【摘要】：液壓自由活塞內(nèi)燃機(jī)(Hydraulic Free Piston Engine,HFPE)集內(nèi)燃機(jī)、液壓泵于一體,摒棄傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)與液壓泵組合的柱塞驅(qū)動機(jī)構(gòu),通過連桿將內(nèi)燃機(jī)活塞與液壓泵的柱塞直接連接,燃料化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化輸出為液壓能,縮減了能量轉(zhuǎn)化步驟,減少了能量轉(zhuǎn)化損耗,有利于提高燃料熱效率,簡化發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊化設(shè)計和功率柔性化輸出,便于在工程機(jī)械和軍用車輛上靈活布置動力系統(tǒng)。HFPE作為一種跨內(nèi)燃機(jī)、液壓、微電子、控制等多學(xué)科領(lǐng)域的新型特種內(nèi)燃動力裝置,其工程應(yīng)用前景的廣泛性與學(xué)術(shù)研究價值的重要性不言而喻,已經(jīng)引起了國際科技界的高度重視,并取得了快速的技術(shù)進(jìn)步,將會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。HFPE按照活塞布置結(jié)構(gòu)分為單活塞式、雙活塞式和對置活塞式三種類型。本文主要研究對象為單活塞式HFPE的最基本構(gòu)型:單缸單活塞式HFPE(Single-cylinder single-piston HFPE,SHFPE)。SHFPE具有體積小、重量輕、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、零部件少、適應(yīng)燃料廣泛、功率輸出靈活和易于實(shí)現(xiàn)PPM方式控制等諸多優(yōu)點(diǎn),且與對置活塞式HFPE有很大的關(guān)聯(lián)性,并且SHFPE的研制經(jīng)驗(yàn)可以為對置活塞式HFPE提供一定的借鑒。然而SHFPE的活塞“自由”特性所引起的作用力變化容易影響其運(yùn)動規(guī)律及位移,其換氣和燃燒過程的不穩(wěn)定致使“自由活塞”上所受合力發(fā)生變化并觸及活塞運(yùn)動,以致于SHFPE的工作穩(wěn)定性受到較大的影響,甚至導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)異常。要使SHFPE能夠高效、低排穩(wěn)定運(yùn)行,就必須對發(fā)動機(jī)壓縮比、換氣、噴油、燃燒進(jìn)行精確控制。因此,非常必要深入研究SHFPE的換氣和燃燒過程,努力探究SHFPE能夠穩(wěn)定工作的切實(shí)可行的換氣和燃燒方式,分析其相關(guān)影響因素。本文以單缸單活塞式液壓自由活塞柴油機(jī)為研究對象,主要研究內(nèi)容包括三個方面:一是研制了一臺SHFPE樣機(jī);二是SHFPE系統(tǒng)特征研究;三是SHFPE換氣與燃燒過程研究。研究過程中配合理論研究、模擬計算和測試試驗(yàn)等諸多研究方法并應(yīng)用了從系統(tǒng)整體特征至局部特征之研究策略,期望在SHFPE系統(tǒng)方案設(shè)計、SHFPE系統(tǒng)性能預(yù)測、SHFPE換氣結(jié)構(gòu)優(yōu)化、SHFPE燃燒過程分析上得到一些有益的成果,為指導(dǎo)SHFPE的研究開發(fā)工作奠定一定的基礎(chǔ)。簡要介紹了自由活塞內(nèi)燃機(jī)基本概念、類型和車輛應(yīng)用現(xiàn)狀,系統(tǒng)概述了自由活塞發(fā)動機(jī)的發(fā)展歷程,全面分析、歸納和總結(jié)了HFPE的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及需要探究的關(guān)鍵技術(shù)問題,扼要說明了本論文的研究方法、策略和主要研究內(nèi)容。采用對比的方法,具體分析了具有不同主體結(jié)構(gòu)、動力模塊結(jié)構(gòu)和液壓模塊結(jié)構(gòu)HFPE的優(yōu)勢與不足,確定了系統(tǒng)總體技術(shù)方案。闡述了該發(fā)動機(jī)的基本工作原理,利用AMEsim建立了系統(tǒng)的動力學(xué)仿真模型,對系統(tǒng)動態(tài)特性進(jìn)行仿真研究。對SHFPE的工作性能隨主要參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。相關(guān)仿真數(shù)據(jù)為換氣和燃燒系統(tǒng)設(shè)計與仿真提供依據(jù)。分析SHFPE活塞運(yùn)動規(guī)律對氣口比時面值的影響,運(yùn)用換氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則和方法,研究合理確定回流掃氣的氣口結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法,在此基礎(chǔ)上分析掃、排氣口高度和掃氣室容積對回流掃氣效果的影響,對排氣動力效應(yīng)進(jìn)行了理論分析和數(shù)值模擬,提出了Kadenacy效應(yīng)綜合利用的方法。為研究SHFPE換氣結(jié)構(gòu)的宏觀掃氣效果和微觀流場參數(shù)奠定基礎(chǔ)。以課題組實(shí)際設(shè)計的SHFPE樣機(jī)為研究對象,基于SHFPE的特殊運(yùn)動規(guī)律,運(yùn)用計算流體力學(xué)軟件AVL FIRE對進(jìn)掃排氣道-掃氣室-燃燒室系統(tǒng)進(jìn)行建模和數(shù)值計算,詳細(xì)探討了液壓自由活塞發(fā)動機(jī)與傳統(tǒng)曲軸式發(fā)動機(jī)在換氣方面的差異與聯(lián)系,對自由活塞發(fā)動機(jī)回流掃氣過程的特點(diǎn)規(guī)律進(jìn)行細(xì)致的分析,并深入研究了氣口結(jié)構(gòu)參數(shù)對換氣過程及換氣品質(zhì)的影響規(guī)律。詳細(xì)介紹了AMEsim和FIRE中使用的點(diǎn)火延遲及燃燒放熱模型,然后運(yùn)用AVL FIRE軟件對不同結(jié)構(gòu)燃燒室的SHFPE壓縮和燃燒過程的速度場、濃度場和溫度場等進(jìn)行數(shù)值模擬研究,探究了燃燒室結(jié)構(gòu)對燃燒過程影響的作用機(jī)理,深入分析其燃燒過程的微觀特性及宏觀表現(xiàn),為燃燒室結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和優(yōu)化提供一定的理論基礎(chǔ)。梳理了論文研究設(shè)計的液壓自由活塞柴油發(fā)動機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)部分以及發(fā)動機(jī)試驗(yàn)調(diào)試過程的工作�？偨Y(jié)了本文的研究內(nèi)容、主要結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn),分析和展望下一步需深入研究的相關(guān)工作。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK421.2

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊華勇,歐陽小平,徐兵;液壓變壓器的發(fā)展現(xiàn)狀[J];機(jī)械工程學(xué)報;2003年05期

2 ;液壓基本知識講座[J];機(jī)械工人熱加工技術(shù)資料;1977年09期

3 許耀銘;;新的技術(shù)革命與液壓工業(yè)的發(fā)展趨向[J];液壓工業(yè);1984年03期

4 八(山島)清;張或定;;液壓特性與氣壓特性的比較[J];機(jī)床與液壓;1985年06期

5 高金華;液壓測切器的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J];山東內(nèi)燃機(jī);2000年01期

6 ;2004年度液壓、液力、氣動、密封優(yōu)秀新產(chǎn)品[J];液壓氣動與密封;2004年04期

7 石全;液壓新技術(shù) 新產(chǎn)品[J];現(xiàn)代零部件;2004年Z1期

8 尚雅層;來躍深;;液壓脈沖設(shè)備動態(tài)性能分析與仿真[J];機(jī)床與液壓;2006年09期

9 杜玖玉;苑士華;魏超;郭占正;;車輛液壓混合動力傳動技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用前景[J];機(jī)床與液壓;2009年02期

10 楊華勇;丁斐;歐陽小平;陸清;;大型客機(jī)液壓能源系統(tǒng)[J];中國機(jī)械工程;2009年18期

相關(guān)會議論文 前10條

1 ;2003年度液壓、液力、氣動、密封新產(chǎn)品介紹[A];液壓氣動密封行業(yè)信息�？瘏R編第二卷[C];2003年

2 劉衛(wèi)國;宋受俊;駱光照;王康;王錚;;液壓能源集成技術(shù)研究概況及發(fā)展趨勢[A];第十一屆全國永磁電機(jī)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2011年

3 劉衛(wèi)國;宋受俊;駱光照;王康;王錚;;液壓能源集成技術(shù)研究概況及發(fā)展趨勢[A];2011中國電工技術(shù)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

4 譚建宇;梁艷;彭德軍;閆勝學(xué);魏哲明;鄧超;達(dá)文弟;;中包車液壓電氣系統(tǒng)的設(shè)計[A];2012年河北省軋鋼技術(shù)暨學(xué)術(shù)年會論文集（下）[C];2012年

5 段錦良;馬俊功;;PLC在液壓能源系統(tǒng)中的應(yīng)用[A];中國儀器儀表學(xué)會第六屆青年學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

6 王崢嶸;冀宏;胡啟輝;王建森;;液壓電機(jī)葉片泵樣機(jī)的噪聲測量及分析[A];中國機(jī)械工程學(xué)會流體傳動與控制分會第六屆全國流體傳動與控制學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

7 潘玉維;孫海軍;潘玉發(fā);姬玲玲;;液壓系統(tǒng)常見故障分析及處理[A];2008年河北省軋鋼技術(shù)與學(xué)術(shù)年會論文集（下）[C];2008年

8 姜繼海;;二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)[A];中國機(jī)械工程學(xué)會流體傳動與控制分會——第三屆全國流體傳動及控制學(xué)術(shù)會議大會交流論文集[C];2004年

9 姜繼海;;二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)[A];第三屆全國流體傳動及控制學(xué)術(shù)會議大會交流論文集[C];2004年

10 陳炯;;液壓吊車起吊機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計[A];2007年中國機(jī)械工程學(xué)會年會論文集[C];2007年

相關(guān)重要報紙文章 前4條

1 宋濤;新型節(jié)能環(huán)保公交車在上海研制成功[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2006年

2 劉軍;邊走邊儲存動能,節(jié)能公交車亮相上海[N];新華每日電訊;2006年

3 柳絮恒 傅秋瑛;傾情航空科研升華人生境界[N];科技日報;2005年

4 劉軍;新型節(jié)能環(huán)保公交車研制成功[N];科技日報;2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 滿在朋;超高壓液壓脈沖波形的產(chǎn)生與應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2015年

2 于瑩瀟;單缸液壓自由活塞柴油機(jī)換氣和燃燒過程研究[D];吉林大學(xué);2017年

3 盧紅影;電控斜軸柱塞式液壓變壓器的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

4 劉曉紅;液壓泵閥空蝕特性的研究[D];西南交通大學(xué);2008年

5 劉成強(qiáng);電液伺服斜盤柱塞式液壓變壓器的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

6 王峰;基于海水壓力的水下液壓系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2009年

7 姚永明;基于液壓變壓器的裝載機(jī)節(jié)能研究[D];吉林大學(xué);2011年

8 石榮玲;裝載機(jī)并聯(lián)液壓混合動力系統(tǒng)設(shè)計與控制策略研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 胡展博;大功率液壓撞擊系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];河南科技大學(xué);2015年

2 方明;液壓混合動力系統(tǒng)能量回收效率研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2014年

3 牛利田;某收割機(jī)液壓行走驅(qū)動系統(tǒng)匹配與性能仿真[D];青島理工大學(xué);2015年

4 宮玉潔;基于LabVIEW的汽車?yán)淠鞯仍嚰乃欧䦃毫γ}沖檢測系統(tǒng)研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2015年

5 翁晶;船舶液壓推進(jìn)系統(tǒng)功率匹配策略仿真研究[D];大連海事大學(xué);2016年

6 孫通;基于燃?xì)狻簤夯旌向?qū)動的瞬時爆發(fā)型起豎系統(tǒng)研究[D];浙江大學(xué);2016年

7 張春燕;船舶靠泊液壓防撞系統(tǒng)研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2014年

8 宋淑貞;車用汽油機(jī)全可變液壓氣門系統(tǒng)的設(shè)計研究[D];山東大學(xué);2014年

9 陳扣弟;基于液壓變壓器的叉車節(jié)能技術(shù)研究[D];太原科技大學(xué);2015年

10 周洋;液壓驅(qū)動式工程車輛的動力匹配與CAD設(shè)計[D];太原科技大學(xué);2015年

，

本文編號：2473270