Freikolbenmotor
Die Erfindung betrifft Freikolbenmotoren, insbesondere verhältnismässig leichte, kompakt gebaute Freikolbenmotoren, z. B. auslwärts,verdichtende Gaserzeuger und Verdichter.
Es ist seit langem bekannt, dass für einen befriedigenden Betrieb eines Freikolbenmotors eine ausreichend grosse Rückführenergie verfügbar sein muss, welche die Kolben nach dem Expansionshub in die Zündstellung zurückbringt. Bei den bisherigen Freikolbenmotoren ist diese Rückführenergie häufig von der Verdichterstufe oder vorzugsweise von der Rückführoder Pufferstufe geliefert worden, die in dem Motor in Verbindung mit der Verdichterstufe ausgenutzt wurde.
Obwohl es theoretisch möglich ist, die Verdichterstufe des Motors so auszubilden, dass die Expansionsarbeit der Verdichterstufe die gesamte erforderliche Rückführenergie während des Kompressionshubes in der Arbeitsstufe liefert, empfiehlt es sich jedoch nicht in allen Fällen, die Verdichterstufe für diesen Zweck heranzuziehen. Die Expansionsarbeit der Verdichterstufe ist nämlich abhängig von der Grösse des Verdichter-Totraums. Die Expansionsarbeit wächst mit der Grösse des Verdichter-Totraums. Darüber hinaus wird bei einem gegebenen Durchmesser des Verdichterkolbens bei zunehmendem Verdichter-Totraum das von dem Verdichter abgegebene Gasvolumen verringert.
Bei einem Motor, bei dem die gesamte Rückführenergie aus der Verdichterstufe geliefert wird, müsste daher der Verdichterkolbendurchmesser so weit vergrössert werden, dass eine befriedigende Kompressor-Auslass- menge erreicht würde. Diese Vergrösserung des Verdichterkolbendurchmessers führte gelegentlich zu Grössenverhältnissen des Gesamtmotors, die unwirtschaftlich wurden.
Aus diesem Grunde sind bei bekannten Freikolbenmotoren Rückführstufenkolben bzw. Pufferkolben vorgesehen worden, die einen Teil der erforderlichen Rückführenergie liefern. Die Rückführkolbenanordnungen wurden im allgemeinen entweder in die Leistungs-Verdichter-Kolben zwischen Arbeitskolben und Verdichterkolben oder jenseits der Aussenseite des Verdichterkolbens in einem eigenen Zylinder vorgesehen.
Lag der Rückführstufenkolben in dem Leistungs Verdichter-Kolben, so verringerte sich die wirksame Fläche des Verdichterkolbens um den der Fläche des Rückführstufenkolbens- entsprechenden Betrag, weswegen der Durchmesser des Verdichterkolbens, um die geforderte Abgabeleistung des Verdichters zu erreichen, über diejenige Grösse hinaus erhöht werden musste, die ausgereicht hätte, wenn der Rückführstu- fenkolben nicht in der beschriebenen Weise angeordnet worden wäre. Ferner verursacht ein jenseits der Aussenseite des Verdichterkolbens oder zwischen Arbeitskolben und Verdichterkolben angeordneter Rückführstufenkolben unter Umständen eine Vergrösserung der Gesamtbaulänge des Motors um bis zu 50 o/o.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Freikolbenmotor mit Arbeitsstufe und Verdichterstufe, der folgende Merkmale aufweist: ein Gehäuse mit mindestens einem Motorzylinder und darin hin- und her bewegbaren freilaufenden Kolben, wobei mindestens ein Teil des freilaufenden Kolbens hohl und in äussere und innere Pufferräume durch einen feststehenden Kolben aufgeteilt ist, der mit dem Gehäuse durch ein stabförmiges Bauteil, welches durch eine Stirnwand des freilaufenden Kolbens hindurchgreift, fest verbunden ist.
Die erfindungsgemässe, neuartige Pufferanordnung in Freikolbenmotoren vermindert die Verdichterkolbenfläche des Motors nicht wesentlich und kann praktisch für die gesamte für den Betrieb des Motors benötigte Rückführenergie liefern. Der Totraum in der Verdichterstufe kann daher unabhängig von Überlegungen über die Rückführenergie entworfen und gebaut werden, und die Konstruktion kann daher für die Kompressorstufe einen grösstmöglichen Verdichterausstosss bei sehr kleinem Verdichterkolbendurchmesser vorsehen.
Erfindungsgemässe Freikolbenmotoren können mit einem einzelnen hin und her schwingenden Motor-Verdichter-Kolben versehen sein. Ein solcher Freikolbenmotor ist zwar dynamisch nicht ausgeglichen, jedoch lässt sich das Gewicht und damit das Trägheitsmoment des Motor-Verdichter-Kolbens so weit herabsetzen, dass die von dieser dynamischen Unwucht herriihren- den Schwingungskräfte zugelassen werden können. Der erfindungsgemässe Freikolbenmotor kann aber auch mit zwei axial einander gegenüberstehenden schwingenden Motor-Verdichter-Kolben ausgerüstet sein, und derartige Motoren können dynamisch ausgewuchtet konstruiert werden.
Ausserdem ist zwar ein wesentlicher Vorteil der Erfin;dungsgegenstandes, dass ein brauchbarer Freikolbenmotor unter Verwednung. von Motor-Verdichter-Kolben mit gleichförmigem Durchmesser gebaut werden kann, wodurch Entwurf und Bau des Motors vereinfacht wird und bei kleinerem Gesamt-Aussendurchmesser des Motors hohe Hubzahlen des Kolbens zugelassen werden können, jedoch kann die Erfindung auch bei Freikolbenmotoren mit Verdichter-Motor-Kolben angewandt werden, bei denen der Durchmesser des Verdichterkolbens grösser ist als der des Motorkolbens, d. h. es können sogenannte Stufenkolben bzw. gestufte Kolben verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Zeichnungen verschiedener Ausführungsbeispiele beschrieben. Die Zeichnungen stellen folgendes dar:
Fig. 1 einen schematischen Vertikal schnitt durch einen erfindungsgemässen Freikolbenmotor mit einem einzelnen schwingenden Leistungs-Verdichter-Kolben;
Fig. 2 einen schematischen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemässen Freikolbenmotor mit zwei axial einander gegenüberliegenden Leistungs-Verdich- ter-Kolben von gleichem Durchmesser;
Fig. 3 eine schematische Teilansicht eines erfindungsgemässen Freikolbenmotors mit einem abgestuften Leistungs-Verdichter-Kolben;
Fig. 4 eine schematische Teilansicht einer abgeänt derten Form des in Fig. 3 gezeichneten Motors.
Der Freikolbenmotor 11 nach Fig. 1, der als Gaserzeuger arbeiten soll, weist ein Gehäuse 12 auf, in welchem sich ein Motorzylinder 13 befindet. Das Gehäuse 12 besteht aus einer zylindrischen Seitenwand 14 mit einer die Leistungsstufe 16 abgrenzenden Abschlusswand 15 und einer die Verdichterstufe 18 abgrenzenden Abschlusswand 17.
Eine zylindrische Wand 19 umgibt in einem Abstand die Wand 14 des Gehäuses 12, wodurch ein Ringraum 21 zwischen den Wänden 14 und 19 gebildet wird, der an seinen Enden durch die Wände 15 und 17 abgeschlossen wird.
Ein Leistungs-Verdichter-Kolben 22 mit gleichförmigem Durchmesser steht in dem Motorzylinder 13 und kann sich in ihm hin und her bewegen. Die Seitenwand 23 und die Abschlusswände 24 und 25 des Kolbens können verhältnismässig schwach ausgebildet sein; sie umschliessen einen zylindrischen Innenraum 26. Bei dieser Bauweise kann der Kolben 22 geringes Gewicht und damit ein kleines Trägheitsmoment haben, weswegen er mit relativ hoher Wechselzahl in dem Zylinder 13 hin und her laufen kann, ohne dass dadurch unzulässige äussere Vibrationskräfte entstehen können.
In der Motorstufe 16 wird ein Verbrennungsraum 27 durch die Seitenwand 14 ind die Abschlusswand 15 des Gehäuses und die Abschlusswand 24 des Kolbens 22 umgrenzt. Mehrere Einlasschlitze, von denen bei 28 vier Stück gezeichnet sind, befinden sich in der Seitenwand 14, so dass Luft aus dem Ringraum 21 in den Verbrennungsraum 27 eindringen kann. Durch Auspuffschlitze, von denen bei 29 zwei Stück gezeichnet sind, können die Verbrennungsprodukte aus dem Raum 27 austreten. Wenn sich der Kolben 22 in dem Zylinder 13 nach links (Fig. 1) bewegt, verschliesst er zunächst die Schlitze 28 oder deckt sie ab, anschliessend die Schlitze 29. Der Kolben geht dann weiter nach links und verdichtet die in dem Raum 27 befindliche Luft bzw. das Luft-Gas-Gemisch. Nahe bei der weitesten Auslenkung des Kolbens 22 nach links (d. h.
in der oberen Totpunktlage) findet die Verbrennung im Raum 27, wie bei üblichen Verbrennungskraftmaschinen statt. Handelt es sich um einen Dieselmotor, so kann an der Abschlusswand 15 eine übliche Brennstoffeinspritzeinrichtung vorgesehen werden, die in den Raum 27 mündet. In gleicher Weise kann zum Verbrennen der in dem Raum 27 verdichtenden Gase auch eine (nicht gezeichnete) übliche Zündkerze mit zugehörigem gebräuchlichen Zündungssystem vorgesehen werden. Es hat sich gezeigt, dass der Motor gut arbeitet, wenn das Verhältnis zwischen Nutzhub des Kolbens 22 und Gesamthub des Kolbens unter 0,3 liegt. Bei dem Gasverbrennungsvorgang wird der Kolben 22 in dem Zylinder 13 nach rechts (Fig. 1) getrieben, und bei dieser Kolbenbewegung wird die in der Verdichterstufe 18 enthaltene Luft verdichtet.
Ausserdem werden bei dieser Bewegung des Kolbens 22 die Schlitze 29 freigegeben, so dass die Verbrennungsprodukte aus dem Raum 27 heraustreten können; danach werden die Schlitze 28 freigegeben, so dass Luft aus dem Raum 21 in den Raum 27 einströmen kann. Die Öffnungen 28 und 29 können beispielsweise in ihrer Lage zum Raum 27 so angeordnet sein, dass sich für den Raum 27 während des normalen Betriebs des Motors 11 eine Umkehrspülung oder Querspülung ergibt.
In der Verdichterstufe 18 wird ein Verdichterraum 31 von der Seitenwand 14 und der Abschlusswand 17 des Gehäuses 12 und der Abschlusswand 25 des Kolbens 22 umgrenzt. Gebräuchliche Verdichter-Einlassventile, von denen zwei Stück schematisch bei 32 angedeutet sind, liegen in der Abschlusswand 17 und ermöglichen den Zustrom von Luft in den Verdichterraum 31 der Verdichterstufe 18, so lange der Kolben 22 nach links läuft. Gebräuchliche Verdichter-Auslass- ventile, von denen zwei Stück schematisch bei 33 angedeutet sind, liegen in der Seitenwand 14 neben der Abschlusswand 17 und ermöglichen den Abfluss der durch die Bewegung des Kolbens 22 nach rechts in dem Verdichterraum 31 verdichteten Luft in den Ringraum 21.
Der Motor 11 arbeitet, wie erwähnt, als Gaserzeuger, indem die verdichtete Luft aus dem Verdichterraum 31 durch den Ringraum 21 hindurch und durch die Schlitze 28 in den Verbrennungsraum 27 geleitet wird.
Eine Rückführstufenkolbenanordnung 34 umfasst einen feststehenden Pufferkolben 35 innerhalb des Raums 26 des Kolbens 22. Der Durchmesser des Aussenrandes 36 des Pufferkolbens 35 ist praktisch gleich der lichten Weite des Raums 26, so dass nur ein minimaler Gasübertritt zwischen der Wand 23 und dem Rand 36 des Kolbens 35 stattfinden kann, wenn der Kolben 22 sich relativ zu dem Pufferkolben 35 ver schiebt. Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen Wand 23 und Kolbenrand 36 können Kolbenringe benutzt werden.
Der Pufferkolben 35 ist an der Anschlusswand 17 mittels eines Stabs 37 relativ geringer Stärke angebracht; der Stab läuft durch eine mittige Öffnung 38 in der Abschlusswand 25 des Kolbens 22. Zwischen dem Rand der Öffnung 38 und dem Stab 37 kann eine übliche Wellendichtung vorgesehen werden. Zwar kann infolge der Abdichtung die Öffnung 38 ausreichend weit gewählt werden, damit der Kolben 22 in dem Zylinder 12 frei hin und her schwingen kann, ohne dass zwischen der Öffnung 38 und dem Stab 37 eine Behinderung eintritt, es kann aber kein Gas zwischen dem Stab 37 und dem Rand der Öffnung durchtreten.
Die Längsachse des Stabes 37 liegt koaxial zu der Längsachse des Kolbens 22 und des Zylinders 13.
Nötigenfalls können statt des Stabs 37 ein oder mehrere starre Stäbe mit kleinem Durchmesser angebracht werden; diese Stäbe brauchen nicht koaxial zur Mittellängsachse des Zylinders 13 zu verlaufen.
Der Pufferkolben 35 unterteilt den Innenraum 26 in einen inneren bzw. äusseren Pufferraum 39 bzw. 41.
Übliche Rückschlagventile (vgl. das Rückschlagventil 42) sind in die Abschlusswand 25 des Kolbens 22 eingelassen, so dass überschüssige Druckluft aus dem äusseren Pufferraum 41 in den Verdichterraum 31 übertreten kann, wenn -der Kolben 22 sich seiner Stellung ganz links nähert. Die Ventile 42 können eingestellt werden, wie erwähnt, so dass von ihnen der Maximaldruck im Raum 41 bestimmt wird. Nötigenfalls können sie aber auch umgekehrt verwendet werden und damit den Minimaldruck in dem Raum 41 bestimmen.
Durch den Pufferkolben 35 und den Stab 37 läuft ein Kanal 43, über den der Verdichterraum 31 mit dem inneren Pufferraum 39 verbunden ist. Ein schematisch bei 44 angedeutetes Rückschlagventil liegt in dem Kanal 43 und lässt einen Luftstrom aus dem Verdichterraum 31 in den Pufferraum 39 zu. Der Pufferraum 39 arbeitet somit als positiver Rückführraum.
Natürlich könnte der Kanal 43 nötigenfalls auch den Pufferraum 39 mit einem getrennten Luft- oder Gasvorrat verbinden statt mit dem Verdichterraum 31.
Ausserdem könnten die Pufferräume 39 und 41, obwohl sie hier als Pufferräume beschrieben sind, zusammen mit dem Pufferkolben 35 als Verdichter arbeiten, vorausgesetzt, dass die üblichen Verdichter-Ein- lass- und -Auslassventile in geeigneter Weise eingebaut würden. Ein Vorteil bei der Verwendung der Räume 39 und 41 als Verdichter wäre, dass dadurch die Küh- lung des Kolbens 22 verbessert würde.
Ferner ist darauf hinzuweisen, dass bei Anwendung der Pufferkolbenanordnung 35 und des Hohlkolbens 22 die gesamte Fläche der Abschlusswand 25 des Kolbens 22, abgesehen von dem verhältnismässig kleinen Flächenstück der Öffnung 38, zum Verdichten von Luft in dem Verdichterraum 31 des Motors benutzt wird. Schliesslich kann der Verdichter-Totraum, das heisst das Volumen des Raums 31 bei ganz rechts stehendem Kolben 22, unabhängig von der Motorstufe 16 entworfen werden, weil der grösste Teil der für den Kolben 22 erforderlichen Rückführenergie durch den Pufferraum 39 geliefert wird; der Verdichterkolben kann also den für eine vorgegebene Verdichterleistung kleinstmöglichen Durchmesser erhalten, und der Motor 11 kann sehr kompakt gebaut werden.
Der Motor 11 würde, wie erwähnt, eine dynami- sche Unwucht besitzen, jedoch wirft diese Unwucht keine schwerwiegenden Schwingungsprobleme bei verschiedenen Anwendungsfällen auf, denn das Trägheitsmoment des schnellaufenden Kolbens 22, des einzigen beweglichen Motorteils, ist klein.
Das Erfindungsprinzip kann auch auf einen verbesserten Freikolbenmotor 45 oder einen Gaserzeuger mit zwei axial einander gegenüberliegenden Leistungs-Verdichter-Kolben 46 und 47 angewandt werden, wie in Fig. 2 dargestellt. Der Motor 45 weist ein Gehäuse 48 mit einer Seitenwand 49 und Abschlusswänden 51 und 52 auf. die zusammen einen Motorzylinder 53 bilden.
Eine zylindrische Wand 54 umgibt mit Abstand die Seitenwand 49 und bildet zwischen beiden einen Ringraum 55. Die Enden des Raums 55 werden durch die Abschlusswände 51 und 52 gebildet. In dem Motor 45 befinden sich zentral gelegen eine Leistungsstufe 56 und Verdichterstufen 57 und 58.
Wie im Kolben 22 sind auch in den Kolben 46 und 47 Innenräume 59 und 61 ausgespart. In den Räumen 59 bzw. 61 der Kolben 46 bzw. 47 stehen Pufferkolbenanordnungen 62 bzw. 63, die au den Abschlusswänden 51 bzw. 52 befestigt sind. Aufbau und Anordnung der Kolben 46 und 47 und der Pufferkolbenan- ordnungen 62 und 63 entsprechen im wesentlichen dem Aufbau und der Anordnung des Kolbens 22 mit der Pufferkolbenanordnung 34 bei dem Motor 11.
Auch die Ausbildung der Verdichter-Einlassventile bzw. -Auslassventile 64 bzw. 65 in den Verdichterstufen 57 bzw. 58 entspricht im wesentlichen derjenigen bei den fraglichen Ventilen der Verdichterstufe 18 des Motors 11.
Mehrere Einlass-Schlitze 66 stellen die Verbindung zwischen dem Verbrennnngsraum 67, der von dem Motorzylinder 53 und den Innenseiten 68 bzw. 69 der Kolben 46 bzw. 47 abgegrenzt wird, und dem Ringraum 55 her. Wie bei dem Motor 11 dient der Ringraum 55 dazu, die verdichtete Luft aus den Verdichterstufen 57 und 58 in die Motorstufe 56 zu leiten. Eine Anzahl Ausiass-Schlitze, von denen drei bei 71 angedeutet sind, lassen die Verbrennungsprodukte aus der Motorstufe 56 nach Abschluss der Verbrennung im Verbrennungsraum 67 austreten. Diese Auspuffgase können aus dem Motor 45 weggeführt und durch eine Leitung 72 einer üblichen Gasturbine 73 oder ähnlich zur Arbeitsleistung zugeleitet werden.
Der Motor 45 arbeitet ähnlich wie die anderen bekannten Freikolbenmotoren, indem bei aufeinander zu bewegten Kolben 46 und 47, die Luft oder das Gas Luft-Gemisch in der Motorstufe 56 verdichtet wird, und durch die Gasverbrennung werden die Kolben auseinandergeschoben, wodurch sie Luft in den Verdichterstufen 57 und 58 verdichten und schliesslich aus den Verdichterstufen hinausdrücken. Für einen wirkungsvollen Betrieb wird die Höhe der Auslass Schlitze 71, d. h. die axiale Länge der Schlitze 71 parallel zur Längsachse des Motors 45, im allgemeinen grösser gewählt als die Höhe der Einlass-Schlitze 66, so dass beim Vorbeibewegen der Kolben 46, 47 der Auslassvorgang einsetzt, ehe das Öffnen der Einlass Schlitze beginnt.
Der Vorteil des Motors 45 ist, dass praktisch die gesamte Querschnittsfläche der Kolben 46 und 47 zum Verdichten der Luft in den Verdichterstufen 57 und 58 benutzt werden kann, wobei der grösste Teil der Rückführenergie für die Kolben 46 und 47 durch die Puf ferräume geliefert wird, die in den Räumen 59 und 61 durch die Pufferkolben 62 und 63 abgetrennt werden.
Wie erwähnt, kann bei der Benutzung von Pufferkolbenanordnungen 62 und 63 in Verbindung mit den Kolben 46 und 47 das Totraumvolumen in den Verdichterstufen 57 und 58 unabhängig von der Motorstufe 56 entworfen werden.
Gleichlaufvorrichtungen sind nicht angegeben, denn die Kolben 46 und 47 sind als selbstsynchronisie- rend anzusehen. Jedoch kann, falls erwünscht, eine geeignete Gleichlaufeinrichtung angebracht werden.
Da der Motor 45 axial einander gegenüberliegende schwingende Kolben aufweist, lässt sich ein dynamischer Ausgleich und damit praktisch vibrationsfreier Betrieb erzielen.
Bei den beschriebenen Motoren 11 und 45 haben die schwingenden Kolben gleichförmigen Durchmesser.
Die Prinzipien der Erfindung sind jedoch auch auf die üblicheren Freikolbenmotoren mit Stufenkolben bzw.
gestuften Kolben anwendbar. Ein Vorteil ergibt sich bei der Anwendung der Gedanken der Erfindung auf Motoren mit Stufenkolben deswegen, weil kleinere Verdichterstufen-Durchmesser und kleinere Motorgrösse insgesamt bei jedem beliebigen Satz sonstiger Entwurfgrössen eines Motors vorgesehen werden können.
Der Freikolben-Gaserzeuger 74 nach Fig. 3 weist ein Motorgehäuse 75 mit einem Motorzyhnder 76 und einem Verdichterzylinder 77 auf. Ein Motorkolben 78 ist so angebracht, dass er in dem Zylinder 67 hin und her schwingen kann, und ein Verdichterkolben 79 vermag in dem Zylinder 77 hin und her zu laufen. Der Kolben 79 entspricht in seinem Aufbau dem Kolben 22 des Motors 11 und weist einen Innenraum 80 auf.
Die Kolben 78 und 79 sind untereinander durch eine zylindrische Seitenwand 81 verbunden, so dass sie als einheitliches Gebilde hin und her laufen.
Eine Pufferkolbenanordnung 82 steht in dem Kolben 79 und teilt den Raum 80 des Kolbens 79 in einen inneren und einen äusseren Pufferraum 83 und 84. Die Pufferanordnung 82 stimmt im wesentlichen nach Aufbau und Anordnung, was Kolben 79 und Gehäuse 75 betrifft, überein mit der Anordnung 34 in Fig. 1.
Das Verdichter-Einlass- bzw. -Auslassvenül 85 bzw. 86 und die Rückschlagventile 87 bzw. 88, die die Verbindung zwischen dem Raum 84 und der Verdichterstufe bzw. dem Raum 83 herstellen, sind nach Aufbau und Wirkungsweise den entsprechenden Ventilen des Motors 11 vergleichbar. Auch die Einlass-Schlitze 91 bzw. die Auslass-Schlitze 93, die den Zustrom bzw.
den Abstrom von Gas in den bzw. aus dem Verbrennungsraum 93 gestatten, stimmen nach Aufbau und Wirkungsweise im wesentlichen überein mit den entsprechenden Öffnungen und dem zugeordneten Raum im Motor 11. Der Motor 74 arbeitet im wesentlichen ebenso wie der Motor 11, und der einzige kennzeichnende Unterschied zeigt sich in den Kolbenformen: im Motor 11 wird ein Kolben 22 mit gleichförmigem Durchmesser benutzt, im Motor 74 ein Stufenkolben 78 und 79. Bei Anordnung entsprechender Schlitze könnte der Motor 74 nötigenfalls, ebenso wie der beschriebene Motor 45, ein Kolbenpaar erhalten.
Bei dem Motor 74 (Fig. 3) ist die neuartige Pufferanordnung gemäss der Erfindung in dem Kolbenabw schnitt 79 vorgesehen, aber natürlich könnte erfindungsgemäss die Pufferanordnung auch dem Kolbenabschnitt 78 zugeordnet werden. Darin könnte ein besonderer Vorteil liegen, wenn die zylindrische Seitenwand 81 bis zu der Kolbenabschlusswand 94 weitergeführt würde, weil daraus ein Motor wesentlich geringerer Baulänge, verglichen mit dem Motor 74 nach Fig.3, resultieren würde. Das ist in Fig. 4 genauer dargestellt.
Der Freikolbenmotor oder Gaserzeuger 100 nach Fig. 4 weist ein Motorgehäuse 102 mit einem Arbeitszylinder 104 und einem Verdichterzylinder 106 auf.
Ein Arbeitskolben 108 ist hin und her beweglich in dem Zylinder 104 angeordnet und in gleicher Weise ist ein Verdichterkolben 110 hin und her beweglich in dem Zylinder 106 angeordnet. Der Kolben 108 entspricht nach seinem Aufbau dem Kolben 22 des Motors 11 in Fig. 1 insofern, als in ihm ein Innenraum 112 abgetrennt ist. Die Kolben 108 und 110 sind untereinander durch die zylindrischen Seitenwände 113 des Arbeitskolbens 108 verbunden, so dass die Kolben als einheitliches Bauteil hin und her laufen. Innerhalb des Kolbens 108 befindet sich eine Pufferkolbenanordnung 114, die den Raum 112 in einen inneren und einen äusseren Pufferraum 116 und 118 unterteilt. Die Pufferanordnung entspricht nach Konstruktion und Anordnung gegenüber dem Kolben 108 und dem Gehäuse 102 derjenigen nach Anordnung 34 in Fig. 1.
Das Verdichter-Einl ass ventil 120 bzw. -Ausiass- ventil 122 und die Einlass-Schltze 124 bzw. die Auslass-Schlitze 126, die den Eintritt bzw. den Ausstoss von Gas in den bzw. aus dem Verbrennungsraum 128 bewirken, entsprechen nach Aufbau und Wirkungsweise den Ventilen und Schlitzen des Motors 11 nach Fig. 1, die dem gleichen Zweck dienen. Jedoch unterscheidet sich die Ventilanordnung des Raumes 112 im Motor 100 von derjenigen des Motors 11. Damit soll eine weitere der vielen Möglichkeiten zur Anordnung der Ventile dargestellt werden, die erfindungsgemäss ausführbar ist.
Im einzelnen stellt ein Kanal 130 eine Verbindung zwischen dem inneren Pufferraum 116 und einer über eine Rohrleitung 134 angeschlossenen Rückschlagventileinrichtung 136 dar. Eine weitere Rohrleitung 138 verbindet das Rückschlagventil 136 mit einem Ringraum 139. Mit der anderen Ventilanordnung nach Fig. 4 und bei ganz links in dem Zylinder 104 stehenden Kolben 108 wird der Raum 116 mit dem relativ hohen Verdichterauslassdruck beaufschlagt, der in dem Ringraum 139 herrscht, der die Verbindung zwischen dem der verdichteten Luft in dem Verdichterraum 140 und dem Verbrennungsraum 128 herstellt. Man beachte, dass demgegenüber nach Fig. 3 der Raum 116 nur mit dem wesentlich geringeren Verdichtereinlassdruck, der in der Verdichterraum 140 herrscht, wenn der Kolben 108 ganz links steht, beaufschlagt wird.
Nach Fig. 4 ist ausserdem in einem Kolbenabschnitt 144 der Pufferkolbenanordnung 114 ein Rückschlagventil 142 angebracht. Das Ventil 142 entlüftet damit den Raum 118 in den Raum 116 und nicht in die Verdichterkammer 140, wie es der Fall wäre, wenn Ventile nach Art der in Fig. 3 gezeichneten Anordnung angebracht wären. Das Ventil 142 sorgt dafür, dass der Druck in der Kammer 118 nicht zu weit über den Druck in dem Ringraum 139 ansteigt. Die Anordnung des Ventils 142 im Kolben 144 verbessert auch die Möglichkeit, den richtigen Druck in dem Raum 116 aufrecht zu erhalten. Als weiteres Ausführungsbeispiel einer verwendbaren Ventil anordnung ist in der Kolbenstange 148 der Pufferkolbeneinrichtung 114 eine Belüftungsnut 146 vorgesehen, um den Raum 118 mit dem Verdichterraum 140 zu verbinden, damit der Druck im Raum 112 besser gesteuert werden kann.
Wenn der Kolben 108 im Zylinder 104 ganz links steht, reicht die Belüftungsnut 146 über die Abschlusswand 132 hinaus und verbindet den Raum 118 mit dem Verdichterraum 140, so dass der Raum 118 belüftet wird.
In dem Kolben 110 ist ein weiteres Rückschlagventil 150 angeordnet, damit der Ringraum 152 bei der Bewegung des Kolbens 110 nach links belüftet wird.
Man beachte, dass der Ringraum 152 auch als Spüloder als Verdichterstufe in einem Kompressor statt als Gaserzeuger (wie dargestellt) dienen kann.
Der Kanal 130 könnte nötigenfalls den Pufferraum 116 mit einer getrennten Gas- oder Luftquelle statt mit einem Raum in dem Motor 100 verbinden. Bei dem Motor nach Fig. 4 lässt sich das erreichen, wenn man die Gas- oder Luftquelle an die Rohrleitung 138 auschliesst.
Die Freikolbenmotoren gemäss der Erfindung sind als Gaserzeuger beschrieben und gezeichnet; die Erfindung ist aber auch bei anderen Arten von Freikolbenmotoren anwendbar, zum Beispiel bei Freikolbenverdichtern.