DE19743776A1 - Freikolbenmotor mit mindestens einem Brennraum und einem mit dem Brennraum zusammenwirkenden Hauptkolben, der Arbeit verrichtet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Freikolbenmotor mit mindestens einem Brennraum und einem mit dem Brennraum zusammenwirkenden Hauptkolben, der Arbeit verrichtet.

Derartige Freikolbenmotoren sind gut bekannt. Anstelle eines Schwungrades dient beim Freikolbenmotor üblicherweise eine hydraulische Einrichtung dazu, den Kolben nach der Expansionsphase wieder in den Brennraum zurückzudrücken. Diese hydraulischen Einrichtungen können mechanisch gesteuert werden. Vorteilhaft ist jedoch eine computergestützte Steuerung mittels einer Ventiltechnik, durch die der Zeitpunkt der Kolbenrückführung genau festgelegt werden kann. Diese Einrichtungen sind jedoch relativ aufwendig in der Herstellung und mindern durch ihre Verluste den Motorwirkungsgrad erheblich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Freikolbenmotor so weiter zu entwickeln, daß die Kolbenrückführung auf einfache und verlustarme Art und Weise durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der gattungsgemäße Freikolbenmotor ein elastisches Element aufweist, das den Hauptkolben in den Brennraum drückt und daß eine Einrichtung eine Ruhepause im zyklischen Bewegungsablauf des Hauptkolbens ermöglicht.

Die Ruhepause des Hauptkolbens kann z. B. durch eine hydraulische Sperrung, elektromagnetisch oder durch eine pneumatische Sperrung erzwungen werden.

Das elastische Element hat den Vorteil., daß es während der Expansionsphase zusammengedrückt wird. Dabei wird zwar ein Teil der durch den Kolben verrichteten Arbeit zur Kompression des elastischen Elements benötigt, diese Arbeit dient jedoch dazu den Kolben nach der Expansionsphase in den Brennraum zurückzudrücken und das Brennstoffluftgemisch zu komprimieren.

Das elastische Element hat zunächst den Vorteil, daß es einfach herstellbar ist, über längere Zeiträume ohne Wartungsarbeiten wirkt, und daß der Kolben in jeder Position angehalten werden kann. Auch nach einer Pause läßt die Wirkung des elastischen Elements nicht nach. Das elastische Element hat jedoch darüber hinaus den großen Vorteil, daß keine großen Strömungsverluste entstehen, wie sie zur Zeit durch die hydraulische Kolbenrückführung auftreten.

Vorzugsweise wird als elastisches Element ein pneumatisches Polster verwendet. Das pneumatische Polster wirkt als Gasfeder und hat eine geeignete Federcharakteristik, um den Hauptkolben in den Brennraum zurückzudrücken. Das pneumatische Polster kann mit Luft, Stickstoff, Helium oder einem anderen Gas je nach Anwendungsbereich gefüllt werden.

Eine alternative Ausführungsform sieht die Verwendung einer mechanischen Feder vor, um den Kolben in den Brennraum zurückzudrücken. Je nach Anwendungsfall ist jedoch auch eine Kombination aus verschiedenen Federarten möglich.

Vorteilhaft ist es, wenn das Elastizitätsmodul des elastischen Elements einstellbar ist. Bei einer mechanischen Feder kann die Vorspannung auf einfache Art und Weise variiert werden oder es können mehrere, beispielsweise konzentrisch ineinander angeordnete Federn zusammenwirken.

Sofern als elastisches Element ein pneumatisches Polster verwendet wird, kann dieses ein variables Gasvolumen und einen variablen Gasdruck aufweisen. Dies ist einerseits durch eine Veränderung der Größe des Gasraums, z. B. durch einen am Gasraum wirkenden Kolben möglich und andererseits über zuschaltbare Gasräume, die über ein Ventil mit dem pneumatischen Polster in Verbindung stehen. Beide Möglichkeiten erlauben es, zeitabhängig oder abhängig von der Position des Hauptkolbens das Elastizitätsmodul der Feder zu variieren. Dadurch kann das elastische Element optimal an eine spezielle Ausführungsform eines Freikolbenmotors oder eine augenblickliche Belastungssituation des Motors angepaßt werden. Der Gasdruck des pneumatischen Polsters kann durch Aufpumpen bzw. Ablassen von Gas variiert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Freikolbenmotor einen Arbeitspuffer aufweist. Je nach verrichteter Arbeit sind hier verschiedene Arbeitspuffer möglich. Sofern der Hauptkolben als Arbeit eine Pumparbeit an einer Flüssigkeit verrichtet, kann an der Hochdruck- und/oder der Niederdruckseite ein Windkessel als Puffer vorgesehen werden. Bei einer direkten Umsetzung der Kolbenbewegung in elektrische Energie kann als Arbeitspuffer ein Kondensator dienen. Beim Verrichten mechanischer Arbeit ist als Arbeitspuffer beispielsweise eine Feder einsetzbar.

Die Verwendung derartiger Arbeitspuffer erlaubt es, die intermittierend verrichtete Arbeit auszugleichen, um eine möglichst kontinuierliche Arbeitsabgabe zu ermöglichen.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß der Freikolbenmotor kurzschließbar ist, so daß die Leistungsabgabe zumindest zeitweise unterbrochen werden kann. Beim Starten des Motors oder wenn eine Störung wie z. B. ein Zündaussetzer vorliegt, kann der Motor somit auch im Kurzschlußbetrieb laufen, bei dem keine Arbeit verrichtet wird.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung sieht vor, daß der Freikolbenmotor zusätzlich zum Hauptkolben einen Gegenkolben aufweist, der mit dem Brennraum zusammenwirkt und der ebenfalls Arbeit verrichtet und ein elastisches Element aufweist, das den Gegenkolben in den Brennraum drückt. Die Anordnung von zwei erfindungsgemaß ausgebildeten Kolben ermöglicht eine Leistungssteigerung bei nur einem Brennraum und schließt die Möglichkeit ein, die Kolben gegeneinander so zu takten, daß der Motor keine Beschleunigungskräfte nach außen abgibt.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Hauptkolben mit einem Zusatzkolben verbunden ist, der mit einem Zusatzbrennraum zusammenwirkt. Bei diesem erfindungsgemäßen Freikolbenmotor wirken zwei Brennräume auf miteinander verbundene Kolben. Dies erlaubt zum einen eine Leistungssteigerung und erschließt zum anderen die Möglichkeit der direkten Kraftübertragung zwischen beiden Kolben.

Der Freikolbenmotor kann Flüssigkeiten und auch Gase pumpen. Als Antriebsaggregat z. B. für Wärmepumpen bzw. Kältemaschinen kann so auf direktem Weg die Verbrennungsenergie auf das Kältemittel übertragen werden. Die Leistungsregelung durch die Pausenlänge in der Ruhestellung erfolgt ohne Wirkungsgradeinbuße.

Eine vorteilhafte Verwendung des beschriebenen Freikolbenmotors sieht vor, daß der Freikolbenmotor als mobiler Fahrzeugantrieb und stationäre Energieerzeugungseinrichtung eingesetzt wird. Der gleiche Motor kann dann in einem Fahrzeug eingebaut der Fortbewegung dienen und beim Zurückkehren an die Wohnung elektrische Energie und Wärme für den Wohnbereich zur Verfügung stellen. Eine Kopplung zwischen Energieversorgung des Wohnbereichs und dem Fahrzeug erschließt somit die Nutzung des Fahrzeugs auch als stationäre Energieerzeugungseinrichtung.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch abgebildet und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt,

Fig. 1 einen Freikolbenmotor mit pneumatischer Feder am äußeren Kolbenende,

Fig. 2 einen Freikolbenmotor mit pneumatischer Feder am inneren Kolbenende,

Fig. 3 einen Freikolbenmotor mit mechanischer Feder am äußeren Kolbenende,

Fig. 4 einen Freikolbenmotor mit pneumatischer Feder am inneren Kolbenende und hydraulischer Kolbenhinterspülung,

Fig. 5 einen Freikolbenmotor mit pneumatischer Feder am inneren Kolbenende und zwei Pumpkammern,

Fig. 6 einen Freikolbenmotor mit zwei Kolben, die mit einem Brennraum zusammenwirken,

Fig. 7 einen Freikolbenmotor mit zwei verbundenen Kolben, die jeweils mit einem Brennraum zusammenwirken,

Fig. 8 einen Freikolbenmotor mit pneumatischer Kraftkopplung,

Fig. 9 den Freikolbenmotor nach Fig. 8 mit Pneumatikpuffer im Bereich der Kraftkopplung,

Fig. 10 einen Freikolbenmotor mit pneumatischer Kraftkopplung und zwei Druckkammern am Arbeitskolben und

Fig. 11 einen Freikolbenmotor mit pneumatischer Feder an der Innenseite des Hauptkolbens und pneumatischer Feder an der Außenseite des Hauptkolbens.

Der in Fig. 1 gezeigte Freikolbenmotor 1 hat einen Brennraum 2, der als Zylinder ausgebildet ist und in dem ein Hauptkolben 3 beweglich geführt ist. Am Brennraum 2 sind die Ventile 4 und 5 und die Zündkerze 6 nur schematisch angedeutet.

Der Hauptkolben 3 hat ein oberes Ende 7, das im Brennraum 2 geführt ist und ein unteres Ende 8, das sich in einem Arbeitszylinder 9 erstreckt. Das untere Ende 8 des Hauptkolbens 3 begrenzt mit dem Arbeitszylinder 9 einen ersten Raum 10 unterhalb des unteren Hauptkolbenendes 8 und einen zweiten Raum 11 oberhalb des unteren Endes 8 des Hauptkolbens 3.

Der Raum 10 ist mit einem Gas gefüllt und abgeschlossen, so daß er als pneumatische Feder wirkt. Ein Gasspeicher 12, der über ein Ventil 13 mit dem Raum 10 verbindbar ist, dient zur Einstellung der Federkraft und erlaubt eine Variation der Federcharakteristik.

Der Raum 11 oberhalb des unteren Endes des Hauptkolbens 3 ist mit Hydraulikflüssigkeit wie etwa Wasser oder Öl gefüllt. Ein steuerbares Ventil 15 erlaubt die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit in den Raum 11 und ein steuerbares Ventil 16 erlaubt den Ablauf von Hydraulikflüssigkeit aus dem Raum 11 heraus.

Ein erster Windkessel 18 ist zwischen dem Rückschlagventil 14 und dem Ventil 15 auf der Niederdruckseite angeordnet und ein zweiter Windkessel 19 ist zwischen dem Ventil 16 und dem Rückschlagventil 17 auf der Hochdruckseite angeordnet, um die beim Pumpen entstehenden Schwankungen auszugleichen.

Durch gleichzeitiges Schließen der Ventile 15 und 16 kann der Hauptkolben 3 in jeder Position angehalten werden. Nach Öffnen der Ventile bewegt sich der Freikolbenmotor 1 weiter.

Im vorliegenden Fall dienen die Windkessel 18 und 19 als Arbeitspuffer, um eine nahezu kontinuierliche Arbeit zur Verfügung zu stellen. Der Freikolbenmotor 1 kann jedoch auch zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt werden, indem anstelle des Raumes 11 eine Spule vorgesehen wird, in der der Hauptkolben 3 einen Magneten bewegt. In diesem Fall können als Arbeitspuffer Kondensatoren eingesetzt werden. Bei der direkten Erzeugung mechanischer Arbeit mittels des Hauptkolbens 3 können als Arbeitspuffer beispielsweise Federn eingesetzt werden.

Während im vorliegenden Fall der Hauptkolben 3 durch Schließen der Ventile 15 und 16 hydraulisch festgehalten wird, kann das Festhalten des Hauptkolbens 3 auch durch Elektromagnete unterstützt werden. Vorteilhaft ist es, einen Zweitakter im unteren Totpunkt und einen Viertakter im unteren oder im oberen Totpunkt vor dem Ansaugtakt in Ruhe zu halten. Die Ruhestellung kann jedoch auch mitten im Takt zum Beispiel nach einer Teilkompression liegen. Sofern ein Festhalten in einer Ruhestellung unterbleibt, wirkt der Freikolbenmotor als reiner, kontinuierlicher Schwinger.

Die weiteren Figuren zeigen Alternativen zum Freikolbenmotor nach Fig. 1 und Weiterentwicklungen des in Fig. 1 gezeigten Prinzips, wobei gleiche Einrichtungen mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind und zusätzliche Einrichtungen mit weiteren Bezugszeichen bezeichnet werden.

Der Freikolbenmotor nach Fig. 2 ist im wesentlichen entsprechend dem Freikolbenmotor nach Fig. 1 aufgebaut, nur daß das elastische Element auf der Unterseite der oberen Fläche 7 des Hauptkolbens 3 angeordnet ist. Als elastisches Element dient ein gasgefüllter Raum 20, der durch die obere Kolbenplatte 7 vom Brennraum 2 getrennt angeordnet ist und durch die obere Kolbenplatte 7 während der Expansionsphase im Brennraum 2 komprimiert wird. Dieser Raum 20 steht über ein Ventil 21 mit einem Gasspeicher 22 in Verbindung, wobei mit dem Ventil 21 entsprechend dem Ventil 13 in Fig. 1 die Eigenschaften der vom Raum 20 gebildeten pneumatischen Feder variiert werden können.

Der Aufbau des Freikolbenmotors nach Fig. 3 entspricht ebenfalls im wesentlichen dem Aufbau des Freikolbenmotors nach Fig. 1, wobei bei dem Freikolbenmotor nach Fig. 3 als elastisches Element eine mechanische Feder 23 vorgesehen ist. Diese mechanische Feder 23 ist zwischen der Unterseite 8 des Kolbens 3 und einer verstellbaren Anschlagplatte 24 angeordnet, so daß durch die Verstellung der Anschlagplatte 24 die Wirkung der Feder variiert werden kann.

Bei der Freikolbenvariante nach Fig. 4 ist eine pneumatische Feder 20 entsprechend Fig. 2 unterhalb der oberen Abschlußplatte 7 des Hauptkolbens 3 vorgesehen und der Raum 25 unterhalb der Unterseite 8 des Hauptkolbens 3 dient als Arbeitsraum, um ein Hydraulikfluid von einem Rückschlagventil 26 durch zwei Ventile 27 und 28 zu einem Rückschlagventil 29 zu fördern. Druckschwankungen am Arbeitsfluid werden hierbei durch einen Windkessel 30 auf der Niederdruckseite und einen Windkessel 31 auf der Hochdruckseite ausgeglichen. Der Raum 32, der dem Raum 11 in Fig. 1 entspricht, ist über ein Ventil 33 mit der Niederdruckseite verbunden und mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, so daß durch Schließen des Ventils 33 die Bewegung des Hauptkolbens 3 angehalten werden kann.

Fig. 5 zeigt eine weitere Variante eines Freikolbenmotors, die im Aufbau der Variante nach Fig. 4 weitgehend entspricht, wobei bei der Variante nach Fig. 5 der Raum 32 zusätzlich über ein Ventil 34 mit der Hochdruckseite verbunden ist. Dies ermöglicht es, einerseits durch Schließen der Ventile 33 und 34 die Bewegung des Kolbens anzuhalten, und andererseits können die Ventile 33 und 34 und die Ventile 27 und 28 so geschaltet werden, daß sowohl beim Anheben als auch beim Senken des Hauptkolbens 3 Arbeit verrichtet wird, um Hydraulikflüssigkeit vom Rückschlagventil 26 zum Rückschlagventil 29 zu fördern.

Fig. 6 zeigt einen Freikolbenmotor, bei dem zusätzlich zu einem Hauptkolben 3 nach Fig. 1, ein Gegenkolben 3' auf einen Brennraum 2 wirken. Die mit den Hauptkolben 3 bzw. 3' zusammenwirkenden Aggregate entsprechen Fig. 1 und sind spiegelbildlich zueinander angeordnet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 wirken zwei Brennräume 2 und 2' auf einen Kolben 35, der zwei obere Kolbenplatten 7 und?' aufweist, die jeweils in einem Brennraum 2 bzw. 2' geführt sind. Wird bei dieser Variante das Viertaktverfahren angewendet, und ist die Taktfolge in den beiden Brennräumen 2 und 2' um zwei Takte gegeneinander verschoben, so wird erreicht, daß dem Kolben 35 in jedem zweiten Takt Verbrennungsenergie zugeführt wird. In den dazwischen liegenden Takten wird der Kolben 35 von dem elastischen Element 10 angetrieben.

Fig. 8 zeigt eine mechanische Energieabgabe über eine pneumatische Kopplung. Der Freikolbenmotor hat eine pneumatische Feder 20 unterhalb der oberen Platte 7 des Hauptkolbens 3 und eine weitere pneumatische Feder 36 unterhalb der unteren Platte 8 des Hauptkolbens 3, die einen gasgefüllten Raum aufweist. Dieser Raum ist radial durch einen Zylinder 37 begrenzt, in dem einerseits der Hauptkolben 3 und andererseits ein Arbeitskolben 38 geführt ist. Der Arbeitskolben kann beispielsweise mit einer Kurbelwelle in Verbindung stehen. Der Flüssigkeitsraum 11 oberhalb der Platte 8 des Hauptkolbens 3 ist mittels des Ventils 15 verschließbar, so daß der Hauptkolben 3 in jeder Position angehalten werden kann.

Fig. 9 zeigt eine Weiterentwicklung des Freikolbenmotors nach Fig. 8, wobei die pneumatische Feder 36 über ein Ventil 39 mit einem Gastank 40 verbunden ist, so daß mittels des Ventils 39 die Eigenschaften der pneumatische Feder 36 variiert werden können.

Eine weitere Möglichkeit der pneumatischen Kopplung für eine mechanische Energieabgabe zeigt Fig. 10. Der Freikolbenmotor 1 arbeitet hierbei gegen eine pneumatische Feder 20, die unterhalb der oberen Platte 7 des Hauptkolbens 3 angeordnet ist. Die Räume 41 und 42 oberhalb und unterhalb der unteren Platte 8 des Hauptkolbens 3 sind mit Gas gefüllt und stehen mit Räumen 43, 44 oberhalb bzw. unterhalb der Kolbenplatte 45 des Arbeitskolbens 38 in Verbindung. Ventile 46 bis 51 erlauben eine beliebige Verschaltung zwischen den Räumen 41 bis 44, so daß in die Kopplung zwischen dem Hauptkolben 3 und dem Arbeitskolben 38 beliebig eingegriffen werden kann. Eine Variation des Volumens der Räume 41 bis 44 wird über Gaspuffer 52 bis 55 erreicht, die über Ventile 56 bis 59 mit den Räumen 41 bis 44 verbindbar sind.

Letztlich zeigt Fig. 11 noch eine Möglichkeit den Raum 41 oberhalb der unteren Kolbenplatte 8 des Hauptkolbens 3 als pneumatische Feder zu nutzen, während der Raum 25 unterhalb der Kolbenplatte 8 zum Pumpen einer Hydraulikflüssigkeit vom Rückschlagventil 26 zum Rückschlagventil 29 dient. Auch der Raum dieser weiteren pneumatischen Feder 41 ist über ein Ventil 60 durch Zuschaltung eines Gasspeichers 61 vergrößerbar.

Die verschiedenen beschriebenen Motorvarianten erlauben mannigfache Möglichkeiten der Regelung der Motorleistung. Bei einem intermittierenden Betrieb, d. h. bei zeitweiligem Anhalten des Hauptkolbens 3 läßt sich über die Pausenlänge die Motorleistung variieren. Außerdem läßt sich die Qualität und die Quantität des Kraftstoffluftgemisches verändern. Bei einer Variation des Hubvolumens können entweder alle Hubvolumina entsprechend vergrößert oder verkleinert werden oder die Hubvolumina werden unterschiedlich verändert. Zum Beispiel kann nur das Ansaugvolumen verändert werden, während das Expansionsvolumen konstant bleibt. Bei Mehrzylindermotoren ist eine Leistungsregelung durch Abschalten einzelner Zylinder möglich. Außerdem kann die effektive Kolbenmasse durch Zu- und Wegschalten einzelner Massen variiert werden. Die vorgesehenen Puffer erlauben eine Änderung der Pufferdrücke und ein Zu- und Wegschalten von Zusatzpuffern. Darüberhinaus läßt sich die Motorhubfrequenz und die Verbraucherhubfrequenz unterschiedlich einstellen. Der Motor kann auch unterschiedlich aufgeladen werden und ein Übergang vom Viertakt zum Zweitaktverfahren ist beim Freikolbenmotor möglich. Für Höchstlast kann letztlich auch ein Zusatzaggregat kurzzeitig zugeschaltet werden, mit dem die Motorleistung erhöht werden kann.

Die Motorvarianten nach den Fig. 4, 5 und 10 erlauben ein Kurzschließen des Motors, indem die Druckseiten oberhalb und unterhalb der unteren Kolbenplatte 8 miteinander verbunden werden, um während des Anlassens oder einer Störung einen Freilauf des Hauptkolbens 3 zu ermöglichen.

Durch einen verlängerten Expansionshub ist eine interne Abgasnutzung möglich und mit einer Abgasturbine ist eine Spülung des Brennraums zu erzielen.

Die Doppelkolbenanordnung nach Fig. 6 erlaubt einen symmetrischen oder asymmetrischen Betrieb. Hierbei ist eine Synchronisation durch die Verbindung der Puffer 18 und 18' bzw. 19 und 19' sowie der Räume 11 und 11' zu erreichen. Bei einem Mehrzylindermotor nach Fig. 7 kann die benötigte Energie eines Kompressionstaktes direkt durch den anderen Zylinder geliefert werden, ohne daß Energie zwischengespeichert werden muß. Dadurch reduzieren sich die Strömungsverluste und die Schaltleistungen der Ventile.

Der Freikolbenmotor ist nicht an ein spezielles Motorkonzept gebunden und kann somit als Diesel, Otto oder Stirling Motor arbeiten.

Darüberhinaus kann das beschriebene Pumpen einer Hydraulikflüssigkeit auch zum Antrieb eines Schiffes verwendet werden, indem Wasser angesaugt und entgegen der Fahrtrichtung des Schiffes mit hohem Druck abgegeben wird.

Eine Kombination der Betriebsweisen eines Freikolbenmotors nach den Fig. 4 und 5 erlaubt bei einer Betriebsweise nach Fig. 4, die Erzeugung eines hohen Drucks und bei einer Betriebsweise nach Fig. 5 das Fördern eines hohen Volumenstroms. Diese Kombination kann auch als hydraulisches Getriebe bezeichnet werden. Das Umschalten kann auch innerhalb eines einzelnen Taktes erfolgen, so daß in Abhängigkeit des Verbraucherdruckes ein kontinuierlicher Übergang von hohem Druck auf hohes Volumen stattfindet.

Der Aufbau eines Freikolbenmotors nach Fig. 7 führt zu einem Viertakter mit zwei Verbrennungsräumen. Hierbei sind vorzugsweise zwei Kolben mechanisch miteinander verbunden, so daß sie auf zwei getrennte Verbrennungsräume im Viertaktverfahren arbeiten. Die beiden Abläufe sind dann um zwei Takte gegeneinander verschoben und der Freikolben kann jeweils nach zwei Takten im unteren Totpunkt stehenbleiben.

Die Motoranordnung nach den Fig. 8 und 9 erlaubt eine Schwingung des Hauptkolbens 3 in Resonanz mit dem Arbeitskolben 38. Die Schwingung des Hauptkolbens 3 kann jedoch auch bei geringer Leistungsabnahme unterbrochen werden, während die Schwingung des Arbeitskolbens 38 weiterläuft. Ebenso kann der Hauptkolben 3 auch mit einem Vielfachen der Frequenz des Arbeitskolbens 38 schwingen.

Die Vielzahl der Ventile in Fig. 10 erlauben es, den Hauptkolben 3 und den Arbeitskolben 38 mit gleicher oder unterschiedlicher Taktfrequenz zusammen arbeiten zu lassen oder einen Kolben anzuhalten, während der andere Kolben weiterarbeitet. Durch Kurzschließen der Räume über und unterhalb des Hauptkolbens 3 oder des Arbeitskolbens 38 ist ein Freilauf des jeweiligen Kolbens zu erzielen.

Fig. 11 zeigt einen Freikolbenmotor, der als Viertakter mit einem Verbrennungsraum zu betreiben ist. Da nur unterhalb der Kolbenplatte 8 des Hauptkolbens 3 die Hydraulikflüssigkeit vorgesehen ist, wird am oberen Totpunkt des Freikolbens die Kavitationsgefahr verhindert. Vor dem Ansaugtakt kann der Motor angehalten werden, indem er hydraulisch gesperrt wird. Dazu werden die Ventile 27 und 28 geschlossen. Die Volumina und Drücke der Räume 41 und 20 sind so zu wählen, daß die vier Takte in gewünschter Weise ablaufen. Bei dem Ablauf der vier Takte muß nur die Bewegungsrichtung des Hauptkolbens 3 mehrmals umgekehrt werden, es muß auch Energie über mehrere Takte pneumatisch gespeichert werden. Deswegen ist beim Viertakter ein zweiter pneumatischer Puffer 41 nötig. Mit Hilfe der Ventile 21 und 60 werden die Speicher 22 und 61 zeitweise zu den Räumen 20 und 41 hinzugeschaltet und so das Elektrizitätsmodul dieser pneumatischen Federn jeweils für zwei Takte verändert.

Bei der Verwendung des Freikolbenmotors als mobiler Fahrzeugantrieb und stationäre Energieversorgungseinrichtung kann während der Bereitstellung von Bewegungsenergie Abwärme in einem vorzugsweise latenten Wärmespeicher gespeichert werden, um nach der Fahrt im stationären Betrieb wieder freigesetzt zu werden.

Claims (10)

1. Freikolbenmotor (1) mit mindestens einem Brennraum (2) und einem mit dem dem Brennraum (2) zusammenwirkenden Hauptkolben (3), der Arbeit verrichtet, dadurch gekennzeichnet, daß er ein elastisches Element (10, 20, 23) aufweist, das den Hauptkolben (3) in den Brennraum (2) drückt und daß eine Einrichtung eine Ruhepause im zyklischen Bewegungsablauf des Hauptkolbens (3) ermöglicht.

2. Freikolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element eine pneumatische Feder (10, 20) ist.

3. Freikolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element eine mechanische Feder (23) ist.

4. Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastizitätsmodul des elastischen Elementes (10, 20, 23) einstellbar ist.

5. Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Arbeitspuffer (18, 19, 18', 19', 36, 52, 53, 54, 55, 61) aufweist.

6. Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er kurzschließbar ist, so daß die Leistungsabgabe zumindest zeitweise unterbrochen werden kann.

7. Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gegenkolben (3') mit dem Brennraum (2) zusammenwirkt, der ebenfalls Arbeit verrichtet und ein elastisches Element (10') aufweist, das den Gegenkolben (3') in den Brennraum (2) drückt.

8. Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkolben (3) mit einem Zusatzkolben (35) verbunden ist, der mit einem Zusatzbrennraum (2) zusammenwirkt.

9. Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein zweites elastisches Element (41) aufweist, das dem ersten elastischen Element (10, 20) entgegenwirkt, und daß die Elastizitätsmodule beider Elemente innerhalb eines Zyklus so veränderbar sind, daß der Freikolbenmotor nach dem Viertaktverfahren arbeitet.

10. Verwendung eines Freikolbenmotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche als mobiler Fahrzeugantrieb und stationäre Energieerzeugungseinrichtung.