DE102011000620B4 - Free piston device and method for operating a free piston device - Google Patents
Free piston device and method for operating a free piston device Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011000620B4 DE102011000620B4 DE201110000620 DE102011000620A DE102011000620B4 DE 102011000620 B4 DE102011000620 B4 DE 102011000620B4 DE 201110000620 DE201110000620 DE 201110000620 DE 102011000620 A DE102011000620 A DE 102011000620A DE 102011000620 B4 DE102011000620 B4 DE 102011000620B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- piston
- space
- medium
- free
- compression
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
- F02B71/04—Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B11/00—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type
- F01B11/007—Reciprocating-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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B11/00—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type
- F01B11/02—Equalising or cushioning devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
- H02K7/1869—Linear generators; sectional generators
- H02K7/1876—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts
- H02K7/1884—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts structurally associated with free piston engines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Es ist eine Freikolbenvorrichtung mit mindestens einem Freikolbenmotor vorgesehen, umfassend mindestens eine Kolbenaufnahme, in welcher mindestens ein Expansionsraum für die Expansion eines Arbeitsmediums gebildet ist und in welcher mindestens ein Rückfederraum gebildet ist, und eine linear bewegliche Kolbeneinrichtung mit mindestens einem Kolben, wobei eine erste Kolbenseite der Kolbeneinrichtung den mindestens einen Expansionsraum begrenzt und eine zweite Kolbenseite der Kolbeneinrichtung den mindestens einen Rückfederraum begrenzt und wobei in dem mindestens einen Rückfederraum eine Rückfedereinrichtung für die Bereitstellung einer Rückstellkraft für die Kolbeneinrichtung angeordnet ist, wobei mindestens ein Kompressionsraum vorgesehen ist, welcher von dem mindestens einen Expansionsraum und dem mindestens einen Rückfederraum getrennt ist, welcher durch mindestens einen Kolben der Kolbeneinrichtung begrenzt ist, und in welchem mittels der Kolbeneinrichtung eine Federeinrichtung und/oder ein Medium komprimierbar ist.There is provided a free-piston device with at least one free-piston engine, comprising at least one piston seat, in which at least one expansion space for the expansion of a working medium is formed and in which at least one resilience space is formed, and a linearly movable piston device with at least one piston, wherein a first piston side the piston device delimits the at least one expansion space and a second piston side of the piston device delimits the at least one resilience space and wherein in the at least one resilience space a return spring means for providing a restoring force for the piston device is arranged, wherein at least one compression space is provided, which of the at least one Expansion space and the at least one resilience space is separated, which is bounded by at least one piston of the piston device, and in which by means of the piston means a Federeinrich tion and / or a medium is compressible.
Description
Die Erfindung betrifft eine Freikolbenvorrichtung mit mindestens einem Freikolbenmotor, umfassend mindestens eine Kolbenaufnahme, in welcher mindestens ein Expansionsraum für die Expansion einer Arbeitsmediums gebildet ist und in welcher mindestens ein Rückfederraum gebildet ist, und eine linear bewegliche Kolbeneinrichtung mit mindestens einem Kolben, wobei eine erste Kolbenseite der Kolbeneinrichtung mindestens einen Expansionsraum begrenzt und eine zweite Kolbenseite der Kolbeneinrichtung den mindestens einen Rückfederraum begrenzt und wobei in dem mindestens einen Rückfederraum eine Rückfedereinrichtung für die Bereitstellung einer Rückstellkraft für die Kolbeneinrichtung angeordnet ist.The invention relates to a free-piston device with at least one free-piston engine, comprising at least one piston receptacle, in which at least one expansion space for the expansion of a working medium is formed and in which at least one resilience space is formed, and a linearly movable piston device with at least one piston, wherein a first piston side the piston device delimits at least one expansion space and a second piston side of the piston device delimits the at least one resilience space and wherein in the at least one resilience space a return spring device for providing a restoring force for the piston device is arranged.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung.The invention further relates to a method for operating a free-piston device.
Freikolbenvorrichtungen sind beispielsweise aus der
Aus der
Steuerungs- und Regelungsverfahren für Freikolbenvorrichtungen sind in dem Artikel ”Free-Piston Diesel Engine Timing and Control – Towards Electronic Cam- and Crankshaft” von T. A. Johansen et al., in IEEE Trans. Control Systems Technology, 10(188–190), 2002, und ”Dynamics and Control of a Free-Piston Diesel Engine” von T. A. Johansen et al., in Proc. American Control Conference, Arlington, VA., 2001, beschrieben.Control and regulation techniques for free piston devices are described in the article "Free-Piston Diesel Engine Timing and Control - Towards Electronic Cam and Crankshaft" by TA Johansen et al., In IEEE Trans. Control Systems Technology, 10 (188-190), 2002 , and "Dynamics and Control of a Free-Piston Diesel Engine" by TA Johansen et al., in Proc. American Control Conference, Arlington, Va., 2001.
Aus der
Aus der
In dem Artikel ”Vergleich von Gasfedervarianten mit variabler Kennlinie für einen Freikolbenmotor” von S.-E. Pohl und C. Ferrari, Forsch. Ingenieurwesen (2007) 71: Seiten 181 bis 188, sind Gasfedervarianten beschrieben, die aufgrund ihrer einstellbaren Federkennlinie für den Einsatz in einem Freikolbenmotor geeignet sind.In the article "Comparison of gas spring variants with variable characteristic for a free-piston engine" by S.-E. Pohl and C. Ferrari, Forsch. Engineering (2007) 71: Pages 181 to 188, gas spring variants are described, which are suitable for use in a free-piston engine due to their adjustable spring characteristic.
Aus der
Aus der
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freikolbenvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche erweiterte Betriebsmöglichkeiten erlaubt.The invention has for its object to provide a free piston device of the type mentioned, which allows extended operating options.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Freikolbenvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Kompressionsraum vor gesehen ist, welcher von dem mindestens einen Expansionsraum und dem mindestens einen Rückfederraum getrennt ist, welcher durch mindestens einen Kolben der Kolbeneinrichtung begrenzt ist, und in welchem mittels der Kolbeneinrichtung ein Medium und/oder eine Federeinrichtung komprimierbar ist.This object is achieved in the aforementioned free piston device according to the invention in that at least one compression space is seen before, which is separated from the at least one expansion space and the at least one resilience space, which is bounded by at least one piston of the piston device, and in which by means of the piston device, a medium and / or a spring device is compressible.
Der mindestens eine Kolbenraum ist ein Funktionsraum, welcher eine Federeinrichtung und/oder ein Medium zu dessen Komprimierung aufnehmen kann. Die Federeinrichtung kann je nach Betrieb der Freikolbenvorrichtung auf unterschiedliche Art und Weise eingesetzt werden.The at least one piston chamber is a functional space, which can receive a spring device and / or a medium for its compression. The spring device can be used in different ways depending on the operation of the free-piston device.
Das Medium kann beispielsweise, insbesondere in einem Zwei-Takt-Betrieb der Freikolbenvorrichtung, dazu verwendet werden, eine Druckdifferenz zwischen einem Einlassanschluss und einem Auslassanschluss des Expansionsraums zu erzeugen. Das komprimierte Medium kann zur Druckladung des Expansionsraums verwendet werden. Es ist möglich, über den Kompressionsraum einen Teil der für die Druckladung des Expansionsraums benötigten Mediummenge oder die vollständige Mediummenge bereitzustellen.The medium can be used, for example, in particular in a two-stroke operation of the free-piston device, to generate a pressure difference between an inlet port and an outlet port of the expansion space. The compressed medium can be used for pressure loading of the expansion space. It is possible to provide over the compression space a portion of the required for the pressure charge of the expansion space medium or the full amount of media.
Dies ist auch möglich in einem Vier-Takt-Betrieb der Freikolbenvorrichtung. Es lässt sich dadurch der Wirkungsgrad erhöhen. In einem Vier-Takt-Betrieb kann die Federeinrichtung im Kompressionsraum auch dazu benutzt werden, eine der Rückfedereinrichtung des Rückfederraums entgegengesetzte Antriebskraft für die Kolbeneinrichtung bereitzustellen.This is also possible in a four-stroke operation of the free-piston device. It can thereby increase the efficiency. In a four-stroke operation, the spring device in the compression space can also be used to provide a driving force for the piston device opposite the return spring device of the resilience space.
Dem mindestens einen Kompressionsraum ist jeweils (mindestens) ein Kolben zugeordnet, welcher für die Kompression von Medium, welches in dem mindestens einen Kolbenraum aufgenommen ist bzw. der Federeinrichtung, sorgt. Dieser entsprechende Kolben ist starr mit der Kolbeneinrichtung verbunden bzw. ist ein Teil der Kolbeneinrichtung.Each of the at least one compression chamber is assigned (at least) one piston, which ensures the compression of medium which is received in the at least one piston chamber or the spring device. This corresponding piston is rigidly connected to the piston device or is a part of the piston device.
Bei einer Ausführungsform ist der mindestens eine Expansionsraum in der Kolbenaufnahme angeordnet, das heißt ist in dem Zylinder angeordnet, in welchem die Kolbeneinrichtung angeordnet ist. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass der mindestens eine Kompressionsraum außerhalb der Kolbenaufnahme für die Kolbeneinrichtung angeordnet ist.In one embodiment, the at least one expansion space is arranged in the piston receptacle, that is, is arranged in the cylinder in which the piston device is arranged. In principle, it is also possible for the at least one compression space to be arranged outside the piston receptacle for the piston device.
Es ist grundsätzlich möglich, dass der mindestens eine Expansionsraum und der mindestens eine Kompressionsraum auf der gleichen Achse angeordnet sind oder auf unterschiedlichen Abständen bezüglich dieser Achse angeordnet sind. Die Achse ist dabei insbesondere koaxial oder parallel zu einer Bewegungsrichtung für die lineare Bewegung der Kolbeneinrichtung. Es ist ferner grundsätzlich möglich, dass der Rückfederraum und der Kompressionsraum auf der gleichen Achse angeordnet sind oder in einem Abstand zu der Achse angeordnet sind.It is basically possible that the at least one expansion space and the at least one compression space are arranged on the same axis or are arranged at different distances with respect to this axis. The axis is in particular coaxial or parallel to a direction of movement for the linear movement of the piston device. It is also possible in principle that the resilience space and the compression space are arranged on the same axis or are arranged at a distance from the axis.
Grundsätzlich kann die Federeinrichtung ein oder mehrere mechanische Federn wie beispielsweise Stahlfedern umfassen. Es ist auch möglich, dass die Federeinrichtung durch ein komprimierbares Medium gebildet ist. Weiterhin ist es möglich, dass die Federeinrichtung ein komprimierbares Medium umfasst und beispielsweise zusätzlich eine oder mehrere mechanische Federn vorgesehen sind. Insbesondere in einem Vier-Takt-Betrieb lässt sich durch die Federeinrichtung eine Vortriebskraft für die Kolbeneinrichtung bereitstellen, welche in Gegenrichtung zu der Rückstellkraft der Rückfedereinrichtung im Rückfederraum wirkt.In principle, the spring device may comprise one or more mechanical springs, such as steel springs. It is also possible that the spring device is formed by a compressible medium. Furthermore, it is possible that the spring device comprises a compressible medium and, for example, additionally one or more mechanical springs are provided. In particular, in a four-stroke operation can be provided by the spring means a propelling force for the piston device which acts in the opposite direction to the restoring force of the return spring means in the resilience space.
Günstig ist es, wenn eine Fluidverbindungseinrichtung vorgesehen ist, durch welche der mindestens eine Expansionsraum und der mindestens eine Kompressionsraum fluidwirksam verbunden oder verbindbar sind. Dadurch lässt sich dem mindestens einen Expansionsraum komprimiertes Medium und insbesondere komprimiertes Gas (beispielsweise Luft) bereitstellen, um beispielsweise einen Spüldruck zu erzeugen.It is favorable if a fluid connection device is provided, through which the at least one expansion space and the at least one compression space are fluidically connected or connectable. As a result, compressed medium and in particular compressed gas (for example air) can be made available to the at least one expansion space in order to generate, for example, a flushing pressure.
Insbesondere ist über die Fluidverbindungseinrichtung dem mindestens einen Expansionsraum komprimiertes Medium (beispielsweise Ladeluft) zuführbar.In particular, compressed medium (for example charge air) can be supplied via the fluid connection device to the at least one expansion space.
Dadurch ist mittels des mindestens einen Kompressionsraums ein Drucklader gebildet.As a result, a pressure charger is formed by means of the at least one compression space.
Es ist dann günstig, wenn die Fluidverbindungseinrichtung an einen Einlassanschluss des mindestens einen Expansionsraums fluidwirksam angeschlossen ist. Über diesen Einlassanschluss lässt sich dann eine Teilmenge oder eine Gesamtmenge von Lademedium, welches für den Betrieb benötigt wird, bereitstellen.It is favorable if the fluid connection device is connected in a fluid-effective manner to an inlet connection of the at least one expansion space. Through this inlet port can then be a subset or a total amount of charge medium, which is required for operation, provide.
Es ist ferner günstig, wenn der mindestens eine Kompressionsraum ausgangsseitig mit einer Druckspeichereinrichtung fluidwirksam verbunden ist. Dadurch kann der Druckspeichereinrichtung komprimiertes Medium bereitgestellt werden, welches instantan oder zeitversetzt dem Expansionsraum bereitgestellt werden kann.It is also advantageous if the at least one compression space is fluidly connected on the output side to a pressure storage device. As a result, the pressure storage device can be provided with compressed medium which can be provided to the expansion space instantaneously or with a time delay.
Bei einer Ausführungsform ist der mindestens eine Expansionsraum eingangsseitig mit einer Druckspeichereinrichtung fluidwirksam verbunden. Dadurch kann aus der Druckspeichereinrichtung komprimiertes Medium bereitgestellt werden, um beispielsweise einen Spüldruck in dem Expansionsraum zu erzeugen.In one embodiment, the at least one expansion space is fluidly connected on the input side to a pressure storage device. Thereby, compressed medium may be provided from the accumulator means to generate, for example, a purge pressure in the expansion space.
Insbesondere ist der Druckspeichereinrichtung ein Ventil zugeordnet, mittels welchem zeitlich gesteuert dem mindestens einen Expansionsraum komprimiertes Medium zuführbar ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dem mindestens einen Expansionsraum zeitversetzt zu einer Erzeugungszeit des komprimierten Mediums solches komprimiertes Medium bereitzustellen.In particular, the pressure storage device is associated with a valve, by means of which temporally controlled the at least one expansion space compressed medium can be fed. That's it For example, it is possible to provide such compressed medium to the at least one expansion space with a time offset from a generation time of the compressed medium.
Grundsätzlich ist es möglich, dass die Druckspeichereinrichtung durch eine oder mehrere Leitungen für Medium gebildet ist.In principle, it is possible that the pressure storage device is formed by one or more lines for medium.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Druckspeichereinrichtung mindestens einen Speicherbehälter für Medium. Dieser Speicherbehälter kann einen Pufferspeicher für komprimiertes Medium bilden. Dadurch ist es beispielsweise auch möglich, eine Bereitstellung von komprimiertem Medium in einen Expansionsraum zeitlich von der Herstellung des komprimierten Mediums in den mindestens einen Kompressionsraum zu entkoppeln.In an advantageous embodiment, the pressure storage device comprises at least one storage container for medium. This storage container can form a buffer for compressed medium. This also makes it possible, for example, to decouple a provision of compressed medium in an expansion space in terms of time from the production of the compressed medium into the at least one compression space.
Vorteilhafterweise ist dem mindestens einen Kompressionsraum mindestens ein erster Anschluss zugeordnet, über den Medium einführbar ist und insbesondere Medium aus einer Medium enthaltenden Umgebung einführbar ist. Beispielsweise ist über den ersten Anschluss Luft aus der Umgebung in den Kompressionsraum einsaugbar. Dadurch ist es möglich, den Kompressionsraum mit zu komprimierendem Medium zu beladen.Advantageously, at least one first port is assigned to the at least one compression space, can be inserted via the medium and, in particular, medium can be introduced from a medium-containing environment. For example, air can be sucked in from the environment into the compression space via the first connection. This makes it possible to load the compression chamber with medium to be compressed.
Insbesondere sitzt an dem ersten Anschluss eine steuerbare Ventileinrichtung (Ladeventileinrichtung). Dadurch lässt sich zeitlich gesteuert und insbesondere angepasst an einen entsprechenden Taktbetrieb der Freikolbenvorrichtung Medium in den mindestens einen Kompressionsraum einsaugen.In particular, a controllable valve device (charging valve device) is seated at the first port. As a result, it is possible to timely control and in particular adapted to a corresponding cycle operation of the free-piston device to draw medium into the at least one compression space.
Ferner ist dem mindestens einen Kompressionsraum mindestens ein zweiter Anschluss zugeordnet, über den komprimiertes Medium abführbar ist. Über den zweiten Anschluss lässt sich komprimiertes Medium zu weiteren Verwendung bereitstellen (insbesondere in einem Vier-Takt-Betrieb) oder es lässt sich komprimiertes Medium abführen, um beispielsweise eine Gasfeder, welche durch komprimiertes Medium in dem mindestens einen Kompressionsraum gebildet ist, ”auszuschalten”; dies ist insbesondere vorteilhaft bzw. erforderlich in einem Vier-Takt-Betrieb der Freikolbenvorrichtung. Der zweite Anschluss kann getrennt von einem ersten Anschluss sein oder integral mit dem ersten Anschluss ausgebildet sein.Furthermore, at least one second port is assigned to the at least one compression space, via which compressed medium can be discharged. Compressed medium can be made available for further use via the second connection (in particular in a four-stroke mode) or compressed medium can be discharged in order to "switch off", for example, a gas spring which is formed by compressed medium in the at least one compression space. ; this is particularly advantageous or necessary in a four-stroke operation of the free-piston device. The second terminal may be separate from a first terminal or integrally formed with the first terminal.
Es ist dann günstig, wenn in dem zweiten Anschluss eine steuerbare Ventileinrichtung angeordnet ist. Dadurch ist eine entsprechende zeitliche Steuerung möglich. Insbesondere ist eine steuerbare Ventileinrichtung dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss zugeordnet, um eine aneinander angepasste zeitliche Steuerung zu ermöglichen. Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass der erste Anschluss und der zweite Anschluss mittels der Ventileinrichtung gebildet sind.It is advantageous if a controllable valve device is arranged in the second connection. As a result, a corresponding timing is possible. In particular, a controllable valve device is assigned to the first connection and the second connection in order to enable timed control adapted to one another. It is fundamentally possible for the first connection and the second connection to be formed by means of the valve device.
Das Medium ist insbesondere ein Gas wie Luft.The medium is in particular a gas such as air.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Medium ein Oxidator für die Verbrennung von Treibstoff in dem mindestens einen Expansionsraum und ist insbesondere Luft.In an advantageous embodiment, the medium is an oxidizer for the combustion of fuel in the at least one expansion space and is in particular air.
Bei einer Ausführungsform ist der mindestens eine Kompressionsraum bezüglich einer Volumenänderung invers zu dem mindestens einen Rückfederraum angeordnet, wobei eine Volumenerhöhung des Rückfederraums eine synchrone Volumenerniedrigung des mindestens einen Kompressionsraums bewirkt und eine Volumenerniedrigung des mindestens einen Rückfederraums eine synchrone Volumenerhöhung des mindestens einen Kompressionsraums bewirkt. Dadurch kann beispielsweise mittels der Rückstellkraft der Rückfedereinrichtung im Rückfederraum komprimiertes Medium in dem mindestens einen Kompressionsraum erzeugt werden.In one embodiment, the at least one compression space is arranged inversely with respect to a volume change to the at least one resilience space, wherein a volume increase of the resilience space causes a synchronous volume reduction of the at least one compression space and a volume reduction of the at least one resilience space causes a synchronous increase in volume of the at least one compression space. As a result, for example, by means of the restoring force of the return spring device in the resilience space, compressed medium can be generated in the at least one compression space.
Bei einer Ausführungsform sind dann der mindestens eine Kompressionsraum und der mindestens eine Rückfederraum in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wobei eine der zweiten Kolbenseite gegenüberliegende Kolbenseite, welche insbesondere an dem Kolben mit der zweiten Kolbenseite gebildet ist, den mindestens einen Kompressionsraum begrenzt. Dadurch lassen sich ein Kompressionsraum und der Rückfederraum kompakt in einem Gehäuse unterbringen.In one embodiment, the at least one compression space and the at least one resilience space are then arranged in a common housing, wherein a piston side opposite the second piston side, which is formed in particular on the piston with the second piston side, limits the at least one compression space. As a result, a compression space and the resilience space can be accommodated compactly in a housing.
Es ist auch möglich, dass der mindestens eine Kompressionsraum und der mindestens eine Rückfederraum in unterschiedlichen Gehäusen angeordnet sind. Je nach Anwendung lässt sich dann eine optimierte Bauweise realisieren.It is also possible that the at least one compression space and the at least one resilience space are arranged in different housings. Depending on the application, an optimized design can then be realized.
Es ist auch möglich, dass der mindestens eine Expansionsraum und der mindestens eine Kompressionsraum bezüglich einer Volumenänderung invers zueinander angeordnet sind, wobei eine Volumenerhöhung des mindestens einen Expansionsraum eine synchrone Volumenerniedrigung des mindestens einen Kompressionsraums bewirkt und eine Volumenerniedrigung des mindestens einen Expansionsraums eine synchrone Volumenerhöhung des mindestens einen Kompressionsraums bewirkt. Dadurch kann beispielsweise ein Arbeitstakt im Expansionsraum direkt zur Erzeugung von komprimiertem Medium verwendet werden.It is also possible for the at least one expansion space and the at least one compression space to be inversely disposed with respect to a volume change, wherein a volume increase of the at least one expansion space causes a synchronous volume reduction of the at least one compression space and a volume reduction of the at least one expansion space causes a synchronous volume increase of the at least causes a compression space. As a result, for example, a power stroke in the expansion space can be used directly for the production of compressed medium.
Insbesondere sind dann der mindestens eine Kompressionsraum und der mindestens eine Expansionsraum in einem gleichen Gehäuse oder gleichen Gehäuseteil angeordnet, wobei eine der ersten Kolbenseite gegenüberliegende Kolbenseite den mindestens einen Kompressionsraum begrenzt und insbesondere die erste Kolbenseite und die den mindestens einen Kompressionsraum begrenzende Kolbenseite am gleichen Kolben gebildet sind. Dadurch lässt sich eine kompakte Bauweise erhalten.In particular, then the at least one compression space and the at least one expansion space are arranged in a same housing or the same housing part, wherein one of the piston side opposite the first piston side delimits the at least one compression space, and in particular the first piston side and the piston side delimiting the at least one compression space are formed on the same piston. As a result, a compact design can be obtained.
Bei einer Ausführungsform ist dem mindestens einen Expansionsraum ein erster Kompressionsraum zugeordnet und dem mindestens einen Rückfederraum ist ein zweiter Kompressionsraum zugeordnet, wobei der erste Kompressionsraum und der zweite Kompressionsraum getrennte Räume sind. Es ist dadurch möglich, eine größere Menge an komprimiertem Medium zu erzeugen und Pulsationen zu erniedrigen.In one embodiment, a first compression space is associated with the at least one expansion space, and the second compression space is associated with the at least one resilience space, wherein the first compression space and the second compression space are separate spaces. It is thereby possible to produce a larger amount of compressed medium and to lower pulsations.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Lineartrieb mit einer an der Kolbeneinrichtung angeordneten Magneteinrichtung und einer Spuleneinrichtung vorgesehen, wobei die Magneteinrichtung relativ zu der Spuleneinrichtung beweglich ist. Durch Bewegung der Kolbeneinrichtung wird die Magneteinrichtung, welche insbesondere Permanentmagnete umfasst, an der Spuleneinrichtung bewegt. Dadurch wird eine Spannung induziert und es lässt sich ein nutzbarer Strom erzeugen. Durch die Freikolbenvorrichtung lässt sich dadurch elektrischer Strom erzeugen. Über eine entsprechende Strombeaufschlagung der Spuleneinrichtung kann auch die Bewegung der Kolbeneinrichtung insbesondere bezüglich Hub, Verdichtung usw. beeinflusst werden.In an advantageous embodiment, a linear drive is provided with a magnetic device arranged on the piston device and a coil device, wherein the magnetic device is movable relative to the coil device. By moving the piston device, the magnetic device, which in particular comprises permanent magnets, is moved on the coil device. This induces a voltage and generates a usable current. The free-piston device can thereby generate electricity. By means of a corresponding current application of the coil device, the movement of the piston device, in particular with regard to stroke, compression, etc., can also be influenced.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem sich erweiterte Betriebsmöglichkeiten ergeben.The invention is further based on the object to provide a method of the type mentioned, with which result in extended operating options.
Diese Aufgabe wird bei dem genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem mindestens einen Kompressionsraum komprimiertes Medium erzeugt wird, welches dem mindestens einen Expansionsraum bereitgestellt wird und/oder die in dem mindestens einen Kompressionsraum angeordnete Federeinrichtung zum Antrieb der Kolbeneinrichtung verwendet wird.This object is achieved in the said method according to the invention in that in the at least one compression space compressed medium is generated, which is provided to the at least one expansion space and / or arranged in the at least one compression space spring means for driving the piston device is used.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere an der erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung durchgeführt.The inventive method is carried out in particular on the free-piston device according to the invention.
Der mindestens eine Kompressionsraum bewirkt insbesondere in einem Vier-Takt-Betrieb über eine in diesem angeordnete Federeinrichtung (wie eine mechanische Federeinrichtung oder Gasfedereinrichtung) bei Entspannung (Dekompression) der Federeinrichtung eine Bewegung der Kolbeneinrichtung von dem oberen Totpunkt (bezogen auf den Expansionsraum) zu dem unteren Totpunkt. Bei der Bewegung der Kolbeneinrichtung in Gegenrichtung wird die Federeinrichtung gespannt (komprimiert).The at least one compression space causes a movement of the piston device from the top dead center (relative to the expansion space) in a four-stroke operation via a spring device arranged therein (such as a mechanical spring device or gas spring device) in relaxation (decompression) of the spring device bottom dead center. During the movement of the piston device in the opposite direction, the spring device is tensioned (compressed).
Beispielsweise in einem Zwei-Takt-Betrieb lässt sich das komprimierte Medium dazu verwenden, um eine Spüldruckdifferenz in dem mindestens einen Expansionsraum zu erzeugen.For example, in a two-stroke operation, the compressed medium may be used to generate a purge pressure differential in the at least one expansion space.
In einem Vier-Takt-Betrieb lässt sich ein komprimiertes Medium beispielsweise als Gasfeder einsetzen, um eine Antriebskraft für die Kolbeneinrichtung entgegen einer Rückstellkraft der Rückfedereinrichtung bereitzustellen.In a four-stroke operation, for example, a compressed medium can be used as a gas spring to provide a driving force for the piston device against a restoring force of the return spring device.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die Antriebskraft entgegen der Rückstellkraft durch eine mechanische Federeinrichtung, welche eine oder mehrere mechanische Federn umfasst, bereitzustellen.Alternatively or additionally, it is also possible to provide the driving force counter to the restoring force by a mechanical spring device which comprises one or more mechanical springs.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.Further advantageous embodiments of the method according to the invention have already been explained in connection with the device according to the invention.
Insbesondere lässt sich die Freikolbenvorrichtung in einem Zwei-Takt-Betrieb oder in einem Vier-Takt-Betrieb betreiben. Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass an der gleichen Freikolbenvorrichtung ohne bauliche Veränderungen ein Zwei-Takt-Betrieb oder Vier-Takt-Betrieb möglich ist.In particular, the free-piston device can be operated in a two-stroke operation or in a four-stroke operation. It is in principle possible that a two-stroke operation or four-stroke operation is possible on the same free piston device without structural changes.
Bei einer Ausführungsform eines Zwei-Takt-Betriebs wird eine Ventileinrichtung, welche dem mindestens einen Kompressionsraum zugeordnet ist, so angesteuert, dass der mindestens eine Kompressionsraum entweder fluidwirksam mit einer Medium enthaltenden Umgebung verbunden ist oder mit einer Druckspeichereinrichtung verbunden ist. Der mindestens eine Kompressionsraum hat dadurch zwei Betriebsmodi, nämlich zum einen Einsaugen von Medium zur späteren Kompression, und zum anderen der Kompressionsvorgang.In one embodiment of a two-stroke operation, a valve device, which is assigned to the at least one compression space, is controlled so that the at least one compression space is either fluidly connected to a medium-containing environment or connected to a pressure storage device. The at least one compression space thus has two modes of operation, namely, for the suction of medium for subsequent compression, and on the other hand, the compression process.
Insbesondere erfolgt der Betrieb dann derart, dass bei Stellung der Kolbeneinrichtung im oberen Totpunkt OTex bezogen auf den mindestens einen Expansionsraum die Ventileinrichtung so angesteuert wird, dass der mindestens eine Kompressionsraum fluidwirksam mit der Umgebung verbunden ist. Dadurch kann Medium aus der Umgebung (insbesondere Luft) in den mindestens Kompressionsraum einströmen.In particular, the operation then takes place in such a way that, when the piston device is in top dead center OT ex with respect to the at least one expansion chamber, the valve device is actuated such that the at least one compression chamber is fluidically connected to the environment. As a result, medium from the environment (in particular air) can flow into the at least compression space.
Beim Herausbewegen der Kolbeneinrichtung aus dem oberen Totpunkt OTex wird dann Medium aus der Umgebung in den mindestens einen Kompressionsraum eingesaugt. Dieser wird mit Medium befüllt.When moving out of the piston device from the top dead center OT ex then medium from the environment is sucked into the at least one compression chamber. This is filled with medium.
Wenn die Ventileinrichtung in einem oberen Totpunkt OTr der Kolbeneinrichtung bezogen auf den mindestens einen Rückfederraum so angesteuert wird, dass der mindestens eine Kompressionsraum fluidwirksam mit der Druckspeichereinrichtung verbunden wird, dann lässt sich bei der entsprechenden Bewegung der Kolbeneinrichtung aus dem oberen Totpunkt OTr heraus komprimiertes Medium erzeugen und in die Druckspeichereinrichtung einkoppeln. If the valve device is actuated in a top dead center OT r of the piston device relative to the at least one resilience space such that the at least one compression space is fluidically connected to the pressure storage device, then the corresponding movement of the piston device can be compressed out of top dead center OT r Generate medium and couple into the pressure storage device.
Es wird dann beim Herausbewegen der Kolbeneinrichtung aus dem oberen Totpunkt OTr Medium komprimiert und der Druckspeichereinrichtung zur späteren Verwendung insbesondere als Lademedium bereitgestellt.It is then compressed when moving out of the piston device from the top dead center OT r medium and the pressure storage device provided for later use, in particular as a charging medium.
Insbesondere wird komprimiertes Medium aus der Druckspeichereinrichtung dem mindestens einen Expansionsraum für einen Spülvorgang am Ende einer Expansionsphase der Kolbeneinrichtung in dem mindestens einen Expansionsraum bereitgestellt. Es ist dadurch ein zeitlicher Versatz zwischen Entstehung des komprimierten Mediums und Einkopplung des komprimierten Mediums in den Expansionsraum erreicht. Komprimiertes Medium in dem mindestens einen Kompressionsraum wird erst nach Ende der Expansionsphase der Kolbeneinrichtung (am Ende der Expansionsphase befindet sich die Kolbeneinrichtung am unteren Totpunkt bezogen auf den Expansionsraum) in dem mindestens einen Kompressionsraum erzeugt, wobei es bereits sofort am Ende der Expansionsphase im Expansionsraum benötigt wird.In particular, compressed medium from the pressure storage device is provided to the at least one expansion space for a flushing operation at the end of an expansion phase of the piston device in the at least one expansion space. It is achieved by a temporal offset between the formation of the compressed medium and coupling of the compressed medium in the expansion space. Compressed medium in the at least one compression chamber is generated only after the end of the expansion phase of the piston device (at the end of the expansion phase, the piston device at bottom dead center with respect to the expansion space) in the at least one compression chamber, it already needed immediately at the end of the expansion phase in the expansion space becomes.
Bei einem Vier-Takt-Betrieb ist es vorteilhaft, wenn in einem Arbeitstakt, bei dem sich die Kolbeneinrichtung aus einem oberen Totpunkt OTex bezogen auf den mindestens einen Expansionsraum herausbewegt, eine Ventileinrichtung, welche dem mindestens einen Expansionsraum zugeordnet ist, so angesteuert wird, dass Medium aus der Umgebung in den mindestens einen Kompressionsraum eingesaugt wird, insbesondere wenn in einem späteren Takt (Ausschiebetakt) das komprimierte Medium eine Federeinrichtung bildet, welche die Kolbeneinrichtung in einem Vorwärtsschub mit einer Kraft antreibt, welche entgegen der Rückstellkraft der Rückfedereinrichtung im Rückfederraum gerichtet ist. In diesem Arbeitstakt, in dem beispielsweise eine Verbrennung in dem Expansionsraum stattfindet, wird dann der mindestens eine Kompressionsraum mit Frischmedium beladen.In a four-stroke operation, it is advantageous if, in a power stroke in which the piston device moves out of a top dead center OT ex with respect to the at least one expansion space, a valve device which is assigned to the at least one expansion space is activated, that medium from the environment is sucked into the at least one compression space, in particular if in a later cycle (Ausschiebetakt) the compressed medium forms a spring device which drives the piston device in a forward thrust with a force which is directed against the restoring force of the return spring in the resilience space , In this working cycle in which, for example, combustion takes place in the expansion space, the at least one compression space is then loaded with fresh medium.
In einem nach einem Arbeitstakt folgenden Ausschiebetakt für Abgase, welche in dem Arbeitstakt erzeugt wurden und welcher auf den Arbeitstakt folgt und bei dem sich die Kolbeneinrichtung in Richtung des oberen Totpunkts OTex (von dem unteren Totpunkt UTex aus) bewegt, wird vorteilhafterweise die Ventileinrichtung so angesteuert, dass Medium in dem mindestens einen Kompressionsraum komprimiert wird und/oder die Federeinrichtung wird in dem mindestens einen Kompressionsraum komprimiert. Die Federeinrichtung wirkt dabei als Energiespeicher, in welchem mechanische Energie gespeichert wird zur Erzeugung einer Antriebskraft in einem nachfolgenden Takt. Ferner dient die Federeinrichtung zur Abfederung der Rückbewegung der Kolbeneinrichtung. Wenn eine komprimierbares Medium verwendet wird, dann bildet dieses eine Gasfeder.In a following after a power stroke Ausschiebetakt for exhaust gases, which were generated in the power stroke and which follows the power stroke and in which the piston device in the direction of the top dead center OT ex (from the bottom dead center UT ex out) moves, is advantageously the valve means so controlled that the medium is compressed in the at least one compression space and / or the spring device is compressed in the at least one compression space. The spring device acts as an energy store, in which mechanical energy is stored to generate a driving force in a subsequent cycle. Furthermore, the spring device serves to cushion the return movement of the piston device. If a compressible medium is used, then this forms a gas spring.
Es ist dann günstig, wenn in einem nachfolgenden Ansaugtakt, welcher auf den Ausschiebetakt folgt und bei dem Frischgas in den mindestens einen Expansionsraum einströmt, die Federeinrichtung die Kolbeneinrichtung von dem oberen Totpunkt (OTex) bezogen auf den Expansionsraum in Richtung des unteren Totpunkts (UTex) bewegt und insbesondere Medium in dem mindestens einen Kompressionsraum eine Gasfeder für die Kolbeneinrichtung bildet. Die Entspannung der Federeinrichtung wirkt der Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung entgegen und bewirkt eine Verschiebung der Kolbeneinrichtung ausgehend von dem oberen Totpunkt OTex in Richtung des unteren Totpunkts UTex über eine entsprechende Federkraft. Wenn der Kompressionsraum mit einem komprimierten Medium befüllt ist, dann bewirkt die Entspannung dieses Mediums einen Vortrieb der Kolbeneinrichtung entgegen der Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung. Das komprimierbare Medium bildet dann eine Gasfeder.It is advantageous if in a subsequent intake stroke, which follows the Ausschiebetakt and flows into the fresh gas in the at least one expansion space, the spring means the piston means from the top dead center (OT ex ) based on the expansion space in the direction of bottom dead center (UT ex ) moves and in particular medium in the at least one compression space forms a gas spring for the piston device. The relaxation of the spring device counteracts the restoring force of the return device and causes a displacement of the piston device starting from the top dead center OT ex in the direction of the bottom dead center UT ex via a corresponding spring force. If the compression chamber is filled with a compressed medium, then the relaxation of this medium causes a propulsion of the piston device against the restoring force of the return device. The compressible medium then forms a gas spring.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in einem nachfolgenden Verdichtungstakt, welcher auf den Ansaugtakt folgt und bei welchem Gas in dem mindestens einen Expansionsraum verdichtet wird, die Ventileinrichtung so angesteuert wird, dass Medium aus dem mindestens einen Kompressionsraum ausströmt. Dadurch kann anschließend neues Frischmedium zur späteren Verwendung in dem Ansaugtakt in den mindestens einen Kompressionsraum einströmen. Es ist dabei grundsätzlich auch möglich, dass das ausströmende Medium an die Umgebung abgegeben wird.Furthermore, it is advantageous if in a subsequent compression stroke, which follows the intake stroke and in which gas is compressed in the at least one expansion space, the valve device is driven so that medium flows out of the at least one compression space. As a result, new fresh medium can subsequently flow into the at least one compression chamber for later use in the intake stroke. It is basically also possible that the outflowing medium is released to the environment.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird ausströmendes komprimiertes Medium einer Druckspeichereinrichtung bereitgestellt, um beispielsweise das komprimierte Medium dem Expansionsraum bereitstellen zu können. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad erhöhen.In an advantageous embodiment, outflowing compressed medium is provided to an accumulator device in order, for example, to be able to provide the compressed medium to the expansion space. This can increase the efficiency.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawings for further explanation of the invention. Show it:
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung, welches in
Der Freikolbenmotor
Die Expansionskammer
Bei einer Ausführungsform ist an einer Stirnseite
An der Stirnseite
An der Stirnseite
Die Expansionskammer
Die Kolbeneinrichtung
Die Kolbenaufnahme
In dem Rückfederraum
Der zweite Kolben
Der Rückfederraum
Dem Anschluss
In der Kammer
Die Kammer
In der Stirnwand
Zwischen dem Gehäuse
Die Magneteinrichtung
Stationär (das heißt unbeweglich bezüglich der Kolbenaufnahme
Bei einer Ausführungsform wird die lineare Bewegung der Kolbeneinrichtung
Es ist grundsätzlich auch möglich, entsprechend über den Lineartrieb
Die Kolbeneinrichtung
Der Kompressionsraum
An der Stirnwand
Grundsätzlich umfasst die Anschlusseinrichtung
Ferner umfasst die Anschlusseinrichtung
An der Anschlusseinrichtung
Der Anschlusseinrichtung
Die Fluidverbindungseinrichtung
Es ist auch möglich, dass die Druckspeichereinrichtung
Es ist dabei grundsätzlich vorgesehen, dass der Druckspeichereinrichtung
Der Kompressionsraum
Komprimiertes Medium in dem Kompressionsraum
Bei einer Ausführungsform ist die Ventileinrichtung
Bei einer weiteren Ausführungsform einer Ventileinrichtung
Es ist auch möglich, dass die Ventileinrichtung
Die Ventileinrichtung
Der Freikolbenmotor
In einem Zwei-Takt-Betrieb ist die Ventileinrichtung
In a two-stroke operation is the valve device
Wenn sich der erste Kolben
In dem Rückfederraum
Wenn die Kolbeneinrichtung
Wenn sich die Bewegungsrichtung der Kolbeneinrichtung
Wie oben erwähnt, kann die Druckspeichereinrichtung
Das komprimierte Medium wird in dem Kompressionsraum
Bei dem Zwei-Takt-Betrieb des Freikolbenmotors
Es kann dann beispielsweise die gesamte für einen Verbrennungsprozess im Expansionsraum
Grundsätzlich ist es dann beispielsweise möglich, dass ein zusätzlicher elektrischer Drucklader bereitgestellt wird. Dieser kann gegebenenfalls durch den Lineartrieb
In
Bei einem Vier-Takt-Betrieb des Freikolbenmotors
In einem Arbeitstakt erfolgt beispielsweise die Verbrennung von Treibstoff in dem Expansionsraum
In one cycle, for example, the combustion of fuel takes place in the
In einem anschließenden Ausschiebetakt treibt die Rückfedereinrichtung im Rückfederraum
In einem nachfolgenden Ansaugtakt sind das oder die Ventile
Bei Erreichen des oberen Totpunkts OTr (bezogen auf den Rückfederraum
Bei einer Ausführungsform ist der Kompressionsraum
Bei einer alternativen Ausführungsform wird der zweite Anschluss
Im ersten Falle hat der Kompressionsraum
Bei einem Zwei-Takt-Prozess wird das komprimierte Medium, welches in dem Kompressionsraum
Bei einem Vier-Takt-Betrieb wird das komprimierte Medium in dem Kompressionsraum
Zusätzlich kann durch die Bereitstellung von komprimiertem Medium für den Expansionsraum
Durch entsprechende zeitliche Ansteuerung der Ventileinrichtung
Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass eine mechanische Federeinrichtung in dem Kompressionsraum
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors, welches in
In dem Gehäuse
Das Gehäuse
An der Stirnwand
Ansonsten ist der Freikolbenmotor
Der Kompressionsraum
Die Ventileinrichtung
Der Kompressionsraum
Durch das Vorsehen von mehrere Kompressionsräumen kann eine größere Mediummenge verdichtet werden und es können zusätzlich Pulsationen verringert werden, da eine Mediumkomprimierung sowohl in einer Aufbewegung als auch in einer Abbewegung erfolgt. Auch der Rückfederraum
Insbesondere ist die Anschlusseinrichtung
Durch den Kompressionsraum
Ansonsten funktioniert der Freikolbenmotor
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors, welches in
Der zweite Kolben
Der Freikolbenmotor
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors, welches in
An dem Verbindungselement
Das Verbindungselement
Der erste Kolben
Das Querelement
Ansonsten funktioniert der Freikolbenmotor
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors, welches in
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors, welches in
Grundsätzlich kann ein Kompressionsraum beliebig angeordnet sein, um beispielsweise das Bauvolumen des entsprechenden Freikolbenmotors an eine Anwendung optimiert anzupassen. Ein Kolben für die Kompression von Medium im Kompressionsraum ist jedoch starr mit der Kolbeneinrichtung des Freikolbenmotors verbunden.In principle, a compression space can be arranged as desired in order, for example, to optimally adapt the construction volume of the corresponding free-piston engine to an application. However, a piston for the compression of medium in the compression chamber is rigidly connected to the piston device of the free-piston engine.
Beispielsweise liegt der Lineartrieb
Es ist auch möglich, dass ein Gasaustausch zwischen dem Rückfederraum und einem Kompressionsraum erfolgt. Der Gasaustausch kann dabei auch innerhalb eines Gehäuses wie beispielsweise des Gehäuses
Über den Durchmesser des Kompressionsraums kann die geförderte Mediummasse eingestellt werden. Der Durchmesser kann dabei grundsätzlich unabhängig vom Durchmesser des Expansionsraums gewählt werden.About the diameter of the compression chamber, the pumped medium mass can be adjusted. The diameter can basically be chosen independently of the diameter of the expansion space.
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass ein Durchmesser des Rückfederraums größer ist als ein Durchmesser eines Kompressionsraums. Dadurch kann beispielsweise komprimiertes Medium aus dem Kompressionsraum dem Rückfederraum zur Bereitstellung der Rückstellkraft geliefert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Durchmesser des Kompressionsraums größer ist als der Durchmesser des Expansionsraums. Dadurch lässt sich das Ladevolumen erhöhen.For example, it is provided that a diameter of the resilience space is greater than a diameter of a compression space. As a result, for example, compressed medium can be delivered from the compression space to the resilience space for providing the restoring force. It can also be provided that the diameter of the compression space is greater than the diameter of the expansion space. This can increase the loading volume.
In einem Zwei-Takt-Betrieb lässt sich ein Drucklader realisieren, wobei dem mindestens einen Expansionsraum durch den mindestens einen Kompressionsraum unter Druck stehendes, komprimiertes Medium bereitgestellt wird. Die entsprechende Druckaufladung des mindestens einen Expansionsraums lässt sich gegebenenfalls auch durch einen elektrischen Lader und/oder Turbolader unterstützen.In a two-stroke operation, a pressure loader can be realized, wherein the at least one expansion space is provided by the at least one compression space pressurized, compressed medium. If appropriate, the corresponding pressure charging of the at least one expansion space can also be assisted by an electric charger and / or turbocharger.
Eine entsprechende Freikolbenmotorvorrichtung lässt sich beispielsweise zum Antrieb eines Fahrzeugs oder als Hilfsantrieb verwenden. Er lässt sich zur Stromerzeugung beispielsweise im Blockheizkraftwerk oder zur mobilen Stromerzeugung verwenden.A corresponding free-piston engine device can be used, for example, for driving a vehicle or as an auxiliary drive. It can be used to generate electricity, for example in combined heat and power plants or for mobile power generation.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- FreikolbenvorrichtungFree-piston device
- 1212
- FreikolbenmotorFree piston engine
- 1414
- Kolbenaufnahmepiston receiving
- 1616
- Kolbeneinrichtungpiston device
- 1818
- Erster KolbenFirst piston
- 2020
- Zweiter KolbenSecond piston
- 2222
- Verbindungselementconnecting element
- 2424
- Expansionskammerexpansion chamber
- 2626
- Expansionsraumexpansion space
- 2828
- Gehäusecasing
- 3030
- Erste KolbenseiteFirst piston side
- 3232
- Stirnseitefront
- 3434
- Einlassanschlussinlet port
- 3636
- VentilValve
- 3838
- Steuerungs-/RegelungseinrichtungControl / regulating device
- 4040
- Auslassanschlussoutlet
- 4242
- VentilValve
- 4444
- Zündeinrichtungignition device
- 4646
- Raumroom
- 4848
- Kammerchamber
- 5050
- RückfederraumResilience space
- 5252
- Zweite KolbenseiteSecond piston side
- 5454
- Stirnseitefront
- 5656
- Anschlussconnection
- 5858
- VentilValve
- 6060
- Kompressionsraumcompression chamber
- 6262
- Kolbenseitepiston side
- 6464
- Stirnwandbulkhead
- 6666
- Gehäusecasing
- 6868
- Öffnungopening
- 7070
- Lineartrieblinear drive
- 7272
- Magneteinrichtungmagnetic device
- 7474
- Magnetelementemagnetic elements
- 7676
- Spuleneinrichtungcoil device
- 7878
- signalwirksame Verbindungsignal-effective connection
- 8080
- Anschlusseinrichtungconnecting device
- 8282
- Erster AnschlussFirst connection
- 8484
- Zweiter AnschlussSecond connection
- 8585
- Federeinrichtungspring means
- 8686
- Ventileinrichtungvalve means
- 8888
- FluidverbindungseinrichtungFluid communication means
- 9090
- DruckspeichereinrichtungPressure storage device
- 9292
- Leitungmanagement
- 9494
- Speicherbehälterstorage container
- 9696
- VentilValve
- 9898
- 3/2-Wegeventil3/2-way valve
- 100100
- Erstes SperrventilFirst check valve
- 102102
- Zweites SperrventilSecond check valve
- 104104
- VentilValve
- 106106
- VentilValve
- 108108
- FreikolbenmotorFree piston engine
- 110110
- Gehäusecasing
- 112112
- Kompressionsraumcompression chamber
- 114114
- Kolbenseitepiston side
- 116116
- Stirnwandbulkhead
- 118118
- Anschlusseinrichtungconnecting device
- 120120
- Ventileinrichtungvalve means
- 122122
- FreikolbenmotorFree piston engine
- 124124
- Gehäusecasing
- 126126
- Zweite KolbenseiteSecond piston side
- 128128
- RückfederraumResilience space
- 130130
- Gehäusecasing
- 132132
- Kompressionsraumcompression chamber
- 134134
- FreikolbenmotorFree piston engine
- 136136
- Kolbeneinrichtungpiston device
- 137137
- Richtungdirection
- 138138
- Bewegungseinrichtungmover
- 140140
- Verbindungselementconnecting element
- 142142
- Querelementcrossmember
- 144144
- Verbindungselementconnecting element
- 148148
- Erste SeiteFirst page
- 150150
- Zweite SeiteSecond page
- 152152
- FreikolbenmotorFree piston engine
- 154154
- FreikolbenmotorFree piston engine
- 156156
- Kolbeneinrichtungpiston device
- 158158
- Seitepage
- 160160
- Querelementcrossmember
Claims (37)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201110000620 DE102011000620B4 (en) | 2011-02-10 | 2011-02-10 | Free piston device and method for operating a free piston device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201110000620 DE102011000620B4 (en) | 2011-02-10 | 2011-02-10 | Free piston device and method for operating a free piston device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102011000620A1 DE102011000620A1 (en) | 2012-08-16 |
| DE102011000620B4 true DE102011000620B4 (en) | 2013-10-24 |
Family
ID=46579400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE201110000620 Expired - Fee Related DE102011000620B4 (en) | 2011-02-10 | 2011-02-10 | Free piston device and method for operating a free piston device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102011000620B4 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016008781A1 (en) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | Knf Flodos Ag | Oscillating displacement pump with electrodynamic drive and method for its operation |
| EP3488107B1 (en) | 2016-07-22 | 2020-06-24 | Knf Flodos Ag | Oscillating displacement pump having an electrodynamic drive and method for operation thereof |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012111067B3 (en) * | 2012-11-16 | 2014-02-13 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Free-piston device has primary and secondary piston portions which move relative to each other under effect of expansion of working fluid in the expansion space and under action of return spring arranged in spring-back space |
| WO2014135200A1 (en) * | 2013-03-05 | 2014-09-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Combustion engine comprising a linear generator and a return spring |
| DE102013004740A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Rainer Schmidt | Generator with integrated drive |
| DE102013104685B3 (en) * | 2013-05-07 | 2014-09-11 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Free-piston device |
| DE102013106792B4 (en) | 2013-06-28 | 2020-07-16 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Free piston device and method for operating a free piston device |
| DE102014001770A1 (en) | 2014-02-09 | 2015-08-13 | Karl-Ulrich Stein | Internal combustion engine with linear electrical guidance |
| CN106870265A (en) * | 2017-03-03 | 2017-06-20 | 集美大学 | Vapour-pressure type wave energy is gathered and TRT |
| DE102017115171B4 (en) | 2017-07-06 | 2020-11-05 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Free piston device and method of operating a free piston device |
| CN120754651A (en) * | 2025-07-10 | 2025-10-10 | 什邡市祥泰化工有限公司 | Coating production waste gas treatment process and equipment |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4344915A1 (en) * | 1993-12-29 | 1995-07-06 | Jakob Hilt | Linear combustion engine and electro-generator |
| DE19813992A1 (en) * | 1998-03-28 | 1999-10-07 | Stefan Roeder | Free piston combustion engine with electrical energy delivery e.g. for hybrid automobile, heating plant or mobile current generator |
| WO2003091556A1 (en) * | 2002-04-25 | 2003-11-06 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Free-piston device provided with an electric linear drive |
| EP1398863A1 (en) * | 2002-09-03 | 2004-03-17 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Free piston device with electrically driven linear actuator |
| WO2007147789A1 (en) * | 2006-06-20 | 2007-12-27 | Umc Universal Motor Corporation Gmbh | Free-piston device and method for operating a free-piston device |
| DE102007035914A1 (en) * | 2007-07-23 | 2009-01-29 | Umc Universal Motor Corporation Gmbh | Free piston device and method for controlling and / or regulating a free piston device |
| WO2009156257A1 (en) * | 2008-06-24 | 2009-12-30 | Umc Universal Motor Corporation Gmbh | Method for operating a floating piston device |
-
2011
- 2011-02-10 DE DE201110000620 patent/DE102011000620B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4344915A1 (en) * | 1993-12-29 | 1995-07-06 | Jakob Hilt | Linear combustion engine and electro-generator |
| DE19813992A1 (en) * | 1998-03-28 | 1999-10-07 | Stefan Roeder | Free piston combustion engine with electrical energy delivery e.g. for hybrid automobile, heating plant or mobile current generator |
| WO2003091556A1 (en) * | 2002-04-25 | 2003-11-06 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Free-piston device provided with an electric linear drive |
| EP1398863A1 (en) * | 2002-09-03 | 2004-03-17 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Free piston device with electrically driven linear actuator |
| WO2007147789A1 (en) * | 2006-06-20 | 2007-12-27 | Umc Universal Motor Corporation Gmbh | Free-piston device and method for operating a free-piston device |
| DE102007035914A1 (en) * | 2007-07-23 | 2009-01-29 | Umc Universal Motor Corporation Gmbh | Free piston device and method for controlling and / or regulating a free piston device |
| WO2009156257A1 (en) * | 2008-06-24 | 2009-12-30 | Umc Universal Motor Corporation Gmbh | Method for operating a floating piston device |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| S.-E. Pohl und C. Ferrari: Vergleich von Gasfedervarianten mit variabler Kennlinie für. In: Forschung Ingenieurwesen, 20, 2007, 71, 181- 188. * |
| T.A. Johansen et al.: Dynamics and Control of a Free-Piston Diesel Engine. In: Proc. American Control Conference, Arlington, VA., 2001, alle. * |
| T.A. Johansen et al.: Free-Piston Diesel Engine Timing and Control - Towards Electronic Cam- and Crankshaft. In: IEEE Trans. Control Systems Technology, 10, 2002, 188-190. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016008781A1 (en) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | Knf Flodos Ag | Oscillating displacement pump with electrodynamic drive and method for its operation |
| EP3488107B1 (en) | 2016-07-22 | 2020-06-24 | Knf Flodos Ag | Oscillating displacement pump having an electrodynamic drive and method for operation thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102011000620A1 (en) | 2012-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102011000620B4 (en) | Free piston device and method for operating a free piston device | |
| EP2173988B1 (en) | Free-piston device and method for controlling and/or regulating a free-piston device | |
| DE112010004067B4 (en) | hydraulic internal combustion engines | |
| EP2224580B1 (en) | Free piston device with electrically driven linear actuator | |
| DE102008053069B4 (en) | Free piston engine with variable stroke and method of operating a free piston engine | |
| DE102008030633B4 (en) | Method for operating a free-piston device | |
| DE60121796T2 (en) | DEVICE FOR ACTUATING THE VALVES AND CONTROL METHOD THEREFOR | |
| DE112006000782T5 (en) | Control system for fuel injection | |
| EP0328602B1 (en) | Device for introducing fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine | |
| DE102006029532A1 (en) | Free piston device and method for operating a free piston device | |
| DE19954023B4 (en) | High-pressure fuel injection device | |
| DE4407585C2 (en) | Variable valve timing | |
| DE102018000824B4 (en) | Device for converting combustion energy into electrical energy and combustion method for operating a free-piston engine | |
| DE102008053068B4 (en) | Variable stroke free piston engine, method of operating a free piston engine and use of orifices in a piston receiver | |
| DE102005023178A1 (en) | Compression pulse method for starting a free-piston internal combustion engine | |
| DE102010018654B4 (en) | Cyclic heat engine | |
| DE102014100545A1 (en) | Free piston engine system and method of operating a free piston engine | |
| DE102010031010A1 (en) | Free-piston device and method for gas exchange in a free-piston engine | |
| DE102004051138B4 (en) | Pressure boosting fuel injector | |
| DE102015117439A1 (en) | Free-piston internal combustion engine unit and method for operating such an internal combustion engine unit | |
| AT409163B (en) | Device for the introduction of fuel into the combustion space of an internal combustion engine | |
| DE202013002671U1 (en) | Gas exchange control of internal combustion engines with hydraulically operated gas exchange devices | |
| DE202013004407U1 (en) | Reciprocating internal combustion engine with exhaust gas post-expansion | |
| DE102011115160A1 (en) | Fuel cell system mounted in vehicle, has expansion device that releases fuel from compressed gas storage portion under provision of electric power and comprises bungee cord which is provided with movable piston in free piston type | |
| DE102013106792A1 (en) | Free piston device and method for operating a free piston device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20140125 |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWAELTE MB, DE |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWAELTE MB, DE |
|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |