DE3121804C2 - Verbrennungsmotor für staubförmige Brennstoffe, insbesondere Kohlenstaub - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor für staubförmige Brennstoffe, insbesondere Kohlenstaub, mit einem Verbrennungsraum, einem Einlaß- und einem Auslaßventil und einem Tauchkolben, der in einen Zylinder ohne Berührung mit dessen Innenwand in einer Führung gleitend verschiebbar eingeführt ist, wobei zwischen dem Verbrennungsraum und dem Tauchkolben eine an ihrem Rand eingespannte Membran, ein Balg oder eine aus tellerfederförmigen Teilen balgartig zusammengesetzte Anordnung eingesetzt ist.

Bei bekannten Verbrennungsmotoren der am weitesten verbreiteten Art führt ein in einen Zylinder eingepaßter Kolben im Inneren des Zylinders eine Hin- und Herbewegung aus, wobei zwischen Zylinder und Kolben eine Gleitreibung entsteht, die bei einem Kohlenstaubmotor zu untragbaren Verschleißerscheinungen führen müßte, da hier die Verbrennungsrückstände eine erhebliche Schmirgelwirkung ausüben können. Zudem können hier die aschehaltigen kleinen Auslaßventile nur ur vollständig ins Freie abgeführt werden.

Daher wird bei einem bekannten Verbrennungsmotor nach der US-PS 37 74 390 ein Tauchkolben in einem Verbrennungsraum vorgesehen, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Tauchkolbens, wobei eine den Rand des Verbrennungsraumes mit dem Tauchkolben verbindende Membran

ίο den Raum zwischen Zylinderwand und Tauchkolben abdichtet. Da bei dieser Lösung der Verbrennungsdruck und die Verbrennungstemperatur auf die Membran übertragen wird, muß diese aus verhältnismäßig dickem Material hergestellt werden, um eine ausreichende Festigkeit zu erzielen. Dadurch wird sie jedoch entsprechend steif und erfordert hohe Verformungskräfte weiche die verfügbare Nutzleistung reduzieren. Darüber hinaus is; der Austausch der störanfälligen Membran mit erheblichem Montageaufwand verbunden, da sie erst nach Lösen ihrer Befestigung am Tauchkolben aus der Zylinderwand ausgebaut werden kann. Bei Verwendung z. B. als Kohlenstaubmotor ergibt sich eine zusätzliche Schwierigkeit bei der Abführung der aschehaltigen Verbrennungsrückstände und bei der Kühlung des Auslaßventils.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor für stcubförmige Brennstoffe zu schaffen, der ebenfalls keinen Abrieb zwischen Zylinderwand und Kolben erzeugt, dessen Verbrennungsrückstände leicht ins Freie abgeführt werden können, und bei dem eine zwischen dem Verbrennungsraum und dem Tauchkolben eingesetzte Membran ohne Beeinträchtigung der Festigkeit und bei besserer Kühlmöglichkeit sehr dünnwandig und elastisch ausgeführt werden und im Fall einer Beschädigung ohne großen Montageaufwand ausgetauscht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Tauchkolben und Membran unverbunden sind und daß der zwischen der Membran und dem Tauchkolben befindliche Raum mit Flüssigkeit gefüllt ist.

Durch diese Maßnahme wird die durch die Verbrennung im Verbrennungsraum bewirkte und durch die Elastizität der Membran ermöglichte Ausdehnungsbewegung ohne direkte Bewegung über die eingeschlossene Flüssigkeit auf den Tauchkolben übertragen. Daher kann sich die Membran ohne starre Führung in der für sie aufgrund ihrer Gestaltung günstigsten Bewegungsart verformen, so daß ihre mechanische Beanspruchung wesentlich reduziert ist und sie daher aus verhältnismäßig dünnem und elastischem Material hergestellt werden kann, was wiederum die Abführung der Verbrennungswärme über die dünne Membran und die von dieser eingeschlossene Flüssigkeit erleichtert. Wegen der ständigen Verformung der Membran können sich auf ihr auch keine Verbrennungsrückstände festsetzen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht die zwischen der Membran und dem Tauchkolben eingeschlossene Flüssigkeit aus öl.

Dadurch trägt diese gleichzeitig zur Verbesserung der Schmierung des Tauchkolbens bei.

Die durch die aschehaltigen Verbrennungsrückstände entstehenden Probleme werden bei bekannten Verbrennungsmotoren der eingangs genannten Art weitgehend von der Membran und dem Tauchkolben auf die Ventile verlagert, die nur eine unvollständige Abführung der Verbrennungsrückstände ermöglichen und deren Kühlung schwierig ist.

Eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Auslaßventil im wesentlichen den gesamten Querschnitt des Verbrennungsraumes einnimmt.

Auf diese Weise wird bei Verwendung als Kohlenstaubmotor die bestmögliche Abführung der Verbrennungsrückstände entlang der gesamten Wandfläche des Verbrennungsraumes gewährleistet

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist das Einlaßventil im Inneren des Auslaßventils untergebracht.

In dieser Anordnung wird eine Kühlung des Auslaßventils durch die das Einlaßventil durchströmenden Medien erzielt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind im Verbrennungsraum mehrere Zündstellen auf dem Umfang des Verbrennungsraumes verteilt.

Damit ergibt sich bei einem im Verhältnis zur Hubhöhe großen Durchmesser des Verbrennungsraumes eine schnellere und bessere Verbrennung.

Vorteilhafterweise ist die Membran auf der dem Verbrennungsraum zugewandten Seite aus hitzebeständigem Material, auf der dem Tauchkolben zugewandten Seite dagegen aus im wesentlichen elastischem Material hergestellt.

Durch das Zusammenwirken dieser Eigenschaften ergibt sich eine Membran, die bei geringstmöglicher Dicke eine verlängerte Lebensdauer aufweist.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Vorrichtung als Pumpe für aggressive Medien verwendet werden. Dabei ist der Tauchkolben als Antriebsorgan ausgebildet, und Auslaßventil sowie Einlaßventil arbeiten im Zweitaktbetrieb.

Anhand der Figur, die einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Wie aus der Figur ersichtlich, ist zwischen einem Flansch 10, der auf einer Seite eines zylindrischen Gehäuses 12 ausgebildet ist, und einem Flansch 14, der an einem ringförmigen Teil 16 ausgebildet ist, eine elastische Membran 18 eingespannt. In einer Abschlußwandung 20, welche die der Membran 18 gegenüberliegende Seite des zylindrischen Gehäuses 12 abschließt, ist eine Bohrung 22 vorgesehen, durch die ein Tauchkolben 24 abdichtend und in einer Führung gleitend verschiebbar ins Innere des Gehäuses 12 hineinragt. Der durch die Wandung des Gehäuses 12, die Membran 18 und den Tauchkolben 24 allseitig abgeschlossene Raum 26 ist mit Flüssigkeit, verzugsweise mit öl ausgefüllt. Durch diese Flüssigkeit bewirkt jede Durchbiegung der Membran 18 in beiden möglichen Richtungen eine entsprechende Verschiebung des Tauchkolbens 24, so daß dieser berührungslos von der Membran 18 gesteuert wird.

Der durch den ringförmigen Teil 16 auf der dem Tauchkolben 24 abgewandten Seite der Membran 18 eingegrenzte Raum dient als Verbrennungsraum 28 und ist auf seiner konisch abgeschrägten Stirnseite durch eine tellerförmige Fläche 30 mit konischem Rand verschließbar, die in Axialrichtung in gesteuerter Hin- und Herbewegung verschiebbar angeordnet ist und den Verbrennungsraum 28 je nach ihrer augenblicklichen Stellung öffnet oder verschließt. Sie dient als Auslaßventil für den Verbrennungsraum 28. Die tellerförmige Fläche 30 des Auslaßventils weist in der Mitte eine sich nach innen konisch erweiternde Bohrung 32 auf, die sich in einen an der tellerförmigen Fläche 30 befestigten zylindrischen hohlen Ventilschaft 34 öffnet. Diese Bohrung 32 ist durch eine scheibenförmige Fläche 36 mit konischem Rand verschließbar, die durch einen mit dem Ventilschaft 34 konzentrischen Schaft 38 in gesteuerter Hin- und Herbewegung verschiebbar angeordnet ist und bei geschlossenem Auslaßventil 16, 30 den Verbrennungsraum 28 je nach ihrer augenblicklichen Stellung öffnet oder verschließt. Sie dient als Einlaßventil für den Verbrennungsraum 28.
Im Inneren des Verbrennungsraumes 28 sind mehrere Zündstellen 40 in etwa gleichmäßiger Verteilung auf den Umfang des Verbrennungsraumes 28 vorgesehen.

Beim Betrieb der hier als Viertaktmotor beschriebenen Vorrichtung wird der Tauchkolben 24 durch die Tätigkeit des laufenden Motors nach oben gezogen. Da der Raum 26 allseitig abgeschlossen ist, füllt die darin enthaltene Flüssigkeit den bisher vom Tauchkolben 24 verdrängten Raum aus und zieht die Membran 18 nach oben. Da bei diesem Takt das Auslaßventil 16, 30 geschlossen und das Einlaßventil 32,36 geöffnet ist, wird ein zündfähiges Gemisch 42 in den Verbrennungsraum 28 gesaugt und kühlt dabei das Auslaßventil 16, 30 ab. Nach Schließen des Einlaßventils 32, 36 und Kompression des Gemisches 42 im zweiten Takt erfolgt an mehreren ringförmig verteilten Zündstellen 40 gleichzeitig die Zündung, so daß sich eine schnelle und vollständige Verbrennung ergibt. Im vierten Takt öffnet sich das Auslaßventil 16, 30 und gibt eine ringförmige öffnung längs der gesamten Außenwand des Verbrennungsraumes 28 frei, wodurch die Verbrennungsrückstände 44 ungehindert ins Freie ausgestoßen werden können.

Das Funktionsprinzip des Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung kann selbstverständlich außer für einen Viertaktmotor auch für einen ventilgesteuerten Zweitaktmotcr verwendet werden.

Da zwischen der Membran 18 und dem Tauchkolben 24 keine starre Verbindung besteht, kann die Membran 18 die für sie günstige Verformung ausführen und daher aus verhältnismäßig dünnem und elastischem Material hergestellt werden. Ihr Austausch im Fall einer Beschädigung ist denkbar einfach, da hierfür lediglich die Verbindung der beiden Flansche 10 und 14 gelöst werden muß, wodurch die Membran 18 unmittelbar zugänglich wird und herausgenommen werden kann. Da sich die Membran 18 in ständiger Bewegung befindet, können sich auf ihr auch keine Verbrennungsrückstände ablagern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verbrennungsmotor für staubförmige Brennstoffe, insbesondere Kohlenstaub, mit einem Verbrennungsraum, einem Einlaß- und einem Auslaßventil und einem Tauchkolben, der in einen Zylinder ohne Berührung mit dessen Innenwand in einx.T Führung gleitend verschiebbar eingeführt ist, wobei zwischen dem Verbrennungsraum und dem Tauchkolben eine an ihrem Rand eingespannte Membran, ein Balg oder eine aus tellerfederiormigen Teilen balgartig zusammengesetzte Anordnung eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß Tauchkolben (24) und Membran (18) unverbunden sind und daß der zwischen der Membran (18) und dem Tauchkolben (24) befindliche Raum (26) mit Flüssigkeit gefüllt ist.

2. Vorrichtung nach Anspiuch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Membran (18) und dem Tauchkolben (24) eingeschlossene Flüssigkeit aus öl besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (16, 30) im wesentlichen den gesamten Querschnitt des Verbrennungsraumes (28) einnimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil(32,36)im Innerendes Auslaßventils (16, 30) untergebracht ist

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbrennungsraum (28) mehrere Zündstellen (40) auf dem Umfang des Verbrennungsraumes (28) verteilt sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (18) auf der dem Verbrennungsraum (28) zugewandten Seite aus hitzebeständigem Material, auf der dem Tauchkolben (24) zugewandten Seite dagegen aus im wesentlichen elastischem Material hergestellt ist.

7. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 als Pumpe für aggressive Medien, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkolben (24) als Antriebsorgan ausgebildet ist und Auslaßventil (16, 30) sowie Einlaßventil (32, 36) im Zweitaktbetrieb arbeiten.