Die vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung und experimentelle Untersuchung eines neuartigen Freikolbenmotors zur Erzeugung elektrischer Energie. Dieser sogenannte Freikolbenlineargenerator (FKLG) zeichnet sich dadurch aus, dass die Kolbeneinheit zwischen einem Gasfedersystem und einem verbrennungsmotorischen Teilsystem schwingt. Die Bewegungsenergie wird durch einen Lineargenerator ausgekoppelt. Der für die Entwicklung eines solchen Freikolbenmotors gewählte mehrstufige Entwicklungsprozess wird vorgestellt. Mit dem im Rahmen des Entwicklungsprozesses benötigten Hydraulikzylindersystem wird ein speziell entwickeltes verbrennungsmotorisches Teilsystem experimentell untersucht. Die Auswertung und Diskussion der Ergebnisse erfolgt im Hinblick auf ladungswechsel- und verbrennungstechnische Aspekte. Unter Verwendung des verbrennungsmotorischen Teilsystems wird ein Freikolbenlineargenerator-Gesamtsystem so betrieben, dass ein "quasi-autarker" Betriebspunkt erreicht wird, in dem das System trotz des integrierten Hydraulikzylindersystems eine systemeigene Kolbenbewegung ausführen kann. Das hierfür notwendige methodische Vorgehen wird hergeleitet und erläutert.
This thesis covers the development and experimental investigation of a novel free-piston engine with electric output. The so-called free-piston linear generator (FPLG) is characterized by a piston assembly reciprocating between a gas spring cylinder and a combustion cylinder. The kinetic energy is transformed into electric energy by a linear generator. The multi-stage process set up for the development of such a free-piston engine is presented. This process requires a hydraulic cylinder system, which is used to investigate the specially developed combustion engine subsystem. The analysis and discussion of the experimental results focus on gas exchange and combustion. Using the combustion engine subsystem, a complete FPLG-system is set up and run in a "quasi-autarkic" operating mode. This operating mode is characterized by a free piston motion unaffected by the integrated hydraulic cylinder. The required systematic approach to achieve "quasi-autarkic" operating conditions is derived and presented.
Entwicklung und Untersuchung eines Freikolbenlineargeneratorsystems unter besonderer Berücksichtigung des verbrennungsmotorischen Teilsystems mit Hilfe eines neuartigen vollvariablen Prüfstands
Development and investigation of a free-piston linear generator system focusing on the combustion engine subsystem by means of a novel fully variable test bench
2012
281 Seiten, 129 Bilder, 24 Tabellen, 106 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Entwicklungsprozess , hydraulisches System , experimentelle Untersuchung , Freikolbenmotor , Freikolben , Betriebspunkt , elektrische Energie , Bewegungsenergie , Gasfeder , Prüfstand , Kolben (Maschinenelement) , Brennkraftmaschine , Kolbenmaschine , Generator (Erzeuger) , Varianzanalyse , Gasaustausch
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