液压自由活塞发动机活塞运动规律自适应特性的研究

在一台液压自由活塞发动机(HFPE)样机上进行了活塞运动规率的试验。研究表明:活塞的运动规律对于燃烧相位和累积放热量的变动具有自适应性;随着燃烧相位的提前或累积放热量的增大,活塞换向提前,最大升程和压缩比降低;这种自适应性可有效避免均质压燃过程中的爆震与后燃现象,保证缸内最高压力、最大放热速率的稳定,减少指示功的损失。     

火花点火式液压自由活塞发动机的模拟试验研究

使用液压快速压缩-膨胀机(RCEM)对火花点火式液压自由活塞发动机(SI-HFPE)的单次工作过程进行了模拟试验研究,研究了在使用甲醇燃料的情况下,液压源压力、点火提前相位、混合气浓度等因素对SI-HFPE活塞运动规律、放热率及指示效率的影响,提出了使用双火花塞同时点火方案。研究结果表明:SI-HFPE的实际压缩比主要受液压源压力和点火提前相位的影响,液压源压力越高或点火提前相位越小,则实际压缩比越大。在10MPa的驱动液压力下,使用双火花塞同时点火,调整合适的点火提前相位,指示效率可以大于45%,此时的实际压缩比达到18。     

液压自由活塞发动机点火系统的研制

液压自由活塞发动机是将内燃机与液压泵集成为一体的新型特种发动机，由于无曲轴-连杆等旋转部件，使得其点火系统与曲轴式发动机有着诸多不同，本文结合液压自由活塞发动机的结构及运动特点，设计了液压自由活塞发动机的基本点火电路及外围电路，以数字仿真为基础，为主要元器件结构选型及参数选择提供根据，并在样机的调试过程中，对点火系统进行了实测。仿真研究和实测结果说明了所设计的计算机控制点火系统是简单易行的。     

对置式液压自由活塞发动机扫气过程的仿真

根据所开发的对置式液压自由活塞发动机样机的基本参数,基于AVL FIRE平台建立了缸内流场的三维仿真模型.分析了扫气口几何参数、活塞下止点停留时间对扫气过程的影响,探讨了利用扫气口几何参数实现缸内混合气分层的方法.结果表明:扫气口径向夹角为5°时,扫气效率和扫气捕获率都达到最大值;随着活塞下止点停留时间的加长,扫气效率呈现先提高再稳定的过程,扫气捕获率则随停留时间的加长而单调下降;采用较大的扫气口径向夹角,可以在压缩上止点附近,实现缸内轴心处废气浓度高、外围废气浓度低的分层分布.     

液压自由活塞发动机的能量平衡分析

液压自由活塞发动机是将一次动力机－内燃机与二次动力机－液压泵的集成为一体，以液体为工作介质，利用油液压力能来实现动力非刚性传输的复合发动机，针对稳态运转的液压自由活塞发动机，分析了其能量输入，耗散，分配及输出情况，给出了各能量组分所占的比例，并估算了活塞的最大运动速度和负载压力，为HFPE的结构设计，控制和效率提高指明方向。     

二冲程液压自由活塞发动机半直接喷射的仿真研究

利用CONVERGE软件建立了半直喷式液压自由活塞发动机的三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真模型,研究了喷射角度、喷油定时、缸头倾角、进气压力对燃料捕集和混合气生成的影响.结果表明:随喷射时刻的推迟,燃料捕获率增加,蒸发时间变长;喷射角度越大,燃料捕获率越高,蒸发时...     

液压自由活塞发动机中HCCI燃烧优化的试验研究

使用液压自由活塞发动机(HFPE)进行试验,研究了正庚烷在均质压燃(HCCI)燃烧过程中,当量比与压缩比对低温反应始点、高温反应始点、两阶段放热量比例及指示效率的影响。研究结果表明:压缩比一定时,混合气当量比越低,低温反应始点越提前,高温反应始点越推迟,同时低温反应释放热量与高温反应释放热量的比例越高;当量比一定时,压缩比越大,低温反应始点与高温反应始点均提前,同时低温反应释放热量与高温反应释放热量比例越低;当量比从0.30增大到0.40的过程中,最大指示热效率有略微减小的趋势,其中最大值与最小值相差为3.0%;当量比一定时,存在一个效率最高的压缩比,压缩比过低或过高都会影响热功转化效率的提高。     

二冲程液压自由活塞发动机换气过程影响因素的仿真研究

利用CONVERGE软件建立了二冲程液压自由活塞发动机换气过程的三维计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）仿真模型，并且基于液压自由活塞发动机的独特结构，研究了气口比时面值、扫气箱压缩比、活塞顶倾角和活塞杆直径对换气过程的影响。结果表明：在未发生废气倒流时，扫气效率主要与扫气比时面值有关，增大扫气比时面值有利于提高扫气效率；捕获率主要与排气比时面值有关，减小排气比时面值有利于增大捕获率；提高扫气箱压缩比有利于提高扫气效率，扫气箱压缩比从1.2增加到2.1，扫气效率提升9.8%；适当增大活塞顶倾角有利于扫气效率和捕获率的提高；减小活塞杆直径有利于提升扫气效率，但同时会导致捕获率下降。     

自由活塞发动机工作特性仿真分析

以自由活塞发动机为研究对象,基于MATLAB/Simulink建立仿真模型,分析动子质量和外部负载对自由活塞发动机电磁力、电磁力做功的影响。结果表明：所建立的模型可以初步模拟自由活塞发动机系统动子运动等特征,动子质量要足够大,动子质量小于3.0 kg时该发动机不能正常工作,动子质量大于3.3 kg时,发动机能够正常工作;随动子质量增大,电磁力做功功率呈先增大后下降趋势,动子质量为3.7 kg时电磁力功率最大,为1.42 kW;随外部负载增加,电磁力峰值降低,电磁力做功功率先增大后降低,当外部负载为8Ω时电磁力功率最大,为2.10 kW。     

点燃式液压自由活塞发动机高增压燃烧过程的试验与仿真研究

在快速压缩-膨胀机上进行试验,模拟液压自由活塞发动机(hydraulic free piston engine,HFPE)在不同缸内初始压力下的单次燃烧做功过程,并利用OpenFOAM和CONVERGE三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真平台进行增压仿真研究。结果表明:液压自由活塞发动机随着缸内初始压力的增大,相同压缩比下发动机循环周期缩短,活塞在上止点附近停留时间缩短,爆震极限压缩比增大,抗爆能力增强。适当提高缸内初始压力有利于提高指示效率,当缸内初始压力提高至0.15MPa时,发动机指示效率由0.30提高至0.31,但当初始压力达到0.20MPa后,指示效率又降至0.30。针对缸内初始压力进一步增大后出现的效率降低问题,在仿真研究中发现采用多火花塞点火方案,即使在初始压力0.80MPa的条件下也能得到较高的指示效率而不发生爆震。     

多点点火对高强化液压自由活塞发动机燃烧过程影响的仿真研究

利用CONVERGE仿真平台建立点燃式液压自由活塞发动机(hydraulic free piston engine,HFPE)三维仿真模型,并实时求解作用在活塞顶表面的压力,从而使缸内燃烧气体力和液压力耦合。在此基础上研究了增压多点点火HFPE的指示热效率情况。研究结果表明:采用多点点火能改善增压HFPE的指示热效率。采用多点点火之后,最佳指示热效率对应的压缩比变小。多点点火使增压比较大时的工况也呈现较高的指示热效率。采用多点点火后,高效区能够扩大到增压比为4以上。适当增加活塞组质量能够延长活塞在上止点附近停留时间,从而进一步提高指示热效率。     

活塞式内燃机的摩擦产热仿真研究

研究了活塞组与气缸套壁面的摩擦问题,建立了活塞组与气缸套壁面的摩擦产热模型;采用液体摩擦理论,研究了滑动轴承的摩擦产热问题,建立了滑动轴承的摩擦产热模型;结合燃油的流动问题,采用能量守衡的方法,建立了柴油与喷油泵油道间的摩擦产热模型;给出了两种不同材料的物体相互摩擦的摩擦热分配模型。最后,利用所建模型进一步研究了发动机转速、大气温度、大气压力等因素对发动机摩擦热流量的影响。     

基于MC9S12的自由活塞式内燃机电控系统设计

利用MC9S12DP512针对性地设计了适合自由活塞式内燃机的电控系统硬件,并匹配编制了对应软件。分析了ECU的具体功能,阐述了设计使用的微处理器模块、电源模块、传感器信号处理模块、驱动模块以及通信模块的基本设计方法。试验结果表明:电控系统采用模块化设计,功能性强,能够精确地完成对自由活塞式内燃机的监测和控制,实现目标控制功能。     

柴油机活塞二阶运动仿真分析

对柴油机活塞二阶运动进行计算分析,要考虑到活塞、缸套的热变形和安装工况下的变形等多方面的因素。计算了活塞和缸套的温度场及热变形,然后对活塞的二阶运动进行了分析,并对结构进行了评价,为活塞进一步的优化提供了参考。     

柴油机铰接活塞二阶运动的模拟计算与分析

本文从铰接活塞的结构特点和受力状况着手,建立和开发了能准确地模拟其二阶运动的计算程序.作为实例,运用此程序对某型柴油机(D×S=95×115mm)的试验用铰接活塞在运用中的活塞侧倾角和横向运动轨迹进行了数值求解.文中还对饺接活塞与原型整体活塞的相应计算结果进行了对比和分析.