EP2499337A2 - Free piston internal combustion engine - Google Patents

Free piston internal combustion engine

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Publication number
EP2499337A2
EP2499337A2 EP10773292A EP10773292A EP2499337A2 EP 2499337 A2 EP2499337 A2 EP 2499337A2 EP 10773292 A EP10773292 A EP 10773292A EP 10773292 A EP10773292 A EP 10773292A EP 2499337 A2 EP2499337 A2 EP 2499337A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
combustion chamber
internal combustion
piston rod
combustion engine
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.)
Withdrawn
Application number
EP10773292A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Heinrich
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Individual
Original Assignee
Individual
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
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2499337A2 publication Critical patent/EP2499337A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • F01B3/00Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0079Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having pistons with rotary and reciprocating motion, i.e. spinning pistons
    • 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
    • F01B3/00Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/04Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis the piston motion being transmitted by curved surfaces
    • F01B3/06Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis the piston motion being transmitted by curved surfaces by multi-turn helical surfaces and automatic reversal

Definitions

  • the invention relates to a piston for a free-piston internal combustion engine. Furthermore, the disclosure relates to a piston assembly. Finally, the disclosure relates to an internal combustion engine with such a reciprocating piston assembly. Usually, such internal combustion engines are known as free-piston engines.
  • such an internal combustion engine from DE 80 20 723 Ul which discloses a two-stroke internal combustion engine with a symmetrical, exposed stepped piston having at least two piston stages, which are each movably arranged in a combustion chamber provided with exhaust ports, each with a channel a pre-compressor room is connected.
  • the piston stages between the combustion chambers are arranged axially inside.
  • a two-stroke internal combustion engine with exposed stepped piston which has at least two arranged on a common piston rod piston stage and forms together with a multi-chamber cylinder two superchargers and at least two combustion chambers.
  • two-stroke free-piston engines have the advantages of compact lightweight construction, very high vibration and compression ratios, virtually no friction losses and operation with various fuels, these two-stroke free-piston engines have the disadvantage of being difficult to control due to a lack of fixed dead centers are. Furthermore, such an engine will stop at a misfire.
  • the force is developed purely linear and systemic have two-stroke engines increased exhaust emissions. Free piston engines, in particular two-stroke free-piston engines, are typically more economical than gasoline or diesel engines.
  • the object of the invention is therefore to develop the generic piston and internal combustion engine such that they overcome the disadvantages of the prior art, In particular, the disadvantages are avoided without significantly increasing the design effort.
  • a piston for a free piston internal combustion engine having a first combustion chamber side end face and a cylinder axis substantially perpendicular to the first combustion chamber end face, wherein the first combustion chamber end face is shaped such that the piston by a gas impinging on the first combustion chamber end face gas in a rotation in a first direction of rotation about the cylinder axis is displaceable.
  • the piston rod is offset with the piston by a rotation about its longitudinal axis.
  • the combustion chamber-side end face of a piston is not smooth, but similar to a turbine wheel provided with furrows and elevations extending from the center to the edge.
  • the piston rod can be axially extended and guided mechanically or electromagnetically.
  • the above object is achieved in that the piston rod is rotated by a guide and the design of the piston end faces based on a turbine in rotation.
  • a defined career follows a recumbent eight.
  • the piston may have a second combustion chamber-side end face which is substantially perpendicular to the cylinder axis and which is arranged axially opposite the first combustion chamber-side end face and is shaped such that the piston engages in a rotation about the cylinder axis through a gas impinging on the combustion chamber-side end face is displaceable, in particular in the first direction of rotation.
  • the first and the second combustion chamber-side end face are mirror-symmetrical to a radial plane perpendicular to the cylinder axis in the piston.
  • the at least one combustion chamber-side end face may have a radial reference plane, which is arranged in the combustion chamber direction at a maximum elevation, wherein the end face has at least one recess with respect to the end face, wherein the depressions are shaped in particular like a sawtooth.
  • the depressions extend in the radial direction, in particular in a star shape.
  • the disclosure relates to a piston assembly having at least a first piston according to an embodiment of this disclosure and a first piston rod, wherein the at least one first piston is attached to the first piston rod, wherein in particular the first piston rod extends in the axial direction on the cylinder axis of the first piston.
  • the piston assembly comprises a second piston rod to which at least a second piston is attached, wherein in particular the second piston rod extends in the axial direction on the cylinder axis of the at least second piston, wherein preferably the first and second piston rod arranged parallel side by side are.
  • At least one second piston is attached to the first piston rod and / or on the second piston rod, wherein in particular the first and second piston rod extends in the axial direction on the cylinder axis of the second piston ,
  • the at least one first and the at least one second piston are spaced from each other to the first and second piston rod attached.
  • first piston rod and the second piston rod may be coupled such that the first piston rod is movable together with the second piston rod in the axial direction thereof.
  • the piston assembly may include a rotary coupling device for transmitting rotation of the first piston rod about its own axis to rotation of the second piston rod about its own axis, wherein in particular the rotary coupling device is a gear, a belt and / or a chain.
  • first and / or second piston rod may have at least one fluid channel for a fuel-air mixture and / or exhaust gas, wherein in particular the first and / or second piston rod for each combustion chamber-side end face of a fixed to the respective piston rod at least a first and / or at least one second piston has at least one fluid channel for a fuel-air mixture and / or exhaust gas.
  • the at least one fluid channel is arranged such that it at least temporarily fluid communication between a fuel-air mixture supply channel and adjacent to the combustion chamber side combustion chamber of the at least one first and / or second piston and / or between an exhaust duct and an adjacent to the combustion chamber side surface combustion chamber of the at least one first and / or second piston produces.
  • the at least one fluid channel extends in the axial direction, in particular in a straight line.
  • the at least one fluid channel may be a groove.
  • the fluid channel may be a bore.
  • this disclosure relates to an internal combustion engine having a piston assembly which can be moved back and forth in an axial direction in a motor housing according to an embodiment of this disclosure, wherein each combustion chamber end face of the at least one first piston and / or at least one second piston faces a combustion chamber and limits it in the axial direction ,
  • the at least one first and / or at least one second piston can each be arranged in a working space
  • the internal combustion engine have at least one guide sleeve, wherein at least one working space is limited in the radial direction by the at least one guide sleeve, on which the respective piston along, wherein the at least one guide sleeve at least one exhaust and / or fuel-air mixture supply port for at least one combustion chamber, in particular for each combustion chamber has.
  • At least one control sleeve is arranged in the radial direction about the at least one guide sleeve, wherein the at least one control sleeve has at least one exhaust gas and / or fuel-air mixture supply opening for at least one combustion chamber, in particular for each combustion chamber the internal combustion engine is set up such that the at least one exhaust gas and / or fuel-air mixture supply port of the control sleeve and the at least one exhaust gas and / or fuel-air mixture supply port of the guide sleeve can be arranged for at least one combustion chamber.
  • the at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve are rotatable about the longitudinal axis.
  • the rotational movement (s) can be synchronized and / or coupled, in particular with the rotation of the first and / or second piston rod.
  • the at least one exhaust gas and / or fuel-air mixture supply opening of the at least one guide sleeve and the at least one control sleeve can be arranged such that at least two combustion chambers are in different cycles at the same time during operation.
  • the at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve is coupled to the first and / or the second piston rod (30, 216, 226) in such a way to prevent rotation of the first piston rod and / or the second piston rod to transmit its own axis to a rotation at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve about its own axis.
  • the at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve can be movable in the axial direction.
  • the internal combustion engine comprises at least one exhaust gas channel and at least one fuel-air mixture supply channel for each combustion chamber, wherein in particular the at least one exhaust gas channel and / or the at least one fuel mixture supply channel is or are limited by the piston rod.
  • the at least one fluid channel, the motor housing, the at least one exhaust passage of the at least one fuel-air mixture supply channel, the at least one guide sleeve and / or at least one control sleeve are formed such that the at least one fluid channel and / or the at least one exhaust and / or Fuel-air mixture supply port temporarily during operation of the internal combustion engine, a first fluid connection between the exhaust passage and the combustion chamber and temporarily establishes a second fluid connection between the fuel-air mixture supply passage and the combustion chamber.
  • the internal combustion engine is set up such that the first and second fluid connection can be produced simultaneously or in succession.
  • the fluid channel may be shaped to be in fluid communication with the exhaust passage and the fuel-air mixture supply passage simultaneously.
  • the same fluid channel and / or the same exhaust gas and / or fuel-air mixture supply port produce the first fluid connection and the second fluid connection.
  • the first fluid connection may be made at at least a first rotation angle range of rotation of the piston assembly and the second fluid connection at at least a second rotation angle range of rotation of the piston assembly, wherein the at least one first rotation angle range and the at least one second rotation angle range do not intersect.
  • the internal combustion engine is a four-stroke internal combustion engine.
  • the internal combustion engine may include at least four combustion chambers and at least two pistons, wherein the fluid channels, the at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve, are formed such that in operation at the same time each clock occurs at least once.
  • At least one first guide element is arranged on the first and / or second piston rod and / or the piston skirt surface and at least one second guide element on the motor housing, wherein the first guide element interacts with the second guide element such that the Piston assembly is displaceable in an axial movement in a rotary motion.
  • the cooperating guide elements are a groove and at least one projection, wherein in particular the at least one projection on the piston rod and / or piston skirt surface is arranged.
  • the at least one groove may have two side walls whose spacing from one another defines a width of the groove, the groove being wider than the projection, in particular at least twice as wide as the projection, such that the projection does not contact the sidewalls through the groove is feasible.
  • the cooperating guide elements are a coil and / or magnets of an electric motor.
  • the at least one magnet can be fastened to the piston arrangement.
  • the cooperating guide elements are formed such that in operation a complete rotation of the piston assembly is achieved after four cycles or a multiple of four cycles.
  • the at least one combustion chamber-side end face of the at least one piston can be designed and cooperated in such a way that a complete rotation of the piston assembly is achieved after four cycles or a multiple of four cycles during proper operation.
  • a proper operation is an operation in which no misfire occurs or the engine is started so that the engine runs smoothly.
  • Fig. 1 is a schematic side view of an embodiment of a free-piston internal combustion engine
  • Figures 2a to 2d show a schematic cross section at different times of an embodiment of a free piston engine
  • Fig. 3 shows a guide for controlling a free-piston internal combustion engine
  • Fig. 4 is an enlarged view of a piston of an embodiment of a free piston internal combustion engine
  • Fig. 5 shows a schematic cross section of another embodiment of a free-piston internal combustion engine
  • Fig. 6a shows an embodiment of a developed guide sleeve for the free-piston internal combustion engine
  • Fig. 6b shows an embodiment of a developed control sleeve for the free-piston internal combustion engine
  • Fig. 7 is a schematic side cross-sectional view of one embodiment of a free piston internal combustion engine.
  • FIG. 8 shows a schematic control gear of the free-piston internal combustion engine from FIG. 7.
  • a free-piston internal combustion engine 1 which comprises a first working chamber 10 in a first cylinder 11 and a second working chamber 20 in a second cylinder 21.
  • a first piston 12 is arranged, which divides the first working chamber 10 into a first combustion chamber 14 a and a second combustion chamber 14 b on both sides of the piston 12.
  • a second piston 22 is arranged, which divides the second working chamber into a first combustion chamber 24a and a second combustion chamber 24b, which are arranged on both sides of the second piston 22.
  • the first piston 12 and the second piston 22 are connected to each other via a piston rod 30 in the axial direction of the pistons 12, 22.
  • the piston rod 30 and the pistons 12, 22 have a common longitudinal axis X.
  • the pistons are able to reciprocate in the axial direction in the respective working chamber 10, 20.
  • the piston rod with the pistons 12, 22 are moved by the combustion of fuel in the respective combustion chambers 14a, 14b, 24a, 24b.
  • the first piston 12 and the second piston 22 and the working chambers 10, 20 and the cylinders 11, 21 are circular-cylindrical.
  • the first piston 12 is also radially sealed against the wall of the first working chamber 10 so that highly expanding gases from the first combustion chamber substantially does not enter the second combustion chamber can and vice versa, the second piston 22 and the second working chamber 20 are carried out accordingly.
  • the second fuel mixture supply passage 16b and the third fuel mixture supply passage 26a may form a common passage.
  • exhaust discharge passages 18a, 18b, 28a, 28b are arranged, each of which the exhaust gas from the first combustion chamber 14a of the first cylinder 11, the second combustion chamber 14b of the first cylinder 11, the first combustion chamber 24a of the second cylinder 21, and of the second combustion chamber 24b of the second cylinder 21.
  • the second Abgasab adoptedkanal 18 b and the Abgasab USAkanal 28 a can be configured as a common Abgasab USAkanal.
  • Fig. 1 only a portion of the Abgasab adoptedkanäle 18a, 18b, 28a, 28b can be seen in each case.
  • the fuel mixture supply channels 16a, 16b, 26a, 26b are separated from the exhaust discharge channels 18a, 18b, 28a, 28b by the piston rod 30, as will be seen in detail in FIGS. 2a to 2d.
  • the piston rod 30 has axially adjacent to the piston 12, 22 recesses or fluid communication channels 32a, 32b, 32c, 32d, which extend in the longitudinal direction, in particular parallel to the longitudinal axis X, to a fluid connection between the respective fuel mixture supply channel and the respective combustion chamber 14a , 14b, 24a, 24b or between the respective combustion chamber 14a, 14b, 24a, 24b and the Abgasab adoptedkanal 18a, 18b, 28a, 28b manufacture.
  • the fluid connection is made only in each case in a certain rotation angle range of the piston rod.
  • Fig. 1 is a Four-stroke internal combustion engine, in which the piston rod is set in a rotational movement, to ensure a fuel mixture supply and an exhaust gas removal.
  • the piston rod 30 rotates once in four cycles once completely about its longitudinal axis X.
  • Each combustion chamber of the internal combustion engine of Fig. 1 is in each case in a different clock.
  • FIGS. 2a to 2d show all four cycles from the third combustion chamber with the respective fluid connection channel 32c.
  • a first cycle which is shown for example with respect to the first combustion chamber 24a of the second cylinder 21, the connecting channel 32c connects the third fuel mixture supply channel 26a with the first combustion chamber 24a of the second cylinder.
  • the piston 22 of the second working chamber 20 is brought from a first axial extreme position or first dead center to a second axial extreme position or second dead center, simultaneously rotating the piston 22 and the piston rod by approximately 90 degrees (Figure 2a).
  • the internal combustion engine in Fig. 1 has four combustion chambers, each located in a different clock of the four-stroke.
  • the fuel mixture in the second combustion chamber 24 b of the second cylinder 21 is compressed, the compressed fuel mixture in first combustion chamber 14a of the first cylinder 11 just ignited and the burned fuel mixture in the second combustion chamber 14b of the first cylinder 11 just ejected.
  • the rotation allows in one embodiment of the free-piston engine as a four-stroke internal combustion engine.
  • the piston rod 30, as already described above at some points radially milled or tapered on one side to close the fresh air supply in one of the two dead centers corresponding to the first and second axial extreme positions. This milling meets in the housing on corresponding bore, which constitute an inlet, or a fuel mixture supply channel, and an outlet or Abgasab conveykanal. The following conditions therefore result from the rotation:
  • Compaction and power stroke The milling or the connecting channel is closed by the housing towards the end of the power stroke, the milling connects the combustion chamber with the outlet.
  • the milling or the connecting channel can be replaced by a bore extending diagonally through the piston rod, but then no fluids can be carried out through the piston rod or the piston in the longitudinal direction.
  • the piston may be pierced or milled on one side to allow gas exchange in the case of a four stroke.
  • the gas exchange can take place by means of slits through the cylinder wall, in particular in a four-stroke engine.
  • a groove 40 with a bottom 42 and opposite walls 44a and 44b are arranged in the motor housing.
  • the groove 40 engage one or more radial projections 46 on the piston rod 30 a.
  • Fig. 3 is a developed view of the groove 40 is shown.
  • the circumferential direction is shown horizontally and the axial direction is vertical.
  • the developed in the circumferential direction Groove 40 roughly shows the various positions of the piston rod 30 and the pistons 12, 22 at one full revolution about their longitudinal axis X.
  • the piston rod moves from a first axial extreme position (top dead center, TDC) to a second axial extreme position (lower Dead center, UT), and then back to the first axial extreme position.
  • radial projections 46 are further shown, which serve to set in the event of a misfire or at start the piston rod 30 and the pistons 12, 22 in rotation.
  • the radial projections 46 abut against one of the opposing walls 44a, 44b during an axial reciprocating movement, that is to say in FIG. 3 a vertical reciprocating movement.
  • the piston rod 30 is otherwise rotated with the pistons 12, 22, as will be explained below with reference to FIG. 4.
  • the distance between the opposite walls 44a and 44b of the groove 40 is chosen so large that in normal operation, not at startup and not misfiring, the radial projection on the piston rod substantially does not contact the opposed walls 44a, 44b and Moving approximately on an idealized track approximately midway between the walls 44a, 44b.
  • the groove 40 may be milled into a sleeve 48 surrounding the piston rod, wherein the radial projection 46 is disposed laterally on the piston rod 30. In this case, a guide is mechanically performed at the start of the free-piston internal combustion engine.
  • the guidance of the piston rod and the displacement of the same in a rotational movement about its longitudinal axis X can be electromagnetically.
  • permanent magnets are arranged in the piston rod and in the space surrounding the piston rod 30 corresponding windings for electrical control can be arranged.
  • the leadership of the piston rod can be made inductively.
  • the internal combustion engine can be realized as a two-stroke engine or four-stroke engine, wherein, like each variant, it has its respective advantages and disadvantages.
  • a two-stroke engine the construction can be made compact and the engine has a low specific power to weight ratio.
  • the four-stroke internal combustion engine has the advantage that it causes a better gas exchange and thus a lower exhaust gas load and has a lower consumption.
  • the four bars are distributed over a 360 ° rotation of the piston rod. However, 8, 12, 16 bars, etc. per 360 degree rotation are conceivable.
  • the piston 12 has a first combustion-chamber-side end face 122a facing the first combustion chamber 14a and a second combustion-chamber-side radial end face 122b facing the second combustion chamber 14b is facing. Furthermore, the piston 12 has a lateral surface 124 which is adapted to cooperate with the working space wall of a cylinder 11, so that gases from the first combustion chamber 14a can not enter the second combustion chamber 14b.
  • the first and the second combustion chamber-side axial end faces 122a, 122b each have a first and a second radial reference plane 126a and 126b which is arranged orthogonal to the longitudinal axis X of the piston 12 or the piston rod 30.
  • the radial reference planes 126a, 126b are respectively arranged to include the maximum elevation in the axial direction, respectively.
  • the elevations are each viewed in the combustion chamber direction of the respective combustion chamber-side end face 122a, 122b.
  • the combustion-chamber-side end faces each have sawtooth-like depressions 128a, 128b from the radial reference planes 126a, 126b, which extend radially rectilinearly or in a star shape from the longitudinal axis to the peripheral edges of the piston 12.
  • the sawtooth depressions 128a, 128b are shaped such that the piston and the piston rod 30 are set in the event of a gas impingement, for example during the working stroke, during the ejection stroke, and / or during the compression stroke.
  • the recesses 128a, 128b are matched in one embodiment such that the piston 12 and the piston rod 30 are set in a uniform rotation about their longitudinal axis X.
  • a uniform rotation about the longitudinal axis of the piston rod and the pistons 12, 22 can be generated.
  • FIG. 5 shows a schematic axial cross section of a further embodiment of a free-piston internal combustion engine 100.
  • FIG. 5 shows a combustion chamber.
  • a piston 102 moves, which has a plurality of recesses 104, which are shaped so as to enable the piston 102 upon impact of a gas in rotation about a piston rod 106.
  • the combustion chamber is delimited by a guide sleeve or cylinder wall 108.
  • the guide sleeve 108 is stationary.
  • the guide sleeve 108 and the outer circumference of the cylindrical piston 102 are adapted to one another in such a way that the combustion chamber shown in FIG. 5 is sealed against a further combustion chamber, which is also delimited by the piston 102.
  • the guide sleeve can also be rotatably mounted. Then, the guide sleeve can be sealed against the motor housing in the axial direction.
  • the guide sleeve has at least one inlet or outlet 110 for a fluid, for example exhaust gas or a fuel-air mixture.
  • a control sleeve or mask 112 is arranged around the first guide sleeve 108, in particular concentrically, wherein the control sleeve and the guide sleeve are shaped such that substantially no fluid can flow between the two sleeve walls, in particular in the axial direction.
  • the control sleeve 112 has at least one control opening 114 for the fluid, for example exhaust gas or a fuel-air mixture.
  • the control sleeve can be stationary in one embodiment, when the guide sleeve is rotatably mounted, or in another embodiment, the control sleeve can be rotatably mounted about its own axis and the guide sleeve 108 stationary. In a further embodiment, both the guide sleeve and the control sleeve can be rotatable.
  • the guide sleeve and / or the control sleeve is rotated about its longitudinal axes, that at the first and at the fourth stroke of a four-stroke engine, the two openings 110, 114 at least partially overlap, so that a suction of a fuel-air mixture or an ejection of exhaust gas can be carried out.
  • the guide sleeve and / or the control sleeve more than each have only one opening per combustion chamber, for example, have two or more openings per combustion chamber, in particular the speed with which rotates the respective rotatable sleeve, the clock numbers and the speed adapted to the free-piston engine.
  • both the guide sleeve 108 and the control sleeve 112 can be rotatably mounted about its longitudinal axis.
  • the guide sleeve and / or the control sleeve can be driven by the piston or all pistons of the free-piston internal combustion engine. This can be done via a transmission in one embodiment.
  • the piston 102 may have a driving groove or a projection which engages in a corresponding projection or groove of the guide sleeve 108.
  • the same openings in the exhaust gas rinsing and / or control sleeve and a fuel-air mixture may be used.
  • FIGS. 6a and 6b each show, in a developed view, a guide sleeve 108 (FIG. 6a) and a control sleeve 112 (FIG. 6b).
  • an opening 110a, 110b, 110c, 11 Od for each one of the four combustion chambers of the free-piston engine in the respective firing order on the guide sleeve 108 are arranged.
  • the control sleeve 112 is shown with the respective control ports 114a, 114b, 114c, 114d, wherein in each case a control port 114a, 114b, 114c, 114d, each with an opening 110a, 110b, 110c, HOd in the guide sleeve 108 cooperates.
  • the openings of the guide sleeve may all be arranged at the same angle with respect to the axis X and the openings of the control sleeve for each combustion chamber have a different angle and vice versa.
  • the openings of the guide sleeve may have a regular angular distance. About the angular distance of the time and / or the size and / or shape of the openings and the amount of exhaust gas or the fuel-air mixture can be controlled, which flow in or out of a combustion chamber.
  • the exhaust gas or supply channels can be directly fixedly connected to the guide openings 114a, 114b, 114c, 114d.
  • the guide sleeve and / or the control sleeve can be axially displaceable, so that above the passage cross-section for the exhaust gas and / or the fuel-air mixture can be varied.
  • the openings may not have rectangular but curved edges, so that, for example in combination with an axial displacement of the control sleeve and / or the guide sleeve, the passage cross section can be controlled.
  • the free piston internal combustion engine has a first portion 202 and a second portion 204.
  • the first section 202 comprises a first working chamber 210 and the second section 204 comprises a second working chamber 220, wherein the working chambers are each divided by a piston 212, 222 into a first combustion chamber 214a, 224a and a second combustion chamber 214b, 224b.
  • the first section 202 has a first piston rod 216 to which the first piston 212 is rotationally fixed is fixed and the second portion 204 has a second piston rod 226, on which the second piston 222 is rotatably mounted.
  • the pistons move synchronously back and forth.
  • the first piston rod may be connected to the second piston rod to transmit movement of the first piston rod in the axial direction to the second piston rod and vice versa.
  • the rotational movement is transmitted via a transmission 230, which transmits a rotational movement of the first piston rod 216 to a rotational movement of the second piston rod 226 or a rotational movement from the second piston rod to a rotational movement of the first piston rod 216. Consequently, the free-piston engine 200 can be compactly arranged.
  • the transmission 230 has three gears 232, 234 and 236, with the first gear 232 attached to the first piston rod and the third gear 236 attached to the second piston rod and the second gear 234 transmitting the power from the first gear 232 to the third Gear 236 accomplished. In other embodiments, others may be used
  • Torque transmission mechanisms are used, for example, a belt, a chain, or the like.
  • Fig. 8 is a side view of the transmission to see, with the first gear 232, the second gear 234 and the third gear 236.
  • the free-piston internal combustion engine on only two gears, each on the first piston rod 216 and the second piston rod 226 are attached. Then the first piston rod and the second piston rod run in opposite directions.
  • the engine may preferably be used in a (full) hybrid system.
  • a linear generator can be fastened to the piston rod or arranged, for example, between the pistons 12, 22 according to the embodiment from FIG.
  • the power thus generated can then drive electric motors of a motor vehicle.
  • the rotation can also be used by means of a simple coupling to a drive.
  • the piston rod In the case of a mechanical drive, where the rotation of the piston rod 30 is used directly, for example, in a motor vehicle, the piston rod is coupled directly to a transmission. In ships, for example, the piston rod could be coupled to a shaft of the screw. In the example of aircraft, the piston rod could be coupled to a propeller.

Abstract

The invention relates to a piston (12, 22, 102, 212, 222) for a free piston internal combustion engine (1, 100, 200) having a first end face (122a) on the combustion chamber side and a cylinder axis (X) substantially perpendicular to the first combustion chamber side, wherein the first end face on the combustion chamber side is formed such that the piston can be set into rotation in a first direction of rotation about the cylinder axis by a gas impinging on the first end face on the combustion chamber side. The invention further relates to a piston arrangement having at least one first piston according to the invention and a first piston rod (30, 106, 216), wherein the at least one first piston (12, 212) is attached to the first piston rod, wherein in particular the first piston rod extends in the axial direction to the cylinder axis of the first piston. The invention finally relates to an internal combustion engine (1, 100, 200) having a piston arrangement according to the invention, displaceable back and forth in an engine housing in the axial direction, wherein each end face of the at least one first piston on the combustion chamber side and/or at least one second piston faces a combustion chamber (14a, 14b, 24a, 24b, 214a, 214b, 224a, 224b) and bounds same in an axial direction.

Description

Freikolben-Brennkraftmaschine  Free-piston internal combustion engine
Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Freikolben-Brennkraftmaschine. Ferner betrifft die Offenbarung eine Kolbenanordnung. Schließlich betrifft die Offenbarung eine Brennkraftmaschine mit einer solchen hin- und her bewegbaren Kolbenanordnung. Üblicherweise sind solche Brennkraftmaschinen als Freikolbenmotoren bekannt. The invention relates to a piston for a free-piston internal combustion engine. Furthermore, the disclosure relates to a piston assembly. Finally, the disclosure relates to an internal combustion engine with such a reciprocating piston assembly. Usually, such internal combustion engines are known as free-piston engines.
Beispielsweise ist eine solche Brennkraftmaschine aus DE 80 20 723 Ul bekannt, die eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einem symmetrischen, freiliegenden Stufenkolben offenbart, der mindestens zwei Kolbenstufen aufweist, die beweglich je in einer mit Auslassschlitzen versehenen Brennkammer angeordnet sind, die jeweils durch einen Kanal mit einem Vorverdichterraum verbunden ist. Dabei sind die Kolbenstufen zwischen den Brennkammern axial innen angeordnet. For example, such an internal combustion engine from DE 80 20 723 Ul is known, which discloses a two-stroke internal combustion engine with a symmetrical, exposed stepped piston having at least two piston stages, which are each movably arranged in a combustion chamber provided with exhaust ports, each with a channel a pre-compressor room is connected. The piston stages between the combustion chambers are arranged axially inside.
Aus DE 35 18 982 AI ist eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit freiliegenden Stufenkolben bekannt, der mindestens zwei auf einer gemeinsamen Kolbenstange angeordneten Kolbenstufe aufweist und zusammen mit einem Mehrkammerzylinder zwei Vorverdichter und mindestens zwei Brennkammern bildet. From DE 35 18 982 Al a two-stroke internal combustion engine with exposed stepped piston is known, which has at least two arranged on a common piston rod piston stage and forms together with a multi-chamber cylinder two superchargers and at least two combustion chambers.
Ferner ist aus DE 26 52 228 AI eine Motor mit zwei beabstandeten Arbeitskammern bekannt, die von einer Zylinderwand begrenzt sind, mit einem Kolben, der gesteuert durch den in den Arbeitskammern herrschenden Gasdruck und gegen die Zylinderwand gasfest abgedichtet in der Arbeitskammer linear bewegbar ist, wobei Führungselemente an dem Kolben und and er Zylinderwand angeordnet sind, dass sie den Kolben bei seiner axialen Bewegung in eine Drehbewegung steuern. Furthermore, from DE 26 52 228 AI an engine with two spaced working chambers known, which are bounded by a cylinder wall, with a piston controlled by the pressure prevailing in the working chambers gas pressure and gas-tight against the cylinder wall in the working chamber is linearly movable, wherein Guide elements on the piston and the cylinder wall are arranged to control the piston in its axial movement in a rotational movement.
Zwar weisen Zweitakter- Freikolbenmotoren die Vorteile eines kompakten leichten Aufbaus, von sehr hohen Schwingungszahlen und Verdichtungen, praktisch keinen Reibungsverlusten und den Betrieb mit verschiedenen Kraftstoffen auf, jedoch haben diese Zweitakter- Freikolbenmotoren den Nachteil, dass sie aufgrund eines Fehlens fest definierter Totpunkte schwer zu steuern sind. Ferner bleibt ein solcher Motor bei einer Fehlzündung stehen. Zudem wird die Kraft rein linear entfaltet und systembedingt haben Zweitaktmotoren erhöhte Abgaswerte. Typischerweise sind Freikolbenmotoren, insbesondere Zweitakt- Freikolbenmotoren, wirtschaftlicher als Otto- oder Dieselmotoren. Although two-stroke free-piston engines have the advantages of compact lightweight construction, very high vibration and compression ratios, virtually no friction losses and operation with various fuels, these two-stroke free-piston engines have the disadvantage of being difficult to control due to a lack of fixed dead centers are. Furthermore, such an engine will stop at a misfire. In addition, the force is developed purely linear and systemic have two-stroke engines increased exhaust emissions. Free piston engines, in particular two-stroke free-piston engines, are typically more economical than gasoline or diesel engines.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die gattungsgemäßen Kolben und Brennkraftmaschine derart weiterzuentwickeln, dass sie die Nachteile des Stands der Technik überwinden, insbesondere die Nachteile vermieden werden ohne den konstruktiven Aufwand wesentlich zu erhöhen. The object of the invention is therefore to develop the generic piston and internal combustion engine such that they overcome the disadvantages of the prior art, In particular, the disadvantages are avoided without significantly increasing the design effort.
Diese Aufgabe wird durch einen Kolben für eine Freikolben-Brennkraftmaschine mit einer ersten brennraumseitigen Stirnfläche und einer im wesentlichen senkrecht zur ersten brennraumseitigen Stirnfläche stehenden Zylinderachse gelöst, wobei die erste brennraumseitige Stirnfläche derart geformt ist, dass der Kolben durch ein auf die erste brennraumseitige Stirnfläche auftreffendes Gas in eine Drehung in eine erste Drehrichtung um die Zylinderachse versetzbar ist. This object is achieved by a piston for a free piston internal combustion engine having a first combustion chamber side end face and a cylinder axis substantially perpendicular to the first combustion chamber end face, wherein the first combustion chamber end face is shaped such that the piston by a gas impinging on the first combustion chamber end face gas in a rotation in a first direction of rotation about the cylinder axis is displaceable.
Dem obigen Gegenstand liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Beaufschlagung einer kontrollierten Drehung des Kolbens eine Steuerung wesentlich vereinfacht werden kann und eine Brennkraftmaschine mit einem besonders großen Wirkungsgrad bereitgestellt werden kann. Damit die rein lineare Bewegung einfach und verlustarm in eine Drehbewegung umgesetzt werden kann, wird die Kolbenstange mit dem Kolben um eine Rotation um deren Längsachse versetzt. Hierzu wird beispielsweise die brennraumseitige Stirnfläche eines Kolbens nicht glatt, sondern ähnlich einem Turbinenrad mit Furchen und Erhebungen versehen, die von der Mitte zum Rand verlaufen. Zusätzlich kann in einer Ausführungsform die Kolbenstange axial verlängert und mechanisch oder elektromagnetisch geführt werden. Durch die Drehung des Kolbens ist stets seine genaue Position bekannt, beispielsweise ob sich der Kolben an einer ersten axialen Extremposition oder einer zweiten axialen Extremposition befindet. The above subject is thus based on the surprising finding that a control can be substantially simplified by applying a controlled rotation of the piston and an internal combustion engine can be provided with a particularly high efficiency. So that the purely linear movement can be converted into a rotational movement in a simple and low-loss manner, the piston rod is offset with the piston by a rotation about its longitudinal axis. For this purpose, for example, the combustion chamber-side end face of a piston is not smooth, but similar to a turbine wheel provided with furrows and elevations extending from the center to the edge. In addition, in one embodiment, the piston rod can be axially extended and guided mechanically or electromagnetically. By the rotation of the piston is always known its exact position, for example, whether the piston is at a first axial extreme position or a second axial extreme position.
Insbesondere wird die obige Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kolbenstange durch eine Führung und die Auslegung der Kolbenstirnflächen in Anlehnung an eine Turbine in Rotation versetzt werden. In einer typischen Ausführungsform folgt eine definierte Laufbahn einer liegenden Acht. In particular, the above object is achieved in that the piston rod is rotated by a guide and the design of the piston end faces based on a turbine in rotation. In a typical embodiment, a defined career follows a recumbent eight.
In einer Ausführungsform kann der Kolben eine zweite im Wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse stehende brennraumseitige Stirnfläche aufweisen, die axial gegenüberliegend zur ersten brennraumseitigen Stirnfläche angeordnet ist, und derart geformt ist, dass der Kolben durch ein auf die brennraumseitige Stirnfläche auftreffendes Gas in eine Drehung um die Zylindersachse versetzbar ist, insbesondere in die erste Drehrichtung. Ferner ist eine Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite brennraumseitige Stirnfläche spiegelsymmetrisch zu einer Radialebene senkrecht zur Zylinderachse in dem Kolben sind. In one embodiment, the piston may have a second combustion chamber-side end face which is substantially perpendicular to the cylinder axis and which is arranged axially opposite the first combustion chamber-side end face and is shaped such that the piston engages in a rotation about the cylinder axis through a gas impinging on the combustion chamber-side end face is displaceable, in particular in the first direction of rotation. Furthermore, an embodiment is characterized in that the first and the second combustion chamber-side end face are mirror-symmetrical to a radial plane perpendicular to the cylinder axis in the piston.
In einer weiteren Ausführungsform kann die mindestens eine brennraumseitige Stirnfläche eine radiale Referenzebene aufweisen, die in Brennraumrichtung an einer maximalen Erhebung angeordnet ist, wobei die Stirnfläche in Bezug auf die Stirnfläche mindestens eine Vertiefung aufweist, wobei die Vertiefungen insbesondere sägezahnartig geformt sind. In a further embodiment, the at least one combustion chamber-side end face may have a radial reference plane, which is arranged in the combustion chamber direction at a maximum elevation, wherein the end face has at least one recess with respect to the end face, wherein the depressions are shaped in particular like a sawtooth.
Ferner kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Vertiefungen sich in radialer Richtung, insbesondere sternförmig, erstrecken. Furthermore, it can be provided in one embodiment that the depressions extend in the radial direction, in particular in a star shape.
Ferner betrifft die Offenbarung eine Kolbenanordnung mit mindestens einem ersten Kolben gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung und einer ersten Kolbenstange, wobei der mindestens eine erste Kolben an der ersten Kolbenstange befestigt ist, wobei insbesondere die erste Kolbenstange sich in Axialrichtung auf der Zylinderachse des ersten Kolbens erstreckt. Further, the disclosure relates to a piston assembly having at least a first piston according to an embodiment of this disclosure and a first piston rod, wherein the at least one first piston is attached to the first piston rod, wherein in particular the first piston rod extends in the axial direction on the cylinder axis of the first piston.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Kolbenanordnung eine zweite Kolbenstange umfasst, an der mindestens ein zweiter Kolben befestigt ist, wobei insbesondere die zweite Kolbenstange sich in Axialrichtung auf der Zylinderachse des mindestens zweiten Kolbens erstreckt, wobei vorzugsweise die erste und zweite Kolbenstange parallel nebeneinander angeordnet sind. It can be provided that the piston assembly comprises a second piston rod to which at least a second piston is attached, wherein in particular the second piston rod extends in the axial direction on the cylinder axis of the at least second piston, wherein preferably the first and second piston rod arranged parallel side by side are.
Es kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass an der ersten Kolbenstange und/oder an der zweiten Kolbenstange mindestens ein zweiter Kolben gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung befestigt ist, wobei insbesondere die erste bzw. zweite Kolbenstange sich in Axialrichtung auf der Zylinderachse des zweiten Kolbens erstreckt, wobei vorzugsweise der mindestens eine erste und der mindestens eine zweite Kolben voneinander beabstandet an der ersten bzw. zweiten Kolbenstange befestigt sind. It may be provided in one embodiment that at least one second piston according to an embodiment of this disclosure is attached to the first piston rod and / or on the second piston rod, wherein in particular the first and second piston rod extends in the axial direction on the cylinder axis of the second piston , Preferably, the at least one first and the at least one second piston are spaced from each other to the first and second piston rod attached.
In einer Ausführungsform können die erste Kolbenstange und die zweite Kolbenstange derart gekoppelt sein, dass die erste Kolbenstange gemeinsam mit der zweiten Kolbenstange in deren Axialrichtung bewegbar ist. In an embodiment, the first piston rod and the second piston rod may be coupled such that the first piston rod is movable together with the second piston rod in the axial direction thereof.
Ferner kann in ein einer Ausführungsform die Kolbenanordnung eine Drehkopplungsvorrichtung aufweisen, um eine Drehung der ersten Kolbenstange um die eigene Achse auf eine Drehung der zweiten Kolbenstange um die eigene Achse zu übertragen, wobei insbesondere die Drehkopplungsvorrichtung ein Getrieben, ein Riemen und/oder eine Kette ist. Further, in one embodiment, the piston assembly may include a rotary coupling device for transmitting rotation of the first piston rod about its own axis to rotation of the second piston rod about its own axis, wherein in particular the rotary coupling device is a gear, a belt and / or a chain.
In einer weiteren Ausführungsform kann die erste und/oder zweite Kolbenstange mindestens einen Fluidkanal für ein Brennstoff-Luft-Gemisch und/oder Abgas aufweisen, wobei insbesondere die erste und/oder zweite Kolbenstange für jede brennraumseitige Stirnfläche eines an der jeweiligen Kolbenstange befestigten mindestens einen ersten und/oder mindestens einen zweiten Kolbens mindestens einen Fluidkanal für ein Brennstoff-Luft- Gemisch und/oder Abgas aufweist. In a further embodiment, the first and / or second piston rod may have at least one fluid channel for a fuel-air mixture and / or exhaust gas, wherein in particular the first and / or second piston rod for each combustion chamber-side end face of a fixed to the respective piston rod at least a first and / or at least one second piston has at least one fluid channel for a fuel-air mixture and / or exhaust gas.
Es kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der mindestens eine Fluidkanal derart angeordnet ist, dass er zumindest zeitweilig eine Fluidverbindung zwischen einem Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrkanal und einem an die brennraumseitige Oberfläche angrenzenden Brennraum des mindestens einen ersten und/oder zweiten Kolbens und/oder zwischen einem Abgaskanal und einem an die brennraumseitige Oberfläche angrenzenden Brennraum des mindestens einen ersten und/oder zweiten Kolbens herstellt. It can be provided in one embodiment, that the at least one fluid channel is arranged such that it at least temporarily fluid communication between a fuel-air mixture supply channel and adjacent to the combustion chamber side combustion chamber of the at least one first and / or second piston and / or between an exhaust duct and an adjacent to the combustion chamber side surface combustion chamber of the at least one first and / or second piston produces.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass der mindestens eine Fluidkanal sich in Axialrichtung erstreckt, insbesondere geradlinig. It can be provided that the at least one fluid channel extends in the axial direction, in particular in a straight line.
In einer weiteren Ausführungsform kann der mindestens eine Fluidkanal eine Nut sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Fluidkanal eine Bohrung sein. In a further embodiment, the at least one fluid channel may be a groove. In another embodiment, the fluid channel may be a bore.
Ferner betrifft diese Offenbarung eine Brennkraftmaschine mit einer in einem Motorgehäuse in Axialrichtung hin- und her bewegbaren Kolbenanordnung gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung, wobei jede brennraumseitige Stirnfläche des mindestens einen ersten Kolbens und/oder mindestens einen zweiten Kolbens einem Brennraum zugewandt ist und diesen in Axialrichtung begrenzt. Furthermore, this disclosure relates to an internal combustion engine having a piston assembly which can be moved back and forth in an axial direction in a motor housing according to an embodiment of this disclosure, wherein each combustion chamber end face of the at least one first piston and / or at least one second piston faces a combustion chamber and limits it in the axial direction ,
In einer Ausführungsform kann der mindestens eine erste und/oder mindestens eine zweite Kolben jeweils in einem Arbeitsraum angeordnet sein, und die Brennkraftmaschine mindestens eine Führungshülse aufweisen, wobei mindestens ein Arbeitsraum in Radialrichtung durch die mindestens eine Führungshülse begrenzt ist, an der der jeweilige Kolben sich entlangbewegt, wobei die mindestens eine Führungshülse mindestens eine Abgas- und/oder Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhröffnung für mindestens einen Brennraum, insbesondere für jeden Brennraum, aufweist. Dabei kann in einer Ausführungsform in Radialrichtung um die mindestens eine Führungshülse mindestens eine Steuerhülse angeordnet ist, wobei die mindestens eine Steuerhülse mindestens eine Abgas- und/oder Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhröffnung für mindestens einen Brennraum, insbesondere für jeden Brennraum, aufweist, wobei die Brennkraftmaschine derart eingerichtet ist, dass sich für mindestens einen Brennraum die mindestens eine Abgas- und/oder Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhröffnung der Steuerhülse und die mindestens eine Abgas- und/oder Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhröffnung der Führungshülse überscheiden können. In one embodiment, the at least one first and / or at least one second piston can each be arranged in a working space, and the internal combustion engine have at least one guide sleeve, wherein at least one working space is limited in the radial direction by the at least one guide sleeve, on which the respective piston along, wherein the at least one guide sleeve at least one exhaust and / or fuel-air mixture supply port for at least one combustion chamber, in particular for each combustion chamber has. In one embodiment, at least one control sleeve is arranged in the radial direction about the at least one guide sleeve, wherein the at least one control sleeve has at least one exhaust gas and / or fuel-air mixture supply opening for at least one combustion chamber, in particular for each combustion chamber the internal combustion engine is set up such that the at least one exhaust gas and / or fuel-air mixture supply port of the control sleeve and the at least one exhaust gas and / or fuel-air mixture supply port of the guide sleeve can be arranged for at least one combustion chamber.
In einer Ausführungsform sind die mindestens eine Führungshülse und/oder die mindestens eine Steuerhülse um die Längsachse rotierbar. Dabei können die Rotationsbewegung(en) synchronisiert und/oder gekoppelt werden, insbesondere mit der Drehung der ersten und/oder zweiten Kolbenstange. In one embodiment, the at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve are rotatable about the longitudinal axis. In this case, the rotational movement (s) can be synchronized and / or coupled, in particular with the rotation of the first and / or second piston rod.
Dabei kann in einer Ausführungsform die mindestens eine Abgas- und/oder Brennstoff-Luft- Gemisch-Zufuhröffnung der mindestens einen Führungshülse und der mindestens einen Steuerhülse derart angeordnet sein, dass im Betrieb mindestens zwei Brennräume zur gleichen Zeit sich in unterschiedlichen Takten befinden. In this case, in one embodiment, the at least one exhaust gas and / or fuel-air mixture supply opening of the at least one guide sleeve and the at least one control sleeve can be arranged such that at least two combustion chambers are in different cycles at the same time during operation.
In einer Ausführungsform ist bzw. sind die mindestens eine Führungshülse und/oder die mindestens eine Steuerhülse derart mit der ersten und/oder der zweiten Kolbenstange (30, 216, 226) gekoppelt, um eine Drehung der ersten Kolbenstange und/oder der zweiten Kolbenstange um die eigene Achse auf eine Drehung mindestens einen Führungshülse und/oder der mindestens einen Steuerhülse um die eigene Achse zu übertragen. In one embodiment, the at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve is coupled to the first and / or the second piston rod (30, 216, 226) in such a way to prevent rotation of the first piston rod and / or the second piston rod to transmit its own axis to a rotation at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve about its own axis.
Beispielsweise kann ein einer Ausführungsform die mindestens eine Führungshülse und/oder die mindestens eine Steuerhülse in Axialrichtung bewegbar sein. For example, in one embodiment, the at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve can be movable in the axial direction.
In einer Ausführungsform umfasst die Brennkraftmaschine mindestens einen Abgaskanal und mindestens einen Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrkanal für jeden Brennraum, wobei insbesondere der mindestens eine Abgaskanal und/oder der mindestens eine Brennstoff- Gemisch-Zufuhrkanal durch die Kolbenstange begrenzt ist bzw. sind. In one embodiment, the internal combustion engine comprises at least one exhaust gas channel and at least one fuel-air mixture supply channel for each combustion chamber, wherein in particular the at least one exhaust gas channel and / or the at least one fuel mixture supply channel is or are limited by the piston rod.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass der mindestens eine Fluidkanal, das Motorgehäuse, der mindestens eine Abgaskanal der mindestens eine Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrkanal, die mindestens eine Führungshülse und/oder mindestens eine Steuerhülse derart ausgebildet sind, dass der mindestens eine Fluidkanal und/oder die mindestens eine Abgas- und/oder Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhröffnung im Betrieb der Brennkraftmaschine zeitweilig eine erste Fluidverbindung zwischen dem Abgaskanal und dem Brennraum und zeitweilig eine zweite Fluidverbindung zwischen dem Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrkanal und dem Brennraum herstellt. It may be provided that the at least one fluid channel, the motor housing, the at least one exhaust passage of the at least one fuel-air mixture supply channel, the at least one guide sleeve and / or at least one control sleeve are formed such that the at least one fluid channel and / or the at least one exhaust and / or Fuel-air mixture supply port temporarily during operation of the internal combustion engine, a first fluid connection between the exhaust passage and the combustion chamber and temporarily establishes a second fluid connection between the fuel-air mixture supply passage and the combustion chamber.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine derart eingerichtet ist, dass die erste und zweite Fluidverbindung gleichzeitig oder zeitlich hintereinander herstellbar sind. Beispielsweise kann der Fluidkanal derart geformt sein, dass er gleichzeitig mit Abgaskanal und dem Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrkanal in Fluidverbindung steht. It can be provided that the internal combustion engine is set up such that the first and second fluid connection can be produced simultaneously or in succession. For example, the fluid channel may be shaped to be in fluid communication with the exhaust passage and the fuel-air mixture supply passage simultaneously.
Ferner kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der gleiche Fluidkanal und/oder die gleiche Abgas- und/oder Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhröffnung die erste Fluidverbindung und die zweite Fluidverbindung herstellt. Furthermore, in one embodiment, it can be provided that the same fluid channel and / or the same exhaust gas and / or fuel-air mixture supply port produce the first fluid connection and the second fluid connection.
In einer Ausführungsform kann die erste Fluidverbindung bei mindestens einem ersten Drehwinkelbereich einer Drehung der Kolbenanordnung und die zweite Fluidverbindung bei mindestens einem zweiten Drehwinkelbereich einer Drehung der Kolbenanordnung hergestellt werden, wobei der mindestens eine erste Drehwinkelbereich und der mindestens eine zweite Drehwinkelbereich sich nicht überschneiden. In one embodiment, the first fluid connection may be made at at least a first rotation angle range of rotation of the piston assembly and the second fluid connection at at least a second rotation angle range of rotation of the piston assembly, wherein the at least one first rotation angle range and the at least one second rotation angle range do not intersect.
Ferner kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine eine Viertakt-Brennkraftmaschine ist. Furthermore, it can be provided in one embodiment that the internal combustion engine is a four-stroke internal combustion engine.
In einer Ausführungsform kann die Brennkraftmaschine mindestens vier Brennräume und mindestens zwei Kolben umfassen, wobei die Fluidkanäle, die mindestens eine Führungshülse und/oder die mindestens eine Steuerhülse, derart ausgebildet sind, dass im Betrieb gleichzeitig jeder Takt mindestens einmal auftritt. In one embodiment, the internal combustion engine may include at least four combustion chambers and at least two pistons, wherein the fluid channels, the at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve, are formed such that in operation at the same time each clock occurs at least once.
Ferner kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass mindestens ein erstes Führungselement an der ersten und/oder zweiten Kolbenstange und/oder der Kolbenmantelfläche und mindestens ein zweites Führungselement an dem Motorgehäuse angeordnet ist, wobei das erste Führungselement mit dem zweiten Führungselement derart zusammenwirkt, dass die Kolbenanordnung bei einer axialen Bewegung in eine Drehbewegung versetzbar ist. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die zusammenwirkenden Führungselemente eine Nut und mindestens ein Vorsprung sind, wobei insbesondere der mindestens eine Vorsprung an Kolbenstange und/oder Kolbenmantelfläche angeordnet ist. Furthermore, in one embodiment it can be provided that at least one first guide element is arranged on the first and / or second piston rod and / or the piston skirt surface and at least one second guide element on the motor housing, wherein the first guide element interacts with the second guide element such that the Piston assembly is displaceable in an axial movement in a rotary motion. It may be provided that the cooperating guide elements are a groove and at least one projection, wherein in particular the at least one projection on the piston rod and / or piston skirt surface is arranged.
In einer Ausführungsform kann die mindestens eine Nut zwei Seitenwände aufweisen, deren Abstand voneinander eine Breite der Nut definiert, wobei die Nut breiter als der Vorsprung ist, insbesondere mindestens doppelt so breit wie der Vorsprung, so dass der Vorsprung ohne Berührung der Seitenwände durch die Nut führbar ist. In one embodiment, the at least one groove may have two side walls whose spacing from one another defines a width of the groove, the groove being wider than the projection, in particular at least twice as wide as the projection, such that the projection does not contact the sidewalls through the groove is feasible.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die zusammenwirkenden Führungselemente ein Spulen und/oder Magnete eines Elektromotors sind. Dabei kann insbesondere der mindestens eine Magnet an der Kolbenanordnung befestigt sein. It may be provided that the cooperating guide elements are a coil and / or magnets of an electric motor. In this case, in particular, the at least one magnet can be fastened to the piston arrangement.
Ferner kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass, wobei die zusammenwirkenden Führungselemente derart ausgebildet sind, dass im Betrieb eine vollständige Drehung der Kolbenanordnung nach vier Takten oder einem vielfachen von vier Takten erreicht wird. Furthermore, it may be provided in one embodiment that, wherein the cooperating guide elements are formed such that in operation a complete rotation of the piston assembly is achieved after four cycles or a multiple of four cycles.
In einer Ausführungsform kann die mindestens eine brennraumseitigen Stirnfläche des mindestens einen Kolbens derart ausgebildet sein und zusammenwirken, dass im ordnungsgemäßen Betrieb eine vollständige Drehung der Kolbenanordnung nach vier Takten oder einem vielfachen von vier Takten erreicht wird. In one embodiment, the at least one combustion chamber-side end face of the at least one piston can be designed and cooperated in such a way that a complete rotation of the piston assembly is achieved after four cycles or a multiple of four cycles during proper operation.
Typischerweise ist ein ordnungsgemäßer Betrieb ein Betrieb bei dem keine Fehlzündung auftritt oder der Brennkraftmaschine gestartet wird, so dass die Brennkraftmaschine gleichmäßig läuft. Typically, a proper operation is an operation in which no misfire occurs or the engine is started so that the engine runs smoothly.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen im Einzelnen erläutert wird. Dabei zeigt: Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description in which an embodiment of the invention with reference to schematic drawings will be explained in detail. Showing:
Fig. 1 eine schematischen Seitenansicht einer Ausführungsform einer Freikolben- Brennkraftmaschine; Fig. 1 is a schematic side view of an embodiment of a free-piston internal combustion engine;
Fig. 2a bis 2d zeigen einen schematischen Querschnitt an verschiedenen Zeitpunkten einer Ausführungsform einer Freikolbenmaschine; Figures 2a to 2d show a schematic cross section at different times of an embodiment of a free piston engine;
Fig. 3 zeigt eine Führung zur Steuerung einer Freikolben-Brennkraftmaschine; Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Kolbens einer Ausführungsform einer Freikolben- Brennkraftmaschine; Fig. 3 shows a guide for controlling a free-piston internal combustion engine; Fig. 4 is an enlarged view of a piston of an embodiment of a free piston internal combustion engine;
Fig. 5 zeigt einen schematischen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Freikolben-Brennkraftmaschine; Fig. 5 shows a schematic cross section of another embodiment of a free-piston internal combustion engine;
Fig. 6a zeigt eine Ausführungsform einer abgewickelten Führungshülse für die Freikolben- Brennkraftmaschine; Fig. 6a shows an embodiment of a developed guide sleeve for the free-piston internal combustion engine;
Fig. 6b zeigt eine Ausführungsform einer abgewickelten Steuerhülse für die Freikolben- Brennkraftmaschine; Fig. 6b shows an embodiment of a developed control sleeve for the free-piston internal combustion engine;
Fig. 7 zeigt einen schematischen Seitenquerschnittsansicht einer Ausführungsform einer Freikolben-Brennkraftmaschine; und Fig. 7 is a schematic side cross-sectional view of one embodiment of a free piston internal combustion engine; and
Fig. 8 zeigt ein schematisches Steuergetriebe der Freikolben-Brennkraftmaschine aus Fig. 7. FIG. 8 shows a schematic control gear of the free-piston internal combustion engine from FIG. 7.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Freikolben-Brennkraftmaschine 1, die eine erste Arbeitskammer 10 in einem ersten Zylinder 11 und eine zweite Arbeitskammer 20 in einem zweiten Zylinder 21 umfasst. In der ersten Arbeitskammer 10 ist ein erster Kolben 12 angeordnet, der die erste Arbeitskammer 10 in einen ersten Brennraum 14a und einen zweiten Brennraum 14b zu beiden Seiten des Kolbens 12 aufteilt. Ebenfalls ist in der zweiten Arbeitskammer 20 ein zweiter Kolben 22 angeordnet, der die zweite Arbeitskammer in einen ersten Brennraum 24a und einen zweiten Brennraum 24b aufteilt, die zu beiden Seiten des zweiten Kolbens 22 angeordnet sind. 1 shows a side view of a free-piston internal combustion engine 1, which comprises a first working chamber 10 in a first cylinder 11 and a second working chamber 20 in a second cylinder 21. In the first working chamber 10, a first piston 12 is arranged, which divides the first working chamber 10 into a first combustion chamber 14 a and a second combustion chamber 14 b on both sides of the piston 12. Also, in the second working chamber 20, a second piston 22 is arranged, which divides the second working chamber into a first combustion chamber 24a and a second combustion chamber 24b, which are arranged on both sides of the second piston 22.
Der erste Kolben 12 und der zweite Kolben 22 sind über eine Kolbenstange 30 in Axialrichtung der Kolben 12, 22 miteinander verbunden. Somit haben die Kolbenstange 30 und die Kolben 12, 22 eine gemeinsame Längsachse X. Die Kolben können sich in Axialrichtung in der jeweiligen Arbeitskammer 10, 20 hin- und herbewegen. Wie im Folgenden erläutert wird, werden die Kolbenstange mit den Kolben 12, 22 durch die Verbrennung von Kraftstoff in den jeweiligen Brennräumen 14a, 14b, 24a, 24b bewegt. Zudem sind der erste Kolben 12 und der zweite Kolben 22 sowie die Arbeitskammern 10, 20 und die Zylinder 11, 21 kreiszylindrisch ausgeführt. Der erste Kolben 12 ist zudem radial gegen die Wand der ersten Arbeitskammer 10 so abgedichtet, dass stark expandierende Gase aus dem ersten Brennraum im Wesentlichen nicht in den zweiten Brennraum gelangen können und andersherum, Der zweite Kolben 22 und die zweite Arbeitskammer 20 sind entsprechend ausgeführt. The first piston 12 and the second piston 22 are connected to each other via a piston rod 30 in the axial direction of the pistons 12, 22. Thus, the piston rod 30 and the pistons 12, 22 have a common longitudinal axis X. The pistons are able to reciprocate in the axial direction in the respective working chamber 10, 20. As will be explained below, the piston rod with the pistons 12, 22 are moved by the combustion of fuel in the respective combustion chambers 14a, 14b, 24a, 24b. In addition, the first piston 12 and the second piston 22 and the working chambers 10, 20 and the cylinders 11, 21 are circular-cylindrical. The first piston 12 is also radially sealed against the wall of the first working chamber 10 so that highly expanding gases from the first combustion chamber substantially does not enter the second combustion chamber can and vice versa, the second piston 22 and the second working chamber 20 are carried out accordingly.
Die Brennkraftmaschine aus Fig. 1 weist für die jeweiligen Brennräume 14a, 14b, 24a, 24b einen Kraftstoffgemischzufuhrkanal 16a für den ersten Brennraum 14a, einen zweiten Kraftstoffgemischzufuhrkanal 16b für den zweiten Brennraum 14b des ersten Zylinders 11 einen dritten Kraftstoffgemischzufuhrkanal 26a für den ersten Brennraum 24a des zweiten Zylinders 21 und einen vierten Kraftstoffgemischzufuhrkanal 26b für den zweiten Brennraum 24b des zweiten Zylinders 21. In einer anderen Ausführungsform können beispielsweise der zweite Kraftstoffgemischzufuhrkanal 16b und der dritte Kraftstoffgemischzufuhrkanal 26a einen gemeinsamen Kanal bilden. Radial gegenüberliegend von den jeweiligen Kraftstoffgemischzufuhrkanälen sind Abgasabführkanäle 18a, 18b, 28a, 28b angeordnet, die jeweils das Abgas von dem ersten Brennraum 14a des ersten Zylinders 11, des zweiten Brennraums 14b des ersten Zylinders 11, des ersten Brennraums 24a des zweiten Zylinders 21, und des zweiten Brennraums 24b des zweiten Zylinders 21 abführen. Dabei können der zweite Abgasabführkanal 18b und der Abgasabführkanal 28a als ein gemeinsamer Abgasabführkanal ausgestaltet werden. In Fig. 1 ist jeweils nur ein Abschnitt der Abgasabführkanäle 18a, 18b, 28a, 28b zu sehen. 1 for the respective combustion chambers 14a, 14b, 24a, 24b, a fuel mixture supply channel 16a for the first combustion chamber 14a, a second fuel mixture supply channel 16b for the second combustion chamber 14b of the first cylinder 11, a third fuel mixture supply channel 26a for the first combustion chamber 24a of second cylinder 21 and a fourth fuel mixture supply passage 26b for the second combustion chamber 24b of the second cylinder 21. In another embodiment, for example, the second fuel mixture supply passage 16b and the third fuel mixture supply passage 26a may form a common passage. Radially opposite from the respective fuel mixture supply passages, exhaust discharge passages 18a, 18b, 28a, 28b are arranged, each of which the exhaust gas from the first combustion chamber 14a of the first cylinder 11, the second combustion chamber 14b of the first cylinder 11, the first combustion chamber 24a of the second cylinder 21, and of the second combustion chamber 24b of the second cylinder 21. In this case, the second Abgasabführkanal 18 b and the Abgasabführkanal 28 a can be configured as a common Abgasabführkanal. In Fig. 1, only a portion of the Abgasabführkanäle 18a, 18b, 28a, 28b can be seen in each case.
In einer Ausführungsform sind die Kraftstoff gemischzufuhrkanäle 16a, 16b, 26a, 26b von den Abgasabführkanälen 18a, 18b, 28a, 28b durch die Kolbenstange 30 getrennt, wie es im Detail in den Fig. 2a bis 2d zu sehen sein wird. In one embodiment, the fuel mixture supply channels 16a, 16b, 26a, 26b are separated from the exhaust discharge channels 18a, 18b, 28a, 28b by the piston rod 30, as will be seen in detail in FIGS. 2a to 2d.
Die Kolbenstange 30 weist axial angrenzend an den Kolben 12, 22 Vertiefungen bzw. Fluidverbindungskanäle 32a, 32b, 32c, 32d auf, die sich in Längsrichtung, insbesondere parallel zur Längsachse X, erstrecken, um eine Fluidverbindung zwischen dem jeweiligen Kraftstoffgemischzufuhrkanal und dem jeweiligen Brennraum 14a, 14b, 24a, 24b oder zwischen dem jeweiligen Brennraum 14a, 14b, 24a, 24b und dem Abgasabführkanal 18a, 18b, 28a, 28b herzustellen. Dabei wird die Fluidverbindung nur jeweils in einem bestimmten Rotationswinkelbereich der Kolbenstange hergestellt. Ferner gibt es Rotationswinkelbereich, bei denen die Fluidverbindungskanäle 32a, 32b, 32c, 32d sowohl gegenüber dem jeweiligen Kraftstoffgemischzufuhrkanal 16a, 16b, 26a, 26b und dem jeweiligen Abgasabführkanal 18a, 18b, 28a, 28b abgedichtet sind. Dies ist beispielsweise für die in der Zeichnung dargestellten Verbindungskanäle 32a und 32d der Fall, die durch eine Trennwand von den jeweiligen Kraftstoffgemischzufuhrkanälen 16a, 16b, 26a, 26b und den Abgasabführkanälen 18a, 18b, 28a, 28b separiert ist. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform handelt es sich um eine Viertaktbrennkraftmaschine, bei der sich die Kolbenstange in eine Drehbewegung versetzt wird, um eine Kraftstoffgemischzufuhr und eine Abgasabfuhr zu gewährleisten. Dabei dreht sich die Kolbenstange 30 in vier Takten einmal vollständig um ihre Längsachse X. Jeder Brennraum der Brennkraftmaschine aus Fig. 1 befindet sich jeweils in einem anderen Takt. The piston rod 30 has axially adjacent to the piston 12, 22 recesses or fluid communication channels 32a, 32b, 32c, 32d, which extend in the longitudinal direction, in particular parallel to the longitudinal axis X, to a fluid connection between the respective fuel mixture supply channel and the respective combustion chamber 14a , 14b, 24a, 24b or between the respective combustion chamber 14a, 14b, 24a, 24b and the Abgasabführkanal 18a, 18b, 28a, 28b manufacture. In this case, the fluid connection is made only in each case in a certain rotation angle range of the piston rod. Further, there are rotation angle ranges in which the fluid communication passages 32a, 32b, 32c, 32d are sealed to both the respective fuel mixture supply passage 16a, 16b, 26a, 26b and the respective exhaust gas discharge passage 18a, 18b, 28a, 28b. This is the case for example for the connection channels 32a and 32d shown in the drawing, which is separated by a partition from the respective fuel mixture supply channels 16a, 16b, 26a, 26b and the Abgasabführkanälen 18a, 18b, 28a, 28b. In the embodiment shown in Fig. 1 is a Four-stroke internal combustion engine, in which the piston rod is set in a rotational movement, to ensure a fuel mixture supply and an exhaust gas removal. In this case, the piston rod 30 rotates once in four cycles once completely about its longitudinal axis X. Each combustion chamber of the internal combustion engine of Fig. 1 is in each case in a different clock.
Dies wird im Zusammenhang mit Figuren 2a bis 2d erläutert, die alle vier Takte von dem dritten Brennraum mit dem jeweiligen Fluidverbindungskanal 32c zeigen. In einem ersten Takt, der beispielsweise in Bezug auf den ersten Brennraum 24a des zweiten Zylinders 21 dargestellt wird, verbindet der Verbindungskanal 32c den dritten Kraftstoff gemischzufuhrkanal 26a mit dem ersten Brennraum 24a des zweiten Zylinders. Während des Ansaugens wird der Kolben 22 der zweiten Arbeitskammer 20 von einer ersten axialen Extremposition oder erster Totpunkt in eine zweite axiale Extremposition oder zweiter Totpunkt gebracht, wobei gleichzeitig der Kolben 22 sowie die Kolbenstange um ungefähr 90° Grad gedreht wird (Fig. 2a). Anschließend wird die Kolbenstange sowie der Kolben von der zweiten axialen Extremposition wieder in die erste axiale Extremposition gefahren, wobei der Fluidverbindungskanal 32c sowohl gegenüber dem dritten Kraftstoffgemischzufuhrkanal 26a als auch gegenüber dem Abgasabführkanal 28a abgedichtet ist (Fig. 2b). Dabei dreht sich der Kolben und die Kolbenstange 30 ungefähr um weitere 90° Grad in gleiche Richtung (linksherum in Fig. 2a bis 2b). Bei diesem Schritt wird das sich in dem ersten Brennraum 24a des zweiten Zylinders 21 befindliche Kraftstoff gemisch verdichtet. Anschließend wird das Kraftstoffgemisch gezündet, sodass der Kolben 22 wieder von seiner ersten axialen Extremposition in seine zweite axiale Extremposition bewegt wird, so dass sich der Brennraum vergrößert, wobei sowohl die Kolbenstange als auch der Kolben wiederum eine Vierteldrehung durchführen (Fig. 2c). Sobald der Motor wieder an seiner zweiten axialen Extremposition angelangt ist, bewegt er sich wieder in die erste axiale Extremposition durch eine Zündung eines Kraftstoffluftgemischs in einem anderen Brennraum, wobei der Verbindungskanal 32c nunmehr während dieser Bewegung mit dem Abgasabführkanal in Verbindung steht, sodass das verbrannte Kraftstoffgemisch aus dem ersten Brennraum 24a des zweiten Zylinders in den dritten Abgasabführkanal gedrückt wird (Fig. 2d). Anschließend beginnt der Prozess von vorne. This is explained in connection with FIGS. 2a to 2d, which show all four cycles from the third combustion chamber with the respective fluid connection channel 32c. In a first cycle, which is shown for example with respect to the first combustion chamber 24a of the second cylinder 21, the connecting channel 32c connects the third fuel mixture supply channel 26a with the first combustion chamber 24a of the second cylinder. During suction, the piston 22 of the second working chamber 20 is brought from a first axial extreme position or first dead center to a second axial extreme position or second dead center, simultaneously rotating the piston 22 and the piston rod by approximately 90 degrees (Figure 2a). Subsequently, the piston rod and the piston are moved from the second axial extreme position back to the first axial extreme position, wherein the fluid connection channel 32c is sealed both to the third fuel mixture supply channel 26a and to the Abgasabführkanal 28a (Figure 2b). In this case, the piston and the piston rod 30 rotates approximately by a further 90 ° degrees in the same direction (to the left in Fig. 2a to 2b). In this step, the fuel mixture located in the first combustion chamber 24 a of the second cylinder 21 is compressed. Subsequently, the fuel mixture is ignited, so that the piston 22 is again moved from its first axial extreme position to its second axial extreme position, so that the combustion chamber increases, with both the piston rod and the piston in turn perform a quarter turn (Fig. 2c). Once the engine has returned to its second axial extreme position, it moves back to the first axial extreme position by igniting a fuel-air mixture in another combustion chamber, the connecting passage 32c now communicating with the exhaust-gas discharge passage during this movement so that the combusted fuel mixture is pressed from the first combustion chamber 24a of the second cylinder in the third Abgasabführkanal (Fig. 2d). Then the process starts from the beginning.
Die Brennkraftmaschine in Fig. 1 weist vier Brennräume auf, die jeweils sich in einem andern Takt des Viertakts befinden. So wird das sich im zweiten Brennraum 24b des zweiten Zylinders 21 befindliche Kraftstoff gemisch verdichtet, das verdichtete Kraftstoff gemisch im ersten Brennraum 14a des ersten Zylinders 11 gerade gezündet und das verbrannte Kraftstoffgemisch im zweiten Brennraum 14b des ersten Zylinders 11 gerade ausgeworfen. The internal combustion engine in Fig. 1 has four combustion chambers, each located in a different clock of the four-stroke. Thus, the fuel mixture in the second combustion chamber 24 b of the second cylinder 21 is compressed, the compressed fuel mixture in first combustion chamber 14a of the first cylinder 11 just ignited and the burned fuel mixture in the second combustion chamber 14b of the first cylinder 11 just ejected.
Die Rotation ermöglicht in einer Ausführungsform des Freikolbenmotors als eine Viertakt- Brennkraftmaschine. Hierzu wird die Kolbenstange 30, wie bereits oben beschrieben, an einigen Stellen radial einseitig ausgefräst beziehungsweise verjüngt, um in einem der zwei Totpunkten, die den ersten und zweiten axialen Extrempositionen entsprechen, die Frischluftzufuhr verschließt. Diese Fräsung trifft im Gehäuse auf entsprechende Bohrung, die einen Einlass, beziehungsweise einen Kraftstoffgemischzufuhrkanal, und einen Auslass beziehungsweise einen Abgasabführkanal, darstellen. Aus der Rotation ergeben sich daher folgende Zustände: The rotation allows in one embodiment of the free-piston engine as a four-stroke internal combustion engine. For this purpose, the piston rod 30, as already described above, at some points radially milled or tapered on one side to close the fresh air supply in one of the two dead centers corresponding to the first and second axial extreme positions. This milling meets in the housing on corresponding bore, which constitute an inlet, or a fuel mixture supply channel, and an outlet or Abgasabführkanal. The following conditions therefore result from the rotation:
1. Unterer Totpunkt beziehungsweise erster axialer Extremposition der Hin- und Herbewegung der Kolbenstange: In dem Fall überlappt die Fräsung beziehungsweise eine der Fluidverbindungskanäle 32a, 32b, 32c, 32d, auf der einen Seite mit der Frischgasöffnung im Gehäuse und mündet auf der anderen Seite in den Brennraum. 1. Bottom dead center or first axial extreme position of the reciprocating movement of the piston rod: In this case, the milling or one of the fluid connection channels 32a, 32b, 32c, 32d overlaps on one side with the fresh gas opening in the housing and ends on the other side the combustion chamber.
2. Verdichtungs- und Arbeitstakt: Die Fräsung beziehungsweise der Verbindungskanal wird durch das Gehäuse verschlossen gegen Ende des Arbeitstaktes verbindet die Fräsung den Brennraum mit dem Auslass. 2. Compaction and power stroke: The milling or the connecting channel is closed by the housing towards the end of the power stroke, the milling connects the combustion chamber with the outlet.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Fräsung beziehungsweise der Verbindungskanal durch eine diagonal durch die Kolbenstange verlaufende Bohrung ersetzt werden, allerdings können dann keine Fluide mehr durch die Kolbenstange beziehungsweise den Kolben in Längsrichtung durchgeführt werden. In a further embodiment, the milling or the connecting channel can be replaced by a bore extending diagonally through the piston rod, but then no fluids can be carried out through the piston rod or the piston in the longitudinal direction.
In einer Ausführungsform kann der Kolben durchbohrt oder einseitig gefräst sein, um im Falle eines Viertaktes einen Gasaustausch zu ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Gasaustausch mittels Schlitzen durch die Zylinderwand, insbesondere bei einem Viertakter, erfolgen. In one embodiment, the piston may be pierced or milled on one side to allow gas exchange in the case of a four stroke. In a further embodiment, the gas exchange can take place by means of slits through the cylinder wall, in particular in a four-stroke engine.
Um die Kolben 12, 22 und die Kolbenstange 30 beim Start und/oder bei einer Fehlzündung in eine Drehbewegung zu versetzen, sind eine Nut 40 mit einem Boden 42 und gegenüberliegenden Wänden 44a und 44b in dem Motorgehäuse angeordnet. In die Nut 40 greifen ein oder mehrere radiale Vorsprünge 46 auf der Kolbenstange 30 ein. In Fig. 3 ist eine abgewickelte Darstellung der Nut 40 dargestellt. Dabei ist die Umfangsrichtung horizontal dargestellt und die axiale Richtung vertikal. Die in Umfangsrichtung abgewickelte Nut 40 zeigt im Groben die verschiedenen Positionen der Kolbenstange 30 und der Kolben 12, 22 bei einer vollen Umdrehung um deren Längsachse X dar. So bewegt sich die Kolbenstange von einer ersten axialen Extremposition (oberer Totpunkt, OT) in eine zweite axiale Extremposition (unterer Totpunkt, UT), und anschließend wieder zu der ersten axialen Extremposition. In order to set the pistons 12, 22 and the piston rod 30 at start and / or during a misfire in a rotational movement, a groove 40 with a bottom 42 and opposite walls 44a and 44b are arranged in the motor housing. In the groove 40 engage one or more radial projections 46 on the piston rod 30 a. In Fig. 3 is a developed view of the groove 40 is shown. The circumferential direction is shown horizontally and the axial direction is vertical. The developed in the circumferential direction Groove 40 roughly shows the various positions of the piston rod 30 and the pistons 12, 22 at one full revolution about their longitudinal axis X. Thus, the piston rod moves from a first axial extreme position (top dead center, TDC) to a second axial extreme position (lower Dead center, UT), and then back to the first axial extreme position.
In Fig. 3 sind ferner zwei radiale Vorsprünge 46 gezeigt, die dazu dienen, im Falle einer Fehlzündung oder beim Start die Kolbenstange 30 und die Kolben 12, 22 in Drehung zu versetzen. Dazu stoßen die radialen Vorsprünge 46 bei einer axialen Hin- und Herbewegung, also in Fig. 3 einer vertikalen Hin- und Herbewegung, der Kolbenstange 30 gegen eine der gegenüberliegenden Wände 44a, 44b. Im normalen Betrieb, dass heißt sofern keine Fehlzündung oder kein Start des Freikolbenmotors stattfindet, wird die Kolbenstange 30 mit den Kolben 12, 22 anderweitig in Drehung versetzt, wie anschließend mit Bezug auf Fig. 4 erläutert wird. Der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Wänden 44a und 44b der Nut 40 ist jedoch so groß gewählt, dass im normalen Betrieb, also nicht beim Start und nicht bei einer Fehlzündung, der radiale Vorsprung auf der Kolbenstange im Wesentlichen die gegenüberliegenden Wände 44a, 44b nicht berührt und sich ungefähr auf einer idealisierten Laufbahn ungefähr in der Mitte zwischen den Wänden 44a, 44b bewegt. Beispielsweise kann die Nut 40 in eine Hülse 48 gefräst sein, die die Kolbenstange umgibt, wobei der radiale Vorsprung 46 seitlich an der Kolbenstange 30 angeordnet ist. In diesem Fall erfolgt eine Führung beim Start der Freikolbenbrennkraftmaschine mechanisch. In Fig. 3, two radial projections 46 are further shown, which serve to set in the event of a misfire or at start the piston rod 30 and the pistons 12, 22 in rotation. For this purpose, the radial projections 46 abut against one of the opposing walls 44a, 44b during an axial reciprocating movement, that is to say in FIG. 3 a vertical reciprocating movement. In normal operation, that is, unless there is no misfire or start of the free piston engine, the piston rod 30 is otherwise rotated with the pistons 12, 22, as will be explained below with reference to FIG. 4. However, the distance between the opposite walls 44a and 44b of the groove 40 is chosen so large that in normal operation, not at startup and not misfiring, the radial projection on the piston rod substantially does not contact the opposed walls 44a, 44b and Moving approximately on an idealized track approximately midway between the walls 44a, 44b. For example, the groove 40 may be milled into a sleeve 48 surrounding the piston rod, wherein the radial projection 46 is disposed laterally on the piston rod 30. In this case, a guide is mechanically performed at the start of the free-piston internal combustion engine.
In einer anderen Ausführungsform können die Führung der Kolbenstange und das Versetzen derselben in eine Drehbewegung um deren Längsachse X elektromagnetisch erfolgen. In diesem Fall sind in der Kolbenstange beispielsweise Permanentmagneten angeordnet und in dem die Kolbenstange 30 umgebenen Raum können entsprechende Wicklungen zur elektrischen Ansteuerung angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Führung der Kolbenstange induktiv erfolgen. In another embodiment, the guidance of the piston rod and the displacement of the same in a rotational movement about its longitudinal axis X can be electromagnetically. In this case, for example, permanent magnets are arranged in the piston rod and in the space surrounding the piston rod 30 corresponding windings for electrical control can be arranged. In a further embodiment, the leadership of the piston rod can be made inductively.
Aufgrund der Führung wird die Kolbenstange bei jedem Hub in Rotation versetzt. Gleichzeitig bewegt sich die Kolbenstange damit durch fest definierte obere und untere Totpunkte, die die Steuerung wesentlich vereinfachen können. Durch das kinetische Moment der Rotation folgt die Kolbenstange auch bei einer Fehlzündung der Führung und der Motor bleibt nicht unmittelbar stehen. Grundsätzlich ist die Brennkraftmaschine als Zweitakter oder Viertakter realisierbar, wobei wie jede Variante ihre jeweiligen Vor- und Nachteile hat. Bei einem Zweitakter kann die Bauweise kompakt realisiert werden und der Motor hat ein geringes spezifisches Leistungsgewicht. Andererseits hat die Viertakt-Brennkraftmaschine den Vorteil, dass sie ein besseren Gasaustausch und damit eine geringere Abgasbelastung hervorruft und einen geringeren Verbrauch hat. Im einfachsten Fall verteilen sich die vier Takte auf eine 360° Grad Drehung der Kolbenstange. Allerdings sind auch 8, 12, 16 Takte usw. je 360° Grad Drehung denkbar. Due to the guide, the piston rod is rotated at each stroke. At the same time, the piston rod thus moves through firmly defined upper and lower dead centers, which can simplify the control considerably. Due to the kinetic moment of the rotation, the piston rod follows the lead even in the event of a misfire and the engine does not stop immediately. In principle, the internal combustion engine can be realized as a two-stroke engine or four-stroke engine, wherein, like each variant, it has its respective advantages and disadvantages. In a two-stroke engine, the construction can be made compact and the engine has a low specific power to weight ratio. On the other hand, the four-stroke internal combustion engine has the advantage that it causes a better gas exchange and thus a lower exhaust gas load and has a lower consumption. In the simplest case, the four bars are distributed over a 360 ° rotation of the piston rod. However, 8, 12, 16 bars, etc. per 360 degree rotation are conceivable.
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Kolbens gemäß der Ausführungsform aus Fig. 1. Der Kolben 12 weist eine erste brennraumseitige Stirnfläche 122a auf, die dem ersten Brennraum 14a zugewandt ist, und eine zweite brennraumseitige radiale Stirnfläche 122b auf, die dem zweiten Brennraum 14b zugewandt ist. Ferner weist der Kolben 12 eine Mantelfläche 124 auf, die eingerichtet ist, um mit der Arbeitsraumwand eines Zylinders 11 zusammenzuwirken, sodass Gase aus dem ersten Brennraum 14a nicht in den zweiten Brennraum 14b gelangen können. Die erste und die zweite brennraumseitigen axialen Stirnflächen 122a, 122b weisen jeweils eine erste und zweite radiale Referenzebene 126a und 126b auf, die orthogonal zur Längsachse X des Kolbens 12 bzw. der Kolbenstange 30 angeordnet ist. Die radialen Referenzebenen 126a, 126b sind jeweils derart angeordnet, dass sie die maximale Erhebung in Axialrichtung jeweils umfassen. Dabei werden die Erhebungen jeweils in Brennraumrichtung der jeweiligen brennraumseitigen Stirnfläche 122a, 122b betrachtet. Die brennraumseitigen Stirnflächen weisen von den radialen Referenzebenen 126a, 126b jeweils sägezahnmäßige Vertiefungen 128a, 128b auf, die sich radial geradlinig oder sternförmig von der Längsachse aus zu den Umfangsrändern des Kolbens 12 erstrecken. Dabei sind die sägezahnmäßigen Vertiefungen 128a, 128b so geformt, dass der Kolben und die Kolbenstange 30 bei einem auftreffen von Gas, beispielsweise beim Arbeitstakt, beim Auswurftakt, und/oder beim Verdichtungstakt, in Rotation versetzt werden. Dadurch wird die Rotation in Anlehnung an ein angeströmtes Turbinenrad erzeugt. Die Vertiefungen 128a, 128b sind in einer Ausführungsform derart abgestimmt, dass der Kolben 12 und die Kolbenstange 30 in eine gleichmäßige Rotation um deren Längsachse X versetzt werden. Insbesondere im Falle einer Freikolben- Viertakt-Brennkraftmaschine mit vier Brennräumen kann eine gleichmäßige Drehung um die Längsachse der Kolbenstange und der Kolben 12, 22 erzeugt werden. Fig. 5 zeigt einen schematischen axialen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Freikolbenbrennkraftmaschine 100. In Fig. 5 ist ein Brennraum gezeigt. In diesem Brennraum bewegt sich ein Kolben 102, der eine Vielzahl von Vertiefungen 104 aufweist, die derart geformt sind, um den Kolben 102 bei auftreffen eines Gases in Drehung um eine Kolbenstange 106 zu versetzen. Der Brennraum ist von einer Führungshülse oder Zylinderwand 108 begrenzt. In eine Ausführungsform ist die Führungshülse 108 stationär. Die Führungshülse 108 und der Außenumfang des zylindrischen Kolbens 102 sind derart aneinander angepasst, dass der in Fig. 5 gezeigte Brennraum gegenüber einem weiteren Brennraum, der ebenfalls durch den Kolben 102 abgegrenzt ist, abgedichtet wird. In einer weiteren Ausführungsform kann die Führungshülse auch drehbar gelagert sein. Dann kann die Führungshülse auch gegenüber dem Motorgehäuse in Axialrichtung abgedichtet sein. Die Führungshülse weist mindestens einen Ein- oder Auslass 110 für ein Fluid, beispielsweise Abgas oder ein Brennstoff-Luft-Gemisch auf. Um die erste Führungshülse 108 ist eine Steuerhülse oder Maske 112 angeordnet, insbesondere konzentrisch, wobei die Steuerhülse und die Führungshülse derart geformt sind, dass im Wesentlichen kein Fluid zwischen den beiden Hülsenwände, insbesondere in Axialrichtung, entlang fließen kann. Die Steuerhülse 112 weist mindestens eine Steueröffnung 114 für das Fluid auf, beispielsweise Abgas oder ein Brennstoff-Luft-Gemisch. Die Steuerhülse kann in einer Ausführungsform stationär sein, wenn die Führungshülse rotierbar gelagert ist, oder in einer anderen Ausführungsform kann die Steuerhülse um ihre eigene Achse rotierbar gelagert sein und die Führungshülse 108 ortsfest. In einer weiteren Ausführungsform können sowohl die Führungshülse aus auch die Steuerhülse drehbar sein. 4 shows an enlarged view of a piston according to the embodiment from FIG. 1. The piston 12 has a first combustion-chamber-side end face 122a facing the first combustion chamber 14a and a second combustion-chamber-side radial end face 122b facing the second combustion chamber 14b is facing. Furthermore, the piston 12 has a lateral surface 124 which is adapted to cooperate with the working space wall of a cylinder 11, so that gases from the first combustion chamber 14a can not enter the second combustion chamber 14b. The first and the second combustion chamber-side axial end faces 122a, 122b each have a first and a second radial reference plane 126a and 126b which is arranged orthogonal to the longitudinal axis X of the piston 12 or the piston rod 30. The radial reference planes 126a, 126b are respectively arranged to include the maximum elevation in the axial direction, respectively. The elevations are each viewed in the combustion chamber direction of the respective combustion chamber-side end face 122a, 122b. The combustion-chamber-side end faces each have sawtooth-like depressions 128a, 128b from the radial reference planes 126a, 126b, which extend radially rectilinearly or in a star shape from the longitudinal axis to the peripheral edges of the piston 12. In this case, the sawtooth depressions 128a, 128b are shaped such that the piston and the piston rod 30 are set in the event of a gas impingement, for example during the working stroke, during the ejection stroke, and / or during the compression stroke. As a result, the rotation is generated in accordance with an impinged turbine wheel. The recesses 128a, 128b are matched in one embodiment such that the piston 12 and the piston rod 30 are set in a uniform rotation about their longitudinal axis X. In particular, in the case of a free-piston four-stroke internal combustion engine with four combustion chambers, a uniform rotation about the longitudinal axis of the piston rod and the pistons 12, 22 can be generated. 5 shows a schematic axial cross section of a further embodiment of a free-piston internal combustion engine 100. FIG. 5 shows a combustion chamber. In this combustion chamber, a piston 102 moves, which has a plurality of recesses 104, which are shaped so as to enable the piston 102 upon impact of a gas in rotation about a piston rod 106. The combustion chamber is delimited by a guide sleeve or cylinder wall 108. In one embodiment, the guide sleeve 108 is stationary. The guide sleeve 108 and the outer circumference of the cylindrical piston 102 are adapted to one another in such a way that the combustion chamber shown in FIG. 5 is sealed against a further combustion chamber, which is also delimited by the piston 102. In a further embodiment, the guide sleeve can also be rotatably mounted. Then, the guide sleeve can be sealed against the motor housing in the axial direction. The guide sleeve has at least one inlet or outlet 110 for a fluid, for example exhaust gas or a fuel-air mixture. A control sleeve or mask 112 is arranged around the first guide sleeve 108, in particular concentrically, wherein the control sleeve and the guide sleeve are shaped such that substantially no fluid can flow between the two sleeve walls, in particular in the axial direction. The control sleeve 112 has at least one control opening 114 for the fluid, for example exhaust gas or a fuel-air mixture. The control sleeve can be stationary in one embodiment, when the guide sleeve is rotatably mounted, or in another embodiment, the control sleeve can be rotatably mounted about its own axis and the guide sleeve 108 stationary. In a further embodiment, both the guide sleeve and the control sleeve can be rotatable.
Dabei wird die Führungshülse und/oder die Steuerhülse derart um ihre Längsachsen gedreht, dass jeweils beim ersten und beim vierten Takt eines Viertaktmotors die beiden Öffnungen 110, 114 sich zumindest abschnittsweise überschneiden, sodass ein Ansaugen eines Brennstoff-Luft-Gemisches oder ein Auswurf von Abgas durchgeführt werden kann. In weiteren Ausführungsformen kann die Führungshülse und/oder die Steuerhülse mehr als jeweils nur eine Öffnung pro Brennkammer aufweisen, beispielsweise zwei oder mehr Öffnungen pro Brennkammer aufweisen, wobei insbesondere die Geschwindigkeit, mit der sich die jeweils drehbare Hülse rotiert, an die Taktzahlen und die Geschwindigkeit des Freikolbenmotors angepasst ist. In einer weiteren Ausführungsform können sowohl die Führungshülse 108 als auch die Steuerhülse 112 drehbar um ihre Längsachse gelagert sein. In einer Ausführungsform kann dabei die Führungshülse und/oder die Steuerhülse durch den Kolben beziehungsweise allen Kolben der Freikolbenbrennkraftmaschine angetrieben werden. Dies kann in einer Ausführungsform über ein Getriebe geschehen. In einer anderen Ausführungsform kann beispielsweise der Kolben 102 eine Mitnahmenut oder einen Vorsprung aufweisen, der in einen entsprechenden Vorsprung oder Nut der Führungshülse 108 eingreift. Beispielsweise können die gleiche Öffnungen im der Rinnings- und/oder Steuerhülse für Abgas und ein Brennstoff-Luft-Gemisch verwendet werden. In this case, the guide sleeve and / or the control sleeve is rotated about its longitudinal axes, that at the first and at the fourth stroke of a four-stroke engine, the two openings 110, 114 at least partially overlap, so that a suction of a fuel-air mixture or an ejection of exhaust gas can be carried out. In further embodiments, the guide sleeve and / or the control sleeve more than each have only one opening per combustion chamber, for example, have two or more openings per combustion chamber, in particular the speed with which rotates the respective rotatable sleeve, the clock numbers and the speed adapted to the free-piston engine. In a further embodiment, both the guide sleeve 108 and the control sleeve 112 can be rotatably mounted about its longitudinal axis. In one embodiment, the guide sleeve and / or the control sleeve can be driven by the piston or all pistons of the free-piston internal combustion engine. This can be done via a transmission in one embodiment. In another embodiment, for example, the piston 102 may have a driving groove or a projection which engages in a corresponding projection or groove of the guide sleeve 108. For example, the same openings in the exhaust gas rinsing and / or control sleeve and a fuel-air mixture may be used.
Fig. 6a und Fig. 6b zeigen jeweils in abgewickelter Darstellung eine Führungshülse 108 (Fig. 6a) und eine Steuerhülse 112 (Fig. 6b). Dabei sind jeweils eine Öffnung 110a, 110b, 110c, 11 Od für jeweils einer der vier Brennkammern des Freikolbenmotors in der jeweiligen Zündreihenfolge auf der Führungshülse 108 angeordnet. In Fig. 6b ist die Steuerhülse 112 mit den jeweiligen Steueröffnungen 114a, 114b, 114c, 114d gezeigt, wobei jeweils eine Steueröffnung 114a, 114b, 114c, 114d mit jeweils einer Öffnung 110a, 110b, 110c, HOd in der Führungshülse 108 zusammenwirkt. Beispielsweise können in einer Ausführungsform die Öffnungen der Führungshülse alle am gleichen Winkel in Bezug auf die Achse X angeordnet sein und die Öffnungen der Steuerhülse für jede Brennkammer einen anderen Winkel aufweisen und andersherum. Beispielsweise können die Öffnungen der Führungshülse einen Regelmäßigen Winkelabstand aufweisen. Über den Winkelabstand können der Zeitpunkt und/oder über die Größe und/oder Form der Öffnungen auch die Menge des Abgases oder des Brennstoff-Luft-Gemisches geregelt werden, die in eine Brennkammer ein- bzw. ausströmen. FIGS. 6a and 6b each show, in a developed view, a guide sleeve 108 (FIG. 6a) and a control sleeve 112 (FIG. 6b). In each case, an opening 110a, 110b, 110c, 11 Od for each one of the four combustion chambers of the free-piston engine in the respective firing order on the guide sleeve 108 are arranged. In Fig. 6b, the control sleeve 112 is shown with the respective control ports 114a, 114b, 114c, 114d, wherein in each case a control port 114a, 114b, 114c, 114d, each with an opening 110a, 110b, 110c, HOd in the guide sleeve 108 cooperates. For example, in one embodiment, the openings of the guide sleeve may all be arranged at the same angle with respect to the axis X and the openings of the control sleeve for each combustion chamber have a different angle and vice versa. For example, the openings of the guide sleeve may have a regular angular distance. About the angular distance of the time and / or the size and / or shape of the openings and the amount of exhaust gas or the fuel-air mixture can be controlled, which flow in or out of a combustion chamber.
Im Falle einer stationären Steuerhülse können beispielsweise die Abgas- oder Zufuhrkanäle direkt fest mit den Führungsöffnungen 114a, 114b, 114c, 114d verbunden sein. In einer Ausführungsform können die Führungshülse und/oder die Steuerhülse axial verschiebbar sein, so dass darüber der Durchlassquerschnitt für das Abgas und/oder das Brennstoff-Luft- Gemisch variiert werden kann. In einer weiteren Ausführungsform können die Öffnungen nicht rechteckig sonder gekrümmte Ränder aufweisen, so dass, beispielsweise in Kombination mit einer axialen Verschiebung der Steuerhülse und/oder der Führungshülse, der Durchlassquerschnitt gesteuert werden kann. In the case of a stationary control sleeve, for example, the exhaust gas or supply channels can be directly fixedly connected to the guide openings 114a, 114b, 114c, 114d. In one embodiment, the guide sleeve and / or the control sleeve can be axially displaceable, so that above the passage cross-section for the exhaust gas and / or the fuel-air mixture can be varied. In a further embodiment, the openings may not have rectangular but curved edges, so that, for example in combination with an axial displacement of the control sleeve and / or the guide sleeve, the passage cross section can be controlled.
Fig. 7 zeigt eine Seitenschnittquerschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Freikolben-Brennkraftmaschine 200. Die Freikolben-Brennkraftmaschine weist einen ersten Abschnitt 202 und einen zweiten Abschnitt 204 auf. Der erste Abschnitt 202 umfasst eine erste Arbeitskammer 210 und der zweite Abschnitt 204 umfasst eine zweite Arbeitskammer 220, wobei die Arbeitkammern jeweils durch einen Kolben 212, 222 in einen ersten Brennraum 214a, 224a und einen zweiten Brennraum 214b, 224b aufgeteilt werden. Der erste Abschnitt 202 weist eine erste Kolbenstange 216 auf, an die der erste Kolben 212 rotationsfest befestigt ist und der zweite Abschnitt 204 weist eine zweite Kolbenstange 226 auf, an der der zweite Kolben 222 drehfest befestigt ist. Im Betrieb bewegen sich die Kolben jeweils synchron hin- und her. Beispielsweise kann die erste Kolbenstange mit der zweiten Kolbenstange verbunden, um eine Bewegung der ersten Kolbenstange in Axialrichtung auf die zweite Kolbenstange zu übertragen und andersherum. 7 shows a side cross sectional cross-sectional view of another embodiment of a free piston internal combustion engine 200. The free piston internal combustion engine has a first portion 202 and a second portion 204. The first section 202 comprises a first working chamber 210 and the second section 204 comprises a second working chamber 220, wherein the working chambers are each divided by a piston 212, 222 into a first combustion chamber 214a, 224a and a second combustion chamber 214b, 224b. The first section 202 has a first piston rod 216 to which the first piston 212 is rotationally fixed is fixed and the second portion 204 has a second piston rod 226, on which the second piston 222 is rotatably mounted. During operation, the pistons move synchronously back and forth. For example, the first piston rod may be connected to the second piston rod to transmit movement of the first piston rod in the axial direction to the second piston rod and vice versa.
In einer Ausführungsform wird die Drehbewegung über ein Getriebe 230, das eine Drehbewegung der ersten Kolbenstange 216 auf eine Drehbewegung der zweiten Kolbenstange 226 überträgt oder eine Drehbewegung von der zweiten Kolbenstange auf eine Drehbewegung der ersten Kolbenstange 216 überträgt. Folglich kann die Freikolben- Brennkraftmaschine 200 kompakt angeordnet werden. Beispielsweise weist das Getriebe 230 drei Zahnräder 232, 234 und 236 auf, wobei das erste Zahnrad 232 an der ersten Kolbenstange und das dritte Zahnrad 236 an der zweiten Kolbenstange befestigt sind und das zweite Zahnrad 234 eine Übertragung der Kraft vom ersten Zahnrad 232 auf das dritte Zahnrad 236 bewerkstelligt. In anderen Ausführungsformen können auch andereIn one embodiment, the rotational movement is transmitted via a transmission 230, which transmits a rotational movement of the first piston rod 216 to a rotational movement of the second piston rod 226 or a rotational movement from the second piston rod to a rotational movement of the first piston rod 216. Consequently, the free-piston engine 200 can be compactly arranged. For example, the transmission 230 has three gears 232, 234 and 236, with the first gear 232 attached to the first piston rod and the third gear 236 attached to the second piston rod and the second gear 234 transmitting the power from the first gear 232 to the third Gear 236 accomplished. In other embodiments, others may be used
Drehkraftübertragungsmechanismen verwendet werden, beispielsweise ein Riemen, eine Kette, oder dergleichen. Torque transmission mechanisms are used, for example, a belt, a chain, or the like.
In Fig. 8 ist eine Seitenansicht des Getriebes zu sehen, mit dem ersten Zahnrad 232, dem zweiten Zahnrad 234 und dem dritten Zahnrad 236. In einer weiteren Ausführungsform weist die Freikolben-Brennkraftmaschine nur zwei Zahnräder auf, die jeweils an der ersten Kolbenstange 216 und der zweiten Kolbenstange 226 befestigt sind. Dann laufen die ersten Kolbenstange und die zweite Kolbenstange gegenläufig. In Fig. 8 is a side view of the transmission to see, with the first gear 232, the second gear 234 and the third gear 236. In another embodiment, the free-piston internal combustion engine on only two gears, each on the first piston rod 216 and the second piston rod 226 are attached. Then the first piston rod and the second piston rod run in opposite directions.
Bei den oben dargestellten Ausführungsformen bleiben alle gattungsbedingten Vorteile einer Freikolbenmaschine erhalten. Bestehende und etablierte Technologien, wie beispielsweise Direkteinspritzung oder Turbolader können in anderen Ausführungsformen ohne besonderen konstruktiven Aufwand eingesetzt werden. Der Antrieb von Nebenaggregaten, beispielsweise einer Lichtmaschine, ist ebenfalls einfach möglich. In the embodiments presented above, all the generic advantages of a free-piston engine are retained. Existing and established technologies, such as direct injection or turbocharger can be used in other embodiments without special design effort. The drive of ancillaries, such as an alternator, is also easily possible.
Der Motor kann vorzugsweise in einem (Voll-) Hybridsystem eingesetzt werden. Hierzu kann ein Lineargenerator an der Kolbenstange befestigt werden oder beispielsweise zwischen den Kolben 12, 22 gemäß der Ausführungsform aus Fig. 1 angeordnet werden. Der somit erzeugte Strom kann dann Elektromotoren eines Kraftfahrzeugs antreiben. In einer anderen Ausführungsform kann die Rotation auch mittels einer einfachen Kupplung zu einem Antrieb verwendet werden. The engine may preferably be used in a (full) hybrid system. For this purpose, a linear generator can be fastened to the piston rod or arranged, for example, between the pistons 12, 22 according to the embodiment from FIG. The power thus generated can then drive electric motors of a motor vehicle. In another embodiment, the rotation can also be used by means of a simple coupling to a drive.
In diesen Fällen sind folgende Kombinationen denkbar: im Kraftfahrzeugbereich kann der Antrieb der Räder im Falle eines Hybrids durch Elektromotoren bewerkstelligt werden. Das Gleiche gilt für Lokomotiven. Ebenfalls können bei Schiffen die Schiffsschraube durch Elektromotoren angetrieben werden, wie es beispielsweise bei sogenannten„Pods" bereits üblich ist. Auch im Bereich von Flugzeugen kann ein solcher Hybridantrieb verwendet werden, wobei Elektromotoren einen Propeller antreiben. In these cases, the following combinations are conceivable: in the automotive sector, the drive of the wheels in the case of a hybrid can be accomplished by electric motors. The same applies to locomotives. Likewise, in ships, the propeller can be propelled by electric motors, as is already customary in so-called "pods." Such a hybrid drive can also be used in the field of aircraft, with electric motors driving a propeller.
Im Falle eines mechanischen Antriebs, wo die Drehung der Kolbenstange 30 direkt verwendet wird, wird beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug die Kolbenstange direkt an ein Getriebe gekoppelt. Bei Schiffen könnte beispielsweise die Kolbenstange an eine Welle der Schraube gekoppelt werden. Im Beispiel von Flugzeugen könnte die Kolbenstange an einen Propeller gekoppelt werden. In the case of a mechanical drive, where the rotation of the piston rod 30 is used directly, for example, in a motor vehicle, the piston rod is coupled directly to a transmission. In ships, for example, the piston rod could be coupled to a shaft of the screw. In the example of aircraft, the piston rod could be coupled to a propeller.
Die in dieser vorstehenden Beschreibung , in den Ansprüchen sowie in den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the claims and in the drawings may be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments.

Claims

Ansprüche claims
1. Kolben (12, 22, 102, 212, 222) für eine Freikolben-Brennkraftmaschine (1, 100, 200) mit einer ersten brennraumseitigen Stirnfläche (122a) und einer im wesentlichen senkrecht zur ersten brennraumseitigen Stirnfläche stehenden Zylinderachse (X), wobei die erste brennraumseitige Stirnfläche derart geformt ist, dass der Kolben durch ein auf die erste brennraumseitige Stirnfläche auftreffendes Gas in eine Drehung in eine erste Drehrichtung um die Zylinderachse versetzbar ist.  A piston (12, 22, 102, 212, 222) for a free piston internal combustion engine (1, 100, 200) having a first combustion chamber side end face (122a) and a cylinder axis (X) substantially perpendicular to the first combustion chamber end face the first combustion-chamber-side end face is shaped in such a way that the piston can be set into rotation in a first direction of rotation about the cylinder axis by a gas impinging on the first combustion chamber-side end face.
2. Kolben nach Anspruch 1, wobei 2. Piston according to claim 1, wherein
der Kolben eine zweite im Wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse stehende brennraumseitige Stirnfläche (122b) aufweist, die axial gegenüberliegend zur ersten brennraumseitigen Stirnfläche angeordnet ist, und derart geformt ist, dass der Kolben durch ein auf die brennraumseitige Stirnfläche auftreffendes Gas in eine Drehung um die Zylindersachse versetzbar ist, insbesondere in die erste Drehrichtung.  the piston has a second combustion chamber-side end face (122b), which is disposed axially opposite the first combustion chamber-side end face and is shaped such that the piston can be displaced into a rotation about the cylinder axis by a gas impinging on the combustion chamber-side end face is, in particular in the first direction of rotation.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, wobei 3. Piston according to claim 1 or 2, wherein
die erste und die zweite brennraumseitige Stirnfläche spiegelsymmetrisch zu einer Radialebene senkrecht zur Zylinderachse in dem Kolben sind.  the first and the second combustion chamber-side end surface are mirror-symmetrical to a radial plane perpendicular to the cylinder axis in the piston.
4. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei 4. Piston according to one of the preceding claims, wherein
die mindestens eine brennraumseitige Stirnfläche eine radiale Referenzebene (126a, 126b) aufweist, die in Brennraumrichtung an einer maximalen Erhebung angeordnet ist, wobei die Stirnfläche in Bezug auf die Stirnfläche mindestens eine Vertiefung (128 a, 128b) aufweist, wobei die Vertiefungen insbesondere sägezahnartig geformt sind.  the at least one combustion chamber-side end face has a radial reference plane (126a, 126b) which is arranged in the direction of the combustion chamber at a maximum elevation, the end face having at least one recess (128a, 128b) with respect to the end face, the depressions being shaped in particular like a sawtooth are.
5. Kolben nach Anspruch 4, wobei 5. Piston according to claim 4, wherein
die Vertiefungen sich in radialer Richtung, insbesondere sternförmig, erstrecken.  the recesses extend in the radial direction, in particular in a star shape.
6. Kolbenanordnung mit mindestens einem ersten Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einer ersten Kolbenstange (30, 106, 216), wobei der mindestens eine erste Kolben (12, 212) an der ersten Kolbenstange befestigt ist, wobei insbesondere die erste 6. Piston arrangement with at least one first piston according to one of claims 1 to 5 and a first piston rod (30, 106, 216), wherein the at least one first piston (12, 212) is attached to the first piston rod, wherein in particular the first
Kolbenstange sich in Axialrichtung auf der Zylinderachse des ersten Kolbens erstreckt.  Piston rod extends in the axial direction on the cylinder axis of the first piston.
7. Kolbenanordnung nach Anspruch 6, wobei 7. Piston assembly according to claim 6, wherein
die Kolbenanordnung eine zweite Kolbenstange (226) umfasst, an der mindestens ein zweiter Kolben (222) befestigt ist, wobei insbesondere die zweite Kolbenstange sich in Axialrichtung auf der Zylinderachse des mindestens zweiten Kolbens erstreckt, wobei vorzugsweise die erste und zweite Kolbenstange parallel nebeneinander angeordnet sind. the piston assembly comprises a second piston rod (226) to which at least a second piston (222) is attached, wherein in particular the second piston rod extends in the axial direction on the cylinder axis of the at least second piston, Preferably, the first and second piston rod are arranged parallel side by side.
8. Kolbenanordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei 8. Piston assembly according to claim 6 or 7, wherein
an der ersten Kolbenstange (30) und/oder an der zweiten Kolbenstange (226) mindestens ein zweiter Kolben (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 befestigt ist, wobei insbesondere die erste bzw. zweite Kolbenstange sich in Axialrichtung auf der Zylinderachse des zweiten Kolbens erstreckt, wobei vorzugsweise der mindestens eine erste und der mindestens eine zweite Kolben voneinander beabstandet an der ersten bzw. zweiten Kolbenstange befestigt sind.  at least a second piston (22) according to any one of claims 1 to 5 is attached to the first piston rod (30) and / or on the second piston rod (226), wherein in particular the first and second piston rod in the axial direction on the cylinder axis of the second Piston extends, wherein preferably at least a first and the at least one second piston are spaced from each other to the first and second piston rod attached.
9. Kolbenanordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei 9. Piston assembly according to claim 7 or 8, wherein
die erste Kolbenstange und die zweite Kolbenstange derart gekoppelt sind, dass die erste Kolbenstange gemeinsam mit der zweiten Kolbenstange in deren Axialrichtung bewegbar ist.  the first piston rod and the second piston rod are coupled such that the first piston rod is movable together with the second piston rod in the axial direction thereof.
10. Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, mit einer 10. Piston arrangement according to one of claims 7 to 9, with a
Drehkopplungsvorrichtung, um eine Drehung der ersten Kolbenstange um die eigene Achse auf eine Drehung der zweiten Kolbenstange um die eigene Achse zu übertragen, wobei insbesondere die Drehkopplungsvorrichtung ein Getrieben, ein Riemen und/oder eine Kette ist.  A rotary coupling device for transmitting a rotation of the first piston rod about its own axis to a rotation of the second piston rod about its own axis, wherein in particular the rotary coupling device is a gear, a belt and / or a chain.
11. Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei 11. Piston arrangement according to one of claims 6 to 10, wherein
die erste und/oder zweite Kolbenstange mindestens einen Fluidkanal (32a, 32b, 32c, 32d) für ein Brennstoff-Luft-Gemisch und/oder Abgas aufweist, wobei insbesondere die erste und/oder zweite Kolbenstange (30, 216, 216) für jede brennraumseitige Stirnfläche eines an der jeweiligen Kolbenstange befestigten mindestens einen ersten und/oder mindestens einen zweiten Kolbens mindestens einen Fluidkanal für ein Brennstoff-Luft- Gemisch und/oder Abgas aufweist.  the first and / or second piston rod having at least one fluid channel (32a, 32b, 32c, 32d) for a fuel-air mixture and / or exhaust, wherein in particular the first and / or second piston rod (30, 216, 216) for each The combustion chamber-side end face of a at least one first and / or at least one second piston fastened to the respective piston rod has at least one fluid channel for a fuel-air mixture and / or exhaust gas.
12. Kolbenanordnung nach Anspruch 11, wobei 12. Piston assembly according to claim 11, wherein
wobei der mindestens eine Fluidkanal derart angeordnet ist, dass er zumindest zeitweilig eine Fluidverbindung zwischen einem Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrkanal und einem an die brennraumseitige Oberfläche angrenzenden Brennraum des mindestens einen ersten und/oder zweiten Kolbens und/oder zwischen einem Abgaskanal und einem an die brennraumseitige Oberfläche angrenzenden Brennraum des mindestens einen ersten und/oder zweiten Kolbens herstellt. wherein the at least one fluid channel is arranged such that it at least temporarily a fluid connection between a fuel-air mixture supply channel and adjacent to the combustion chamber surface combustion chamber of the at least one first and / or second piston and / or between an exhaust passage and an the combustion-chamber-side surface produces adjacent combustion chamber of the at least one first and / or second piston.
13. Kolbenanordnung nach Anspruch 11, wobei 13. Piston assembly according to claim 11, wherein
der mindestens eine Fluidkanal sich in Axialrichtung erstreckt, insbesondere geradlinig.  the at least one fluid channel extends in the axial direction, in particular in a straight line.
14. Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei 14. Piston assembly according to one of claims 11 to 13, wherein
der mindestens eine Fluidkanal eine Nut ist.  the at least one fluid channel is a groove.
15. Brennkraftmaschine (1, 100, 200) mit einer in einem Motorgehäuse in Axialrichtung hin- und her bewegbaren Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei jede brennraumseitige Stirnfläche des mindestens einen ersten Kolbens und/oder mindestens einen zweiten Kolbens einem Brennraum (14a, 14b, 24a, 24b, 214a, 214b, 224a, 224b) zugewandt ist und diesen in einer Axialrichtung begrenzt. 15. Internal combustion engine (1, 100, 200) with a motor housing in the axial direction back and forth movable piston assembly according to one of claims 6 to 12, wherein each combustion chamber-side end face of the at least one first piston and / or at least one second piston a combustion chamber ( 14a, 14b, 24a, 24b, 214a, 214b, 224a, 224b) and limits it in an axial direction.
16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, wobei 16. Internal combustion engine according to claim 15, wherein
der mindestens eine erste und/oder mindestens eine zweite Kolben jeweils in einem Arbeitsraum (10, 20, 210, 220) angeordnet ist bzw. sind, und wobei die  the at least one first and / or at least one second piston is or are respectively arranged in a working space (10, 20, 210, 220), and wherein the
Brennkraftmaschine mindestens eine Führnngshülse aufweist, wobei mindestens ein Arbeitsraum in Radialrichtung durch die mindestens eine Führnngshülse (108) begrenzt ist, an der der jeweilige Kolben sich entlangbewegt, wobei die mindestens eine  Internal combustion engine having at least one Führnngshülse, wherein at least one working space in the radial direction by the at least one Führnngshülse (108) is limited, at which the respective piston moves along, wherein the at least one
Führungshülse mindestens eine Abgas- und/oder Brennstoff-Luft-Gemisch- Zufuhröffnung (110) für mindestens einen Brennraum, insbesondere für jeden  Guide sleeve at least one exhaust and / or fuel-air mixture supply port (110) for at least one combustion chamber, in particular for each
Brennraum, aufweist.  Combustion chamber, has.
17. Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, wobei 17. Internal combustion engine according to claim 16, wherein
in Radialrichtung um die mindestens eine Führungshülse (108) mindestens eine Steuerhülse (112) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Steuerhülse mindestens eine Abgas- und/oder Brennstoff- Luft-Gemisch- Zufuhröffnung (114) für mindestens einen Brennraum, insbesondere für jeden Brennraum, aufweist, wobei die  at least one control sleeve (112) is arranged in the radial direction about the at least one guide sleeve (108), the at least one control sleeve having at least one exhaust gas and / or fuel / air mixture feed opening (114) for at least one combustion chamber, in particular for each combustion chamber , wherein the
Brennkraftmaschine derart eingerichtet ist, dass sich für mindestens einen Brennraum die mindestens eine Abgas- und/oder Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhröffnung der Steuerhülse und die mindestens eine Abgas- und/oder Brennstoff-Luft-Gemisch- Zufuhröffnung der Führungshülse überscheiden können. Internal combustion engine is set up such that for at least one combustion chamber, the at least one exhaust and / or fuel-air mixture supply port of the control sleeve and the at least one exhaust and / or fuel-air mixture supply port of the guide sleeve can be different.
18. Brennkraftmaschine nach Anspruch 16 oder 17, wobei 18. Internal combustion engine according to claim 16 or 17, wherein
die mindestens eine Führungshülse und/oder die mindestens eine Steuerhülse um die Längsachse rotierbar sind.  the at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve are rotatable about the longitudinal axis.
19. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei 19. Internal combustion engine according to any one of claims 16 to 18, wherein
die mindestens eine Abgas- und/oder Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhröffnung der mindestens einen Führungshülse und der mindestens einen Steuerhülse derart angeordnet sind, dass im Betrieb mindestens zwei Brennräume zur gleichen Zeit sich in unterschiedlichen Takten befinden.  the at least one exhaust gas and / or fuel-air mixture feed opening of the at least one guide sleeve and the at least one control sleeve are arranged such that at least two combustion chambers are in different cycles at the same time during operation.
20. Brennkraftmaschine nach Anspruch 18 oder 19, wobei 20. Internal combustion engine according to claim 18 or 19, wherein
die mindestens eine Führungshülse und/oder die mindestens eine Steuerhülse derart mit der ersten und/oder der zweiten Kolbenstange (30, 216, 226) gekoppelt ist bzw. sind, um eine Drehung der ersten Kolbenstange und/oder der zweiten Kolbenstange um die eigene Achse auf eine Drehung mindestens einen Führungshülse und/oder der mindestens einen Steuerhülse um die eigene Achse zu übertragen.  the at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve is / are coupled to the first and / or the second piston rod (30, 216, 226) in such a way as to rotate the first piston rod and / or the second piston rod about their own axis to transfer to a rotation at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve about its own axis.
21. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüchen 16 bis 20, wobei 21. Internal combustion engine according to any one of claims 16 to 20, wherein
die mindestens eine Führungshülse und/oder die mindestens eine Steuerhülse in  the at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve in
Axialrichtung bewegbar sind.  Axial direction are movable.
22. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 21, umfassend 22. Internal combustion engine according to one of claims 16 to 21, comprising
mindestens einen Abgaskanal (18a, 18b, 28a, 28b) und mindestens einen Brennstoff- Luft-Gemisch-Zufuhrkanal (16a, 16b, 26a, 26b) für jeden Brennraum, wobei insbesondere der mindestens eine Abgaskanal und/oder der mindestens eine Brennstoff- Gemisch-Zufuhrkanal durch die Kolbenstange begrenzt ist bzw. sind.  at least one exhaust duct (18a, 18b, 28a, 28b) and at least one fuel-air mixture supply channel (16a, 16b, 26a, 26b) for each combustion chamber, wherein in particular the at least one exhaust duct and / or the at least one fuel mixture Supply channel is limited by the piston rod or are.
23. Brennkraftmaschine nach Anspruch 22, wobei 23. Internal combustion engine according to claim 22, wherein
der mindestens eine Fluidkanal, das Motorgehäuse, der mindestens eine Abgaskanal, der mindestens eine Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrkanal, mindestens eine Führungshülse und/oder die mindestens eine Steuerhülse derart ausgebildet sind, dass der mindestens eine Fluidkanal und/oder die mindestens eine Abgas- und/oder Brennstoff-Luft- Gemisch-Zufuhröffnung im Betrieb der Brennkraftmaschine zeitweilig eine erste Fluidverbindung zwischen dem Abgaskanal und dem Brennraum und zeitweilig eine zweite Fluidverbindung zwischen dem Brennstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrkanal und dem Brennraum herstellt. the at least one fluid channel, the motor housing, the at least one exhaust gas channel, the at least one fuel-air mixture supply channel, at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve are designed such that the at least one fluid channel and / or the at least one exhaust gas - And / or fuel-air mixture supply port during operation of the internal combustion engine temporarily establishes a first fluid connection between the exhaust passage and the combustion chamber and temporarily a second fluid connection between the fuel-air mixture supply passage and the combustion chamber.
24. Brennkraftmaschine nach Anspruch 23, wobei 24. Internal combustion engine according to claim 23, wherein
die Brennkraftmaschine derart eingerichtet ist, dass die erste und zweite  the internal combustion engine is set up such that the first and second
Fluidverbindung gleichzeitig oder zeitlich hintereinander herstellbar sind.  Fluid connection can be produced simultaneously or in time.
25. Brennkraftmaschine nach Anspruch 23 oder 24, wobei 25. Internal combustion engine according to claim 23 or 24, wherein
der gleiche Fluidkanal und/oder die gleiche Abgas- und/oder Brennstoff-Luft-Gemisch- Zufuhröffnung die erste Fluidverbindung und die zweite Fluidverbindung herstellt.  the same fluid passage and / or the same exhaust and / or fuel-air mixture supply port produces the first fluid connection and the second fluid connection.
26. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei 26. An internal combustion engine according to any one of claims 23 to 25, wherein
die erste Fluidverbindung bei mindestens einem ersten Drehwinkelbereich einer Drehung der Kolbenanordnung und die zweite Fluidverbindung bei mindestens einem zweiten Drehwinkelbereich einer Drehung der Kolbenanordnung hergestellt wird, wobei der mindestens eine erste Drehwinkelbereich und der mindestens eine zweite  the first fluid connection is made at at least a first rotation angle range of rotation of the piston assembly and the second fluid connection at at least a second rotation angle range of rotation of the piston assembly, wherein the at least one first rotation angle range and the at least one second rotation angle range
Drehwinkelbereich sich nicht überschneiden.  Rotation angle range do not overlap.
27. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei 27. Internal combustion engine according to any one of claims 15 to 26, wherein
die Brennkraftmaschine eine Viertakt-Brennkraftmaschine ist.  the internal combustion engine is a four-stroke internal combustion engine.
28. Brennkraftmaschine nach Anspruch 27, wobei 28. Internal combustion engine according to claim 27, wherein
die Brennkraftmaschine mindestens vier Brennräume und mindestens zwei Kolben umfasst, wobei die Fluidkanäle, die mindestens eine Führungshülse und/oder die mindestens eine Steuerhülse, derart ausgebildet sind, dass im Betrieb gleichzeitig jeder Takt mindestens einmal auftritt.  the internal combustion engine comprises at least four combustion chambers and at least two pistons, wherein the fluid channels, the at least one guide sleeve and / or the at least one control sleeve, are designed such that at the same time each pulse occurs at least once during operation.
29. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 28, wobei 29. Internal combustion engine according to any one of claims 15 to 28, wherein
mindestens ein erstes Führungselement an der ersten und/oder zweiten Kolbenstange und/oder der Kolbenmantelfläche und mindestens ein zweites Führungselement an dem Motorgehäuse angeordnet ist, wobei das erste Führungselement mit dem zweiten Führungselement derart zusammenwirkt, dass die Kolbenanordnung bei einer axialen Bewegung in eine Drehbewegung versetzbar ist.  at least one first guide element on the first and / or second piston rod and / or the piston skirt surface and at least one second guide element is arranged on the motor housing, wherein the first guide element cooperates with the second guide element such that the piston assembly in an axial movement in a rotational movement displaceable is.
30. Brennkraftmaschine nach Anspruch 29, wobei 30. Internal combustion engine according to claim 29, wherein
die zusammenwirkenden Führungselemente eine Nut und mindestens ein Vorsprung sind, wobei insbesondere der mindestens eine Vorsprung an Kolbenstange und/oder Kolbenmantelfläche angeordnet ist. the cooperating guide elements are a groove and at least one projection, wherein in particular the at least one projection on the piston rod and / or piston skirt surface is arranged.
31. Brennkraftmaschine nach Anspruch 30, wobei 31. Internal combustion engine according to claim 30, wherein
die mindestens eine Nut zwei Seitenwände aufweist, deren Abstand voneinander eine Breite der Nut definiert, wobei die Nut breiter als der Vorsprung ist, insbesondere mindestens doppelt so breit wie der Vorsprung, so dass der Vorsprung ohne Berührung der Seitenwände durch die Nut führbar ist.  the at least one groove has two side walls whose spacing from one another defines a width of the groove, the groove being wider than the projection, in particular at least twice as wide as the projection, so that the projection can be guided through the groove without contacting the side walls.
32. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 29 bis 31, wobei 32. Internal combustion engine according to any one of claims 29 to 31, wherein
die zusammenwirkenden Führungselemente ein Spulen und/oder Magnete eines Elektromotors sind.  the cooperating guide elements are coils and / or magnets of an electric motor.
33. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 29 bis 32, wobei 33. Internal combustion engine according to any one of claims 29 to 32, wherein
die zusammenwirkenden Führungselemente derart ausgebildet sind, dass im Betrieb eine vollständige Drehung der Kolbenanordnung nach vier Takten oder einem vielfachen von vier Takten erreicht wird.  the cooperating guide elements are designed such that in operation a complete rotation of the piston assembly is achieved after four cycles or a multiple of four cycles.
34. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 33, wobei 34. Internal combustion engine according to any one of claims 15 to 33, wherein
die mindestens eine brennraumseitigen Stirnfläche des mindestens einen Kolbens derart ausgebildet sind und zusammenwirken, dass im ordnungsgemäßen Betrieb eine vollständige Drehung der Kolbenanordnung nach vier Takten oder einem vielfachen von vier Takten erreicht wird.  the at least one combustion chamber-side end face of the at least one piston is designed and cooperates in such a way that, in proper operation, a complete rotation of the piston assembly is achieved after four cycles or a multiple of four cycles.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012008811A1 (en) 2012-04-25 2013-10-31 Bpg Beteiligungs Gmbh Heat engine for driving linear generator utilized to produce electrical power in e.g. smaller industries, has cylinder units enabling supply of combustible gas into and discharging of combustion residues from chamber of cylinders
JP2016522346A (en) * 2013-05-21 2016-07-28 ハン,キョン,ス 1-stroke internal combustion engine {ONE-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB292738A (en) * 1927-05-02 1928-06-28 Arthur Howard Wright Improvements in rotating cylinder engines
GB1111672A (en) * 1964-05-15 1968-05-01 Henry Girerd Improvements in or relating to reciprocating piston engines
DE2652228A1 (en) * 1976-11-16 1978-05-24 Ralph E Schreiber Free floating piston IC engine - has spiral linkage between piston and cylinder to produce rotary output
DE2747641A1 (en) * 1977-10-24 1979-05-03 Inteco Gmbh Two=stroke diesel engine gas generator - has compression piston integral with working piston each end, inside single housing
DE2827914A1 (en) * 1978-06-26 1980-01-10 Inteco Gmbh Free piston engine for gas prodn. - has rotary motion imposed on reciprocating pistons by rollers running in cylinder grooves, and preheating of combustion air
US4412418A (en) * 1979-11-26 1983-11-01 Sunpower, Inc. Hydrodynamic lubrication system for piston devices particularly Stirling engines
IT1170610B (en) * 1980-02-23 1987-06-03 Pierburg Gmbh & Co Kg IMPROVEMENT IN PISTON PUMPS
DE8020723U1 (en) * 1980-08-01 1981-10-08 Stelzer, Frank, 6069 Raunheim TWO-STROKE COMBUSTION ENGINE
US4366784A (en) * 1981-03-16 1983-01-04 Paul Brayton B Crankless cam driven piston engine
DE3518982A1 (en) * 1985-05-07 1986-11-13 Fred 5600 Wuppertal Nixdorf Two stroke internal combustion engine
DE3843207A1 (en) * 1988-12-22 1990-06-07 Hinger Klaus Juergen Prof Dr I Internal combustion engine
DE3843913A1 (en) * 1988-12-24 1990-07-05 Laing Karsten Heat increaser
GB9210139D0 (en) * 1992-05-12 1992-06-24 Fisher Hugh E Piston and cylinder devices
US5351657A (en) * 1992-09-28 1994-10-04 Buck Erik S Modular power unit
US6343575B1 (en) * 1997-10-14 2002-02-05 Carl Robert Deckard Rotating/reciprocating cylinder positive displacement device
GB0105570D0 (en) * 2001-03-07 2001-04-25 Rcv Engines Ltd A rotating cylinder valve engine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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