DE2324394A1

DE2324394A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2324394A1
Application number: DE2324394A
Authority: DE
Inventors: Yasunari Hoshino
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1972-05-15
Filing date: 1973-05-14
Publication date: 1973-12-06
Also published as: JPS4912220A; GB1383729A; JPS5218849B2; FR2185297A5

Description

14. Mai 1973 PH 6478

Nissan Motor Company, Limit eel No. 2, Takara-maohi, Kanagav;a-ku, Yokohama City, Japan

Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem einen Inncnraum mit innerer Gleitoberfläche auf v/eisenden Gehäuse und einem darin bewegbaren Kolben.Insbesondere bezieht sich vorliegende Erfindung auf ein Gaßzünckystem für einen Ver-

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brennungsmotor. Dieses Zündsystem eignet sich besonders in Verbindung mit Drehkolben-Verbrennungsmotoren des Trochoiden-Typs, bei denen ein Drehkolben in Form eines Vie]spitz in einem. Innenraum eines Gehäuses drehbar ist. Der Innenraum weist die grundsätzliche Form einer Epifcrcchoide auf, um Arbeit skammern zu bilden, deren Volumen sich während der Motorbetriebsphasen Ansaugen ,Verdichten, Zünden und Ausstoßen ändert.

Bei einem solchen Drehkolbenmotor findet die Verbrennung stets am selben Ort statt, anders als bei üblichen Motoren mit hin- und hergehenden Kolben, bei denen der Verbrennungsort alternierend wechselt. Es besteht auch keine Möglichkeit, die Zündzone durch Einführen eines kalten und frischen Luft-Benzingemisches zu kühlen. Hinzukommt, daß die Zünd.feqaeuz eines Drehkolbenmotors üblicherweise wesentlich höher liegt als die eines Motors mit hin- und hergehenden Kolben. Bei einem Drehkolbenmotor darf die Zündkerze nicht in den Verbrennungsraum hineinragen. Vielmehr ist sie in der Umfangswand oder in einer der Stirnwände unter Freilassung einer kleinen Zündöffnung zu installieren, durch welche Zündöffnung der- Zündfunken in die Verbrennungskammer übertreten kann. Die öffnung muß klein sein, damit die Gase nicht an den Dichtungen des Drehkolbens vorbei von einer in die andere Arbeitskammer übertreten können. Außerdem ist im Bereich der Zündkerze ein vollständiger Aus-

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tausch der Abgase durch eine frische Füllung schwierig, was unter gewissen Bedingungen Fehlzündungen zur Folge hat. Me Zündung eines Verbrennungsgemisches ist insbesondere bei niedrigen Drehzahlen schwierig, es sei denn das ^Verbrennungsgemisch wird sehr .fett eingestellt.

Zur Sicherstellung einer stabilen Zündung bei dem genannten Motortyp wurden diverse Verbesserungen vorgeschlagen. Beispielsweise werden über die Gdhäuseinnenwand zwei Zündkerzen in Abstand angeordnet oder es wird, ein "Hochspannungs"-Zündsystem verwendet. Diese Verbesserungen führten zwar in gewissem Maße zum gewünschten Erfolg, sie erhöhten jedoch die Kosten beträchtlich im Vergleich zu Zündsysteinen bei konventionellen Motoren mit hin- und hergehenden Kolben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor, insbesondere Drehkolben-Verbrennungsmotor so auszugestalten, daß eine sichere Zündung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Motor der eingangs genannten Bauart gelöst, der erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch einen Durchlaßkanal zum Zuführen von Y/asserstoffsuperoxyd in einer vorbestimmten Richtung, eine Einrichtung zum Zerstzen des Wasserstoffsuperoxyds in ein Gasgemisch von Sauerstoff und Wasser, sowie durch eine Einrichtung zum Ausstoßen des Gasgemisches in den Inneiiraum des Gehäuses.

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Weitere Merkmale Einzelheiten und Vorteile der Erfindung er geben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen

E¹Ig. 1 einen schematischen Teilschnitt einer Ausführungsforra eines erfindungsgemäßeii Drehkolbenmotors mit einer Zündkammer, einer Einspritzdüse und einer Glühkerze;

Eig. 2 und 3 schematisehe vergrößerte Teilschnitte weiterer Ausführungsforraen der Einspritzdüse von Fig. 1; und

!Pig. 4- einen schema ti sehen Teil schnitt einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehkolbenmotors.

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Pig. 1 zeigt eine schematische Gesamtansicht eines Drehkolbenmotor, dessen Gehäuse 10 einen Innenraum 12 in Form einer Epitrochoide aufweist, in dem exzentrisch ein Drehkolben 14-in Form eines Dreispitzes drehbar ist. An jeder Drehkolbenspitze (kein Bezugszeichen) ist eine Dichtung 16 vorgesehen, die über die Oberfläche des Innenrauins 12 im Gehäuse 10 streicht. Das Gehäiise 10 ist durch ein Paar Stirnwände abgeschlossen, von denen nur eine, nämlich die rückwärtige Stirnwand 18 gezeigt ist. Im Gehäuse 10 sind ein Einlaß 20 und ein Ausla'ß 22 vorgesehen, die alternativ auch in einer der beiden Stirnwände angeordnet sein könnten. Eine Welle 24- erstreckt sich durch die Stirnwände. Sie liegt in der Längsmittelachse des Gehäuses und besitzt einen exzentrischen Abschnitt 26, auf den der Drehkolben 14- montiert ist. Duch den Einlaß 20 wird in üblicher Weise ein Luft- Benzingemisch in den Motor eingeführt.

In dem Gehäuse 10 ist eine Zünd- oder Hilfskammer 28 ausgebildet, die über eine Zündöffnung 50 mit dem Innenraum 12 des Gehäuses 10 in Verbindung steht. Zündöffnung und Hilfskammer könnten auch in einer der Stirnwände ausgebildet sein. Die dargestellte Hilfskammer 28 ist im wesentlichen kugelig.

In den Umfang des Gehäuses 10 ist eine Heiß- oder Glühkerze 52 üblicher Bauart montiert, die zum Starten des Motors dient. Die Glühkerze 52 ragt in die Hilfskammer 28, ebenso wie eine

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Einspritzdüse 34 zum Einspritzen eines Benzin-Wasserstoffsuperoxydgemisehes.

Zur Einspritzdüse 34 führen eine Benzinleitung 36 und eine Wasserstoffsuperoxydleitung 38.

Fip;. 2 zeigt eine beispielsweise Ausbildung der in Fig. 1 gezeigten Einspritzdüse 34. Die Einspritzdüse 34 weist einen Einspritzkörper 40 und eine Einspritzsteuernadel 42 auf. Der Einspritzkörper 40 besitzt ein Außengewinde 41, mit Hilfe dessen die Einspritzdüse 3^- gemäß Fig. 1 in den Umfang des Gehäuses 10 einschraubbar ist. In dem Einspritzkörper 40 ist ein Austrittskanal 44 ausgebildet, der mit einer Öffnung in einer Stirnwand (kein Bezugszeichen) des Einspritzkörpers 40 in die Hilfskammer 28 mündet. In dem Einspritzkörper 40 sind außerdem ein kegeliger Ventilsitz 46 und Durchlaßkanäle 50 und 52 ausgebildet. Der Ventilsitz 46 liegt zwischen dem Austrittskanal 44 und einer Ventilkammer 48. Der Durchlaßka- -■ nal 50 führt zu einer Ringnut 531 cLie in der Wand des Ventilsitzes 46 ausgebildet ist. Er empfängt Wasserstoffsuperoxyd mit Überatmosphärendruck aus der Wasserstoffsuperoxyleitung 38. Der Durchlaßkanal 52 führt zu der Ventilkammer 48 und empfängt Benzin mit Überatmosphärendruck aus der Benzinleitung 36.

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Die Einspritzsteuernadel 42 trägt an ihrem vorderen Ende bzw. an ihrer Spitze (kein Bezugszeichen) einen konischen Abschnitt 54, der dem kegeligen Ventilsitz 4-6 entspricht, sowie eine konische Schulter 56, die dem Fluiddruck in der Ventilkaramer 48 ausgesetzt ist. Die Einspritzsteuernadel. 4-2 ist durch eine (nicht dargestellte) Druckfeder in Richtung des Pfeiles A, gegen den kegeligen Ventilsitz 4-6 belastet.

Fig. 2 zeigt, daß die Ringnut 53 i^ffl Ventilsitz 46 von einer äußeren Schrägfläche des konischen Abschnitts 54 abgedeckt ist.

Der aus dem Durchlaßkanal 50 anstehende Fluiddruck wirkt also auf den gegen den Ventilsitz 46 anliegenden konischen Ab- · schnitt 54 und drückt die Einspritzsteuernadel 42 gegen die Kraft der Druckfeder in eine zum Pfeil A entgegengesetzte Richtung. Der auf die Schulter 56 einwirkende Fluiddruck in der Ventilkammer 48 belastet die Einspritzsteuernadel 42 ebenfalls gegen die Kraft der Druckfeder in eine zum Pfeil A entgegengesetzte Richtung.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 wird Benzin mittels einer (nicht dargestellten) Pumpe mit Überatmosphärendruck in auf die Motordrehung abgestimmten Zeitabständen durch die Benzinleitung 36 in die Ventilkammer 48 eingegeben. Wasserstoffsuperoxyd mit Überatmosphärendruck gelangt durch die Wasserstoffsuperoxydleitung 38 in die Ringnut 53. Die Ein-

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spritzsteuernadel 42 öffnet also den Austrittskanal 44, wenn Benzin und Wasserstoffsuperoxyd unter Druck der Ventilkammer 48 und der Ringnut 53 zugeführt werden, wodurch Benzin und Wasserstoffsuperoxyd in Form eines Düsenstrahls durch den Austrittskanal in die Hilfskammer 28 gelangen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Einspritzdüse zur Verwendung bei dem Motor von Fig. 1. Die In Fig. 3 dargestellte Einspritzdüse trägt insgesamt das Besugszeichen 34-'-58 bezeichnet einen Düsenkörper, in dem ein zu einer Ventilkammer 62 führender Benzindurchlaßkanal 60 ausgebildet ist. Ein Wasserstoffsuperoxyd-Durchlaßkanal 64 führt zu einer Ringnut 66 in einem kegeligen Ventilsitz 68, der mit der Hilfskammer 28 (siehe auch Fig. 1) in Verbindung steht. In der Darstellung ist die Ringnut 66 durch einen Ventilkörper 70 abgedeckt. Der Ventilkörper 70 ist durch eine (nicht dargestellte) Zugfeder in Richtung des Pfeiles B belastet, so daß er normal gegen den Ventilsitz 68 anliegt und die Nut.66 verschließt. Der Ventilkörper 70 ist gemäß Fig. 3 dem Fluiddruck in der Ventilkammer 62 ausgesetzt.

Bei dieser Ausführungsform wird Benzin mit Überatmosphärendruck in auf die Motordrehung abgestimmten Zeitabständen durch den Benzindurchlaßkanal 60 in die Ventilkammer 62 eingeführt. Wasserstoffsuperoxyd gelangt durch den Wasserstoffsuperoxyd-Durchla/ßkanal 64 in die Nut 66. Wenn Benzin mit

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Oberatmosphärendruck in die Ventilkammer 62 gelangt, v/ird der Kopfteil (kein Bezugszeichen) des Ventilkörpers 70 vom Ventilsitz abgehoben, so daß Benzin an der Nut 66 vorbeifließen kann. Das vorbeifließende Benzin reißt dabei Wasserstoffsuperoxyd aus dem Durchlaßkanal 64 mit. Die Einspritzdüse 34* gibt dann einen Düsenstrahl eines Benzin-Wasserstoffsuperoxydgemisches in die Hilfskammer 28 ab.

Nunmehr wird die Wirkungsweise des anhand der Fig. 1 und 2 oder Figuren i und $ beschriebenen Drehkolbenmotors erläutert.

Zum Starten des Motors v/ird wie bei einem Dieselmotor die Hilfskammer 28 mittels der Glühkerze 32 aufgeheizt. Nach dem Aufheizen der Hilfskammer 28 wird der Motor angelassen und wird ein Wasserstoffsuperoxyd-Benzingemisch in die Hilfskam-. raer 28 eingespritzt. Das eingespritzte Wasserstoffsuperoxyd zersetzt sich in der Hilfskammer 28 durch die Hitze wie folgt

H₂ O₂ > H₂O + 1/2 O₂

Das Benzin reagiert mit dem freien Sauerstoff, so daß ein Gasgemisch mit hoher Temperatur und hohem Druck entsteht. Das Gasgemisch strömt dann in den Innenraum 12 und zündet darin ein brennbares Gemisch.

Nachdem der Motor gestartet worden ist, bleibt die Hilfskaramer 28 auf einer genügend hohen Temperatur, um obige Reaktion

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des Wasserstoffsuperoxyd-Benzingemisches, das in auf die Motordrehung abgestimmten Zeitabständen in die Hilfskarnmer 28 eingeführt wird, zu gewährleisten. Das brennbare Gemisch wird also gezündet und ein fortlaufender Betrieb des Motors ist möglich.

Fig. 4· zeigt eine weitere Ausführungsform vorliegender Erfindung. Es ist ein innerer Umfangsabschnitt eines Gehäuses 10^r dargestellt, der einen Innenraum 12' mit der grundsätzlichen Form einer Epitrochoide umschließt. 3O¹ bezeichnet eine Zündöffnung.

Ein Magnetventil ist mit dem Bezugszeichen 84 versehen. Dieses Magnetventil 84· besitzt eine Vientilkammer 72 und einen Ventilkörper 74- zur Steuerung der Verbindung zwischen der Ventilkammer 72 und dem Innenraum 12' des Gehäuses 10'. 76 kennzeichnet eine Einspritzeinheit. Die Einspritzeinheit 76 besitzt einen Durchlaßkanal 78 sowie eine Zumeßeinrichtung 80, die mit der Ventilkammer 72 über einen Katalysator 82, der sich beispielsweise aus silberplattierten Stahldrähten zusammensetzt, in Verbindung steht.

Wasserstoffsuperoxyd wird dem Katalysator 82 kontinuierlich in Richtung des Pfeiles C durch den Durchlaßkanal 78 und durch die Zumeßeinrichtung 80 zugeführt. Durch Kontakt mit dem Katalysator zersetzt sich das Wasserstoffsuperoyd nach folgende"¹ Formel

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H₂O₂ * H₂O + 1/2 O₂

Es entsteht also in der Ventilkammer 72 des Magnetventils 84- ein Gasgemisch aus HpO und Op, das eine Temperatur von etwa 700⁰G aufweist und unter einem Druck von etwa 20 kg/cm steht. Gesteuert durch das Magnetventil 84 wird das Gasgemisch in auf die Motordrehung abgestimmten.Zeitabständen durch die Zündöffnung 3O¹ in den Innenraum 12' eingespritzt.

Aus vorangehender Beschreibung ergibt sich, daß mit vorliegender Erfindung erreicht wird, daß das brennbare Geniisch selbst bei niederer Drehzahl des Drehkolbenmotors sicher gezündet wird, da aufgrund des hohen Druckes des eingespritzten Gasgemisches verbleibende Abgase vollständig von der Zündöffnung und deren Umgebung entfernt werden. Der Drehkolben-Verbrennung smοtor arbeitet also über seinen gesamten Betriebsbereich stabil, d.h. sowohl niedrige als auch hohe Drehzahlen können gefahren werden.

Außerdem kommt aufgrund vorliegender Erfindung der Drehkolbenverbrennungsmotor im Vergleich zu üblichen Drehkolbenmotoren über seinen gesamten Betriebsbereich mit einem relativ mageren Luft-Benzingemisch aus.

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Claims

Patentansprüche :

1^Verbrennungsmotor mit einem einen -Innenraum mit innerer Gleitoberfläche aufweisenden Gehäuse und einem darin bewegbaren Kolben, gekennzeichnet durch einen Durchlaßkanal (50^64,78) zum Zuführen von Wasserstoffsuperoxyd in einer vorbestimmten Richtung, eine Einrichtung zum Zersetzen des Wasserstoffsuperoxyds in ein Gasgemisch von Sauerstoff und V/asser, sowie durch eine Einrichtung zum Ausstoßen des Gasgemisches in den Innenraum (12,12')·

2.Verbrennungsmotor mit einem einen Innenraum mit innerer Gleitoberfläche aufweisenden Gehäuse und einem darin drehbaren Kolben, gekennzeichnet durch eine Zünd— öffnung (30) in der Gleitoberfläche, die in den Innenraum (12) mündet, eine Hilfskammer (28), die mit dem Innenraum des Gehäuses (10) in Verbindung steht, eine in die Ililfskammer ragende Glühkerze (32) sowie durch eine Einspritzdüse zum Einspritzen von Wasserstoffsuperoxyd und Benzin (Treibstoff) in die Hilfskammer.

J.Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (34) einen in einer Wand der Hilfskammer (28) ausbaubar eingesetzten Einspritzkörper (40) mit einem in die Hilfskammer mündenden Austrittskanal (44), einer Ventilkammer (48), einem au π einer

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Innenoberfläche mit einer Wut (53) bestehenden, kegeligen Ventilsitz (45) zwischen der Ventilkammer und dem Austrittskanal, einem in die Nut (53) führenden ersten Durchlaßkanal (50) sowie mit einem in die Ventilkammer (48) mündenden zweiten Durchlaßkanal (52) besitzt, und eine Einspritzria del (4-2) aufweist, deren vorderes Ende einen dem kegeligen Ventilsitz entsprechenden konischen Abschnitt (54) und eine dem Fluiddruck in der Ventilkammer ausgesetzte Schulter (56) besitzt, und die in Ventilschließrichtimg belastet int, wobei der auf die Schulter (56) einwirkende Fluiddruck in der Ventilkammer und der auf den konischen Abschnitt (54) einwirkende Fluiddruck aus dem ersten Durchlaßkanal (50) die Eincpritznadel in entgegengesetzte Richtung in eine Ventilöffnungsstellurig drücken.

4.Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (5-4') einen in eine Wand der Hilfskammer (28) ausbaubar eingesetzten Düsenkörper (58) mit einem zur Hilfskammer mündenden, aus einer Innenoberfläche mit einer Hut (66) bestehenden, kegeligen Ventilsitz (68), einer mit dem Ventilsitz verbundenen Ventilkammer (62), einem in die Nut (66) führenden ersten Durchlaßkanal (64) sowie mit einem in die Ventilkammer mündenden zweiten Durchlaßkanal (60) besitzt, und einen dem kegeligen Ventilsitz entsprechenden Ventilkörper (70) auf v/eist, der normal in Ventilschließrichtung belastet ist und durch den

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in der Ventilkammer anstehenden Fluiddruck in entgegengesetzter Richtung gedruckt wird.

5.Verbrennungsmotor mit einem in einen Innenraum mit innerer Gleitoberfläche aufweisenden Gehäuse und einem darin bewegbaren Kolben, g e k e η η ζ ei c h n-e t durch eine Zündöffnung (30') in der inneren Gleitoberfläche, die in den Innenraum (12¹) des Gehäuses (10¹) mündet, ein Magnetventil (84) mit einer Ventilkarnmer (72) und einem Ventilkörper (74) zur möglichen 'Verbindung der Ventilkammer rait dem Innenraum des Gehäuses über die Zündöffnung, einen zur Ventilkammer führenden Durchlaßkanal (78), eine in dem Durchlaßkanal angeordnete Zumeßeinrichtung (80) und durch· einen unterhalb der Zumeßeinrichtung in den Durchlaßkarial eingebrachten Katalysator (82).

6.Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (82) aus silberplattierten Stahldrähten besteht.

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