自由活塞发动机燃烧系统设计与控制技术研究

发布时间：2020-11-10 05:11

　　 自由活塞发动机具有结构紧凑、功率密度高、燃料适应性强、能量利用率高等优点,是近年来国内外学者重点研究的一种新型车辆动力装置。为了使发动机系统能够在不同工作状态下达到所需的性能,基于自由活塞发动机较大的设计和控制自由度,本文提出了一种可变冲程的自由活塞发动机系统,并在以下几个方面进行了理论研究和样机试验工作:(1)对自由活塞发动机燃烧系统进行了需求分析并提出了系统总体方案;基于电磁驱动配气机构设计了能够满足系统在四冲程和二冲程两种模式下运行并实现冲程切换的换气策略。(2)对自由活塞发动机的控制器进行需求分析并提出了点火系统、喷油系统、直线电机和配气机构的整体控制方案。完成了电子控制器的硬件电路设计、软件开发以及控制器的试制。(3)完成了原型机各子系统的设计并搭建了自由活塞发动机试验系统。对系统在四冲程运行模式下进行了运行试验,实现了系统四冲程连续稳定工作并取得了良好的发动机性能。(4)建立了自由活塞发动机AVL Boost的热力学仿真模型,并将模型的仿真结果与原型机的试验曲线进行对比分析,验证了仿真模型的准确性。(5)对自由活塞发动机系统进行了二冲程运行模式下的仿真研究,并分析了在不同喷油参数、点火参数和配气参数的影响下发动机系统的性能变化规律。搭建了基于AVL Boost和Matlab/Simulink软件的联合仿真平台,以发动机残余废气系数为优化目标,利用粒子群算法对自由活塞发动机系统在二冲程模式下的配气方案进行智能寻优,提出了系统的最佳配气方案。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U464
【部分图文】：

动切割磁场产生对外输出的电流，即将燃料的化学能转化为机械能，然后转对于自由活塞发动机的燃烧室，一般有单缸和双缸两种类型，一般在单缸发回复弹簧来推动活塞并使装置连续运转，而双缸式自由活塞发电机利用两个功的相位差实现活塞组的持续往复运动。自由活塞式发电机的发动机工作模二冲程，这种工作模式特别适用于双缸形式的发动机，因为二冲程运行模式行一次往复运动就需要有一次膨胀做功，利用二冲程发动机这样的特性即使簧结构的自由活塞双缸发电机也能够实现系统的持续工作。??国外研宄中，美国西弗吉尼大学的Ｃｌａｒｋ等［２７３学者对自由活塞发电机研宄将自由活塞发动机的活塞往复位移直接利用起来进行发电机的驱动，减少了转化为旋转运动再对外输出的能量损耗，并基于此原理成功试制出了第一代验证，其原理图如１．２所示。Ｈｏｕｄｙｓｃｈｅｌｌｔ２８，２％对第一代原型机进行了改进并二代二冲程压燃式自由活塞直线发电机，第二代原型机工作频率为２３．１Ｈｚ，电功率为３１６Ｗ。来自英国纽卡斯尔大学的Ｍｉｋａｌｓｅｎ等人将废气涡轮增冲程直流扫气技术运用到自由活塞发电机当中，通过样机的搭建和试验的除烧效果。??一ｅｔｈ

都有所提升，ｌ〇ｋｗ下的柴油机热效率达到了?４２％［３２］。??喷油嘴??图１．３丰田自由活塞发动机线性发电机示意图??美国ＳａｎｄｉａＮａｔｉｏｎａｌ?Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ?（ＳＮＬ）?［３３］对自由活塞发动机也有一定的研究，样机??采用了二冲程双活塞对置的布置方式，能够保证大功率的输出。对样机进行了不同温度??的稀薄燃料下进行快速压缩点火、燃烧排放性能测试，样机试验结果燃烧规律接近于理??想Ｏｔｔｏ循环，且排放满足预期。??冷却叶片??＇进气道??图１．４美国ＳＮＬ自由活塞发动机??国内对自由活塞发电机的研究起步相对较晚，北京理工大学［３４］对提出了一款自由活??塞发电机，并根据动力和负载特性建立了系统动力学过程的非线性模型，对系统稳定运??行的频率进行了研究，并进一步分析了质量、输入能量、点火位置、负载等对系统性能??的影响

冷却叶片??＇进气道??图１．４美国ＳＮＬ自由活塞发动机??国内对自由活塞发电机的研究起步相对较晚，北京理工大学［３４］对提出了一款自由活??塞发电机，并根据动力和负载特性建立了系统动力学过程的非线性模型，对系统稳定运??行的频率进行了研究，并进一步分析了质量、输入能量、点火位置、负载等对系统性能??的影响，该系统的工作频率为３５Ｈｚ。??４??
【参考文献】

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本文编号：2877518