DE10147389A1

DE10147389A1 - Free-piston engine has piston pump located between and driven by two opposite pistons in cylinders, to generate working pressure to drive further components

Info

Publication number: DE10147389A1
Application number: DE2001147389
Authority: DE
Inventors: Guenter Hackenfort
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-24

Abstract

The engine has two opposite cylinders (2) with connected pistons, which are moved together and in the same direction. A piston pump positioned between and driven by, the pistons (3) generates a working pressure to drive further components. The pump has an oscillator, moved by the pistons between two dead centers, and two end-sided flow plates with flow channels. The oscillator is enclosed by a rotor with collection pockets for the fluid flowing from the flow channels. The engine is a 2-stroke Diesel engine. The pump elements may be used as feed pump or fuel injection pump.

Description

Die Erfindung betrifft ein Freikolben-Motor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a free-piston engine according to the preamble of claim 1.

Derartige Freikolben-Motoren sind dem Fachmann bekannt. Bei ihnen arbeiten die Kolben nicht über Pleuel auf eine rotierende Kurbelwelle, sondern sind frei oszillierend gelagert. Üblicherweise sind zwei entgegengesetzt angeordnete Kolben in zwei entgegengesetzt angeordneten Zylindern vorgesehen, wobei beide Kolben miteinander verbunden sind, beispielsweise durch ein als Pleuel oder Kolbenstange bezeichnetes Bauteil, so dass sie sich nicht gegensinnig, sondern gleichsinnig bewegen. Diese Verbindung kann gelenklos sein. Üblicherweise wird einer der beiden Kolben wie bei einem Verbrennungsmotor bewegt, während bei dem zweiten Kolben die Energie abgenommen wird, beispielsweise indem ein pneumatischer Druck aufgebaut wird. Free piston engines of this type are known to the person skilled in the art. at the pistons do not work on connecting rods on a rotating one Crankshaft, but are freely oscillating. Usually two oppositely arranged pistons are in two oppositely arranged cylinders provided, wherein both pistons are connected to each other, for example by a component called a connecting rod or piston rod, so that they don't move in opposite directions, but in the same direction. This Connection can be jointless. Usually one of the both pistons moved like an internal combustion engine, while the energy is drawn from the second piston, for example by building up a pneumatic pressure.

Da bei dem Freikolben-Motor keine systembedingte runde Bewegung erzeugt wird wie bei einem mit einer Kurbelwelle arbeitenden Motor, besteht eine erste Schwierigkeit darin, die im Motor erzeugte Energie abzuführen und beliebigen weiteren anzutreibenden Arbeitseinheiten zuzuführen. Eine zweite Schwierigkeit liegt darin, dass Zündaussetzer oder ähnliche Behinderungen des Motorlaufs zu einem plötzlichen Stillstand des Motors führen können, da sie nicht durch eine gleichmäßig rotierende Schwungmasse überbrückt werden. Because the free-piston engine does not have a system-specific round Movement is generated like with a crankshaft working engine, a first difficulty is that in the Dissipate energy generated by the engine and any other work units to be driven. A second Difficulty lies in misfiring or the like Impairment of the engine running to a sudden stop of the engine can lead because they are not rotating evenly Inertia are bridged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Freikolben-Motor dahingehend zu verbessern, dass eine problemlose Leistungsabnahme vom Motor möglich ist und ein zuverlässiger, von Unterbrechungen möglichst freier Motorlauf, erzielbar ist. The invention has for its object a generic free piston engine to improve that a easy power consumption from the engine is possible and a reliable engine running that is as free from interruptions as possible, is achievable.

Diese Aufgabe wird durch einen Freikolben-Motor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This task is accomplished with a free piston engine Features of claim 1 solved.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, zwischen den beiden Kolben die Energie abzunehmen und in Druck umzusetzen und zu diesem Zweck eine Pumpe vorzusehen, die durch den Freikolben-Motor angetrieben ist und ihrerseits den Druck als Arbeitsdruck für nachgeschaltete Komponenten bereitstellt. Es kann sich um eine Hydraulikpumpe handeln, welche hydraulischen Druck für dementsprechend hydraulische nachgeschaltete Komponenten aufbaut, sei es mit den üblichen Hydraulikfluiden, sei es mit Wasser, wobei derartige Pumpen und Komponenten als Wasserhydraulik-Systeme bekannt sind. Durch einen anderen Kolbenaufbau kann aber auch ein pneumatischer Druck wie im Kompressor erzeugt werden, für dementsprechend pneumatische nachgeschaltete Komponenten. Nachfolgend wird stellvertretend für diese vorgenannten Möglichkeiten stets ausschließlich ein hydraulisches System beschrieben. In other words, the invention proposes between the both pistons to take the energy off and in pressure to implement and for this purpose to provide a pump that by the free piston engine is driven and in turn the pressure as working pressure for downstream components. It can be a hydraulic pump, which hydraulic pressure for accordingly hydraulic builds downstream components, be it with the usual Hydraulic fluids, be it with water, such pumps and Components are known as water hydraulic systems. Through a Pneumatic pressure can also be used for other piston structures as generated in the compressor for accordingly pneumatic downstream components. Below is representative of these aforementioned options only a hydraulic system is described.

Es ergibt sich der Vorteil, dass wahlweise beide Zylinder als Verbrennungs-Arbeitszylinder genutzt werden können, so dass ein Stillstand des Motors nicht auftritt, sondern stets einer der beiden Zylinder gezündet werden kann, um den Motor, sollte es eine Unterbrechung oder Unregelmäßigkeit im Motorlauf gegeben haben, weiter in Gang zu halten. Ggf. können vergleichsweise schwere Kolben in den Zylindern verwendet werden, deren Massenträgheit etwa ähnlich einer rotierenden Schwungscheibe wirkt, wie sie sonst bei den üblichen Hubkolbenmotoren verwendet wird. The advantage is that both cylinders can be selected as Combustion cylinders can be used so that the engine does not come to a standstill, but always one of the two cylinders can be fired to the engine, it should an interruption or irregularity in engine running have given to keep going. Possibly. can comparatively heavy pistons are used in the cylinders, their inertia roughly similar to a rotating one Flywheel acts as it normally does with the usual reciprocating piston engines is used.

Dabei schlägt die Erfindung zwei grundsätzliche Arbeitsvarianten der Energieabnahme vor:
Eine erste Arbeitsvariante der Hydraulikpumpe kann in der Ausgestaltung als Kolbenpumpe mit einem oder mehreren Kolben bestehen. Dabei ist zwischen den beiden Kolben des Freikolben-Motors ein Nockenelement vorgesehen, welches einen oder mehrere als Nocken bezeichnete Vorsprünge aufweist, mit denen es auf die Kolben der Hydraulikpumpe einwirkt. The invention proposes two basic work variants for energy consumption:
A first working variant of the hydraulic pump can consist of a piston pump with one or more pistons. In this case, a cam element is provided between the two pistons of the free-piston engine, which has one or more projections called cams with which it acts on the pistons of the hydraulic pump.

Das Nockenelement kann etwa stangenförmig ausgestaltet sein mit mehreckigem oder rundem Querschnitt. Dabei können jeweils mehrere hydraulische Kolben entlang dem Nockenelement vorgesehen sein. Zudem können mehrere hydraulische Kolben umfangsmäßig um das Nockenelement herum verteilt angeordnet sein. The cam element can be approximately rod-shaped with polygonal or round cross-section. You can several hydraulic pistons each along the cam element be provided. In addition, several hydraulic pistons distributed circumferentially around the cam element be arranged.

Bei der Anordnung mehrerer Hydraulikkolben der Hydraulikpumpe kann vorgesehen sein, einzelne Kolben wahlweise zu- oder abschalten zu können, um auf diese Weise die Leistung steuern zu können, die dem Freikolben-Motor entnommen wird, sodass bei einem geringeren Leistungsbedarf der Motor widerstandsärmer und damit verbrauchsgünstiger laufen kann. When arranging several hydraulic pistons Hydraulic pump can be provided, individual pistons optionally or to be able to switch off in order to reduce the performance to be able to control which is taken from the free-piston engine, so that the motor needs less power can run with less resistance and therefore more fuel-efficient.

Um eine möglichst gleichmäßige Leistungsabnahme zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, die Nocken des Nockenelementes versetzt zueinander anzuordnen und/oder die einzelnen Hydraulikkolben der Hydraulikpumpe in Längsrichtung des Nockenelementes versetzt zueinander anzuordnen, sodass nicht schlagartig stets sämtliche Hydraulikkolben gleichzeitig durch die Nocken des Nockenelementes belastet werden, sondern vielmehr eine Vergleichmäßigung des Widerstandes erfolgt, welchen die angetriebene Hydraulikpumpe für die oszillierenden Kolben des Freikolben-Motors darstellen. To ensure the most even possible decrease in performance enable, can be provided, the cams of the cam element staggered and / or the individual Hydraulic piston of the hydraulic pump in the longitudinal direction of the To arrange cam element offset to each other, so that not suddenly all hydraulic pistons at the same time the cams of the cam element are loaded, but rather, the resistance is evened out, which the driven hydraulic pump for the oscillating Represent the pistons of the free-piston engine.

Bei einer mit rundem Querschnitt ausgestalteten Nockenwelle kann vorgesehen sein, die Nocken um die Längsachse der Nockenwelle verdrehen zu können, beispielsweise indem die Nockenbahnen auf einer derart verdrehbar gelagerten Hülse vorgesehen sind. Dabei können unterschiedlich verlaufende Nockenbahnen vorgesehen sein, beispielsweise mit unterschiedlich ansteigenden Nockenformen oder mit unterschiedlichen Nockenhöhen, sodass durch eine Veränderung des Hubs der einzelnen Hydraulikkolben der Hydraulikpumpe der Volumenstrom der Hydraulikpumpe beeinflusst werden kann und dementsprechend beispielsweise eine Drehzahländerung eines nachgeschalteten rotierenden Hydraulikaggregats erzielt werden kann. For a camshaft with a round cross-section can be provided, the cams around the longitudinal axis of the To be able to twist the camshaft, for example by the Cam tracks on such a rotatably mounted sleeve are provided. It can be different Cam tracks can be provided, for example with differently rising cam shapes or with different Cam heights, so that by changing the stroke of the individual hydraulic pistons of the hydraulic pump the volume flow the hydraulic pump can be influenced and accordingly, for example, a change in speed of a downstream rotating hydraulic unit can be achieved.

Alternativ kann auch ohne eine Verstellbeweglichkeit des Nockenelementes vorgesehen sein, eine Beeinflussung des Volumenstroms der Hydraulikpumpe dadurch zu ermöglichen, dass mehrere Nockenbahnen mit unterschiedlichen Nockenhöhen vorgesehen sind, wobei stets nur die Hydraulikkolben aktiviert sind, die den gewünschten Volumenstrom fördern, die also an den Nocken mit der gewünschten Nockenhöhe angeordnet sind. Eine derartige Beeinflussung des Volumenstroms ist bei runden, ebenen oder beliebig anderweitig geformten Nockenelementen möglich. Alternatively, without an adjustment movement of the Be provided cam element, influencing the Volume flow of the hydraulic pump to allow that several cam tracks with different cam heights are provided, whereby only the hydraulic pistons are always activated are that promote the desired volume flow, that is to say the cams are arranged with the desired cam height. Such an influencing of the volume flow is with round, flat or any other shaped cam elements possible.

Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, einen oder mehrere der "Hydraulikkolben" nicht tatsächlich für den Betrieb der Hydraulikpumpe zu nutzen, sondern vielmehr als Förderpumpe oder Einspritzpumpe für den Kraftstoff zu verwenden, mit dem der Freikolben-Motor betrieben wird. Optionally, one or more of the "Hydraulic pistons" are not actually used to operate the Hydraulic pump to use, but rather as a feed pump or To use injection pump for the fuel with which the Free piston engine is operated.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, den Freikolben-Motor als Zweitakt-Motor auszugestalten. Die im Vergleich zu einem Viertakt-Motor höhere Frequenz der Zündungen bewirkt einen besonders zuverlässigen Schutz vor einem Motorstillstand bei etwaigen Funktionsstörungen, beispielsweise Zündaussetzern o. dgl.. Zudem ist insbesondere bei dem Zweitakt-Prinzip die Arbeitsweise eines Freikolben-Motors besonders vorteilhaft, da hier der vergleichsweise großvolumige Kurbelraum entfällt. Dementsprechend kann eine volumenmäßig besser aufeinander abgestimmte Dimensionierung des Hubraums einerseits und des "Kurbel-"Raumes, also des zwischen den Kolben befindlichen Raumes erzielt werden, sodass das Spülverhalten des Motors optimiert werden kann. It can advantageously be provided that the free-piston engine To design a two-stroke engine. The compared to one Four-stroke engine higher ignition frequency causes one Particularly reliable protection against an engine shutdown any malfunctions, for example misfires or the like. In addition, in particular with the two-stroke principle How a free-piston engine works is particularly advantageous because here the comparatively large-volume crankcase is eliminated. Accordingly, one can better each other in terms of volume coordinated dimensioning of the displacement on the one hand and the "Crank" space, that is, the space between the pistons Space can be achieved so that the flushing behavior of the engine can be optimized.

Vorteilhaft kann der Motor als Dieselmotor ausgelegt sein. Bei diesem Arbeitsprinzip ist eine besonders hohe Störunanfälligkeit gegeben, da Zündaussetzer aufgrund des Selbstzünderprinzips ausgeschlossen werden können. The engine can advantageously be designed as a diesel engine. at This working principle is particularly susceptible to interference given, because of misfiring due to the self-ignition principle can be excluded.

Anstelle eines im wesentlichen stangenartigen Nockenelementes kann auch ein etwa plattenförmiges Nockenelement vorgesehen sein. Bei diesem können auf einer Nockenplatte mehrere Nocken vorgesehen sein, sodass entweder mehrere Kolben einer hydraulischen Kolbenpumpe betätigt werden können oder durch Verschiebung der Platte unterschiedliche Nockenbahnen mit den Kolben der Hydraulikpumpe zusammenwirken können. Instead of an essentially rod-like one A cam element can also be an approximately plate-shaped cam element be provided. This can have several on one cam plate Cams can be provided so that either several pistons a hydraulic piston pump can be operated or by moving the plate different cam tracks can interact with the pistons of the hydraulic pump.

Gemäß einer zweiten Arbeitsvariante kann die Hydraulikpumpe als Rotationspumpe ausgestaltet sein: Ein von den Kolben bzw. dem dazwischen befindlichen Pleuel mitgenommener Oszillator wirkt als Verdrängungskörper und bewegt sich zwischen zwei Strömungsplatten hin und her. In den Strömungsplatten sind Strömungskanäle vorgesehen, die sichelförmig gebogen von einem Mittelpunkt nach radial außen verlaufen und dort einen Rotor antreiben. According to a second working variant, the hydraulic pump can be designed as a rotary pump: one of the pistons or the connecting rod located between the oscillator acts as a displacement body and moves between two Flow plates back and forth. Are in the flow plates Flow channels provided that are crescent-shaped run radially outward from a center and there one Drive the rotor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der rein schematischen Zeichnungen nachfolgend erläutert. Dabei zeigt Embodiments of the invention are based on the pure schematic drawings explained below. It shows

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Freikolben-Motor mit einem stangenartigen Nockenelement, Fig. 1 shows a cross section through a free-piston engine having a rod-like cam member,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht in den Motor von Fig. 1, Fig. 2 is a perspective view of the engine of FIG. 1,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, jedoch mit einem Nockenelement mit rundem Querschnitt und Fig. 3 is a view similar to FIG. 2, but with a cam element with a round cross section and

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich den Fig. 2 und 3, jedoch in einem kleineren Maßstab und mit plattenförmigen Nockenelementen, Fig. 4 is a view similar to FIGS. 2 and 3, but on a smaller scale and with plate-shaped cam elements,

Fig. 5-7 ein Ausführungsbeispiel der zweiten Arbeitsvariante mit Rotationspumpe. Fig. 5-7 an embodiment of the second work variant with a rotary pump.

In Fig. 1 ist mit 1 allgemein ein Freikolben-Motor bezeichnet, bei dem in an sich bekannter Weise zwei miteinander fluchtende und gegenüberliegend angeordnete Zylinder 2 jeweils einen Kolben 3 aufnehmen, wobei die beiden Kolben 3 durch eine Kolbenstange 4 miteinander verbunden sind. Diese Verbindung kann gelenklos ausgestaltet sein, sodass jeder der beiden Kolben 3 den jeweils anderen Kolben 3 führt. Da das Kolbenhemd der Kolben nicht als Kippsicherung dienen muss, kann es besonders kurz ausgestaltet sein, ggf. kürzer als bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, so dass die Kolben ggf. sogar lediglich scheibenartig ausgestaltet sind. In Fig. 1, 1 generally designates a free-piston engine, in which, in a manner known per se, two cylinders 2 which are aligned and arranged opposite one another each receive a piston 3 , the two pistons 3 being connected to one another by a piston rod 4 . This connection can be designed hingeless, so that each of the two pistons 3 leads the respective other piston. 3 Since the piston skirt of the piston does not have to serve as an anti-tipping device, it can be designed to be particularly short, possibly shorter than in the exemplary embodiment shown, so that the pistons may even have a disk-like configuration.

In ihrem mittleren Bereich ist die Kolbenstange 4 als Nockenelement 5 ausgestaltet, wobei abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch vorgesehen sein kann, ein Nockenelement als separates Bauteil an der Kolbenstange 4 zu befestigen. In its central region, the piston rod 4 is designed as a cam element 5 , whereby, in deviation from the exemplary embodiment shown, it can also be provided that a cam element is attached to the piston rod 4 as a separate component.

Das Nockenelement 5 weist mehrere Nockenbahnen auf, wobei als Nockenbahn stets der Verlauf zwischen Erhebungen und Vertiefungen beschrieben ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Nockenelement 5 jeweils fünf in Verschieberichtung hintereinander angeordnete Nocken 6 auf. The cam element 5 has a plurality of cam tracks, the course between elevations and depressions always being described as the cam track. In the exemplary embodiment shown, the cam element 5 has five cams 6 arranged one behind the other in the direction of displacement.

Diese Nocken 6 wirken auf Kolben 7 ein, die als Hydraulikkolben zur Verdrängung von Hydraulikfluid ausgestaltet sind und Teil einer Hydraulikpumpe sind, wobei in Fig. 1 sämtliche Hydraulikkolben 7 in ihrer druckbeaufschlagten Stellung dargestellt sind, wobei sie den freien Enden der Nocken 6 anliegen, also durch den maximalen Nockenhub maximal eingedrückt sind und eine maximale Menge von Hydraulikfluid verdrängen. These cams 6 act on pistons 7 , which are designed as hydraulic pistons for displacing hydraulic fluid and are part of a hydraulic pump, all hydraulic pistons 7 being shown in their pressurized position in FIG. 1, whereby they rest against the free ends of the cams 6 , that is to say are maximally depressed by the maximum cam stroke and displace a maximum amount of hydraulic fluid.

Durch angedeutete Federn 8 werden die Kolben 7 aus ihrer druckbeaufschlagten Stellung in eine demgegenüber entspannte Stellung zurückgeführt, sobald sich die beiden Kolben 3 des Freikolben-Motors 1 bewegen und sich dementsprechend auch das Nockenelement 5 bewegt, sodass die Nocken 6 vor den Hydraulikkolben 7 verschoben werden und die Kolben 7 durch die Federn 8 in die Täler zwischen zwei benachbarten Nocken 6 geführt werden. Indicated springs 8 return the pistons 7 from their pressurized position to a relaxed position as soon as the two pistons 3 of the free-piston engine 1 move and accordingly the cam element 5 also moves, so that the cams 6 are moved in front of the hydraulic pistons 7 and the pistons 7 are guided through the springs 8 into the valleys between two adjacent cams 6 .

Bei jeder Hin- und Herbewegung der Kolben 3 und der Kolbenstange 4 werden die Hydraulikkolben 7 aufgrund der Vielzahl der Nocken 6 jeweils mehrfach betätigt, sodass insgesamt eine hydraulische Kolbenpumpe geschaffen wird, über welche die Leistung des Freikolben-Motors 1 abgenommen werden kann. Hydraulische Kolbenpumpen sind dem Fachmann bekannt, so dass lediglich die Kolben 7 und Federn 8 der Kolbenpumpe dargestellt sind und sämliche anderen Bauteile und Leitungen der Kolbenpumpe aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt sind. With each reciprocating movement of the pistons 3 and the piston rod 4 , the hydraulic pistons 7 are actuated several times due to the large number of cams 6 , so that overall a hydraulic piston pump is created, via which the power of the free-piston engine 1 can be removed. Hydraulic piston pumps are known to the person skilled in the art, so that only the pistons 7 and springs 8 of the piston pump are shown and all other components and lines of the piston pump are not shown for reasons of clarity.

Fig. 2 zeigt, dass der Freikolben-Motor 1 insgesamt als Vierzylinder ausgestaltet ist, wobei die beiden in der Zeichnung hinteren Kolben 3 jeweils nach links und die beiden vorderen Kolben 3 jeweils nach rechts verschoben sind, so dass ein guter Massenausgleich der oszillierenden Massen erreicht wird. Insbesondere, wenn der Freikolben-Motor als Zweitakt-Motor betrieben wird, kann ein besonders gleichmäßiger und ruhiger, vibrationsarmer Lauf ermöglicht werden. Fig. 2 shows that the free-piston engine 1 is designed as a four-cylinder, the two rear pistons 3 in the drawing are each shifted to the left and the two front pistons 3 are shifted to the right, so that a good mass balance of the oscillating masses is achieved becomes. Particularly when the free-piston engine is operated as a two-stroke engine, a particularly smooth and quiet, low-vibration run can be made possible.

Fig. 2 zeigt weiterhin, dass das Nockenelement 5 als Nockenstange mit einem viereckigen Querschnitt ausgestaltet ist, wobei Nockenbahnen auf jeder der vier Umfangsflächen des Nockenelementes 5 ausgestaltet sind. Dementsprechend sind um den Umfang des Nockenelementes 5 verteilt jeweils an vier Stellen hydraulische Kolben 7 angeordnet, und zwar jeweils mehrere Kolben nebeneinander. Die Kolben 7 bilden gemeinsam die Hydraulik-Kolbenpumpe. FIG. 2 further shows that the cam element 5 is designed as a cam rod with a square cross section, cam tracks being configured on each of the four peripheral surfaces of the cam element 5 . Accordingly, hydraulic pistons 7 are arranged at four points around the circumference of the cam element 5 , in each case several pistons next to one another. The pistons 7 together form the hydraulic piston pump.

Dabei kann vorgesehen sein, dass nicht sämtliche dieser Kolben 7 als Teile der Hydraulikpumpe dienen, sondern einer oder mehrere dieser Kolben 7 können als Kraftstoffpumpe dienen, um Kraftstoff aus einem Vorratstank zum Freikolben-Motor 1 zu fördern, und/oder einer bzw. mehrere dieser Kolben 7 können als Einspritzpumpe dienen, um den Kraftstoff in die Zylinder 3 einzuspritzen oder in den zwischen jeweils zwei Kolben 3 befindlichen Raum einzuspritzen, der, auch wenn keine drehbare Kurbel vorgesehen ist, als "Kurbelraum" bezeichnet wird. It can be provided that not all of these pistons 7 serve as parts of the hydraulic pump, but one or more of these pistons 7 can serve as a fuel pump to deliver fuel from a storage tank to the free-piston engine 1 , and / or one or more of these Pistons 7 can serve as an injection pump in order to inject the fuel into the cylinders 3 or inject into the space between two pistons 3 , which, even if no rotatable crank is provided, is referred to as the "crank chamber".

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich dem der Fig. 2, jedoch ist das Nockenelement 5 nicht mit einem mehreckigen Querschnitt versehen, sondern mit einem runden Querschnitt, wobei auch hier sowohl umfangsmäßig als auch längs am Nockenelement 5 jeweils mehrere hydraulische Kolben 7 angeordnet sind. Fig. 3 shows an embodiment similar to that of FIG. 2, but the cam element 5 is not provided with a polygonal cross-section, but with a round cross-section, with several hydraulic pistons 7 being arranged both circumferentially and longitudinally on the cam element 5 .

Das Nockenelement 5 ist als eine verschiebbar gelagerte Hülse ausgestaltet, welche entlang dem Doppelpfeil umfangsmäßig um die Längsachse der Kolbenstange 4 verdreht werden kann. Bei der dargestellten Stellung erfolgt ein maximaler Kolbenhub der hydraulischen Kolben 7, sobald die Kolbenstange 4 in ihrer Längsrichtung hin und her bewegt wird. The cam element 5 is designed as a displaceably mounted sleeve which can be rotated circumferentially around the longitudinal axis of the piston rod 4 along the double arrow. In the position shown, a maximum piston stroke of the hydraulic pistons 7 occurs as soon as the piston rod 4 is moved back and forth in its longitudinal direction.

Wenn gegenüber dieser in Fig. 3 dargestellten Stellung das als Hülse ausgestaltete Nockenelement 5 auf der Kolbenstange 4 verdreht wird, ergeben sich andere, und zwar flacher verlaufende Nockenbahnen, denen die hydraulischen Kolben 7 anliegen, sodass bei Bewegung der Kolbenstange 4 ein geringerer Hub der hydraulischen Kolben 7 bewirkt wird und dementsprechend ein geringerer Volumenstrom mittels der Hydraulikpumpe gefördert wird. If the cam element 5 designed as a sleeve is rotated on the piston rod 4 in relation to this position shown in FIG. 3, there are other, more flat cam tracks, against which the hydraulic pistons 7 rest, so that when the piston rod 4 moves, the hydraulic stroke is less Piston 7 is effected and accordingly a lower volume flow is promoted by means of the hydraulic pump.

Unabhängig von dieser Beeinflussung der Hydraulikpumpe ist es möglich, einzelne oder Gruppen von hydraulischen Kolben 7 abzuschalten. Zu diesem Zweck können die Hydraulikkolben 7 in ihrer eingezogenen, die Federn 8 spannenden Stellung festgesetzt werden, beispielsweise mittels mechanischer Riegelmittel oder durch Betätigung hydraulischer Ventile. Die Bewegung der Kolbenstange 4 wird aufgrund dieser abgeschalteten hydraulischen Kolben 7 nun weniger behindert, sodass nun der Freikolben-Motor geringere Kraftstoffmengen verbraucht. Auf diese Weise kann eine bedarfsgerecht angepasste Leistung bereitgestellt und eine entsprechende Betriebsweise des Freikolben-Motors 1 mit möglichst geringem Kraftstoffverbrauch ermöglicht werden. Weitere Verbrauchssenkungen sind durch Minimierung der durch eine Motorkühlung als Wärme abgeführten Leistung möglich. Hierzu können besonders wärmebeständige Werkstoffe verwendet werden, z. B. Keramik- oder Kohlefaserwerkstoffe für die Zylinder 2, die Kolben 3 und/oder die Kolbenstange 4. Regardless of this influence on the hydraulic pump, it is possible to switch off individual or groups of hydraulic pistons 7 . For this purpose, the hydraulic pistons 7 can be fixed in their retracted position which tension the springs 8 , for example by means of mechanical locking means or by actuating hydraulic valves. The movement of the piston rod 4 is now less hindered due to the hydraulic pistons 7 being switched off, so that the free-piston engine now consumes less fuel. In this way, a power adapted to the needs can be provided and a corresponding operating mode of the free-piston engine 1 can be made possible with the lowest possible fuel consumption. Further reductions in consumption are possible by minimizing the heat dissipated by engine cooling. For this purpose, particularly heat-resistant materials can be used, e.g. B. ceramic or carbon fiber materials for the cylinder 2 , the piston 3 and / or the piston rod 4th

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich dem der Fig. 1-3, wobei das Nockenelement 5 jedoch nicht stangen- sondern plattenartig ausgestaltet ist. Aufgrund der zweidimensionalen Ausgestaltung und der oberen sowie unteren Oberfläche jeder Platte kann die Anordnung eine Vielzahl von hydraulischen Kolben 7 an jedem Nockenelement vorgesehen sein, so dass die gleichen Ausgestaltungsmöglichkeiten wie für die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele hinsichtlich der Nutzung bzw. Betätigung der hydraulischen Kolben 7 gelten. Fig. 4 shows an embodiment similar to that of Figs. 1-3, but the cam element 5 is not designed rod-like but plate-like. Due to the two-dimensional design and the upper and lower surface of each plate, the arrangement can be provided with a plurality of hydraulic pistons 7 on each cam element, so that the same design options as for the previously described exemplary embodiments apply with regard to the use or actuation of the hydraulic pistons 7 .

Auch bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 kann eine Veränderung des Volumenstroms durch unterschiedliche Nockenbahnen vorgesehen sein, wobei zu diesem Zweck entweder die plattenförmigen Nockenelemente 5 verschiebbar gelagert sein können. Eine erheblich einfachere Ausgestaltung kann jedoch dadurch erfolgen, dass die zu einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefassten Kolben 7 gegenüber dem übrigen Motorgehäuse und insbesondere gegenüber Nockenelementen 5 verschiebbar gelagert sind, und zwar in einer Richtung, die etwa quer zu der Längsachse der Kolbenstange 4 verläuft, wie dies durch den über den Kolben 7 angedeuteten Doppelpfeil angedeutet ist. In the embodiment of FIG. 4, a change in the volume flow can be provided by different cam tracks, for which purpose either the plate-shaped cam elements 5 can be slidably mounted. A considerably simpler configuration can, however, take place in that the pistons 7 , which are combined to form a common assembly, are displaceably mounted with respect to the rest of the motor housing and in particular with respect to cam elements 5 , in a direction that runs approximately transversely to the longitudinal axis of the piston rod 4 , as is the case here is indicated by the double arrow indicated by the piston 7 .

In den Fig. 5 bis 7 ist ein Ausführungsbeispiel mit Rotationspumpe dargestellt:
Ein von den Kolben 3 bzw. der dazwischen befindlichen Kolbenstange 4 mitgenommener Oszillator 9 wirkt als Verdrängungskörper und bewegt sich zwischen zwei Strömungsplatten 10 hin und her. In den Strömungsplatten 10 sind Strömungskanäle 11 vorgesehen, die sichelförmig gebogen von einem Mittelpunkt nach radial außen verlaufen und dort einen Rotor 12 antreiben. An exemplary embodiment with a rotary pump is shown in FIGS. 5 to 7:
An oscillator 9 carried by the pistons 3 or the piston rod 4 located between them acts as a displacement body and moves back and forth between two flow plates 10 . Flow channels 11 are provided in the flow plates 10 , which run in a crescent shape and extend radially outward from a center point and drive a rotor 12 there .

In dem Hohlraum zwischen dem Oszillator 9 und der Strömungsplatte 10 befindet sich Hydraulikfluid. Nähert sich der Oszillator 9 der Strömungsplatte 10, wird das Fluid durch die Strömungskanäle 11 gepresst und gerät aufgrund des Verlaufes der Strömungskanäle 11 in eine gebogen verlaufende Strömung, die um den Mittelpunkt von Oszillator 9 und Strömungsplatte 10 umzulaufen bestrebt ist. Außerhalb des Oszillators 9 ist der drehbeweglich gelagerter Rotor 12 vorgesehen, der Ausnehmungen 14 zur Aufnahme des Hydraulikfluids aufweist. Hydraulic fluid is located in the cavity between the oscillator 9 and the flow plate 10 . When the oscillator 9 approaches the flow plate 10 , the fluid is pressed through the flow channels 11 and, due to the course of the flow channels 11, gets into a curved flow which is aimed at circulating around the center of the oscillator 9 and the flow plate 10 . Outside the oscillator 9 , the rotatably mounted rotor 12 is provided, which has recesses 14 for receiving the hydraulic fluid.

Diese Ausnehmungen 14 schließen an die Strömungskanäle 11 der Strömungsplatte 10 an und können als im Querschnitt schuppen- oder tropfenartig angeordnete Aufnahmetaschen ausgestaltet sein, sodass das umfangsmäßig um den Oszillator 9 zu strömen bestrebte Hydraulikfluid aus den Strömungskanälen 11 der Strömungsplatte 10 und gegen die Kontur dieser Aufnahmetaschen strömt, so den Rotor 12 antreibt, und weiterhin innerhalb der Aufnahmetaschen etwa parallel zur gemeinsamen Längsachse des Oszillators 9 und des Rotors 12 strömt, und schließlich in die gegenüberliegenden Strömungskanäle 11 der zweiten, gegenüberliegenden Strömungsplatte 10 eintaucht. Das Hydraulikfluid kann von dieser zweiten Strömungsplatte 10 in zunehmendem Maße in den sich vergrößernden Freiraum gelangen, der zwischen dieser zweiten Strömungsplatte 10 und dem Oszillator 9 entsteht, wenn sich der Oszillator 9 zunehmend auf die erstgenannte Strömungsplatte 10 zu bewegt. These recesses 14 adjoin the flow channels 11 of the flow plate 10 and can be designed as receiving pockets arranged in the manner of scales or drops in cross section, so that the hydraulic fluid sought to flow circumferentially around the oscillator 9 out of the flow channels 11 of the flow plate 10 and against the contour of these receiving pockets flows, so drives the rotor 12 , and continues to flow within the receiving pockets approximately parallel to the common longitudinal axis of the oscillator 9 and the rotor 12 , and finally immersed in the opposite flow channels 11 of the second, opposite flow plate 10 . The hydraulic fluid can increasingly get from this second flow plate 10 into the increasing free space that arises between this second flow plate 10 and the oscillator 9 when the oscillator 9 moves increasingly towards the first-mentioned flow plate 10 .

Diese Bewegung ist beendet, wenn der Oszillator 9, ähnlich wie die Kolben 3 des Freikolbenmotors, seinen Totpunkt erreicht hat. Der Totpunkt kann so liegen, dass der Oszillator 9 sehr nahe an die Strömungsplatte 10 geführt ist, um somit kleine bauliche Abmessungen der Hydraulikpumpe zu ermöglichen. Es kann jedoch auch ein erheblicher Zwischenraum vorgesehen sein, der fluidgefüllt ist, um durch die größere Fluidmenge eine bessere Kühlung des Hydraulikfluids zu ermöglichen. This movement is ended when the oscillator 9 , like the pistons 3 of the free-piston engine, has reached its dead center. The dead center can lie in such a way that the oscillator 9 is guided very close to the flow plate 10 , in order thus to enable small structural dimensions of the hydraulic pump. However, there can also be a considerable space which is filled with fluid in order to enable better cooling of the hydraulic fluid due to the larger amount of fluid.

Bei der anschließend beginnenden entgegengesetzten Bewegung der beiden Kolben 3, der Kolbenstange 4 und des Oszillators 9 strömt das Hydraulikfluid aus dem zweiten, nunmehr sich verringernden Freiraum durch die Strömungskanäle 11 der zweiten Strömungsplatte 10 erneut in die Ausnehmungen 14 des Rotors 12, treibt diesen Rotor 12 dabei weiter in der bisherigen Drehrichtung um den Oszillator 9 um und gelangt in den erstgenannten, sich nunmehr vergrößernden Freiraum zwischen dem Oszillator 9 und der erstgenannten Strömungsplatte 10. In the subsequent opposite movement of the two pistons 3 , the piston rod 4 and the oscillator 9 , the hydraulic fluid flows out of the second, now decreasing free space through the flow channels 11 of the second flow plate 10 into the recesses 14 of the rotor 12 , drives this rotor 12 thereby continues in the previous direction of rotation around the oscillator 9 and reaches the first-mentioned, now increasing free space between the oscillator 9 and the first-mentioned flow plate 10 .

Claims

1. Free piston engine,
with two cylinders facing each other,
pistons in the cylinders being connected to one another and jointly movable in the same direction,
characterized by
that a pump driven by the pistons ( 3 ) is provided between the two pistons ( 3 ),
which builds up a working pressure to drive other components.

2. Free-piston engine according to claim 1, characterized in
that the pump has an oscillator which is driven by the pistons and can be moved back and forth between two dead centers,
as well as two end-side flow plates with flow channels arranged in a star shape and running radially outwards in a crescent shape,
the oscillator being surrounded by a rotatably mounted rotor,
which has collecting pockets for the fluid flowing out of the flow channels,
wherein the recesses of the rotor formed by the collecting pockets extend from one to the second flow plate.

3. Free piston engine according to claim 1, characterized in that
that the pump is designed as a piston pump,
and that a cam element ( 5 ) is arranged between the two pistons ( 3 ) and is moved by the pistons ( 3 ),
wherein the piston or pistons ( 7 ) of the pump run on the cam track of the cam element ( 5 ).

4. Free-piston engine according to claim 3, characterized in that the cam element ( 5 ) is designed as a cam rod or camshaft, the cam track running longitudinally on the cam element ( 5 ).

5. Free-piston engine according to claim 4, characterized in that several cam tracks are provided around the circumference of the cam element ( 5 ).

6. Free-piston engine according to claim 4 or 5, characterized in that a plurality of pistons ( 7 ) of the pump are arranged around the circumference of the cam element ( 5 ).

7. Free-piston engine according to claim 3, characterized in that the cam element ( 5 ) is designed as a cam plate, with a plurality of cams ( 6 ) arranged next to and / or behind one another.

8. Free-piston engine according to claim 3, characterized in that a plurality of pistons ( 7 ) arranged next to and / or behind one another of the pump are provided.

9. Free-piston engine according to one of claims 3-8, characterized in that cam tracks with different cam shapes are provided.

10. Free-piston engine according to claim 9, characterized in that the cam element ( 5 ) is adjustable, such that different cam tracks optionally cooperate with the piston or pistons ( 7 ) of the pump.

11. Free-piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that two or more pump elements - such as pistons ( 7 ) - are provided, one or more of which can be switched off.

12. Free-piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that two or more hydraulic pump elements - such as pistons ( 7 ) - are provided, one or more of which serve as a feed pump or injection pump for the fuel of the free-piston engine ( 1 ) ,

13. Free-piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the free-piston engine ( 1 ) is designed as a two-stroke diesel engine.

14. Free piston engine according to one of the preceding Claims, characterized in that the pump and the downstream components as parts of a Hydraulic system are trained.