EP1282766B1

EP1282766B1 - Freikolbenmotor

Info

Publication number: EP1282766B1
Application number: EP01944926A
Authority: EP
Inventors: Rudolf SCHÄFFER
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: US6931845B2; CN1440489A; ATE300669T1; US20040065277A1; EP1282766A1; CN1214179C; ES2245696T3; WO2001088352A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Freikolbenmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Freikolbenmotor ist im Prinzip ein nach dem 2-Takt-Verfahren arbeitender Verbrennungsmotor, bei dem anstelle eines Kurbeltriebes ein Hydraulikkreis mit Kolbenpumpe als Antriebsstrang nachgeschaltet ist. Dazu ist der Motorkolben mit einem Hydraulikzylinder verbunden, über den die während eines Motorarbeitstaktes erzeugte translatorische Energie ohne den klassischen Umweg über die Rotationsbewegung eines Kurbeltriebes direkt dem hydraulischen Arbeitsmedium zugeführt wird. Der nachgeschaltete, speicherfähige Hydraulikkreislauf ist derart ausgelegt, daß er die abgegebene Arbeit aufnimmt, zwischenspeichert und je nach Leistungsbedarf einer hydraulischen Abtriebseinheit, beispielsweise einer Axialkolbenmaschine zuführt.

In der DE 40 24 591 A1 ist ein Freikolbenmotor der gattungsgemäßen Art beschrieben, der auch als Brandl-Freikolbenmotor bekannt ist. Bei diesem Konzept erfolgt die Kompressionsbewegung des Motorkolbens durch Zusammenwirken mit einem Hydraulikkolben, der über ein 2/3-Wege-Umschaltventil mit einem Hochdruckspeicher oder einem Niederdruckspeicher verbindbar ist. Zu Beginn des Kompressionshubes erfolgt eine Beschleunigung des Motorkolbens durch Beaufschlagen des Hydraulikzylinders mit dem Druck im Hochdruckspeicher. Bei Erreichen einer vorbestimmten Motorkolbengeschwindigkeit wird der Hydraulikzylinder über das Umschaltventil mit dem Niederdruckspeicher verbunden, so daß der weitere Kompressionshub des Motorkolbens gegen die wirksame Kraft aus dem Kompressionsdruck des Arbeitsgases erfolgt. Nach dem Erreichen des äußeren Totpunktes (AT) wird das Arbeitsgas gezündet und der Motorkolben in Richtung des inneren Totpunktes (IT) beschleunigt. Während dieser Kolbenbewegung vom AT zum IT wird über das Umschaltventil die Verbindung zum Hochdruckspeicher aufgesteuert, so daß der Motorkolben abgebremst und dessen kinetische Energie in potentielle hydraulische Energie umgewandelt und der Hochdruckspeicher geladen wird. Obwohl die Schaltzeiten des Umschaltventiles im Millisenkundenbereich liegen, entstehen beim Auf- und Zusteuern der Verbindung zum Hochdruckspeicher im Umschaltventil Drosselverluste, die in der Größenordnung von 10 % der Motorleistung liegen können.

Diese Nachteile des Brandl-Freikolbenmotors lassen sich mit einer anderen Freikolbenbauart, dem sogenannten INNAS-Motor ausräumen, wie er beispielsweise in der WO 93/10345 A1 offenbart ist.

Bei diesem INNAS-Freikolbenmotor ist der Hydraulikkolben als Stufenkolben ausgebildet und hat zwei Wirkflächen, von denen die erste größere in einem Kompressionszylinder angeordnet ist, während die zweite kleinere einen Pumpenarbeitsraum oder Arbeitszylinder begrenzt. Die größere Fläche wird mit dem Druck in einem Kompressionszylinder beaufschlagt, während der Arbeitszylinder über Rückschlagventile mit einem Hochdruckspeicher oder einem Niederdruckspeicher verbindbar ist. Dieser INNAS-Freikolbenmotor hat einen gegenüber dem Brandl-Freikolbenmotor wesentlich komplexeren Aufbau, so daß der vorrichtungstechnische Aufwand relativ hoch ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Freikolbenmotor derart weiterzubilden, daß der vorrichtungstechnische Aufwand minimiert ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Freikolbenmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Freikolbenmotor hat einen abgestuften Kolben, dessen größere Stirnfläche im Kompressionszylinder und dessen kleinere Stirnfläche im Arbeitszylinder geführt ist. Sowohl der Arbeitszylinder als auch der Kompressionszylinder sind zur Einleitung des Kompressionshubes bzw. zum Aufladen während des Expansionshubes mit einem gemeinsamen Hochdruckspeicher verbindbar. Gegenüber dem eingangs beschriebenen INNAS-Freikolbenmotor hat diese Variante den Vorteil, daß lediglich zwei Druckspeicher, d.h. ein Niederdruckspeicher und ein Hochdruckspeicher zum Betrieb ausreichen, während beim gattungsgemäßen INNAS-Freikolbenmotor drei Druckspeicher mit den zugeordneten Leitungen vorhanden sein müssen. Das System kann somit wesentlich kompakter mit geringerem vorrichtungstechnischen Aufwand aufgebaut werden, so daß die Herstellkosten des Freikolbenmotors gegenüber den eingangs beschriebenen Lösungen verringert sind.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Hydraulikkolben bzw. der Motorkolben eine innere Totpunktlage hat, die sich selbsttätig aufgrund der Druckverhältnisse einstellt. Bei hohem Druck im Hochdruckspeicher muß der Motorkolben während des Expansionshubes gegen diesen hohen Druck arbeiten, so daß aufgrund des Kräftegleichgewichtes der Expansionshub früher als bei einem niedrigeren Druck im Hochdruckspeicher beendet wird. Aufgrund dieser verschobenen Totpunktlage ist im nächsten Zyklus die während des Kompressionshubes zur Verfügung stehende Beschleunigungsstrecke entsprechend kürzer. Da der Druck im Hochdruckspeicher während des Kompressionshubes auf die größere Stirnfläche wirkt, wird diese kürzere Beschleunigungsstrecke durch den höheren Druck ausgeglichen, so daß der Motorkolben in etwa auf die gleiche Geschwindigkeit beschleunigt wird, wie bei einem niedrigeren Druck mit längerer Beschleunigungsstrecke. Die dem Motorkolben zuführte Energie bleibt also etwa gleich derjenigen Energie, die diesen bei einem niedrigeren Druck des Hochdruckspeichers und einer dafür längeren Beschleunigungsstrecke zugeführt wird.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß das Ansaugen von Druckmittel während der Rückbewegung des Hydraulikkolbens von seiner Totpunktlage praktisch über den gesamten Weg des Hydraulikkolbens erfolgt, während beim eingangs beschriebenen Brandl-Freikolbenmotor das Ansaugen des Druckmittels aus dem Niederdruckspeicher erst nach dem Erreichen einer vorbestimmten Beschleunigung des Hydraulikkolbens erfolgte.

Bei dieser Lösung kann dann in dem Fall, in dem der innere Totpunkt des Motorkolbens, beispielsweise aufgrund einer Fehlzündung, nicht erreicht wird, der innere Totpunkt durch Beaufschlagen des Arbeitszylinders mit dem Druck im Niederdruckspeicher erreicht werden.

Bei einer bevorzugten Lösung sind sowohl der durch die größere Stirnfläche begrenzte Kompressionsraum als auch der durch die Ringfläche begrenzte Arbeitsraum während des Kompressionshubes mit dem Hydrospeicher verbunden. Während des Kompressionshubes wird dabei aus dem Hochdruckspeicher Druckmittel zugeführt und gleichzeitig das Druckmittel aus dem Arbeitszylinder heraus zum Hochdruckspeicher zurückgeführt - die in Kompressionsrichtung wirksame Kolbenfläche entspricht somit der Differenzfläche zwischen der größeren Stirnfläche und der Ringfläche des vorzugsweise als Differentialkolben ausgeführten Kolbens. Durch diese Varianten können die Druckmittelströme über ein die Verbindung zum Hochdruckspeicher auf- und zusteuerndes Startventil gegenüber den herkömmlichen Lösungen wesentlich verringert werden.

Eine Version mit Differentialkolben baut wesentlich kürzer als der INNAS-Freikolbenmotor, da bei der erfindungsgemäßen Lösung der Kompressionszylinder sowohl für die Druckbeaufschlagung während des Kompressionshubes als auch zum Laden des Hochdruckspeichers verwendet wird.

Anstelle eines Differentialzylinders kann auch ein Kolben mit einem Kolbenbund eingesetzt werden, dessen Kolbenstange im Arbeitszylinder und dessen Kolbenabschnitt mit größerem Durchmesser im Kompressionszylinder geführt ist. Zur Einleitung des Kompressionshubes wird die Ringstirnfläche des Stufenkolbens mit dem Hochdruckspeicher verbunden, wobei auf die kleinere Stirnfläche der Kolbenstange der Druck im Niederdruckspeicher wirkt, so daß der Kompressionshub durch das Ansaugen des Druckmittels aus dem Niederdruckspeicher unterstützt wird.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Stufenkolben mit einer Steuerkante versehen, über die während des Kompressionshubes eine Verbindung zum Hochdruckspeicher aufsteuerbar ist, so daß nach einer vorbestimmten Beschleunigungsstrecke des Hydraulikkolbens Druckmittel unter Umgehung des Startventils direkt aus dem Hochdruckspeicher in den Kompressionszylinder eingespeist wird. Da somit der Hauptdruckmittelstrom nicht über das Startventil geführt werden muß, können die Drosselverluste weiter abgesenkt werden.

Bei einer besonders bevorzugten Variante hat der Freikolbenmotor ein Wegeventil, über das eine das Startventil umgebende Startleitung aufgesteuert werden kann, so daß ein großer Flächenquerschnitt zur Verfügung gestellt wird, um den Freikolben beim Starten des Motors zu beschleunigen. Dieses Wegeventil bleibt während des Betriebs des Freikolbenmotors geöffnet.

Bei dieser Variante wird es bevorzugt, wenn das Wegeventil als Logikventil mit einem abgestuften Logikkolben ausgeführt ist. Ein kleinerer Flächenquerschnitt des Logikkolbens ist über ein vorgeschaltetes Freigabeventil mit dem Druck im Hochdruckspeicher beaufschlagbar, während der größere Flächenquerschnitt des Logikkolbens mit dem Druck im Kompressionszylinder beaufschlagt ist.

Das Freigabeventil wird vorzugsweise als 3/2-Wegeventil ausgeführt, über das der kleinere Flächenquerschnitt wahlweise mit dem Druck im Hochdruckspeicher oder mit dem Tankdruck beaufschlagbar ist.

Für den Fall, daß der Motorkolben aufgrund einer Fehlzündung oder einer sonstigen Störung nicht in seine äußere Totpunktlage zurückbewegt werden kann, kann der Freikolbenmotor mit einer Rückzugeinrichtung versehen werden. Dabei kann der Kompressionszylinder über eine Kolbenrückzugsanordnung mit einem Tank verbunden sein, so daß die in Richtung äußerer Totpunkt wirksame Kolbenstirnfläche druckentlastet ist.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Kolbenrückzugsanordnung ein Sperrventil, in dessen Öffnungsstellung der Arbeitszylinder mit dem Kompressionszylinder verbunden ist.

Die Kolbenrückzugsanordnung hat desweiteren ein Kolbenrückzugsventil, über das der Kompressionszylinder mit dem Tank verbindbar ist.

Erfindungsgemäß ist das Sperrventil in den Hydraulikkolben integriert. Diese Lösung hat den Vorteil, daß aufgrund der kurzen Verbindungswege zwischen dem Kompressionszylinder und dem Arbeitszylinder die Drosselverluste minimal sind. Desweiteren ist diese Anordnung sehr kompakt aufgebaut, da im Gehäuse keine eigenen Aufnahmen für die Kolbenrückzugsanordnung vorgesehen werden müssen. Die Kompaktheit läßt sich weiter verbessern, wenn auch das Rückschlagventil im Hydraulikkolben integriert ist.

Eine Möglichkeit zur Integration des Rückschlagventils und des Sperrventils besteht darin, daß der Hydraulikkolben zweiteilig mit einem Bund und einer Kolbenstange ausgeführt ist, wobei der Bund über eine Schiebemanschette auf der Kolbenstange verschiebbar ausgeführt ist. Der Bund schließt in einer Verschiebeposition einen Steuerquerschnitt ab, so daß die Verbindung zwischen dem Kompressionszylinder und dem Arbeitszylinder zugesteuert ist. In seiner Rückschlagposition ist der Steuerquerschnitt entsprechend aufgesteuert.

Bei dieser konstruktiven Lösung ist in einem Endstück der Kolbenstange ein Schließkörper axial verschiebbar geführt, der in einer federvorgespannten Grundposition bei geringem Druck im Kompressionszylinder einen Durchbruch im Bund absperrt. Beim Druckaufbau im Kompressionszylinder hebt der Schließkörper ab, so daß die Verbindung zwischen dem Kompressionszylinder und dem Arbeitszylinder erst wieder durch die vorbeschriebene Axialverschiebung des Bundes geschlossen wird.

Der Stufenkolben läßt sich bei einer Störung aktiv in Richtung zum äußeren Totpunkt hin bewegen, wenn dessen in Richtung äußerer Totpunkt wirksame Ringstirnfläche mit dem Druck im Hochdruckspeicher beaufschlagbar ist, wobei zumindest eine der in Gegenrichtung wirksamen Flächen des Stufenkolbens druckentlastet ist. Die Rückführung ist besonders einfach, wenn die motorkolbenseitige Ringstirnfläche mit einer größeren Fläche als die in Richtung innerer Totpunkt wirksame Ringstirnfläche des Stufenkolbens ausgeführt ist.

Um den Kompressionsdruck in gewissen Maßen zu beeinflussen, kann in dem zum Niederdruckspeicher führenden Niederdruckkanal eine Bypaßleitung vorgesehen sein, über den das dortige Rückschlagventil umgehbar ist. Diese Bypaßleitung ist über ein Dosierventil absperrbar.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors mit als Differentialkolben ausgeführtem Hydraulikkolben;

Fig. 2 und 3 unterschiedliche Betriebspositionen des Freikolbenmotors aus Fig. 1;

Fig. 4 den Freikolbenmotor aus Fig. 1 mit einer Einrichtung zum Dosieren des Kompressionsdrucks;

Fig. 5 den Freikolbenmotor aus Fig. 1 mit einer Kolbenrückzugeinrichtung;

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors mit als Stufenkolben ausgeführtem Hydraulikkolben;

Fig. 7 eine Variante des in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiels mit Kolbenrückzugseinrichtung;

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors mit modifizierter Starteinrichtung und einer Kolbenrückzugsanordnung, die teilweise in den Hydraulikkolben integriert ist und

Fig. 9 eine konstruktive Lösung des Hydraulikkolbens aus Fig. 8.

Die Fig. 1 zeigt eine Schemadarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Freikolbenmotors 1. Dieser hat ein Motorgehäuse 2, in dessen Verbrennungszylinder 4 ein Motorkolben 6 geführt ist. Dieser steht in Wirkverbindung mit einem koaxial angeordneten Hydraulikkolben 8, der in einer Axialbohrung 10 geführt ist. Eine Ringstirnfläche 12 des Hydraulikkolbens 8 begrenzt dabei einen Arbeitszylinder 14, während die größere Stirnfläche 16 des Hydraulikkolbens 8 einen Kompressionszylinder 18 begrenzt.

Im Arbeitszylinder 14 münden ein Druckkanal 20 und ein Niederdruckkanal 22. Letztere ist mit einem Niederdruckspeicher 24 verbunden, wobei eine Druckmittelströmung vom Arbeitszylinder 14 zum Niederdruckspeicher 24 durch ein Rückschlagventil 26 verhindert wird.

Der Kompressionszylinder 18 ist über einen Hochdruckkanal 28 mit einem Hochdruckspeicher 30 verbunden, wobei der Hochdruckkanal 28 über ein als 2/2-Wegeventil ausgeführtes Startventil 32 auf- bzw. zusteuerbar ist. Der Druckkanal 20 mündet in den Hochdruckkanal 28 ein. Über ein weiteres Rückschlagventil 34 ist eine Strömung von Druckmittel vom Hochdruckspeicher 30 in den Arbeitszylinder 14 verhindert.

Der verbrennungszylinder 4 ist mit einem Auslaßkanal 36 versehen, über den Abgas aus dem vom Motorkolben 6 begrenzten Verbrennungsraum 38 abgeführt werden kann.

Die dem Hydraulikkolben 8 zugewandte Rückseite des Motorkolbens 6 begrenzt einen Einlaßraum 40, der in der dargestellten inneren Totpunktlage des Motorkolbens 6 sein Minimalvolumen aufweist. Der Einlaßraum 40 ist durch einen Überstromkanal 42 mit dem Verbrennungsraum 38 verbunden.

Die Frischluft kann während des Kompressionshubes des Motorkolbens 6 über einen Einlaßkanal 44 mit einem Einlaßventil 46 zugeführt werden. Die Zündung des Freikolbenmotors erfolgt durch Einspritzen von Kraftstoff über ein im Verbrennungzylinder mündendes Einspritzventil 48.

Im folgenden wird die Funktion des in Figur 1 dargestellten Freikolbenmotors erläutert. Zu Beginn eines Zyklus ist der Verbrennungsraum 38 mit Frischluft gefüllt, das Startventil 32 ist geschlossen und der Motorkolben 6 und der Hydraulikkolben 8 befinden sich in ihrer in Figur 1 dargestellten Totpunktlage (IT).

Zum Einleiten des Kompressionshubes wird das Startventil 32 geöffnet, so daß der Hochdruckspeicher 30 mit dem Kompressionszylinder 18 verbunden ist. Durch den auf die größere Stirnfläche 16 wirkenden Druck wird der Hydraulikkolben aus seiner Totpunktlage heraus beschleunigt und diese Beschleunigung auf den Motorkolben 6 übertragen. Das im Arbeitszylinder 14 befindliche Druckmittel wird über das Rückschlagventil 34 und die Druckleitung 20 zurück in den Druckkanal 28 gefördert. D.h., die Stirnfläche 16 und die Ringstirnfläche 12 des Hydraulikkolbens 8 sind mit dem Druck im Hochdruckspeicher 30 beaufschlagt, so daß die der Fläche der Kolbenstange entsprechende Stirnfläche in Richtung des äußeren Totpunktes (AT) wirksam ist. Die Verbindung zum Niederdruckspeicher 24 ist durch das Rückschlagventil 26 angesperrt.

Gemäß Figur 2 wird während des Kompressionshubes des Motorkolbens 6 Frischluft über den Einlaßkanal 44 und das geöffnete Einlaßventil 46 in den sich vergrößernden Einlaßraum 40 angesaugt. Die Beschleunigung des Motorkolbens 6 erfolgt gegen den sich im Verbrennungszylinder 38 polytrop anwachsenden Kompressionsdruck der Frischluft. Dadurch wird der Motorkolben 6 abgebremst und kommt im äußeren Totpunkt (AT) zum stehen.

Sobald der Motorkolben 6 in seinem AT abgebremst ist, wird Kraftstoff über das Einspritzventil 48 eingespritzt und durch die hohe Temperatur der Frischluft gezündet, so daß der Motorkolben 6 - wie in Figur 3 dargestellt - durch den sich aufbauenden Verbrennungsdruck im Verbrennungsraum 38 vom AT in Richtung zum IT beschleunigt wird. Diese Beschleunigung wird auf den Hydraulikkolben 8 übertragen, so daß dieser gemäß Figur 3 nach links hin zu seinem IT bewegt wird. Durch die daraus resultierende Vergrößerung des Ringraums des Arbeitszylinders 14 wird Druckmittel über den Niederdruckkanal 22 und das Rückschlagventil 26 aus dem Niederdruckspeicher 24 angesaugt. Parallel dazu wird das Druckmittel im Kompressionszylinder 18 in den Hochdruckkanal 28 verdrängt - der Hydrospeicher 30 wird geladen. D.h., bei dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen erfolgt das Laden des Hydrospeichers 30 gleichzeitig mit dem Nachsaugen des Druckmittels aus dem Niederdruckspeicher. Da dieses Nachsaugen entlang der gesamten Rückbewegung des Hydraulikkolbens 8 erfolgt, treten keine Kavitationserscheinungen im Arbeitsraum 14 auf.

Während der Rückbewegung bauen der Motorkolben 6 und der Hydraulikkolben 8 ihre kinetische Energie gegen den Speicherdruck im Hochdruckspeicher 30 ab, bis sie im IT abgebremst werden. Während dieses Vorganges wird der Verbrennungszylinder 38 durch das über den Überstromkanal 42 aus dem Einlaßraum 40 überströmende Frischgas gespült. Nachdem der Motorkolben 6 und der Hydraulikkolben 8 ihren IT erreicht haben, wird das Startventil 32 in seine Sperrstellung gebracht - der Freikolbenmotor 1 ist bereit zum nächsten Zyklus.

Figur 4 zeigt einen Freikolbenmotor während des Kompressionshubes, wobei das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel durch eine Einrichtung zum Dosieren der Kompressionsenergie ergänzt ist. Diese Einrichtung hat eine Bypaßleitung 50, durch die das Rückschlagventil 26 im Niederdruckkanal 22 umgehbar ist. In der Bypaßleitung 50 ist ein als 2/2-Wegeventil ausgeführtes Dosierventil 52 vorgesehen, daß in seiner Sperrstellung die Bypaßleitung 50 absperrt.

Bei abgesperrtem Dosierventil 52 entspricht das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel demjenigen aus den vorbeschriebenen Zeichnungen. Durch Aufsteuern des an die Motorsteuerung angeschlossenen Dosierventils 52 kann der Arbeitsraum 14 direkt mit dem Niederdruckspeicher 24 verbunden werden, so daß die Ringstirnfläche 12 mit dem Druck im Niederdruckspeicher 24 beaufschlagt ist. Dadurch muß der Hydraulikkolben 8 während des Kompressionshubes nicht gegen den Druck im Hochdruckspeicher 30 beschleunigt werden, so daß beispielsweise zum Anfang des Kompressionshubes die zugeführte Kompressionsenergie erhöht werden kann.

Bei Störungen in der Steuerung des Freikolbenmotors, beispielsweise bei einer Fehlzündung kann es vorkommen, daß der Motorkolben 6 und der Hydraulikkolben 8 nicht ordnungsgemäß zum IT hin zurückgefahren werden könnte. Um die Rückführung zum IT hin zu erleichtern, wird der Freikolbenmotor 1 bei der in der Figur 5 dargestellten Variante mit einem Kolbenrückzugsystem ausgeführt. Dieses kann beispielsweise durch ein Kolbenrückzugventil 54 gebildet sein, daß in den Druckkanal 20 geschaltet ist. In einer mit a bezeichneten Grundposition des Kolbenrückzugventils 54 ist der Druckkanal 20 in der vorbeschriebenen Weise mit dem Hochdruckkanal 28 verbunden, so daß die Funktion derjenigen der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele entspricht. Beim Auftreten einer Störung wird das Startventil 32 zugesteuert und das Kolbenrückzugventil 54 in die mit b gezeigte Stellung gebracht, in der der Hochdruckkanal 28 mit einem Tank T verbunden ist. Das im Kompressionszylinder 18 befindliche Druckmittel wird dann zum Tank T hin entspannt, so daß der Hydraulikkolben 8 und damit der Motorkolben 6 durch den im Arbeitsraum 14 anliegenden Druck des Niederdruckspeichers 24 in seine innere Totpunktlage zurückbewegt werden kann.

Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Freikolbenmotors 1, bei dem der Hydraulikkolben 8 als Stufenkolben mit zwei Kolbenstangen 56, 58 und einem Ringbund 60 ausgeführt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Arbeitszylinder 14 durch die Stirnfläche 62 der in Figur 6 rechten Kolbenstange 56 begrenzt. Der Kompressionszylinder 18 ist durch die der Kolbenstange 56 zugewandte Ringstirnfläche 64 des Ringbundes 60 begrenzt. Die Kolbenstange 58 und die linke Ringfläche 66 des Hydraulikkolbens 8 begrenzen einen Ringzylinder 68 der den Hydraulikkolben 8 aufnehmenden Axialbohrung 10. Der Niederdruckspeicher 24 ist wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel über einen Niederdruckkanal 22 und ein Rückschlagventil 26 mit dem an die Kolbenstange 56 angrenzenden Arbeitszylinder 14 verbunden. In diesem Arbeitszylinder 14 mündet auch der mit dem Hochdruckspeicher 30 verbundene Druckkanal 20 mit dem Rückschlagventil 30.

Der Hochdruckspeicher 30 ist desweiteren über den Hochdruckkanal 28 mit dem durch die rechte Ringstirnfläche 64 begrenzten Kompressionszylinder 18 verbunden. In dem Hochdruckkanal 28 ist das Startventil 32 angeordnet. Das Startventil 32 ist über einen Bypaßkanal 72 umgehbar, in dem ein Rückschlagventil 70 angeordnet ist, das ein Rückströmen vom Druckmittel aus dem Kompressionszylinder 18 zum Hochdruckspeicher 30 ermöglicht.

Über die Außenumfangskante der Ringstirnfläche 64 des Ringbundes 60 kann eine Druckleitung 74 aufgesteuert werden, die stromabwärts des Rückschlagventils 70 in den Hochdruckkanal 28 einmündet.

Im übrigen entspricht der in Figur 6 dargestellte Freikolbenmotor demjenigen aus den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen, so daß weitere Erläuterungen entbehrlich sind.

Zum Einleiten des Kompressionshubes wird das Startventil 32 aus seiner Sperrstellung in seine Durchgangsstellung gebracht, so daß der Hochdruckspeicher 30 über den Druckkanal 28 mit dem Kompressionszylinder 18 verbunden ist. Durch den auf die Ringstirnfläche 64 wirkenden Druck wird der Hydraulikkolben 8 beschleunigt, der Motorkolben 6 zu seinem AT bewegt und die im Verbrennungszylinder 38 vorhandene Frischluft komprimiert. Nach einer vorbestimmten Axialverschiebung des Hydraulikkolbens 8 steuert die Umfangskante der Ringstirnfläche 64 die Druckleitung 74 auf, so daß das Druckmittel direkt unter Umgehung des Startventils 32 in den Kompressionszylinder 18 eintreten kann. Dadurch läßt sich der Drosselverlust über dem Startventil 32 minimieren, da das Druckmittel nur zu Beginn des Kompressionshubes das Startventil 32 durchströmt. Während des Kompressionshubes wird Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher 24 über den Niederdruckkanal 22 und das sich öffnende Rückschlagventil 26 in den Arbeitszylinder 14 angesaugt. Der Motorkolben 6 wird durch den ansteigenden Kompressionsdruck im Verbrennungsraum 38 im AT abgebremst. Das Startventil 32 wird geschlossen und über das Einspritzventil 48 Kraftstoff eingespritzt und dadurch das entstehende Gemisch gezündet. Der Motorkolben 6 und der Hydraulikkolben 8 werden vom AT zum IT hin beschleunigt, wobei bei der Rückbewegung des Hydraulikkolbens 8 die Druckleitung 74 zugesteuert wird. Die Expansionsbewegung erfolgt gegen den Druck im Arbeitszylinder 14 und im Kompressionszylinder 18, so daß bei geöffneten Rückschlagventil 34 der Hochdruckspeicher 30 über den Druckkanal 20 bzw. über den Hochdruckkanal 28 geladen wird.

Figur 7 zeigt eine Variante des in Figur 6 dargestellten Freikolbenmotors mit als Stufenkolben ausgeführten Hydraulikkolben 8, wobei dieser mit einem Kolbenrückzugsystem ausgestattet ist, über das bei einer Störung der Motorkolben 6 und der Hydraulikkolben 8 in ihre IT-Lage zurückführbar sind. Bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Kolbenrückzugsystem einen mit dem Hochdruckspeicher 30 verbundenen Rückholkanal 76, der in dem Ringzylinder 68 mündet. Die Verbindung zwischen dem Ringzylinder 68 und dem Hochdruckspeicher 30 kann über ein als 2/2-Wegeventil ausgeführtes Schaltventil 78 abgesperrt bzw. geöffnet werden. Bei einer Störung, beispielsweise einer Fehlzündung kann der Ringzylinder 68 über das Umschaltventil 78 mit dem Hochdruckspeicher 30 verbunden werden, so daß die Ringstirnfläche 66 mit einem in Richtung IT wirkenden Druck beaufschlagt ist. Bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fläche der Kolbenstange 58 kleiner als diejenige der Kolbenstange 56 bewegt, so daß die auf die beiden Stirnflächen 66, 64 des Ringbundes 60 wirkende Kraftresultierende in Richtung IT wirkt.

Der Druck im Arbeitszylinder 14 kann über einen den Arbeitszylinder 14 mit dem stromabwärts des Rückschlagventils 26 angeordneten Teil des Niederdruckkanals 22 verbindenden Entlastungskanal 80 abgebaut werden. Dieser ist über ein Steuerventil 82 auf- bzw. zusteuerbar. D.h., bei der Einleitung des Kolbenrückzuges wird das Steuerventil 82 in seine Öffnungsstellung gebracht, so daß das Druckmittel bei der Rückbewegung des Hydraulikkolbens 8 vom Arbeitszylinder 14 über den Entlastungskanal 80 in den Niederdruckspeicher 24 eingespeist wird.

Die Ringstirnfläche 66 des Hydraulikkolbens 8 kann desweiteren über einen Kanal 84 mit einem weiteren Umschaltventil 86 mit dem Entlastungskanal 80 und damit direkt mit dem Niederdruckspeicher 24 verbunden werden, so daß beispielsweise während des Kompressionshubes die Rückseite des Hydraulikkolbens 8 mit einem geringeren Druck beaufschlagbar ist. Dabei wird das Steuerventil 82 in seine Sperrstellung gebracht.

Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung desjenigen Bereiches eines Freikolbenmotors 1, in dem der Hydraulikkolben 8 zum Antrieb des nicht dargestellten Motorkolbens angeordnet ist. Bei dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist - ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 - der Niederdruckspeicher 24 über ein Rückschlagventil 26 mit dem ringförmigen Arbeitsraum des Arbeitszylinders 14 verbunden. Das Rückschlagventil 26 kann über eine Bypassleitung 50 mit Dosierventil 52 umgangen werden, so daß die zu Beginn des Kompressionshubes zugeführte Kompressionsenergie durch direktes Aufschalten des Niederdruckspeichers 24 beeinflußt werden kann.

Der Hochdruckspeicher 30 ist über den Hochdruckkanal 28 und das Startventil 32 und den Druckkanal 20 mit dem Kompressionszylinder 18 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Rückschlagventil 34 in den Hydraulikkolben 8 integriert.

Ähnlich wie bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform hat der Freikolbenmotor eine Kolbenrückzugsanordnung 84, die allerdings bei der dargestellten Lösung durch ein Sperrventil 86 und ein Rückzugsventil 88 gebildet ist. Das Sperrventil 86 ist ebenfalls in den Hydraulikkolben 8 integriert. Das Rückzugventil 88 ist als 2/2-Wegeventil ausgeführt, das in seiner federvorgespannten Grundposition einen sich zwischen einem Tankkanal 90 und dem Druckkanal 20 erstreckenden Kanal 92 absperrt und in seiner Schaltposition diese Verbindung öffnet.

Der Hochdruckkanal 28 ist unter Umgehung des Startventils 32 über ein Wegeventil 94 direkt mit dem Kompressionszylinder 18 verbindbar, das in das Motorgehäuse 2 des Freikolbenmotors 1 integriert ist. Bei dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Wegeventil 94 als Logikventil (2/2-Wegeeinbauventil) mit abgestuftem Logikkolben 96 ausgebildet. Die Stirnfläche des Logikkolbens 96 mit größerem Flächenquerschnitt 98 ist gegen einen Ventilsitz 100 vorgespannt. Im Bereich dieses Ventilsitzes 100 ist ein Radialanschluß 102 ausgebildet, der über eine Umgehungsleitung 104 mit dem Hochdruckkanal 28 verbunden ist. D.h., bei auf dem Ventilsitz 100 aufliegendem Logikkolben 96 ist die Verbindung zwischen der Umgehungsleitung 104 und dem Kompressionsraum 18 abgesperrt.

Der andere Endabschnitt des Logikkolbens 96 mit kleinerem Flächenquerschnitt 106 ist in einen Steuerraum 108 geführt, der über einen Steuerkanal 110 und ein Freigabeventil 112 mit dem Tankkanal 90 oder dem Hochdruckkanal 28 verbindbar ist. Das Freigabeventil 112 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als 3/2-Wegeventil ausgeführt, das in seiner federvorgespannten Grundposition den Hochdruckkanal 28 mit dem Steuerkanal 110 verbindet. In der Schaltposition ist die Verbindung zum Hochdruckkanal 28 abgesperrt und der Steuerkanal 110 mit dem Tankkanal 90 verbunden.

Zusätzlich durch den im Steuerraum 108 anliegenden Druck ist der Logikkolben 96 noch durch die Kraft einer Feder 113 in Schließrichtung gegen den Sitz 104 vorgespannt.

Zur Starten des Freikolbenmotors wird das Freigabeventil 112 in seine Schaltposition gebracht, so daß der kleinere Flächenquerschnitt 106 mit dem Tankdruck beaufschlagt ist. Die Feder 113 ist so ausgelegt, daß der Steuerkolben beim Starten des Motors zunächst noch gegen den Ventilsitz 100 vorgespannt ist. Das Startventil 32 wird geöffnet, so daß der Kompressionszylinder 18 mit dem Druck im Hochdruckspeicher beaufschlagt wird - der Hydraulikkolben 8 wird durch den sich erhöhenden Druck beschleunigt. Dadurch steigt der auf den größeren Flächenquerschnitt 98 des Logikkolbens 96 wirkende Druck an, so daß dieser öffnet, vom Ventilsitz 100 abhebt und der Radialanschluß 102 und damit die Verbindung zum Hochdruckspeicher 30 aufgesteuert wird - das Logikventil 94 öffnet vollständig.

Vorteilhaft bei dieser Variante ist, daß der Logikkolben 96 seine Energie zum Öffnen über die eigene Steuerkante erhält, so daß kein Vorsteuerventil erforderlich ist. Die Öffnungsbewegung erfolgt sehr schnell, so daß der Druck im Kompressionszylinder 18 mit hoher Dynamik erhöht werden kann. Während des Betriebes des Freikolbenmotors 1 bleibt der Logikkolben 96 in seiner Öffnungsposition.

Zum Anhalten des Freikolbenmotors wird das Startventil 32 geschlossen und das Freigabeventil 112 in seine Grundposition umgeschaltet, so daß der kleinere Flächenquerschnitt 106 des Logikkolbens 96 mit dem Druck im Hochdruckspeicher beaufschlagt ist. Der Freikolbenmotor 1 kommt dann bei geschlossenem Startventil 32 und geschlossenem Logikventil 94 zum Stillstand. D.h., bei der vorbeschriebenen Lösung wirkt das Logikventil 94 auch als Rückschlagventil, über das die Verbindung vom Kompressionszylinder 18 zum Hochdruckspeicher 30 aufsteuerbar ist.

Wie der schematischen Darstellung gemäß Figur 8 entnommen werden kann, ist das Sperrventil 86 in Schließrichtung durch die Kraft einer Schließfeder 114 und in Öffnungsrichtung durch den Druck im Kompressionszylinder 18 beaufschlagt. Bei geöffnetem Sperrventil 86 ist der Arbeitszylinder 14 über das Rückschlagventil 34 mit dem Kompressionszylinder 18 verbunden. Demzufolge wird beim vorbeschriebenen Druckaufbau im Kompressionszylinder 18 das Sperrventil 86 in seine Öffnungsposition gebracht, so daß während des Kompressionshubes der sich im Arbeitszylinder 14 aufbauende Druck über das Rückschlagventil 34 und den Hochdruckkanal 28 zum Aufladen des Hochdruckspeichers 30 ausgenutzt werden kann.

Figur 9 zeigt eine mögliche konstruktive Lösung zur Integration des Rückschlagventils 84 und des Sperrventils 86 in den Hydraulikkolben 8. Demgemäß ist dieser als geteilter Kolben mit einem Bund 116 und einer gegenüber dem Außendurchmesser des Bundes 116 im Durchmesser verringerten Kolbenstange 118 ausgeführt. Der Bund 116 und die Kobenstange 118 sind über eine Schiebemanschette 120 miteinander verbunden. Zur Verbindung in Axialrichtung hat die Kolbenstange 118 ein im Durchmesser vergrößertes Endstück 122, das innerhalb der Schiebemanschette 120 angeordnet ist. In der dargestellten Anschlagposition liegt eine rückwärtige Anschlagfläche 124 an einem Anschlagring 126 der Schiebemanschette 120 an. Das Endstück 122 ist mit einer Führungsbohrung 128 ausgeführt, in der axial verschiebbar ein Schließkörper 130 geführt ist. Dieser wird über eine Druckfeder 132 in Richtung auf den Bund 116 vorgespannt. Dieser ist tassenförmig ausgeführt und hat in einem Boden 134 einen Durchbruch 137. In der dargestellten Grundposition ist dieser Durchbruch 137 durch den dagegen vorgespannten Schließkörper 130 verschlossen, so daß die Verbindung zwischen dem Kompressionszylinder 18 und dem Arbeitszylinder 14 abgesperrt ist. Der Schließkörper 130 bildet somit einen Sitz 136 für den Bund 116.

Gemäß Figur 9 hat der Schließkörper 130 Ausgleichsbohrungen 138, über die Druckmittel vom Arbeitszylinder 18 in einen Federraum 140 eintreten kann. Der Schließkörper 130 hat einen Führungsdorn 142, der dichtend in eine Axialbohrung 144 der Kolbenstange 118 eintaucht. Die Kraft der Druckfeder 132 und die Flächendifferenz zwischen der linken sitzseitigen Stirnfläche und der rechten federraumseitigen Ringstirnfläche ist so gewählt, daß der Schließkörper 130 bei einem Druck im Arbeitszylinder 18, der unterhalb des Drucks im Niederdruckspeicher 24 liegt, noch in seine Schließposition vorgespannt ist. Bei Erreichen eines höheren Druckes im Arbeitszylinder 18 wird der Schließkörper 130 gegen die Kraft der Druckfeder 132 nach rechts bewegt, bis er auf eine Anschlagschulter 146 aufläuft. Durch den Druck im Arbeitszylinder 18 wird auch der Bund 116 gegenüber der Kolbenstange 118 in Axialrichtung nach rechts (Ansicht nach Figur 9) verschoben, bis er auf den Schließkörper 130 aufläuft, so daß der Durchbruch 137 abgesperrt ist. Wenn während des Kompressionshubes der Druck im Arbeitszylinder 14 auf einen Druck ≥ als den Druck im Kompressionszylinder 18 ansteigt, wird der Bund 116 durch die auf seine Stirnfläche wirkende Druckdifferenz vom Schließkörper 130 abgehoben und die Verbindung zwischen dem Arbeitszylinder 14 zum Kompressionszylinder 18 aufgesteuert - der Hochdruckspeicher wird geladen. D.h., bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt der Bund 116 als Rückschlagventil zum Aufsteuern der Verbindung zwischen Arbeitszylinder 14 und Kompressionszylinder 18. Der Schließkörper 130 mit der Druckfeder 132 wirkt praktisch als Sperrventil, das beim Ansteigen des Druckes im Kompressionszylinder 18 in seine Öffnungsstellung gebracht wird. Dieses Sperrventil schließt nur dann, wenn der Druck im Kompressionszylinder 18 geringer als der Druck im Niederdruckspeicher 24 ist. Ein derart geringer Druck wird dann eingestellt, wenn der Freikolben gezielt in seine Startposition zurück bewegt werden soll.

Insbesondere die vorbeschriebene Lösung zeichnet sich durch einen äußerst kompakten Aufbau aus, wobei durch die direkte Verbindung zwischen Arbeits- und Kompressionszylinder 14, 18 die Drosselverluste minimal sind. Prinzipiell lassen sich die in den Figuren 8 und 9 erläuterten Lösungen auch bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen realisieren.

Die bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen dargestellten Zusatzeinrichtungen lassen sich prinzipiell bei beiden vorgenannten Varianten mit Stufen- oder Differentialkolben einzeln oder in Kombination anwenden.

Anstelle des in Figur 5 dargestellten 3/2-Wegeventils kann als Kolbenrückzugventil 54 auch ein 2/2-Wegeventil eingesetzt werden, wobei dann das Rückschlagventil 34 sperrbar ausgeführt sein sollte.

Offenbart ist ein Freikolbenmotor mit einem Motorkolben, der über einen abgestuften Hydraulikkolben antreibbar ist. Der größere Durchmesser des Hydraulikkolbens ist in einem Kompressionszylinder geführt, während der kleinere Durchmesser in einem Arbeitszylinder angeordnet ist. Während des Kompressionshubes ist der Kompressionszylinder mit einem Hochdruckspeicher und der Arbeitszylinder mit einem Niederdruckspeicher oder einem Hochdruckspeicher verbunden. Während eines Expansionshubes wird der Hochdruckspeicher durch das aus den Zylinderräumen verdrängte Druckmittel geladen.

Bezugszeichenliste:

1: Freikolbenmotor
2: Motorgehäuse
4: Verbrennungszylinder
6: Motorkolben
8: Hydraulikkolben
10: Axialbohrung
12: Ringstirnfläche
14: Arbeitszylinder
16: Stirnfläche
18: Kompressionszylinder
20: Druckkanal
22: ND-Kanal
24: ND-Speicher
26: RV
28: HD-Kanal
30: HD-Speicher
32: Startventil
34: RV
36: Auslaßkanal
38: Verbrennungsraum
40: Einlaßraum
42: Überströmkanal
44: Einlaßkanal
46: Einlaßventil
48: Einspritzventil
50: Bypassleitung
52: Dosierventil
54: Kolbenrichtungsventil
56: Kolbenstange
58: Kolbenstange
60: Ringbund
62: Stirnfläche klein
64: rechte Ringstirnfläche
66: Ringfläche
68: Ringzylinder
70: Rückschlagventil
72: Bypasskanal
74: Druckleitung
76: Rückholkanal
78: Umschaltventil
80: Entlastungskanal
82: Steuerventil
84: Kolbenrückzugsanordnung
86: Sperrventil
88: Rückzugventil
90: Tankkanal
92: Kanal
94: Wegeventil
96: Logikkolben
98: größerer Flächenquerschnitt
100: Ventilsitz
102: Radialanschluß
104: Umgehungsleitung
106: kleiner Flächenquerschnitt
108: Steuerraum
110: Steuerkanal
112: Freigabeventil
113: Feder
114: Schließfeder
116: Bund
118: Kolbenstange
120: Schiebemanschette
122: Endstück
124: Anschlagfläche
126: Anschlagring
128: Führungsbohrung
130: Schließkörper
132: Druckfeder
134: Boden
136: Sitz
137: Durchbruch
138: Ausgleichsbohrung
140: Federraum
142: Führungsdorn
144: Axialbohrung
146: Anschlagschulter

Claims

Freikolbenmotor mit einem Motorkolben (6) eines Verbrennungsmotors, der über einen abgestuften Hydraulikkolben (8) angetrieben wird, dessen kleinere Stirnfläche (12; 62) in einem Arbeitszylinder (14) und dessen größere Stirnfläche (16; 64) in einem Kompressionszylinder (18) angeordnet ist, wobei der Arbeitszylinder (14) über ein Rückschlagventil (34) zum Aufladen mit einem Hochdruckspeicher (30) und zum Nachsaugen von Druckmittel über ein weiteres Rückschlagventil (26) mit einem Niederdruckspeicher (24) verbunden ist, und wobei während des Kompressionshubs der Kompressionszylinder (18) über ein Startventil (32) mit Druckmittel aus dem Hochdruckspeicher (30) beaufschlagt ist, während beim Expansionshub das Druckmittel in einem der Zylinder (14, 18) zum Aufladen des Hochdruckspeichers (30) verwendet wird.
Freikolbenmotor nach Patentanspruch 1, wobei der Hydraulikkolben (8) ein Stufenkolben (8) mit einer im Arbeitszylinder (14) geführten Kolbenstange (56) ist, dessen Kolbenabschnitt mit größerem Durchmesser (60) im Kompressionszylinder (18) geführt ist.
Freikolbenmotor nach Patentanspruch 2, mit einer Druckleitung (74), die einerseits in einen Bereich des Hochdruckkanals (28) zwischen Startventil (32) und Hochdruckspeicher (30) und andererseits im Kompressionszylinder (18) mündet, und die während des Kompressionshubes des Hydraulikkolbens (8) aufsteuerbar ist, wobei der zwischen dem Startventil (32) und dem Kompressionszylinder (18) angeordnete Abschnitt des Hochdruckkanals (28) über eine Leitung mit einem Rückschlagventil (70) mit der Druckleitung (74) verbindbar ist.
Freikolbenmotor nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei vom Hochdruckkanal (28) ein Rückholkanal (76) mit einem Umschaltventil (78) abzweigt, und in einem von einer weiteren Kolbenstange (58) durchsetzten Ringzylinder (68) mündet, so daß bei aufgesteuertem Umschaltventil (78) eine in Richtung zum inneren Totpunkt des Motorkolbens (8) wirksame Ringfläche (66) mit Druckmittel beaufschlagbar ist.
Freikolbenmotor nach Patentanspruch 4, wobei die motorkolbenseitige Kolbenstange (58) einen geringeren Durchmesser als die andere Kolbenstange (56) hat.
Freikolbenmotor nach Patentanspruch 1 mit einem Wegeventil (94), über dessen Kolben (96) eine das Startventil (32) umgehende Umgehungsleitung (104) aufsteuerbar ist.
Freikolbenmotor nach Patentanspruch 6, wobei das Wegeventil (94) ein Logikventil ist, dessen Logikkolben (96) abgestuft ausgeführt ist, wobei ein kleinerer Flächenquerschnitt (106) über ein Freigabeventil (112) mit dem Druck im Hochdruckspeicher (30) und dessen größerer Flächenquerschnitt (98) mit dem Druck im Kompressionszylinder (18) beaufschlagt ist.
Freikolbenmotor nach Patentanspruch 7, wobei das Freigabeventil (112) ein 3/2-Wegeventil ist, das in seinen Schaltpositionen den kleineren Flächenquerschnitt (106) mit dem Druck im Hochdruckspeicher (30) oder einem Druck in einem Tankkanal (90) beaufschlagt.
Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Kolbenrückzugsventilanordnung (54), über die der Kompressionszylinder mit dem Tank (T) oder mit dem Hochdruckspeicher (30) verbindbar ist.
Freikolbenmotor nach Patentanspruch 9, wobei die Kolbenrückzugsanordnung (54) ein Sperrventil (86) zum Verbinden des Arbeitszylinders (14) mit dem Kompressionszylinder (18) und ein Rückzugventil (88) zum Verbinden des Kompressionszylinders (18) mit dem Tank (90) hat, wobei das Sperrventil (86) in den Hydraulikkolben (8) integriert ist.
Freikolbenmotor nach Patentanspruch 10, wobei das dem Hochdruckspeicher (30) zugeordnete Rückschlagventil (34) ebenfalls im Hydraulikkolben (8) integriert ist.
Freikolbenmotor nach Patentanspruch 11, wobei ein einen größeren Kolbendurchmesser ausbildender Bund (160) des Hydraulikkolbens (8) über eine Schiebemanschette (120) mit einer Kolbenstange (118) verbunden ist, die mit einem Endstück (122) axial verschiebbar in der Schiebemanschette (120) geführt ist, wobei der Bund (116) in einer Verschiebeposition einen Steuerquerschnitt verschließt, so daß eine Verbindung zwischen den Kompressionszylinder (14) und dem Arbeitszylinder (18) unterbrochen ist.
Freikolbenmotor nach Patentanspruch 12, wobei im Endstück (122) ein Schließkörper (130) geführt ist, der mittels einer Druckfeder (132) gegen einen Durchbruch im Boden (134) des Bundes (116) vorgespannt ist, wobei der Druck im Kompressionszylinder (18) über Ausgleichsbohrungen (138) des Schließkörpers (130) in einen Federraum (140) für die Druckfeder (132) gemeldet ist und die in Schließrichtung wirksame Fläche des Schließkörpers (130) geringer als die in Öffnungsrichtung wirksame stirnfläche des Schließkörpers (130) ist.
Freikolbenmotor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in einem Niederdruckkanal (22) zwischen dem Arbeitszylinder (14) und dem Niederdruckspeicher (24) eine das Rückschlagventil (26) umgehende Bypaßleitung (50) vorgesehen ist, die über ein Dosierventil (52) absperrbar ist.