四沖程自由活塞天然氣發(fā)動機(jī)的研究.pdf

1、增程式電動汽車和混合動力汽車是當(dāng)前汽車工業(yè)研究與開發(fā)熱點(diǎn)，基于Atkinson循環(huán)的自由活塞發(fā)動機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、燃料適應(yīng)性廣和熱效率高等優(yōu)點(diǎn)非常適合作為動力裝置用于增程式電動汽車和混合動力汽車。隨著汽車工業(yè)發(fā)展和石油資源日趨枯竭，天然氣因資源豐富和清潔燃燒而成為當(dāng)前汽車替代能源的首選，可同時兼顧現(xiàn)有能源與清潔能源的自由活塞天然氣發(fā)動機(jī)日趨受到重視。為充分發(fā)揮自由活塞天然氣發(fā)動機(jī)的優(yōu)勢，改善發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性，本文以試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬

2、相結(jié)合的方法，對四沖程自由活塞天然氣發(fā)動機(jī)熱力過程進(jìn)行分析。
　　為分析四沖程自由活塞發(fā)動機(jī)內(nèi)部燃料能量轉(zhuǎn)換過程的優(yōu)劣及其主要影響因素，依據(jù)四沖程自由活塞發(fā)動機(jī)工作原理，對其工作過程進(jìn)行適當(dāng)簡化，建立基于缸外獨(dú)立壓縮的四沖程自由活塞發(fā)動機(jī)理論循環(huán)模型。應(yīng)用熱力學(xué)第一定律和第二定律對其進(jìn)行分析，結(jié)果表明，基于Atkinson循環(huán)的四沖程自由活塞發(fā)動機(jī)循環(huán)熱效率和(炯)效率都高于傳統(tǒng)Otto循環(huán)發(fā)動機(jī)，膨脹比增大可以提高發(fā)動機(jī)熱效率。

3、分別定義了最優(yōu)膨脹比和膨脹比極限，膨脹比極限小于最優(yōu)膨脹比，因此自由活塞發(fā)動機(jī)達(dá)不到理論計(jì)算的最大熱效率。在確保缸內(nèi)壓縮終點(diǎn)壓力和溫度可順利點(diǎn)火的情況下，缸外壓縮比缸內(nèi)壓縮更有利。
　　在原四沖程自由活塞汽油機(jī)原理樣機(jī)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)天然氣電控噴射系統(tǒng)，改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)，搭建四沖程自由活塞天然氣發(fā)動機(jī)原理樣機(jī)試驗(yàn)平臺，并在完成試驗(yàn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，對四沖程自由活塞天然氣發(fā)動機(jī)原理樣機(jī)主要性能進(jìn)行測試、對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證四沖程自由活塞發(fā)動機(jī)

4、的多燃料適應(yīng)性。
　　基于自由活塞運(yùn)動特點(diǎn)，建立自由活塞動力學(xué)模型;借用通用流體計(jì)算軟件平臺，開發(fā)逐步解算自由活塞運(yùn)動規(guī)律計(jì)算模塊;依據(jù)建立的四沖程自由活塞發(fā)動機(jī)缸內(nèi)工作過程多維瞬態(tài)數(shù)值模擬計(jì)算模型，探討自由活塞運(yùn)動規(guī)律對缸內(nèi)流場的影響并對所建模型進(jìn)行校驗(yàn)，給定規(guī)律下缸內(nèi)壓力的預(yù)測曲線與試驗(yàn)曲線吻合較好，進(jìn)一步說明整個缸內(nèi)工作過程多維瞬態(tài)數(shù)值模擬中全過程模擬計(jì)算的真實(shí)性、數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性和活塞運(yùn)動規(guī)律定義的合理性。
　　在自

5、由活塞發(fā)動機(jī)全過程多維瞬態(tài)數(shù)值模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上，分析氣門正時、活塞頂部形狀、點(diǎn)火正時、缸外獨(dú)立壓縮、壓縮比與膨脹比等主要參數(shù)對自由活塞發(fā)動機(jī)性能的影響，中低運(yùn)轉(zhuǎn)頻率下，氣門正時和氣門升程對循環(huán)進(jìn)氣量影響較小，循環(huán)進(jìn)氣量主要隨進(jìn)氣沖程長度線性增加;活塞頂部形狀由平頂改為凸頂后，在發(fā)動機(jī)運(yùn)動頻率不變的情況下，增大了壓縮比，提高了換氣效率;自由活塞對壓力非常敏感，壓縮比的增大、點(diǎn)火時刻的提前和任何加快燃燒反應(yīng)進(jìn)程的因素，均會影響活塞運(yùn)動;用數(shù)