两冲程HCCI自由活塞式内燃发电机仿真

综合利用Matlab/Simulink、Chemkin、电磁场有限元法对HCCI自由活塞式内燃发电机建立了仿真模型.分析了系统的运动特征,阐明了它与传统内燃机运动规律的差异.讨论了变负荷、燃空当量比下自由活塞式内燃机的变压缩比特性.仿真结果表明,自由活塞式内燃发电机能够根据外部参数调节压缩比,当工作在高压缩比下时,有利于提高燃烧效率、降低内燃机排放.     

自由活塞式内燃发电机启动过程分析

针对自由活塞式内燃发电机启动过程巾的匹配问题,建立了内燃发电机系统启动过程的数学模型.通过对活塞运动位移及速度的简化,推导出直线电机驱动力简化表达式.研究结果表明:增加内燃发电机的活塞运动组件质量,可以减小直线电机的驱动力,但是活塞组件达到的最大速度减小,不利于高速启动;减小内燃机摩擦阻力系数以及有效压缩比也可以降低直线电机的驱动力.利用该简化公式分析了一台样机的启动过程,获得了该样机所需要的最小驱动力.     

两冲程HCCI自由活塞式内燃发电机仿

综合利用Matlab/Simulink、Chemkin、电磁场有限元法对HCCI自由活塞式内燃发电机建立了仿真模型。分析了系统的运动特征,阐明了它与传统内燃机运动规律的差异。讨论了变负荷、燃空当量比下自由活塞式内燃机的变压缩比特性。仿真结果表明,自由活塞式内燃发电机能够根据外部参数调节压缩比,当工作在高压缩比下时,有利于提高燃烧效率、降低内燃机排放。     

被动进气式自由活塞发电机设计与特性分析

设计了一种采用轴向直流换气的被动进气式自由活塞直线发电机,阐述了其主要结构和工作原理,建立了动力学及热力学方程,实验验证了仿真模型的工作过程,分析了工作过程运动特性和相关结构参数对系统性能的影响规律,为性能优化及样机设计提供依据.结果表明工作过程中,发动机换气持续时间约占全周期的58％,有利于新鲜充量进入到气缸;活塞运动曲线呈非对称状,在上止点加速度变化剧烈,需要加大燃烧放热速度来适应其变化;适当加大活塞质量及排气口开闭位置,减小点火提前位置和进气阀门的开启压力,可使样机具有较高的输出功率.     

压缩空气驱动自由活塞膨胀机-直线发电机特性试验

提出了一种采用有机朗肯循环(ORC)系统的自由活塞膨胀机-直线发电机(FPE-LG)试验样机,并在压缩空气试验平台上对FPE-LG样机的运动特性进行了试验研究。结果表明,在进气压力较高的工况下,FPE-LG能够稳定运行,基准位置处活塞速度和运行止点位置的循环变动较小。当进气压力为0.2 MPa,工作频率为2.5 Hz时,活塞最大速度接近1.2 m/s;进气角、排气角和进气压力对活塞运动的对称性和直线发电机输出功率有重要影响,减小排气角或增大进气角,有利于提高活塞运动的对称性、减小活塞运动的循环变动、明显改善直线发电机的输出功率。当进气压力为0.19 MPa,工作频率为2.5 Hz时,直线发电机输出功率的峰值最大,约为19.0 W。     

内燃—直线发电集成动力系统的喷油器流量特性

为确定符合内燃-直线发电集成动力系统(ICLG)工作要求的电控喷油器,在分析喷油器工作原理的基础上,建立了一套用于喷油器流量特性研究的测控系统.本文利用该系统对所选用的喷油器进行了流量特性测试,得到了其动态流量特性曲线,并通过误差分析和电流信号分析,最终确定了该喷油器的喷油量计算公式,为燃油量的精确控制提供了依据.     

自由活塞内燃发电机能量转换与传递过程研究

根据能量守恒定律,建立自由活塞内燃发电机运行过程周期能量模型.通过计算获得一个周期内的能量转换规律,并分析相邻周期的能量传递过程,得到不同压缩比下的能量变化情况及其对性能的影响.分析结果表明,自由活塞内燃发电机能量转换有效效率的理论值可达40％.燃烧、扫气及散热等为能量损失的主要部分.连续运行过程中,一侧气缸作功行程后期的部分能量作为压缩能传递给另一侧,直接影响下一周期燃烧.压缩比变化对各能量及有效效率有不同影响,保持压缩能稳定对运行控制至关重要.     

四冲程自由活塞发电机活塞运动控制方法

为实现四冲程自由活塞发电机的连续稳定运行,提出并研究了基于直线发电机工作状态切换和冲程终点预测的自由活塞往复运动控制方法.在混杂系统范畴内,完成了运动控制系统仿真模型的建立,结合自由活塞发电机仿真模型和循环燃烧波动仿真模型,对控制过程进行了仿真研究.基于高性能数字信号处理器建立了四冲程自由活塞发电机的电控系统,对所设计的运动控制方法进行了实验验证,分析了失火对活塞往复运动的影响.研究结果表明:该运动控制方法稳定可靠、算法简单,满足了四冲程自由活塞发电机对活塞运动控制的要求.     

自由活塞内燃发电机稳定运行参数耦合分析

针对自由活塞内燃发电机较难实现稳定运行的问题,对自由活塞内燃发电机工作过程活塞受力状况进行了分析,结果表明其工作过程可以看成是单自由度有阻尼强迫振动系统。结合工作过程中的能量守恒原理,分析了自由活塞内燃发电机稳定运行过程中结构参数与性能参数之间的耦合关系,通过等效计算,获得了自由活塞内燃发电机稳定工作所需要的匹配参数。并以一样机为例,对分析结果进行了仿真验证,结果表明通过等效计算所确定的匹配参数能够近似实现稳定运行,验证了分析的正确性。     

四冲程自由活塞发动机仿真与实验

为实现清洁高效利用燃料发电,提出并研究了四冲程自由活塞发动机。基于活塞组件的动力学方程、燃烧室内的气体状态方程以及代用燃烧放热规律,建立系统仿真模型,对系统动态特性进行仿真研究,重点讨论了压缩比和膨胀比对系统性能的影响。在仿真分析的基础上,研制了一台缸径为62 mm的原理性样机,对样机实验结果进行了分析,并利用仿真模型对样机的性能参数进行了回归分析。研究结果表明:目前样机的发电效率为34%左右,优化后四冲程自由活塞发动机的发电效率在45%左右,比传统小型汽油发电机组有明显的性能优势。     

液压自由活塞发动机的节能方式研究

液压自由活塞发动机是将内燃机和液压泵集成于一体，实现动力非刚性传输的复合发动机。本文从其内部能量转换及外部能量回收两个方面，详细地分析和阐明了液压自由活塞发动机各种节能方式和实现途径，以液压挖掘机为例，强调液压自由活塞发动机作为中心液压站，结合二次调节及液压变压器技术，简单方便地实现群控节能。     

小型柴油机活塞与活塞环匹配的研究

活塞与活塞环是柴油机中工作强度最大的组件之一,对柴油机的性能、使用寿命和工作可靠性等指标都有极大影响。通过BH160F小型柴油机活塞材料的选用及对压缩高度、火力岸布置、活塞顶部形状和活塞环匹配等方面进行改进设计,使柴油机获得了良好性能指标。     

内燃机活塞裙部的流体动力润滑特性

在最小油膜厚度不能小于气缸壁面和裙部表面粗糙度的前提下,用有限元方法解雷诺方程,得出分布的油膜压力。用油膜压力合力与侧压力是否平衡来判断裙部型面的设计是否合适,在计算过程中还考虑了活塞的摆动、横向位移以及中凸点附近曲率的影响。     

单缸轴向液压约束活塞发动机的输出特性仿真

阐述了单缸轴向液压约束活塞发动机的工作原理,通过运动学、动力学分析和数值模拟,得到了试验样机的输出特性。输出压力在同流量情况下随油门开度增大明显升高,同油门情况下存在最大压力工况。油门开度为80%、输出压力为1.1239MPa、输出流量为3.7571m3/h时,燃油消耗率为291.2521g/(kW·h),处于全工况最小值。     

液压自由活塞发动机起动过程的能量分析

液压自由活塞发动机的起动系统由起动蓄能器、液压换向阀、位置传感器及控制单元等组成，其中作为起动系统能源和油源的起动蓄能器直接关系起动的成败。分析了液压自由活塞发动机起动的前提条件，研究了起动过程中混合气的组织和能量的流动、耗散及传递等，并在此基础上给出了选择起动蓄能器的理论依据。     

柴油机燃油喷雾和燃烧过程的数值模拟

介绍了作者开发的柴油机燃油喷雾和燃烧过程三维数值模拟程序的数学模型。以ＺＨ１１０５型柴油机的３种燃烧室为例,用该计算程序对燃油喷雾和燃烧过程进行了具体模拟计算,并与试验结果进行了对比,结果证明,程序具有较好的预测内燃机燃油喷雾和燃烧过程的能力。     

单缸机械-液压约束活塞发动机外特性仿真

阐述了单缸轴向MHCPE的结构原理,建立了考虑系统液、固、气耦合的工作过程数学模型,给出了求解的初始条件,定义了MHCPE的液压能比率及“外特性”概念,并对研制的单缸轴向MHCPE的工作外特性进行了仿真。仿真结果显示：输出压力随着液压能比率增加明显升高,受转速变化影响较小;输出流量随转速增加先升高后降低,受液压能比率变化影响较小;转矩随着液压能比率降低明显升高,受转速变化影响不明显;燃油消耗率在转速和液压能比率较高时明显增加。总的有效功率随着液压能比率的升高,有轻微降低,转速较高时该趋势尤其明显。     

含间隙内燃机曲柄滑声机构动力学研究

考虑到含间隙运动副副元素的碰撞接触时的边界条件，采用非线性弹簧力和非线性阻尼描述副无素的碰撞接触过程，以此为基础建立了含间隙内燃机曲柄滑块机构的动力学模型；通过数值仿真研究了运动副间隙对机构动态特性的影响，并指出在机构高运转条件下，运动副元素存在连续变形接触现象。     

带仿生结构的内燃机活塞裙部优化设计

以捷达1.6 L汽车内燃机为试验母体,将黄缘真龙虱体表的减阻、耐磨凹坑结构应用于内燃机主要摩擦副活塞裙部上,并进行优化设计。首先,根据龙虱体表凹坑排布的形状和结构尺寸确定仿生孔径和间距范围,通过相对速度减阻率选定最优仿生孔径。其次,根据标准活塞裙部热-结构耦合分析应力排布情况,设计变孔径、变行间距排布的仿生孔,并制定正交试验方案。对仿生活塞模型进行有限元热-结构耦合分析,选取3个典型目标变量作为试验指标,进行优化设计得出主次因素和最优组合。最后,选取标准活塞、最优性能仿生活塞、最优组合活塞,进行内燃机耐久性台架试验。通过检测各个气缸活塞运行至上止点时其顶部温度、气体压力变化率、活塞磨损量、磨损后活塞裙部表面粗糙度验证了仿生活塞减阻、耐磨的优越性。