustion.

Die Mischung mit Sauerstoff wird als Knallgas bezeichnet. Sie ist für einen Verbrennungsmotor (auf Grund der extrem hohen Verbrennungsgeschwindigkeit => Detonation!) zu "explosiv" und führt zur Zerstörung des Motors. Um dieses Problem zu umgehen, wird Luft verwendet, die mit 4 mal so viel Stickstoff "verdünnt" ist.The mixture with oxygen is called oxyhydrogen. It is too "explosive" for an internal combustion engine (due to the extremely high combustion rate => detonation!) and leads to the destruction of the engine. To get around this problem, air "diluted" with 4 times as much nitrogen is used.

Die Umsetzung der Anwendung von Wasser, Wasserstoff, Knallgas in Verbrennungsmotoren mit Kurbelwelle wurde sowohl in 2-Takt- als auch in 4-Takt-Motoren sowie in Kreiskolbenmotoren erprobt. Dabei stellte sich heraus, dass die Symmetrie, bzw. die geometrisch-kinematische Auslegung der bekannten Motoren dem Explosions- bzw. Verbrennungsverhalten des Knallgases nicht gerecht wird.The implementation of the use of water, hydrogen and oxyhydrogen in internal combustion engines with a crankshaft has been tested in both 2-stroke and 4-stroke engines as well as in rotary piston engines. It turned out that the symmetry or the geometric-kinematic design of the known engines does not do justice to the explosion or combustion behavior of the oxyhydrogen gas.

Während bei Kohlenwasserstoffbrennstoffen sich die Verbrennung des Kraftstoffes in einem vorkomprimierten Luftvolumen innerhalb des Brennraumes ausbreitet, entzündet sich das Knallgas homogen und schlagartig. Dies geschieht in einem nur 16 Nanosekunden dauernden exothermen Explosionsprozess auf Basis des Wassergases, welches zuvor aus flüssigem Wasser in einem Volumenverhältnis von 1:1860 erzeugt wurde. Bei dieser Explosion erfolgt eine weitere Expansion von ca. 1:7 Volumenverhältnis. Diesem Explosionsvorgang schließt sich ein Endothermer Implosionsprozess an, bei welchem das zuvor expandierte und dann zur Explosion gezündete Gas zu seinem flüssigen Ursprungszustand zusammenfällt. Dieser Vorgang nimmt eine Zeitphase von 64 Millisekunden ein.While with hydrocarbon fuels the combustion of the fuel spreads in a pre-compressed volume of air within the combustion chamber, The oxyhydrogen ignites homogeneously and suddenly. This happens in an exothermic explosion process lasting just 16 nanoseconds based on the water gas, which was previously generated from liquid water in a volume ratio of 1:1860. This explosion results in a further expansion of approximately 1:7 volume ratio. This explosion process is followed by an endothermic implosion process, in which the previously expanded and then ignited gas collapses to its original liquid state. This process takes 64 milliseconds.

Diese zeitliche Asymmetrie des Prozesses ist bekannt und in bestehenden 2- bzw. 4-Takmotoren mit symmetrisch geteilten Takten nicht darstellbar.This temporal asymmetry of the process is known and cannot be represented in existing 2 or 4-stroke engines with symmetrically divided cycles.

Stand der TechnikState of the art

Einen ersten Versuch, die Teilung des Verbrennungsverhaltens vom Kraftabtrieb mit kraftschlüssig verbundenen symmetrisch aufgebauten Kurbelwellen, zeigt die DE 31 18566 A1 und DE 3208249 A1 , wobei ein starrer Kolben ohne gelenkgelagerte Pleuelstange mit Kraftübertragung auf eine auf der Kurbelwelle montierte Umfangskurve, welches durch ein Rollenlager angetrieben wird, das am Fuß der Kolbenstange montiert ist. Zwar löst diese Erfindung die starre Kopplung von Kurbelwelle und Brennraum und ermöglicht die ideale Kraftaufnahme direkt nach OT aufgrund des explosionsartigen Brennverhaltens, es berücksichtigt aber nicht die unterschiedlichen Zeiten von Explosion und Implosion. Die weiterhin symmetrische Auslegung der Kurve mit 2 Nocken beim Einzylindermotor bzw. die symmetrische Anordnung von 3 Nocken gleicher Flankenlänge beim 3-Zylindermotor berücksichtigt nicht das Zeitverhältnis der 16 Nanosekunden zu den 64 Mikrosekunden im Explosions- und Implosionsgeschehen und ist daher für Gasmotoren, deren Brenngas mindestens anteilsweise Wasserstoff ist, nicht geeignet.A first attempt to divide the combustion behavior from the power output with non-positively connected, symmetrically constructed crankshafts is shown DE 31 18566 A1 and DE 3208249 A1 , whereby a rigid piston without a articulated connecting rod with power transmission to a circumferential cam mounted on the crankshaft, which is driven by a roller bearing mounted at the base of the piston rod. Although this invention solves the rigid coupling of the crankshaft and combustion chamber and enables ideal force absorption directly after TDC due to the explosive combustion behavior, it does not take into account the different times of explosion and implosion. The continued symmetrical design of the curve with 2 cams in the single-cylinder engine or the symmetrical arrangement of 3 cams with the same flank length in the 3-cylinder engine does not take into account the time ratio of the 16 nanoseconds to the 64 microseconds in the explosion and implosion process and is therefore for gas engines whose fuel gas is at least partly hydrogen is not suitable.

Des Weiteren sieht dieser Motor die Ausleitung des Gases am Ende des Explosionsprozesses vor, so daß die charakteristische Implosion kinetisch nicht genutzt wird.Furthermore, this engine provides for the exhaust of the gas at the end of the explosion process, so that the characteristic implosion is not used kinetically.

Die DE 592 469 C zeigt einen Explosionsmotor zum Betrieb mit Hydroxygas mit einem Zylinder, in dem ein Kolben beweglich geführt ist, sowie eine von der Kolbenbewegung angetriebene Abtriebswelle. Dabei ist das eine Ende einer Schubstange mit dem Kolben verbunden und das andere Ende ist über eine Kurbelwelle als Koppelelement mit der Abtriebswelle verbunden. Zusätzlich verfügt der Motor über ein Einlassventil zur Einleitung des Brenngases in den Brennraum des Zylinders, wobei das Einlassventil über einen Nockenantrieb steuerbar ist.The DE 592 469 C shows an explosion engine for operation with hydroxy gas with a cylinder in which a piston is movably guided, as well as one of the Piston movement driven output shaft. One end of a push rod is connected to the piston and the other end is connected to the output shaft via a crankshaft as a coupling element. In addition, the engine has an inlet valve for introducing the fuel gas into the combustion chamber of the cylinder, whereby the inlet valve can be controlled via a cam drive.

Aufgrund der Verbindung zwischen der Kurbelwelle und dem sich in hin- und hergehender Bewegung befindlichen Kolben können die speziellen Explosionen und Implosionen des Hydroxygases im Motor nicht optimal auf die Abtriebswelle übertragen werden und es kommt daher nur zu einem niedrigen Wirkungsgrad, da das Potential nicht ausgeschöpft werden kann.Due to the connection between the crankshaft and the piston in reciprocating motion, the special explosions and implosions of the hydroxy gas in the engine cannot be optimally transmitted to the output shaft and the efficiency is therefore low because the potential is not exhausted can.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Motor und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Motors der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass durch eine optimierte Kraftübertragung und eine optimierte Brenngaszuführung ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden kann.The invention is therefore based on the object of developing an engine and a method for operating such an engine of the type mentioned in such a way that a higher level of efficiency can be achieved through optimized power transmission and an optimized fuel gas supply.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 9 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.The object is achieved according to the invention by a device according to claim 1 and a method according to claim 9, while advantageous refinements and developments of the invention can be found in the subclaims.

Vorteilhaftes Merkmal ist, dass die Kolbenstange senkrecht zur Abtriebswelle geführt ist und das Koppelelement gebildet ist durch mindestens eine Rolle, die in mindestens einer durchgängig umlaufenden Steuernut in der Scheibenfläche einer Kulissenscheibe geführt ist, die drehfest mit der Abtriebswelle verbunden und deren Drehachse koaxial mit dieser ausgerichtet ist.An advantageous feature is that the piston rod is guided perpendicular to the output shaft and the coupling element is formed by at least one roller, which is guided in at least one continuous control groove in the disk surface of a link disk, which is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft and whose axis of rotation is aligned coaxially with it is.

Die Kolbenstange setzt die lineare Bewegung des Kolbens in die kreisförmige Bewegung der Abtriebswelle um (linear oszillierende Axialbewegung).The piston rod converts the linear movement of the piston into the circular movement of the output shaft (linear oscillating axial movement).

Für sämtliche mit dem erfindungsgemäßen Motor kompatiblen Gase, wie z.B. Wassergas (Hydroxygas, Knallgas), Wasserstoffgas, daraus bestehende Mischgase oder anderer auf Wasser basierte Rein- und Mischgase, wird im Folgenden der einheitliche Begriff Brenngas verwendet. Wobei eine Zündung des Brenngases ohne vorherige Kompression bevorzug ist.For all gases compatible with the engine according to the invention, such as water gas (hydroxy gas, oxyhydrogen gas), hydrogen gas, mixed gases consisting of these or other water-based pure and mixed gases, the uniform term fuel gas is used below. Ignition of the fuel gas without prior compression is preferred.

Es handelt sich somit um einen Gasmotor, dessen Brenngas mindesten anteilsweise Wasserstoff ist.It is therefore a gas engine whose fuel gas is at least partly hydrogen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung des expandierten Wassergases zu flüssigem Wasser, unter erheblicher Volumenreduktion, kein Auslassventil, keinen Auspuff, keinen Schalldämpfer und keinerlei Abgasbehandlung, Schadstoffreduktion erforderlich macht.The method according to the invention is characterized in that the return of the expanded water gas to liquid water, with a considerable reduction in volume, requires no outlet valve, no exhaust, no silencer and no exhaust gas treatment or pollutant reduction.

Dadurch ist die Kombination der dem Wasserstoffgasgemisch eigenen Explosions-Implosions-Reaktion unter Entkopplung der sonst üblichen starren Kraftübertragung der Explosionskraft auf die Kurbelwelle in Kombination mit einer neuartigen Explosionsgasführung ermöglicht.This makes it possible to combine the explosion-implosion reaction inherent in the hydrogen gas mixture, decoupling the otherwise usual rigid transmission of the explosive force to the crankshaft in combination with a new type of explosion gas guide.

Somit ist es möglich den Motor ohne Puffer- oder Füllgase wie Umgebungsluft, Stickstoff oder anderer inerter Gase zerstörungsfrei zu betreiben und somit einen 100% schadstofffreien Betrieb zu gewährleisten.This makes it possible to operate the motor non-destructively without buffer or filling gases such as ambient air, nitrogen or other inert gases, thus ensuring 100% pollutant-free operation.

Weiterer Vorteil ist, dass die Abwesenheit von Luft als Verbrennungsgas oder Füllgas sowie die Abwesenheit von kohlenstoffbasierten Kraftstoffen das Entstehen von Stickoxyden und Kohlenstoffoxyden ausschließen.Another advantage is that the absence of air as a combustion gas or filling gas as well as the absence of carbon-based fuels excludes the formation of nitrogen oxides and carbon oxides.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird auf die Beimischung von Umgebungsluft verzichtet, was z.B. bei der Verwendung von Hydroxygas möglich ist. Somit fällt auch kein Stickstoff, wie z.B. NOX, als Reaktionsprodukt der Verbrennung an.In a particularly advantageous embodiment, the addition of ambient air is dispensed with, which is possible, for example, when using hydroxy gas. This means that no nitrogen, such as NOX, is produced as a reaction product of combustion.

Damit ist auch keine Abgasnachbehandlung erforderlich.This means that no exhaust gas aftertreatment is required.

Bevorzug sind bei einer vollen Umdrehung der Kulissenscheibe alle Arbeitstakte des Kolbens ausführbar, wobei bei einer Umdrehung die unterschiedlichen, erfindungsgemäßen Phasen durchlaufen werden.Preferably, all working cycles of the piston can be carried out with one full revolution of the link disk, with the different phases according to the invention being passed through in one revolution.

Die Kulissenscheibe weist mindestens eine umlaufende Steuernut auf einer ihrer Scheibenflächen auf, in welcher mindestens eine Rolle am Fuß der Schubstange geführt ist, die als Koppelement drehbar am Ende der Schubstange gelagert ist, und die Schubstange senkrecht zur Abtriebswelle geführt ist.The link disk has at least one circumferential control groove on one of its disk surfaces, in which at least one roller is guided at the foot of the push rod, which is rotatably mounted as a coupling element at the end of the push rod, and the push rod is guided perpendicular to the output shaft.

In der vorliegenden Erfindung werden die einzelnen Funktionen der Einfachheit halber anhand von nur einer Kulissenscheibe beschrieben, wobei die einzelnen Merkmale bei beiden Kulissenscheiben vorhanden sind. Auch werden die Funktionen der beiden Steuernuten sowie den mindestens zwei Rollen meistens der Einfachheit halber anhand von einer Steuernut und einer Rolle erläutert.In the present invention, for the sake of simplicity, the individual functions are described using only one link disk, with the individual features being present in both link disks. For the sake of simplicity, the functions of the two control grooves and the at least two rollers are usually explained using one control groove and one roller.

Der Betrieb des Motors kombiniert jeweils zwei Betriebszustände des Krafteintrags auf die Abtriebswelle. Die erste Kraftphase ist immer eine schnelle Explosionsphase, die zweite Phase ist bevorzugt eine Implosionsphase. Allerdings kann der Motor in abgewandelter Form auch in der zweiten Phase als Dampfphase betrieben werden. Im Folgenden wird zuerst der Explosions-Implosions-Betrieb beschrieben.The operation of the motor combines two operating states of force input to the output shaft. The first force phase is always a rapid explosion phase, the second phase is preferably an implosion phase. However, in a modified form, the engine can also be operated in the second phase as a vapor phase. The explosion-implosion operation is first described below.

Bevorzugt ist der Abstand der Mittellinie der Steuernut zur Drehachse der Kulissenscheibe unstetig und der Hub des über die Rolle angekoppelten Kolbens bestimmt die Drehung der Abtriebswelle.The distance between the center line of the control groove and the axis of rotation of the link disk is preferably discontinuous and the stroke of the piston coupled via the roller determines the rotation of the output shaft.

Die Steuernut ist somit eine in die Scheibenfläche eingebrachte Nut, deren Randflächen eine seitliche Führung der mindestens einen Rolle ermöglicht. Die Steuernut hat eine glockenähnliche Form, mit einem Kreissegment-Rundlauf der in eine sich erweiternde Nocke übergeht. Dieser Übergang bildet eine Flanke, welche auf Grund der Form der Steuernut auf beiden Seiten angeordnet ist und somit doppelt vorhanden ist.The control groove is therefore a groove made in the disk surface, the edge surfaces of which enable lateral guidance of the at least one roller. The control groove has a bell-like shape, with a circular segment concentricity that merges into an expanding cam. This transition forms a flank, which is arranged on both sides due to the shape of the control groove and is therefore present twice.

In der ersten Phase, d.h. im kurzen Zeitraum der Explosion, steht eine der Flanken zur Kraftübertragung voll zur Verfügung. Dies bedeutet, dass der Kolbenschaft mit der mindestens einer Rolle auf die Flanke drückt und somit die Abtriebswelle drehend antreibt. Somit wird die Abwärtsbewegung in eine Drehbewegung umgesetzt, wobei die Geometrie der Nocke eine optimale Kraftausbeute gewährleistet, was der schnellen Explosionszeit des Gases entspricht.In the first phase, ie during the short period of the explosion, one of the flanks is fully available for power transmission. This means that the piston shaft presses on the flank with at least one roller and thus drives the output shaft in rotation. The downward movement is thus converted into a rotational movement, with the geometry of the cam ensuring optimal power output, which corresponds to the rapid explosion time of the gas.

Die beiden Rollen sind dazu ausgebildet, über den Flankendruck Kraft zu übertragen.The two rollers are designed to transmit force via the flank pressure.

Am Ende der Flanke der Nocke geht die Steuernut der Kulissenscheibe in den Rundlauf über. Durch die anschließende runde, kraftlose und längere Phase des Rundlaufes werden keine aktiven kinetischen Kräfte auf die Kulissenscheibe und somit der Abtriebswelle übertragen. Bei Durchlauf der Rollen im Rundlauf verharrt der Kolben in UT-Position.At the end of the flank of the cam, the control groove of the link disk merges into concentricity. Due to the subsequent round, powerless and longer phase of concentricity, no active kinetic forces are transmitted to the link disk and thus to the output shaft. When the rollers run in concentric motion, the piston remains in the bottom position.

In dieser Phase geht die Explosion in eine Implosion über. Die Rundung erlaubt einen Flankenwechsel und der von dem entstehenden Vakuum nach oben bewegte Kolben überträgt nun seine Kraft auf die Gegenflanke der Steuerkurve als Zugkraft, was die Drehbewegung der Steuernut fortsetzt.
Während der Umkehrphase am Unteren Totpunkt UT überschneiden sich die Horizontalbohrung der Entwässerungsbohrung des Kolbens mit der Entwässerungsbohrung des Zylinders und erlaubt die Ausscheidung des Reaktionswassers aus der Kalotte des Kolbens und der Entwässerungsbohrung.
In this phase the explosion turns into an implosion. The rounding allows a change of flanks and the piston, which is moved upwards by the resulting vacuum, now transfers its force to the counter flank of the control cam as a tensile force, which continues the rotational movement of the control groove.
During the reversal phase at bottom dead center UT, the horizontal bore of the drainage bore of the piston overlaps with the drainage bore of the cylinder and allows the water of reaction to be excreted from the cap of the piston and the drainage bore.

Die Fräsungen der Kulissenscheiben entsprechen in der Form in etwa einer Glocke. In einer bevorzugten Ausführungsform bilden der Rundlauf und die daran über die Flanken anschließende erweiterte Nocke bezüglich der Längsachse ein nahezu symmetrisches, geometrisches Gebilde. In der Fräsung der Kulissenscheibe erlaubt diese Geometrie einen kurzen aber sehr effizienten Krafteintrag über den Hebelarm der Druckflanke der Steuerwelle mit dem nahezu kraftlosen Umkehrpunkt und die weitere Kraftaufnahme der Implosion über die gegenüberliegende Zugflanke der Steuerkurve überträgt alle Kraftanteile des Explosions-Implosions-Prozesses. Die breit ausgelegte Nocke beginnt mit einem asymmetrische überhöhten Kreissegment welches über den Kolben eine Aspiration des Brennraumes erlaubt und eine Druckentspannung ermöglicht leitet ein längeres Kreissegment der Steuerkurve ein, welches in sich kraftlos ist und eine Befüllung des Brennraumes mit Brenngas ermöglicht, ohne dass dieses gegen einen Kompressionsdruck wirken muss. Somit gehen im Gegensatz zu den herkömmlichen Ansaug- und Auspufftakten keine Energieanteile verloren.The milling of the link disks is roughly shaped like a bell. In a preferred embodiment, the concentricity and the extended cam adjoining it via the flanks form an almost symmetrical, geometric structure with respect to the longitudinal axis. When milling the link disk, this geometry allows a short but very efficient force input via the lever arm of the pressure flank of the control shaft with the almost forceless reversal point and the further force absorption of the implosion via the opposite tension flank of the control cam transfers all of the force components of the explosion-implosion process. The broadly designed cam begins with an asymmetrical raised circle segment which allows aspiration of the combustion chamber via the piston and enables pressure relief. It initiates a longer circle segment of the control cam, which is powerless in itself and enables the combustion chamber to be filled with fuel gas without it against you Compression pressure must act. This means that, in contrast to conventional intake and exhaust cycles, no energy is lost.

Bevorzug handelt es sich um zwei gegenüberliegende und gegengleiche Steuernuten von zwei parallel angeordneten Kulissenscheiben, wobei die Steuernuten einen Aufnahmeraum für ein Paar von Rollen bilden. Diese Rollen sind jeweils auf einer Achse gelagert, die in einer Durchgangsbohrung am Stangenende der Kolbenstange drehbar aufgenommen ist.These are preferably two opposite and opposite control grooves of two parallel link disks, the control grooves forming a receiving space for a pair of rollers. These rollers are each mounted on an axle which is rotatably accommodated in a through hole at the rod end of the piston rod.

Im Gegensatz zu Kohlenwasserstoffbrennstoffen, welche sich in einen 2- oder 4-Takt einpassen, können die speziellen thermodynamischen Funktionen der Wassergase durch eine starre Kraftübertragung nicht ganzheitlich genutzt werden. Daher wurde eine starre lineare Kraftübertragung auf die Kulissenscheibe gewählt, welche in der Folge eine dynamischere Gestaltung der Kraftflüsse erlaubt. Dabei kann der Vorteil genutzt werden, dass im Augenblick der heftigen und schnellen Zündexplosion optimale Hebelverhältnisse zur Verfügung stehen, wobei insbesondere die Form der Steuernut dazu beiträgt.In contrast to hydrocarbon fuels, which fit into a 2- or 4-stroke cycle, the special thermodynamic functions of water gases cannot be used holistically through a rigid power transmission. Therefore, a rigid linear force transmission to the link was chosen, which subsequently allows a more dynamic design of the force flows. The advantage can be used that optimal leverage ratios are available at the moment of the violent and rapid ignition explosion, with the shape of the control groove in particular contributing to this.

Bevorzugt ist das Einlassventil für das Brenngas über eine Nockenscheibe zwangsgesteuert, die auf einer Welle gelagert ist, auf der auch eine Riemenscheibe montiert ist, die über einen Zahnriemen mit einem auf der Abtriebswelle drehfest montiertem Triebrad verbunden ist. Dies ermöglicht ein im weiteren Verlauf beschriebenes Portionierungsventil. Abgesehen davon kann ein gleichwertiges System mit unten liegender Nockenwelle, Stößeln und Kipphebeln Verwendung finden, sofern es die Anforderungen der Gaseinleitung vollumfänglich erfüllt.Preferably, the inlet valve for the fuel gas is positively controlled via a cam disk, which is mounted on a shaft on which a pulley is also mounted, which is connected via a toothed belt to a drive wheel mounted in a rotationally fixed manner on the output shaft. This is made possible by a portioning valve described below. Apart from that, an equivalent system with a bottom camshaft, tappets and rocker arms can be used provided it fully meets the gas introduction requirements.

Über das Einlassventil wird der Brennraum aus einem Dosier- und Druckminderungs-Gefäß bei geringem Druck und ohne weitere Kompression in den Brennraum eingeleitet und im Gegensatz zu Ottomotoren erst kurz nach dem oberen Totpunkt ("OT") gezündet. Die Explosion treibt den starr mit der Kolbenstange verbundenen Kolben (Kolben und Kolbenstange formen eine Einheit) nach unten, wodurch die Kraft am Fuß der als Schubstange ausgebildeten Kolbenstange auf eine Kulissenscheibe übertragen wird, die drehfest und koaxial mit der Abtriebswelle verbunden ist.Via the inlet valve, the combustion chamber is introduced into the combustion chamber from a metering and pressure reduction vessel at low pressure and without further compression and, in contrast to gasoline engines, is only ignited shortly after top dead center ("TDC"). The explosion drives the piston, which is rigidly connected to the piston rod (piston and piston rod form a unit), downwards, whereby the force at the base of the piston rod, which is designed as a push rod, is transferred to a link disk, which is non-rotatably and coaxially connected to the output shaft.

Da das Brenngas nach dem Explosionsprozess zu flüssigem Wasser zusammenfällt, ist der Motor nur mit einem Einlassventil ausgestattet. Auf das Auslassventil kann verzichtet werden, stattdessen erfolgt eine Ausleitung des verflüssigten Wassers.Since the fuel gas collapses into liquid water after the explosion process, the engine is only equipped with one intake valve. On the The outlet valve can be omitted; instead, the liquefied water is drained out.

Der Kolbenboden kann flach sein, ist aber idealerweise mit einer konkaven Vertiefung ausgebildet, in welcher sich das Wasser zur Ausleitung sammeln kann und weist wenigstens zwei Verdichtungsringe am oberen Kolbenumfang und einen Abstreifring am unteren Kolbenumfang auf.The piston crown can be flat, but is ideally designed with a concave recess in which the water can collect for drainage and has at least two compression rings on the upper piston circumference and a wiper ring on the lower piston circumference.

Bevorzugt weist der Kolben eine Vertiefung im Kolbenboden auf, deren tiefster Punkt in mindestens einer Bohrung mündet, die ein Ausleiten von überschüssigem Wasser aus einem seitlichen Ausgang an der Ringpartie des Kolbens ermöglicht.The piston preferably has a recess in the piston crown, the deepest point of which opens into at least one bore, which enables excess water to be drained out of a lateral outlet on the ring part of the piston.

Bei der vorliegenden Erfindung ist der Kolben als starre Einheit aus zumindest der Ringpartie und dem Kolbenschaft ausgeführt. Dabei ist der Kolbenboden mit einer konischen oder konvexen Vertiefung in einem flachen Winkel ausgeführt, an dessen tiefstem Punkt sich eine vertikale Bohrung von geringem Durchmesser, beispielsweise 2,5mm, anschließt. Diese vertikale Bohrung im massiven Kolbenkörper mündet in eine oder mehrere horizontalen Bohrungen, deren Austrittsöffnung(en) zwischen zwei Kolbenringen an der Kolbenwand liegt. Idealerweise liegt diese zwischen den beiden oberen Verdichtungsringen und dem darunter befindlichen Abstreifring, welcher bei Betrieb mit Wasser auch als weiterer Kolbenring, bzw. aus Kombination von Kolbenringen ausgeführt sein kann.In the present invention, the piston is designed as a rigid unit consisting of at least the ring section and the piston skirt. The piston crown is designed with a conical or convex recess at a flat angle, at the deepest point of which there is a vertical bore of a small diameter, for example 2.5 mm. This vertical bore in the solid piston body opens into one or more horizontal bores, the outlet opening(s) of which lie between two piston rings on the piston wall. Ideally, this lies between the two upper compression rings and the scraper ring underneath, which can also be designed as an additional piston ring or a combination of piston rings when operating with water.

Minimalanforderungen sind jeweils ein Kolbenring oberhalb der Austrittsöffnung, sowie jeweils ein Kolbenring unterhalb der Austrittsöffnung. Mehrere Kolbenringe erhöhen die Kompression aber auch die Reibung. Je nach Motorgröße und Volumen-Hub-Verhältnis ist die ideale Anzahl und Kombination der Kolbenringe zu wählen.Minimum requirements are one piston ring above the outlet opening and one piston ring below the outlet opening. Multiple piston rings increase compression but also friction. Depending on the engine size and volume-stroke ratio, the ideal number and combination of piston rings must be selected.

Zweck dieser Wasserabführung ist die Entleerung des Brennraumes von Wasserrückständen, Nutzung dieses Wassers zur Schmierung der Zylinderlauffläche, Unterstützung der Abdichtung des Brennraumes und endgültige Ausleitung des verbrauchten Wassers mittels einer vertikalen Ausfräsung verbunden mit einer Austrittsbohrung in der Laufbuchse.The purpose of this water drainage is to empty the combustion chamber of water residues, use this water to lubricate the cylinder surface, support the sealing of the combustion chamber and finally drain the used water by means of a vertical milling connected to an outlet hole in the liner.

Dabei erlaubt die Führung des Wassers zwischen den Kolbenringen eine Abdichtung des Brennraumes bei der Befüllung mit Brenngas ohne relevante Gasverluste und führt das Reaktionswasser flüssig über eine kleine Öffnung, ohne weiteren Auspuff, bzw. Auslassventil aus dem Motor aus.The routing of the water between the piston rings allows the combustion chamber to be sealed when it is filled with fuel gas without any relevant gas losses and the reaction water is discharged from the engine in liquid form via a small opening, without any further exhaust or exhaust valve.

Bevorzugt weist die Laufbuchse des Zylinders eine in Richtung der Ringpartie geöffnete längliche und senkrecht verlaufende Nut auf, die ein Abfließen von Wasser im Bereich eines Abstreifrings in Richtung eines Wasseraustritts in der Wandung der Laufbuchse ermöglicht. Ebenso ist eine direkte Ableitung des Wassers durch eine Bohrung in Laufbuchse und Zylinderwand oder eine Bohrung in Laufbuchse sowie Wasserführungsnut zwischen Laufbuchse und Zylinderwand möglich.The liner of the cylinder preferably has an elongated and vertical groove which is open in the direction of the ring section and which allows water to flow away in the area of a scraper ring in the direction of a water outlet in the wall of the liner. It is also possible to drain the water directly through a hole in the liner and cylinder wall or a hole in the liner and a water guide groove between the liner and cylinder wall.

Der Betrieb des erfindungsgemäßen Motors zeichnet sich durch die folgenden Phasen aus:
Ersten Phase (Explosionsphase): Der Motor befindet sich am Oberen Totpunkt 2 mit bereits geringfügig abgesenktem Zylinder und geschlossenem Ventil und dem Brennraum mit Brenngas unter leichtem Überdruck befüllt, Zündung erfolgt und drückt den Kolben nach unten auf die Nocke, welche die Kraft auf die Abtriebswelle überträgt.
Während des gesamten Explosionsvorgangs übertragen die beiden Rollen die Kraft auf die Nocke entlang der Flanke der Nocke bzw. die Kraft auf die innere Flanke der Steuernut.
The operation of the engine according to the invention is characterized by the following phases:
First phase (explosion phase): The engine is at top dead center 2 with the cylinder already slightly lowered and the valve closed and the combustion chamber filled with fuel gas under slight excess pressure, ignition occurs and pushes the piston down onto the cam, which transfers the force to the output shaft transmits.
During the entire explosion process, the two rollers transmit the force to the cam along the flank of the cam and the force to the inner flank of the control groove, respectively.

Zweite Phase (Implosionsphase): Die Explosion ist abgeschlossen, die Implosion beginnt, während der Kolben auf der UT-Position verharrt und die Abtriebswelle sich durch die Schwungmasse oder weitere Zylinder unterstützt weiterdreht. n dieser Phase ist der Brennraum weitgehend hermetisch geschlossen damit die Implosion die Aufwärtsbewegung des Kolbens verursachen kann, welcher nun die Kraft auf die gegenüberliegende Flanke der Steuerkurve als Zugkraft überträgt. Dies bezieht sich auf das große Volumen des Brennraumes. Zeitgleich überdecken sich die Horizontalbohrungen des Wasserkanales des Kolbens und des Zylinders und erlaubt zwischen den Kolbenringen 3 und 4 in der vorliegenden Ausführung die Ausleitung des kollabierten Wassers.Second phase (implosion phase): The explosion is complete, the implosion begins while the piston remains in the BDC position and the output shaft continues to rotate supported by the flywheel or other cylinders. In this phase, the combustion chamber is largely hermetically sealed so that the implosion can cause the upward movement of the piston, which now transfers the force to the opposite edge of the control cam as a tensile force. This refers to the large volume of the combustion chamber. At the same time, the horizontal bores of the water channel of the piston and of the cylinder and allows the collapsed water to be drained out between the piston rings 3 and 4 in the present embodiment.

Dritte Phase (Entlastungsphase): Am Ende des Implosionssegments erreicht die Steuerkurve den radial am weitesten außen liegenden Punkt, was den höchsten Punkt des Kolbens im Zylinder bedingt. (Oberer Totpunkt 1 OT1) Diese Stellung führt zur Überdeckung der unteren Kolbenbohrung mit der Druckausgleichsbohrung des Laufbuchse des Zylinders. Hierbei werden durch die Zylinderbohrung der verbleibende Unterdruck oder gegebenenfalls aufgebauter Kompressionsdruck kollabiert und erlaubt einen Druckausgleich mit dem Luftraum unterhalb des Zylinders. Dadurch wird der Einspritzraum des Brennraums drucklos gestellt.Third phase (relief phase): At the end of the implosion segment, the control cam reaches the radially furthest point, which causes the highest point of the piston in the cylinder. (Top dead center 1 TDC1) This position results in the lower piston bore overlapping with the pressure compensation bore of the cylinder liner. Here, the remaining negative pressure or possibly built-up compression pressure is collapsed through the cylinder bore and allows pressure equalization with the air space below the cylinder. This depressurizes the injection chamber of the combustion chamber.

Vierte Phase (Befüllungsphase): Durch die zunächst geringfügige Abwärtsbewegung des Kolbens auf OT2 wird durch den Unterdruck des bewegten Kolbens durch den Einlasskanal gleichzeitig aus einer Elektrolysezelle oder entsprechender Gasspeicher (Druckflaschen) und Mischeinrichtungen über eine Einlassventilkombination frisches Brenngas oder Brenngas-Luftgemisch angesaugt.
Das Einlassventil wird hierzu geöffnet und es setzt sich die Drehung der Kulissenscheibe, unter Beibehaltung der Position leicht abgesenkter OT des Kolbens fort und durch Öffnung des Einlassventils strömt Brenngas in den Brennraum zur Befüllung des Brennraums.
Fourth phase (filling phase): Due to the initially slight downward movement of the piston to TDC2, fresh fuel gas or fuel gas-air mixture is simultaneously sucked in through the inlet channel from an electrolytic cell or corresponding gas storage (pressure bottles) and mixing devices via an inlet valve combination.
For this purpose, the inlet valve is opened and the rotation of the gate disk continues, while maintaining the position of slightly lowered TDC of the piston and by opening the inlet valve, fuel gas flows into the combustion chamber to fill the combustion chamber.

5. Phase (Zündung) ausgelöst durch den Zündgeber auf der umlaufenden Schwungscheibe oder einer anderen geeigneten Stelle z.B. auf der Abtriebswelle oder einem anderen geeigneten Auslösepunkt sowie der Zündelektronik erfolgt bei vollständig geschlossenem Einlassventil und befülltem Brennraum die Zündung per Zündkerze und es findet ein Übergang in die erste Phase statt.5th phase (ignition) triggered by the ignition sensor on the rotating flywheel or another suitable location, e.g. on the output shaft or another suitable trigger point as well as the ignition electronics, when the inlet valve is completely closed and the combustion chamber is filled, the ignition is carried out by the spark plug and there is a transition to the first phase takes place.

Einlassventilkombination:Intake valve combination:

Die Speisung des Motors in Phase 4 stell aufgrund der Charakteristik des Gases eine Besondere Herausforderung dar. Im Gegensatz zu Einspritzmotoren, wo sich außerhalb des Ventils Umgebungsluft mit hohem Stickstoffanteil befindet sowie bei Vergasermotoren ein Luft-Kraftstoffgemisch, welches volumenmäßig nur bis zum Vergaser reicht und ebenfalls einen hohen Stickstoffanteil aufweist, ist das Wasserstoffgas zu 100% explosiv und bedingt sucht die geringe Molekülgröße extrem flüchtig. Außerdem steht dieses Gas im gesamten Versorgungssystem in einer Konzentration an, welche leicht explosiv ist. Diese Versorgungsleitungen sind zwar durch Arestoren und Bubbler abgesichert, allerdings dient es der Sicherheit Explosionen bereits im Vorfeld zu verhindern. Dies wird erreicht, indem zwei speziell als Kegel ausgeformte Ventile synchron hintereinander geschaltet werden. Im Ventil selbst wird dabei durch die Dichtfläche des Kegels das Gas beim Schließen zurück gedrängt. Dies geschieht synchron im zweiten Ventil, welches nur wenige Millimeter vor dem Einlassventil angeordnet ist. Damit steht in beiden Ventilen oberhalb der Dichtfläche kein explosives Gas an und in der Verbindungsbohrung eine sehr geringe Gasmenge. Diese Ventilausführung ist erfindungsrelevant, da simple Tellerventile nicht ausreichend hermetisch sind und speziell bei Lastwechseln das extrem flüchtige und zu 100% explosive Gas nicht ausreichend kontrollieren kann.Feeding the engine in phase 4 represents a particular challenge due to the characteristics of the gas. In contrast to injection engines, where there is ambient air with a high nitrogen content outside the valve, and in carburetor engines there is an air-fuel mixture that only has a volume of up to Carburettor is enough and also has a high nitrogen content, the hydrogen gas is 100% explosive and due to its small molecular size it is extremely volatile. In addition, this gas is present in the entire supply system in a concentration that is easily explosive. These supply lines are protected by arestors and bubblers, but it is for safety reasons to prevent explosions in advance. This is achieved by synchronously connecting two valves specially shaped as cones in series. In the valve itself, the gas is forced back by the sealing surface of the cone when it closes. This happens synchronously in the second valve, which is located just a few millimeters in front of the inlet valve. This means that there is no explosive gas in both valves above the sealing surface and a very small amount of gas in the connecting hole. This valve design is relevant to the invention because simple poppet valves are not sufficiently hermetic and cannot adequately control the extremely volatile and 100% explosive gas, especially during load changes.

Für den Betrieb im Explosions-Implosions-Modus im reinen Wassergasbetrieb ist eine Motorkühlung vorzusehen. Zwar kombiniert der Explosions-ImplosionsProzess eine exotherme und eine endotherme Reaktion, die sich gegenseitig aufheben. Allerdings hat das Gas die Eigenschaft, sich auf die Schmelztemperaturen der reaktiven Oberflächen einstellt, hinzu kommt die Reibung der Kolbenringe in der Laufbuchse des Zylinders, welches die Temperatur kontinuierlich erhöht. Für einen optimalen Betrieb unter bestmöglicher Ausnutzung der Implosionskräfte ist daher ein Betrieb unterhalb der Dampfgrenze anzustreben, um den vollständigen Kollaps des Gases zu flüssigem Wasser zu gewährleisten. Die Kühlung kann wie bekannt per Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung oder jeder anderen bekannten Kühlverfahren erfolgen.Motor cooling must be provided for operation in explosion-implosion mode in pure water gas operation. The explosion-implosion process combines an exothermic and an endothermic reaction, which cancel each other out. However, the gas has the property of adjusting to the melting temperatures of the reactive surfaces; in addition, the friction of the piston rings in the cylinder liner increases the temperature continuously. For optimal operation with the best possible use of the implosion forces, operation below the vapor limit should be aimed for in order to ensure the complete collapse of the gas into liquid water. The cooling can be carried out as is known by air cooling, liquid cooling or any other known cooling method.

Betrieb im Explosions-Dampf-Modus oder Kombinationsmodus.Operation in explosion-steam mode or combination mode.

Alternativ zum Explosions-Implosionsbetrieb kann der Motor unter Ausnutzung seiner dynamischen Kraftübertragung und kinematischen Besonderheiten unter Einsatz einer Dampfphase betrieben werden. Dabei wird die Steuerkurve entsprechend angepasst und der Kolben mit einer einzelnen Bohrung nur am unteren Totpunkt (UT) entspannt.As an alternative to explosion-implosion operation, the engine can be operated using a vapor phase, taking advantage of its dynamic power transmission and kinematic characteristics. The control cam is adjusted accordingly and the piston is only relaxed at bottom dead center (UT) with a single bore.

Die Kurve ist hierbei als eine asymmetrische Birnenform ausgeprägt. Dabei wird der Motor ungekühlt oder bedingt gekühlt bei Temperaturen im Dampfbereich (idealerweise 130 - 150°C) betrieben. In der Start- und Warmlauf-Phase funktioniert der Motor im oben beschriebenen Implosions-Explosions-Betrieb. Bei erreichen der Betriebstemperatur geht der Motor in eine Explosions-Dampf-Operation über. Dabei wird die Explosion wie bekannt von der Implosion gefolgt. Aufgrund der erhöhten Umgebungstemperatur wandelt sich der so entstandene Wassertropfen schlagartig in Dampf um. Das zuvor 1:1860 implodierte Gasvolumen dehnt sich also im Verhältnis 1:1670 wieder aus. Dies würde in kürzester Zeit das Füllvolumen für das Brenngas kannibalisieren. Beschrieben an der Kurve (Fig. XY) gestalten sich die Phasen folgendermaßen:

  • Phase 1, Zündung Explosionstakt: Nach dem Oberen Totpunkt (OT) erfolgt die Zündung, das Gas expandiert und überträgt die Schubkraft des Kolbens auf die ablaufende Flanke der Steuerkurve.
  • Phase 2. Entspannung: bei Erreichen des unteren Totpunktes (UT) erfolgt die Umkehr von Explosion zu Implosion, direkt gefolgt von der Verdampfung und erneute Expansion des Wassers. In dieser Phase ist die Bohrung des Kolbens und der Laufbuches fluchtend und erlaubt kurzzeitig (ca. 90° der Umlaufbewegung) den Austritt eines Teiles des frisch entstehenden Dampfes.
  • Phase 3, Dampfphase / Füllphase: Die Steuerkurve geht in eine tangentiale Gerade und anschließend in eine sanfte Kurve über. Dadurch schließt sich sofort der Entspannungskanal durch Überdeckung von Kolbenbohrung und Zylinderwand und die weitere Dampfausbreitung überträgt ihre Kraft auf die Kurvenflanke. Dies wird schrittweise durch die Kompression des aufstrebenden Kolbens im Kraftfluss kompensiert. In dieser Phase kann durch eine Kaltwassernebel-Einspritzung der Druck abgesenkt werden, wodurch sich für die folgende Zündung ein günstiges Verhältnis aus positiven Ionen aus dem Wasserdampf und negativen Ionen aus dem Sprühnebel ergibt, welcher in der Zündphase eine zusätzliche Thermolyse zu Wassergas erlaubt. Ebenfalls im Verlauf dieser Phase wird das frische Brenngas über das Einlassventil eingeleitet und zusammen mit dem residenten Wasserdampf geringfügig komprimiert. Damit steht das Wassergas-Wasserdampf-Gemisch zur erneuten Zündung bereit.
The curve is characterized as an asymmetrical pear shape. The engine is operated uncooled or partially cooled at temperatures in the steam range (ideally 130 - 150°C). During the start and warm-up phase, the engine functions in the implosion-explosion mode described above. When the operating temperature is reached, the engine switches to an explosion-steam operation. As is well known, the explosion is followed by the implosion. Due to the increased ambient temperature, the resulting drop of water suddenly turns into steam. The gas volume that previously imploded at 1:1860 expands again at a ratio of 1:1670. This would cannibalize the filling volume for the fuel gas in a very short time. Described on the curve (Fig. XY), the phases are as follows:
  • Phase 1, ignition explosion cycle: Ignition occurs after top dead center (TDC), the gas expands and transfers the thrust of the piston to the trailing edge of the control cam.
  • Phase 2. Relaxation: when bottom dead center (UT) is reached, the reversal from explosion to implosion occurs, immediately followed by evaporation and renewed expansion of the water. In this phase, the bore of the piston and the cylinder liner are aligned and allow part of the freshly generated steam to escape for a short time (approx. 90° of rotation).
  • Phase 3, vapor phase / filling phase: The control curve turns into a tangential straight line and then into a gentle curve. This immediately closes the expansion channel by covering the piston bore and cylinder wall and the further spread of steam transfers its force to the curve flank. This is gradually compensated for by the compression of the emerging piston in the power flow. In this phase, the pressure can be reduced by cold water mist injection, which results in a favorable ratio of positive ions from the water vapor and negative ions from the spray mist for the following ignition, which allows additional thermolysis to form water gas in the ignition phase. Also during this phase, the fresh fuel gas is introduced via the inlet valve and is slightly compressed together with the resident water vapor. The water-gas-steam mixture is now ready to be ignited again.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Umsetzung dieser Energieumwandlung in einem thermodynamischen Prozess innerhalb des Brennraumes eines Hubkolbenmotors, der auf die einzelnen Reaktionsphasen abgestimmt ist, sowie die optimierte Ableitung der gewonnenen mechanischen Energie zur energetischen Nutzung.The invention therefore relates to a method for implementing this energy conversion in a thermodynamic process within the combustion chamber of a reciprocating piston engine, which is coordinated with the individual reaction phases, as well as the optimized derivation of the mechanical energy obtained for energetic use.

Bei dem Verfahren wird das zuvor in einer Hydrolysezelle erzeugte Wassergas portioniert in den zylindrischen Brennraum eingeleitet, in dem der Kolben linear beweglich geführt ist. Der Hub des Kolbens in diesem Motor ist vorzugsweise kurzhubig ausgelegt.In the process, the water gas previously generated in a hydrolysis cell is introduced in portions into the cylindrical combustion chamber, in which the piston is guided in a linearly movable manner. The stroke of the piston in this engine is preferably designed to be short-stroke.

Bei dem Verfahren zur Erzeugung von mechanischer Energie aus Knallgas / Wasser mittels Verbrennungsmotoren handelt es sich um ein physikalisches Oxidationsverfahren, bei welchem in einem geschlossenen Brennraum ein Gasgemisch, das im Wesentlichen aus H2, O2, H2O und HHO in gasförmigem, dampfförmigem und vernebeltem flüssigen Aggregatzustand besteht, zur Explosion gebracht wird.The process for generating mechanical energy from oxyhydrogen / water using internal combustion engines is a physical oxidation process in which a gas mixture, which essentially consists of H2, O2, H2O and HHO in a gaseous, vaporous and nebulized liquid state, is produced in a closed combustion chamber exists, is caused to explode.

Dabei entstehen keine Abgase, sondern nur Wasserkondensat, welches durch einen Ablauf aus dem Prozess ausgeleitet wird.This does not produce any exhaust gases, only water condensate, which is removed from the process through a drain.

Der Befüllungsprozess wird während des abgesenkten oberen Totpunkts (OT) mit Brenngas befüllt. Am Ende des Befüllungsprozesses nach vollständigem Schließen des Einlassventils erfolgt die Zündung mittels einer Zündkerze beliebiger Bauart in der ersten Phase. In der ersten Phase befindet sich der Kolben bereits um wenige Millimeter abgesenkt und die Steuerkurve ist in der Position, welche die Abtriebskraft des Kolbens aufnehmen kann.The filling process is filled with fuel gas during the lowered top dead center (TDC). At the end of the filling process after the inlet valve has been completely closed, ignition takes place in the first phase using a spark plug of any type. In the first phase, the piston is already lowered by a few millimeters and the control cam is in the position that can absorb the piston's output force.

Das Gas, welches aus Wasser gewonnen wurde und aus Wasserstoff- und Sauerstoffmolekülen unterschiedlicher Konstellation besteht, weist einen Ausdehnungskoeffizienten von 1:1860 auf. Dieses Gas entzündet sich spontan und explosionsartig und nimmt bei dieser Explosion schlagartig, innerhalb von 16 Nanosekunden, den gesamten Brennraum ein, wobei es sich ca. im Faktor 1:7 ausdehnt und den Kolben nach unten treibt.The gas, which was obtained from water and consists of hydrogen and oxygen molecules of different constellations, has an expansion coefficient of 1:1860. This gas ignites spontaneously and explosively and, during this explosion, suddenly takes up the entire combustion chamber within 16 nanoseconds, expanding by a factor of approximately 1:7 and driving the piston downwards.

In der Explosionsphase explodiert das Gas zunächst in einem Volumenverhältnis von ca. 1:7, wodurch der Kolben schnell nach unten getrieben wird. Im Weiteren tritt am Ende der exothermen Explosion eine Umkehrreaktion ein, welche zu einer endothermen Implosion führt.In the explosion phase, the gas initially explodes in a volume ratio of approximately 1:7, which quickly drives the piston downwards. Furthermore, at the end of the exothermic explosion, a reverse reaction occurs, which leads to an endothermic implosion.

In der zweiten Phase dreht die Schwungmasse einer Schwungscheibe die Kulissenscheibe in Drehrichtung weiter, während der Kolben die UT-Position durchläuft.In the second phase, the flywheel mass of a flywheel continues to rotate the gate disk in the direction of rotation while the piston passes through the BDC position.

In der dritten Phase kollabiert das explodierte Brenngas zu Wasser, wodurch ein Unterdruck erzeugt wird und eine Kraftumkehr von Schubkraft auf Zugkraft erfolgt.In the third phase, the exploded fuel gas collapses into water, creating a negative pressure and reversing the force from thrust to tractive force.

Ein einer weiten Ausführungsform kann in der vierten Phase über eine Einspritzdüse zusätzlich ein Wasser-Feinnebel eingespritzt werden.In a further embodiment, a fine mist of water can also be injected in the fourth phase via an injection nozzle.

Bevorzugt wird während der Entlastungsphase das in der Vertiefung des Kolbenboden befindliche Wasser mindestens teilweise in die dort angeordnete vertikale Bohrung und anschließend in die daran anschließende horizontale Bohrung gedrückt, von wo aus dem Wasser über den Ausgang zwischen den Kolbenringen aus der Ringpartie austritt.During the relief phase, the water located in the recess of the piston crown is preferably at least partially pressed into the vertical bore arranged there and then into the adjoining horizontal bore, from where the water emerges from the ring section via the outlet between the piston rings.

Das in der Explosion ausgedehnte Gas kollabiert nicht nur auf das Volumen des zuvor zugeführten Mischgases, sondern auf das Ursprungsvolumen des in der Elektrolyse expandierten flüssigen Wassers.The gas expanded in the explosion collapses not only to the volume of the previously supplied mixed gas, but also to the original volume of the liquid water expanded in the electrolysis.

Das Kollabieren des Gases zu flüssigem Wasser bedeutet eine erhebliche Volumenreduktion, womit auf ein Auslassventil verzichtet werden kann. Das hat zur Folge, dass die Konstruktionskosten eines Motors günstiger ausfallen, als dies bei Mehrventilmotoren der Fall ist.The collapse of the gas into liquid water means a significant volume reduction, which means there is no need for an outlet valve. As a result, the construction costs of an engine are cheaper than is the case with multi-valve engines.

Auch kann somit auf einen Auspuffschalldämpfer verzichtete werden, was eine signifikante Reduktion von Geräuschemissionen zur Folge hat.This also means there is no need for an exhaust silencer, which results in a significant reduction in noise emissions.

Dieses Wasser sammelt sich schwerkraftbedingt primär in der konischen, alternativ konkaven Vertiefung des Kolbenbodens. Das Restwassers an der warmen Kolbenwand tritt zum Teil in eine Dampfphase über, welches in der nächsten Explosionsphase einen positiven Einfluss auf den Explosionsvorgang hat, indem hier eine erneute Thermolyse zu Wassergas stattfindet.Due to gravity, this water collects primarily in the conical, alternatively concave, recess of the piston crown. The remaining water on the The warm piston wall partially changes into a vapor phase, which has a positive influence on the explosion process in the next explosion phase, as another thermolysis to water gas takes place here.

Die Abtriebswelle ragt aus dem Motorgehäuse hervor und weist in diesem Bereich eine Schwungscheibe auf, die auf der Abtriebswelle mittels Passfeder montiert ist. Die Position eines auf einer Schwungscheibe positionierten und in einer Kreisbahn bewegten Zündzeitgebers wird von einem Zündzeitabtaster erfasst, der den Zündzeitpunkt der Zündkerze steuert.The output shaft protrudes from the motor housing and has a flywheel in this area, which is mounted on the output shaft using a key. The position of an ignition timer positioned on a flywheel and moving in a circular path is detected by an ignition time scanner, which controls the ignition timing of the spark plug.

Diese Schwungscheibe kann kreisrund sein oder mit Aussparungen an der Kreisfläche versehen sein, je nach gewünschter Zündsteuerung. Ein Großteil der Schwungmasse wird von der Kulissenscheibe im Inneren des Motors bereitgestellt.This flywheel can be circular or have recesses on the circular surface, depending on the desired ignition control. A large part of the flywheel is provided by the link disk inside the engine.

In der Entlastungs-Phase wird auch das in der Vertiefung des Kolbenbodens gesammelte Wasser durch eine vertikale Bohrung im Kolben zu einer oder mehreren Horizontalbohrung(en) hin verdrängt. Diese tritt aus dem massiven Kolben zwischen zwei Kolbenringen zur Zylinderwand bzw. Laufbuchsen-Innenwand hin aus. In der vorliegenden Ausführung befindet sich der Wasseraustritt unterhalb des zweiten Kolbenringes und oberhalb eines doppelten Kolbenringes. In der Entlastungsposition, welche den höchsten Stand des Kolbens im Zylinder markiert (OT) fluchten die vertikalen Bohrungen mit korrelierenden Bohrungen in der Laufbuchse des Zylinders und ermöglichen eine kurzfristige Unterdruckneutralisierung und damit eine leichte Aspiration der Vorkammer mit Umgebungsluft aus dem Zylinderraum unterhalb des Kolbens. Diese kann sich positiv als Füllgas auswirken, um die Explosion geringfügig zu verzögern, bedingt aber durch die geringe Menge keinen Bedarf für ein Auslassventil sondern kann auf gleichem Weg mit dem Reaktionswasser wieder aus dem Brennraum verdrängt werden.In the relief phase, the water collected in the recess of the piston crown is also displaced through a vertical bore in the piston to one or more horizontal bores. This emerges from the solid piston between two piston rings towards the cylinder wall or the inner wall of the liner. In the present version, the water outlet is located below the second piston ring and above a double piston ring. In the relief position, which marks the highest position of the piston in the cylinder (TDC), the vertical bores are aligned with correlating bores in the cylinder liner and enable short-term negative pressure neutralization and thus easy aspiration of the antechamber with ambient air from the cylinder space below the piston. This can have a positive effect as a filling gas to slightly delay the explosion, but due to the small amount there is no need for an exhaust valve but can be displaced from the combustion chamber in the same way with the reaction water.

Nach Absenken des Zylinders in die Befüllungsphase, nur wenige Millimeter unterhalb des OT ist die Überschneidung der Entlastungsbohrungen aufgehoben und der Brennraum zur Befüllung hermetisch geschlossen. In dieser Phase öffnet das Einlassventil, welches das Brenngas entweder über einen Druckminderer auf den Ideale Druck gedrosselt oder per Dosierungsmechanismus auf die Ideale Volumenmenge begrenzt in den Brennraum einströmen lässt.After lowering the cylinder into the filling phase, just a few millimeters below TDC, the overlap of the relief bores is eliminated and the combustion chamber is hermetically closed for filling. In this phase, the inlet valve opens, which releases the fuel gas either via a pressure reducer The ideal pressure is throttled or allowed to flow into the combustion chamber limited to the ideal volume using a metering mechanism.

Nach dem Überholen des OT erfolgt die nächste Zündung.After overtaking TDC, the next ignition occurs.

So ist mit dem Motor eine Optimierung der mechanischen Umsetzung der thermodynamischen Reaktionen im Brennraum, die optionale, zusätzliche Erzeugung von Brennstoff im Brennraum selbst sowie der optimierte Energieabtrieb im homogenisierten Rhythmus des Verbrennungsverhaltens möglich.The engine enables optimization of the mechanical implementation of the thermodynamic reactions in the combustion chamber, the optional, additional generation of fuel in the combustion chamber itself and optimized energy output in the homogenized rhythm of combustion behavior.

Somit stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie, ohne den Einsatz von Kohlenwasserstoffbrennstoffen und den daraus resultierenden CO2-Emissionen, bereit.Thus, the present invention provides an apparatus for generating energy without the use of hydrocarbon fuels and the resulting CO2 emissions.

Das anhand eines Einzylindermotors erläuterte Funktionsprinzip lässt sich auch durch simple Kaskadierung, ohne weitere Modifizierungen auf Mehrkolbenmotoren in Reihen-, V-, Boxer oder Sternanordnung übertragen.The functional principle explained using a single-cylinder engine can also be transferred to multi-piston engines in an in-line, V, boxer or star arrangement by simple cascading without further modifications.

In der Einlassphase wird dem Brennraum des Motors ein zuvor in einer Elektrolysezelle erzeugtes, wasserbasiertes Brenngas zugeführt. Da das Brenngas explosiv ist, wird es dem Brennraum über ein Sicherheitssystem, bestehend aus einem Bubbler, einer Dosiereinheit / Druckminderer und einem mehrstufigen Einlassventil, das als Rückschlagventil ausgebildet ist und einem Arestor zugeleitet.In the intake phase, a water-based fuel gas previously generated in an electrolytic cell is supplied to the engine's combustion chamber. Since the fuel gas is explosive, it is fed to the combustion chamber via a safety system consisting of a bubbler, a metering unit/pressure reducer and a multi-stage inlet valve designed as a check valve and an Arestor.

Zur Einleitung in den Brennraum wird das Einlassventil über eine Nocke geöffnet, die Kontakt zur Oberseite des länglichen Einlassventils hat. Durch die Ventilbetätigung werden die Öffnungs- und Schließzeiten in unterschiedlich langen Intervallen angesteuert. Das Brenngas strömt mit dem Systemdruck der erzeugenden Elektrolysezelle in Kombination mit Dosiersystem, das Druck und Volumen begrenzt, in den Brennraum ein.
Das explosive, wasser-/ wasserstoffbasierte Brenngas wird dergestalt in den Brennraum des Hubkolbenmotors eingeleitet, dass das Risiko einer Rückzündung durch die spezielle Geometrie des Einlassventils auf ein Minimum beschränkt wird.
To introduce it into the combustion chamber, the inlet valve is opened via a cam that is in contact with the top of the elongated inlet valve. The valve actuation controls the opening and closing times at intervals of different lengths. The fuel gas flows into the combustion chamber at the system pressure of the generating electrolytic cell in combination with a metering system that limits pressure and volume.
The explosive, water/hydrogen-based fuel gas is introduced into the combustion chamber of the reciprocating piston engine in such a way that there is a risk of back-ignition is kept to a minimum by the special geometry of the inlet valve.

Das Einlassventil ist so ausgeführt, dass es über ein Kegelsegment hermetisch zum Brennraum hin schließt. Das Ventil ist so gearbeitet, daß der Schaft als Kegel ausgebildet ist, welcher residentes Gas, welches üblicherweise oberhalb des Ventiltellers ansteht, weitgehend zurückdrängt. Dabei kommt es zu keinem Formschluß, welche den Brennraum auch bei dem niedermolekularen und explosionsfreudigen Gas formschlüssig abdichten. Unterstützend wirkt dabei, dass das Volumen des potentiell bei einer Fehlzündung im Ventil anstehenden Gases durch die Kegelform des Ventilschaftes minimiert ist.The inlet valve is designed so that it closes hermetically to the combustion chamber via a cone segment. The valve is designed in such a way that the shaft is designed as a cone, which largely pushes back resident gas, which is usually above the valve plate. There is no form-fitting connection, which seals the combustion chamber in a form-fitting manner, even with the low-molecular and explosive gas. This is supported by the fact that the volume of gas potentially present in the valve in the event of a misfire is minimized by the conical shape of the valve stem.

Vorzugsweise wird dieses Ventil in synchron geschalteter Zwillingsausführung eingebaut, um residente Gasvolumen in der Zuführung auf geringstmögliche Volumen zu reduzieren und das restliche Gasvolumen der Einleitung nach schließen der Ventile weitgehend zurückgedrängt wird. Dies ist erforderlich, da das Wassergas deutlich flüchtiger als Luft und auch zu 100% explosiv ist. Bei schnell laufenden oder großvolumigen Motoren ist eine Erweiterung der Ventilkombination um ein weiteres asynchron vorgeschaltetes Ventil mit einem dem Hubraum des Motors entsprechenden Dosiervolumen zu erwägen.This valve is preferably installed in a synchronously switched twin version in order to reduce resident gas volumes in the supply to the lowest possible volume and the remaining gas volume in the introduction is largely pushed back after the valves are closed. This is necessary because water gas is significantly more volatile than air and is also 100% explosive. For fast-running or large-volume engines, an expansion of the valve combination to include another asynchronously connected upstream valve with a metering volume corresponding to the engine's displacement should be considered.

Durch die Geometrie des Einlassventils wird erreicht, dass der gefüllte Brennraum ein relativ großes Gasvolumen enthält, der Beschickungsraum oberhalb der Ventildichtung aber ein maximal reduziertes Gasvolumen enthält. Sollte es durch jedwede unerwartete unvollständige Schließung des Ventils zu einer Durchzündung kommen, ist in diesem Falle der Explosionsdruck innerhalb des Brennraum dem möglichen Explosionsdruck der Fehlzündung mit dem Restgas im Beschickungsraum so deutlich überlegen, dass es zu einer Zwangsschließung des Ventils kommt. Der Kolben besteht aus einem einzigen, homogenen Bauteil ohne Anlenkungen, Achsen, Lager oder andere Komponenten zur Kraftumlenkung. Die Kolbenstange wird durch die Laufbuchse geführt und ausgerichtet sowie aus dem passiven Bereich des Zylinders in das Kurbelgehäuse überführt. Am unteren Ende der Stange ist ein Paar von Laufrollen mit Kugellagern montiert.The geometry of the inlet valve ensures that the filled combustion chamber contains a relatively large gas volume, but the feed space above the valve seal contains a maximum reduced gas volume. If any unexpected, incomplete closing of the valve leads to ignition, in this case the explosion pressure within the combustion chamber is so clearly superior to the possible explosion pressure of the misfire with the residual gas in the charging chamber that the valve is forced to close. The piston consists of a single, homogeneous component without links, axles, bearings or other components for redirecting force. The piston rod is guided and aligned through the liner and transferred from the passive area of the cylinder into the crankcase. A pair of rollers with ball bearings are mounted on the lower end of the rod.

Die am Stangenende angeordneten Rollen laufen in der Steuernut der Kulissenscheibe, um die Kraft der Linearbewegung des Kolbens auf die Abtriebswelle zu übertragen, wo sie in eine Drehbewegung umgewandelt wird.The rollers arranged at the end of the rod run in the control groove of the link disk to transmit the force of the linear movement of the piston to the output shaft, where it is converted into a rotary movement.

Der Verbrennungsprozess eines aus generell nur 2 Komponenten (Wasserstoff und Sauerstoff) reduziert die Emission ebenfalls auf diese beiden Komponenten, so dass Emissionen nur in Form von flüssigem Wasser oder Wasser in der Dampfphase entstehen können. Somit entweicht nur flüssiges Wasser und gegebenenfalls geringe Mengen an Wasserdampf.The combustion process of generally only 2 components (hydrogen and oxygen) also reduces emissions to these two components, so that emissions can only arise in the form of liquid water or water in the vapor phase. This means that only liquid water and possibly small amounts of water vapor escape.

Die Erfindung ist zudem durch ein Verfahren gekennzeichnet, welches in der ersten Variante im reinen Gasbetrieb die thermischen Umwandlungsreaktionen des wasserbasierten Brennstoffes in einen speziell dafür ausgelegten Hubkolbenmotor in mechanische Energie umwandelt.The invention is also characterized by a method which, in the first variant in pure gas operation, converts the thermal conversion reactions of the water-based fuel into mechanical energy in a reciprocating piston engine specially designed for this purpose.

Die Basisreaktion des wasserbasierten Explosions-Implosions-Prozesses stellt in der ersten Phase (Explosion) eine starke und schnelle exotherme Reaktion bereit, in welche die Restverwertung residenten Wasserdampfes (positive Ladung) in Kombination mit eingesprühtem Frischwassernebel (negative Ladung) eine spontane Thermolysereaktion ausführen, welche zu einer zusätzlichen, bereits im Prozessraum befindliche Kraftstoffmenge bereit stellt. Dieses Kraftstoffvolumen wird mit deutlich geringerem Energieaufwand erzeugt, als die Erzeugung der gleichen Gasmenge per Elektrolyse.The basic reaction of the water-based explosion-implosion process provides a strong and rapid exothermic reaction in the first phase (explosion), in which the residual utilization of resident water vapor (positive charge) in combination with sprayed fresh water mist (negative charge) carries out a spontaneous thermolysis reaction, which to an additional amount of fuel already in the process space. This volume of fuel is produced using significantly less energy than producing the same amount of gas via electrolysis.

Die Basisreaktion des wasserbasierten Explosions-Implosions-Prozesses in der ersten Phase (Explosion) basiert bereits auf Wasser. Da auch als Stützflamme keine Kohlenwasserstoffe zum Einsatz kommen, bleiben die beiden unterschiedlich erzeugten Gasmengen im Gemenge hochrein und es entstehen keinerlei kontaminante Stoffe.The basic reaction of the water-based explosion-implosion process in the first phase (explosion) is already based on water. Since no hydrocarbons are used as a supporting flame, the two different amounts of gas produced in the mixture remain highly pure and no contaminants are produced.

Die Kombination der exothermen Explosionsreaktion gefolgt von der endothermen Implosionsreaktion ermöglichen allgemein in der Kombination eine geringere Betriebstemperatur als bei Kohlenwasserstoff betriebenen Motoren. Dies bedeutet im Dauerbetrieb erheblich reduzierten Materialstress sowie eine potentielle Reduktion des technischen Kühlungsbedarfs.The combination of the exothermic explosion reaction followed by the endothermic implosion reaction generally enables a lower operating temperature than with hydrocarbon-operated engines. This means significantly reduced material stress during continuous operation and a potential reduction in technical cooling requirements.

Durch die Implosion des Wassers und die Ausleitung des Wassers über die Kolbenringe entfällt ebenso der Auspufftakt. Daher entfallen dem Motor 2 passive Takte, welche obendrein Energie konsumieren würden.Due to the implosion of the water and the removal of the water via the piston rings, the exhaust stroke is also eliminated. The engine therefore no longer needs two passive cycles, which would also consume energy.

Damit kann der Motor in der ersten Ausführungsform, d.h. mit reinem Gasbetrieb optimal betrieben werden.This means that the engine can be operated optimally in the first embodiment, i.e. with pure gas operation.

Darüber hinaus kann in einer zweiten Ausführungsform mit einer zusätzlichen Zugabe von Wasser eine Effizienzsteigerung erreicht werden, wobei alle in der ersten Ausführungsform beschriebenen technischen Funktionen sowie Komponenten und Bauteile des Motors unberührt bleiben.Furthermore, in a second embodiment, an increase in efficiency can be achieved with an additional addition of water, with all technical functions as well as components and parts of the engine described in the first embodiment remaining unaffected.

Dabei erhält der Motor in der zweiten Ausführungsform im Kopfbereich des Verbrennungsraumes einen weiteren Zugang, über den kaltes Wasser in möglichst feiner Zerstäubung eingetragen werden kann. Dabei wird der physikalische Effekt genutzt, dass fein zerstäubte Nano-Wassertropfen von einer negativen Ladung umgeben sind, während sich innerhalb von Dampfblasen überwiegend positive Ladungen aufbauen. Nutzt man nun das Vorhandensein der überwiegend positiv geladenen Wasserpartikeln aus dem Restwasserdampf des vorangegangenen Arbeitstaktes und sprüht einen tendenziell negativ geladenen Wassernebel ein, kommt es im Stützfeuer der laufenden Wassergasexplosion zu einer zusätzliche Thermolyse, welche aus dem Wassernebel-Wasserdampf-Gemisch zusätzliches Wassergas erzeugt, ohne dass dem System zusätzliche Energie zugeführt werden muss.In the second embodiment, the engine has additional access in the head area of the combustion chamber, through which cold water can be introduced in the finest possible atomization. This uses the physical effect that finely atomized nano water drops are surrounded by a negative charge, while predominantly positive charges build up within vapor bubbles. If you now use the presence of the predominantly positively charged water particles from the residual water vapor from the previous work cycle and spray a water mist that tends to be negatively charged, additional thermolysis occurs in the supporting fire of the ongoing water gas explosion, which produces additional water gas from the water mist-steam mixture, without that additional energy must be supplied to the system.

Das primäre Wassergasvolumen kann somit um die zusätzliche Gasmenge reduziert werden, allerdings ist die Initialflamme für die Reaktion erforderlich, so dass die Initialgasmenge nicht auf null reduziert werden kann.The primary water gas volume can thus be reduced by the additional amount of gas, but the initial flame is required for the reaction, so the initial gas amount cannot be reduced to zero.

Wird ein solcher Wassernebel im Gastrakt eingeleitet, ist eine Beimischung in das Wassergas vor dem Eintritt durch das Einlassventil bevorzugt, um eine ausreichende Rückschlagsicherheit zu gewährleisten. Bei Eintragung durch eine Einspritzdüse kann der direkte Eintrag direkt ca. 1° vor der Zündung erfolgen.If such a water mist is introduced into the gas tract, it is preferred to mix it into the water gas before it enters through the inlet valve in order to ensure sufficient backlash protection. When entering through an injection nozzle, the direct entry can take place approximately 1° before ignition.

Dabei erlaubt das System als Gasmotor eine Zugattierung von Flüssigwasser, welches durch brennrauminterne Thermolyse eine erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades begünstigtAs a gas engine, the system allows liquid water to be added, which promotes a significant increase in efficiency through thermolysis within the combustion chamber

Dies bildet die zweite Ausführungsform der Erfindung. Vorzugsweise kommt hierbei ein zuvor in einer Wirbelkammer konditioniertes Grenzschichtwasser zum Einsatz. Dieses kann per Einleitung in den Gasstrom kurz vor der Zündung in den Brennraum eingespritzt werden.This forms the second embodiment of the invention. Preferably, boundary layer water that has been previously conditioned in a vortex chamber is used. This can be injected into the combustion chamber by introducing it into the gas stream shortly before ignition.

Durch die Verwendung von Grenzschichtwasser stehen mehrere Molekül-Verbindungen zur Verfügung, die Wasserstoff enthalten. Die vorliegende Erfindung ist daher nicht auf die Verwendung mit einem Gas aus der Hydroxylgruppe beschränkt, d.h. der funktionellen Gruppe mit der chemischen Formel -OH, wobei ein Sauerstoffatom kovalent an ein Wasserstoffatom gebunden ist.By using boundary layer water, several molecular compounds containing hydrogen are available. The present invention is therefore not limited to use with a gas from the hydroxyl group, that is, the functional group having the chemical formula -OH, wherein an oxygen atom is covalently bonded to a hydrogen atom .

Hierzu wird der Motor zunächst kurz mit reinem Gas warmlaufen gelassen. Dann erfolgt die Zuschaltung der Wassereinspritzung. Hierbei bleibt der Gaseintrag bestehen, kann aber mengenmäßig reduziert werden. Die Zündung des Gases verursacht einen Thermolyseprozess, der das eingespritzte Wasser zu weiterem Reaktionsgas expandiert, das dann umgehend in die Reaktion einsteigt. Damit ist diese Gasmenge energetisch mit deutlich geringerem Energieeinsatz zu erzeugen, als das per Elektrolyse erzeugte Gas.To do this, the engine is first warmed up briefly with pure gas. The water injection is then switched on. The gas entry remains, but the quantity can be reduced. The ignition of the gas causes a thermolysis process that expands the injected water into further reaction gas, which then immediately enters the reaction. This means that this amount of gas can be produced using significantly less energy than the gas produced by electrolysis.

Das Wasser ist dabei idealerweise in einer Wirbelkammer aufbereitet. Dabei wird eine Teilmenge Wassergas in eine Wirbelkammer geleitet und mit speziellen Kavitationsdüsen im Luftraum der Wirbelkammer verwirbelt, wobei das Wasser in einem Zirkulationsverfahren im Kreis gepumpt wird. Dadurch reichert sich das Wasser selbst mit Nano-Bläschen an und im Luftraum entsteht ein Nano-Sprühnebel.The water is ideally treated in a vortex chamber. A portion of water gas is fed into a vortex chamber and swirled in the air space of the vortex chamber using special cavitation nozzles, with the water being pumped in a circle in a circulation process. This causes the water itself to enrich itself with nano bubbles and a nano spray mist is created in the air space.

Im Ansaugbetrieb kann der Sprühnebel direkt aus den Gasraum angesaugt werden. Beim Betrieb per Einspritzpumpe, welche im Zugang im Kopfbereich des Verbrennungsraumes angeordnet ist, kann das aufbereitete Wasser im Flüssigkeitsbereich der Wirbelkammer entnommen und in den Brennraum eingenebelt werden. Dadurch werden in den Brennraum die negativen H2O Ladungen als Ergänzung zum positiven Wassernebel eingetragen.In suction mode, the spray mist can be sucked directly from the gas space. When operating with an injection pump, which is arranged in the access in the head area of the combustion chamber, the treated water can be removed from the liquid area of the swirl chamber and into the combustion chamber be fogged in. As a result, the negative H2O charges are introduced into the combustion chamber as a supplement to the positive water mist.

Der Energieaufwand für die Kavitationskammer bzw. Wirbelkammer liegt um ein Vielfaches unter dem einer Elektrolysezelle.The energy required for the cavitation chamber or vortex chamber is many times lower than that of an electrolysis cell.

Vereinfacht beschrieben folgt nach der zündungsverursachten Explosion eine Implosion und anschließend nimmt das Brenngas wieder nahezu sein Ursprungsvolumen ein und Wasser kann aus den Entlastungsbohrungen abfließen. Der Restwasserfluss wird in den erneuten Füllprozess mitgenommen, wobei jedoch keine Kompression des in der Brennkammer vorhandenen Medium stattfindet. Es handelt sich vielmehr um eine drucklose Zündung. Somit wird auch die Gefahr einer ungeplanten Explosion verringert.To put it simply, the explosion caused by ignition is followed by an implosion and then the fuel gas returns to almost its original volume and water can flow out of the relief holes. The residual water flow is taken into the refilling process, but no compression of the medium present in the combustion chamber takes place. Rather, it is a pressureless ignition. This also reduces the risk of an unplanned explosion.

Somit benötigt man vorteilhafterweise nur einen Hubraum mit einem kleinen Bauvolumen.This means that advantageously only one displacement with a small construction volume is required.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines Hydroxygases beschränkt. Auch ist der Einlass eines Brenngases über zwei Ventile möglich, wobei ein Ventil Wasserstoff und das anderes Ventil Sauerstoff in den Brennraum gibt. Alternativ dazu ist die Verwendung eines Wasserstoff-Sauerstoff-Mischventils möglich. Bei beiden Varianten ist darauf zu achten, dass der Wasserstoff und der Sauerstoff aus Sicherheitsgründen erst kurz vor oder im Brennraum gemischt werden, um die Gefahr einer ungewollten Explosion zu verringern.The present invention is not limited to the use of a hydroxy gas. It is also possible to inlet a fuel gas via two valves, with one valve releasing hydrogen and the other valve releasing oxygen into the combustion chamber. Alternatively, the use of a hydrogen-oxygen mixing valve is possible. For both variants, it is important to ensure that the hydrogen and oxygen are only mixed shortly before or in the combustion chamber for safety reasons in order to reduce the risk of an accidental explosion.

Der verwendete Sauerstoff und der verwendete Wasserstoff können in zwei getrennten Tanks gelagert werden. Auch ist die zellengestützte Produktion dieser beiden Gase kurz vor der Einleitung in den Brennraum möglich.The oxygen and hydrogen used can be stored in two separate tanks. The cell-based production of these two gases is also possible shortly before they are introduced into the combustion chamber.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.The subject matter of the present invention arises not only from the subject matter of the individual patent claims, but also from the combination of the individual patent claims with one another.

Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, könnten als erfindungswesentlich beansprucht werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Die Verwendung der Begriffe "wesentlich" oder "erfindungsgemäß" oder "erfindungswesentlich" ist subjektiv und impliziert nicht, dass die so benannten Merkmale zwangsläufig Bestandteil eines oder mehrerer Patentansprüche sein müssen.All information and features disclosed in the documents, including the summary, in particular the spatial configuration shown in the drawings, could be claimed as essential to the invention, insofar as they individually or in combination are new compared to the state of the art. The use of the terms “essential” or “according to the invention” or “essential to the invention” is subjective and does not imply that the features so named must necessarily be part of one or more patent claims.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.The invention is explained in more detail below with reference to drawings showing several embodiments. The drawings and their description reveal further features and advantages of the invention that are essential to the invention.

Es zeigen:

  • Figur 1: Frontansicht des Motors mit Schwungrad, Zündgeber und Zündkerze
  • Figur 2: Schnitt durch die Kulissenscheiben
  • Figur 3: Perspektivische Frontansicht mit Schwungrad, Zündgeber, Zündkerze, Nockenscheibe (Ventilsteuerung)
  • Figur 4: Rückansicht des Motors mit Darstellung des Riementriebs zur Nockensteuerung und Schnitt durch Kulissenscheibe mit Kraftabtrieb
  • Figur 5: Schnitt durch den Motor mit wesentlichen Funktionsteilen
  • Figur 6: Perspektivische Ansicht der Motorrückseite mit Riemensteuerung der Nockenscheibe
  • Figur 7: Schnitt durch Brennraum mit Kolben in OT-Stellung sowie Detailansicht VII der Wasserführung in Laufbuchse
  • Figur 8: Schnitt durch Brennraum mit Kolben in UT-Stellung sowie Detailansicht VIII der Wasserführung in Kolben
  • Figur 9: Darstellung der zweiten Ausführungsform eines Motors mit optionaler Wassereinspritzung
  • Figur 10: perspektivische Ansicht Wirbelkammer mit Teil-Schnitt
  • Figur 11: Funktionsansicht Phase 1 Motorbetrieb
  • Figur 12: Funktionsansicht Phase 2 Motorbetrieb
  • Figur 13: Funktionsansicht Phase 3 Motorbetrieb
  • Figur 14: Funktionsansicht Phase 4 Motorbetrieb
  • Figur 15: Detailzeichnungen Kolben mit Bohrungen
  • Figur 16: Funktionsansicht Zündung (Motorbetrieb 2. Ausführungsform)
  • Figur 17: Funktionsansicht Explosion (Motorbetrieb 2. Ausführungsform)
  • Figur 18: Funktionsansicht Entlastung (Motorbetrieb 2. Ausführungsform)
  • Figur 19: Funktionsansicht Dampf (Motorbetrieb 2. Ausführungsform)
  • Figur 20: Funktionsansicht Einlass/ Kompression (Motorbetrieb 2. Ausführungsform)
  • Figur 21: eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit zwei Ventilen In Figur 1 werden in einer Frontansicht Funktionselemente des Motors 1 dargestellt. Die Oberseite des Motors 1 wird von der Nockenscheibenlagerung 2 gebildet, die deckelartig auf dem Motorgehäuse aufsitzt und mit diesem verschraubt ist. In der Nockenscheibenlagerung 2 ist die Nockenwelle 3 drehbar gelagert, wobei im gezeigten Beispiel diese Lagerung mittels Wälzlager realisiert wird. Oberhalb der Nockenscheibenlagerung 2 ragt die Nockenscheibe 4 aus der Lagerung heraus und ist drehfest mit der Nockenwelle 3 verbunden.
Show it:
  • Figure 1 : Front view of the engine with flywheel, ignition sensor and spark plug
  • Figure 2 : Cut through the backdrop panes
  • Figure 3 : Perspective front view with flywheel, ignition sensor, spark plug, cam disc (valve control)
  • Figure 4 : Rear view of the engine showing the belt drive for cam control and a section through the link disk with power output
  • Figure 5 : Section through the engine with essential functional parts
  • Figure 6 : Perspective view of the back of the engine with belt control of the cam
  • Figure 7 : Section through combustion chamber with piston in TDC position and detailed view VII of the water flow in the liner
  • Figure 8 : Section through combustion chamber with piston in BDC position and detailed view VIII of the water flow in piston
  • Figure 9 : Representation of the second embodiment of an engine with optional water injection
  • Figure 10 : perspective view of vortex chamber with partial section
  • Figure 11 : Functional view of phase 1 motor operation
  • Figure 12 : Functional view of phase 2 motor operation
  • Figure 13 : Functional view of phase 3 motor operation
  • Figure 14 : Functional view of phase 4 motor operation
  • Figure 15 : Detailed drawings of pistons with bores
  • Figure 16 : Functional view of ignition (engine operation 2nd embodiment)
  • Figure 17 : Functional view explosion (motor operation 2nd embodiment)
  • Figure 18 : Functional view of relief (motor operation, 2nd embodiment)
  • Figure 19 : Functional view of steam (engine operation, 2nd embodiment)
  • Figure 20 : Functional view of intake/compression (engine operation 2nd embodiment)
  • Figure 21 : another embodiment of the invention with two valves In Figure 1 Functional elements of the engine 1 are shown in a front view. The top of the engine 1 is formed by the cam disk bearing 2, which sits like a cover on the engine housing and is screwed to it. The camshaft 3 is rotatably mounted in the cam disk bearing 2, with this bearing being realized by means of roller bearings in the example shown. Above the cam disk bearing 2, the cam disk 4 protrudes from the bearing and is connected to the camshaft 3 in a rotationally fixed manner.

An der Unterseite der Nockenscheibenlagerung 2 ist ein nach unten offener, u-förmiger Fortsatz 42 angeformt, in dem der Führungsstift 46 des Ventilschafts 6 linear beweglich aufgenommen ist.On the underside of the cam disk bearing 2, a downwardly open, U-shaped extension 42 is formed, in which the guide pin 46 of the valve stem 6 is accommodated in a linearly movable manner.

Des Weiteren weist der Ventilschaft 6 einen Ventilteller 47 auf, der auf einer Ventilfeder 7 aufliegt, deren Federkraft nach oben, gegen den Ventilteller 47 wirkt. Die gegenüberliegende Seite der Ventilfeder 7 ist in einem Lagerbereich 48 aufgenommen, wie er in Figur 5 zu sehen ist und durch eine kreisförmige Vertiefung in der zylinderförmigen Vorkammer 8 gebildet ist.Furthermore, the valve stem 6 has a valve plate 47, which rests on a valve spring 7, the spring force of which acts upwards against the valve plate 47. The opposite side of the valve spring 7 is accommodated in a storage area 48, as shown in Figure 5 can be seen and is formed by a circular depression in the cylindrical antechamber 8.

Die Vorkammer 8 ist über einen Flansch 49 auf der Oberseite des Zylinders 10 mit diesem verschraubt. Der Zylinder 10 verfügt über eine Zündkerze 9, welche in einem abgeschrägten Bereich der Umfangsfläche angeordnet und in den Zylinder eingeschraubt ist.The antechamber 8 is screwed to the cylinder 10 via a flange 49 on the top side. The cylinder 10 has a spark plug 9, which is arranged in a beveled area of the peripheral surface and screwed into the cylinder.

Der Zylinder 10 verfügt ebenfalls über einen fußseitigen Flansch 50, mit dem er auf der Oberseite des Kulissengehäuses 11 mit diesem verschraubt ist. Außerhalb des Kulissengehäuses 11 ist an dessen Vorderseite 41 die Schwungscheibe 12 angeordnet, die mittig über eine Passfeder 45 mit der Abtriebswelle 15 verbunden ist.The cylinder 10 also has a foot-side flange 50 with which it is screwed to the top of the link housing 11. Outside the link housing 11, the flywheel 12 is arranged on its front side 41, which is connected centrally to the output shaft 15 via a feather key 45.

An der Vorderseite 41 ist ein Zündzeitabtaster 13 angebracht, dessen freies Ende radial in Richtung des Mittelpunkts der Schwungscheibe 12 ausgerichtet ist. Korrespondierend dazu befindet sich auf der Schwungscheibe 12 ein Zündzeitgeber 14, der sich entlang einer Kreisbahn um den Mittelpunkt der Schwungscheibe 12, ebenfalls Mittelpunkt der konzentrischen Abtriebswelle 15, dreht.An ignition timing scanner 13 is attached to the front 41, the free end of which is aligned radially in the direction of the center of the flywheel 12. Correspondingly, there is an ignition timer 14 on the flywheel 12, which rotates along a circular path around the center of the flywheel 12, also the center of the concentric output shaft 15.

Der Zylinder 10 kann beispielsweise luftgekühlt oder wassergekühlt ausgeführt werden. Alle bekannten Motortechnologien und Varianten sind weitgehend auf diesen in der Erfindung beschriebenen Motor ebenfalls anwendbar. Bevorzugt weist der beanspruchte Motor 1, abweichend von bekannter Motorentechnik, keinen Auspuff auf. Stattdessen ist einen Wasseraustritt 35, zur Abgabe des überschüssigen Wassers in dem Zylinder 10 vorgesehen. Dies ist auch in Figur 7 ersichtlich.The cylinder 10 can, for example, be designed to be air-cooled or water-cooled. All known engine technologies and variants are also largely applicable to this engine described in the invention. The claimed engine 1 preferably has no exhaust, unlike known engine technology. Instead, a water outlet 35 is provided for discharging the excess water in the cylinder 10. This is also in Figure 7 visible.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch die Kulissenscheibe 16, die die Funktion einer Kurbelwelle übernimmt. In dem gezeigten Beispiel nach Figur 2 werden zwei Kulissenscheiben 16a und 16b verwendet, welche durch zwei parallele Kreisscheiben gebildet werden, die über eine Schraubverbindung 66 miteinander verbunden sind. Figure 2 shows a section through the link disk 16, which takes on the function of a crankshaft. In the example shown Figure 2 Two link disks 16a and 16b are used, which are formed by two parallel circular disks that are connected to one another via a screw connection 66.

In der vorliegenden Erfindung werden die einzelnen Funktionen der Einfachheit halber anhand von nur einer Kulissenscheibe 16 beschrieben, wobei die einzelnen Merkmale bei beiden Kulissenscheiben 16a, 16b vorhanden sind. Auch werden die Funktionen der beiden Steuernuten 18a und 18b sowie den Rollen 17a und 17b meistens der Einfachheit halber anhand von einer Steuernut 18 und einer Rolle 17 erläutert.In the present invention, for the sake of simplicity, the individual functions are described using only one link disk 16, with the individual features being present in both link disks 16a, 16b. For the sake of simplicity, the functions of the two control grooves 18a and 18b and the rollers 17a and 17b are usually explained using a control groove 18 and a roller 17.

Die Kulissenscheibe 16 ist mittels Passfeder 44 mit der Abtrieswelle 15 drehfest verbunden.The link disk 16 is connected to the output shaft 15 in a rotationally fixed manner by means of a key 44.

Die lineare Bewegung der Kolbenstange 21 wird mittels den beiden Rollen 17a und 17b auf die Steuernuten 18a und 18b der Kulissenscheibe 16 übertragen. Jede der Rollen 17a, b ist über eine mittige Achse 57a, 57b in einer Durchgangsbohrung 52 der Kolbenstange 21 gelagert. Die Ausrichtung der Achsen ist gegengleich, so dass die beiden Rollen 17a, b gegenüberliegend angeordnet sind.The linear movement of the piston rod 21 is transmitted to the control grooves 18a and 18b of the link disk 16 by means of the two rollers 17a and 17b. Each of the rollers 17a, b is mounted in a through hole 52 of the piston rod 21 via a central axis 57a, 57b. The alignment of the axes is opposite, so that the two rollers 17a, b are arranged opposite each other.

Jede Kulissenscheibe 16a, b verfügt über eine Steuernut 18a, b, welche gegenüberliegend in die jeweilige Kreisscheibe eingefräst ist. Sind die Kulissenscheiben 16a, b zusammengesetzt, wird eine gesamteinheitliche Steuernut gebildet.Each link disk 16a, b has a control groove 18a, b, which is milled into the respective circular disk opposite. If the link disks 16a, b are assembled, an overall uniform control groove is formed.

Durch die Bewegung der Rolle 17 in der Steuernut 18 kann die Bewegung der Kolbenstange 21 auf die Kulissenscheibe 16 übertragen werden, welche wiederum den Krafteintrag durch einen Kraftschluss mit der Abtrieswelle 15 auf diese überträgt. Relevant ist hierbei die Formgebung der Steuernut 18.By moving the roller 17 in the control groove 18, the movement of the piston rod 21 can be transmitted to the link disk 16, which in turn transmits the force input to the output shaft 15 through a frictional connection. The shape of the control groove 18 is relevant here.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Motors 1 mit den bereits in Figur 1 beschriebenen Komponenten, wobei die Nockenscheibensteuerung 3, 4, 5 besser zu erkennen ist. Aus Vereinfachungsgründen ist die Zündung des Motors 1, welche zwischen Zündzeitgeber 14 und Zündkerze 9 angeordnet ist, nicht dargestellt. Figure 3 shows a perspective view of the engine 1 with the ones already in Figure 1 components described, with the cam disk control 3, 4, 5 being easier to see. For reasons of simplification, the ignition of the engine 1, which is arranged between the ignition timer 14 and the spark plug 9, is not shown.

Figur 4 zeigt eine Rückansicht des Motors 1 und der Rückseite 51 des Kulissengehäuses 11. An der Rückseite 51 ist das Triebrad 19 mittels einer Passfeder 43 kraftschlüssig auf der Abtriebswelle 15 gelagert. Um das Triebrad 19 herum verläuft der Zahnriemen 20, der ebenfalls um die Riemenscheibe 5 im Bereich der Nockenscheibenlagerung 2 verläuft. Die Riemenscheibe 5 ist mittels einer Passfeder 55 kraftschlüssig auf der Nockenwelle 3 gelagert. Figure 4 shows a rear view of the motor 1 and the back 51 of the link housing 11. On the back 51, the drive wheel 19 is non-positively mounted on the output shaft 15 by means of a feather key 43. The toothed belt 20 runs around the drive wheel 19 and also runs around the pulley 5 in the area of the cam disk bearing 2. The pulley 5 is non-positively mounted on the camshaft 3 by means of a feather key 55.

Wesentlich für Funktion des Motors 1 ist die geometrischen Gestaltung der in die Kulissenscheibe 16 eingefrästen Steuernut 18. Abweichend von bekannten Technologien wie z.B. in der DE 31 18566 A1 beschrieben, welche in der geometrisch symmetrischen Auslegung mit zwei oder mehr Flügeln eher einem bestmöglichen Rundlauf der Abtriebsachse dienen, orientiert sich die Geometrie der Steuernut der vorliegenden Erfindung an den einzelnen Reaktionsphasen des Wassergases. Funktionsweise und Zeitverhältnisse werden in den Figuren 11 - 14 näher erläutert.The geometric design of the control groove 18 milled into the link disk 16 is essential for the function of the motor 1. Deviating from known technologies such as in the DE 31 18566 A1 described, which in the geometrically symmetrical design with two or more blades serve to ensure the best possible concentricity of the output axis, the geometry of the control groove of the present invention is based on the individual reaction phases of the water gas. Functionality and time relationships are explained in the Figures 11 - 14 explained in more detail.

In Figur 4 ist die Kulissenscheibe 16, mit ihrer Steuernut 18, sowie die Rolle 17 und andere Bauteile nur angedeutet und strichliert dargestellt. Dies soll das Zusammenwirken der einzelnen Bauteile verdeutlichen.In Figure 4 the link disk 16, with its control groove 18, as well as the roller 17 and other components are only indicated and shown in dashed lines. This is intended to illustrate the interaction of the individual components.

Gemäß Figur 5 ist ersichtlich, dass links, im vorderen Drittel auf der Nockenwelle 3 die Nockenscheibe 4 gelagert ist. Auch hier sorgt eine Passfeder 54 für eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Nockenscheibe 4 und Nockenwelle 3. Die Nockenscheibe 4 dient zur Betätigung des Einlassventils 25, worauf in den Figuren 11 - 14 näher eingegangen wird. Aufgrund der unrunden Formgebung der Nockenscheibe 4 ist eine unterschiedliche Betätigung des Einlassventils 25 möglich. Dazu wirkt ein Nocken der Nockenscheibe 4 über ein drehbar gelagertes Kontaktlager 26 auf die Stirnseite des Ventilschafts 6. Je nach Ausprägung des Nockens kann somit das Einlassventil 25 in Pfeilrichtung 53 bewegt werden, wobei die Feder 7 mit einer entsprechend starken Rückstellkraft dieser Bewegung entgegenwirken kann.According to Figure 5 It can be seen that the cam disk 4 is mounted on the camshaft 3 in the front third on the left. Here too, a feather key 54 ensures a non-positive connection between the cam disk 4 and the camshaft 3. The cam disk 4 is used to actuate the inlet valve 25, whereupon in the Figures 11 - 14 will be discussed in more detail. Due to the non-round shape of the cam disk 4, different actuation of the inlet valve 25 is possible. For this purpose, a cam of the cam disk 4 acts on the end face of the valve stem 6 via a rotatably mounted contact bearing 26. Depending on the shape of the cam, the inlet valve 25 can be moved in the direction of the arrow 53, whereby the spring 7 can counteract this movement with a correspondingly strong restoring force.

In dem Vertikalschnitt nach Figur 5 ist nahezu der gesamte Motor 1 dargestellt. Dieser setzt sich im Wesentlichen aus den bereits zuvor beschriebenen Komponenten zusammen. Der Kolben 22 ist aus einem Stück gefertigt und starr ausgeführt. Im Gegensatz zu bekannten und üblicherweise in Verbrennungsmotoren eingesetzten Kolben weist dieser Kolben 22 kein Auge auf, in dem das Pleuel bzw. die Kolbenstange drehend gelagert ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Explosionskraft starr senkrecht nach unten zur Kulissenscheibe 16 abgetrieben. Erst hier erfolgt eine Kraftumlenkung von der Kolbenstange 21 auf die Kulissenscheibe 16 mittels der gelagerten Doppelrollen 17 in eine Drehbewegung der Abtriebswelle 15.In the vertical section Figure 5 almost the entire engine 1 is shown. This essentially consists of the components already described above. The piston 22 is made in one piece and is rigid. In contrast to known pistons commonly used in internal combustion engines, this piston 22 does not have an eye in which the connecting rod or piston rod is rotatably mounted. In the present invention, the explosion force is driven rigidly vertically downwards to the link disk 16. Only here is the force redirected from the piston rod 21 to the link disk 16 by means of the mounted double rollers 17 into a rotary movement of the output shaft 15.

Abweichend von bekannten Motoren weist das Einlassventil 25 nicht die übliche Ausführung aus Schaft und Teller aus. Stattdessen wird es ausgeführt mit einer Dichtfläche, bestehend aus einem Kugelsegment gefolgt von einem Verdrängungskörper, der als Kegel, Kugelsegment, Kegelverzahnung oder anderen nahezu formschlüssigen Geometrien (hier gezeigt als Flanke 65) ausgebildet sein kann die in einem hierzu formtechnisch korrespondierenden Kanal 67 geführt ist. Diese Ausführung dient dazu, beim Schließen des Ventils das Restgas in den als Zuführungskanal ausgebildeten Kanal 67 zurück zu drängen und somit ein geringstmögliches Gasvolumen oberhalb des Einlassventils 25 zu belassen.In contrast to known engines, the inlet valve 25 does not have the usual design consisting of a shaft and plate. Instead, it is designed with a sealing surface consisting of a spherical segment followed by a displacement body, which can be designed as a cone, spherical segment, bevel gearing or other almost positive geometries (shown here as flank 65) which is guided in a channel 67 that corresponds to this in terms of shape. This design serves to push the residual gas back into the channel 67 designed as a supply channel when the valve is closed and thus to leave the smallest possible gas volume above the inlet valve 25.

Da Wassergas deutlich flüchtiger ist als Luft, soll damit vorgebeugt werden, dass im Falle einer Durchzündung durch die Dichtfläche (gebildet zwischen Flanke 65 und Kanal 67), das Explosionsvolumen innerhalb des Brennraumes 30 dem Restgasvolumen außerhalb des Brennraums 30 volumenmäßig deutlich überlegen ist und somit die Explosion das Einlassventil 25 fester schließt und die Gefahr einer weiteren Öffnung abgewendet wird.Since water gas is significantly more volatile than air, this is intended to prevent the explosion volume within the combustion chamber 30 from being significantly superior in volume to the residual gas volume outside the combustion chamber 30 in the event of ignition through the sealing surface (formed between the flank 65 and channel 67) and thus the Explosion the inlet valve 25 closes more tightly and the risk of further opening is averted.

Da der Verbrennungsprozess von Wasser im Gegensatz zu Kohlenwasserstoffen keinen Ruß verursacht, ist diese Gefahr äußerst gering, wird aber mit dieser Funktion des Einlassventils 25 weiter reduziert. Dabei ist darauf zu achten, dass keine konkurrierende Dichtflächen entstehen und die Hauptdichtfläche zwischen Ventil und Ventilsitz in geschlossenem Zustand gasdicht ist.Since the combustion process of water, unlike hydrocarbons, does not produce soot, this risk is extremely low, but is further reduced with this function of the inlet valve 25. It is important to ensure that: no competing sealing surfaces are created and the main sealing surface between the valve and the valve seat is gas-tight when closed.

Durch die Öffnung des Einlassventils 25 kann über den Gaseinlass 24 Brenngas in die Brennkammer 30 strömen.Through the opening of the inlet valve 25, fuel gas can flow into the combustion chamber 30 via the gas inlet 24.

Figur 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Rückseite des Motors 1 mit dem Antrieb der Nockenscheibe 4. Dieser wird gebildet durch den Zahnriemen 20, der sowohl über das Triebrad 19 als auch über die Riemenscheibe 5 geführt ist. Die Riemenscheibe 5 überträgt die Drehbewegung mittels Welle 3 auf die Nockenscheibe 4 und die Bewegung der Kulissenscheibe 16 wird mittels Abtriebswelle 15 auf das Triebrad 5 übertragen. Figur 6 zeigt jedoch nur eine exemplarische Ausführung, funktionstechnisch kann der Motor auch mit einer obenliegenden oder untenliegenden Nockensteuerung betrieben werden. Figure 6 shows a perspective view of the back of the engine 1 with the drive of the cam disk 4. This is formed by the toothed belt 20, which is guided over both the drive wheel 19 and the belt pulley 5. The pulley 5 transmits the rotational movement to the cam disk 4 by means of a shaft 3 and the movement of the link disk 16 is transmitted to the drive wheel 5 by means of an output shaft 15. Figure 6 However, only shows an exemplary version; functionally, the engine can also be operated with an overhead or bottom cam control.

Figur 7 zeigt den Kolben 22, der vertikal beweglich in dem Zylinder 10 gelagert ist und sich nur in Längsrichtung, beispielsweise in Pfeilrichtung 53, bewegen kann. Der Kolben 22 umfasst eine Ringpartie 37 und die daran anschließende, längliche Kolbenstange 21. Die Kolbenstange 21 und Ringpartie 37 bilden hierbei eine starre, kraftschlüssig verbundene Einheit. Die Kolbenstange 21 ist gegenüber der Ringpartie 37 im Durchmesser verringert und erstreckt sich aus der Laufbuche 23 heraus bis in das Kulissengehäuse 11 hinein, wo das Stangenende 61 mittels Achse 57 die Rolle 17 innerhalb der Steuernut 18 führt. Figure 7 shows the piston 22, which is mounted vertically movably in the cylinder 10 and can only move in the longitudinal direction, for example in the direction of arrow 53. The piston 22 comprises a ring section 37 and the adjoining, elongated piston rod 21. The piston rod 21 and ring section 37 form a rigid, non-positively connected unit. The piston rod 21 is reduced in diameter compared to the ring section 37 and extends out of the bushing 23 into the link housing 11, where the rod end 61 guides the roller 17 within the control groove 18 by means of an axis 57.

Die Ringpartie 37 hat mindestens zwei, vorzugsweise mehrere umlaufende Nuten zur Aufnahme von Kolbenringen, welche sich aus mindestens einem Kompressionsring 27 und einen darunter angeordneten Abstreifring 28 zusammensetzen.The ring section 37 has at least two, preferably several, circumferential grooves for receiving piston rings, which are composed of at least one compression ring 27 and a scraper ring 28 arranged underneath.

Der Kolbenboden 62 weist eine Vertiefung 31 auf, die im gezeigten Beispiel konvex ausgeführt ist. In anderen Ausführungsformen kann die Vertiefung auch kegelförmig sein oder eine andere Formgebung aufweisen, die der Wasserführung in Richtung der Bohrung 32 dient.The piston crown 62 has a recess 31, which is convex in the example shown. In other embodiments, the recess can also be conical or have another shape that serves to guide water in the direction of the bore 32.

Im Zentrum dieser Vertiefung 31 befindet sich die vertikale Bohrung 32 geringen Durchmessers, der abhängig ist vom Brennraumvolumen des Motors 1. Diese Bohrung 32 mündet in mindestens einer, bei großvolumigen Motoren auch mehreren, horizontalen Bohrungen 33, die wiederum in einen Wasseraustritt 34 münden, aus dem das sich auf dem Kolbenboden 62 gesammelte Wasser, welches durch die Bohrungen 32, 33 fließt, aus dem Kolben bzw. der Ringpartie 37 austreten kann.In the center of this recess 31 is the vertical bore 32 of small diameter, which depends on the combustion chamber volume of the engine 1. This bore 32 opens into at least one, or in the case of large-volume engines several, horizontal bores 33, which in turn open into a water outlet 34 which the water collected on the piston crown 62, which flows through the bores 32, 33, can escape from the piston or the ring section 37.

In Figur 7 befindet sich der Wasseraustritt 34 in der Kolbenwand im Steg zwischen zwei Kolbenringen 27, 28.In Figure 7 The water outlet 34 is located in the piston wall in the web between two piston rings 27, 28.

Unterstützt vom Explosionsdruck steht die Wassersäule in der vertikalen Bohrung 32 und in der /die horizontale Bohrung(en) 33 zwischen zwei Kolbenringen (Kompressionsring 27 und Abstreifring 28), der Ringpartie 37 und der Innenwand der Laufbuchse 23 und sorgt dort in der Abwärtsbewegung für Schmierung. Somit kann das auf dem Kolbenboden 62 aufgenommenen Wasser für die Schmierung zwischen Kolben 22 und Laufbuchse 23 genutzt werden, indem dieses über den Wasseraustritt 34 in Richtung Laufbuchsen-Innenfläche 69 abgegeben wird.Supported by the explosion pressure, the water column stands in the vertical bore 32 and in the horizontal bore(s) 33 between two piston rings (compression ring 27 and wiper ring 28), the ring section 37 and the inner wall of the liner 23 and provides lubrication there in the downward movement . Thus, the water absorbed on the piston crown 62 can be used for lubrication between the piston 22 and the liner 23 by releasing it via the water outlet 34 towards the inner surface of the liner 69.

In Abweichung von bekannten Brennräumen weist der Zylinder 10 und die Laufbuchse 23, in der der Zylinder 10 geführt ist, kein Auslassventil auf, sondern einen möglichst weit unten liegenden Wasseraustritt 35, welcher von einer Bohrung in der Laufbuchse 23 gebildet ist. Diese Bohrung verläuft von der Laufbuchsen-Innenwand bis zur Außenseite des Zylinders 10.In contrast to known combustion chambers, the cylinder 10 and the liner 23, in which the cylinder 10 is guided, do not have an outlet valve, but rather a water outlet 35 located as far down as possible, which is formed by a bore in the liner 23. This hole runs from the inner wall of the liner to the outside of the cylinder 10.

In der Laufbuchse 23 verläuft eine vertikale Nut 40 in der Laufbuchsen-Innenfläche 69, welche unterhalb des Wasseraustritts 35 beginnt und entgegen der Pfeilrichtung 53 aufwärts verläuft, bis auf die Höhe, welche der Wasseraustritt 34 des Kolbens 22 bei Erreichen des unteren Tiefpunkts einnimmt. Dies ist in der Detailansicht XII der Figur 7 deutlicher zu erkennen sowie in den Figur 11 bis 14 und in der Detailansicht VIII der Figur 8. Somit kann überschüssiges Wasser, welches beispielsweise nicht für eine Schmierung genutzt werden kann, aus dem Ausgang 34 in die Nut 40 laufen. Von dort läuft das Wasser an der Laufbuchsen-Innenfläche 69 entlang in Pfeilrichtung 53 und kann über den Wasseraustritt 35 aus dem Zylinder 10 herausfließen.In the liner 23, a vertical groove 40 runs in the liner inner surface 69, which begins below the water outlet 35 and runs upwards in the opposite direction to the arrow 53, up to the height that the water outlet 34 of the piston 22 occupies when the lower low point is reached. This is in detail view XII of the Figure 7 more clearly visible as well as in the Figures 11 to 14 and in the detailed view VIII of the Figure 8 . This means that excess water, which cannot be used for lubrication, for example, can run from the outlet 34 into the groove 40. From there, the water runs along the inner surface of the liner 69 in the direction of arrow 53 and can flow out of the cylinder 10 via the water outlet 35.

Das untere Ende der Kolbenstange 21 hat eine Durchgangsbohrung 52, um die Achse 57 der Rolle 17 aufzunehmen.The lower end of the piston rod 21 has a through hole 52 to accommodate the axis 57 of the roller 17.

Figur 8 zeigt nochmals eine Detailansicht des Kolbens 22. Die Kolbenstange 21 geht werkstoffeinstückig in die Ringpartie 27 über, in deren Umfangsfläche ringförmig verlaufende Nuten 73 eingebracht sind. In diesen Nuten sind, angedeutet durch die Bezugszeichen und nicht bildlich dargestellt, zwei Kompressionsringe 27 und ein Abstreifring 28 gelagert. Figure 8 shows again a detailed view of the piston 22. The piston rod 21 merges into the ring part 27 in one piece, in the peripheral surface of which annular grooves 73 are made. Two compression rings 27 and a scraper ring 28 are mounted in these grooves, indicated by the reference numerals and not shown pictorially.

Die Ringpartie 37 geht am Ende des Kolbens 22 in den Kolbenboden 62 über, der eine konkave Vertiefung 31 aufweist. Am Grund dieser Vertiefung 31 befindet sich die Bohrung 32, die in Längsrichtung des Kolbens 22 ausgerichtete ist.At the end of the piston 22, the ring section 37 merges into the piston crown 62, which has a concave recess 31. At the bottom of this recess 31 is the bore 32, which is aligned in the longitudinal direction of the piston 22.

In der Detailansicht VIII ist nochmals, wie auch in der Detailansicht VII die Nut 40 in der Laufbuchsen-Innenfläche 69 der Laufbuchsen-Außenwand 68 dargestellt. Durch die Nut 40 wird es dem Wasser ermöglicht, um einen Kolbenring, hier der Abstreifring 28, herum in Pfeilrichtung 53 zu fließen, bis es über den Wasseraustritt 35 aus dem Zylinder 10 fließen kann.In detailed view VIII, as in detailed view VII, the groove 40 in the liner inner surface 69 of the liner outer wall 68 is shown again. The groove 40 enables the water to flow around a piston ring, here the wiper ring 28, in the direction of the arrow 53 until it can flow out of the cylinder 10 via the water outlet 35.

Figur 9 zeigt den Zylinder 10 mit einem zusätzlichen Zugang 36, der für eine optionale Wassereinspritzung genutzt werden kann. Diese kann im Falle des Betriebes des Motors 1 mit zusätzlicher Wassereinspritzung per Einspritzdüse 38 zur Anwendung kommen, da die Einspritzpumpen selbstschließend sind. Figure 9 shows the cylinder 10 with an additional access 36, which can be used for optional water injection. This can be used in the case of operation of the engine 1 with additional water injection via injection nozzle 38, since the injection pumps are self-closing.

Im Falle einer Wassereinnebelung muss die Zuführung über das Einlassventil 25 erfolgen, um beim Zündvorgang das Gas-Wassernebel-Gemisch vom Brennraum 30 abzukoppeln und eine Kompression sowie Krafteinwirkung auf den Kolbenboden 62 zu ermöglichen. Um bei der Thermolysereaktion im Zylinder 10 aus der Mischung des residenten Wasserdampfes (+ Ladung) eine optimale, schnelle und vollständige Reaktion zu erreichen, sollte das kalt eingesprühte Wasser möglichst viel negative Ladung eintragen. Daher ist zu empfehlen, das Wasser vor dem Einnebelungsvorgang in einer Wirbelkammer 39 (Figur 10) per Kavitation durch die Erzeugung möglichst vieler Grenzschichten in einen möglichst negativ geladenen Zustand zu versetzen.In the case of water misting, the supply must take place via the inlet valve 25 in order to decouple the gas-water mist mixture from the combustion chamber 30 during the ignition process and to enable compression and force to be applied to the piston crown 62. In order to achieve an optimal, rapid and complete reaction in the thermolysis reaction in the cylinder 10 from the mixture of resident water vapor (+ charge), the cold sprayed water should introduce as much negative charge as possible. It is therefore recommended to place the water in a vortex chamber 39 ( Figure 10 ) by cavitation by creating as many boundary layers as possible into a state that is as negatively charged as possible.

In Figur 11 befindet sich der Motor 1 in Zündposition, der Brennraum 30 und die Vorkammer 8 sind mit Brenngas gefüllt. Das Brenngas ist vom Flüssigzustand des Wassers um den Faktor 1860. Der Nocken 56 der Steuernut 18 befindet sich um wenige Grad (idealerweise 3°-7°) vorauseilend in Drehrichtung 59 des Motors 1. In dieser Position erfolgt die Zündung mittels Zündkerze 9. Bei Betrieb mit zusätzlicher Wassereinspritzung per Einspritzdüse 38 wird in diesem Augenblick zusätzlich Wasser-Feinnebel eingespritzt.In Figure 11 the engine 1 is in the ignition position, the combustion chamber 30 and the antechamber 8 are filled with fuel gas. The fuel gas is in the liquid state of the water by a factor of 1860. The cam 56 of the control groove 18 is located a few degrees (ideally 3°-7°) ahead in the direction of rotation 59 of the engine 1. In this position, ignition takes place using the spark plug 9. At Operation with additional water injection via injection nozzle 38, additional fine water mist is injected at this moment.

Figur 12: Durch die in Figur 11 ausgelöste Explosion wird der Kolben 22 nach unten getrieben und überträgt die Kraft mittels Rolle 17 auf die Flanke 58 der Steuernut 18, welche die Bewegung in eine Rotationsbewegung, in Drehrichtung 59, auf die Abtriebswelle 15 überträgt. Somit wird die in Pfeilrichtung 53 wirkende Hubbewegung in eine Drehbewegung in Drehrichtung 59 umgewandelt. Figure 12 : Through the in Figure 11 Triggered explosion, the piston 22 is driven downwards and transfers the force by means of a roller 17 to the flank 58 of the control groove 18, which transfers the movement into a rotational movement, in the direction of rotation 59, to the output shaft 15. Thus, the lifting movement acting in the direction of arrow 53 is converted into a rotary movement in the direction of rotation 59.

Die Explosion dauert bei Wassergas ca.16 Nanosekunden und dehnt das Gas ca. um den Faktor 1:7 aus, bei Wassereinspritzung entsprechend höher, bei einer kaskadierten Explosion durch zusätzliche Wassereinspritzung maximal doppelt so lange und ist bei Erreichen des Rundlaufs 60 der Steuernut 18 erschöpft.The explosion lasts about 16 nanoseconds for water gas and expands the gas by a factor of about 1:7, correspondingly higher for water injection, a maximum of twice as long for a cascaded explosion due to additional water injection and is exhausted when the concentricity 60 of the control groove 18 is reached .

Der Vorgang der Explosion ist exotherm. Die Schwungmasse und gegebenenfalls weitere Zylinder in einer abweichenden Taktung treiben die Kulissenscheibe 16 in Drehrichtung 59 weiter, während der Kolben 22 in der UT-Position verharrt.The explosion process is exothermic. The flywheel and possibly other cylinders in a different timing drive the link disk 16 further in the direction of rotation 59, while the piston 22 remains in the UT position.

Figur 13: Die Drehung der Kulissenscheibe 16 setzt sich in Drehrichtung 59, unter Beibehaltung der Position UT des Kolbens 22 fort. Dies wird dadurch erreicht, dass der Nocken 56 nun nicht mehr in Kontakt mit der Rolle 17 (dargestellt durch die Achse 57) ist. Die Rolle befindet sich in dem Bereich der Steuernut 18, der eine runde Formgebung hat und als Rundlauf 60 bezeichnet wird. Somit wirken keine Zwangskräfte auf die Kolbenstange 21 ausgehend von der Kulissenscheibe 16 und die Kolbenstange bleibt mit ihrer Rolle in dieser UT-Position. In dieser Phase wechseln die Druckverhältnisse im Zylinder von Explosion / Überdruck zu Implosion / Unterdruck wobei die Rolle 17 von der inneren Flanke der Steuernut mit Druckkontakt in die äußere Flanke der Steuernut auf Zugkontakt wechselt. Figure 13 : The rotation of the link disk 16 continues in the direction of rotation 59, while maintaining the position UT of the piston 22. This is achieved by the fact that the cam 56 is now no longer in contact with the roller 17 (represented by the axis 57). The role is located in the area of the control groove 18, which has a round shape and is referred to as concentricity 60. This means that no constraining forces act on the piston rod 21 starting from the link disk 16 and the piston rod remains with its role in this UT position. In this phase, the pressure conditions in the cylinder change from explosion / overpressure to implosion / negative pressure, with the roller 17 changing from the inner flank of the control groove with pressure contact to the outer flank of the control groove with tensile contact.

In der in Figur 13 dargestellten Phase kollabiert das explodierte Brenngas zu Wasser, d.h. es fällt vom Gas-Zustand plus der Explosionsexpansion auf das flüssige Ursprungsvolumen zusammen. Dieser Vorgang dauert ca. 64 Millisekunden und erzeugt ein starkes Vakuum. Der Vorgang der Implosion ist endotherm und begünstigt die Kondensation des Reaktionswassers.In the in Figure 13 In the phase shown, the exploded fuel gas collapses into water, ie it collapses from the gas state plus the explosion expansion to the original liquid volume. This process takes approximately 64 milliseconds and creates a strong vacuum. The implosion process is endothermic and promotes the condensation of the reaction water.

Das kollabierte Wasser sammelt sich der Schwerkraft folgend in der Vertiefung 31 des Kolbenbodens 62. Restwasser, das bei der Explosion evaporierte und bei der Implosion nicht kondensiert ist, verbleibt als Wasserdampf und vermischt sich mit dem frischen Gas.The collapsed water collects, following gravity, in the recess 31 of the piston crown 62. Residual water that evaporated during the explosion and did not condense during the implosion remains as water vapor and mixes with the fresh gas.

Figur 14: Am Ende der Implosionsphase, wenn sich das zusammenfallende Gasvolumen gegen Null bewegt und der Kolben 22 im Zylinder den oberen Totpunkt (OT) erreicht überschneiden sich die Querbohrungen (horizontale Bohrung 33) des Kolbens 22 mit der Entlastungsbohrung / den Entlastungsbohrungen (Wassernut 40 und Wasseraustritt 35) in der Laufbuchse 23 des Zylinders 22, wodurch das entstandene Reaktionswasser aus dem Brennraum 30 ausgeleitet werden kann und Außenluft aus dem Zylinderraum unterhalb des Kolbens eintreten kann und das Vakuum im Brennraum kollabiert. Somit ist der Brennraum / Vorkammer druckfrei gestellt und enthält eine geringfügige Menge Füllgas, welches nicht aktiv am Brennprozess / Explosionsprozess beteiligt ist aber eine geringfügige Dämpfung der sehr spontanen Gasreaktion begünstigt. Figure 14 : At the end of the implosion phase, when the collapsing gas volume moves towards zero and the piston 22 in the cylinder reaches top dead center (TDC), the transverse bores (horizontal bore 33) of the piston 22 overlap with the relief bore/holes (water groove 40 and water outlet 35) in the liner 23 of the cylinder 22, whereby the resulting reaction water can be discharged from the combustion chamber 30 and outside air can enter from the cylinder chamber below the piston and the vacuum in the combustion chamber collapses. The combustion chamber / antechamber is therefore depressurized and contains a small amount of filling gas, which is not actively involved in the combustion / explosion process but promotes a slight dampening of the very spontaneous gas reaction.

Nach Verlassen des Ausgangs breitet sich das Wasser dann zwischen den Kolbenringen 27, 28 aus und bildet einen Wasserschmierfilm an der Laufbuchsen-Innenwand.After leaving the exit, the water then spreads between the piston rings 27, 28 and forms a water lubricating film on the inner wall of the liner.

Am Ende der Ausleitungsphase senkt die Steuerkurve den Kolben auf eine geringfügig unter dem OT liegende Position ab.At the end of the exhaust phase, the control cam lowers the piston to a position slightly below TDC.

In der Figur 13 wird das Einlassventil wird durch den Nocken 64 betätigt, der eine von der Kreisfläche 63 abweichende Formgebung aufweist, d.h. radial aus dieser herausragt. Über den Nocken 64 kann über das Kontaktlager 26 auf den Ventilschaft 6 gedrückt werden, damit sich das Einlassventil 25 in Pfeilrichtung 25 bewegt und der Kanal 67 geöffnet wird. Somit kann über den Gaseinlass 24, wie er in Figur 5 zu sehen ist, Brenngas in die Brennkammer 30 strömen. Dieser Vorgang erfolgt während der Kolben von der Steuerkurve in Position gehalten wird bei geringem Gasdruck und ohne Kompression seitens des Kolbens. Nach Abschluss des Befüllungsprozesses schließt das Einlassventil hermetisch und nach kurzer Zeitverzögerung erfolgt die nächste Zündung (Figur 11).In the Figure 13 The inlet valve is actuated by the cam 64, which has a shape that deviates from the circular surface 63, ie protrudes radially from it. The cam 64 can be used to press the valve stem 6 via the contact bearing 26 so that the inlet valve 25 moves in the direction of arrow 25 and the channel 67 is opened. Thus, via the gas inlet 24, as shown in Figure 5 can be seen, fuel gas flows into the combustion chamber 30. This The process takes place while the piston is held in position by the control cam at low gas pressure and without compression on the part of the piston. Once the filling process has been completed, the inlet valve closes hermetically and the next ignition occurs after a short time delay ( Figure 11 ).

Zusammengefasst handelt es sich um ein Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors 1 wobei:

  • in einer ersten Phase die Zündkerze 9 das Brenngas zündet und durch die Explosion der Kolben 22 nach unten getrieben wird und die Kraft auf die innere Flanke 58 der Steuernut 18, 18a, 18b der Kulissenscheibe 16, 16a, 16b übertragen wird, welche die Bewegung in eine Rotationsbewegung auf die Abtriebswelle 15 überträgt;
  • in einer zweiten Phase nach der Explosion eine Implosion beginnt, während der Kolben 22 kurzzeitig zur Kraftumkehr in einer UT-Position verharrt und die Kulissenscheibe 16, 16a, 16b sich weiterdreht, anschließend bewirkt die Implosion einen Zugkrafteintrag auf die Steuerkurve, was die kraftgetrieben Rotation der Steuerscheibe weiter antreibt.
  • in einer dritten Phase der obere Totpunkt des Kolbens erreicht wird und nach Zwangsentleerung des Reaktionswassers und Druckausgleich der Kolben geringfügig abgesenkt wird, um den erforderlichen Raum für die Befüllung des Brennraumes zu schaffen.
  • in einer vierten Phase sich die Drehung der Kulissenscheibe 16 unter Beibehaltung der OT -Position des Kolbens 22 fortsetzt und das Einlassventils 25 geöffnet wird, wodurch Brenngas in den Brennraum 30 einströmt;
  • am Ende der vierten Phase das Einlassventil 25 geschlossen wird und sich der Kolben (22) aufgrund der Führung der Rollen 17, 17a, 17b entlang der Steuernut 18, 18a, 18b der Kulissenscheibe 16, 16a, 16b auf den nächsten Wendepunkt der Steuerkurve zubewegt.
  • in der 5. Phase das Brenngas mittels einer Zündkerze gezündet wird und erneut die Phase 1 eingeleitet wird.
In summary, it is a method for operating a gas engine 1 where:
  • In a first phase, the spark plug 9 ignites the fuel gas and the piston 22 is driven downward by the explosion and the force is transmitted to the inner flank 58 of the control groove 18, 18a, 18b of the link disk 16, 16a, 16b, which causes the movement in transmits a rotational movement to the output shaft 15;
  • In a second phase after the explosion, an implosion begins, while the piston 22 briefly remains in a UT position to reverse the force and the link disk 16, 16a, 16b continues to rotate, then the implosion causes a tensile force to be applied to the control cam, which causes the power-driven rotation of the Control disc continues to drive.
  • In a third phase, the top dead center of the piston is reached and, after forced emptying of the reaction water and pressure equalization, the piston is lowered slightly in order to create the space required to fill the combustion chamber.
  • in a fourth phase, the rotation of the link disk 16 continues while maintaining the TDC position of the piston 22 and the inlet valve 25 is opened, whereby fuel gas flows into the combustion chamber 30;
  • At the end of the fourth phase, the inlet valve 25 is closed and the piston (22) moves towards the next turning point of the control cam due to the guidance of the rollers 17, 17a, 17b along the control groove 18, 18a, 18b of the link disk 16, 16a, 16b.
  • In the 5th phase the fuel gas is ignited using a spark plug and phase 1 is initiated again.

Figur 15a-d: Figur 15a zeigt eine Schnittdarstellung des Kolbens 22 mit der Kolbenstange 21 und der Ringpartie 37. Die Ringpartie 37 weist zwei Kompressionsringe 27 und einen Abstreifring 28 auf, welche in Figur 15 nur durch die Nuten angedeutet sind. Der tiefste Punkt der Vertiefung 31 mündet in der Bohrung 32. Figur 15b zeigt eine gegenüber Figur 15a um die Längsachse gedreht Ansicht, aus der sich ergibt, dass die Bohrung 32 innerhalb des Kolbens in die senkrecht davon verlaufende Bohrung 33 übergeht. Figur 15a zeigt den Schnitt der Blickrichtung D-D aus Figur 15b. Hieraus ergibt sich eine sich in Richtung der Mittelachse des Kolbens verjüngende Bohrung 33. Figur 15c zeigt den Schnitt der Blickrichtung C-C aus Figur 15b, mit einer Darstellung der Bohrung 32, ausgehend von der Vertiefung 31. Figure 15a-d: Figure 15a shows a sectional view of the piston 22 with the piston rod 21 and the ring section 37. The ring section 37 has two compression rings 27 and a wiper ring 28, which in Figure 15 are only indicated by the grooves. The deepest point of depression 31 opens into the Hole 32. Figure 15b shows one opposite Figure 15a View rotated about the longitudinal axis, which shows that the bore 32 inside the piston merges into the bore 33 running perpendicular to it. Figure 15a shows the section from the viewing direction DD Figure 15b . This results in a bore 33 that tapers in the direction of the central axis of the piston. Figure 15c shows the section from the viewing direction CC Figure 15b , with a representation of the bore 32, starting from the recess 31.

Alternativ zu diesem Beispiel nach Figur 15 können sich anstatt einer einfachen Bohrung 33 auch bis zu vier Bohrungen, ausgehend von der Bohrung 32, sich senkrecht von Bohrung 32 erstrecken.Alternatively to this example Figure 15 Instead of a simple hole 33, up to four holes can extend vertically from hole 32, starting from hole 32.

Die Figuren 16-20 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei gegenüber dem vereinfachten Aufbau gemäß den Figuren 11-14 eine Kulissenscheibe 16 mit einer komplexeren Steuernut 18 verwendet wird. Zur besseren Darstellung ist die Steuernut 18 in verschiedene Segmente unterteilt, die nacheinander von der Rolle 17, vereinfacht dargestellt durch die Achse 57, durchlaufen werden.The Figures 16-20 show a second embodiment of the invention, compared to the simplified structure according to Figures 11-14 a link disk 16 with a more complex control groove 18 is used. For better illustration, the control groove 18 is divided into different segments, which are passed through one after the other by the roller 17, shown in simplified form by the axis 57.

Die Segmente werden nacheinander und gegen den Uhrzeigersinn mit Zündung 70, Arbeitstakt Expansion 74, Entlastungstakt 73, Arbeitstakt Dampf 72 und Einlassphase 71 bezeichnet und stellen den jeweiligen Funktionszustand bzw. Phasen des Motors in Korrelation mit dem Eingriff der Rolle 17 in der Steuernut 18 dar.The segments are designated one after the other and counterclockwise with ignition 70, expansion work cycle 74, relief cycle 73, steam work cycle 72 and intake phase 71 and represent the respective functional state or phases of the engine in correlation with the engagement of the roller 17 in the control groove 18.

Der Arbeitstakt Dampf 72 geht fließend in die Einlassphase 71 über, was durch die fehlende Unterteilung dieser beiden Segmente dargestellt ist.The steam working cycle 72 flows smoothly into the inlet phase 71, which is represented by the lack of subdivision of these two segments.

Gemäß Figur 20 öffnet sich das Einlassventil 25 in der Einlassphase 71. Dazu übt der Nocken 64 einen Druck auf die Oberseite des Ventils aus und drückt diese hinunter, damit das Brenngas in den Brennraum 30 strömen kann.According to Figure 20 The inlet valve 25 opens in the inlet phase 71. To do this, the cam 64 exerts pressure on the top of the valve and pushes it down so that the fuel gas can flow into the combustion chamber 30.

Der Brennraum 30 nimmt dabei sein kleinstes Volumen, bedingt durch die Kolbenstellung im Bereich des OT, ein. Erst kurz nach der Zündung vergrößert sich das Volumen des Brennraums wieder.The combustion chamber 30 occupies its smallest volume, due to the piston position in the area of TDC. Only shortly after ignition does the volume of the combustion chamber increase again.

Figur 16 stellte die erste Phase dieser Ausführungsform dar, wobei die nicht gezeigte Zündkerze 9 das Brenngas zündet. Figure 16 represented the first phase of this embodiment, with the spark plug 9, not shown, igniting the fuel gas.

Wie in Figur 17 dargestellt wird durch die Explosion der Kolben 22 nach unten getrieben und die Kraft auf die innere Flanke 58 einer Steuernut 18 der Kulissenscheibe 16 übertragen, welche die Bewegung in eine Rotationsbewegung auf die Abtriebswelle 15 überträgt. Dabei bewegt sich die Rolle 17, vereinfacht dargestellt durch die Achse 57, in dem Segment Arbeitstakt Expansion 74.As in Figure 17 shown is driven downward by the explosion of the piston 22 and the force is transferred to the inner flank 58 of a control groove 18 of the link disk 16, which transfers the movement into a rotational movement to the output shaft 15. The roller 17, shown in simplified form by the axis 57, moves in the work cycle expansion segment 74.

In einer zweiten Phase beginnt nach der Explosion eine Implosion, während der Kolben 22 gemäß Figur 18 in einer UT-Position verharrt und die Kulissenscheibe 16 sich weiterdreht. Dabei befindet sich die Rolle 17, vereinfacht dargestellt durch die Achse 57, in dem Segment Entlastungstakt 73.In a second phase, an implosion begins after the explosion, while the piston 22 according to Figure 18 remains in a UT position and the link disk 16 continues to rotate. The roller 17, shown in simplified form by the axis 57, is located in the relief cycle segment 73.

Kurz darauf erfolgt ein Lastwechsel von Explosion zu Implosion und somit eine Umkehr der Schubkraft zu einer Zugkraft, die die Drehbewegung der Steuerkurve in Pfeilrichtung 75 vorantreibt. Dies ist in Figur 19 dargestellt. Dabei bewegt sich die Rolle 17, vereinfacht dargestellt durch die Achse 57, in dem Segment Arbeitstakt Dampf 72 und der Kolben 22 wird in Richtung seines OT bewegt.Shortly afterwards there is a load change from explosion to implosion and thus a reversal of the thrust force to a tensile force, which drives the rotational movement of the control cam in the direction of arrow 75. This is in Figure 19 shown. The roller 17, shown in simplified form by the axis 57, moves in the segment work cycle steam 72 and the piston 22 is moved in the direction of its TDC.

Figur 20 zeigt den Übergang in die dritte Phase, bei der der obere Totpunkt (OT) des Kolbens erreicht wird und eine Ausleitung des Reaktionswassers in Kombination mit einer Neutralisierung der Druckverhältnisse im Brennraum erfolgt. Dabei bewegt sich die Rolle 17, vereinfacht dargestellt durch die Achse 57, in dem Segment Einlassphase 71. Figure 20 shows the transition to the third phase, in which the top dead center (TDC) of the piston is reached and the water of reaction is removed in combination with a neutralization of the pressure conditions in the combustion chamber. The roller 17, shown in simplified form by the axis 57, moves in the inlet phase segment 71.

Bei dieser OT-Position des Kolbens dreht sich in der vierten Phase die Kulissenscheibe 16 unter Beibehaltung der OT- Position des Kolbens 22 weiter und das Einlassventil 25 wird geöffnet, wodurch Brenngas in den Brennraum 30 einströmt.With this TDC position of the piston, in the fourth phase, the link disk 16 continues to rotate while maintaining the TDC position of the piston 22 and the inlet valve 25 is opened, whereby fuel gas flows into the combustion chamber 30.

In einer fünften Phase wird das Einlassventil 25 geschlossen und die Zündung erfolgt, was in Figur 16 dargestellt ist. Dadurch bewegt sich der Kolben 22 aufgrund der Führung der Rolle 17 entlang der Steuernut 18 der Kulissenscheibe 16 abwärts, das Brenngas explodiert und es findet somit ein Übergang in die erste Phase statt.In a fifth phase, the inlet valve 25 is closed and ignition takes place, which in Figure 16 is shown. As a result, the piston 22 moves along the control groove 18 of the link disk due to the guidance of the roller 17 16 downwards, the fuel gas explodes and a transition to the first phase takes place.

Diese besondere Formgebung der Steuernut, wie sie in den Figuren 16 und 20 dargestellt ist, wirkt besonders vorteilhaft Fehlzündungen entgegen und verhindert, dass sich der Motor rückwärts dreht.This special shape of the tax groove, as in the Figures 16 and 20 is shown, counteracts misfires particularly advantageously and prevents the engine from rotating backwards.

Figur 21 zeigt eine weitere Ausführungsform des Motors wie er in Figur 5 gezeigt ist. Das Hauptunterscheidungsmerkmal dieser Ausführungsform nach Figur 21 gegenüber Figur 5 liegt in der Verwendung von zwei Ventilen, wobei neben dem in der Funktion bereits beschriebenen Einlassventil 25 ein weiteres Ventil 76 vorgeschaltet ist. Dieses zweite Ventil 76 ist aus Sicherheitsgründen zum Einlassventil 25 versetzt angeordnet, wobei zwischen den beiden Ventilen der Gaskanal 77 verläuft, der je nach synchroner Ventilstellung der Ventile 25, 76 einen Durchlass des Brenngases, ausgehend vom Gaseinlass 24, ermöglicht. Beide Ventile 25, 76 gehen synchron auf und zu und sollen einen Durchlag der Flamme und/oder des Verbrennungsgases in Richtung des Gaseinlasses verhindern. Dabei hat das Ventil 76 die gleiche Bauform wie auch das Einlassventil 25 und ermöglich einen Verschluss der Gaszuführung. Figure 21 shows another embodiment of the engine as shown in Figure 5 is shown. The main distinguishing feature of this embodiment Figure 21 opposite Figure 5 lies in the use of two valves, with another valve 76 being connected upstream in addition to the inlet valve 25 already described in terms of function. For safety reasons, this second valve 76 is arranged offset from the inlet valve 25, with the gas channel 77 running between the two valves, which, depending on the synchronous valve position of the valves 25, 76, allows the fuel gas to pass through, starting from the gas inlet 24. Both valves 25, 76 open and close synchronously and are intended to prevent the flame and/or combustion gas from passing through in the direction of the gas inlet. The valve 76 has the same design as the inlet valve 25 and enables the gas supply to be closed.

Beide Ventile werden über den Zwillingshebel 78 betätigt, der einen mittig Betätigungsnippel 79 aufweist, auf dem die Nockenscheibe 4 in gleicher Weise wirkt, wie auch in der Ausführungsform nach Figur 5 beschrieben.Both valves are actuated via the twin lever 78, which has a central actuating nipple 79 on which the cam disk 4 acts in the same way as in the embodiment Figure 5 described.

Gemäß Figur 21 ist ersichtlich, dass links, im vorderen Drittel auf der Nockenwelle 3 die Nockenscheibe 4 gelagert ist. Die Nockenscheibe 4 dient zur Betätigung des Einlassventils 25 und des Ventils 76 über den Zwillingshebel 78. Aufgrund der unrunden Formgebung der Nockenscheibe 4 ist eine zeitlich bestimmte Betätigung der Ventile 25, 77 möglich. Dazu wirkt ein Nocken der Nockenscheibe 4 über den Betätigungsnippel 79 die Stirnseiten der Ventilschäfte. Je nach Ausprägung des Nockens können somit die Ventile 25, 77 in Pfeilrichtung 53 bewegt werden, wobei die Federn 7, 80 mit einer entsprechend starken Rückstellkraft dieser Bewegung entgegenwirken können.According to Figure 21 It can be seen that the cam disk 4 is mounted on the camshaft 3 in the front third on the left. The cam disk 4 is used to actuate the inlet valve 25 and the valve 76 via the twin lever 78. Due to the non-round shape of the cam disk 4, a time-determined actuation of the valves 25, 77 is possible. For this purpose, a cam of the cam disk 4 acts on the end faces of the valve stems via the actuating nipple 79. Depending on the shape of the cam, the valves 25, 77 can be moved in the direction of arrow 53, with the springs 7, 80 being able to counteract this movement with a correspondingly strong restoring force.

In dem Vertikalschnitt nach Figur 21 ist nahezu der gesamte Motor 1 dargestellt. Dieser setzt sich im Wesentlichen aus den bereits zuvor beschriebenenIn the vertical section Figure 21 almost the entire engine 1 is shown. This essentially consists of those already described above

Komponenten zusammen. Der Kolben 22 ist aus einem Stück gefertigt und starr ausgeführt. Im Gegensatz zu bekannten und üblicherweise in Verbrennungsmotoren eingesetzten Kolben weist dieser Kolben 22 kein Auge auf, in dem das Pleuel bzw. die Kolbenstange drehend gelagert ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Explosionskraft starr senkrecht nach unten zur Kulissenscheibe 16 abgetrieben. Erst hier erfolgt eine Kraftumlenkung von der Kolbenstange 21 auf die Kulissenscheibe 16 mittels der gelagerten Doppelrollen 17 in eine Drehbewegung der Abtriebswelle 15.components together. The piston 22 is made in one piece and is rigid. In contrast to known pistons commonly used in internal combustion engines, this piston 22 does not have an eye in which the connecting rod or piston rod is rotatably mounted. In the present invention, the explosion force is driven rigidly vertically downwards to the link disk 16. Only here is the force redirected from the piston rod 21 to the link disk 16 by means of the mounted double rollers 17 into a rotary movement of the output shaft 15.

Abweichend von bekannten Motoren weist das Einlassventil 25 nicht die übliche Ausführung aus Schaft und Teller aus. Stattdessen wird es ausgeführt mit einer Dichtfläche, bestehend aus einem Kugelsegment gefolgt von einem Verdrängungskörper, der als Kegel, Kugelsegment, Kegelverzahnung oder anderen nahezu formschlüssigen Geometrien (hier gezeigt als Flanke 65) ausgebildet sein kann die in einem hierzu formtechnisch korrespondierenden Kanal 67 geführt ist. Das Ventil 76 ist in gleicher Weise aufgebaut.In contrast to known engines, the inlet valve 25 does not have the usual design consisting of a shaft and plate. Instead, it is designed with a sealing surface consisting of a spherical segment followed by a displacement body, which can be designed as a cone, spherical segment, bevel gearing or other almost positive geometries (shown here as flank 65) which is guided in a channel 67 that corresponds to this in terms of shape. The valve 76 is constructed in the same way.

Diese Ausführung dient dazu, beim Schließen des Ventils das Restgas zurück zu drängen und somit ein geringstmögliches Gasvolumen oberhalb des Einlassventils 25 zu belassen.This design serves to push back the residual gas when the valve is closed and thus to leave the smallest possible gas volume above the inlet valve 25.

Da Wassergas deutlich flüchtiger ist als Luft, soll damit vorgebeugt werden, dass im Falle einer Durchzündung durch die Dichtfläche (gebildet zwischen Flanke 65 und Kanal 67), das Explosionsvolumen innerhalb des Brennraumes 30 dem Restgasvolumen außerhalb des Brennraums 30 volumenmäßig deutlich überlegen ist und somit die Explosion das Einlassventil 25 fester schließt und insbesondere durch das zusätzliche Ventil 76 die Gefahr einer weiteren Öffnung abgewendet wird.Since water gas is significantly more volatile than air, this is intended to prevent the explosion volume within the combustion chamber 30 from being significantly superior in volume to the residual gas volume outside the combustion chamber 30 in the event of ignition through the sealing surface (formed between the flank 65 and channel 67) and thus the Explosion the inlet valve 25 closes more tightly and the risk of a further opening is averted in particular by the additional valve 76.

Es handelt sich bei der vorliegenden Erfindung somit um ein Verfahren zum Betreiben eines Explosionsmotor (1) mit Hydroxygas und/oder Wassergas und/oder Wasserstoff und/oder Wasserstoff-Mischgas, sowie im Mischbetrieb mit vorgenannten Gasen, wobei der Explosionsmotor (1) mindestens einen Zylinder (10) umfasst in dem ein mit Funktionsbohrungen versehender Kolben (22) beweglich geführt ist sowie eine von der Kolbenbewegung angetriebene Abtriebswelle (15), wobei das eine Ende einer Kolbenstange (21) mit dem Kolben verbunden ist und das andere Ende über ein Koppelelement (17) mit der Abtriebswelle (15) verbunden ist sowie mindestens ein Einlassventil (25) zur Einleitung des Brenngases in den Brennraum (30) des Zylinders (10).The present invention is therefore a method for operating an explosion engine (1) with hydroxy gas and/or water gas and/or hydrogen and/or hydrogen mixed gas, as well as in mixed operation with the aforementioned gases, wherein the explosion engine (1) has at least one Cylinder (10) comprises a piston (22) in which a piston (22) provided with functional bores is movably guided and a piston driven by the piston movement Output shaft (15), one end of a piston rod (21) being connected to the piston and the other end being connected to the output shaft (15) via a coupling element (17), as well as at least one inlet valve (25) for introducing the fuel gas into the Combustion chamber (30) of the cylinder (10).

Insbesondere zeichnet sich das Verfahren durch die folgenden Phasen aus:

  • dass in einer ersten Phase die Zündkerze (9) das Brenngas zündet und durch die Explosion der Kolben (22) nach unten getrieben wird und die Kraft auf die innere Flanke (58) einer Steuernut (18, 18a, 18b) einer Kulissenscheibe (16, 16a, 16b) übertragen wird, welche die Bewegung in eine Rotationsbewegung auf die Abtriebswelle (15) überträgt, wobei residentes Wasser aus der Implosion der vorangegangenen Explosion in die Zwischenräume der Kolbenringe gepresst wird und die Schmierung gewährleistet;
  • in einer zweiten Phase nach der Explosion eine Implosion beginnt, während der Kolben (22) in einer UT-Position verharrt und die Kulissenscheibe (16, 16a, 16b) sich weiterdreht, wobei ein Lastwechsel von Explosion zu Implosion und somit eine Umkehr der Schubkraft zu einer Zugkraft erfolgt und die Drehbewegung der Steuerkurve vorantreibt und das Gas zu einem Gemisch aus flüssigem Wasser und Wasserdampf zusammenfällt, was im Zylinder einen Unterdruck erzeugt, welchem der Kolben unter Einwirkung der Druckverhältnisse zwischen Zylindervolumen und Umgebungsdruck unterhalb des Kolbens folgt;
  • in einer dritten Phase der obere Totpunkt (OT) des Kolbens erreicht wird und eine Ausleitung des Reaktionswassers in Kombination mit einer Neutralisierung der Druckverhältnisse im Brennraum erfolgt, wozu aufgrund des reduzierten Volumens des Explosionsgases zu flüssigem Wasser und einer Komponente von Wasserdampf die Ausgleichsbohrungen des Kolbens unter Verzicht eines Auslassventils ausreichend sind;
  • in einer vierten Phase sich die Drehung der Kulissenscheibe (16) unter Beibehaltung einer nur um die Größe des Bohrungsduchtmessers der Entlastungsbohrung geringfügig abgesenkten OT- Position des Kolbens (22) (OT2) fortsetzt und das Einlassventil (25) geöffnet wird, wodurch pures Brenngas ohne Beimischung von Umgebungsluft in den Brennraum (30) einströmt;
  • in einer fünften Phase das Einlassventil (25) geschlossen wird und die Zündung erfolgt, wodurch sich der Kolben (22) aufgrund der Führung der Rollen (17, 17a, 17b) entlang der Steuernut (18, 18a, 18b) der Kulissenscheibe (16, 16a, 16b) abwärtsbewegt, das Brenngas explodiert und somit ein Übergang in die erste Phase stattfindet.
In particular, the process is characterized by the following phases:
  • that in a first phase the spark plug (9) ignites the fuel gas and the piston (22) is driven downward by the explosion and the force is applied to the inner flank (58) of a control groove (18, 18a, 18b) of a link disk (16, 16a, 16b), which transfers the movement into a rotational movement on the output shaft (15), whereby resident water from the implosion of the previous explosion is pressed into the spaces between the piston rings and ensures lubrication;
  • In a second phase after the explosion, an implosion begins while the piston (22) remains in a UT position and the link disk (16, 16a, 16b) continues to rotate, with a load change from explosion to implosion and thus a reversal of the thrust force a pulling force occurs and drives the rotational movement of the control cam and the gas collapses into a mixture of liquid water and water vapor, which creates a negative pressure in the cylinder, which the piston follows under the influence of the pressure ratios between the cylinder volume and the ambient pressure below the piston;
  • In a third phase, the top dead center (TDC) of the piston is reached and the water of reaction is removed in combination with a neutralization of the pressure conditions in the combustion chamber, for which purpose the compensating holes in the piston are located due to the reduced volume of the explosion gas to liquid water and a component of water vapor Dispensing with an exhaust valve is sufficient;
  • In a fourth phase, the rotation of the link disk (16) continues while maintaining a TDC position of the piston (22) (OT2) that is only slightly lowered by the size of the bore diameter of the relief bore and the inlet valve (25) is opened, whereby pure fuel gas without Admixture of ambient air flows into the combustion chamber (30);
  • In a fifth phase, the inlet valve (25) is closed and ignition occurs, whereby the piston (22) moves due to the guidance of the rollers (17, 17a, 17b) moves downwards along the control groove (18, 18a, 18b) of the link disk (16, 16a, 16b), the fuel gas explodes and a transition to the first phase takes place.

ZeichnungslegendeDrawing legend

11
Motorengine
22
NockenscheibenlagerungCam disk bearing
33
Nockenwellecamshaft
44
Nockenscheibecam disc
55
Riemenscheibepulley
66
Ventilschaftvalve stem
77
VentilfederValve spring
88th
Vorkammerantechamber
99
Zündkerzespark plug
1010
Zylindercylinder
1111
KulissengehäuseBaffle housing
1212
Schwungscheibeflywheel
1313
ZündzeitabtasterIgnition timing scanner
1414
ZündzeitgeberIgnition timer
1515
Abtriebswelleoutput shaft
16, 16a, 16b16, 16a, 16b
KulissenscheibeBackdrop disc
17, 17a, 17b17, 17a, 17b
Rollenroll
1818
Steuernuttax groove
1919
Triebrad NockenscheibeDrive wheel cam disc
2020
Zahnriementiming belt
2121
KolbenstangePiston rod
2222
KolbenPistons
2323
Laufbuchseliner
2424
GaseinlassGas inlet
2525
EinlassventilInlet valve
2626
KontaktlagerContact bearing
2727
KompressionsringCompression ring
2828
AbstreifringWiper ring
29 3029 30
Brennraumcombustion chamber
3131
Vertiefungdeepening
3232
Vertikale BohrungVertical drilling
3333
Horizontale BohrungHorizontal drilling
3434
Ausgang (von 33)Output (of 33)
3535
WasseraustrittWater leakage
3636
ZugangAccess
3737
RingpartieRing part
3838
Einspritzdüseinjector
3939
WirbelkammerVortex chamber
4040
Wassernutwater groove
4141
Vorderseite (von 11)Front (of 11)
4242
Fortsatzappendage
4343
PassfederAdjusting spring
4444
PassfederAdjusting spring
4545
PassfederAdjusting spring
4646
FührungsstiftGuide pin
4747
Ventiltellervalve plate
4848
Lagerbereichstorage area
4949
Flanschflange
5050
Flanschflange
5151
Rückseite (von 11)Back (of 11)
5252
DurchgangsbohrungThrough hole
5353
PfeilrichtungArrow direction
5454
PassfederAdjusting spring
5555
PassfederAdjusting spring
5656
Nockecam
57, 57a, 57b57, 57a, 57b
Achseaxis
5858
Flanke (von 18)Cross (from 18)
5959
DrehrichtungDirection of rotation
6060
RundlaufConcentricity
6161
StangenendeRod end
6262
KolbenbodenPiston crown
6363
Kreisfläche (von 4)Circle area (of 4)
6464
Nocken (von 4)Cams (of 4)
6565
Flanke (von 25)Cross (out of 25)
6666
SchraubverbindungScrew connection
6767
Kanalchannel
6868
Laufbuchsen-AußenwandLiner outer wall
6969
Laufbuchen-InnenflächeRunning beech inner surface
7070
Zündungignition
7171
EinlassphaseEntry phase
7272
Arbeitstakt DampfSteam working cycle
7373
Entlastungstaktrelief cycle
7474
PfeilrichtungArrow direction
7676
VentilValve
7777
GaskanalGas channel
7878
ZwillingshebelTwin levers
7979
BetätigungsnippelActuating nipple
8080
FederFeather

Claims (15)

Explosionsmotor (1) zum Betrieb mit Hydroxygas und/oder Wassergas und/oder Wasserstoff und/oder Wasserstoff-Mischgas, sowie im Mischbetrieb mit vorgenannten Gasen, umfassend:
mindestens einen Zylinder (10) in dem ein Kolben (22) beweglich geführt ist, eine von der Kolbenbewegung angetriebene Abtriebswelle (15), wobei das eine Ende einer Kolbenstange (21) mit dem Kolben verbunden ist und das andere Ende über ein Koppelelement (17) mit der Abtriebswelle (15) verbunden ist, mindestens ein Einlassventil (25) zur Einleitung des Brenngases in den Brennraum (30) des Zylinders (10), wobei das Einlassventil (25) über einen Nockenantrieb (3, 4, 63, 64) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) abwechselnd durch eine Explosion und einer Implosion beaufschlagt ist, und dass die Kolbenstange (21) senkrecht zur Abtriebswelle (15) geführt ist und das Koppelement gebildet ist durch mindestens eine Rolle (17, 17a, 17b), die in mindestens einer durchgängig umlaufenden Steuernut (18) einer Kulissenscheibe (16) geführt ist, die drehfest mit der Abtriebswelle (15) verbunden und deren Drehachse koaxial mit dieser ausgerichtet ist.
Explosion engine (1) for operation with hydroxy gas and/or water gas and/or hydrogen and/or hydrogen mixed gas, as well as in mixed operation with the aforementioned gases, comprising:
at least one cylinder (10) in which a piston (22) is movably guided, an output shaft (15) driven by the piston movement, one end of a piston rod (21) being connected to the piston and the other end via a coupling element (17 ) is connected to the output shaft (15), at least one inlet valve (25) for introducing the fuel gas into the combustion chamber (30) of the cylinder (10), the inlet valve (25) being operated via a cam drive (3, 4, 63, 64). is controllable, characterized in that the piston (22) is alternately acted upon by an explosion and an implosion, and that the piston rod (21) is guided perpendicular to the output shaft (15) and the coupling element is formed by at least one roller (17, 17a , 17b), which is guided in at least one continuous control groove (18) of a link disk (16), which is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft (15) and whose axis of rotation is coaxially aligned with it.
Gasmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Mittellinie der Steuernut (18, a, 18b) zur Drehachse der Kulissenscheibe unstetig ist und der Hub des über die Rolle (17, 17a, 17b) angekoppelten Kolbens (22) die Drehung der Abtriebswelle (15) bestimmt.Gas engine (1) according to claim 1, characterized in that the distance of the center line of the control groove (18, a, 18b) to the axis of rotation of the link disk is discontinuous and the stroke of the piston (22) coupled via the roller (17, 17a, 17b) the rotation of the output shaft (15) is determined. Gasmotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vollen Umdrehung der Kulissenscheibe (16) alle Arbeitstakte des Kolbens (22) ausführbar sind.Gas engine (1) according to claim 1 or 2, characterized in that all work cycles of the piston (22) can be carried out with one full revolution of the link disk (16). Gasmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich gegenüberliegende Steuernuten (18a, 18b) zweier gegengleicher Kulissenscheiben (16a, 16b) einen Aufnahmeraum für ein Paar von Rollen (17a, 17b) bilden.Gas engine (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that two opposing control grooves (18a, 18b) of two opposing link disks (16a, 16b) form a receiving space for a pair of rollers (17a, 17b). Gasmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (17a, 17b) jeweils auf einer Achse (57, 57a, 57b) gelagert sind, die in einer Durchgangsbohrung am Stangenende (61) der Kolbenstange (21) drehbar aufgenommen ist.Gas engine (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rollers (17a, 17b) are each mounted on an axle (57, 57a, 57b), which is rotatably received in a through hole at the rod end (61) of the piston rod (21). Gasmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (25) über eine Nockenscheibe (4) zwangsgesteuert ist, die auf einer Welle (3) gelagert ist, auf der auch eine Riemenscheibe (5) montiert ist, die über einen Zahnriemen (20) mit einem auf der Abtriebswelle (15) drehfest montierten Triebrad (19) verbunden ist.Gas engine (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the inlet valve (25) is positively controlled via a cam disk (4) which is mounted on a shaft (3) on which a pulley (5) is also mounted , which is connected via a toothed belt (20) to a drive wheel (19) mounted in a rotationally fixed manner on the output shaft (15). Gasmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) eine Vertiefung (31) im Kolbenboden (62) aufweist, deren tiefster Punkt in mindestens eine Bohrung (31, 33) mündet, die ein Ausleiten von überschüssigem Wasser aus mindestens einem seitlichen Ausgang (34) an der Ringpartie (37) des Kolbens (22) ermöglicht.Gas engine (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the piston (22) has a recess (31) in the piston crown (62), the lowest point of which opens into at least one bore (31, 33) which allows discharge of excess water from at least one side outlet (34) on the ring section (37) of the piston (22). Gasmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbuchse (23) des Zylinders (10) eine in Richtung der Zylinderwand geöffnete längliche Nut (40) aufweist, die ein Abfließen von Wasser im Bereich eines Abstreifrings (28) in Richtung eines Wasseraustritts (35) in der Laufbuchse (23) ermöglicht.Gas engine (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the liner (23) of the cylinder (10) has an elongated groove (40) which is open in the direction of the cylinder wall and which allows water to flow out in the area of a scraper ring (28 ) in the direction of a water outlet (35) in the liner (23). Verfahren zum Betreiben eines Explosionsmotor (1) mit Hydroxygas und/oder Wassergas und/oder Wasserstoff und/oder Wasserstoff-Mischgas, sowie im Mischbetrieb mit vorgenannten Gasen, wobei der Explosionsmotor (1) mindestens einen Zylinder (10) umfasst in dem ein Kolben (22) beweglich geführt ist sowie eine von der Kolbenbewegung angetriebene Abtriebswelle (15), wobei das eine Ende einer Kolbenstange (21) mit dem Kolben verbunden ist und das andere Ende über ein Koppelelement (17) mit der Abtriebswelle (15) verbunden ist sowie mindestens ein Einlassventil (25) zur Einleitung des Brenngases in den Brennraum (30) des Zylinders (10), dadurch gekennzeichnet, dass - in einer ersten Phase die Zündkerze (9) das Brenngas zündet und durch die Explosion der Kolben (22) nach unten getrieben wird und die Kraft auf die innere Flanke (58) einer Steuernut (18, 18a, 18b) einer Kulissenscheibe (16, 16a, 16b) übertragen wird, welche die Bewegung in eine Rotationsbewegung auf die Abtriebswelle (15) überträgt; - in einer zweiten Phase nach der Explosion eine Implosion beginnt, wobei das Brenngas zu einem Gemisch aus flüssigem Wasser und/ oder Wasserdampf zusammenfällt, während der Kolben (22) in einer UT-Position verharrt und die Kulissenscheibe (16, 16a, 16b) sich weiterdreht, und ein Lastwechsel von Explosion zu Implosion und somit eine Umkehr der Schubkraft zu einer Zugkraft erfolgt und die Drehbewegung der Kulissenscheibe (16, 16a, 16b) vorantreibt - in einer dritten Phase der obere Totpunkt (OT) des Kolbens erreicht wird und eine Ausleitung des Reaktionswassers in Kombination mit einer Neutralisierung der Druckverhältnisse im Brennraum erfolgt; - in einer vierten Phase sich die Drehung der Kulissenscheibe (16) mit einem geringfügig gegenüber der OT- Position abgesenkten Kolbens (22) fortsetzt und das Einlassventil (25) geöffnet wird, wodurch Brenngas in den Brennraum (30) einströmt; - in einer fünften Phase das Einlassventil (25) geschlossen wird und die Zündung erfolgt, wodurch sich der Kolben (22) aufgrund der Führung der Rollen (17, 17a, 17b) entlang der Steuernut (18, 18a, 18b) der Kulissenscheibe (16, 16a, 16b) abwärtsbewegt, das Brenngas explodiert und somit ein Übergang in die erste Phase stattfindet. Method for operating an explosion engine (1) with hydroxy gas and/or water gas and/or hydrogen and/or hydrogen mixed gas, as well as in mixed operation with the aforementioned gases, wherein the explosion engine (1) comprises at least one cylinder (10) in which a piston ( 22) is movably guided and an output shaft (15) driven by the piston movement, one end of a piston rod (21) being connected to the piston and the other end being connected to the output shaft (15) via a coupling element (17) and at least an inlet valve (25) for introducing the fuel gas into the combustion chamber (30) of the cylinder (10), characterized in that - In a first phase, the spark plug (9) ignites the fuel gas and the piston (22) is driven downward by the explosion and the force is applied to the inner flank (58) of a control groove (18, 18a, 18b) of a link disk (16, 16a, 16b), which transfers the movement into a rotational movement to the output shaft (15); - In a second phase after the explosion, an implosion begins, with the fuel gas collapsing into a mixture of liquid water and / or water vapor, while the piston (22) remains in a UT position and the link disk (16, 16a, 16b) moves continues to rotate, and a load change from explosion to implosion and thus a reversal of the thrust force to a tensile force occurs and drives the rotational movement of the link disk (16, 16a, 16b). - in a third phase, the top dead center (TDC) of the piston is reached and the water of reaction is removed in combination with a neutralization of the pressure conditions in the combustion chamber; - in a fourth phase, the rotation of the link disk (16) continues with the piston (22) slightly lowered compared to the TDC position and the inlet valve (25) is opened, whereby fuel gas flows into the combustion chamber (30); - In a fifth phase, the inlet valve (25) is closed and ignition occurs, whereby the piston (22) moves along the control groove (18, 18a, 18b) of the link disk (16) due to the guidance of the rollers (17, 17a, 17b). , 16a, 16b) moves downwards, the fuel gas explodes and a transition to the first phase takes place. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in allen Phasen die Schwungmasse einer Schwungscheibe (12) die Kulissenscheibe (16) in Drehrichtung (59) weiterdreht, während der Kolben (22) in der kurzzeitig in OT- oder UT-Position verharrt.Method according to claim 9, characterized in that in all phases the flywheel of a flywheel (12) continues to rotate the link disk (16) in the direction of rotation (59), while the piston (22) remains briefly in the TDC or UT position. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Phase das explodierte Brenngas zu Wasser und/ oder Wasserdampf kollabiert und der daraus entstehende Unterdruck, unter Einwirkung der Druckverhältnisse zwischen Zylindervolumen und Umgebungsdruck unterhalb des Kolbens (22), den Kolben (22) bewegt.Method according to claim 10, characterized in that in the third phase the exploded fuel gas collapses into water and/or water vapor and the resulting negative pressure, under the influence of the pressure ratios between the cylinder volume and the ambient pressure below the piston (22), moves the piston (22). . Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass residentes Wasser aus der Implosion der vorangegangenen Explosion des Brenngases für die Schmierung des Kolbens (22) innerhalb des Zylinders (10) verwendet wird.Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that resident water from the implosion of the previous explosion of the fuel gas is used to lubricate the piston (22) within the cylinder (10). Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Phase über eine Einspritzdüse (38) zusätzlich Wasser-Feinnebel eingespritzt wird.Method according to one of claims 9 to 12Claim 10, characterized in that in the first phase additional fine water mist is injected via an injection nozzle (38). Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verdichtungstaktes das in der Vertiefung (31) des Kolbenboden (62) befindliche Wasser mindestens teilweise in mindestens eine damit verbundene vertikale Bohrung (32) und anschließend in mindestens einer daran anschließende horizontale Bohrung (33) gedrückt wird, von wo aus das Wasser über einen Ausgang (33) zwischen Kolbenringen (27, 28) des Kolbens (22) aus dem Ringpartie (37) austritt.Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that during the compression stroke the water located in the recess (31) of the piston crown (62) at least partially flows into at least one vertical bore (32) connected thereto and then into at least one adjoining horizontal one Bore (33) is pressed, from where the water emerges from the ring section (37) via an outlet (33) between piston rings (27, 28) of the piston (22). Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das die Position eines auf einer Schwungscheibe (12) positionierten und in einer Kreisbahn bewegten Zündzeitgebers (14) von einem Zündzeitabtaster (13) erfasst wird, der den Zündzeitpunkt der Zündkerze (9) steuert.Method according to one of claims 9 to 14, characterized in that the position of an ignition timer (14) positioned on a flywheel (12) and moved in a circular path is detected by an ignition time scanner (13), which determines the ignition point of the spark plug (9). controls.
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