CN101473106A - 自由活塞装置和用于自由活塞装置的运行的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种自由活塞装置，该装置包括至少一个活塞套，在该活塞套内可线性运动地布置至少一个活塞装置，其中，所述至少一个活塞装置可在膨胀腔内膨胀的介质作用下被驱动，以及其中所述至少一个活塞套具有回弹腔，在该回弹腔内容纳对至少一个活塞装置施加回复力的可压缩的气体并在该回弹腔处布置用于在自由活塞装置运行中对回复力进行控制和/或调节的执行机构。此外，提出一种用于自由活塞装置运行的方法。

Description

自由活塞装置和用于自由活塞装置的运行的方法

技术领域

本发明涉及一种自由活塞装置，包括至少一个活塞套，在该活塞套内可线性运动地布置至少一个活塞装置，其中，所述至少一个活塞装置可在膨胀腔内膨胀的介质作用下被驱动，以及其中所述至少一个活塞套具有回弹腔，在该回弹腔内容纳用来向至少一个活塞装置施加回复力的可压缩气体；以及包括至少一个用于控制和/或调节回复力的执行机构，该执行机构布置在回弹腔处。

本发明还涉及一种用于运行自由活塞装置的方法，在该方法中至少一个活塞装置(该活塞装置在至少一个活塞套内可线性运动地引导)可以在膨胀腔内膨胀的介质作用下被驱动，以及在该方法中对至少一个活塞装置通过可压缩的气体施加回复力，所述可压缩的气体容纳在至少一个活塞套回弹腔内。

背景技术

通过自由活塞装置例如可以将化学能通过燃烧部分地转换成机械能，即活塞装置的动能，并然后将这种机械能量再通过线性驱动装置至少部分地转换成电能。通过将活塞运动构造为自由活塞运动，可以实现活塞的纯线性可运动性，而无须设置曲轴。

相应的装置例如可以作为汽车混合驱动的部件使用并且特别是在与串列式混合设计的结合下使用。所述装置也可以被用作紧凑式的发电单元用于发电或者也可以在与例如像中央供暖站这种静态的应用的结合下使用。

自由活塞装置例如由GB 854 255和DE 22 17 194 C3公知。

具有发电机的内燃设备也由US 6,199,519 B1、DE 31 03 432 A1、DDR-专利文献第113 593号、DE 43 44 915 A1或者由P.van Barring在2000年美国能源部氢项目回顾学报(Proceedings of the 2000 DOEHydrogene Program Review)上发表的文章“先进内燃机研究”(“Advanced internal combustion engine research”)公知。

由DE 102 19 549 B4公知一种具有电动线性驱动装置的自由活塞装置，该自由活塞装置包括至少一个活塞套，该活塞套具有至少一个可线性运动地布置在活塞套内的活塞装置，其中，活塞装置包括转子装置和活塞套处布置定子装置。所述至少一个活塞装置可以在膨胀腔内膨胀的介质作用下被驱动，其中，活塞行程可以通过线性驱动装置如此可变地调整，使得可以确定活塞装置运动的止点。

在WO 01/45977 A2中介绍了另一具有电动线性驱动装置的自由活塞装置。

由EP 1 398 863 A1公知一种自由活塞装置，在该自由活塞装置中第一推移腔和第二推移腔为分隔开的腔，在第一推移腔中，受介质作用的、至少一个活塞装置内的活塞是可运动的，在第二推移腔中所分配的转子装置是可运动的。

由DE 197 81 913 T1公知一种用于控制线性发电机的运动的方法，其中，线性发电机由具有两个在轴线上彼此相向地取向的且彼此相对置地布置的活塞的内燃机驱动。电流消耗被这样控制，使得在发电机的往复运动的循环期间获得阻力，该阻力至少在发电机运动速度的平均的行程运动范围内基本上成比例地作用于发电机。在燃烧腔内设置有压力传感器，其中，在达到规定的压力时，控制装置触发用于对输送到燃烧腔的混合气体点火的装置。

具有电动线性驱动装置的自由活塞装置由DE 10 2004 062 440 B4公知。自由活塞装置具有回弹腔，在回弹腔内容纳有气体。在回弹腔处设置有至少一个压力传感器，利用该压力传感器通过对回弹腔内气体的压力的测量可以测定活塞装置的位置和/或速度。由此，通过所测得的压力可以实施对自由活塞装置的控制和/或调节，例如与喷射到膨胀腔内的燃料、膨胀腔内燃料的点火时间点和/或布置在膨胀腔处的阀门有关。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种开头所述类型的自由活塞装置，在该装置中自由活塞装置，特别是在至少一个活塞套内的至少一个活塞装置的运动可以按照简单方式进行调谐。

该任务在一种依据分类的自由活塞装置中依据本发明地由此得以解决，即在自由活塞装置运行中可以对回复力进行控制和/或调节。

在回弹腔内容纳的气体可以通过气体被活塞装置压缩而至少部分地吸收(至少一个)活塞装置的机械能。反过来，空气通过膨胀可以将能量输送到至少一个活塞装置上并由此通过所提供的回复力负责至少一个活塞装置的回复。无论是在通过至少一个活塞装置压缩时还是在膨胀时，回弹腔内所容纳的气体均对活塞装置施加力，确切地说，由于其本身的气压而施加力。所述力与通过活塞装置的压缩相反地作用。

由此，回弹腔连同里面所容纳的气体具有弹簧特性并特别地构成气体弹簧，其中，回复力由回弹腔的弹簧特性来确定。这些特性基本上通过气体可被活塞装置压缩的方式来确定。

借助布置在回弹腔处的执行机构可以控制和/或调节来自回弹腔的回复力。按照这种方式，可以借助执行机构影响到回弹腔内的气体如何被活塞装置压缩。由此，活塞装置可以通过调整回弹腔的弹簧特性而在其运动中受到影响。这使得可以按照简单方式调谐自由活塞装置。由此可以为自由活塞装置确定最佳的工作点，在该工作点上例如燃料消耗和/或有害物质排放被最小化。也可以考虑将自由活塞装置与不同的燃料相配合。

至少一个执行机构可以按照多种方式构成，例如可以考虑活塞装置、活瓣、控制销或者诸如此类的装置。

执行机构自身可以被控制和/或调节，例如借助控制-和/或调节装置。

依据本发明地，回复力在自由活塞装置运行中可以被控制和/或调节。按照这种方式，自由活塞装置可以在运行中调谐。这使得可以调整自由活塞装置的工作点，而无需中断其运行。可以设置为，控制和/或调节可以按照预先规定的流程计划进行。这种流程计划可以例如寄存在控制和/或调节装置上。也可以在自由活塞装置的运行期间采集关于自由活塞装置的瞬时运行状态的一个或者多个特征变量，在这些特征变量的基础上控制和/或调节回复力。

优选至少一个执行机构可以运动。这使得可以按照结构简单的方式控制和/或调节回复力。例如，至少一个执行机构将回弹腔内所容纳的气体通过执行机构运动而排出。

有利的是，至少一个执行机构可以以可固定的方式运动，因为这样可以使回复力按照需要的控制和/或调节得到简化。例如，如果不应当改变回复力的话，则至少一个执行机构可以固定。这也使得可以以多个和/或不同大小的步长来控制和/或调节。

优选至少一个执行机构可以推移。

特别地可以设置为，至少一个执行机构的推移方向与至少一个活塞装置的运动方向平行。

有利的是，为了运动给所述至少一个执行机构分配驱动装置。这使得至少一个执行机构借助驱动装置精确地运动和定位。驱动装置可以是机械的和/或气动的和/或液压的和/或电动的驱动装置。

驱动装置优选是可以控制的。这获得如下的可能性，即从外部向该驱动装置提供信号并且导致至少一个执行机构的确定的运动。例如，可以设置控制-和/或调节装置，用于控制驱动装置。控制-和/或调节装置可以例如按照预先规定的工作计划或者以依赖于从外部输送至控制-和/或调节装置的信号的方式控制驱动装置。

在依据本发明的自由活塞装置的有利的实施方式中，至少一个执行机构形成为对所述回弹腔进行限定的壁节段。这是一种既简单又坚固耐用的方式，用来构成执行机构。在这里，进行限定的壁节段可以布置在活塞套处，也就是例如布置在活塞套的壁区处。但特别是，进行限定的壁节段可以布置在至少一个活塞套的内腔内。

有利的是，壁节段与至少一个活塞套的端侧相对置。由此，可以以结构上简单的方式来调整回弹力。

特别优选的是如下的实施方式，在该实施方式中，壁节段通过活塞面构成。按照这种方式构成的壁节段和就此而言也按照这种方式构成的执行机构具有特别有利的特性。在此，活塞面优选通过控制活塞的表面构成，该控制活塞是可运动地布置在活塞套内和特别是可推移地布置在活塞套内。在此，活塞套的回弹腔可以布置在活塞面与活塞装置之间。这使得可以借助控制活塞(例如与最小气体体积或者最大气体体积相关)改变回弹腔内的气体体积并按照这种方式改变回弹腔的弹簧特性和由此改变回复力。另外，活塞装置的运动方向和控制活塞的推移方向彼此平行地分布并例如与活塞套的对称轴线平行。

有利的是，设置有至少一个位置传感器，该传感器与至少一个执行机构共同作用。按照这种方式，可以采集关于至少一个执行机构位置的信息。可以设置为，位置传感器布置在活塞套处。也可以考虑将该传感器直接布置在执行机构处。例如，位置传感器可以被构成为光学或者机械传感器。

所述至少一个位置传感器优选这样构成，使得可以采集至少一个执行机构的相对于至少一个活塞套的位置。这样特别地使得如下所述成为可能，对执行机构的相对于活塞套的位置进行控制。因为活塞套包括回弹腔，所以按照这种方式也可以与回弹腔相关地控制执行机构的位置。

出于类似原因，即优选对执行机构的运动进行控制，有利的是，所述至少一个位置传感器这样构成，使得可以采集至少一个执行机构的运动。

优选设置控制-和/或调节装置，借助该装置可以控制和/或调节自由活塞装置。例如，借助控制-和/或调节装置可以控制和/或调节向膨胀腔内喷射燃料、膨胀腔内燃料的点火时间点以及对布置在膨胀腔处的用于吸取空气或者用于排放废气的阀门进行控制和/或调节。

有利的是，通过控制-和/或调节装置借助至少一个执行机构可以控制和/或调节回复力。这使得例如对于自由活塞装置仅使用一个控制和/或调节装置成为可能。

特别有利的是，回复力可根据位置传感器的信号进行控制和/或调节。这是一种用于控制和/或调节回复力的简单形式。位置传感器可以向控制-和/或调节装置提供例如关于自由活塞装置执行机构的位置和/或运动的信息。这例如使得可以通过控制和/或调节装置操纵驱动装置，以便使执行机构运动或者停止现有的运动。由此可以影响，特别是控制和/或者调节回弹腔的弹簧特性进而影响，特别是控制和/或者调节回复力。

优选在回弹腔处布置至少一个压力传感器。这样使得可以测量回弹腔内的压力，也就是回弹腔内所容纳气体的压力。例如，压力传感器可以布置在活塞套的端侧上，特别是端壁上。回弹腔内气体的压力与由气体施加到活塞装置上的回复力保持相关。借助压力传感器的测量信号也可以表明回复力的情况。

有利的是，至少一个压力传感器这样构成，使得由此可以分时性地测量回弹腔内的压力。因此，也可以测定回弹腔内压力的变化。按照这种方式，也可以测定回复力的变化。

具有优点的是，设置有电动线性驱动装置。由此可以借助自由活塞装置产生电能。电动线性驱动装置也可以用来控制和/或调节活塞装置的运动，这一点正如DE 102 19 549 B4介绍的那样，相关内容参阅该文献。

于是，特别是至少一个活塞装置优选包括转子装置和优选在至少一个活塞套处布置定子装置。转子装置被磁化。通过活塞装置的运动，在定子装置处通过感应而产生电压。相应地，通过对定子装置施加电流可以影响活塞装置。

特别有利的是，活塞行程可以通过线性驱动装置这样可变地调整，使得可以确定至少一个活塞装置的运动的止点。这一点在DE 102 19549 B4中有所介绍，相关内容参阅该文献。

本发明的任务还在于，对开头所述的方法这样进行改进，使得由此在运行时可以按照简单方式调谐自由活塞装置，特别是调谐在至少一个活塞套内的至少一个活塞装置的运动。

该任务在一种依据分类的方法中依据本发明由此得以解决，即在自由活塞装置运行中对回复力进行控制和/或调节，方法是预先规定回弹腔内气体状态变量的额定值，采集至少一个状态变量的实际值并在与额定值发生偏差时补偿到至少近似于额定值。

依据本发明的方法具有结合依据本发明的自由活塞装置已经介绍的优点。

特别是在自由活塞装置运行中对回复力进行控制和/或调节。按照这种方式可以调谐自由活塞装置，特别是调谐(至少一个)活塞套内的(至少一个)活塞装置的运动，而不中断自由活塞装置的运行。

正如在与介绍依据本发明的自由活塞装置的结合下已经提及的那样，由气体施加的回复力与气体的压力保持相关。在这里，气压是气体的一种状态变量。气体的其它优选状态变量例如有温度、体积以及气体中与气体质量相关的分子量。这些状态变量分别通过气体状态方程在其一方面与气压保持相关。按照这种方式，例如也可以使温度、体积和气体的质量与由气体施加到活塞装置上的回复力相关。

在依据本发明的方法中，采集至少一个状态变量的实际值并补偿到至少近似于至少一个状态变量的预先规定的额定值。通过回复力与气体的至少一个状态变量之间的关系，按照这种方式可以通过控制和/或调节至少一个状态变量的实际值来实施对回复力的控制和/或调节。

特别有利的是，分时性地采集回弹腔内的压力。回弹腔内的压力相应于回弹腔内气体的压力。这种压力是一种可预先规定其额定值的状态变量。通过分时性地测量压力，可以测定压力的实际值与额定值是否存在偏差。

至少一个执行机构可以运动。特别地可以优选设置为，活塞被推移。借助至少一个执行机构或者活塞的运动，例如可以这样排出回弹腔内的气体，使得压力由此改变。按照这种方式也可以改变回复力。

优选分时性地测量至少一个执行机构或者活塞的位置。这样做例如产生如下可能性，即，使气体的压力或者压力变化在数量上与至少一个执行机构或者活塞的位置或运动相关。

在优选的方法中，对回复力的控制和/或调节通过调整回弹腔内的气体质量进行。在此，气体质量可以提高或者降低。气体质量与气体中的分子量明确地相关，气体质量是气体的状态变量。

同样有利的是，对回复力的控制和/或调节通过调整回弹腔内的气体量进行。气体量例如可以通过气体密度与气体质量相关，气体质量又与气体中的分子量相关。

特别有利的是，气体输送至回弹腔或者气体从回弹腔中排放。这使得可以以技术上简单的方式调整回弹腔内的气体质量和/或气体量。

在此，特别是优选操作至少一个阀门。通过对至少一个阀门的操作例如可以打开气体管路，从而将气体输送至回弹腔或者从回弹腔中排放。由此可以调整气体质量和/或气体量以及调整与这些参数相关的状态变量，即气体中的分子量。

特别优选的是，回弹腔内的压力借助至少一个执行机构和/或活塞的位置和/或借助至少一个阀门的状态被控制和/或调节。按照这种方式，可以在技术上特别简单地控制和/或调节压力。

如上所述，例如可以使至少一个执行机构或者活塞运动或推移，其中，所述运动或推移可以借助位置传感器采集。在运动或推移时，可以排出回弹腔内的气体，从而由此也可以改变回弹腔压力。

正如所提及的那样，气体的状态变量并非彼此无关，而是通过气体的状态方程相互关联。例如，气体的压力与气体质量成比例并反过来与气体量成比例。这提供了如下可能性，即通过气压来表达气体质量和/或气体量。当布置在回弹腔出的阀门被操作时，则可以改变回弹腔内的气体质量和/或气体量并因此也改变回弹腔内的压力。

按照所介绍的方式，借助阀门的状态和/或借助至少一个执行机构或者活塞的位置可以以技术上简单的方式控制和/或调节回弹腔内的压力。

在自由活塞装置的周期性运行中，优选在大于工作周期的时间尺度对回复力进行控制和/或调节。这样减少实施这种控制和/或调节所花费的技术开支。回复力优选在至少三个工作周期上进行控制和/或调节。

附图说明

对本发明的优选实施方式的下列描述用于结合附图对本发明进行详细说明。其中：

图1以部分剖面图示出依据本发明的自由活塞装置实施例的示意图；

图2示出用于实施依据本发明的方法的自由活塞装置的示意图；

图3示出依据图1或图2的自由活塞装置压缩腔的示意的压力-时间曲线图。

具体实施方式

依据本发明的自由活塞装置的实施例以及特别是在图1中所示的并且那里采用10标注的自由活塞内燃设备包括作为活塞套12的具有气缸壳体14的气缸。气缸壳体14具有第一端侧壁16，第一端侧壁16构成活塞套12的第一端侧18。与第一端侧壁16相对地，活塞套12通过第二端侧壁20限定，第二端侧壁20构成活塞套12的第二端侧22。

在气缸壳体14的内腔24内以可线性推移的方式定位活塞装置26。活塞装置26至少在其外形方面关于气缸壳体14的轴线28基本上是旋转对称的。活塞装置26的运动方向与该轴线28平行或同轴。

活塞装置26包括第一活塞30，第一活塞30具有朝向第一端侧18的第一活塞面32。活塞装置26还包括与第一活塞30保持间距的第二活塞34，第二活塞34具有第二活塞面36，第二活塞面36朝向活塞套12的第二侧面22。第二活塞34基本上用于支撑第一活塞30。两个活塞30、34通过保持结构38彼此牢固地并且特别是刚性地连接。由此，在活塞装置26处构成一个活塞对。

保持结构38例如包括活塞杆40。

在活塞套12的第一端侧18与第一活塞30之间构成一个具有膨胀腔42的膨胀室。对于膨胀室，特别涉及一种燃烧腔以及对于膨胀腔涉及一种燃烧腔。

(原则上如下所述也是可能的，在膨胀腔内膨胀诸如蒸汽的载热介质，所述载热介质在膨胀腔的外部产生或者在膨胀腔外部将能量输送给载热介质。相应的自由活塞装置的示例在DE 102 19 549 B4中有所公开，相关内容参阅该文献。)

在膨胀腔42内可以使介质膨胀，以便驱动活塞装置26在其线性方向上运动。在燃烧腔的举例中，对于膨胀介质涉及燃料气体；它们特别是通过膨胀腔42内的燃烧过程产生。

膨胀腔42的尺寸通过活塞装置26的活塞行程来确定，也就是说，膨胀腔42的容积和(内)表面通过第一活塞30的位置确定。

为膨胀腔42分配一个或者多个特别是可电控的进气阀44和一个或者多个特别是可电控的排气阀46。对(至少一个)进气阀44和(至少一个)排气阀46的控制通过控制-和/或调节装置48进行。通过进气阀44和排气阀46可以在时间上有针对性地对空气的吸入以及特别是对燃烧产物的排出进行控制。

例如通入膨胀腔42内的吸气管路50与增压器52连接。吸气管路50可以借助(至少一个)进气阀44打开或者关闭。

排气管路54通过排气阀46通向增压器52。增压器52本身具有特别是用于吸取空气的输送装置56和用于废气的排出装置58。

对于增压器52例如可以是压力波增压器，在压力波增压器中利用来自膨胀腔42的废气流的能量，以便压缩增压空气(所吸取的空气)。在这种压力波增压器中，脉动式废气的压力波和吸气波吸取新鲜空气并将新鲜空气压缩。在此，这种压缩在与废气的直接接触下进行。

在自由活塞装置10运行时，活塞装置26进行例如恒定振荡的推移运动。由此可以实现所排出的废气的恒定振荡，从而可以通过增压器52控制和/或调节换气。压力波增压器的优点在于，它仅具有很低的能耗。

活塞装置26连同分配给其的膨胀腔42的增压器52的总体系统由于活塞装置26振荡运动的恒定周期时间而可以完全按照最佳的运行点设计，增压器52可以再按照该最佳的运行点进行设计。

在一种实施方式中，膨胀腔42上布置(至少)一个压力传感器60。对于该压力传感器60优选是压电传感器。例如压力传感器60布置在第一壁16上，第一壁16可以具有间隙，压力传感器60置于该间隙中。压力传感器60以朝向第一活塞30的方式取向。特别是为第一活塞面32分配有效的传感器面。

通过压力传感器60可以测定膨胀腔42内的压力。特别是可以通过压力传感器60对膨胀腔42内的压力进行分时性地测定。

此外，在膨胀腔42处具有温度传感器62，利用温度传感器62可以优选同样分时性地测定膨胀腔42内的温度。

压力传感器60和温度传感器62可以通过信号线路与控制-和/或调节装置48连接。由此，压力传感器60和温度传感器62可以向控制-和/或调节装置48传送它们的信号。

在膨胀腔42处还布置有一个喷射装置64。通过该喷射装置64可以向膨胀腔42内输入燃料。喷射装置64在这里例如可由控制-和/或调节装置48进行控制和/或调节。

此外，在膨胀腔42上布置一个点火装置66，利用点火装置66可以点燃处于膨胀腔42内的燃料。点火装置66也可以通过控制-和/或调节装置进行控制和/或调节。

自由活塞装置10包括一个作为整体采用68标注的电动线性驱动装置，电动线性驱动装置68具有转子装置70。转子装置70布置在活塞装置26上。它随同活塞装置26一起运动。

此外，电动线性驱动装置68包括定子装置72，定子装置72在气缸壳体14的外部布置在活塞套12上。通过该定子装置72可以通过感应产生电压，以便产生电能或可以相应地影响活塞装置26。

转子装置70例如包括磁性元件74和通量传导元件76，磁性元件74和通量传导元件76被选择性地布置在活塞30与34之间的保持结构38上。

保持结构38例如包括圆柱体的支架78，磁性元件74和通量传导元件76置于圆柱体的支架78上。圆柱体的支架78保持在活塞杆40上并且特别是与活塞杆40一体地连接。该连接通过径向延伸的、保持间距的板条-或者圆盘80进行。径向方向与轴线方向28垂直。板条-或者圆盘80在轴线方向28上保持间距。由此，在相邻的板条-或者圆盘80之间构成一个中间腔82；由此，保持结构38不由实心材料制造，从而活塞装置26的质量与实心材料制造相比有所减少。

对于磁性元件74可以为永磁元件，该永磁元件特别是以盘形地环绕轴线28旋转对称的方式构成。该元件原则上也可以是电磁元件，该电磁元件相应地包括特别是同心地环绕轴线28布置的绕组。在这种情况下，必须设置相应的装置，以便可以向这些电磁元件传输能量。这例如可以以感应的方式进行或者通过集电环进行。

通量传导元件76同样为盘形并由高磁渗透性的材料制造。例如使用铁或者使用磁渗透性的粉末复合材料。

磁性元件74(特别当其是永磁元件时)和通量传导元件76这样构成，使其具有中心开口，磁性元件74和通量传导元件76在制造活塞装置26时可以利用该开口滑移到支架78上。

磁性元件74这样构成和特别是这样被磁化，使得在通量传导元件76内相邻磁性元件74的场力线被集中，进而提高系统的磁的功率密度。特别是磁性元件74这样平行地布置，使得为相邻的磁性元件74彼此分配相同的极性。

同样可以设置为，转子装置70的外部面也可以这样构成，使得该外部面在分配给气缸壁的内侧的、包括轴线28的横截面上齿形地构造。转子装置70具有通过这种齿形结构变化的磁导率，通过其可以产生活塞装置26的前进运动。

定子装置72包括主环形绕组84，主环形绕组84以围绕气缸壳体12的方式布置在气缸壳体12外部。在该主环形绕组84内，在被磁化的转子装置70做相对运动时通过感应产生电压，其中可以输出电能。由此，提供电流产生装置，该装置以自由活塞引导(活塞装置26的线性可运动性)原理为基础。

活塞装置26的行程可以通过控制-和/或调节装置48进行控制和/或调节。在此，特别是可以实施这样的控制/调节，使得在每个时间点上确定活塞装置26的位置。由此，可以根据需要调整第一活塞30的活塞运动的返回点，以便可以这样重新调整膨胀腔42的尺寸。通过对线性驱动装置68进行相应的控制/调节，由此可以以依赖于负荷状态的方式调整活塞行程；此外，可以调整压缩以及调整活塞装置26的速度。这样可以使的膨胀腔42(与容积与表面以及容积与表面的变化相关地)根据负荷状态进行优化地调整。特别是由此膨胀腔42的容积以及膨胀腔42的相应的表面可与该应用相配合。

通过对活塞行程位置-时间上的调整(位置、压缩、速度)，也可以实施与所使用的燃料的配合，也就是说，根据是应用例如自点火的燃料(诸如柴油或者植物油)，还是使用了通过点火装置进行点火的燃料(诸如汽油、天然气或者氢)，来调整活塞行程路段和压缩。

通过有针对性地预先规定定子装置72中的电流和需要时有针对性地预先规定转子装置70中的电流，也就是通过控制/调节这些电流，可以在活塞装置26的线性可推移性方面对活塞装置26产生影响，以便可以对于膨胀腔42精确地确定活塞装置26的活塞运动的返回点位置。

由此，特别是在满负荷时(满负荷时，在膨胀腔42内应当发生燃烧时，对于膨胀腔42需要加大对空气的吸取量)，可以调整为相应大的活塞行程，而伴随着减少的吸取体积的部分负荷运行时，则可以调整为减小的行程。

也可以设置为，围绕气缸壳体14布置有一个或者多个副绕组。这些副绕组与定子装置72的主环形绕组84在电方面分开。副绕组例如以环绕主环形绕组84的方式布置，也就是这些副绕组围绕该主环形绕组84。这些副绕组也可以布置在主环形绕组84的旁边(特别是布置在主环形绕组84的环形绕组轴线的延长部)。

通过这些副绕组可以输出另一电流，以便对汽车的12V/24V或者36V/42V的汽车电路提供电流。副绕组的匝数相应地配合。这些副绕组优选与整流器串接，以便能够相应地产生被整流的电流。

也可以设置为，环绕定子装置72布置包括冷却管道86的冷却装置88，以便冷却自由活塞装置10(连同线性驱动装置68)的有效部件；特别是活塞装置26、活塞套12和主环形绕组84属于这些有效部件。

在此，也可以设置为，从相应的冷却装置88输出热量，以便将这些热量用于热技术上的应用，例如用于汽车供暖装置或者中央供暖站。

在活塞装置26的第二活塞34与活塞套12的第二端侧22之间构成呈回弹腔90形式的压缩腔。在这里，回弹腔90不占用第二活塞面36与第二端侧壁20之间气缸壳体14的全部容积。回弹腔90通过第二活塞面36、沿着壁区92和94的气缸壳体14的壁以及壁节段96(壁节段96通过控制活塞100的活塞面98构成)限定。

在这里，活塞面98包括回弹腔90的整个壁节段96。该壁节段96构成自由活塞装置10的执行机构，对该执行机构的工作原理下面还要做更为详细的说明。

活塞面98在活塞面36与活塞套12的第二端侧壁20之间定位。活塞面98与第二端侧22相对置和特别是与第二端侧壁20平行地定向。按照这种方式，活塞面98在端侧与其在气缸壳体14内部的取向相关地限定回弹腔90。

回弹腔90在控制活塞100与活塞装置26的第二活塞45之间的活塞套12内构成，并在活塞套12的纵向上由第二活塞34的第二活塞面36和控制活塞100的活塞面98限定。

在回弹腔90内容纳可压缩的流体，特别是气体例如像空气。

回弹腔90内的气体可以至少部分地“弹性”地吸收机械能(该机械能在活塞装置26膨胀冲程期间不由线性驱动装置68输出)。这一点通过由活塞装置26压缩气体来实现。

反过来，回弹腔90内的气体可以膨胀并按照这种方式反向驱动活塞装置26。由此，当在膨胀腔42内进行用来产生膨胀介质的燃烧时，所储存的能量可以在二冲程驱动中用于压缩燃料-空气混合物或者在四冲程驱动中用于排出废气。

由此，回弹腔90内的气体构成气体弹簧，该气体弹簧可以以高可逆性吸收活塞装置26的机械能并可以通过膨胀将能量输出到活塞装置26。

在回弹腔90处布置压力传感器102，压力传感器102布置在控制活塞100的活塞面98上。活塞面98例如为此具有间隙，压力传感器102布置在该间隙中。

压力传感器102分配给第二活塞34的第二活塞面36，特别是以有效的传感器面分配给第二活塞34的第二活塞面36。

在该实施例的变动方案中，压力传感器例如可以布置在第二活塞面36与活塞面38之间的壁区92或94之一上。

通过压力传感器102可以测量回弹腔90内的压力。特别是通过压力传感器102可以分时性地测量所述压力。对于压力传感器102优选是压电传感器。

此外，在回弹腔90处可以布置温度传感器104，温度传感器104例如可以以类似于压力传感器102的方式布置在控制活塞100的活塞面98的间隙内。

借助温度传感器104可以测量回弹腔90内的温度。

压力传感器102和温度传感器104可以通过信号线路将其测量信号传送给控制-和/或调节装置48。

控制活塞100可运动地支承在活塞套12内，特别是控制活塞100以可线性推移的方式支承在活塞套12内。按照这种方式，活塞面98在气缸壳体14内可以借助控制活塞100运动和特别是可以线性推移。在此，所述推移方向与轴线28平行或同轴并且与活塞装置26的推移方向平行。

这样提供的可能性是，回弹腔90内的气体体积为调整气体弹簧的回复力而改变；最小和最大的气体体积可以改变，而且特别是确定地调整。当活塞装置26处于其与活塞面98相关的上止点OT时，则气体体积最小，而当活塞装置26处于其与活塞面98相关的下止点UT时，则气体体积最大。

为控制活塞100分配驱动装置108。控制活塞100为此通过保持装置106与驱动装置108保持连接。保持装置106例如包括活塞杆109，活塞杆109可以穿出活塞套12的第二端侧壁20。保持装置106可以刚性地构成，由此控制活塞100可以借助驱动装置108在活塞套12内运动和特别是线性地推移。

驱动装置108例如包括用于控制活塞100运动的液压系统。也可以考虑例如气动驱动装置和/或电动驱动装置。

控制-和/或调节装置48通过控制线路与驱动装置108保持连接，从而该驱动装置108可通过控制-和/或调节装置48被激活和特别是被控制。按照这种方式，例如可以通过控制-和/或调节装置48预先规定控制活塞100的位置。

自由活塞装置10具有位置传感器110，利用位置传感器110可以采集保持装置106相对于活塞套12的位置。按照这种方式，可以通过位置传感器110采集控制活塞100的位置以及运动并进而同样采集活塞面98的位置以及运动。

位置传感器110例如布置在气缸壳体14的第二端侧壁20附近，以及有效传感器面可以朝向保持装置106的方向。位置传感器110可以通过信号线路向控制-和/或调节装置48提供其测量信号。

也可以考虑将位置传感器110例如布置在活塞面98上，其中，有效传感器面可以分配给第二活塞面36。在这种情况下，位置传感器例如作为光学传感器实现。

也可以考虑机械式工作的位置传感器，该位置传感器例如与保持装置106机械地联接。位置传感器110也可以被整合到驱动装置108中。

回弹腔90气密地封闭。活塞装置26的第二活塞34和控制活塞100为此包括例如呈聚合物密封件的形式的密封件112。即使在内部气体高压的情况下，这些密封件也保证回弹腔90的高密封性。

在一种实施方式中，在控制活塞100处布置气体管路114，气体管路114例如可以在控制活塞100的孔内引导。气体管路114具有开口116，开口116布置在活塞面98上。

也可以设置为，气体管路114可以借助附图中未示出的阀门确定地打开和关闭。于是，回弹腔90例如可与附图中未示出的气体储存器保持流体作用连接。

气体管路114可以被构成为回弹腔90的填充管道。这提供了如下可能性，即回弹腔90内的气体量保持恒定。

此外，由此可以在组装自由活塞装置10时，第一次以气体填充回弹腔90。

自由活塞装置的其它示例在DE 102 19 549 B4和EP 1 398 863 A1中有所公开。相关内容参阅该文献。

依据本发明的自由活塞装置10以如下方式运转：

通过相应的电流施加，通过线性驱动装置68调整活塞装置26的确定的返回点(上止点OT和下止点UT)，以便由此确定膨胀腔42的容积和特别是燃烧腔的容积和表面。此外，确定活塞装置26的速度和总体地确定密封性。这种调整在依赖于负荷(部分负荷或者满负荷)、燃料(汽油、天然气、氢、柴油、植物油等)和其它可能的外部参数情况下进行。

也可以设置为，为启动自由活塞装置10而进行电预热和冷却装置88的冷却水也受到预热。在此，这种预热通过线性驱动装置68进行，方法是相应的绕组(例如主环形绕组84)作为加热元件使用。但也可以设置有自己的加热线圈。

通过具有活塞30和34的活塞对而产生活塞装置26的支撑，也就是说，活塞30、34可以基本上无倾斜地、线性地在活塞套12内引导。活塞30、34也用于相对于回弹腔90密封膨胀腔。

通过线性驱动装置68，活塞装置26运动的返回点可以在位置和时间上精确地预先规定。由此在部分负荷运行时，节流罩对于输送空气也不是必需的，否则的话，该节流罩负责节流损失。

通过用于膨胀腔42的进气阀44和排气阀46，可以有针对性地控制空气的吸取和废气的排放。由此改善总体系统的效率和废气质量；通过在换气(穿流通过进气阀44和排气阀46)方面精确地调整在时间点与持续时间上的控制时间，可以产生在各时间临界的过程之间的精确的配合。因为活塞装置26的速度也可以被控制或调节(确切地说，也就是在膨胀过程期间)，所以可以影响废气的产生。

特别是进气阀44被这样地布置和构成，使得吸取的空气和由此产生的气流沿内部的气缸壁引导，从而获得对于换气的一种最佳的冲刷过程。

空气的吸取和压缩以及废气的排放优选通过增压器52进行。

也可以设置为，膨胀腔42内介质的点火可以通过控制-和/或调节装置48依据压力传感器60或102之一的信号进行控制和/或调节。

特别是阀门44、46、喷射装置64和/或点火装置66可以被控制和调节。这种控制和/或调节可以这样实施，使膨胀腔42内可以产生基本上化学计量的燃烧。这种控制和/或调节例如在相同申请人的DE 102004 062 440 B4中有所公开，相关内容参阅该文献。

在活塞装置26的运动期间，由于转子装置70与定子装置72之间的相对运动而在后者内通过感应产生电压，从而产生电能。机械能部分地转换成电能，其中，所述机械能也来自化学能量由于燃烧而部分地转换。

通过回弹腔90可以吸收能量，该能量在燃烧工作冲程期间，当在膨胀腔42内发生燃烧时，未由线性驱动装置68输出。依据本发明使得如下所述成为可能，即回弹腔90的特性被这样调整，使回弹腔90即使在时间波动的情况下也获得最佳的工作点。这一点下面进行详细地说明。

定子装置72通过冷却装置88冷却。在此冷却装置88可以冷却活塞套12的其它部分以及例如冷却活塞装置26。

活塞30、34例如通过简单的喷溅式润滑进行润滑，从而不需要油泵。然后，活塞30、34在油浴中运动，该油浴通过所述运动而被混乱地卷起，以保证足够的润滑油供给。

活塞30、34可以以具有朝向气缸壳体14的最小化的侧向面的方式制造，也就是说，活塞裙被较短地构造，因为具有第一活塞30和第二活塞34的活塞对起到相互的支撑作用。由此，可以活塞装置26运动时的摩擦损失被最小化。

由此还可以使活塞30、34由诸如陶瓷材料的非金属材料或者由石墨或者例如玻璃纤维增强的碳素材料制造。这种活塞无需润滑也能行得通。

通过具有可选地布置的磁性元件74和通量传导元件76的转子装置70，可以实现系统的很高的磁功率密度。特别是当转子装置70与定子装置72的极分布不同时，可以获得高的功率密度。

正如已经提及的那样，回弹腔90内的气体通过被活塞装置压缩而吸收活塞装置26的机械能。在这种情况下，在通过第二活塞34而介入的活塞装置26与回弹腔90内的气体之间有力作用，借助该力可以通过活塞装置26压缩气体。

反过来，回弹腔90内的气体通过膨胀和在活塞套12的端侧18的方向上推动活塞装置26而可以将能量输送到活塞装置26。同样在这种情况下，在气体与活塞装置26的第二活塞34之间也有力作用。

在此，回弹腔90内的气体根据其气压p随时对活塞装置26施加与通过活塞装置26的压缩相反作用的回复力F。

在此，由气体施加的回复力F例如与气体的压力p成比例。比例常数为受回复力F作用的面积A。因此，回复力F可以表示为p·A的乘积。回复力F与气压p之间的关系使得可以由气体施加到第二活塞34上的回复力F借助气压p来表达。在此，气压p相应于回弹腔90的内部压力。

正如已经提及的那样，自由活塞装置10具有被构成为活塞面98的执行机构，利用该执行机构可以控制和/或调节回复力F。在这里，活塞面98构成限定回弹腔的壁节段96。

按照所述内容，回复力F例如可以由此控制和/或调节，即对回弹腔90内的气压p进行控制和/或调节。

气压p可以由此而改变，即通过控制活塞100的运动和/或定位以及由此活塞面98在活塞套12内的运动和/或定位来调整气体体积，以及在此特别是调整最小气体体积和最大气体体积。

气压p可以借助压力传感器102测量并提供给控制-和/或调节装置48。例如，活塞装置26的振荡频率在自由活塞装置10运行时处于50Hz的数量级。在将压电传感器用于压力传感器102的时候，可以实现必需的动作时间，以便以足够的精度也分时性地测量气压p。

控制活塞100和作为活塞面98构成的执行机构可以借助驱动装置108运动和特别是推移。按照这种方式改变回弹腔90内的气压p。

也可以设置为，控制-和/或调节装置48向驱动装置108提供依赖于气压p的控制信号。然后，驱动装置108可以以依赖于所提供的信号的方式执行控制活塞100的运动。按照这种方式，可以对控制活塞的运动进行控制并由此可以控制回弹腔90内的气压p。

借助位置传感器110可以采集保持装置106的位置并按照这种方式采集活塞面98的与活塞套12相关的位置和/或运动。位置传感器110的测量信号可以提供给控制-和/或调节装置48。这一点提供了如下可能性，即建立调节回路，在该调节回路内以依赖于控制活塞100的位置和/或运动的方式调节气压p。

因为回弹腔90内气体的气压p可以被控制和/或调节，所以因此由气体施加到活塞装置26上的回复力F也可以被控制和/或调节。

特别是利用依据本发明的自由活塞装置10可以在自由活塞装置10运行时实施对回复力F的控制和/或调节。

图3示出对于回弹腔90内气压p的压力-时间示意曲线图。回弹腔90内的气压p通过曲线分布118示意地示出。气压p依据活塞装置26在最大压力p_max与最小压力p_min之间的、周期持续时间为T的振荡运动而振荡。最大压力p_max在活塞装置26与活塞面98相关的上止点OT处出现，而最小压力p_min在活塞装置26与活塞面98相关的下止点UT处出现。

例如，可以使控制活塞和活塞面98仅在时窗ZF的内部推移，该时窗ZF在时间上看被布置在下止点UT的区域内。在这种情况下，活塞装置26距活塞面98最远，并且控制活塞100可以以最小的力消耗来运动。

对由回弹腔90内的气体施加到活塞装置26上的回复力F的控制和/或调节使得可以对活塞装置26的运动进行调谐。这提供了如下的可能性，即调整自由活塞装置10的最佳工作点。在该最佳工作点处，例如可以使燃料消耗和/或有害物质排放最小化。

有利的是，气压p的调节通过活塞装置26的振荡运动的多个，优选至少三个周期T进行。这样降低了对自由活塞装置10构件的技术要求。

在该实施例的变动方案中可以设置为，不是限定回弹腔90的整个壁运动。例如可以考虑，限定回弹腔90的壁的仅一个确定的壁节段运动，以便排出回弹腔90内的气体。

借助自由活塞装置10可以实施依据本发明的方法，在自由活塞装置10中回复力F在自由活塞装置10运行时进行控制和/或调节，其中，可以预先规定回弹腔90内气体的至少一个状态变量的额定值，采集至少一个状态变量的实际值并在与额定值存在偏差时对补偿到至少近似于该额定值。

该方法的实施方案已经在前面在对自由活塞装置10的工作原理进行描述时进行了说明。

在此，使用回弹腔90内的气压p作为气体的状态变量，该气压p的额定值可以这样预先规定，使其可以由此获得自由活塞装置10的确定工作点。如果气压p的实际值与额定值存在偏差，那么控制-和/或调节装置48可以激活驱动装置108，由此可以如上面描述的那样控制和/或调节回弹腔90内的气压p。

在这里，气压p的额定值例如可以确定为运行期间的平均压力，或者也可以确定为在自由活塞装置10运行时的确定时间点上的压力，例如上止点OT处的压力p_max或者下止点UT处的压力p_min(图3)。

另一用于实施依据本发明的方法的实施方案的自由活塞装置在图2中作为整体以附图标记150示出。基本上与在实施例10中相同的构件以相同的附图标记表示。

在自由活塞装置150中，活塞装置26可推移地布置在活塞套152内。活塞套152通过气缸壳体154构成。气缸壳体154具有第一端侧壁156，第一端侧壁156构成活塞套152的第一端侧158。第二端侧壁160与第一端侧壁156相对置，第二端侧壁160构成活塞套152的第二端侧162。

活塞装置26在气缸壳体154的内腔164内定位。

在活塞34的活塞面36与端侧壁160之间构成呈回弹腔166形式的压缩腔。在回弹腔166内容纳可压缩的流体，特别是例如像空气的气体。

气体可以通过活塞装置26的运动而被压缩并由此至少部分地“弹性”地吸收能量，所述能量在膨胀冲程期间不由线性驱动装置68输出。相应地，回弹腔166内的气体通过例如膨胀以及在端侧壁156的方向上推动活塞装置26而释放能量。

在回弹腔166处布置有压力传感器102。例如压力传感器102布置在第二端侧壁160上。第二端侧壁160可以为此具有间隙，压力传感器102布置在该间隙中。特别是有效的传感器面可以朝向活塞34的活塞面36。

借助压力传感器102可以测量回弹腔90内的压力和特别是可以分时性地测量回弹腔90内的压力。

还可以设置为，在回弹腔166处布置温度传感器104。借助温度传感器104可以测量回弹腔166内的温度。

第二端侧壁160具有至少一个开口，至少一个阀门布置在该开口处。特别是端侧壁160具有第一开口168，第一开口168分配给进气阀170，以及第二开口172，第二开口172分配给排气阀174。

借助进气阀170可以打开和关闭回弹腔166的第一开口168，并且相应地借助排气阀174可以打开和关闭回弹腔166的第二开口172。

进气阀170和排气阀174可以由控制和/或调节装置48在时间上确定地控制。

进气阀170和排气阀174可以磁地和/或电动地和/或机械地操作。特别是可以是具有很短的开关时间的，优选最多至几毫秒的阀门。具有几毫秒开关时间的阀门例如由乐图斯工程(“Lotus Engineering”)公司制造。

气体管路，特别是输送管路176通过进气阀170通向气体储存装置，例如气体储存器178。在进气阀170打开时，由此可以通过输送管路176在回弹腔166与气体储存器178之间产生流体作用的连接。

在输送管路176内布置有呈体积流量传感器180的形式的气体量传感器。借助体积流量传感器180可以采集穿过输送管路176流动的气体量。体积流量传感器180可以将其测量信号通过信号线路提供给控制-和/或调节装置48。

可以设置为，气体储存器178内的气压可以大于回弹腔166内的气压p。按照这种方式，通过打开进气阀170可以有确定量的气体从气体储存器178穿过输送管路176流动到回弹腔166内。该气体流由回弹腔166内的气压p与气体储存器178内的压力之间的压力降产生。所述的量可以借助体积流量传感器180采集并提供给控制-和/或调节装置48。

气体管路，特别是排放管路182通过排气阀174从回弹腔166通向气体储存装置，例如气体储存器184。在打开排气阀174时，可以由此在回弹腔166与气体储存器184之间产生流体作用的连接。

可以设置为，在排放管路182内可以布置体积流量传感器186，体积流量传感器186可以采集流动穿过排放管路182的气体量。特别是体积流量传感器186可以将其测量信号通过信号线路提供给控制-和/或调节装置48。

气体储存器184内的气压可以小于回弹腔166内的压力。在打开排气阀174时，由于压力降而有确定量的气体可以从回弹腔166穿过排放管路182向气体储存器184流动。气体量可以借助体积流量传感器186采集并提供给控制-和/或调节装置84。

同样可以通过打开进气阀170或者排气阀174而从回弹腔166排放气体或者向回弹腔166输送气体。这使得通过提高或者降低气体质量和/或气体量来调整回弹腔166内的气体质量和/或气体量。

例如，可以向回弹腔166输送更多的气体，从而提高回弹腔166内的气体质量和气体量。反过来，可以从回弹腔166中排出气体，从而降低回弹腔166内的气体质量和气体量。

自由活塞装置150的变动方案仅具有一个布置在回弹腔166处的阀门，在该阀门打开后，气体可以输送给回弹腔166或者从回弹腔166中排出。

利用自由活塞装置150可以如下实施依据本发明的方法：

正如已经介绍的那样，由回弹腔166内的气体施加到活塞装置26上的回复力F与回弹腔166内的气压p成比例。通过这种关系可以借助气压p来表达回复力F。

特别是可以通过控制和/或调节回弹腔166内的气压p来控制和/或调节由气体施加到活塞装置26上的回复力。

在这里，回弹腔166内的压力p为气体的状态变量。压力p的额定值可以预先规定并可以例如通过自由活塞装置150的所希望的工作点给出。该额定值可以是平均压力，但也可以是在自由活塞装置150运行期在确定的时间点上确定的压力。

压力的实际值可以借助压力传感器102测量。依据本发明的方法设置为，实际值被补偿到至少近似于额定值。

根据理想气体的状态方程，气压p与气体的气体质量m成比例。这提供了如下的可能性，即回弹腔166内的气压p(例如与活塞装置26的固定位置相关)借助回弹腔166内的气体质量来调整。

回弹腔166内的气体质量m例如可以通过打开进气阀170而提高，方法是气体从气体储存器178穿过输送管路176流动到回弹腔166内。由此提高回弹腔166内的气压。

回弹腔166内的气体质量m可以通过打开排气阀174而降低；气体从回弹腔166穿过排放管路182流入气体储存器184内。由此降低回弹腔166内的气压p。

可以设置为，进气阀170和/或排气阀174由控制-和/或调节装置48确定地打开和/或关闭，从而提高和/或降低回弹腔166内的气体质量m。

气压p可以借助压力传感器102分时性地采集，其中，测量信号可以提供给控制-和/或调节装置48。控制-和/或调节装置48可以以依赖于压力传感器102的测量信号的方式打开和/或关闭进气阀170和/或排气阀174。按照这种方式可以持续提高或降低回弹腔166内的气体质量，直至回弹腔166内气压p的实际值被补偿到至少近似于额定值。

按照这种方式，可以借助进气阀170和/或排气阀174的位置通过控制-和/或调节装置48来控制和/或调节气压p。

也可以设置为，控制-和/或调节装置48进行评估，是在打开进气阀170或者排气阀174时向回弹腔166输送气体质量m还是从进气阀170或者排气阀174中排放的气体质量m。

气体质量m例如与气体量成比例，其中，比例系数为气体密度。输送或者排放的气体量可以借助体积流量传感器180或186采集并将相应的测量值提供给控制-和/或调节装置48。然后，控制-和/或调节装置48可以计算相应的气体质量。

根据回弹腔166内的气压p与由气体施加到活塞装置26和特别是施加到第二活塞34上的回复力F之间的关系，由此对后者进行控制和/或调节。对回复力的控制和/或调节在自由活塞装置150运行时进行。

特别地可以设置为，调整和/或控制和/或调节仅在确定的时间点上进行，例如在时窗ZF的内部进行，该时窗在时间上观察布置在与第二端侧壁160相关的环绕活塞装置26的下止点UT的周围(图3)。在这种情况下，回弹腔166内的气压p接近于其最小值p_min。这使得向回弹腔166输送确定量的气体或者从回弹腔166中排放确定量的气体得到简化。

通过对由回弹腔166内的气体施加到活塞装置26和特别是第二活塞34上的回复力F进行控制和/或调节，可以确定地改变活塞装置26的运动状态。这使得对自由活塞装置150的调谐得到改善，特别是改善了对自由活塞装置150最佳工作点的调整。

Claims (32)

1.自由活塞装置，包括至少一个活塞套(12)，在所述至少一个活塞套(12)内至少一个活塞装置(26)能线性运动地被布置，其中，所述至少一个活塞装置(26)能够在在膨胀腔(42)内膨胀的介质的作用下被驱动，以及其中，所述至少一个活塞套(12)具有回弹腔(90)，在所述回弹腔(90)内容纳将回复力施加到所述至少一个活塞装置(26)上的、可压缩的气体，并且布置至少一个用于控制和/或调节回复力的执行机构(98)，所述执行机构(98)布置在所述回弹腔(90)处，其特征在于，能够在所述自由活塞装置(10)的运行中对回复力进行控制和/或调节。

2.按权利要求1所述的自由活塞装置，其特征在于，所述至少一个执行机构(98)是能够运动的。

3.按权利要求2所述的自由活塞装置，其特征在于，所述至少一个执行机构(98)是能够以能固定的方式运动的。

4.按权利要求2或3所述的自由活塞装置，其特征在于，所述至少一个执行机构(98)是能够推移的。

5.按权利要求4所述的自由活塞装置，其特征在于，所述至少一个执行机构(98)的推移方向与所述至少一个活塞装置(26)的运动方向平行。

6.按权利要求2到5之一所述的自由活塞装置，其特征在于，为了运动而给所述至少一个执行机构(98)分配驱动装置(108)。

7.按权利要求6所述的自由活塞装置，其特征在于，所述驱动装置(108)是能够控制的。

8.按前述权利要求之一所述的自由活塞装置，其特征在于，至少一个执行机构(98)形成为对所述回弹腔(90)进行限定的壁节段(96)。

9.按权利要求8所述的自由活塞装置，其特征在于，所述壁节段(96)与所述至少一个活塞套(12)的端侧(22)相对置。

10.按权利要求8或9所述的自由活塞装置，其特征在于，所述壁节段(96)通过活塞面(98)构成。

11.按前述权利要求之一所述的自由活塞装置，其特征在于，设置有至少一个位置传感器(110)，所述位置传感器(110)与所述至少一个执行机构(98)共同作用。

12.按权利要求11所述的自由活塞装置，其特征在于，所述至少一个位置传感器(110)这样构成，使得能够对所述至少一个执行机构(98)相对于所述至少一个活塞套(12)的位置进行采集。

13.按权利要求11或12所述的自由活塞装置，其特征在于，所述至少一个位置传感器(110)这样构成，使得能够采集所述至少一个执行机构(98)的运动。

14.按前述权利要求之一所述的自由活塞装置，其特征在于，设置有控制-和/或调节装置(48)，借助所述控制-和/或调节装置(48)能够控制和/或调节所述自由活塞装置(10)。

15.按权利要求14所述的自由活塞装置，其特征在于，通过所述控制-和/或调节装置(48)能够借助所述至少一个执行机构(98)对所述回复力进行控制和/或调节。

16.按权利要求15所述的自由活塞装置，其特征在于，能够根据位置传感器(110)的信号对所述回复力进行控制和/或调节。

17.按前述权利要求之一所述的自由活塞装置，其特征在于，至少一个压力传感器(102)布置在所述回弹腔(90)上。

18.按权利要求17所述的自由活塞装置，其特征在于，所述至少一个压力传感器(102)这样构成，使得由此能够分时性地测量所述回弹腔(90)内的压力。

19.按前述权利要求之一所述的自由活塞装置，其特征在于，设置有电动的线性驱动装置(68)。

20.按权利要求19所述的自由活塞装置，其特征在于，所述至少一个活塞装置(26)包括转子装置(70)以及在所述至少一个活塞套(12)上布置定子装置(72)。

21.按权利要求19或20所述的自由活塞装置，其特征在于，活塞行程能够通过所述线性驱动装置(68)这样可变地调整，使得能够确定所述至少一个活塞装置(26)的运动的止点(OT、UT)。

22.用于自由活塞装置的运行的方法，在所述方法中，至少一个活塞装置在在膨胀腔内膨胀的介质的作用下被驱动，所述至少一个活塞装置在至少一个活塞套内能线性运动地被引导，并且在所述方法中，通过可压缩的气体将回复力施加到所述至少一个活塞装置上，所述气体容纳在所述至少一个活塞套的回弹腔内，其特征在于，通过：预先规定所述回弹腔内气体的状态变量的额定值、采集至少一个状态变量的实际值并在与所述额定值存在偏差的情况下补偿到至少近似于所述额定值，来实现在所述自由活塞装置运行中对所述回复力进行控制和/或调节。

23.按权利要求22所述的方法，其特征在于，分时性地测量所述回弹腔内的压力。

24.按权利要求22或23所述的方法，其特征在于，至少一个执行机构被运动。

25.按权利要求24所述的方法，其特征在于，活塞被推移。

26.按权利要求24或25所述的方法，其特征在于，分时性地测量所述至少一个执行机构的位置或者所述活塞的位置。

27.按权利要求22到26之一所述的方法，其特征在于，对所述回复力的控制和/或调节通过对所述回弹腔内的气体质量的调整来进行。

28.按权利要求22到27之一所述的方法，其特征在于，对所述回复力的控制和/或调节通过对所述回弹腔内的气体量的调整来进行。

29.按权利要求27或28所述的方法，其特征在于，向所述回弹腔输送气体或者从所述回弹腔中排放气体。

30.按权利要求27到29之一所述的方法，其特征在于，对至少一个阀门进行操作。

31.按权利要求22到30之一所述的方法，其特征在于，所述回弹腔内的压力借助至少一个执行机构的位置或者活塞的位置和/或借助至少一个阀门的状态进行控制和/或调节。

32.按权利要求22到31之一所述的方法，其特征在于，在自由活塞装置的周期性运行中，对所述回复力在大于一个工作周期的时间尺度上进行控制和/或调节。

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