DE10033443A1 - Freikolbenmotor - Google Patents

Abstract

Offenbart ist ein Freikolbenmotor, bei dem ein Motorkolben eines Verbrennungszylinders mit einem Arbeitskolben in Wirkverbindung steht. Dieser ist mit zwei Stirnflächenabschnitten ausgeführt, die zur Einleitung eines Kompressionshubes beide mit dem Druck eines Niederdruckspeichers beaufschlagbar sind. Während eines Verbrennungshubes des Motorkolbens werden der Niederdruckspeicher und ein Hochdruckspeicher geladen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Freikolbenmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Freikolbenmotor ist im Prinzip ein nach dem 2-Takt-Verfahren arbeitender Verbrennungsmotor, bei dem anstelle eines Kurbeltriebes ein Hydraulikkreis mit Kolbenpumpe als Antriebsstrang nachgeschaltet ist. Dazu ist der Motorkolben mit einem Hydraulikzylinder verbunden, über den die während eines Motorarbeitstaktes erzeugte translatorische Energie ohne den klassischen Umweg über die Rotationsbewegung eines Kurbeltriebes direkt dem hydraulischen Arbeitsmedium zugeführt wird. Der nachgeschaltete, speicherfähige Hydraulikkreislauf ist derart aus­ gelegt, daß er die abgegebene Arbeit aufnimmt, zwischenspeichert und je nach Leistungsbedarf einer hydraulischen Abtriebseinheit, bei­ spielsweise einer Axialkolbenmaschine zuführt.

In der DE 40 24 591 A1 ist ein Freikolbenmotor der gattungsgemäßen Art beschrieben, der auch als Brandl-Freikolbenmotor bekannt ist. Bei diesem Konzept erfolgt die Kompressionsbewegung des Motorkolbens durch Zusammenwirken mit einem Hydraulikkolben, der über ein 2/3-Wege-Um­ schaltventil mit einem Hochdruckspeicher oder einem Niederdruckspei­ cher verbindbar ist. Zu Beginn des Kompressionshubes erfolgt eine Be­ schleunigung des Motorkolbens durch Beaufschlagen des Hydraulikzylin­ ders mit dem Druck im Hochdruckspeicher. Bei Erreichen einer vorbe­ stimmten Motorkolbengeschwindigkeit wird der Hydraulikzylinder über das Umschaltventil mit dem Niederdruckspeicher verbunden, so daß der weitere Kompressionshub des Motorkolbens gegen die wirksame Kraft aus dem Kompressionsdruck des Arbeitsgases erfolgt. Nach dem Erreichen des äußeren Totpunktes (AT) wird das Arbeitsgas gezündet und der Motorkol­ ben in Richtung des inneren Totpunktes (IT) beschleunigt. Während die­ ser Kolbenbewegung vom AT zum IT wird über das Umschaltventil die Ver­ bindung zum Hochdruckspeicher aufgesteuert, so daß der Motorkolben ab­ gebremst und dessen kinetische Energie in potentielle hydraulische Energie umgewandelt und der Hochdruckspeicher geladen wird. Obwohl die Schaltzeiten des Umschaltventiles im Millisenkundenbereich liegen, entstehen beim Auf- und Zusteuern der Verbindung zum Hochdruckspeicher im Umschaltventil Drosselverluste, die in der Größenordnung von 10% der Motorleistung liegen können.

Diese Nachteile des Brandl-Freikolbenmotors lassen sich mit einer anderen Freikolbenbauart, dem sogenannten INNAS-Motor ausräumen, wie er beispielsweise in der WO 9603576 A1 offenbart ist.

Bei diesem INNAS-Freikolbenmotor ist der Hydraulikkolben als Stu­ fenkolben ausgebildet und hat zwei Wirkflächen, von denen die erste größere in einem Kompressionszylinder angeordnet ist, während die zweite kleinere einen Pumpenarbeitsraum oder Arbeitszylinder begrenzt. Die größere Fläche ist mit dem Druck in einem Kompressionszylinder be­ aufschlagbar, während der Arbeitszylinder über Rückschlagventile mit einem Hochdruckspeicher oder einem Niederdruckspeicher verbindbar ist. Dieser INNAS-Freikolbenmotor hat einen gegenüber dem Brandl-Freikol­ benmotor wesentlich komplexeren Aufbau, so daß der vorrichtungstechni­ sche Aufwand relativ hoch ist. Nachteilig bei der vorbeschriebenen Lö­ sung ist desweiteren, daß es beim INNAS-Freikolbenmotor aufgrund der erheblichen Beschleunigungen während des Kompressionshubes zu Kavita­ tionserscheinungen im Arbeitszylinder kommen kann, die zu einer Schä­ digung des Freikolbenmotors führen können.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den gat­ tungsgemäßen Freikolbenmotor derart weiterzubilden, daß der vorrich­ tungstechnische Aufwand verringert und die Betriebssicherheit erhöht ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Freikolbenmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß hat der den Motorkolben in Kompressionsrichtung beaufschlagende Hydraulik- oder Arbeitskolben zwei unabhängig vonein­ ander mit Niederdruck und Hochdruck beaufschlagbare, in Kompressionsrichtung wirksame Stirnflächenabschnitte, wobei zur Ein­ leitung des Kompressionshubes beide Stirnflächenabschnitte mit dem Druck im Niederdruckspeicher beaufschlagt sind. D. h., die Beschleunigung des Motorkolbens erfolgt im Unterschied zu den bekannten Lösungen durch den Druck im Niederdruckspeicher, der wesentlich einfacher kon­ stant zu halten ist, als der Hochdruck bei den herkömmlichen Lösungen.

Da während des gesamten Kompressionshubes Druckmittel aus dem Nie­ derdruckspeicher angesaugt wird, ist die Kavitationsneigung wesentlich geringer als bei den herkömmlichen INNAS-Motor.

Diese Vorteile werden zwar mit dem Nachteil erkauft, daß die rea­ lisierbaren Beschleunigungen aufgrund des gegenüber den bekannten Lö­ sungen niedrigeren Druckes geringer sind - dieser Nachteil läßt sich jedoch durch größere Durchflüsse oder die Einstellung eines höheren Druckes im Niederdruckspeicher weitestgehend kompensieren.

Da zum Betrieb des erfindungsgemäßen Freikolbenmotors lediglich zwei Speicher - der Niederdruckspeicher und der während des Verbren­ nungshubes aufgeladene Hochdruckspeicher erforderlich sind, ist der vorrichtungstechnische Aufwand wesentlich geringer als beim INNAS- Freikolbenmotor, bei dem neben den vorgenannten Druckspeichern auch noch ein Kompressionsspeicher zur Einleitung der Kompressionsbewegung vorgesehen ist.

Bei zwei besonders bevorzugten Varianten wird der Arbeitskolben entweder als Differenzialkolben oder als tassenförmiger Kolben mit ei­ ner Axialbohrung ausgeführt. Bei beiden Varianten ist sowohl die Ring­ fläche als auch die die geringere Wirkfläche bildende Grundfläche mit dem Niederdruckspeicher verbindbar, um den Kompressionshub einzulei­ ten.

Der von der Ringfläche begrenzte Raum kann über eine Hochdrucklei­ tung und ein Rückschlagventil mit einem den Hochdruck führenden Hoch­ druckkanal und über eine Niederdruckleitung und eine den Startvorgang initiierende Ventileinrichtung mit einem den Niederdruck führenden Niederdruckkanal verbunden werden.

Der durch die Grundfläche gebildete weitere Stirnflächenabschnitt des Kolbens kann über den Niederdruckkanal und die Ventileinrichtung mit dem Niederdruckspeicher oder über den Hochdruckkanal mit einem Hochdruckrückschlagventil mit dem Hochdruckspeicher hydraulisch ver­ bunden werden. Die Ventileinrichtung wird dabei derart angesteuert, daß während des Kompressionshubes der Niederdruck auf die beiden Stirnflächenabschnitte des Kolbens wirkt und während des Verbrennungs­ hubes bei der Rückbewegung vom inneren Totpunkt zum äußeren Totpunkt sowohl der Niederdruckspeicher als auch der Hochdruckspeicher aufgela­ den werden können.

Der erfindungsgemäße Freikolbenmotor hat desweiteren einen Nieder­ druckanschluß, der während des Kompressionshubes des Kolbens aufge­ steuert wird, so daß der Druck im Niederdruckspeicher direkt unter Um­ gehung der Ventileinrichtung auf die Ringstirnfläche wirkt.

Bei einer besonders einfachen Variante hat die Ventileinrichtung ein per se bereits bekanntes Startventil, das in seiner einen Schalt­ stellung die Verbindung zwischen Niederdruckkanal und Niederdruckspeicher absperrt und eine Steuerleitung eines entsperrba­ ren Rückschlagventiles im Niederdruckkanal mit dem Druck im Nieder­ druckspeicher in seine Sperrstellung beaufschlagt. Beim Umschalten des Startventils wird das Rückschlagventil entsperrt und die Niederdruck­ leitung aufgesteuert, so daß sowohl die Ringfläche als auch die Grund­ fläche mit dem Druck im Niederdruckspeicher beaufschlagbar sind.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen­ stand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen Freikolbenmotors mit einem tassenförmigen Arbeitskol­ ben;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Freikolbenmotors mit einem als Differentialkolben ausgeführten Arbeitskolben.

Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte Schnittdarstellung eines er­ sten Ausführungsbeispiels eines Freikolbenmotors 1. Dieser hat ein Mo­ torgehäuse 2 mit einem Verbrennungszylinder 4, in dem ein Motorkolben 6 geführt ist. Dieser steht in Wirkverbindung mit einem Arbeitskolben 8, der in einer in die in Figur linke Stirnfläche des Verbrennungszy­ linders 4 einmündende Axialbohrung 10 geführt ist. Der Verbrennungszylinder 4 und ein Boden 12 des Motorkolbens 6 begrenzen einen Verbrennungsraum 14, in dem über ein Einspritzventil 16 Kraft­ stoff einspritzbar ist. In der Fig. 1 dargestellten inneren Totpunkt­ lage (IT) des Motorkolbens 6 ist ein Auslaßkanal 18 aufgesteuert, über den das verbrannte Gemisch aus Frischgas und Kraftstoff nach dem Ver­ brennungshub abführbar ist. Bei der Rückbewegung des Motorkolbens 6 vom IT zur äußeren Totpunktlage (AT) wird über einen Einlaßkanal mit einem Einlaßventil 20 Frischluft in einen rückwärtigen Einlaßraum 22 angesaugt. Der Einlaßraum 22 ist durch einen Überströmkanal 24 mit dem Verbrennungsraum 14 verbunden, wobei die Mündung des Überströmkanals 24 im Verbrennungsraum 14 durch den Motorkolben 6 bei Erreichen des inneren Totpunktes aufgesteuert wird, so daß das einströmende Frisch­ gas die Spülung des Verbrennungsraums 14 unterstützt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ar­ beitskolben 8 als tassenförmiger Hohlkolben mit einer axialen Sack­ lochbohrung 26 ausgeführt. Der Durchmesser der Sacklochbohrung 26 ist derart gewählt, daß deren Grundfläche 28 eine geringere Fläche als die verbleibende stirnseitige Ringfläche 30. Aus der Stirnfläche der Axialbohrung 10 ragt ein Führungsvorsprung 32 in die Axialbohrung 10 hinein, der in die Sacklochbohrung 26 eintaucht, so daß der Arbeits­ kolben 8 entlang seines Außenumfangs der Axialbohrung 10 und entlang der Umfangswandung der Sacklochbohrung 26 am Außenumfang des Führungs­ vorsprungs 32 geführt ist.

Der Führungsvorsprung 32 wird von einem axialen Druckkanal 34 durchsetzt, über den die Grundfläche 28 mit Druckmittel beaufschlagbar ist. In den in der inneren Totpunktlage IT gebildeten Ringraum 34 zwi­ schen der Stirnfläche der Axialbohrung 10 und der Ringfläche 30 münden ein Niederdruckkanal 36 und ein Hochdruckkanal 38 ein. Letztere ist mit einer Hochdruckleitung 40 verbunden, an die ein Hochdruckspeicher 42 angeschlossen ist. Im Hochdruckkanal 38 ist ein Rückschlagventil 44 vorgesehen, das eine Druckmittelströmung vom Ringraum 34 zum Hoch­ druckspeicher 42 zuläßt und eine Strömung in umgekehrter Richtung ver­ hindert. Die Hochdruckleitung 40 mündet in den Druckkanal 32 ein, wo­ bei ein Hochdruck-Rückschlagventil 46 den Druckmittelpfad vom Hoch­ druckspeicher 42 zum Druckkanal 32 absperrt und in Gegenrichtung zu­ läßt.

Der Niederdruckkanal 36 ist über ein Startventil 48 mit einer Nie­ derdruckleitung 50 verbunden, die an einen Niederdruckspeicher 52 an­ geschlossen ist. In der dargestellten Grundposition des Startventils 48 ist die Verbindung zwischen Niederdruckkanal 36 und Niederdruckleitung 50 abgesperrt, während letztere mit einer Steuer­ leitung 54 verbunden ist, die zum Steueranschluß eines in der Nieder­ druckleitung 50 angeordneten entsperrbaren Rückschlagventils 56 führt, so daß dieses in Schließstellung vorgespannt ist. In der zweiten Schaltposition des Startventils 48 ist die Verbindung zwischen dem Niederdruckkanal 36 und der Niederdruckleitung 50 geöffnet und die Verbindung zwischen der Steuerleitung 54 und der Niederdruckleitung 50 abgesperrt, so daß das Rückschlagventil 56 entsperrt ist. Das Druck­ mittel kann dann über den Niederdruckkanal 50, das entsperrbare Rück­ schlagventil 56 und den Druckkanal 32 in die Sacklochbohrung 26 des Arbeitskolbens 8 und über das Startventil 48 und den Niederdruckkanal 36 in den Ringraum 34 einströmen, so daß sowohl die Ringfläche 30 als auch die Grundfläche 28 mit dem Druck im Niederdruckspeicher 52 beauf­ schlagt sind.

In einem vergleichsweise geringem Abstand zur inneren Totpunktlage IT ist in der Axialbohrung 10 eine Ringnut 58 ausgebildet, die über einen Kanal 60 mit der Niederdruckleitung 50 verbunden ist. Die einen Niederdruckanschluß bildende Ringnut 58 wird bei der Bewegung des Ar­ beitskolbens 8 vom IT zum AT durch die Umfangskante der Ringfläche 30 aufgesteuert, so daß nach einer vorbestimmten Wegstrecke eine direkte Verbindung zwischen dem Niederdruckspeicher 52 und dem Ringnut 58 ge­ öffnet ist und das Druckmittel unter Umgehung des Startventils 58 in den Ringraum 34 einströmen kann. Durch dieses direkte Einströmen des Druckmittels werden Drosselverluste im Startventil 48 verringert.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird somit der Kompressionshub durch den Druck im Niederdruckspeicher 52 und nicht in einem zusätzli­ chen Kompressionsspeicher wie beim INNAS-Freikolbenmotor bewirkt. Um eine hinreichende Beschleunigung während des Kompressionshubes ein­ stellen zu können, kann der Druck im Niederdruckspeicher gegenüber den bekannten Lösungen angehoben oder aber die Durchflußmenge des Druck­ mittels erhöht werden, so daß eine hinreichende Beschleunigung ein­ stellbar ist.

Nach einem vergleichsweise geringen Teil des Kompressionshubes wird durch die Umfangskante der Ringfläche 30 die Ringnut 58 aufge­ steuert, so daß die Ringfläche 30 unter Umgehung des Startventils 58 direkt mit dem Druck im Niederdruckspeicher 52 beaufschlagt ist.

Zum besseren Verständnis sei im folgenden die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Freikolbenmotors erläutert.

Zu Beginn eines Zyklus ist der Verbrennungsraum 14 mit Frischluft gefüllt, daß Startventil 48 befindet sich in seiner dargestellten Grundposition und der Motorkolben 6 sowie der Arbeitskolben 8 befinden sich in ihrer inneren Totpunktlage IT.

Zum Einleiten des Kompressionshubes wird das Startventil 48 in seine zweite Schaltstellung gebracht, so daß das Rückschlagentil 56 entsperrt und der Niederdruckkanal 36 mit der Niederdruckleitung 50 verbunden ist - die Ringfläche 30 und die Grundfläche 28 des Arbeits­ kolbens 8 werden mit dem Druck im Niederdruckspeicher 52 beaufschlagt, so daß dieser aus seiner inneren Totpunktlage IT herausbeschleunigt und diese Beschleunigung auf den Motorkolben 6 übertragen wird. Die Beschleunigung des Motorkolbens 6 folgt gegen den sich im Verbren­ nungsraum 14 polytrop anwachsenden Kompressionsdruck der Frischluft, so daß der Motorkolben 6 abgebremst und im äußeren Totpunkt AT zum Stehen kommt.

Während dieses Kompressionshubes wird über den Motorkolben 6 und das Einlaßventil 20 Frischluft in den sich vergrößernden Einlaßraum 22 angesaugt, wobei der Überströmkanal 24 und der Auslaßkanal 18 durch den Motorkolben 6 zugesteuert sind. Sobald der Motorkolben 6 durch den maximal wirksamen Kompressionsdruck in seinem AT abgebremst ist, wird Kraftstoff über das Einspritzventil 16 eingespritzt und durch die hohe Temperatur der Frischluft gezündet, so daß der Motorkolben 6 durch den sich im Verbrennungsraum 14 aufbauenden Verbrennungsdruck vom AT in Richtung zum IT beschleunigt wird. Falls der Arbeitskolben 8 in seinem inneren Totpunkt angehalten werden soll, wird parallel das Startventil 48 in seine Grundposition zurückgeschaltet, der das Rückschlagventil 56 gesperrt und die Verbindung zwischen Niederdruckspeicher 52 und Ringraum 34 abgesperrt ist.

Während der Rückbewegung des Arbeitskolbens 8 wird das Druckmittel im Ringraum 34 durch die Ringfläche 30 über das Rückschlagventil 44 in den Hochdruckspeicher 52 gefördert. Gleichzeitig wird über die Grund­ fläche 28 das Druckmittel im Druckkanal 32 über den Kanal 60 in den Niederdruckspeicher 52 gefördert, so daß beide Speicher während der Bewegung vom AT zum IT geladen werden.

Vor Erreichen des IT wird die Ringnut 58 durch die Umfangskante des Arbeitskolbens 8 zugesteuert, so daß die direkte Verbindung des Ringraum 34 zum Niederdruckspeicher 52 abgesperrt ist. Während der weiteren Bewegung des Arbeitskolbens 8 hin zum IT wird das Druckmittel im Ringraum 34 über das Rückschlagventil 44 in den Hochdruckspeicher 42 gefördert. Da die Ringfläche 30 wesentlich größer als die Grundflä­ che 28 ist, wird der Arbeitskolben 8 durch den stirnseitig wirkenden Hochdruck abgebremst und kommt innerhalb weniger Millimeter im IT zum Stehen. Nachdem der Arbeitskolben 8 etwa in seinem IT abgebremst ist und der Freikolbenmotor 1 bereit zum nächsten Zyklus. Besonders vor­ teilhaft bei der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß der innere Totpunkt bei jedem Zyklus relativ exakt eingehalten werden kann, da der Ar­ beitskolben 8 durch die große Ringfläche 30 über das Rückschlagventil 44 gegen den Hochdruck im Hochdruckspeicher 42 abgebremst wird. Durch den konstanten Druck im Niederdruckspeicher 52 ist gewährleistet, daß stets ein konstanter Kompressionsdruck wirkt, so daß eine gleichför­ mige Beschleunigung des Motorkolbens 6 gewährleistet ist. Da während des gesamten Kompressionshubes Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher 52 nachgesaugt wird, ist die Gefahr des Auftretens von Kavitationser­ scheinungen im Druckkanal 32 oder im Ringraum 34 äußerst gering.

In Fig. 2 ist eine Variante des erfindungsgemäßen Freikolbenmo­ tors dargestellt, die sich hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus le­ diglich in der Ausgestaltung des Arbeitskolbens 8 vom vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel unterscheidet. Im folgenden wird daher nur auf die Unterschiede eingegangen. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist der Arbeitskolben 8 als Differenzialkolben mit einem dem Motorkolben 6 zugewandten vergrößerten Kolbenabschnitt 62 und ei­ nem kolbenstangenförmigen Abschnitt 64 ausgeführt. Die im Motorgehäuse 2 ausgebildete Axialbohrung 10 ist über eine Radialschulter 66 zurück­ gestuft, so daß der kolbenstangenförmige Abschnitt 64 des Arbeitskol­ bens 8 in einem Bohrungsabschnitt 68 mit geringerem Durchmesser ge­ führt ist. Der Druckkanal 32 mündet in die Stirnfläche des Bohrungsab­ schnittes 68 ein, so daß die Grundfläche 28 des radial zurückgesetzten kolbenstangenförmigen Abschnittes des Arbeitskolbens 8 über das entsperrbare Rückschlagventil 56 und die Niederdruckleitung 50 mit dem Niederdruckspeicher 52 verbindbar ist. Die zwischen den Abschnitten 62 und 64 des Arbeitskolbens 8 angeordnete Ringfläche 30 begrenzt mit der. Radialschulter 66 den Ringraum 34, den wie beim vorbeschriebenen Aus­ führungsbeispiel der Niederdruckkanal 36 und der Hochdruckkanal 38 einmünden.

Im Abstand zu der in Fig. 2 dargestellten inneren Totpunktlage ist im Motorgehäuse 2 wiederum eine Ringnut 58 ausgebildet, die durch die Umfangskante der Ringfläche 30 während der Bewegung des Arbeit­ kolbens 8 vom IT zum AT auf- bzw. zugesteuert wird, so daß das Start­ ventil 48 umgangen und die Ringfläche 30 direkt mit dem Druck im Nie­ derdruckspeicher 52 beaufschlagt ist.

D. h., das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich im wesentlichen dadurch, daß die Grundfläche 28 und die Ringfläche 30 an einem Differenzialkolben ausgeführt sind, während sie beim eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel an einem tassen­ förmigen Kolben ausgebildet waren, dessen Axiallänge geringer als die­ jenige des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels ist.

Da die sonstigen Bauelemente und die Funktion des in Fig. 2 dar­ gestellten Ausführungsbeispiels identisch mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels sind, kann auf weitere Erläuterungen verzichtet werden.

Offenbart ist ein Freikolbenmotor, bei dem ein Motorkolben eines Verbrennungszylinders mit einem Arbeitskolben in Wirkverbindung steht. Dieser ist mit zwei Stirnflächenabschnitten ausgeführt, die zur Ein­ leitung eines Kompressionshubes beide mit dem Druck eines Niederdruck­ speichers beaufschlagbar sind. Während eines Verbrennungshubes des Mo­ torkolbens werden der Niederdruckspeicher und ein Hochdruckspeicher geladen.

Bezugszeichenliste

1

Freikolbenmotor

2

Motorgehäuse

4

Verbrennungszylinder

6

Motorkolben

8

Arbeitskolben

10

Axialbohrung

12

Kolbenboden

14

Verbrennungsraum

16

Einspritzventil

18

Auslaßkanal

20

Einlaßventil

22

Einlaßraum

24

Überströmkanal

26

Sacklochbohrung

28

Grundfläche

30

Ringfläche

32

Druckkanal

34

Ringraum

36

Niederdruckkanal

38

Hochdruckkanal

40

Hochdruckleitung

42

Hochdruckspeicher

44

Rückschlagventil

46

Rückschlagventil

48

Startventil

50

Niederdruckleitung

52

Niederdruckspeicher

54

Steuerleitung

56

entsperrbares Rückschlagventil

58

Ringnut

60

Kanal

62

Kolbenabschnitt

64

stangenförmiger Kolbenabschnitt

66

Radialschulter

Claims (8)

1. Freikolbenmotor mit einem Motorkolben (6) und einem mit diesem zu­ sammenwirkenden Arbeitskolben (8), der mit zumindest zwei Stirn­ flächenabschnitten (28, 30) versehen ist, die über eine Ventilanordnung (48, 56, 46, 44) mit einem Hochdruckspeicher (42) oder einem Niederdruckspeicher (52) verbindbar sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Stirnflächenabschnitte (28, 30) zur Einleitung des Kompressionshubes über die Ventileinrichtung (48, 46) mit dem Niederdruckspeicher (52) verbunden sind.

2. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 1, wobei der Arbeitskolben (8) eine Sacklochbohrung (26) hat, deren Grundfläche (28) einen Stirn­ flächenabschnitt und die verbleibende Ringfläche (30) den weiteren Stirnflächenabschnitt bildet, wobei ein von einem Druckkanal (32) durchsetzter Führungsvorsprung (32) in die Sacklochbohrung (26) eintaucht.

3. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 2, wobei der Arbeitskolben (8) als in einer Stufenbohrung (10, 68) geführter Differenzialkolben (8; 62, 64) ausgeführt ist, wobei die Grundfläche (28) des radial zurückgesetzten Kolbenabschnittes 64 einen Stirnflächenabschnitt und die Ringfläche (30) zwischen den Kolbenabschnitten (62, 64) den zweiten Stirnflächenabschnitt ausbildet.

4. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei die Grundflä­ che (28) kleiner als die Ringfläche (30) ist.

5. Freikolbenmotor nach einem der Patentansprüche 2 bis 4, wobei die Ringfläche (30) über einen Hochdruckkanal (38) und ein Rückschlagventil (44) mit einer den Druck im Hochdruckspeicher (42) führenden Hochdruckleitung (40) und über einen Niederdruckka­ nal (36) und die Ventileinrichtung (48, 56) mit einer den Druck im Niederdruckspeicher (52) führenden Niederdruckleitung (50) beauf­ schlagbar ist, und wobei die Grundfläche (28) über die Niederdruckleitung (50) und die Ventileinrichtung (48, 56) mit dem Druck im Niederdruckspeicher (52) und über die Hochdruckleitung (40) und ein Hochdruckrückschlagventil (46) hydraulisch mit dem Hochdruckspeicher (42) verbindbar ist.

6. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 5, wobei im Abstand zu einer äußeren Totpunktlage (AT) des Arbeitskolbens (8) ein mit der Nie­ derdruckleitung (50) verbundener Niederdruckanschluß (58, 60) an­ geordnet ist, der durch eine Steuerkante des Arbeitskolbens (8), vorzugsweise eine Umfangskante der Ringfläche (30) auf- bzw. zu­ steuerbar ist, wobei der Niederdruckkanal (36) und der Hochdruckkanal (38) im Bereich zwischen dem äußeren Totpunkt (AT) und dem Niederdruckanschluß (58, 60) in eine Axialbohrung (10) zur Aufnahme des Arbeitskolbens (8) münden.

7. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei die Ventilein­ richtung ein in der Niederdruckleitung (50) angeordnetes entsperr­ bares Rückschlagventil (56) hat, dessen Steueranschluß zum Verrie­ geln über ein Startventil (48) mit der Niederdruckleitung verbind­ bar ist, daß in einer weiteren Schaltstellung die Niederdrucklei­ tung (50) mit dem Niederdruckkanal (36) verbindet.

8. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 7, wobei das Startventil (48) ein 3/2-Wegeventil ist, dessen Anschlüsse einerseits der Nieder­ druckleitung (50) und andererseits mit einer Steuerleitung (54) des entsperrbaren Rückschlagventils (56) und dem Niederdruckkanal (36) verbunden sind.