CH659107A5

CH659107A5 - FREE PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE.

Info

Publication number: CH659107A5
Application number: CH497685A
Authority: CH
Inventors: Ernst Marcus
Original assignee: Ernst Marcus
Priority date: 1985-11-21
Filing date: 1985-11-21
Publication date: 1986-12-31
Also published as: EP0224142A2; EP0224142A3

Description

20 Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freikolben-Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Zylinder mit einem darin längsverschiebbar geführten, doppelt wirkenden Arbeitskolben, und mit einer Ladeluftpumpe. The present invention relates to a free-piston internal combustion engine, with at least one cylinder with a longitudinally displaceably guided, double-acting working piston, and with a charge air pump.

Freikolben-Brennkraftmaschinen sind bekannt und 25 werden bevorzugt zur elektrischen Energieerzeugung eingesetzt. Free-piston internal combustion engines are known and 25 are preferably used for electrical energy generation.

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Freikolben-Brennkraft-maschine zu zeigen, die im Vergleich mit bekannten Maschinen einen erhöhten thermischen Wirkungsgrad auf-30 weist, einfacher und gedrängter ausgebildet ist und deren Herstellung kostengünstig ist. It is an object of the invention to show a free-piston internal combustion engine which, compared to known machines, has an increased thermal efficiency, is simpler and more compact, and is inexpensive to produce.

Die erfindungsgemässe Freikolben-Brennkraftmaschine ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet. The free-piston internal combustion engine according to the invention is characterized by the features of claim 1.

35 Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. 35 The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings, for example.

Fig. 1 schematisch eine Ausführung der erfindungsge-mässen Freikolben-Brennkraftmaschine, 1 schematically shows an embodiment of the free-piston internal combustion engine according to the invention,

40 Fig. 2 eine Ausführungsvariante der in der Fig. 1 gezeigten Freikolben-Brennkraftmaschine, und 40 FIG. 2 shows an embodiment variant of the free-piston internal combustion engine shown in FIG. 1, and

Fig. 3 schematisch einen Schnitt durch den Arbeitszylinder der Freikolben-Brennkraftmaschine, 3 schematically shows a section through the working cylinder of the free-piston internal combustion engine,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Auslassschlitze, 45 und Fig. 4 is a schematic representation of the outlet slots, 45 and

Fig. 5 schaubildlich einen Abschntit des,Zylinders in ausgeschnittener Darstellung. Fig. 5 graphically a section of the cylinder in a cutaway view.

In der Fig. 1 sind allgemein ein Zylinder 1, eine Flüssig-50 keitskolbenpumpe 2 und eine Ladeluftpumpe 3 gezeichnet. Die Bezugsziffer 60 zeigt einen Windkessel, und eine Turbine ist mit der Bezugsziffer 66 angedeutet. Die bevorzugte Ausführung der Freikolben-Brennkraftmaschine enthält lediglich einen Zylinder 1, jedoch sind für beispielsweise 55 grössere Leistungen auch mehrere parallel arbeitende Zylinder 1 denkbar. Der Zylinder 1 weist eine Zylinderwand 23 und einen Aussenmantel 11 auf. Dazwischen ist ein als Ladeluftspeicher 12 dienender Mantelraum gebildet. In diesem Ladeluftspeicher 12 sind die Zylinderwand 23 mit 60 dem Aussenmantel 11 verbindende Kühlrippen 53 In Fig. 1, a cylinder 1, a liquid-50 piston pump 2 and a charge air pump 3 are generally drawn. The reference number 60 shows a wind boiler, and a turbine is indicated by the reference number 66. The preferred embodiment of the free-piston internal combustion engine contains only one cylinder 1, but several cylinders 1 operating in parallel are also conceivable for, for example, 55 larger outputs. The cylinder 1 has a cylinder wall 23 and an outer jacket 11. In between, a jacket space serving as charge air reservoir 12 is formed. In this charge air reservoir 12 are the cylinder wall 23 with 60 cooling fins 53 connecting the outer jacket 11

angeordnet. Die bevorzugte Ausführung dieser Kühlrippen 53 ist in den Fig. 3 und 5 dargestellt. Diese Kühlrippen 53 sind ringförmige Scheiben, in denen Ausnehmungen 93 vorhanden sind. Die gezeigte Ausführung dieser Kühlrippen 53 65 ist die bevorzugte Ausführung, und es sind noch andere Ausgestaltungen denkbar. Das Wesentliche ist, dass diese Kühlrippen 53 die Zylinderwand 23 mit dem Aussenmantel 11 verbinden. Der Zylinder 1 ist mit Auslassschlitzen 57 ver- arranged. The preferred embodiment of these cooling fins 53 is shown in FIGS. 3 and 5. These cooling fins 53 are annular disks in which recesses 93 are present. The shown embodiment of these cooling fins 53 65 is the preferred embodiment, and other configurations are also conceivable. The essential thing is that these cooling fins 53 connect the cylinder wall 23 to the outer jacket 11. The cylinder 1 is provided with outlet slots 57

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sehen. Die Anornung derselben ist schematisch in der Fig. 4 gezeigt. Die Auslassschlitze 57 verlaufen parallel zueinander und parallel zur Zylinderachse. Sie sind musterförmig angeordnet, wie in der Fig. 4 dargestellt ist. Die Auslassschlitze 57 weisen eine unterschiedliche Längsausdehnung auf. Dabei weist der mittlere Auslassschlitz 57 die grösste Längsausdehnung auf. Die beidseits vom mittleren Auslassschlitz 57 gelegenen Auslassschlitze sind progressiv kürzer ausgebildet, so dass die zwei äussersten Auslassschlitze des Musters die kleinste Längsausdehnung aufweisen. see. The arrangement of the same is shown schematically in FIG. 4. The outlet slots 57 run parallel to one another and parallel to the cylinder axis. They are arranged in a pattern, as shown in FIG. 4. The outlet slots 57 have different longitudinal dimensions. The middle outlet slot 57 has the greatest longitudinal extent. The outlet slots located on both sides of the middle outlet slot 57 are progressively shorter, so that the two outermost outlet slots of the pattern have the smallest longitudinal extent.

Im Zylinder 1 ist der längsverschiebbar geführte, doppelt wirkende Arbeitskolben 4 angeordnet. Die Bezugsziffer 9 bezeichnet die erste Verbrennungskammer und die Bezugsziffer 10 bezeichnet die zweite Verbrennungskammer. Die erste Verbrennungskammer 9 ist über ein als Rückschlagventil ausgebildetes Einlassventil 20 und die zweite Verbrennungskammer 10 über ein weiteres als Rückschlagventil ausgebildetes Einlassventil 21 mit dem als Ladeluftspeicher 12 dienenden Mantelraum verbunden. The longitudinally displaceable, double-acting working piston 4 is arranged in the cylinder 1. Reference numeral 9 denotes the first combustion chamber and reference numeral 10 denotes the second combustion chamber. The first combustion chamber 9 is connected via an inlet valve 20 designed as a non-return valve and the second combustion chamber 10 via a further inlet valve 21 designed as a non-return valve to the jacket space serving as charge air reservoir 12.

Die axiale Ausdehnung des im Zylinder 1 angeordneten Kolbens 4 ist offensichtlich länger als die Längsausdehnung des längsten der Auslassschlitze 57. Die axiale Länge des Arbeitskolbens 4 ist unter Berücksichtigung der axialen Länge des Zylinders 1, des minimalen und maximalen Kolbenhubes, der erwünschten Verdichtung in den Verbrennungskammern 9 und 10 und offensichtlich den Abmessungen dieser Verbrennungskammern gewählt. Der Arbeitskolben 4 ist bei beiden Enden durch Kolbenringe 18,19 gegen die Zylinderwand 23 abgedichtet. Obwohl jeweils nur ein Kolbenring 18,19 schematisch eingezeichnet ist, ist es offensichtlich, dass jeweils ein Satz Kolbenringe bekannter Anordnung vorhanden sein kann. In der Verbrennungskammer 9 ist eine allgemein mit der Bezugsziffer 15 bezeichnete Katalysator- und in der Verbrennungskammer 10 eine allgemein mit der Bezugsziffer 17 bezeichnete Katalysatoreinrichtung vorhanden. Diese Katalysatoreinrichtungen 15, 17 sind gitterförmig ausgebildet und bestehen aus «Cermet» oder einem anderen, warmfesten und chemisch trägen Stoff, auf dem ein als eigentlicher Katalysator wirkender Stoff, z.B. Platin, aufgetragen ist. Bei der gezeichneten Ausführung sind die Zylinderendabschnitte und die Sitrnflächen des Kolbens gewölbt ausgebildet, können jedoch auch andere Formgebungen aufweisen. The axial extent of the piston 4 arranged in the cylinder 1 is obviously longer than the longitudinal extent of the longest of the outlet slots 57. The axial length of the working piston 4 is, taking into account the axial length of the cylinder 1, the minimum and maximum piston stroke, the desired compression in the combustion chambers 9 and 10 and obviously the dimensions of these combustion chambers. The working piston 4 is sealed at both ends by piston rings 18, 19 against the cylinder wall 23. Although only one piston ring 18, 19 is shown schematically in each case, it is obvious that a set of piston rings of known arrangement can be present in each case. In the combustion chamber 9 there is a catalyst device, generally designated by the reference number 15, and in the combustion chamber 10, a catalyst device generally designated by the reference number 17. These catalyst devices 15, 17 are lattice-shaped and consist of "cermet" or another, heat-resistant and chemically inert substance on which a substance acting as the actual catalyst, e.g. Platinum is applied. In the embodiment shown, the cylinder end sections and the side surfaces of the piston are curved, but can also have other shapes.

Der Arbeitskolben 4 ist fest mit einer Kolbenstange 7 verbunden. Diese verläuft abgedichtet durch die Zylinderwand 23 und den Mantel 11 und ist mit dem Kolben 5 der Flüssigkeitspumpe 2 fest verbunden. The working piston 4 is firmly connected to a piston rod 7. This runs sealed through the cylinder wall 23 and the jacket 11 and is firmly connected to the piston 5 of the liquid pump 2.

Diese Flüssigkeitspumpe 2 weist zwei Einlassventile 24,26 und zwei Auslassventile 25, 27 auf. Damit ist auch der Kolben 5 der Flüssigkeitspumpe ein doppelt wirkender Kolben. Der Kolben 5 der Flüssigkeitspumpe 2 ist über eine weitere Kolbenstange 8 mit dem Verdichterkolben 6 der Ladeluftpumpe 3 fest verbunden. Offensichtlich sind auch hier die Durchtrittsstellen der Kolbenstange 8 durch die Wände der Flüssigkeitskolbenpumpe 2 und der Ladeluftpumpe 3 abgedichtet. Der Ladeluftpumpe 3 ist ein Luftfilter 32 vorgeschaltet. Die Ladeluftpumpe 3 weist zwei Einlassventile 29,30 und zwei Auslassventile 28,31 auf. This liquid pump 2 has two inlet valves 24, 26 and two outlet valves 25, 27. The piston 5 of the liquid pump is thus also a double-acting piston. The piston 5 of the liquid pump 2 is fixedly connected to the compressor piston 6 of the charge air pump 3 via a further piston rod 8. Obviously, the passage points of the piston rod 8 are also sealed by the walls of the liquid piston pump 2 and the charge air pump 3. An air filter 32 is connected upstream of the charge air pump 3. The charge air pump 3 has two intake valves 29, 30 and two exhaust valves 28, 31.

Die Querschnittsfläche, d.h. Arbeitsfläche des Verdichterkolbens 6 der Ladeluftpumpe 3 ist grösser als diejenige des Arbeitskolbens 4, oder in anderen Worten ausgedrückt weist der Verdichterkolben 6 einen grösseren Durchmesser als der Arbeitskolben 4 auf. The cross-sectional area, i.e. The working surface of the compressor piston 6 of the charge air pump 3 is larger than that of the working piston 4, or in other words, the compressor piston 6 has a larger diameter than the working piston 4.

Der Hub der zwei Kolben 4, 6 ist offensichtlich derselbe. Bei einer bevorzugten Ausführung, bei der im Ladeluftspeicher 12 des Zylinders 1 im Kaltzustand ein Druck von ungefähr 5x 105 Pa vorhanden ist, (welcher Druck im Betrieb aufgrund der entsprechend hohen Temperatur entsprechend höher ist) weist die Zylinderwand 23 einen Innendurchmesser von 4 cm und der Aussenmantel 11 einen Innendurchmesser von ca. 5,7 cm auf, und entsprechend ist dann der Durchmesser des Verdichterkolbens 6 der Ladeluftpumpe 3 ca. 8 cm. Der Verdichterkolben 6 weist also einen grösseren Durchmesser als der Arbeitskolben 4 auf. The stroke of the two pistons 4, 6 is obviously the same. In a preferred embodiment, in which a charge of approximately 5 × 105 Pa is present in the charge air reservoir 12 of the cylinder 1 (which pressure is correspondingly higher in operation due to the correspondingly high temperature), the cylinder wall 23 has an inner diameter of 4 cm and Outer jacket 11 has an inner diameter of approximately 5.7 cm, and the diameter of the compressor piston 6 of the charge air pump 3 is then approximately 8 cm. The compressor piston 6 thus has a larger diameter than the working piston 4.

Die Flüssigkeitskolbenpumpe 2 fördert eine Flüssigkeit in geschlossenem Kreislauf, beispielsweise Wasser mit möglichen Zusätzen zum Korrosionsschutz, Gefrierschutz, usw. Die durch den Kolben 5 der Flüssigkeitspumpe 2 geförderte Flüssigkeit strömt durch die Auslassventile 25, 27 in eine Auslassleitung 70. Diese Auslassleitung 70 ist mit drei kleinen Pumpen verbunden. Dabei bezeichnet die Bezugsziffer 39 die Brennstoffeinspritzpumpe und die Bezugsziffern 44, 47 bezeichnen die Schmiermittelpumpen. The liquid piston pump 2 conveys a liquid in a closed circuit, for example water with possible additives for corrosion protection, anti-freeze protection, etc. The liquid conveyed by the piston 5 of the liquid pump 2 flows through the outlet valves 25, 27 into an outlet line 70. This outlet line 70 has three connected to small pumps. Reference numeral 39 designates the fuel injection pump and reference numerals 44, 47 designate the lubricant pumps.

Die Brennstoffeinspritzpumpe 39 weist einen Kolben 40 auf, der durch eine Feder 41 vorgespannt ist. Die Schmiermittelpumpe 44 weist einen mittels einer Feder 50 vorgespannten Kolben 49 und die Schmiermittelpumpe 47 weist einen durch eine Feder 52 vorgespannten Kolben 51 auf. Die Stirnflächen der drei Kolben 40,49, 51 liegen gegen die Auslassleitung 70 frei. Ihre Arbeitsflächen sind somit mit dem Druck der von der Flüssigkeitskolbenpumpe 2 geförderten Flüssigkeit beaufschlagt. Damit werden bei jedem Hub des Kolbens 5 der Flüssigkeitskolbenpumpe 2 die drei Kolben 40, 49, 51 gegen die Kraft ihrer jeweiligen Federn 41, 50, 52 verschoben. Wenn der Kolben 5 einen seiner Totpunkte erreicht und damit der Druck der durch die Flüssigkeitskolbenpumpe 2 geförderten Flüssigkeit sinkt, bewegen die Federn 41, 50, 52 ihre jeweiligen Kolben 40,49, 51 in ihre Ausgangsstellung zurück. Folglich werden die Brennstoffeinspritzpumpe 39 und die Schmiermittelpumpen 44, 47 von der Flüssigkeitskolbenpumpe 2 getrieben. Bei einer in der Fig. 1 nach der Brennstoffeinspritzpumpe 39 gelegenen Stelle ist in der Auslassleitung 70 ein Umschaltventil 88 angeordnet, dessen Zweck weiter unten erläutert sein wird. Die Auslassleitung 70 verläuft nach den Schmiermittelpumpen 44,47 zu einem Windkessel 60. Im Windkessel 60 ist unter Druck stehende Luft oder ein sonstiges unter Druck stehendes Gas vorhanden. Die aus dem Windkessel 60 hinausführende Leitung ist einem Drosselventil 64 zugeführt, dessen Stellung durch einen im Windkessel 60 angeordneten Druckmessfühler 63 gesteuert ist. Vom Drosselventil 64 strömt dann die Flüssigkeit in eine Flüssigkeitsturbine 66. Diese Turbine 66 kann eine Pelton-Turbine, eine Flügelradturbine oder eine Kaplan-Turbine sein. Die Turbine 66 ist mit der Turbinenwelle 67 verbunden. Folglich wird im Betrieb die lineare Hubbewegung des Kolbens der Freikolben-Brennkraftmaschine in Drehbewegung der Turbinenwelle umgewandelt. An dieser Turbinenwelle 67 kann nun beispielsweise ein Stromerzeuger angeschlossen sein. An der Turbine 66 schliesst endlich eine Rückführleitung 68 an, durch welche die Flüssigkeit durch das Umschaltventil 88 zur Flüssigkeitskolbenpumpe 2 zurückströmt, um dort wieder durch die Einlassventile 24, 26 hindurch in die jeweiligen Arbeitskammern einzuströmen. Somit ist also ein geschlossener Flüssigkeitskreislauf vorhanden, aufgrund dessen grundsätzlich die Kolbenbewegung der Flüssigkeitskolbenpumpe 2 in eine Rotationsbewegung der Turbine 66 umgesetzt wird. The fuel injection pump 39 has a piston 40 which is biased by a spring 41. The lubricant pump 44 has a piston 49 biased by a spring 50 and the lubricant pump 47 has a piston 51 biased by a spring 52. The end faces of the three pistons 40, 49, 51 are exposed against the outlet line 70. Your working surfaces are thus subjected to the pressure of the liquid delivered by the liquid piston pump 2. With each stroke of the piston 5 of the liquid piston pump 2, the three pistons 40, 49, 51 are displaced against the force of their respective springs 41, 50, 52. When the piston 5 reaches one of its dead centers and thus the pressure of the liquid delivered by the liquid piston pump 2 drops, the springs 41, 50, 52 move their respective pistons 40, 49, 51 back to their starting position. As a result, the fuel injection pump 39 and the lubricant pumps 44, 47 are driven by the liquid piston pump 2. At a location in FIG. 1 after the fuel injection pump 39, a changeover valve 88 is arranged in the outlet line 70, the purpose of which will be explained below. The outlet line 70 runs after the lubricant pumps 44, 47 to a wind boiler 60. The air boiler 60 contains air under pressure or another gas under pressure. The line leading out of the wind chamber 60 is fed to a throttle valve 64, the position of which is controlled by a pressure sensor 63 arranged in the wind chamber 60. The liquid then flows from the throttle valve 64 into a liquid turbine 66. This turbine 66 can be a Pelton turbine, a vane wheel turbine or a Kaplan turbine. The turbine 66 is connected to the turbine shaft 67. Consequently, the linear stroke movement of the piston of the free-piston internal combustion engine is converted into rotary movement of the turbine shaft during operation. A power generator can now be connected to this turbine shaft 67, for example. A return line 68 finally connects to the turbine 66, through which the liquid flows back through the changeover valve 88 to the liquid piston pump 2, in order to flow back into the respective working chambers through the inlet valves 24, 26. A closed liquid circuit is thus present, on the basis of which the piston movement of the liquid piston pump 2 is fundamentally converted into a rotational movement of the turbine 66.

Die Ladeluftpumpe 3 saugt Luft durch den Luftfilter 32 an, welche Luft durch die Einlassventile 29, 30 in die Arbeitskammern eintritt. Darauf wird die Luft durch die Bewegung des Verdichterkolbens 6 durch die zwei Auslassventile 28, 31 hindurch in die Ladeluftleitung 16 gefördert. Diese Ladeluftleitung 16 ist dem als Rückschlagventil ausgebildeten Haupt-ladelufteinlassventil 22 zum Ladeluftspeicher 12, d.h. dem Mantelraum des Zylinders 1 zugeführt. Somit tritt die durch den Verdichterkolben 6 verdichtete und geförderte Luft in The charge air pump 3 draws air through the air filter 32, which air enters the working chambers through the inlet valves 29, 30. The air is then conveyed through the movement of the compressor piston 6 through the two outlet valves 28, 31 into the charge air line 16. This charge air line 16 is the main charge air inlet valve 22 designed as a check valve to the charge air reservoir 12, i. fed to the jacket space of the cylinder 1. The air compressed and delivered by the compressor piston 6 thus enters

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den Ladeluftspeicher 12 ein. Dieser ist mit einem Sicherheitsventil 14, einem Überdruckventil ausgerüstet, das bei zu hohem Ladeluftdruck den Ladeluftspeicher entlastet. the charge air storage 12. This is equipped with a safety valve 14, a pressure relief valve, which relieves the charge air reservoir if the charge air pressure is too high.

Die Abgase strömen durch die Auslassschlitze 57 über die Ölwanne 56 in das Auspuffrohr 58, und durch den Auspuff 62 ins Freie. The exhaust gases flow through the outlet slots 57, through the oil pan 56 into the exhaust pipe 58, and through the exhaust pipe 62 to the outside.

Die Schmiermittelpumpe 47 saugt das Schmiermittel von der Ölwanne 56 an und fördert es durch den Schmiermittelfilter 54, also den Ölfilter zum Schmiermittelspeicherbehälter 55. Die Schmiermittelpumpe 44 saugt ihrerseits das Schmiermittel aus dem Schmiermittelspeicherbehälter 55 und fördert es durch die Leitung 71 zu den verschiedenen zu schmierenden Stellen der Freikolben-Brennkraftmaschine. The lubricant pump 47 sucks the lubricant from the oil pan 56 and conveys it through the lubricant filter 54, that is to say the oil filter to the lubricant storage container 55. The lubricant pump 44 in turn sucks the lubricant from the lubricant storage container 55 and conveys it through line 71 to the various locations to be lubricated the free-piston internal combustion engine.

Die Brennstoffeinspritzpumpe 39 saugt den Brennstoff über das Brennstoffzufuhrrohr 48 vom nicht gezeichneten Brennstoffspeicherbehälter an. Die Brennstoffeinspritzpumpe 39 ist mit einem Sicherheitsventil 74 ausgerüstet, durch welches bei zu hohem Förderdruck der Brennstoffeinspritzpumpe 39 Brennstoff zurück zum Brennstoffzufuhrrohr 48 oder zum Brennstoffspeicherbehälter strömt. The fuel injection pump 39 sucks the fuel through the fuel supply pipe 48 from the fuel storage container, not shown. The fuel injection pump 39 is equipped with a safety valve 74, through which fuel flows back to the fuel supply pipe 48 or to the fuel storage tank if the fuel injection pump 39 has an excessively high delivery pressure.

Beim Auslass der Brennstoffeinspritzpumpe 39 ist ein Drosselventil 73 angeordnet. Dieses Drosselventil wird entweder durch manuelle Betätigung oder für vollständig automatischen Betrieb mit einem Druckfühler 72 gesteuert, welcher den in der Zylinderkammer der Brennstoffeinspritzpumpe 39 vorherrschenden Druck abtastet. Die vom Brenn-stoff-Drosselventil 73 aus verlaufende Brennstoffzufuhrleitung verzweigt sich und erstreckt sich zu den Brennstoffein-spritzventilen 75,76. Diese Einspritzventile 75,76 sind vom Einlassventil 21 gesteuert, welches den Mantelraum 12, der Ladeluftspeicher mit der zweiten Verbrennungskammer 10 verbindet. Ist das Einlassventil 21 offen, ist das Einspritzventil 76 offen und der Brennsstoff wird durch das Rückschlagventil 77 in die erste Verbrennungskammer 9 eingespritzt. Ist das Ventil 21 geschlossen, ist das Einspritzventil 76 ebenfalls geschlossen und das Ventil 75 offen, und der Brennstoff wird durch das Rückschlagventil 78 in die zweite Verbrennungskammer 10 eingespritzt. In dieser Ausführung weist die Brennkraftmaschine eine elektrische Anlage zum Zünden auf, wobei die Zündung über Glühkerzen 79, 80 erfolgt. A throttle valve 73 is arranged at the outlet of the fuel injection pump 39. This throttle valve is controlled either by manual actuation or, for fully automatic operation, by a pressure sensor 72 which senses the pressure prevailing in the cylinder chamber of the fuel injection pump 39. The fuel supply line running from the fuel throttle valve 73 branches out and extends to the fuel injection valves 75, 76. These injection valves 75, 76 are controlled by the inlet valve 21, which connects the jacket space 12, the charge air reservoir, to the second combustion chamber 10. If the inlet valve 21 is open, the injection valve 76 is open and the fuel is injected into the first combustion chamber 9 through the check valve 77. When valve 21 is closed, injector 76 is also closed and valve 75 is open, and fuel is injected into second combustion chamber 10 through check valve 78. In this embodiment, the internal combustion engine has an electrical system for ignition, the ignition being effected via glow plugs 79, 80.

Neben der Brennstoffeinspritzpumpe 39 ist der Anfahrzylinder 36 angeordnet. Der im Anfahrzylinder 36 angeordnete Anfahrkolben 37 ist über eine Kolbenstange 38 mit dem Kolben 40 der Brennstoffeinspritzpumpe 39 starr verbunden. Die Stirnfläche des Anfahrkolbens 37 ist grösser als die Stirnfläche des Kolbens 40 der Brennstoffeinspritzpumpe 39. Der Anfahrzylinder 36 ist über ein Rohr 33, in welchem ein Absperrventil 34 angeordnet ist, mit dem Ladeluftspeicher 12 des Zylinders 1 verbunden. Weiter weist der Anfahrzylinder 36 ein Entlüftungsventil 35 auf. Die Kolbenstange 38 ist gegen den Boden des Anfahrzylinders 36 abgedichtet. The starting cylinder 36 is arranged next to the fuel injection pump 39. The starting piston 37 arranged in the starting cylinder 36 is rigidly connected to the piston 40 of the fuel injection pump 39 via a piston rod 38. The end face of the starting piston 37 is larger than the end face of the piston 40 of the fuel injection pump 39. The starting cylinder 36 is connected to the charge air reservoir 12 of the cylinder 1 via a pipe 33 in which a shutoff valve 34 is arranged. The starting cylinder 36 also has a vent valve 35. The piston rod 38 is sealed against the bottom of the starting cylinder 36.

Zwei federbelastete Steuerarme 86,87 ragen durch die Wand des Anfahrzylinders 36 bei einer Stelle in den Zylinderraum, die ungefähr 60% der Hubstrecke des Anfahrkolbens 37 entspricht, wenn er sich gemäss der Fig. 1 von links nach rechts bewegt. Diese Steuerarme 86,87 sind über Federn 43 schwenkbar abgestützt, wobei die Schwenkstellen 42 ausserhalb des Anfahrzylinders 36 gelegen sind. Diese Steuerarme 86, 87 steuern die Ventile 34,35, wie weiter unten noch näher beschrieben sein wird. Weiter ragen die Steuerarme 86,87 durch Schlitze 46 in der Wand des Anfahrzylinders 36 in dessen Innenraum. Es ist also ersichtlich, dass wenn sich der Anfahrkolben 37 in der Fig. 1 nach rechts bewegt, dieser zur Anlage an die Steuerarme 86,87 kommt und somit eine Auslenkung derselben bewirkt. Bewegt sich der Anfahrkolben 37 wieder nach links, werden die Steuerarme 86, 87 durch die Federn 43 wieder in ihre Ruhestellung zurückgeschwenkt. Die Auslassleitung 70 ist bei einer Stelle nach der Brennstoffeinspritzpumpe 39 einem Umschaltventil 88 zugeführt. In der gezeichneten Betriebsstellung durchströmt die Flüssigkeit von der Brennstoffeinspritzpumpe 39 herkommend das Umschaltventil 88, um weiter gegen die Schmiermittelpumpen 44,47 und von dort letztlich zur Turbine 66 zu strömen. Zum Anfahren ist das Umschaltventil 88 in einer Stellung bewegt, bei der die Flüssigkeit nach der Brennstoffeinspritzpumpe 39 unmittelbar wieder zur Flüssigkeitskolbenpumpe 2 zurückgeführt ist, also die Schmiermittelpumpen 44,47 und insbesondere die Turbine 66 nicht von der Flüssigkeit getrieben werden. Two spring-loaded control arms 86, 87 protrude through the wall of the starting cylinder 36 at a point in the cylinder space which corresponds to approximately 60% of the stroke distance of the starting piston 37 when it moves from left to right according to FIG. 1. These control arms 86, 87 are pivotally supported by springs 43, the pivot points 42 being located outside of the starting cylinder 36. These control arms 86, 87 control the valves 34, 35, as will be described in more detail below. The control arms 86, 87 also protrude through slots 46 in the wall of the starting cylinder 36 in the interior thereof. It can thus be seen that when the starting piston 37 moves to the right in FIG. 1, it comes to bear against the control arms 86, 87 and thus causes the same to be deflected. If the starting piston 37 moves to the left again, the control arms 86, 87 are pivoted back into their rest position by the springs 43. The outlet line 70 is fed to a changeover valve 88 at a point downstream of the fuel injection pump 39. In the operating position shown, the liquid coming from the fuel injection pump 39 flows through the changeover valve 88 in order to flow further against the lubricant pumps 44, 47 and ultimately from there to the turbine 66. To start up, the changeover valve 88 is moved into a position in which the liquid after the fuel injection pump 39 is returned directly to the liquid piston pump 2, that is to say the lubricant pumps 44, 47 and in particular the turbine 66 are not driven by the liquid.

Zu bemerken ist, dass die beschriebene Ausführung der Freikolben-Brennkraftmaschine über die Turbinenwelle 67 ihre nutzbare Energie abgibt. It should be noted that the described embodiment of the free-piston internal combustion engine emits its usable energy via the turbine shaft 67.

Bei einer anderen, nicht gezeichneten Ausführung sind Windkessel und Turbine 66 weggelassen. Damit ist es möglich, die Flüssigkeitspumpe 2, deren Kolben 5 fest mit dem Kolben 4 verbunden ist, die Brennkraftmaschine als Pumpenantrieb zu verwenden, so dass durch die Pumpe 2 z.B. Flüssigkeit oder sogar Gas gefördert werden kann. In another embodiment, not shown, the wind boiler and turbine 66 are omitted. It is thus possible to use the liquid pump 2, the piston 5 of which is firmly connected to the piston 4, the internal combustion engine as a pump drive, so that the pump 2 e.g. Liquid or even gas can be pumped.

Nachfolgend wird nun das Anfahren und der Betrieb der gezeigten Ausführung erläutert. Zum Anfahren ist es notwendig, dass im Mantelraum, also Ladeluftspeicher 12 Druckluft vorhanden ist. Es wurde früher erwähnt, dass in kaltem Zustand ein Druck von etwa 4x 105 Pa im Ladeluftspeicher 12 vorhanden sein muss. Wird die Brennkraftmaschine zum ersten Mal in Betrieb genommen oder sind Arbeiten am Zylinder 1 durchgeführt worden, die ein Entlüften desselben benötigten, so dass im Ladeluftspeicher 12 Umgebungsdruck vorherrscht, wird vorerst Druckluft in den Ladeluftspeicher 12 eingebracht, so dass die darin befindliche Luft unter einem zum Anfahren notwendigen Druck steht. The start-up and operation of the embodiment shown will now be explained below. To start up, it is necessary that compressed air is available in the jacket space, that is to say charge air reservoir 12. It was mentioned earlier that in the cold state there must be a pressure of approximately 4x 105 Pa in the charge air reservoir 12. If the internal combustion engine is put into operation for the first time or work has been carried out on the cylinder 1 that requires it to be vented, so that ambient pressure prevails in the charge air reservoir 12, compressed air is initially introduced into the charge air reservoir 12, so that the air therein is under one Starting necessary pressure is available.

Ist die Brennkraftmaschine durch das Unterbinden der Brennstoffzufuhr zum Stehen gebracht worden, also nur relativ kurzzeitig ausser Betrieb gewesen, ist unter Druck stehende Ladeluft im Ladeluftspeicher 12 gespeichert. Unmittelbar nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine nach vollem Betrieb ist die im Ladeluftspeicher 12 vorhandene Ladeluft zusätzlich noch erhitzt und steht somit unter einem höheren Druck. Zum Anlassen der Brennkraftmaschine genügt jedoch der oben erwähnte Druck bei kalter Ladeluft. Im abgestellten Zustand befindet sich der Arbeitskolben 4 ungefähr in der Zylindermittel. If the internal combustion engine has been brought to a standstill by cutting off the fuel supply, that is to say has only been out of operation for a relatively short time, pressurized charge air is stored in the charge air reservoir 12. Immediately after the internal combustion engine has been switched off after full operation, the charge air present in the charge air reservoir 12 is additionally heated and is therefore at a higher pressure. To start the internal combustion engine, however, the pressure mentioned above is sufficient when the charge air is cold. In the parked state, the working piston 4 is approximately in the cylinder center.

Man nehme an, dass beim vorgängigen Abstellen der Brennkraftmaschine die letzte Brennstoffeinspritzung in die erste Verbrennungskammer 9 hinein erfolgte. Die Verbrennung in der Verbrennungskammer 9 bewirkte den letzten Arbeitshub des Arbeitskolbens 4, bewirkte ein Schliessen des Einlassventiles 21, weil sich offensichtlich der Arbeitskolben 4 in Richtung der zweiten Verbrennungskammer 10 bewegte. Dabei ist offensichtlich die in der Verbrennungskammer 10 vorhandene Ladeluft verdichtet worden. Da jedoch kein Brennstoff mehr eingespritzt worden ist, ist in der Verbrennungskammer 10 kein Verbrennen mehr erfolgt. It is assumed that when the internal combustion engine was switched off beforehand, the last fuel injection into the first combustion chamber 9 took place. The combustion in the combustion chamber 9 caused the last working stroke of the working piston 4, caused the inlet valve 21 to close, because the working piston 4 obviously moved in the direction of the second combustion chamber 10. The charge air present in the combustion chamber 10 has obviously been compressed. However, since no more fuel has been injected, no combustion has taken place in the combustion chamber 10.

Die vorgängig erwähnte letzte Arbeitsbewegung des Arbeitskolbens 4 in der Zeichnung nach oben bewirkte ein Freigeben der Auslassschlitze 57. Die in der Verbrennungskammer 9 vorhandenen Gase konnten somit durch die Schlitze 57 und das Auspuffrohr 58 ausströmen, womit ein Druckabfall in der Verbrennungskammer 9 stattgefunden hat. Aufgrund dieses Druckabfalles hat sich das Einlassventil 20 kurzzeitig geöffnet, um frische Ladeluft aus dem Ladeluftspeicher 12 in die Verbrennungskammer 9 einströmen zu lassen. Jedoch kann offensichtlich der Druck der in der Verbrennungskammer 9 vorhandenen Ladeluft den der im Lade-luftspeicher 12 vorhandenen Ladeluft nicht übersteigen. The aforementioned last working movement of the working piston 4 in the drawing upwards released the outlet slots 57. The gases present in the combustion chamber 9 could thus flow out through the slots 57 and the exhaust pipe 58, with the result that a pressure drop in the combustion chamber 9 took place. Due to this pressure drop, the inlet valve 20 has opened briefly in order to allow fresh charge air to flow from the charge air reservoir 12 into the combustion chamber 9. However, the pressure of the charge air present in the combustion chamber 9 obviously cannot exceed that of the charge air present in the charge air reservoir 12.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

659 107 659 107

Da jedoch der Druck der in der oberen Verbrennungskammer 10 vorhandene Ladeluft aufgrund der vorgängigen Aufwärtsbewegung des Kolbens 4 etwas höher ist als der in der Verbrennungskammer 9 vorhandene Druck, wird der Arbeitskolben 4 eine kleine Strecke nach unten in Richtung zur Verbrennungskammer 9 gedrückt und damit sind die Auslassschlitze 57 wieder geschlossen worden und der Ladeluftdruck in der Verbrennungskammer 9 etwas erhöht worden. Damit hat sich auch das Einlassventil 21 geschlossen, so dass der Arbeitskolben 4, wie vorher erwähnt, ungefähr in der Mitte des Zylinders 1 zum Stillstand kommt, bei welcher Stellung des Arbeitskolbens 4 die Ladeluftdrücke in der ersten Verbrennungskammer 9 und zweiten Verbrennungskammer 10 ausgeglichen sind. Da jedoch der Verdichterkolben 6 der Ladeluftpumpe 3 und der Kolben 5 der Flüssigkeitspumpe 2 über die Kolbenstangenordnung 7,8 starr mit dem Arbeitskolben 4 verbunden sind, erzeugen diese zwei Pumpen einen Widerstand gegenüber der Bewegung des Arbeitskolbens 4, so dass er in der Figur etwas höher zu stehen kommt, also ein wenig mehr in Richtung der zweiten Verbrennungskammer 10 zur Ruhe kommt. However, since the pressure of the charge air present in the upper combustion chamber 10 is somewhat higher than the pressure existing in the combustion chamber 9 due to the previous upward movement of the piston 4, the working piston 4 is pressed down a small distance in the direction of the combustion chamber 9 and thus are the Outlet slots 57 have been closed again and the charge air pressure in the combustion chamber 9 has been increased somewhat. This also closes the inlet valve 21, so that the working piston 4, as previously mentioned, comes to a standstill approximately in the middle of the cylinder 1, at which position of the working piston 4 the charge air pressures in the first combustion chamber 9 and the second combustion chamber 10 are balanced. However, since the compressor piston 6 of the charge air pump 3 and the piston 5 of the liquid pump 2 are rigidly connected to the working piston 4 via the piston rod arrangement 7, 8, these two pumps create a resistance to the movement of the working piston 4, so that it is somewhat higher in the figure comes to a standstill, i.e. comes to rest a little more in the direction of the second combustion chamber 10.

Zum Anfahren ist also das Umschaltventil 88 in die Stellung geschaltet worden, bei der die umlaufende Flüssigkeit von der Brennstoffeinspritzpumpe 39 unmittelbar zur Flüssigkeitspumpe 5 zurückgeleitet wird. Darauf wird das Brennstoffdrosselventil 73, das beim Auslass der Brennstoffeinspritzpumpe 39 angeordnet ist, in seine Offenstellung gesteuert. Der Kolben 40 der Brennstoffeinspritzpumpe 39 steht unter Einwirkung der ihn vorspannenden Feder 41 in einer oberen Totpunktstellung, d.h. in der Fig. 1 in der linken Stellung, dabei ist nun die Feder 41 im vollständig ausgedehnten Zustand. Das bis anhin und bei dem Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine offene Entlüftungsventil 35 des Anfahrzylinders 36 wird nun geschlossen und gleichzeitig das den Innenraum des Anfahrzylinders 36 über das Rohr 33 mit dem Ladeluftspeicher 12 verbindende Absperrventil 34 geöffnet. Damit strömt unter Druck stehende Ladeluft aus dem Ladeluftspeicher 12 zum Anfahrkolben 37 des Anfahrzylinders 36 und drängt diesen in der Figur nach rechts. Nach einer Hubstrecke von 60% kommt der Anfahrkolben 37 zur Anlage an die zwei Steuerarme 86,87. Diese Steuerarme 86, 87 schwenken somit aus und bewirken, dass nun das Absperrventil 34 geschlossen und gleichzeitig das Entlüftungsventil 35 geöffnet wird. To start up, the changeover valve 88 has therefore been switched to the position in which the circulating liquid is returned directly from the fuel injection pump 39 to the liquid pump 5. The fuel throttle valve 73, which is arranged at the outlet of the fuel injection pump 39, is then controlled into its open position. The piston 40 of the fuel injection pump 39 is under the action of the spring 41 biasing it in an upper dead center position, i.e. 1 in the left position, the spring 41 is now in the fully expanded state. The vent valve 35 of the starting cylinder 36, which was previously open and during continuous operation of the internal combustion engine, is now closed and at the same time the shut-off valve 34 connecting the interior of the starting cylinder 36 via the pipe 33 to the charge air reservoir 12 is opened. Thus, pressurized charge air flows from the charge air reservoir 12 to the starting piston 37 of the starting cylinder 36 and urges it to the right in the figure. After a stroke of 60%, the starting piston 37 comes into contact with the two control arms 86, 87. These control arms 86, 87 thus pivot and cause the shut-off valve 34 to be closed and the vent valve 35 to be opened at the same time.

Da der Anfahrkolben 37 über die Kolbenstange 38 mit dem Kolben 40 der Brennstoffeinspritzpumpe 39 verbunden ist, erfolgt ein erstes Fördern des Brennstoffes. Since the starting piston 37 is connected to the piston 40 of the fuel injection pump 39 via the piston rod 38, the fuel is first delivered.

Zurückkehrend nun zur Bewegung der Steuerarme 86, 87 ist durch das Öffnen des Entlüftungsventiles bewirkt worden, dass der Anfahrkolben 37 entlastet wird und aufgrund der Feder 41 der Brennstoffeinspritzpumpe 39 wieder nach links in der Figur, in seine Ausgangsstellung zurückgeführt wird. Die Federn 43 der Steuerarme 86, 87 führen diese zurück in ihre Ausgangsstellung, so dass wiederum das Absperrventil 34 geöffnet und das Entlüftungsventil 35 geschlossen wird und die nächstfolgende Menge Druckluft aus dem Ladeluftspeicher 12 zum Anfahrkolben 37 strömen kann. Der Anfahrzylinder 36 und der Anfahrkolben 37 sind derart bemessen, dass der im Ladeluftspeicher 12 vorhandene Luftdruck ausreicht, die Brennstoffeinspritzpumpe 39 mehrfach bis zu einem Hub von 60% des Hubes im Dauerbetrieb zu betätigen. Returning now to the movement of the control arms 86, 87, the opening of the vent valve has the effect that the starting piston 37 is relieved and is returned to its original position due to the spring 41 of the fuel injection pump 39 to the left in the figure. The springs 43 of the control arms 86, 87 guide them back into their starting position, so that the shut-off valve 34 is opened again and the ventilation valve 35 is closed and the next quantity of compressed air can flow from the charge air reservoir 12 to the starting piston 37. The starting cylinder 36 and the starting piston 37 are dimensioned such that the air pressure present in the charge air reservoir 12 is sufficient to actuate the fuel injection pump 39 several times in continuous operation up to a stroke of 60% of the stroke.

Weiter ist zu erwähnen, dass der Zylinderinnenraum des Anfahrzylinders 36 unterhalb des Anfahrkolbens 37, also in der Fig. 1 der rechts vom Anfahrkolben 37 liegende Zylinderinnenraum über die Schlitze 46, durch welche die Steuerarme 86, 87 ragen mit der Umgebung verbunden ist. Das heisst, It should also be mentioned that the cylinder interior of the starting cylinder 36 is connected below the starting piston 37, that is to say in FIG. 1 the cylinder interior lying to the right of the starting piston 37 via the slots 46, through which the control arms 86, 87 protrude. This means,

dass bei dem Arbeitshub des Anfahrkolbens 37 kein Luftkissen unter dem Anfahrkolben 37 entstehen kann. that no air cushion under the starting piston 37 can arise during the working stroke of the starting piston 37.

Ist also das Absperrventil 34 geöffnet worden, der Anfahrkolben 37 und damit der Kolben 40 der Brennstoffeinspritzpumpe 39 nach rechts bewegt worden, wird von der Brennstoffeinspritzpumpe 39 her Brennstoff in die Verbrennungskammer 10 eingespritzt. Gleichzeitig mit dem Öffnen des Absperrventils 34, welches Öffnen das Einspritzen des Brennstoffes bewirkt, wird der Stromkreis zu den Glühkerzen 79 und 80 geschlossen. Also wird der in die zweite Verbrennungskammer 10 eingespritzte Brennstoff gezündet und damit der Arbeitskolben 4 gegen die erste Verbrennungskammer 9 verschoben. Damit wird die in dieser Verbrennungskammer 9 vorhandene Ladeluft verdichtet. If the shut-off valve 34 has been opened, the starting piston 37 and thus the piston 40 of the fuel injection pump 39 have been moved to the right, fuel is injected into the combustion chamber 10 by the fuel injection pump 39. Simultaneously with the opening of the shut-off valve 34, which opening causes the fuel to be injected, the circuit to the glow plugs 79 and 80 is closed. The fuel injected into the second combustion chamber 10 is ignited and the working piston 4 is thus displaced against the first combustion chamber 9. The charge air present in this combustion chamber 9 is thus compressed.

Durch die Bewegung des Arbeitskolbens 4 wird offensichtlich auch der Kolben 5 der Flüssigkeitspumpe 2 bewegt und die Arbeitsflüssigkeit durch das Umschaltventil 88 unmittelbar zur Flüssigkeitskolbenpumpe 2 zurückgeführt. Da die Arbeitsflüssigkeit grundsätzlich lediglich von einer Seite des Kolbens 5 zur entgegengesetzt gelegenen Seite gefördert wird und keine nützliche Arbeit leistet, übt diese Umlaufbewegung der Flüssigkeit einen sehr kleinen Widerstand auf den Arbeitskolben 4 aus. The piston 5 of the liquid pump 2 is obviously also moved by the movement of the working piston 4 and the working liquid is returned directly to the liquid piston pump 2 through the changeover valve 88. Since the working liquid is fundamentally only conveyed from one side of the piston 5 to the opposite side and does not perform any useful work, this circulating movement of the liquid exerts very little resistance on the working piston 4.

Durch den ersten Hub des Arbeitskolbens 4 wird auch der Verdichterkolben 6 der Ladeluftpumpe 3 verschoben und Ladeluft in den Ladeluftspeicher 12 gefördert. Jedoch wird lediglich eine kleine Menge, ein kleines Volumen Ladeluft in den Ladeluftspeicher 12 befördert, weil sich der Arbeitskolben 4 nur um eine kleine Strecke bewegt hat. Hat der Arbeitskolben 4 die erste Hubbewegung durchgeführt, wird der Anfahrzylinder 36 wieder in der oben erwähnten Art betrieben. Da sich jedoch der Arbeitskolben 4 gegen die Verbrennungskammer 9 bewegt hat, werden die Auslassschlitze 57 des Zylinders 1 geöffnet und somit sinkt der Druck in der Verbrennungskammer 10. Das kleine Volumen der durch die Ladeluftpumpe 3 geförderten Ladeluft bewirkt, dass sich der Druck im Ladeluftspeicher 12 wieder erhöht. Der Arbeitskolben 4 bewegt sich nach unten, das Einlassventil 21 wird geöffnet und eine weitere Brennstoffmenge in die Verbrennungskammer 9 eingespritzt und dort gezündet. Der Arbeitskolben 4 und damit auch der Verdichterkolben 6 bewegen sich und damit strömt ein weiteres Volumen Ladeluft in den Ladeluftspeicher 12, und weil nun im Ladeluftspeicher 12 der Druck bereits höher als der Ausgangsdruck geworden ist, arbeitet der Anfahrzylinder 36 bereits besser, der Anfahrkolben 37 wird stärker gegen die Kraft der Feder 41 bewegt. Damit wird nun von Arbeitstakt zu Arbeitstakt eine jeweils grössere Brennstoffmenge eingespritzt. Die Temperatur im Zylinder 1 erhöht sich, der Motor wird heiss und der im Ladeluftspeicher 12 vorhandene Druck der Ladeluft wird ebenfalls schneller und schneller wachsen. Die Arbeitstakte, d.h. Zündungen der jeweils eingespritzten Brennstoffmenge folgen einander in zunehmend kürzeren zeitlichen Abständen und damit ist nun die Brennkraftmaschine angesprungen. Due to the first stroke of the working piston 4, the compressor piston 6 of the charge air pump 3 is also displaced and charge air is conveyed into the charge air reservoir 12. However, only a small amount, a small volume of charge air is conveyed into the charge air reservoir 12 because the working piston 4 has only moved a small distance. When the working piston 4 has carried out the first lifting movement, the starting cylinder 36 is operated again in the manner mentioned above. However, since the working piston 4 has moved against the combustion chamber 9, the outlet slots 57 of the cylinder 1 are opened and thus the pressure in the combustion chamber 10 drops. The small volume of the charge air conveyed by the charge air pump 3 causes the pressure in the charge air reservoir 12 to increase increased again. The working piston 4 moves downward, the inlet valve 21 is opened and a further quantity of fuel is injected into the combustion chamber 9 and ignited there. The working piston 4 and thus also the compressor piston 6 move and thus a further volume of charge air flows into the charge air reservoir 12, and since the pressure in the charge air reservoir 12 has already become higher than the outlet pressure, the starting cylinder 36 is already working better and the starting piston 37 is becoming moved more strongly against the force of the spring 41. This means that a larger amount of fuel is injected from work cycle to work cycle. The temperature in cylinder 1 increases, the engine becomes hot and the pressure of the charge air in charge air reservoir 12 will also grow faster and faster. The work cycles, i.e. Firings of the amount of fuel injected follow each other in increasingly shorter time intervals and the internal combustion engine has now started.

Nun kann das Umschaltventil 88 auf Dauerbetrieb umgeschaltet werden, so dass die Arbeitsflüssigkeit durch die Turbine 66 strömt, wobei auch das Absperrventil 34 geschlossen und das Entlüftungsventil 35 geöffnet wird, welche zwei Ventile während des Dauerbetriebes in diesem Zustand verbleiben. Nun läuft die Brennkraftmaschine regelmässig und die Zufuhr elektrischen Stromes zu den Glühkerzen 79, 80 wird unterbrochen. Durch ein Steuern des Drosselventiles 73 wird die Brennstoffzufuhr und damit die Arbeitsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine gesteuert. The changeover valve 88 can now be switched over to continuous operation so that the working fluid flows through the turbine 66, the shutoff valve 34 also being closed and the venting valve 35 being opened, which two valves remain in this state during the continuous operation. The internal combustion engine now runs regularly and the supply of electrical current to the glow plugs 79, 80 is interrupted. By controlling the throttle valve 73, the fuel supply and thus the working speed of the internal combustion engine are controlled.

Nachfolgend wird nun der frischluft- und verbrennungs-gasseitige Strömungsverlauf während dem Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine anhand der Fig. 1 beschrieben. Der doppelt wirkende Verdichterkolben 6 der Ladeluftpumpe 3 saugt s The flow of fresh air and combustion gas on the flow side during continuous operation of the internal combustion engine will now be described with reference to FIG. 1. The double-acting compressor piston 6 of the charge air pump 3 s

io io

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

659 107 659 107

durch den Luftfilter 32 und die Einlassventile 29,30 Frischluft an und fördert diese durch die Auslassventile 28,31 zur Ladeluftleitung 16, welche zum Einlassventil 22 verläuft, durch welches Einlassventil 22 die Ladeluft in den Ladeluftspeicher 12 einströmt. Die Förderleistung der Ladeluftpumpe 3, welche insbesondere von der Arbeitsfläche des Verdichterkolbens 6 abhängt, wird je nach Auslegung der Brennkraftmaschine für Diesel- oder Benzinbetrieb, zweckmässig-ster Verdichtung bei Dauerbetrieb und der Wärmeübertragung im Ladeluftspeicher 12 bemessen. In jedem Fall muss in Betracht gezogen werden, dass der Wärmeaustausch unter anderem von der Masse der daran teilnehmenden Körper abhängig ist. Je höher diese Masse, desto wirkungsvoller verläuft der Wärmeaustausch. Da die Kolben 4,5,6 miteinander fest verbunden sind, kann die Förderleistung der Ladeluftpumpe 3 somit lediglich durch die Veränderung der Arbeitsfläche ihres Verdichterkolbens 6 bestimmt werden. through the air filter 32 and the inlet valves 29, 30 to fresh air and conveys this through the outlet valves 28, 31 to the charge air line 16, which runs to the inlet valve 22, through which inlet valve 22 the charge air flows into the charge air reservoir 12. The delivery rate of the charge air pump 3, which depends in particular on the working surface of the compressor piston 6, is dimensioned depending on the design of the internal combustion engine for diesel or gasoline operation, expedient compression for continuous operation and heat transfer in the charge air reservoir 12. In any case, it must be taken into account that the heat exchange depends, among other things, on the mass of the participating bodies. The higher this mass, the more effective the heat exchange is. Since the pistons 4, 5, 6 are firmly connected to one another, the delivery capacity of the charge air pump 3 can thus only be determined by changing the working surface of its compressor piston 6.

Die nun in den Ladeluftspeicher 12, also dem Mantelraum, der von der Zylinderwand 23 und dem Aussenmantel 11 des Zylinders gebildet ist, eintretende Ladeluft wird durch die vorherrschende Temperatur der Zylinderwand 23 und der Kühlrippen 53 erwärmt. Dadurch wirkt diese Ladeluft als Kühlmittel für die Zylinderwand 23 und damit ist eine Maximaltemperatur im Zylinder 1 ermöglicht, die weit über der Verformungsgrenze der Zylinderwand liegt. Es ist bekannt, dass je höher die Ausgangstemperatur bei thermodynami-schen Maschinen ist, desto besser deren Wirkungsgrad ist. Weiter ist zu bemerken, dass durch die im Mantelraum 12 erfolgende Vorwärmung der Ladeluft ein Teil der Erwärmung derselben vorweggenommen ist, welche Erwärmung eine der durch die Verdichtung der Ladeluft im Zylinder erwünschte Auswirkung ist. Andererseits bewirkt diese Erwärmung eine Erhöhung der Eigenbewegung der Moleküle. Dadurch ist die Ladeluft, die zu Beginn des Arbeitstaktes in den Zylinder eintritt, vorgewärmt. Die weitere Erhitzung durch Kompression bis zur Zündtemperatur erfordert somit einen kürzeren Kolbenhub und damit weniger Energie, als wenn die Ladeluft mit gewöhnlicher Aussentem-peratur in den Zylinder eintreten würde. Der Druck der Ladeluftpumpe 3 sorgt dafür, dass die Luftmenge, die aus dem Mantelraum 12 in den Zylinder 1 strömt, trotz Erwärmung ausreichend bemessen ist. The charge air now entering the charge air reservoir 12, ie the jacket space formed by the cylinder wall 23 and the outer jacket 11 of the cylinder, is heated by the prevailing temperature of the cylinder wall 23 and the cooling fins 53. As a result, this charge air acts as a coolant for the cylinder wall 23 and thus a maximum temperature in the cylinder 1 is made possible, which lies far above the deformation limit of the cylinder wall. It is known that the higher the starting temperature for thermodynamic machines, the better their efficiency. It should also be noted that due to the preheating of the charge air in the jacket space 12, part of the heating of the charge air is anticipated, which heating is one of the effects desired by the compression of the charge air in the cylinder. On the other hand, this warming causes the molecules to move more naturally. As a result, the charge air that enters the cylinder at the start of the work cycle is preheated. The further heating by compression up to the ignition temperature therefore requires a shorter piston stroke and therefore less energy than if the charge air would enter the cylinder with a normal outside temperature. The pressure of the charge air pump 3 ensures that the amount of air flowing from the jacket space 12 into the cylinder 1 is adequately dimensioned despite heating.

Die in herkömmlichen Brennkraftmaschinen erwünschte Ladeluftdichte (die in den herkömmlichen Motoren unter anderem durch eine Kühlung der Ladeluft erreicht wird) The charge air density desired in conventional internal combustion engines (which is achieved in conventional engines by, among other things, cooling the charge air)

wird in der vorliegenden Brennkraftmaschine zum Teil durch eine überdimensionierte Ladeluftmenge erreicht. In der vorliegenden Brennkraftmaschine ist das Luft-Brenn-stoffgemisch mager. Das heisst, dass eine grössere Menge Ladeluft in den Zylinder 1 hineingefördert wird, als zur vollständigen Oxidation des Brennstoffes notwendig ist. Somit wird die bei der Verbrennung freiwerdende Wärmeenergie nicht nur auf die Verbrennungsprodukte einschliesslich dem Stickstoff, der dem verbrauchten Sauerstoff entspricht, verteilt, sondern auch auf den überschüssigen, an der Verbrennung nicht teilnehmenden Sauerstoff und der diesem entsprechende Stickstoffmenge. Damit wird bei magerem Gemisch einschliesslich der damit entstehenden Rückstände erreicht, dass die maximal zulässige Temperatur im Zylinder nicht überschritten wird. Die Katalysatoren in den Brennkammern sorgen für eine vollständigere Oxidation des Brennstoffes, d.h. seiner chemischen Komponenten. Somit entfällt der Austritt von Schadstoffen, die aufgrund einer unvollständigen Oxidation entstehen, bzw. wird die Bildung der Schadstoffe zumindest vermindert. In Dieselmotoren fördert beispielsweise Platin in der Brennkammer die Umwandlung des Kohlenstoffs im Dieselöl in Kohlendioxid (CO2). Auch wird einer Russbildung entgegengewirkt, da Russ freier Kohlenstoff ist. Bei Benzinmotoren bilden sich bei der Verbrennung Stickoxide. Ein entsprechender Katalysator der zur Zeit im Auspuff verwendet wird, fördert die Auflösung des Stickoxides in seine Komponenten. Wenn nun ein 5 solcher Katalysator in der Brennkammer angeordnet wäre, würde er die Bildung von Stickoxiden behindern und bereits gebildetes Stickoxid wieder auflösen helfen. Das Katalysatorenmaterial ist auf Keramikgitter aufgetragen und so in der Brennkammer montiert. Die Wärmemenge, die dann in der 10 Brennkammer verlorengehen würde, wenn endothermische Verbindungen wie Stickoxide entstehen, oder wenn Kohlenstoff nur zu Kohlenmonoxid verbrennt, bleibt nun erhalten, bzw. wird freigesetzt. Sie kann nun im Motor in kinetische Energie verwandelt werden. is achieved in the present internal combustion engine in part by an oversized charge air quantity. In the present internal combustion engine, the air-fuel mixture is lean. This means that a larger amount of charge air is fed into the cylinder 1 than is necessary for the complete oxidation of the fuel. Thus, the thermal energy released during the combustion is not only distributed to the combustion products including the nitrogen, which corresponds to the oxygen consumed, but also to the excess oxygen not participating in the combustion and the corresponding amount of nitrogen. In the case of a lean mixture, including the resulting residues, this means that the maximum permissible temperature in the cylinder is not exceeded. The catalysts in the combustion chambers ensure a more complete oxidation of the fuel, i.e. of its chemical components. This means that there is no leakage of pollutants that result from incomplete oxidation, or the formation of the pollutants is at least reduced. In diesel engines, for example, platinum in the combustion chamber promotes the conversion of the carbon in diesel oil to carbon dioxide (CO2). Soot formation is also counteracted, since soot is free carbon. In gasoline engines, nitrogen oxides are formed during combustion. An appropriate catalyst currently used in the exhaust promotes the dissolution of the nitrogen oxide in its components. If such a catalyst were now arranged in the combustion chamber, it would hinder the formation of nitrogen oxides and help to dissolve nitrogen oxide that has already formed. The catalyst material is applied to ceramic grids and thus installed in the combustion chamber. The amount of heat that would then be lost in the combustion chamber if endothermic compounds such as nitrogen oxides are formed or if carbon only burns to carbon monoxide is now retained or is released. It can now be converted into kinetic energy in the engine.

ls Bei Benzinbetrieb der Brennkraftmaschine wird nichtklopffestes Benzin mit niedriger Oktanzahl verwendet. Die Zündung erfolgt jedoch auch hier nach dem Dieselprinzip, die im Zylinder verdichtete Ladeluft weist aus den vorgehend genannten Gründen eine genügend hohe Temperatur auf, 20 um beim Einspritzen des Brennstoffes die chemischen Umsetzungen, also die Verbrennung zu ermöglichen. Für den Dieselbetrieb erübrigt sich offensichtlich eine weitere Erklärung. Ein Klopfen der Brennkraftmaschine ist darum unmöglich, weil der Arbeitskolben 4 nicht mit einer Kurbel-25 welle verbunden ist. Das Einspritzen des Brennstoffes erfolgt nicht möglichst schnell, sondern dosiert, so dass sich der Druck in der jeweiligen Verbrennungskammer möglichst langsam senkt, um dann bei Beendigung der Brennstoffzufuhr und nachfolgendem Freigeben der Auslassschlitze 57 30 stark zu fallen. Der Grund dazu ist, dass ein solcher Druckverlauf in zyklischer Folge leichter auszugleichen ist. ls Non-knock-resistant gasoline with a low octane number is used when the internal combustion engine is operated with gasoline. However, the ignition also takes place here according to the diesel principle, the charge air compressed in the cylinder has a sufficiently high temperature for the reasons mentioned above, 20 to enable chemical reactions, that is to say combustion, when the fuel is injected. There is obviously no further explanation for diesel operation. Knocking the internal combustion engine is impossible because the working piston 4 is not connected to a crank shaft. The fuel is not injected as quickly as possible, but in a metered manner, so that the pressure in the respective combustion chamber drops as slowly as possible, in order then to drop sharply when the fuel supply is terminated and the outlet slots 57 30 are subsequently released. The reason for this is that such a pressure curve is easier to compensate in a cyclical sequence.

Nach erfolgter Verbrennung und dem Freigeben der Auslassschlitze 57 strömen die Verbrennungsgase in das Auspuffrohr 58, an welchem seitlich die Schmierölwanne 56 35 angeordnet ist, und danach durch den Auspuff 62 ins Freie. After the combustion has taken place and the outlet slots 57 have been released, the combustion gases flow into the exhaust pipe 58, on which the lubricating oil pan 56 35 is arranged, and then through the exhaust pipe 62 into the open.

Bei jeder Verbrennung in einer der Verbrennungskammern 9,10 wird der Kolben 4 jeweils gegen die entgegengesetzt gelegene Verbrennungskammer bewegt. In dieser Verbrennungskammer wird durch den Kolben die Ladeluft ver-40 dichtet. Gleichzeitig erfolgen aufgrund der Bewegung des Kolbens 4 die entsprechenden Bewegungen der mit diesem fest verbundenen Kolben 5,6. Nachdem der Kolben 4 eine gewisse Hubstrecke durchgeführt hat, gibt er die Auslassschlitze 57 frei. Bereits vor dem Freigeben der Auslass-45 schlitze 57 hat sich das Gas in der jeweiligen Verbrennungskammer durch abgegebene Arbeit, nämlich die Umsetzung der Wärmeenergie des Gases (Druck entstehend durch die Eigenbewegung der Gasmoleküle) in kinetische Energie (Kraft der Kolbenbewegung), abgekühlt und damit hat sich 50 auch der Gasdruck gesenkt. Bei der Freigabe der Auslassschlitze 57 nun fällt der Druck, der in der jeweiligen Verbrennungskammer vorherrscht, schlagartig ab. Damit wird das jeweilige Einlassventil 20 bzw. 21, das den Ladeluftspeicher 12 mit der jeweiligen Verbrennungskammer 9,10 55 verbindet, geöffnet und neue Frischluft kann in die jeweilige Verbrennungskammer strömen und die Restmenge der Verbrennungsgase durch die Auslassschlitze 57 aus dem Zylinder 1 hinausspülen. With each combustion in one of the combustion chambers 9, 10, the piston 4 is moved against the opposite combustion chamber. In this combustion chamber, the charge air is compressed by the piston. At the same time, due to the movement of the piston 4, the corresponding movements of the pistons 5, 6 firmly connected to it take place. After the piston 4 has completed a certain stroke distance, it releases the outlet slots 57. Even before the outlet 45 slots 57 were released, the gas in the respective combustion chamber had cooled down due to the work performed, namely the conversion of the thermal energy of the gas (pressure created by the gas molecules' own movement) into kinetic energy (force of the piston movement) the gas pressure has also decreased. When the outlet slots 57 are released, the pressure that prevails in the respective combustion chamber suddenly drops. The respective inlet valve 20 or 21, which connects the charge air reservoir 12 to the respective combustion chamber 9, 10 55, is thus opened and new fresh air can flow into the respective combustion chamber and flush the remaining quantity of the combustion gases out of the cylinder 1 through the outlet slots 57.

Der Verlauf der Flüssigkeit während des Dauerbetriebes 60 der Brennkraftmaschine ist wie folgt. Der Kolben 5 der Flüssigkeitskolbenpumpe 2 fördert durch das jeweilige Auslassventil 25,27 die Flüssigkeit in die Auslassleitung 70. Die Arbeitsflächen der Kolben der Brennstoffeinspritzpumpe 39 und der zwei Schmiermittelpumpen 44,47 sind gegen die 65 Auslassleitung 70 offen, d.h. die Flüssigkeit in der Auslassleitung 70 kann auf diese drei Kolben einwirken. Damit werden bei jedem Pumpenhub des Kolbens 5 der Flüssigkeitskolbenpumpe 2 die drei Kolben 40,49,51 gegen die Kraft ihrer The course of the liquid during continuous operation 60 of the internal combustion engine is as follows. The piston 5 of the liquid piston pump 2 conveys the liquid into the outlet line 70 through the respective outlet valve 25, 27. The working surfaces of the pistons of the fuel injection pump 39 and of the two lubricant pumps 44, 47 are open against the 65 outlet line 70, i.e. the liquid in the outlet conduit 70 can act on these three pistons. Thus, with each pump stroke of the piston 5 of the liquid piston pump 2, the three pistons 40, 49, 51 against the force of their

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jeweiligen Federn bewegt und pumpen somit den Brennstoff, bzw. das Schmiermittel. Wenn der Kolben 5 der Flüssigkeitspumpe 2 einen seiner Totpunkte erreicht und damit ein Druckabfall in der Auslassleitung 70 stattfindet, werden die drei Kolben 40,49,51 durch ihre jeweiligen Federn 41,50, 52 in die Ausgangsstellung zurückbewegt und die zu pumpende Flüssigkeit angesaugt. Die Flüssigkeit in der Auslassleitung 70 strömt durch das Umschaltventil 88 und danach zum Windkessel 60. Im Windkessel 60 ist unter Druck stehende Luft vorhanden. Die von der Auslassleitung 70 herströmende Flüssigkeit wird in den unteren Bereich des Windkessels 60 eingeführt. Da die zugeförderte Flüssigkeit unter Druck steht, wird der Luftdruck über derselben im Windkessel 60 erhöht. Der Flüssigkeitsauslass des Kessels 60 ist mit einem Drosselventil 64 ausgerüstet. Dieses Drosselventil 64 ist von einem Druckmessfühler 63 gesteuert, der den im Windkessel 60 vorhandenen Druck abtastet. Der Druckmessfühler 63 steuert das Drosselventil 64 derart, dass je höher der Druck im Windkessel 60 ist, desto kleiner die Ventilöffnung ist. Dadurch werden die zyklischen Änderungen des von der Pumpe 2 herrührenden Flüssigkeitsdruck zum grössten Teil ausgeglichen. The respective springs move and pump the fuel or the lubricant. When the piston 5 of the liquid pump 2 reaches one of its dead centers and thus there is a pressure drop in the outlet line 70, the three pistons 40, 49, 51 are moved back into the starting position by their respective springs 41, 50, 52 and the liquid to be pumped is sucked in. The liquid in the outlet line 70 flows through the change-over valve 88 and then to the air tank 60. Air under pressure is present in the air tank 60. The liquid flowing out of the outlet line 70 is introduced into the lower region of the wind chamber 60. Since the supplied liquid is under pressure, the air pressure above it in the wind chamber 60 is increased. The liquid outlet of the boiler 60 is equipped with a throttle valve 64. This throttle valve 64 is controlled by a pressure sensor 63, which senses the pressure present in the air tank 60. The pressure sensor 63 controls the throttle valve 64 in such a way that the higher the pressure in the air tank 60, the smaller the valve opening. As a result, the cyclical changes in the fluid pressure originating from the pump 2 are largely compensated for.

Vom Windkessel 60 strömt die Flüssigkeit durch das oben erwähnte Drosselventil 64 zur Flüssigkeitsturbine 66, in welcher in bekannter Weise der Druck, der sich aus der Bewegungsenergie der Flüssigkeit ergibt, in die Kraft der rotierenden Turbinenwelle umgewandelt wird. Nach der Flüssigkeitsturbine strömt die Flüssigkeit durch die Rückführleitung 68 zum Einlassventil 24 oder zum Einlassventil 26 der Flüssigkeitspumpe 2 zurück. The liquid flows from the air chamber 60 through the above-mentioned throttle valve 64 to the liquid turbine 66, in which the pressure, which results from the kinetic energy of the liquid, is converted into the force of the rotating turbine shaft in a known manner. After the liquid turbine, the liquid flows back through the return line 68 to the inlet valve 24 or to the inlet valve 26 of the liquid pump 2.

Eine Variante der Ausführung ist in der Fig. 2 dargestellt. Dabei ist davon ausgegangen, dass in den Verbrennungskammern 9,10 keine Katalysatoren vorhanden sind. A variant of the embodiment is shown in FIG. 2. It is assumed that there are no catalysts in the combustion chambers 9, 10.

Bei dieser Variante ist im Auspuffrohr 58 ein Katalysator 90 eingesetzt. Das Auspuffrohr 58 führt jedoch nicht unmittelbar ins Freie, sondern ist einer Abgasturbine 91 zugeführt, von welcher der Auspuff 62 ins Freie führt. Die Abgasturbine 91 ist über eine Welle 94 mit einem Pumpenrad 92 verbunden. Die durch die Auslassleitung 70 zuströmende Flüssigkeit strömt wie bei der Variante nach Fig. 1 in den Windkessel 60 und von diesem durch das Drosselventil 64 in die Turbine 66 mit der Abtriebswelle 67. In this variant, a catalytic converter 90 is used in the exhaust pipe 58. However, the exhaust pipe 58 does not lead directly to the outside, but is fed to an exhaust gas turbine 91, from which the exhaust pipe 62 leads to the outside. The exhaust gas turbine 91 is connected to a pump wheel 92 via a shaft 94. The liquid flowing in through the outlet line 70 flows, as in the variant according to FIG. 1, into the wind chamber 60 and from there through the throttle valve 64 into the turbine 66 with the output shaft 67.

Der Auslass der Turbine 66 ist nun gemäss der Variante nach Fig. 2 über die Rückführleitung 68 dem Pumpenrad 92 zugeführt. According to the variant according to FIG. 2, the outlet of the turbine 66 is now fed to the pump wheel 92 via the return line 68.

Von diesem Pumpenrad 92 strömt die Flüssigkeit zur Flüssigkeitskolbenpumpe 2 (siehe Fig. 1) zurück. Durch Ausnützung von im Abgas vorhandener Energie wird somit eine Wirkungsgradverbesserung der Brennkraftmaschine erreicht. The liquid flows back from this pump wheel 92 to the liquid piston pump 2 (see FIG. 1). By using the energy present in the exhaust gas, the efficiency of the internal combustion engine is improved.

Wird die Last der Brennkraftmaschine erhöht oder die Brennstoffzufuhr verringert, verringert sich auch der Hub des Kolbens 4 und somit verringert sich auch die Leistung der Flüssigkeitskolbenpumpe 2 und der Ladeluftpumpe 3. Um nun jedoch sicherzustellen, dass auch bei verkürztem Hub des Arbeitskolbens 4 eine genügende Menge Ladeluft gefördert wird, muss die Ladeluftpumpe 3 überdimensioniert sein. Da sich jedoch dann bei Dauerbetrieb ein zu hoher Überdruck im Ladeluftspeicher 12 einstellen würde, ist das Sicherheitsventil 14, das als Überdruckventil arbeitet, angeordnet, durch welches solche überschüssige Luftmenge ins Freie entweicht, die bei überschüssigem Luftdruck aufgrund von Störungen entsteht, z.B. durch Überhitzung des Zylinders durch Mangel an Schmieröl, durch zu hohen Winddruck auf den Ansaugstutzen der Ladeluftpumpe 3. If the load of the internal combustion engine is increased or the fuel supply is reduced, the stroke of the piston 4 is also reduced, and thus the output of the liquid piston pump 2 and the charge air pump 3 is also reduced. In order to ensure, however, that even with a shorter stroke of the working piston 4, a sufficient amount Charge air is promoted, the charge air pump 3 must be oversized. However, since excessive pressure would then occur in the charge air reservoir 12 during continuous operation, the safety valve 14, which works as a pressure relief valve, is arranged, through which excess air quantity escapes to the outside which arises when the air pressure is excessive due to faults, e.g. due to overheating of the cylinder due to lack of lubricating oil, due to excessive wind pressure on the intake manifold of the charge air pump 3.

Bei verringerter Hubstrecke des Kolbens 5 der Flüssigkeitskolbenpumpe 2 ergibt sich jedoch auch eine entsprechend verringerte Förderleistung der Brennstoffeinspritzpumpe 39. Aus diesem Grund ist auch die Brennstoffeinspritzpumpe 39 überdimensioniert. Die Steuerung des Betriebes der Brennstoffeinspritzpumpe 39 erfolgt mittels des Brennstoffdrosselventils 73 und des Sicherheitsventiles 74. Damit ist es möglich, die dem Zylinder 1 zugeführte Brennstoffmenge unabhängig vom Hub des Kolbens 40 der Brennstoffeinspritzpumpe 39 zu steuern. Vermindert sich der Hub des Kolbens 40 der Brennstoffeinspritzpumpe 39, erfolgt ein Druckabfall in der Pumpe, welcher vom Druckfühler 72 abgetastet wird und entsprechend das Brennstoffdrosselventil 73 mehr öffnet. Ist der Hub grösser, bewirkt der Druckfühler 72, der den entsprechend höheren Druck abtastet, ein Schliessen des Drosselventiles 73. Steigt der Druck innerhalb der Brennstoffeinspritzpumpe 39 über einen festgelegten Wert, öffnet das Sicherheitsventil 74, so dass überschüssige Brennstoffmenge zurück zum Brennstoffzufuhrrohr 48 oder alternativ zum Brennstoffspeicherbehälter zurückgeführt wird. Wenn die Brennstoffeinspritzpumpe 39 nicht mit dem Druckfühler 72 und dem Drosselventil ausgerüstet wäre, würde bei willkürlicher z.B. manueller Drosselung der Brennstoffzufuhr der Motor aufgrund ungenügender Brennstoffmenge abstellen. Bei willkürlicher z.B. manueller Erhöhung der Brennstoffzufuhr würde die Brennkraftmaschine zu stark erhitzen. Der Druckfühler 72 mit dem Drosselventil 73 verhindern dieses Überhitzen, indem die zugeführte Brennstoffmenge automatisch vermindert wird. Das heisst, dass falls das Brennstoffdrosselventil 73 durch manuelle Betätigung in eine Stellung gesteuert wurde, die nicht die zum Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine bemessene Brennstoffmenge dem Zylinder 1 zuführen würde, diese Falschstellung durch die aus Druckfühler 72 und Drosselventil 73 gebildete Steueranordnung unverzüglich korrigiert wird. With a reduced stroke distance of the piston 5 of the liquid piston pump 2, however, there is also a correspondingly reduced delivery capacity of the fuel injection pump 39. For this reason, the fuel injection pump 39 is also oversized. The operation of the fuel injection pump 39 is controlled by means of the fuel throttle valve 73 and the safety valve 74. It is thus possible to control the amount of fuel supplied to the cylinder 1 independently of the stroke of the piston 40 of the fuel injection pump 39. If the stroke of the piston 40 of the fuel injection pump 39 is reduced, there is a pressure drop in the pump, which is sensed by the pressure sensor 72 and correspondingly opens the fuel throttle valve 73 more. If the stroke is greater, the pressure sensor 72, which senses the correspondingly higher pressure, causes the throttle valve 73 to close. If the pressure inside the fuel injection pump 39 rises above a defined value, the safety valve 74 opens, so that excess fuel quantity returns to the fuel supply pipe 48 or alternatively is returned to the fuel storage tank. If the fuel injection pump 39 were not equipped with the pressure sensor 72 and the throttle valve, e.g. manual throttling of the fuel supply switch off the engine due to insufficient fuel quantity. With arbitrary e.g. manually increasing the fuel supply would overheat the internal combustion engine. The pressure sensor 72 with the throttle valve 73 prevent this overheating by automatically reducing the amount of fuel supplied. This means that if the fuel throttle valve 73 was controlled by manual actuation into a position that would not supply the amount of fuel measured for continuous operation of the internal combustion engine to the cylinder 1, this incorrect position is immediately corrected by the control arrangement formed by the pressure sensor 72 and throttle valve 73.

Die Freikolben-Brennkraftmaschine zeichnet sich durch eine Anzahl Vorteile aus. Erstens weist sie einen hohen thermischen Wirkungsgrad auf. Die Hubstrecke des Kolbens 4 ist variabel, jedoch ist die durch die Verbrennung entstehende Kraft mit der durch die Turbinenwelle 67 abgegebene Leistung unelastisch verbunden, und zwar durch die Kombination von Flüssigkeitspumpe 2 und Turbine 66. Die Energie wird durch eine Flüssigkeit übertragen, und bekanntlich sind Flüssigkeiten in der Praxis inkompressibel, währenddem Gas kompressibel und daher elastisch ist. Da die Energie durch einen Freikolbenmotor erzeugt wird, der die Flüssigkeitspumpe 2 betreibt, und da der Kolbenhub nicht durch Pleuel und Kurbelwelle vorgeschrieben ist, kann sich der Kolbenhub optimal an die Last anpassen. Bei unveränderlichem Kolbenhub und variabler Last geht Kraft verloren, wenn die Last geringer ist, als Kolben und Hub maximal verkraften könnten. Bei zu grosser Last wird bekanntlich der Motor abgewürgt, wenn im Falle eines Getriebes dasselbe nicht rechtzeitig geschaltet wird. Auch ist die Auslastung zwischen zwei Getriebestufen nie optimal. Die hier vorhandene unelastische hydraulische Kupplung zwischen der Last und dem Freikolbenmotor mit variablem Hub vermindert hingegen Enerigeverluste, sowie auch Verluste, die durch andere unerwünschte Nebenwirkungen entstehen, z.B. Druck-Gra-dienten in Gasen. Weiter muss bei dieser Brennkraftmaschine keine zusätzliche Energie zum Ausgleichen in unerwünschter Form anfallender Energie verwendet werden, welches beispielsweise bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen aufgrund der dort notwendigen Kühlung der Fall ist. Katalysatoren sind entweder in den Verbrennungskammern angeordnet, so dass dort die chemische Energie des Brennstoffes vollständig ausgenützt wird, oder dann ist ein Katalysator im Abgasrohr angeordnet. The free-piston internal combustion engine is characterized by a number of advantages. First, it has high thermal efficiency. The stroke distance of the piston 4 is variable, but the force resulting from the combustion is inelastically connected to the power output by the turbine shaft 67, namely through the combination of the liquid pump 2 and the turbine 66. The energy is transmitted by a liquid, and is known Liquids are incompressible in practice, while gas is compressible and therefore elastic. Since the energy is generated by a free-piston engine that operates the liquid pump 2, and since the piston stroke is not prescribed by the connecting rod and crankshaft, the piston stroke can adapt optimally to the load. With a constant piston stroke and variable load, force is lost if the load is less than the piston and stroke can cope with at maximum. If the load is too high, it is known that the engine stalls if, in the case of a transmission, the same is not switched in time. The utilization between two gear stages is never optimal. The inelastic hydraulic coupling between the load and the free-piston engine with variable stroke, on the other hand, reduces energy losses as well as losses caused by other undesirable side effects, e.g. Pressure gradients in gases. Furthermore, no additional energy has to be used in this internal combustion engine to compensate for energy accumulated in an undesired form, which is the case, for example, in conventional internal combustion engines due to the cooling required there. Catalysts are either arranged in the combustion chambers so that the chemical energy of the fuel is fully utilized there, or a catalyst is then arranged in the exhaust pipe.

Weiter zeichnet sich die Brennkraftmaschine durch eine grosse Einfachheit der Konstruktion aus. Sie weist nur zwei Furthermore, the internal combustion engine is characterized by a great simplicity of construction. It only shows two

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grosse bewegliche Teile auf, nämlich die aus den drei Kolben bestehende Anordnung und den Turbinenrotor. Damit lässt sich die Brennkraftmaschine kostengünstig herstellen und ist offensichtlich wenig störanfällig. Die verschiedenen Ventile sind grösstenteils selbstgesteuerte, federbelastete im Handel erhältliche Einheiten. Wo eine automatische Ventilsteuerung erfolgt, ist die entsprechende Vorrichtung so einfach wie möglich aufgebaut. Eine manuelle Steuerung ist grundsätzlich auf ein Ventil, nämlich das Brennstoffdrosselventil 73 beschränkt, d.h. beim Anfahren auf vier Ventile (zusätzlich zum Brennstoffdrosselventil 73, das Umschaltventil 88, das Entlüftungsventil 35 sowie das Absperrventil 34). Die Brennkraftmaschine kann grundsätzlich mit nur einem einzigen Zylinder gebaut sein. Der Windkessel 60 sorgt zusammen mit dem Ventil 64 dafür, dass der in die Turbine 66 eintretende Flüssigkeitsstrom keinen grösseren Druck- und Mengenänderungen unterworfen ist. Müsste zwecks Gleichförmigkeit der Rotation ein Schwungrad verwendet werden, könnte der Turbinenrotor derart schwer konstruiert werden, dass er selbst als Schwungrad dienen könnte. Falls das Gewicht der Brennkraftmaschine und die Brennstoffkosten nicht erste Priorität haben, kann die Turbine als Pelton-Turbine ausgebildet sein. Für einen langzeitigen Dauerbetrieb genügt eine Flügelrad-Turbine. Für variable Last wird eine Kaplan-Turbine eingesetzt. Mit letzterer weist dann die Brennkraftmaschine eine stufenlos regelbare Energieübertragungsvorrichtung auf. large moving parts, namely the arrangement consisting of the three pistons and the turbine rotor. This allows the internal combustion engine to be produced inexpensively and is obviously not very susceptible to faults. The various valves are largely self-controlled, spring-loaded, commercially available units. Where an automatic valve control takes place, the corresponding device is constructed as simply as possible. Manual control is basically limited to one valve, namely the fuel throttle valve 73, i.e. when starting on four valves (in addition to the fuel throttle valve 73, the changeover valve 88, the vent valve 35 and the shutoff valve 34). The internal combustion engine can basically be built with only a single cylinder. The wind boiler 60, together with the valve 64, ensures that the liquid flow entering the turbine 66 is not subject to major pressure and quantity changes. If a flywheel had to be used for uniformity of rotation, the turbine rotor could be so heavy that it could serve as a flywheel itself. If the weight of the internal combustion engine and the fuel costs are not the first priority, the turbine can be designed as a Pelton turbine. An impeller turbine is sufficient for long-term continuous operation. A Kaplan turbine is used for variable loads. With the latter, the internal combustion engine then has a continuously variable energy transmission device.

Die Brennkraftmaschine ist kostengünstig, da nur wenige Teile derselben aus Stoffen hergestellt sein müssen, an die besondere Ansprüche gestellt werden. Der Zylinder 1 ist aus einem hitzebeständigen, gut wärmeleitfähigen Stoff, der widerstandsfähig gegen eine elastische Verformung ist, beispielsweise aus einer SiAl-Legierung. Der Arbeitskolben 4 des Zylinders sowie die Einlassventile zum Zylinder, und ins-5 besondere deren Federn bestehen aus einem hitzebeständigen Werkstoff. Schliesslich besteht auch der Windkessel aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff. Alle anderen Bauteile der Brennkraftmaschine können aus Stahl und/oder Duraluminium und Grauguss sein. Weiter sind mit Aus-lo nähme der am Zylinder 1 angeordneten Ventile alle Ventile genormte Erzeugnisse, die im Handel frei erhältlich sind. Weiter benötigt die Herstellung der Brennkraftmaschine nur einfache Fertigungsverfahren, keine teuren und schwierig zu bearbeitende Werkstoffe und auch keine Spezialwerkzeuge. 15 Zudem kann die Brennkraftmaschine sehr gedrängt gebaut sein. Um eine annehmbar ausgeglichene Leistung abzugeben, ist grundsätzlich lediglich ein Zylinder 1 notwendig. Jeder Takt des Freikolbens ist gleichzeitig ein Ver-dichtungs- und ein Arbeitstakt. Obwohl die Maschine als 20 Zweitakter arbeitet, ergibt sich eine doppelte Leistungsabgabe pro Zeiteinheit im Vergleich mit einer herkömmlichen Einzylinder-Zweitaktmaschine und die vierfache einer Ein-zylinder-Viertaktmaschine. Auch bei der Flüssigkeitskolbenpumpe 2 und bei der Ladeluftpumpe 3 ist jeder Takt gleich-25 zeitig ein Ansaug- und Arbeits(pump)takt. Durch das mit Druckluft erfolgende Spülen des Zylinders werden die Verbrennungsgase im Vergleich mit einer Viertaktmaschine vollständiger ausgestossen, denn bei den Viertaktmaschinen bleibt im Zylinderabschnitt beim Bereich der oberen Tot-30 punktstellung des Kolbens immer ein Gasrest zurück. The internal combustion engine is inexpensive, since only a few parts of the same have to be made from substances to which special demands are made. The cylinder 1 is made of a heat-resistant, highly thermally conductive material that is resistant to elastic deformation, for example of an SiAl alloy. The working piston 4 of the cylinder and the inlet valves to the cylinder, and in particular their springs, are made of a heat-resistant material. Finally, the wind boiler also consists of a good heat-conducting material. All other components of the internal combustion engine can be made of steel and / or duralumin and cast iron. Furthermore, with the exception of the valves arranged on cylinder 1, all valves are standardized products which are freely available commercially. Furthermore, the manufacture of the internal combustion engine only requires simple manufacturing processes, no expensive and difficult to machine materials and also no special tools. 15 In addition, the internal combustion engine can be built very compact. In order to deliver an acceptably balanced output, basically only one cylinder 1 is necessary. Each cycle of the free piston is a compression cycle and a work cycle at the same time. Although the machine works as a 20 two-stroke engine, there is twice the power output per unit of time compared to a conventional single-cylinder two-stroke engine and four times that of a single-cylinder four-stroke engine. Also with the liquid piston pump 2 and the charge air pump 3, each cycle is a suction and work (pump) cycle at the same time. By purging the cylinder with compressed air, the combustion gases are emitted more completely than with a four-stroke engine, because with the four-stroke engines there is always a gas residue in the cylinder section at the top dead center position of the piston.

B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

659 107 PATENT CLAIMS

1. Free-piston internal combustion engine, with at least one cylinder (1) with a longitudinally displaceable, double-acting working piston (4) therein, and with a charge air pump (3), characterized in that the cylinder (1) to form a charge air reservoir (12) has an outer casing (11) that the charge air pump (3) has a double-acting compressor piston (6) which is connected to the working piston (4) via a piston rod arrangement (7, 8), and which charge air pump (3) is connected via a charge Air line (16) is connected to the charge air reservoir (12).

2. Free-piston internal combustion engine according to claim 1, characterized in that in the charge air reservoir (12) forming, between the outer jacket (11) and the wall (23) of the cylinder (1) located jacket space, the outer jacket (11) with the cylinder wall (23 ) connecting cooling fins (53) are arranged in the outer casing (11) a main air intake valve (22) is arranged, through which the charge air supplied through the charge air line (16) enters the charge air reservoir (12) that the cylinder (1) at one End has a first (9) and at the opposite end a second combustion chamber (10), in the cylinder wall (23) a first one (20), the charge air reservoir (12) with the first combustion chamber (9) and a second one, the charge air reservoir (12 ) with the second combustion chamber (10) connecting charge air inlet valve (21) is arranged, and that the combustion chambers (9, 10) are connected to an exhaust pipe (58) via exhaust slots (57).

3. Free-piston internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the piston rod arrangement (7, 8) is connected to a double-acting piston (5) of a liquid piston pump (2), the outlet line (70) of which is fed to a wind boiler (60) which is connected to a liquid turbine device (66, 67), the outlet of which is connected to the liquid piston pump (2) via a return line (68).

4. Free-piston internal combustion engine according to claim 3, characterized by a fuel pump device (39) with a spring-loaded piston (40) and a lubricant pump device (44,47) with spring-loaded pistons (49,51), which pistons (40,49,51) the outlet line (70) is acted upon by the liquid conveyed by the liquid piston pump (2) such that each pump device (39, 44, 47) is driven by the liquid piston pump (2).

5. Free-piston internal combustion engine according to claim 4, characterized by a starting device with a starting cylinder (36) and arranged longitudinally displaceably therein, via a piston rod (38) with the piston (40) of the fuel pump device (39) connected starting piston (37), which starting cylinder ( 36) is connected via an air supply line (33) with a shut-off valve (34) to the charge air reservoir (12) and has a ventilation valve (35), which valves (34, 35) are actuated by a control device (43) actuated by the starting piston (37) , 86.87) are controlled.

6. Free-piston internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the control device (43, 86, 87) has spring-loaded swivel arms (86, 87) which are connected to the shut-off valve (34) or ventilation valve (35) and through longitudinal slots ( 46) of the starting cylinder (36) project into its interior, which swivel arms (86, 87) can be deflected by the starting piston (37).

7. Free-piston internal combustion engine according to claim 3, characterized in that a changeover valve (88) is arranged in the outlet line (70) of the liquid piston pump (2), which is when the internal combustion engine starts up in a switch position in which the outlet line (70) Liquid piston pump (2) is directly connected to the return line (68) bypassing the liquid turbine device (66, 67) on the liquid side. s

8. Free-piston internal combustion engine according to claim 2, characterized in that a catalyst (15, 17) is arranged in each combustion chamber (9, 10).

9. Free-piston internal combustion engine according to claims 2 and 3, characterized in that in the exhaust pipe (58) io another catalyst (90) is arranged and the exhaust pipe (58) is fed to an exhaust gas turbine, the turbine wheel (91) with a liquid pump wheel (92 ) is connected to the drive, which conveys the liquid flowing out of the liquid turbine (66) through the return line (68) to the liquid piston pump (2).