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DE102009026374A1 - Method and arrangement for operating an internal combustion engine - Google Patents

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DE102009026374A1
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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors für Kraftfahrzeuge mit Kraftstoff und einem der Verbrennungsluft im Ansaugtrakt des Motors zugeführten, im Fahrzeug durch Elektrolyse von Wasser hergestellten Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch wird das Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch im normalen Motorbetrieb bis zum Erreichen eines vorgegebenen Speicherdrucks erzeugt und zwischengespeichert und nur bei hoher Motorleistung, das heißt während des Anfahrens und Beschleunigens des Fahrzeugs und beim Unterschreiten eines bestimmten, im Ansaugtrakt herrschenden Unterdrucks der Ansaugluft zugeführt. Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens umfasst einen an eine Stromquelle (17), einen Wassertank (25) und eine Kühlvorrichtung (18-20) angeschlossenen Elektrolyseur (1), wobei in die Gasleitung (30) zwischen dem Elektrolyseur (1) und dem Ansaugtrakt (35) des Motors ein Gasspeicher (32) und ein Ventil (33) eingebunden sind. An den Gasspeicher (32) ist ein Druckmessgerät (37) und an den Ansaugtrakt (35) ist ein Unterdruckmessgerät (38) angeschlossen, die in ein zum Zu- oder Abschalten der Stromquelle und zum Öffnen oder Schließen des Ventils (33) vorgesehenes Steuergerät (36) integriert sind. Durch das Verfahren können der Kraftstoffverbrauch und der Schadstoffgehalt im Abgas gesenkt werden. Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist einfach und platzsparend ausgebildet und auch zur Nachrüstung bestehender Verbrennungsmotoren geeignet.In a method for operating an internal combustion engine for motor vehicles with fuel and a hydrogen-oxygen mixture produced in the vehicle by electrolysis of water and supplied to the combustion air in the intake tract of the engine, the hydrogen-oxygen mixture is generated in normal engine operation until a predetermined storage pressure is reached and temporarily stored and only supplied to the intake air at high engine output, that is to say during the starting and accelerating of the vehicle and when the intake air falls below a certain vacuum prevailing in the intake tract. The arrangement for carrying out the method comprises an electrolyzer (1) connected to a power source (17), a water tank (25) and a cooling device (18-20), the gas line (30) being connected between the electrolyzer (1) and the intake tract (35) of the engine, a gas accumulator (32) and a valve (33) are integrated. A pressure measuring device (37) is connected to the gas accumulator (32) and a vacuum measuring device (38) is connected to the intake tract (35), which is connected to a control device () for switching the power source on or off and for opening or closing the valve (33). 36) are integrated. The method can reduce fuel consumption and the pollutant content in the exhaust gas. The arrangement for carrying out the method is simple and space-saving and is also suitable for retrofitting existing internal combustion engines.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors für Kraftfahrzeuge mit Kraftstoff und einem der Verbrennungsluft im Ansaugtrakt des Motors zugeführten, im Fahrzeug durch Elektrolyse von Wasser hergestellten Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for operating an internal combustion engine for motor vehicles with fuel and one of the combustion air in the intake tract of the engine, in the vehicle through Electrolysis of water produced hydrogen-oxygen mixture and an arrangement for carrying out the method.

Aus der DE 2002 0836 U1 ist eine Zusatzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit der während des Motorbetriebs ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch hergestellt und als zusätzlicher Kraftstoff dem Verbrennungsraum des Motors zugeführt wird. Die Herstellung des Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisches erfolgt unmittelbar in dem angetriebenen Fahrzeug mit Hilfe eines in diesem angeordneten Elektrolyseurs durch Elektrolyse von Wasser, und zwar bedarfsorientiert in Abhängigkeit vom Verbrennungsprozess. Die Bereitstellung der elektrischen Energie für den Elektrolyseur wird über einen in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gesteuerten Spannungswandler realisiert, so dass die Spannung und damit die Wasserstofferzeugung und deren Zufuhr in den Verbrennungsraum drehzahlabhängig geregelt werden. Das im Elektrolyseur aus Wasser hergestellte Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch, das noch einen Restwasseranteil aus der Elektrolyse enthält, wird in einer über den Abgaskrümmer geführten Rohrleitung mit Hilfe der Abgaswärme getrocknet. Aufgrund der zusätzlichen Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff soll der Verbrauch an fossilen Kraftstoffen gesenkt und der Schadstoffausstoß reduziert werden sowie die Motorleistung verbessert werden.From the DE 2002 0836 U1 An auxiliary device for an internal combustion engine is known, with which a hydrogen-oxygen mixture is produced during engine operation and supplied as additional fuel to the combustion chamber of the engine. The hydrogen-oxygen mixture is produced directly in the driven vehicle with the aid of an electrolyzer arranged in it by electrolysis of water, specifically in accordance with the combustion process. The provision of electrical energy for the electrolyzer is realized via a voltage converter controlled in dependence on the engine speed, so that the voltage and thus the production of hydrogen and its supply to the combustion chamber are regulated as a function of the speed. The hydrogen-oxygen mixture produced in the electrolyzer from water, which still contains a residual water content from the electrolysis, is dried in a pipe guided via the exhaust manifold with the aid of the exhaust gas heat. The additional use of hydrogen as fuel will reduce fossil fuel consumption, reduce emissions and improve engine performance.

Die zuvor beschriebene Vorrichtung zur Kraftstoffeinsparung und zur Verringerung des Schadstoffausstoßes ist insofern nachteilig, als ständig in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der vom Spannungswandler bereitgestellten Spannung eine mehr oder weniger große Zusatzgasmenge hergestellt und dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, tatsächlich aber die Kraftstoffeinsparung in keinem direkten Verhältnis zur Wasserstofferzeugung und der dafür eingesetzten elektrischen Energie bzw. Motorleistung steht. Zudem bereitet die Bereitstellung der beim Anfahren oder Beschleunigen des Fahrzeugs erforderlichen hohen Zusatzgasmengen durch den Elektrolyseur Schwierigkeiten, so dass eine möglichst hohe Kraftstoffeinsparung nicht gewährleistet ist.The previously described device for fuel economy and for Reduction of pollutant emissions is disadvantageous in that as constantly depending on the engine speed and the voltage provided by the voltage converter one more or less large additional gas produced and the internal combustion engine but actually the fuel economy in no direct relation to hydrogen production and the electrical energy or motor power used for it stands. In addition prepares the deployment of when starting or Acceleration of the vehicle required high levels of additional gas through the electrolyzer difficulties, so that as possible high fuel saving is not guaranteed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit fossilem Kraftstoff und zusätzlich mit einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch, das mit einem dem Verbrennungsmotor zugeordneten Elektrolyseur erzeugt wird, anzugeben, das eine sichere Funktion und eine optimale Kraftstoffeinsparung und Schadstoffreduzierung im Abgas gewährleistet.Of the Invention is based on the object, a method and an arrangement for operating an internal combustion engine with fossil fuel and in addition with a hydrogen-oxygen mixture, that with an internal combustion engine associated electrolyzer is generated to indicate that a safe Function and optimum fuel economy and emission reduction guaranteed in the exhaust.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren und einer Anordnung gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention the object with a method and an arrangement according to the features of claims 1 and 9 solved. Advantageous developments and expedient embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors für Kraftfahrzeuge mit Kraftstoff und einem der Verbrennungsluft im Ansaugtrakt des Motors zugeführten, im Fahrzeug durch Elektrolyse von Wasser hergestellten Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch besteht der Kern der Erfindung im Wesentlichen darin, dass das Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch im normalen Motorbetrieb bis zum Erreichen eines vorgegebenen Speicherdrucks erzeugt und zwischengespeichert wird und nur bei hoher Motorleistung, d. h. im Wesentlichen während des Anfahrens und Beschleunigens des Fahrzeugs, wenn bei sich im Ansaugtrakt verringerndem Unterdruck ein bestimmter Unterdruck unterschritten wird, der Ansaugluft zugeführt wird. Das Verfahren zeichnet sich bei vermindertem Aufwand für die Wasserstoffbereitstellung durch einen geringen Kraftstoffverbrauch und einen reduzierten Schadstoffgehalt im Abgas aus.at the method of operation according to the invention an internal combustion engine for motor vehicles with fuel and one of the combustion air supplied in the intake tract of the engine, in the vehicle by electrolysis of water produced hydrogen-oxygen mixture The essence of the invention is essentially that the hydrogen-oxygen mixture in normal engine operation until reaching a predetermined storage pressure generated and cached and only at high engine power, d. H. essentially during startup and acceleration of the vehicle, if at the intake tract decreasing negative pressure a certain negative pressure is exceeded, fed to the intake air becomes. The process is characterized by reduced effort for the hydrogen supply by a low fuel consumption and a reduced pollutant content in the exhaust gas.

Die Herstellung des Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisches erfolgt oberhalb eines vorgegebenen Mindestspeicherdrucks bis zum Erreichen eines vorgegebenen Maximalspeicherdrucks, wobei der Gasdruck in der Gasdruckleitung bzw. im Gasspeicher und der Druck im Ansaugtrakt überwacht und über ein Steuergerät die Zufuhr des Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisches zum Ansaugtrakt und die Stromzufuhr zum Elektrolyseur freigegeben oder unterbrochen werden.The Production of the hydrogen-oxygen mixture is carried out above a predetermined minimum storage pressure until reaching a predetermined minimum Maximum storage pressure, wherein the gas pressure in the gas pressure line or monitored in the gas storage and the pressure in the intake system and via a control unit, the supply of the hydrogen-oxygen mixture released to the intake and the power supply to the electrolyzer or be interrupted.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der zur Elektrolyse benötigte Strom von der Originallichtmaschine oder einer an den Motor angeschlossenen Zusatzlichtmaschine erzeugt.According to one Another feature of the invention is that required for electrolysis Electricity from the original light engine or one connected to the engine Additional dynamo generated.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Elektrolyse mit destilliertem Wasser, das vor der Elektrolyse gekühlt wird. Außerdem wird auch der Elektrolyseprozess durch eine an das Kühlsystem des Verbrennungsmotors angeschlossene Wasser- und/oder Luftkühlung des Elektrolyseurs gekühlt.In Another embodiment of the invention, the electrolysis is carried out with distilled water, which is cooled before electrolysis. In addition, the electrolysis process by a the cooling system of the internal combustion engine connected water and / or Air cooling of the electrolyzer cooled.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird das Wasser, das in dem aus dem Elektrolyseur austretenden Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch noch enthalten ist, in einem Wasserabscheider aufgrund der Schwerkraft ausgeschieden.In Advantageous development of the invention, the water in the exiting from the electrolyzer hydrogen-oxygen mixture still contained in a water separator due to gravity excreted.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, die einen an eine Stromquelle, einen Wassertank und eine Kühlvorrichtung angeschlossenen Elektrolyseur umfasst, weist in der Gasleitung zwischen dem Elektrolyseur und dem Ansaugtrakt einen Gasspeicher zur Zwischenspeicherung des bei geringer Motorleistung produzierten Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemisches und ein Ventil zur Freigabe bzw. zum Unterbinden der Gaszufuhr in den Ansaugtrakt auf. An den Gasspeicher ist ein Druckmessgerät und an den Ansaugtrakt ist ein Unterdruckmessgerät angeschlossen, die in ein zum Zu- oder Abschalten der Stromquelle und zum Öffnen oder Schließen des Ventils vorgesehenes Steuergerät integriert sind. Die Anordnung zeichnet sich durch eine einfache und platzsparende Bauweise aus und kann auch in bereits in Betrieb befindliche Verbrennungsmotoren eingebaut werden In weiterer Ausbildung der Erfindung ist dem Elektrolyseur ein mit dem Steuergerät verbundener Temperatursensor zum temperaturabhängigen Zuschalten einer Kühlvorrichtung zugeordnet.The Inventive arrangement for implementation of the procedure, one to a power source, a water tank and a cooling device connected electrolyzer includes, points in the gas line between the electrolyzer and the Intake tract a gas storage tank for caching at low Engine power produced hydrogen-oxygen gas mixture and a Valve for releasing or blocking the gas supply to the intake tract on. At the gas storage is a pressure gauge and the Intake tract is connected to a vacuum gauge, in the on to turn on or off the power source and to open or closing the valve provided control unit are integrated. The arrangement is characterized by a simple and space-saving design and can also already in operation located internal combustion engines are installed in further training the invention is the electrolyzer with the control unit Connected temperature sensor for temperature-dependent connection associated with a cooling device.

Die Kühlvorrichtung umfasst einen ersten Kühlkörper für den Elektrolyseur und einen zweiten Kühlkörper für das dem Elektrolyseur zugeführte Wasser sowie an die Stromquelle angeschlossene Mittel zur Zuführung des Kühlmediums, zum Beispiel eine Pumpe für ein flüssiges Kühlmedium oder einen Lüfter für ein gasförmiges Kühlmedium.The Cooling device comprises a first heat sink for the electrolyzer and a second heat sink for the water supplied to the electrolyzer as well supply means connected to the power source the cooling medium, for example, a pump for a liquid cooling medium or a fan for a gaseous cooling medium.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dient der Wassertank gleichzeitig als Wasserabscheider für das aus dem Elektrolyseur über einen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Wassertanks geführte, noch einen wässrigen Anteil aufweisende Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemisch.According to one Another feature of the invention, the water tank serves simultaneously as a water separator for that from the electrolyzer over a guided above the liquid level of the water tank, still an aqueous fraction having hydrogen-oxygen gas mixture.

Als Stromquelle für den Betrieb des Elektrolyseurs, der Kühlanlage, der Mess- und Steuergeräte und des Ventils dient eine von dem Verbrennungsmotor angetriebene Lichtmaschine.When Power source for the operation of the electrolyzer, the cooling system, the measuring and control devices and the valve is one of the internal combustion engine driven alternator.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in eine vom Wassertank zum Elektrolyseur führende Wasserleitung ein Wasserfilter eingebunden.In Another embodiment of the invention is in one of the water tank to the electrolyzer leading water pipe a water filter involved.

In Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Elektrolyseur Anoden- und Kathodenplatten mit zwischen diesen angeordneter Dualreaktionsplatte, die durch Kunststoffrahmen gegeneinander isoliert und abgedichtet sind und unter Zwischenschaltung von Druckfedern elastisch miteinander verspannt sind.In Embodiment of the invention comprises the electrolyzer anode and Cathode plates with dual reaction plate arranged between them, which are insulated and sealed against each other by plastic frames are and with the interposition of compression springs elastic with each other are tense.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenOne Embodiment of the invention will be with reference to the drawing explained in more detail. Show it

1 ein Blockschaubild einer Anordnung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit fossilem Kraftstoff (Benzin) und einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch; 1 a block diagram of an arrangement for operating a combustion engine with fossil fuel (gasoline) and a hydrogen-oxygen mixture;

2 eine Explosionsdarstellung der Platten eines Elektrolyseurs zur Herstellung des Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisches durch Elektrolyse von Wasser; und 2 an exploded view of the plates of an electrolyzer for the production of hydrogen-oxygen mixture by electrolysis of water; and

3 eine Seitenansicht eines zur Anordnung in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Elektrolyseurs. 3 a side view of an arrangement provided for in a motor vehicle electrolyzer.

Kernstück der Anordnung gemäß 1 ist ein Elektrolyseur 1, der – wie 2 zeigt – eine Kathodenplatte 2 und eine Anodenplatte 3, eine zwischen diesen angeordnete Dualreaktionsplatte 4 sowie eine innere Gehäuseplatte 5 und zwei äußere Gehäuseplatten 6', 6'' umfasst. Zur Abdichtung und Isolierung und zur Reaktionsraumbildung zwischen der Kathodenplatte 2, der Dualreaktionsplatte 4, der Anodenplatte 3 und der inneren Gehäuseplatte 5 sind Kunststoffrahmen 7 vorgesehen. Die Verbindung dieser Bauteile (3 bis 7) erfolgt mittels Schraubenbolzen 8, Unterlegscheiben 9, Isolierhülsen 10 und Muttern 11 sowie einer jedem Schraubenbolzen 8 an der äußeren Gehäuseplatte 6 zugeordneten Druckfeder 12. Die Druckfedern 12 sorgen trotz einer durch Temperaturschwankungen bedingten unterschiedlichen Ausdehnung für eine sichere Abdichtung zwischen den Platten des Elektrolyseurs 1 in allen Betriebszuständen. An der äußeren Gehäuseplatte 6' sind ein Wasseranschluss 13 für die Wasserzufuhr in den Elektrolyseur 1 und ein Gasanschluss 14 für die Gasentnahme erkennbar. Die Anodenplatte 3 und die Kathodenplatte 2 sind über Anschlussklemmen 15, 16 an eine von dem Verbrennungsmotor angetriebene, nur für die Stromversorgung des Elektrolyseurs 1 bestimmte Zusatzlichtmaschine 17 angeschlossen. Um eine ausreichend große Wasserstoffmenge bereitstellen zu können, sind in der in 3 gezeigten Ausführungsform eines Elektrolyseurs 1 zwei (oder mehrere) Elektrolysezellen miteinander verbunden. An der Außenseite des Elektrolyseurs 1 angebrachte erste Kühlkörper 18 bewirken eine Kühlung des Elektrolyseurs 1 und ein zweiter Kühlkörper 19 sorgt für die Kühlung des in den Elektrolyseur 1 eingeführten Wassers. Die Kühlkörper können für Luft- oder Wasserkühlung ausgelegt sein.Centerpiece of the arrangement according to 1 is an electrolyzer 1 who, like 2 shows - a cathode plate 2 and an anode plate 3 , a dual reaction plate arranged between them 4 and an inner housing plate 5 and two outer housing plates 6 ' . 6 '' includes. For sealing and isolation and reaction space between the cathode plate 2 , the dual reaction plate 4 , the anode plate 3 and the inner housing plate 5 are plastic frames 7 intended. The connection of these components ( 3 to 7 ) by means of bolts 8th , Washers 9 Insulating sleeves 10 and nuts 11 as well as one each bolt 8th on the outer housing plate 6 associated compression spring 12 , The compression springs 12 ensure a secure seal between the plates of the electrolyzer despite a different expansion caused by temperature fluctuations 1 in all operating states. On the outer housing plate 6 ' are a water connection 13 for the water supply to the electrolyzer 1 and a gas connection 14 recognizable for the gas sampling. The anode plate 3 and the cathode plate 2 are via connection terminals 15 . 16 to a driven by the internal combustion engine, only for the power supply of the electrolyzer 1 certain auxiliary generator 17 connected. In order to provide a sufficiently large amount of hydrogen can be in the in 3 shown embodiment of an electrolyzer 1 two (or more) electrolysis cells connected together. On the outside of the electrolyzer 1 attached first heatsink 18 cause cooling of the electrolyzer 1 and a second heat sink 19 ensures the cooling of the electrolyser 1 introduced water. The heat sinks can be designed for air or water cooling.

Die Wasserstoffherstellung erfolgt hier durch Elektrolyse von destilliertem Wasser, das im Kathoden- und Anodenraum durch den von der Zusatzlichtmaschine 17 erzeugten elektrischen Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Durch die Kühlung und den dadurch verminderten Wasserdampfanteil im Gas sowie die Verwendung von destilliertem Wasser werden Korrosionserscheinungen in den Verbrennungsräumen und der Abgasanlage des Motors verhindert. Gemäß dem in 1 gezeigten Blockschaubild erfolgt die Kühlung des Elektrolyseurs 1 mit einer Kühl flüssigkeit, die mittels einer Pumpe 20 und Kühlflüssigkeitsleitungen 21 über einen Wärmetauscher 22 geführt wird, der an das Kühlsystem des Verbrennungsmotors angeschlossen ist. Die Pumpe 20 wird – ausgehend von dem von einem Temperatursensor 22 erzeugten Temperatursignal – von der Zusatzlichtmaschine 17 mit Strom versorgt.The hydrogen is produced here by electrolysis of distilled water, which in the cathode and anode compartment by that of the auxiliary alternator 17 generated electric current is split into hydrogen and oxygen. By cooling and the resulting reduced water vapor content in the gas and the use of distilled water corrosion phenomena in the combustion chambers and the exhaust system of the engine are prevented. According to the in 1 shown block diagram, the cooling of the electrolyzer 1 with a cooling liquid by means of a pump 20 and coolant lines 21 via a heat exchanger 22 is guided, which is connected to the cooling system of the internal combustion engine. The pump 20 is - starting from that of a temperature sensor 22 generated temperature signal - from the auxiliary alternator 17 powered.

Die Reaktionsräume des Elektrolyseurs 1 sind über eine druckfeste Wasserleitung 23 und ein in diese eingebundenes Wasserfilter 24 mit einem gleichzeitig als Wasserabscheider 25' fungierenden Wassertank 25 verbunden. Der Wassertank 25 verfügt über einen Wasserstandsanzeiger 26 zum Anzeigen der Füllhöhe und einen Wasserstandssensor 27 zur Signalisierung eines minimalen Füllstandes. Sobald die Zusatzlichtmaschine 17 den Elektrolyseur 1 über das Elektrokabel 28, in das eine Sicherung 29 eingebunden ist, mit Strom versorgt, wird ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch erzeugt, das über eine druckfeste Gasleitung 30 in den oberhalb des Wasserspiegels im Wassertank 25 vorhandenen Raum (Wasserabscheider 25') und – nach Abscheidung des im Gas enthaltenen Wassers in das Wasserreservoir im Wassertank 25 – in die Gasdruckleitung 31 gelangt. Die Gasdruckleitung 31 ist über einen Gasspeicher 32 und ein Ventil 33 mit dem Verteiler 34 des Ansaugtraktes 35 eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) verbunden und außerdem an ein Steuergerät 36 angeschlossen, in das ein Druckmessgerät 37 zur Messung und Anzeige des Druckes in der Gasdruckleitung 31 und ein Unterdruckmessgerät 38 zur Messung und Anzeige des Druckes im Ansaugtrakt 35 sowie eine Temperaturanzeige 39 integriert ist. Das Steuergerät 36 ist mittels Elektroleitungen 40 mit dem Temperatursensor 22, der Lichtmaschine 17 und der Pumpe 20 verbunden, um den Elektrolyseur 1 im Betrieb auf der Basis der gemessenen Temperatur zu kühlen. Das Steuergerät 36 ist weiterhin über die Elektroleitung 40 an den Wasserstandssensor 27 zur Signalisierung einer Minimalfüllhöhe und der notwendigen Auffüllung des Wassertanks 25 über eine an diesem vorgesehene Nachfüllöffnung 41 sowie an das in die Gasdruckleitung 31 zwischen dem Gasspeicher 32 und dem Verteiler 34 eingebundene Ventil 33 angeschlossen. Schließlich ist das Steuergerät 36 über eine Unterdruckleitung 42 mit dem Ansaugtrakt 35 des Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) verbunden, um den Druck im Ansaugtrakt mit Hilfe des Unterdruckmessgeräts 38 messen und anzeigen zu können.The reaction chambers of the electrolyzer 1 are via a pressure-resistant water pipe 23 and a built-in water filter 24 with one at the same time as a water separator 25 ' functioning water tank 25 connected. The water tank 25 has a water level indicator 26 to display the level and a water level sensor 27 for signaling a minimum level. Once the auxiliary alternator 17 the electrolyzer 1 over the electric cable 28 into which a fuse 29 is connected, supplied with electricity, a hydrogen-oxygen mixture is generated, which via a pressure-resistant gas line 30 in the above water level in the water tank 25 existing space (water separator 25 ' ) and - after separation of the water contained in the gas in the water reservoir in the water tank 25 - in the gas pressure line 31 arrives. The gas pressure line 31 is over a gas storage 32 and a valve 33 with the distributor 34 of the intake tract 35 an internal combustion engine (not shown) connected and also to a control unit 36 connected, in which a pressure gauge 37 for measuring and displaying the pressure in the gas pressure line 31 and a vacuum gauge 38 for measuring and displaying the pressure in the intake tract 35 as well as a temperature display 39 is integrated. The control unit 36 is by means of electric cables 40 with the temperature sensor 22 , the alternator 17 and the pump 20 connected to the electrolyzer 1 to cool during operation on the basis of the measured temperature. The control unit 36 is still on the electric wire 40 to the water level sensor 27 for signaling a minimum filling level and the necessary filling of the water tank 25 via a refill opening provided thereon 41 as well as in the gas pressure line 31 between the gas storage 32 and the distributor 34 integrated valve 33 connected. Finally, the controller 36 via a vacuum line 42 with the intake tract 35 of the internal combustion engine (not shown) connected to the pressure in the intake tract by means of the vacuum gauge 38 measure and display.

Bei einem in dem Gasspeicher 32 bzw. der Gasdruckleitung 31 unterhalb eines vorgegebenen – vom Steuergerät erfassten – Speichergasdruckniveaus Pspeicher-min von – im vorliegenden Ausführungsbeispiel – < 0,8 bar wird über das Steuergerät 36 die Zusatzlichtmaschine 17 und damit der Elektrolyseur 1 in Betrieb gesetzt und solange ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemisch erzeugt bis der maximale Speichergasdruck Pspeicher-max erreicht ist. Im Gasspeicher 32 steht somit ein ausreichend großes Gasreservoir zur Verfügung, um den Verbrennungsmotor bei besonders hoher Motorleistung, nämlich beim Anfahren und Beschleunigen eines Kraftfahrzeugs, zusätzlich mit einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch betreiben zu können.At one in the gas storage 32 or the gas pressure line 31 below a predetermined - detected by the control unit - memory gas pressure level P memory-min of - in the present embodiment - <0.8 bar is via the control unit 36 the auxiliary generator 17 and thus the electrolyzer 1 put into operation and as long as a hydrogen-oxygen gas mixture is generated until the maximum memory gas pressure P memory max is reached. In the gas storage 32 Thus, a sufficiently large gas reservoir is available in order to operate the internal combustion engine with a particularly high engine performance, namely when starting and accelerating a motor vehicle, in addition to a hydrogen-oxygen mixture.

Die Zufuhr des Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemisches in den Ansaugtrakt 35 des Verbrennungsmotors erfolgt nur beim Anfahren und Beschleunigen, und zwar auf der Basis eines dabei im Ansaugtrakt 35 auftretenden und im Steuergerät 36 erfassten Unterdrucks. Wenn der Unterdruck im Ansaugtrakt 35 aufgrund der Betätigung des Gaspedals beim Anfahren und Beschleunigen einen bestimmten Mindestwert Pansaug-min unterschreitet, das heißt von einem im Normalbetrieb beispielsweise bei 0,8 bar liegenden Wert auf einen Wert kleiner als –0,5 bar sinkt, wird über das Steuergerät 36 das Ventil 33 geöffnet, so dass sofort eine große, unter Druck stehende Gasmenge aus dem Gasspeicher 32 für den Verbrennungsprozess zur Verfügung steht. Falls der Druck im Gasspeicher 32 das minimale Speicherdruckniveau Pspeicher-min von 0,8 bar unterschreitet, wird im Elektrolyseur 1 wieder ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemisch erzeugt, um auch bei gegebenenfalls längerer Anfahr- oder Beschleunigungsphase ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch mit ausreichend hohem Druck in den Verbrennungsraum einspeisen zu können. Wenn der Unterdruck im Ansaugtrakt bei dem auf die Beschleunigungsphase folgenden normalen Motorbetrieb wieder unter den beim Anfahren und Beschleunigen herrschenden Ansaugdruck sinkt, wird das Ventil 33 wieder geschlossen und der Motor wird im Normalbetrieb auf herkömmliche Art nur mit herkömmlichem Kraftstoff betrieben. In das Steuergerät ist eine Einschaltverzögerungsschaltung integriert, die in der Startphase des Verbrennungsmotors das Einschalten des Elektrolyseurs 1 und das Öffnen des Ventils 33 verhindert, so dass zu diesem Zeitpunkt kein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch in den Ansaugtrakt 35 des Motors gelangen kann.The supply of hydrogen-oxygen gas mixture in the intake 35 The engine only takes place when starting up and accelerating, on the basis of one in the intake tract 35 occurring and in the control unit 36 detected negative pressure. When the negative pressure in the intake tract 35 due to the operation of the accelerator pedal during startup and acceleration falls below a certain minimum value P intake-min , that is, from a value lying in normal operation, for example, 0.8 bar to a value less than -0.5 bar drops, is via the control unit 36 the valve 33 open, leaving immediately a large, pressurized gas from the gas storage 32 is available for the combustion process. If the pressure in the gas storage 32 the minimum storage pressure level P memory min of 0.8 bar falls below, is in the electrolyzer 1 again generates a hydrogen-oxygen gas mixture in order to be able to feed a hydrogen-oxygen mixture with sufficiently high pressure in the combustion chamber even with possibly longer start-up or acceleration phase. When the negative pressure in the intake tract at the following after the acceleration phase normal engine operation again falls below the prevailing at startup and acceleration intake pressure, the valve 33 closed again and the engine is operated in normal operation in the conventional manner only with conventional fuel. In the control unit, a switch-on delay circuit is integrated, which in the starting phase of the internal combustion engine, the switching on of the electrolyzer 1 and opening the valve 33 prevents, so that at this time no hydrogen-oxygen mixture in the intake tract 35 the engine can get.

Mit der oben beschriebenen Anordnung wird der Verbrennungsmotor ausschließlich bei sehr hoher Motorleistung, das heißt bei dem extrem hohen Kraftstoffverbrauch beim Anfahren und Beschleunigen eines Kraftfahrzeugs und gesteuert über den sich im Ansaugtrakt ändernden, einen bestimmten Wert unterschreitenden Unterdruck, zusätzlich mit einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch versorgt. Dadurch wird der thermische Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erhöht und es sind erhebliche Kraftstoffeinsparungen in der Größenordnung von bis zu 30% möglich. Zudem kann die Verbrennungstemperatur um bis zu 15% gesenkt und somit der Schadstoffgehalt im Abgasdeutlich verringert werden. Die Anordnung ist einfach und kostengünstig und – insbesondere wegen des geringen Wasser- und Gasspeichervolumens – platzsparend ausgebildet und auch zur Nachrüstung von bereits in Betrieb befindlichen Motoren geeignet. Durch die Verwendung von destilliertem Wasser sowie durch den infolge der intensiven Kühlung des Elektrolyseprozesses sowie der in den Wassertank integrierten Wasserabscheidung ist der Anteil korrosiv wirkender Bestandteile im Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch und damit die Korrosionsgefahr im Motor und in der Abgasanlage gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen deutlich reduziert.With the arrangement described above, the engine is only at very high engine power, that is, in the extremely high fuel consumption when starting and accelerating a motor vehicle and controlled by the intake manifold changing, a certain value below negative pressure, in addition to a hydrogen-oxygen mixture provided. As a result, the thermal efficiency of the internal combustion engine is increased and significant fuel savings on the order of up to 30% are possible. In addition, the combustion temperature can be reduced by up to 15%, thus significantly reducing the pollutant content in the exhaust gas. The arrangement is simple and inexpensive and, in particular because of the low water and gas storage volume - space-saving design and also suitable for retrofitting already in operation engines. The use of distilled water as well as due to the intensive cooling of the electrolysis process and the integrated water separation in the water tank, the proportion of corrosive constituents in the hydrogen-oxygen mixture and thus the risk of corrosion in the engine and in the exhaust system compared to those of the prior Technique known devices significantly reduced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Elektrolyseurelectrolyzer
22
Kathodenplattecathode plate
33
Anodenplatteanode plate
44
DualreaktionsplatteDual reaction plate
55
Innere GehäuseplatteInner housing plate
6, 6'6 6 '
äußere Gehäuseplatteouter housing plate
77
KunststoffrahmenPlastic frame
88th
Schraubenbolzenbolt
99
Unterlegscheibewasher
1010
Isolierhülseinsulating sleeve
1111
Muttermother
1212
Druckfedercompression spring
1313
Wasseranschluss in 6'mains water supply in 6 '
1414
Gasanschluss in 6'gas connection in 6 '
1515
elektr. Anschlussklemmeelec. terminal
1616
elektr. Anschlussklemmeelec. terminal
1717
ZusatzlichtmaschineAdditional alternator
1818
erster Kühlkörper f. Elektrolyseurfirst Heat sink f. electrolyzer
1919
zweiter Kühlkörper f. Wassersecond Heat sink f. water
2020
Pumpepump
2121
KühlflüssigkeitsleitungCoolant line
2222
Temperatursensortemperature sensor
2323
Wasserleitungwater pipe
2424
Wasserfilterwater filters
2525
Wassertankwater tank
25'25 '
Wasserabscheiderwater
2626
WasserstandsanzeigerWater level indicator
2727
Wasserstandssensor für MinimalfüllstandWater level sensor for minimum level
2828
Elektrokabelelectric cable
2929
Sicherungfuse
3030
Gasleitung aus 1gas pipe from 1
3131
GasdruckleitungGas pressure line
3232
Gasspeichergas storage
3333
Ventil (Auf/Zu)Valve (On to)
3434
Verteilerdistributor
3535
Ansaugtrakt des Verbrennungsmotorsintake system of the internal combustion engine
3636
Steuergerätcontrol unit
3737
Druckmessgerät für 31, 32pressure monitor for 31, 32
3838
Unterdruckmessgerät für 35Vacuum gauge for 35
3939
Temperaturanzeigetemperature display
4040
Elektroleitungelectric line
4141
Nachfüllöffnungrefill
4242
Unterdruckleitung zw. 35 und 36Vacuum line between 35 and 36

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (16)

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors für Kraftfahrzeuge mit Kraftstoff und einem der Verbrennungsluft im Ansaugtrakt des Motors zugeführten, im Fahrzeug durch Elektrolyse von Wasser hergestellten Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch im normalen Motorbetrieb bis zum Erreichen eines vorgegebenen Speicherdrucks (Pspeicher-max) erzeugt und zwischengespeichert wird und nur bei hoher Motorleistung während des Anfahrens und Beschleunigens des Fahrzeugs beim Unterschreiten eines bestimmten, im Ansaugtrakt herrschenden Unterdrucks (Pmin-ansang) der Ansaugluft des Motors zugeführt wird.Method for operating an internal combustion engine for motor vehicles with fuel and a combustion air supplied in the intake tract of the engine, produced in the vehicle by electrolysis of water hydrogen-oxygen mixture, characterized in that the hydrogen-oxygen mixture in normal engine operation until reaching a predetermined Memory pressure (P memory-max ) is generated and cached and only at high engine power during startup and acceleration of the vehicle falls below a certain, prevailing in the intake tract negative pressure (P min-Ansang ) of the intake air of the engine is supplied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisches oberhalb eines vorgegebenen Mindestspeicherdrucks (Pspeicher-min) erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the production of the hydrogen-oxygen mixture above a predetermined minimum storage pressure (P memory-min ) takes place. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Ansaugtrakt und der Speicherdruck gemessen und über ein Steuergerät die Zufuhr des Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisches zum Ansaugtrakt und die Stromzufuhr zum Elektrolyseur freigegeben oder unterbrochen werden.Method according to claim 1 or 2, characterized that the pressure in the intake tract and the accumulator pressure are measured and exceeded a controller, the supply of the hydrogen-oxygen mixture released to the intake and the power supply to the electrolyzer or be interrupted. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck (Pmin-ansaug) kleiner oder gleich 0,5 bar ist und der Druck (Pspeicher-min) bei dem die Wasserstoffelektrolyse einsetzt, 0,8 bar beträgt und der maximale Speicherdruck (Pspeicher-max) 0,9 bar beträgt.A method according to claim 3, characterized in that the negative pressure (P min-Ansaug ) is less than or equal to 0.5 bar and the pressure (P memory-min ) used in the hydrogen electrolysis, 0.8 bar and the maximum storage pressure ( P memory max ) is 0.9 bar. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Elektrolyse benötigte Strom von einer an den Motor angeschlossenen Lichtmaschine erzeugt wird.Method according to claim 3, characterized that the electricity required for the electrolysis of a to the Motor connected alternator is generated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyse mit destilliertem Wasser durchgeführt wird.Method according to claim 1, characterized in that that carried out the electrolysis with distilled water becomes. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser vor der Elektrolyse gekühlt wird.Method according to Claim 6, characterized that the water is cooled before the electrolysis. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseprozess durch eine an das Kühlsystem des Verbrennungsmotors angeschlossene Wasser- und/oder Luftkühlung des Elektrolyseurs gekühlt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the electrolysis process through a to the cooling system the internal combustion engine connected water and / or air cooling the electrolyzer is cooled. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend einen an eine Stromquelle, einen Wassertank und eine Kühlvorrichtung angeschlossenen Elektrolyseur, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Gasdruckleitung (31) zwischen dem Elektrolyseur (1) und dem Ansaugtrakt (35) ein Gasspeicher (32) und ein Ventil (33) eingebunden sind, und an den Gasspeicher (32) ein Druckmessgerät (37) sowie an den Ansaugtrakt (35) ein Unterdruckmessgerät (38) angeschlossen und in ein zum Zu- oder Abschalten der Stromquelle und zum Öffnen oder Schließen des Ventils (33) vorgesehenes Steuergerät (36) integriert sind.Arrangement for carrying out the method according to claim 1, comprising an electrolyzer connected to a power source, a water tank and a cooling device, characterized in that in a gas pressure line ( 31 ) between the electrolyzer ( 1 ) and the intake tract ( 35 ) a gas storage ( 32 ) and a valve ( 33 ) and to the gas storage ( 32 ) a pressure gauge ( 37 ) as well as to the intake tract ( 35 ) a vacuum gauge ( 38 ) and in to turn on or off the power source and to open or close the valve ( 33 ) provided control device ( 36 ) are integrated. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Elektrolyseur (1) ein mit dem Steuergerät (36) verbundener Temperatursensor (22) zum temperaturabhängigen Zuschalten einer Kühlvorrichtung (18, 19, 20) zugeordnet ist.Arrangement according to claim 9, characterized in that the electrolyzer ( 1 ) with the control unit ( 36 ) connected temperature sensor ( 22 ) for temperature-dependent connection of a cooling device ( 18 . 19 . 20 ) assigned. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung einen ersten Kühlkörper (18) für den Elektrolyseur (1) und einen zweiten Kühlkörper (19) für das dem Elektrolyseur (1) zugeführte Wasser sowie an die Stromquelle angeschlossene Mittel (20) zur Zuführung des Kühlmediums umfasst.Arrangement according to claim 10, characterized in that the cooling device a first heat sink ( 18 ) for the electrolyzer ( 1 ) and a second heat sink ( 19 ) for the electrolyser ( 1 ) and connected to the power source ( 20 ) for supplying the cooling medium. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassertank (25) gleichzeitig als Wasserabscheider (25') für das aus dem Elektrolyseur (1) über einen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Wassertanks geführte, noch einen wässrigen Anteil aufweisende Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemisch dient.Arrangement according to claim 9, characterized in that the water tank ( 25 ) simultaneously as a water separator ( 25 ' ) for the electrolyzer ( 1 ) via a above the liquid level of the water tank out, still an aqueous portion having hydrogen-oxygen gas mixture is used. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle eine von dem Verbrennungsmotor angetriebene Originallichtmaschine oder eine Zusatzlichtmaschine (17) ist.Arrangement according to claim 9, characterized in that the power source is driven by the internal combustion engine original light machine or an auxiliary alternator ( 17 ). Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in eine vom Wassertank (25) zum Elektrolyseur (1) führende Wasserleitung (23) ein Wasserfilter (24) eingebunden ist.Arrangement according to claim 9, characterized in that in one of the water tank ( 25 ) to the electrolyzer ( 1 ) leading water line ( 23 ) a water filter ( 24 ) is involved. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur (1) Anoden- und Kathodenplatten (2, 3) mit zwischen diesen angeordneter Dualreaktionsplatte (4) umfasst, die durch Kunststoffrahmen (7) gegeneinander isoliert und abgedichtet sind und unter Zwischenschaltung von Druckfedern (12) elastisch miteinander verspannt sind.Arrangement according to claim 9, characterized in that the electrolyzer ( 1 ) Anode and cathode plates ( 2 . 3 ) with a dual reaction plate ( 4 ) covered by plastic frames ( 7 ) are insulated and sealed against each other and with the interposition of compression springs ( 12 ) are elastically clamped together. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in das Steuergerät (36) eine Einschaltverzögerungsschaltung integriert ist, die in der Startphase des Verbrennungsmotors das Einschalten des Elektrolyseurs (1) und das Öffnen des Ventils (33) verhindert.Arrangement according to claim 9, characterized in that in the control unit ( 36 ) an on-delay circuit is integrated, which in the starting phase of the internal combustion engine, the switching on of the electrolyzer ( 1 ) and the opening of the valve ( 33 ) prevented.
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