DE4410926A1

DE4410926A1 - Computer-assisted 2-stroke free-piston type gas generator

Info

Publication number: DE4410926A1
Application number: DE19944410926
Authority: DE
Inventors: Franz Wierlemann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-03-21
Filing date: 1994-03-21
Publication date: 1996-07-04

Abstract

A free-piston gas generator has a pair of pistons (15) working in opposition with a combustion chamber(d) between them, connected via outlets to a compressed gas collection chamber(e). There are two compression chambers which are respectively acted upon by a compression piston (16) attached to one of the working pistons. They supply a charge air chamber (c), connected by an inlet to the combustion chamber. The charge air chamber is also joined by a valve (21) to the compressed gas collection chamber. This valve has a control unit using sensors to determine the necessary combustion air quantity so that surplus air in the charge air chamber bypasses the combustion chamber and goes directly to the collection chamber.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Freikolben-Gasgenerator gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1, 10, 14 und 20. Derartige Gasgeneratoren werden normalerweise mit Dieselöl, Schweröl oder aufbereitetem Rapsöl (RME) betrieben und dienen vor allem zur Bereitstellung von Druckluft für Gasturbinen.The present invention relates to a free piston gas generator according to the preamble of claims 1, 10, 14 and 20. Gas generators of this kind are normally used with diesel oil, Heavy oil or processed rapeseed oil (RME) operated and are primarily used to provide compressed air for gas turbines.

Ein derartiger Freikolben-Gasgenerator ist beispielsweise unter der Bezeichnung Freikolbenverdichter nach Pescara in der einschlägigen Literatur bekannt. Dieser hat u. a. die folgenden Nachteile. So durchläuft die gesamte Kompressor-Druckluft den Verbrennungsraum mit der Folge, daß wegen der niedrigen erzielbaren Verbrennungstemperaturen erhöhte Öl- und Rußrückstände in der ausgangsseitigen Druckluft anzutreffen sind. Beim Auswärtshub gegen die Kolben Auslaß- und Einlaßschlitze frei. Der hohe Restdruck aus der Verbrennung führt zum Flammrückschlag in den Ladeluft-Aufnahmeraum. Ferner nimmt der Wirkungsgrad des Kompressors bei steigender Belastung ab. Der Kolbenhub wird kleiner und es entsteht im Kompressorraum ungenützter Raum.Such a free-piston gas generator is for example under the name Pescara in the relevant literature. This has u. a. the following disadvantages. This is how the entire compressor compressed air flows the combustion chamber with the result that because of the low achievable combustion temperatures increased oil and soot residues can be found in the outlet-side compressed air are. On the outward stroke against the pistons exhaust and Inlet slots free. The high residual pressure from the combustion leads to a flashback in the charge air intake space. Furthermore, the efficiency of the compressor increases with increasing Load off. The piston stroke becomes smaller and it arises in Compressor room unused space.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die o. g. Nachteil zu vermeiden und einen gattungsgemäßen Freikolben- Gasgenerator bereitzustellen, der durch einen verbesserten Wirkungsgrad gekennzeichnet ist.The present invention is based on the object o. g. To avoid disadvantage and a generic free piston Provide gas generator by an improved Efficiency is marked.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmale gelöst. Die Merkmale in Anspruch 1 bewirken eine Wirkungsgradverbesserung aufgrund der Tatsache, daß der Verbrennungsvorgang mit optimalem Luftverhältnis durchgeführt werden kann und die überschüssige ebenfalls verdichtete Luft quasi im Bypass des Brennraumes direkt zum Generatorausgang geführt wird. Darüber hinaus enthält die erzeugte Druckluft weniger Verschmutzungsrückstände wie Öl oder Ruß.According to the invention, this object is achieved by the independent Features mentioned claims solved. The characteristics in Claim 1 cause an efficiency improvement due to the fact that the combustion process with optimal Air ratio can be carried out and the excess also compressed air in the bypass of the combustion chamber is led directly to the generator output. Furthermore the compressed air generated contains less pollution residues like oil or soot.

Die Merkmalskombination gemäß Anspruch 10 gewährleistet eine verbesserte und weniger wartungsanfällige Kopplung der beiden Arbeitskolben.The combination of features according to claim 10 ensures a improved and less maintenance-prone coupling of the two Piston.

Die Merkmale des Anspruchs 14 ermöglichen eine optimale Steuerung der Kolbenbewegung abhängig von den Betriebsparametern.The features of claim 14 enable an optimal Control of the piston movement depending on the operating parameters.

Ebenfalls zu einer Wirkungsgradverbesserung führt die Merkmalskombination des Anspruchs 20 dadurch, daß der Kompressorkolben durch die axiale Verstellung auch bei variablen Betriebsbedingungen stets den vollen Kolbenhub ausführen kann.The combination of features also leads to an improvement in efficiency of claim 20 in that the compressor piston due to the axial adjustment even under variable operating conditions can always perform the full piston stroke.

Weiter Vorteile des erfindungsgemäßen Gasgenerators bestehen in der kompakten Bauweise, der großen Laufruhe und dem Umstand, daß sich der Zweitakt-Gasgenerator beim Arbeitshub mit der Kolbengeschwindigkeit dem Charakter der Kraftstoffeigenschaften anpaßt. Der Verbrennungswirkungsgrad bleibt bei unterschiedlichen Hubzahlen erhalten. Insgesamt sind Wirkungsgrade von 65-70% an der Turbinenwelle denkbar.There are further advantages of the gas generator according to the invention in the compact design, the great smoothness and the fact that the two-stroke gas generator with the working stroke the piston speed the character of the fuel properties adjusts. The combustion efficiency remains the same receive different stroke rates. Overall, efficiencies of 65-70% possible on the turbine shaft.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention result itself from the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:The invention is described below with reference to the attached drawings explained. It shows:

Fig. 1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Gasgenerators; und Fig. 1 is a perspective sectional view of a gas generator; and

Fig. 2a eine Darstellung einer Synchronisiereinrichtung; FIG. 2a is a diagram of a synchronizer;

Fig. 2b einen Schnitt gemäß der Linie G-G von Fig. 2a, und Fig. 2b shows a section along the line GG of Fig. 2a, and

Fig. 2c einen Schnitt gemäß der Linie H-H von Fig. 2a. Fig. 2c shows a section along the line HH of Fig. 2a.

Der Freikolben-Gasgenerator besteht im wesentlichen aus zwei gegeneinander arbeitenden Arbeitskolben 15, die ein dazwischen liegenden Brennraum D von zwei gegenüberliegenden Seiten beaufschlagen. Frischluft tritt über zwei mit Rückschlagventilen 23 versehene Einlässe 1 in zwei Verdichtungsräume B ein, die jeweils von einem mit einem der Arbeitskolben 15 verbundenen Verdichtungskolben 16 beaufschlagt werden, und die verdichtete Luft über Ventile 22 in einen ringförmigen Ladeluft-Aufnahmeraum C fördert. Von diesem strömt ein Teil der Luft über die Ventile 20 in den Brennraum D, der beidseitig von den beiden Arbeitskolben 15 beaufschlagt wird. Die verbrannte Luft tritt über Auslaßöffnungen 2 in einen Druckgas-Sammelraum E ein, der zu einer nicht dargestellten Turbine führt. Ein Teil der Druckluft aus dem Ladeluft-Aufnahmeraum C gelangt direkt über die Ventile 21 und die Leitung 3 in den Druckgas-Sammelraum E. Durch Kunststoffzahnriemen 12 wird der elastische Gleichlauf der beiden Arbeitskolben 15 erzwungen. The free-piston gas generator essentially consists of two working pistons 15 working against each other, which act on an intermediate combustion chamber D from two opposite sides. Fresh air enters through two inlets 1 with check valves 23 into two compression spaces B, each of which is acted upon by a compression piston 16 connected to one of the working pistons 15 , and conveys the compressed air via valves 22 into an annular charge air receiving space C. From this part of the air flows via the valves 20 into the combustion chamber D, which is acted upon on both sides by the two working pistons 15 . The burned air enters through outlet openings 2 in a compressed gas collecting space E, which leads to a turbine, not shown. A portion of the compressed air from the charge air receiving chamber C passes directly through valves 21 and the line 3 into the compressed-gas collecting space by E. plastic toothed belt 12 is forced to the elastic synchronization of the two working pistons 15th

Die Zahnriemenräder 14 nehmen die elektronische Hubwegmessung (siehe Maßnahme 2), die Nockensteuerung für die Kraftstoffeinspritzung (siehe Maßnahme 3) und die übrigen, für den Betriebsablauf notwendigen Aggregate auf.The toothed belt wheels 14 take up the electronic stroke measurement (see measure 2), the cam control for the fuel injection (see measure 3) and the other units necessary for the operational sequence.

Der Pufferraum A ersetzt den Kurbeltrieb. Er nimmt beim Arbeitshub (Auswärtshub) den größten Teil der Verbrennungsenergie (ex Ansaugarbeit) auf, und gibt sie zum Teil beim Einwärtshub über den Verdichterraum B, dem Ladeluftaufnehmerraum C und dem gesteuerten Überströmorgan 21 direkt an den Gassammler E wieder ab. Ausgestattet ist der Pufferraum A mit Druck- und Temperatursensoren, zur rechnergestützten Steuerung der Druckhöhe. Die Abströmgeschwindigkeit der Kompressorluft in den Gassammler E, muß so groß möglich sein, daß der Kompressionshub nicht abgewürgt wird. (Verhinderung von vermeidbaren Kompressionswirkungsgradverlusten).The buffer space A replaces the crank mechanism. It absorbs most of the combustion energy (ex suction work) during the working stroke (outward stroke), and releases it in part directly to the gas collector E again during the inward stroke via the compression chamber B, the charge air receiver chamber C and the controlled overflow element 21 . Buffer room A is equipped with pressure and temperature sensors for computer-aided control of the pressure level. The outflow speed of the compressor air into the gas collector E must be so great that the compression stroke is not stalled. (Prevention of avoidable loss of compression efficiency).

Die tatsächlich vom Verdichter B angesaugte atmosphärische Luftmenge ist der Maßstab für die optimale mögliche Leistungsausbeute des Geräts.The atmospheric actually sucked in by compressor B. Air volume is the benchmark for the optimal possible performance of the device.

Der Wirkungsgrad des bisherigen Kompressors B nimmt bei steigender Belastung ab. Der Kolbenhub wird kleiner, es entsteht im Verdichterraum B schädlicher Raum. Aus diesem Grund sind der Verdichterkolben 16 und der Arbeitskolben 15 zueinander verstellbar gemacht (ΔX) (siehe Maßnahme 7). Dadurch ist es möglich, den Verdichterkolben 16 rechnergesteuert (fast) immer den vollen Hub ausführen zu lassen (siehe Maßnahmen 2, 3, 4) und somit den bestmöglichen Wirkungsgrad herbeizuführen. Durch das veränderliche Maß "X" kann der Verbrennungszylinderraum D während des Betriebs verändert werden (variable Verdichtung/Aufladung). Im Verdichtungsraum B sind wie im Pufferraum A ein Temperaturfühler und ein Drucksensor untergebracht. Der Drucksensor tastet beim Ansaugen den Unterdruck und beim Verdichten den Überdruck ab und führt das Ergebnis dem Rechner zu, der das optimale Verharren der Kolben 15, 16 in der äußeren Endstellung ermittelt (siehe Maßnahme 4).The efficiency of the previous compressor B decreases with increasing load. The piston stroke becomes smaller, harmful space is created in the compressor chamber B. For this reason, the compressor piston 16 and the working piston 15 are made mutually adjustable (ΔX) (see measure 7). This makes it possible (almost) for the compressor piston 16 to be (almost) always carried out the full stroke (see measures 2, 3, 4) and thus to bring about the best possible efficiency. Due to the variable dimension "X", the combustion cylinder space D can be changed during operation (variable compression / supercharging). A compression sensor and a pressure sensor are located in compression chamber B, as in buffer chamber A. The pressure sensor senses the negative pressure during suction and the positive pressure during compression and feeds the result to the computer, which determines the optimal persistence of the pistons 15 , 16 in the outer end position (see measure 4).

Die äußere Endstellung der Kolben 16 führt die gestreckten Knickpleuel 13 herbei. Der Taktgeber fängt die Knickpleuel in dieser Stellung auf.The outer end position of the pistons 16 brings about the extended connecting rods 13 . The clock catches the articulated connecting rods in this position.

Das verschiebbare Festlager am Knickpleuel erhält bei jedem Arbeitshub einen Stoß auf den Hubdämpfer, so daß das Festlager je nach Pufferdruck auswandert. Der Betrag der Auswanderung wird durch die Hubwegmessung (siehe Maßnahme 2) festgestellt und rechnerisch über den Pufferdruck justiert (siehe Maßnahme 4).The movable fixed bearing on the articulated connecting rod receives one at every working stroke Impact on the stroke damper, so that the fixed bearing depending on the buffer pressure emigrates. The amount of emigration is determined by the Stroke measurement (see measure 2) determined and calculated adjusted via the buffer pressure (see measure 4).

Der Einwärtshub wird durch den Taktgeber, einem rechnergesteuerten Elektromotor, ausgelöst. Ebenfalls angehängt an den Taktgeber ist das Einlaßorgan 20 (siehe Maßnahme 5). Die Öffnung des Einlaßorgans 20 muß so frühzeitig erfolgen, daß die Gleichstromspülung des Verbrennungszylinderraums D mit dem Überfahren der Kolben 15 über die Einlaßschlitze abgeschlossen ist.The inward stroke is triggered by the clock generator, a computer-controlled electric motor. The inlet member 20 is also attached to the clock (see measure 5). The opening of the inlet member 20 must take place so early that the direct current flushing of the combustion cylinder chamber D is completed when the pistons 15 pass over the inlet slots.

Im Gassammler E, nahe bei den Auslaßschlitzen des Verbrennungszylinderraums D ist ein keramischer Sensor, der seine elektrischen Eigenschafter bei verändertem Sauerstoffpartialdruck, ändert. Durch diesen Sensor ist es möglich, rechnergestützt eine saubere Verbrennung herbeizuführen.In the gas collector E, near the outlet slots of the combustion cylinder space D is a ceramic sensor that detects its electrical Properties with changed oxygen partial pressure, changes. With this sensor it is possible to use a computer bring about clean combustion.

Der Rechner sollte ein markgängiges Modell sein, das mit intelligenten (prozessorausgerüsteten) Steckkarten nachgerüstet werden kann. The calculator should be a marketable model with intelligent (processor equipped) plug-in cards can be retrofitted can.

Maßnahme 1: (die die Arbeitsweise kennzeichnen)Measure 1: (which characterize the way of working) Erzwingung des elastischen Gleichlaufs der Kolben 15, 16 durch Kunststoffzahnriemen 12 Forcing the elastic synchronism of the pistons 15 , 16 by means of plastic toothed belts 12

Aufgebaut ist die Zahnriemenanordnung aus dem Zahnriemen 12, den beiden Zahnriemenrädern 14 und den Klemmklauen 11 mit denen die Anordnung an den Kolbenstangen 10 angeflanscht ist. Der Vorteil der Kunststoffzahnriemen 12 ist die geringe Schwungmasse, die relative hohe Festigkeit und die geringe Wartungsanfälligkeit. The toothed belt arrangement is constructed from the toothed belt 12 , the two toothed belt wheels 14 and the clamping claws 11 with which the arrangement is flanged to the piston rods 10 . The advantage of the plastic timing belts 12 is the low flywheel mass, the relatively high strength and the low maintenance requirement.

Maßnahme 2Measure 2 Elektronische Hubwegmessung der Kolben 15, 16 Electronic stroke measurement of pistons 15 , 16

Ein elektronischer Drehmelder mit 0-Punkt- und Drehrichtungserkennung ist in einem Zahnriemenrad 14, dessen Abwicklung länger ist als der Kolbenhubweg, eingebaut. Diese Anordnung läßt sich in der Praxis sehr einfach und wenig störanfällig ausführen.An electronic resolver with 0-point and direction of rotation detection is installed in a toothed belt wheel 14 , the development of which is longer than the piston stroke. In practice, this arrangement can be carried out in a very simple and less susceptible to failure.

Das gewonnene Ausgangssignal dieser Einheit wird die Steckkarte der Eingabeeinheit des Computers geführt.The output signal of this unit is the plug-in card led the input unit of the computer.

Das Ausgangssignal dient zur Steuerung aller vom Hubweg abhängigen Einheiten, wie z. B. Einspritzpumpe, Überströmorgan 21 usw. The output signal is used to control all units dependent on the stroke, such as. B. injection pump, overflow element 21 , etc.

Maßnahme 3Measure 3

Kraftstoffeinspritzung und Zündung (unter anderem) hier als Funktion der Einwärtshubbegrenzung.Fuel injection and ignition (among others) here as Function of the inward stroke limitation.

Zur Anwendung kommt eine Einspritzpumpe mit Einspritzdüse die unmittelbar im gleichen Gehäuse vereinigt sind (ähnlich L′ORANGE und MAN/BOSCH).An injection pump with an injection nozzle is used are directly united in the same housing (similar to L'ORANGE and MAN / BOSCH).

Mechanischer Auslöser des Einspritzvorgangs ist ein Zahnriemenrad 14 der Gleichlaufeinrichtung. Der Einspritzauslösepunkt ist mechanisch und elektronisch verschiebbar.The mechanical trigger of the injection process is a toothed belt wheel 14 of the synchronizing device. The injection trigger point can be moved mechanically and electronically.

Ziel ist es, die Kolben 16 bei der Einwärtsverdichtung möglichst nahe an die Auslaßventile 22 heranzuführen (Kompressorwirkungsgrad).The aim is to bring the pistons 16 as close as possible to the exhaust valves 22 during inward compression (compressor efficiency).

Der Kraftstoffeinspritzbeginn ergibt sich aus dem Betriebszustand des Gasgenerators und wird aus dem Rechnerspeicher mit den vorherigen Daten ermittelt. The start of fuel injection results from the operating state of the gas generator and is from the computer memory determined from the previous data.

Maßnahme 4Measure 4

Festhalten und Verharren der Kolben 15, 16 in der äußeren Endlage, mit einem Hubdämpfer in der Funktion der Auswärtshubbegrenzung.Holding and remaining the pistons 15 , 16 in the outer end position, with a stroke damper in the function of the outward stroke limitation.

Es bietet sich bei größeren Gasgeneratoren die Verwendung von zwei "Knickpleuel" 13 pro Kolben 16 an.In the case of larger gas generators, it is advisable to use two "connecting rods" 13 per piston 16 .

Der Knickpleuel 13 besteht aus zwei scharnierartig miteinander verbundenen Einzelpleuel.The articulated connecting rod 13 consists of two individual connecting rods connected to one another in a hinge-like manner.

An einem Pleuelende ist die gelenkartige Verbindung mit der Kolbenstange 10 . Auf der Gegenseite befindet sich das verschiebbare "Festlager". Aufgebaut ist es aus einer Druckfeder und aus einem doppeltwirkenden, zentralen und regelbaren Hubdämpfer.The joint-like connection to the piston rod 10 is at one end of the connecting rod. The movable "fixed bearing" is located on the opposite side. It is made up of a compression spring and a double-acting, central and adjustable lift damper.

Alle Knickpleuel 13 des Generators sind unter Federvorspannung mechanisch miteinander verbunden. Damit wird erreicht, daß das Startsignal auf alle Pleuel 13 absolut gleichzeitig in Richtung "Z" wirkt. All articulated connecting rods 13 of the generator are mechanically connected to one another under spring preload. This ensures that the start signal acts on all connecting rods 13 absolutely simultaneously in the "Z" direction.

Maßnahme 5Measure 5 Steuerung des Einlaßorgans 20 (C in D)Control of the inlet member 20 (C in D)

Aufgebaut ist das Einlaßorgan 20 aus 2 Ventilen, dem ungesteuerten Flatterventil, das wie ein elektrischer Gleichrichter nur in einer Richtung durchlässig ist (Verhinderung des Flammrückschlags von D in C) und dem verschiebbar gesteuerten Durchlaßventil, das durch den Taktgeber (einem rechnergesteuerten Elektromotor) (siehe Maßnahme 8) geöffnet wird. Der Zeitpunkt der Öffnung des Einlaßorgans 20 wird durch den Rechner bestimmt. Der Schließvorgang wird, nachdem die Kolben 15 die Einlaßschlitze überfahren haben, durch eine Mechanik eines Zahnriemenrads 14 herbeigeführt. The inlet member 20 is made up of 2 valves, the uncontrolled flutter valve, which, like an electrical rectifier, is only permeable in one direction (preventing the flashback from D in C) and the displaceably controlled passage valve, which is controlled by the clock (a computer-controlled electric motor) (see Measure 8) is opened. The time of opening of the inlet member 20 is determined by the computer. After the pistons 15 have passed the inlet slots, the closing process is brought about by a mechanism of a toothed belt wheel 14 .

Maßnahme 6Measure 6 Steuerung des Überströmorgans 21 (C→E)Control of the overflow device 21 (C → E)

Aufgebaut ist das Überströmorgan 21 wie das Einlaßorgan 20 und besteht aus 2 Ventilen, dem ungesteuerten Flatterventil (Rückschlagventil), das wie ein elektrischer Gleichrichter nur in einer Richtung durchlässig ist (Verhinderung des Flammrückschlags von E in C) und dem gesteuerten Durchlaßventil.The overflow element 21 is constructed like the inlet element 20 and consists of 2 valves, the uncontrolled flap valve (check valve) which, like an electrical rectifier, is only permeable in one direction (prevention of the flashback from E in C) and the controlled passage valve.

Aufgabe des Durchlaßventils ist es die überschüssige, vom Kompressor B gelieferte Druckluft, direkt dem Gassammler E zuzuführen. Der Rest, der bei der Einwärtsbewegung der Kolben 15, 16 gewonnenen Druckluft, wird in den Verbrennungsraum D geführt. Der Rechner ermittelt die für die Verbrennung notwendige Frischluftmenge. Ermittelt werden die daten durch Druck- und Temperatursensoren, sowie der Hubbewegung. Mechanisch gesteuert wird das Überströmorgan 21 durch ein Zahnriemenrad 14 der Gleichlaufanordnung. The task of the passage valve is to supply the excess compressed air supplied by the compressor B directly to the gas collector E. The rest of the compressed air obtained during the inward movement of the pistons 15 , 16 is guided into the combustion chamber D. The computer determines the amount of fresh air required for combustion. The data are determined by pressure and temperature sensors as well as the stroke movement. The overflow element 21 is mechanically controlled by a toothed belt wheel 14 of the synchronous arrangement.

Maßnahme 7Measure 7 Kolbenverstellung (Δ X) 17, 18, 19 Piston adjustment (Δ X) 17, 18, 19

Die Kolbenverstellung 18 ist wie folgt aufgebaut. Eine Trapezgewindepaarung (Spindel und Mutter 18 ist derart angeordnet, daß sich zwischen den Flanken ein Spalt (Y) bildet.The piston adjustment 18 is constructed as follows. A pair of trapezoidal threads (spindle and nut 18 is arranged such that a gap (Y) is formed between the flanks.

Am Umfang der Trapezmutter sind Wälzkörper 19 so verteilt, daß immer 2 Wälzkörper ein Paar bilden, das jeweils nur eine Flanke der Spindel links und rechts unter Vorspannung berührt. In dieser Stellung besitzt die Gewindepaarung Wälzlagereigenschaften und kann leicht verstellt werden.Rolling elements 19 are distributed around the circumference of the trapezoidal nut such that always two rolling elements form a pair that only touches one flank of the spindle on the left and right under prestress. In this position, the thread pairing has rolling bearing properties and can be easily adjusted.

Die Anzahl der Wälzkörperpaare wird durch ihre Federrate und ihre Tragfähigkeit bestimmt.The number of pairs of rolling elements is determined by their spring rate and determines their carrying capacity.

Bewegen sich die Kolben 15, 16 einwärts, dann nimt der Druck auf der Verbrennungsseite D zu und drückt auf die Wälzkörper 19 (Kraft F in Pfeilrichtung). Der Spalt Y verschwindet, die Gewindeflanken liegen an und übernehmen die gesamte axiale Belastung der Kolben 15.If the pistons 15, 16 move inwards, the pressure on the combustion side D increases and presses on the rolling elements 19 (force F in the direction of the arrow). The gap Y disappears, the thread flanks are in contact and take over the entire axial loading of the pistons 15 .

Die elektronische Abtastung der Stellung der Gewindestrecke X erfolgt über einen elektronischen Schalter (wie Druckaufnehmer) (siehe auch Maßnahme 2). Das Ausgangssignal dieser Schalter wird in die Steckkarte der Eingabe des Computers geführt. The electronic scanning of the position of the thread section X takes place via an electronic switch (like pressure sensor) (see also measure 2). The output signal from these switches is into the plug-in card entering the computer.

Maßnahme 8Measure 8 Elektronischer ZeitimpulsElectronic time pulse

Das elektronische Zeitsignal (Uhr) des Rechners wird vom Rechner selbst so umgeformt und aufbereitet, daß es zur Steuerung aller zeitabhängigen Vorgänge des Gasgenerators benutzt werden kann.The computer's electronic time signal (clock) is generated by the computer itself shaped and processed so that it can be used for control all time-dependent processes of the gas generator can be used can.

Bei größeren Gasgeneratoren bietet sich als Taktgeber ein an das elektrische Zeitsignal angehängter Elektromotor an.In the case of larger gas generators, a clock is an option the electrical time signal attached to the electric motor.

Claims

1. Freikolben-Gasgenerator mit einem gegeneinander arbeitenden Arbeitskolbenpaar (15 ), einem dazwischen angeordneten, vom Arbeitskolbenpaar (15) beidseitig beaufschlagten Brennraum (D), der über Auslaßöffnungen mit einem Druckgas-Sammelraum (E) verbunden ist, zwei Verdichtungsräumen (B), die jeweils vor einem an einem der Arbeitskolben (15) befestigten Verdichtungskolben (16) beaufschlagt werden und einen Ladeluft-Aufnahmeraum (C) beschicken, der über mindestens eine Brennraum-Einlaßöffnung mit dem Brennraum (D) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluft-Aufnahmeraum (C) über eine verschließbare Verbindungsöffnung (21) direkt mit dem Druckgas-Sammelraum (E) verbunden ist.1. Free-piston gas generator with a working piston pair ( 15 ) working against each other, a combustion chamber (D) arranged between them and loaded on both sides by the working piston pair ( 15 ), which is connected to a compressed gas collecting chamber (E) via outlet openings, two compression chambers (B), which are each acted upon in front of a compression piston ( 16 ) attached to one of the working pistons ( 15 ) and feed a charge air receiving space (C) which is connected to the combustion chamber (D) via at least one combustion chamber inlet opening, characterized in that the Charge air receiving space (C) is connected directly to the compressed gas collecting space (E) via a closable connection opening (21 ).

2. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschließbare Verbindungsöffnung ein gesteuertes Durchlaßventil (21) ist.2. Free-piston gas generator according to claim 1, characterized in that the closable connecting opening is a controlled passage valve ( 21 ).

3. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit für die Steuerung des gesteuerten Durchlaßventil (21) vorgesehen ist.3. Free-piston gas generator according to claim 2, characterized in that a control unit for controlling the controlled passage valve ( 21 ) is provided.

4. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit mit Sensoren verbunden ist, die Parameter messen, aus denen die erforderliche Verbrennungsluftmenge bestimmbar ist und die Steuereinheit das Durchlaßventil (21) derart ansteuert, daß die überschüssige Luftmenge im Ladeluft-Aufnahmeraum (C), welche die erforderliche Verbrennungsluftmenge übersteigt, unter Umgehung des Brennraums (D) unmittelbar in den Druckgas-Sammelraum (E) strömt. 4. Free-piston gas generator according to claim 1, characterized in that the control unit is connected to sensors, measure the parameters from which the required amount of combustion air can be determined and the control unit controls the passage valve ( 21 ) such that the excess amount of air in the charge air receiving space (C), which exceeds the required amount of combustion air, bypassing the combustion chamber (D) flows directly into the compressed gas collection chamber (E).

5. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenhubweg, Drücke und Temperaturen Parameter sind.5. Free piston gas generator according to claim 4, characterized in that the piston stroke, pressures and temperatures Parameters are.

6. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchlaßventil (21) mechanisch mit der Synchronisiereinrichtung (11, 12, 14) verbunden ist und von dieser angesteuert wird.6. Free-piston gas generator according to claim 2, characterized in that the passage valve ( 21 ) is mechanically connected to the synchronizing device ( 11, 12, 14 ) and is controlled by this.

7. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschließbare Verbindungsöffnung (21) zusätzlich ein Rückschlagventil, vorzugsweise ein Flatterventil, umfaßt.7. Free-piston gas generator according to claim 1, characterized in that the closable connection opening ( 21 ) additionally comprises a check valve, preferably a flap valve.

8. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraum-Einlaßöffnung ein gesteuertes Einlaßventil (20) umfaßt.8. Free piston gas generator according to claim 1, characterized in that the combustion chamber inlet opening comprises a controlled inlet valve ( 20 ).

9. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraum-Einlaßöffnung zusätzlich ein Rückschlagventil, vorzugsweise ein Flatterventil, umfaßt.9. Free piston gas generator according to claim 8, characterized in that the combustion chamber inlet is an additional one Check valve, preferably a flutter valve.

10. Freikolben-Gasgenerator mit einem gegeneinander arbeitenden Arbeitskolbenpaar (15), einem dazwischen angeordneten, vom Arbeitskolben (15) beidseitig beaufschlagten Brennraum (D), der über Auslaßöffnungen mit einem Druckgas-Sammelraum (E) verbunden ist, zwei Verdichtungsräumen (B), die jeweils von einem an einem der Arbeitskolben (15) befestigten Verdichtungskolben (16) beaufschlagt werden und einen Ladeluft-Aufnahmeraum (C) beschicken, der über mindestens eine Brennraum-Einlaßöffnung mit dem Brennraum (D) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Arbeitskolben (15) mittels einer Synchronisiereinrichtung mit einem Kunststoffzahnriementrieb (11, 12, 14) zueinander synchronisiert sind.10. Free-piston gas generator with a pair of working pistons ( 15 ) working against each other, a combustion chamber (D) arranged between them and acted on by the working piston ( 15 ) on both sides, which is connected to a compressed gas collecting chamber (E) via outlet openings, two compression chambers (B), which are each acted upon by a compression piston ( 16 ) attached to one of the working pistons ( 15 ) and feed a charge air receiving space (C) which is connected to the combustion chamber (D) via at least one combustion chamber inlet opening, characterized in that the the two working pistons ( 15 ) are synchronized with one another by means of a synchronizing device with a plastic toothed belt drive ( 11, 12, 14 ).

11. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffzahnriementrieb einen Kunststoffzahnriemen (12 ) umfaßt, der über Zahnriemenräder (14) geführt ist und mit zwei Klemmklauen (11) verbunden ist, die über Kolbenstangen (10) jeweils an einem der Verdichtungskolben (16) angeflanscht sind.11. Free-piston gas generator according to claim 10, characterized in that the plastic toothed belt drive comprises a plastic toothed belt ( 12 ) which is guided via toothed belt wheels ( 14 ) and is connected to two clamping claws ( 11 ), each via piston rods ( 10 ) on one of the Compression pistons ( 16 ) are flanged.

12. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Synchronisiereinrichtung, insbesondere an mindestens einem der Zahnriemenräder (14) ein elektronischer Drehsensor mit 0-Punkt- und Drehrichtungserkennung angebracht ist, dessen Ausgangssignal einer Steuereinheit zur Steuerung aller vom Hubweg abhängigen Einheiten zugeführt ist.12. Free-piston gas generator according to claim 10 and 11, characterized in that on the synchronizing device, in particular on at least one of the toothed belt wheels ( 14 ) an electronic rotary sensor with 0-point and direction of rotation detection is attached, the output signal of a control unit for controlling all of the stroke dependent units is supplied.

13. Freikolben-Gaserzeuger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit der Synchronisiereinrichtung gekoppelt ist und der Einspritzbeginn derart erfolgt, daß das Verdichtungsverhältnis in den Verdichtungsräumen (B) möglichst groß wird.13. Free-piston gas generator according to claim 10, characterized in that that a fuel injector with the synchronizer is coupled and the start of injection such that the compression ratio as large as possible in the compression areas (B) becomes.

14. Freikolben-Gasgenerator mit einem gegeneinander arbeitenden Arbeitskolbenpaar (15), einem dazwischen angeordneten, vom Arbeitskolbenpaar (15) beidseitig beaufschlagten Brennraum (D), der über Auslaßöffnungen mit einem Druckgas-Sammelraum (E) verbunden ist, zwei Verdichtungsräumen (B), die jeweils von einem an einem der Arbeitskolben (15) befestigten Verdichtungskolben (16) beaufschlagt werden und einen Ladeluft-Aufnahmeraum (C) beschicken, der über mindestens eine Brennraum-Einlaßöffnung mit dem Brennraum (D) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arbeits- oder Verdichtungskolben (15, 16) mit mindestens einer Hubsteuereinrichtung (13) versehen ist, die eine Begrenzung des auswärtigen Hubes bewirkt.14. Free-piston gas generator with a working piston pair ( 15 ) working against each other, a combustion chamber (D) arranged between them and loaded on both sides by the working piston pair ( 15 ), which is connected to a compressed gas collecting chamber (E) via outlet openings, two compression chambers (B), which are each acted upon by a compression piston ( 16 ) attached to one of the working pistons ( 15 ) and feed a charge air receiving space (C) which is connected to the combustion chamber (D) via at least one combustion chamber inlet opening, characterized in that each Working or compression piston ( 15, 16 ) is provided with at least one stroke control device ( 13 ) which limits the outward stroke.

15. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubsteuereinrichtung ein Kniegelenk- Pleuelpaar umfaßt, wobei eines der Pleuel gelenkig mit dem zugeordneten Kolben (15, 16) gekoppelt ist und das freie Ende des anderen Pleuels über eine Feder/Dämpfereinrichtung am Gehäuse angelenkt ist.15. Free-piston gas generator according to claim 14, characterized in that the stroke control device comprises a knee-joint connecting rod pair, one of the connecting rods being articulated to the associated piston ( 15, 16 ) and the free end of the other connecting rod via a spring / damper device on Housing is hinged.

16. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder/Dämpfereinrichtung eine Druckfeder sowie einen doppeltwirkenden, zentralen und regelbaren Hubdämpfer umfaßt.16. Free-piston gas generator according to claim 15, characterized in that the spring / damper device Compression spring as well as a double-acting, central and adjustable lift damper.

17. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kniegelenk-Pleuelpaare des Gasgenerators unter Federvorspannung miteinander mechanisch verbunden sind.17. Free-piston gas generator according to claim 15, characterized in that all pairs of connecting rods of the gas generator mechanically under spring preload are connected.

18. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubsteuereinrichtungen (13) ausgebildet sind, die Verdichtungskolben (16) etwa in ihren äußeren Endstellungen festzuhalten und von einer Steuereinheit angesteuert werden, die Verdichtungskolben (16) in einem vorgegebenen Moment gemeinsam freizugeben.18. Free-piston gas generator according to claim 14, characterized in that the stroke control devices ( 13 ) are designed to hold the compression pistons ( 16 ) approximately in their outer end positions and are controlled by a control unit to release the compression pistons ( 16 ) together at a predetermined moment .

19. Freikolben-Gaserzeuger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß pro Kolben (15, 16) zwei Kniegelenk-Pleuelpaare vorgesehen sind.19. Free-piston gas generator according to claim 15, characterized in that two pairs of knee and connecting rods are provided per piston ( 15, 16 ).

20. Freikolben-Gasgenerator mit einem gegeneinander arbeitenden Arbeitskolbenpaar (15), einem dazwischen angeordneten, vom Arbeitskolbenpaar (15) beidseitig beaufschlagten Brennraum (D), der über Auslaßöffnungen mit einem Druckgas-Sammelraum (E) verbunden ist, zwei Verdichtungsräumen (B), die jeweils von einem an einem der Arbeitskolben (15) befestigten Verdichtungskolben (16) beaufschlagt werden und einen Ladeluft-Aufnahmeraum (C) beschicken, der über mindestens eine Brennraum-Einlaßöffnung mit dem Brennraum (D) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungskolben (16) und die zugeordneten Arbeitskolben (15) zueinander axial verstellbar (ΔX) sind.20. Free-piston gas generator with a working piston pair ( 15 ) working against each other, a combustion chamber (D) arranged between them and loaded on both sides by the working piston pair ( 15 ), which is connected to a compressed gas collecting chamber (E) via outlet openings, two compression chambers (B), which are each acted upon by a compression piston ( 16 ) attached to one of the working pistons ( 15 ) and feed a charge air receiving space (C) which is connected to the combustion chamber (D) via at least one combustion chamber inlet opening, characterized in that the Compression pistons ( 16 ) and the associated working pistons ( 15 ) are axially adjustable (ΔX).

21. Freikolben-Gasgenerator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Verschiebbarkeit über eine Trapez-Gewindepaarung erzielbar ist, die eine Trapezmutter mit am Umfang verteilten Wälzkörpern umfaßt, die in einer Spindel laufen.21. Free-piston gas generator according to claim 20, characterized in that the axial displacement over a Trapezoidal thread pairing can be achieved using a trapezoidal nut with circumferentially distributed rolling elements, which in run on a spindle.

22. Freikolben-Gaserzeuger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Verstellweg (ΔX) elektronisch erfaßt wird, vorzugsweise über einen elektronischen Schalter.22. Free-piston gas generator according to claim 20, characterized in that that the axial adjustment path (ΔX) is electronic is detected, preferably via an electronic Switch.

23. Freikolben-Gaserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckgas-Sammelraum (E) nahe bei der mindestens einen Auslaßöffnung ein keramischer Sensor angeordnet ist, der seine elektrischen Eigenschaften bei verändertem Sauerstoffpartialdruck ändert.23. Free-piston gas generator according to one of the preceding claims, characterized in that in the compressed gas collecting space (E) close to the at least one outlet opening ceramic sensor is arranged, its electrical Properties with changed oxygen partial pressure changes.