WO2014135200A1 - Combustion engine comprising a linear generator and a return spring - Google Patents

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WO2014135200A1
WO2014135200A1 PCT/EP2013/054407 EP2013054407W WO2014135200A1 WO 2014135200 A1 WO2014135200 A1 WO 2014135200A1 EP 2013054407 W EP2013054407 W EP 2013054407W WO 2014135200 A1 WO2014135200 A1 WO 2014135200A1
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combustion engine
internal combustion
electric machine
cylinder
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PCT/EP2013/054407
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Johannes Wollenberg
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B11/00Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type
    • F01B11/007Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type in which the movement in only one direction is obtained by a single acting piston motor, e.g. with actuation in the other direction by spring means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
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    • F01B23/10Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F02B63/041Linear electric generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1869Linear generators; sectional generators
    • H02K7/1876Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts
    • H02K7/1884Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts structurally associated with free piston engines

Definitions

  • the present invention relates to a Verbrennungskraftma ⁇ machine
  • a first piston of the internal combustion engine is guided linearly, so that the first piston oscillates in the first cylinder between a first top dead center and a first bottom dead center,
  • a first end face of the first piston a first combustion chamber of the internal combustion engine unilaterally be ⁇ limits.
  • the object of the present invention is to develop an internal combustion engine of the type mentioned in the further that it is compact, works reli ⁇ permeable and with high efficiency and is easily controlled operable.
  • the object is achieved by an internal combustion engine with the features of claim 1.
  • Advantageous Ausgestaltun ⁇ gene of the internal combustion engine according to the invention are Ge ⁇ subject matter of the dependent claims 2 to 10.
  • an internal combustion engine of the type initially mentioned is a ⁇ configured by
  • stator of the first electric machine is arranged on a lateral surface of the first cylinder
  • the internal combustion engine Due to the arrangement of the rotor and the stator of the first electric machine directly on the lateral surfaces of the first piston and the first cylinder, the internal combustion engine can be made very compact.
  • the bidirectional transmission of electrical energy between the stator of the first electric machine and the first converter unit enables in a simple manner a defined and optimized control of the movement of the first piston.
  • the first spring means comprise a non-variable and / or a variable Fe ⁇ derlander.
  • the two spring devices can alternatively be arranged next to one another or one behind the other.
  • the internal combustion engine has no further cylinder except the first cylinder and no other piston except the first piston.
  • the first piston operates as a rule in accordance with the two-stroke ⁇ principle.
  • a second piston of the internal combustion engine is guided linearly, so that the second piston oscillates in the first cylinder between a second top dead center and a second bottom dead center, - that a first end face of the second piston, the first combustion chamber of the internal combustion engine also one-sided limited,
  • stator of the second electric machine is arranged on the lateral surface of the first cylinder
  • the first spring device and the second spring device to have mutually different spring characteristics.
  • the first converter unit and the second converter unit are driven individually by one of the converter units common control device, so that the first piston is not moving pop u la ⁇ lig uniformly to the second flask.
  • the movement of the two pistons must be similar. In particular, the movements must have the same fundamental frequency. However, they can have a phase offset, possibly time-variable, with respect to one another. Thus, for example, despite a constant stroke of both pistons, a variable displacement can be effected. Also, as an alternative or in addition to a variation of the displacement, harmonics of the movements of the two pistons may be different from each other.
  • the second spring device may comprise a non-variable and / or a variable spring device, analogous to the first spring device. Again, the two spring devices may alternatively be arranged side by side or one behind the other.
  • first piston and the second piston may alternatively operate according to the two-stroke principle or according to the four-stroke principle.
  • an internal combustion engine has a first cylinder 1.
  • a first piston ben 2 of the internal combustion engine linearly guided.
  • the first piston 2 oscillates in the first cylinder 1 between a first top dead center OT1 and a first bottom dead center UT1.
  • a first end face 3 of the first piston 2 bounds a first combustion chamber 4 of the internal combustion engine on one side.
  • the first combustion chamber 4 of the internal combustion engine is limited by the first cylinder 1.
  • the first piston 2 has a cross section.
  • the cross section can be circular.
  • the cross section may for example be elliptical or oval. Other shapes are possible, for example, a polygonal cross-section, in particular with rounded corners.
  • the rotor 6 of a first electric machine is arranged on a lateral surface 5 of the first piston 2, the rotor 6 of a first electric machine is arranged.
  • the rotor 6 may include, for example, as shown in FIG 1 permanent magnets.
  • the first electric machine is designed as a permanently excited synchronous machine.
  • the rotor 6 could have a winding and the first electric machine thereby be configured as an electrically excited synchronous machine.
  • Wiede ⁇ rum alternatively, the first electric machine could be formed ⁇ example as an asynchronous machine. Other configurations are possible.
  • the Sta ⁇ tor 8 of the first electric machine is arranged on a lateral surface 7 of the first cylinder 1.
  • the stator 8 interacts electrically with the rotor 6 of the first electric machine.
  • the first cylinder 1 is preferably made of a non-magnetizable material, for example of aluminum or a sufficiently temperature-resistant plastic.
  • the stator 8 of the first electric machine is connected according to FIG. 1 to a first converter unit 9. Between the stator 8 of the first electric machine and the first Judge unit 9 can bidirectional electrical energy over ⁇ wear.
  • the first electric machine can thus - depending on the control of the first inverter unit 9 - alternatively be operated as a generator or as a motor.
  • the movement of the first piston 2 can be specifically delayed and accelerated , thereby optimizing fuel consumption, emissions and / or power output of the internal combustion engine.
  • the corresponding control of the first converter unit 9 is effected by a control device 10.
  • the first spring force Fl acts in such a way that the first piston 2 to the first combustion chamber 4 to be acted upon by the first spring force Fl, that the first piston 2, therefore, from ⁇ continuously from the bottom dead center UT1, is driven to the top dead center OT1 to.
  • the first spring means 12 can DIE sem purpose, a non-variable spring device 13 umfas ⁇ sen, for example a coil spring 13.
  • may comprise the first spring means 12 is a variable spring device 14, such as a gas spring 14.
  • the first spring means 12 both non-variable as well as a variable spring means 13, 14 include.
  • the non-variable Federein ⁇ direction 13 and the variable spring means 14 are arranged dressing the non-variable Federein ⁇ direction 13 and the variable spring means 14 are arranged dressing the variable spring means 14 .
  • a second piston 15 is linearly guided in the first cylinder 1.
  • the second piston 15 oscillates - analogous to the first piston 2 - between a second upper Dead center OT2 and a second bottom dead center UT2.
  • first the (common) combustion chamber 4 of the internal combustion engine of Figure 2 unilaterally.
  • the rotor 18 of the second electric machine may be formed in the same manner as or otherwise than the rotor 6 of the first electric machine.
  • the stator 19 of the second electric machine is arranged wei ⁇ terhin.
  • the stator 19 of the second electric machine interacts electrically with the rotor 18 of the second electric machine, analogous to the interaction of the stator 8 and the rotor 6 of the first electric machine.
  • the stator 19 of the second electric machine is connected to a second converter unit 20.
  • electrical power can be transmitted bidirectionally between the stator 19 of the second electric machine and the second converter unit 20.
  • the second electric machine can thus - depending on the control of the second converter unit 20 - alternatively be operated as a generator or as a motor.
  • the controller 10 also controls the second inverter unit 20.
  • the first converter unit 9 and the second order ⁇ inverter unit 20 are thus driven by a common control device 10th Analogous to the first piston 2 and the second piston 15, a second end face 21 of the second piston 15 is acted upon by ei ⁇ ner second spring means 22 to the first combustion chamber 4 to a second spring force F2.
  • the above ⁇ statements on the first spring means 12 are analogously applicable.
  • the second spring device 22 may comprise a non-variable and / or a variable spring device 23, 24 analogous to the first spring device 12, for example a spiral spring 23 and / or a gas spring 24.
  • first spring device 12 and the second spring device 22 have the same spring characteristics. Alternatively, however, it is also possible for the first spring device 12 and the second spring device 22 to have mutually different spring characteristics. As a result, it is possible in particular to set different natural oscillation modes from one another.
  • the internal combustion engine has a second cylinder 25.
  • a second piston 26 of the internal combustion engine is guided linearly.
  • the second piston 26 is mechanically coupled via a coupling device K with the first piston 2. This ensures that the first piston 2 and the second piston 26 always move uniformly.
  • the second piston 26 thus oscillates, as does the first piston 2, between the first top dead center OT1 and the first bottom dead center UT1.
  • a first end face 27 of the second piston 26 defines a second combustion chamber 28 on one side.
  • the other sides of the second combustion chamber 28 are ⁇ limited - analogous to the first combustion chamber 4 - from the second cylinder 25.
  • a second electric machine On a lateral surface 29 of the second piston 26 of the Läu ⁇ fer 30 a second electric machine is arranged.
  • the rotor 30 of the second electric machine can - analogously to the rotor 18 of the second electric machine of FIG. 2 - be designed in the same way as or in another way as the rotor 6 of the first electric machine.
  • the stator 32 of the second electric machine On a lateral surface 31 of the second cylinder 25, the stator 32 of the second electric machine is arranged. Analogously to the second electric machine of FIG. 2, the stator 32 and the rotor 30 of the second electric machine interact electrically.
  • the stator 32 of the second electric machine is connected to a second inverter unit 33 analogously to the stator 19 of the second electric machine of FIG. 2 so that bidirectional electric power is provided between the stator 32 of the second electric machine of FIG. 3 and the second inverter unit 33 of FIG energy can be übertra ⁇ gen.
  • the first piston 2 operates generally in accordance with the two stroke principle ⁇ .
  • the first piston 2 and the second piston 15 generally work according to the two-stroke principle.
  • the arrows in the first combustion chamber 4 into and out of the first combustion chamber 4 are to indicate in Figures 1 and 2, the influx of fresh gas and the effluent of exhaust gas.
  • the first piston 2 and the second piston 26 may operate according to the two-stroke principle. If, in the embodiment of the internal combustion engine according to FIG. 3, the working shafts of the first and second pistons 2, 26 alternate However, the internal combustion engine of FIG 3 alternatively work according to the four-stroke principle.
  • This detection can be done for example by means of a magnetic or optical linear measuring system. Other detection ⁇ options are given.
  • the present invention has many advantages.
  • the spring-assisted return of the first piston 2 and possibly also the second piston 15, 26 to the respective top dead center OT1, OT2 to the required peak power of the first electric machine and possibly also the second electric machine can be significantly reduced ⁇ , Nevertheless, an optimization of the combustion process can take place by appropriate activation of the first converter unit 9 and possibly also of the second converter unit 20, 33.

Abstract

The invention relates to a combustion engine comprising a cylinder (1), in which a piston (2) of the combustion engine is linearly displaceable. The piston (2) oscillates in the cylinder (1) between a top dead centre (OT1) and a bottom dead centre (UT1). A first end face (3) of the piston (2) delimits a combustion chamber (4) of the combustion engine on one side. The rotor (6) of an electric machine is positioned on the outer surface (5) of the piston (2) and the stator (8) of the electric machine is positioned on the outer surface (7) of the cylinder (1). The stator (8) of the electric machine interacts electrically with the rotor (6) of said machine. The stator (8) of the electric machine is connected to a converter unit (9) in order to transmit electric energy bi-directionally. A spring force (F1) acting in the direction of the combustion chamber (4) is applied to a second end face (11) of the piston (2) by means of a spring device (12).

Description

Beschreibung description
Verbrennungskraftmaschine mit Lineargenerator und Rückholfe¬ der Internal combustion engine with linear generator and Rückholfe ¬ the
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftma¬ schine, The present invention relates to a Verbrennungskraftma ¬ machine,
- wobei die Verbrennungskraftmaschine einen ersten Zylinder aufweist,  wherein the internal combustion engine has a first cylinder,
- wobei in dem ersten Zylinder ein erster Kolben der Verbrennungskraftmaschine linear geführt ist, so dass der erste Kolben in dem ersten Zylinder zwischen einem ersten oberen Totpunkt und einem ersten unteren Totpunkt oszilliert,wherein in the first cylinder, a first piston of the internal combustion engine is guided linearly, so that the first piston oscillates in the first cylinder between a first top dead center and a first bottom dead center,
- wobei eine erste Stirnfläche des ersten Kolbens einen ers- ten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einseitig be¬ grenzt . - Wherein a first end face of the first piston a first combustion chamber of the internal combustion engine unilaterally be ¬ limits.
Derartige Verbrennungskraftmaschinen sind allgemein bekannt. Insbesondere arbeitet jeder übliche Automotor nach diesem Prinzip. Such internal combustion engines are well known. In particular, every common car engine works on this principle.
Bei einer üblichen Verbrennungskraftmaschine wird die Linear¬ bewegung des Kolbens mittels einer Kurbelwelle in eine rota¬ torische Bewegung umgewandelt. Es ist jedoch ebenfalls be- reits bekannt, die Linearbewegung des Kolbens direkt zu nut¬ zen, beispielsweise zur Erzeugung elektrischer Energie. Rein beispielhaft wird auf die US 2 900 592 A oder auf den Eintrag „Freikolbenmaschine" in der deutschen Wikipedia (Ausdruck vom 02. November 2012) verwiesen. In a conventional internal combustion engine, the linear ¬ movement of the piston is converted by means of a crankshaft in a rota ¬ toric movement. However, it is also already known loading, the linear movement of the piston directly to the nut ¬ zen, for example, for generating electrical energy. For example, reference is made to US Pat. No. 2,900,592 A or to the entry "free piston machine" in German Wikipedia (printed on 02 November 2012).
Die Verwendung einer Freikolbenmaschine zur Erzeugung elekt¬ rischer Energie bietet aufgrund des Umstands, dass eine Um¬ setzung der Linearbewegung des Kolbens in eine rotatorische Bewegung entfällt, das Potenzial eines einfachen Aufbaus und eines guten Wirkungsgrades. Dem stehen als Nachteile gegen¬ über, dass die Bewegung des Kolbens mittels einer aufwändigen Regelung stabilisiert werden muss und dass die extrem hohen Beschleunigungen des Kolbens den Verbrennungsvorgang beim Arbeitshub negativ beeinflussen können. The use of a free-piston machine for generating electric ¬ cal energy offers due to the fact that a Um ¬ tion of the linear movement of the piston is omitted in a rotational movement, the potential of a simple structure and a good efficiency. This is against as disadvantages against ¬ that the movement of the piston must be stabilized by means of a complex scheme and that the extremely high Accelerations of the piston can adversely affect the combustion process during the power stroke.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass sie kompakt aufgebaut ist, zuver¬ lässig und mit hohem Wirkungsgrad arbeitet und auf einfache Weise geregelt betreibbar ist. Die Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun¬ gen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind Ge¬ genstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10. Erfindungsgemäß wird eine Verbrennungskraftmaschine der ein¬ gangs genannten Art dadurch ausgestaltet, The object of the present invention is to develop an internal combustion engine of the type mentioned in the further that it is compact, works reli ¬ permeable and with high efficiency and is easily controlled operable. The object is achieved by an internal combustion engine with the features of claim 1. Advantageous Ausgestaltun ¬ gene of the internal combustion engine according to the invention are Ge ¬ subject matter of the dependent claims 2 to 10. According to the invention an internal combustion engine of the type initially mentioned is a ¬ configured by
- dass auf einer Mantelfläche des ersten Kolbens der Läufer einer ersten elektrischen Maschine angeordnet ist,  that the rotor of a first electric machine is arranged on a lateral surface of the first piston,
- dass auf einer Mantelfläche des ersten Zylinders der Stator der ersten elektrischen Maschine angeordnet ist,  that the stator of the first electric machine is arranged on a lateral surface of the first cylinder,
- dass der Stator der ersten elektrischen Maschine mit dem Läufer der ersten elektrischen Maschine elektrisch zusammenwirkt,  - That the stator of the first electric machine electrically interacts with the rotor of the first electric machine,
- dass der Stator der ersten elektrischen Maschine zur bidi- rektionalen Übertragung elektrischer Energie mit einer ersten Umrichtereinheit verbunden ist und  - That the stator of the first electric machine for bidirectional transmission of electrical energy is connected to a first inverter unit and
- dass eine zweite Stirnfläche des ersten Kolbens mittels ei¬ ner ersten Federeinrichtung auf den ersten Brennraum zu mit einer ersten Federkraft beaufschlagt ist. - That a second end face of the first piston is acted upon by ei ¬ ner first spring means on the first combustion chamber to a first spring force.
Aufgrund der Anordnung des Läufers und des Stators der ersten elektrischen Maschine unmittelbar auf den Mantelflächen des ersten Kolbens bzw. des ersten Zylinders kann die Verbrennungskraftmaschine sehr kompakt gestaltet werden. Die bidi- rektionale Übertragung elektrischer Energie zwischen dem Stator der ersten elektrischen Maschine und der ersten Umrichtereinheit ermöglicht auf einfache Weise eine definierte und optimierte Steuerung der Bewegung des ersten Kolbens. Auf- grund der Beaufschlagung der zweiten Stirnfläche des ersten Kolbens mit der ersten Federkraft können Belastungsspitzen der elektrischen Komponenten der Verbrennungskraftmaschine minimiert werden. Due to the arrangement of the rotor and the stator of the first electric machine directly on the lateral surfaces of the first piston and the first cylinder, the internal combustion engine can be made very compact. The bidirectional transmission of electrical energy between the stator of the first electric machine and the first converter unit enables in a simple manner a defined and optimized control of the movement of the first piston. On- Due to the loading of the second end face of the first piston with the first spring force load peaks of the electrical components of the internal combustion engine can be minimized.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die erste Federeinrichtung eine nicht variierbare und/oder eine variierbare Fe¬ dereinrichtung umfassen. Im Falle des Vorhandenseins sowohl der nicht variierbaren als auch der variierbaren Federein- richtung können die beiden Federeinrichtungen alternativ nebeneinander oder hintereinander angeordnet sein. In a preferred embodiment, the first spring means comprise a non-variable and / or a variable Fe ¬ dereinrichtung. In the case of the presence of both the non-variable and the variable spring device, the two spring devices can alternatively be arranged next to one another or one behind the other.
Im einfachsten Fall weist die Verbrennungskraftmaschine außer dem ersten Zylinder keinen weiteren Zylinder und außer dem ersten Kolben keinen weiteren Kolben auf. In diesem Fall arbeitet der erste Kolben in aller Regel gemäß dem Zweitakt¬ prinzip . In the simplest case, the internal combustion engine has no further cylinder except the first cylinder and no other piston except the first piston. In this case, the first piston operates as a rule in accordance with the two-stroke ¬ principle.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ver- brennungskraftmaschine ist vorgesehen, In a preferred embodiment of the inventive combustion engine is provided,
- dass in dem ersten Zylinder ein zweiter Kolben der Verbrennungskraftmaschine linear geführt ist, so dass der zweite Kolben in dem ersten Zylinder zwischen einem zweiten oberen Totpunkt und einem zweiten unteren Totpunkt oszilliert, - dass eine erste Stirnfläche des zweiten Kolbens den ersten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine ebenfalls einseitig begrenzt,  - That in the first cylinder, a second piston of the internal combustion engine is guided linearly, so that the second piston oscillates in the first cylinder between a second top dead center and a second bottom dead center, - that a first end face of the second piston, the first combustion chamber of the internal combustion engine also one-sided limited,
- dass auf einer Mantelfläche des zweiten Kolbens der Läufer einer zweiten elektrischen Maschine angeordnet ist,  that the rotor of a second electric machine is arranged on a lateral surface of the second piston,
- dass auf der Mantelfläche des ersten Zylinders der Stator der zweiten elektrischen Maschine angeordnet ist, that the stator of the second electric machine is arranged on the lateral surface of the first cylinder,
- dass der Stator der zweiten elektrischen Maschine mit dem Läufer der zweiten elektrischen Maschine elektrisch zusammenwirkt,  - That the stator of the second electric machine electrically interacts with the rotor of the second electric machine,
- dass der Stator der zweiten elektrischen Maschine zur bidirektionalen Übertragung elektrischer Energie mit einer zweiten Umrichtereinheit verbunden ist und - dass eine zweite Stirnfläche des zweiten Kolbens mittels einer zweiten Federeinrichtung auf den ersten Brennraum zu mit einer zweiten Federkraft beaufschlagt ist. Diese Ausgestaltung bietet verschiedene Variationsmöglichkei¬ ten . - That the stator of the second electric machine for bidirectional transmission of electrical energy is connected to a second inverter unit and - That a second end face of the second piston is acted upon by a second spring means on the first combustion chamber to a second spring force. This configuration offers several Variationsmöglichkei ¬ th.
So ist es bei dieser Ausgestaltung beispielsweise möglich, dass die erste Federeinrichtung und die zweite Federeinrich- tung voneinander verschiedene Federcharakteristiken aufweisen . For example, in this configuration it is possible for the first spring device and the second spring device to have mutually different spring characteristics.
Alternativ oder zusätzlich zum Einsatz voneinander verschiedene Federcharakteristiken ist es möglich, dass die erste Um- richtereinheit und die zweite Umrichtereinheit von einer den Umrichtereinheiten gemeinsamen Steuereinrichtung individuell angesteuert werden, so dass der erste Kolben sich nicht völ¬ lig gleichförmig zum zweiten Kolben bewegt. Die Bewegung der beiden Kolben muss zwar ähnlich sein. Insbesondere müssen die Bewegungen die gleiche Grundfrequenz aufweisen. Sie können jedoch einen - gegebenenfalls zeitvariablen - Phasenversatz gegeneinander aufweisen. Damit kann beispielsweise trotz eines konstanten Hubs beider Kolben ein variabler Hubraum bewirkt werden. Auch können - alternativ oder zusätzlich zu ei- ner Variierung des Hubraums - Oberschwingungen der Bewegungen der beiden Kolben voneinander verschieden sein. Alternatively, or in addition to use mutually different spring characteristics, it is possible that the first converter unit and the second converter unit are driven individually by one of the converter units common control device, so that the first piston is not moving pop u la ¬ lig uniformly to the second flask. The movement of the two pistons must be similar. In particular, the movements must have the same fundamental frequency. However, they can have a phase offset, possibly time-variable, with respect to one another. Thus, for example, despite a constant stroke of both pistons, a variable displacement can be effected. Also, as an alternative or in addition to a variation of the displacement, harmonics of the movements of the two pistons may be different from each other.
Die zweite Federeinrichtung kann - analog zur ersten Federeinrichtung - eine nicht variierbare und/oder eine variierba- re Federeinrichtung umfassen. Auch hier können die beiden Federeinrichtungen alternativ nebeneinander oder hintereinander angeordnet sein. The second spring device may comprise a non-variable and / or a variable spring device, analogous to the first spring device. Again, the two spring devices may alternatively be arranged side by side or one behind the other.
Bei der oben stehend erläuterten Ausgestaltung - einschließ- lieh ihrer Variationsmöglichkeiten - arbeiten der erste Kolben und der zweite Kolben in aller Regel ebenfalls gemäß dem Zweitaktprinzip . In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist vorgesehen, In the above-explained embodiment - including their possible variations - the first piston and the second piston usually also work according to the two-stroke principle. In a further preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention is provided
- dass die Verbrennungskraftmaschine einen zweiten Zylinder aufweist,  that the internal combustion engine has a second cylinder,
- dass in dem zweiten Zylinder ein zweiter Kolben der Verbrennungskraftmaschine linear geführt ist, that in the second cylinder, a second piston of the internal combustion engine is linearly guided,
- dass der zweite Kolben mit dem ersten Kolben mechanisch gekoppelt ist, so dass der erste Kolben und der zweite Kolben sich stets gleichförmig bewegen,  - That the second piston is mechanically coupled to the first piston, so that the first piston and the second piston always move uniformly,
- dass eine erste Stirnfläche des zweiten Kolbens einen zwei¬ ten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einseitig be¬ grenzt, - That a first end face of the second piston, a two ¬ th combustion chamber of the internal combustion engine unilaterally be ¬ limits,
- dass auf einer Mantelfläche des zweiten Kolbens der Läufer einer zweiten elektrischen Maschine angeordnet ist,  that the rotor of a second electric machine is arranged on a lateral surface of the second piston,
- dass auf einer Mantelfläche des zweiten Zylinders der Sta¬ tor der zweiten elektrischen Maschine angeordnet ist,- that the second electrical machine is disposed on a lateral surface of the second cylinder of the Sta ¬ gate,
- dass der Stator der zweiten elektrischen Maschine mit dem Läufer der zweiten elektrischen Maschine elektrisch zusammenwirkt und - That the stator of the second electric machine electrically cooperates with the rotor of the second electric machine, and
- dass der Stator der zweiten elektrischen Maschine zur bidirektionalen Übertragung elektrischer Energie mit einer zweiten Umrichtereinheit verbunden ist. - That the stator of the second electric machine for bidirectional transmission of electrical energy is connected to a second inverter unit.
Bei dieser Ausgestaltung können der erste Kolben und der zweite Kolben alternativ gemäß dem Zweitaktprinzip oder gemäß dem Viertaktprinzip arbeiten. In this embodiment, the first piston and the second piston may alternatively operate according to the two-stroke principle or according to the four-stroke principle.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung: FIG 1 bis 3 je eine Verbrennungskraftmaschine. The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in more detail in conjunction with the drawings. 1 to 3 each show an internal combustion engine.
Gemäß FIG 1 weist eine Verbrennungskraftmaschine einen ersten Zylinder 1 auf. In dem ersten Zylinder 1 ist ein erster Kol- ben 2 der Verbrennungskraftmaschine linear geführt. Der erste Kolben 2 oszilliert in dem ersten Zylinder 1 zwischen einem ersten oberen Totpunkt OT1 und einem ersten unteren Totpunkt UT1. Eine erste Stirnfläche 3 des ersten Kolbens 2 begrenzt einen ersten Brennraum 4 der Verbrennungskraftmaschine einseitig. Im Übrigen wird der erste Brennraum 4 der Verbrennungskraftmaschine vom ersten Zylinder 1 begrenzt. According to FIG. 1, an internal combustion engine has a first cylinder 1. In the first cylinder 1, a first piston ben 2 of the internal combustion engine linearly guided. The first piston 2 oscillates in the first cylinder 1 between a first top dead center OT1 and a first bottom dead center UT1. A first end face 3 of the first piston 2 bounds a first combustion chamber 4 of the internal combustion engine on one side. Incidentally, the first combustion chamber 4 of the internal combustion engine is limited by the first cylinder 1.
Der erste Kolben 2 weist einen Querschnitt auf. Der Quer- schnitt kann kreisförmig sein. Alternativ kann der Querschnitt beispielsweise elliptisch oder oval sein. Auch andere Formen sind möglich, beispielsweise ein polygonaler Querschnitt, insbesondere mit abgerundeten Ecken. Auf einer Mantelfläche 5 des ersten Kolbens 2 ist der Läufer 6 einer ersten elektrischen Maschine angeordnet. Der Läufer 6 kann beispielsweise entsprechend der Darstellung in FIG 1 Permanentmagnete umfassen. In diesem Fall ist die erste elektrische Maschine als permanent erregte Synchronmaschine ausgebildet. Alternativ könnte der Läufer 6 eine Wicklung aufweisen und die erste elektrische Maschine dadurch als elektrisch erregte Synchronmaschine ausgebildet sein. Wiede¬ rum alternativ könnte die erste elektrische Maschine bei¬ spielsweise als Asynchronmaschine ausgebildet sein. Auch an- dere Ausgestaltungen sind möglich. The first piston 2 has a cross section. The cross section can be circular. Alternatively, the cross section may for example be elliptical or oval. Other shapes are possible, for example, a polygonal cross-section, in particular with rounded corners. On a lateral surface 5 of the first piston 2, the rotor 6 of a first electric machine is arranged. The rotor 6 may include, for example, as shown in FIG 1 permanent magnets. In this case, the first electric machine is designed as a permanently excited synchronous machine. Alternatively, the rotor 6 could have a winding and the first electric machine thereby be configured as an electrically excited synchronous machine. Wiede ¬ rum alternatively, the first electric machine could be formed ¬ example as an asynchronous machine. Other configurations are possible.
Auf einer Mantelfläche 7 des ersten Zylinders 1 ist der Sta¬ tor 8 der ersten elektrischen Maschine angeordnet. Der Stator 8 wirkt mit dem Läufer 6 der ersten elektrischen Maschine elektrisch zusammen. Zumindest in diesem Bereich - d.h. in demjenigen Bereich, in welchem der Stator 8 angeordnet ist - besteht der erste Zylinder 1 vorzugsweise aus einem nicht magnetisierbaren Material, beispielsweise aus Aluminium oder einem hinreichend temperaturfesten Kunststoff. On a lateral surface 7 of the first cylinder 1, the Sta ¬ tor 8 of the first electric machine is arranged. The stator 8 interacts electrically with the rotor 6 of the first electric machine. At least in this area - ie in the area in which the stator 8 is arranged - the first cylinder 1 is preferably made of a non-magnetizable material, for example of aluminum or a sufficiently temperature-resistant plastic.
Der Stator 8 der ersten elektrischen Maschine ist gemäß FIG 1 mit einer ersten Umrichtereinheit 9 verbunden. Zwischen dem Stator 8 der ersten elektrischen Maschine und der ersten Um- richtereinheit 9 kann bidirektional elektrische Energie über¬ tragen werden. Die erste elektrische Maschine kann somit - je nach Ansteuerung der ersten Umrichtereinheit 9 - alternativ als Generator oder als Motor betrieben werden. Dadurch kann insbesondere während des Arbeitshubes des ersten Kolbens 2 die Bewegung des ersten Kolbens 2 gezielt verzögert und be¬ schleunigt werden, um dadurch Kraftstoffverbrauch, Emissionen und/oder Leistungsausbeute der Verbrennungskraftmaschine zu optimieren. Die entsprechende Steuerung der ersten Umrichter- einheit 9 erfolgt durch eine Steuereinrichtung 10. The stator 8 of the first electric machine is connected according to FIG. 1 to a first converter unit 9. Between the stator 8 of the first electric machine and the first Judge unit 9 can bidirectional electrical energy over ¬ wear. The first electric machine can thus - depending on the control of the first inverter unit 9 - alternatively be operated as a generator or as a motor. As a result, in particular during the working stroke of the first piston 2, the movement of the first piston 2 can be specifically delayed and accelerated , thereby optimizing fuel consumption, emissions and / or power output of the internal combustion engine. The corresponding control of the first converter unit 9 is effected by a control device 10.
Eine der ersten Stirnfläche 3 gegenüberliegende zweite Stirn¬ fläche 11 des ersten Kolbens 2 ist mittels einer ersten Fe¬ dereinrichtung 12 mit einer ersten Federkraft Fl beauf- schlagt. Die erste Federkraft Fl wirkt derart, dass der erste Kolben 2 auf den ersten Brennraum 4 zu mit der ersten Federkraft Fl beaufschlagt ist, dass der erste Kolben 2 also, aus¬ gehend vom unteren Totpunkt UT1, auf den oberen Totpunkt OT1 zu getrieben wird. Die erste Federeinrichtung 12 kann zu die- sem Zweck eine nicht variierbare Federeinrichtung 13 umfas¬ sen, beispielsweise eine Spiralfeder 13. Alternativ kann die erste Federeinrichtung 12 eine variierbare Federeinrichtung 14 umfassen, beispielsweise eine Gasfeder 14. Wiederum alternativ kann die erste Federeinrichtung 12 sowohl eine nicht variierbare als auch eine variierbare Federeinrichtung 13, 14 umfassen. Gemäß FIG 1 sind die nicht variierbare Federein¬ richtung 13 und die variierbare Federeinrichtung 14 nebenei¬ nander angeordnet. Alternativ könnten sie hintereinander angeordnet sein. One of the first end face 3 opposite second end ¬ surface 11 of the first piston 2 is acted upon by a first Fe ¬ dereinrichtung 12 having a first spring force Fl. The first spring force Fl acts in such a way that the first piston 2 to the first combustion chamber 4 to be acted upon by the first spring force Fl, that the first piston 2, therefore, from ¬ continuously from the bottom dead center UT1, is driven to the top dead center OT1 to. The first spring means 12 can DIE sem purpose, a non-variable spring device 13 umfas ¬ sen, for example a coil spring 13. Alternatively, may comprise the first spring means 12 is a variable spring device 14, such as a gas spring 14. Again, alternatively, the first spring means 12 both non-variable as well as a variable spring means 13, 14 include. According to FIG 1, the non-variable Federein ¬ direction 13 and the variable spring means 14 are arranged nebenei ¬ Nander. Alternatively, they could be arranged one behind the other.
Die Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine gemäß FIG 2 baut auf der Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine ge¬ mäß FIG 1 auf. Nachstehend werden daher nur die zusätzlichen Ausgestaltungen näher erläutert. The configuration of the internal combustion engine of Figure 2 is based on the configuration of the internal combustion engine ge ¬ Mäss Fig. 1 Below, therefore, only the additional embodiments are explained in detail.
Gemäß FIG 2 ist in dem ersten Zylinder 1 zusätzlich ein zweiter Kolben 15 linear geführt. Der zweite Kolben 15 oszilliert - analog zum ersten Kolben 2 - zwischen einem zweiten oberen Totpunkt OT2 und einem zweiten unteren Totpunkt UT2. Ebenfalls analog zum ersten Kolben 2 begrenzt eine erste Stirn¬ fläche 16 des zweiten Kolbens 15 den (gemeinsamen) ersten Brennraum 4 der Verbrennungskraftmaschine von FIG 2 einsei- tig. Auf einer Mantelfläche 17 des zweiten Kolbens 15 ist der Läufer 18 einer zweiten elektrischen Maschine angeordnet. Der Läufer 18 der zweiten elektrischen Maschine kann auf die gleiche Art und Weise wie oder auf andere Art und Weise als der Läufer 6 der ersten elektrischen Maschine ausgebildet sein. Auf der Mantelfläche 7 des ersten Zylinders 1 ist wei¬ terhin der Stator 19 der zweiten elektrischen Maschine angeordnet. Der Stators 19 der zweiten elektrischen Maschine wirkt mit dem Läufer 18 der zweiten elektrischen Maschine elektrisch zusammen, analog zum Zusammenwirken des Stators 8 und des Läufers 6 der ersten elektrischen Maschine. Der Sta¬ tor 19 der zweiten elektrischen Maschine ist mit einer zweiten Umrichtereinheit 20 verbunden. Ebenso wie bei der ersten Umrichtereinheit 9 kann zwischen dem Stator 19 der zweiten elektrischen Maschine und der zweiten Umrichtereinheit 20 bi- direktional elektrische Energie übertragen werden. Auch die zweite elektrische Maschine kann somit - je nach Ansteuerung der zweiten Umrichtereinheit 20 - alternativ als Generator oder als Motor betrieben werden. Die Steuereinrichtung 10 steuert auch die zweite Umrichtereinheit 20. Die erste Umrichtereinheit 9 und die zweite Um¬ richtereinheit 20 werden somit von einer gemeinsamen Steuereinrichtung 10 angesteuert. Analog zum ersten Kolben 2 ist auch beim zweiten Kolben 15 eine zweite Stirnfläche 21 des zweiten Kolbens 15 mittels ei¬ ner zweiten Federeinrichtung 22 auf den ersten Brennraum 4 zu mit einer zweiten Federkraft F2 beaufschlagt. Die obenstehen¬ den Ausführungen zur ersten Federeinrichtung 12 sind analog anwendbar. Insbesondere kann die zweite Federeinrichtung 22 analog zur ersten Federeinrichtung 12 eine nicht variierbare und/oder eine variierbare Federeinrichtung 23, 24 umfassen, beispielsweise eine Spiralfeder 23 und/oder eine Gasfeder 24. Auch hier ist im Falle des Vorhandenseins beider Federein¬ richtungen 23, 24 alternativ eine Anordnung der nicht variierbaren und der variierbaren Federeinrichtung 23, 24 nebeneinander oder hintereinander möglich. According to FIG 2, in addition, a second piston 15 is linearly guided in the first cylinder 1. The second piston 15 oscillates - analogous to the first piston 2 - between a second upper Dead center OT2 and a second bottom dead center UT2. Also similarly to the first piston 2 defines a first end ¬ surface 16 of the second piston 15, first the (common) combustion chamber 4 of the internal combustion engine of Figure 2 unilaterally. On a lateral surface 17 of the second piston 15, the rotor 18 of a second electric machine is arranged. The rotor 18 of the second electric machine may be formed in the same manner as or otherwise than the rotor 6 of the first electric machine. On the lateral surface 7 of the first cylinder 1, the stator 19 of the second electric machine is arranged wei ¬ terhin. The stator 19 of the second electric machine interacts electrically with the rotor 18 of the second electric machine, analogous to the interaction of the stator 8 and the rotor 6 of the first electric machine. The stator 19 of the second electric machine is connected to a second converter unit 20. As with the first converter unit 9, electrical power can be transmitted bidirectionally between the stator 19 of the second electric machine and the second converter unit 20. Also, the second electric machine can thus - depending on the control of the second converter unit 20 - alternatively be operated as a generator or as a motor. The controller 10 also controls the second inverter unit 20. The first converter unit 9 and the second order ¬ inverter unit 20 are thus driven by a common control device 10th Analogous to the first piston 2 and the second piston 15, a second end face 21 of the second piston 15 is acted upon by ei ¬ ner second spring means 22 to the first combustion chamber 4 to a second spring force F2. The above ¬ statements on the first spring means 12 are analogously applicable. In particular, the second spring device 22 may comprise a non-variable and / or a variable spring device 23, 24 analogous to the first spring device 12, for example a spiral spring 23 and / or a gas spring 24. Again, in the case of the presence of both Federein ¬ directions 23, 24 alternatively, an arrangement of the non-variable and the variable spring means 23, 24 next to each other or in succession possible.
Es ist möglich, dass die erste Federeinrichtung 12 und die zweite Federeinrichtung 22 gleiche Federcharakteristiken aufweisen. Alternativ ist es jedoch ebenso möglich, dass die erste Federeinrichtung 12 und die zweite Federeinrichtung 22 voneinander verschiedene Federcharakteristiken aufweisen. Dadurch können insbesondere voneinander verschiedene Eigenschwingungsmodi eingestellt werden. It is possible that the first spring device 12 and the second spring device 22 have the same spring characteristics. Alternatively, however, it is also possible for the first spring device 12 and the second spring device 22 to have mutually different spring characteristics. As a result, it is possible in particular to set different natural oscillation modes from one another.
Analog zur Verwendung gleicher Federcharakteristiken ist es möglich, die erste Umrichtereinheit 9 und die zweite Umrich¬ tereinheit 20 gleichartig anzusteuern. Alternativ ist es je¬ doch möglich, dass die erste Umrichtereinheit 9 und die zwei¬ te Umrichtereinheit 20 von der Steuereinrichtung 10 individu¬ ell angesteuert werden. Dadurch kann insbesondere bewirkt werden, dass der erste Kolben 2 sich nicht völlig gleichförmig zum zweiten Kolben 15 bewegt. Analogous to the use of the same spring characteristics, it is possible to control the first power converter unit 9 and the second Umrich ¬ tereinheit 20 similarly. Alternatively, it is possible, depending ¬ but that the first converter unit 9 and the two ¬ te inverter unit are controlled individu ¬ ell 20 of the control device 10th This can in particular be effected that the first piston 2 does not move completely uniformly to the second piston 15.
Auch die Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine gemäß FIG 3 baut auf der Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschi- ne gemäß FIG 1 auf. Nachstehend werden daher nur die zusätz¬ lichen Ausgestaltungen näher erläutert. The design of the internal combustion engine according to FIG 3 is based on the design of Verbrennungskraftmaschi- ne according to FIG 1. Below, therefore, only the additional ¬ union embodiments are explained in detail.
Bei der Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine gemäß FIG 3 weist die Verbrennungskraftmaschine einen zweiten Zylinder 25 auf. In dem zweiten Zylinder 25 ist ein zweiter Kolben 26 der Verbrennungskraftmaschine linear geführt. Bei der Ver¬ brennungskraftmaschine gemäß FIG 3 ist der zweite Kolben 26 über eine Kupplungseinrichtung K mit dem ersten Kolben 2 mechanisch gekoppelt. Dadurch ist gewährleistet, dass der erste Kolben 2 und der zweite Kolben 26 sich stets gleichförmig bewegen. Der zweite Kolben 26 oszilliert somit ebenso wie der erste Kolben 2 zwischen dem ersten oberen Totpunkt OT1 und dem ersten unteren Totpunkt UT1. Eine erste Stirnfläche 27 des zweiten Kolbens 26 begrenzt einen zweiten Brennraum 28 einseitig. Die anderen Seiten des zweiten Brennraums 28 wer¬ den - analog zum ersten Brennraum 4 - vom zweiten Zylinder 25 begrenzt . In the embodiment of the internal combustion engine according to FIG. 3, the internal combustion engine has a second cylinder 25. In the second cylinder 25, a second piston 26 of the internal combustion engine is guided linearly. In the Ver ¬ combustion engine according to FIG 3, the second piston 26 is mechanically coupled via a coupling device K with the first piston 2. This ensures that the first piston 2 and the second piston 26 always move uniformly. The second piston 26 thus oscillates, as does the first piston 2, between the first top dead center OT1 and the first bottom dead center UT1. A first end face 27 of the second piston 26 defines a second combustion chamber 28 on one side. The other sides of the second combustion chamber 28 are ¬ limited - analogous to the first combustion chamber 4 - from the second cylinder 25.
Auf einer Mantelfläche 29 des zweiten Kolbens 26 ist der Läu¬ fer 30 einer zweiten elektrischen Maschine angeordnet. Der Läufer 30 der zweiten elektrischen Maschine kann - analog zum Läufer 18 der zweiten elektrischen Maschine von FIG 2 - auf die gleiche Art und Weise wie oder auf andere Art und Weise als der Läufer 6 der ersten elektrischen Maschine ausgebildet sein. Auf einer Mantelfläche 31 des zweiten Zylinders 25 ist der Stator 32 der zweiten elektrischen Maschine angeordnet. Analog zur zweiten elektrischen Maschine von FIG 2 wirken der Stator 32 und der Läufer 30 der zweiten elektrischen Maschine elektrisch zusammen. Auch ist der Stator 32 der zweiten elektrischen Maschine analog zum Stator 19 der zweiten elektrischen Maschine von FIG 2 mit einer zweiten Umrichtereinheit 33 verbunden, so dass zwischen dem Stator 32 der zweiten elektrischen Maschine von FIG 3 und der zweiten Umrichtereinheit 33 von FIG 3 bidirektional elektrische Energie übertra¬ gen werden kann. On a lateral surface 29 of the second piston 26 of the Läu ¬ fer 30 a second electric machine is arranged. The rotor 30 of the second electric machine can - analogously to the rotor 18 of the second electric machine of FIG. 2 - be designed in the same way as or in another way as the rotor 6 of the first electric machine. On a lateral surface 31 of the second cylinder 25, the stator 32 of the second electric machine is arranged. Analogously to the second electric machine of FIG. 2, the stator 32 and the rotor 30 of the second electric machine interact electrically. Also, the stator 32 of the second electric machine is connected to a second inverter unit 33 analogously to the stator 19 of the second electric machine of FIG. 2 so that bidirectional electric power is provided between the stator 32 of the second electric machine of FIG. 3 and the second inverter unit 33 of FIG energy can be übertra ¬ gen.
Bei der Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine gemäß FIG 1 arbeitet der erste Kolben 2 in der Regel gemäß dem Zwei¬ taktprinzip. Ebenso arbeiten bei der Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine gemäß FIG 2 der erste Kolben 2 und der zweite Kolben 15 in der Regel gemäß dem Zweitaktprinzip. Die Pfeile in den ersten Brennraum 4 hinein und aus dem ersten Brennraum 4 heraus sollen in den FIG 1 und 2 den Zustrom von Frischgas und den Abstrom von Abgas andeuten. In the embodiment of the engine according to FIG 1 the first piston 2 operates generally in accordance with the two stroke principle ¬. Likewise, in the embodiment of the internal combustion engine according to FIG. 2, the first piston 2 and the second piston 15 generally work according to the two-stroke principle. The arrows in the first combustion chamber 4 into and out of the first combustion chamber 4 are to indicate in Figures 1 and 2, the influx of fresh gas and the effluent of exhaust gas.
Auch bei der Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine ge¬ mäß FIG 3 können der erste Kolben 2 und der zweite Kolben 26 gemäß dem Zweitaktprinzip arbeiten. Wenn bei der Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine gemäß FIG 3 die Arbeitshü¬ be des ersten und des zweiten Kolbens 2, 26 alternieren, kann die Verbrennungskraftmaschine von FIG 3 jedoch alternativ auch gemäß dem Viertaktprinzip arbeiten. Also in the configuration of the internal combustion engine ge ¬ Mäss FIG 3, the first piston 2 and the second piston 26 may operate according to the two-stroke principle. If, in the embodiment of the internal combustion engine according to FIG. 3, the working shafts of the first and second pistons 2, 26 alternate However, the internal combustion engine of FIG 3 alternatively work according to the four-stroke principle.
Zum ordnungsgemäßen Betrieb der erfindungsgemäßen Verbren- nungskraftmaschine ist es erforderlich, die Lage des ersten Kolbens 2 und gegebenenfalls auch die Lage des zweiten Kol¬ bens 15 sowie die Bewegungsrichtung des ersten Kolbens 2 und gegebenenfalls auch des zweiten Kolbens 15 zu erfassen. Diese Erfassung kann beispielsweise mittels eines magnetischen oder optischen Linearmesssystems erfolgen. Auch andere Erfassungs¬ möglichkeiten sind gegeben. For proper operation of the internal combustion engine according to the invention, it is necessary to detect the position of the first piston 2 and optionally also the position of the second Kol ¬ bens 15 and the direction of movement of the first piston 2 and optionally also of the second piston 15. This detection can be done for example by means of a magnetic or optical linear measuring system. Other detection ¬ options are given.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. So kann insbesondere durch die federunterstützte Rückführung des ers- ten Kolbens 2 und gegebenenfalls auch des zweiten Kolbens 15, 26 auf den jeweiligen oberen Totpunkt OT1, OT2 zu die erforderliche Spitzenleistung der ersten elektrischen Maschine und gegebenenfalls auch der zweiten elektrischen Maschine deut¬ lich reduziert werden. Dennoch kann durch entsprechende An- Steuerung der ersten Umrichtereinheit 9 und gegebenenfalls auch der zweiten Umrichtereinheit 20, 33 eine Optimierung des Verbrennungsprozesses erfolgen. The present invention has many advantages. Thus, in particular by the spring-assisted return of the first piston 2 and possibly also the second piston 15, 26 to the respective top dead center OT1, OT2 to the required peak power of the first electric machine and possibly also the second electric machine can be significantly reduced ¬ , Nevertheless, an optimization of the combustion process can take place by appropriate activation of the first converter unit 9 and possibly also of the second converter unit 20, 33.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Although the invention in detail has been illustrated approximately example in more detail by the preferred execution and described, the invention is not ¬ limited by the disclosed examples and other variations can be derived by those skilled thereof, without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verbrennungskraftmaschine, 1. internal combustion engine,
- wobei die Verbrennungskraftmaschine einen ersten Zylinder (1) aufweist,  wherein the internal combustion engine has a first cylinder (1),
- wobei in dem ersten Zylinder (1) ein erster Kolben (2) der Verbrennungskraftmaschine linear geführt ist, so dass der erste Kolben (2) in dem ersten Zylinder (1) zwischen einem ersten oberen Totpunkt (OT1) und einem ersten unteren Tot- punkt (UT1) oszilliert,  - wherein in the first cylinder (1) a first piston (2) of the internal combustion engine is guided linearly, so that the first piston (2) in the first cylinder (1) between a first top dead center (OT1) and a first bottom dead point (UT1) oscillates,
- wobei eine erste Stirnfläche (3) des ersten Kolbens (2) ei¬ nen ersten Brennraum (4) der Verbrennungskraftmaschine einseitig begrenzt, - wherein a first end face (3) of the first piston (2) ei ¬ nen first combustion chamber (4) of the internal combustion engine limited on one side,
- wobei auf einer Mantelfläche (5) des ersten Kolbens (2) der Läufer (6) einer ersten elektrischen Maschine angeordnet ist,  - Wherein on a lateral surface (5) of the first piston (2) of the rotor (6) of a first electric machine is arranged,
- wobei auf einer Mantelfläche (7) des ersten Zylinders (1) der Stator (8) der ersten elektrischen Maschine angeordnet ist,  - Wherein on a lateral surface (7) of the first cylinder (1) of the stator (8) of the first electric machine is arranged,
- wobei der Stator (8) der ersten elektrischen Maschine mit dem Läufer (6) der ersten elektrischen Maschine elektrisch zusammenwirkt , - Wherein the stator (8) of the first electric machine electrically interacts with the rotor (6) of the first electric machine,
- wobei der Stator (8) der ersten elektrischen Maschine zur bidirektionalen Übertragung elektrischer Energie mit einer ersten Umrichtereinheit (9) verbunden ist und  - Wherein the stator (8) of the first electric machine for bidirectional transmission of electrical energy to a first inverter unit (9) is connected and
- wobei eine zweite Stirnfläche (11) des ersten Kolbens (2) mittels einer ersten Federeinrichtung (12) auf den ersten Brennraum (4) zu mit einer ersten Federkraft (Fl) beaufschlagt ist.  - Wherein a second end face (11) of the first piston (2) by means of a first spring means (12) on the first combustion chamber (4) is acted upon by a first spring force (Fl).
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Federeinrich¬ tung (12) eine nicht variierbare und/oder eine variierbare Federeinrichtung (13,14) umfasst. 2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the first Federeinrich ¬ device (12) comprises a non-variable and / or a variable spring means (13,14).
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der erste Kolben (2) gemäß dem Zweitaktprinzip arbeitet. 3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, since ¬ characterized in that the first piston (2) operates according to the two-stroke principle.
4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 4. internal combustion engine according to claim 1 or 2, since ¬ characterized
- dass in dem ersten Zylinder (1) ein zweiter Kolben (15) der Verbrennungskraftmaschine linear geführt ist, so dass der zweite Kolben (15) in dem ersten Zylinder (1) zwischen einem zweiten oberen Totpunkt (OT2) und einem zweiten unteren Totpunkt (UT2) oszilliert,  in that in the first cylinder (1) a second piston (15) of the internal combustion engine is guided linearly, so that the second piston (15) in the first cylinder (1) between a second top dead center (OT2) and a second bottom dead center ( UT2) oscillates,
- dass eine erste Stirnfläche (16) des zweiten Kolbens (15) den ersten Brennraum (4) der Verbrennungskraftmaschine ebenfalls einseitig begrenzt,  - That a first end face (16) of the second piston (15) also limits the first combustion chamber (4) of the internal combustion engine,
- dass auf einer Mantelfläche (17) des zweiten Kolbens (15) der Läufer (18) einer zweiten elektrischen Maschine angeordnet ist,  - that on a lateral surface (17) of the second piston (15) of the rotor (18) is arranged a second electric machine,
- dass auf der Mantelfläche (7) des ersten Zylinders (1) der Stator (19) der zweiten elektrischen Maschine angeordnet ist,  - That on the lateral surface (7) of the first cylinder (1) of the stator (19) of the second electric machine is arranged,
- dass der Stator (19) der zweiten elektrischen Maschine mit dem Läufer (18) der zweiten elektrischen Maschine elektrisch zusammenwirkt,  - That the stator (19) of the second electric machine electrically cooperates with the rotor (18) of the second electric machine,
- dass der Stator (19) der zweiten elektrischen Maschine zur bidirektionalen Übertragung elektrischer Energie mit einer zweiten Umrichtereinheit (20) verbunden ist und - That the stator (19) of the second electric machine for bidirectional transmission of electrical energy to a second inverter unit (20) is connected and
- dass eine zweite Stirnfläche (21) des zweiten Kolbens (15) mittels einer zweiten Federeinrichtung (22) auf den ersten Brennraum (4) zu mit einer zweiten Federkraft (F2) beaufschlagt ist.  - That a second end face (21) of the second piston (15) by means of a second spring means (22) on the first combustion chamber (4) is acted upon by a second spring force (F2).
5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Federeinrich- tung (12) und die zweite Federeinrichtung (22) voneinander verschiedene Federcharakteristiken aufweisen. 5. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the first spring device (12) and the second spring device (22) have different spring characteristics from each other.
6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Um- richtereinheit (9) und die zweite Umrichtereinheit (20) von einer den Umrichtereinheiten (9,20) gemeinsamen Steuereinrichtung (10) individuell angesteuert werden, so dass der erste Kolben (2) sich nicht völlig gleichförmig zum zweiten Kolben (15) bewegt. 6. Internal combustion engine according to claim 4 or 5, since ¬ characterized in that the first inverter unit (9) and the second converter unit (20) by a the inverter units (9,20) common control device (10) are individually controlled, so that the first piston (2) does not move completely uniformly to the second piston (15).
7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zwei¬ te Federeinrichtung (22) eine nicht variierbare und/oder eine variierbare Federeinrichtung (23, 24) umfasst. 7. Internal combustion engine according to claim 4, 5 or 6, characterized in that the two ¬ th spring means (22) comprises a non-variable and / or a variable spring means (23, 24).
8. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der erste Kolben (2) und der zweite Kolben (15) gemäß dem Zweit¬ aktprinzip arbeiten. 8. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 7, characterized in that the first piston (2) and the second piston (15) operate according to the second ¬ act principle.
9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 9. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, d a c e c e s e c e n e,
- dass die Verbrennungskraftmaschine einen zweiten Zylinder (25) aufweist,  - that the internal combustion engine has a second cylinder (25),
- dass in dem zweiten Zylinder (25) ein zweiter Kolben (26) der Verbrennungskraftmaschine linear geführt ist,  in that in the second cylinder (25) a second piston (26) of the internal combustion engine is guided linearly,
- dass der zweite Kolben (26) mit dem ersten Kolben (2) mechanisch gekoppelt ist, so dass der erste Kolben (2) und der zweite Kolben (26) sich stets gleichförmig bewegen,- That the second piston (26) is mechanically coupled to the first piston (2), so that the first piston (2) and the second piston (26) always move uniformly,
- dass eine erste Stirnfläche (27) des zweiten Kolbens (26) einen zweiten Brennraum (28) der Verbrennungskraftmaschine einseitig begrenzt, a first end face (27) of the second piston (26) unilaterally limits a second combustion chamber (28) of the internal combustion engine,
- dass auf einer Mantelfläche (29) des zweiten Kolbens (26) der Läufer (30) einer zweiten elektrischen Maschine angeordnet ist,  in that the rotor (30) of a second electric machine is arranged on a lateral surface (29) of the second piston (26),
- dass auf einer Mantelfläche (31) des zweiten Zylinders (25) der Stator (32) der zweiten elektrischen Maschine angeordnet ist,  in that the stator (32) of the second electrical machine is arranged on a lateral surface (31) of the second cylinder (25),
- dass der Stator (32) der zweiten elektrischen Maschine mit dem Läufer (30) der zweiten elektrischen Maschine elektrisch zusammenwirkt und  - That the stator (32) of the second electric machine with the rotor (30) of the second electric machine electrically cooperates and
- dass der Stator (32) der zweiten elektrischen Maschine zur bidirektionalen Übertragung elektrischer Energie mit einer zweiten Umrichtereinheit (33) verbunden ist. - That the stator (32) of the second electric machine for bidirectional transmission of electrical energy to a second inverter unit (33) is connected.
10. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der erste Kolben (2) und der zweite Kolben (26) gemäß dem Zweitaktprinzip oder gemäß dem Viertaktprinzip arbeiten. 10. Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the first piston (2) and the second piston (26) operate according to the two-stroke principle or according to the four-stroke principle.
PCT/EP2013/054407 2013-03-05 2013-03-05 Combustion engine comprising a linear generator and a return spring WO2014135200A1 (en)

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