四沖程單活塞式液壓自由活塞發(fā)動機運動機理與特性研究.pdf

1、液壓自由活塞發(fā)動機是一種新興的動力裝置，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機驅(qū)動液壓泵結(jié)構(gòu)相比，它的結(jié)構(gòu)簡單，零件數(shù)目少，具有較大的功率/重量比;活塞運動時無側(cè)向力，減小了活塞的磨損，降低了維修成本，延長了活塞使用壽命;沒有外部機構(gòu)限制活塞的直線運動，活塞的止點位置是“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)動機尤其適應(yīng)于需要頻繁起動的城市公交系統(tǒng)以及進行抓

2、舉的起重機等工程機械。液壓自由活塞發(fā)動機涉及到內(nèi)燃機技術(shù)、液壓技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、控制技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域，對其展開研究可以拓展新技術(shù)，推動相關(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)研究價值。
　　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)動機新結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有獨立的排氣、吸氣沖程，使發(fā)動機的換氣過程更加充分，改善了自由活塞發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性和排放性能，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)動機的換氣率提高

3、了15％。自由活塞組件是兩缸四沖程液壓自由活塞發(fā)動機的唯一運動部件，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方程，分析了活塞振動過程中，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沖程中的振動特性存在差異，兩個沖程的振動時間也不同。調(diào)節(jié)各工作參數(shù)保證發(fā)動機的膨脹與壓縮時間之比約為0.65。為保證兩個沖程中的平均輸出流量相等以

4、降低發(fā)動機的流量脈動率，設(shè)計發(fā)動機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)動機在兩個沖程中輸出的平均流量基本相等，一個工作循環(huán)內(nèi)的流量脈動率約為1.7;對應(yīng)于沒有液壓泵輸出流量脈動控制的液壓自由活塞發(fā)動機，其輸出流量脈動率約為2.1。本文的研究結(jié)果對深入研究液壓自由活塞發(fā)動機提供了理論分析和設(shè)計參考。
　　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)動機的特點、關(guān)鍵技術(shù)問題

5、和發(fā)展歷程，重點介紹了單活塞式液壓自由活塞發(fā)動機的研究現(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)動機的三種基本結(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、燃油消耗量、機體振動和效率等，確立本學(xué)位論文研究的主要對象。
　　第三章，介紹了兩缸四沖程單活塞式液壓自由活塞發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，建立活塞組件的振動非線性方程，討論活塞組件在

6、不同條件下的振動特性，研究了兩個沖程中活塞振動特性存在差異的本質(zhì)及影響因素;討論了活塞組件振動特性差異性對單活塞式液壓自由活塞發(fā)動機性能的影響。
　　第四章，利用伺服電機代替曲軸機構(gòu)來驅(qū)動內(nèi)燃機的配氣機構(gòu)和噴油系統(tǒng)，并重新設(shè)計了凸輪軸;對液壓自由活塞發(fā)動機壓縮腔的緩沖特性和壓縮特性進行了設(shè)計和計算;并對發(fā)動機的整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計以期最大限度地減小一個工作循環(huán)內(nèi)的流量脈動、增加發(fā)動機的穩(wěn)定性。
　　第五章，基于理論和設(shè)計計算，對

7、發(fā)動機整體性能進行仿真，分析了活塞組件的運動特性、各液壓腔和燃燒腔的壓力特性、內(nèi)燃機的溫度特性、燃油噴射和放熱特性、進氣和排氣特性等;分析了發(fā)動機一個工作循環(huán)內(nèi)的能量分配情況，為更好地提高發(fā)動機的效率，優(yōu)化發(fā)動機設(shè)計提供依據(jù)。
　　第六章，對發(fā)動機的壓縮、泵油、“缺火”復(fù)位、緩沖及伺服電機驅(qū)動的配氣和噴油等子系統(tǒng)進行測試，驗證各子系統(tǒng)的預(yù)定功能;研究壓縮腔的建壓時間即活塞啟動延遲時間對系統(tǒng)運行頻率和輸出功率的影響，分析影響建壓時間