液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究

1、液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究趙振峰、張富軍、黃英、趙長祿、郭峰畢業(yè)于中國機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院、北京理工大學(xué)1.液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究2.液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的原型開發(fā)。3.實(shí)現(xiàn)樣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行4.詳細(xì)提出和分析原型活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究。5.對(duì)活塞動(dòng)力學(xué)，燃燒過程和水力特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。6.指示熱效率和平均指示有效壓力已經(jīng)由實(shí)驗(yàn)獲得。關(guān)鍵詞：液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)、實(shí)驗(yàn)、燃燒過程、活塞動(dòng)態(tài) 液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的原型已經(jīng)開發(fā)出來，直接實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換燃料的化學(xué)能到液壓能。在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，為了驗(yàn)證這種發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，活塞動(dòng)力學(xué)，燃燒過程和水力特性是通過一系列的原型的測試研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大多數(shù)的燃料

2、燃燒中的快速燃燒階段這是由于在壓縮沖程的最后部分的高活塞速度。燃燒的特征是恒定的體積的過程。此外，指示熱效率和在本研究中提出的原型的指示平均有效壓力分別為41和5.2bar.1.介紹隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，能源危機(jī)和環(huán)境污染已成為世界各地的兩個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題。因此，提高燃油價(jià)格和嚴(yán)格的環(huán)境立法存在很大的挑戰(zhàn)內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)師。正在投入更多的研究工作進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，旨在降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放，提高效率。雖然一些研究人員仍然在努力改善和優(yōu)化常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，其他研究人員正在致力于探索和研究更高效的非常規(guī)的引擎。自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)是一種非常規(guī)的發(fā)動(dòng)機(jī)具有簡單性和操作靈活性的特點(diǎn)，它從發(fā)動(dòng)機(jī)的研究人員得出的注意大量。先進(jìn)

3、的微處理器為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)和現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，如電子控制燃油噴射和氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)顯著推動(dòng)這一研究的發(fā)展作為自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)操作控制的結(jié)果，為各種運(yùn)行條件增強(qiáng)優(yōu)化的可能性。自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)是一種線性'''' crankless發(fā)動(dòng)機(jī)，其中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞與一個(gè)線性負(fù)載裝置，如液壓泵或電功率2-4直接耦合。自由活塞概念最早是在20世紀(jì)30年代提出的佩斯卡拉，它的成功應(yīng)用是壓縮機(jī)及氣體發(fā)電機(jī)組在20世紀(jì)中葉。對(duì)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的歷史背景研究，液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和自由活塞發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢，可以在參考文獻(xiàn)中找到，在這里作者不會(huì)給更多的描述。液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)集成的內(nèi)部燃燒過程發(fā)動(dòng)機(jī)

4、和液壓泵。和從燃燒過程中釋放的能量直接轉(zhuǎn)化成液壓能。這種有前途的方法比，因?yàn)樗唵危试S更緊湊的結(jié)構(gòu)，減少了摩擦損失，降低維護(hù)成本和更高的操作靈活性傳統(tǒng)技術(shù)的潛在優(yōu)勢。此外，消除曲軸機(jī)甲-anism的導(dǎo)致的可變壓縮比它適合于多種類型的燃料的有價(jià)值的特性。在過去的幾十年中，涉及到液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究已經(jīng)進(jìn)行了由任何研究機(jī)構(gòu)或大學(xué)。這家荷蘭公司伊納斯BV公司開發(fā)出一種單活塞液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)，并Achten等。給了一個(gè)描述。他們比較了液壓自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞動(dòng)力學(xué)。周圍上死點(diǎn)（TDC）更高的活塞加速度被重新移植，并在膨脹沖程期間，活塞速度明顯高于在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)更高。高部分負(fù)荷

5、效率，由于采用PPM （脈沖暫停調(diào)制）控制和高效率的指示進(jìn)行了報(bào)道。技術(shù)和赫爾辛基理工大學(xué)坦佩雷大學(xué)前 - sented在細(xì)節(jié)的雙活塞液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的建模與仿真，配單活塞液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相比性能特點(diǎn)。可以發(fā)現(xiàn)，在活塞速度和雙活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的加速是由于較重的活塞組件的低洱比單活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。報(bào)告的壓縮比和氣缸明鏡氣體壓力周期到周期的變化。其他研究小組，如鈉周志武汽車和燃料排放實(shí)驗(yàn)室，美國環(huán)保局， FEV發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)公司，和豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)，也進(jìn)行了一系列的對(duì)液壓自由活塞噸級(jí)的研究發(fā)動(dòng)機(jī)，但只有一小部分的原型已成功地開發(fā)。截至目前為止，已經(jīng)進(jìn)行了研究的很多只專注于性能仿真和液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)

6、機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)軌跡的比較。不對(duì)稱的活塞噸運(yùn)動(dòng)曲線相對(duì)于TDC ，圍繞TDC更高活塞加速度和更高速度的活塞的膨脹沖程比在壓縮沖程期間被報(bào)告為從傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要差異。雖然液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)被一些開發(fā)商簡要討論，很少有研究論文已已發(fā)表的有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究從連續(xù)運(yùn)行寧原型，特別是關(guān)于燃燒過程，這是用的最多的細(xì)節(jié)重要的課題為研究這種發(fā)動(dòng)機(jī)。本文的目的主要集中在實(shí)驗(yàn)方法研究液壓自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的特性以及施加在燃燒過程中活塞運(yùn)動(dòng)的親文件的影響進(jìn)行審查和討論。2.液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)原理這里所研究的液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)是一種特殊的發(fā)動(dòng)機(jī)，它結(jié)合所述的內(nèi)燃機(jī)，沒有任何其它機(jī)械系統(tǒng)中的往復(fù)活塞泵。燃料的燃燒能量可以通過

7、剛性的活塞組件被直接轉(zhuǎn)換為液壓能，并在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)中常見的曲軸銷。顯示了液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理ING 。即從現(xiàn)有的這種發(fā)動(dòng)機(jī)的不同，內(nèi)燃機(jī)部件，其特征在于由一個(gè)直流掃氣系統(tǒng)，它提供了一個(gè)更好地清除質(zhì)量比循環(huán)清除系統(tǒng)。但是，這也提出了更高的技術(shù)挑戰(zhàn)。排氣閥系統(tǒng)不能像傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸正時(shí)，對(duì)于活塞移動(dòng)自如，之間的兩個(gè)端點(diǎn)，而往復(fù)運(yùn)動(dòng)是阻止，開采的氣缸內(nèi)氣體壓力的瞬時(shí)平衡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)中，液壓力和摩擦力。因此，排氣閥必須進(jìn)行控制及驅(qū)動(dòng)快速，準(zhǔn)確地根據(jù)所述活塞的位置。在此原型中，液壓排氣閥系統(tǒng)的開發(fā)和裝備在汽缸蓋。所述活塞組件的運(yùn)動(dòng)不是由曲軸限制?；钊M件由動(dòng)力活塞，泵活塞和活塞反彈這是由活塞

8、桿剛性連接的。蓄能器用作可逆儲(chǔ)能裝置提供能量的壓縮沖程。根據(jù)原理圖，工作過程可以簡要描述如下：在壓縮沖程中，活塞組件的DRI -法師通過從蓄能器的液壓能量以COM-壓機(jī)燃燒氣缸中的氣體。在同一時(shí)間，泵的活塞，通過吸入閥吸入的低壓油。當(dāng)所述活塞組件接近TDC ，燃料被噴入燃燒室并燃燒。在膨脹沖程期間，燃料的能量由液壓系統(tǒng)所吸收。它推動(dòng)活塞組件朝向下死點(diǎn)。高壓油通過壓力閥輸出由泵活塞。最后，壓縮活塞推COM壓縮油到累加器一次。所提供的能量從蓄能器，以在所述活塞組件由頻率控制閥來控制。該閥決定了操作頻率的發(fā)動(dòng)機(jī)。只要該閥關(guān)閉時(shí)，活塞將居住在BDC的高壓油推動(dòng)活塞反彈噸。當(dāng)閥門打開時(shí)，一個(gè)新的行程將開

9、始。液壓自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程的詳細(xì)描述可以在文獻(xiàn)中找到。3.液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)3.1.原型制造和規(guī)格液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的原型，其示于圖2，與表1中給出的規(guī)范，已經(jīng)建立以驗(yàn)證上面所討論的技術(shù)方案的可行性。原型是單活塞的配置，兩沖程，直噴和壓縮點(diǎn)火柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，單流scaveng-ing與液壓驅(qū)動(dòng)排氣門。 活塞位移傳感器，氣缸壓力傳感器和液壓壓力傳感器獲得的運(yùn)行狀態(tài)的系統(tǒng)，并提供信號(hào)給控制器。根據(jù)這些信號(hào)，控制器計(jì)算控制參數(shù)，如燃料噴射正時(shí)和燃料噴射持續(xù)時(shí)間，排氣閥定時(shí)和排氣閥的持續(xù)時(shí)間。圖1 液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)配置的示意圖。圖2 液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的原型。3.2.原型的控制策略與單活塞式

10、液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的主要控制的挑戰(zhàn)是要保持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在穩(wěn)定的狀態(tài)，因?yàn)榛钊?#39;' ''自由。該控制策略必須實(shí)現(xiàn)保持活塞運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)在緊迫的限制的要求。需要BDC的精確控制，以確保活塞可停在正確的位置。這樣的定位使得有可能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出流的PPM控制，并保證在發(fā)動(dòng)機(jī)缸- INDER高效的清除。在BDC控制策略已被實(shí)現(xiàn)，通過控制根據(jù)活塞位置反饋信號(hào)的燃料輸送。 TDC位置必須在窄幅區(qū)間內(nèi)經(jīng)由控制蓄能器的液壓控制，以確保有足夠的高壓縮比燃油汽車點(diǎn)火。另一挑戰(zhàn)是控制定時(shí)和燃料噴射和排氣門的持續(xù)時(shí)間，因?yàn)檫@些變量是密切相關(guān)的活塞運(yùn)動(dòng)。噴油時(shí)序和持續(xù)時(shí)間的控制是顯著減少周

11、期到周期雜物，系統(tǒng)蒸發(fā)散，避免過多的氣缸內(nèi)氣體的壓力。此外，這些參數(shù)可以使用下列方法對(duì)壓縮比N和燃燒過程的優(yōu)化。因?yàn)榛钊麤]有被曲軸約束，控制器必須提供排氣閥的正確和精確的命令，以避免在正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行ning和失火期間，活塞和排氣門之間的碰撞。當(dāng)控制器檢測到一個(gè)可能的失火，通過一組位置通過在預(yù)測的活塞速度，控制器將關(guān)閉排氣閥或不會(huì)打開它們。同時(shí)，噴射正時(shí)和持續(xù)時(shí)間，排氣閥定時(shí)和持續(xù)時(shí)間用于優(yōu)化的熱效率并減少發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。4.樣機(jī)測試結(jié)果及分析4.1.實(shí)驗(yàn)裝置 為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)測試中大量的設(shè)備重新quired來測量發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)的燃燒過程和水力特性的參數(shù)，以及原型本身。該試驗(yàn)臺(tái)是示于圖3和測量設(shè)備列于

12、表2中。一種壓力傳感器，直接放置到汽缸頭這是用于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力和燃燒過程ANALY -SIS 。燃燒分析的另一重要的輸入是燃燒的氣缸容積，它是由活塞位置推導(dǎo)。為了直接測量瞬時(shí)活塞位置，激光位移傳感器施加和測量方法進(jìn)行了詳細(xì)的以前的工作中所述。信號(hào)采集卡是由美國國家儀器公司和數(shù)據(jù)采集軟件開發(fā)在LabVIEW環(huán)境。采樣頻率設(shè)定在100千赫所有兩個(gè)通道，每個(gè)通道具有50 kHz的活塞位移和汽缸氣體壓力數(shù)據(jù)采集分別的能力。在圖3中的其他信號(hào)所示， 傳送到一個(gè)多功能數(shù)據(jù)采集卡和每個(gè)信道被給予5千赫。4.2.活塞動(dòng)力學(xué)和發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性在穩(wěn)定運(yùn)行條件寧原型的活塞運(yùn)動(dòng)軌跡測量和它的一部分如圖4所示?；钊恢玫那?/p>

13、線形狀是顯著從該曲軸的發(fā)動(dòng)機(jī)的不同。在液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，在活塞組件，其作用的力量決定了活塞動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這種發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的頻率可以通過在頻率控制閥（在圖1中示出），改變活塞的停留時(shí)間在BDC進(jìn)行控制。在這種情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的頻率設(shè)定為10赫茲。滯留時(shí)間大約是75毫秒。活塞停止周圍的BDC之前的彈跳可以清楚地看到從圖4 。當(dāng)活塞到達(dá)BDC具有非常高的速度，在所述壓縮室中的油將是壓縮的。活塞的動(dòng)能和液壓能轉(zhuǎn)換成彼此在活塞彈跳過程，直到活塞停止在BDC 。液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的特定活塞運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了模擬和自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別已經(jīng)比較了許多作者。活塞運(yùn)動(dòng)曲線是已

14、知的在膨脹沖程過程中是不對(duì)稱的相對(duì)于TDC和活塞速度比在壓縮沖程中更快和更高的活塞的速度和加速度的特性的報(bào)道。這些功能可能十字形ENCE氣缸內(nèi)氣體的運(yùn)動(dòng)和燃燒過程。圖。圖5a示出了一個(gè)完整的周期，它是由活塞位移傳感器信號(hào)的日期所產(chǎn)生的活塞位置的曲線。這些特征和活塞動(dòng)力學(xué)的細(xì)節(jié)清楚地表明在該圖中?？梢钥闯觯摶钊\(yùn)動(dòng)是不對(duì)稱的，這是由于缺乏cranktrain的。因?yàn)榛钊\(yùn)動(dòng)是通過氣缸內(nèi)的氣體壓力和液壓的力控制，較大的力差導(dǎo)致比在壓縮沖程（CS）的時(shí)間消耗在膨脹沖程（ES）略短的時(shí)間。除了在壓縮沖程和膨脹沖程中，有一個(gè)彈跳和停止階段的完整周期，這是從傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)不同。同的測量活塞位置信息的知識(shí)由位

15、移傳感器，活塞的速度和加速度，計(jì)算在該循環(huán)。圖5b和c示出了活塞的運(yùn)動(dòng)速度和一個(gè)周期的同一時(shí)間內(nèi)的活塞加速度曲線坐標(biāo)。 圖3 實(shí)驗(yàn)設(shè)置。 圖4 測定原型的活塞位置。圖5示出了在壓縮沖程的活塞峰值速度比在膨脹沖程低。在這種情況下，在壓縮沖程的活塞峰值速度約為10米/秒，但是，它為14米/秒的膨脹沖程。其原因可以歸因于不同的力在壓縮沖程和膨脹沖程過程中作用在活塞總成。液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，從濃度的主要區(qū)別ventional引擎是圍繞貿(mào)發(fā)局相對(duì)較高的活塞加速。這個(gè)特定的特征，可以發(fā)現(xiàn)從活塞如圖加速度曲線。液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)擁有約貿(mào)發(fā)局極高活塞的加速度時(shí)，氣缸內(nèi)氣體壓力達(dá)到峰值?；钊麆?dòng)態(tài)參數(shù)直接相關(guān)于所

16、述活塞組件，其作用的力。由于氣缸內(nèi)氣體壓力支配的周圍TDC活塞的成果ing力，在這一點(diǎn)上的力在活塞上的和為最大。因此加速度達(dá)貿(mào)易發(fā)展局圍繞它的最大價(jià)值。與此相反，該加速度下降到周圍BDC最小值。在若干個(gè)周期的速度和活塞位置之間的關(guān)系示于圖6 。由于活塞是'自由'在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，活塞噸動(dòng)力學(xué)的周期到周期的變化是可見的，尤其是在BDC 。由于活塞的運(yùn)動(dòng)是由所述活塞組件的瞬時(shí)力的平衡來確定，周期到周期的變化，在燃燒親塞斯，這主要受燃料噴射量的變化，導(dǎo)致每個(gè)循環(huán)中的不同氣缸的氣體壓力。此外，液壓不可能完全在每個(gè)周期中是相同的。所有這些因素導(dǎo)致活塞動(dòng)力學(xué)的周期到周期的變化。在最初的幾次循

17、環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)后，這些差異也較明顯。然而，丟棄最初的幾次循環(huán)（約100周期），可以得到圖中所示的曲線7。可以看出，該周期到周期變化是比圖2所示的所有循環(huán)好得多。這表明活塞噸動(dòng)力學(xué)的周期到周期的變化變小，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在STA- BLE情況運(yùn)行。從圖7可以看出， TDC的變化是非常小的。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， TDC的變化為小于1毫米，相對(duì)變化到整個(gè)行程（110 mm）為小于0.9。然而，1mm的TDC錯(cuò)誤將導(dǎo)致VAR- iation從12.9實(shí)際壓縮比為14.8 ，相對(duì)變化約12.8 。動(dòng)態(tài)參數(shù)雜物，蒸發(fā)散在壓縮沖程中，是少于在EXPAN - 錫永沖程由于較少的液壓的變化相對(duì)于燃燒循環(huán)的變化。它也可以注意

18、到，不對(duì)稱性的嘗試在壓縮沖程和膨脹沖程是顯而易見的。如上所示活塞動(dòng)力學(xué)的這些特性可在氣缸內(nèi)影響氣體運(yùn)動(dòng)時(shí)，熱量傳遞到氣缸壁與燃燒室中的燃燒期間的體積變化率，并由此影響液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。 圖5 測得的一個(gè)完整周期的活塞動(dòng)力。圖6為在所有循環(huán)活塞速度的函數(shù)。 圖7作為在穩(wěn)定運(yùn)行的活塞速度的函數(shù)。4.3.燃燒過程燃燒過程的分析受所測量的活塞位置和內(nèi)筒中的氣體壓力的影響。熱釋放速率和內(nèi)筒的氣體溫度分別從測量的數(shù)據(jù)來計(jì)算。圖8示出的活塞位置，熱釋放速率，燃料能量的熱釋放率，氣體壓力和溫度范圍內(nèi)筒作為時(shí)間的函數(shù)。熱釋放速率曲線，點(diǎn)a表示的起始燃料噴射，點(diǎn)b為燃燒開始時(shí)，點(diǎn)c對(duì)應(yīng)的是缸內(nèi)氣體壓力

19、峰值的C點(diǎn)， D點(diǎn)對(duì)應(yīng)于氣缸的峰值溫度D的點(diǎn)，并且點(diǎn)E對(duì)應(yīng)的點(diǎn)燃燒E的端它從圖中可以看出。在燃燒過程中在三種可區(qū)分階段燃燒的收益。第一階段是迅速燃燒階段（ BC）這是主要的熱量釋放期，持續(xù)約1毫秒。在這種狀態(tài)下，燃燒速率是非常高的和熱釋放率的峰值發(fā)生在這個(gè)階段。約70的燃料的燃燒在此階段，這是從傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)不同。這個(gè)現(xiàn)象可以解釋為：活塞動(dòng)力學(xué)是從傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有TDC附近內(nèi)的高流速和更快速的壓縮不同。這些特點(diǎn)增加了氣體湍流，并導(dǎo)致更多的燃油與空氣混合迅速在點(diǎn)火重刑延遲時(shí)間。當(dāng)開始燃燒，燃料，這與空氣混合并完成了可燃極限，燃燒說唱袖手旁觀其特點(diǎn)為預(yù)混燃燒。與此同時(shí)，活塞仍然迅速壓縮氣體朝向上止

20、點(diǎn)。這些影響不僅會(huì)導(dǎo)致氣體湍流和燃燒速度的增加，同時(shí)也導(dǎo)致氣缸內(nèi)的氣體迅速上升的壓力。如該圖所示9。上止點(diǎn)前壓力上升的峰值大約為130巴/毫秒。 大部分燃料在液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的預(yù)混合階段，產(chǎn)生具有二至五倍的壓力梯度非常高的熱釋放速率比可比的常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)。有人指出，貿(mào)發(fā)局圍繞高活塞速度，增加氣缸內(nèi)的氣體運(yùn)動(dòng)和湍流水平占預(yù)混的燃燒的較高部分相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)活塞速度在上止點(diǎn)后反轉(zhuǎn)，高活塞veloc性導(dǎo)致大體積變化率燃燒親塞斯期間。由于各地貿(mào)發(fā)局的加劇體積膨脹的結(jié)果，氣缸內(nèi)氣體的壓力和溫度急劇下降。這使得該燃燒環(huán)境比較差，并導(dǎo)致燃燒過程的早期結(jié)束。這個(gè)功能也可以從壓力上升速率曲線檢測為示于圖9

21、 。最小壓力上升速率是EXPAN - 錫永行程中約-70酒吧/毫秒。在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，活塞運(yùn)動(dòng)曲線由曲軸確定。飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量高，使活塞運(yùn)動(dòng)為正弦曲線。相對(duì)緩慢的活塞速度提供了足夠的時(shí)間用于燃燒過程。持續(xù)時(shí)間從c到d點(diǎn)的放熱曲線稱為慢燃燒階段。有時(shí)熱釋放速率可在此階段達(dá)到第二峰值。液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，如何以往任何時(shí)候都緩慢燃燒階段很短的特點(diǎn)是貿(mào)發(fā)局后，高活塞向下的速度。它從圖8 中可以看出，由于短期緩慢的燃燒過程導(dǎo)致氣缸內(nèi)氣體溫度低。總之，液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程有兩個(gè)顯著特征。首先，大多數(shù)的燃料燃燒中的快速燃燒相位緩慢燃燒階段很短。這兩個(gè)功能可能會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)排放一定的影響。的HC和CO排放量

22、可能會(huì)增加，由于低溫和短氧化時(shí)間的緩慢燃燒相位。在更短的時(shí)間在該循環(huán)的高溫部分使用了會(huì)降低循環(huán)效率，導(dǎo)致汽缸傳熱損失的減少。 Mikalsen和Roshkilly表明，由于在氣缸內(nèi)傳熱的熱損失降低約7和NO的形成是在較低的自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)通過仿真。圖10示出了氣缸內(nèi)的氣體壓力為音量的功能。根據(jù)液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程的前面的分析，大部分燃料燃燒發(fā)生在快速燃燒相位接近TDC ，導(dǎo)致了幾乎不變的體積燃燒過程中，如圖10所示，根據(jù)P-V圖中，指示熱效率和平均指示有效壓力（ IMEP）可以計(jì)算得到。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的指示熱效率是41 時(shí)， IMEP是5.2巴。這些數(shù)據(jù)

23、表明，由于在自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)具有等容燃燒過程，因此高er效率可以預(yù)期在高IMEP條件的低IMEP條件良好的效率。圖8 測樣機(jī)的燃燒過程數(shù)據(jù) 圖9壓力升高率 圖10測得的壓力- 容積圖。 圖11測量泵腔壓力和活塞位置。 圖12泵輸出的壓力測量位置曲線4.4.水力特性根據(jù)液壓自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞組件轉(zhuǎn)換燃料能量轉(zhuǎn)換成液壓能。圖11示出了泵室的測得的壓力，并且活塞的位置，這清楚地表明，泵的壓力和活塞位置之間的關(guān)系。在壓縮沖程（CS）中的低壓油被吸入到泵室中，并在膨脹沖程（ES）中的高壓油被輸出。在膨脹沖程開始時(shí)，隨著活塞的速度在上止點(diǎn)反轉(zhuǎn)和活塞行進(jìn)朝向BDC時(shí)，吸入閥應(yīng)該被立即

24、關(guān)閉。但是，因?yàn)殚_口元件的動(dòng)力學(xué)的一個(gè)延遲閥門關(guān)閉，從而導(dǎo)致壓力遞增ment在泵室中的延遲。在泵室中的壓力不能立即增加，當(dāng)活塞逆轉(zhuǎn)在TDC ，直到吸入閥關(guān)閉。同樣的情況發(fā)生在膨脹沖程結(jié)束時(shí)，當(dāng)活塞反彈到TDC從BDC ，在所述泵腔中的壓力將減小由于油體積增量。因?yàn)檩敵鲋够亻y的延遲但是，在該泵室中的壓力提供了一個(gè)延遲，如圖11所示，在泵操作的分析變得容易，當(dāng)泵室壓力被繪制為圖12所示的活塞位置的函數(shù)。曲線的方向?yàn)轫槙r(shí)針方向和進(jìn)氣行程開始位置是在BDC ?？梢园l(fā)現(xiàn)，在TDC期間泵室壓力曲線是REL- atively低，這是壓縮的，只有當(dāng)吸入閥關(guān)閉。壓力峰值是顯著高于負(fù)載壓力（ 150巴） ，是由活

25、塞加速引起的。壓力振蕩，該計(jì)算過程的輸送沖程中也觀察到。因?yàn)樵诒檬抑械膲毫Σ荒躎DC之后迅速增加時(shí)，液壓油的負(fù)載不能作用于所述活塞組件緊接TDC之后，而這可能會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程。從圖11和12 ，可以看出，該液壓負(fù)載作用在活塞時(shí)活塞的位置是大約20mm TDC之后。因此，止回閥響應(yīng)的改進(jìn)是必要的液壓自由活塞噸的發(fā)動(dòng)機(jī)，然而，需要以進(jìn)一步驗(yàn)證單向閥的響應(yīng)時(shí)間對(duì)燃燒過程的影響。5.結(jié)論液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)已經(jīng)開發(fā)并實(shí)驗(yàn)研究，已經(jīng)呈現(xiàn)穩(wěn)定oper-振動(dòng)原型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，活塞動(dòng)力是不對(duì)稱的，它消耗多一點(diǎn)的時(shí)間，而在壓縮沖程的活塞峰值速度約為10米/秒和14米/秒的膨脹沖程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，約70的燃

26、料被燒毀在快速燃燒階段。在實(shí)驗(yàn)的情況下，原型的指示熱效率可達(dá)到41和平均指示有效壓力為5.2巴。進(jìn)一步的工作將集中在的COM-最優(yōu)控制燃燒過程和排放測量。液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的總效率將通過測試的液壓輸出功率進(jìn)行評(píng)估。此外，均勻的效果帶電壓燃（ HCCI）的操作，以及這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的MUL- TI燃料適應(yīng)性要進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)查。References1 Mikalsen R, Jones E, Roskilly AP. Predictive piston motion control in a free- piston internal combustion engine. Appl Energy 2010

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