EP1282766A1 - Freikolbenmotor - Google Patents

Freikolbenmotor

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Publication number
EP1282766A1
EP1282766A1 EP01944926A EP01944926A EP1282766A1 EP 1282766 A1 EP1282766 A1 EP 1282766A1 EP 01944926 A EP01944926 A EP 01944926A EP 01944926 A EP01944926 A EP 01944926A EP 1282766 A1 EP1282766 A1 EP 1282766A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
pressure
valve
free
cylinder
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
EP01944926A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1282766B1 (de
Inventor
Rudolf SCHÄFFER
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
Bosch 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 DE10120196A external-priority patent/DE10120196A1/de
Application filed by Bosch Rexroth AG filed Critical Bosch Rexroth AG
Publication of EP1282766A1 publication Critical patent/EP1282766A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1282766B1 publication Critical patent/EP1282766B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04—Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • F02B71/045—Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby with hydrostatic transmission

Definitions

  • the invention relates to a free-piston engine according to the preamble of patent 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 the drive train instead of a crank mechanism.
  • the engine piston is connected to a hydraulic cylinder, via which the translational 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 performed, 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 is performed 'by cooperation with a hydraulic piston, the 3-way diverter valve is connectable to a high-pressure reservoir or a low-pressure accumulator via a 2 /.
  • 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 reservoir via the changeover valve, so that the further compression stroke of the engine piston 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 changeover valve, 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 switchover valve are in the millisecond range, throttling losses occur in the switchover valve when opening and closing the connection to the high-pressure accumulator, which can be in the order of 10% of the engine output.
  • the hydraulic piston is designed as a stepped piston and has two active surfaces, the first larger of which is arranged in a compression cylinder, while the second smaller delimits a pump work chamber or working cylinder.
  • the larger area is pressurized in a compression cylinder, while the working cylinder can be connected to a high-pressure accumulator or a low-pressure accumulator via check valves.
  • This INNAS free-piston engine has a much more complex structure than the Brandl free-piston engine, so that the expenditure on device technology is relatively high.
  • the object of the invention is to develop the generic free-piston engine in such a way that the expenditure on device technology is minimized. This object is achieved by a free-piston engine with the features of claim 1.
  • the free-piston engine according to the invention has a stepped piston, the larger end face of which is guided in the compression cylinder and the smaller end face of which is guided in the working cylinder.
  • Both the working cylinder and the compression cylinder can be connected to a common high-pressure accumulator for initiating the compression stroke or for charging during the expansion stroke.
  • this variant has the advantage that only two pressure accumulators, ie a low-pressure accumulator and a high-pressure accumulator, are sufficient for operation, while in the generic INNAS free-piston engine, three pressure accumulators with the associated lines must be available.
  • the system can thus " be constructed much more compactly with less expenditure on device technology, so that the manufacturing costs of the free-piston engine are reduced compared to the solutions described at the beginning.
  • the hydraulic piston or the engine piston has an inner dead center position, which is automatically set due to the pressure conditions.
  • the engine piston must work against this high pressure during the expansion stroke, so that due to the balance of forces, the expansion stroke is ended earlier than when the pressure in the high-pressure accumulator is lower. Due to this shifted dead center position, the acceleration distance available during the compression stroke is correspondingly shorter in the next cycle. Since the pressure in the high-pressure accumulator acts on the larger end face during the compression stroke, this shorter acceleration distance is compensated for by the higher pressure. Chen, so that the engine piston is accelerated to approximately the same speed as at a lower pressure with a longer acceleration distance. The energy supplied to the engine piston thus remains approximately the same as the energy which is supplied to it at a lower pressure of the high-pressure accumulator and a longer acceleration path.
  • Another essential advantage of the solution according to the invention is that the pressure medium is sucked in practically the entire way of the hydraulic piston during the return movement of the hydraulic piston from its dead center position, while in the Brandl free piston motor described at the beginning the pressure medium is only sucked out of the low pressure accumulator reaching a predetermined acceleration of the hydraulic piston.
  • the inner dead center of the engine piston in the event that the inner dead center of the engine piston is not reached, for example due to a misfire, the inner dead center can be achieved by applying the pressure in the low-pressure accumulator to the working cylinder.
  • both the compression space delimited by the larger end face and the work space delimited by the ring area are connected to the hydraulic accumulator during the compression stroke.
  • pressure medium is supplied from the high-pressure accumulator and, at the same time, the pressure medium is returned from the working cylinder to the high-pressure accumulator - the piston area effective in the compression direction thus corresponds to the difference area between the larger end face and the annular surface of the piston, which is preferably designed as a differential piston.
  • the printing medium flows are significantly reduced compared to conventional solutions via a start valve that opens and controls the connection to the high-pressure accumulator.
  • a version with a differential piston builds the INNAS free-piston engine much shorter, since in the solution according to the invention the compression cylinder is used both for pressurizing during the compression stroke and for loading the high-pressure accumulator.
  • a differential cylinder it is also possible to use a piston with a piston collar, the piston rod of which is guided in the working cylinder and the piston section of which has a larger diameter in the compression cylinder.
  • the annular surface of the stepped piston is connected to the high-pressure accumulator, the pressure in the low-pressure accumulator acting on the smaller end face of the piston rod, so that the compression stroke is supported by the suction of the pressure medium from the low-pressure accumulator.
  • the stepped piston is provided with a control edge, via which a connection to the high-pressure accumulator can be opened during the compression stroke, so that after a predetermined acceleration distance of the hydraulic piston, pressure medium is fed directly from the high-pressure accumulator into the compression cylinder, bypassing the start valve , Since the main pressure medium flow thus does not have to be passed through the start valve, the throttle losses can be reduced further.
  • Free piston engine is a directional control valve, via which a start line surrounding the start valve can be opened, so that a large cross-sectional area is available. wirc to accelerate the free piston when starting the engine. This directional control valve remains open during operation of the free piston engine.
  • the directional control valve is designed as a logic valve with a graduated logic piston.
  • the pressure in the high-pressure accumulator can be applied to a smaller cross-sectional area of the logic piston via an upstream release valve, while the pressure in the compression cylinder is applied to the larger cross-sectional area of the logic piston.
  • the release valve is preferably designed as a 3/2-way valve, via which the smaller area cross section can be acted upon either with the pressure in the high-pressure dispenser or with the tank pressure.
  • the free-piston engine can be provided with a retraction device.
  • the compression cylinder can be connected to a tank via a piston retraction arrangement, so that the piston end face effective in the direction of the outer dead center is relieved of pressure.
  • the piston retraction arrangement has a check valve, in the open position of which the working cylinder is connected to the compression cylinder.
  • the piston retraction arrangement also has a piston retraction valve, via which the compression cylinder can be connected to the tank.
  • the check valve is integrated in the hydraulic piston.
  • the hydraulic piston is designed in two parts with a collar and a piston rod, the collar being designed to be displaceable on the piston rod via a sliding sleeve.
  • the collar closes a control cross-section in a displacement position, so that the connection between the compression cylinder and the working cylinder is closed. In its non-return position, the control cross section is opened accordingly.
  • a closing body is axially displaceably guided in an end piece of the piston rod and blocks a breakthrough in the collar in a spring-preloaded basic position at low pressure in the compression cylinder.
  • the closing body lifts off, so that the connection between the compression cylinder and the working cylinder is only closed again by the axial displacement of the collar described above.
  • the stepped piston can be actively activated in the event of a fault
  • a bypass line can be provided in the low pressure channel leading to the low pressure accumulator, via which the check valve there can be bypassed.
  • This bypass line can be shut off via a metering valve.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a free-piston engine with a hydraulic piston designed as a differential piston
  • FIGS. 2 and 3 different operating positions of the free-piston engine from FIG. 1;
  • FIG. 4 shows the free-piston engine from FIG. 1 with a device for metering the compression pressure
  • FIG. 5 shows the free-piston engine from FIG. 1 with a piston retraction device
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a free-piston engine with a hydraulic piston designed as a stepped piston
  • FIG. 7 shows a variant of the embodiment shown in FIG. 6 with a piston retraction device
  • Fig. 8 shows an embodiment of a free-piston engine with a modified starting device and a piston retraction arrangement, which is partially integrated in the hydraulic piston and
  • FIG. 9 shows a constructive solution of the hydraulic piston from FIG. 8.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a free-piston engine 1.
  • This has an engine housing 2, in the combustion cylinder 4 of which an engine piston 6 is guided.
  • This is in operative connection with a coaxially arranged hydraulic piston 8, which is guided in an axial bore 10.
  • An annular end face 12 of the hydraulic piston 8 delimits a working cylinder 14, while the larger end face 16 of the hydraulic piston 8 delimits a compression cylinder 18.
  • the latter is connected to a low-pressure accumulator 24, a pressure medium flow from the working cylinder 14 to the low-pressure accumulator 24 being prevented by a check valve 26.
  • the compression cylinder 18 is connected via a high-pressure conduit 28 with a high-pressure accumulator 30, the high-pressure passage 28 up as a '2/2-way valve 32 and is executed starting valve zuhenbar.
  • the pressure channel 20 opens into the high pressure channel 28.
  • a further check valve 34 prevents flow of pressure medium from the high-pressure accumulator 30 into the working cylinder 14.
  • the combustion cylinder 4 is provided with an outlet channel 36, via which exhaust gas can be removed from the combustion chamber 38 delimited by the engine piston 6.
  • the rear side of the engine piston 6 facing the hydraulic piston 8 delimits an inlet space 40 which has its minimum volume in the inner dead center position of the engine piston 6 shown.
  • the inlet space 40 is connected to the combustion space 38 by an overflow duct 42.
  • the fresh air can be supplied during the compression stroke of the engine piston 6 via an inlet channel 44 with an inlet valve 46.
  • the free-piston engine is ignited by injecting fuel via an injection valve 48 opening into the combustion cylinder.
  • the start valve 32 is opened so that the high-pressure accumulator 30 is connected to the compression cylinder 18.
  • the pressure acting on the larger end face 16 accelerates the hydraulic piston out of its dead center position and transfers this acceleration to the engine piston 6.
  • the pressure medium in the working cylinder 14 is conveyed back into the pressure channel 28 via the check valve 34 and the pressure line 20.
  • This means that the end face 16 and the annular end face 12 of the hydraulic piston 8 are acted upon by the pressure in the high-pressure accumulator 30, so that that of the surface of the piston rod corresponding face in the direction of the outer dead center (AT) is effective.
  • the connection to the low-pressure accumulator 24 is blocked by the check valve 26.
  • the hydraulic accumulator 30 is loaded simultaneously with the suction of the pressure medium from the low-pressure accumulator. Since this suction takes place along the entire return movement of the hydraulic piston 8, no cavitation phenomena occur in the working space 14.
  • the engine piston 6 and the hydraulic piston 8 reduce their kinetic energy against the accumulator pressure in the high-pressure accumulator 30 until they are braked in the IT.
  • the combustion cylinder 38 is purged by the fresh gas flowing out of the inlet space 40 via the overflow channel 42.
  • the start valve 32 is brought into its blocking position - the free-piston engine 1 is ready for the next cycle.
  • FIG. 4 shows a free-piston engine during the compression stroke, the exemplary embodiment described above being supplemented by a device for metering the compression energy.
  • This device has a bypass line 50 through which the check valve 26 in the low-pressure channel 22 can be bypassed.
  • a metering valve 52 designed as a 2/2-way valve is provided, which blocks the bypass line 50 in its blocking position.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 4 corresponds to that from the previously described drawings.
  • the working space 14 can be connected directly to the low-pressure accumulator 24, so that the annular end face 12 is acted upon by the pressure in the low-pressure accumulator 24.
  • the hydraulic piston 8 does not have to be accelerated against the pressure in the high-pressure accumulator 30 during the compression stroke, so that, for example, the supplied compression energy can be increased at the beginning of the compression stroke.
  • the free-piston engine 1 in the variant shown in FIG. 5 is designed with a piston retraction system.
  • This can be formed, for example, by a piston retraction valve 54 that is connected to the pressure channel 20.
  • the pressure channel 20 is connected to the high pressure channel 28 in the manner described above, so that the function corresponds to that of the above-described exemplary embodiments.
  • the start valve 32 is closed and the piston retraction valve 54 is brought into the position shown in b, in which the high-pressure channel 28 is connected to a tank T.
  • the pressure medium located in the compression cylinder 18 is then relaxed towards the tank T, so that the hydraulic piston 8 and thus the engine piston 6 can be moved back into its inner dead center position by the pressure of the low-pressure accumulator 24 in the working space 14.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a free-piston engine 1, in which the hydraulic piston 8 is designed as a stepped piston with two piston rods 56, 58 and an annular collar 60.
  • the working cylinder 14 is delimited by the end face 62 of the piston rod 56 on the right in FIG. 6.
  • the compression cylinder 18 is delimited by the ring end face 64 of the collar 60 facing the piston rod 56.
  • the piston rod 58 and the left annular surface 66 of the hydraulic piston 8 delimit an annular cylinder 68 of the axial bore 10 receiving the hydraulic piston 8.
  • the low-pressure accumulator 24 is connected via a low-pressure channel 22 and a check valve 26 with the working cylinder 14 adjoining the piston rod 56 connected.
  • this ar- Working cylinder 14 also opens the pressure channel 20 connected to the high pressure accumulator 30 with the check valve 30.
  • the high-pressure accumulator 30 is also connected via the high-pressure channel 28 to the compression cylinder 18 delimited by the right ring end face 64.
  • the start valve 32 is arranged in the high-pressure channel 28.
  • the start valve 32 can be bypassed via a bypass channel 72, in which a check valve 70 is arranged, which enables the pressure medium to flow back from the compression cylinder 18 to the high-pressure accumulator 30.
  • a pressure line 74 which opens into the high-pressure channel 28 downstream of the check valve 70, can be opened via the outer peripheral edge of the ring end face 64 of the ring collar 60.
  • the start valve 32 is moved from its blocking position into its through position, so that the high-pressure accumulator 30 is connected to the compression cylinder 18 via the pressure channel 28.
  • the pressure acting on the annular end face 64 accelerates the hydraulic piston 8, moves the engine piston 6 to its AT and compresses the fresh air present in the combustion cylinder 38.
  • the peripheral edge of the annular end face 64 opens the pressure line 74, so that the pressure medium can enter the compression cylinder 18 directly bypassing the start valve 32. This can reduce throttle loss Minimize above the start valve 32, since the pressure medium only flows through the start valve 32 at the beginning of the compression stroke.
  • FIG. 7 shows a variant of the free-piston engine shown in FIG. 6 with hydraulic pistons 8 designed as stepped pistons, this being equipped with a piston retraction system, by means of which the engine pistons 6 and the hydraulic pistons 8 can be returned to their IT position in the event of a fault.
  • the piston retraction system has a return duct 76 which is connected to the high-pressure accumulator 30 and which opens into the ring cylinder 68.
  • the connection between the ring cylinder 68 and the high-pressure accumulator 30 can be shut off or opened via a switching valve 78 designed as a 2/2-way valve.
  • the ring cylinder 68 can be connected to the high-pressure accumulator 30 via the changeover valve 78, so that the ring end face 66 is acted upon by a pressure acting in the IT direction.
  • the ring end face 66 is acted upon by a pressure acting in the IT direction.
  • the piston rod 58 moves smaller than that of the piston rod 56, so that the resultant force acting on the two end faces 66, 64 of the collar SO acts in the IT direction.
  • the pressure in the working cylinder 14 can be reduced via a relief duct 80 connecting the working cylinder 14 with the part of the low-pressure duct 22 arranged downstream of the check valve 26.
  • This can be opened or closed via a control valve 82. That is, when the piston retraction is initiated, the control valve 82 is brought into its open position so that the pressure medium is fed into the low-pressure accumulator 24 from the working cylinder 14 via the relief channel 80 when the hydraulic piston 8 moves back.
  • the annular end face 66 of the hydraulic piston 8 can also be connected via a channel 84 with a further changeover valve 86 to the relief channel 80 and thus directly to the low-pressure accumulator 24, so that, for example, the back of the hydraulic piston 8 can be subjected to a lower pressure during the compression stroke.
  • the control valve 82 is brought into its blocking position.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of that area of a free-piston engine 1 in which the hydraulic piston 8 for driving the engine piston, not shown, is arranged.
  • the hydraulic piston 8 for driving the engine piston not shown
  • the low-pressure accumulator 24 is connected to the annular working space of the working cylinder 14 via a check valve 26.
  • the check valve 26 can be bypassed via a bypass line 50 with a metering valve 52, so that the compression energy supplied at the beginning of the compression stroke by direct connection of the low pressure accumulator 24 can be influenced.
  • the high-pressure accumulator 30 is connected to the high-pressure channel 28 and the start valve 32 and the pressure channel 20
  • the embodiment is the check valve 34 in the
  • Hydraulic piston 8 integrated.
  • the free-piston engine has a piston retraction arrangement 84, which, however, is formed by a check valve 86 and a retraction valve 88 in the solution shown.
  • the check valve 86 is also integrated in the hydraulic piston 8.
  • the withdrawal valve 88 is designed as a 2/2-way valve which, in its spring-loaded basic position, shuts off a channel 92 extending between a tank channel 90 and the pressure channel 20 and opens this connection in its switching position.
  • the high-pressure channel 28 can be connected directly to the compression cylinder 18 by bypassing the start valve 32 via a directional valve 94, which is integrated in the motor housing 2 of the free-piston engine 1.
  • the directional valve 94 is designed as a logic valve (2/2-way cartridge valve) with a graduated logic piston 96.
  • the end face of the logic piston 96 with a larger cross-sectional area 98 is prestressed against a valve seat 100.
  • a radial connection 102 is formed, which is connected to the high-pressure duct 28 via a bypass line 104.
  • the other end section of the logic piston 96 with a smaller cross-sectional area 106 is guided into a control chamber 108, which can be connected to the tank channel 90 or the high-pressure channel 28 via a control channel 110 and a release valve 112.
  • the release valve 112 is designed as a 3/2-way valve which, in its spring-preloaded basic position, connects the high-pressure channel 28 to the control channel 110. In the switching position, the connection to the high-pressure duct 28 is blocked and the control duct 110 is connected to the tank duct 90.
  • the logic piston 96 is also biased against the seat 104 in the closing direction by the force of a spring 113.
  • the release valve 112 is brought into its switching position, so that the smaller area cross section 106 is acted upon by the tank pressure.
  • the spring 113 is designed so that the control piston is initially still biased against the valve seat 100 when the engine is started.
  • the start valve 32 is opened so that the compression cylinder 18 is acted upon by the pressure in the high-pressure accumulator - the hydraulic piston 8 is accelerated by the increasing pressure.
  • the pressure acting on the larger cross-sectional area 98 of the logic piston 96 rises, so that it opens, lifts off the valve seat 100 and the radial connection 102 and thus the connection to the high-pressure accumulator 30 is opened - the logic valve 94 opens completely.
  • the logic piston 96 receives its energy for opening via its own control edge, so that no pilot valve is required / 88352
  • the start valve 32 is closed and the release valve 112 is switched to its basic position, so that the pressure in the high-pressure accumulator is applied to the smaller cross-sectional area 106 of the logic piston 96.
  • the free piston engine 1 then comes to a standstill when the start valve 32 and the logic valve 94 are closed.
  • the logic valve 94 also acts as a check valve, via which the connection from the compression cylinder 18 to the high-pressure accumulator 30 can be controlled.
  • the blocking valve 86 is in the closing direction by the force of a closing spring 114 and in
  • shut-off valve 86 Opening direction acted upon by the pressure in the compression cylinder 18.
  • the shut-off valve 86 When the shut-off valve 86 is open, the working cylinder 14 is connected to the compression cylinder 18 via the check valve 34. Accordingly, in the case of the above-described pressure build-up in the compression cylinder 18, the shut-off valve 86 is brought into its open position, so that the pressure building up in the working cylinder 14 via the check valve 34 and the high-pressure channel 28 can be used for charging the high-pressure accumulator 30 during the compression stroke.
  • this is a divided piston with a collar 116 and one with respect to the outer diameter of the collar 116 in diameter wrestled piston rod 118 executed.
  • the collar 116 and the piston rod 118 are connected to one another via a sliding sleeve 120.
  • the piston rod 118 has an enlarged end piece 122, which is arranged within the sliding sleeve 120.
  • a rear stop surface 124 bears against a stop ring 126 of the sliding sleeve 120.
  • the end piece 122 is designed with a guide bore 128 in which a closing body 130 is guided in an axially displaceable manner. This is biased towards the collar 116 by a compression spring 132.
  • This is cup-shaped and has an opening 137 in a base 134. In the basic position shown, this opening 137 is closed by the closing body 130, which is biased against it, so that the connection between the compression cylinder 18 and the working cylinder 14 is blocked.
  • the closing body 130 thus forms a seat 136 for the collar 116.
  • the closing body 130 has compensation bores 138 through which pressure medium from the working cylinder 18 can enter a spring chamber 140.
  • the closing body 130 has a guide pin 142 which plunges sealingly into an axial bore 144 of the piston rod 118.
  • the force of the compression spring 132 and the area difference between the left seat-side end face and the right spring chamber-side ring end face is selected so that the closing body 130 is still biased into its closed position at a pressure in the working cylinder 18, which is below the pressure in the low-pressure accumulator 24.
  • the closing body 130 is moved to the right against the force of the compression spring 132 until it hits a stop shoulder 146.
  • the collar 116 Due to the pressure in the working cylinder 18, the collar 116 is also axially aligned with the piston rod 118. device moved to the right (view according to FIG. 9) until it runs onto the closing body 130, so that the opening 137 is blocked off. If, during the compression stroke, the pressure in the working cylinder 14 rises to a pressure> than the pressure in the compression cylinder 18, the collar 116 is lifted from the closing body 130 by the pressure difference acting on its end face and the connection between the working cylinder 14 and the compression cylinder 18 is opened - the high-pressure accumulator Loading. That is, in this embodiment, the collar 116 acts as a check valve for opening the connection between the working cylinder 14 and the compression cylinder 18.
  • the closing body 130 with the compression spring 132 practically acts as a check valve which is brought into its open position when the pressure in the compression cylinder 18 rises.
  • This check valve closes only when the pressure in the compression cylinder 18 is lower than the pressure in the low-pressure accumulator 24.
  • Such a low pressure is set when the free piston is to be specifically moved back to its starting position.
  • the above-described solution is characterized by an extremely compact structure, the throttling losses being minimal due to the direct connection between the working and compression cylinders 14, 18.
  • the solutions explained in FIGS. 8 and 9 can also be implemented in the exemplary embodiments described above.
  • a 2/2-way valve can also be used as the piston return valve 54 are used, in which case the check valve 34 should be designed to be lockable.
  • a free-piston engine with an engine piston that can be driven via a graduated hydraulic piston.
  • the larger diameter of the hydraulic piston is guided in a compression cylinder, while the smaller diameter is arranged in a working cylinder.
  • the compression cylinder is connected to a high-pressure accumulator and the working cylinder to a low-pressure accumulator or a high-pressure accumulator.
  • the high-pressure accumulator is charged by the pressure medium displaced from the cylinder rooms.

Landscapes

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Description

FREIKOLBENMOTOR
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Freikolbenmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Freikolbenmotor ist im Prinzip ein nach dem 2- Takt-Verfahren arbeitender Verbrennungsmotor, bei dem anstelle eines Kurbeltriebes ein Hydraulikkreis mit Kolbenpumpe als Antriebsstrang nachgeschaltet ist. Dazu ist der Motorkolben mit einem Hydraulikzylinder verbunden, über den die während eines Motorarbeitstaktes erzeugte translatorische Energie ohne den klassischen Umweg über die Rotationsbewegung eines Kurbeltriebes direkt dem hydraulischen Arbeitsmedium zugeführt wird. Der nachgeschaltete, speicherfähige Hydraulikkreislauf ist derart ausgelegt, daß er die abgegebene Arbeit aufnimmt, zwischenspeichert und je nach Leistungsbedarf einer hydrau- lischen Abtriebseinheit, beispielsweise einer Axialkolbenmaschine zuführt .
In der DE 40 24 591 AI ist ein Freikolbenmotor der gattungsgemäßen Art beschrieben, der auch als Brandl- Freikolbenmotor bekannt ist. Bei diesem Konzept erfolgt die Kompressionsbewegung des Motorkolbens' durch Zusammenwirken mit einem Hydraulikkolben, der über ein 2/3-Wege- Umschaltventil mit einem Hochdruckspeicher oder einem Niederdruckspeicher verbindbar ist . Zu Beginn des Kom- pressionshubes erfolgt eine Beschleunigung des Motorkolbens durch Beaufschlagen des Hydraulikzylinders mit dem Druck im Hochdruckspeicher. Bei Erreichen einer vorbestimmten Motorkolbengeschwindigkeit wird der Hydraulikzylinder über das Umsehaltventil mit dem Niederdruckspei- eher verbunden, so daß der weitere Kompressionshub des Motorkolbens gegen die wirksame Kraft aus dem Kompressi- onsdruck des Arbeitsgases erfolgt. Nach dem Erreichen des äußeren Totpunktes (AT) wird das Arbeitsgas gezündet und der Motorkolben in Richtung des inneren Totpunktes (IT) beschleunigt . Während dieser Kolbenbewegung vom AT zum IT wird über das Umschaltventil die Verbindung zum Hochdruckspeicher aufgesteuert, so daß der Motorkolben abgebremst und dessen kinetische Energie in potentielle hydraulische Energie umgewandelt und der Hochdruckspeicher geladen wird. Obwohl die Schaltzeiten des Umschaltventi- les im Millisenkundenbereich liegen, entstehen beim Auf- und Zusteuern der Verbindung zum Hochdruckspeicher im Umschaltventil Drosselverluste, die in der Größenordnung von 10 % der Motorleistung liegen können.
Diese Nachteile des Brandl-Freikolbenmotors lassen sich mit einer anderen Freikolbenbauart, dem sogenannten INNAS-Motor ausräumen, wie er beispielsweise in der WO 9603576 AI offenbart ist.
Bei diesem INNAS-Freikolbenmotor ist der Hydraulikkolben als Stufenkolben ausgebildet und hat zwei Wirkflächen, von denen die erste größere in einem Kompressions- zylinder angeordnet ist, während die zweite kleinere einen Pumpenarbeitsraum oder Arbeitszylinder begrenzt. Die größere Fläche wird mit dem Druck in einem Kompressionszylinder beaufschlagbar, während der Arbeitszylinder über Rückschlagventile mit einem Hochdruckspeicher oder einem Niederdruckspeicher verbindbar ist. Dieser INNAS- Freikolbenmotor hat einen gegenüber dem Brandl-Freikol- benmotor wesentlich komplexeren Aufbau, so daß der vorrichtungstechnische Aufwand relativ hoch ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Freikolbenmotor derart weiterzu- bilden, daß der vorrichtungstechnische Aufwand minimiert ist. Diese Aufgabe wird durch einen Freikolbenmotor mit den Merkmalen den Patentanspruchs 1 gelöst .
Der erfindungsgemäße Freikolbenmotor hat einen abgestuften Kolben, dessen größere Stirnfläche im Kompressionszylinder und dessen kleinere Stirnfläche im Arbeitszylinder geführt ist. Sowohl der Arbeitszylinder als auch der Kompressionszylinder sind zur Einleitung des Kompres- sionshubes bzw. zum Aufladen während des Expansionshubes mit einem gemeinsamen Hochdruckspeicher verbindbar. Gegenüber dem eingangs beschriebenen INNAS-Freikolbenmo- tor hat diese Variante den Vorteil, daß lediglich zwei Druckspeicher, d.h. ein Niederdruckspeicher und ein Hochdruckspeicher zum Betrieb ausreichen, während beim gattungsgemäßen INNAS-Freikolbenmotor drei Druckspeicher mit den zugeordneten Leitungen vorhanden sein müssen. Das System kann "somit wesentlich kompakter mit geringerem vorrichtungstechnischen Aufwand aufgebaut werden, so daß die Herstellkosten des Freikolbenmotors gegenüber den eingangs beschriebenen Lösungen verringert sind.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Hydraulikkolben bzw. der Motorkolben eine innere Totpunktlage hat, die sich selbsttätig aufgrund der Druckverhältnisse einstellt. Bei hohem Druck im Hochdruckspeicher muß der Motorkolben während des Expansionshubes gegen diesen hohen Druck arbeiten, so daß aufgrund des Kräftegleichgewichtes der Expansionshub früher als bei einem niedrige- ren Druck im Hochdruckspeicher beendet wird. Aufgrund dieser verschobenen Totpunktlage ist im nächsten Zyklus die während des Kompressionshubes zur Verfügung stehende Beschleunigungsstrecke entsprechend kürzer. Da der Druck im Hochdruckspeicher während des Kompressionshubes auf die größere Stirnfläche wirkt, wird diese kürzere Beschleunigungsstrecke durch den höheren Druck ausgegli- chen, so daß der Motorkolben in etwa auf die gleiche Geschwindigkeit beschleunigt wird, wie bei einem niedrigeren Druck mit längerer Beschleunigungsstrecke . Die dem Motorkolben zuführte Energie bleibt also etwa gleich derjenigen Energie, die diesen bei einem niedrigeren Druck des Hochdruckspeichers und einer dafür längeren Beschleunigungsstrecke zugeführt wird.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemä- ßen Lösung liegt darin, daß das Ansaugen von Druckmittel während der Rückbewegung des Hydraulikkolbens von seiner Totpunktlage praktisch über den gesamten Weg des Hydraulikkolbens erfolgt, während beim eingangs beschriebenen Brandl-Freikolbenmotor das Ansaugen des Druckmittels aus dem Niederdruckspeicher erst nach dem Erreichen einer vorbestimmten Beschleunigung des Hydraulikkolbens erfolgte.
Bei dieser Lösung kann dann in dem Fall, in dem der innere Totpunkt des Motorkolbens, beispielsweise aufgrund einer Fehlzündung, nicht erreicht wird, der innere Totpunkt durch Beaufschlagen des Arbeitszylinders mit dem Druck im Niederdruckspeicher erreicht werden.
Bei einer bevorzugten Lösung sind sowohl der durch die größere Stirnfläche begrenzte Kompressionsraum als auch der durch die Ringfläche begrenzte Arbeitsraum während des Kompressionshubes mit dem Hydrospeicher verbunden. Während des Kompressionshubes wird dabei aus dem Hochdruckspeicher Druckmittel zugeführt .und gleichzeitig das Druckmittel aus dem Arbeitszylinder heraus zum Hochdruckspeicher zurückgeführt - die in Kompressions- richtung wirksame Kolbenfläche entspricht somit der Differenzfläche zwischen der größeren Stirnfläche und der Ringfläche des vorzugsweise als Differentialkolben ausgeführten Kolbens. Durch diese Varianten können die Druck- mittelströme über ein die Verbindung zum Hochdruckspeicher auf- und zusteuerndes Startventil gegenüber den herkömmlichen Lösungen wesentlich verringert werden.
Eine Version mit Differentialkolben baut wesentlich kürzer der INNAS-Freikolbenmotor, da bei der erfindungs- gemäßen Lösung der Kompressionszylinder sowohl für die Druckbeaufschlagung während des Kompressionshubes als auch zum Laden des Hochdruckspeichers verwendet wird.
Anstelle eines Differentialzylinders kann auch ein Kolben mit einem Kolbenbund eingesetzt werden, dessen Kolbenstange im Arbeitszylinder und dessen Kolbenabschnitt mit größerem Durchmesser im Kompressionszylinder geführt ist. Zur Einleitung des Kompressionshubes wird die Ringstimflache des Stufenkolbens mit dem Hochdruckspeicher verbunden, wobei auf die kleinere Stirnfläche der Kolbenstange der Druck im Niederdruckspeicher wirkt, so daß der Kompressionshub durch das Ansaugen des Druck- mittels aus dem Niederdruckspeicher unterstützt wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Stufenkolben mit einer Steuerkante versehen, über die während des Kompressionshubes eine Verbindung zum Hochdruck- Speicher aufsteuerbar ist, so daß nach einer vorbestimmten Beschleunigungsstrecke des Hydraulikkolbens Druckmittel unter Umgehung des Startventils direkt aus dem Hochdruckspeicher in den Kompressionsz-ylinder eingespeist wird. Da somit der Hauptdruckmittelstrom nicht über das Startventil geführt werden muß, können die Drosselverluste weiter abgesenkt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Variante hat der
Freikolbenmotor ein Wegeventil, über das eine das Start- ventil umgebende Startleitung aufgesteuert werden kann, so daß ein großer Flächenquerschnitt zur Verfügung ge- stellt wirc, um den Freikolben beim Starten des Motors zu beschleunigen. Dieses Wegeventil bleibt während des Betriebs des Freikolbenmotors geöffnet .
Bei dieser Variante wird es bevorzugt, wenn das Wegeventil als Logikventil mit einem abgestuften Logikkolben ausgeführt ist. Ein kleinerer Flächenquerschnitt des Logikkolbens ist über ein vorgeschaltetes Freigabeventil mit dem Druck im Hochdruckspeicher beaufschlagbar, wäh- rend der größere Flächenquerschnitt des Logikkolbens mit dem Druck im Kompressionszylinder beaufschlagt ist.
Das Freigäbeventil wird vorzugsweise als 3/2-Wegeventil ausgeführt, über das der kleinere Flächenquerschnitt wahlweise mit dem Druck im Hochdruckspeieher oder mit dem Tankdruck beaufschlagbar ist.
Für den Fall, daß der Motorkolben aufgrund einer Fehlzündung oder einer sonstigen Störung nicht in seine äußere Totpunktläge zurückbewegt werden kann, kann der Freikolbenmotor mit einer Rückzugeinrichtung versehen werden. Dabei kann der Kompressionszylinder über eine Kolbenrückzugsanordnung mit einem Tank verbunden sein, so daß die in Richtung äußerer Totpunkt wirksame Kolben- Stirnfläche druckentlastet ist.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Kolbenrückzugsanordnung ein Sperrventil, in dessen ÖffnungsStellung der Arbeitszylinder mit dem Kompressionszylinder verbunden ist.
Die Kolbenrückzugsanordnung hat desweiteren ein Kolbenrückzugsventil, über das der Kompressionszylinder mit dem Tank verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist das Sperrventil in den Hydraulik- kolben integriert. Diese Lösung hat den Vorteil, daß aufgrund der kurzen Verbindungswege zwischen dem Kompressi- onszylinder und dem Arbeitszylinder die Drosselverluste minimal sind. Desweiteren ist diese Anordnung sehr kompakt aufgebaut, da im Gehäuse keine eigenen Aufnahmen für die Kolbenrückzugsanordnung vorgesehen werden müssen. Die Kompaktheit läßt sich weiter verbessern, wenn auch das Rückschlagventil im Hydraulikkolben integriert ist.
Eine Möglichkeit zur Integration des Rückschlagventils und des Sperrventils besteht darin, daß der Hydraulikkolben zweiteilig mit einem Bund und einer Kolbenstange ausgeführt ist, wobei der Bund über eine Schiebe- manschette auf der Kolbenstange verschiebbar ausgeführt ist. Der Bund schließt in einer Verschiebeposition einen Steuerquerschnitt ab, so daß die Verbindung zwischen dem Kompressionszylinder und dem Arbeitszylinder zugesteuert ist. In seiner Rückschlagposition ist der Steuerquer- schnitt entsprechend aufgesteuert .
Bei dieser konstruktiven Lösung ist in einem Endstück der Kolbenstange ein Schließkörper axial verschiebbar geführt, der in einer federvorgespannten Grundposition bei geringem Druck im Kompressionszylinder einen Durchbruch im Bund absperrt. Beim Druckaufbau im Kompressionszylinder hebt der Schließkörper ab, so daß die Verbindung zwischen dem Kompressionszylinder und dem Arbeitszylinder erst wieder durch die vorbeschriebene Axialverschiebung des Bundes geschlossen wird.
Der Stufenkolben läßt sich bei einer Störung aktiv in
Richtung zum äußeren Totpunkt hin bewegen, wenn dessen in
Richtung äußerer Totpunkt wirksame Ringstirnfläche mit dem Druck im Hochdruckspeicher beaufschlagbar ist, wobei zumindest eine der in Gegenrichtung wirksamen Flächen des Stufenkolbens druckentlastet ist. Die Rückführung ist besonders einfach, wenn die motorkolbenseitige Ringstirn- fläche mit einer größeren Fläche als die in Richtung innerer Totpunkt wirksame Ringstirnfläche des Stufenkol- bens ausgeführt ist.
Um den Kompressionsdruck in gewissen Maßen zu beeinflussen, kann in dem zum Niederdruckspeicher führenden Niederdruckkanal eine Bypaßleitung vorgesehen sein, über den das dortige Rückschlagventil umgehbar ist. Diese Bypaßleitung ist über ein Dosierventil absperrbar.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors mit als Differentialkolben ausgeführtem Hydraulikkolben;
Fig. 2 und 3 unterschiedliche Betriebspositionen des Freikolbenmotors aus Fig. 1;
Fig. 4 den Freikolbenmotor aus Fig. 1 mit einer Einrichtung zum Dosieren des Kompressionsdrucks;
Fig. 5 den Freikolbenmotor aus Fig. 1 mit einer Kol- benrückzugeinrichtung;
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors mit als Stufenkolben ausgeführtem Hydraulikkolben;
Fig. 7 eine Variante des in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiels mit Kolbenrückzugseinrichtung; Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors mit modifizierter Starteinrichtung und einer Kolbenrückzugsanordnung, die teilweise in den Hydraulikkolben integriert ist und
Fig. 9 eine konstruktive Lösung des Hydraulikkolbens aus Fig. 8.
Die Fig. 1 zeigt eine Schemadarstellung eines, ersten Ausführungsbeispiels eines Freikolbenmotors 1. Dieser hat ein Motorgehäuse 2, in dessen Verbrennungszylinder 4 ein Motorkolben 6 geführt ist. Dieser steht in Wirkverbindung mit einem koaxial angeordneten Hydraulikkolben 8, der in einer Axialbohrung 10 geführt ist. Eine Ringstirnfläche 12 des Hydraulikkolbens 8 begrenzt dabei einen Arbeitszylinder 14, während die größere Stirnfläche 16 des Hydraulikkolbens 8 einen Kompressionszylinder 18 begrenzt.
Im Arbeitszylinder 14 münden ein Druckkanal 20 und ein Niederdruckkanal 22. Letztere ist mit einem Niederdruckspeicher 24 verbunden, wobei eine Druckmittelströmung vom Arbeitszylinder 14 zum Niederdruckspeicher 24 durch ein Rückschlagventil 26 verhindert wird.
Der Kompressionszylinder 18 ist über einen Hochdruckkanal 28 mit einem Hochdruckspeicher 30 verbunden, wobei der Hochdruckkanal 28 über ein als ' 2/2-Wegeventil ausgeführtes Startventil 32 auf- bzw. zusteuerbar ist. Der Druckkanal 20 mündet in den Hochdruckkanal 28 ein. Über ein weiteres Rückschlagventil 34 ist eine Strömung von Druckmittel vom Hochdruckspeicher 30 in den Arbeitszylinder 14 verhindert . Der Verbrennungszylinder 4 ist mit einem Auslaßkanal 36 versehen, über den Abgas aus dem vom Motorkolben 6 begrenzten Verbrennungsräum 38 abgeführt werden kann.
Die dem Hydraulikkolben 8 zugewandte Rückseite des Motorkolbens 6 begrenzt einen Einlaßraum 40, der in der dargestellten inneren Totpunktläge des Motorkolbens 6 sein Minimalvolumen aufweist. Der Einlaßraum 40 ist durch einen Überstromkanal 42 mit dem Verbrennungsräum 38 verbunden.
Die Frischluft kann während des Kompressionshubes des Motorkolbens 6 über einen Einlaßkanal 44 mit einem Einlaßventil 46 zugeführt werden. Die Zündung des Freikol- benmotors erfolgt durch Einspritzen von Kraftstoff über ein im Verbrennungzylinder mündendes Einspritzventil 48.
Im folgenden wird die Funktion des in Figur 1 dargestellten Freikolbenmotors erläutert. Zu Beginn eines Zyklus ist der Verbrennungsräum 38 mit Frischluft gefüllt, das Startventil 32 ist geschlossen und der Motorkolben 6 und der Hydraulikkolben 8 befinden sich in ihrer in Figur 1 dargestellten Totpunktlage (IT) .
Zum Einleiten des Kompressionshubes wird das Startventil 32 geöffnet, so daß der Hochdruckspeicher 30 mit dem Kompressionszylinder 18 verbunden ist. Durch den auf die größere Stirnfläche 16 wirkenden Druck wird der Hydraulikkolben aus seiner Totpunktlage heraus beschleu- nigt und diese Beschleunigung auf den Motorkolben 6 übertragen. Das im Arbeitszylinder 14 befindliche Druckmittel wird über das Rückschlagventil 34 und die Druckleitung 20 zurück in den Druckkanal 28 gefördert. D.h., die Stirnfläche 16 und die Ringstirnfläche 12 des Hydrau- likkolbens 8 sind mit dem Druck im Hochdruckspeicher 30 beaufschlagt, so daß die der Fläche der Kolbenstange entsprechende Stirnfläche in Richtung des äußeren Totpunktes (AT) wirksam ist. Die Verbindung zum Niederdruckspeicher 24 ist durch das Rückschlagventil 26 angesperrt.
Gemäß Figur 2 wird während des Kompressionshubes des Motorkolbens 6 Frischluft über den Einlaßkanal 44 und das geöffnete Einlaßventil 46 in den sich vergrößernden Einlaßraum 40 anges ugt. Die Beschleunigung des Motorkolbens 6 erfolgt gegen den sich im Verbrennungszylinder 38 polytrop anwachsenden Kompressionsdruck der Frischluft. Dadurch wird der Motorkolben 6 abgebremst und kommt im äußeren Totpunkt (AT) zum stehen.
Sobald der Motorkolben 6 in seinem AT abgebremst ist, wird Kraftstoff über das Einspritzventil 48 eingespritzt und durch die hohe Temperatur der Frischluft gezündet, so daß der Motorkolben 6 - wie in Figur 3 dargestellt - durch den sich aufbauenden Verbrennungsdruck im Verbrennungsraum 38 vom AT in Richtung zum IT beschleunigt wird. Diese Beschleunigung wird auf den Hydraulikkolben 8 übertragen, so daß dieser gemäß Figur 3 nach links hin zu seinem IT bewegt wird. Durch die daraus resultierende Vergrößerung des Ringraums des Arbeitszylinders 14 wird Druckmittel über den Niederdruckkanal 22 und das Rück- schlagventil 26 aus dem Niederdruckspeicher 24 angesaugt. Parallel dazu wird das Druckmittel im Kompressionszylinder 18 in den Hochdruckkanal 28 verdrängt - der Hydro- speicher 30 wird geladen. D.h., bei dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen erfolgt das Laden des Hydrospeichers 30 gleichzeitig mit dem Nachsaugen des Druckmittels aus dem Niederdruckspeicher. Da dieses Nachsaugen entlang der gesamten Rückbewegung des Hydraulikkolbens 8 erfolgt, treten keine Kavitationserscheinungen im Arbeitsraum 14 auf . Während der Rückbewegung bauen der Motorkolben 6 und der Hydraulikkolben 8 ihre kinetische Energie gegen den Speicherdruck im Hochdruckspeicher 30 ab, bis sie im IT abgebremst werden. Während dieses Vorganges wird der Verbrennungszylinder 38 durch das über den Überstromkanal 42 aus dem Ξinlaßraum 40 überströmende Frischgas gespült. Nachdem der Motorkolben 6 und der Hydraulikkolben 8 ihren IT erreicht haben, wird das Startventil 32 in seine Sperrstellung gebracht - der Freikolbenmotor 1 ist bereit zum nächsten Zyklus.
Figur 4 zeigt einen Freikolbenmotor während des Kompressionshubes, wobei das vorbeschriebene Ausführungsbei- spiel durch eine Einrichtung zum Dosieren der Kompressi- onsenergie ergänzt ist . Diese Einrichtung hat eine Bypaßleitung 50, durch die das Rückschlagventil 26 im Niederdruckkanal 22 umgehbar ist. In der Bypaßleitung 50 ist ein als 2/2-Wegeventil ausgeführtes Dosierventil 52 vorgesehen, daß in seiner SperrStellung die Bypaßleitung 50 absperrt.
Bei abgesperrtem Dosierventil 52 entspricht das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel demjenigen aus den vorbeschriebenen Zeichnungen. Durch Aufsteuern des an die Motorsteuerung angeschlossenen Dosierventils 52 kann der Arbeitsraum 14 direkt mit dem Niederdruckspeicher 24 verbunden werden, so daß die Ringstirnfläche 12 mit dem Druck im Niederdruckspeicher 24 beaufschlagt ist. Dadurch muß der Hydraulikkolben 8 während des Kompressionshubes nicht gegen den Druck im Hochdruckspeicher 30 beschleunigt werden, so daß beispielsweise zum Anfang des Kompressionshubes die zugeführte Kompressionsenergie erhöht werden kann.
Bei Störungen in der Steuerung des Freikolbenmotors, beispielsweise bei einer Fehlzündung kann es vorkommen, daß der Motorkolben 6 und der Hydraulikkolben 8 nicht ordnungsgemäß zum IT hin zurückgefahren werden könnte. Um die Rückführung zum IT hin zu erleichtern, wird der Freikolbenmotor 1 bei der in der Figur 5 dargestellten Variante mit einem Kolbenrückzugsystem ausgeführt. Dieses kann beispielsweise durch ein Kolbenrückzugventil 54 gebildet sein, daß in den Druckkanal 20 geschaltet ist. In einer mit a bezeichneten Grundposition des Kolbenrückzugventils 54 ist der Druckkanal 20 in der vorbeschriebe- nen Weise mit dem Hochdruckkanal 28 verbunden, so daß die Funktion derjenigen der vorbeschriebenen Ausführungsbei- spiele entspricht . Beim Auftreten einer Störung wird das Startventil 32 zugesteuert und das Kolbenrückzugventil 54 in die mit b gezeigte Stellung gebracht, in der der Hochdruckkanal 28 mit einem Tank T verbunden ist. Das im Kompressionszylinder 18 befindliche Druckmittel wird dann zum Tank T hin entspannt, so daß der Hydraulikkolben 8 und damit der Motorkolben 6 durch den im Arbeitsraum 14 anliegenden Druck des Niederdruckspeichers 24 in seine innere Totpunktlage zurückbewegt werden kann.
Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors 1, bei dem der Hydraulikkolben 8 als Stufenkolben mit zwei Kolbenstangen 56, 58 und einem Ringbund 60 ausgeführt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Arbeitszylinder 14 durch die Stirnfläche 62 der in Figur 6 rechten Kolbenstange 56 begrenzt. Der Kompressionszylinder 18 ist durch die der Kolbenstange 56 zugewandte Ringstirnfläche 64 des Ringbundes 60 begrenzt. Die Kol- benstange 58 und die linke Ringfläche 66 des Hydraulikkolbens 8 begrenzen einen Ringzylinder 68 der den Hydraulikkolben 8 aufnehmenden Axialbohrung 10. Der Niederdruckspeicher 24 ist wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel über einen Niederdruckkanal 22 und ein Rückschlagventil 26 mit dem an die Kolbenstange 56 angrenzenden Arbeitszylinder 14 verbunden. In diesem Ar- beitszylinder 14 mündet auch der mit dem Hochdruckspeicher 30 verbundene Druckkanal 20 mit dem Rückschlagventil 30.
Der Hochdruckspeicher 30 ist desweiteren über den Hochdruckkanal 28 mit dem durch die rechte Ringstirnfläche 64 begrenzten Kompressionszylinder 18 verbunden. In dem Hochdruckkanal 28 ist das Startventil 32 angeordnet. Das Startventil 32 ist über einen Bypaßkanal 72 umgehbar, in dem ein Rückschlagventil 70 angeordnet ist, das ein Rückströmen vom Druckmittel aus dem Kompressionszylinder 18 zum Hochdruckspeicher 30 ermöglicht.
Über die Außenumfangskante der Ringstirnfläche 64 des Ringbundes 60 kann eine Druckleitung 74 aufgesteuert werden, die stromabwärts des Rückschlagventils 70 in den Hochdruckkanal 28 einmündet.
Im übrigen entspricht der in Figur 6 dargestellte Freikolbenmotor demjenigen aus den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen, so daß weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
Zum Einleiten des Kompressionshubes wird das Start- ventil 32 aus seiner Sperrstellung in seine Durchgangs- Stellung gebracht, so daß der Hochdruckspeicher 30 über den Druckkanal 28 mit dem Kompressionszylinder 18 verbunden ist. Durch den auf die Ringstirnfläche 64 wirkenden Druck wird der Hydraulikkolben 8 beschleunigt, der Motor- kolben 6 zu seinem AT bewegt und die im Verbrennungszylinder 38 vorhandene Frischluft komprimiert. Nach einer vorbestimmten Axialverschiebung des Hydraulikkolbens 8 steuert die Umfangskante der Ringstirnfläche 64 die Druckleitung 74 auf, so daß das Druckmittel direkt unter Umgehung des Startventils 32 in den Kompressionszylinder 18 eintreten kann. Dadurch läßt sich der Drosselverlust über dem Startventil 32 minimieren, da das Druckmittel nur zu Beginn des Kompressionshubes das Startventil 32 durchströmt. Während des Kompressionshubes wird Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher 24 über den Niederdruck- kanal 22 und das sich öffnende Rückschlagventil 26 in den Arbeitszylinder 14 angesaugt. Der Motorkolben 6 wird durch den ansteigenden Kompressionsdruck im Verbrennungsraum 38 im AT abgebremst. Das Startventil 32 wird geschlossen und über das Einspritzventil 48 Kraftstoff eingespritzt und dadurch das entstehende Gemisch gezündet. Der Motorkolben 6 und der Hydraulikkolben 8 werden vom AT zum IT hin beschleunigt, wobei bei der Rückbewegung des Hydraulikkolbens 8 die Druckleitung 74 zugesteuert wird. Die Expansionsbewegung erfolgt gegen den Druck im Arbeitszylinder 14 und im Kompressionszylinder 18, so daß bei geöffneten Rückschlagventil 34 der Hochdruckspeicher 30 über den Druckkanal 20 bzw. über den Hochdruckkanal 28 geladen wird.
Figur 7 zeigt eine Variante des in Figur 6 dargestellten Freikolbenmotors mit als Stufenkolben ausgeführten Hydraulikkolben 8, wobei dieser mit einem Kolbenrückzugsystem ausgestattet ist, über das bei einer Störung der Motorkolben 6 und der Hydraulikkolben 8 in ihre IT- Lage zurückführbar sind. Bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Kolbenrückzugsystem einen mit dem Hochdruckspeicher 30 verbundenen Rückholkanal 76, der in dem Ringzylinder 68 mündet. Die Verbindung zwischen dem Ringzylinder 68 und dem Hochdruckspeicher 30 kann über ein als 2/2-Wegeventil ausgeführtes Schaltventil 78 abgesperrt bzw. geöffnet werden. Bei einer Störung, beispielsweise einer Fehlzündung kann der Ringzylinder 68 über das Umschaltventil 78 mit dem Hochdruckspeicher 30 verbunden werden, so daß die Ringstirnfläche 66 mit einem in Richtung IT wirkenden Druck beaufschlagt ist. Bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fläche der Kolbenstange 58 kleiner als diejenige der Kolbenstange 56 bewegt, so daß die auf die beiden Stirnflächen 66, 64 des Ringbundes SO wirkende Kraftresultierende in Richtung IT wirkt .
Der Druck im Arbeitszylinder 14 kann über einen den Arbeitszylinder 14 mit dem stromabwärts des Rückschlagventils 26 angeordneten Teil des Niederdruckkanals 22 verbindenden Entlastungskanal 80 abgebaut werden. Dieser ist über ein Steuerventil 82 auf- bzw. zusteuerbar. D.h., bei der Einleitung des Kolbenrückzuges wird das Steuerventil 82 in seine Öffnungsstellung gebracht, so daß das Druckmittel bei der Rückbewegung des Hydraulikkolbens 8 vom Arbeitszylinder 14 über den Entlastungskanal 80 in den Niederdruckspeicher 24 eingespeist wird.
Die Ringstirnfläche 66 des Hydraulikkolbens 8 kann desweiteren über einen Kanal 84 mit einem weiteren Umschaltventil 86 mit dem Entlastungskanal 80 und damit direkt mit dem Niederdruckspeicher 24 verbunden werden, so daß beispielsweise während des Kompressionshubes die Rückseite des Hydraulikkolbens 8 mit einem geringeren Druck beaufschlagbar ist. Dabei wird das Steuerventil 82 in seine Sperrstellung gebracht .
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung desjenigen Bereiches eines Freikolbenmotors 1, in dem der Hydraulikkolben 8 zum Antrieb des nicht dargestellten Motorkolbens angeordnet ist.. Bei dem in Figur 8 darge- stellten Ausführungsbeispiel ist - ähnlich wie beim
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 - der Niederdruckspeicher 24 über ein Rückschlagventil 26 mit dem ringförmigen Arbeitsraum des ArbeitsZylinders 14 verbunden. Das Rückschlagventil 26 kann über eine Bypassleitung 50 mit Dosierventil 52 umgangen werden, so daß die zu Beginn des Kompressionshubes zugeführte Kompressionsenergie durch direktes Aufschalten des Niederdruckspeichers 24 beeinflußt werden kann.
Der Hochdruckspeicher 30 ist über den Hochdruckkanal 28 und das Startventil 32 und den Druckkanal 20 mit dem
Kompressionszylinder 18 verbunden. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist das Rückschlagventil 34 in den
Hydraulikkolben 8 integriert.
Ähnlich wie bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform hat der Freikolbenmotor eine Kolbenrückzugsanordnung 84, die allerdings bei der dargestellten Lösung durch ein Sperrventil 86 und ein Rückzugsventil 88 gebildet ist. Das Sperrventil 86 ist ebenfalls in den Hydrau- likkolben 8 integriert. Das Rückzugventil 88 ist als 2/2- Wegeventil ausgeführt, das in seiner federvorgespannten Grundposition einen sich zwischen einem Tankkanal 90 und dem Druckkanal 20 erstreckenden Kanal 92 absperrt und in seiner Schaltposition diese Verbindung öffnet.
Der Hochdruckkanal 28 ist unter Umgehung des Startventils 32 über ein Wegeventil 94 direkt mit dem Kompressionszylinder 18 verbindbar, das in das Motorgehäuse 2 des Freikolbenmotors 1 integriert ist. Bei dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Wegeventil 94 als Logikventil (2/2-Wegeeinbauventil) mit abgestuftem Logikkolben 96 ausgebildet. Die Stirnfläche des Logikkolbens 96 mit größerem Flächenquerschnitt 98 ist gegen einen Ventilsitz 100 vorgespannt. Im Bereich dieses Ventilsitzes 100 ist ein Radialanschluß 102 ausgebildet, der über eine Umgehungsleitung 104 mit dem Hochdruckkanal 28 verbunden ist. D.h., bei auf dem Ventilsitz 100 aufliegendem Logikkolben 96 ist die Verbindung zwischen der Umgehungsleitung 104 und dem Kompressionsraum 18 abge- sperrt. Der andere Endabschnitt des Logikkolbens 96 mit kleinerem Flächenquerschnitt 106 ist in einen Steuerraum 108 geführt, der über einen Steuerkanal 110 und ein Freigabeventil 112 mit dem Tankkanal 90 oder dem Hochdruckkanal 28 verbindbar ist. Das Freigabeventil 112 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als 3/2-Wegeventil ausgeführt, das in seiner federvorgespannten Grundposition den Hochdruckkanal 28 mit dem Steuerkanal 110 verbindet. In der Schaltposition ist die Verbindung zum Hochdruckkanal 28 abgesperrt und der Steuerkanal 110 mit dem Tankkanal 90 verbunden.
Zusätzlich durch den im Steuerraum 108 anliegenden Druck ist der Logikkolben 96 noch durch die Kraft einer Feder 113 in Schließrichtung gegen den Sitz 104 vorgespannt .
Zur Starten des Freikolbenmotors wird das Freigabeventil 112 in seine Schaltposition gebracht, so daß der kleinere Flächenquerschnitt 106 mit dem Tankdruck beaufschlagt ist. Die Feder 113 ist so ausgelegt, daß der Steuerkolben beim Starten des Motors zunächst noch gegen den Ventilsitz 100 vorgespannt ist. Das Startventil 32 wird geöffnet, so daß der Kompressionszylinder 18 mit dem Druck im Hochdruckspeicher beaufschlagt wird - der Hydraulikkolben 8 wird durch den sich erhöhenden Druck beschleunigt. Dadurch steigt der auf den größeren Flächenquerschnitt 98 des Logikkolbens 96 wirkende Druck an, so daß dieser öffnet, vom Ventilsitz 100 abhebt und der Radialanschluß 102 und damit die Verbindung zum Hochdruckspeicher 30 aufgesteuert wird - das Logikventil 94 öffnet vollständig.
Vorteilhaft bei dieser Variante ist, daß der Logik- kolben 96 seine Energie zum Öffnen über die eigene Steuerkante erhält, so daß kein Vorsteuerventil erforderlich /88352
ist. Die Öffnungsbewegung erfolgt sehr schnell, so daß der Druck im Kompressionszylinder 18 mit hoher Dynamik erhöht werden kann. Während des Betriebes des Freikolbenmotors 1 bleibt der Logikkolben 96 in seiner Öffnungspo- sition.
Zum Anhalten des Freikolbenmotors wird das Startventil 32 geschlossen und das Freigäbeventil 112 in seine Grundposition umgeschaltet, so daß der kleinere Fläche - querschnitt 106 des Logikkolbens 96 mit dem Druck im Hochdruckspeicher beaufschlagt ist. Der Freikolbenmotor 1 kommt dann bei geschlossenem Startventil 32 und geschlossenem Logikventil 94 zum Stillstand. D.h., bei der vorbeschriebenen Lösung wirkt das Logikventil 94 auch als Rückschlagventil, über das die Verbindung vom Kompressionszylinder 18 zum Hochdruckspeicher 30 aufsteuerbar ist.
Wie der schematischen Darstellung gemäß Figur 8 entnommen werden kann, ist das Sperrventil 86 in Schließ- richtung durch die Kraft einer Schließfeder 114 und in
Öffnungsrichtung durch den Druck im Kompressionszylinder 18 beaufschlagt. Bei geöffnetem Sperrventil 86 ist der Arbeitszylinder 14 über das Rückschlagventil 34 mit dem Kompressionszylinder 18 verbunden. Demzufolge wird beim vorbeschriebenen Druckaufbau im Kompressionszylinder 18 das Sperrventil 86 in seine Öffnungsposition gebracht, so daß während des Kompressionshubes der sich im Arbeitszylinder 14 aufbauende Druck über das Rückschlagventil 34 und den Hochdruckkanal 28 zum Aufladen des Hochdruckspei- chers 30 ausgenutzt werden kann.
Figur 9 zeigt eine mögliche konstruktive Lösung zur
Integration des Rückschlagventils 84 und des Sperrventils
86 in den Hydraulikkolben 8. Demgemäß ist dieser als geteilter Kolben mit einem Bund 116 und einer gegenüber dem Außendurchmesser des Bundes 116 im Durchmesser ver- ringerten Kolbenstange 118 ausgeführt. Der Bund 116 und die Kobenstange 118 sind über eine Schiebemanschette 120 miteinander verbunden. Zur Verbindung in Axialrichtung hat die Kolbenstange 118 ein im Durchmesser vergrößertes Endstück 122, das innerhalb der Schiebemanschette 120 angeordnet ist. In der dargestellten Anschlagposition liegt eine rückwärtige Anschlagfläche 124 an einem An- schlagring 126 der Schiebemanschette 120 an. Das Endstück 122 ist mit einer Führungsbohrung 128 ausgeführt, in der axial verschiebbar ein Schließkörper 130 geführt ist. Dieser wird über eine Druckfeder 132 in Richtung auf den Bund 116 vorgespannt. Dieser ist tassenförmig ausgeführt und hat in einem Boden 134 einen Durchbruch 137. In der dargestellten Grundposition ist dieser Durchbruch 137 durch den dagegen vorgespannten Schließkδrper 130 verschlossen, so daß die Verbindung zwischen dem Kompressionszylinder 18 und dem Arbeitszylinder 14 abgesperrt ist. Der Schließkörper 130 bildet somit einen Sitz 136 für den Bund 116.
Gemäß Figur 9 hat der Schließkörper 130 Ausgleichs- bohrungen 138, über die Druckmittel vom Arbeitszylinder 18 in einen Federraum 140 eintreten kann. Der Schließkörper 130 hat einen Führungsdorn 142, der dichtend in eine Axialbohrung 144 der Kolbenstange 118 eintaucht. Die Kraft der Druckfeder 132 und die Flächendifferenz zwischen der linken sitzseitigen Stirnfläche und der rechten federraumseitigen Ringstirnfläche ist so gewählt, daß der Schließkörper 130 bei einem Druck im Arbeitszylinder 18, der unterhalb des Drucks im Niederdruckspeicher 24 liegt, noch in seine Schließposition vorgespannt ist. Bei Erreichen eines höheren Druckes im Arbeitszylinder 18 wird der Schließkörper 130 gegen die Kraft der Druckfeder 132 nach rechts bewegt, bis er auf eine Anschlagschulter 146 auf- läuft. Durch den Druck im Arbeitszylinder 18 wird auch der Bund 116 gegenüber der Kolbenstange 118 in Axialrich- tung nach rechts (Ansicht nach Figur 9) verschoben, bis er auf den Schließkörper 130 aufläuft, so daß der Durchbruch 137 abgesperrt ist. Wenn während des Kompressionshubes der Druck im Arbeitszylinder 14 auf einen Druck > als den Druck im Kompressionszylinder 18 ansteigt, wird der Bund 116 durch die auf seine Stirnfläche wirkende Druckdifferenz vom Schließkörper 130 abgehoben und die Verbindung zwischen dem Arbeitszylinder 14 zum Kompressionszylinder 18 aufgesteuert - der Hochdruckspeicher wird geladen. D.h., bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt der Bund 116 als Rückschlagventil zum Aufsteuern der Verbindung zwischen Arbeitszylinder 14 und Kompressionszylinder 18. Der Schließkörper 130 mit der Druckfeder 132 wirkt praktisch als Sperrventil, das beim Ansteigen des Druckes im Kompressionszylinder 18 in seine Öffnungsstellung gebracht wird. Dieses Sperrventil schließt nur dann, wenn der Druck im Kompressionszylinder 18 geringer als der Druck im Niederdruckspeicher 24 ist. Ein derart geringer Druck wird dann eingestellt, wenn der Freikolben gezielt in seine Startposition zurück bewegt werden soll.
Insbesondere die vorbeschriebene Lösung zeichnet sich durch einen äußerst kompakten Aufbau aus, wobei durch die direkte Verbindung zwischen Arbeits- und Kompressionszy- linder 14, 18 die Drosselverluste minimal sind. Prinzipiell lassen sich die in den Figuren 8 und 9 erläuterten Lösungen auch bei den vorbeschriebenen Ausführungsbei- spielen realisieren.
Die bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen dargestellten Zusatzeinrichtungen lassen sich prinzipiell bei beiden vorgenannten Varianten mit Stufen- oder Differentialkolben einzeln oder in Kombination anwenden.
Anstelle des ■ in Figur 5 dargestellten 3/2-Wegeventils kann als Kolbenrückzugventil 54 auch ein 2/2-Wegeventil eingesetzt werden, wobei dann das Rückschlagventil 34 sperrbar ausgeführt sein sollte.
Offenbart ist ein Freikolbenmotor mit einem Motorkol- ben, der über einen abgestuften Hydraulikkolben antreibbar ist. Der größere Durchmesser des Hydraulikkolbens ist in einem Kompressionszylinder geführt, während der kleinere Durchmesser in einem Arbeitszylinder angeordnet ist. Während des Kompressionshubes ist der Kompressionszylin- der mit einem Hochdruckspeicher und der Arbeitszylinder mit einem Niederdruckspeicher oder einem Hochdruckspeicher verbunden. Während eines Expansionshubes wird der Hochdruckspeicher durch das aus den Zylinderräumen verdrängte Druckmittel geladen.
Bezugszeichenliste :
1 Freikolbenmotor
2 Motorgehäuse 4 Verbrennungszylinder
6 Motorkolben
8 Hydraulikkolben
10 Axialbohrung
12 Ringstirnfläche 4 Arbeitszylinder 6 Stirnfläche 8 Kompressionszylinder 0 Druckkanal 2 ND- anal 4 ND-Speicher 6 RV 8 HD-Kanal 0 HD-Speicher 2 Startventil 4 RV 6 Auslaßkanal 8 Verbrennungsräum 0 Einlaßraum 2 Überströmkanal 4 Einlaßkanal 6 Einlaßventil 8 Einspritzventil 0 Bypassleitung 2 ' Dosierventil 4 Kolbenrichtungsventil 6 Kolbenstange 8 Kolbenstange 0 Ringbund 2 Stirnfläche klein4 rechte Ringstirnfläche6 Ringfläche Ringzylinder Rückschlagventil Bypasskanal Druckleitung Rückholkanal Umsehalt entil Entlastungskanal Steuerventil Kolbenrückzugsanordnung Sperrventil Rückzugventil Tankkanal Kanal Wegeventil Logikkolben größerer Flächenquerschnitt Ventilsitz Radialanschluß Umgehungsleitung kleiner Flächenquerschnitt Steuerraum Steuerkanal Freigabeventil Feder Schließfeder Bund Kolbenstange Schiebemanschette Endstück Anschlagfläche Anschlagring Führungsbohrung Schließkörper Druckfeder Boden Sitz 137 Durchbruch
138 Ausgleichsbohrung 140 Federraum
142 Führungsdorn
144 Axialbohrung
146 Anschlagschulter

Claims

Ansprüche
1. Freikolbenmotor mit einem Motorkolben (6) , der über einen abgestuften Hydraulikkolben (8) antreibbar ist, dessen Abschnitt mit geringerem Durchmesser in einem Arbeitszylinder (14) und dessen Abschnitt mit größerem Durchmesser in einem Kompressionszylinder (18) angeordnet ist, der während des Kompressionshubes über ein Startventil (32) mit Druckmittel aus einem Druckmittelspeicher (30) beaufschlagbar ist, wobei in den Arbeitszylinder (14) Druckmittel aus einem Niederdruckspeicher (24) ansaugbar ist, während beim Ξx- pansionshub das Druckmittel in einem der Zylinder (14, 18) zum Aufladen eines Druckmittelspeichers ver- wendbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelspeicher ein Hochdruckspeicher (30) ist, der sowohl mit dem Arbeitszylinder (14) als auch mit dem Kompressionszylinder (18) verbindbar ist.
2. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 1, wobei eine größere Stirnfläche (16) des Kolbens (8) mit dem Hochdruckspeicher (30) und eine kleinere Ringstirnfläche (12) des Kolbens (8) über ein Rückschlagventil (34) mit dem Hochdruckspeicher (30) oder über ein zweites Rückschlagventil (26) mit dem Niederdruckspeicher (24) verbindbar ist.
3. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 1, wobei der Hydraulikkolben (8) ein Stufenkolben (8) mit einer im Arbeitszylinder (14) geführten Kolbenstange (56) ist, dessen Kolbenabschnitt mit größerem Durchmesser (60) im Kompressionszylinder (18) geführt ist.
4. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 2 oder 3, mit einer Druckleitung (74) , die einerseits in einen Bereich des Hochdruckkanals (28) zwischen Startventil (32) und Hochdruckspeicher (30) und andererseits im Kompressionszylinder (18) mündet, und die während des Kompressionshubes des Hydraulikkolbens (8) aufsteuerbar ist, wobei der zwischen dem Startventil (32) und dem Kompressionszylinder (18) angeordnete Abschnitt des Hochdruckkanals (28) über eine Leitung mit einem Rückschlagventil (70) mit der Druckleitung (74) verbindbar ist.
5. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 3 oder 4, wobei vom Hochdruckkanal (28) ein Rückholkanal (76) mit einem Umschaltventil (78) abzweigt, und in einem von einer weiteren Kolbenstange (58) durchsetzten Ringzylinder (68) mündet, so daß bei aufgesteuertem Um- schaltventil (78) eine in Richtung zum inneren Totpunkt des Motorkolbens (8) wirksame Ringfläche (66) mit Druckmittel beaufschlagbar ist.
6. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 5, wobei die motorkolbenseitige Kolbenstange (58) einen geringeren
Durchmesser als die andere Kolbenstange (56) hat.
7. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 2 mit einem Wegeventil (94) , über dessen Kolben (96) eine das Start- ventil (32) umgehende Umgehungsleitung (104) aufsteuerbar ist.
8. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 7 , wobei das Wegeventil (94) ein Logikventil ist, dessen Logikkol- ben (96) abgestuft ausgeführt ist, wobei ein kleinerer Flächenquerschnitt (106) über ein Freigabeventil (112) mit dem Druck im Hochdruckspeicher (30) und dessen größerer Flächenquerschnitt { 98 ) mit dem Druck im Kompressionszylinder (18) beaufschlagt ist.
9. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 8 , wobei das Freigabeventil (112) ein 3/2-Wegeventil ist, das in seinen Schaltpositionen den kleineren Flächenquerschnitt (106) mit dem Druck im Hochdruckspeicher (30) oder einem Druck in einem Tankkanal (90) beaufschlagt .
10. Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer KolbenrückzugsVentilanordnung (54) , über die der Kompressionszylinder mit dem Tank (T) oder mit dem Hochdruckspeicher (30) verbindbar ist.
11. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 10, wobei die Kolbenrückzugsanordnung (54) ein Sperrventil (86) zum
Verbinden des Arbeitszylinders (14) mit dem Kompressionszylinder (18) und ein Rückzugventil (88) zum Verbinden des KompressionsZylinders (18) mit dem Tank (90) hat, wobei das Sperrventil (86) in den Hydrau- likkolben (8) integriert ist.
12. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 11, wobei das dem Hochdruckspeicher (30) zugeordnete Rückschlagventil
(34) ebenfalls im Hydraulikkolben (8) integriert ist.
13 Freikolbenmotor nach Patentanspruch 12, wobei ein einen größeren Kolbendurchmesser ausbildender Bund (160) des Hydraulikkolbens (8) über eine Schiebemanschette (120). mit einer Kolbenstange (118) verbunden ist, die mit einem Endstück (122) axial verschiebbar in der Schiebemanschette (120) geführt ist, wobei der Bund (116) in einer Verschiebeposition einen Steuerquerschnitt verschließt, so daß eine Verbindung zwischen den Kompressionszylinder (14) und dem Arbeits- zylinder (18) unterbrochen ist.
14. Freikolbenmotor nach Patentanspruch 13 , wobei im Endstück (122) ein Schließkörper (130) geführt ist, der mittels einer Druckfeder (132) gegen einen Durchbruch im Boden (134) des Bundes (116) vorgespannt ist, wo- bei der Druck im Kompressionszylinder (18) über Ausgleichsbohrungen (138) des Schließkörpers (130) in einen Federraum (140) für die Druckfeder (132) gemeldet ist und die in Schließrichtung wirksame Fläche des Schließkörpers (130) geringer als die in Öff- nungsrichtung wirksame Stirnfläche des Schließkörpers (130) ist.
15. Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in einem Niederdruckkanal (22) zwi- sehen dem Arbeitszylinder (14) und dem Niederdruckspeicher (24) eine das Rückschlagventil (26) umgehende Bypaßleitung (50) vorgesehen ist, die über ein Dosierventil (52) absperrbar ist.
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