Der Freikolbenlineargenerator theoretische Betrachtungen des Gesamtsystems und experimentelle Untersuchungen zum Teilsystem der Gasfeder
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| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Köln
DLR, Bibliotheks- und Informationswesen
2007
|
| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Forschungsbericht / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
2007,15 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
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BETRACHTUNGEN DES GESAMTSYSTEMS UND EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN ZUM
TEILSYSTEM DER GASFEDER SVEN-ERIK POHL DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT- UND
RAUMFAHRT INSTITUT FUER FAHRZEUGKONZEPTE STUTTGART 244 SEITEN 161 BILDER
35 TABELLEN 97 LITERATURSTELLEN ULBDARMSTADT ULI DEUTSCHES ZENTRUM DLR
FUER LUFT- UND RAUMFAHRT E.V IN DER HELMHOLTZ-GEMEINSCHAFT
INHALTSVERZEICHNIS INHALTSVERZEICHNIS FORMELZEICHEN XIII 1. EINLEITUNG 1
1.1. MOTIVATION 1 1.2. ZIEL UND AUFBAU DER ARBEIT 2 2. DER
FREIKOLBENLINEARGENERATOR 5 2.1. ZUR GESCHICHTE DES FREIKOLBENMOTORS 5
2.1.1. BAUWEISEN VON FREIKOLBENMOTOREN 5 2.1.2. ENERGIEWANDLUNG IN
PNEUMATISCHE ENERGIE 7 2.1.3. ENERGIEWANDLUNG IN HYDRAULISCHE ENERGIE 9
2.1.4. ENERGIEWANDLUNG IN ELEKTRISCHE ENERGIE 12 2.1.5. ZUSAMMENFASSUNG
17 2.2. FUNKTIONSPRINZIP DES FREIKOLBENLINEARGENERATORS 19 2.2.1.
POTENZIALE DURCH VARIABLE VERDICHTUNG 22 2.2.2. POTENZIALE DURCH
VARIABLEN HUB 24 2.3. ZUSAMMENFASSUNG UND DISKUSSION 26 3.
OBJEKTORIENTIERTE MODELLIERUNG 29 3.1. OBJEKTORIENTIERTES MODELLIEREN
MIT MODELICA 31 3.1.1. GRUNDLAGEN 31 3.1.2. VORHANDENE
MODELLBIBLIOTHEKEN 33 3.1.3. ENTWICKLUNGSUMGEBUNG 34 3.1.4.
ZUSAMMENFASSUNG 35 3.2. DIE MODELLBIBLIOTHEK 35 3.2.1. ARCHITEKTUR DER
MODELLIERUNG 35 3.2.2. SCHNITTSTELLENDEFINITIONEN: FLUIDKONNEKTOR 36
3.2.3. KONTROLLVOLUMEN 37 3.2.4. DURCHFLUSSGLEICHUNG 39 3.2.5.
WANDWAERMEMODELLE 40 3.2.6. VERBRENNUNGSMODELL 42 INHALTSVERZEICHNIS
3.2.7. EINSPRITZMODELL 44 3.2.8. KRAFTSTOFFMODELL 45 3.2.9.
KOLBENMODELLE 45 3.2.10. KOLBENREIBUNGSMODELL 46 3.2.11. VOLUMENFUNKTION
47 3.3. STOFFMODELLE 48 3.3.1. IDEALES GASMODELL 48 3.3.2. PERFEKTES
GASMODELL 49 3.3.3. REALES GASMODELL NACH ZACHARIAS 50 3.3.4. DIREKTER
VERGLEICH DER STOFFMODELLE 50 3.3.5. STOFFMODELLVERGLEICH IN DER
GASFEDER 52 3.4. KOMPONENTENMODELLE 55 3.4.1. KOMPONENTENMODELL DES
GASFEDERZYLINDERS 55 3.4.2. KOMPONENTENMODELL DES VERBRENNUNGSZYLINDERS
57 3.4.3. KOMPONENTENMODELL DES LINEARGENERATORS 57 3.5.
SIMULATIONSMODELLE 59 3.5.1. GASFEDERZYLINDER AUF EINEM MOTORENPRUEFSTAND
60 3.5.2. VERBRENNUNGSZYLINDER AUF EINEM MOTORENPRUEFSTAND 65 4.
SIMULATION DES FREIKOLBENLINEARGENERATORS 71 4.1. STRATEGIEN ZUR
SYSTEMREGELUNG - ENTWICKLUNG EINER BETRIEBSSTRATEGIE . 71 4.1.1.
REGELUNG DER KOLBENBEWEGUNG 73 4.1.2. KRAFTREGELUNG DES LINEARGENERATORS
75 4.1.3. VERBRENNUNGSREGELUNG 77 4.1.4. DRUCKREGELUNG DES
GASFEDERZYLINDERS 79 4.1.5. UEBERWACHUNGSREGELUNG UND BETRIEBSKENNFELD 81
4.2. SIMULATIONSMODELL DES FREIKOLBENLINEARGENERATORS 83 4.3.
DURCHFUEHRUNG DER SIMULATION 85 4.4. SIMULATION STATIONAERER ZUSTAENDE 86
4.4.1. VARIATION DER LAST 87 4.4.2. VARIATION DER. KOLBENMASSE 91 4.4.3.
VARIATION DES GASFEDERDURCHMESSERS 94 4.4.4. VARIATION DER GASFEDERMASSE
98 4.4.5. VARIATION DES ZUENDZEITPUNKTES 101 4.4.6. VARIATION DER
KRAFTVERTEILUNG 104 4.4.7. VARIATION DES KRAFTPROFILS 107 4.5.
SIMULATION INSTATIONAERER ZUSTAENDE 108 4.6. WIRKUNGSGRADPROGNOSEN 112
4.7. ZUSAMMENFASSUNG UND DISKUSSION 115 INHALTSVERZEICHNIS 4.8. AUSBLICK
120 5. THEORETISCHE BETRACHTUNGEN ZUR GASFEDER 123 5.1.
GASFEDERVARIANTEN 124 5.1.1. DAS PRINZIP DER MASSENVARIABLEN GASFEDER
124 5.1.2. DAS PRINZIP DER VOLUMENVARIABLEN GASFEDER 125 5.2.
THEORETISCHER VERGLEICH DER GASFEDERVARIANTEN 125 5.2.1. GRUNDLAGEN 126
5.2.2. DIE FEDERSTEIFIGKEIT EINER GASFEDER 127 5.2.3. DIE MITTLERE
FEDERSTEIFIGKEIT EINER GASFEDER 129 5.2.4. VARIANTENVERGLEICH VON
MASSEN- UND VOLUMENVARIABLER GASFEDER 130 5.2.5. ZUSAMMENFASSUNG 134
5.3. CHARAKTERISIERUNG VON GASFEDERN 135 5.3.1. DER WIRKUNGSGRAD EINER
GASFEDER 135 5.3.2. PECLETZAHL FUER OSZILLIERENDE MEDIEN 135 5.3.3.
BETRACHTUNG DES WANDWAERMEUEBERGANGS IN GASFEDERN 136 5.4. ZUSAMMENFASSUNG
140 6. UNTERSUCHUNGEN AN EINER MASSENVARIABLEN GASFEDER 141 6.1.
VERSUCHSAUFBAU UND VERSUCHSPLANUNG 141 6.2. AUSWERTUNG DER MESSDATEN 143
6.3. DISKUSSION DER MESSERGEBNISSE 144 6.3.1. ERGEBNISSE DER DRUCK- UND
DREHZAHLVARIATION 144 6.3.2. SYSTEMDYNAMIK BEI DRUCKAENDERUNG AM
RUECKSCHLAGVENTIL . . . 149 6.3.3. ERFAHRUNGEN BEI DER MASSENSTEUERUNG
150 6.3.4. BETRACHTUNGEN ZUM WANDWAERMEVERLUST 150 6.4. ZUSAMMENFASSUNG
152 7. UNTERSUCHUNGEN AN EINER VOLUMENVARIABLEN GASFEDER 155 7.1. DIE
VOLUMENVARIABLE GASFEDER 155 7.2. DER GASFEDERPRUEFSTAND 157 7.2.1. DER
VERSUCHSAUFBAU 157 7.2.2. DIE PRUEFSTANDSSTEUERUNG 160 7.3.
VERSUCHSPLANUNG 163 7.4. DURCHFUEHRUNG DER MESSUNGEN 164 7.5. AUSWERTUNG
DER MESSERGEBNISSE 166 7.5.1. SYSTEMATISCHE MESSFEHLER UND
FEHLERFORTPFLANZUNG 167 7.6. DISKUSSION DER MESSERGEBNISSE 169 7.6.1.
BESTIMMUNG DER KOLBENREIBUNG 169 7.6.2. UNTERSUCHUNG DER GASDICHTHEIT
170 7.6.3. BESTIMMUNG DER VOLUMENFUNKTION 171 7.6.4. DYNAMISCHE MESSUNG
UND SIMULATION 175 7.6.5. WIRKUNGSGRAD DER VOLUMENVARIABLEN GASFEDER 180
7.6.6. BETRACHTUNGEN ZUM WANDWAERMEVERLUST 184 7.6.7. EXPERIMENTELLER
VERGLEICH VON MASSENVARIABLER UND VOLUMENVA- RIABLER GASFEDER 187 7.7.
ZUSAMMENFASSUNG UND DISKUSSION 192 8. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 197
A. STOFFDATEN 201 A.L. VERBRENNUNGSGASMODELL NACH ZACHARIAS [96] 201
A.2. VERGLEICH DER STOFFMODELLE 203 B. GESAMTSYSTEMSIMULATION 205 B.L.
SIMULATIONSPARAMETER 205 B.2. STEUERUNG DER VERBRENNUNG 206 B.3.
MOTORDATEN 207 C. MASSENVARIABLE GASFEDER 209 D. VOLUMENVARIABLE
GASFEDER 211 D.I. FEHLERBETRACHTUNGEN 211 D.2. TECHNISCHE DATEN 212 D.3.
KONSTRUKTIONSZEICHNUNG DER VOLUMENVARIABLEN GASFEDER 216 D.4.
GASFEDERPRUEFSTAND 217 . LITERATUR 226 . LEBENSLAUF 228
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FORSCHUNGSBERICHT 2007-15 DER FREIKOLBENLINEARGENERATOR - THEORETISCHE
BETRACHTUNGEN DES GESAMTSYSTEMS UND EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN ZUM
TEILSYSTEM DER GASFEDER SVEN-ERIK POHL DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT- UND
RAUMFAHRT INSTITUT FUER FAHRZEUGKONZEPTE STUTTGART 244 SEITEN 161 BILDER
35 TABELLEN 97 LITERATURSTELLEN ULBDARMSTADT ULI DEUTSCHES ZENTRUM DLR
FUER LUFT- UND RAUMFAHRT E.V IN DER HELMHOLTZ-GEMEINSCHAFT
INHALTSVERZEICHNIS INHALTSVERZEICHNIS FORMELZEICHEN XIII 1. EINLEITUNG 1
1.1. MOTIVATION 1 1.2. ZIEL UND AUFBAU DER ARBEIT 2 2. DER
FREIKOLBENLINEARGENERATOR 5 2.1. ZUR GESCHICHTE DES FREIKOLBENMOTORS 5
2.1.1. BAUWEISEN VON FREIKOLBENMOTOREN 5 2.1.2. ENERGIEWANDLUNG IN
PNEUMATISCHE ENERGIE 7 2.1.3. ENERGIEWANDLUNG IN HYDRAULISCHE ENERGIE 9
2.1.4. ENERGIEWANDLUNG IN ELEKTRISCHE ENERGIE 12 2.1.5. ZUSAMMENFASSUNG
17 2.2. FUNKTIONSPRINZIP DES FREIKOLBENLINEARGENERATORS 19 2.2.1.
POTENZIALE DURCH VARIABLE VERDICHTUNG 22 2.2.2. POTENZIALE DURCH
VARIABLEN HUB 24 2.3. ZUSAMMENFASSUNG UND DISKUSSION 26 3.
OBJEKTORIENTIERTE MODELLIERUNG 29 3.1. OBJEKTORIENTIERTES MODELLIEREN
MIT MODELICA 31 3.1.1. GRUNDLAGEN 31 3.1.2. VORHANDENE
MODELLBIBLIOTHEKEN 33 3.1.3. ENTWICKLUNGSUMGEBUNG 34 3.1.4.
ZUSAMMENFASSUNG 35 3.2. DIE MODELLBIBLIOTHEK 35 3.2.1. ARCHITEKTUR DER
MODELLIERUNG 35 3.2.2. SCHNITTSTELLENDEFINITIONEN: FLUIDKONNEKTOR 36
3.2.3. KONTROLLVOLUMEN 37 3.2.4. DURCHFLUSSGLEICHUNG 39 3.2.5.
WANDWAERMEMODELLE 40 3.2.6. VERBRENNUNGSMODELL 42 INHALTSVERZEICHNIS
3.2.7. EINSPRITZMODELL 44 3.2.8. KRAFTSTOFFMODELL 45 3.2.9.
KOLBENMODELLE 45 3.2.10. KOLBENREIBUNGSMODELL 46 3.2.11. VOLUMENFUNKTION
47 3.3. STOFFMODELLE 48 3.3.1. IDEALES GASMODELL 48 3.3.2. PERFEKTES
GASMODELL 49 3.3.3. REALES GASMODELL NACH ZACHARIAS 50 3.3.4. DIREKTER
VERGLEICH DER STOFFMODELLE 50 3.3.5. STOFFMODELLVERGLEICH IN DER
GASFEDER 52 3.4. KOMPONENTENMODELLE 55 3.4.1. KOMPONENTENMODELL DES
GASFEDERZYLINDERS 55 3.4.2. KOMPONENTENMODELL DES VERBRENNUNGSZYLINDERS
57 3.4.3. KOMPONENTENMODELL DES LINEARGENERATORS 57 3.5.
SIMULATIONSMODELLE 59 3.5.1. GASFEDERZYLINDER AUF EINEM MOTORENPRUEFSTAND
60 3.5.2. VERBRENNUNGSZYLINDER AUF EINEM MOTORENPRUEFSTAND 65 4.
SIMULATION DES FREIKOLBENLINEARGENERATORS 71 4.1. STRATEGIEN ZUR
SYSTEMREGELUNG - ENTWICKLUNG EINER BETRIEBSSTRATEGIE . 71 4.1.1.
REGELUNG DER KOLBENBEWEGUNG 73 4.1.2. KRAFTREGELUNG DES LINEARGENERATORS
75 4.1.3. VERBRENNUNGSREGELUNG 77 4.1.4. DRUCKREGELUNG DES
GASFEDERZYLINDERS 79 4.1.5. UEBERWACHUNGSREGELUNG UND BETRIEBSKENNFELD 81
4.2. SIMULATIONSMODELL DES FREIKOLBENLINEARGENERATORS 83 4.3.
DURCHFUEHRUNG DER SIMULATION 85 4.4. SIMULATION STATIONAERER ZUSTAENDE 86
4.4.1. VARIATION DER LAST 87 4.4.2. VARIATION DER. KOLBENMASSE 91 4.4.3.
VARIATION DES GASFEDERDURCHMESSERS 94 4.4.4. VARIATION DER GASFEDERMASSE
98 4.4.5. VARIATION DES ZUENDZEITPUNKTES 101 4.4.6. VARIATION DER
KRAFTVERTEILUNG 104 4.4.7. VARIATION DES KRAFTPROFILS 107 4.5.
SIMULATION INSTATIONAERER ZUSTAENDE 108 4.6. WIRKUNGSGRADPROGNOSEN 112
4.7. ZUSAMMENFASSUNG UND DISKUSSION 115 INHALTSVERZEICHNIS 4.8. AUSBLICK
120 5. THEORETISCHE BETRACHTUNGEN ZUR GASFEDER 123 5.1.
GASFEDERVARIANTEN 124 5.1.1. DAS PRINZIP DER MASSENVARIABLEN GASFEDER
124 5.1.2. DAS PRINZIP DER VOLUMENVARIABLEN GASFEDER 125 5.2.
THEORETISCHER VERGLEICH DER GASFEDERVARIANTEN 125 5.2.1. GRUNDLAGEN 126
5.2.2. DIE FEDERSTEIFIGKEIT EINER GASFEDER 127 5.2.3. DIE MITTLERE
FEDERSTEIFIGKEIT EINER GASFEDER 129 5.2.4. VARIANTENVERGLEICH VON
MASSEN- UND VOLUMENVARIABLER GASFEDER 130 5.2.5. ZUSAMMENFASSUNG 134
5.3. CHARAKTERISIERUNG VON GASFEDERN 135 5.3.1. DER WIRKUNGSGRAD EINER
GASFEDER 135 5.3.2. PECLETZAHL FUER OSZILLIERENDE MEDIEN 135 5.3.3.
BETRACHTUNG DES WANDWAERMEUEBERGANGS IN GASFEDERN 136 5.4. ZUSAMMENFASSUNG
140 6. UNTERSUCHUNGEN AN EINER MASSENVARIABLEN GASFEDER 141 6.1.
VERSUCHSAUFBAU UND VERSUCHSPLANUNG 141 6.2. AUSWERTUNG DER MESSDATEN 143
6.3. DISKUSSION DER MESSERGEBNISSE 144 6.3.1. ERGEBNISSE DER DRUCK- UND
DREHZAHLVARIATION 144 6.3.2. SYSTEMDYNAMIK BEI DRUCKAENDERUNG AM
RUECKSCHLAGVENTIL . . . 149 6.3.3. ERFAHRUNGEN BEI DER MASSENSTEUERUNG
150 6.3.4. BETRACHTUNGEN ZUM WANDWAERMEVERLUST 150 6.4. ZUSAMMENFASSUNG
152 7. UNTERSUCHUNGEN AN EINER VOLUMENVARIABLEN GASFEDER 155 7.1. DIE
VOLUMENVARIABLE GASFEDER 155 7.2. DER GASFEDERPRUEFSTAND 157 7.2.1. DER
VERSUCHSAUFBAU 157 7.2.2. DIE PRUEFSTANDSSTEUERUNG 160 7.3.
VERSUCHSPLANUNG 163 7.4. DURCHFUEHRUNG DER MESSUNGEN 164 7.5. AUSWERTUNG
DER MESSERGEBNISSE 166 7.5.1. SYSTEMATISCHE MESSFEHLER UND
FEHLERFORTPFLANZUNG 167 7.6. DISKUSSION DER MESSERGEBNISSE 169 7.6.1.
BESTIMMUNG DER KOLBENREIBUNG 169 7.6.2. UNTERSUCHUNG DER GASDICHTHEIT
170 7.6.3. BESTIMMUNG DER VOLUMENFUNKTION 171 7.6.4. DYNAMISCHE MESSUNG
UND SIMULATION 175 7.6.5. WIRKUNGSGRAD DER VOLUMENVARIABLEN GASFEDER 180
7.6.6. BETRACHTUNGEN ZUM WANDWAERMEVERLUST 184 7.6.7. EXPERIMENTELLER
VERGLEICH VON MASSENVARIABLER UND VOLUMENVA- RIABLER GASFEDER 187 7.7.
ZUSAMMENFASSUNG UND DISKUSSION 192 8. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 197
A. STOFFDATEN 201 A.L. VERBRENNUNGSGASMODELL NACH ZACHARIAS [96] 201
A.2. VERGLEICH DER STOFFMODELLE 203 B. GESAMTSYSTEMSIMULATION 205 B.L.
SIMULATIONSPARAMETER 205 B.2. STEUERUNG DER VERBRENNUNG 206 B.3.
MOTORDATEN 207 C. MASSENVARIABLE GASFEDER 209 D. VOLUMENVARIABLE
GASFEDER 211 D.I. FEHLERBETRACHTUNGEN 211 D.2. TECHNISCHE DATEN 212 D.3.
KONSTRUKTIONSZEICHNUNG DER VOLUMENVARIABLEN GASFEDER 216 D.4.
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