四沖程單活塞式液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)理與特性研究.pdf

1、液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)是一種新興的動(dòng)力裝置，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵結(jié)構(gòu)相比，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)目少，具有較大的功率/重量比;活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)側(cè)向力，減小了活塞的磨損，降低了維修成本，延長(zhǎng)了活塞使用壽命;沒(méi)有外部機(jī)構(gòu)限制活塞的直線運(yùn)動(dòng)，活塞的止點(diǎn)位置是“自由”的，具有可變的壓縮比，能夠適應(yīng)為緩解能源緊張而研制的多種替代燃料，燃料的適應(yīng)范圍廣;且液壓系統(tǒng)具有很好的能量回收功能，因此液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)尤其適應(yīng)于需要頻繁起動(dòng)的城市公交系統(tǒng)以及進(jìn)行抓

2、舉的起重機(jī)等工程機(jī)械。液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)涉及到內(nèi)燃機(jī)技術(shù)、液壓技術(shù)、傳感與檢測(cè)技術(shù)、控制技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域，對(duì)其展開(kāi)研究可以拓展新技術(shù)，推動(dòng)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，具有廣泛的工程應(yīng)用前景和重要的學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值。
　　本學(xué)位論文提出一種兩缸四沖程單活塞式液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)新結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的排氣、吸氣沖程，使發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程更加充分，改善了自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能，仿真結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)的換氣效率比二沖程自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣率提高

3、了15％。自由活塞組件是兩缸四沖程液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的唯一運(yùn)動(dòng)部件，建立了其在燃燒腔高溫氣體、液壓腔液壓力、摩擦力等作用下的非線性振動(dòng)方程，分析了活塞振動(dòng)過(guò)程中，燃料燃燒釋放能量與液壓能之間的能量轉(zhuǎn)化，揭示了活塞組件在壓縮和膨脹沖程中振動(dòng)存在差異性的根本原因是所受作用力不同。由于活塞組件在兩個(gè)沖程中的振動(dòng)特性存在差異，兩個(gè)沖程的振動(dòng)時(shí)間也不同。調(diào)節(jié)各工作參數(shù)保證發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹與壓縮時(shí)間之比約為0.65。為保證兩個(gè)沖程中的平均輸出流量相等以

4、降低發(fā)動(dòng)機(jī)的流量脈動(dòng)率，設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)在膨脹與壓縮沖程中泵腔的容積變化之比為0.65。仿真結(jié)果表明四沖程液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在兩個(gè)沖程中輸出的平均流量基本相等，一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的流量脈動(dòng)率約為1.7;對(duì)應(yīng)于沒(méi)有液壓泵輸出流量脈動(dòng)控制的液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其輸出流量脈動(dòng)率約為2.1。本文的研究結(jié)果對(duì)深入研究液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)提供了理論分析和設(shè)計(jì)參考。
　　本學(xué)位論文的基本結(jié)構(gòu)如下:
　　第一章，介紹了自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

5、和發(fā)展歷程，重點(diǎn)介紹了單活塞式液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究現(xiàn)狀，論述了本學(xué)位論文的研究目的和意義，確定了本學(xué)位論文研究的主要內(nèi)容。
　　第二章，介紹了單活塞式液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的三種基本結(jié)構(gòu)，綜合比較了三種結(jié)構(gòu)下系統(tǒng)所需要的壓縮能、輸出液壓力的脈動(dòng)、燃油消耗量、機(jī)體振動(dòng)和效率等，確立本學(xué)位論文研究的主要對(duì)象。
　　第三章，介紹了兩缸四沖程單活塞式液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，建立活塞組件的振動(dòng)非線性方程，討論活塞組件在

6、不同條件下的振動(dòng)特性，研究了兩個(gè)沖程中活塞振動(dòng)特性存在差異的本質(zhì)及影響因素;討論了活塞組件振動(dòng)特性差異性對(duì)單活塞式液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。
　　第四章，利用伺服電機(jī)代替曲軸機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)和噴油系統(tǒng)，并重新設(shè)計(jì)了凸輪軸;對(duì)液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮腔的緩沖特性和壓縮特性進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算;并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)以期最大限度地減小一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的流量脈動(dòng)、增加發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性。
　　第五章，基于理論和設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)

7、發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能進(jìn)行仿真，分析了活塞組件的運(yùn)動(dòng)特性、各液壓腔和燃燒腔的壓力特性、內(nèi)燃機(jī)的溫度特性、燃油噴射和放熱特性、進(jìn)氣和排氣特性等;分析了發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的能量分配情況，為更好地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　第六章，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮、泵油、“缺火”復(fù)位、緩沖及伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的配氣和噴油等子系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證各子系統(tǒng)的預(yù)定功能;研究壓縮腔的建壓時(shí)間即活塞啟動(dòng)延遲時(shí)間對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行頻率和輸出功率的影響，分析影響建壓時(shí)間