DE102008053068A1

DE102008053068A1 - Freikolbenmotor mit variablem Hub, Verfahren zum Betreiben eines Freikolbenmotors und Verwendung von Öffnungen in einer Kolbenaufnahme

Info

Publication number: DE102008053068A1
Application number: DE102008053068A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Gräf; Jürgen Gräf
Original assignee: UMC Universal Motor Corp GmbH
Current assignee: Trivium Business Development Co Ag Ch
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2028-10-25
Also published as: DE102008053068B4; WO2010046121A1; DE102008053068C5

Abstract

Freikolbenmotor (10) mit variablem Hub, aufweisend einen Kolben (12) und eine Kolbenaufnahme (14) mit einer Seitenwand (16), entlang derer sich der Kolben (12) linear verlagern kann, und mit einer ersten Öffnung (22) und einer zweiten Öffnung (24), die dafür ausgebildet sind, eine Zufuhr von Brennstoffgemisch (34) und eine Abfuhr von Abgas (32) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Seitenwand (16) eine dritte Öffnung (36) dafür ausgebildet ist, eine Zufuhr von Brennstoffgemisch (34) oder eine Abfuhr von Abgas (32) zu ermöglichen. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Freikolbenmotors (10) und die Verwendung von Öffnungen (22, 24, 36, 38) in einer Kolbenaufnahme (14) eines Freikolbenmotors (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Freikolbenmotor mit variablem Hub, aufweisend einen Kolben und eine Kolbenaufnahme mit einer Seitenwand, entlang derer sich der Kolben linear verlagern kann, und mit einer ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung, die dafür ausgebildet sind, eine Zufuhr von Brennstoffgemisch und eine Abfuhr von Abgas zu ermöglichen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Freikolbenmotors mit den folgenden Schritten:

– Verlagern eines Kolbens in einer Kolbenaufnahme bei variablem Hub, und
– in einem ersten Betriebszustand, Zuführen von Brennstoffgemisch und Abführen von Abgas mittels einer ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung.

Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Verwendung von Öffnungen in einer Kolbenaufnahme eines Freikolbenmotors, wobei in einem ersten Betriebszustand eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung für ein Zuführen von Brennstoffgemisch und ein Abführen von Abgas verwendet werden.
Ein solcher Freikolbenmotor, ein solches Verfahren und eine solche Verwendung sind aus der WO 03/091556 A1 bekannt.
Ein Freikolbenmotor weist einen Antriebsteil und einen Arbeitsteil auf. Durch einen Expansionsprozess in einem Expansionsraum des Arbeitsteils wird der Kolben in der Kolbenaufnahme verlagert. Bei dem Expansionsprozess handelt es sich insbesondere um die Verbrennung eines Brennstoffgemisches, wodurch chemische Energie freigesetzt wird. Diese chemische Energie wird zumindest teilweise in kinetische Energie umgesetzt, nämlich in die Bewegung des Kolbens. Es ist für den Freikolbenmotor charakteristisch, dass diese kinetische Energie des Kolbens im Arbeitsteil nicht mechanisch ausgekoppelt wird, also nicht über mechanische Triebwerke, wie es zum Beispiel bei einem Kurbeltrieb der Fall wäre. Stattdessen erfolgt die Leistungsabgabe nicht-mechanisch, wobei der Arbeitsteil insbesondere als Pumpe, Verdichter oder Generator ausgeführt ist.
Der Freikolbenmotor ist bisher häufig dafür verwendet worden, einen Kompressor anzutreiben. Dabei wird in einem Druckraum ein Medium verdichtet, welches dann unter Druck in einen Druckspeicher abgeführt wird. Ferner sind Freikolbenmotoren realisiert worden, bei denen die freigesetzte chemische Energie in hydraulische Arbeit umgesetzt wird.
Wenngleich sich die vorliegende Erfindung unabhängig vom Wirkprinzip des Arbeitsteils anwenden lässt, richtet sich das Augenmerk der nachfolgenden Betrachtun gen auf einen Freikolbenmotor mit integriertem Lineargenerator zur Erzeugung von elektrischer Energie, der auch als Freikolbengenerator bezeichnet wird. Hier haben sich in der Vergangenheit vielversprechende Ansätze gezeigt, die daraufhin deuten, dass ein Freikolbenmotor mit integriertem Lineargenerator für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sein könnte und zu einer serientauglichen Reife geführt werden könnte. Daher stellen die nachfolgenden Erläuterungen auf den Freikolbengenerator ab, auch wenn sich die vermittelten Lehren unmittelbar auch auf Freikolbenmotoren übertragen lassen, deren Arbeitsteil auf einem anderen Wirkprinzip beruht und insbesondere als Pumpe oder Verdichter ausgeführt ist.
Ein Freikolbenmotor bietet aufgrund der fehlenden mechanischen Anbindung, also insbesondere aufgrund einer fehlenden Kurbelwelle, eine variable Einstellung des Hubraums und der Verdichtung. Dies ermöglicht sowohl für den Volllastbereich als auch für den Teillastbereich eine überdurchschnittliche Kraftstoffeffizienz bei hoher Leistungsdynamik und eine kontrollierte, emissionsarme Verbrennung. Die variable Verdichtung ermöglicht zudem die Verwendung unterschiedlichster Kraftstoffe und Kraftstoffgemische (Flexfuel).
Weitere Vorteile des Freikolbenmotors sind seine kompakte, einfache Bauweise und seine Modularität, die eine Leistungsvervielfachung durch eine einfache Kopplung mehrerer Module ermöglicht. Dabei bietet der modulare Ansatz insbesondere die Möglichkeit, die Kostenziele und die Anforderungen an die Antriebstechnik bei Automobilen zu erfüllen. Die Technologie des Freikolbenmotors lässt sich in vielen weiteren Anwendungsfeldern, wie der stationären Energieversorgung oder für den Einsatz als Mobilhydraulikeinheit, verwenden. Die kompakten Abmessungen und die Skalierbarkeit bezüglich der Leistungsabgabe ermöglichen weitere Anwendungen beispielsweise als Notstromaggregat oder als Hilfsenergieversorgung (Auxiliary Power Unit, APU).
Die eingangs genannte WO 03/091556 A1 zeigt einen fortschrittlichen Freikolbenmotor auf, der bei Volllast einen großen Expansionsraum beziehungsweise Brennraum zur Verfügung stellen kann und dahingegen im Teillastbetrieb lediglich einen deutlich geringeren Expansionsraum verwendet. Durch eine besondere Ansteuerung des Freikolbenmotors lassen sich die gewünschten Umkehrpunkte beziehungsweise Totpunkte, die Kolbengeschwindigkeit und die Verdichtung einstellen.
Das Konzept dieses Freikolbenmotors hat sich in ersten Versuchen als vorteilhaft erwiesen. Dabei hat sich bei ersten Untersuchungen herausgestellt, dass – obwohl der Freikolbenmotor prinzipiell auch einen 4-Takt-Betrieb ermöglicht – ein 2-Takt-Betrieb sowohl vorteilhaft für den Betrieb des Freikolbenmotors ist als auch Kostenvorteile bei der Herstellung bringt. Beim 2-Takt-Betrieb stellen jedoch das Erzielen eines guten Wirkungsgrads und guter Abgaswerte eine stete Herausforderung dar.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Freikolbenmotor aufzuzeigen, der eine verbesserte Betriebscharakteristik, gerade im Hinblick auf den Wirkungsgrad und die Abgaswerte, insbesondere beim Hochlast- oder Volllastbetrieb, bietet. Dabei ist es ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Freikolbenmotors aufzuzeigen. Schließlich ist es auch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine entsprechende verbesserte Verwendung von Öffnungen in einer Kolbenaufnahme eines Freikolbenmotors aufzuzeigen.
Die Aufgabe wird bei einem eingangs genannten Freikolbenmotor mit variablem Hub dadurch gelöst, dass an der Seitenwand mindestens eine weitere, dritte Öffnung dafür ausgebildet ist, eine Zufuhr von Brennstoffgemisch oder eine Abfuhr von Abgas zu ermöglichen.
Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass die Betriebscharakteristik des bekannten Freikolbenmotors gerade beim Hochlastbetrieb, insbesondere beim Volllastbetrieb, verbessert werden kann. Unter dem Begriff des Hochlastbetriebs soll dabei ein Betriebszustand des Freikolbenmotors verstanden werden, bei dem er mindestens 50%, bevorzugt mindestens 70% und insbesondere mindestens 90% seiner maximal verfügbaren Leistung abgibt. Der Hochlastbetrieb umfasst also auch den Volllastbetrieb.
Da bei einem 2-Takt-Betrieb kein eigener Zyklus für das Ausstoßen von Abgas vorhanden ist, muss eine sog. Spülung des Expansionsraums beziehungsweise des Brennraums erfolgen. Das heißt, es muss nahezu gleichzeitig sowohl die Zufuhr von Brennstoffgemisch als auch die Abfuhr von Abgas durchgeführt werden. Dabei wurde im Rahmen der Erfindung festgestellt, dass sich im Teillastbetrieb ein ausreichend vollständiges Spülen des Brennraums erzielen lässt, sich jedoch der mit steigender Leistungsanforderung größer werdende Hubraum, insbesondere im Hochlastbereich, immer schwerer vollständig spülen lässt.
Der eingangs genannte Freikolbenmotor verwendet eine Umkehrspülung, die aufgrund des immer länger werdenden Spülwegs erschwert wird. Außerdem wird immer mehr Energie benötigt, um den Gaswechsel, also die Abfuhr von Abgas und die Zufuhr von frischem Brennstoffgemisch, zu realisieren. Zudem wurde festgestellt, dass der Restabgasgehalt ansteigt, da insbesondere die unteren Bereiche des Brennraums, also in der Nähe des Kolbens, nicht mehr vollständig mit frischem Brennstoffgemisch beziehungsweise Frischgas gefüllt werden können.
Um das Problem, das im Rahmen dieser Erfindung erkannt wurde, zu lösen, wird vorgeschlagen, dass an der Seitenwand der Kolbenaufnahme eine dritte Öffnung ausgebildet ist. Diese dritte Öffnung dient der Zufuhr von Brennstoffgemisch oder der Abfuhr von Abgas. Dabei ist es insbesondere so, dass die dritte Öffnung in einem ersten Betriebszustand keine Funktion hat, d. h. die dritte Öffnung ist im ersten Betriebszustand geschlossen, verdeckt oder einfach unbenutzt und wird erst im zweiten Betriebszustand geöffnet, freigegeben oder benutzt. Bei dem ersten Betriebszustand handelt es sich insbesondere um einen Teillastbetrieb, und bei dem zweiten Betriebszustand handelt es sich insbesondere um einen Hochlastbetrieb, besonders bevorzugt um einen Volllastbetrieb.
Für den ersten Betriebszustand sei angenommen, dass die erste Öffnung der Zufuhr von frischem Brennstoffgemisch und die zweiten Öffnung der Abfuhr von Abgas dient. Die erste Öffnung dient dann als Einlass und die zweite Öffnung als Auslass. Dabei ist es im ersten Betriebszustand bevorzugt, dass die dritte Öffnung inaktiv ist, also insbesondere keinen Einfluss auf die Zufuhr von frischem Brennstoffgemisch oder die Abfuhr von Abgas hat.
Im zweiten Betriebszustand kommt nun die dritte Öffnung zum Einsatz, wobei insbesondere die folgenden Betriebsarten als vorteilhaft erachtet werden:

1) Die dritte Öffnung wird für die Abfuhr von Abgas verwendet. Dadurch verringert sich der Staudruck, wenn das Abgas aus dem Brennraum herausgedrückt werden soll. Dadurch kann das Abgas vollständiger aus dem Brennraum abgeführt werden. Außerdem kann die dritte Öffnung derart angeordnet werden, dass sich ein weiterer Spülweg, also der Weg entlang dessen das Abgas mit Hilfe des frischen Brennstoffgemischs aus dem Brennraum hinausgedrückt wird, ergibt. Dadurch kann der Effekt, dass bestimmte Bereiche des Brennraums nicht oder schlecht gespült werden, verringert oder sogar verhindert werden.
2) Die dritte Öffnung wird für die Zufuhr von frischem Brennstoffgemisch verwendet. Auf diese Weise kann das Abgas noch gezielter in Richtung der zweiten Öffnung verdrängt werden. Auf diese Weise können außerdem die ehemals schwer zu spülenden Bereiche besser mit frischem Kraftstoffgemisch gefüllt werden.
3) Die erste Öffnung wird passiv geschaltet, insbesondere verschlossen, und die dritte Öffnung übernimmt die Funktion der Zufuhr von frischem Brennstoffgemisch. Auf diese Weise ist es möglich, für den zweiten Betriebszustand einen anderen Spülweg bereitzustellen als für den ersten Betriebszustand. Diese Betriebsart ist gegenüber der nachstehend beschriebenen Betriebsart etwas bevorzugt, da Kolbenbewegung bei der Kompression und Spülweg dann in etwa gleich gerichtet sind, was zu einem besonders guten Spülergebnis führt.
4) Die zweite Öffnung wird passiv geschaltet, insbesondere verschlossen und die dritte Öffnung übernimmt die Funktion der Abfuhr von Abgas. Auch auf diese Weise ist es möglich, für den zweiten Betriebszustand einen anderen Spülweg bereitzustellen als für den ersten Betriebszustand.

Erste Versuche zeigen, dass die Betriebsart 1) gewisse Vorteile zu bieten scheint. Es ist aber grundsätzlich möglich, jede der Betriebsarten einzusetzen. Dabei können die Betriebsarten auch abwechselnd eingesetzt und insbesondere während des Betriebs verändert werden.
Wenn eine Öffnung für eine Zufuhr von Brennstoffgemisch ausgebildet ist, kann man sie auch als Einlassöffnung bezeichnen, an der dann insbesondere eine Brennstoffgemischzufuhrleitung angeordnet ist, über die Frischluft oder Brennstoff oder ein Gemisch aus Frischluft und Brennstoff zugeführt wird. Wenn eine Öffnung für eine Abfuhr von Abgas ausgebildet ist, kann man sie auch als Auslassöffnung bezeichnen, an der dann insbesondere eine Abgasleitung angeordnet ist.
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass das Brennstoffgemisch, das später im Brennraum verbrannt wird, nicht mit all seinen Bestandteilen durch die gleiche Öffnung eingebracht werden muss. Zwar ist es bevorzugt, dass das Brennstoffgemisch bereits eine Mischung von Frischluft und Brennstoff ist, doch ist es auch möglich einen Teil, z. B. nur die Frischluft durch eine Öffnung für eine Zufuhr von Brennstoffgemisch in den Brennraum zu führen und den Brennstoff auf einem anderen Weg, insbesondere mittels einer Einspritzdüse. Bei einer solchen Ausgestaltung gelangt über die Öffnung, die für eine Zufuhr von Brennstoffgemisch ausgebildet ist, nur Frischluft in den Brennraum.
Damit ist die eingangs gestellte Aufgabe vollständig gelöst.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die dritte Öffnung in einem Abschnitt der Seitenwand angeordnet, den die Stirnseite des Kolbens bei einer Bewegung mit maximalen Hub überstreicht.
Die dritte Öffnung ist also so angeordnet, dass sie aufgrund der Bewegung des Kolbens ab einem bestimmten Zeitpunkt freigegeben wird, sofern der Kolben eine Bewegung mit ausreichend großem, insbesondere maximalem Hub durchführt. Daher kann der Einsatz der dritten Öffnung, insbesondere das Freigeben der dritten Öffnung, auf einfache Weise mittels des Kolbens gesteuert werden. Je nachdem, ob die dritte Öffnung bezogen auf den unteren Totpunkt bei maximalem Hub weiter entfernt oder näher an diesem unteren Totpunkt angeordnet ist, erfolgt die Freigabe der dritten Öffnung bereits bei geringerer Leistungsanforderung oder erst bei höherer Leistungsanforderung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die dritte Öffnung in einem Abschnitt der Seitenwand derart angeordnet, dass die dritte Öffnung bei einem ersten Betriebszustand des Freikolbenmotors am unteren Totpunkt einer Bewegung des Kolbens verdeckt ist und bei einem zweiten Betriebszustand des Freikolbenmotors am unteren Totpunkt einer Bewegung des Kolbens freigegeben ist.
Auf diese Weise lässt sich die Aktivierung der dritten Öffnung in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe einfach realisieren. Sofern der Kolben im ersten Betriebszustand, also insbesondere im Teillastbereich, eine eher kurze Hubbewegung durchführt, bleibt die dritte Öffnung inaktiv, da sie keine Verbindung zum Expansionsraum hat, insbesondere vom Kolben verdeckt ist. Die Spülung des Expansionsraums beziehungsweise des Brennraums findet dann entlang eines Spülwegs von der ersten Öffnung zur zweiten Öffnung statt. Im zweiten Betriebszustand wird die dritte Öffnung dann freigegeben, und es kann eine der oben genannten Betriebsarten eingestellt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die dritte Öffnung höchstens 50%, bevorzugt höchstens 30% und insbesondere höchstens 15% des maximalen Hubs vom unteren Totpunkt bei maximalem Hub entfernt angeordnet.
So kann auf einfache Weise eingestellt werden, dass die dritte Öffnung bei geringer Leistungsabgabe inaktiv bleibt und erst bei höherer Leistungsabgabe, insbesondere im Hochlastbetrieb, ihre Funktion aufnimmt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Öffnung ein erstes Ventil auf, das dafür ausgebildet ist, die erste Öffnung über der Zeit freizugeben und zu verschließen. Auf diese Weise lässt sich die Zufuhr von frischem Brennstoffgemisch oder die Abfuhr von Abgas besonders gut steuern. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass im Zusammenhang mit dieser Anmeldung die Begriffe ”Steuern” oder ”Steuerung” neben Steuermechanismen auch einfache Stellmechanismen und Regelmechanismen mit oder ohne Rückkopplung bedeuten können.
Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass es vorteilhaft ist, das erste Ventil als Einspritzdüse auszubilden. Zudem ist es vorteilhaft, wenn die zweite Öffnung ein zweites Ventil aufweist, das dafür ausgebildet ist, die zweite Öffnung über der Zeit freizugeben und zu verschließen, selbst wenn die erste Öffnung kein erstes Ventil aufweist. Besonders bevorzugt ist es aber, wenn sowohl die erste Öffnung als auch die zweite Öffnung jeweils ein Ventil aufweisen. Bevorzugt ist es dann außerdem, wenn die dritte Öffnung ein Ventil aufweist, das dafür ausgebildet ist, die dritte Öffnung über der Zeit freizugeben und zu verschließen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Öffnung an einer Stirnwand der Kolbenaufnahme angeordnet.
Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft im Hinblick auf die Zufuhr von frischem Brennstoffgemisch in den Expansionsraum beziehungsweise Brennraum und bezüglich des Spülwegs, der für die Abfuhr von Abgas ausgebildet wird. Da die erste Öffnung zu keinem Zeitpunkt vom Kolben verdeckt wird, kann die Verwendung und/oder die Betätigung der ersten Öffnung unabhängig von der Leistungsabgabe des Freikolbenmotors vorgenommen werden. Unter der Stirnwand soll dabei der Teil der Kolbenaufnahme verstanden werden, der der Stirnseite des Kolbens zugewandt ist. Alterna tiv hierzu, kann die zweite Öffnung an einer Stirnwand der Kolbenaufnahme angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn sowohl die erste als auch die zweite Öffnung an der Stirnwand angeordnet sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der variable Hub als Wegstrecke zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt beschrieben, wobei insbesondere der untere Totpunkt variierbar ist.
Zunächst ist festzustellen, dass bei einem Freikolbenmotor der obere und der untere Totpunkt variierbar sind, weil es keine feste mechanische Anbindung gibt, wie zum Beispiel an einer Kurbelwelle, die einen definierten Hub vorgibt. Der obere Totpunkt benötigt bezüglich seiner Variabilität aber lediglich einen eher geringen Spielraum, da sich zum Beispiel Änderungen bei der Verdichtung bereits durch kleine Veränderungen des oberen Totpunkts bewirken lassen.
Im Zusammenhang mit der Erfindung wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der untere Totpunkt über einen großen Bereich variabel ist, um ein großes Spektrum von Leistungsabgaben, insbesondere vom Leerlauf bis hin zur Volllast, abdecken zu können. Beim ersten Betriebszustand wird der untere Totpunkt dann bevorzugt so gewählt, dass der Kolben die dritte Öffnung verdeckt, wohingegen der untere Totpunkt beim zweiten Betriebszustand so gewählt wird, dass die dritte Öffnung während des Hubs freigegeben wird. Der untere Totpunkt lässt sich daher bevorzugt in einem Bereich von 50% des maximalen Hubs, besonders bevorzugt in einem Bereich von 70% des maximalen Hubs und insbesondere in einem Bereich von 90% des maximalen Hubs, jeweils gerechnet vom maximalen unteren Totpunkt, variieren.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an der Seitenwand eine vierte Öffnung dafür ausgebildet, eine Zufuhr von Brennstoffgemisch oder eine Abfuhr von Abgas zu ermöglichen.
Diese Ausgestaltung eröffnet weitere Möglichkeiten, die Zufuhr von frischem Brennstoffgemisch und die Abfuhr von Abgas zu gestalten. Wie noch im Hinblick auf die Ausführungsbeispiele näher erläutert wird, können im zweiten Betriebszustand, also insbesondere im Hochlastbetrieb, die Öffnungen variabel für die Zufuhr von frischem Brennstoffgemisch und die Abfuhr von Abgas eingesetzt werden.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die dritte und die vierte Öffnung der Zufuhr von Brennstoffgemisch und die erste und/oder die zweite Öffnung der Abfuhr von Abgas dienen. Dann ist die Richtung des Spülwegs in etwa gleich gerichtet zur Kolbenbewegung, was zu einem guten Spülergebnis führt. Es ist außerdem bevorzugt, wenn die vierte Öffnung bezogen auf die Hubrichtung des Kolbens an derselben Stelle, jedoch in radialer Richtung versetzt, angeordnet ist. Dabei kann die vierte Öffnung insbesondere in Bezug auf eine Mittelachse der Kolbenaufnahme gegenüber von der dritten Öffnung angeordnet sein.
Be einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist/sind die dritte Öffnung und/oder die vierte Öffnung als Schlitz ausgeführt.
Die dritte Öffnung und/oder die vierte Öffnung sind dabei insbesondere in der Art eines Schlitzes ausgeführt, wie er aus dem Gebiet der 2-Takt-Motoren bekannt ist. Das Öffnen und Verschließen der dritten Öffnung und/oder der vierten Öffnung lässt sich dann besonders einfach mittels des Kolbens realisieren, insbesondere ohne die Notwendigkeit weiterer beweglicher Teile. Der jeweilige Schlitz kann einfach in der Seitenwand der Kolbenaufnahme ausgebildet sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Öffnung für die Zufuhr von Brennstoffgemisch und die anderen Öffnungen für die Abfuhr von Abgas ausgebildet.
Dadurch entsteht beim Ausstoßen des Abgas nur ein geringer Staudruck, so dass eine gute Spülung erzielt werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist, zusätzlich zu dem genannten, ersten Kolben, der mit einem ersten Abschnitt einer Innenwand der Kolbenaufnahme einen Expansionsraum begrenzt, ein zweiter Kolben in der Kolbenaufnahme angeordnet, der mit einem zweiten Abschnitt der Innenwand der Kolbenaufnahme einen Fluidpufferraum begrenzt.
Diese Ausgestaltung ermöglicht in besonders günstiger Weise die Rückkehr des Kolbens in eine Position, an der ein weiterer Verbrennungsvorgang stattfinden kann. Durch die Expansion im Expansionsraum, beziehungsweise die Verbrennung im Brennraum, wird der zweite Kolben in die Richtung des Fluidpufferraums verlagert, so dass ein darin befindliches Fluid, insbesondere ein Gas und insbesondere bevorzugt Luft, verdichtet. Die kinetische Energie der Kolbenanordnung, die den ersten und den zweiten Kolben aufweist, die durch das Arbeitsteil des Freikolbenmotors nicht ausgekoppelt wurde, wird in eine Komprimierung des Fluids umgesetzt, so dass der Kolben wieder in Richtung des Expansionsraums zurückschnellt, wenn sich das Fluid im Fluidpufferraum entspannt. Der erste und der zweite Kolben sind dabei insbesondere im Wesentlichen starr miteinander verbunden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Kolben ein Läufer angeordnet, an dem entlang der Hubrichtung Magnete angeordnet sind, die mit einem Stator zur Erzeugung von elektrischer Energie zusammenwirken.
So lässt sich auf einfache Weise zumindest ein Teil der kinetischen Energie des Kolbens beziehungsweise einer Kolbenanordnung, zu der auch der Läufer gehört, in elektrische Energie umwandeln.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt im ersten Betriebszustand das Abführen von Abgas durch eine Öffnung und im zweiten Betriebszustand das Zuführen von Brennstoffgemisch durch dieselbe Öffnung.
Auf diese Weise kann der Spülweg und/oder die Spülrichtung in Abhängigkeit von dem Betriebszustand flexibel eingestellt werden. Es ist zusätzlich oder alternativ außerdem vorteilhaft, wenn im ersten Betriebszustand das Zuführen von durch eine Öffnung und im zweiten Betriebszustand das Brennstoffgemisch Abführen von Abgas durch dieselbe Öffnung erfolgt.
Die Aufgabe wird ferner durch ein eingangs genanntes Verfahren gelöst, bei dem in einem zweiten Betriebszustand, ein Zuführen von Brennstoffgemisch oder ein Abführen von Abgas mittels einer dritten Öffnung erfolgt. Insbesondere ist die dritte Öffnung im ersten Betriebszustand inaktiv, d. h. sie wird im Hinblick auf das Zuführen von Brennstoffgemisch und das Abführen von Abgas nicht verwendet.
Dies wird insbesondere dadurch erzielt, dass ein unterer Totpunkt des Kolben in einem ersten Betriebszustand die dritte Öffnung verdeckt und dass ein unterer Totpunkt des Kolben in einem zweiten Betriebszustand die dritte Öffnung teilweise oder ganz freigibt.
Schließlich wird die Aufgabe auch durch eine Verwendung der eingangs genannten Art gelöst, bei der in einem zweiten Betriebszustand die dritte Öffnung für das Zuführen von Brennstoffgemisch oder das Abführen von Abgas verwendet wird.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung näher dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine teilgeschnittene Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Freikolbenmotors im Teillastbetrieb;
2 eine teilgeschnittene Darstellung der ersten Ausführungsform des Freikolbenmotors gemäß 1 im Volllastbetrieb;
3 eine teilgeschnittene Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Freikolbenmotors im Volllastbetrieb;
4 eine teilgeschnittene Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Freikolbenmotors im Volllastbetrieb;
5 eine teilgeschnittene Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Freikolbenmotors im Volllastbetrieb;
6 eine teilgeschnittene Darstellung einer fünften Ausführungsform eines Freikolbenmotors im Volllastbetrieb.
7 eine teilgeschnittene Darstellung einer sechsten Ausführungsform eines Freikolbenmotors im Volllastbetrieb; und
8 eine teilgeschnittene Darstellung einer siebten Ausführungsform eines Freikolbenmotors im Volllastbetrieb.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors 10, der einen ersten Kolben 12 und eine Kolbenaufnahme 14 aufweist. Der Freikolbenmotor 10 ist hier in einer teilweise geschnittenen Ansicht gezeigt. Die Kolbenaufnahme 14 hat einen ovalen, insbesondere kreisförmigen Querschnitt. Die Kolbenaufnahme 14 hat eine Seitenwand 16, entlang derer sich der Kolben 12 linear entlang einer Hubrichtung 18 (mittels des Doppelpfeils angezeigt) verlagern kann.
Die Kolbenaufnahme 14 weist außerdem eine Stirnwand 20 auf, in der eine erste Öffnung 22 und eine zweite Öffnung 24 ausgebildet sind, wobei die erste Öffnung 22 mit einer Brenngemischzufuhrleitung 23 in Verbindung steht und die zweite Öff nung 25 mit einer Abgasabfuhrleitung 25 in Verbindung steht. Die erste Öffnung 22 und die zweite Öffnung 24 weisen hier jeweils entsprechend ein erstes Ventil 26 und ein zweites Ventil 28 auf, die dafür ausgebildet sind, die jeweilige Öffnung 22, 24 über der Zeit freizugeben und zu verschließen. Dazu werden die Ventile 26, 28 zeitlich angesteuert.
Die erste Öffnung ist hier dafür ausgebildet, eine Zufuhr von frischem Brennstoffgemisch zu ermöglichen, und die zweite Öffnung ist dafür ausgebildet, eine Abfuhr von Abgas zu ermöglichen. Der Vorgang der Zufuhr von Brennstoffgemisch und der Abfuhr von Abgas sind mittels eines Pfeils symbolisiert, der den Strömungsweg beziehungsweise Spülweg 30 zeigt. Dabei stellt die Pfeilspitze 32 symbolisch die Abfuhr von Abgas und das Pfeilende 34 die Zufuhr von Brennstoffgemisch dar.
An der Seitenwand 16 der Kolbenaufnahme 14 sind eine dritte Öffnung 36 und eine vierte Öffnung 38 ausgebildet, die eine Zufuhr von Brennstoffgemisch oder eine Abfuhr von Abgas ermöglichen. Bei der hier gezeigten Darstellung dienen die dritte und die vierte Öffnung 36, 38 beide der Abfuhr von Abgas. Es kann aber auch eine andere Zuordnung vorgesehen sein, die insbesondere auch während des Betriebs geändert werden kann, wie noch im Hinblick auf die weiteren Ausführungsbeispiele erläutert wird. Die dritte Öffnung 36 und die vierte Öffnung 38 sind hier als Schlitze ausgebildet. Die Ansteuerung der dritten und vierten Öffnung 36, 38 findet über den Kolben 12 statt. Insbesondere ist kein weiteres Element erforderlich die Funktion der dritten und vierten Öffnung 36, 38 zu steuern.
Bei der gezeigten Position des Kolbens 12, der hier an seinem unteren Totpunkt dargestellt ist, den er während eines ersten Betriebszustands, hier einem Teillastbetrieb, erreicht, hat weder die dritte Öffnung 36 noch die vierte Öffnung 38 eine Verbindung zum Expansionsraum 40 der von der Seitenwand 16, der Stirnwand 20 und einer Stirnseite 42 des Kolbens 12 gebildet ist. Daher wird der Gaswechsel in diesem ersten Betriebszustand durch eine Umkehrspülung erzielt, die mit dem Spülweg 30 angedeutet ist.
Die Funktionsweise des Arbeitsteils des Freikolbenmotors 10, der hier als Lineargenerator 44 ausgebildet ist, ist im Detail in der eingangs zitierten WO 03/091556 A1 erläutert. Die dort enthaltene Offenbarung bezüglich der Funktionsweise des elektrischen Arbeitsteils, insbesondere die Offenbarung von Seite 21, Zeile 17 bis Seite 24, Zeile 22, werden hiermit in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit einbezogen.
Es soll daher lediglich kurz auf die prinzipielle Funktionsweise eingegangen werden. Der Lineargenerator 44 weist einen Läufer 46 auf, der an dem Kolben 12 angeordnet ist. Entlang der Hubrichtung 18 sind an dem Läufer mehrere Magnete 48 angeordnet, die mit einem Stator 50 zur Erzeugung von elektrischer Energie zusammenwirken. Der Stator 50 weist eine Vielzahl von Wicklungen 52 auf, in denen mittels der Magnete 48 ein Strom induziert wird. Die Wicklungen 52 werden mit Hilfe von Kühlkanälen 54 gekühlt.
Zusätzlich zu dem genannten, ersten Kolben 12, der mit einem ersten Abschnitt einer Innenwand 56 der Kolbenaufnahme 14 den Expansionsraum 40 begrenzt, ist ein zweiter Kolben 58 in der Kolbenaufnahme 14 angeordnet, der mit einem zweiten Abschnitt der Innenwand 60 der Kolbenaufnahme 14 einen Fluidpufferraum 62 begrenzt und der im Wesentlichen starr mit dem ersten Kolben 12 über den Läufer 46 verbunden ist. Im Fluidpufferraum 62 befindet sich eine solche Menge eines Fluids 64, insbesondere Luft, dass sich im ersten Betriebszustand der gezeigte untere Totpunkt des Kolbens 12 einstellt. Die Einstellung der Menge des Fluids 64 erfolgt über ein Steuerventil 66, mit dem Fluid 64 aus dem Fluidpufferraum 62 abgelassen oder dem Fluidpufferraum 62 zugeführt werden kann.
Nachdem das Brennstoffgemisch im Expansionsraum 40 zündet, wird die Kolbenanordnung 68, also der erste Kolben 12, der Läufer 46 und der zweite Kolben 58, nach rechts (bezogen auf die Figur) bewegt. Dadurch vergrößert sich der Expansionsraum 40 einerseits und verkleinert sich der Fluidpufferraum 62 andererseits. Indem die Magnete 48 am Stator 50 vorbeigeführt werden, wird ein Teil der kinetischen Energie der Kolbenanordnung 68 in elektrische Energie umgesetzt. Der verbleibende Teil der kinetischen Energie führt dazu, dass sich die Bewegung der Kolbenanordnung 68 fortsetzt, bis der Druck im Fluidpufferraum 62 so groß wird, dass die Bewegung der Kolbenanordnung 68 gestoppt wird.
Ab diesem Zeitpunkt entspannt sich das Fluid 64 wieder und drückt die Kolbenanordnung 68 nach links (bezogen auf die Figur). Bei dieser Bewegung, ggf. auch schon früher, öffnet das erste Ventil 26 und frisches Brennstoffgemisch strömt in den Expansionsraum 40. Nahezu zeitgleich oder mit einem kleinen zeitlichen Versatz öffnet sich das zweite Ventil 28, so dass das im Expansionsraum 40 befindliche Abgas durch die zweite Öffnung 24 hinausgedrückt wird. Die Kolbenanordnung 68, insbesondere der Kolben 12, erreicht wieder eine Position, an der eine weitere Zündung erfolgen kann. Der beschriebene Zyklus wiederholt sich dann erneut.
In 2 ist der Freikolbenmotor 10 in einem zweiten Betriebszustand dargestellt, hier dem Volllastbetrieb, wobei der Kolben 12 hier an dem unteren Totpunkt gezeigt ist, den er bei maximalem Hub einnimmt. Damit die Kolbenanordnung 68 diese Position einnehmen kann, wurde die Menge des Fluids 64 im Fluidpufferraum 62 reduziert, indem ein Teil des Fluids 64 durch das Steuerventil 66 abgelassen wurde.
Der Hub der Kolbenanordnung 68, und insbesondere des Kolbens 12, ist nun so groß, dass am gezeigten unteren Totpunkt die dritte Öffnung 36 und die vierte Öffnung 38 freigegeben sind.
Dadurch, dass die dritte und vierte Öffnung 36, 38 nun geöffnet sind, kann das Abgas durch den Druck des zugeführten Brennstoffgemischs, ggf. unterstützt durch die Bewegung des Kolbens 12, durch die zweite, dritte und vierte Öffnung 24, 36, 38 austreten. Das Spülen des Expansionsraums 40 wird einerseits dadurch verbessert, dass das Abgas einen geringeren Staudruck überwinden muss. Andererseits wird die Spülung verbessert, da nun eine Umkehrspülung, siehe Spülweg 30, mit einer Längsspülung, siehe Spülwege 30', kombiniert wird. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es außerdem möglich, im zweiten Betriebszustand die zweite Öffnung 24 geschlos sen zu halten, so dass sich statt der Umkehrspülung 30 im ersten Betriebszustand nun ausschließlich eine Längsspülung 30' einstellt.
Die nachfolgenden Figuren zeigen weitere Ausgestaltungen eines Freikolbenmotors 10. Der Übersichtlichkeit halber werden aber nur einige der bekannten Bezugszeichen noch dargestellt, wenngleich die Bezugszeichen und deren Bedeutungen auch bei den nachfolgenden Figuren weiter gültig sind und dieselbe Zuordnung haben. Abgesehen von der konkreten Funktion der jeweiligen Öffnungen 22, 24, 36, 38 sind auch alle Erläuterungen bezüglich der 1 und 2 auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele anzuwenden.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei der die erste und dritte Öffnung 22, 36 der Zufuhr von Brennstoffgemisch und die zweite und vierte Öffnung der Abfuhr von Abgas dienen. Wie man anhand der Figur erkennt, werden bei dieser Ausgestaltung eine Umkehrspülung, siehe Spülweg 30, eine Längsspülung, siehe Spülwege 30' und eine Querspülung, siehe Spülweg 30'' kombiniert. Ferner sind der obere Totpunkt 70 und der untere Totpunkt 72 bei einem maximalen Hub 74 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass sich die dritte Öffnung 36, genauer gesagt die Mittelachse 75 der Öffnung 36 in etwa in einer Entfernung von 10% des maximalen Hubs 74 vom unteren Totpunkt 72 bei maximalem Hub 74 entfernt angeordnet ist. Außerdem ist zur weiterer Orientierung die Kompressionsrichtung 76 dargestellt.
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem die erste, dritte und vierte Öffnung 22, 36, 38 der Zufuhr von Brennstoffgemisch und die zweite Öffnung 24 der Abfuhr von Abgas dienen. Die Längsspülungen, siehe Spülwege 30', verlaufen hier in etwa in Kompressionsrichtung 76, d. h. die Bewegung der Kolbenanordnung 68, und insbesondere des Kolbens 12, und die Spülwege 30' verlaufen beim Spülvorgang in etwa in dieselbe Richtung, nämlich die Kompressionsrichtung 76.
5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem die erste und zweite Öffnung 22, 24 der Zufuhr von Brennstoffgemisch und die dritte und vierte Öffnung 36, 38 der Abfuhr von Abgas dienen. Die Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels liegt darin, dass die Funktion der zweiten Öffnung 24 für den zweiten Betriebszustand umgeschaltet wird, d. h. während die zweite Öffnung 24 im ersten Betriebszustand noch der Abfuhr von Abgas diente, wird sie nun für eine Zufuhr von Brennstoffgemisch verwendet. Es stellen sich zwei Längsspülungen 30' ein, die gegen die Kompressionsrichtung 76 des Kolbens 10 gerichtet sind.
6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei dem die erste und die zweite Öffnung 22, 24 der Abfuhr von Abgas und die dritte und vierte Öffnung 36, 38 der Zufuhr von Brennstoffgemisch dienen. Es stellt sich hier eine Längsspülung, siehe Spülwege 30', ein, die zur Kompressionsrichtung 76 in etwa gleichgerichtet ist.
7 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel, bei dem gezeigt ist, dass die dritte und vierte Öffnung 36, 38 auch weiter vom unteren Totpunkt 72 bei maximalem Hub 74 entfernt angeordnet sein können. In der Figur sind außerdem ein drittes Ventil 78 und ein viertes Ventil 80 gezeigt, die dafür ausgebildet sind, jeweils entsprechend die dritte und die vierte Öffnung 36, 38 über der Zeit freizugeben und zu verschließen. Dies ermöglicht zusätzliche Steuerungsmöglichkeiten beim Gaswechsel. Die Ventile 78, 80 lassen sich in vielfältiger Weise anordnen. Hier ist eine Anordnung symbolisiert, bei der die Ventile nach außen öffnen.
Außerdem ist die dritte Öffnung 36, die der Zufuhr von Brennstoffgemisch dient, näher am unteren Totpunkt 72 angeordnet ist, als die vierte Öffnung 38, die der Abfuhr von Abgas dient. Auf diese Weise kann man erreichen, dass die dritte Öffnung 36 für die Zufuhr von Brennstoffgemisch bereits ganz oder teilweise vom Kolben 12 verschlossen wird, während die vierte Öffnung 38 für die Abfuhr von Abgas noch geöffnet ist.
8 zeigt eine siebte Ausführungsform, bei der die erste Öffnung für die Zufuhr von Brennstoffgemisch, hier nur der Brennstoff, als Einspritzdüse 82 ausgebildet ist. Bezüglich der Anordnung der Ventile 78, 80 ist hier ist eine Anordnung symbolisiert, bei der die Ventile nach innen in die Kolbenaufnahme 14 öffnen. Die Zufuhr von Frischluft ist hier nicht dargestellt, kann aber bevorzugt durch eine Frischluftzufuhrleitung, insbesondere mit Ventilsteuerung, erfolgen.
Insgesamt zeigt die vorliegende Erfindung damit einen verbesserten Freikolbenmotor auf, der einerseits die Vorteile eines variablen Hubs für sich nutzen kann und andererseits sicherstellt, dass auch beim Hochlastbetrieb, insbesondere beim Volllastbetrieb, eine gute Betriebscharakteristik im Hinblick auf den Wirkungsgrad und die Abgaswerte gewährleistet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die hier gezeigten Ausführungsformen nochmals untereinander rekombinieren lassen und dass es insbesondere möglich ist, die Funktionen der einzelnen Öffnungen im Verlauf der Zeit, insbesondere während des Betriebs des Freikolbenmotors, zu verändern. Wenn der Kolben bei Volllast die mindestens eine Öffnung freigibt, die insbesondere als Schlitz ausgebildet ist, können neue Spülwege ausgebildet werden, die den Gaswechsel optimieren. Insbesondere der normalerweise schlecht gespülte untere Bereich, also in der Nähe der Stirnseite des Kolbens, wird nun besser gespült.
Auch wenn die Erfindung im Hinblick auf die Zeichnungen und die vorstehende Beschreibung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, dient diese Darstellung und Beschreibung lediglich der Erläuterung anhand von Beispielen und ist nicht beschränkend zu verstehen; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Andere Varianten der offenbarten Ausführungsbeispiele können vom Fachmann verstanden und im Rahmen der Erfindung ausgeführt werden, und zwar mit Hilfe eines Verständnisses der Zeichnungen, der Offenbarung und der angehängten Ansprüche. In den Ansprüchen sind die Wörter ”mit” oder ”aufweisend” nicht dahingehend zu verstehen, dass andere Elemente oder Schritte ausgeschlossen waren. Außerdem schließen die unbestimmten Artikel ”ein”, ”eine” oder ”eines” nicht eine Mehrzahl des entsprechenden Elements aus. Die Begriffe ”links”, ”rechts”, ”oben”, ”unten” etc. werden lediglich für ein besseres Verständnis der Erfindung verwendet und beschränken nicht den Schutzbereich der Erfindung.
Die alleinige Tatsache, dass bestimmte Merkmale in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen erwähnt sind, bedeutet nicht, dass nicht auch eine Kombination dieser Merkmale vorteilhaft sein könnte. Kein Bezugszeichen soll dahingehend verstanden werden, dass es eine Einschränkung des Schutzbereichs bedeutet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 03/091556 A1 [0004, 0010, 0068]

Claims

Freikolbenmotor (10) mit variablem Hub, aufweisend einen Kolben (12) und eine Kolbenaufnahme (14) mit einer Seitenwand (16), entlang derer sich der Kolben (12) linear verlagern kann, und mit einer ersten Öffnung (22) und einer zweiten Öffnung (24), die dafür ausgebildet sind, eine Zufuhr von Brennstoffgemisch (34) und eine Abfuhr von Abgas (32) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Seitenwand (16) mindestens eine weitere, dritte Öffnung (36) dafür ausgebildet ist, eine Zufuhr von Brennstoffgemisch (34) oder eine Abfuhr von Abgas (32) zu ermöglichen.
Freikolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Öffnung (36) in einem Abschnitt der Seitenwand (16) angeordnet ist, den eine Stirnseite (42) des Kolbens (12) bei einer Bewegung mit maximalem Hub (74) überstreicht.
Freikolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Öffnung (36) in einem Abschnitt der Seitenwand (16) derart angeordnet ist, dass die dritte Öffnung (36) bei einem ersten Betriebszustand des Freikolbenmotors (10) am unteren Totpunkt (72) einer Bewegung des Kolbens (12) verdeckt ist und bei einem zweiten Betriebszustand des Freikolbenmotors (10) am unteren Totpunkt (72) einer Bewegung des Kolbens (12) freigegeben ist.
Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Öffnung (36) höchstens 50%, bevorzugt höchstens 30% und insbesondere höchstens 15% des maximalen Hubs (74) vom unteren Totpunkt (72) bei maximalem Hub (74) entfernt angeordnet ist.
Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung (22) ein erstes Ventil (26) aufweist, das dafür ausgebildet ist, die erste Öffnung (22) über der Zeit freizugeben und zu verschließen.
Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung (22) an einer Stirnwand (20) der Kolbenaufnahme (14) angeordnet ist.
Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Seitenwand (16) eine vierte Öffnung (38) dafür ausgebildet ist, eine Zufuhr von Brennstoffgemisch (34) oder eine Abfuhr von Abgas (32) zu ermöglichen.
Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Öffnung (36) und/oder die vierte Öffnung (38) als Schlitz ausgeführt ist/sind.
Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung (22) für die Zufuhr von Brennstoffgemisch (34) und die anderen Öffnungen (24, 36, 38) für die Abfuhr von Abgas (32) ausgebildet sind.
Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem genannten, ersten Kolben (12), der mit einem ersten Abschnitt einer Innenwand (56) der Kolbenaufnahme einen Expansionsraum (40) begrenzt, ein zweiter Kolben (58) in der Kolbenaufnahme (14) angeordnet ist, der mit einem zweiten Abschnitt der Innenwand (60) der Kolbenaufnahme (14) einen Fluidpufferraum (62) begrenzt und im Wesentlichen starr mit dem ersten Kolben (12) verbunden ist.
Freikolbenmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Fluidpufferraum (62) ein steuerbares Ventil (66) angeordnet ist, das dafür ausgebildet ist, eine Menge eines Fluids (64) im Fluidpufferraum (62) einzustellen.
Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kolben (12) ein Läufer (46) angeordnet ist, an dem entlang der Hubrichtung Magnete (48) angeordnet sind, die mit einem Stator (50) zur Erzeugung von elektrischer Energie zusammenwirken.
Verfahren zum Betreiben eines Freikolbenmotors (10) mit den folgenden Schritten: – Verlagern eines Kolbens (12) in einer Kolbenaufnahme (14) bei variablem Hub, und – in einem ersten Betriebszustand, Zuführen von Brennstoffgemisch (34) und Abführen von Abgas (32) mittels einer ersten Öffnung (22) und einer zweiten Öffnung (24), gekennzeichnet durch den Schritt, – in einem zweiten Betriebszustand, Zuführen von Brennstoffgemisch (34) oder Abführen von Abgas (32) mittels einer dritten Öffnung (36).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Betriebszustand das Abführen von Abgas (32) durch eine Öffnung (24) erfolgt und im zweiten Betriebszustand das Zuführen von Brennstoffgemisch (34) durch dieselbe Öffnung (24) erfolgt.
Verwendung von Öffnungen (22, 24, 36, 38) in einer Kolbenaufnahme (14) eines Freikolbenmotors (10), wobei in einem ersten Betriebszustand eine erste Öffnung (22) und eine zweite Öffnung (24) für ein Zuführen von Brennstoffgemisch (34) und ein Abführen von Abgas (32) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Betriebszustand eine dritte Öffnung (36) für das Zuführen von Brennstoffgemisch (34) oder das Abführen von Abgas (32) verwendet wird.