Vergleich von Gasfedervarianten mit variabler Kennlinie für einen Freikolbenmotor

Zusammenfassung

In dieser Arbeit werden zwei Gasfedervarianten vorgestellt, die aufgrund ihrer einstellbaren Federkennlinie für den Einsatz in einem Freikolbenmotor geeignet sind. Die Kennlinien einer massenvariablen und einer volumenvariablen Gasfeder werden auf Basis von thermodynamischen Berechnungen hinsichtlich ihres Einsatzes in einem Freikolbenmotor für verschiedene Betriebspunkte untersucht. Ein Vergleich der Kennfelder der massenvariablen und der volumenvariablen Gasfeder zeigt, dass die Federkennlinien der beiden Varianten in nur einem Betriebspunkt übereinstimmen. Es wird daher ein Berechnungsverfahren zur Minimierung der Differenz der beiden Kennlinien über dem gesamten Betriebsbereich eines Freikolbenmotors vorgestellt. Durch Messungen an einem Gasfederprüfstand werden die theoretischen Betrachtungen bestätigt.

Abstract

In this paper two different gas spring designs for a free-piston application are introduced. On the basis of thermodynamic calculations the spring characteristics of a mass-variable and a volume-variable gas spring are analyzed for different operating points. A comparison of the spring performances indicates that the spring characteristics of the two designs only match at one operation point. Therefore, a calculation method minimizing the difference between the two spring characteristics over the entire operating range of a free piston engine is introduced. The theoretical examination is confirmed by measurements on a gas spring test stand.