 | Ferrari C.T. Entwicklung und Untersuchung eines Freikolbenlineargeneratorsystem unter besonderer Berucksichtigung des verbrennungsmotorischen Teilsystems mit Hilfe eines neuartigen vollvariablen Prufstands: Diss. … Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Fahrzeugkonzepte, Stuttgart. - Köln: DLR, 2012. - XVIII, 263 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2012-22). - Res. auch engl. - Literaturverz.: S. 257-263. - Пер. загл.: Разработка и исследование системы свободнопоршневого линейного генератора с подсистемой двигателя внутреннего сгорания на современном полностью регулируемом стенде. - ISSN 1434-8454
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Formelzeichen .................................................. xi
Zusammenfassung ................................................ xv
Abstract ....................................................... xv
1 Einleitung ................................................... 1
1.1 Motivation .............................................. 1
1.2 Ziele der Arbeit ........................................ 3
1.3 Aufbau der Arbeit ....................................... 4
2 Stand der Technik ............................................ 5
2.1 Freikolbenkonzepte ...................................... 5
2.2 Funktionsweise des Freikolbenlineargenerators nach
DLR-Bauart ............................................. 10
2.2.1 Bauweisen ....................................... 14
2.2.2 Besonderheiten des FKLG-Konzepts ................ 17
2.3 Entwicklungsmethode am DLR ............................. 24
2.4 Anforderungen an das Aktorsystem ....................... 28
2.5 Anforderungen an das verbrennungsmotorische
Teilsystem ............................................. 32
3 Konzeption und Aufbau des Prüfstandes zur Entwicklung
des Gesamtsystems ........................................... 35
3.1 Auswahl des Aktorsystems ............................... 35
3.2 Komponenten des Aktorsystems ........................... 37
3.2.1 Hydraulikzylinder ............................... 37
3.2.2 Hydraulikventil ................................. 39
3.3 Konzept zur Regelung des Hydraulikzylinders ............ 40
3.3.1 Systembeschreibung .............................. 40
3.3.2 Modellbildung ................................... 41
3.3.3 Entwurf der Vorsteuerung ........................ 46
3.3.4 Entwurf des Reglers ............................. 51
3.4 Entwicklung und Implementierung der
Prüfstandssteuerung .................................... 52
3.4.1 Anforderungen an die Prüfstandssteuerung ........ 52
3.4.2 Software und Hardware ........................... 53
3.4.3 Steuerungsstruktur .............................. 53
3.4.4 Datenerfassung .................................. 60
3.5 Zusammenfassung ....................................... 61
4 Entwicklung und Konstruktion des verbrennungsmotorischen
Teilsystems ................................................. 63
4.1 Grundlagen des 2-Takt Verbrennungsprozesses ............ 63
4.1.1 Ausführungen von 2-Takt Verbrennungsmotoren ......... 67
4.2 Entwicklung der verbrennungsmotorischen Komponenten .... 73
4.2.1 Zylindergehäuse ................................. 74
4.2.2 Zylinderlaufbuchse .............................. 74
4.2.3 Zylinderkopf .................................... 75
4.2.4 Ventiltrieb ..................................... 81
4.2.5 Kolbenstange .................................... 85
4.2.6 Kolben .......................................... 85
4.3 Zusammenfassung ........................................ 87
5 Ergebnisse der Ladungswechseluntersuchungen ................. 89
5.1 Grundlagen der Aufladung ............................... 91
5.2 Kenngrößen des Ladungswechsels ......................... 94
5.3 Spülung im 2-Takt Prozess ............................. 100
5.4 Simulation des Ladungswechsels ........................ 103
5.4.1 Ergebnisse der OD-Berechnungen ................. 103
5.4.2 Ergebnisse der 1 D-Simulationen ................ 108
5.5 Experimentelle Ladungswechseluntersuchungen im
geschleppten Betrieb .................................. 114
5.5.1 Messaufbau ..................................... 114
5.5.2 Ergebnisse ..................................... 115
5.6 Experimentelle Ladungswechseluntersuchungen im
befeuerten Betrieb .................................... 120
5.6.1 Messaufbau ..................................... 120
5.6.2 Ergebnisse ..................................... 120
5.7 Diskussion der Ergebnisse ............................. 127
5.8 Zusammenfassung ....................................... 129
6 Ergebnisse der verbrennungstechnischen Untersuchungen ...... 131
6.1 Kenngrößen des motorischen Arbeitsprozesses ........... 132
6.2 Experimentelle Untersuchungen ......................... 138
6.2.1 Variation des Hubs ............................. 141
6.2.2 Variation des Verdichtungsverhältnisses ........ 148
6.2.3 Variation des Zündzeitpunkts ................... 155
6.2.1 Variation des Verbrennungsluftverhältnisses .... 162
6.2.5 Variation des Ladedrucks ....................... 167
6.2.6 Variation der Trajektorie der Kolbenbewegung ... 173
6.2.7 Variation der Frequenz ......................... 179
6.3 Diskussion der Ergebnisse ............................. 186
6.4 Zusammenfassung ....................................... 189
7 Ergebnisse der Gesamtsystemuntersuchungen .................. 191
7.1 Systemgleichungen des Freikolbenlineargenerators ...... 191
7.1.1 Autarkes FKLG-Gesamtsystem ..................... 192
7.1.2 FKLG-Gesamtsystem mit Hydraulikzylinder ........ 197
7.2 Regelung des FKLG-Gesamtsystems ....................... 198
7.3 Bestimmung eines "quasi-autarken" Betriebspunktes ..... 202
7.4 Prüfstandsaufbau ...................................... 210
7.5 Ergebnisse ............................................ 214
7.6 Diskussion der Ergebnisse ............................. 227
7.7 Zusammenfassung ....................................... 228
8 Zusammenfassung ............................................ 231
8.1 Ausblick .............................................. 234
A Anhang ..................................................... 235
A.l Trajektorien der Kolbenbewegung eines FKLG ............ 236
A.2 Gleichungen zur Vorsteuerung des Hydraulikzylinders ... 238
A.3 Struktur des Multiprozessor-Systems ................... 239
A.4 Kollisionsmatrix der Ventile .......................... 240
A.5 Übersicht über 2-Takt Projekte im
automobilen Bereich ................................... 242
A.6 Peripherie des Prüfstands ............................. 244
A.7 Bestimmung der Durchflusskoeffizienten ................ 245
A.8 Druckverlaufsanalyse .................................. 248
A.9 Verfahren zur Bestimmung der Gaszusammensetzung im
Brennraum ............................................. 251
A.10 Verlustleistungen ..................................... 254
Literatur ..................................................... 263
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