DE10219549A1 - Freikolben-Verbrennungsvorrichtung mit elektrischem Lineartrieb - Google Patents

Freikolben-Verbrennungsvorrichtung mit elektrischem Lineartrieb

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Abstract

Um eine Freikolben-Verbrennungsvorrichtung mit elektrischem Linearbetrieb, umfassend mindestens eine Kolbenaufnahme mit mindestens einer in der Kolbenaufnahme linear beweglich angeordneten Kolbeneinrichtung, wobei die Kolbeneinrichtung eine Läufervorrichtung umfaßt und an der Kolbenaufnahme eine Statorvorrichtung angeordnet ist, wobei die mindestens eine Kolbeneinrichtung unter der Wirkung von in einem Brennraum expandierenden Brenngasen antreibbar ist, zu schaffen, welche universell einsetzbar ist, wird vorgeschlagen, daß der Kolbenhub über den Lineartrieb derart variabel einstellbar ist, daß die Totpunkte der Bewegung der Kolbeneinrichtung definierbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Freikolben-Verbrennungsvorrichtung mit elektrischem Lineartrieb, umfassend mindestens eine Kolbenaufnahme mit mindestens einer in der Kolbenaufnahme linear beweglich angeordneten Kolbeneinrichtung, wobei die Kolbeneinrichtung eine Läufervorrichtung umfaßt und an der Kolbenaufnahme eine Statorvorrichtung angeordnet ist, wobei die mindestens eine Kolbeneinrichtung unter der Wirkung von in einem Brennraum expandierenden Brenngassen antreibbar ist.
  • Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 22 17 194 C3 bekannt.
  • Mit ihr läßt sich chemische Energie über Verbrennung teilweise in mechanische Energie, nämlich kinetische Energie einer Kolbeneinrichtung, umwandeln und diese mechanische Energie läßt sich dann wiederum über den Lineartrieb zumindest teilweise in elektrische Energie umwandeln. Durch eine Ausgestaltung der Kolbenbewegung als Freikolbenbewegung läßt sich eine reine Linearbeweglichkeit der Kolben realisieren, ohne daß eine Kurbelwelle vorgesehen werden muß.
  • Entsprechende Vorrichtungen können beispielsweise als Teil von Hybridantrieben für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden und insbesondere im Zusammenhang mit seriellen Hybridkonzepten. Sie lassen sich, auch als kompakte Stromerzeugungseinheit zur Generierung von Strom einsetzen oder auch in Zusammenhang mit stationären Anwendungen wie beispielsweise Blockheizkraftwerken einsetzen.
  • Verbrennungsvorrichtungen mit elektrischen Generatoren sind auch aus der US 6,199,519 B1, der DE 31 03 432 A1, der DDR-Patentschrift Nr. 113 593, der DE 43 44 915 A1 oder aus dem Artikel "ADVANCED INTERNAL COMBUSTION ENGINE RESEARCH" von P. Van Blarigan, Proceedings of the 2000 DOE-Hydrogen Program Review, bekannt.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Freikolben- Verbrennungsvorrichtung mit elektrischem Lineartrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, welche universell einsetzbar ist.
  • Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolbenhub über den Lineartrieb derart variabel einstellbar ist, daß die Totpunkte der Bewegung der Kolbeneinrichtung definierbar sind.
  • Dadurch, daß der Kolbenhub über entsprechende elektrische Beaufschlagung des Lineartriebs variabel einstellbar ist, läßt sich die Bewegung der mindestens einen Kolbeneinrichtung so einstellen, daß die für die jeweilige Anwendung optimalen Bedingungen herrschen.
  • Durch einen variablen Kolbenhub läßt sich eine variable Verdichtung erreichen; es lassen sich nämlich die Umkehrpunkte der Bewegung eines Verdichterkolbens der Kolbeneinrichtung gezielt einstellen. Dadurch läßt sich die Vorrichtung in jedem Lastbereich optimal betreiben.
  • Bei Volllast beispielsweise muß eine große Gasmenge angesaugt werden. Es ist deshalb ein großer Brennraum erforderlich und damit auch ein großer Kolbenhub. Im Teillastbetrieb dagegen ist das Ansaugvolumen reduziert und das Volumen deshalb zu verringern.
  • Der Lineartrieb kann dann auch die Inbetriebnahme der Vorrichtung unterstützen, indem beispielsweise die Anfangsverdichtung über den Lineartrieb gesteuert wird.
  • Über eine Steuerung/Regelung des Lineartriebs läßt sich gezielt die gewünschte Bewegungsform der Kolbeneinrichtung einstellen; der gewünschte Umkehrpunkt, die Kolbengeschwindigkeit und die Verdichtung lassen sich jeweils einstellen, so daß insbesondere im Teillastbetrieb sich verbesserte Teillastwirkungsgrade erreichen lassen, da keine Drosselklappe notwendig ist. Durch eine gezielte Vorgabe von Strömen in der Statorvorrichtung läßt sich damit der Betriebspunkt der Vorrichtung genau festlegen.
  • Auf diese Weise kann dann die Brennkammer optimal an die Anwendung angepaßt werden, das heißt insbesondere das Volumen und die Oberfläche der Brennkammer läßt sich gezielt anpassen. Dadurch wiederum ergeben sich umfangreiche Steuerungs- und Regelungsmöglichkeiten. So ist es möglich, die Vorrichtung mit unterschiedlichen Brennstoffen zu betreiben, das heißt die Vorrichtung ist vielstofftauglich. Es ist dabei auch keine Umstellung der Vorrichtung als solcher erforderlich, das heißt die Anpassung an einen bestimmten Kraftstoff wie Pflanzenöl oder Diesel (Diesel-Prinzip) oder Normal- oder Superbenzin (Otto-Prinzip) oder Wasserstoff oder Erdgas läßt sich "online" durchführen, indem entsprechend der Kolbenhub über beispielsweise Strombeaufschlagung der jeweiligen Statorvorrichtung eingestellt wird.
  • Es ist sogar möglich, einen kombinierten Otto-Diesel-Motor mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu realisieren.
  • Es ist beispielsweise auch möglich, zwischen 2-Taktbetrieb und 4-Taktbetrieb zu wechseln.
  • Eine Kolbenaufnahme kann dabei einen konstanten Innendurchmesser oder einen variierenden Durchmesser aufweisen und beispielsweise abgestuft ausgebildet sein. Mehrere Kolbenaufnahmen können vorgesehen sein, wobei Kolbenaufnahmen paketartig oder auch V-förmig angeordnet sein können.
  • Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Totpunkte örtlich bezüglich der Kolbenaufnahme definierbar sind, um so über eine entsprechende Einstellung die Verdichtung des Systems festlegen zu können. Es ist dann auch vorteilhaft, wenn die Totpunkte für die Bewegung der Kolbeneinrichtung zeitlich definierbar sind. Dadurch wiederum läßt sich auch eine Bewegung der mindestens einen Kolbeneinrichtung einstellen, welche eine konstante Periode aufweist. Dies ermöglicht es beispielsweise, Druckwellenlader für einen Brennraum einzusetzen.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bewegung der Kolbeneinrichtung so variabel einstellbar ist, daß der Ort der Kolbeneinrichtung zu jedem Zeitpunkt definierbar ist. Als Sonderfall davon ist insbesondere die Kolbengeschwindigkeit einstellbar. Auf diese Weise läßt sich bei entsprechender Vorgabe der Bewegungsformen der mindestens einen Kolbeneinrichtung über den Lineartrieb eine optimale Anpassung an die jeweiligen Betriebsparameter der Vorrichtung erzielen, wobei diese Betriebsparameter insbesondere durch den verwendeten Brennstoff bestimmt sind, durch den Lastzustand und weitere Parameter.
  • Weiterhin ist es günstig, wenn oberer Totpunkt und unterer Totpunkt des Kolbenhubs der Kolbeneinrichtung definierbar sind, um so eine optimale Anpassung herstellen zu können.
  • Um einen variablen Kolbenhub einstellen zu können, begrenzt die Kolbeneinrichtung an einem ersten Ende einen Brennraum und an einem gegenüberliegenden Ende einen Raum, welcher kein Brennraum ist. Dadurch ist es eben möglich, über die Steuerung des Kolbenhubs die Vorrichtung variabel einstellen zu können.
  • Insbesondere ist dabei die Verdichtung im Brennraum über den Lineartrieb einstellbar, um so eine Optimierung des Systems erreichen zu können. Dadurch läßt sich eben entsprechend ein Betriebspunkt des Systems variabel einstellen.
  • Insbesondere ist dann der Brennraum vor allem hinsichtlich Volumen und Oberfläche einstellbar, um so die entsprechende Anpassung herstellen zu können.
  • Vorteilhafterweise ist eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung vorgesehen, über die der Lineartrieb so elektrisch ansteuerbar ist, daß ein variabler Kolbenhub einstellbar ist. Diese Einstellung läßt sich insbesondere über eine Steuerung des Stromdurchflusses bei der Statorvorrichtung erzielen. In diesem Sinne wirkt dann der Lineartrieb auch als Linearmotor, über welchen eben der Kolbenhub und damit die Umkehrpunkte bzw. Totpunkte (OT und UT) der Kolbenbewegung einstellbar sind. Bei einer Mehrzahl von Kolbeneinrichtungen kann jeder eine eigene Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zugeordnet sein oder eine solche Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung kann mehrere Kolbeneinrichtungen steuern bzw. regeln.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Kolbeneinrichtung einen ersten Kolben und einen fest mit diesem verbundenen gegenüberliegenden zweiten Kolben umfaßt, wobei der erste Kolben den zugeordneten Brennraum begrenzt. Der erste Kolben ist der eigentliche Verdichterkolben, auf den die expandierenden Brenngase wirken, um so die Kolbeneinrichtung zu bewegen. Durch den zweiten Kolben wird der erste Kolben abgestützt. Dadurch sind Querkräfte minimiert, das heißt eine Kippung der Kolbeneinrichtung ist verhindert. Damit wiederum ist für eine definierte hochgenaue Linearbewegung gesorgt. Darüber hinaus läßt sich der Aufwand bezüglich der Schmierung zwischen Kolben und Zylinderinnenwand gering halten, da sich aufgrund der Abstützung des Verdichterkolbens durch den anderen Kolben im Kolbenpaar kurze Kolbenhemden realisieren lassen mit entsprechender verringerter Reibungsfläche und dann keine Ölpumpe vorgesehen werden muß, sondern beispielsweise eine einfache Planschschmierung ausreichend ist. Weiterhin ergibt sich die Möglichkeit, für die Kolben selber neben metallischen Materialien auch andere Materialien wie Keramikmaterialien oder Graphit zu verwenden, da sich eine hochgenaue Führung mit minimierten Reibungsverlusten ausbilden läßt, wobei nur noch im wesentlichen reine Druckbelastungen auftreten.
  • Durch das erfindungsgemäße Konzept kann auch auf die Verwendung einer Zylinderkopfdichtung verzichtet werden, da die Kolbenaufnahme mindestens im Bereich eines Brennraums einstückig herstellbar ist.
  • Zwischen dem ersten Kolben und dem zweiten Kolben ist eine Läufervorrichtung angeordnet, welche beispielsweise ein Magnetfeld erzeugt, das bei einer Relativbewegung gegenüber der Statorvorrichtung zu einer Spannungsinduktion führt, wodurch wiederum dann ein Strom an der Vorrichtung abgreifbar ist. Läufervorrichtung und Statorvorrichtung bilden den Lineartrieb, der die kinetische Energie der Kolbeneinrichtung in elektrische Energie wandelt bzw. umgekehrt elektrische Energie in kinetische Energie wandelt.
  • Es ist auch vorteilhaft, wenn der Nicht-Brennraum für eine Kolbeneinrichtung als Rückfederraum ausgebildet ist. Über einen solchen Rückfederraum läßt sich mechanische Energie während des Verbrennungsarbeitstaktes aufnehmen, die nicht vom Lineartrieb ausgekoppelt wird. Die entsprechend gespeicherte Energie kann beispielsweise bei einem 2-Taktbetrieb zum Verdichten des Brennstoff-Luft-Gemisches eingesetzt werden oder bei einem 4-Taktbetrieb zum Ausstoßen der Abgase.
  • In dem Rückfederraum ist dabei ein komprimierbares Element und/oder Medium aufgenommen, welches entsprechend die mechanische Energie aufnimmt und dann wieder abgibt. Bei dem komprimierbaren Element kann es sich um ein mechanisches Element und insbesondere eine Kompressionsfeder handeln.
  • Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn das komprimierbare Medium ein komprimierbares Fluid wie beispielsweise Luft ist. Ist es dann vorgesehen, daß der Druck im Rückfederraum einstellbar und/oder steuerbar und/oder regelbar ist, dann lassen sich die "elastischen" Eigenschaften dieses Mediums einstellen.
  • Darüber hinaus läßt sich dann über Steuerung des Drucks in dem Rückfederraum eine Pumpenwirkung beispielsweise bezüglich der Kolbeneinrichtung erzielen, um das Überströmen von Luft zu steuern und/oder zu regeln. Es kann dann angesaugte Luft gesteuert in den Brennraum gepumpt werden.
  • Es kann auch vorgesehen sein, daß der Druck im Rückfederraum so steuerbar und/oder regelbar ist, daß über diesen eine Vorverdichtungsfunktion erzielbar ist. Dadurch wird die Leistung des Systems erhöht, da eben eine Vorverdichtung stattfinden kann.
  • Über einen steuerbaren/regelbaren Rückfederraum läßt sich eine Pumpenfunktion, Verdichtungsfunktion oder Saugfunktion realisieren. Diese jeweiligen Funktionen können verwendet werden, um die Verbrennungsvorgänge zu steuern oder zu regeln. Sie können aber auch für externe Zwecke verwendet werden wie beispielsweise zur Bremskraftunterstützung beim Einsatz der Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug.
  • Um eine solche Steuerung bzw. Regelung zu ermöglichen, ist der Rückfederraum mit mindestens einem steuerbaren Einlaßventil und mindestens einem steuerbaren Auslaßventil für das komprimierbare Medium versehen. Die Ventile sind so geschaltet, daß bezüglich der Rückfederungswirkung eine Komprimierung ermöglicht ist.
  • Weiterhin ist es günstig, wenn eine erste Kolbeneinrichtung und eine zweite Kolbeneinrichtung vorgesehen sind, welche linear beweglich angeordnet sind, wobei die Kolbeneinrichtungen jeweils eine Läufervorrichtung umfassen und an der Kolbenaufnahme eine der jeweiligen Läufervorrichtung zugeordnete Statorvorrichtung angeordnet ist. Insbesondere sind dabei die Kolbeneinrichtungen gegenläufig kollinear zueinander beweglich. Auf diese Weise läßt sich ein Massenausgleich bei der Bewegung der Kolbeneinrichtungen durchführen, so daß die mechanische Stabilität der Vorrichtung optimierbar ist.
  • Es ist dann günstig, wenn beiden Kolbeneinrichtungen jeweils ein eigener Brennraum zugeordnet ist, um so eben über expandierende Verbrennungsgase beide Kolbeneinrichtungen antreiben zu können.
  • Weiterhin ist es günstig, wenn der Brennraum zwischen einem Kolben in der jeweiligen Kolbeneinrichtung, welcher der anderen Kolbeneinrichtung abgewandt ist, und einer dem Kolben zugewandten Kolbenaufnahme gebildet ist.
  • Dadurch läßt sich für beide Kolbeneinrichtungen ein variabler Kolbenhub einstellen, wie er oben beschrieben wurde.
  • Es kann vorgesehen sein, daß zwischen den beiden Kolbeneinrichtungen ein weiterer Brennraum angeordnet ist, wobei dieser weitere Brennraum insbesondere synchron mit den beiden äußeren Brennräumen betreibbar ist (synchron bedeutet hier im wesentlichen im Gegentakt). Auf diese Weise läßt sich eine Leistungssteigerung erreichen.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das oder die Ventile für den Gaswechsel in einem Brennraum über eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung steuerbar und/oder regelbar und insbesondere elektrisch steuerbar und/oder regelbar sind. Dies ermöglicht eine individuelle Einstellung aller Steuerzeiten des Gaswechsels, welche wesentlich die Verbrennungseigenschaften beeinflussen. Diese Steuerung bzw. Regelung, die insbesondere über vorgegebene Software-Einstellungen durchführbar ist, ermöglicht es dann, auch bei variablen Anwendungen einen optimalen Betriebspunkt des Gesamtsystems einzustellen.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn Einlaßventile und/oder Auslaßventile für einen Brennraum so angeordnet und so ausgebildet sind, daß eine Gasströmung (Einlaßströmung und/oder Auslaßströmung) im wesentlichen längs einer Brennkammerwand ausbildbar ist. Dadurch läßt sich insbesondere im 2-Taktbetrieb eine Umkehrspülung realisieren, die das Vorsehen von Einlaßschlitzen und Auslaßschlitzen überflüssig macht. Damit wiederum läßt sich die Abgasqualität verbessern und Ölverluste sind minimiert. Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Kraftstoffeinbringung in das System. Es lassen sich auch Krafteinspritzsysteme verwenden und insbesondere Direkteinspritzsysteme für die Kraftstoffeinbringung in den oder die Brennräume.
  • Bei einer vorteilhaften Variante einer Ausführungsform ist ein Lader vorgesehen, um den Gaswechsel in einem Brennraum oder den Brennräumen zu steuern. Es läßt sich dann mit geringem Energieaufwand der Gaswechsel steuern.
  • Insbesondere ist dabei der Lader ein Druckwellenlader bzw. ein Comprex- Lader, welcher sich mit geringer Leistung betreiben läßt. Auf diese Weise läßt sich eine Vorverdichtung der Ansaugluft erreichen. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung die Linearbewegung der mindestens einen Kolbeneinrichtung so steuern kann, daß bei allen möglichen Betriebspunkten eine konstante Periode der Oszillation der Kolbenbewegung vorliegt, läßt sich ein Druckwellenlader, welcher auf konstante Perioden mit geringer Periodenspreizung angewiesen ist, einsetzen.
  • Insbesondere ist der Lader dabei mit einem oder mehreren Brennräumen für die jeweiligen Kolbeneinrichtungen verbunden, um einen entsprechend synchronisierten Gaswechsel bezüglich der Brennräume durchführen zu können.
  • Bei einer konstruktiv einfachen Ausführungsform sind die Kolbeneinrichtungen über Planschschmierung geschmiert.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Heizvorrichtung zur Vorheizung vorgesehen ist. Dadurch können bei einem Kaltstart, bei dem Reibungsverluste auftreten, die Abgasqualität verschlechtert ist und erhöhter Verschleiß auftritt, die erwähnten Probleme verringert werden.
  • Insbesondere sind dabei Wicklungen der Statorvorrichtung als Heizelemente eingesetzt, so daß hierzu kein erhöhter konstruktiver Aufwand nötig ist.
  • Vorteilhafterweise umfaßt die Läufervorrichtung eine Mehrzahl von Magnetelementen, welchen ein oder mehrere Flußleitelemente zugeordnet sind und insbesondere zwischen welchen jeweils ein Flußleitelement angeordnet ist. Auf diese Weise lassen sich die Feldlinien von benachbarten Magnetelementen konzentrieren, wodurch wiederum die Leistungsdichte des Systems der Läufervorrichtung optimierbar ist, das heißt hohe Werte annehmen kann. Es lassen sich dann auch kostengünstige Magnetelemente mit geringer Remanenzinduktion einsetzen, um trotzdem noch eine hohe Leistungsdichte zu erzielen.
  • Auf konstruktiv einfache Weise läßt sich die Läufervorrichtung ausbilden, wenn die Magnetelemente und die Flußleitelemente auf einer Kolbenstange sitzen, wobei diese Kolbenstange dann die beiden Kolben des Kolbenpaares einer Flußleiteinrichtung verbinden.
  • Weiterhin ist es günstig, wenn die Magnetelemente und die Flußleitelemente rotationssymmetrisch bezüglich einer Achse der Kolbenstange ausgebildet sind, um so eine definierte Induktionsspannung zu erzeugen.
  • Günstigerweise sind die Magnetelemente und die Flußleitelemente alternierend angeordnet, um hohe Induktionsspannungen während der Bewegung der Läufervorrichtung relativ zu der Statorvorrichtung erzeugen zu können.
  • Die Flußleitelemente sind aus einem magnetisch leitfähigen Material wie Eisen oder einem magnetisch leitfähigen Pulververbundwerkstoff gefertigt. Durch sie sind die Feldlinien der benachbarten Magnetelemente konzentrierbar, so daß diese als "Feldliniensammler" wirken.
  • Bei den Magnetelementen kann es sich um Permanentmagnetelemente handeln oder um Elektromagnetelemente. Bei dem Vorsehen von Elektromagnetelementen muß die Energie zum Betrieb dieser Elemente auf die Läufervorrichtung übertragen werden. Dies kann beispielsweise induktiv oder über Schleifringe erfolgen.
  • Es ist grundsätzlich auch möglich, die Läufervorrichtung bei einer asynchronen Betriebsweise mit Kurzschlußringen auszustatten, wobei dann diese Funktionsweise derjenigen einer Asynchronmaschine entspricht. Es kann weiterhin auch vorgesehen sein, daß die Läufervorrichtung mit einer Zahnstruktur bezüglich einer der Statorvorrichtung zugewandten Oberfläche versehen ist, oder eine solche Zahnstruktur aufweist, so daß über entsprechende unterschiedliche magnetische Widerstände (Reluktanz) des so gebildeten Magnetkreises in den Spulen der Statorvorrichtung durch phasenrichtiges Schalten oder Spulen eine Spannung induziert wird. Zur Verstärkung der entsprechenden Kräfte können zudem noch Permanentmagnete eingesetzt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform haben die Statorvorrichtung und Läufervorrichtung unterschiedliche Polteilungen, so daß die Kraftbildung des Lineartriebs nicht auf den Grundwellen des Statorstrombelags und Läuferfeldes beruht, sondern die Oberwellen des Strombelags mit der Grundwelle des Läuferfeldes die Hauptkraftwirkung erzeugen. Damit können die Querschnitte von Rückschlußjochen kleiner dimensioniert werden. Außerdem läßt sich damit die Leistungsdichte des Systems deutlich steigern, da es mit höheren Frequenzen, beispielsweise in der Größenordnung 500 Hz oder höher, betrieben werden kann.
  • Es kann dabei vorgesehen sein, daß zusätzliche Nebenwicklungen vorgesehen sind, mit denen elektrische Energie auskoppelbar ist. Über diese Nebenwicklungen, die an einen gegebenen Energiebedarf und einen gegebenen Spannungspegel angepaßt sind, läßt sich beispielsweise ein Bordnetz eines Kraftfahrzeuges mit Strom versorgen. Der entsprechende Aufwand zur Auskopplung eines entsprechendes Stromes ist gering, wobei vorteilhafterweise den Nebenwicklungen ein Gleichrichter nachgeordnet ist, um einen gleichgerichteten Strom zu erzeugen.
  • Der Lineartrieb kann einphasig oder mehrphasig aufgebaut sein.
  • Um eine Induktionsspannung zu erzeugen, umfaßt eine Statorvorrichtung um die Kolbenaufnahme Wicklungen und insbesondere umlaufende Haupt-Ringwicklungen. Ringwicklungen lassen sich dabei besonders einfach wickeln. In den Wicklungen in der Statorvorrichtung wird aufgrund der Relativbewegung zwischen der Statorvorrichtung und der Läufervorrichtung eine Spannung induziert. Durch die Haupt-Ringwicklungen wird dabei die elektrische Energie vollständig oder zu einem Großteil ausgekoppelt bzw. eingekoppelt.
  • Günstigerweise ist eine Synchronisierungsvorrichtung vorgesehen, mittels welcher die Bewegung der beiden Kolbeneinrichtungen synchronisierbar ist. Dadurch läßt sich mit hoher Genauigkeit eine Gegenläufigkeit der beiden Kolbeneinrichtungen einstellen, um so auch mit hoher Genauigkeit einen Massenausgleich zu erzielen.
  • Insbesondere umfaßt dann die Synchronisierungsvorrichtung Nebenwicklungen an der Kolbenaufnahme, deren Stromdurchfluß individuell steuerbar ist. Wird dann eine Asynchronität der beiden Kolbeneinrichtungen detektiert, dann kann durch entsprechende Steuerung des Stromdurchflusses der zu schnell laufende Kolben abgebremst werden und/oder der zu langsam laufende Kolben beschleunigt werden. Bei einer synchronen Bewegung können diese Nebenwicklungen dazu genutzt werden, um beispielsweise elektrische Energie für ein Bordnetz abzuzweigen. Die Nebenwicklungen lassen sich auch für Diagnosezwecke einsetzen. Damit kann beispielsweise die Kraftstoffeinbringung gesteuert werden, um einen synchronen Lauf bei zwei oder mehreren Kolbeneinrichtungen zu erreichen.
  • Es kann auch vorgesehen sein, daß die Synchronisierungsvorrichtung Nebenwicklungen an der Kolbenaufnahme umfaßt, welche den jeweiligen Kolbeneinrichtungen zugeordnet sind und elektrisch miteinander verbunden sind, so daß ein Ausgleichsstrom zwischen den Nebenwicklungen fließen kann. Über diesen Ausgleichsstrom wird automatisch die Synchronisierung der beiden Kolbeneinrichtungen geregelt: Bewegen diese sich synchron, so fließt kein Strom.
  • Bewegen diese sich asynchron, dann bewirkt der erzeugte Ausgleichsstrom eine Abbremsung der sich zu schnell bewegenden Kolbeneinrichtung und eine Beschleunigung der zu langsam laufenden Kolbeneinrichtung.
  • Insbesondere ist der Stromfluß elektrisch steuerbar, so daß beispielsweise ein Schwellenwert einstellbar ist, bei dessen Überschreiten ein Synchronisierungsvorgang durchzuführen ist.
  • Zur Unterstützung der Synchronisierung der beiden Kolbeneinrichtungen kann es vorgesehen sein, daß die Position einer Kolbeneinrichtung im Zylinder durch eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung aus der in der Statorvorrichtung induzierten Spannung detektiert wird. Dadurch läßt sich unabhängig von einem Ausgleichsstrom die jeweilige Position der Kolbeneinrichtung detektieren, um so beispielsweise auch die Bewegung dieser Kolbeneinrichtungen zu überwachen.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn eine Schmiervorrichtung für eine Kolbeneinrichtung so ausgebildet ist, daß die zugeordnete Läufervorrichtung mit dem Schmieröl kühlbar ist. Dadurch ist der konstruktive Aufwand für die Kühlung der Läufervorrichtung minimiert.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn um die Statorvorrichtung und/oder die Kolbenaufnahme, insbesondere im Bereich eines Brennraums, Kühlkanäle angeordnet sind. Über eine entsprechende Kühlvorrichtung, welche diese Kühlkanäle umfaßt, lassen sich dann die aktiven Bauteile der Vorrichtung kühlen. Es kann dann aber auch über die Kühlvorrichtung nutzbare Wärme ausgekoppelt werden, welche dann wärmetechnischen Anwendungen wie beispielsweise der Fahrzeugheizung oder einem Blockheizkraftwerk zuführbar ist. Dadurch wiederum wird der effektive Gesamtwirkungsgrad des Systems erhöht.
  • Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Freikolben-Verbrennungsvorrichtung mit elektrischem Lineartrieb;
  • Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • Fig. 4 schematisch eine Brennkammer;
  • Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
  • Fig. 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Freikolben-Verbrennungsvorrichtung mit elektrischem Lineartrieb, welche in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, umfaßt als Kolbenaufnahme 12 einen Zylinder mit einem Zylindergehäuse 14, in dessen Innenraum 16 eine erste Kolbeneinrichtung 18 und eine zu dieser ersten Kolbeneinrichtung 18 beabstandete zweite Kolbeneinrichtung 20 linear verschieblich sind.
  • Die beiden Kolbeneinrichtungen 18 und 20 sind dabei zumindest bezüglich ihrer äußeren Gestalt im wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse 22 des Zylinders 12 ausgebildet. Die Achsen der beiden Kolbeneinrichtungen 18 und 20 fallen mit der Symmetrieachse 22 zusammen.
  • Die erste Kolbeneinrichtung 18 umfaßt einen ersten Kolben 24a und einen beabstandet zu diesem ersten Kolben angeordneten zweiten Kolben 24b, wobei diese beiden Kolben 24a und 24b über eine Kolbenstange 26 fest und insbesondere starr miteinander verbunden sind. Dadurch ist ein Kolbenpaar gebildet.
  • Die zweite Kolbeneinrichtung 20 ist gleich aufgebaut mit einem ersten Kolben 28a, einem zweiten Kolben 28b und einer Kolbenstange 30, welche zwischen diesen beiden Kolben 28a und 28b angeordnet ist.
  • Der zweite Kolben 24b der ersten Kolbeneinrichtung 18 ist dem zweiten Kolben 28b der zweiten Kolbeneinrichtung 20 zugewandt angeordnet. Der erste Kolben 24a der ersten Kolbeneinrichtung 18 ist einer stirnseitigen Wand 32 des Zylinders 12 zugewandt angeordnet, während der erste Kolben 28a der zweiten Kolbeneinrichtung 20 einer der stirnseitigen Wand 32 des Zylinders 12 gegenüberliegenden Wand 34 zugewandt ist.
  • Zwischen den jeweiligen ersten Kolben 24a, 28a der beiden Kolbeneinrichtungen 18, 20 und der zugewandten Zylinderwand 32 bzw. 34 ist eine Brennkammer 36, 38 gebildet, in welcher Brenngase expandierbar sind, um die zugeordnete Kolbeneinrichtung (für die Brennkammer 36 die erste Kolbeneinrichtung 18 und für die Brennkammer 38 die zweite Kolbeneinrichtung 20) anzutreiben.
  • Die Abmessungen der jeweiligen Brennkammern 36 und 38 sind dabei durch den Kolbenhub der jeweiligen Kolbeneinrichtungen 18 und 20 bestimmt, das heißt insbesondere Volumen und Oberfläche sind durch den Umkehrpunkt der Kolbenbewegung der ersten Kolben 24a bzw. 28a bestimmt.
  • Die Freikolben-Verbrennungsvorrichtung umfaßt einen als Ganzes mit 40 bezeichneten elektrischen Lineartrieb, welcher einen ersten Teil 42 umfaßt, welcher der ersten Kolbeneinrichtung 18 zugeordnet ist und einen zweiten Teil 44 umfaßt, welcher der zweiten Kolbeneinrichtung 20 zugeordnet ist.
  • Der entsprechende Teil 42 bzw. 44 des elektrischen Lineartriebs 40 wiederum umfaßt eine Läufervorrichtung 46, welche an der jeweiligen Kolbeneinrichtung 18 bzw. 20 angeordnet ist. Diese Läufervorrichtung 46 wird mit der Kolbeneinrichtung 18 bzw. 20 bewegt. Über eine Statorvorrichtung 48, welche an dem Zylinder 12 außerhalb des Zylindergehäuses 14 angeordnet ist und jeweils der Läufervorrichtung 46 der ersten Kolbeneinrichtung 18 bzw. zweiten Kolbeneinrichtung 20 zugeordnet ist, lassen sich dann Spannungen induzieren, um so elektrische Energie zu generieren.
  • Die Läufervorrichtung 46 umfaßt Magnetelemente 50 und Flußleitelemente 52, welche auf der zugeordneten Kolbenstange 26 bzw. 30 alternierend angeordnet sind.
  • Bei den Magnetelementen 50 kann es sich um Permanentmagnetelemente handeln, die insbesondere scheibenförmig rotationssymmetrisch um die Achse 22 ausgebildet sind. Es kann sich dabei auch um Elektromagnetelemente handeln, die entsprechende insbesondere konzentrisch um die Achse 22 angeordnete Windungen umfassen. Es muß dann eine entsprechende Vorrichtung vorgesehen werden, um zu diesen Elektromagneten Energie übertragen zu können. Dies kann beispielsweise induktiv erfolgen oder über Schleifringe.
  • Ein Flußleitelement 52 ist ebenfalls scheibenförmig hergestellt und aus einem Material hoher magnetischer Leitfähigkeit hergestellt. Verwendbar sind beispielsweise Eisen oder magnetisch leitfähige Pulververbundwerkstoffe.
  • Vorzugsweise sind die Magnetelemente 50, insbesondere wenn es sich um Permanentmagnete handelt, und die Flußleitelemente 52 so ausgebildet, daß sie eine Zentralöffnung aufweisen, mit welcher sie bei der Herstellung er entsprechenden Kolbeneinrichtung 18 bzw. 20 auf die zugeordnete Kolbenstange 26 bzw. 30 aufschiebbar sind.
  • Die Magnetelemente 50 sind so ausgebildet und insbesondere so magnetisiert, daß in einem Flußleitelement 52 die Feldlinien der benachbarten Magnetelemente 50 konzentriert werden, um somit die Leistungsdichte des Systems zu erhöhen. Insbesondere sind die Magnetelemente 50 derart parallel angeordnet, daß gleiche Pole einander zuweisen.
  • Es kann auch vorgesehen sein, daß eine Außenfläche der jeweiligen Läufervorrichtung 46 so ausgebildet ist, daß sie in einem die Achse 22 umfassenden Querschnitt eine einer Zylinderwand zuweisende Innenseite zahnförmig ausgestaltet ist. Die Läufervorrichtung 46 weist durch eine solche Zahnstruktur wechselnde magnetische Leitfähigkeiten auf, so daß hierüber ein Vortrieb für eine Kolbeneinrichtung erzeugbar ist.
  • Die Statorvorrichtung 48 umfaßt Haupt-Ringwicklungen 54, welche um eine Außenwand des Zylinders 12 angeordnet ist. In diesen Ringwicklungen wird bei relativer Bewegung der magnetisierten Läufervorrichtung 46 eine Spannung induziert, wodurch elektrische Energie auskoppelbar ist. Es ist dann eine Stromerzeugungsvorrichtung bereitgestellt, welche auf dem Prinzip der Freikolbenführung (lineare Beweglichkeit der beiden Kolbeneinrichtungen 18 und 20) beruht.
  • Der Hub der beiden Kolbeneinrichtungen 18 und 20 ist steuerbar und/oder regelbar über eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 56. Es läßt sich dabei insbesondere eine derartige Steuerung/Regelung durchführen, daß zu jedem Zeitpunkt der Ort der Kolbeneinrichtungen 18, 20 festgelegt ist. Dadurch läßt sich nach Bedarf der Umkehrpunkt der Kolbenbewegung des ersten Kolbens 24a bzw. 28a einstellen, um so wiederum die Abmessungen der jeweiligen Brennkammern 36 und 38 einstellen zu können. Durch eine entsprechende Steuerung/Regelung des Lineartriebs 40 kann damit der Kolbenhub in Abhängigkeit des Lastzustandes eingestellt werden, die Verdichtung eingestellt werden und die Geschwindigkeit der Kolbeneinrichtungen 18, 20 eingestellt werden, und so je nach Lastzustand die Brennkammer 36 bzw. 38 optimiert eingestellt werden. Insbesondere kann dann auch das Volumen der Brennkammern 36, 38 und die jeweiligen Oberflächen dieser Brennkammern 36 und 38 an die Anwendung angepaßt werden. Über diese örtlich-zeitliche Einstellung des Kolbenhubs (Position, Verdichtung, Geschwindigkeit) kann auch eine Anpassung an den Brennstoff durchgeführt werden, das heißt es kann eine Kolbenhubstrecke und Verdichtung eingestellt werden, je nachdem ob beispielsweise Diesel oder Pflanzenöl (Dieselprinzip) oder Benzin, Erdgas oder Wasserstoff (Otto-Prinzip) als Brennstoff eingesetzt wird. (Die erforderlichen Zündeinrichtungen sind in der Zeichnung nicht gezeigt.)
  • Durch eine gezielte Vorgabe von Strömen in der Statorvorrichtung 48 und gegebenenfalls in der Läufervorrichtung 46, das heißt durch Steuerung und/oder Regelung dieser Ströme läßt sich somit die zugeordnete Kolbeneinrichtung 18 bzw. 20 in ihrer Linearverschieblichkeit beeinflussen, um den Ort der Umkehrpunkte der Kolbenbewegung der beiden Kolbeneinrichtungen 18, 20 bei den außenliegenden Brennkammern 36 und 38 genau festlegen zu können.
  • Dadurch läßt sich beispielsweise bei Volllast, bei der eine große Ansaugmenge an Luft für die Brennkammern 36 und 38 erforderlich ist, ein entsprechend großer Kolbenhub einstellen, während bei Teillastbetrieb mit reduziertem Ansaugvolumen ein verringerter Hub einstellbar ist.
  • Die beiden Kolbeneinrichtungen 18 und 20 sind so angeordnet und ausgebildet, daß diese gegenläufig sind. Zwischen ihren zweiten Kolben 24b und 28b ist ein Rückfederraum 58 gebildet, in dem ein elastisches Element oder ein kompressibles Medium aufgenommen ist.
  • Beispielsweise kann in dem Rückfederraum 58 eine Kompressionsfeder angeordnet sein, welche die Energie zumindest teilweise aufnimmt, die während eines Verbrennungsarbeitstaktes nicht von dem Lineartrieb 40 ausgekoppelt wurde. Diese gespeicherte Energie kann zum Verdichten des Brennstoff-Luft- Gemisches bei einem 2-Takt-Betrieb oder zum Ausstoßen der Abgase bei einem 4-Takt-Betrieb verwendet werden.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, daß in dem Rückfederraum ein kompressibles Fluid und insbesondere Gas wie Luft aufgenommen ist, welches eben die Energie aufnimmt und wieder abgibt.
  • Es ist dabei vorgesehen, daß der Druck in dem Rückfederraum 58 über ein oder mehrere Ventile 60 steuerbar und/oder regelbar ist. Die Steuerung und/oder Regelung des oder der Ventile 60 erfolgt dabei vorzugsweise über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 56. Ein solcher Rückfederraum 58, in welchem der Druck steuerbar ist, läßt sich auch dazu verwenden, eine Pumpe bezüglich der beiden Kolbeneinrichtungen 18 und 20 auszubilden. Durch entsprechende Ventile 100 und 102 (siehe Fig. 2) läßt sich eingesaugte Luft gesteuert in die Brennräume 36 und 38 pumpen. Bei entsprechend zeitgesteuertem Schließen der Ventile 100 und 102, das heißt Abkopplung von der Umgebung kann die Rückfederfunktion (Energiespeicherfunktion) gewährleistet werden. Diese Steuerung erfolgt dann über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 56 synchron mit der Taktung der Verbrennung in den Brennräumen 36 und 38 (vergleiche Fig. 2 mit den dortigen Brennräumen 36' und 38').
  • Jeder Brennraum 36, 38 ist mit einem elektrisch steuerbaren Auslaßventil 62 und einem insbesondere elektrisch steuerbaren Einlaßventil 64 versehen, wobei eine entsprechende Steuerung über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 56 erfolgt. Dadurch läßt sich das Ansaugen von Brennraumgasen und das Abführen von Verbrennungsprodukten zeitlich gezielt steuern und insbesondere synchronisiert steuern beispielsweise im Zusammenhang mit der elektrischen Ansteuerung des Lineartriebs 40 über eine entsprechende elektrische Ansteuerungsvorrichtung 66 und einer eventuellen Pumpenfunktion des Rückfederraums 58.
  • Eine in den entsprechenden Brennraum 38 führende Saugleitung 68 ist mit einem Lader 70 verbunden. Über ein Einlaßventil 64 ist diese Saugleitung 68 an den Brennraum 38 gekoppelt.
  • Über das Auslaßventil 62 führt eine Abgasleitung 72 zu dem Lader 70. Dieser selber weist eine Zuführung 74 für Ansaugluft auf und eine Abführung 76 für Abgase auf.
  • Eine entsprechende Abgasleitung 78 und eine entsprechende Saugleitung 80 führt von dem Lader 70 zu dem anderen Brennraum 36, wobei die Einkopplung bzw. Auskopplung dort auf die gleiche Weise ausgebildet ist wie anhand des anderen Brennraums 38 beschrieben.
  • Bei dem Lader 70 handelt es sich insbesondere um einen Druckwellenlader (Comprex-Lader), bei dem die Energie des Abgasstromes von den Brennkammern 36 und 38 genutzt wird, um die Ladeluft (angesaugte Luft) zu verdichten. Bei einem solchen Druckwellenlader saugen Druckwellen und Saugwellen der pulsierenden Abgase Frischluft an und verdichten diese. Diese Verdichtung erfolgt dabei in direkter Berührung mit den Abgasen.
  • Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich eine konstant oszillierende Verschiebungsbewegung und insbesondere kollinear gegenläufige Verschiebungsbewegung der beiden Kolbeneinrichtungen 18 und 20 ausbilden. Dadurch wiederum läßt sich eine konstante Oszillation der abgeführten Abgase erreichen, so daß der Gaswechsel über einen Lader steuerbar und/oder regelbar ist. Der Vorteil eines Comprex-Laders ist, daß er nur einen sehr geringen Eigenenergieaufwand aufweist.
  • Das Gesamtsystem des Laders 70 und bewegliche Kolbeneinrichtungen 18 und 20 mit ihren jeweiligen Brennräumen 36 und 38 läßt sich aufgrund der konstanten Periodendauer für die oszillierende Bewegung dieser Kolbeneinrichtungen 18 und 20 genau auf einen optimalen Betriebspunkt auslegen, auf den wiederum der Lader 70 ausgelegt sein kann.
  • Ist ein Lader 70 vorhanden, dann ist die oben beschriebene Variante, bei welcher der Rückfederraum 58 als Pumpe eingesetzt wird, nicht verwirklicht.
  • Es kann weiterhin vorgesehen sein, daß um den Zylinder jeweils den beiden Kolbeneinrichtungen 18, 20 zugeordnet eine oder mehrere Nebenwicklungen 82 sitzen. Diese sind elektrisch getrennt von den Haupt-Ringwicklungen 54 der jeweiligen Statorvorrichtung 48. Die Nebenwicklungen 82 sind dabei beispielsweise um die Haupt-Ringwicklungen 54 angeordnet oder neben dieser liegend (in axialer Verlängerung einer Ringwicklungsachse der Haupt-Ringwicklungen 54).
  • Über solche Nebenwicklungen 82 läßt sich ein weiterer Strom auskoppeln, um beispielsweise eine 12 V/14 V- oder ein 36 V/42 V-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit Strom zu versorgen. Entsprechend ist die Windungsanzahl angepaßt. Vorzugsweise ist solchen Nebenwicklungen 82 ein Gleichrichter nachgeschaltet, um entsprechend einen gleichgerichteten Strom erzeugen zu können.
  • Über Nebenwicklungen 82 (es kann sich dabei um die gleichen Nebenwicklungen handeln, welche zur Auskopplung eines zusätzlichen Stromes dient oder um eine getrennt von dieser vorgesehene) läßt sich mittels einer Synchronisierungsvorrichtung eine Synchronisierung der beiden Kolbeneinrichtungen 18, 20 in ihrer Linearbewegung im Zylinder 12 realisieren. Die Synchronisierungsvorrichtung ist dabei zumindest bezüglich ihres Steuerungs- und Regelungsteils von der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 56 umfaßt.
  • Durch gezieltes Einschalten und Ausschalten der Nebenwicklungen 82 läßt sich je nach Lage der zugeordneten Kolbeneinrichtungen 18 und 20 ein Strom erzeugen bzw. beaufschlagen, über welchen die zugeordnete Kolbeneinrichtung 18 bzw. 20 abbremsbar bzw. beschleunigbar ist. Dadurch läßt sich eine Asynchronität in der Bewegung der beiden Kolbeneinrichtungen 18, 20 ausgleichen, indem insbesondere die zu schnell laufende Kolbeneinrichtung abgebremst wird.
  • Beim Synchronlauf können diese Nebenwicklungen 82 dann zur Erzeugung von Strom eingesetzt werden.
  • Es kann insbesondere vorgesehen sein, daß die jeweiligen Nebenwicklungen 82, welche den beiden Kolbeneinrichtungen 18 und 20 zugewandt sind, elektrisch miteinander verbunden sind. Dies ist in Fig. 1 durch das Bezugszeichen 84 angedeutet. Es kann dann ein Ausgleichsstrom zwischen den jeweiligen Nebenwicklungen 82 fließen, welcher selbstregelnd die Bewegungen der beiden Kolbeneinrichtungen 18 und 20 synchronisiert. Dabei wird die schnellere Kolbeneinrichtung abgebremst und die langsamere beschleunigt. Ein Schwellenwert für diesen Ausgleichsstrom selber kann beispielsweise über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 56 vorgegeben werden.
  • Es kann noch vorgesehen sein, daß um die Statorvorrichtung 48 eine Kühlkanäle 88 umfassende Kühlvorrichtung 86 angeordnet ist, um die aktiven Komponenten der Freikolben-Verbrennungsvorrichtung mit Lineartrieb 10 zu kühlen; zu diesen aktiven Komponenten gehören insbesondere die Kolbeneinrichtungen 18, 20, der Zylinder 12 und die Haupt-Ringwicklungen 54.
  • Es kann dabei auch vorgesehen sein, daß aus der entsprechenden Kühlvorrichtung 86 Wärme ausgekoppelt wird, und diese in wärmetechnischen Anwendungen zum Beispiel für eine Fahrzeugheizung oder für ein Blockheizkraftwerk genutzt wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert wie folgt:
    Über den Lineartrieb 40 werden durch entsprechende Strombeaufschlagung bestimmte Umkehrpunkte (UT und OT) der beiden Kolbeneinrichtungen 18, 20 eingestellt, um somit das Volumen und die Oberfläche der jeweiligen Brennräume 36 und 38 festzulegen. Weiterhin wird die Geschwindigkeit der Kolbeneinrichtungen 18, 20 festgelegt und insgesamt die Verdichtung. Diese Einstellung erfolgt in Abhängigkeit von der Last (Teillast oder Volllast), von dem Brennstoff (Benzin, Erdgas, Wasserstoff, Diesel, Pflanzenöl usw.) und eventuellen weiteren externen Parametern.
  • Es kann vorgesehen sein, daß für den Start der Vorrichtung eine elektrische Vorheizung erfolgt und auch das Kühlwasser der Kühleinrichtung 86 vorgeheizt wird. Diese Vorheizung kann dabei über den Lineartrieb 40 erfolgen, indem entsprechende Wicklungen, beispielsweise die Haupt-Ringwicklungen 54 als Heizelemente verwendet werden. Es können aber auch eigene Heizspulen vorgesehen sein.
  • Durch die Kolbenpaare 24a, 24b bzw. 28a, 28b der beiden Kolbeneinrichtungen 18 und 20 ist für jede Kolbeneinrichtung 18, 20 eine Abstützung erreicht, das heißt die Kolben 24a, 24b bzw. 28a, 28b der Kolbenpaare lassen sich im wesentlichen verkippungsfrei linear führen.
  • Darüber hinaus dienen die Kolben 24b und 28b auch zur Abdichtung gegenüber dem Rückfederraum 58. Durch den als Lineartrieb sind die Umkehrpunkte der Bewegung der beiden Kolbeneinrichtungen 18, 20 (örtlich und zeitlich) genau vorgebbar, und somit ist im Teillastbetrieb für die Luftzuführung auch keine Drosselklappe notwendig, die sonst für Drosselverluste verantwortlich ist.
  • Durch die Ventile 62 und 64 für die jeweiligen Brennräume 36, 38 läßt sich das Ansaugen von Luft und das Abführen der Abgase gezielt steuern. Dadurch läßt sich die Effizienz des Gesamtsystems verbessern und die Abgasqualität verbessern; durch genaue Einstellung der Steuerzeiten über Zeitpunkte und der Dauer hinsichtlich des Gaswechsels (Durchströmung durch die Ventile 62, 64) kann eine genaue Anpassung zwischen den einzelnen zeitkritischen Vorgängen stattfinden. Da auch die Geschwindigkeit der Kolbeneinrichtungen steuerbar bzw. regelbar ist, und zwar auch während des Expansionsvorgangs, ist die Entstehung von Abgasen beeinflußbar.
  • Insbesondere ist dabei das Einlaßventil 64 so angeordnet und ausgebildet, daß angesaugte Luft und resultierende Gasströme längs inneren Zylinderwänden entlanggeführt werden, um so einen optimierten Spülvorgang für den Gaswechsel zu erhalten (siehe Fig. 4). Dazu weist beispielsweise das Einlaßventil 64 einen entsprechend ausgestalteten Führungsteller 88 auf, welcher für eine solche Entlangströmung sorgt. Dies wird insbesondere im 2-Takt-Betrieb benötigt, um eine Umkehrspülung im Brennraum zu erreichen.
  • Das Ansaugen und Verdichten von Luft und das Ausstoßen von Abgasen wird vorzugsweise über einen Druckwellenlader 70 durchgeführt.
  • Während der Bewegung der Kolbeneinrichtungen 18, 20 wird aufgrund der Relativbewegung zwischen der Läufervorrichtung 46 und der Statorvorrichtung 48 in letzterer eine Spannung induziert, so daß elektrische Energie generiert wird (das heißt mechanische Energie teilweise in elektrische Energie umgewandelt wird, wobei wiederum die mechanische Energie aus einer teilweisen Umwandlung in chemische Energie aufgrund der Verbrennung herrührt).
  • Durch den Rückfederraum 58 kann Energie aufgenommen werden, die während des Verbrennungs-Arbeitstaktes nicht vom Lineartrieb 40 ausgekoppelt wird.
  • Die Statorvorrichtung 48 ist über die Kühlvorrichtung 86 gekühlt. Die Kühlvorrichtung 86 kühlt dabei auch weitere Teile des Zylinders 12 und beispielsweise die Kolbeneinrichtungen 18 und 20.
  • Die Kolben 24a, 24b, 28a, 28b sind beispielsweise über eine einfache Planschschmierung geschmiert, das heißt es ist keine Ölpumpe erforderlich. Die Kolben bewegen sich dann in einem Ölbad, welches durch die Bewegung durcheinandergewirbelt wird, um eine ausreichende Schmierölversorgung zu gewährleisten.
  • Die Kolben 24a, 24b, 28a, 28b lassen sich mit einer minimierten dem Zylinder 12 zugewandten Seitenfläche herstellen, das heißt die Kolbenhemden lassen sich kurz ausgestalten, da entsprechend Kolbenpaare mit gegenseitiger Abstützungswirkung vorgesehen sind. Dadurch lassen sich Reibungsverluste bei der Bewegung der beiden Kolbeneinrichtungen 18 und 20 minimieren.
  • Dadurch wiederum lassen sich die Kolben 24a, 24b, 28a, 28b auch aus nichtmetallischen Werkstoffen wie Keramikwerkstoffen oder aus Graphit oder beispielsweise Glaskohlenstoff herstellen. Solche Kolben können ohne Schmierung auskommen. Diese Ausbildung ist deshalb möglich, da durch die gegenseitige Abstützung der Kolbenpaare im wesentlichen keine Querkräfte auftreten.
  • Durch die erfindungsgemäße Läufervorrichtung 46 mit alternierend angeordneten Magnetelementen 50 und Flußleitelementen 52 läßt sich eine hohe Leistungsdichte des Systems erreichen, ohne daß Magnete mit hoher Remanenzinduktion eingesetzt werden müssen. Insbesondere lassen sich hohe Leistungsdichten erzielen, wenn die Polteilung in der Läufervorrichtung und der Statorvorrichtung unterschiedlich ist.
  • Der Lineartrieb 40 selber kann einphasig, zweiphasig, dreiphasig oder multiphasig aufgebaut sein.
  • Die Haupt-Ringwicklungen 54 der entsprechenden Statorvorrichtung 48 können beispielsweise in Eisenpakete eingebettet sein, um eine Feldführung zu erreichen.
  • Durch die Synchronisierungsvorrichtung lassen sich die beiden gegenläufig beweglichen Kolbeneinrichtungen 18, 20 miteinander synchronisieren, wobei über einen Ausgleichsstrom insbesondere eine Selbstregelung durchführbar ist.
  • Es kann weiterhin auch noch vorgesehen sein, daß über die induzierte Spannung die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 56 eine Positionsinformation der beiden Kolbeneinrichtungen 18, 20 auswertet; diese Auswertung ist eine Auswertung der relativen Lage der Läufervorrichtung 46 zu der zugeordneten Statorvorrichtung 48. Beispielsweise können diese Detektionsergebnisse dann zur Verbesserung der Synchronisierung der beiden Kolbeneinrichtungen 18 und 20 verwendet werden. Durch das Vorsehen zusätzlicher Wicklungen bei der Statorvorrichtung 48 läßt sich die Genauigkeit der Positionsermittlung erhöhen.
  • Die erfindungsgemäße Freikolben-Verbrennungsvorrichtung läßt sich beispielsweise im 2-Taktbetrieb oder 4-Taktbetrieb betreiben.
  • Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 2 als Ganzes mit 90 bezeichnet ist, ist anstatt eines Laders 70 eine Überströmungsführung 92 vorgesehen. Der Zylinder 12 selber ist dabei grundsätzlich ausgebildet wie oben beschrieben, so daß gleiche Teile das gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 aufweisen, jedoch mit einem Strich versehen.
  • Ein entsprechender Rückfederraum 94 ist dabei an einen Saugkanal 96 und einen Saugkanal 98 über entsprechende Ventile 100 und 102 gekoppelt, so daß über diesen Luft in die entsprechenden Brennräume 36' und 38' einsaugbar ist. Das Volumen des Rückfederraums 94 ist dabei größer als das Gesamtvolumen der beiden Brennräume 36', 38' zusammen, um eine Vorverdichtung der Ansaugluft zu erreichen.
  • Ansonsten funktioniert die Vorrichtung 90 genauso wie oben beschrieben.
  • In den Rückfederraum 94, welcher eine Pumpenfunktion hat, kann angesaugte Luft vorverdichtet werden, bevor sie in die Brennräume 36' und 38' gepumpt wird.
  • Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 3 als Ganzes mit 104 bezeichnet ist, ist wiederum ein Zylinder 106 vorgesehen, in welchem wiederum zwei Kolbeneinrichtungen 108 und 110 linearverschieblich geführt sind. Diese sind dabei so ausgebildet, wie bereits oben beschrieben, mit jeweiligen Kolbenpaaren 112a, 112b und 114a, 114b. Die Kolben 112a und 114a sind einer stirnseitigen jeweiligen Zylinderwand 116 und 118 jeweils zugewandt angeordnet, während die beiden Kolben 112b und 114b einander zuweisen.
  • Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen 10 und 90 ist dabei der Zwischenraum zwischen den beiden Kolbeneinrichtungen 108 und 110 als Brennraum 120 ausgebildet, indem entsprechend ein Luft-Brennstoff-Gemisch zündbar ist.
  • Dazu ist dieser Brennraum 120 mit einem Einlaßventil 122 und einem Auslaßventil 124 versehen. Über das Einlaßventil wird Frischluft dem Brennraum 120 zugeführt und über das Auslaßventil 124 wird Abgas abgeführt.
  • Eine entsprechende Saugleitung 126 und eine Abführungsleitung 128 ist mit einem Lader 130 verbunden, welcher wiederum, wie bereits anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben, mit den äußeren Brennräumen 132 und 134über jeweilige Saugleitungen 136 und Abgasabführungsleitungen 138 verbunden ist. Ansonsten funktioniert die Freikolben-Verbrennungsvorrichtung mit Lineargenerator wie bereits oben beschrieben.
  • Es ist grundsätzlich möglich, daß Kolbeneinrichtungen 140, 142 vorgesehen sind, zwischen welchen ein Brennraum 144 angeordnet ist (Fig. 5).
  • Jede Kolbeneinrichtung 140, 142 umfaßt wiederum ein Paar beabstandeter Kolben 146a, 146b bzw. 148a, 148b.
  • Es ist nun vorgesehen, daß zwischen den Kolben 146a und einer zuweisenden Zylinderwand 150 und dem Kolben 148a und der zuweisenden Zylinderwand 152 jeweils ein Rückfederraum 154, 156 gebildet ist, in dem beispielsweise jeweils ein elastisches Element 158, vorzugsweise eine Kompressionsfeder angeordnet ist.
  • Bei einer solchen Vorrichtung läßt sich dann für jede Kolbeneinrichtung 140, 142 getrennt, das heißt in einem jeweils zugeordneten Rückfederraum 154 bzw. 156 die während eines Verbrennungsarbeitstaktes (bei der Verbrennung in dem Brennraum 144) nicht von einem entsprechenden Lineartrieb 160 aufgenommene Energie zwischenspeichern. Der Lineartrieb 160 ist dabei grundsätzlich gleich ausgebildet wie oben anhand des Lineartriebs 40 beschrieben.
  • Bei einem fünften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Freikolben- Verbrennungsvorrichtung mit Lineartrieb, welches in Fig. 6 als Ganzes mit 202 bezeichnet ist, ist eine Kolbenaufnahme 204 vorgesehen, in welcher eine einzige Kolbeneinrichtung 206 linear verschieblich ist. Es können dabei mehrere solcher Kolbenaufnahmen 204 beispielsweise zur Stromerzeugung zusammengeschaltet sein, indem sie beispielsweise paketförmig gestapelt sind oder jeweils zwei Kolbenaufnahmen V-förmig angeordnet sind.
  • Die Kolbeneinrichtung 206 wiederum umfaßt einen ersten Kolben 208 und einen gegenüberliegenden zweiten Kolben 210, der im wesentlichen zur Abstützung des ersten Kolbens 208 dient. Zwischen diesen beiden Kolben 208 und 210 ist eine Kolbenstange 212 angeordnet, die diese beiden Kolben 208 und 210 miteinander verbindet.
  • Eine Läufervorrichtung 214, die wie oben beschrieben ausgebildet ist, ist zwischen diesen beiden Kolben 208 und 210 auf der Kolbenstange 212 angeordnet.
  • An der Kolbenaufnahme 204 sitzt wiederum eine wie oben beschrieben ausgebildete Statorvorrichtung 216.
  • Der erste Kolben 208 ist einem Brennraum 218 zugewandt und begrenzt diesen. Dieser erste Kolben 208 erfährt damit auch direkt den Druck der in dem Brennraum 218 expandierenden Verbrennungsgase, welche die Kolbeneinrichtung 206 antreiben.
  • Vorzugsweise ist es vorgesehen, daß an dem ersten Kolben 208 ein thermisches Isolierelement 220, beispielsweise eine Keramikscheibe der Läufervorrichtung 214 angeordnet ist, um den Brennraum 218 von der Läufervorrichtung 214 thermisch zu isolieren.
  • Von dem Brennraum 218 führt über ein steuerbares Auslaßventil 222 eine Abgasleitung 224 zu einem Lader 226. Ferner führt von diesem Lager 226 eine Zuführungsleitung 228 zu dem Brennraum 218, in den sie über ein steuerbares Einlaßventil 230 mündet.
  • Der Lader 226 mit seiner Ankopplung an den Brennraum 218 funktioniert wie bereits oben beschrieben.
  • Der zweite Kolben 210 ist einem Raum 232 zugewandt, welcher ein Nicht- Brennraum ist. Insbesondere ist dieser als Rückfederraum ausgebildet, indem ein mechanisches elastisches Element angeordnet ist (in Fig. 6 nicht gezeigt) oder indem ein komprimierbares Medium wie Luft angeordnet ist. In diesem Fall sind steuerbare Ventile 234 zur Steuerung und/oder Regelung des Drucks in diesem Raum 232 vorgesehen, um eben die Rückfederung steuern zu können.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung 202 funktioniert wie oben anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben, das heißt über die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 56 ist die Kolbenbewegung variabel einstellbar.
  • Der obere Umkehrpunkt (OT) und der untere Umkehrpunkt (UT) ist einstellbar und zwar insbesondere räumlich bezüglich der Kolbenaufnahme 204 und zeitlich einstellbar. Ferner ist die Kolbengeschwindigkeit einstellbar und damit wiederum die Verdichtung in dem Brennraum 218 einstellbar. Insbesondere erfolgt die Einstellung über einen Lineartrieb, welcher die Läufervorrichtung 214 und die Statorvorrichtung 216 umfaßt. Durch eine Einstellbarkeit der Kolbenbewegung derart, daß die Position des ersten Kolbens 208 mindestens bezüglich des Zeitpunktes für das Erreichen des oberen Umkehrpunktes und des unteren Umkehrpunktes einstellbar ist und vorzugsweise derart, daß die Kolbenposition des ersten Kolbens 208 zu jedem Zeitpunkt definiert festlegbar ist, läßt sich die Vorrichtung variabel an unterschiedliche Einsatzbedingungen oder unterschiedliche Einsatzparameter anpassen.

Claims (55)

1. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung mit elektrischem Lineartrieb (40), umfassend mindestens eine Kolbenaufnahme (12; 204) mit mindestens einer in der Kolbenaufnahme (12; 204) linear beweglich angeordneten Kolbeneinrichtung (18; 20; 206), wobei die Kolbeneinrichtung (18, 20; 206) eine Läufervorrichtung (46; 214) umfaßt und an der Kolbenaufnahme (12; 204) eine Statorvorrichtung (48; 216) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Kolbeneinrichtung (18; 20; 206) unter der Wirkung von in einem Brennraum (36; 38; 218) expandierenden Brenngasen antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenhub über den Lineartrieb (40) derart variabel einstellbar ist, daß die Totpunkte der Bewegung der Kolbeneinrichtung (18; 20; 206) definierbar sind.
2. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Totpunkte örtlich bezüglich der Kolbenaufnahme (12, 204) definierbar sind.
3. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Totpunkte für die Bewegung der Kolbeneinrichtung (18; 20; 206) zeitlich definierbar sind.
4. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Kolbeneinrichtung (18; 20; 206) so variabel einstellbar ist, daß der Ort der Kolbeneinrichtung (18; 20; 206) zu jedem Zeitpunkt definierbar ist.
5. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß oberer Totpunkt und/oder unterer Totpunkt des Kolbenhubs der Kolbeneinrichtung (18; 20; 206) definierbar sind.
6. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbeneinrichtung (18; 20; 206) an einem ersten Ende einen Brennraum (36; 38; 218) begrenzt und an einem gegenüberliegenden Ende einen Raum (58; 232) begrenzt, welcher kein Brennraum ist.
7. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung im Brennraum (36; 38; 218) über den Lineartrieb (40) einstellbar ist.
8. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (36; 38; 218) variabel einstellbar ist.
9. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Volumen und Oberfläche des Brennraums (36; 38; 218) einstellbar sind.
10. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (56) vorgesehen ist, über die der Lineartrieb (40) so elektrisch ansteuerbar ist, daß ein variabler Kolbenhub einstellbar ist.
11. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kolbeneinrichtung (18; 20; 206) einen ersten Kolben (24a; 28a; 208) und einen fest mit diesem verbundenen gegenüberliegenden zweiten Kolben (24b; 28b; 210) umfaßt.
12. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Kolben (24a; 28a; 208) und dem zweiten Kolben (24b; 28b; 210) die Läufervorrichtung (46; 214) angeordnet ist.
13. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Nicht-Brennraum (58; 232), welcher durch die Kolbeneinrichtung (18; 20; 206) begrenzt ist, als Rückfederraum für die Kolbeneinrichtung (18; 20; 206) ausgebildet ist.
14. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rückfederraum (58; 232) ein komprimierbares Element und/oder Medium aufgenommen ist.
15. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das komprimierbare Element ein mechanisch elastisches Element ist.
16. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das komprimierbare Medium ein komprimierbares Fluid ist.
17. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Rückfederraum (58; 232) einstellbar und/oder steuerbar und/oder regelbar ist.
18. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Rückfederraum (58; 232) so steuerbar und/oder regelbar ist, daß über diesen eine Pumpenfunktion und/oder Verdichtungsfunktion und/oder Saugfunktion erzielbar ist.
19. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Rückfederraum (58; 232) so steuerbar und/oder regelbar ist, daß über diesen eine Pumpenwirkung bezüglich einer Kolbeneinrichtung (18; 20; 206) erzielbar ist.
20. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine erste Kolbeneinrichtung (18) und eine zweite Kolbeneinrichtung (20), welche linear beweglich angeordnet sind, wobei die Kolbeneinrichtungen (18, 20) jeweils eine Läufervorrichtung (46) umfassen und an der Kolbenaufnahme (12) eine der jeweiligen Läufervorrichtung (46) zugeordnete Statorvorrichtung (48) angeordnet ist.
21. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Kolbeneinrichtungen (18, 20) jeweils ein eigener Brennraum (36; 38) zugeordnet ist.
22. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (36; 38) zwischen einem Kolben (24a; 28a) der jeweiligen Kolbeneinrichtung (18; 20), welcher der anderen Kolbeneinrichtung (20; 18) abgewandt ist, und einer dem Kolben (24a; 28a) zugewandten Kolbenaufnahmewand (32; 34) gebildet ist.
23. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolbeneinrichtungen (18, 20) gegenläufig zueinander beweglich sind.
24. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Kolbeneinrichtungen (108, 110) ein weiterer Brennraum (120) angeordnet ist.
25. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Kolbeneinrichtungen (18, 20) mindestens ein Rückfederraum (58) angeordnet ist.
26. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Ventile (62, 64) für den Gaswechsel in einem Brennraum (36; 38) über eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (56) steuerbar und/oder regelbar sind.
27. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Ventile (62, 64) für den Gaswechsel eines Brennraums (36; 38) elektrisch steuerbar und/oder regelbar sind.
28. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einlaßventile (64) und/oder Auslaßventile (62) für einen Brennraum (36; 38) so angeordnet und so ausgebildet sind, daß eine Gasströmung im wesentlichen längs einer Brennkammerwand ausbildbar ist.
29. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Lader (70) vorgesehen ist, um den Gaswechsel in einem Brennraum (36; 38) oder den Brennräumen (36, 38) zu steuern und/oder zu regeln.
30. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Lader ein Druckwellenlader (70) ist.
31. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Lader (70) mit einem oder mehreren Brennräumen (36; 38) für die jeweiligen Kolbeneinrichtungen (18, 20) verbunden ist.
32. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kolbeneinrichtung (18; 20; 206) über Planschschmierung geschmiert sind.
33. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizvorrichtung zur Vorheizung vorgesehen ist.
34. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß Wicklungen der Statorvorrichtung (48) als Heizelemente eingesetzt werden.
35. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufervorrichtung (46) eine Mehrzahl von Magnetelementen (50) umfaßt, welchen ein oder mehrere Flußleitelemente (52) zugeordnet sind.
36. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetelemente (50) und die Flußleitelemente (52) auf einer Kolbenstange (26; 30) sitzen.
37. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetelemente (50) und die Flußleitelemente (52) rotationssymmetrisch bezüglich einer Achse (22) der Kolbenstange (26; 30) ausgebildet sind.
38. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetelemente (50) und Flußleitelemente (52) alternierend angeordnet sind.
39. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußleitelemente (52) aus einem magnetisch leitfähigen Material sind.
40. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flußleitelement (52) so ausgebildet ist, daß in diesem Feldlinien der benachbarten Magnetelemente (50) konzentrierbar sind.
41. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetelemente (50) Permanentmagnetelemente sind.
42. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetelemente (50) Elektromagnetelemente sind.
43. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Statorvorrichtung (48) um die Kolbenaufnahme (12) laufende Haupt-Ringwicklungen (54) umfaßt.
44. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Nebenwicklungen (82) vorgesehen sind, mit denen elektrische Energie auskoppelbar ist.
45. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß den Nebenwicklungen (82) ein Gleichrichter nachgeordnet ist.
46. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß eine Synchronisierungsvorrichtung vorgesehen ist, mittels welcher die Bewegung der beiden Kolbeneinrichtungen (18, 20) synchronisierbar ist.
47. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierungsvorrichtung Nebenwicklungen (82) an der Kolbenaufnahme (12) umfaßt, deren Stromdurchfluß individuell steuerbar ist.
48. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierungsvorrichtung Nebenwicklungen (82) an der Kolbenaufnahme (12) umfaßt, welche den jeweiligen Kolbeneinrichtungen (18, 20) zugeordnet sind und elektrisch miteinander verbunden sind, so daß ein Ausgleichsstrom zwischen den Nebenwicklungen (82) fließen kann.
49. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß elektrisch steuerbar ist.
50. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Position einer Kolbeneinrichtung (18; 20) in der Kolbenaufnahme (12) über eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (56) aus einer induzierten Spannung detektiert wird.
51. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmiervorrichtung für eine Kolbeneinrichtung so ausgebildet ist, daß die zugeordnete Läufervorrichtung (46) mit dem Schmieröl kühlbar ist.
52. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß um die Statorvorrichtung (48) Kühlkanäle (84) angeordnet sind.
53. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß um die Kolbenaufnahme (12) Kühlkanäle angeordnet sind.
54. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückfederraum (58) mit mindestens einem steuerbaren Einlaßventil und mindestens einem steuerbaren Auslaßventil für das komprimierbare Medium versehen ist.
55. Freikolben-Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufervorrichtung (46) und die Statorvorrichtung (48) unterschiedliche Polteilungen aufweisen.
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AU2003232496A AU2003232496A1 (en) 2002-04-25 2003-04-23 Free-piston device provided with an electric linear drive
US10/972,110 US7082909B2 (en) 2002-04-25 2004-10-22 Free-piston device with electric linear drive

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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006029532A1 (de) * 2006-06-20 2007-12-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
DE102008042169A1 (de) 2008-09-17 2010-03-18 Robert Bosch Gmbh Freikolben-Verbrennungsmaschine
DE102012111067B3 (de) * 2012-11-16 2014-02-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung
DE102013104685B3 (de) * 2013-05-07 2014-09-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung
DE102013106792A1 (de) 2013-06-28 2014-12-31 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
FR3030646A1 (fr) * 2014-12-19 2016-06-24 Patrice Christian Philippe Charles Chevalier Systeme compresseur generateur multi-etage reversible et procedes associes
DE102017115171A1 (de) 2017-07-06 2019-01-10 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
DE102017127650A1 (de) 2017-11-23 2019-05-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
WO2020011790A1 (de) 2018-07-13 2020-01-16 Martin Reber Verfahren zum betreiben eines freikolbenlineargenerators

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008510933A (ja) * 2004-08-24 2008-04-10 インフィニア コーポレイション 複動熱力学的共振フリーピストン式多シリンダスターリングシステム及び方法
DE102004062440B4 (de) * 2004-12-16 2006-09-21 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
DE102006019582B3 (de) * 2006-04-27 2007-10-31 KNÖFLER, Steffen Zweitakt-Freiflug-Gegenkolbenmotor mit Lineargenerator
JP2008223628A (ja) * 2007-03-13 2008-09-25 Mazda Motor Corp フリーピストンエンジンの制御装置
DE102007017033B3 (de) * 2007-04-11 2008-08-28 KNÖFLER, Steffen Freikolbenmotor mit Kurbeltrieb
DE102007035914A1 (de) 2007-07-23 2009-01-29 Umc Universal Motor Corporation Gmbh Freikolbenvorrichtung und Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Freikolbenvorrichtung
CN101883912B (zh) * 2007-10-04 2016-08-03 希尔莱特有限责任公司 电磁发动机
US7856714B2 (en) 2007-10-10 2010-12-28 The Invention Science Fund I, Llc Method of retrofitting an engine
DE102008030633B4 (de) 2008-06-24 2010-04-29 Umc Universal Motor Corporation Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
DE102008053068C5 (de) 2008-10-24 2023-11-23 TRIVIUM Business Development Company AG Freikolbenmotor mit variablem Hub, Verfahren zum Betreiben eines Freikolbenmotors und Verwendung von Öffnungen in einer Kolbenaufnahme
DE102008053069B4 (de) * 2008-10-24 2015-07-02 Umc Universal Motor Corporation Gmbh Freikolbenmotor mit variablem Hub und Verfahren zum Betreiben eines Freikolbenmotors
KR101022402B1 (ko) * 2009-04-13 2011-03-15 주식회사 액트 보조 공압을 이용하는 선형 구동기
WO2010120083A2 (ko) * 2009-04-13 2010-10-21 주식회사 액트 선형 구동기
DE102009017713B4 (de) 2009-04-15 2011-06-30 Knöfler, Steffen, 12629 Freikolben-Brennkraftmaschine
JP4615607B2 (ja) * 2009-04-24 2011-01-19 隆逸 小林 リニア発電装置
US8261860B2 (en) * 2009-07-16 2012-09-11 GM Global Technology Operations LLC Hybrid powertrain system using free piston linear alternator engines
JP4927157B2 (ja) * 2009-12-08 2012-05-09 ▲ふく▼楊 久慶 ハイブリッドエンジン
DE102010031010A1 (de) 2010-07-06 2012-01-12 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Gaswechsel in einem Freikolbenmotor
JP5408062B2 (ja) * 2010-07-14 2014-02-05 株式会社豊田中央研究所 フリーピストンエンジン駆動リニア発電装置
US8662029B2 (en) * 2010-11-23 2014-03-04 Etagen, Inc. High-efficiency linear combustion engine
DE102011000620B4 (de) 2011-02-10 2013-10-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
JP5447420B2 (ja) * 2011-03-28 2014-03-19 株式会社豊田中央研究所 フリーピストン式発電機
GB2494217B (en) * 2012-01-19 2014-10-08 Libertine Fpe Ltd A linear electrical machine with a piston and axially segmented cylinder
DE102012008811A1 (de) 2012-04-25 2013-10-31 Bpg Beteiligungs Gmbh Wärmekraftmaschine
WO2014135200A1 (de) * 2013-03-05 2014-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Verbrennungskraftmaschine mit lineargenerator und rückholfeder
US9719415B2 (en) 2015-01-15 2017-08-01 Etagen, Inc. Energy storage and conversion in free-piston combustion engines
US10852040B2 (en) * 2015-07-23 2020-12-01 Korea Institute Of Machinery & Materials Linear expander and cryogenic refrigeration system including the same
DE102016109055A1 (de) 2016-05-17 2017-11-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
DE102016109046A1 (de) 2016-05-17 2017-11-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung
DE102016109029A1 (de) 2016-05-17 2017-11-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
DE102016109038A1 (de) 2016-05-17 2017-11-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung
CH713706B1 (it) * 2017-04-03 2018-10-15 Suisse Tech Group Sagl Gruppo per la produzione di energia elettrica.
KR20210064188A (ko) 2018-07-24 2021-06-02 메인스프링 에너지, 인크. 선형 전자기 머신

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD113593A1 (de) * 1974-06-11 1975-06-12
DE2217194C3 (de) * 1971-04-09 1978-06-01 Jacques Henri Le Vesinet Jarret Freikolbenbrennkraftmaschine
DE3103432A1 (de) * 1981-02-02 1982-09-02 Franz 8080 Fürstenfeldbruck Pfister Lineare verbrennungskraftmaschine, die mit einem elektrischen lineargenerator eine baueinheit bildet
DE4344915A1 (de) * 1993-12-29 1995-07-06 Jakob Hilt Linearverbrennungsmotorgenerator
DE19813992A1 (de) * 1998-03-28 1999-10-07 Stefan Roeder Freikolbenbrennkraftmaschine mit elektrischer Energieauskoppelung
US6199519B1 (en) * 1998-06-25 2001-03-13 Sandia Corporation Free-piston engine

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1163512A (fr) * 1956-12-18 1958-09-29 Perfectionnements apportés aux moyens de synchronisation des deux pistons conjugués d'un cylindre de moteur à pistons libres
GB854255A (en) * 1958-01-23 1960-11-16 Stewart Warner Corp Free piston engines
US4454426A (en) * 1981-08-17 1984-06-12 New Process Industries, Inc. Linear electromagnetic machine
JPS58139532U (ja) * 1982-03-17 1983-09-20 日産自動車株式会社 対向ピストン式フリ−ピストンエンジンのピストン同期装置
US4924956A (en) * 1986-10-24 1990-05-15 Rdg Inventions Corporation Free-piston engine without compressor
JPS643235A (en) * 1987-06-24 1989-01-09 Aisin Seiki Free piston engine
GB2214569B (en) * 1988-01-21 1992-06-24 Barry John Rymer Internal combustion piston engine
GB2219671B (en) * 1988-04-26 1993-01-13 Joseph Frank Kos Computer controlled optimized hybrid engine
US5036930A (en) * 1990-05-17 1991-08-06 Bisel Charley W Electromagnetically powered engine apparatus and method
US5269280A (en) * 1992-01-07 1993-12-14 Tectonics Companies, Inc. Fuel injector for gaseous fuel
US5893343A (en) * 1994-06-09 1999-04-13 Rigazzi; Pier Andrea Linear electrical energy generator
GB2334385A (en) * 1998-02-12 1999-08-18 Rover Group A linear generator assembly
JP3542272B2 (ja) * 1998-05-20 2004-07-14 アイダエンジニアリング株式会社 成形装置
SE523182C2 (sv) * 1999-12-22 2004-03-30 Abb Ab Anordning innefattande en styrenhet, en elektromagnetisk energiomvandlare innefattande en förbränningsmotor med en mekaniskt fritt rörlig kolv, användning av anordningen samt fordon innefattande nämnda anordning
US6276313B1 (en) * 1999-12-30 2001-08-21 Honeywell International Inc. Microcombustion engine/generator
JP3367507B2 (ja) * 2000-04-04 2003-01-14 雄造 川村 フリーピストン形スターリングエンジン
AUPQ806500A0 (en) * 2000-06-09 2000-07-06 Wechner, Edward Improvements to free-piston engines

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2217194C3 (de) * 1971-04-09 1978-06-01 Jacques Henri Le Vesinet Jarret Freikolbenbrennkraftmaschine
DD113593A1 (de) * 1974-06-11 1975-06-12
DE3103432A1 (de) * 1981-02-02 1982-09-02 Franz 8080 Fürstenfeldbruck Pfister Lineare verbrennungskraftmaschine, die mit einem elektrischen lineargenerator eine baueinheit bildet
DE4344915A1 (de) * 1993-12-29 1995-07-06 Jakob Hilt Linearverbrennungsmotorgenerator
DE19813992A1 (de) * 1998-03-28 1999-10-07 Stefan Roeder Freikolbenbrennkraftmaschine mit elektrischer Energieauskoppelung
US6199519B1 (en) * 1998-06-25 2001-03-13 Sandia Corporation Free-piston engine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
VAN BLARIGAN, P.: "Advanced Internal Combustion Engine Research", Proc. of the 2000 DOE-Hydrogen Program Review, NRL/CP-570-28 890 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006029532A1 (de) * 2006-06-20 2007-12-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
DE102008042169A1 (de) 2008-09-17 2010-03-18 Robert Bosch Gmbh Freikolben-Verbrennungsmaschine
DE102012111067B3 (de) * 2012-11-16 2014-02-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung
DE102013104685B3 (de) * 2013-05-07 2014-09-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung
DE102013106792A1 (de) 2013-06-28 2014-12-31 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
DE102013106792B4 (de) 2013-06-28 2020-07-16 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
FR3030646A1 (fr) * 2014-12-19 2016-06-24 Patrice Christian Philippe Charles Chevalier Systeme compresseur generateur multi-etage reversible et procedes associes
DE102017115171A1 (de) 2017-07-06 2019-01-10 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
DE102017115171B4 (de) * 2017-07-06 2020-11-05 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
DE102017127650A1 (de) 2017-11-23 2019-05-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung
WO2020011790A1 (de) 2018-07-13 2020-01-16 Martin Reber Verfahren zum betreiben eines freikolbenlineargenerators
DE102018117066A1 (de) * 2018-07-13 2020-01-16 Simon Neukom Verfahren zum Betreiben eines Freikolbenlineargenerators

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