EP1232335A1 - Free-piston engine - Google Patents

Free-piston engine

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Publication number
EP1232335A1
EP1232335A1 EP00981162A EP00981162A EP1232335A1 EP 1232335 A1 EP1232335 A1 EP 1232335A1 EP 00981162 A EP00981162 A EP 00981162A EP 00981162 A EP00981162 A EP 00981162A EP 1232335 A1 EP1232335 A1 EP 1232335A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
pressure
control
valve
pressure accumulator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP00981162A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1232335B1 (en
Inventor
Rudolf SCHÄFFER
Jörg Dantlgraber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Mannesmann Rexroth AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10026728A external-priority patent/DE10026728A1/en
Application filed by Mannesmann Rexroth AG filed Critical Mannesmann Rexroth AG
Publication of EP1232335A1 publication Critical patent/EP1232335A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1232335B1 publication Critical patent/EP1232335B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B11/00Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type
    • F01B11/007Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type in which the movement in only one direction is obtained by a single acting piston motor, e.g. with actuation in the other direction by spring means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • F02B71/045Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby with hydrostatic transmission
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

Definitions

  • the invention relates to a free piston otor according to the preamble of claim 1.
  • a free-piston engine is an internal combustion engine working according to the 2-stroke process, in which a hydraulic circuit with a piston pump is used as a drive train instead of a crank.
  • the engine piston is connected to a hydraulic cylinder, via which the translatory energy generated during an engine work cycle is fed directly to the hydraulic working medium without the classic detour via the rotary movement of a crank mechanism.
  • the downstream, storable hydraulic circuit is designed in such a way that it takes up the work that has been done, stores it temporarily and, depending on the power requirement, feeds it to a hydraulic output unit, for example an axial piston machine.
  • DE 40 24 591 AI describes a free-piston engine of the generic type, which is also known as a Brandl-free piston engine.
  • the compression movement of the engine piston takes place through interaction with a hydraulic piston, which can be connected to a high-pressure accumulator or a low-pressure accumulator via a 2/3-way switch valve 1.
  • the engine piston accelerates by pressurizing the hydraulic cylinder with the pressure in the high-pressure accumulator.
  • the hydraulic cylinder is connected to the low-pressure accumulator via the changeover valve 1, so that the further compression stroke of the engine piston takes place against the effective force from the compression pressure of the working gas.
  • the working gas After reaching the outer dead center (AT), the working gas is ignited and the engine piston is accelerated towards the inner dead center (IT).
  • the connection to the high-pressure accumulator is opened via the switch tventi 1 ert, so that the engine piston is braked and its kinetic energy is converted into potential hydraulic energy and the high-pressure accumulator is charged.
  • the switching times of the changeover valve are in the millisecond range, when opening and closing the connection to the high-pressure accumulator in the changeover valve throttle losses occur which can be in the order of 10% of the engine output.
  • the invention has for its object to develop the generic free piston engine in such a way that the throttle losses are reduced with minimal device complexity.
  • a valve arrangement with a control piston is connected between a hydraulic cylinder receiving a hydraulic piston and a changeover valve for selectively hydraulic connection of the hydraulic cylinder to a high-pressure accumulator device or a low-pressure accumulator, by means of which the hydraulic piston with one of the output pressure at the changeover valve or pressure force dependent on the pressure in the high-pressure accumulator can be applied.
  • the changeover valve can be designed for a much lower flow than in the prior art, so that short switching times with minimal throttle losses can be achieved.
  • control piston is designed with a control edge, via which a connection to the high-pressure accumulator can be opened.
  • the control piston thus draws its switching energy from the high-pressure storage device via its own control edge, so that the quantity of pressure medium flowing via the changeover valve is only required to initiate the upward movement of the control piston and is therefore minimal.
  • the pressure medium quantities flowing through the changeover valve can be minimized, so that the pressure losses when opening and closing the connection to the high-pressure accumulator are minimal.
  • the Querschm 'ttsflache of the control piston is advantageously greater than that of Hydraul ikkolbens formed, so that due to the selected gear ratio is sufficient, a comparatively small stroke of the control piston to cause a sufficient acceleration of the engine piston.
  • the opening movement of the control piston is limited by a stop. After the control piston has hit this stop, there is no further pressure build-up in the hydraulic cylinder, so that there is no further acceleration of the engine piston. That is, according to the invention, the closing of the changeover valve required in the prior art is replaced by the run-up of the control piston to the stop, so that the throttle occurring when the changeover valve closes can practically not occur.
  • This stop can be made adjustable in order to be able to adjust the maximum speed of the engine piston.
  • the control piston is reset during the combustion stroke essentially by the force of the control spring, whereby sufficient time is available for this closing process and practically no throttle losses occur.
  • the high-pressure storage device is loaded during the combustion stroke of the engine piston via a high-pressure channel in which a check valve is provided.
  • this high-pressure channel can be opened or closed via a further control edge of the control piston, so that the charging process is dependent on the position of the control piston.
  • a directional valve can be provided in the high-pressure channel leading to the high-pressure storage device, via which a bypass line that bypasses the check valve provided therein can be opened or closed.
  • the hydraulic piston can be subjected directly to the pressure in the high-pressure storage device during the compression stroke, while the control piston initially remains in its closed position. After the hydraulic piston has reached a predetermined acceleration or speed, the bypass line is then closed, so that the further movement of the hydraulic piston is determined in the manner described above by the control piston.
  • the directional control valve can optionally be provided with a switch position in which the high-pressure channel can be connected to the tank, so that the free piston can be moved towards its inner dead center practically without counter pressure.
  • control piston is designed as a stepped piston, the annular surface which is effective in the opening direction being connected to the low-pressure accumulator via a low-pressure channel with a check valve.
  • the larger annular end face of the control piston is acted upon by the pressure in the hydraulic cylinder of the hydraulic piston and by the force of the control spring.
  • the annular space of the stepped piston is connected to the high-pressure accumulator via a pressure channel, so that the high-pressure accumulator device is charged when the control piston jerks back.
  • the rear circumferential edge of the larger end face of the stepped control piston is preferably designed in such a way that it opens the high-pressure channel shortly before the control piston runs onto its valve seat, so that the kinetic energy of the engine or hydraulic piston for loading the high pressure pressure storage device is used.
  • the high-pressure storage device can fluctuate relatively strongly due to other connected consumers, which can lead to discontinuities during the compression stroke of the free-piston engine.
  • This is connected to the high-pressure accumulator via a suitable ventilating device and is kept at a pressure level which is below the minimum level of the high-pressure accumulator. If a limit pressure is exceeded, the pressure in the medium pressure accumulator can be reduced towards the low pressure accumulator.
  • the high-pressure accumulator feeding the medium-pressure accumulator is then advantageously charged.
  • the hydraulic piston is designed as a differential piston, an annular space delimited by the differential piston being able to be connected to the low-pressure accumulator during the expansion stroke and the annular space of a stepped control piston during the compression stroke.
  • the free piston engine according to the invention can be particularly compact if the transmission valve arrangement is designed coaxially with the engine piston axis.
  • the valve arrangement is preferably designed as a logic valve or slide valve.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a free piston engine
  • Figure 7 shows another embodiment of a free piston engine according to the invention.
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a free-piston engine with a directional valve for hydraulic limitation of the engine piston speed
  • Figure 9 shows an embodiment of a free piston engine with a control piston designed as a stepped piston
  • FIG. 10 shows a variant of the free-piston engine according to FIG. 9 with a hydraulic piston and a hydraulic cylinder
  • Figure 11 shows an embodiment of a free-piston engine with a medium pressure accumulator.
  • FIG. 1 shows a highly simplified, schematic illustration of a free-piston engine 1 according to the invention.
  • This has a motor housing 2, through which at least one combustion cylinder 4 (to the right of the dash-dotted line in FIG. 1) and a hydraulic cylinder 6 (to the left of the dash-dotted vertical line) ) are limited.
  • An engine piston 10 is guided in a cylinder bore 8 of the combustion cylinder 4, via which the cylinder bore 8 is divided into a combustion chamber 16 and an inlet chamber 18.
  • the engine piston 10 In the illustrated waiting position of the free-piston engine 1, the engine piston 10 is at its inner dead center (IT), an outlet channel 14 being opened so that combustion gases can flow out of the combustion chamber 16.
  • Fresh gas is supplied via an inlet channel 20 opening into the rear inlet space 18 with an inlet valve.
  • the inlet chamber 18 and the combustion chamber 16 are connected to one another by means of an overflow channel 22.
  • the fuel is injected into the combustion chamber 16 via an injection valve 24 in the cylinder head of the combustion cylinder Indian 4.
  • 4 cooling channels 27 are formed in the peripheral wall of the combustion cylinder.
  • the free piston engine 1 corresponds to a conventional two-stroke engine, so that further versions are unnecessary.
  • the engine piston 10 carries a hydraulic piston 26, the diameter of which is substantially smaller than that of the engine piston 10 is. This hydraulic piston 26 plunges into a stepped axial bore 28 of the hydraulic cylinder 6.
  • Sealing devices are provided so that the media accommodated in the combustion cylinder 4 and in the hydraulic cylinder 6 are separated from one another.
  • a low pressure accumulator 36 for example a pressure medium tank, is connected via a low pressure channel 38 and a check valve 40 to the space delimited by the axial bore 28.
  • the check valve 40 prevents a backflow of the pressure medium received in the axial bore 28 to the low pressure accumulator 36, while the check valve 32 prevents a backflow of the pressure medium received in the high pressure accumulator 34 into the axial bore 28.
  • the hydraulic piston 26 passes through the axial bore 28 and dips into a control chamber 42 in which a control piston 44 designed as a piston is guided. This is biased against a valve seat 48 by means of a control spring 46.
  • a pressure channel 50 opens, which is connected on the one hand to the high-pressure accumulator 34 and on the other hand to an input port P of a changeover valve 52.
  • a pilot space 54 adjoining the end face of the control piston 44 is connected via a control channel 56 to an output or working port A of the switching valve 52.
  • This is designed as an electrically or electrohydraulically controlled 3/2-way valve which can be controlled via the motor control (not shown).
  • P the switching valve 52 also has a tank connection T, which is connected to a tank or the low-pressure accumulator 36.
  • the tank connection T and the working connection A are connected to one another, while the pressure connection P is shut off.
  • the pressure port P is connected to the working port A and the tank port T is shut off.
  • the control piston 44 is seated in the basic position of the free piston engine 1 on the valve seat 48, so that the pilot chamber 54 and the control chamber 42 are shut off from each other.
  • the control piston 44 of the logic valve is acted upon in the closing direction by the force of the control spring 46 and by the pressure in the axial bore 28 and thus in the rear control chamber 42, while it is acted upon in the opening direction by the pressure in the pilot control chamber 54.
  • the changeover valve 52 is brought into a second switching position via the engine control, in which, according to FIG. 2, the pressure port P is connected to the working port A, so that pressure medium from the high-pressure accumulator 34 via the pressure channel 50 and the control channel 56 into the Pilot room 54 is fed. That is, the end face of the control piston 44 is subjected to high pressure, while low pressure is still effective in the control chamber 42. Due to the pressure difference, the control piston 44 is lifted from its valve seat 48 and the connection between the pilot chamber 54 and the pressure channel 50 is opened via the control edge 58 formed by the peripheral edge of the control piston 44.
  • the control piston thus receives its acceleration energy as a function of the control edge opening, through which the end face of the control piston 44 is directly subjected to the pressure in the high-pressure accumulator 34. Due to the resulting axial movement of the control piston 44, the hydraulic piston 26 is also accelerated and moved to the right in accordance with the engine piston 10 in the illustration according to FIG. 2 - the outlet channel 14 and the overflow channel 22 are controlled by the engine piston 10 and this in the combustion chamber 16 existing fresh gas is compressed.
  • the check valve 40 prevents pressure medium from flowing out of the axial bore 28 into the low-pressure accumulator 36 during the control piston movement.
  • the control piston 44 runs against a stop 60 in the control chamber 42 after a predetermined distance D.
  • the accelerated to its maximum speed engine piston 10 moves due to its inertia towards AT, whereby pressure medium is drawn in from the low-pressure accumulator 36 via the check valve 40 and the low-pressure channel 38 by the vacuum created in the axial bore 28.
  • the position of the stop 60 is selected such that the kinetic energy of the engine piston 10 at the time the control piston 44 hits the stop 60 is sufficient to move the engine piston 10 toward the AT against the polytropically increasing compression pressure of the fresh gas in the combustion chamber 16 ,
  • the engine piston 10 is braked by the compression pressure and comes to a standstill.
  • the changeover valve 52 When the IT is reached, the changeover valve 52 is switched to its basic position, so that the end face of the control piston 44 is acted on by low pressure.
  • the piston positions and pressure conditions now correspond to the initial conditions as described with reference to FIG. 1.
  • a new work cycle can begin.
  • the acceleration of the engine piston 10 and thus the compression ratio of the free piston engine 1 is significantly influenced in the cycle described above by the length of the distance D, which the control piston 44 travels in the acceleration phase.
  • the stop 60 for the control piston 44 can be designed to be adjustable. This adjustment can take place, for example, via the engine control.
  • the high-pressure channel 30 opens into the control chamber 42. This has the effect that the high-pressure channel 30 is opened or closed by a further control edge 62 formed on the piston skirt of the control piston 44, so that the control movement of the control piston 44 is further optimized and a quick closing of the logic valve is guaranteed.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 7 corresponds to the previously described exemplary embodiment, so that further explanations are unnecessary.
  • slide valve instead of the logic valve (seat valve) used in the exemplary embodiments described above, a slide valve can of course also be used.
  • the axis of the logic valve is designed coaxially with the axis of the combustion cylinder.
  • other relative positions can also be realized in which the hydraulic connection to the hydraulic cylinder 6 is ensured.
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a free-piston engine in which the hydraulic or working piston 26 can be acted upon directly with the high pressure in the high-pressure accumulator 34 via a directional valve 70.
  • the basic structure of the free-piston engine shown in FIG. 8 corresponds to that shown in FIG Embodiment, so that only the newly added components are described below.
  • the check valve 32 can be bypassed via a bypass line 72, into which the directional valve 70 is connected.
  • the directional control valve is designed with three switching positions, the bypass line 72 being open in switching position a and a connection to the tank being shut off. In the basic position 0, both the connection to the tank and the bypass line 72 are blocked. In the switching position identified by b, the area of the high-pressure duct 30 upstream of the check valve 32 can be connected to the tank, so that the pressure in the axial bore 28 can be reduced toward the tank.
  • the changeover valve 52 is brought into the working position, as in the exemplary embodiments described above, so that the pressure in the high-pressure accumulator 34 is applied to the left end face of the control piston 44.
  • the directional control valve 70 is brought into the switching position shown, in which the check valve 32 is bypassed, so that the pressure in the hydraulic accumulator 34 also acts in the axial bore 28 and thus on the rear of the control piston 44. Due to the hydraulic balance of forces, the control piston 44 is then biased into its closed position by the force of the control spring 46.
  • the hydraulic piston 26 Due to the pressure in the axial bore 28, the hydraulic piston 26 is accelerated and the compression stroke of the engine piston 10 is initiated.
  • the directional control valve 70 is brought into its blocking position marked 0, so that the bypass line 72 is shut off and the pressure medium is supplied from the high-pressure accumulator 34 in the axial bore 28 is prevented.
  • the control piston 44 lifts off its valve seat 48, so that the further movement of the engine piston 10 is determined by the axial movement of the control piston 44.
  • a variable starting speed of the engine piston 10 can thus be set before the control piston 44 takes effect. This variable initial speed can be adapted as a function of the operating conditions and the opening stroke and the opening time by actuating the directional control valve 70.
  • the directional control valve 70 In the case of long opening times of the bypass line 72, it is possible, for example, to make do with relatively small axial movements of the control piston 44, so that a more compact design is possible.
  • the directional control valve 70 must be designed with a correspondingly large nominal size. If one is satisfied with the relatively low initial speeds of the engine piston 10, the directional control valve 70 can be made very small, so that, due to the low pressure medium flows, rapid switching and low losses occur in the area of the directional control valve 70.
  • switch position b the axial bore 28 is relieved of pressure, so that the hydraulic piston 26 or the engine piston 10 can be moved further to the internal dead center (IT) in the event of a misfire after the switchover.
  • FIG. 9 shows an embodiment which corresponds to the embodiment shown in FIG. 7 with regard to the basic structure. That is to say, also in the variant shown in FIG. 9, the high-pressure channel 30 is opened or closed by a rear control edge 72 of the control piston 44.
  • control piston 44 is designed as a stepped piston, a radially widened annular collar 74 being formed in a correspondingly widened section 76 of the control chamber 78 receiving the control piston 44.
  • the high-pressure channel 30 opens in the closed position of the control piston 44 in the space 78 delimited by the larger end face of the control piston 44, while a further pressure channel 80 opens in the annular space 82 delimited by the annular end face of the stepped piston 44.
  • This pressure channel 80 is connected to the high-pressure accumulator 84, a check valve 84 preventing a flow from the high-pressure accumulator 34 into the annular space 82 in a manner similar to the check valve 32 arranged in the high-pressure duct 30.
  • Check valve 32 are bypassed via a bypass line 72 into which a metering valve 86 is connected, the function of which corresponds in principle to the directional control valve 70 from the exemplary embodiment described above.
  • the low-pressure duct 38 which connects to the low-pressure accumulator 36 likewise opens into the annular space 32, so that the control piston 44 is acted upon by the pressure in the low-pressure accumulator 36 in the opening direction.
  • the force of the control spring 46 must therefore be designed such that it presses the control piston 44 against the pressure in the low-pressure accumulator 36 against the valve seat 48 in the basic position.
  • the changeover valve 52 is brought into the working position, so that the control piston 44 lifts off the valve seat 48 and the hydraulic piston 26 and the engine piston 10 are accelerated.
  • pressure medium is drawn in from the low-pressure accumulator 36 via the low-pressure channel 38 from the start, so that the opening movement is supported by the pressure in the low-pressure accumulator 36.
  • the pressure in the hydraulic accumulator 26 can be applied directly to the hydraulic piston 26 via the metering valve 36, as in the exemplary embodiment described above.
  • the stop 60 is formed at such an axial distance from the control piston 44 that it has no effect. Ie, when operating the free col benmotors 1, the control piston 44 is stopped in its end position seen in the opening direction by a balance of forces and not by running up to a stop. This end position of the control piston 44 is reached when the engine piston 10 reaches its outer dead center AT.
  • both the engine piston 10 and the control piston 34 come to a standstill at the outer dead center AT and the mixture is ignited by injecting the fuel via the injection valve 24 - the engine piston 10 and the control piston 44 move back into their basic position , Due to the return movement of the control piston 44, the pressure medium located in the annular space 82 is conveyed via the pressure channel 80 and the check valve 84 into the high-pressure accumulator 34 and the latter is thus charged.
  • the high-pressure channel 30 is opened via the control edge 62 of the control piston 44, so that shortly before the control piston 44 hits the valve seat 48, the kinetic energy of the engine piston 10 for charging the hydraulic accumulator 34 via the high-pressure channel 30 and the check valve 32 is used.
  • the changeover valve 52 is switched over so that the smaller end face of the control piston 44 is relieved of pressure toward the tank or low pressure - the cycle can begin again.
  • FIG. 10 shows a variant of the embodiment shown in FIG. 9, in which the working or hydraulic piston 26 is designed as a differential piston, the radially recessed part being oriented toward the engine piston 10.
  • the radially recessed part of the hydraulic piston 26 forms with the axial bore 28 a further annular space 88, which via a low-pressure line 90 and a check valve 92 with the low-pressure accumulator 36 and via a connecting channel 94 and a check valve 96 with the larger end face of the control piston 44 limited space 78 is connected.
  • the pressure medium located in the further annular space 88 is discharged via the connecting channel 94 and the like Check valve 96 displaced to room 78.
  • FIG. 11 shows an embodiment which corresponds to the embodiment shown in FIG. 7 with regard to the basic structure.
  • a further medium-pressure accumulator 98 is provided, which is connected to the pressure channel 50, so that the left end face of the control piston 44 in FIG. 11 is acted upon by the pressure in the medium-pressure accumulator 98 is when the holding valve 52 is brought into its working position.
  • the medium-pressure accumulator 98 is connected via a line 100 to a control valve 102 with the part of the high-pressure duct 30 located downstream of the check valve 32.
  • the medium pressure accumulator 98 is connected to the low pressure accumulator 36 by means of a further line 104 and a further control valve 106.
  • the high-pressure accumulator 34 is connected to the high-pressure duct 30 via the check valve 32. This is opened when the control piston 44 moves back from its stop position via the control edge 62.
  • the pressure level of the medium pressure accumulator 98 lies between that of the high-pressure accumulator 34 and the low-pressure accumulator 36.
  • the two control valves 102 and 106 are closed, so that when the changeover valve 52 is switched into its working position, the end face of the control piston 44 with the pressure is acted upon in the medium pressure accumulator 98. That is, the acceleration of the engine piston 10 is essentially dependent on the pressure in the medium-pressure accumulator 98.
  • This pressure can be kept at a constant level by suitable control of the control valves 102, 106.
  • the control valve 102 When the pressure in the medium-pressure accumulator 98 drops below a predetermined level, the control valve 102 is opened, so that the medium-pressure accumulator 98 is charged via the high-pressure accumulator 34. If the predetermined pressure level is exceeded, the other control valve 106 is opened, so that pressure can be reduced towards the low-pressure accumulator 36.
  • the high-pressure accumulator 34 is charged after opening the high-pressure channel 30.
  • a free piston engine is disclosed, the engine piston of which can be acted upon by a force in the compression direction via a hydraulic cylinder. This can be connected to the pressure in a high-pressure accumulator device or in a low-pressure accumulator via a changeover valve.
  • a valve arrangement with a control piston is provided between the hydraulic cylinder and the changeover valve, through the control edge of which a connection to the high-pressure storage device can be opened.

Abstract

A free-piston engine is disclosed, whose engine piston may have a force applied, in the compression direction, by means of an hydraulic cylinder, which can, by means of a switching valve, be connected to the pressure in a high pressure storage device or a low pressure storage device. According to the invention, a valve arrangement, with a control piston, is arranged between the hydraulic cylinder and the switching valve, whose control surface controls a connection with the high pressure reservoir device.

Description

Beschreibung description
FreikolbenmotorFree piston engine
Die Erfindung betrifft einen Frei kolben otor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a free piston otor according to the preamble of claim 1.
Ein Frei olbenmotor ist im Prinzip ein nach dem 2-Takt-Verfah- ren arbeitender Verbrennungsmotor, bei dem anstelle eines Kurbel- tnebes ein Hydraul l kkreis mit Kolbenpumpe als Antriebsstrang nachgeschaltet ist. Dazu ist der Motorkolben mit einem Hydraulikzylinder verbunden, über den die wahrend eines Motorarbeitstaktes erzeugte translatoπsche Energie ohne den klassischen Umweg über die Rotationsbewegung eines Kurbel tπebes direkt dem hydraulischen Arbeitsme- dium zugeführt wird. Der nachgeschaltete, speicherfahige Hydraulik- kreislauf ist derart ausgelegt, daß er die abgegebene Arbeit aufnimmt, zwischenspeichert und e nach Leistungsbedarf einer hydraulischen Abtriebseinheit, beispielsweise einer Axial kolben aschine zufuhrt.In principle, a free-piston engine is an internal combustion engine working according to the 2-stroke process, in which a hydraulic circuit with a piston pump is used as a drive train instead of a crank. For this purpose, the engine piston is connected to a hydraulic cylinder, via which the translatory energy generated during an engine work cycle is fed directly to the hydraulic working medium without the classic detour via the rotary movement of a crank mechanism. The downstream, storable hydraulic circuit is designed in such a way that it takes up the work that has been done, stores it temporarily and, depending on the power requirement, feeds it to a hydraulic output unit, for example an axial piston machine.
In der DE 40 24 591 AI ist ein Frei kolbenmotor der gattungsge- maßen Art beschrieben, der auch als Brandl -Frei kolbenmotor bekannt ist. Bei diesem Konzept erfolgt die Kompressionsbewegung des Motorkolbens durch Zusammenwirken mit einem Hydraul l kkolben, der über ein 2/3-Wege-Umschal tventi 1 mit einem Hochαruckspeicher oder einem Nie- derdruckspeicher verbindbar ist. Zu Beginn des Kompressionshubes erfolgt eine Beschleunigung des Motorkolbens durch Beaufschlagen des Hydraulikzylinders mit dem Druck im Hochdruckspeicher. Bei Erreichen einer vorbestimmten Motorkolbengeschwindigkeit wird der Hydraulikzy- linder über das Umschal tventi 1 mit dem Niederdruckspeicher verbunden, so daß der weitere Kompressionshub des Motorkolbens gegen die wirksame Kraft aus dem Kompressionsdruck des Arbeitsgases erfolgt. Nach dem Erreichen des äußeren Totpunktes (AT) wird das Arbeitsgas gezündet und der Motorkolben in Richtung des inneren Totpunktes (IT) beschleunigt. Wahrend dieser Kolbenbewegung vom AT zum IT wird über das Umschal tventi 1 die Verbindung zum Hochdruckspeicher aufgesteu- ert, so daß der Motorkolben abgebremst und dessen kinetische Energie in potentielle hydraulische Energie umgewandelt und der Hochdruckspeicher geladen wird. Obwohl die Schaltzeiten des Umschaltventiles im Millisenkundenbereich liegen, entstehen beim Auf- und Zusteuern der Verbindung zum Hochdruckspeicher im Umschaltventil Drossel Verluste, die in der Größenordnung von 10 % der Motorleistung liegen können.DE 40 24 591 AI describes a free-piston engine of the generic type, which is also known as a Brandl-free piston engine. In this concept, the compression movement of the engine piston takes place through interaction with a hydraulic piston, which can be connected to a high-pressure accumulator or a low-pressure accumulator via a 2/3-way switch valve 1. At the beginning of the compression stroke, the engine piston accelerates by pressurizing the hydraulic cylinder with the pressure in the high-pressure accumulator. When a predetermined engine piston speed is reached, the hydraulic cylinder is connected to the low-pressure accumulator via the changeover valve 1, so that the further compression stroke of the engine piston takes place against the effective force from the compression pressure of the working gas. After reaching the outer dead center (AT), the working gas is ignited and the engine piston is accelerated towards the inner dead center (IT). During this piston movement from AT to IT, the connection to the high-pressure accumulator is opened via the switch tventi 1 ert, so that the engine piston is braked and its kinetic energy is converted into potential hydraulic energy and the high-pressure accumulator is charged. Although the switching times of the changeover valve are in the millisecond range, when opening and closing the connection to the high-pressure accumulator in the changeover valve throttle losses occur which can be in the order of 10% of the engine output.
Diese Nachteile des Brandl-Freikolbenmotors lassen sich mit ei- ner anderen Frei kolbenbauart, dem sogenannten INNAS-Motor ausräumen, wie er beispielsweise in der EP 0613521 Bl offenbart ist. Ein derartiger Motor hat jedoch einen äußerst komplexen Aufbau, so daß der vorrichtungstechnische Aufwand wesentlich größer als bei einem Brandl -Motor ist.These disadvantages of the Brandl free piston engine can be eliminated with another type of free piston, the so-called INNAS engine, as disclosed for example in EP 0613521 B1. However, such a motor has an extremely complex structure, so that the expenditure on device technology is considerably greater than in the case of a Brandl motor.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Frei kolbenmotor derart weiterzubilden, daß die Drossel - Verluste bei minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand verringert sind.In contrast, the invention has for its object to develop the generic free piston engine in such a way that the throttle losses are reduced with minimal device complexity.
Diese Aufgabe wird durch einen Frei olbenmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a free engine with the features of claim 1.
Erfindungsgemäß ist zwischen einem einen Hydraul i kkolben auf- nehmenden Hydraulikzylinder und einem Umschaltventil zur wähl weisen hydraulischen Verbindung des Hydraulikzylinders mit einer Hochdruckspeichereinrichtung oder einem Niederdruckspeicher eine Ventil anord- nung mit einem Steuerkolben geschaltet, über den der Hydraul i kkolben mit einer vom Ausgangsdruck am Umschaltventil oder vom Druck im Hochdruckspeicher abhängigen Druckkraft beaufschlagbar ist.According to the invention, a valve arrangement with a control piston is connected between a hydraulic cylinder receiving a hydraulic piston and a changeover valve for selectively hydraulic connection of the hydraulic cylinder to a high-pressure accumulator device or a low-pressure accumulator, by means of which the hydraulic piston with one of the output pressure at the changeover valve or pressure force dependent on the pressure in the high-pressure accumulator can be applied.
Da zur Ansteuerung des Motorkolbens lediglich der auf den Ventil körper der Übersetzungsventil anordnung wirkende Druck auf- bzw. abgebaut werden muß, kann das Umschaltventil für einen wesentlich geringeren Durchfluß als beim Stand der Technik ausgelegt werden, so daß kurze Schaltzeiten bei minimalen Drossel Verlusten realisierbar sind.Since only the pressure acting on the valve body of the transmission valve arrangement has to be built up or reduced to control the engine piston, the changeover valve can be designed for a much lower flow than in the prior art, so that short switching times with minimal throttle losses can be achieved.
Der Steuerkolben ist erfindungsgemäß mit einer Steuerkante aus- geführt, über die eine Verbindung zum Hochdruckspeicher aufsteuerbar ist. Der Steuerkolben holt sich somit seine Schaltenergie über seine eigene Steuerkante aus der Hochdruckspeichereinrichtung, so daß die über das Umschaltventil strömende Druckmittelmenge lediglich zur Initiierung der AufSteuerbewegung des Steuerkolbens benötigt wird und somit minimal ist.According to the invention, the control piston is designed with a control edge, via which a connection to the high-pressure accumulator can be opened. The control piston thus draws its switching energy from the high-pressure storage device via its own control edge, so that the quantity of pressure medium flowing via the changeover valve is only required to initiate the upward movement of the control piston and is therefore minimal.
Durch das erfindungsgemäße Zwischenschalten der Ventilanordnung können die über das Umschaltventil strömenden Druckmittelmengen minimiert werden, so daß die Druckverluste beim Öffnen und Schließen der Verbindung zum Hochdruckspeicher minimal sind.By interposing the valve arrangement according to the invention, the pressure medium quantities flowing through the changeover valve can be minimized, so that the pressure losses when opening and closing the connection to the high-pressure accumulator are minimal.
Die Querschm'ttsflache des Steuerkolbens wird vorteilhafter Weise größer als diejenige des Hydraul ikkolbens ausgebildet, so daß aufgrund des gewählten Übersetzungsverhältnisses ein vergleichsweise geringer Hub des Steuerkolbens ausreicht, um eine hinreichende Beschleunigung des Motorkolbens zu bewirken.The Querschm 'ttsflache of the control piston is advantageously greater than that of Hydraul ikkolbens formed, so that due to the selected gear ratio is sufficient, a comparatively small stroke of the control piston to cause a sufficient acceleration of the engine piston.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Öffnungsbewegung des Steuerkolbens durch einen Anschlag begrenzt. Nach dem Auflaufen des Steuerkolbens auf diesen Anschlag erfolgt kein weiterer Druckaufbau im Hydraulikzylinder, so daß keine weitere Beschleunigung des Motorkolbens erfolgt. D.h., erfindungsgemäß wird das beim Stand der Technik erforderliche Schließen des Umschaltventils durch das Auflaufen des Steuerkolbens auf den Anschlag ersetzt, so daß die beim Schließen des Umschaltventils auftretenden Drossel Verluste praktisch nicht auftreten können. Dieser Anschlag kann verstellbar ausgeführt sein, um die Maximalgeschwindigkeit des Motorkolbens anpassen zu können.In an alternative embodiment, the opening movement of the control piston is limited by a stop. After the control piston has hit this stop, there is no further pressure build-up in the hydraulic cylinder, so that there is no further acceleration of the engine piston. That is, according to the invention, the closing of the changeover valve required in the prior art is replaced by the run-up of the control piston to the stop, so that the throttle occurring when the changeover valve closes can practically not occur. This stop can be made adjustable in order to be able to adjust the maximum speed of the engine piston.
Die Rückstellung des Steuerkolbens während des Verbrennungshubes erfolgt im wesentlichen durch die Kraft der Steuerfeder, wobei für diesen Schließvorgang genügend Zeit zur Verfügung steht und ebenfalls praktisch keine Drossel Verluste auftreten.The control piston is reset during the combustion stroke essentially by the force of the control spring, whereby sufficient time is available for this closing process and practically no throttle losses occur.
Das Laden der Hochdruckspeichereinrichtung während des Verbren- nungshubes des Motorkolbens erfolgt über einen Hochdruckkanal, in dem ein Rückschlagventil vorgesehen ist. Dieser Hochdruckkanal kann bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Freikolbenmotors über eine weitere Steuerkante des Steuerkolbens auf- bzw. zugesteuert werden, so daß der Ladevorgang von der Position des Steuerkol- bens abhängig ist.The high-pressure storage device is loaded during the combustion stroke of the engine piston via a high-pressure channel in which a check valve is provided. In one embodiment of the free-piston engine according to the invention, this high-pressure channel can be opened or closed via a further control edge of the control piston, so that the charging process is dependent on the position of the control piston.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Freikolbenmotors kann in dem zur Hochdruckspeichereinrichtung führenden Hochdruckkanal ein Wegeventil vorgesehen werden, über das ei- ne das darin vorgesehende Rückschlagventil umgehende Bypassleitung auf- bzw. zusteuerbar ist. Durch dieses Wegeventil kann der Hydrauli kkolben während des Kompressionshubes direkt mit dem Druck in der Hochdruckspeichereinrichtung beaufschlagt werden, während der Steuerkolben zunächst in seiner Schließstellung verbleibt. Nachdem der Hydraul i kkolben eine vorbestimmte Beschleunigung oder Geschwindigkeit erreicht hat, wird dann die Bypassleitung zugesteuert, so daß die weitere Bewegung des Hydraulikkolbens in der vorbeschriebenen Weise durch den Steuerkolben bestimmt ist.According to an advantageous further development of the free-piston engine according to the invention, a directional valve can be provided in the high-pressure channel leading to the high-pressure storage device, via which a bypass line that bypasses the check valve provided therein can be opened or closed. By means of this directional control valve, the hydraulic piston can be subjected directly to the pressure in the high-pressure storage device during the compression stroke, while the control piston initially remains in its closed position. After the hydraulic piston has reached a predetermined acceleration or speed, the bypass line is then closed, so that the further movement of the hydraulic piston is determined in the manner described above by the control piston.
Das Wegeventil kann optional mit einer Schaltstellung versehen werden, in der der Hochdruckkanal mit dem Tank verbindbar ist, so daß der Freikolben praktisch ohne Gegendruck in Richtung seines inneren Totpunkts fahrbar ist.The directional control valve can optionally be provided with a switch position in which the high-pressure channel can be connected to the tank, so that the free piston can be moved towards its inner dead center practically without counter pressure.
Bei einer anderen vorteilhaften Variante des Frei olbenmotors ist der Steuerkolben als Stufenkolben ausgeführt, wobei die in Öffnungsrichtung wirksame Ringfläche über den Niederdruckkanal mit einem Rückschlagventil mit dem Niederdruckspeicher verbunden ist. In Schließrichtung wird die größere Ringstirnfläche des Steuerkolbens mit dem Druck im Hydrauli zylinder des Hydraul i kkolbens und durch die Kraft der Steuerfeder beaufschlagt. Bei dieser Variante wird wahrend der gesamten Offnungsbewegung des Steuerkolbens Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher angesaugt. Durch dieses gleichmäßige Nachsaugen von Druckmittel über praktisch den gesamten Bewegungsbereich des Steuerkolbens können Kavitationen im Hydraulikzylinder verhindert werden, die bei den vorbeschriebenen Losungen auftreten können, da dort das Nachsaugen im wesentlichen dann erfolgt, wenn der Hydraulik- bzw. Motorkolben seine Maximaigeschwindigkeit beim Auflaufen des Steuerkolbens auf den Anschlag erreicht hat.In another advantageous variant of the free-piston engine, the control piston is designed as a stepped piston, the annular surface which is effective in the opening direction being connected to the low-pressure accumulator via a low-pressure channel with a check valve. In the closing direction, the larger annular end face of the control piston is acted upon by the pressure in the hydraulic cylinder of the hydraulic piston and by the force of the control spring. With this variant during the entire opening movement of the control piston, pressure medium is sucked out of the low-pressure accumulator. This uniform suction of pressure medium over practically the entire range of motion of the control piston prevents cavitation in the hydraulic cylinder, which can occur in the above-described solutions, since the suction takes place there essentially when the hydraulic or engine piston reaches its maximum speed when the control piston runs up has reached the stop.
Der Ringraum des Stufenkolbens ist über einen Druckkanal mit dem Hochdruckspeicher verbunden, so daß bei der Ruckbewegung des Steuerkolbens ein Aufladen der Hochdruckspeichereinrichtung erfolgt.The annular space of the stepped piston is connected to the high-pressure accumulator via a pressure channel, so that the high-pressure accumulator device is charged when the control piston jerks back.
Die rückwärtige Umfangskante der größeren Stirnflache des stu- fenforππg ausgebildeten Steuerkolbens wird vorzugsweise derart ausgebildet, daß diese kurz vor dem Auflaufen des Steuerkolbens auf seinen Ventilsitz den Hochdruckkanal aufsteuert, so daß die kinetische Energie des Motor- bzw. Hydraul l kkolbens zum Laden der Hoch- druckspeichereinπchtung ausgenutzt wird.The rear circumferential edge of the larger end face of the stepped control piston is preferably designed in such a way that it opens the high-pressure channel shortly before the control piston runs onto its valve seat, so that the kinetic energy of the engine or hydraulic piston for loading the high pressure pressure storage device is used.
Vorversuche zeigten, daß der Druck in der Hochdruckspeichereinrichtung aufgrund anderer angeschlossener Verbraucher relativ stark schwanken kann, was zu Unstetigkei ten wahrend des Kompressionshubes des Frei kolbenmotors fuhren kann. Um diesen Nachteil auszuräumen, wird in einer weiteren vorteilhaften Variante vorgeschlagen, die Hochdruckspeichereinrichtung mit einem Mi tteldruckspeicher und einem Hochdruckspeicher auszufuhren, wobei die für den Kompressionshub erforderliche Energie dem Mi tteldruckspeicher entnommen wird. Dieser ist über eine geeignete Venti leinπchtung an den Hochdruckspeicher angeschlossen und wird auf einen Druckniveau gehalten, das unterhalb des Mimmalni veaus des Hochdruckspeichers liegt. Bei Überschreiten eines Grenzdrucks kann der Druck im Mi tteldruckspeicher zum Nieder- druckspeicher hin abgebaut werden. Bei der Rückbewegung des Motorkolbens zum inneren Totpunkt hin wird dann vorteilhafter Weise der den Mitteldruckspeicher speisende Hochdruckspeicher aufgeladen.Preliminary tests showed that the pressure in the high-pressure storage device can fluctuate relatively strongly due to other connected consumers, which can lead to discontinuities during the compression stroke of the free-piston engine. In order to eliminate this disadvantage, it is proposed in a further advantageous variant to design the high-pressure storage device with a medium pressure accumulator and a high pressure accumulator, the energy required for the compression stroke being taken from the medium pressure accumulator. This is connected to the high-pressure accumulator via a suitable ventilating device and is kept at a pressure level which is below the minimum level of the high-pressure accumulator. If a limit pressure is exceeded, the pressure in the medium pressure accumulator can be reduced towards the low pressure accumulator. When the engine piston moves back to the inner dead center, the high-pressure accumulator feeding the medium-pressure accumulator is then advantageously charged.
Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Freikolbenmo- tors wird der Hydrauli kkolben als Differential kolben ausgeführt, wobei ein vom Differential kolben begrenzter Ringraum während des Expansionshubes und der Ringraum eines abgestuften Steuerkolbens während des Kompressionshubes mit dem Niederdruckspeicher verbindbar sind.In a further variant of the free-piston engine according to the invention, the hydraulic piston is designed as a differential piston, an annular space delimited by the differential piston being able to be connected to the low-pressure accumulator during the expansion stroke and the annular space of a stepped control piston during the compression stroke.
Der erfindungsgemäße Frei kolbenmotor läßt sich besonders kompakt ausbilden, wenn die Übersetzungsventilanordnung koaxial zur Motorkolbenachse ausgeführt ist.The free piston engine according to the invention can be particularly compact if the transmission valve arrangement is designed coaxially with the engine piston axis.
Die Ventil anordnung wird vorzugsweise als Logikventil oder Schieberventil ausgeführt.The valve arrangement is preferably designed as a logic valve or slide valve.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen- stand der weiteren Unteransprüche.Other advantageous developments of the invention are the subject of the further subclaims.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with the aid of schematic drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Frei kolbenmotors;Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a free piston engine;
Figuren 2 bis 6 verschiedene Arbeitsphasen des in Figur 1 dar- gestel lten Ausführungsbeispiels;Figures 2 to 6 different working phases of the embodiment shown in Figure 1;
Figur 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Frei kolbenmotors;Figure 7 shows another embodiment of a free piston engine according to the invention;
Figur 8 ein Ausführungsbeispiel eines Frei kolbenmotors mit ei- nem Wegeventil zur hydraulischen Begrenzung der Motorkolbengeschwindigkeit; Figur 9 ein Ausführungsbeispiel eines Frei kolbenmotors mit einen als Stufenkolben ausgeführten SteuerkolbenFIG. 8 shows an exemplary embodiment of a free-piston engine with a directional valve for hydraulic limitation of the engine piston speed; Figure 9 shows an embodiment of a free piston engine with a control piston designed as a stepped piston
Figur 10 eine Variante des Frei kolbenmotors gemäß Figur 9 mit einem als Differentialzyl inder ausgeführten Hydrauli kkolben und10 shows a variant of the free-piston engine according to FIG. 9 with a hydraulic piston and a hydraulic cylinder
Figur 11 ein Ausführungsbeispiel eines Frei olbenmotors mit einem Mitteldruckspeicher.Figure 11 shows an embodiment of a free-piston engine with a medium pressure accumulator.
Figur 1 zeigt eine stark vereinfachte, schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Frei olbenmotors 1. Dieser hat ein Motorgehäuse 2, durch das zumindest ein Verbrennungszylinder 4 (rechts von der strichpunktierten Linie in Figur 1) und ein Hydrauli zylinder 6 (links von der strichpunktierten Vertikal-Linie) begrenzt sind.FIG. 1 shows a highly simplified, schematic illustration of a free-piston engine 1 according to the invention. This has a motor housing 2, through which at least one combustion cylinder 4 (to the right of the dash-dotted line in FIG. 1) and a hydraulic cylinder 6 (to the left of the dash-dotted vertical line) ) are limited.
In einer Zylinderbohrung 8 des Verbrennungszylinders 4 ist ein Motorkolben 10 geführt, über den die Zylinderbohrung 8 in einen Verbrennungsraum 16 und einen Einlaßraum 18 unterteilt ist. In der dar- gestellten Wartestellung des Frei kolbenmotors 1 befindet sich der Motorkolben 10 an seinem inneren Totpunkt (IT), wobei ein Auslaßkanal 14 aufgesteuert ist, so daß Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsraum 16 abströmen können. Die Zuführung von Frischgas erfolgt über einen in den rückseitigen Einlaßraum 18 mündenden Einlaßkanal 20 mit Einlaßventil. Der Einlaßraum 18 und der Verbrennungsraum 16 sind mittels eines Überströmkanals 22 miteinander verbunden.An engine piston 10 is guided in a cylinder bore 8 of the combustion cylinder 4, via which the cylinder bore 8 is divided into a combustion chamber 16 and an inlet chamber 18. In the illustrated waiting position of the free-piston engine 1, the engine piston 10 is at its inner dead center (IT), an outlet channel 14 being opened so that combustion gases can flow out of the combustion chamber 16. Fresh gas is supplied via an inlet channel 20 opening into the rear inlet space 18 with an inlet valve. The inlet chamber 18 and the combustion chamber 16 are connected to one another by means of an overflow channel 22.
Die Einspritzung des Kraftstoffes in den Verbrennungsraum 16 erfolgt über ein Einspritzventil 24 im Zylinderkopf des Verbren- nungszyl Inders 4. Zur Kühlung des Frei kolbenmotors 1 sind in der Um- fangswandung des Verbrennungszylinders 4 Kühlkanäle 27 ausgebildet. Insofern entspricht der Frei kolbenmotor 1 einem herkömmlichen Zweitaktmotor, so daß weitere Ausführungen entbehrlich sind.The fuel is injected into the combustion chamber 16 via an injection valve 24 in the cylinder head of the combustion cylinder Indian 4. For cooling the free-piston engine 1, 4 cooling channels 27 are formed in the peripheral wall of the combustion cylinder. In this respect, the free piston engine 1 corresponds to a conventional two-stroke engine, so that further versions are unnecessary.
Der Motorkolben 10 trägt einen Hydraul i kkolben 26, dessen Durchmesser wesentlich geringer als derjenige des Motorkolbens 10 ist. Dieser Hydraul i kkolben 26 taucht in eine gestufte Axialbohrung 28 des Hydraulikzylinders 6 ein.The engine piston 10 carries a hydraulic piston 26, the diameter of which is substantially smaller than that of the engine piston 10 is. This hydraulic piston 26 plunges into a stepped axial bore 28 of the hydraulic cylinder 6.
In der vom Hydrauli kkolben 26 durchsetzten Verbindungsbohrung zwischen der Axial bohrung 28 und dem Einlaßraum 18 sind geeigneteIn the piston bore penetrated by the hydraulic piston 26 between the axial bore 28 and the inlet space 18 are suitable
Dichteinrichtungen vorgesehen, so daß die im Verbrennungszylinder 4 und im Hydraulikzylinder 6 aufgenommenen Medien voneinander getrennt sind.Sealing devices are provided so that the media accommodated in the combustion cylinder 4 and in the hydraulic cylinder 6 are separated from one another.
In der Axial bohrung 28 des Hydraulikzylinders mündet ein radial angeordneter Hochdruckkanal 30, der über ein Rückschlagventil 32 mit einem Hochdruckspeicher 34 verbunden ist. In entsprechender Weise ist ein Niederdruckspeicher 36, beispielsweise ein Druckmitteltank, über einen Niederdruckkanal 38 und ein Rückschlagventil 40 mit dem durch die Axialbohrung 28 begrenzten Raum verbunden. Das Rückschlagventil 40 unterbindet eine Rückströmung des in der Axial bohrung 28 aufgenommenen Druckmittels zum Niederdruckspeicher 36, während das Rückschlagventil 32 eine Rückströmung des im Hochdruckspeicher 34 aufgenommenen Druckmittels in die Axial bohrung 28 verhindert.In the axial bore 28 of the hydraulic cylinder opens a radially arranged high-pressure channel 30, which is connected to a high-pressure accumulator 34 via a check valve 32. In a corresponding manner, a low pressure accumulator 36, for example a pressure medium tank, is connected via a low pressure channel 38 and a check valve 40 to the space delimited by the axial bore 28. The check valve 40 prevents a backflow of the pressure medium received in the axial bore 28 to the low pressure accumulator 36, while the check valve 32 prevents a backflow of the pressure medium received in the high pressure accumulator 34 into the axial bore 28.
Der Hydraul i kkolben 26 durchsetzt die Axialbohrung 28 und taucht in einen Steuerraum 42 ein, in dem ein als Logi kkolben ausgeführter Steuerkolben 44 geführt ist. Dieser ist mittels einer Steuerfeder 46 gegen einen Ventilsitz 48 vorgespannt.The hydraulic piston 26 passes through the axial bore 28 and dips into a control chamber 42 in which a control piston 44 designed as a piston is guided. This is biased against a valve seat 48 by means of a control spring 46.
In dem an den Ventilsitz 48 angrenzenden Bereich des Steuerraums 42 mündet ein Druckkanal 50, der einerseits mit dem Hochdruckspeicher 34 und andererseits mit einem Eingangsanschluß P eines Umschaltventils 52 verbunden ist.In the area of the control chamber 42 adjoining the valve seat 48, a pressure channel 50 opens, which is connected on the one hand to the high-pressure accumulator 34 and on the other hand to an input port P of a changeover valve 52.
Ein an die Stirnfläche des Steuerkolbens 44 angrenzender Vorsteuerraum 54 ist über einen Steuerkanal 56 mit einem Ausgangs- oder Arbeitsanschluß A des Umschai tventi 1 s 52 verbunden. Dieses ist als elektrisch oder elektrohydraul isch angesteuertes 3/2-Wegeventil aus- geführt, das über die nicht dargestellte Motorsteuerung ansteuerbar ist. Neben den vorbeschriebenen Ausgangs- und Druckanschlüssen A, P hat das Umschaltventil 52 des weiteren noch einen Tankanschluß T, der an einen Tank oder den Niederdruckspeicher 36 angeschlossen ist.A pilot space 54 adjoining the end face of the control piston 44 is connected via a control channel 56 to an output or working port A of the switching valve 52. This is designed as an electrically or electrohydraulically controlled 3/2-way valve which can be controlled via the motor control (not shown). In addition to the above-described output and pressure connections A, P the switching valve 52 also has a tank connection T, which is connected to a tank or the low-pressure accumulator 36.
In der dargestellten Grundposition des Umschaltventils 52 sind der Tankanschluß T und der Arbeitsanschluß A miteinander verbunden, während der Druckanschluß P abgesperrt ist. In einer Schaltstelluπg des Umschal tsventils 52 wird der Druckanschluß P mit dem Arbeitsanschluß A verbunden und der Tankanschluß T abgesperrt. Gemäß Figur 1 sitzt der Steuerkolben 44 in der Grundposition des Frei kolbenmotors 1 auf dem Ventilsitz 48 auf, so daß der Vorsteuerraum 54 und der Steuerraum 42 gegeneinander abgesperrt sind. Dabei wird der Steuerkolben 44 des Logikventils durch die Kraft der Steuerfeder 46 und durch den Druck in der Axialbohrung 28 und damit im rückseitigen Steuerraum 42 in Schließrichtung beaufschlagt, während er in Öff- nungsrichtung durch den Druck im Vorsteuerraum 54 beaufschlagt ist.In the illustrated basic position of the changeover valve 52, the tank connection T and the working connection A are connected to one another, while the pressure connection P is shut off. In a Schaltstelluπg the switch valve 52, the pressure port P is connected to the working port A and the tank port T is shut off. According to Figure 1, the control piston 44 is seated in the basic position of the free piston engine 1 on the valve seat 48, so that the pilot chamber 54 and the control chamber 42 are shut off from each other. The control piston 44 of the logic valve is acted upon in the closing direction by the force of the control spring 46 and by the pressure in the axial bore 28 and thus in the rear control chamber 42, while it is acted upon in the opening direction by the pressure in the pilot control chamber 54.
Wenn im Vorsteuerraum 54 und im Steuerraum 42 der Druck im Niederdruckspeicher 36 wirkt, wird der Steuerkolben 44 somit im wesentlichen durch die Kraft der Feder gegen den Ventilsitz 48 gedrückt.When the pressure in the low-pressure accumulator 36 acts in the pilot control chamber 54 and in the control chamber 42, the control piston 44 is thus essentially pressed against the valve seat 48 by the force of the spring.
Im Verbrennungsraum 16 befindet sich Frischgas, das durch den Überströmkanal 22 hindurch aus dem Einlaßraum 18 verdrängt wurde.In the combustion chamber 16 there is fresh gas which has been displaced from the inlet chamber 18 through the overflow channel 22.
Zur Kompression des Frischgases wird das Umschaltventil 52 über die Motorsteuerung in eine zweite Schaltposition gebracht, in der gemäß Figur 2 der Druckanschluß P mit dem Arbei tsanschluß A verbunden sind, so daß Druckmittel aus dem Hochdruckspeicher 34 über den Druckkanal 50 und den Steuerkanal 56 in den Vorsteuerraum 54 eingespeist wird. D.h., die Stirnfläche des Steuerkolbens 44 wird mit Hochdruck beaufschlagt, während im Steuerraum 42 noch Niederdruck wirksam ist. Durch die Druckdifferenz wird der Steuerkolben 44 von seinem Ventilsitz 48 abgehoben und über die durch die Umfangskante des Steuerkolbens 44 gebildete Steuerkante 58 die Verbindung zwischen dem Vorsteuerraum 54 und dem Druckkanal 50 aufgesteuert. Der Steuerkolben bekommt somit seine Beschleunigungsenergie in Abhängigkeit von der Steuerkantenöffnung, über die die Stirnfläche des Steu- erkolbens 44 direkt mit dem Druck im Hochdruckspeicher 34 beaufschlagt wird. Aufgrund der daraus resultierenden Axial bewegung des Steuerkolbens 44 wird auch der Hydraul i kkolben 26 beschleunigt und entsprechend der Motorkolben 10 in der Darstellung nach Figur 2 nach rechts bewegt - der Auslaßkanal 14 und der Überströmkanal 22 werden durch den Motorkolben 10 zugesteuert und das im Verbrennungsraum 16 vorhandene Frischgas wird komprimiert.To compress the fresh gas, the changeover valve 52 is brought into a second switching position via the engine control, in which, according to FIG. 2, the pressure port P is connected to the working port A, so that pressure medium from the high-pressure accumulator 34 via the pressure channel 50 and the control channel 56 into the Pilot room 54 is fed. That is, the end face of the control piston 44 is subjected to high pressure, while low pressure is still effective in the control chamber 42. Due to the pressure difference, the control piston 44 is lifted from its valve seat 48 and the connection between the pilot chamber 54 and the pressure channel 50 is opened via the control edge 58 formed by the peripheral edge of the control piston 44. The control piston thus receives its acceleration energy as a function of the control edge opening, through which the end face of the control piston 44 is directly subjected to the pressure in the high-pressure accumulator 34. Due to the resulting axial movement of the control piston 44, the hydraulic piston 26 is also accelerated and moved to the right in accordance with the engine piston 10 in the illustration according to FIG. 2 - the outlet channel 14 and the overflow channel 22 are controlled by the engine piston 10 and this in the combustion chamber 16 existing fresh gas is compressed.
Durch das Rückschlagventil 40 wird verhindert, daß während der Steuerkolbenbewegung Druckmittel aus der Axial bohrung 28 in den Niederdruckspeicher 36 abströmt.The check valve 40 prevents pressure medium from flowing out of the axial bore 28 into the low-pressure accumulator 36 during the control piston movement.
Aufgrund der Bewegung des Motorkolbens 10 zum äußeren Totpunkt AT hin wird Frischgas durch den Einlaßkanal 20 in den Einlaßraum 18 eingesaugt.Due to the movement of the engine piston 10 toward the outer dead center AT, fresh gas is sucked in through the inlet duct 20 into the inlet chamber 18.
Gemäß Figur 3 läuft der Steuerkolben 44 nach einer vorbestimmten Strecke D auf einen Anschlag 60 im Steuerraum 42 auf. Der auf seine Maximalgeschwindigkeit beschleunigte Motorkolben 10 bewegt sich aufgrund seiner Massenträgheit weiter zum AT hin, wobei durch den in der Axial bohrung 28 entstehenden Unterdruck Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher 36 über das Rückschlagventil 40 und den Niederdruckkanal 38 angesaugt wird. Die Position des Anschlags 60 ist so gewählt, daß die kinetische Energie des Motorkolbens 10 zum Zeit- punkt des Auflaufens des Steuerkolbens 44 auf den Anschlag 60 ausreicht, um den Motorkolben 10 gegen den polytrop anwachsenden Kompressionsdruck des Frischgases im Verbrennungsraum 16 zum AT hin zu bewegen. Dabei wird der Motorkolben 10 durch den Kompressionsdruck abgebremst und kommt im AT zu stehen.According to FIG. 3, the control piston 44 runs against a stop 60 in the control chamber 42 after a predetermined distance D. The accelerated to its maximum speed engine piston 10 moves due to its inertia towards AT, whereby pressure medium is drawn in from the low-pressure accumulator 36 via the check valve 40 and the low-pressure channel 38 by the vacuum created in the axial bore 28. The position of the stop 60 is selected such that the kinetic energy of the engine piston 10 at the time the control piston 44 hits the stop 60 is sufficient to move the engine piston 10 toward the AT against the polytropically increasing compression pressure of the fresh gas in the combustion chamber 16 , The engine piston 10 is braked by the compression pressure and comes to a standstill.
Diese Phase ist in Figur 4 dargestellt. Sobald der Motorkolben 10 in seinem AT abgebremst ist, wird Kraftstoff in den Verbrennungsraum 16 eingespritzt und durch die hohe Temperatur des Frischgases gezündet, so daß der Motorkolben durch den sich aufbauenden Verbren- nungsdruck im Verbrennungsraum 16 vom AT in Richtung zum IT beschleunigt wird (Figur 5). Aufgrund der daraus resultierenden Bewe- gung des Hydrauli kkolbens 26 hin zum Steuerkolben 44 baut sich in der Axial bohrung 28 und damit im Steuerraum 42 ein Druck auf, der gleich dem Druck im Speicher 34 abzüglich dem Druckäquivalent der Feder 46 ist, so daß der Steuerkolben durch die aus diesem Druck re- sul tierende Kraft und die Kraft der Steuerfeder 46 von seinem Anschlag 60 abgehoben, um die Strecke D verschoben und gegen seinen Ventilsitz 48 gedrückt wird. Dadurch wird die direkte Verbindung zum Hochdruckspeicher 34 zugesteuert, so daß der Steuerkolben 44 ledig lieh noch über das sich in seiner dargestellten Schaltposition be- findliche Umschaltventil mit Hochdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist.This phase is shown in Figure 4. As soon as the engine piston 10 is braked in its AT, fuel is injected into the combustion chamber 16 and ignited by the high temperature of the fresh gas, so that the engine piston is accelerated from the AT toward the IT by the built-up combustion pressure in the combustion chamber 16 (FIG 5). Due to the resulting movement supply of the hydraulic piston 26 towards the control piston 44 builds up in the axial bore 28 and thus in the control chamber 42 a pressure which is equal to the pressure in the accumulator 34 minus the pressure equivalent of the spring 46, so that the control piston is re through from this pressure - Sul tating force and the force of the control spring 46 is lifted from its stop 60, moved by the distance D and pressed against its valve seat 48. As a result, the direct connection to the high-pressure accumulator 34 is controlled, so that the control piston 44 is borrowed only with high pressure in the opening direction via the changeover valve in its illustrated switching position.
Nach dem Schließen des Logikventils steigt der Druck in der Axial bohrung 28 und im Steuerraum 42 auf den im Speicher 34 herr- sehenden Druck an.After the logic valve closes, the pressure in the axial bore 28 and in the control chamber 42 increases to the pressure in the accumulator 34.
Die weitere Bewegung des Motorkolbens 10 und des Hydraulikkolben 26 erfolgt gegen diesen Druck, so daß der Motorkolben 10 seine kinetische Energie gegen den Speicherdruck abbaut und abge- bremst wird. Durch den Druckanstieg bei geschlossenem Logikventil wird das Rückschlagventil 32 geöffnet und der Hochdruckspeicher 34 über den Hochdruckkanal 30 geladen. Nahezu die gesamte kinetische Energie des Motorkolbens 10 wird somit in potentielle Hydraulikenergie umgewandelt und direkt in den Hochdruckspeicher 34 eingespeist. Während der Bewegung des Motorkolbens 10 zu seinem IT hin werden der Auslaßkanal 14 und der Überströmkanal 22 aufgesteuert, so daß Frischgas durch den Überströmkanal 22 hindurch in den Verbrennungskanal 16 eintritt und daß Abgas durch den Auslaßkanal 14 ausgespült wird.The further movement of the engine piston 10 and the hydraulic piston 26 takes place against this pressure, so that the engine piston 10 reduces its kinetic energy against the accumulator pressure and is braked. As a result of the pressure increase when the logic valve is closed, the check valve 32 is opened and the high-pressure accumulator 34 is charged via the high-pressure channel 30. Almost all of the kinetic energy of the engine piston 10 is thus converted into potential hydraulic energy and fed directly into the high-pressure accumulator 34. During the movement of the engine piston 10 toward its IT, the outlet duct 14 and the overflow duct 22 are turned on, so that fresh gas enters the combustion duct 16 through the overflow duct 22 and exhaust gas is flushed out through the outlet duct 14.
Beim Erreichen des IT wird das Umschaltventil 52 in seine Grundposition umgeschaltet, so daß die Stirnfläche des Steuerkolbens 44 mit Niederdruck beaufschlagt ist. Die Kolbenlagen und Druckverhältnisse entsprechen nunmehr den Ausgangsverhältnissen, wie sie an- hand Figur 1 beschrieben sind. Durch Umschalten des Umschaltventils 52 kann ein neuer Arbeitszyklus beginnen. Die Beschleunigung des Motorkolbens 10 und damit das Verdichtungsverhältnis des Frei kolbenmotors 1 wird beim vorbeschriebenen Zyklus wesentlich durch die Länge der Strecke D beeinflußt, die der Steuerkolben 44 in der Beschleunigungsphase zurücklegt. Um während des Motorbetriebes abhängig vom Druck im Hochdruckspeicher 34 stets ein gleiches Verdichtungsverhältnis zu erreichen, kann der Anschlag 60 für den Steuerkolben 44 verstellbar ausgeführt sein. Diese Verstellung kann beispielsweise über die Motorsteuerung erfol- gen.When the IT is reached, the changeover valve 52 is switched to its basic position, so that the end face of the control piston 44 is acted on by low pressure. The piston positions and pressure conditions now correspond to the initial conditions as described with reference to FIG. 1. By switching the switching valve 52, a new work cycle can begin. The acceleration of the engine piston 10 and thus the compression ratio of the free piston engine 1 is significantly influenced in the cycle described above by the length of the distance D, which the control piston 44 travels in the acceleration phase. In order to always achieve the same compression ratio as a function of the pressure in the high-pressure accumulator 34 during engine operation, the stop 60 for the control piston 44 can be designed to be adjustable. This adjustment can take place, for example, via the engine control.
Bei der in Figur 7 dargestellten Variante mündet der Hochdruckkanal 30 im Steuerraum 42. Dadurch wird bewirkt, daß der Hochdruckkanal 30 durch eine am Kolbenhemd des Steuerkolbens 44 aus- gebildete weitere Steuerkante 62 auf- bzw- zugesteuert wird, so daß die Steuerbewegung des Steuerkolbens 44 weiter optimiert ist und ein schnelles Schließen des Logikventils gewährleistet ist. Im übrigen entspricht das in Figur 7 dargestellte Ausführungsbeispiel dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, so daß weitere Erläuterungen ent- behrlich sind.In the variant shown in FIG. 7, the high-pressure channel 30 opens into the control chamber 42. This has the effect that the high-pressure channel 30 is opened or closed by a further control edge 62 formed on the piston skirt of the control piston 44, so that the control movement of the control piston 44 is further optimized and a quick closing of the logic valve is guaranteed. Otherwise, the exemplary embodiment shown in FIG. 7 corresponds to the previously described exemplary embodiment, so that further explanations are unnecessary.
Anstelle des bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen verwendeten Logikventils (Sitzventil) kann selbstverständlich auch ein Schieberventil verwendet werden.Instead of the logic valve (seat valve) used in the exemplary embodiments described above, a slide valve can of course also be used.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Achse des Logikventils koaxial zur Achse des Verbrennungszylinders ausgeführt. Selbstverständlich sind auch andere Relativpositionen realisierbar, bei denen die hydraulische Verbindung zum Hydraulikzylinder 6 gewährleistet ist.In the exemplary embodiments described above, the axis of the logic valve is designed coaxially with the axis of the combustion cylinder. Of course, other relative positions can also be realized in which the hydraulic connection to the hydraulic cylinder 6 is ensured.
In Figur 8 ist ein Ausführungsbei spiel eines Frei kolbenmotors dargestellt, bei dem der Hydraulik- oder Arbeitskolben 26 über ein Wegeventil 70 direkt mit dem Hochdruck im Hochdruckspeicher 34 be- aufschlagbar ist. Der Grundaufbau des in Figur 8 dargestellten Freikolbenmotors entspricht dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel , so daß im folgenden nur die neu hinzukommenden Komponenten beschrieben werden. Gemäß Figur 8 kann das Rückschlagventil 32 über eine Bypassleitung 72 umgangen werden, in die das Wegeventil 70 geschaltet ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Wegeventil mit drei Schaltpositionen ausgeführt, wobei in der Schaltposition a die Bypassleitung 72 geöffnet ist und eine Verbindung zum Tank abgesperrt ist. In der Grundposition 0 ist sowohl die Verbindung zum Tank als auch die Bypassleitung 72 abgesperrt. In der mit b gekennzeichneten Schaltposition kann der Bereich des Hoch- druckkanals 30 stromaufwärts des Rückschlagventils 32 mit dem Tank verbunden werden, so daß der Druck in der Axialbohrung 28 zum Tank hin abbaubar ist.FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a free-piston engine in which the hydraulic or working piston 26 can be acted upon directly with the high pressure in the high-pressure accumulator 34 via a directional valve 70. The basic structure of the free-piston engine shown in FIG. 8 corresponds to that shown in FIG Embodiment, so that only the newly added components are described below. According to FIG. 8, the check valve 32 can be bypassed via a bypass line 72, into which the directional valve 70 is connected. In the exemplary embodiment shown, the directional control valve is designed with three switching positions, the bypass line 72 being open in switching position a and a connection to the tank being shut off. In the basic position 0, both the connection to the tank and the bypass line 72 are blocked. In the switching position identified by b, the area of the high-pressure duct 30 upstream of the check valve 32 can be connected to the tank, so that the pressure in the axial bore 28 can be reduced toward the tank.
Zur Einleitung des Kompressionshubs wird wie bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen das Umschaltventil 52 in die Arbeitsposition gebracht, so daß die linke Stirnfläche des Steuerkolbens 44 mit dem Druck im Hochdruckspeicher 34 beaufschlagt ist. Das Wegeventil 70 wird in die a dargestellte Schaltposition gebracht, in der Rückschlagventil 32 umgangen wird, so daß der Druck im Hydrospeicher 34 auch in der Axial bohrung 28 und somit an der Rückseite des Steuerkolbens 44 wirkt. Aufgrund des hydraulischen Kräftegleichgewichts wird der Steuerkolben 44 dann durch die Kraft der Steuerfeder 46 in seine Schließposition vorgespannt.To initiate the compression stroke, the changeover valve 52 is brought into the working position, as in the exemplary embodiments described above, so that the pressure in the high-pressure accumulator 34 is applied to the left end face of the control piston 44. The directional control valve 70 is brought into the switching position shown, in which the check valve 32 is bypassed, so that the pressure in the hydraulic accumulator 34 also acts in the axial bore 28 and thus on the rear of the control piston 44. Due to the hydraulic balance of forces, the control piston 44 is then biased into its closed position by the force of the control spring 46.
Durch den Druck in der Axial bohrung 28 wird der Hydraul i kkolben 26 beschleunigt und somit der Kompressionshub des Motorkolbens 10 eingeleitet. Nachdem der Hydraul i kkolben 26 und/oder der Motorkolben 10 eine vorbestimmte Maximalgeschwindigkeit, beispielsweise 5 /s erreicht hat, wird das Wegeventil 70 in seine mit 0 gekennzeichnete Sperrposition gebracht, so daß die Bypassleitung 72 abgesperrt und die Druckmittel zufuhr aus dem Hochdruckspeicher 34 in die Axial bohrung 28 verhindert wird. Daraufhin hebt der Steuerkolben 44 von seinem Ventilsitz 48 ab, so daß die weitere Bewegung des Motorkolbens 10 durch die Axial bewegung des Steuerkolbens 44 bestimmt ist. Durch das Zwischenschalten des Wegeventils 70 läßt sich somit vor Wirksamwerden des Steuerkolbens 44 eine variable Anfangsgeschwindigkeit des Motorkolbens 10 einstellen. Diese variable Anfangsgeschwindigkeit kann in Abhängigkeit von den Betriebsbe- dingungen und vom Öffnungshub und von der Öffnungszeit durch An- steuerung des Wegeventils 70 angepaßt werden.Due to the pressure in the axial bore 28, the hydraulic piston 26 is accelerated and the compression stroke of the engine piston 10 is initiated. After the hydraulic piston 26 and / or the engine piston 10 has reached a predetermined maximum speed, for example 5 / s, the directional control valve 70 is brought into its blocking position marked 0, so that the bypass line 72 is shut off and the pressure medium is supplied from the high-pressure accumulator 34 in the axial bore 28 is prevented. Thereupon the control piston 44 lifts off its valve seat 48, so that the further movement of the engine piston 10 is determined by the axial movement of the control piston 44. By interposing the directional control valve 70, a variable starting speed of the engine piston 10 can thus be set before the control piston 44 takes effect. This variable initial speed can be adapted as a function of the operating conditions and the opening stroke and the opening time by actuating the directional control valve 70.
Bei langen Öffnungszeiten der Bypassleitung 72 kann man beispielsweise mit vergleichsweise geringen Axial bewegungen des Steuer- kolbens 44 auskommen, so daß eine kompaktere Bauweise möglich ist. Hierzu muß allerdings das Wegeventil 70 mit einer entsprechend großen Nennweite ausgeführt werden. Gibt man sich mit relativ geringen Anfangsgeschwindigkeiten des Motorkolbens 10 zufrieden, so kann das Wegeventil 70 sehr klein ausgeführt werden, so daß aufgrund der ge- ringen Druckmittel ströme ein schnelles Schalten und geringe Verluste im Bereich des Wegeventils 70 auftreten. In der Schaltstellung b ist die Axialbohrung 28 druckentlastet, so daß der Hydraul i kkolben 26 bzw. der Motorkolben 10 bei einer Fehlzündung nach dem Umschalten weiter zum inneren Totpunkt (IT) bewegt werden kann.In the case of long opening times of the bypass line 72, it is possible, for example, to make do with relatively small axial movements of the control piston 44, so that a more compact design is possible. For this purpose, however, the directional control valve 70 must be designed with a correspondingly large nominal size. If one is satisfied with the relatively low initial speeds of the engine piston 10, the directional control valve 70 can be made very small, so that, due to the low pressure medium flows, rapid switching and low losses occur in the area of the directional control valve 70. In switch position b, the axial bore 28 is relieved of pressure, so that the hydraulic piston 26 or the engine piston 10 can be moved further to the internal dead center (IT) in the event of a misfire after the switchover.
In Figur 9 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das hinsichtlich des Grundaufbaus dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht. Das heißt, auch bei der in Figur 9 dargestellten Variante wird der Hochdruckkanal 30 durch eine rückwärtige Steu- erkante 72 des Steuerkolbens 44 auf- bzw. zugesteuert.FIG. 9 shows an embodiment which corresponds to the embodiment shown in FIG. 7 with regard to the basic structure. That is to say, also in the variant shown in FIG. 9, the high-pressure channel 30 is opened or closed by a rear control edge 72 of the control piston 44.
Der wesentliche Unterschied bei dem in Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt darin, dass der Steuerkolben 44 als Stufenkolben ausgebildet ist, wobei ein radial erweiterter Ringbund 74 in einem entsprechend erweiterten Abschnitt 76 des den Steuerkolben 44 aufnehmenden Steuerraumes 78 gebildet ist.The essential difference in the exemplary embodiment shown in FIG. 9 is that the control piston 44 is designed as a stepped piston, a radially widened annular collar 74 being formed in a correspondingly widened section 76 of the control chamber 78 receiving the control piston 44.
Der Hochdruckkanal 30 mündet in der Schließposition des Steuerkolbens 44 in dem von der größeren Stirnfläche des Steuerkolbens 44 begrenzten Raum 78, während ein weiterer Druckkanal 80 im von der Ringstirnfläche des Stufenkolbens 44 begrenzten Ringraum 82 mündet. Dieser Druckkanal 80 ist mit dem Hochdruckspeicher 84 verbunden, wobei ein Rückschlagventil 84 eine Strömung vom Hochdruckspeicher 34 in den Ringraum 82 ähnlich wie das im Hochdruckkanal 30 angeordnete Rückschlagventil 32 verhindert.The high-pressure channel 30 opens in the closed position of the control piston 44 in the space 78 delimited by the larger end face of the control piston 44, while a further pressure channel 80 opens in the annular space 82 delimited by the annular end face of the stepped piston 44. This pressure channel 80 is connected to the high-pressure accumulator 84, a check valve 84 preventing a flow from the high-pressure accumulator 34 into the annular space 82 in a manner similar to the check valve 32 arranged in the high-pressure duct 30.
Bei dem in Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel kann dasIn the embodiment shown in Figure 9, this can
Rückschlagventil 32 über eine Bypassleitung 72 umgangen werden, in die ein Dosierventil 86 geschaltet ist, dessen Funktion im Prinzip dem Wegeventil 70 aus dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ent- spricht.Check valve 32 are bypassed via a bypass line 72 into which a metering valve 86 is connected, the function of which corresponds in principle to the directional control valve 70 from the exemplary embodiment described above.
Der die Verbindung zum Niederdruckspeicher 36 herstellende Niederdruckkanal 38 mündet ebenfalls in dem Ringraum 32, so dass der Steuerkolben 44 durch den Druck im Niederdruckspeicher 36 in Öff- nungsrichtung beaufschlagt ist. Die Kraft der Steuerfeder 46 muß demnach derart ausgelegt werden, dass sie den Steuerkolben 44 in der Grundposition gegen den Druck im Niederdruckspeicher 36 gegen den Ventilsitz 48 drückt.The low-pressure duct 38 which connects to the low-pressure accumulator 36 likewise opens into the annular space 32, so that the control piston 44 is acted upon by the pressure in the low-pressure accumulator 36 in the opening direction. The force of the control spring 46 must therefore be designed such that it presses the control piston 44 against the pressure in the low-pressure accumulator 36 against the valve seat 48 in the basic position.
Zum Einleiten des Kompressionshubes wird das Umschaltventil 52 in die Arbeitsposition gebracht, so dass der Steuerkolben 44 vom Ventilsitz 48 abhebt und der Hydraul i kkolben 26 sowie der Motorkolben 10 beschleunigt werden. Während der Bewegung des Steuerkolbens 44 wird von Anfang an Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher 36 über den Niederdruckkanal 38 angesaugt, so dass die Öffnungsbewegung durch den Druck im Niederdruckspeicher 36 unterstützt ist.To initiate the compression stroke, the changeover valve 52 is brought into the working position, so that the control piston 44 lifts off the valve seat 48 and the hydraulic piston 26 and the engine piston 10 are accelerated. During the movement of the control piston 44, pressure medium is drawn in from the low-pressure accumulator 36 via the low-pressure channel 38 from the start, so that the opening movement is supported by the pressure in the low-pressure accumulator 36.
Falls dies zur Kompensation von Reibungsverlusten, Temperaturänderungen etc. erforderlich ist, kann - ähnlich wie beim vorbe- schriebenen Ausführungsbeispiel - über das Dosierventil 36 der Hydraul i kkol ben 26 direkt mit dem Druck im Hydrospeicher 34 beaufschlagt werden.If this is necessary to compensate for frictional losses, temperature changes, etc., the pressure in the hydraulic accumulator 26 can be applied directly to the hydraulic piston 26 via the metering valve 36, as in the exemplary embodiment described above.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Anschlag 60 in einem derartigen Axialabstand zum Steuerkolben 44 ausgebildet, daß dieser keine Wirkung entfaltet. D.h., beim Betrieb des Freikol- benmotors 1 wird der Steuerkolben 44 in seiner in Öffnungsrichtung gesehenen Endlage durch ein Kräftegleichgewicht und nicht durch ein Auflaufen auf einen Anschlag abgestoppt. Diese Endlage des Steuerkolbens 44 wird dann erreicht, wenn der Motorkolben 10 seinen äuße- ren Totpunkt AT erreicht.In the illustrated embodiment, the stop 60 is formed at such an axial distance from the control piston 44 that it has no effect. Ie, when operating the free col benmotors 1, the control piston 44 is stopped in its end position seen in the opening direction by a balance of forces and not by running up to a stop. This end position of the control piston 44 is reached when the engine piston 10 reaches its outer dead center AT.
Aufgrund des sich einstellenden Kräftegleichgewichtes kommen sowohl der Motorkolben 10 als auch der Steuerkolben 34 am äußeren Totpunkt AT zum Stillstand und es erfolgt durch Einspritzen des Kraftstoffes über das Einspritzventil 24 das Zünden des Gemisches- der Motorkolben 10 und der Steuerkolben 44 bewegen sich zurück in ihre Grundposition. Durch die Rückbewegung des Steuerkolbens 44 wird das im Ringraum 82 befindliche Druckmittel über den Druckkanal 80 und das Rückschlagventil 84 in den Hochdruckspeicher 34 gefördert und dieser somit aufgeladen. Nach einer vorbestimmten Axialverschiebung des Steuerkolbens 44 wird über die Steuerkante 62 des Steuerkolbens 44 der Hochdruckkanal 30 aufgesteuert, so dass kurz vor dem Auflaufen des Steuerkolbens 44 auf den Ventilsitz 48 die kinetische Energie des Motorkolbens 10 zum Laden des Hydrospei- chers 34 über den Hochdruckkanal 30 und das Rückschlagventil 32 ausgenutzt wird. Nach dem Auflaufen des Steuerventils 44 auf den Steuersitz 48 wird das Umschaltventil 52 umgeschaltet, so dass die kleinere Stirnfläche des Steuerkolbens 44 zum Tank bzw. Niederdruck hin entlastet ist - der Zyklus kann von neuem beginnen.Due to the resulting equilibrium of forces, both the engine piston 10 and the control piston 34 come to a standstill at the outer dead center AT and the mixture is ignited by injecting the fuel via the injection valve 24 - the engine piston 10 and the control piston 44 move back into their basic position , Due to the return movement of the control piston 44, the pressure medium located in the annular space 82 is conveyed via the pressure channel 80 and the check valve 84 into the high-pressure accumulator 34 and the latter is thus charged. After a predetermined axial displacement of the control piston 44, the high-pressure channel 30 is opened via the control edge 62 of the control piston 44, so that shortly before the control piston 44 hits the valve seat 48, the kinetic energy of the engine piston 10 for charging the hydraulic accumulator 34 via the high-pressure channel 30 and the check valve 32 is used. After the control valve 44 has run onto the control seat 48, the changeover valve 52 is switched over so that the smaller end face of the control piston 44 is relieved of pressure toward the tank or low pressure - the cycle can begin again.
Figur 10 zeigt eine Variante der in Figur 9 dargestellten Ausführungsform, bei der der Arbeits- oder Hydraul i kkolben 26 als Differentialkolben ausgeführt ist, wobei der radial zurückgesetzte Teil zum Motorkolben 10 hin orientiert ist. Der radial zurückgesetzte Teil des Hydraul i kkolbens 26 bildet mit der Axial bohrung 28 einen weiteren Ringraum 88, der über eine Niederdruckleitung 90 und ein Rückschlagventil 92 mit dem Niederdruckspeicher 36 sowie über einen Verbindungskanal 94 und ein Rückschlagventil 96 mit dem von der größeren Stirnfläche des Steuerkolbens 44 begrenzten Raum 78 verbunden ist. Während des Kompressionshubes wird das sich im weiteren Ringraum 88 befindliche Druckmittel über den Verbindungskanal 94 und das Rückschlagventil 96 zum Raum 78 hin verdrängt. Bei der Rückbewegung des Motorkolbens 10 zum inneren Totpunkt IT hin wird über die Niederdruckleitung 90 und das Rückschlagventil 92 Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher 36 in den Ringraum 88 angesaugt. Das heißt, beim Kompressionshub kann Druckmittel in den steuerkolbenseitigen Raum 78 einströmen, während beim Expansionshub Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher 36 in den Ringraum 88 einströmen kann. Der besondere Vorteil gegenüber der vorbeschriebenen Lösung besteht somit darin, dass das Druckmittel während des Kompressionshubes aus dem Nieder- druckspeicher 36 über den Niederdruckkanal 38 sowie das Rückschlagventil 40 in den Ringraum 82 und während des Expansionshubes über die Niederdruckleitung 90, das Rückschlagventil 92 in den weiteren Ringraum 88 einströmen kann. Die Druckmittel säule muß somit im Totpunkt des Motorkolbens 10 nicht abgestoppt werden sondern kann prak- tisch zirkulieren, so dass der Wirkungsgrad des Frei kolbenmotors 1 gegenüber der in Figur 9 dargestellten Lösung verbessert ist.FIG. 10 shows a variant of the embodiment shown in FIG. 9, in which the working or hydraulic piston 26 is designed as a differential piston, the radially recessed part being oriented toward the engine piston 10. The radially recessed part of the hydraulic piston 26 forms with the axial bore 28 a further annular space 88, which via a low-pressure line 90 and a check valve 92 with the low-pressure accumulator 36 and via a connecting channel 94 and a check valve 96 with the larger end face of the control piston 44 limited space 78 is connected. During the compression stroke, the pressure medium located in the further annular space 88 is discharged via the connecting channel 94 and the like Check valve 96 displaced to room 78. When the engine piston 10 moves back to the inner dead center IT, pressure medium is drawn in from the low pressure accumulator 36 into the annular space 88 via the low pressure line 90 and the check valve 92. This means that pressure medium can flow into the piston 78 on the compression stroke during the compression stroke, while pressure medium can flow into the annular space 88 from the low-pressure accumulator 36 during the expansion stroke. The particular advantage over the previously described solution is thus that the pressure medium during the compression stroke from the low pressure accumulator 36 via the low pressure channel 38 and the check valve 40 into the annular space 82 and during the expansion stroke via the low pressure line 90, the check valve 92 in the others Annulus 88 can flow. The pressure medium column does not have to be stopped at the dead center of the engine piston 10 but can circulate practically, so that the efficiency of the free piston engine 1 is improved compared to the solution shown in FIG. 9.
In Figur 11 ist schließlich ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das hinsichtlich des Grundaufbaus dem in Figur 7 darge- stellten Ausführungsbeispiel entspricht. Bei der in Figur 11 dargestellten Variante ist neben dem Hochdruckspeicher 34 und dem Niederdruckspeicher 36 ein weiterer Mitteldruckspeicher 98 vorgesehen, der an den Druckkanal 50 angeschlossen ist, so dass die in Figur 11 linke Stirnfläche des Steuerkolbens 44 durch den Druck im Mittel- druckspeicher 98 beaufschlagt ist, wenn das Halteventil 52 in seine Arbeitsposition gebracht wird. Der Mi teldruckspeicher 98 ist über eine Leitung 100 mit einem Steuerventil 102 mit dem stromabwärts der Rückschlagventils 32 gelegenen Teils des Hochdruckkanals 30 verbunden. In entsprechender Weise ist der Mitteldruckspeicher 98 mittels einer weiteren Leitung 104 und einem weiteren Steuerventil 106 mit dem Niederdruckspeicher 36 verbunden.Finally, FIG. 11 shows an embodiment which corresponds to the embodiment shown in FIG. 7 with regard to the basic structure. In the variant shown in FIG. 11, in addition to the high-pressure accumulator 34 and the low-pressure accumulator 36, a further medium-pressure accumulator 98 is provided, which is connected to the pressure channel 50, so that the left end face of the control piston 44 in FIG. 11 is acted upon by the pressure in the medium-pressure accumulator 98 is when the holding valve 52 is brought into its working position. The medium-pressure accumulator 98 is connected via a line 100 to a control valve 102 with the part of the high-pressure duct 30 located downstream of the check valve 32. In a corresponding manner, the medium pressure accumulator 98 is connected to the low pressure accumulator 36 by means of a further line 104 and a further control valve 106.
Bei der in Figur 11 dargestellten Lösung ist der Hochdruckspeicher 34 über das Rückschlagventil 32 an den Hochdruckkanal 30 angeschlossen. Dieser wird bei der Rückbewegung des Steuerkolbens 44 von seiner Anschlagposition über die Steuerkante 62 aufgesteuert. Das Druckniveau des Mittel druckspei chers 98 liegt zwischen demjenigen des Hochdruckspeichers 34 und des Niederdruckspeichers 36. In der Grundposition sind die beiden Steuerventile 102 und 106 ge- schlössen, so dass beim Umschalten des Umschaltventils 52 in seine Arbeitsposition die Stirnfläche des Steuerkolbens 44 mit dem Druck im Mitteldruckspeicher 98 beaufschlagt ist. Das heißt, die Beschleunigung des Motorkolbens 10 ist im wesentlichen vom Druck im Mitteldruckspeicher 98 abhängig. Dieser Druck kann durch geeignete An- Steuerung der Steuerventile 102, 106 auf einem konstanten Niveau gehalten werden.In the solution shown in FIG. 11, the high-pressure accumulator 34 is connected to the high-pressure duct 30 via the check valve 32. This is opened when the control piston 44 moves back from its stop position via the control edge 62. The pressure level of the medium pressure accumulator 98 lies between that of the high-pressure accumulator 34 and the low-pressure accumulator 36. In the basic position, the two control valves 102 and 106 are closed, so that when the changeover valve 52 is switched into its working position, the end face of the control piston 44 with the pressure is acted upon in the medium pressure accumulator 98. That is, the acceleration of the engine piston 10 is essentially dependent on the pressure in the medium-pressure accumulator 98. This pressure can be kept at a constant level by suitable control of the control valves 102, 106.
Beim Absinken des Druckes im Mi tteldruckspeicher 98 unter ein vorbestimmtes Niveau wird das Steuerventil 102 aufgesteuert, so dass der Mitteldruckspeicher 98 über den Hochdruckspeicher 34 aufgeladen wird. Bei Überschreiten des vorbestimmten Druckniveaus wird das andere Steuerventil 106 aufgesteuert, so dass Druck zum Niederdruckspeicher 36 hin abgebaut werden kann.When the pressure in the medium-pressure accumulator 98 drops below a predetermined level, the control valve 102 is opened, so that the medium-pressure accumulator 98 is charged via the high-pressure accumulator 34. If the predetermined pressure level is exceeded, the other control valve 106 is opened, so that pressure can be reduced towards the low-pressure accumulator 36.
Während des Expansionshubes wird nach dem Aufsteuern des Hochdruckkanals 30 der Hochdruckspeicher 34 aufgeladen. Durch diese Lösung ist die Druckversorgung des Frei kolbenmotors im wesentlichen unabhängig von äußeren Einflüssen und von Druckschwankungen im Hochdruckspeicher 34, die beispielsweise beim Ansteuern von weiteren Verbrauchern auftreten können, die an diesen Hochdruckspeicher 34 angeschlossen sind.During the expansion stroke, the high-pressure accumulator 34 is charged after opening the high-pressure channel 30. With this solution, the pressure supply to the free piston engine is essentially independent of external influences and pressure fluctuations in the high-pressure accumulator 34, which can occur, for example, when driving other consumers connected to this high-pressure accumulator 34.
Die vorbeschriebenen Varianten mit dem Wegeventil 70 zur direkten Druckbeaufschlagung des Hydraul i kkolbens 26 dem Mitteldruckspeicher 98, dem als Stufenkolben ausgeführten Steuerkolben 44 und dem als Differential kolben ausgeführten Hydrauli kkolben 20 lassen sich praktisch in beliebiger Weise miteinander kombinieren, so dass die Erfindung keinesfalls auf die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Offenbart ist ein Frei kolbenmotor, dessen Motorkolben in Kompressionsrichtung über einen Hydraulikzylinder mit einer Kraft beaufschlagbar ist. Dieser kann über ein Umschaltventil mit dem Druck in einer Hochdruckspeichereinrichtung oder in einem Niederdruckspeicher verbunden werden. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Hydraulikzylinder und dem Umschaltventil eine Ventil anordnung mit einem Steuerkolben vorgesehen, durch dessen Steuerkante eine Verbindung zur Hochdruckspeichereinrichtung aufsteuerbar ist. The above-described variants with the directional control valve 70 for direct pressurization of the hydraulic piston 26, the medium pressure accumulator 98, the control piston 44 designed as a stepped piston and the hydraulic piston 20 designed as a differential piston can be combined with one another practically in any way, so that the invention is in no way limited to above-described embodiments is limited. A free piston engine is disclosed, the engine piston of which can be acted upon by a force in the compression direction via a hydraulic cylinder. This can be connected to the pressure in a high-pressure accumulator device or in a low-pressure accumulator via a changeover valve. According to the invention, a valve arrangement with a control piston is provided between the hydraulic cylinder and the changeover valve, through the control edge of which a connection to the high-pressure storage device can be opened.

Claims

Aπsprüche Aπsprüche
1. Frei kolbenmotor mit einem Motorkolben (10) und mit einem mit diesem zusammenwirkenden Hydrauli kkolben (26), der über ein Um- schaltventil (52) mit dem Druck in einer Hochdruckspeichereinrichtung (34) oder in einem Niederdruckspeicher (36) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hydraulikkolben (26) und dem Umschaltventil (52) eine Ventil anordnung (44, 46, 48) mit einem Steuerkolben (44) angeordnet ist, wobei über eine Steuerkante (58) des Steuerkolbens (44) eine Verbindung zur Hochdruckspeichereinrichtung (34) aufsteuerbar ist und der Steuerkolben (44) in Schließrichtung vom Druck im Hydrauli zylinder (6) und der Kraft einer Steuerfeder (46) und in Öffnungsrichtung vom Ausgangsdruck des Umschaltventils (52) oder vom Druck in der Hochdruckspeichereinrichtung (34) beaufschlagt ist.1. Free-piston engine with an engine piston (10) and with a hydraulic piston (26) interacting with it, which can be acted upon by the pressure in a high-pressure accumulator device (34) or in a low-pressure accumulator (36) via a changeover valve (52), characterized in that a valve arrangement (44, 46, 48) with a control piston (44) is arranged between the hydraulic piston (26) and the changeover valve (52), a connection to the control piston (44) being connected via a control edge (58) High-pressure storage device (34) is openable and the control piston (44) in the closing direction is acted upon by the pressure in the hydraulic cylinder (6) and the force of a control spring (46) and in the opening direction by the output pressure of the changeover valve (52) or by the pressure in the high-pressure storage device (34) is.
2. Frei kolbenmotor nach Patentanspruch 1, wobei die Kolbenfläche des Steuerkolbens (44) größer als die hydraulisch wirksame Querschnittsfläche des Hydraul i kkolbens (26) ist.2. Free piston engine according to claim 1, wherein the piston area of the control piston (44) is larger than the hydraulically effective cross-sectional area of the hydraulic piston (26).
3. Frei kolbenmotor nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Hub des Steuerkolbens in Öffnungsrichtung vor dem Hubende des Hydraul i kkolbens (26) durch einen Anschlag (60) begrenzt ist.3. Free piston engine according to claim 1 or 2, wherein the stroke of the control piston in the opening direction before the stroke end of the hydraulic piston (26) is limited by a stop (60).
4. Frei kolbenmotor nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, wobei der Anschlag (60) einstellbar ist.4. Free piston engine according to claim 1, 2 or 3, wherein the stop (60) is adjustable.
5. Frei kolbenmotor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Hydraulikzylinder (6) über einen Hochdruckkanal (30) mit der Hochdruckspeichereinrichtung (34) und über einen Niederdruckkanal (38) mit dem Niederdruckspeicher (36) verbindbar ist, wobei jeweils ein Rückschlagventil (32, 40) eine Rückströmung vom Hochdruckspeicher (34) bzw. in den Niederdruckspeicher (36) verhindert. 5. Free-piston engine according to one of the preceding claims, wherein the hydraulic cylinder (6) via a high-pressure channel (30) with the high-pressure storage device (34) and via a low-pressure channel (38) with the low-pressure accumulator (36) can be connected, each with a check valve (32 , 40) prevents backflow from the high-pressure accumulator (34) or into the low-pressure accumulator (36).
6. Frei kolbenmotor nach Patentanspruch 5, wobei das im Hochdruckkanal (30) angeordnete Rückschlagventil (32) über eine Bypassleitung (72) umgehbar ist, die mittels eines Wegeventils (70, 86) umgehbar oder absperrbar ist.6. Free piston engine according to claim 5, wherein the check valve (32) arranged in the high-pressure channel (30) can be bypassed via a bypass line (72), which can be bypassed or shut off by means of a directional valve (70, 86).
7. Frei kolbenmotor nach Patentanspruch 6, wobei das Wegeventil (70) eine Schaltposition (b) hat, in der die Bypassleitung (72) mit dem Tank verbindbar ist.7. Free piston engine according to claim 6, wherein the directional valve (70) has a switching position (b) in which the bypass line (72) can be connected to the tank.
8. Frei kolbenmotor nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, wobei der Hochdruckkanal (30) über eine zweite Steuerkante (62) des Steuerkolbens (44) aufsteuerbar ist.8. Free piston engine according to one of claims 5 to 7, wherein the high pressure channel (30) via a second control edge (62) of the control piston (44) can be opened.
9. Frei kolbenmotor nach einem der Patentansprüche 5 bis 8, wobei der Steuerkolben (44) ein Stufenkolben ist und der durch eine Ringstirnfläche des Steuerkolbens (44) begrenzte Ringraum (82) sowohl mit dem Niederdruckspeicher (36) als auch mit der Hochdruckspeichereinrichtung (34) verbindbar ist.9. Free-piston engine according to one of claims 5 to 8, wherein the control piston (44) is a stepped piston and the annular space (82) delimited by an annular end face of the control piston (44) with both the low-pressure accumulator (36) and the high-pressure accumulator device (34 ) is connectable.
10. Frei kolbenmotor nach Patentanspruch 9, wobei der Druckkanal (30) in einem durch die größere Stirnfläche des Steuerkolbens (44) begrenzten Raum (78) mündet.10. Free piston engine according to claim 9, wherein the pressure channel (30) in a by the larger end face of the control piston (44) delimits space (78).
11. Frei kolbenmotor nach einem der vorhergehenden Patentan- sprüche, wobei die Hochdruckspeichereinrichtung (34, 98) einen Mitteldruckspeicher (98) und einen Hochdruckspeicher (34) hat, die über eine Leitung (100) und ein Steuerventil (102) miteinander verbindbar sind, wobei die in Öffnungsrichtung wirksame Stirnfläche des Steuerkolbens (44) mit dem Druck im Mitteldruckspeicher (34) beaufschlag- bar ist.11. Free-piston engine according to one of the preceding claims, wherein the high-pressure accumulator (34, 98) has a medium-pressure accumulator (98) and a high-pressure accumulator (34), which can be connected to one another via a line (100) and a control valve (102), wherein the end face of the control piston (44) which is effective in the opening direction can be acted upon by the pressure in the medium pressure accumulator (34).
12. Frei kolbenmotor nach Patentanspruch 11, wobei der Mitteldruckspeicher (94) über eine weitere Verbindungsleitung (104) und ein weiteres Steuerventil (106) mit dem Niederdruckspeicher (36) verbindbar ist. 12. Free piston engine according to claim 11, wherein the medium pressure accumulator (94) via a further connecting line (104) and a further control valve (106) can be connected to the low pressure accumulator (36).
13. Frei kolbenmotor nach Patentanspruch 5 und 11 oder 12, wobei der Hochdruckkanal (30) mit dem Hochdruckspeicher (34) verbunden ist.13. Free piston engine according to claim 5 and 11 or 12, wherein the high pressure channel (30) with the high pressure accumulator (34) is connected.
14. Frei kolbenmotor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ubersetzungsventi lanordnung (44, 46, 48) koaxial zur Motorkolbenachse angeordnet ist.14. Free piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the Ubersübersventi lanordnung (44, 46, 48) is arranged coaxially to the engine piston axis.
15. Frei kolbenmotor nach einem der vorhergehenden Patentan- sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzungsventilanordnung15. Free piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission valve arrangement
(44, 46, 48) als Logikventil oder als Schieberventil ausgeführt ist. (44, 46, 48) is designed as a logic valve or as a slide valve.
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