DE102008056717A1

DE102008056717A1 - Freikolben-Brennkraft-Hydro-Maschine

Info

Publication number: DE102008056717A1
Application number: DE200810056717
Authority: DE
Inventors: Karl Bittel
Original assignee: Bittel Karl Dr Ing
Current assignee: Bittel Karl Dr Ing
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2010-07-08

Abstract

Freikolbenbrennkraftmaschinen arbeiteten auf der Abtriebsseite vorwiegend als Verdichter und mit einer Eigenfrequenz, die auf den Druck der Abtriebsseite abgestimmt ist. Die erfindungsgemäße Freikolbenbrennkraftmaschine hat dagegen einen hydraulischen Abtrieb. Sie dient als Antrieb in einem Hydrauliksystem und ersetzt darin den Antriebsmotor (Brennkraftmaschine oder E-Motor) und die Hydraulikpumpe. Die Brennkolben (12) sind gegenläufig angeordnet und mit den Hydrokolben (13), die in den äußeren Enden der Hydrozylinder (14a) gleiten, fest verbunden. Ein vorgeschlagenes Anwendungsbeispiel arbeitet mit hydraulischem Hochdruck (HD) von etwa 2000 bar und nutzt die Zusammendrückbarkeit des Hydraulikmediums. Der Hydrozylinder (14a) enthält ein bestimmtes Volumen (Kompressionsraum RK) das vor Beginn des Verdichtungshub unter Druck HD steht. Durch ein entsperrbares Rückschlagventil (Vre2) wird der Hydrokolben freigegeben und das Zweitakt-Arbeitsspiel beginnt mit dem Verdichtungshub des Brennkolbens (12). Erfindungsgemäß ist jedes Arbeitsspiel gleich (Frischluftmenge, Kraftstoffmenge), die Leistung wird mit der zeitlichen Abfolge des Starts eines Arbeitsspiels durch das entsperrbare Rückschlagventil (Vre2) geregelt. Durch Zusammenschalten von gegenläufigen Zylindereinheiten können unterschiedlich große Maschinen dargestellt werden. Der von der erfindungsgemäßen Brenkraftmaschine erzeugte Druckvolumenstrom wird durch einen verstellbaren Hydraulikmotor in mechanische ...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Freikolbenbrennkraftmaschine deren Brennkolben mit hydrostatischen Kolben verbunden sind, die dem hydraulischen System der Verbraucherseite einen, den Erfordernissen entsprechenden, Druckvolumenstrom zuführen.
Bei bestimmten Fahrzeuggattungen, wie Gabelstapler, mobilen landwirtschaftliche Maschinen und Baumaschinen, werden heute bereits hydrostatische Antriebe genutzt, die einerseits eine stufenlose Veränderung der Übersetzung und andererseits hydraulische Nebenantriebe ermöglichen.
Freikolbenbrennkraftmaschinen sind als Gasverdichter für allgemeine Zwecke und als Verdichtervorstufe bei Gasturbinen bekannt.
Aufgabenstellung
Aufgabe der Erfindung ist es gegenüber den bisher bekannten hydrostatischen Antrieben,

– den konstruktiven Aufbau der Brennkraftmaschine zu vereinfachen,
– die bislang erforderliche Hydraulikpumpe einzusparen,
– eine einfache Ansteuerung des Druckvolumenstroms an das geforderte Betriebsregime zu ermöglichen,
– durch Wegfall des, vor allem bei Großmotoren (Schiffsantriebe) schweren Kurbeltriebs einschließlich Kurbelwelle, Abmessungen und Masse beträchtlich zu verringern,
– die erfindungsgemäßen Ziele der OS 196 37 044 A1, wie das Konstanthalten des Verdichtungsenddrucks und die Eliminierung der Ansaug-Drosselverluste mit einfacheren Mitteln zu erreichen.

Die Brennzylinder sind in bekannter Weise gegenläufig angeordnet, um einen vollkommenen Massenausgleich zu erreichen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass von gegenläufigen Brennkolben mit fest verbundenen Hydrokolbenstangen, die Brennkolben in den Brennzylindern gleiten und die Hydrokolbenstangen in, an einem Aufnahmeblock angebrachten Hydrozylindern, links u. rechts dichtend gleiten, wobei in den Bohrungen der Hydrokolbenstangen links u. rechts eine (durchgehende) innere Hydrokolbenstange für Verdichtung angeordnet ist, die wiederum in einer mittleren Verengung des Aufnahmeblocks mit diesem fest verbunden ist, wobei die Enden der inneren Hydrokolbenstange f. Verdichtung wiederum in den Innenbohrungen der Hydrokolbenstangen links und rechts dichtend gleiten und dass die innere Hydrokolbenstange für Verdichtung an der inneren Verdickung Querbohrungen besitzt, die über weitere Querbohrungen im Aufnahmeblock mit einem entsperrbaren Rückschlagventil verbunden sind, welches bei Entsperrung die Innenbohrung der inneren Hydrokolbenstange für Verdichtung mit dem in der Leitung zum Verbraucher herrschenden Systemdruck verbindet. Das Verhältnis des Außendurchmessers des Brennkolbens zum Außendurchmesser der hohlen Hydrokolbenstange entspricht dem Kehrwert der Quadratwurzel des Druckverhältnisses von Brennkraftmitteldruck zum Systemdruck im Hydrauliksystem, das etwa mit 10 zu 250 bar angenommen werden kann und weiter entspricht das Verhältnis von Außendurchmesser der hohlen Hydrokolbenstange zum Außendurchmesser der inneren Hydrokolbenstange für Verdichtung dem Kehrwert der Quadratwurzel des Verhältnisses von Brennarbeit zu Verdichtungsarbeit. An den Aufnahmeblock, mit den miteinander verbundenen Hydraulik-Kanälen links und rechts, ist ein Anschlussstück, mit einem Zuflusskanal von T und Abflusskanal zum Verbraucher, angeschlossen, wobei im Aufnahmeblock oder im Anschlussstück oder zwischen beiden, Rückschlagventile vor dem Zu- und Abflusskanal angeordnet sind.
Für den Fall der Anwendung höherer Drücke (HD), bei welchen die Kompressibilität des Arbeitsmediums eine Rolle spielt, wird eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass in den inneren Kolbenteilen der gegenläufig angeordneten Brennkolben je eine Hydrokolbenstange mit Bund befestigt ist, die in, an einem Aufnahmeblock links und rechts angebrachten, Hydrozylindern dichtend gleiten und am Ende des Hubes mit ihrem Bund in Grundbohrungen im Aufnahmeblock ein tauchen, wobei die Hydrozylinder einen Kompressionsraum in sich aufnehmen und das Arbeitsvermögen des Hydraulikmedium-Volumens im Kompressionsraum gleichgroß wie die Verdichtungsarbeit der in den Brennraum eingelassenen Luftmenge ist.
Das Verhältnis der Querschnitte von Brennkolben zu Hydrokolbenstange entspricht dem Druckverhältnis von Hydraulik-Systemdruck zum Brennmitteldruck, das etwa mit 10 zu 2000 bar angenommen werden kann und weiter entspricht das Verhältnis von der Kompressionsarbeit des Hydraulikmediums im Kompressionsraum zur Summe von Kompressionsarbeit plus Ausschubarbeit des Hydraulikmediums dem Verhältnis von Verdichtungsarbeit zu Brennarbeit.
Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, dass die gegenläufigen Zylindereinheiten in waagerechter Anordnung übereinander gestapelt, durch Passstifte o. dgl. gegeneinander fixiert, durch Zuganker verspannt und durch spezielle Rohrstücke oder direkt über Rundringe in Senkungen, hydraulisch miteinander verbunden werden können.
Zur Anpassung der Zylinderfüllung an den im Hydrauliksystem herrschenden Druck ist als ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung eine Stellvorrichtung für das äußere Kolbenteil vorgesehen, die aus einem in einem Stellzylinder gleitenden Stellkolben besteht, der von dem im einer Leitung zum Abflusskanal und Verbraucher herrschenden Druck so beaufschlagt wird, dass dieser Druck den Stellkolben bei zunehmendem Druck weiter gegen die Feder am Stellkolben zum Aufnahmeblock hin drückt, wobei das Ende des Stellkolbens einen Stellkorb zu Aufnahmeblock hin bewegt und über eine weitere Feder zwischen Stellkorb und Verstellkorb, den Verstellkorb nach sich zieht und dass der Verstellkolben nach einem entsprechenden Hub das äußere Kolbenteil an das innere Kolbenteil anlegt und die Verdichtung einleitet.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung ist an zwei Ausführungsbeispielen für gegenläufige Zylindereinheiten (Boxerbauart) dargestellt, die ohne zusätzlichen konstruktiven und baulichen Aufwand zu vielzylindrigen Motoren unterschiedlicher Leistung zusammengestellt werden können. Dies ist insbesondere bei Großmotoren, wie sie im Schiffbau eingesetzt werden, von Bedeutung.
Auf Blatt 1 zeigt 1 eine liegend angeordnete, zweizylindrige gegenläufige Zylindereinheit, darunter 1a das pV-Diagramm eines Brennzylinders und 1b das pV-Diagramm wie es über die Hydrokolbenstange auf den Brennkolben wirkt. 1c zeigt eine Seitenansicht auf 1. 2 zeigt einen teilweisen Längsschnitt A-A der Stelleinrichtung, 45° um die Längsachse, gedreht. 2a zeigt, in einem Ausschnitt vergrößert, eine Stelleinrichtung des äußeren Kolbenteils. 3 zeigt einen weiteren Längsschnitt, in der Draufsicht gesehen und 3a einen Querschnitt B-B durch 3.
Auf Blatt 2 zeigen 4 und 5 zwei Längsschnitte 90° gegeneinander gedreht, das zweite Anwendungsbeispiel, das mit höherem Hydraulikdruck HD von etwa 2000 bar arbeitet. In 5 ist noch der Anschluss eines Druckspeichers und eines Hochtief-Druckwandlers dargestellt.
Blatt 3 zeigt in 6 eine schematische Darstellung des Brenn- und Hydrokolbenpaares und darüber die zu Brenn- und Hydraulikkolben gehörenden pV-Diagramme. 6a zeigt die pV-Kennlinie von Hydrauliköl. In 7 und 8 ist dargestellt, wie die Zylindereinheiten zu verschieden großen Gesamtmotoren zusammengesteckt werden und hydraulisch verbunden werden können (8a).
In Blatt 4 ist in 9 dargestellt wie der von der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine erzeugte HD-Volumendruckstrom mit Hilfe spezieller Hochtief-Druckwandler auf in der Ölhydraulik gebräuchliche Druckhöhen gewandelt werden kann. 10 zeigt einen für Normaldruck ausgelegten Druckspeicher, der nicht mit einer Gasblase sondern mit der Kompression des Hydraulikmediums arbeitet.
Blatt 5 zeigt noch eine Abwandlung des ersten Anwendungsbeispiels. Es entfällt die Hydrokolbenstange für Verdichtung. Stattdessen wird durch ein gesteuertes Rückschlagventil 41 die Zufuhr von Hydraulikmedium in den hydraulischen Arbeitsaum RH nach einem festgelegten Teilhub des Verdichtungshubs gesperrt. Bei der Verdichtung verhält sich der Teilhub zum Gesamthub wie die Verdichtungsarbeit zur Brennarbeit.
Aufbau
Bei dem ersten Anwendungsbeispiel nach Blatt 1 sind zwei Brennzylinder 1 spiegelbildlich mit einem Aufnahmeblock 4 verschraubt. Der Zylinderkopf kann auch vom Zylinder getrennt angeordnet werden; erfindungsgemäß ist dies unerheblich. In den Brennzylindern 1 gleiten gegenläufig zwei Brennkolben 2 mit daran befestigten hohlen Hydrokolbenstangen 3, die in den äußere Enden der spiegelbildlich angeordneten Hydrozylinder 4a links u. rechts dichtend gleiten. Der Aufnahmeblock 4 mit den Hydrozylindern 4a links u. rechts ist durchbohrt und in diese Bohrung ist eine innere Hydrokolbenstange 5f. Verdichtung eingeschoben und an einer mittleren Engstelle der Bohrung im Aufnahmeblock 4 fest verbunden. Die Querschnitte von hohler Hydrokolbenstange 3 und innerer Hydrokolbenstange 5f. Verdichtung verhalten sich wie Brennarbeit zur Verdichtungsarbeit.
Zwischen Brennzylinder 1 und Brennkolben 2 befindet sich der Brennraum RB. Innerhalb der hohlen Hydrokolbenstange 3 und innerer Hydrokolbenstange 5f. Verdichtung befindet sich der hydraulische Arbeitsaum RH.
Im Kopfende des Brennzylinders 1 befindet sich ein Abgas-Auslassventil 7, das durch einen Hydrokolben mit Rückholfeder 7a geöffnet werden kann, wenn über eine Zuleitung durch ein entsprechendes Steuerorgan der Hydrokolben mit Druck beaufschlagt wird.
Im Aufnahmeblock 4 ist ein Ansaugkanal 4d mit einem Frischluft-Ansaugventil 4e untergebracht, welches den Motor mit Frischluft versorgt. Weiterhin befinden sich im Aufnahmeblock 4 Hydraulikkanäle 4b links und rechts und die Rückschlagventile 6c und 6d, die mit einem im Anschlussstück 6 befindlichen Zuflusskanal 6a von T und einem Abflusskanal 6b zum Verbraucher M verbunden sind.
Am Aufnahmeblock 4 und in beiden inneren Vorverdichtungsräumen RV sind zwei gegenüberliegende Stellvorrichtungen 8 für die äußeren Kolbenteile 2a untergebracht. Diese bestehen aus zwei entgegengesetzt angeordneten Paaren Stellkolben 8a in Stellzylindern 8b, die untereinander um 90° versetzt sind, wobei die Stellkolben 8a mit einem Stellkorb 8d verbunden sind, der in einen Verstellkorb 8e eingreift, zwischen denen eine Feder 8g angeordnet ist, wobei sich die Verstellkörbe 8e an die äußeren Kolbenteile 2a und weiter die äußeren Kolbenteile 2a je nach ihrer Stellung an die inneren Kolbenteile anlegen.
Am aus dem Anschlussstück 6 austretenden Abflusskanal 6b zum Verbraucher ist ein Druckspeicher SP angeschlossen; der Verbraucher ist ein verstellbarer Hydraulikmotor M.
Das zweite Anwendungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten durch einen etwa 10-fach höheren Hydraulikdruck (HD) bei welchem die Zusammendrückung δ des Hydraulikmediums nicht zu vernachlässigen ist.
Dem besseren Verständnis von Funktion und Wirkungsweise des zweiten Anwendungsbeispiels dient die schematische Darstellung nach 6 auf Blatt 3. Über dem gegenläufig angeordneten Kolbenpaar sind die Kraft-Hub-Diagramme für die Brennkolben 12 und die Hydrokolbenstange 13 gezeichnet. Die Flächen der Diagramme geben die Größe der Arbeit wieder.
Das Diagramm nach 6a gibt den Zusammenhang zwischen dem auf Hydrauliköl ausgeübten Druck p in bar und der dadurch hervorgerufenen Zusammendrückung δ in % wieder. Daraus ist zu erkennen, dass sich das Volumen von Hydrauliköl bei einem Druck von 2500 bar um etwa 10% verringert.
Für den Zusammenhang zwischen dem Druck p und der Zusammendrückung δ gilt
worin κ und pk Materialkonstanten sind. Für das dem Diagramm nach 6a zugrundegelegte Hydrauliköl betragen diese Materialkonstanten bei einer Temperatur von t = 20°C:
κ = 9,12; pk = 1730 bar
Für die untenstehenden Werte von p_nenn und δ_nenn sind δ und p zu berechnen:
Der Aufbau des zweiten Anwendungsbeispiels auf Blatt 2 wird nur in den Teilen beschrieben, die von dem ersten Anwendungsbeispiel mit Normaldruck (ND) abweichen. Dies betrifft die innere Kolbenteile 12b, die mit Hydrokolbenstangen 13 mit Bund 13a verbunden sind, die in den Hydrozylindern 14a links und rechts gleiten. In der Ausführung nach 5 befinden sich Rückholhülsen 13b in denen die Bunde 13a der Hydrokolbenstangen 13 links und rechts dichtend gleiten. An den inneren Enden der Rückholhülse 13b links und rechts befinden sich im Aufnahmeblock 14 Grundbohrungen 14c, in welche die inneren Enden der Rückholhülse 13b links und rechts eingeschoben sind. Die Rückholhülse 13b weist an beiden Enden Querbohrungen auf. In den Hydrozylindern 14a links und rechts befinden sich Kompressionsräume RK die so bemessen sind, dass deren Kompressions-Arbeitsvermögen gleich groß wie die Verdichtungsarbeit der angesaugten Frischluftmenge ist. Der Kompressionsraum RK ist über eine Leitung 14e und Rückschlagventile Vr1, Vr2 je nach Bewegungsrichtung der Brennkolben 2 mit dem Zuflusskanal 14b von T oder einem Abflusskanal 14d zum Verbraucher verbunden. Die Grundbohrungen 14c sind über eine Leitung 14f mit entsperrbarem Rückschlagventil Vre1 ebenfalls mit dem Zuflusskanal 14b von T oder über ein entsperrbares Rückschlagventil Vre2 mit dem Abflusskanal 14d zum Verbraucher verbunden.
An dem HD-Abflusskanal 14d zum Verbraucher ist ein Druckspeicher SP angeschlossen, der lediglich aus einem druckfesten Gehäuse mit einem bestimmten Volumen besteht, weil das Hydraulikmedium schon im kompressiblen Bereich arbeitet. Während bei der Ölhydraulik die Speicherwirkung durch eine unter Arbeitsdruck stehende Gasblase, die ihren Druck auf das Hydraulikmedium überträgt, bewirkt wird, übernimmt bei dem hier angewendeten hohen Arbeitsdruck (HD) das Hydraulikmedium diese Speicherwirkung selbst. Da z. Z. keine Hydraulikmotoren für Drücke von etwa 2000 bar zur Verfügung stehen, muss der Arbeitsdruck auf etwa ein Zehntel reduziert werden. Dies geschieht mit einem Hochtief-Druckwandler HT-DW der in 9 (Blatt 4) schematisch dargestellt ist. Eine Kennlinie für die Zusammendrückung δ zeigt 6a, Blatt 3.
Beide Anwendungsbeispiele haben ein gleiches Abgas-Auslassventil 7; 17 welches am Ende des Arbeitstaktes öffnet und das Abgas am Ende des Arbeitsspiel ausströmen lässt. Wegen des unterschiedlichen Druckes bei beiden Anwendungsbeispielen haben jedoch die Hydrokolben 7a; 17a unterschiedliche Durchmesser.
Für das erste Anwendungsbeispiel (Blatt 1) ist eine Stellvorrichtung 8 für das äußere Kolbenteil 2a angegeben. Sie hat die Aufgabe die Zylinderfüllung an den jeweiligen Hydraulikdruck anzupassen. Diese Verstelleinrichtung besteht aus einem in den Aufnahmeblock 4 eingeschobenen Stellzylinder 8b, in welchem ein Stellkolben 8a dichtend geleitet. Der Stellraum Rst zwischen Stellkolben 8a und Stellzylinder 8b ist, über eine Bohrung im Stellzylinder 8b und eine, zum Abflusskanal 6b führende Bohrung 8c im Aufnahmeblock 4, mit dem Systemdruck verbunden, der den Stellkolben 8a und den mit diesem verbundenen Stellkorb 8d gegen eine Kraft der Feder 8f am Stellkolben 8a ggf. verstellt. Dieser Stellkorb 8d nimmt wiederum über eine weitere Feder 8g zwischen dem Stellkorb 8d und dem Verstellkorb 8e, den Verstellkorb 8e und dieser wiederum das äußeres Kolbenteil 2a mit. Die Verstellvorrichtung ist nur als Behelf anzusehen; sinnvoller ist es den Systemdruck stets konstant zu halten.
8, Blatt 4 zeigt einen Vorschlag für einen Hochtief-Druckwandler der, im Gegensatz zu bisherigen Druckwandlern bzw. Druckübersetzem, hohe in niedrige Drucke umwandelt. Dieser Hochtief-Druckwandler besteht im wesentlichen aus einem ND-HD-Zylinder 21 der mit einem Deckel mit HD-Kolben 22 fest verbunden ist, auf dem ein ND-HD-Kolben 23 mit Rückschlagventil 23a gleitet. Am Ende des ND-HD--Zylinder 21 ist ein Einlass-Rückschlagventil 24 mit Mitnahmestange untergebracht. Die Mitnahmestange ragt durch eine Bohrung des Rückschlagventils 23a im ND-HD-Kolben 23. Je nach Bewegungsrichtung öffnet die Mitnahmestange 24a am Rückschlagventil 24 am Ende des Kolbenhubes nach links durch Anlegen am Rückschlagventil 23a das Rückschlagventil 24 und schließt das Rückschlagventil 23a oder in umgekehrter Richtung legt sich ein Ansatz des Rückschlagventils 24 an das Rückschlagventil 23a öffnet dieses und wird dann selbst geschlossen.
Auf Blatt 1, 3 ist (symbolisch) ein Druckspeicher SP mit elastischer Membrane dargestellt. Da diese Membrane bzw. Gummiblase bei jedem Zylinderhub beansprucht wird, ist sie für diesen Verwendungszweck möglicherweise ungeeignet. Es wird daher die auf Blatt 4 in 10 dargestellte Lösung für einen Druckspeicher vorgeschlagen, die auf der Zusammendrückung des Hydraulikmediums beruht. Der vorgeschlagene Druckspeicher besteht aus einem Gehäuse 31 das auf der ND- und HD-Seite durch Deckel verschlossen ist. Die ND- und die HD-Seite sind durch eine Zwischenwand mit rohrförmigem Ansatz 31a im Gehäuse 31 getrennt. Ein ND-HD-Kolben 32 mit Rückschlagventil gleitet mit seinem größeren Durchmesser im Zylinder der ND-Seite und mit seinem HD-Kolben 32a in einer Bohrung in der Zwischenwand mit rohrförmigem Ansatz 31a. Wenn der Druck ND abfällt bewegt sich der ND-HD-Kolben 32 mit Rückschlagventil 32b nach links und Hydraulikmedium fließt vom mit ND bezeichneten Raum über das Rückschlagventil 32b in den Stellraum Rst um anschließend bei wieder ansteigenden Druck und einer nach rechts gerichteten Bewegung vom Stellraum Rst über das HD-Einlassventil 33 in den mit HD bezeichneten Raum zu fließen. Die Teile Drosselventilstift 34 und Tellerfeder 35 bilden ein Drosselventil, welches den Druck im mit ND bezeichneten Raum auf den erforderlichen Systemdruck anhebt. Die Stirnfläche des Drosselventilstifts wird vom Druck HD beaufschlagt. Je mehr sich dieser seinem Nennwert nähert desto geringer wird die Drosselwirkung.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, wie auf Blatt 3 in 8 dargestellt, die Stapelung der Zylindereinheiten übereinander. Die hydraulische Verbindung der Zylindereinheiten wird mittels Rohrstücke 17 (8a, Blatt 3) oder über in Senkungen angeordneten Rundringe hergestellt,
In 11 und 12 auf Blatt 5 ist eine Variante zum ersten Anwendungsbeispiel dargestellt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Brennarbeit und für die Verdichtung der Querschnitt der hohlen Hydrokolbenstange sowie der Systemdruck ND maßgebend sind. Die im Vergleich zur Brennarbeit geringere Verdichtungsarbeit wird durch das schaltbare Sitzventil 41 hergestellt, dessen Schleppstange nach Anlegen des Anschlagtellers an einem Sicherungsring 42 durch die Federkraft der Öffnungsfeder 43 das schaltbare Sitzventil 41 schließt und damit die Zufuhr von Druckmedium in den hydraulischen Arbeitsraum unterbricht.
Wirkungsweise
Um die Wirkungsweise beschreiben zu können müssen zuvor die Randbedingungen geklärt werden, die für eine optimale Funktion der vorgeschlagenen Brennkraftmaschine notwendig sind. Diese Randbedingungen unterscheiden sich wesentlich von denen bekannter Brennkraftmaschinen, bei denen die für den Betrieb der Maschine erforderlichen Steuerbefehle abhängig vom Kurbelwinkel erfolgen. Steht die Maschine, kann kein Befehl gegeben werden, die Maschine muss zuvor durch eine von ihr unabhängige Einrichtung, dem Anlasser, gestartet werden. Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die Maschine durch einen an sie gerichteten Startbefehl -allerdings nur für ein Arbeitsspiel- gestartet. Soll die Maschine weiterlaufen, muss eine Folge von Startbefehlen für neue Arbeitsspiele erfolgen. Die Auslösung des Startbefehls kann beispielsweise durch den abfallenden Systemdruck p erfolgen. Besteht die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine aus mehreren Zylindereinheiten, sollten die sich wiederholenden Startbefehle durch eine kontaktgebende bzw. befehlgebende Steuerwelle erfolgen, die von einem regelbarem Elektromotor angetrieben wird, wobei die Drehzahl proportional dem Druckvolumenstrom zum Verbraucher geregelt wird. Mit der Drehzahl der kontaktgebende Steuerwelle wird somit die Leistung gesteuert, bzw. an die geforderte Leistung angepasst.
Bei den bekannten Brennkraftmaschinen erfolgt die Leistungsregelung durch Dosierung der zugeführten Kraftstoffmenge. Die erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine nutzt wie o. a. eine weitere Möglichkeit und zwar die Veränderung des zeitlichen Abstands der Arbeitsspiele. Ein Arbeitsspiel hat dann immer einen gleichen zeitlichen Ablauf und gleiche Zeitdauer und kann daher hinsichtlich des Verbrauches optimiert werden. Bei Motoren mit drehender Kurbelwelle, bei welchen die Zeitdauer eines Arbeitsspiel schwankt, bestehen zwischen Teil- und Volllast beträchtliche Unterschiede hinsichtlich Verbrauch bzw. Wirkungsgrad.
Der Startbefehl erfolgt vor dem Verdichtungstakt. Da die zum Verbraucher führende Leitung unter Speicherdruck (Systemdruck SD) steht, kann die Verdichtungsarbeit mit Hilfe des Speicherdrucks geleistet werden. Beim Arbeitstakt muss (bei festgelegtem Systemdruck) der Außendurchmesser der hohlen Hydrokolbenstange so bemessen sein, dass die Brennarbeit Wbr der Verdichtungsarbeit Wverd plus Ausschubarbeit Wsch des Hydraulikmediums in den Speicher SP die Waage hält. Daraus lassen sich Brennarbeit und Verdichtungsarbeit und das Verhältnis beider zueinander bestimmen, welches wiederum das Verhältnis der Querschnitte von hohler Hydrokolbenstange 3 zur inneren Hydrokolbenstange f. Verdichtung 5 (erstes Anwendungsbeispiel) bestimmt.
Es wird nachfolgend (beim ersten mit ND arbeitenden Anwendungsbeispiel), mit der Beschreibung der Verdichtung begonnen. Die Brennkolben 2 befinden sich in ihrer innersten Stellung. Durch Entsperren des entsperrbaren Rückschlagventils Vre wirkt der Systemdruck p auf die Querschnittsfläche der inneren Hydrokolbenstange f. Verdichtung 5 und die sich daraus ergebende Kraft auf die Hydrokolbenstange 3 bzw. den Brennkolben 2 und beschleunigt diesen so lange bis die durch den Systemdruck bewirkte Kraft kleiner ist als die durch den Verdichtungsdruck bewirkte Gegenkraft auf den Brennkolben 2. Dann werden Brennkolben 2 und die Hydrokolbenstange 3 verzögert. Sie kommen zum Stillstand wenn die Arbeitsfläche der pV-Diagramme von Verdichtung und Hydraulik gleichgroß sind. Durch die Strömungsverluste geschieht dies schon früher, d. h. der Außendurchmesser der hohler Hydrokolbenstange 3 müsste größer gewählt werden damit die gewünschte Verdichtung erreicht wird. Entsprechend den neuesten Erkenntnissen der Selbstzündung auch bei Ottomotoren wird der Kraftstoff während der Verdichtung oder zum Zündzeitpunkt eingespritzt. Der Zündzeitpunkt, der vor dem äußeren Umkehrpunkt liegt, wird entweder anhand des ermittelbaren zeitlichen Abstands vom Start des Verdichtungshubs oder durch eine (hier nicht dargestellte) Kontaktgabe durch die Hydrokolbenstange 3 sichergestellt.
Während des Verdichtungshubs wird, solange sich die Brennkolben nach außen bewegen, Hydraulikmedium über das Rückschlagventil 6c in den Hydraulikarbeitsraum RH angesaugt.
Wenn die Zündung erfolgt ist, bewegen sich die Brennkolben 2 nach innen und kommen am inneren Umkehrpunk dann zur Ruhe, wenn die Arbeitsflächen Whbr auf der Hydraulikseite und Wbr auf der Brennseite übereinstimmen. Hierbei schieben die Hydrokolbenstange 3 und innere Hydrokolbenstange f. Verdichtung 5 gemeinsam Hydraulikmedium über das Rückschlagventil Vr2 und das entsperrbare Rückschlagventil 4c in den Druckspeicher SP bzw. zum Verbraucher M. Am inneren Umkehrpunkt IP verbleiben die Brennkolben 2 bis zum nächsten Startbefehl.
Für das erste Anwendungsbeispiel gibt es eine weitere, auf Blatt 5 dargestellte Variante, bei welcher die innere Hydrokolbenstange f. Verdichtung 5 entfällt. Im Inneren der spiegelbildlich angeordneten hohlen Hydrokolbenstangen 3 und des Aufnahmeblocks 4 befinden sich Sitzventilkörper 41 mit Schleppstangen. Öffnungsfedern 43 hatten die Sitzventilkörper 41 nach innen gedrückt in der geöffneten Stellung. Solange sich die Brennkolben 12 in der (inneren) Startstellung befinden, stützen sich die Schließfedern 44 auf die äußeren Federteller 45 und die inneren Federteller 46 mit Distanzbuchse 47 mit einer Federvorspannung ab. Die Federkraft der Schließfeder 44 hat keinen Einfluss auf die Lage des Sitzventilkörpers 41; diese wird durch die Öffnungsfeder 43 bestimmt, sie hält die Sitzventilkörper 41 mit Schleppstange geöffnet. Wird das entsperrbares Rückschlagventil Vre geöffnet, so strömt unter Systemdruck stehendes Hydraulikmedium in den hydraulischen Arbeitsaum RH. Dadurch werden die Hydrokolbenstangen 3 nach außen bewegt und es legen sich nach einem bestimmten Hub die Sicherungsringe 42 an die inneren Federteller 46 an, so dass bei der weiteren Bewegung der Hydrokolbenstange 3 die Sitzventilkörper 41 geschlossen werden; die Zufuhr von Hydraulikmedium wird unterbrochen. In Blatt 5 zeigen 11a den Kraftverlauf für Verdichtung und Brennarbeit am Brennkolben 12 und 11b an der Hydrokolbenstange 3. 11c zeigt den Verlauf der Verdichtungskraft an Brennkolben 12 und Hydrokolbenstange 3 und 11d den Verlauf der Brennkraft an Brennkolben 12 und Hydrokolbenstange 3. Die Brennkolben bewegen sich bis zum Ende des Verdichtungshub weiter bis sich die Arbeitsflächen Wverd (Brennseite) und Whverd (Hydraulikseite) die Waage halten (11c). Nach Schließen der schaltbaren Rückschlagventile 41 wird Hydraulikme dium über das Rückschlagventil 6c in den hydraulischen Arbeitsaum RH gesaugt. Vor dem äußeren Umkehrpunkt AP wird die Zündung ausgelöst sofern keine Selbstzündung vorgesehen ist, was bei dem über das ganze Leistungsspektrum konstant verlaufenden Brennablauf durchaus möglich und auch vorteilhaft sein kann.
Beim Arbeitstakt läuft der Vorgang gemäß 11d ab und stimmt mit dem ursprünglichen, bereits beschriebenen ersten Anwendungsbeispiel überein.
Im Folgenden wird der Ablauf eines Arbeitsspiels am zweiten Anwendungsbeispiel beschrieben, das mit einem etwa 10-fach höheren Systemdruck arbeitet.
Der kräftemäßige Ablauf eines Arbeitsspiels wird anhand der schematischen Darstellung nach 6 und 7 erläutert. Es wird mit der Verdichtung im Diagramm bei ausgefahrenem Brennkolben 12 bzw. eingefahrener Hydrokolbenstange 13 mit Bund, d. i. am inneren Umkehrpunkt IP, begonnen. Das unter Systemdruck HD stehende Hydraulikmedium im Kompressionsraum RK wirkt durch Entsperren des entsperrbaren Rückschlagventils Vre2 auf die Stirnfläche des Bundes der Hydrokolbenstange 13 und schiebt diese zunächst aus der Grundbohrung 14c heraus. Dann umschließt das unter HD stehende Hydraulikmedium die Hydrokolbenstange 13 und beschleunigt diesen und den Brennkolben 13 ohne Strömungsverluste in Leitungen, bis die durch Hydraulikdruck und Gasdruck hervorgerufenen Kräfte gleichgroß sind. Dann bewegt sich der Brennkolben 12 verzögernd weiter und kommt an der Stelle zum Stillstand, wo die Arbeitsfläche A1 des Diagramms der Hydrokolbenstange 13 gleich der Arbeitsfläche der Av des Diagramms des Brennkolbens 12 ist (ohne Berücksichtigung der Verluste).
Dem für die Verdichtung der dem Motor zugeführten Luftmenge erforderlichen Arbeitsaufwand seien folgende Parameter zugrundegelegt:
Luftvolumen V_hub = 1000 cm³; Gesamtluftvolumen VL = 1073,42; Verdichtungsverhältnis ε = 14; für die Adiabate gilt κ = 1,4 und für den Verdichtungs-Arbeitsaufwand Wverd:
Der Arbeitsaufwand für die Verdichtung von VL muss (von Verlusten abgesehen) gleichgroß sein wie die Arbeitsleistung Whverd des unter HD stehenden Kompressionsvolumens VHverd. Aus dem für die Verdichtung erforderlichen Arbeitsaufwand Wverd = –509,9 Nm kann man mit dem unten angegebenen Wert für δ und den folgenden Kennwerten des Hydraulikmediums 50 Hydro T pk = 1430 bar und κh = 9,12 das Kompressionsvolumens für eine Zylinderseite berechnen:
Bei einer bestimmten Kolbenmasse wird die Beschleunigung des Brennkolbens um so größer, je größer (zu Beginn des Verdichtungshubs) auf der Hydraulikseite (HS) die Hydraulikkraft ist und je kleiner auf der Brennseite (BS) die pneumatische Gegenkraft ist. Für die Hydraulikseite (HS) gilt am Hubanfang für die Hydraulikkraft Fhmax = 17,6 kN, während auf der Brennseite (BS) die Verdichtungskraft noch gleich Null ist. Die Hydraulikkraft fällt nahezu linear ab und ist nach dem Hub hv das ist etwa der halbe Kolbenhub hk gleich Null. Ab hier bis zum Hubende wird Hydraulikmedium von T angesaugt. Die Kolbenmasse, bestehend aus Brennkolben 12 und Hydrokolben 13, bewegt sich so lange weiter bis die gespeicherte Bewegungsenergie infolge ansteigender Verdichtungskraft aufgebraucht ist. Der Brennkolben ist an seinem äußeren Umkehrpunkt (AR) angelangt. Durch eine am Zündzeitpunkt mit üblichen Mitteln eingeleitete Fremdzündung oder Selbstzündung beginnt dann der Arbeitstakt.
Der Ablauf des Arbeitstakts wird anhand 4 und 5 beschrieben. 5 unterscheidet sich von 4 dadurch, dass in die Hydrozylinder 14a noch Rückholhülsen 13b angeordnet sind und zwischen Hydrozylinder 14a und Rückholhülse 13b ein Ringventil 13c angeordnet ist. Beide dienen der Fixierung der Startposition, worauf in der Beschreibung noch eingegangen wird.
An den Verdichtungshub schließt sich am äußerer Umkehrpunkt AP wie beim ersten Anwendungsbeispiel automatisch der Arbeitshub durch Fremd- oder Selbstzündung an. Am Abflusskanal 14d zum Druckspeicher SP liegt als Systemdruck Hochdruck (HD) an. Wenn sich die Brennkolben 12 mit den Hydrokolbenstangen 13 nach innen bewegen, wird zunächst das Hydraulikmedium in den Kompressionsräumen RK zusammengedrückt. Das Volumen des Kompressionsraum RK ist so bemessen, dass bei Erreichen des Systemdrucks (HD) die Kompressionsarbeit Whverd des Hydraulikmediums genau so groß ist, wie die Verdichtungsarbeit Wverd der eingelassenen Luftmenge VL. Da die Brennarbeit größer ist als die Verdichtungsarbeit Wverd, bewegt sich der Brennkolben weiter nach innen und schiebt Hydraulikmedium über Rückschlagventil 6d und Leitung 14d über einen Druckspeicher SP usw. zum Verbraucher. Dies geschieht so lange bis die Kompressionsarbeit Whverd plus Ausschiebearbeit Whsch des Hydraulikmediums gleich der Brennarbeit Wbr ist (Verluste nicht berücksichtigt).
4 zeigt das Ende des Brennhubes das zugleich die Startstellung des folgenden Hubes ist. Es ist zu ersehen, dass der Bund 13a am Ende der Hydrokolbenstange 13 in die Grundbohrung 14c eingefahren ist. So lange wie der Bund 13a in die Grundbohrung 14c einfährt, wird Hydraulikmedium über das Rückschlagventil Vre2 ausgeschoben. Der Bund 13a kann erst wieder aus der Grundbohrung 14c heraustreten wenn das Rückschlagventil Vre2 entsperrt ist. Die Entsperrung dieses Rückschlagventils Vre2 ist also der Startbefehl für ein neues Arbeitsspiel.
Wenn sich aus irgendeinem Grund die Hydrokolbenstange 13 nicht in der Startstellung befindet, muss eine Möglichkeit geschaffen werden, die Hydrokolbenstange 13 wieder in die Startstellung zu bewegen. Diese Möglichkeit wird mit der Rückholhülse 13b, in welcher der Bund 13b der Hydrokolbenstange 13 dichtend gleitet, geschaffen (5).
Der Transport der Hydrokolbenstange 13 in die innere Startstellung funktioniert folgendermaßen. Der Brennkolben 12 befinde sich in irgendeiner Mittelstellung zwischen AP und IP. Wird das entsperrbare Rückschlagventil Vre1 entsperrt, so fällt der Systemdruck HD innerhalb der Rückholhülse 13b ab und die Hydrokolbenstange 13 wird zusammen mit dem Brennkolben 12 durch den auf die Ringfläche am Bund 13a wirkenden Druck HD, in die Startstellung geschoben. Das Ringventil 13c verhindert dabei, dass unter HD stehendes Hydraulikmedium vom Kompressionsraum RK in den Raum innerhalb der Rückholhülse 13b strömt. Es erscheit zweckmäßig das entsperrbare Rückschlagventil Vre1 schon durch einen automatischen Steuerimpuls zu betätigen, wenn die Hydrokolbenstange 13 über eine festgelegte Zeitspanne in der Startstellung verbleibt. Dann wird die Hydrokolbenstange 13 durch den einseitig auf die Ringfläche am Bund 13a wirkenden Druck HD fest in der Startstellung gehalten. In dieser Startstellung kann jederzeit der Steuerimpuls durch Entsperren des entsperrbaren Rückschlagventil Vre2 und gleichzeitiger Aufhebung der Entsperrung des entsperrbares Rückschlagventil Vre1 zum Start des Verdichtungshubs gegeben werden, dem automatisch der Arbeitshub bzw. Brennhub folgt.
Während des Brennhubs, also wenn sich Brennkolben 12 und Hydrokolbenstange 13 nach innen bewegen, öffnet das Ringventil 13c um Hydraulikmedium zur Kompressionsarbeit in den Kompressionsraum RK oder -wenn der Druck innerhalb der Rückholhülse den Wert HD erreicht hat- weiter zur Ausschiebearbeit in den Druckspeicher SP durch das Rückschlagventil 6d strömen zu lassen. Parallel hierzu kann auch Hydraulikmedium über das entsperrbares Rückschlagventil Vre2 in den Druckspeicher SP fließen. Weiterer Ablauf siehe erstes Anwendungsbeispiel.
Erforderliche Randbedingungen
Abschließend wird auf die Randbedingungen hingewiesen, die zur Realisierung der neuen Brennkraftmaschine erforderlich sind. Dessen Charakteristik sei in folgendenden Punkten zusammengefasst:

(1) Freikolbentriebwerk mit hydraulischen Abtrieb,
(2) gleicher Ablauf, gleiche Leistung, gleiche Zeitdauer für jedes Arbeitsspiel,
(3) Leistungsregelung durch gesteuerten Start der Arbeitsspiele,
(4) stets gleicher Systemdruck (ND oder HD) an der Abtriebsseite des Freikolbentriebwerks,
(5) Anordnung eines Druckspeichers zwischen hydraulischen Abtrieb und Verbraucher,
(6) Stapelung und hydraulische Verbindung der gegenläufigen Zylindereinheiten zu unterschiedlich großen Motoren.

ND;	Vorteile:	Geräte für Hydraulikkreislauf handelsüblich verfügbar
	Nachteile:	Große Druckölströme ergeben hohe Beschleunigungskräfte und damit hohe Druckspitzen.
HD;	Vorteile:	Kleine Druckölströme ergeben geringe Beschleunigungskräfte und damit geringe Druckspitzen.
	Nachteile:	Keine handelsüblichen Geräte verfügbar.

Vorteile:

Das stets gleiche Arbeitsspiel kann hinsichtlich Verbrauch optimiert werden.

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Ob das erste mit Normaldruck ND arbeitende Anwendungsbeispiel oder das zweite mit Hochdruck HD arbeitende vorteilhafter ist, müssen Untersuchungen und die Praxis ergeben. Andererseits ist davon auszugehen, dass die Variante zum ersten Anwendungsbeispiel gemäß Blatt 5 vorteilhafter ist. Ebenfalls muss die Praxis erweisen, ob die unregelmäßige Abfolge der Arbeitsspiele objektiv nachteilig ist, oder vom Nutzer subjektiv als Nachteil empfunden wird.
Anwendungsspezifische Möglichkeiten
Bei Fahrantrieben ermöglicht die erfindungsgemäße Freikolben-Brennkraft-Hydro-Maschine folgende Vorteile:

– Motor läuft nur bei Leistungsabforderung
– Kupplung und Getriebe entfallen
– Schluckmenge der Verbrauchermotoren also eine der Getriebe-Übersetzung entsprechende Größe ändert sich automatisch entsprechende der Vorgabe Druck = Systemdruck, so dass die erfindungsgemäße Freikolben-Brennkraft-Hydro-Maschine im verbrauchsoptimierten Bereich arbeitet.
– Bei Land- und Baumaschinen sowie bei Schiffsantrieben sind keine zusätzlichen Hydraulikpumpen für hydraulische Nebenantriebe erforderlich

Bei Schiffsantrieben bzw. Großmotoren ergeben sich folgende Möglichkeiten:

– Die großen Motorgehäuse fallen weg
– gleiches gilt für die mit großem Aufwand herzustellenden Kurbelwellen
– verschieden große Motoren ergeben sich einfach durch Zusammenstecken gleicher Zylindereinheiten.

Wege zur Verbrauchsoptimierung
Ein Weg zur Verbesserung des Wirkungsgrads besteht bei den z. Z. gebräuchlichen Kolbenbrennkraftmaschinen darin, bei minimierten Hubraum die Leistung durch Abgasaufladung zu maximieren, um durch Rückgewinnung der Energie des Abgasstroms den Verbrauch zu optimieren. Ein anderer Weg kann jedoch darin bestehen, durch eine größere Dehnung des Brenngases während des Brennhubes eine Verbrauchsoptimierung zu erzielen. Hierzu dient die Vorrichtung 48 zur Offenhaltung des äußeren Kolbenteils 2a in 11 und 12 rechte Seite. Mithilfe dieser Vorrichtung wird das äußere Kolbenteil 2a für einen bestimmten Teil des Verdichtungshubs (ohne Drosselverluste wie bei einer Drosselklappe) offen gehalten, um dadurch beim folgenden Brennhub eine größere Dehnung die Brenngase zu erreichen. Der Verdichtungsgrad ergibt sich – wie schon bei der Wirkungsweise beschrieben – aus der zugeführten hydraulischen Energie. Mit der vorgeschlagenen Freikolbenbrennkraftmaschine lässt sich also der Verbrauch optimieren. Nachteilig ist freilich, dass bei verringerter Frischluftmenge – im Gegensatz zur aufgeladenen Maschine – die Leistung verringert wird. Da von einer bedeutenden Masseeinsparung (Wegfall des Kurbeltriebes) bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine auszugehen ist, wird dieser Nachteil wieder ausgeglichen.
Neben der Verbesserung des Wirkungsgrads spielt das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine eine Rolle. Eine Brennkraftmaschine, sei es ein Otto- oder Dieselmotor verbraucht im Leerlauf zusätzlich Kraftstoff. Das automatische Anlassen der Brennkraftmaschine verbraucht Strom und damit ebenfalls Kraftstoff. Die hierzu erforderlichen Zusatzeinrichtungen erfordern zusätzlichen Bauaufwand und Masse. Die vorgeschlagene Freikolbenbrennkraftmaschine benötigt überhaupt keinen Anlasser und die für den Betrieb erforderliche Starteinrichtung für den Start eine Arbeitsspiels ermöglicht auch einen Start der Maschine nach längerem Stillstand.
Neben der Verbesserung des Wirkungsgrads und dem geeigneten Betriebsverhalten einer Brennkraftmaschine spielt die vollständige Rückgewinnung der Bremsenergie eine bedeutende Rolle. Mit einer Verbrauchseinsparung von etwa 30% ist zu rechnen. Ein Kennzeichen für die vollständige Rückgewinnung der Bremsenergie besteht im Wegfall der bisherigen (Reibungs-)Bremsanlage. Diese ist bei der Kombination der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit verstellbaren Rad-Hydraulikmotoren nach Patentanmeldung Drehflügelmaschine Aktenzeichen 10 2007 046 660.0 möglich und wurde bereits in deren Beschreibung dargelegt. Den derzeitigen Hybridangetriebenen Fahrzeugen wird eine Rückgewinnung der Bremsenergie zugeschrieben. Diese kann aber nur teilweise sein, weil Hybridfahrzeuge immer noch herkömmliche Reibungsbremse benutzen und benötigen. Daraus ergibt sich aber, dass die vorgeschlagene erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kombiniert mit verstellbaren hydraulischen Radmotoren nach Patentanmeldung Drehflügelmaschine Aktenzeichen 10 2007 046 660.0 einen günstigeren Verbrauch als bei Hybridfahrzeugen ermöglicht.

1: Brennzylinder mit Kopf
2: Brennkraftkolben
2a: äußeres Kolbenteil
2b: inneres Kolbenteil
3: Hydrokolbenstange
4: Aufnahmeblock
4a: Hydrozylinder links u. rechts
4b: Hydraulik-Kanal links und rechts
4c: Hydraulikleitung mit entsperrbarem Rückschlagventil
4d: Ansaugkanal
4e: Frischluft-Ansaugventil
5: innere Hydrokolbenstange f. Verdichtung
6: Anschlussstück
6a: Zuflusskanal von T
6b: Abflusskanal zum Verbraucher
7: Abgas-Auslassventil
7a: Hydrokolben für Abgasventil 7 mit Rückholfeder
8: Stellvorrichtung für das äußere Kolbenteil
8a: Stellkolben
8b: Stellzylinder
8c: Bohrung zum Abflusskanal
8d: Stellkorb
8e: Verstellkorb
8f: Feder am Stellkolben 8a
8g: Feder zw. Stellkorb 8f u. Verstellkorb 8e
11: Zylinder mit Kopf
12: Brennkraftkolben
12a: äußeres I Kolbenteil
12b: inneres Kolbenteil
13: Hydrokolbenstange mit Bund
13a: Bund
13b: Rückholhülse
13c: Ringventil
14: Aufnahmeblock
14a: Hydrozylinder links u. rechts
14b: Zuflusskanal von T
14c: Grundbohrung
14d: HD-Abflusskanal zum Verbraucher
14e: Verbindung zum Kompressionsraum
14f: Leitung mit entsperrbaren Rückschlagventil
14g: Frischluft-Einlasskanal
14h: Frischluft-Ansaugventil
17: Abgas-Auslassventil
7a: Hydrokolben für Abgasventil 7 mit Rückholfeder
18: Rohrstück
21: ND-HD-Zylinder
22: Deckel mit HD-Kolben
23: ND-HD-Kolben
23a: Rückschlagventil im ND-HD-Kolben
24: Rückschlagventil im HD-Zylinder
24a: Mitnahmestange an Rückschlagventil
31: Gehäuse
31a: Steg mit rohrförmigem Ansatz
31b: Leitung zum Drosselventil
32: ND-HD-Kolben mit Rückschlagventil 32b
32a: HD-Kolben
32b: Rückschlagventil
32c: Absatz am HD-Kolben
33: HD-Einlassventil
34: Drosselventilstift
35: Tellerfeder
41: Sitzventilkörper m. Schleppstange
42: Sicherungsring
43: Öffnungsfeder
44: Schließfeder
45: äußerer Federteller
46: innerer Federteller
47: Distanzbuchse
48: Vorrichtung z. Offenhaltung ...
RB: Brennraum
RH: hydraulischer Arbeitsaum
RK: Kompressionsraum
Rst: Stellraum
RV: Vorverdichtungsraum
RHD: Hochdruck-Arbeitsraum
Vr1: Rückschlagventil im Zuflusskanal
Vr2: Rückschlagventil im Abflusskanal
Vre1: Vr entsperrbar
Vre2: Vr entsperrbar

Claims

Freikolbenbrennkraftmaschine deren Brennkolben mit hydrostatischen Kolben verbunden sind dadurch gekennzeichnet, dass in zwei gegenüberliegenden Brennzylindern (1) gegenläufige Brennkolben (2) mit fest verbundenen hohlen Hydrokolbenstangen (3), die Brennkolben (2) in den Brennzylindern (1) gleiten und die Hydrokolbenstangen (3) in, an einem Aufnahmeblock (4) angebrachten Hydrozylindern (4a), links u. rechts dichtend gleiten, wobei in den Bohrungen der Hydrokolbenstangen (3) links u. rechts eine (durchgehende) innere Hydrokolbenstange (5) für Verdichtung angeordnet ist, die wiederum in einer mittleren Verengung des Aufnahmeblocks (4) mit diesem fest verbunden ist, wobei die Enden der inneren Hydrokolbenstange f. Verdichtung (5) wiederum in den Innenbohrungen der Hydrokolbenstangen (3) links und rechts dichtend gleiten und die innere Hydrokolbenstange (5) für Verdichtung an der inneren Verdickung Querbohrungen (8c) besitzt, die über weitere Querbohrungen im Aufnahmeblock mit einem entsperrbaren Rückschlagventil (Vre) verbunden sind, welches bei Entsperrung die Innenbohrung der inneren Hydrokolbenstange (5) für Verdichtung mit dem in der Abflusskanal (6a) zum Verbraucher herrschenden Systemdruck SD verbindet. Das Verhältnis der Außendurchmesser des Brennkolbens (2) zum Außendurchmesser der hohlen Hydrokolbenstange (3) entspricht dem Kehrwert der Quadratwurzel des Druckverhältnisses von Brennkraftmitteldruck zum Systemdruck im Hydrauliksystem, das etwa mit 10 zu 250 bar angenommen werden kann und weiter entspricht das Verhältnis von Außendurchmesser der hohlen Hydrokolbenstange (3) zum Außendurchmesser der inneren Hydrokolbenstange (5) für Verdichtung dem Kehrwert der Quadratwurzel des Verhältnisses von Brennarbeit zu Verdichtungsarbeit. An den Aufnahmeblock (4), mit den miteinander verbundenen Hydraulik-Kanälen links und rechts (4b), ist ein Anschlussstück (6), mit einem Zuflusskanal (6a) von T oder Abflusskanal (6b) zum Verbraucher, angeschlossen, wobei im Aufnahmeblock (4) oder im Anschlussstück (6) oder zwischen beiden, Rückschlagventile (Vr) vor dem Zu-(6a) und Abflusskanal (6b) angeordnet sind.
Freikolbenbrennkraftmaschine deren Brennkolben mit hydrostatischen Kolben verbunden sind, bei welcher ungefähr 10-fach höherer Drücke (HD) zur Anwendung kommen und bei welchen die Kompressibilität des Arbeitsmediums eine Rolle spielt, dadurch gekennzeichnet, dass in den inneren Kolbenteilen (12b) der gegenläufig angeordneten Brennkolben (12) je eine Hydrokolbenstange (13) mit Bund befestigt ist, die in den Enden der an einem Aufnahmeblock (14) links und rechts angebrachten Hydrozylinder (14a) dichtend gleiten und am Ende des Hubes mit ihrem Bund (13a) in Grundbohrungen (14c) des Aufnahmeblocks (14) eintauchen, wobei die Hydrozylinder (14a) einen Kompressionsraum (RK) in sich aufnehmen und das Arbeitsvermögen des Hydraulikmediums im Kompressionsraum (RK) gleichgroß wie die Verdichtungsarbeit der eingelassenen Luftmenge im Brennraum (RB) ist. Das Verhältnis der Querschnitte von Brennkolben (2) zu Hydrokolbenstange (13) entspricht dem Verhältnis von Systemdruck zum Brennmitteldruck, das etwa mit 10 zu 2000 bar angenommen werden kann und weiter entspricht das Verhältnis von der Kompressionsarbeit des Hydraulikmediums zur Summe von Kompressionsarbeit plus Ausschubarbeit des Hydraulikmediums dem Verhältnis von Verdichtungsarbeit zu Brennarbeit.
Erfindung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die gegenläufigen Zylindereinheiten in waagerechter Anordnung übereinander gestapelt, durch Passstifte o. dgl. gegeneinander fixiert, durch Zuganker verspannt und durch spezielle Rohrstücke, oder über Rundringe in Senkungen, hydraulisch miteinander verbunden werden können.