自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高、燃料適應(yīng)性強(qiáng)、能量利用率高等優(yōu)點(diǎn),是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者重點(diǎn)研究的一種新型車(chē)輛動(dòng)力裝置。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠在不同工作狀態(tài)下達(dá)到所需的性能,基于自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)較大的設(shè)計(jì)和控制自由度,本文提出了一種可變沖程的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng),并在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了理論研究和樣機(jī)試驗(yàn)工作:(1)對(duì)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析并提出了系統(tǒng)總體方案;基于電磁驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了能夠滿足系統(tǒng)在四沖程和二沖程兩種模式下運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)沖程切換的換氣策略。(2)對(duì)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的控制器進(jìn)行需求分析并提出了點(diǎn)火系統(tǒng)、噴油系統(tǒng)、直線電機(jī)和配氣機(jī)構(gòu)的整體控制方案。完成了電子控制器的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件開(kāi)發(fā)以及控制器的試制。(3)完成了原型機(jī)各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并搭建了自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)在四沖程運(yùn)行模式下進(jìn)行了運(yùn)行試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)四沖程連續(xù)穩(wěn)定工作并取得了良好的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。(4)建立了自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)AVL Boost的熱力學(xué)仿真模型,并將模型的仿真結(jié)果與原型機(jī)的試驗(yàn)曲線進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性。(5)對(duì)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了二沖程運(yùn)行模式下的仿真研究,并分析了在不同噴油參數(shù)、點(diǎn)火參數(shù)和配氣參數(shù)的影響下發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的性能變化規(guī)律。搭建了基于AVL Boost和Matlab/Simulink軟件的聯(lián)合仿真平臺(tái),以發(fā)動(dòng)機(jī)殘余廢氣系數(shù)為優(yōu)化目標(biāo),利用粒子群算法對(duì)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在二沖程模式下的配氣方案進(jìn)行智能尋優(yōu),提出了系統(tǒng)的最佳配氣方案。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：U464
【部分圖文】：

動(dòng)切割磁場(chǎng)產(chǎn)生對(duì)外輸出的電流，即將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后轉(zhuǎn)對(duì)于自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，一般有單缸和雙缸兩種類(lèi)型，一般在單缸發(fā)回復(fù)彈簧來(lái)推動(dòng)活塞并使裝置連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，而雙缸式自由活塞發(fā)電機(jī)利用兩個(gè)功的相位差實(shí)現(xiàn)活塞組的持續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。自由活塞式發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)工作模二沖程，這種工作模式特別適用于雙缸形式的發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)槎䴖_程運(yùn)行模式行一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)就需要有一次膨脹做功，利用二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)這樣的特性即使簧結(jié)構(gòu)的自由活塞雙缸發(fā)電機(jī)也能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的持續(xù)工作。??國(guó)外研宄中，美國(guó)西弗吉尼大學(xué)的Ｃｌａｒｋ等［２７３學(xué)者對(duì)自由活塞發(fā)電機(jī)研宄將自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞往復(fù)位移直接利用起來(lái)進(jìn)行發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，減少了轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再對(duì)外輸出的能量損耗，并基于此原理成功試制出了第一代驗(yàn)證，其原理圖如１．２所示。Ｈｏｕｄｙｓｃｈｅｌｌｔ２８，２％對(duì)第一代原型機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)并二代二沖程壓燃式自由活塞直線發(fā)電機(jī)，第二代原型機(jī)工作頻率為２３．１Ｈｚ，電功率為３１６Ｗ。來(lái)自英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的Ｍｉｋａｌｓｅｎ等人將廢氣渦輪增沖程直流掃氣技術(shù)運(yùn)用到自由活塞發(fā)電機(jī)當(dāng)中，通過(guò)樣機(jī)的搭建和試驗(yàn)的除燒效果。??一ｅｔｈ

都有所提升，ｌ〇ｋｗ下的柴油機(jī)熱效率達(dá)到了?４２％［３２］。??噴油嘴??圖１．３豐田自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)線性發(fā)電機(jī)示意圖??美國(guó)ＳａｎｄｉａＮａｔｉｏｎａｌ?Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ?（ＳＮＬ）?［３３］對(duì)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)也有一定的研究，樣機(jī)??采用了二沖程雙活塞對(duì)置的布置方式，能夠保證大功率的輸出。對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了不同溫度??的稀薄燃料下進(jìn)行快速壓縮點(diǎn)火、燃燒排放性能測(cè)試，樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果燃燒規(guī)律接近于理??想Ｏｔｔｏ循環(huán)，且排放滿足預(yù)期。??冷卻葉片??＇進(jìn)氣道??圖１．４美國(guó)ＳＮＬ自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)??國(guó)內(nèi)對(duì)自由活塞發(fā)電機(jī)的研究起步相對(duì)較晚，北京理工大學(xué)［３４］對(duì)提出了一款自由活??塞發(fā)電機(jī)，并根據(jù)動(dòng)力和負(fù)載特性建立了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的非線性模型，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)??行的頻率進(jìn)行了研究，并進(jìn)一步分析了質(zhì)量、輸入能量、點(diǎn)火位置、負(fù)載等對(duì)系統(tǒng)性能??的影響

冷卻葉片??＇進(jìn)氣道??圖１．４美國(guó)ＳＮＬ自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)??國(guó)內(nèi)對(duì)自由活塞發(fā)電機(jī)的研究起步相對(duì)較晚，北京理工大學(xué)［３４］對(duì)提出了一款自由活??塞發(fā)電機(jī)，并根據(jù)動(dòng)力和負(fù)載特性建立了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的非線性模型，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)??行的頻率進(jìn)行了研究，并進(jìn)一步分析了質(zhì)量、輸入能量、點(diǎn)火位置、負(fù)載等對(duì)系統(tǒng)性能??的影響，該系統(tǒng)的工作頻率為３５Ｈｚ。??４??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2877518