DE2004579A1

DE2004579A1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: DE2004579A1
Application number: DE19702004579
Authority: DE
Inventors: Richard D. Palo Alto; Furlong Dale A. Sunnyvale; Calif. Smith (V.St.A.). P F02b 55-10
Original assignee: Combustion Power Company, Inc., Palo Alto, Calif. (V.St.A.)
Priority date: 1969-02-03
Filing date: 1970-02-02
Publication date: 1970-09-17
Also published as: NL7001530A; GB1263881A; BE745353A; FR2033801A5

Description

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DIPL-ING. ί · ■. _.;'jum Qaae OLP 823 DIPL-ING. ί · ■. _ .; 'jum Qaae OLP 823

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•MONUifiN 80 Ludle-Grahn-straße 38• MONUifiN 80 Ludle-Grahn-Strasse 38

Combustion Power Company, Inc., 2625 Hanover Street, Palo Alto, CaI. 94306 (V.St.A.)Combustion Power Company, Inc., 2625 Hanover Street, Palo Alto , CaI. 94306 (V.St.A.)

VerbrennungsmotorInternal combustion engine

Die Erfindung betrifft einen luftverunreinigungsfreien Verbrennungsmotor für Kraftfahrzeuge, wie PKW, LKW, Autobusse, Zugmaschinen oder dergl., sowie ein Verfahren, einen solchen zu betreiben«The invention relates to an internal combustion engine free of air pollution For motor vehicles, such as cars, trucks, buses, tractors or the like., As well as a method, such to operate"

Die Verunreinigung der Luft ist zu einem der vordringlichsten Probleme geworden, denen sich Ballungszentren der Industrie und der Bevölkerung rind um die Welt gegenübergestellt sehen. Der Stadtbewohner wird allmählich durch lebensgefährdende Dosen von Kohlenmonoxyd, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Stickoxyden vergiftet, die aus Millionen von Auspuffrohren von Verbrennungsmaschinen von Kraftfahrzeugen aller Art ausströmen, die die titrauen und Autobahnen in immer weiter steigendem Maß überfluten· Zwischen ^O und 60 'ji, der Luftverunreinigung oder der sogenannten Dunstglocke werden durch mannigfaltige Formen solcher Auspuffprodukte erzeugt. Die Schaffung eines luftverunreinigungsfreien Fahrzeugs wird laufend, im wesentlichen auf drei Wegen, angestrebt] (1) Durch AusschaltungAir pollution has become one of the most pressing problems faced by industrial and population centers around the world. The city dweller is gradually being poisoned by lethal doses of carbon monoxide, unburned hydrocarbons, and nitrogen oxides emanating from the millions of exhaust pipes of internal combustion engines of all kinds of automobiles, which flood the titraut and highways in ever increasing levels between ^ O and 60 'ji, der Air pollution or the so-called vapor hood are created by the manifold shapes of such exhaust products. The creation of an air pollution-free vehicle is ongoing, essentially in three ways, aimed at] (1) By elimination

insbesonderein particular

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der Ausstoßprodukte von "luftatmenden" Verbrennungsmaschinen mit Hilfe von Katalysator-Filtern, Beimengungen zum Kraftstoff, Motorkonstruktion usw.; (2) durch Entwicklung von Wärmemaschinen mit außenliegender Wärmequelle (Gasturbine , Stirling-Motor, Dampfmaschine) als Ersatz für die gängigen Verbrennungsmaschinen; und (3) durch Entwicklung eines Elektrofahrzeuge als Ersatz für die üblichen Kraftfahrzeuge.of the emissions from "air-breathing" internal combustion engines with the help of catalyst filters, additions to fuel, engine construction, etc .; (2) by developing Heat machines with an external heat source (gas turbine, Stirling engine, steam engine) as a replacement for the common ones Internal combustion engines; and (3) by developing an electric vehicle to replace traditional automobiles.

Der erste Weg der Entwicklung wird von Automobilherstellern sowie von den größeren Ölgesellschaften mit Eifer verfolgt, da dies, Erfolg vorausgesetzt, den geringsten Aufwand für Änderungen der Kraftfahrzeuge gegenüber ihrer heutigen Konstruktion erfordern würde. Allerdings treten dabei schwierige technische Probleme auf, und es ist mit einer langwierigen Laboratoriumsforschung zu rechnen. Eines der schwierigsten Probleme, die diesem Lösungsweg entgegenstehen, ist die Ausschaltung der Oxyde des Stickstoffs. Der Versuch der Schaffung einer Wärmemaschine mit außenliegender Verbrennung erfordert Kompromisse hinsichtlich der Leistung, der Bequemlichkeit oder der Wirtschaftlichkeit gegenüber den gängigen Kraftfahrzeugen. Die Entwicklung solcher Wärniemaschinen mit außenliegender Wärmequelle ist teuer und erfordert drastische Veränderungen im Werkzeugbestand der führenden Kraftfahrzeughersteller. Was Jedoch noch mehr ins Gewicht fällt, ist, daß derartige Wärmemaschinen nicht vollständig verunreinigungsfrei arbeiten.The first path of development is eagerly pursued by automobile manufacturers as well as by the larger oil companies, since this, assuming success, requires the least amount of effort for changes to the motor vehicles compared to their current design would require. However, there are difficult technical problems involved, and it is a lengthy one Laboratory research to be expected. One of the most difficult Problems that stand in the way of this approach are the elimination of the oxides of nitrogen. The attempt at creation an external combustion heat engine requires compromises in terms of performance, convenience or the economy compared to conventional motor vehicles. The development of such heating machines with an external heat source is expensive and requires drastic changes in the tool inventory of the leading motor vehicle manufacturers. What Even more important, however, is that such heat engines do not work completely free of contamination.

Der einzige Lösungsweg, der zu einem vollständig verunreinigungsfreien Betrieb führt, ist die Schaffung eines Elektrofahrzeuge· Bedauerlicherweise ist dies jedoch auch derjenige Lösungsweg, der die umfangreichsten Forschungsarbeiten voraussetzt, um ein Fahrzeug zu schaffen, das den heutigen Anforderungen an Leistung, Bequemlichkeit und Wirtschaftlichkeit entspricht.The only solution that results in a completely contamination-free one Operation leads is the creation of an electric vehicle · Unfortunately, however, so is the one Solution that requires the most extensive research to create a vehicle that meets today's requirements in terms of performance, convenience and economy.

Im Hinblick auf diesen Sachverhalt liegt der Erfindung die Aufgabe der Schaffung oines luftverunreinigungsfreion Ver-In view of this fact, the invention has the object of creating oines air pollution-free system

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brennungsmotors zugrunde, und diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, einem in dem Zylinder hin- und herbeweglichen Kolben, einem Auspuffkanal in dem Zylinder, einem Auspuffventil in dem Kanal und einer Kraftstoffeinspritzdüse in dem Zylinder gekennzeichnet ist durch eine Sauerstoffeinlaßdüse in dem Zylinder zum Einblasen von im wesentlichen reinem Sauerstoffgas, eine Wasser-Zerstäuberdüse in dem Zylinder, eine Einrichtung zum Zuliefern einer abgemessenen Menge eines Kraftstoffes zu der Kraftstoffeinlaßdüse, eine Einrichtung zum Zuliefern einer abgemessenen Menge von im wesentlichen reinem Sauerstoffgas zu der Sauerstof f einlaßdüse , eine Einrichtung zum Zuliefern einer abgemessenen Menge Wasser zu der Wasserzerstäuberdüse und eine Einrichtung zum turnusmäßigen öffnen und Schließen des Auspuffventils in dem Auspuffkanal und zum Einblasen bzw. Einspritzen der abgemessenen Mengen des Kraftstoffes, des Sauerstoffes und des Sprühwassernebels in den Zylinder,internal combustion engine, and this object is achieved in that an internal combustion engine with at least one cylinder, a piston reciprocable in the cylinder, an exhaust port in the cylinder, an exhaust valve in the port and a fuel injector in the cylinder is for injection through an oxygen inlet nozzle in the cylinder of essentially pure oxygen gas, a water atomizing nozzle in the cylinder, means for delivering a metered amount of fuel to the fuel inlet nozzle, means for supplying a measured amount of substantially pure oxygen gas to the oxygen f inlet nozzle, means for supplying a measured amount of water to the water atomizing nozzle, and a Device for the regular opening and closing of the exhaust valve in the exhaust duct and for blowing or injecting the measured amounts of fuel, oxygen and the spray water mist in the cylinder,

Vorteilhafterweise weisen die Einlaßdüsen einen Einlaß für den zugelieferten Kraftstoff, einen Einlaß für ein stickstofffreies Oxydationsmittel und einen Einlaß für Wasser auf. Es sind Betriebsphasen und Einrichtungen zum Zuführen gesteuerter Mengen des Kraftstoffes und des Oxydationsmittels zum Zylinder für die im wesentlichen vollständige Verbrennung des Kraftstoffes in diesem und zum Absprühen des Zylinders und Kolbens während des Auspuffhubes mit Wasser vorgesehen. Der Kraftstoff für den Motor ist entweder flüssiges Benzin oder Wasserstoffgas, und das stickstofffreie Oxydationsmittel für beide Kraftstoffe ist im wesentlichen reiner Sauerstoff. Wenn als Kraftstoff Wasserstoff dient, ist das einzige Verbrennungsprodukt Wasser, und bei Verwendung von flüssigem Benzin sind die Verbrennungsprodukte Wasser, Kohlendioxyd und andere Stoffe, die keine Verunreinigung verursachen«Advantageously, the inlet nozzles have an inlet for the supplied fuel, an inlet for a nitrogen-free Oxidizing agent and an inlet for water. There are operating phases and devices for feeding controlled Amounts of fuel and oxidizer to the cylinder for substantially complete combustion of the fuel in this and for spraying the cylinder and piston with water during the exhaust stroke. The fuel for the engine is either liquid gasoline or hydrogen gas, and the nitrogen-free oxidizer for both fuels is essentially pure oxygen. When hydrogen is used as fuel, the only product of combustion is Water, and when using liquid gasoline, the products of combustion are water, carbon dioxide and other substances that do not cause pollution "

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Der Motor ist unter Anwendung üblicher Verfahrensweisen und Werkzeuge herstellbar und befriedigt die üblichen Anforderungen an Leistung, Bequemlichkeit und Wirtschaftlichkeit. Es entstehen keine ungewöhnlichen Probleme hinsichtlich des Anlassens oder Warmlaufens, und der wiederkehrende Instandshaltungsaufwand bleibt im wesentlichen unverändert. Wenn einmal die Produktion angelaufen ist, kosten Fahrzeuge mit Verbrennungsmaschinen gemäß der vorliegenden Erfindung annähernd das gleiche wie Familienfahrzeuge mit herkömmlichen Verbrennungsmaschinen, und das Tanken ist nicht häufiger erforderlich und nicht teuerer als bei herkömmlichen Fahrzeugen.The engine is using standard procedures and Tools can be produced and satisfies the usual requirements in terms of performance, convenience and economy. It arise no unusual problems with starting or warming up, and the recurring maintenance costs remains essentially unchanged. Once production has started, internal combustion engine vehicles according to the present invention cost approximately the same such as family vehicles with conventional internal combustion engines, and refueling is no longer necessary and no more expensive than with conventional vehicles.

k Der luftverunreinigungsfreie Verbrennungsmotor ist vorzugsweise so ausgebildet, daß der als Zweitaktmotor unter Verwendung des Otto-Zyklus beim Betrieb für normale Fahrleistung und unter Verwendung des Otto-Zyklus und Diesel-Zyklus für den Betrieb mit hoher Leistung betrieben werden kann. Bei dieser Konstruktion und Betriebsweise arbeitet der Motor im Betriebsbereich mit normaler Leistung mit maximalem Wirkungsgrad und ist außerdem fähig, in höheren Bereichen maximale Leistung und maximales Drehmoment zu entwickeln. k of air pollution free combustion engine is preferably designed such that the can operate as a two-stroke engine using the Otto cycle, in the operation for normal driving power and by using the Otto cycle and Diesel-cycle for the operation with high performance. With this construction and mode of operation, the engine operates in the normal power range with maximum efficiency and is also capable of developing maximum power and torque in higher ranges.

Das Wasser wird vorteilhafterweise aus dem Auspuff (den Abdämpfen) wiedergewonnen und für die Sprühwasserkühlung der Zylinder und Kolben während des Auspuffhubes umgewälzt. Ein " Merkmal und Vorteil der Erfindung ist in der Tatsache begründet, daß das wichtigste Verbrennungsprodukt des Kraftstoffes Wasser ist. Auf diese Weise kann Kühlmedium für die Sprühwasserkühlung beschafft werden, ohne daß übermäßigeThe water is advantageously taken from the exhaust pipe (the steam) recovered and circulated for the spray water cooling of the cylinders and pistons during the exhaust stroke. A "The feature and advantage of the invention is based on the fact that the most important combustion product of fuel is water. In this way, cooling medium for the Water spray cooling can be procured without causing excessive

in
Wassermengen/dem Fahrzeug gespeichert zu werden brauchen, da derartige Kühlflüssigkeiten während des Betriebes wiedergewonnen werden können, bzw. anfallen.in
Water quantities / need to be stored in the vehicle, since such cooling liquids can be recovered or accumulate during operation.

Wenn ferner Benzin in flüssiger Form als Kraftstoff für den Motor verwendet wird, wird das flüssige Benzin in einem StromFurther, when gasoline in liquid form is used as fuel for the engine, the liquid gasoline becomes in a stream

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in den Motorzylinder eingelassen und durch den in den Zylinder gelenkten Sauerstoff verstäubt. Diese Betriebsweise und diese Konstruktion fördern eine rasche und gleichmäßige Verbrennung.let into the engine cylinder and through the into the cylinder directed oxygen atomized. This mode of operation and this Construction promote quick and even combustion.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen eingehend erläutert:The invention is explained in detail below with reference to the drawings:

Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Teil eines Zylinders eines luftverunreinigungsfreien Motors gemäß der Erfindung, wobei bei einer Ausführungsform der Motor mit Wasserstoff und Sauerstoff, bei einer anderen Ausführungsform mit Benzin und Sauerstoff betrieben wird*Fig. 1 is a section through part of a cylinder of an air pollution-free engine according to the invention; wherein in one embodiment the engine operated with hydrogen and oxygen, in another embodiment with gasoline and oxygen will*

Fig. 2A bis 2E sind schematische Ansichten zur Veranschaulichung des Motorbetriebes gemäß der Erfindung während der Betriebsphasen des Motors;2A through 2E are schematic views for illustrating engine operation according to the invention during engine operating phases;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das den Druck im Zylinder in Abhängigkeit vom Zylindervolumen für den Motor gemäß Fig. 1 bei Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff für den Betrieb zeigt;Fig. 3 is a diagram showing the pressure in the cylinder as a function of the cylinder volume for the engine according to FIG. 1 when using hydrogen and oxygen for the Operation shows;

Fig. k ist ein Diagramm, das den Wirkungsgrad des Motors in Abhängigkeit von der Leistung bei Betrieb mit Wasserstoff und Sauerstoff bzw, mit Benzin und Sauerstoff zeigt}Fig. K is a diagram that shows the efficiency of the engine as a function of the power when operating with hydrogen and oxygen or with gasoline and oxygen}

Fig. 5 i«t «in Schnitt eines Teiles der Motorkonstruktlon nach Fig· 1 zur Veranschaulichung eines Teiles des Betriebezyklus beim Betrieb mit Benzin und SauerstoffιFig. 5 i «t« in section of part of the engine construction according to Fig. 1 to illustrate part of the Operating cycle when operating with gasoline and oxygen

Flg. 6 iet ein Diagramm, das den Druck im Zylinder in Abhängigkeit vom Zylindervolumen, ähnlich Fig· 3, jedoch für denFlg. 6 iet a diagram showing the pressure in the cylinder as a function of of the cylinder volume, similar to FIG. 3, but for the

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Betrieb mit Benzin und Sauerstoff zeigt;Shows operation on gasoline and oxygen;

Fig. 7 ist eine Darstellung zur schematischen Veranschaulichung des Systeme der Sprühwassererzeugung und des Wiedergewinns des Wassers gemäß der Erfindung;Fig. 7 is a diagram schematically illustrating the system of spray water generation and recovery of the water according to the invention;

Pig. 8 ist eine schematische Darstellung, zum Teil in Form eines Biockdiagrammes und zum Teil in Ansicht von oben, zur scheuiatischen Veranschaulichung der Anpassung der Ausführungsform für den Betrieb mit Wasserstoff und Sauerstoff an ein Kraftfahrzeug;Pig. 8 is a schematic representation, partly in the form of a block diagram and partly in view from above; for the timid illustration of the adaptation of the Embodiment for operation with hydrogen and oxygen on a motor vehicle;

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht des Kraftfahrzeuges gemäß Fig. 8jFig. 9 is a schematic view of the automobile according to FIG. 8j

Fig.10 ist eine schematische Veranschaulichung des Gaszulieferungssystems für einen Motor gemäß der Erfindung; undFigure 10 is a schematic illustration of the gas delivery system for a motor according to the invention; and

Fig.11 ist eine schematische Darstellung, zum Teil in Form eines Blockdiagrammes und zum Teil in Ansicht von oben zur scliomatischen Veranschaulichung der Anpassung der Ausführungsform für den Betrieb mit Benzin und Sauerstoff an ein Kraftfahrzeug.Fig.11 is a schematic representation, in part in form of a block diagram and partly in view from above for the scliomatic illustration of the adaptation of the Version for operation with gasoline and oxygen to a motor vehicle.

Wie oben erläutert, befaßt sich die Erfindung mit einem luftverunreinigungsfreien Verbrennungsmotor und einem Verfahren, einen solchen zu betreiben. NatUrli kann dieser Motor für mannigfaltige Zwecke angewendet werden, und er ist in idealer Weise als Antrieb eines Kraftfahrzeuges geeignet und ermöglicht, in Kombination mit anderen Gesichtspunkten der Erfindung, ein luftverunreinigungsfreies System dee Fahrzeugverkehre. Daher wird da· Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie das Betriebssystem im folgenden eingehender an Hand der Anwendung bei einem Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug beschrieben. As explained above, the invention is concerned with an air pollution-free internal combustion engine and a method for operating such. Of course, this engine can be used for a variety of purposes, and it is ideally suited to drive a motor vehicle and, in combination with other aspects of the invention, enables a pollutant-free system of vehicle traffic. The exemplary embodiment of the invention and the operating system are therefore described in more detail below with reference to the application in an internal combustion engine for a motor vehicle.

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Zur Befriedigung der heutigen Fahrgewohnheiten soll ein idealer Motor für eine Familienlimousine einen maximalen Wirkungsgrad im Leistungsbereich zwischen ca. 25 und 50 PS haben, jedoch darüber hinaus eine Maximalleistung von 200 PS und ein Drehmoment von 3^ mkp (250 Ib.-ft) haben. Ein Familienfahrzeug mit einem solchen Motor erfordert einen auf die Räder übertragbaren Energievorrat von ca. 13^+ PSh . Mit einem üblichen Viertakt-Benzinmotor ist diese Forderung nur schwer zu erfüllen, da die maximal entwickelte Leistung eines solchen herkömmlichen Viertakt-Benzinmotors direkt proportional dem Gewicht der strömenden Luft ist. Bei einer gegebenen Motordrehzahl werden also die Leistung und das Drehmoment gesteigert, indem der Hubraum des Motors vergrößert wird. Dementsprechend werden vornehmlich bei herkömmlichen Viertaktmotoren für Familienfahrzeuge verhältnismäßig große Ilubräume gewählt, damit der maximale Leistungsbedarf befriedigt wird; Hubräume von ca. 4,9 1 (300 Kubik-Zoll) gelten heute als normal. Wenn diese Motore mit einer Leistung von 25 bis 50 PS betrieben werden - und dies ist bei den üblichen Fahrgeschwindigkeiten der normale Bereich und stellt nur einen Bruchteil der Maximalleistung dar - dann sind die Gastemperaturevi und der Druck in den Zylindern wegen der Wärmeübertragung auf die große Oberfläche innerhalb der Verbrennungskammer im Vergleich zu den Maximalwerten weitgehend vermindert. Auf diese Weise werden bei normalen Fahrgeschwindigkeiten der thermische Wirkungsgrad und der Motorwirkungsgrad geopfert. Dies geht auch zu Lasten der Wirksamkeit der Verbrennung in einem solchen Motor, und dies führt zu einer wesentlichen Erhöhung der Verunreinigung der Luft.To satisfy today's driving habits, a ideal engine for a family sedan with maximum efficiency in the power range between approx. 25 and 50 hp but also have a maximum power of 200 hp and a torque of 3 ^ mkp (250 lb.-ft). A family vehicle with such a motor requires an energy supply of approx. 13 ^ + PSh which can be transferred to the wheels. With a usual Four-stroke gasoline engine is difficult to meet this requirement, since the maximum developed power of such conventional four-stroke gasoline engine is directly proportional to the weight of the flowing air. At a given engine speed power and torque are increased by increasing the engine's displacement. Accordingly are primarily relatively large space in conventional four-stroke engines for family vehicles chosen so that the maximum power requirement is satisfied; Displacement of approximately 4.9 liters (300 cubic inches) is considered normal today. When these motors are operated with an output of 25 to 50 hp - and this is at the usual driving speeds the normal range and represents only a fraction of the maximum output - then the gas temperaturesvi and the pressure are in the cylinders because of the heat transfer to the large surface area inside the combustion chamber compared to the Maximum values largely reduced. In this way, at normal driving speeds, the thermal efficiency and the engine efficiency is sacrificed. This is also at the expense of the efficiency of the combustion in such an engine, and this leads to a substantial increase in air pollution.

Bei dem Motor gemäß der Erfindung wird in dem üblicheren Fahrgeechwindigkeitsberelch von zwischen 25 und 50 PS ein hoher Wirkungsgrad mit einem Zweitaktmotor erzielt, dessen Größe weniger als ein Drittel der Größe eines gleichwertigen herkömmlichen Viertakt-Benzinmotors des üblicherweise bei Kraft-In the engine according to the invention, in the more usual Fahrgeecherspelch of between 25 and 50 HP a high efficiency is achieved with a two-stroke engine, its size less than a third the size of an equivalent conventional one Four-stroke gasoline engine of the type commonly used in

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fahrzeugen verwendeten Typs beträgt. Wegen der Verminderung der Abmessungen, der Verringerung der Hubzahl und wegen der Steigerung des Zylinderdruckes bei normalem oder Dauerfahrbetrieb werden der thermische Wirkungsgrad und der Motorwirkungsgrad gegenüber denjenigen bei herkömmlichen Viertaktmotoren wesentlich verbessert. Der vorliegende Zweitaktmotor kann jedoch unter Verwendung des gleichen Werkzeugparkes hergestellt werden wie die heute üblichen Viertakt-Benzinmotore.the type of vehicle used. Because of the diminution the dimensions, the reduction in the number of strokes and because of the increase in cylinder pressure during normal or continuous driving the thermal efficiency and the engine efficiency are compared to those of conventional four-stroke engines much improved. However, the present two-stroke engine can be manufactured using the same pool of tools become like the four-stroke petrol engines common today.

Zu Zwecken der Veranschaulichung wird die Erfindung nun an Hand ihrer Anwendung bei einem Vierzylinder-Reihen-Zweitaktmotor beschrieben, dessen Kolben mittels je einer Kolbenstange w mit einer gemeinsamen Kurbelwelle verbunden sind. Der Motor weist einen üblichen Kühlmantel, eine Kühlpumpe, ein Zündverteilungssystem, ein Auspuffventil und, von im folgenden noch erwähnten Abweichungen abgesehen, das übliche Zubehör und die Steuermechanismen auf.For purposes of illustration, the invention will now be described with reference to its application in a four-cylinder in-line two-stroke engine, the pistons of which are each connected to a common crankshaft by means of a piston rod w. The engine has a conventional cooling jacket, a cooling pump, an ignition distribution system, an exhaust valve and, apart from the exceptions mentioned below, the usual accessories and the control mechanisms.

Wie aus Fig, 1 ersichtlich, die einen Zylinder des Vierzylinder-Zweitakt-Reihenmotors gemäß der Erfindung zeigt, hat jeder Zylinder eine Bohrung von 66 mm (2,6 inches) und einen Hub von 102 mm (k inches)· Die Auspuffgase werden aus dem Zylinder 31 durch ein einziges, oben angeordnetes Ventil 35 durch einen Auspuffkanal 35' und einen Auspuffsammler 35" beseitigt, und k das Ventil 35 wird mittels eines nicht dargestellten, oben angeordneten Nockens in herkömmlicher Weise betätigt. Bei einem Expansionsverhältnis von 20:1 beträgt das Volumen jeder Verbrennungskammer 17,0k cm (1,O4 Kubik-inches), Bei dem Motor 12 wird die Kurbelwelle eines herkömmlichen Verbrennungsmotors mit einem Hub von 102 mm (U inches) verwendet. Die Waseereinspritzdüse 36, die Sauerstoffdüse 38·, die Kraftstoffdüse 39' und die Zündkerze 41 sind durchwegs im Zylinderkopf untergebracht. Die Wassereinspritzdüse 36 ist in der Bohrung zentriert, so daß sie einen gleichmäßigen WassersprühstrahlAs can be seen from Fig. 1, which shows one cylinder of the four-cylinder two-stroke in-line engine according to the invention, each cylinder has a bore of 66 mm (2.6 inches) and a stroke of 102 mm (k inches) the cylinder 31 by a single, overhead valve 35 through an exhaust duct 35 'and an exhaust manifold 35 ", and k the valve 35 is operated in a conventional manner by means of an unillustrated, overhead cam. With an expansion ratio of 20: 1 The volume of each combustion chamber is 17.0k cm (1.04 cubic inches), the engine 12 utilizes the crankshaft of a conventional internal combustion engine with a stroke of 102 mm (U inches) 39 'and the spark plug 41 are housed throughout the cylinder head and the water injection nozzle 36 is centered in the bore so that it provides a uniform spray of water

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gegen den Kolben 32 und die Wände des Zylinders 31 erzeugt. Wasser, Kraftstoff und Sauerstoff werden mittels Ventilen dosiert, die mittels eines Ililfsnockens an der Welle k3 angetrieben sind, die ihrerseits in nicht gezeigter, jedoch üblicher Weise von einer Kurbelwelle Jk angetrieben ist. Das Kraftstoffmeßventil ist von dem Sauerstoffmeßventil getrennt, so daß diese Materialien bis zum Einspritzen in die Verbrennungskammer voneinander getrennt gehalten sind. Ein typischer Motor, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, ist 686 mm (27 inches) lang, 635 mm (25 inches) hoch, 381 mm (15 inches) breit und wiegt ca. 100 kg (220 Ib).generated against the piston 32 and the walls of the cylinder 31. Water, fuel and oxygen are metered in by means of valves which are driven by means of an auxiliary cam on the shaft k3 , which in turn is driven by a crankshaft Jk in a manner not shown, but in the usual way. The fuel metering valve is separated from the oxygen metering valve so that these materials are kept separate from one another until they are injected into the combustion chamber. A typical motor constructed in accordance with the present invention is 686 mm (27 inches) long, 635 mm (25 inches) high, 381 mm (15 inches) wide, and weighs approximately 100 kg (220 pounds).

Das Einspritzen von Kraftstoff und Sauerstoff vor der Zündung für den Normalfahrtteil des Zyklus erfolgt während einer Kurbelwellendrehung um ca. 45 während 1,5 ms bei 5OOO U/min. Der Winkel, der der Einspritzdauer entspricht, bleibt konstant, und die eingespritzte Kraftstoff- und Sauerstoffmenge wird durch Drosselung in den betreffenden Zulieferleitungen vor den Meßventilen bestimmt, die von dem Hilfsnocken auf der Welle angetrieben sind. Während des Höchstleistungsteiles des Zyklus wird der ganze Kraftstoff und ein Teil des Sauerstoffes während des gleichen Teiles einer Kurbelwellenumdrehung und während der gleichen Zeitdauer eingespritzt wie beim Betrieb mit normaler Fahrleistung. Der Rest des Sauerstoffes für die Vervollständigung der Verbrennung des Kraftstoffes wird nach Überschreiten der oberen Totpunktlage während eines festgelegten Zeitabschnittes, beispielsweise ca. 30° einer Kurbelwellenumdrehung,während 1 ms bei 5000 U/mln. eingespritzt*The pre-ignition fuel and oxygen injection for the cruising portion of the cycle occurs during one crankshaft rotation by about 45 for 1.5 ms at 500 rpm. Of the The angle corresponding to the injection duration remains constant, and the amount of fuel and oxygen injected becomes by throttling in the relevant supply lines before the Measuring valves determined by the auxiliary cam on the shaft are driven. During the peak performance part of the cycle, all of the fuel and some of the oxygen is used during of the same part of a crankshaft revolution and injected for the same period of time as when operating with normal driving performance. The rest of the oxygen for the completion the combustion of the fuel is set after the top dead center position has been exceeded during a Time segment, for example about 30 ° of a crankshaft revolution, during 1 ms at 5000 U / mln. injected *

Wenn der Sauerstoffdruck 112 kp/cm absolut (16OO peia) beträgt, wie oben beschrieben, beträgt der Druckabfall über das SaueretoffmeOventil 21,1 kp/cm (3OO peia). Der Sauerstoff wird stromaufwärts des Meßventlls gedrosselt, so daß eine Drosselung für maximale Leistung geschaffen wird, und dabeiWhen the oxygen pressure is 112 kp / cm absolute (16OO peia), As described above, the pressure drop across the oxygen valve is 21.1 kp / cm (300 peia). The oxygen is throttled upstream of the Meßventlls, so that a Throttling is created for maximum performance, and at the same time

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erfolgt gleichläufig eine Drosselung des vor Erreichen der oberen Totpunktlage eingespritzten Kraftstoffes.there is a simultaneous throttling of the fuel injected before reaching the top dead center position.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird als Kraftstoff Wasserstoffgas und als Oxydationsmittel Sauerstoffgas verwendet. Bei einer anderen Ausführungsform wird als Kraftstoff flüssiges Benzin und als Oxydationsmittel Sauerstoffgas verwendet« Da, wie im folgenden noch eingehender beschrieben, der Wasserstoff und der Sauerstoff unter genügend hohem Druck stehen, werden diese Gase von den betreffenden Vorratsbehältern über an diese angeschlossene, geeignete LeitungenIn one embodiment of the invention, the fuel Hydrogen gas is used and oxygen gas is used as an oxidizing agent. In another embodiment, liquid gasoline is used as fuel and oxygen gas is used as the oxidizing agent « There, as described in more detail below, the hydrogen and the oxygen under sufficiently high pressure stand, these gases are from the relevant storage containers via suitable lines connected to them

k zu den Drosselventilen und den von den Hilfsnocken an der Welle 43 angetriebenen Meßventilen zugeliefort. Wenn als Kraftstoff flüssiges Benzin verwendet wird, wird dieses aus dem Vorratsbehälter, der unter atmosphärischem Druck steht, zu den Drossel- und MeÜventilen gepumpt, und die Pumpe liefert einen ausreichenden Druck, so daß das Benzin in der erforderlichen Menge in den Zylinder eingespritzt werden kann. Hierzu kann eine von der Kurbelwelle "}h in herkömmlicher Weise angetriebene Pumpe mit geeigneten Drossel- und Dosiereinrichtungen verwendet werden. In ähnlicher Weise wird eine solche Pumpe auch zum Zuliefern von Wasser unter ausreichendem Druck zum Sprühen und Kühlen jedes Zylinders gefördert. Da sowohl das Benzin, wenn solchesk to the throttle valves and the measuring valves driven by the auxiliary cams on the shaft 43. If liquid gasoline is used as fuel, this is pumped from the reservoir, which is under atmospheric pressure, to the throttle and metering valves, and the pump supplies sufficient pressure so that the gasoline can be injected into the cylinder in the required quantity . For this purpose, a pump driven in a conventional manner by the crankshaft "} h can be used with suitable throttling and metering devices. Similarly, such a pump is also used to supply water under sufficient pressure to spray and cool each cylinder. As both the gasoline if such

verwendet wird, als auch das Wasser unter verhältnismäßig niedrigem Druck eingespritzt wird und die Metige nicht genau eingehalten zu werden braucht, ist die Verwendung der teuereren und sehr genauen Einspritzpumpen be der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich.is used, as well as the water is injected under relatively low pressure and the Metige not exactly What needs to be adhered to is the use of the more expensive and very accurate injection pumps in the implementation of the present invention is not required.

Der Motor gemäß der Erfindung und sein Betrieb sind insoweit einzigartig, als anstatt Stickstoff, wie im Falle der Verwendung von Luft bei herkömmlichen Motoren als Oxydationsmittel, hier Wasserdampf das als Arbeitsmedium verwendete wichtige Medium ist. Außerdem werden die Zylinderwände durchThe engine according to the invention and its operation are unique in that instead of nitrogen, as in the case of using air as an oxidising agent in conventional engines, in this case water vapor is the most important medium used as a working medium. In addition, the cylinder walls are through

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Besprühen mit Wasser von innen gekühlt. Beim Betrieb des Motors wird der Otto-Zyklus (Verbrennung bei konstantem Volumen) für den Betrieb bei normaler Leistung verwendet und der Otto-Zyklus mit dem Diesel-Zyklus (Verbrennung bei konstantem Druck) für höhere Leistungen kombiniert. Bei den beschriebenen Ausführungsformen von Kraftfahrzeugmotoren wird der Betrieb im Otto-Zyklus für Leistungspegel z.B. bis zur normalen Fahrleistung (ho bis 50 PB) verwendet und für höhere Leistungen mit dem Diesel-Zyklus kombiniert.Sprayed with water cooled from the inside. When operating the engine, the Otto cycle (combustion at constant volume) is used for operation at normal output and the Otto cycle is combined with the Diesel cycle (combustion at constant pressure) for higher outputs. In the described embodiments of motor vehicle engines, operation in the Otto cycle is used for power levels, for example up to normal driving performance (ho to 50 PB), and is combined with the diesel cycle for higher powers.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, wird das Wasser für die Sprühwasser-Inneiikühlung der Zylinderwände und der Kolben des Motors gemäß dex' Erfindung durch Kondensieren des Wasserdampfes des Arbeitsmediums und des Kühlnebels aus dem Auspuff gewonnen. Der Auspuffsammler 35" ist durch eine Leitung 71 mit dem oberen Teil eines Vorkühlers 72 verbunden, der in der Nähe seines Bodens mit einem Kondensator 75 verbunden ist. Da die von der Sprühwasserkühlung anfallende Wassermenge geringer ist als die Menge des durch das Auspuffventil 35 und den Sammler 35" ausströmende Wasserdampfmenge, kann ein Teil des Auspuffgases über eine Leitung 71" ins Freie entlassen werden. Durch eine Schlange 7^ im Kondensator 75 wird Wasser oder Kühlmittel von dem Wärmetausch- und Kühlsystem des Motors 12 umgewälzt. Das im Kondensator 75 kondensierte Wasser aus dem Auspuff wird durch eine Leitung 77 in einen Behälter 76 mit einem Überlauf 80 für die Freigabe von überschüssigem Wasser in die Atmosphäre und über eine Leitung 77" in eine Leitung 76" weitergeleitet, deren eines Ende in den Behälter 76 führt und deren anderes Ende mit einer Pumpe 78 verbunden iet. Von der Pumpe 78 wird das Wasser über ein Drosselventil 79 zur Wassersprühdüee 36 und über ein Ventil 79' und eine Leitung 73 zu dem Sprühkopf im Vorkühler 72 gefördert. Der Vorkühler 72, der Kondensator 75, der Behälter 76, die Pumpe 78 und die verschiedenenAs can be seen from Fig. 7, the water for the spray water inner cooling of the cylinder walls and the pistons of the engine according to the invention is obtained by condensing the water vapor of the working medium and the cooling mist from the exhaust. The exhaust manifold 35 ″ is connected by a line 71 to the upper part of a precooler 72 which is connected to a condenser 75 near its bottom A portion of the exhaust gas can be discharged into the open air via a line 71 ". Water or coolant from the heat exchange and cooling system of the engine 12 is circulated through a coil 7 ^ in the condenser 75. The water condensed in the condenser 75 from the exhaust is passed through a line 77 into a container 76 with an overflow 80 for the release of excess water to the atmosphere and via a line 77 "into a line 76" , one end of which leads into the container 76 and the other end of which is connected to a pump 78. From the pump 78 the water is passed via a throttle valve 79 to the water spray nozzle 36 and via a valve 7 9 'and a line 73 to the spray head in the precooler 72. The precooler 72, the condenser 75, the tank 76, the pump 78 and the various

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Leitungen sind mit kleinen Entlüftungen ausgestattet, so daß nach Abschalten des Motors 12 etwaiges, in dem System zurückgebliebenes Wasser in die umgebende Atmosphäre entlassen wird. Auf diese Weise ist ein Einfrieren des Systems bei Lufttemperaturen unter dem Gefrierpunkt und bei langen Stillstandszeiten des Motors vermieden.Lines are equipped with small vents so that after the motor 12 has been switched off, anything in the system any remaining water is released into the surrounding atmosphere. This way there is a system freeze at air temperatures below freezing point and at long Avoid engine downtimes.

Mit dem Auspuff-Kückgewinnsystem gemäß der Erfindung für den liückgewinn des Wassers aus den Auspuffgasen des Motors entfällt die Notwendigkeit, für die Sprühwasserkühlung der Zylinder und Kolben von innen einen Wasservorrat bereitzuhalten. Wenn der Motor angelassen wird, befinden sich dieWith the exhaust recovery system according to the invention for The recovery of the water from the exhaust gases of the engine eliminates the need for the spray water cooling To keep a water supply ready from the inside of the cylinder and piston. When the engine is started, the

ψ Zylinderwände, Kolben, das Kühlmittel des Motors und die Teile des Auspuff-Kückgewinnsystems auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur. Die Sprühwasserinnenkühlung wird also nicht bereits beim Anlassen des Motors sondern erst nach Erwärmung der Zylinderwände und der Kolben erforderlich. Während diese Erwärmung fortschreitet, wird der Wasserdampf aus dem Auspuff kondensiert und in dem Rückgewinnsystem gesammelt, so daß bei Dedarf für die Sprühwasserkühlung der Zylinderwände und Kolben und für die Sprühkühlung im Vorkühler 72 in dem Behälter 76 Wasser verfügbar ist. Wenn natürlich der Motor stillgesetzt und wieder angelassen wird, bevor die Zylinderwände, die Kolben ψ Cylinder walls, pistons, engine coolant and parts of the exhaust recovery system at a relatively low temperature. The internal spray water cooling is therefore not required when the engine is started, but only after the cylinder walls and pistons have warmed up. As this heating proceeds, the water vapor from the exhaust is condensed and collected in the recovery system so that water is available in reservoir 76 for water spray cooling of the cylinder walls and pistons and for spray cooling in precooler 72 in reservoir 76 when needed. If, of course, the engine is stopped and restarted before the cylinder walls, the pistons

fc und das Kückgewinnsystetn abgekühlt sind, ist für die sofortige Sprühwasserkühlung in den Zylindern über die Sprühdüse 36 das vom vorangegangenen Motorbetrieb in dem Kückgewinnsystem zurückgebliebene Wasser verfügbar.fc and the cooling system have cooled down is for immediate use Spray water cooling in the cylinders via spray nozzle 36 that from previous engine operation in the recovery system remaining water available.

In Fig. 2A und 2B ist der Betrieb mit normaler Fahrleistung für die Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, bei der als Kraftstoff Wasserstoffgas und als Oxydationsmittel im wesentlichen reines Sauerstoffgas verwendet wird. Dabei zeigt Fig. 2Λ einen der Motorzylinder 31 tnit seinem Arbeitsglied oder Kolben 32, der über eine Kolbenstange 33 mit der 2A and 2B illustrate normal mileage operation for the embodiment of the invention at which is used as fuel hydrogen gas and as oxidizing agent essentially pure oxygen gas. Included Fig. 2Λ shows one of the motor cylinder 31 tnit its working member or piston 32, which via a piston rod 33 with the

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32 Antriebswelle 34 verbunden ist. Der Kolben/ist in der Nähe des Endes des Arbeitshubes nach der Verbrennung des gasförmigen Wasserstoffes und des im wesentlichen reinen Sauerstoffes dargestellt. Die Verbrennungsprodukte und das Arbeitsmedium (beides ist überhitzter Wasserdampf) sind expandiert, beispielsweise im Verhältnis 20:1, und das Auspuffventil 35 ist gerade im Begriff zu öffnen.32 drive shaft 34 is connected. The piston / is near the end of the working stroke after the combustion of the gaseous hydrogen and the essentially pure oxygen shown. The combustion products and the working medium (both are superheated steam) are expanded, for example in the ratio 20: 1, and the exhaust valve 35 is about to open.

Das Auspuffventil 35 öffnet knapp vor Erreichen der unteren Totpunktlage, und das heiße Gas im Zylinder wird ausgeblasen und sein Druck sinkt, wobei das Gas im Zylinder adiabatisch expandiert» Kurz nach dem Abblasen des überhitzten Dampfes in dem Zylinder wird die Wassereinspritzung durch die Düse 36 zur Kühlung der Zylinderwände, der Kolben und des Auspuffventils eingeleitet (siehe Fig. 2B). Das Auspuffventil 35 bleibt offen, bis der Kolben das Volumverhältnis verändert hat, so daß nur mehr ein Volumverhältnis 5s1 bleibt, und dann wird das Auspuffventil 35 geschlossen (siehe Fig, 20) Während dieses Auspuffteiles des Hubes hat der Kolben 32 den größten Teil des Dampfes von hoher Temperatur aus dem Zylinder verdrängt. Ein Teil des Wasserdampfes wird direkt durch Verdampfen des eingespritzten Wassers gekühlt, das gegen die Wand gesprüht wird. Das Wasser, das die Wände, die Kolbenstirnfläche und das /mspuffventil erreicht, verdampft zu Wasserdampf von niedriger Temperatur und vermischt sich mit dom restlichen Wasserdampf hoher Temperatur und kühlt diesen weiter ab. Ein Teil dieses Dampfes strömt mit dem verbleibenden Heißdampf durch dan Auspuffventil aus. Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Auspuffventil geschlossen wird, ist das restliche Zylindervolumon oberhalb dos Kolbens mit Sattdampf gefüllt.The exhaust valve 35 opens just before the bottom dead center position is reached, and the hot gas in the cylinder is blown out and its pressure drops, the gas in the cylinder expanding adiabatically »Shortly after the superheated steam is blown off In the cylinder, the water injection through the nozzle 36 is used to cool the cylinder walls, the pistons and the exhaust valve initiated (see Fig. 2B). The exhaust valve 35 remains open until the piston changes the volume ratio so that only a volume ratio of 5s1 remains, and then the exhaust valve 35 is closed (see Fig, 20) During this exhaust portion of the stroke, the piston 32 displaced most of the high temperature vapor from the cylinder. Part of the water vapor is direct cooled by evaporation of the injected water, the sprayed against the wall. The water that reaches the walls, the piston face and the spuff valve evaporates to water vapor of low temperature and mixes with the remaining water vapor of high temperature and cools this further off. Part of this steam flows with the remaining superheated steam through the exhaust valve. In addition The time at which the exhaust valve is closed is the remaining cylinder volume above the piston Saturated steam filled.

Zum Zeitpunkt des ^chließens des Auspuffventile 35 wird die Einspritzung des gasförmigen tfassorstoffoa und Sauerstoffes durch di-θ Düsen 3Ü bzw, 39 eingeleitet. Dieses Ein-At the time of the closing of the exhaust valve 35, the injection of the gaseous tfassorstoffoa and oxygen through di-θ nozzles 3Ü or 39 is initiated. This one

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blasen findet zwischen dem Schließen des Auspuffventils und einigen Graden der Kurbelwellenumdrehung vor Erreichen der oberen Totpunktlage statt,Blow takes place between the closing of the exhaust valve and a few degrees of crankshaft rotation before reaching top dead center,

Fig. 2D zeigt die Zündung am oberen Totpunkt, mit der die Verbrennung beginnt, die ein Ansteigen des Druckes und der Temperatur in dem Zylinder bewirkt. Als nächstes expandiert der überhitzte Dampf im Verhältnis 20:1, so daß er Arbeit leistet« Der überhitzte Dampf gibt an die Wände Wärme ab, die nicht nur von dem Kühlwassermantel sondern auch beim Auspuffhub, bei dem der Kolben sich nach oben bewegt, durch Sprühwasser von innen gekühlt ward.Fig. 2D shows the ignition at top dead center, with which the combustion begins, an increase in pressure and the Causes temperature in the cylinder. Next expanded the superheated steam in a ratio of 20: 1, so that it does work. «The superheated steam gives off heat to the walls, not only from the cooling water jacket but also during the exhaust stroke, during which the piston moves upwards Spray water was cooled from the inside.

Zur Erzielung maximaler Leistung über den wirksamen Fahrleistungsbereich mit einfachem Leistungszyklus wird der beschriebene Betrieb des Motors durch einen zweiten Leistungszyklus durch Einspritzung nach der Zündung erweitert. Die Figuren 2Λ bis 2D und die Fig. 2E zeigen die verschiedenen Stadien der Leiatungszyklen. Am Ende des Arbeitshubes (Fig.2A), vor dem Öffnen des Auspuffventils, befindet sich der Dampf im Zylinder auf einer Temperatur und auf einem Druck oberhalb derjenigen am Ende des Arbeitshubes bei einfachem Falirzyklus. Nachdem das Auspuffventil geöffnet hat, bläst der Zylinder ab, und der Dampf im Zylinder expandiert adiabatisch, /viii unteren Totpunkt wird das Einsprühen von Wasser eingeleitet (Fig. 213) , wie dies auch beim einfachen Fahrzyklus der Fall war. Nur wird der Sprühvorgang verstärkt, indem die einströmende Menge erhöht wird, so daß HIr die Kühlung bei dieser höheren Leistung zusätzliches Wasser verfügbar gemacht wird. Nach Schließen des Auspuffventils 3'j (Fig. ?X) und während des Verdichtungshubes wird der ganze Wasserstoff, Jedoch nur derjenige Teil des Sauerstoffes eingeblasou, der ohne Explosion bzw. Deechlkü;ung des Zylinder^ oder Kolbous durch Überdruck zulässig ist. Die Bedingungen im Zylinder am Ende de· Verdichtungshubes sind ähnlich Jenen beim Zyklus mit einfacher Fahrleistung, nur ist diesmal der Druck wegen desIn order to achieve maximum performance over the effective driving performance range with a simple performance cycle, the described operation of the engine is extended by a second performance cycle through injection after ignition. FIGS. 2Λ to 2D and FIG. 2E show the various stages of the conduction cycles. At the end of the working stroke (Fig. 2A), before the exhaust valve is opened, the steam in the cylinder is at a temperature and at a pressure above that at the end of the working stroke with a simple fall cycle. After the exhaust valve has opened, the cylinder blows off and the steam in the cylinder expands adiabatically, viii bottom dead center the injection of water is initiated (FIG. 213), as was also the case with the simple drive cycle. The spraying process is only increased by increasing the amount flowing in, so that additional water is made available for the cooling at this higher output. After closing the exhaust valve 3'j (Fig. ? X) and during the compression stroke, all of the hydrogen is blown in, but only that part of the oxygen which is permissible without explosion or deechlcation of the cylinder or piston through excess pressure. The conditions in the cylinder at the end of the compression stroke are similar to those in the cycle with single driving power, only this time the pressure is due to the

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Druck/des zusätzlichen Wasserstoffs und Sauerstoffs um ein geringes Haß größer. Die Zündung erfolgt am oberen Totpunkt durch einen Zündfunken einer Zündkerze 41 , und das kraftstoffreiche Gemisch verbrennt und erzeugt überhitzten Dampf» Gleichzeitig (Fig. 2E) wird in einer Hochdruck-Sauerstoff leitung 42 ein Ventil geöffnet, das zusätzlichen .Sauerstoff für die Verbrennung des restlichen, noch unverbrannten Wasserstoffes bei konstantem Druck liefert und den zweiten Leistungszyklus einleitet. Unter Umständen, in denen eine Detonation erfolgt, kann der Wasserstoff, wie oben beschrieben, beim Aufwärtshub eingeblasen werden, jedoch das Einblasen des Sauerstoffes kann aufgeschoben werden und erst kurz vor Erreichen der oberen Totpunktlage eingeleitet werden, so daß der Wasserstoff in dem Maß fortschreitend verbrennt,in dem der Sauerstoff eingelassen wird.Pressure / additional hydrogen and oxygen a slight hatred greater. The ignition takes place at top dead center by an ignition spark of a spark plug 41, and the fuel-rich mixture burns and creates overheated Steam »Simultaneously (Fig. 2E) is in a high pressure oxygen line 42 opened a valve, the additional .oxygen for the combustion of the remaining, supplies still unburned hydrogen at constant pressure and initiates the second power cycle. In certain circumstances, in which a detonation occurs, the hydrogen can be blown in on the upstroke as described above, however blowing in the oxygen can be postponed and only initiated shortly before the top dead center position is reached be so that the hydrogen progresses in the measure burns by admitting the oxygen.

Im Interesse eines besseren Verständnisses der Erfindung werden nun die Parameter einer veranschaulichenden Ausführungsform angegeben und die Betriebscharakteristik derselben an !!and eines PV-Diagramms (Fig. 3) gezeigt. Wie für das Ende des Arbeitshubes des Fahrzyklus mit einfacher Leistung gezeigt (Fig. 2Λ) beträgt der Zylinderdruck 2,74 kp/cm (absolut) (39 psia), und die Temperatur des überhitzten Dampfes beträgt 1493°C(272O°f). (Punkt 1 in Fig. 3). Wenn das Auspuffventil öffnet, expandiert der Dampf adiabatisch von 2,74 auf 1,41 kp/ cm (von 39 auf 20 psia), wobei die Dampftemperatur auf 1304° C (2380°f) sinkt. (Punkt 2 in Fig. 3). Bei diesen Temperaturen beträgt die Schallgeschwindigkeit in Wasserdampf ca. 915 m/s (3OOO ft/sec), und es dauert ca. 0,1 ma (oder 3 der Kurbelwellenumdrehung bei 5000 U/inin) , bis die Druckwellen den Kolben erreichen und bis das Ausströmen aus dem Zylinder nach dem ersten Offnen des Ventils beginnt.In the interest of a better understanding of the invention, the parameters of an illustrative embodiment and the operating characteristics thereof will now be given !! and a PV diagram (Fig. 3). As for the end of the working stroke of the driving cycle with simple power shown (Fig. 2Λ) the cylinder pressure is 2.74 kp / cm (absolute) (39 psia), and the temperature of the superheated steam is 1493 ° C (2720 ° f). (Point 1 in Fig. 3). When the exhaust valve opens, the steam expands adiabatically from 2.74 to 1.41 kp / cm (from 39 to 20 psia) with the steam temperature dropping to 1304 ° C (2380 ° f). (Point 2 in Fig. 3). With these Temperatures, the speed of sound in water vapor is about 915 m / s (3OOO ft / sec), and it takes about 0.1 ma (or 3 of the crankshaft revolution at 5000 rpm) until the Pressure waves reach the piston and until the outflow from the cylinder begins after the valve is opened for the first time.

Um das Einsprühen von Wasser während des Auspuffhubes des Zyklus zu ermöglichen, kann die Düse 36 gegenüber der Wasser-To avoid spraying water during the exhaust stroke of the To enable cycle, the nozzle 36 can opposite the water

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leitung 37 eine Druckdifferenz von 8,kk kp/cm (120 psia) aufweisen, so daß das Sprühwasser eine Geschwindigkeit von ca. 30,5 m/s (1OO ft/sec) erreicht. Demnach braucht ein Wassertröpfchen des SprUhstrahles ca. 2 ms, bis es einen Punkt der Zylinderwand erreicht, der von dem oberen Ende der Verbrennungskammer "J6 mm (3 inches) entfernt ist» Dei 5OOO U/min erfordert diese Bewegungsstrecke ca. 6O° einer Kurbelwellenumdrehung, und wenn der Wassersprühstrahl bei der unteren Totpunktlage beginnt, wird das Tröpfchen die Wand an der genannten Stelle erreichen, kurz bevor sie von dem Kolben bestrichen wird.line 37 having a pressure difference of 8, kk kp / cm (120 psia) so that the spray water reaches a speed of about 30.5 m / s (1OO ft / sec). Accordingly, a water droplet of the spray jet takes about 2 ms to reach a point on the cylinder wall which is "J6 mm (3 inches) away from the upper end of the combustion chamber" At 500 rpm, this movement distance requires about 60 ° of a crankshaft revolution , and if the water spray starts at bottom dead center, the droplet will reach the wall at that point just before it is swept by the piston.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Auspuffventil 35 schließt (Punkt 3 in Fig. 3), bleibt oberhalb des Kolbens im wesentlichen nur Sattdampf von ca. 110° C (230° F) zurück, und die Kompression beginnt.By the time the exhaust valve 35 closes (point 3 in Figure 3), essentially only saturated steam of about 110 ° C (230 ° F) remains above the piston and compression begins.

Der maximale Druck im Zylinder steigt nur bis auf 11,6 kp/cm (165 P*ia) an· Infolgedessen ist der RUckdruck gegen das eingeblasene Gas während des Einblaeens nur minimal· Die adiabatische Kompression des Dampfes bei 110° C (230° F) (über ein Verdichtungsverhältnis von 5:1 ) zuzüglich des Einbringens von Wasserstoff und Sauerstoff führt zu einem Zylinderdruck von 11,6 kp/cm (165 psia) und einer Gärtempera tur von 360° C (68O⁰F).(Punkt h in Fig. 3). Nach der Zündung stieg der Zylinderdruck auf ca· 91,^ kp/cm (13OO psia) und die Temperatur des Dampfe* im Zylinder auf ca. 2860°C (518O⁰F (Punkt 5 in Fig. 3)· Anschließend kehren Druck und Temperatur bei der Expansion während de· Arbeitehube· auf die Werte an. Punkt 1 in Fig. 3 zurück. The maximum pressure in the cylinder only rises to 11.6 kp / cm (165 P * ia) As a result, the back pressure against the injected gas is minimal during the injection.The adiabatic compression of the steam at 110 ° C (230 ° F ) (over a compression ratio of 5: 1) plus the introduction of hydrogen and oxygen leads to a cylinder pressure of 11.6 kp / cm (165 psia) and a fermentation temperature of 360 ° C (68O ⁰ F). (point h in Fig. 3). After the ignition of the cylinder pressure rose to ca · 91 ^ kp / cm (13OO psia) and the temperature of the vapors * in the cylinder to about 2,860 ° C (518O ⁰ F (point 5 in Figure 3) · Then return pressure. And Temperature during expansion during the working stroke to the values at point 1 in FIG.

Bei dem Betrieb mit dem zweifachen Zyklus mit maximaler Leistung endet der Arbeitehub mit überhitztem Dampf von einem Druck von 5,03 kp/cm (71,5 P«i») und einer Temperatur von ca, I930⁰ c (35OO°f)(Punkt 1· in Fig. 3). Nach Öffnen de·When operating with the double cycle at maximum power, the working stroke ends with superheated steam at a pressure of 5.03 kp / cm (71.5 P «i») and a temperature of approx. 1930 ⁰ c (35OO ° f) ( Point 1 in Fig. 3). After opening the

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Auspuffventils expandiert der überhitzte Dampf in dem Zylinder adiabatisch bis zu einem Druck von 1,41 kp/cm (20 psia) und einer Temperatur von 1515°C (276O°P), und nach dem Aussprühen mit Wasser und dem Auspuff bleibt Sattdampf von 110° C (23O°f) und 1,41 kp/cm² (20 psia) zurück, und die Bedingungen sind die gleichen wie beim Zyklus mit einfacher Fahrleistung (Punkt 3 in Flg. 3).Exhaust valve, the superheated steam in the cylinder expands adiabatically to a pressure of 1.41 kgf / cm (20 psia) and a temperature of 1515 ° C (2760 ° P), and after spraying with water and the exhaust remains saturated steam of 110 230 ° f (° C) and ^{20 psia (1.41 kgf / cm 2} ), and the conditions are the same as the single mileage cycle (item 3 in Fig. 3).

Während der Kompression und des Einblasens von Kraftstoff und Sauerstoff wird nur derjenige Teil des Sauerstoffes eingeblasen, der erforderlich ist, um einen maximalen Zylinderdruck von 91 >4 kp/cm (13OO psia) zu erreichen. Dies führt zu einem Verhältnis zwischen Sauerstoff und Kraftstoff von 2,6, und dieses Verhältnis liegt innerhalb der für die Verbrennung erforderlichen Grenzen. Das Gesamtverhältnis zwischen Sauerstoff und Kraftstoff bei der Verbrennung eines Wasserstoff-Sauerstoffgemisches beträgt 0:Kraftstoff = 8, und dies ist das stöchiometrische Verhältnis. Nach dem Zünden verbrennt das kraftstoffreiche Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch, und dabei wird überhitzter Dampf von 91»4 kp/cm (13OO psia) erzeugt, und nun wird zusätzlich unter hohem Druck Sauerstoff eingeblasen, bis der Wasserstoff völlig ausgebrannt ist. Der überhitzte Dampf erreicht eine Temperatur von ca, 3315° C (6000°f) (Punkt 6 in Fig. 3)· Bei Beginn des Expansionshubes 1st durch die vorangegangene Expansion bei konstantem Druck (Punkt 6 des Diagramms der Fig· 3) für den Zyklus mit maximaler Leistung zusätzlich zu dem Zyklus bei normaler Fahrleistung das Expaneionsverhältnie von 20:1 auf 8,5»1 gesunken. Wie beschrieben, leistet der Motor beim Betrieb unter den im Zusammenhang mit dem zweifachen Zyklus für maximale Leistung besprochenen Bedingungen 216 PS bei 3OOO U/Min.During the compression and injection of fuel and oxygen, only that portion of the oxygen is injected which is necessary to achieve a maximum cylinder pressure of 91> 4 kp / cm (1300 psia). This results in an oxygen to fuel ratio of 2.6, and this ratio is within the limits required for combustion. The total ratio between oxygen and fuel when burning a hydrogen-oxygen mixture is 0: fuel = 8, and this is the stoichiometric ratio. After ignition, the fuel-rich hydrogen-oxygen mixture burns, producing superheated steam of 91 »4 kp / cm (1300 psia), and now oxygen is additionally blown in under high pressure until the hydrogen is completely burned out. The superheated steam reaches a temperature of approx. 3315 ° C (6000 ° f) (point 6 in FIG. 3). At the beginning of the expansion stroke, the previous expansion at constant pressure (point 6 of the diagram in FIG. 3) Cycle with maximum power in addition to the cycle with normal driving power, the expansion ratio decreased from 20: 1 to 8.5 »1. As described, when operating under the conditions discussed in connection with the double cycle for maximum power, the engine will produce 216 horsepower at 300 rpm.

Der Motorwirkungsgrad des Wasseretoff-Saueretoffmotors ist in Fig· k als Funktion der Leistung bei konstanter DrehzahlThe engine efficiency of the hydrogen / oxygen engine is shown in FIG. K as a function of the power at constant speed

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von. 3OOO U/min aufgezeichnet* Die Kurve hat eine Wirkungsgradspitze von k5% bei 60 PS (und dies ist um ein geringfügiges Maß mehr als für normalen Fahrbetrieb erforderlich), fällt jedoch bei den höheren Leistungen des zweifachen Zyklus für maximale Leistung sehr wenig ab· Normalerweise wird man ein steileres Abfallen bei den höheren Leistungen erwarten, denn das Expansionsverhältnis wird ja durch den Abschnitt des Zyklus mit konstentem Druck (Einspritzung nach der ZUndung) weitgehend vermindert. Dieser Neigung des Wirkungsgrades zum Abfallen wirkt jedoch die steigende Temperatur des überhitzten Dampfes im Zylinder entgegen, die bestrebt ist, den Wirkungsgrad zu verbessern.from. 3OOO RPM recorded * The curve has an efficiency peak of k5% at 60 hp (and this is slightly more than required for normal driving) but drops very little at the higher powers of the double cycle for maximum power Normally one would expect a steeper drop in the higher powers, because the expansion ratio is largely reduced by the section of the cycle with constant pressure (injection after ignition). This tendency of the efficiency to drop, however, counteracts the rising temperature of the superheated steam in the cylinder, which strives to improve the efficiency.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden im Zweitaktbetrieb des Verbrennungsmotors statt Wasserstoff und Sauerstoff Benzin und Sauerstoff verbrannt, und der maximale Wirkungsgrad tritt im Bereich von 25 bis5O PS auf, obwohl ein solcher Motor imstande ist, eine Maximalleistung von 200 PS und ein Drehmoment von ca. 3k mkp (250 lbs,-ft.) zu entwickeln. Zu Vergleichszwecken sei angeführt, daß diese Auführungsform der Erfindung für das gleiche Hubvolumen, also gleiche Bohrung und gleiche Hublänge, ausgelegt ist t wie die Ausführungsform eines luftverschmutzunjjbfreien Motors zur Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff laut obiger Beschreibung. Der Benzin-Sauerstoff-Motor arbeitet im Grunde mit dem gleichen Zyklus wie der Wasserstoff-Sauerstoff -Motor,seine Fähigkeit, verschmutzungsfrei zu arbeiten, beruht jedoch darauf, daß die Kohlenwasserstoffe im Benzin in Abwesenheit von Stickstoff vollständig oxydiert werden. Dementsprechend können sauerstoffreiche Gemische verwendet werden, um ein gründliches Oxydieren des Kraftstoffes zu •ichern, ohne daß Stickstoffoxyde anfallen, wie bei herkömmlichen Motoren, bei denen Luft ale Oxydationsmittel verwendet wird.In another embodiment of the invention, in two-stroke operation of the internal combustion engine, gasoline and oxygen are burned instead of hydrogen and oxygen, and the maximum efficiency occurs in the range of 25 to 50 hp, although such an engine is capable of a maximum output of 200 hp and a torque of approx .3k mkp (250 lbs, -ft.) To develop. For purposes of comparison it may be mentioned that this is Auführungsform of the invention for the same displacement, ie the same bore and stroke length of same designed, t as the embodiment of a motor for use luftverschmutzunjjbfreien of hydrogen and oxygen according to the above description. The gasoline-oxygen engine basically operates on the same cycle as the hydrogen-oxygen engine, but its pollution-free operation is based on the fact that the hydrocarbons in the gasoline are completely oxidized in the absence of nitrogen. Accordingly, oxygen-rich mixtures can be used to ensure thorough oxidation of the fuel without the formation of nitrogen oxides, as in conventional engines in which air is used as an oxidant.

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Der Betrieb des Motors gemäß dieser Ausführungsform entspricht im allgemeinen dem oben an Hand der Figuren 2A bis 2E beschriebenen Betrieb, nur wird hier dem Zylinder über die Leitung 39 statt gasförmigen Wasserstoffes flüssiges Benzin zugeführt. Das Benzin wird in einem Gasgemisch mit hoher Sauerstoffkonzentration, typischerweise mit einem Sauerstoffüberschuß von 15/^> verbrannt. Dies hat zur Folge, daß am Ende des Verbrennungshubes, wie in Fig» 2A gezeigt, die Kohlenwasserstoffe des Benzins vollständig zu Wasser und Kohlendioxyd verbrannt sind. In gleicher Weise, wie oben beschrieben, wird der Otto-Zyklus und der Diesel-Zyklus für den Betrieb des Motors mit einfachem Zyklus für normale Fahrleistung bzw. dem zweifachen Zyklus für Maximalleistung verwendet.The operation of the engine according to this embodiment is the same generally the operation described above with reference to FIGS. 2A to 2E, only here the cylinder via line 39 instead of gaseous hydrogen liquid Gasoline supplied. The gasoline is in a gas mixture with high oxygen concentration, typically with a Oxygen excess of 15 / ^> burned. This has the consequence that at the end of the combustion stroke, as shown in Fig. 2A, the hydrocarbons in gasoline completely turn into water and carbon dioxide are burned. In the same way, as described above, the Otto cycle and the Diesel cycle for the operation of the engine with a single cycle for normal driving performance or the double cycle for maximum performance used.

Wie in Fig. 5 veranschaulicht, ist der Einlaßkanal 39« für den flüssigen Kraftstoff in bezug auf den Einlaßkanal 38" für den gasförmigen Sauerstoff derart angeordnet, daß innerhalb des Zylinders 3I* der Sauerstoffstrahl aus dem Einlaßkanal 38 ⁿ den Strom flüssigen Benzins, der durch den Kanal 39" eintritt, trifft, so daß das Benzin fein zerstäubt und über die ganze Verbrennungskammer innerhalb des Zylinders verteilt wird. Das Benzin und der Sauerstoff werden aus Sicherheitsgründen nicht vor dem Eintritt in den Zylinder gemischt.Such as 5 illustrated in Fig., The inlet channel 39 is arranged "for the liquid fuel with respect to the inlet channel 38" for gaseous oxygen in such a way that within the cylinder 3I * of the oxygen jet from the inlet passage 38 ⁿ the stream of liquid gasoline, by the channel 39 "enters, so that the gasoline is finely atomized and distributed throughout the combustion chamber within the cylinder. The gasoline and oxygen are not mixed before entering the cylinder for safety reasons.

Das Diagramm, da» für den Motor mit Benzin- und Sauerstoffbetrieb den Zylinderdruck in Abhängigkeit vom Zylindervolumen zeigt, ist in Flg. 6 dargestellt, und die dort gezeigten Punkte 11 bis 16 entsprechen einzeln den Punkten 1 bis 6 der Fig« 3, die oben im Zusammenhang mit den Betrieb des Motors für Wasserstoff- und Sauerstoffbetrieb besprochen wurde«The diagram shows the cylinder pressure as a function of the cylinder volume for the engine with gasoline and oxygen operation shows is in Flg. 6, and the points 11 to 16 shown there individually correspond to the points 1 to 6 of Fig. 3, above in connection with the operation of the engine for hydrogen and oxygen operation was discussed «

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Wie bei der Ausführungsform des Motors für Wasserstoff- und Sauerstoffbetrieb wird das Benzin zur Gänze vor der Zündung eingeführt, und Sauerstoff wird in einer Menge eingeführt, die der Erzielung des maximalen Druckes in der Verbrennungskammer entspricht. Da das Benzin zur Gänze vor der Zündung eingebracht wird, wird beim nachfolgenden Verbrennen des äußerst benzinreichen Gemisches überschüssiges Benzin wirksam verdampft und auf die Verbrennungstemperaturen erhitzt. Wenn also schließlich Sauerstoff eingebracht wird, verbrennt der Kraftstoff schnell und grundlieh.As with the embodiment of the engine for hydrogen and oxygen operation, the gasoline is completely introduced before ignition, and oxygen is in an amount introduced, which corresponds to the achievement of the maximum pressure in the combustion chamber. Since the gasoline is used Entirely introduced before ignition is used during the subsequent combustion of the extremely gasoline-rich mixture Excess gasoline is effectively evaporated and reduced to combustion temperatures heated. So when oxygen is finally brought in, the fuel burns quickly and basically.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung für den Betrieb mit Benzin und Sauerstoff werden die brennbaren Kohlenwasserstoffe im wesentlichen vollständig verbrannt, so daß eine Entwicklung des luftverunreinigenden Kohlenmonoxydssowie unverbrannter Kohlenwasserstoffe und Stickstoffoxyde .·. ausgeschlossen ist, die normalerweise beim Betrieb von Verbrennungsinas chinen für den Benzin- und Luftbetrieb anfallen· Die Entwicklung von Stickoxyd ist gemäß der Erfindung nicht möglich, da das Element Stickstoff im Zylinder nicht vorhanden ist. Wenn Benzin in einer Umgebung mit hoher Sauerstoffkonzentration verbrannt wird, erfolgt überdies eine innige Berührung zwischen den Benzinmolekülen und den Sauerstoffmolekülen. Im Vergleich zur Verbrennung des gleichen Kraftstoffes in Luft wird die Brenngeechwindigkeit gesteigert; die Temperatur der Verbrennungsprodukte ist höher und eine gründliche Verbrennung des Kraftstoffes ist gewährleistet.In this embodiment of the invention for operation with gasoline and oxygen, the combustible hydrocarbons are essentially completely burned, so that a Development of air polluting carbon monoxide and unburned hydrocarbons and nitrogen oxides. ·. locked out that normally arise in the operation of combustion engines for gasoline and air operation · The According to the invention, the development of nitrogen oxide is not possible because the element nitrogen is not present in the cylinder is. In addition, when gasoline is burned in an environment with a high oxygen concentration, an intimate one occurs Contact between the gasoline molecules and the oxygen molecules. Compared to the combustion of the same fuel in air, the burning speed is increased; the temperature of the combustion products is higher and thorough combustion of the fuel is guaranteed.

Da bei Verbrennungsmaschinen für den Betrieb mit Benzin und Luft die Luft ca. 78 Vol.-^ und 21 VoI,-£ Sauerstoff bzw, 75»8 Gew.-f> Stickstoff und 23*2 Gew.-^i Sauerstoff enthält, ist die verdünnende Wirkung des Stickstoffes leicht einzusehen. Stickstoff trägt zum OxydationsVorgang nicht bei, sondern vermindert die wirksame Sauerstoffkonzentration und erschwert dadurch das Zusammentreffen eines Sauerstoff-Since internal combustion engines for use with fuel and air, the air about 78 vol .- ^ 21 and VoI, -. £ or oxygen, 75 »8 wt -f> nitrogen and 23 * 2 wt .- ^ i contains oxygen, is easy to see the diluting effect of nitrogen. Nitrogen does not contribute to the oxidation process, but rather reduces the effective oxygen concentration and thus makes it more difficult for an oxygen to come into contact with one another.

+ stickstoff 009838/1438+ nitrogen 009838/1438

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moleküls mit einem Kraftstoffmolekül, mit dem es reagieren kann. Der Stickstoff wirkt jedoch nicht nur verdünnend; sondern auch wärmeableitend, indem er die bei der chemischen Reaktion freiwerdende Energie absorbiert. Der Stickstoff wird nämlich zusammen mit den Heaktionsprodukten erhitzt,molecule with a fuel molecule with which it will react can. The nitrogen does not only have a thinning effect; but also heat dissipating by reducing the chemical Reaction released energy is absorbed. The nitrogen is heated together with the reaction products,

e re r

und _t da er in so großen Mengen vorhanden ist, vermindert/die erzielbare Höchsttemperatur der Reaktion zwischen Kraftstoff und Luft und vermindert dadurch den thermischen Wirkungsgrad, der im Interesse höchster Leistung gebraucht wird.and _t because it is present in such large quantities, it reduces / the maximum attainable temperature of the reaction between fuel and air and thereby reduces the thermal efficiency which is needed in the interests of maximum performance.

Der Wirkungsgrad des Motors für Benzin- und Sauerstoffbetrieb ist in Fig. k als Funktion der Motorleistung bei konstanter Drehzahl von 3000 U/min aufgetragen. Die Differenz zwischen den Wirkungsgraden der Ausführungsformen für den Betrieb mit Wasserstoff und Sauerstoff einerseits und für den Betrieb mit Benzin und Sauerstoff andererseits wird durch das geringe Molekulargewicht von Wasserdampf (18) im Vergleich zu dem von Kohlendioxyd (kk) erklärt. Die Verbrennung von Benzin im Benzin-Sauerstoff-Motor erzeugt Kohlendioxyd, das wegen des Unterschiedes im Molekulargewicht während der Expansion nur kO 'ja der Arbeit des Wasserdampf es leistet« Die Auswirkung des Kohlendioxyds wird in zunehmendem Maße ausgeprägt, wenn die Leistung gesteigert wird, da dabei in gleicher Weise auch der Kohlendloxydanteil in Prozent zunimmt« Bei normaler Fahrleistung vermindert die Verdünnung durch den Wasserdampf In wirksamerer Weise das durchschnittliche Molekulargewicht des Arbeitsnediums· The efficiency of the engine for gasoline and oxygen operation is plotted in Fig. K as a function of the engine power at a constant speed of 3000 rpm. The difference between the efficiencies of the embodiments for operation with hydrogen and oxygen on the one hand and for operation with gasoline and oxygen on the other hand is explained by the low molecular weight of water vapor (18) compared to that of carbon dioxide (kk) . The combustion of gasoline in a gasoline-oxygen engine produces carbon dioxide which, due to the difference in molecular weight during expansion, only does the work of the water vapor the percentage of carbon dioxide also increases in the same way. «During normal driving, the dilution by the water vapor reduces the average molecular weight of the working medium more effectively.

Bei den zur Veranschaulichung beschriebenen Ausführungsformen wird in jedem Zylinder bei jedem Auspuffhub eine ausreichend· Waaaermenge eingeaprüht, um den Zylinder und den Kolben zu kühlen« Während des Betriebes des Motors mit maximaler Leistung wird für die Kühlung mehr SprUhwasserIn the illustrative embodiments described, there is one in each cylinder on each exhaust stroke Sufficient amount of water sprayed around the cylinder and to cool the piston «While the engine is running at maximum power, more spray water is used for cooling

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gebraucht als bei normaler Fahrleistung. Beispielsweise werden beim Wasserstoff-Sauerstoff-Motor bei normaler Fahrleistung bei jedem Auspuffhub ca, 67 mg (0,000150 Ib) Wasser und bei Maximalleistung ca. 167 mg (0,0004 Ib) Wasser je Hub benötigt. Dieses Wasser wird in den Zylinder 31 durch den Sprühkopf 36 (Fig. 1) in Form eines mittelfeinen Sprühnebels eingespritzt. Wenn die Zerstäubung allzu fein ist, verdampft der Sprühnebel und erreicht die zu kühlenden Flächen der Zylinderwand und des Kolbens nicht. Ist der Sprühnebel zu grob, erfolgt die Verteilung über die Zylinderwände ungleichmäßig. Vorzugsweise werden an der Wassersprühdüse nur Nenndrücke, beispielsweise 8,kh kp/cm (120 psia) * verwendet. Die einzusprühende Wassermenge wird durch ein Ventil 79 (Fig. 7) gesteuert.used than with normal driving performance. For example, in the case of a hydrogen-oxygen engine with normal driving performance, approx. 67 mg (0.000150 Ib) water is required for each exhaust stroke and approx. 167 mg (0.0004 Ib) water per stroke at maximum power. This water is injected into the cylinder 31 through the spray head 36 (Fig. 1) in the form of a medium-fine spray. If the atomization is too fine, the spray mist evaporates and does not reach the surfaces to be cooled, the cylinder wall and the piston. If the spray mist is too coarse, it will be distributed unevenly over the cylinder walls. Preferably, only nominal pressures, for example 8 kh kp / cm (120 psia) * , are used at the water spray nozzle. The amount of water to be sprayed is controlled by a valve 79 (FIG. 7).

Der Motor gemäß der Erfindung kann, ohne Rücksicht darauf ob der Kraftstoff Wasserstoff oder Benzin ist, je nach Kraftfahrzeugkonstruktion im Bug oder im Heck des Kraftfahrzeuges eingebaut sein und ist mit den anzutreibenden Rädern in . herkömmlicher Weise, beispielsweise mittels eines herkömmlichen Getriebes, eines Drehmomentwandlers oder dergl. verbunden. Die Vorratsbehälter, sei es solche für Wasserstoff und Sauerstoff oder für Benzin und Sauerstoff, sind im Fahrzeug an einer geeigneten Stelle, wo sie nicht hindern und fc bequem gefüllt werden können, untergebracht. Vorzugsweise sind die Behälter jedoch im Interesse der Sicherheit an getrennten Stellen angeordnet.The engine according to the invention can, regardless of whether the fuel is hydrogen or gasoline, depending on the vehicle construction be installed in the front or rear of the motor vehicle and is in with the wheels to be driven . Conventionally, for example by means of a conventional transmission, a torque converter or the like. Connected. The storage tanks, be it for hydrogen and oxygen or for gasoline and oxygen, are in the vehicle in a suitable place where they cannot be hindered and where they can easily be filled. Preferably however, in the interests of safety, the containers are arranged in separate locations.

Ein Zweitakt-Verbrennungsmotor 12 (Fig. 8 und 9) gemäß der Erfindung ist vor dem Fahrgastraum 13 des Fahrzeuge 11 untergebracht. Bei dieser Ausführungsform wird der brennbare Kraftstoff für den Motor 12 von Wasserstoff tank" 16 geliefert, die hinter dem Fahrgastraum 13 angeordnet sind und mit dem Motor 12 durch eine Leitung 17 verbunden sind, und dasA two-stroke internal combustion engine 12 (FIGS. 8 and 9) according to the invention is accommodated in front of the passenger compartment 13 of the vehicle 11. In this embodiment, the combustible fuel for the engine 12 is supplied from hydrogen tank "16, which are arranged behind the passenger compartment 13 and are connected to the engine 12 by a line 17, and the

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Oxydationsmittel wird von Sauerstoffbehältern 14 aus geliefert, die vor dem Fahrgastraum 13 angeordnet sind und durch eine Leitung 15 mit dem Motor 12 verbunden sind. Die Sauerstoffbehälter Ik werden von einem Sauerstoffvorratsbehälter, beispielsweise einem Sauerstofftank 18 an einer Tankstelle, über eine Leitung 21 nachgefüllt, die eine Schnellsehlußkupplung für den Anschluß an einen geeigneten Stutzen am Fahrzeug aufweist, und die Wasserstoffbehälter 16 werden in ähnlicher Weise über eine Leitung 22 von Sauerstoffvorratsbehältern 19 ^aus nachgefüllt.Oxidizing agent is supplied from oxygen tanks 14 which are arranged in front of the passenger compartment 13 and are connected to the engine 12 by a line 15. The oxygen tanks Ik are refilled from an oxygen storage tank, for example an oxygen tank 18 at a gas station, via a line 21 which has a quick-release coupling for connection to a suitable nozzle on the vehicle, and the hydrogen tanks 16 are similarly via a line 22 of oxygen storage tanks 19 ^from refilled.

Fig. 10 zeigt in schematischer Darstellung das Vorrats- und Einspritzsystem für das Sauerstoffgas für den Motor gemäß der Erfindung. Das Sauerstoffgas wird anfangs in den Vorratsbehältern unter einem Druck gelagert, der höher ist al's der Einspritzdruck. Beispielsweise wird das Gas in den Vorratsbehältern bei 350 kp/cm (5000 psia) gelagert. Das Gaseinspritzsystem der als Beispiel angegebenen Ausführungsformen arbeitet mit dem niedrigsten möglichen Gaseinspritzdruck, nämlich mit 42,2 kp/cm (600 psia), so daß das Fassungsvermögen der Vorratsbehälter bestens genutzt wird. Wenn der Druck unter den Gaseinspritzdruck absinkt, beginnt die Motorleistung ebenfalls zu sinken, und dies erinnert den Fahrer, an eine Tankstelle zu fahren und die Behälter nachfüllen zu lassen. Ein Sauerstoffsystem mit besonders hohem Druck wird für die Nachverbrennung beim Zyklus mit Maximalleistung verwendet«FIG. 10 shows a schematic representation of the supply and injection system for the oxygen gas for the engine according to FIG the invention. The oxygen gas is initially stored in the storage containers under a pressure which is higher than that Injection pressure. For example, the gas in the reservoirs is stored at 350 kp / cm (5000 psia). The gas injection system the embodiments given as an example operates at the lowest possible gas injection pressure, 42.2 kp / cm (600 psia), so that the the storage container is optimally used. When the pressure drops below the gas injection pressure, the starts Engine output will also decrease, and this will remind the driver to drive to a gas station and refill the tanks allow. An oxygen system with a particularly high Pressure is used for the afterburning in the cycle with maximum output used"

Wie dargestellt, sind die Sauerstoffvorratsbehälter in zwei Gruppen unterteilt, nämlich in Sauerstoffbehälter 51 für normale Fahrleistung und Sauerstoffbehälter 52 für Maximalleistung. Typischerweise sind ca. 90 ^b sämtlicher Sauerstoffbehälter solche für normale Fahrleistung. Der bei normaler Fahrleistung benötigte Sauerstoff strömt aus dem Behälter durch ein Absperrventil 53» das durch den Zündschlüssel be-As shown, the oxygen storage tanks are divided into two groups, namely in oxygen tanks 51 for normal driving performance and oxygen tanks 52 for maximum performance. Typically about 90 ^ b of all oxygen tanks are those for normal driving performance. The oxygen required for normal driving conditions flows out of the container through a shut-off valve 53 »which is activated by the ignition key.

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tätigt wird, und durch .einen Druckminderungsregler $k zum Vermindern des Druckes auf ca, 35 > 2 kp/cm (500 psia)· Am Motor 12 strömt der Sauerstoff durch ein Drosselventil 55» das mittels des (nicht dargestellten) Beschleunigungspedals des Fahrzeugs sowie durch ein mittels der Welle h¹} angetriebenes Meßventil gesteuert ist, so daß das Einblasen des Sauerstoffes in den Zylinder im korrekten Zeitpunkt während des Arbeitsspieles erfolgt.is actuated, and by .a pressure reducing regulator $ k to reduce the pressure to approx. 35> 2 kp / cm (500 psia) · At the engine 12, the oxygen flows through a throttle valve 55 »which is operated by means of the accelerator pedal (not shown) of the vehicle and is controlled by a measuring valve driven by means of the shaft h ¹ } , so that the oxygen is blown into the cylinder at the correct point in time during the work cycle.

Der für den Betrieb mit Maximalleistung benötigte Sauerstoff aus den Behältern 52 strömt durch ein Absperrventil ^ 57 und einen Druckminderungsregler 58 zum Vermindern des Druckes auf einen Wert oberhalb des Niveaus des konstanten Druckes des Zyklus mit normaler Fahrleistung, beispielsweiseThe oxygen required for operation at maximum output from the containers 52 flows through a shut-off valve ^ 57 and a pressure reducing regulator 58 to reduce the Pressure to a value above the constant pressure level of the normal driving cycle, for example

auf 112 kp/cm (16OO psia) und von dort durch ein Drosselventil 59» Um sicherzustellen, daß der Sauerstoff zur Gänze und vollständig genutzt wird, ist ein Ventilsystem vorgesehen, das es gestattet, die Leitungen der Sauerstoffbeh&lter 51 und 52 für den Betrieb mit normaler Fahrleistung bzw. für Maximalleistung zu verbinden, wenn entweder der Druck in demto 112 kp / cm (16000 psia) and from there through a throttle valve 59 »To ensure that all the oxygen is used, a valve system is provided which allows the lines of the oxygen tank 51 and to connect 52 for operation with normal driving performance or for maximum performance if either the pressure is in the

ersteren Behälter 51 auf 35.2 kp/cm (500 psia) oder der Druck in dem letzteren Behälter auf 112 kp/cm (16OO psia) absinkt. Dieses Ventilsystem kann einen Regler 6z aufweisen, der das Überströmen von Sauerstoff aus den Sauerstoffbehältern ) 52 für maximale Leistung in die Leitung für den Betrieb mit normaler Fahrleistung ermöglicht, so daß in der Leitung für den Betrieb mit normaler Fahrleistung ein Druck von 42» 2 kp/the former container 51 drops to 35.2 kg / cm (500 psia) or the pressure in the latter container drops to 112 kg / cm (16000 psia). This valve system can have a regulator 6z , which allows the overflow of oxygen from the oxygen tanks) 52 for maximum performance in the line for operation with normal driving performance, so that a pressure of 42 »2 kp in the line for operation with normal driving performance /

cm (600 psia) aufrechterhalten wird, und es kann ein Rückschlagventil 63 vorgesehen sein, das ein Überströmen von Sauerstoff aus den Behältern 51 für den Betrieb mit normaler Fahrleiatung in die Sauerstoffleitung für den Betrieb mit maximaler Leistung ermöglicht, wenn der Druck in den Sauerstoffbehältern 52 für den Betrieb mit Maximalleiatung unter den Druck der Behälter für normale Fahrleistung sinkt·cm (600 psia) is maintained and there can be a check valve 63 be provided, the overflow of oxygen from the containers 51 for operation with normal Fahrleiatung in the oxygen line for operation with maximum output allows when the pressure in the oxygen tanks 52 for operation with maximum conduction under the pressure of the container for normal driving performance sinks

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Das Vasserstoffvorrats- und -einspritzsystem für die Ausführungsform der Erfindung für den Betrieb mit Wasserstoffgas als Kraftstoff ist ähnlich dem Sauerstoffsystem für den Betrieb mit normaler Fahrleistung und weist einen Druckbehälter 651 ein Absperrventil 66, ein Druckminderventil 67» ein Drosselventil 68 und eine Kraftstoffeinspritzdüse 39' (Fig. 1) auf. Ein Drosselventil 68 führt während des Betriebes mit maximaler Leistung zusätzlichen Wasserstoff in den Zylinder ein.The hydrogen storage and injection system for the embodiment of the invention for operation with hydrogen gas as fuel is similar to the oxygen system for operation with normal driving performance and has a pressure vessel 651, a shut-off valve 66, a pressure reducing valve 67 ', a throttle valve 68 and a fuel injection nozzle 39' ( Fig. 1). A throttle valve 68 introduces additional hydrogen into the cylinder during operation at maximum power.

In Fig. 11 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Zweitakt-Verbrennungsmotor dargestellt, bei dem als Kraftstoff Benzin und als Oxydationsmittel Sauerstoff dient und das für den Einbau in einen PKW bestimmt ist. Der Motor 12' ist vor dem Fahrgastraum 13' angeordnet, und der brennbare Kraftstoff wird dem Motor 12' über eine Leitung 17' von Benzintanks 16' zugeliefert. Die Benzintanks 16' und der Motor 12' sind vor dem Fahrgastraum 13' angeordnet. Sauerstoffbehälter 14' sind hinter dem Fahrgastraum 13' angeordnet und mit dem Motor 12' über eine Leitung 15' verbunden. Die Benzintanks werden von einem Benzinvorratstank 19' an der Tankstelle über eine Leitung 22' in der für PKW-s mit Viertakt-Benzinmotoren üblichen Weise aufgefüllt. Sauerstoff für das Auffüllen des Sauerstoffbehälters 14' des Fahrzeugs wird von Flttssigsauerstoffbehältern 18' an der Tankstelle über einen Converter (eine Druckaufbau-kohrschlange) 20' und eine Leitung 21' geliefert« Eine geeignete Schnellkupplung am Fahrzeug und am Ende der Leitung 21' gestattet das Zuführen des Sauerstoffs von der Druckaufbau-Rohrschlange 20* zu den Sauerstoffbehältern I^¹ und zum Schließen des Stutzens am Fahrzeug beim Lösen des Endes der Leitung 21' von diesem Stutzen.In FIG. 11, a two-stroke internal combustion engine is shown as an exemplary embodiment of the invention, in which gasoline is used as fuel and oxygen is used as an oxidizing agent and which is intended for installation in a car. The engine 12 'is positioned in front of the passenger compartment 13' and the combustible fuel is supplied to the engine 12 'via a line 17' from gasoline tanks 16 '. The gasoline tanks 16 'and the engine 12' are arranged in front of the passenger compartment 13 '. Oxygen tanks 14 'are arranged behind the passenger compartment 13' and are connected to the engine 12 'via a line 15'. The petrol tanks are filled from a petrol storage tank 19 'at the petrol station via a line 22' in the manner customary for passenger cars with four-stroke petrol engines. Oxygen for filling the oxygen tank 14 'of the vehicle is supplied from liquid oxygen tanks 18' at the petrol station via a converter (a pressure build-up tube) 20 'and a line 21' Supplying the oxygen from the pressure build-up coil 20 * to the oxygen tanks I ^ ¹ and closing the nozzle on the vehicle when the end of the line 21 'is detached from this nozzle.

PatentansprücheClaims

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Claims

. Internal combustion engine with at least one cylinder, a _ ^ y ^ ± xi the cylinder reciprocable piston, an exhaust duct in the cylinder, an exhaust valve in the duct and a fuel inlet nozzle in the cylinder, characterized in that the following parts to create an air pollution-free internal combustion engine there are provided: an oxygen inlet nozzle (38 ') in the cylinder for admitting essentially pure acid gas, a water spray nozzle (36) in the cylinder, a device (39) for supplying a measured amount of fuel to the fuel inlet nozzle, a device (38) for supplying a measured amount of substantially pure oxygen gas to the oxygen inlet nozzle, means (37) for supplying a measured amount of water to the water spray nozzle, and means for timely, recurring opening and closing of the exhaust valve in the exhaust passage and for introducing the measured amounts of fuel , Oxygen, etc. nd spray water in the cylinder.

2. Motor according to claim 1, characterized by one to the Means connected to the exhaust duct for recovering the fuel injected into the cylinder as well as through the Combustion of the fuel and oxygen in the cylinder produces water by the exhaust port discharged from the cylinder, and means for supplying the in the water recovery means water recovered from the exhaust pipe to the water spray nozzle.

3 · Engine according to claim 2, characterized in that the device for recovering water from the exhaust

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a condenser with coils and means for circulating a coolant from the engine through the coils,

k. Engine according to Claim 3, characterized in that the device for recovering water from the exhaust pipe includes a pre-cooler (for cooling from superheating temperature desuperheater), a device for spraying water into the pre-cooler and a device for supplying water discharged from the condenser to the Has water spray device of the precooler.

5. An engine according to claim k, characterized in that the device for recovering water from the exhaust comprises a container, a device for conveying exhaust products and condensate, including the water sprayed into the precooler, from the precooler into the condenser, a device for Forwarding of exhaust products and condensate, including the spray water, from the condenser into the container and a device for supplying water from the container into the water spray device in the pre-cooler and to the water spray nozzle in the cylinder "

6, engine according to one of claims 1 to 5 »characterized in that that. an oxygen storage device and a Means are provided for supplying oxygen from the oxygen storage device to the oxygen inlet nozzle are"

7 · Motor according to claim 6, characterized in that two separate devices for supplying oxygen the oxygen storage device to the oxygen inlet nozzle are provided, each of which is provided for the supply of oxygen in a different manner once under

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conditions of normal power requirements and once under Conditions of high power demand can be controlled separately.

8, engine according to claim 6 or 7 »characterized in that that the oxygen storage device has the following parts comprises: a first group of interconnected oxygen storage containers, a second group of interconnected connected oxygen storage tanks, means for supplying oxygen from the first Group of storage containers to the oxygen inlet nozzle, ^ a device for measuring the from. the first group of Storage tanks supplied to the oxygen inlet nozzle Oxygen, a means for supplying oxygen from the second group of storage containers the oxygen inlet nozzle and a device for measuring of the oxygen supplied from the second group of storage vessels to the oxygen inlet nozzle

9 · Engine according to claim 8, characterized in that the oxygen storage device includes a device for supplying oxygen from the first group of storage containers to the device for supplying oxygen from the second group of storage containers and | means ζ un supplying oxygen from the second group of storage vessels to the means for supplying oxygen from the first group of storage containers comprising.

10. Motor according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the fuel is gasoline.

11. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9t dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff Waeserstoffgas ist«11. Motor according to one of claims 1 to 9t, characterized in that the fuel is hydrogen gas «

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12. Motor according to one of claims 1 to 9 ι characterized in that that the fuel is a medium that is combustible in the presence of oxygen and that as a product such a combustion produces water, but not nitrogen oxides "

13. Motor according to one of Claims 1 to 12, characterized in that that the fuel and the oxygen let into the cylinder in an approximately stoichiometric ratio will.

Ik, a method for operating an internal combustion engine with at least one cylinder and a reciprocating piston in the cylinder, an exhaust duct in the cylinder, an exhaust valve in the duct and inlet nozzles for fuel, oxygen and water mist, according to one of claims 1 to 13 »That is, the exhaust port with the exhaust valve is closed when the piston moves towards the exhaust port, characterized in that a measured amount of fuel and oxygen gas is admitted into the cylinder with the exhaust port closed, the fuel and the acid off gas in the cylinder are burned, after the fuel and oxygen have burned, the exhaust valve is opened and the exhaust products of the combustion are expelled from the cylinder while the exhaust valve is open, and that in order to cool the cylinder and the piston they are sprayed with a measured amount of water from the water spray nozzle .

15· Verfahren nach Anspruch lh, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser aus den Auspuffprodukten aus dem Zylinder, das durch da« geöffnete Auepuffventil ausströmt, von dort wiedergewonnen wird und zur Kühlung des Zylinders15. Method according to claim 1h, characterized in that the water from the exhaust products from the cylinder, which flows out through the open exhaust valve, is recovered from there and for cooling the cylinder

009838/U38 " ³⁰ "009838 / U38 " ³⁰ "

and inserting the piston into the cylinder through the water spray nozzle.

16. The method according to claim 15 »characterized in that part of that recovered from exhaust products Water is sprayed into the exhaust products to cool them will.

Method according to one of Claims 14 to 16, characterized in that a first measured amount of oxygen gas is introduced into the cylinder with the fuel and is burned there, and that a second measured amount of oxygen gas and fuel is measured during the combustion * of the first measured amount of oxygen gas and the fuel Amount of oxygen gas is introduced into the cylinder and burned with the fuel located there.

18, method according to one of claims 1 ^ to 17 _f, characterized in that the fuel is hydrogen gas.

19, the method according to any one of claims 14 to 17 »thereby characterized in that the fuel is liquid gasoline,

20, method according to claim 19 »characterized in that ) the gasoline admitted into the cylinder inside the cylinder by meeting with that in the cylinder oxygen entering through the oxygen inlet nozzle is atomized,

the

21, method according to one / claims 1Ί to 17 »characterized in that that introducing a measured amount of fuel and oxygen gas into the cylinder in two Sections is divided into that in the first of these two sections a controlled amount of fuel and oxygen is admitted into the cylinder when

009838/U38 - 31 -009838 / U38 - 31 -

the piston is in a position for the delivery of a performance of a predetermined level, and admitting a controlled additional amount of fuel or oxygen to the cylinder in the second section is, while the piston moves under the action of the combustion pressure, so that an additional Combustion occurs at substantially constant pressure until the fuel is depleted, creating an output is generated above the predetermined level,

22. device for the recovery of water from exhaust gases, Exhaust or exhaust products of an internal combustion engine, characterized by a pre-cooler (desuperheater), a device for supplying the exhaust products from an internal combustion engine to the pre-cooler, a device for spraying water into the pre-cooler, a condenser, a device for supplying exhaust products and water spray from the pre-cooler in the condenser, a cooling coil in the condenser, a device for circulating a coolant from the cooling system of the internal combustion engine through the coils, a tank, means for supplying water condensed in the condenser from the pre-heater spray water directed into the condenser and exhaust products from the condenser into the container as well Devices for supplying water from the tank into the water spraying device in the pre-cooler,

23 · Device for recovering water according to claim 22, characterized by a device for supplying of water from the container into the internal combustion engine «

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