BESCHREIBUNG

Technisches Gebiet

[0001 ] Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben eines Freikolbenlineargenerators (nachstehend auch als FKLG bezeichne†) zur Erzeugung elektrischer Energie sowie einen FKLG.

Stand der Technik

[0002] Für die elektrische Energieerzeugung auf Basis chemischer Pri märenergie - z.B. in Form fossiler oder erneuerbarer Energieträger wie Kohle, Erdöl (Diesel, Benzin), Erdgas, Biogas oder Pflanzenöl - biete† der Stand der Technik unterschiedlichste Lösungsansätze. Die meisten dieser Lösungsansätze nutzen die Primärenergie, um mit hülfe eines Motors oder einer Turbine ein Drehmoment zu erzeugen, welches die Welle eines ro tierenden Generators antreib†. Derart rotierende Maschinen sind sei† Jah ren im Einsatz, und trotzt ausgereifter Technologie wird selten ein Wir kungsgrad über 40% für die Konversion chemischer Primärenergie in e- lektrische Energie erziel†. Der Bedarf von effizienteren Energiewandlern für mobile Systeme führt nun zu neuen Ansätzen, welche die Primärenergie ohne den Umweg über die Rotationsenergie einer sich drehenden Welle direkt in elektrische Energie überführen.

[0003] Auch moderne Ansätze für FKLG gehen teilweise auf bekannte Technologien für Freikolbenmaschinen aus den 1920er Jahren zurück und kombinieren eine Wärmekraftmaschine mit innerer oder äußerer Wärme zufuhr sowie eine Arbeitsmaschine (Pumpe, Verdichter, Generator). Cha rakteristisch ist die direkte, triebwerklose Übertragung der zyklischen Be wegung des Kolbens der Wärmekraftmaschine auf den Arbeitsteil; da- durch entfallen jegliche mechanischen Triebwerke, wie zum Beispiel ein Kurbeltrieb. Die Leistung wird meist nicht auf mechanischem Weg abge geben. Freikolbenmaschinen lassen sich einfach (wenig bewegte Teile) und kompakt bauen und haben ein hohes Leistungs-Gewichfs-Verhältnis. Derartige Maschinen wurden unter anderem von Junkers, SIGMA und Sulzer in Serie gefertigt.

[0004] Bekannte FKLG umfassen in der Regel einen Lineargenerator so wie eine Verbrennungseinheit mit einer Brennkammer, wobei die Verbrennungseinheit und der Lineargenerator über zumindest eine Kol- ben-Läufer-Einheit miteinander verkoppelt sind, die einen Kolben um fasst, der einen Expansionshub von einem oberen Totpunkt zu einem un teren Totpunkt und unter Verwendung einer Gasdruckfeder einen Kom pressionshub vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt ausführ†.

[0005] Bei der weiteren bekannten Umsetzung eines FKLG werden elekt romagnetisch gesteuerte Auslassventile verwendet. Der Energiebedarf elektromagnetischer Ventilsteuerungen ist aber nicht unerheblich. Ande re, aus dem konventionellen Motorenbau bekannte Mechanismen zur Ventilbetätigung bieten sich beim FKLG nicht an, weil es keine rotieren den Teile gibt, die eine Steuerkette oder Nockenwelle betätigen könn ten. Konventionelle Lösungen für die Ventilbetätigung haben zudem den Nachteil, dass bei Öffnung die Ventile immer gegen den Druck der Ven tilfeder in den Brennraum geschoben werden, so dass Reibungsverluste entstehen.

[0006] Die Umsetzungen von FKLG als Zweitaktmotor mit Gasein- oder - auslass an der Zylinderwand der Wärmekrafteinheit haben den Nachteil, dass zum einen für die Schmierung des Kolbens besondere Vorkehrun gen getroffen werden müssen (wie beispielsweise keramikbeschichtete Kolbenringe oder die Verwendung von einem mit Öl angereicherten Benzin-Luft-Gemisch). Zum anderen werden schlechte Abgaswerte in Kauf genommen, wenn sich Schmieröl am Gasein- oder -auslass lös† und vor oder nach der Verbrennung in den Abgasstrang gelang†.

[0007] Darüber hinaus existieren Arbeiten, die über einen Einfluss auf Ab- gascharakterisfiken und Wirkungsgrad berichten, sofern mittels elektri scher Energieabnahme eine periodische Kolbenbewegung angestreb† wird, welche von der sinusförmigen Linearbewegung des Kolbens ab weich† (also Oberwellen zur Grundschwingung aufgepräg† werden). Al lerdings gehen diese Arbeiten nicht darauf ein, wie ein Geschwindig keitsprofil des Kolbens für einen maximalen Wirkungsgrad aussehen soll.

[0008] Allen vorliegenden Realisierungen ist gemein, dass der FLKG als Schwingkreis verstanden wird, bei dem die kinetische Energie eines Kol bens immer wieder in Gasdruck überführ† wird, und umgekehrt. Der Gas druck kann dabei entweder in der Gasdruckfeder, oder im Brennraum für die Kompression aufgebau† werden. Wie bei Schwingkreisen zweiter Ordnung zu erwarten (vgl. auch Pendel) ergeben sich sinusförmige Ver läufe zwischen den beiden ineinander übergehenden Energieformen. Ein System mit diesen Grundeigenschaften ist kaum dazu geeignet, die Kolbengeschwindigkeiten und damit den thermischen Prozess zu jedem beliebigen Zeitpunkt, oder bei jeder beliebigen Kolbenposition im Detail zu steuern und zu regeln. Diese Systeme bleiben daher jeweils deutlich unter den theoretisch möglichen thermischen und elektrischen Wir kungsgraden.

[0009] Wenn der FKLG als Schwingkreis aufgebau† wird, kommen bei den vorliegenden Arbeiten abgedichtete Gasdruckfedern zum Einsatz. Diese beeinflussen nicht nur das Geschwindigkeitsprofil des Kolbens, son dern tragen zusätzlich zu Verlusten bei, sind wartungsanfällig und führen zu komplexen Systemaufbauten. Der vorliegende Stand der Technik führt, wie vorgängig dargeleg†, nicht zu Lösungen mit höchstem Wir kungsgrad und biete† sich wegen komplexer Lösungen, schlechten Ab- gaswerten oder ungenügender Robustheit nicht für die Serienfertigung an.

[0010] Aus der DE 1 1 2012 000 915 T5 sowie der DE 10 2014 001 770 Al ist ein Verfahren zum Betreiben eines Freikolbenlineargenerafors zur Erzeu gung elektrischer Energie bekannt, wobei der Freikolbenlineargenerafor mindestens einen Lineargenerafor sowie mindestens eine Verbrennungs- einheif mit mindestens einer Brennkammer aufweis† und die Verbren- nungseinhei† und der Lineargenerator über zumindest eine Kolben- Läufer-Einhei† miteinander verkoppelt sind, wobei die Kolben-Läufer- Einhei† mindestens einen Läufer sowie mindestens einen Kolben umfass†, der einen Expansionshub von einem oberen Totpunkt zu einem unteren Totpunkt und einen Kompressionshub vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt ausführ†, wobei nach der Beschleunigung des mindestens einen Kolbens die elektrische Energieentnahme durch den Lineargenerator in der Weise geregelt oder gesteuert wird, dass hierdurch ein kontrollierter Sollgeschwindigkeitsverlauf des Kolbens zwischen oberem Totpunkt und unterem Totpunkt mindestens abschnittsweise erreicht wird.

[001 1 ] Der DLR Forschungsberich† 2007-15; Freikolbengenerator, Sven-Erik Pohl zeig† verschiede Kräfteprofile, die am Kolben einwirken und ein typi sches Geschwindigkeitsprofil eines Kolbens für einen Freikolbengenera tor, wobei die Kolbengeschwindigkei† beim De-Kompressionszyklus in ei nem kleineren Bereich annähernd gleich ist (kurzer horizontaler Verlauf, ohne dass dieser kurze horizontale Geschwindigkeitsverlauf auf die Wir kung einer Regelung der Geschwindigkeit zurückzuführen ist, welche nach jeder Zündung das aktuelle Geschwindigkeitsprofil einem Soll- Geschwindigkeitsprofil angleich†).

[0012] In der DE 102 19 549 Al werden zur Schmierung einzelner oder al ler Gleitlager ölige Treibstoffe verwende†, die nach Schmierung der Verbrennung zugeführt werden. [0013] Aus der DE 10 2016 109 029 Al ist ein Selbstzündungsbetrieb durch eine Kompressionszündung bekannt.

Darstellung der Erfindung

[0014] Der vorliegenden Erfindung lieg† die Aufgabe zu Grunde, ein Ver fahren zum Betreiben eines FLKG zu schaffen, welches die vorgenannten Probleme ausräum† und welches geeignet ist, den Kompressionshub vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt ohne die ausschließliche Ver wendung einer Gasdruckfeder oder elektrischer Energie zu erreichen.

[0015] Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Unteran sprüchen angegeben.

[0016] Die vorliegend Erfindung beschreib† ein Verfahren zum Betreiben eines FLKG, der mindestens einen Lineargenerator sowie mindestens eine Verbrennungseinhei† mit mindestens einer Brennkammer aufweis†, wobei die Verbrennungseinhei† und der Lineargenerator über zumindest eine Kolben-Läufer-Einhei† miteinander verkoppelt sind, die mindestens einen Kolben umfass†, der einen Expansionshub von OT zu UT und einen Kom pressionshub vom UT zum OT ausführ†, wobei nach der Beschleunigung des mindestens einen Kolbens die elektrische Energieentnahme durch den Lineargenerator in der Weise geregelt wird, dass hierdurch eine Re gulierung der Geschwindigkeit des Kolbens zwischen OT und UT erreicht wird..

[0017] Erfindungsgemäß ist das vorgenannte Verfahren dadurch ge kennzeichnet, dass die Energie zur Ausführung des Kompressionshubs dem Lineargenerator entnommen wird, der diese Energie während des Expansionshubs im Lineargenerator als magnetisch gespeicherte Energie bereitstellt, wobei die für die Kompression im Lineargenerafor zur Verfü gung stehende magnetisch gespeicherte Energie bei UT durch zusätzli che Energiespeicher in Form einer Gasdruckfeder oder elektrischer Ener gie ergänzt werden kann.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0018] Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eines erfindungsgemäßen FKLG ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Aus führungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschrie benen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebi ger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

[0019] In den Zeichnungen zeigen

[0020] Fig. 1 den Prinzipaufbau des erfindungsgemäßen FKLG in einer bevorzugten Ausführungsform als Einkolbensysfem mit traditionellem Ventiltrieb im Zylinderkopf; die partiell wirkende Gasdruckfeder dient der Bewegungsumkehr von Kolben bzw. Läufer. Sie soll keine Wirkung haben, wenn der Kolben sich nicht in der Nähe von UT befindet. Optionale Ven tile sorgen für Druckausgleich und Kühlung, wenn sich Luft durch die ring förmigen Luftspalte bei Läufer/Stator und Stempel/Druckkammer der Gasdruckfeder bewegt;

[0021 ] Fig. 2a ein idealtypisches Geschwindigkeitsprofil Kolben/Läufer unter Normlas†; schneller Druckabbau nach Zündung und maximal schnelle Abkühlung der Verbrennungsgase werden durch möglichst spä te Entnahme elektrischer Energie in der Phase DeAcc erreicht; Dieses Profil ist theoretischer Natur und lässt sich in der Praxis meist nicht umsetz ten, wenn der elektrische Generator die geforderte Energiemenge nicht in der kurzen Zeitspanne der Phase DeAcc entnehmen kann. [0022] Fig. 2b ein idealtypisches Geschwindigkeitsprofil Kolben/Läufer unter Maximallas†; schneller Druckabbau nach Zündung und max. schnelle Abkühlung der Verbrennungsgase werden durch möglichst spä te Entnahme elektrischer Energie in den Phase Cons† und DeAcc er reicht. Dieses Geschwindigkeitsprolf lässt sich in der Praxis einfacher U m ^¬ setzern als das Profil in Fig. 2.a, weil der elektrische Generator die Ab nahme der geforderte Energiemenge über eine längere Zeitspanne von OT bis zum Ende der Phase DeAcc aufteilen kann.

[0023] Fig. 2c ein idealtypisches Geschwindigkeitsprofil Kolben/Läufer unter Teillast, wobei dieses Profil ebenfalls theoretischer Natur ist und sich in der Praxis meist nicht umsetzten lässt, wenn der elektrische Lineargene rator die geforderte Energiemenge nicht in der kurzen Zeitspanne der Phase DeAcc entnehmen kann;

[0024] Fig. 3 den Prinzipaufbau des FKLG in einer weiteren Ausführungs form als Zweikolbensystem, spiegelbildlich Ein-/Auslassventile an der Zy linderwand;

[0025] Fig. 4 die Anordnung der Ein- und Auslassventile paarweise an der Zylinderwand mit dahinter liegenden Ein- und Ausströmkanälen;

[0026] Fig. 5 die Treibstoffeinspritzung für den FKLG-Betrieb mit Diesel- Selbstzündung bei vergleichsweise niedrigen Drücken (100 bis 200 bar);

[0027] Fig. 6 ein kombiniertes Schmier- und Treibstoffsystem für den FKLG Betrieb mit Diesel-Selbstzündung bei vergleichsweise niedrigen Drücken (100 bis 200 bar) bei Verwendung öliger Treibstoffe;

[0028] Fig. 7 ein Schmiersystem für den FKLG bei Betrieb mit öligen Treib stoffen. Schmierung mit Treibstoffen, die laufend erneuert werden;

[0029] Fig. 8 ein Schmiersystem für den FKLG bei Betrieb mit flüchtigen Treibstoffen; [0030] Fig. 9 einen Reluktanz-FKLG mit elektrischem Lineargenerator, welcher die Kolbenrückführung mittels Relukfanzkraft bewerkstelligt; nur an der Kolbenrückwand existier† in dieser Ausführung eine parasitär wir kende Gasdruckfeder;

[0031 ] Fig. 10 ein simuliertes Geschwindigkeitsprofil des Kolbens/Läufers mit Reluktanzfeder und linearer Energieentnahme. Die Energieentnahme ist hier proportional zur Überdeckung von Läufer und Stator (max. bei OT, min. bei UT) und bremst den Kolben bis Vmin ab. Die Reluktanzfeder bremst bis zum Stillstand des Kolbens ab und sorg† für die Bewegungsum kehr; über die Wegstrecke UT bis OT führ† die Reluktanzfeder dem Kolben gleichmäßig Energie zu, weshalb die Kolbengeschwindigkeit nach UT vergleichsweise langsam ansteig†;

[0032] Fig. 1 1 ein simuliertes Geschwindigkeitsprofil des Kolbens/Läufers mit Reluktanzfeder und gesteuerter Energieentnahme, reduzierte Ener gieentnahme im Bereich zwischen OT und UT; Für einen optimalen elektri schen Wirkungsgrad ist das Muster der Energieentnahme ist so zu gestal ten, dass sich die Kolbengeschwindigkeit über möglichst lange Wegstre cken nach OT auf die maximale Kolbengeschwindigkeit einregel†. Zur Messung bzw. Regelung der Kolbengeschwindigkeit kann die Kolbenpo sition mit üblichen Verfahren wie beispielsweise mittels Lichtschschankten beobachtet werden, Auch eine Beobachtung der Indutkionsspannun- gen im Stator ist für die Abschätzung der Kolbengeschwindigeit möglich

[0033] Fig. 12 einen Querschnitt durch Stator und Läufer mit radialer Flussführung sowie die Flussverteilung, wenn Läufer (in diesem bestehend aus Außen- und Innenhülse) den Stator überstreich†;

[0034] Fig. 13 einen exemplarischen Aufbau von Stator und Läufer (be stehend aus Innen- und Außenläufer) mit radialer Flussführung, der Gene rator- und Motorbetrieb unterstütz†. Die elektrische Maschine besteh† aus mehreren, um 60° gedrehten und gestapelten solcher Polebenen; [0035] Fig. 14 einen alternativen exemplarischen Aufbau der elektrischen Maschine mit radialer Flussführung, bestehend aus Innenstator und ei nem Außenläufer, die Generator- und Motorbetrieb unterstützt. Die voll ständige elektrische Maschine besteht aus mehreren, um 60° gedrehten und gestapelten solcher Polebenen. Es ist gut erkennbar, wie die Geo metrie des Stators zur einer Verstärkung der magnetischen Flüsse im magnetisch wirksamen Spalt beiträgt;

[0036] Fig. 15 einen alternativen Aufbau von Stator und Läufer mit radia ler Flussführung, der Generator- und Motorbetrieb unterstützt. Läufer in Zy linderform, dessen magnetisch aktive Flächen an Innen- und Außenstator grenzen. Simulation mit Permanentmagneten aus Ferrit, also ohne Ver wendung von Permanentmagneten aus Seltenen Erden wie beispielswei se Neodym;

[0037] Fig 1 6 einen elektrischen Generator mit axialer Flussführung im Läufer (Querschnittszeichnung). Erkennbar sind die zylinderförmigen Läu ferpole mit unterschiedlich dick ausgeführtem weichmagnetischem Ma terial. Die Ringspulen im Stator können in Abhängigkeit von Position und Geschwindigkeit des Läufers einzeln, in Serien- oder in Parallelschaltung am Gleichrichter betrieben werden.

[0038] Fig. 17 eine Elektronik zur Ansteuerung einzelner Spulen im Stator des FKLG;

[0039] Fig. 18 eine Generatorelektronik, Realisierung mit Thyristoren;

[0040] Fig. 19 eine Motorelektronik, Realisierung mit einer Vollbrücke aus IGBT.

Ausführung der Erfindung

[0041 ] Das in den Figurenzeichnungen aufgezeigfe und nachstehend näher beschriebene Verfahren zum Betreiben des FKLG soll nicht als Schwingsystem 2. Ordnung verstanden werden, bei dem in Resonanz die zwei Energieformen ineinander übergehen. Vielmehr laufen in der An ordnung gemäß den Fign. 1 und 2 sequentielle und voneinander weit gehend unabhängige Arbeifsphasen ab, die im Nachstehenden näher beschrieben werden. Die Effizienz des FKLG hängt maßgeblich davon ab, ob es gelingt, die einzelnen Phasen idealfypisch umzusefzen. Nur so kann die mit dem Treibstoff zugeführte Energie mit maximalem Wirkungs grad in elektrische Energie umgesefzt werden.

Phase 1 : Zündung und Aufheizen des Füllgases

[0042] Um die in den Brenngasen gespeicherte Energie möglichst ohne Verluste in die Bewegungsenergie des Kolbens 120 zu überführen, muss es nach der Zündung bei OT zu einem möglichst schnellen und impulsar tigen Temperaturanstieg kommen. Druck und Temperafuraufbau müssen also in unmittelbarer Nähe von OT passieren. Erst wenn die Verbren nungsvorgänge nach OT im Wesentlichen abgeschlossen sind, sollfer der Kolben die in der Verbrennung frei werdende thermische Energie in Be wegungsenergie überführen. Verbrennungsvorgänge, während sich der Kolben 120 von OT entfernt, sollen vermieden werden. Daher sollte der Lineargenerafor 10 vorzugsweise so ausgelegf werden, dass er den Kol ben 120 nach Zündung nahe OT in seiner Position halfen kann oder we nigstens die Aufnahme kinetischer Energie erschwert, bis der Verbren nungsvorgang abgeschlossen und die Maximalfemperafur des Brennga ses erreicht ist. Der Lineargenerafor 10 sollte also insbesondere nahe OT die maximale elektrische Energie aufnehmen können. Diese Auslegung des elektrischen Generators für maximale Kraffentwicklung und Energie abnahme nahe OT verhindert einen zu schnellen Geschwindigkeifsan- sfieg nahe OT und stell† sicher, dass die Verbrennung weitestgehends† abgeschlossen ist, bevor der Kolben seine Maximalgeschwindigkei† er reicht. Wünschenswert und damit besonders vorteilhaft sind daher ma ximale Flaltekräfte für den Kolben 120 nahe OT bis zum Abschluss der kompletten Verbrennung mit hülfe der Generatorspulen im Stator 100, welche zu diesem Zwecke mittels elektromagnetischer Wirkung bei Läu ferpositionen nahe OT besonders hohe Haltekräfte auf den Läufer 121 ausüben können. Maximal mögliche Haltekräfte ergeben sich aus der Tatsache, dass der Läufer bei OT vollständig in den Stator einfauch† ist.

Phase 2: Beschleunigung des Kolbens und maximale elektrischen Energieentnahme

[0043] Nach Abschluss der Verbrennung des Kolbens 120 ist es wichtig, dass der Kolben 120 möglichst schnell eine maximale Geschwindigkeit erreich†, um die heißen Brenngase mittels Expansion schnell abzukühlen. Die schnelle Expansion trägt zur Minimierung thermischer Verluste bei. Zu diesem Zweck sollte das Geschwindigkeitsprofil des Kolbens idealerweise eine Gestalt wie in Fig. 2a aufweisen. Bei Voll- oder Teillast stellen sich i- deale Geschwindigkeitsprofile wie in Fig. 2b und Fig. 2c ein. Für maxima len Wirkungsgrad - elektrisch und thermisch - ist der Lineargenerator 10 vorzugsweise so auszulegen, dass sich mittels passend gesteuerter Ener gieentnahme, besonders am Ende von Phase 2, das in Fig. 2b dargestell te Geschwindigkeitsprofil einstell†. In der Praxis sind der ideale Linearge nerator 10 und die Steuerung 101 so ausgelegt, dass bei minimalem Kol ben- bzw. Läufergewich† sich ein Geschwindigkeitsprofil wie in Fig 2b ein stell†. Die Energieentnahme am Generator korrelier† dabei mit der im thermischen Prozess frei werdenden Energie, ist bei nach OT maximal und zu UT hin abnehmend. Die nach OT über weite Strecken gleich blei bend hohe Geschwindigkeit des Kolbens ermöglich† eine gleichbleibend hohe Effizienz für den elektrischen Generator und hilf† thermische Verluste zu minimieren.

[0044] Die Statorspulen bei einem Generator mit axialer Flussführung sind vorteilhafterweise mit unterschiedlichen Windungszahlen und Leiterquer schnitten so optimier†, dass bei einem Geschwindigkeitsprofil gemäß Fig. 2b eine genügend hohe Spannung generier† wird, um auch bei unter- schiedlichen bzw. kleineren Läufergeschwindigkeiten noch die erforder liche Energie mit hohem elektrischen Wirkungsgrad abgreifen zu können.

[0045] Die Phase 2 wird also nach Abschluss der Verbrennung die mög lichst schnelle Beschleunigung des Kolbens 120 zulassen, um ihn gegen Ende der Phase 2 soweit abzubremsen, dass er noch ausreichend kineti sche Energie besitzt, um nach Bewegungsumkehr inklusive Gasauslass und finalem Druckabbau (Phase 3), Gasaustausch und Kompression (Phase 4), eine genügend hohe Kompression für eine sichere, nächste Zündung zu ermöglichen.

Phase 3: Bewegungsumkehr mit Auslass und finalem Druckabbau des abgekühlten Nutzgases

[0046] Nach Beendigung der elektrischen Energieentnahme in Phase 2 beginnt Phase 3. In Phase 3 sollen Läufer 121 und Kolben 120 die Umkehr ihrer Bewegungsrichtung erfahren. Die Kolbengeschwindigkeit bei Ein- und Austritt in Phase 2 solle dabei möglichst gleich sein, nur die Richtung muss sich umkehren.

[0047] Wenn sich der Kolben 120 in der Nähe von UT befindet, können auch die Abgasventile 124 geöffnet werden, so dass der finale Druckab bau im Kolbenraum eingeleite† wird.

[0048] Eine für die Umkehr der Bewegungsrichtung geeignete Vorrich tung mittels partiell wirkender Gasdruckfeder 13 ist in Fig. 3 dargestellt. Der Stempel der Gasdruckfeder 13 trifft kurz vor UT auf die Druckkammer 130 der Gasdruckfeder 13, so dass sich der nötige Druck für die Bewe gungsumkehr aufbaut. Das Spiel zwischen Stempel und Druckkammer 130 sorgt dafür, dass beim Druckaufbau in der Gasdruckfeder 13 Luft entweicht, welche durch die Druckventile wieder von außen zugeführt wird. Dadurch entsteht im Luftraum der elektrischen Maschine um den Läufer ein Luftstrom, der zu Kühlzwecken verwendet werden kann. Der Läufer 121 steckt an der Position UT nur noch zu einem geringen Teil im Stator 100.

Phase 4: Erneuerung des Füllgases und Kompression

[0049] Die In Phase 4 befinde† sich der Kolben 120 wieder auf dem Weg zu OT. Bei geöffneten Abgasvenfilen 124 müssen sich nun die Einlassventi le 123 öffnen und Frischgas muss mit geeignetem Druck einsfrömen. Ab hängig vom verwendeten Brennstoff, und dem Druck des einsfrömenden Frischgases schließen Ein- 123 und Auslassventile 124 solange der Kolben 120 noch genügend weif von OT entfern† ist.

[0050] Sobald das Brennmiffel eingebrach† ist (entweder mit dem Frisch gas oder mittels Direkteinspritzung in die Brennkammer), kann der Ver brennungsvorgang bei OT in Phase 1 wieder eingeleite† werden.

[0051 ] Die Dekompression während Phase 2 und die Kompression wäh rend der Phase 4 müssen nicht gleich sein. Mit unterschiedlichen Kom pressionswerten für Phase 2 und 4 kann für jeden Brennstoff der optimale Wirkungsgrad erzielt werden.

[0052] Das vorliegende System wird in vorteilhafter Weise mit einem Tur bolader inkl. Ladeluftkühler kombiniert. So würde der Turbolader den nö tigen Druck zum Einbringen des Frischgases in Phase 4 erzeugen.

[0053] Die Energie (kinetische Energie oder Potentielle Energie aus der Feder), welche der Kolben 120 in Phase 4 zugeführt wird, führt in Folge der Aufwärtsbewegung des Kolbens 120 Richtung OT zur Kompression des Gases im Brennraum (Temperatur- und Druckanstieg) bis der Kolben zum Stillstand kommt. Durch geeignete Steuerung der Kolbengeschwin- digkeit zu Beginn der Phase 4 oder während der Bewegung hin zu OT kann dem Kolben 120 genügend kinetische Energie zugeführt werden, so dass es nahe OT zur Kompressionszündung kommt. Optimierter Gasein-/Auslass

[0054] Die Einkolbensysteme wie in Fig. 1 erzeugen viele unerwünschte Vibrationen und Schwindungen. Diesem Problem kann mit einem Zwei kolben-System wirksam begegnet werden, wenn sich beide Kolben 120 auf einer Achse gegenläufig bewegen. Hier werden zwei gegenläufige Kolben 120 mit einer gemeinsamen Brennkammer betrieben (Fig. 3). Die gemeinsame Brennkammer 1 10 biete† den Vorteil, dass es nur ein ge meinsames„heißes“ Ende für beide Kolben 120 gib†. Diese Lösung erfor dert jedoch auch, dass die Ventile für den Gasein- 46a und -auslass 46b an der gemeinsamen Zylinderwand angeordne† werden. Dies biete† den Vorteil, dass sich ein- und ausströmende Gase im Brennraum in rotieren der Bewegung, ähnlich einem Zyklon, befinden können. Die Rotations bewegung trägt zum schnellen und sauberen Gasaustausch bei, sorgt für die Trennung von Frisch- und Abgas und ist einer schnellen Verbren nung nach der (Selbst-) Zündung förderlich. Die Rotationsbewegung der Gasmassen 20 trägt auch dazu bei dass sich in die Brennkammer einge- brachte Brennstoffwolke mit unterschiedlich großen Tröpfchen im Rotati onszentrum konzentriert, wobei sich vorwiegend größere Tröpfchen an den Brennkammerwänden niederschlagen, und so weniger Schadstoffe, Russ und Feinstaub produzieren.

[0055] Im Rahmen der Kompression kann die Rotationsgeschwindigkei† der Gasmassen 20 gesteigert werden, wenn die Gasmassen 20 auf einen Raum mit kleinerem Durchmesser gebracht werden. Die Form der Ein- und Ausströmkanäle hinter den Ventilen 123,124 (vgl. Fig. 4) erzeugen beim Gasaustausch die gewünschten rotierenden Luftmassen. Die Form des Kolbens 120 (beispielsweise mit Vertiefung in der Mitte) beschleunigt die Rotation der Luftmassen im Rahmen der Kompression. Venfilansfeuerung mit einer um den Zylinder umlaufenden Blafffe- der/Venfilbefäfigung

[0056] Die ringförmige Anordnung der Ein- 123 und Auslassventile 124 gemäß Fig. 4 ermöglich† eine besonders effektive Form der Venfilbefäfi- gung mittels einer umlaufender Blafffeder 14.

[0057] Die bewegliche und umlaufende Blafffeder 14 ist dabei auf ei nem Führungsring 140 montier† und drück† das Ventil nach Schließung in den Sitz. Über der Blafffeder 14 ist zu diesem Zweck am Venfilsfäßel eine Führungsrolle 141 befestig†, so dass sich der Anpressdruck erst aufbauf, wenn das Ventil bereits seine Position im Ventilsitz erreich† hat. Eine zwei te Führungsrolle 142 ist am Venfilsfäßel unter der Blafffeder 14 montier†, so dass die sich bewegende Blafffeder 14 das Ventil zum Öffnen in den Brennraum drücken kann. Dies geschieh† dann mit der schiebenden Blafffeder 14 ohne größeren Kraftaufwand. Der Abstand der oberen und unteren Führungsrollen 141 ist konstant und die Dicke der Blafffeder 14 ist so ausgelegf, dass sich diese in jeder Position ohne Spiel zwischen den Führungsrollen 141 bewegen kann.

[0058] Die umlaufenden Blafffedern 14 sind auf einem Führungsring montier†, der auch für den Vortrieb verantwortlich ist. Der Führungsring wird mittels Zahnrad und Schrittmotor in die gewünschte Position ge brach†.

[0059] Damit der Venfilsfäßel nur vertikal wirkende Kräfte aufnehmen muss, werden zwei umlaufende Blafffedern 14 mit Führungsrollen 141 rechts und links des Venfilsfößels benötig†. Diese beiden umlaufenden Blafffedern 14 lassen sich gleich oder gegenläufig bewegen. Sofern die untere Führungsrolle 141 für Ein- 123 und Auslassventile 124 nur auf einer Seife des Venfilsfößels angebracht wird, kann eine der beiden umlau fenden Blafffedern 14 (z.B. die obere) das Öffnen des Einlassventils 123 und die andere (z.B. die untere) das Öffnen des Auslassventils 124 sfeu- ern. Wenn zuverlässiges Schließen aller Ventile 123, 124 gefordert ist, (z.B. in der Position OT) drücken beide Blattfedern 14 alle Ventile 123, 124 mit beiden oberen Führungsrollen wieder in ihren Sitz.

[0060] Die Betätigung der Ventile 123, 124 mittels umlaufender Blattfe dern 14 hat auch den Vorteil, dass die femperaturabhängige Längenva riation des Venfilstößels automatisch kompensier† wird. Wartungsintensive Arbeiten wie die Einstellung des Ventilspiels oder aufwendige Lösungen wie Tassenstößel werden dadurch vermieden.

[0061 ] Die Blattfeder vereinig† die Funktion von Ventilfeder und Ven tilsteuerung. Es sind auch Implementierungen mit Ventielfe- dern/Spiralfedern pro Ventil denkbar und umlaufendem Steuerelem† („umlaufender Nockenwelle“) welche mittels Ausstülpungen/Nocken im umlaufenden Ring zum Öffnen des Ventils auf den Ventilstössel drück†.

Das Treibstoffsystem: Betrieb mit Kompressionszündung

[0062] Nachfolgend wird das Treibstoffsystem beschrieben (Fig. 5). Die Treibstoffpumpe bring† den Treibstoff auf einen vergleichsweise niedrigen Druck von 100 bis 200 bar (treibstoffabhängig). Der so auf bereitete Treib stoff wird gekühlt und mittels Direkteinspritzung in den Brennraum der Brennkammer 1 10 gespritzt, sobald die Einlassventile 123 geschlossen sind. Im Brennraum befinden sich zu diesem Zeitpunkt bereits rotierende Luftmassen (Frischgas), so dass sich der Treibstoff nach Einspritzung als zerstäubte Brennstoffwolke vorwiegend im Rotationszentrum der Gas massen 20 sammelt bevor er bei weiterem Druckanstieg verdampft. Grössere Brennstofftröpfchen kondensieren an der Zylinderwand.

[0063] Durch fortschreitende Kompression steigen Druck und Temperatur von Frischgas und Brennstoffwolke, so dass die Brennstoffwolke abhängig vom Brennstoff teilweise verdampft, bevor Druck und Temperatur so weit angestiegen sind, bis es zur Kompressionszündung komm†. [0064] Die beschriebene Anordnung und deren Steuerung sind insbe sondere dafür ausgelegf, um für ölige Treibstoffe, wie beispielsweise für Diesel-Treibstoffe, eine Kompressionszündung zu ermöglichen. Dabei werden ölige Treibstoffe wie Dieselöl nach den Schließen der Einlassventi le 123 zu Beginn des Kompressionszykluses in die Brennkammer 1 10 ein gebrach†. Dies im Gegensatz zur Diesel-Selbstzündung, bei welcher der Treibstoff nach dem Ende des Kompressionszykluses unter sehr hohen Ein- sprifzdrücken, teils über 2500 bar, eingesprifzf wird.

[0065] Beim Einsprifzen des Treibstoffs wird auch die Verdampfungsener gie des Treibstoffs genutzt, um das bereits in der Brennkammer befindli che Frischgas möglichst weit abzukühlen.

Das Schmiersystem

[0066] Der FKLG komm† mit nur zwei Gleitlagern aus (Fig. 1 und Fig. 3). Neben den Kolbenringen (Gleitlager 1 , GL1 ) wird ein weiteres Gleitlager (GL2) für die Schubstange 125 benötig†, welche auf der einen Seite mit den Kolben 120 und auf der anderen Seite mit dem Läufer 121 des elekt rischen Systems verbunden ist.

[0067] Im Flohlraum, den GL1 und GL2 abdichten, wird Schmiermittel auf gegeneinander gleitende Flächen aufgebracht, insbesondere auf die Laufflächen der Kolbenringe und auf die Schubstange 125. Da die An ordnung bauartbeding† keine besonderen Anforderungen an die Auf nahme von Querkräften stell†, muss kein hochwertiges Schmieröl ver wende† werden. S†a††dessen kann öliger Treibstoff genutzt werden, des sen Schmiereigenschaften (Viskosität) für eine ausreichende Schmierung bereits einen sicheren und verschleißfreien Betrieb ermöglichen.

[0068] Optional biete† sich auch die Schmierung der Ventile und der zu gehörigen mechanischen Komponenten mit öligen Treibstoffen an. [0069] Die Anordnung wird wartungsfrei, wenn der Treibstoff, welcher zur Schmierung eingebrach† wurde, in regelmäßigen Abständen oder fort laufend der Verbrennung zugeführ† wird. In der Abb.l 7 ist ein Abzweig zu erkennen, der den Treibstoff nach dem Durchlaufen der Filtereinheit der Einspritzpumpe, und damit der Verbrennung, zuführ†. Die Anordnung (Fig. 6 und Fig. 7) komm† also ohne separat zu behandelnde und teils für die Umwelt problematische Schmieröle aus. Verbrauchte Schmieröle müssen also weder ausgetausch† noch aufwendig entsorg† werden.

[0070] Sollte der Treibstoff nicht für die Schmierung der Gleitlager des FKLGs geeignet sein, bietet sich für die Schmierung eine Ausführung ge mäß Fig. 8 an.

Die Reluktanz-Feder

[0071 ] Eine Schlüsselkomponente der Erfindung ist die elektrische Ma schine, welche von der Schubstange 125 unter dem Kolben 120 ange geben wird. Wie in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellt, ist die Schubstange mit dem Läufer 121 der Maschine verbunden. An der Verbindungsstelle zwi schen Kolben 120 und Schubstange 125, sowie zwischen Schubstange 125 und Läufer 121 wird jeweils eine thermische Isolation (z.B. Keramik scheibe 126, Wärmeleitfähigkeit Keramikporzellan: typisch l ,5W/(mK), vers. Wärmeleitfähigkeit Aluminium: typisch 235W/(mK)) eingefügt. Der Läufer 121 selbst enthält keine Dauermagnete und die zylinderförmige Läuferstrukfur besteh† im einfachsten Falle aus weichmagnetischem Eisen (Blechpaket aus Elektroblechen) ohne weitere Strukturierung.

[0072] Die Kolbenbewegung schiebt den zylinderförmigen Läufer 121 (Ausführungen als Einfach- oder Doppelzylinder sind möglich) über den ebenfalls zylinderförmigen Stator 100, so dass zwischen den Läufer- und Statorflächen ein magnetisch wirksamer Spalt 122 entsteh†. Bei der Positi on OT sind Läufer 121 und Stator 100 vollständig übereinander gescho ben, und die Flächen von Läufer 121 und Stator 100 am Spalt 122 über- decken sich mit maximaler Fläche vollständig. In der Position UT überde cken sich Läufer- und Statorflächen vorzugsweise nur minimal.

[0073] Da der Stator 100 Dauermagnete besitz†, welche im stromlosen Zustand den Spalt 122 mit magnetischem Feld (axial und/oder radial) flu ten, wird der Läufer 121 bei nicht vollständiger Überdeckung immer eine Kraft Richtung OT erfahren. Diese Reluktanzkraft ist nur abhängig von der Spaltbreite, der Spaltlänge (Umfang) und dem Betrag des sich darin aufbauenden zusätzlichen Magnetfelds bei fortschreitender Überde- ckung von Stator und Läuferflächen. Diese Reluktanzkraft wird bei der vorliegenden Anordnung genutzt, um den Läufer 121 stromlos von der Position UT zur Position OT zu bewegen und dabei die nötige Kompressi- onsarbeit aufzubringen. Bei entsprechender Auslegung und Dimensionie rung kann die so aufgebaute „Reluktanzfeder“ die Bewegungsumkehr ohne Unterstützung einer Gasdruckfeder 13 umsetzten.

[0074] Im Arbeitszyklus mit der Kolbenbewegung von OT zu UT muss bei einem Aufbau gemäß Fig. 1 oder Fig. 3 der Kolben 121 auch gegen die Reluktanzkraft arbeiten. Reluktanzkraft und die Entnahme elektrischer Energie während des Arbeitszykluses führen dazu, dass Kolben 120 und Läufer 121 bei UT vollständig abgebremst sind, und ein erneuter Kom pressionszyklus gestartet werden kann.

[0075] Die Reluktanzkraft wird in der vorliegenden Erfindung genutzt, um die Funktion der üblicherweise bei einem FKLG zum Einsatz kommende Gasdruckfeder 13 teilweise oder komplett zu ersetzen.

Der Reluktanz-Freikolbenlineargenerator

[0076] Ein FKLG, welcher durch Verwendung von Reluktanzkräften der elektrischen Maschine auf Gasdruckfedern 13 für die Kolbenrückführung verzichten kann, soll hier als Reluktanz-Freikolbenlineargenerafor (R-FKLG) bezeichne† werden. Wie in Fig. 9 ersichtlich, wird dadurch der mechani sche Aufbau weiter vereinfach†.

[0077] Der Verzieh† auf die Gasdruckfeder 13 und die Verwendung eines Läufers 121 , der weder Permanentmagnete noch Spulen benötig†, er möglich eine hervorragende thermische Isolation des Lineargenerators 10 vom thermischen Teil der Maschine.

[0078] Die Abbildungen Fig. 10 und Fig. 1 1 zeigen simulierte Geschwin digkeitsprofile des Kolbens 120 eines R-FKLGs 1 in Abhängigkeit des Profils der elektrischen Energieentnahme. Insbesondere Fig. l 1 zeigt, dass durch geschickte elektrische Energieentnahme am Lineargenerator 10 die Kol- bengeschwindigkeit über lange Wegstrecken annähernd bei Vmax ge halten werden kann.

Details zum Aufbau von Stator und Läufer

[0079] Wie in vorstehenden Ausführungen bereits beschreiben, ist der Läufer 121 im einfachsten Fall ein Zylinder aus weichmagnetischen Werk stoffen (z. B. Elektroblechen). Insbesondere enthält er weder Spu len/Leiterschleifen noch Permanentmagnete.

[0080] Der Stator 100 mit radialer Flussführung enthält vorzugsweise scheibenförmige, rechteckige Permanentmagnete (PM) 1001 in stern förmiger Anordnung, um die Eisenpakte zwischen den Permanentmag neten 1001 mit magnetischer Feldstärke zu fluten. Die Permanentmagne te 1001 sind tangential zur magnetischen Flussrichtung zur Seite des magnetischen Spalt mit Spulenpaketen umgeben (siehe Fig. 12). Die Pol flächen der Permanentmagnete 1001 geben den magnetischen Fluss der PMs 1001 in die Eisenpakte des Stators 100 ab. Die Eisenpakete zwi schen den PMs 1001 sammeln den magnetischen Fluss, so dass selbst schwache PMs an den Polflächen des Stators 100 große magnetische Flüsse erzeugen können, sofern die PMs 1001 nur lang genug sind (bzw. der der Stator dick genug). Die Statorgeometrie bündelt also die magne tischen Flüsse der PMs 1001 , um hohe magnetische Flüssen im magneti schen Spalt 122 zu erzeugen.

[0081 ] Aus Fig. 12 geht auch hervor, wie sich um die Spulen 1000 ein ra dial verlaufender magnetischer Fluss bilde†, sofern der Läufer den Stator 100 überstreich†. Wird der Kolben 120 von OT zu UT beweg†, verringert sich die überstrichene Fläche von Stator 100 und Läufer 121 und die den Spulenleitern ausgesetzten magnetischen Felder nehmen ab. Die Spulen leiter antworte† darauf mit einem Induktionsstrom, so dass im Arbeitstakt elektrische Leistung entnommen werden kann.

[0082] Die Feldlinien im Außenläufer sind in der Nähe der Spulenleiter be sonders stark. Es biete† sich daher an, an diesen Stellen die Läuferdicke zu erhöhen und dafür den Läufer 121 zwischen den Spulenleitern in seiner Dicke zu reduzieren. So entsteht ein gewichtsoptimierter Läufer 121 , der höhere Leistungen und geringere Verlustleistungen verspricht.

[0083] Interessant ist, dass die magnetischen Flüsse in Stator 100 und Läu fer 121 bei maximaler Überdeckung von Läufer 121 und Stator 100 im 122 Spalt maximal sind und bei geringer Überdeckung gegen Null tendieren (nur noch Streufluss). Die magnetischen Flüsse ändern in dieser Anord nung zwar ihren Betrag, jedoch nicht ihre Polarität. In Läufer 121 und Sta tor 100 finden also bei Läuferbewegungen keine kompletten Ummagne- tisierungen statt, so dass ein hoher Wirkungsgrad des Lineargenerators 10 erwarte† werden kann.

[0084] Ein Stator 100 wie vorgängig beschrieben, kann zwar die vom thermischen Prozess bereitgestellte Leistung in effizienter Weise als elektri sche Energie umwandeln, jedoch kann er den R-FKLG 1 nicht ohne Hilfs mittel starten, weil mit dieser Anordnung kein Motorbetrieb möglich ist, welcher den Läufer 121 und damit den Kolben 120 auf die Position UT ziehen könnte. [0085] Bei einem Star† mit Hilfsmitteln muss der Kolben 121 in die Position UT geschoben und dann freigegeben werden. Dies kann beispielsweise mit mechanischen Zugstangen und Servomotoren erfolgen. Eine andere Möglichkeit für den Start ergib† sich durch das Befüllen der Brennkammer 1 10 mit Druckluft, bis der Kolben 120 die UT-Posi†ion erreicht ha†. Die Druckluft kann entweder extern erzeug† und zugeführt werden. Alternativ kann dafür ein Turbolader zum Einsatz kommen, der mit einem elektri schen Antrieb für die Schaufelräder ausges†a††e† ist.

Generator- und Motorbetrieb

[0086] Damit der Lineargenerator 10 den R-FKLG 1 ohne externe Hilfe starte† kann, muss die Struktur der elektrischen Maschine angepass† wer den. Ein Aufbau aus mehreren Polebenen wie in Fig. 13 mit sich abwech selnden magnetischen Polaritäten biete† sich an. Ein so geschichteter Stator 100 kann bei hinreichender Anzahl Ebenen eine Axialkraf† erzeu gen, welche größer als die ebenfalls in Längsrichtung wirkende Reluk- tanzkraf† ist. So ist es möglich, mittels Motorbetrieb des Lineargenerators 10 den Kolben 120 bzw. Läufer 121 für den Start des R-FKLG 1 in die UT- Position zu katapultieren.

[0087] Nachteilig bei diesem mehrschichtigen Stator- und Läuferaufbau ist jedoch, dass der Läufer 121 in einzelne Polflächen strukturiert werden muss (Siehe Fig. 13 und Fig. 14). Außerdem müssen die so entstehenden Polflächen des Läufers 121 aus weichmagnetischen Läufermaterialien beim Überstreichen des Stators 100 mehrfach vollständig ummagnetisier† werden. Es muss daher mit geringeren Wirkungsgraden im Generatorbe trieb gerechnet werden.

[0088] Neben den gezeigten Anordnungen sind viele weitere alternative Anordnungen und Strukturierungen mit axialer und/oder radialer magne tischer Flussführung denkbar. Allen Anordnungen ist jedoch gemein, dass die beweglichen Läufer 121 weder Permanentmagnete noch Spulenlei- †er enthalten. Permanentmagnete und Spulenführungen sind als Teil des Stators nicht beweglich.

[0089] Von besonderem Interesse in Fig. 14 ist eine Anordnung mit Innen- und Außenstator und dem Läufer 121 zwischen den beiden Statormodu len. Wenn der zylinderförmige Läufer 121 in den Raum zwischen Innen- und Außenstator geschoben wird, entstehen zwei magnetisch wirksame Luftspalte 122 an den Innen- und Außenflächen des Läufers 121 . Radial, am Läufer 121 wirkende Kräfte können durch diese Anordnung minimier† werden. Die am Läufer wirkende Reluktanzkrafte profitieren ebenfalls von den zwei magnetisch wirksamen Lutspalten 122.

[0090] Fig. 1 6 zeigt einen elektrischen Generator mit axialer Flussführung im Läufer. Erkennbar sind die zylinderförmigen Läuferpole mit unter schiedlich dick ausgeführtem weichmagnetischem Material (Trafo, oder Elektroblech). Die Dicke der Läuferpole ist so gewählt, so dass eine ho mogene Flussdichte in den Läuferpolen bei minimalem Läufergewich† er zielt einstell†. Fig. 16 zeigt eine Konfiguration mit 3 Ringspulen im Stator. Diese können bei OT beispielswiese einzeln oder in Parallelschaltung am Gleichrichter angeschlossen und betrieben werden. Wenn sich vor Errei chen von UT die Läufergeschwindigkeit verringert, bietet sich die Serien schaltung der noch vom Läufer überstrichenen Spulen für den Betrieb mit dem Gleichrichter an. So wird sichergestellt, dass der elektrische Genera tor in Abhängigkeit von der Läufergeschwindigkeit jeweils mit optimalen Wirkungsgrad betrieben werden kann.

Elektronik und Steuerung

[0091 ] Fig. 17 illustrier† die Ansteuer-Elektronik einer einzelnen Statorspule. Ein globaler Kontroller (Control logic) übernimm† die Steuerung aller Sta torspulen 1000 gleichzeitig, wobei nicht alle Spulen 1000 immer ange- steuer† werden müssen. Pro Statorspule 1000 gibt es einen Generatorkon troller zur Energiegewinnung und einen Motorcontroller für das aktive Bewegen des Läufers 121 , zum Beispiel zur Realisierung eines Anlassers, oder aktiven Verzögerung der Bewegung. Elektrische Energie vom Line argenerator 10 wird in einer Batterie zwischengespeichert. Energie aus dieser Batterie kann zum Starten des FKLG 1 verwendet werden.

[0092] Der Generatorcontroller ist zum Beispiel als schaltbarer Brücken gleichrichter ausgelegt (Fig. 18).

[0093] Zur Kontrolle des Geschwindigkeitsprofils wird mit dem Signal‘Cnt’ der Gleichrichter ein- oder ausgeschalte† und so der Läufer durch Ener gieentnahme gebremst. Je nach Position und Geschwindigkeit des Läu fers 121 ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten für die Einschaltzyk len, um die Energieentnahme für das gewünschte Geschwindigkeitsprofil des Läufers 121 zu steuern.

[0094] Um den FKLG elektrisch zu bewegen, wird eine Motorelektronik benötigt (Fig. 19).

[0095] Die Motorspannung Vsup kann mittels den Kontrollsignalen Cntl und Cn†2 mit beiden Polaritäten an die Statorspule 1000 angelegt wer den.

[0096] Das erfindungsgemäße Verfahren und der Freikolbenlineargene rators beschränken sich in ihren Ausführungen nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsformen. Vielmehr sind eine Viel zahl von Ausgestaltungsvariationen denkbar, welche von der dargestell ten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Ge brauch machen. Liste der Bezugsziffern

1 (R-)FKLG

10 Lineargenerafor

1 1 Verbrennungseinheif

12 Kolben-Läufer-Einheif

13 Gasdruckfeder

14 Blafffedern/Sfeuerelemenf, umlaufend 15a Gleitlager (Abschluss Ölraum)

15b Gleitlager (Kolbenringe)

16 Direkfeinsprifzung

17 Zündung

18 Druckvenfil (Druckausgleich)

19 Kühlrippen

20 Gasmassen

30 Druckspeicher

31 Hochdruckpumpe

32 Einspritzdüse

33 Filter

34 Pumpe

35 Treibstoff tank

36 Rücklauf

37 Manometer

38 Überdruckventil

39 Füllsfandsüberwachung

40 Zwischenspeicher

41 Rücklaufsammelbehälfer

42 Schmiersfellen

43 Überströmventil

44 zur Einspritzpumpe

45 Ölwanne

46a Lufteinlasse

46b Abgas 100 Stator

101 Steuerung

1 10 Brennkammer

1 1 1 Ölraum und Luftfeder, parasitär

1 12 Verbindung Läufer-Kolben, nicht luftdicht

120 Kolben

121 Läufer

122 Luffspalt

123, 124 Ventile

125 Schubstange

126 Keramikscheibe

140 Führungsring

141 Führungsrolle

460a Einlasskanal

460b Auslasskanal

1000 Spulen

1001 Permanentmagnete

1002 Eisenpakefe

1210 Außenläufer

121 1 Innenläufer

OT oberer Totpunkt

UT unterer Totpunkt