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Asymmetric vibration characteristics of two-cylinder four-stroke single-piston hydraulic free piston engine 被引量:5
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作者 任好玲 谢海波 +1 位作者 杨华勇 郭剑飞 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第10期3762-3768,共7页
The structure and working principle of a two-cylinder four-stroke single-piston hydraulic free piston engine(HFPE) were introduced. The basic vibration equation of free piston assembly(FPA) was established based upon ... The structure and working principle of a two-cylinder four-stroke single-piston hydraulic free piston engine(HFPE) were introduced. The basic vibration equation of free piston assembly(FPA) was established based upon the energy conversion between the injected fuel and the friction together with the load. Both the theoretical and numerical results show that the vibration system of FPA is a nonlinear conservative autonomous system in one cycle. The FPA vibration is symmetric with constant amplitude when FPA is only driven by the compression pressure in the compression accumulator and that in the combustion chamber. When considering the friction and load, FPA could still achieve a stable vibration after a few cycles' adjustment whether the input energy is equal to the consumed energy or not. The vibration characteristics are different when FPA vibrates in the compression stroke and the expansion stroke, which is the unique feature of the single-piston HFPE. 展开更多
关键词 hydraulic free piston engine free piston assembly vibration system nonlinear conservative autonomous system asymmetry
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Numerical Simulation of a Spark Ignited Two-Stroke Free-Piston Engine Generator 被引量:13
2
作者 毛金龙 左正兴 刘栋 《Journal of Beijing Institute of Technology》 EI CAS 2009年第3期283-287,共5页
A numerical program is built to simulate the performance of a spark ignited two-stroke free-piston engine coupled with a linear generator. The computational model combines a series of dynamic and thermodynamic equatio... A numerical program is built to simulate the performance of a spark ignited two-stroke free-piston engine coupled with a linear generator. The computational model combines a series of dynamic and thermodynamic equations that are solved simultaneously to predict the performances of the engines. The dynamic analysis performed consists of an evaluation of the frictional force and load force introduced by the generator. The thermodynamic analysis used a single zone model to describe the engine' s working cycle which includes intake, scavenging, compression, combustion and expansion, and to evaluate the effect of heat transfer based on the first law of thermodynamics and the ideal gas state equation. Because there is no crankshaft, a time based Wiebe equation was used to express the fraction of fuel burned in the combustion. The calculated results were validated by using the experimental data from another research group. The results indicate that the free-piston generator has some advantages over conventional engines. 展开更多
关键词 free-piston engine linear generator numerical simulation TWO-STROKE spark ignited dynamic analysis thermodynamic analysis
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Sensitivity and effect of key operational parameters on performance of a dual-cylinder free-piston engine generator 被引量:1
3
作者 ZHANG Zhi-yuan FENG Hui-hua +1 位作者 JIA Bo-ru ZUO Zheng-xing 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第7期2101-2111,共11页
The free-piston engine generator(FPEG)is regarded as the next generation of energy conversion system which may replace traditional engines in the future.The effect of key operational parameters like excess air ratio o... The free-piston engine generator(FPEG)is regarded as the next generation of energy conversion system which may replace traditional engines in the future.The effect of key operational parameters like excess air ratio of input mixture and ignition position on the engine performance of a dual-cylinder FPEG was investigated,and their sensitivity was analyzed in this paper.The operating compression ratio of the system is susceptible to changes in excess air ratio and ignition position.At the same time,it decreases from 15.8 to 6.6 when excess air ratio increases from 0.85 to 1.15,but it increases from 6.1 to 13.3 as ignition position increases from 15 mm to 20 mm.The operating frequency and indicated power are more sensitive to changes in excess air ratio than ignition position.But it is the opposite for the indicated thermal efficiency and friction loss.Excess air ratio and ignition position have a quite similar influence on heat transfer.Therefore,from the perspective of system operation and performance,it is preferable to keep excess air coefficient slightly below 1.0.In contrast,when selecting ignition position,it is of great importance to comprehensively consider the risk of structural damage caused by the increase in the compression ratio and in-cylinder gas pressure. 展开更多
关键词 free piston engine generator excess air ratio ignition position operation characteristics sensitivity analysis thermal efficiency
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Performance analysis of a 2-stroke micro free-piston swing engine 被引量:2
4
作者 Zhang Shimin Guo Zhiping Wang Jinsong 《Petroleum Science》 SCIE CAS CSCD 2009年第3期313-318,共6页
The micro free-piston swing engine (MFPSE) is a new structure, free-piston internal combustion engine. The dynamic model integrated MFPSE with a power generator and thermodynamic models in compression, power and sca... The micro free-piston swing engine (MFPSE) is a new structure, free-piston internal combustion engine. The dynamic model integrated MFPSE with a power generator and thermodynamic models in compression, power and scavenge processes based on the open thermodynamic systems were presented. A simulation was executed at given geometric parameters and initial conditions. The results manifest that the working principle of MFPSE is feasible. 展开更多
关键词 Micro free-piston swing engine working principle performance simulation
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Experimental study on compression stroke characteristics of free- piston engine generator 被引量:1
5
作者 左正兴 许大涛 冯慧华 《Journal of Beijing Institute of Technology》 EI CAS 2015年第3期321-327,共7页
The compression stroke characteristics of free-piston engine generator were studied. The numerical model of the compression stroke was established based on thermodynamics and dynamics equation,and the leak loss,heat l... The compression stroke characteristics of free-piston engine generator were studied. The numerical model of the compression stroke was established based on thermodynamics and dynamics equation,and the leak loss,heat loss and friction loss were considered. Through solving numerical equations,the in-cylinder pressure of compression stroke under different compression ratios was calculated,energy transfer and conversion process was analyzed,and the calculated results were experimentally verified. The results showed that the actual effective output of electronic energy and the compression energy stored in the com-pressed gas accounted for about 70%. The compression energy gradually increased with the increasing com-pression ratio. When the compression ratio was more than 7. 5,the actual compression energy increased slowly and the energy error between simulation and test decreased. 展开更多
关键词 free-piston engine generator compression stroke experimental study energy conversion
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Fluid dynamic modeling of a free piston engine with labyrinth seals 被引量:4
6
作者 Jaakko Larjola Juha Honkatukia +1 位作者 Petri Sallinen Jari Backman 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第2期141-147,共7页
Preliminary design and simulation of a free piston engine suitable for small-scale energy production in distributed energy systems is presented in this paper.The properties,particularly the properties of gas seals of ... Preliminary design and simulation of a free piston engine suitable for small-scale energy production in distributed energy systems is presented in this paper.The properties,particularly the properties of gas seals of the engine are simulated using a simulation program developed for this case,and the results are utilized in preliminary main design parameter selection.The engine simulation program was developed by combining and modifying the source codes of the simulation and calculation programs obtained from Helsinki University of Technology,Tampere University of Technology,and Lappeenranta University of Technology.Because of the contact-free labyrinth seal used in the piston,the efficiency of the motor is lower than the efficiency of a conventional motor with oil lubricated piston rings.On the other hand,the lack of bearing losses,and the lack of losses associated with a crankshaft system and a gearbox,as well as the lack of lubrication oil expenses,compensates this effect.As a net result,this new motor would perform slightly better than the conventional one.Being completely oil-free,it is very environmentally friendly,and its exhaust gases are completely free of oil residuals which are causing problems in normal gas motors. 展开更多
关键词 free piston engine distributed energy systems SIMULATION labyrinth seal
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Novel Micro Free-Piston Swing Engine and Its Feasibility Validation 被引量:4
7
作者 张仕民 汪劲松 郭志平 《Tsinghua Science and Technology》 SCIE EI CAS 2005年第3期381-386,共6页
To develop high energy-density micro power generation systems, a novel two-stroke cycle micro free-piston swing engine (MFPSE), inspired by the concept of the micro internal combustion swing engine, is proposed to sup... To develop high energy-density micro power generation systems, a novel two-stroke cycle micro free-piston swing engine (MFPSE), inspired by the concept of the micro internal combustion swing engine, is proposed to supply mechanical power for a micro power generation system. The working principle, gas exchange and ignition timing control cycles, and structure and operation advantages of the MFPSE are dis- cussed in detail. A prototype where the timing control and geometric parameters are designed with refer- ence to a traditional two-stroke cycle internal combustion engine is fabricated. The successful ignition ex- periment shows that this new concept engine is feasible and is worthy of further study. 展开更多
关键词 two-stroke cycle free-piston engine swing output
原文传递
自由活塞发动机电动压气机优化及熵产分析 被引量:1
8
作者 陈雪康 施新 胡晨星 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期78-86,共9页
为了使设计工况下匹配的增压器性能更优从而提高系统能量利用率,针对自由活塞发动机匹配的电动压气机,采用遗传算法对原压气机进行了优化,研究了优化前、后压气机内部流场特性,以熵产分析的方法量化了3种不可逆因素导致的流动损失,并将... 为了使设计工况下匹配的增压器性能更优从而提高系统能量利用率,针对自由活塞发动机匹配的电动压气机,采用遗传算法对原压气机进行了优化,研究了优化前、后压气机内部流场特性,以熵产分析的方法量化了3种不可逆因素导致的流动损失,并将优化前、后压气机熵产和涡度分布对比分析,进一步明确了压气机的优化策略.结果表明:叶轮和扩压器中湍流耗散、传热耗散和黏性耗散的比例近乎为6∶3∶1.不可逆损失主要集中在叶顶间隙和叶片压力面,损失来源为间隙泄漏流与部分主流掺混形成的反向涡团.压壳中湍流耗散占比超过85%,具体表现为局部损失和沿程损失.优化后压气机等熵效率提高了6%,流道内涡团的范围、幅值大幅减小,不可逆流动损失降低.上述工作揭示了压气机流场中不同耗散机制的不可逆因素对能量损失的影响机理,为压气机气动优化设计提供指导. 展开更多
关键词 自由活塞发动机 电动压气机 不可逆流动损失 熵产 涡度
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水蒸气对微型氢气HCCI自由活塞发动机燃烧和NOx排放特性的研究
9
作者 马仪 黄学良 +2 位作者 伏军 袁文华 吴逸峰 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3998-4006,共9页
为了解决微型均质压燃自由活塞发动机燃烧温度和压力过高、尾气排放氮氧化物浓度高的问题,采用数值模拟的方法,建立微型均质压燃自由活塞发动机的数值模型,并通过与试验结果的对比验证模型的正确性。在此模型基础上,以水蒸气为稀释剂,... 为了解决微型均质压燃自由活塞发动机燃烧温度和压力过高、尾气排放氮氧化物浓度高的问题,采用数值模拟的方法,建立微型均质压燃自由活塞发动机的数值模型,并通过与试验结果的对比验证模型的正确性。在此模型基础上,以水蒸气为稀释剂,研究燃料稀释和进气稀释对微型氢气均质压燃自由活塞发动机燃烧和氮氧化物排放特性的影响。研究结果表明:水蒸气的存在会延迟着火时间;在燃料稀释方式下,当稀释率由0增加至0.1时,最高燃烧温度降低145 K,最高压力降低1 MPa,氮氧化物排放浓度降低69%,但同时平均有效指示压力下降了0.11 MPa;而在进气稀释方式下,最高燃烧温度和氮氧化物排放下降的幅度较小,且最高燃烧压力呈现先增加后减少的趋势。因此,在降低燃烧温度、压力和氮氧化物排放方面,燃料稀释的效果较好,但发动机的做功能力会随燃料稀释率的增大而降低。 展开更多
关键词 均质压燃 自由活塞发动机 氢气 水蒸气稀释
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点火定时对自由活塞内燃发电机运行特性的影响研究
10
作者 赵俊臣 林智伟 +1 位作者 杨太照 黄福军 《小型内燃机与车辆技术》 CAS 2024年第4期14-20,共7页
精准的点火控制是实现自由活塞内燃发电机(FPEG)稳定运行的关键。设计了一款应用于FPEG的非接触式光电控制点火系统,通过试验和数值仿真研究了点火定时对FPEG运行特性的影响。试验研究结果表明,采用该光电控制点火系统,实现了FPEG连续... 精准的点火控制是实现自由活塞内燃发电机(FPEG)稳定运行的关键。设计了一款应用于FPEG的非接触式光电控制点火系统,通过试验和数值仿真研究了点火定时对FPEG运行特性的影响。试验研究结果表明,采用该光电控制点火系统,实现了FPEG连续稳定运行。随着点火触发点逐渐远离气缸顶部,发动机运行频率、缸内平均压力和平均指示功率均呈现先增加后减小的趋势;发动机最佳点火位置距离气缸顶部9 mm处,该工况下发动机的运行稳定性最佳。数值仿真研究结果表明,发动机气缸内火焰呈球形传播,随着点火触发点与气缸顶部的距离增大,火焰传播速度逐渐降低,总的放热量则呈现先增加后减少的趋势。 展开更多
关键词 自由活塞内燃发电机 光电控制点火系统 点火触发点 运行稳定性
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二冲程自由活塞发动机扫气过程仿真分析
11
作者 马宗正 《河南工程学院学报(自然科学版)》 2024年第1期46-49,54,共5页
点燃式二冲程自由活塞发动机扫气过程直接影响发动机的工作性能,故在建立分析模型的基础上,采用数值计算的方法对影响扫气过程的相关因素进行了分析。结果表明:采用外部供气方式适当提高进气压力可以有效提高扫气效率,增加缸内气体质量... 点燃式二冲程自由活塞发动机扫气过程直接影响发动机的工作性能,故在建立分析模型的基础上,采用数值计算的方法对影响扫气过程的相关因素进行了分析。结果表明:采用外部供气方式适当提高进气压力可以有效提高扫气效率,增加缸内气体质量;当发动机转速存在波动时,较低转速有利于扫气过程的完成,但对缸内气体质量影响不大;当活塞行程小于设计值时,扫气效果变差,缸内气体质量明显下降。 展开更多
关键词 自由活塞发动机 二冲程发动机 扫气
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特种发动机技术特点研究及其在车用动力装置领域的应用前景分析
12
作者 伍赛特 《拖拉机与农用运输车》 2024年第2期16-22,共7页
以发动机的定义作为切入点,概要介绍了车用发动机的技术特点,并由现阶段在车辆上得以广泛应用的汽油机及柴油机等内燃机作为基础,对汪克尔发动机(又称“转子发动机”)、斯特林发动机、燃气轮机、自由活塞发动机及陶瓷发动机等几类特种... 以发动机的定义作为切入点,概要介绍了车用发动机的技术特点,并由现阶段在车辆上得以广泛应用的汽油机及柴油机等内燃机作为基础,对汪克尔发动机(又称“转子发动机”)、斯特林发动机、燃气轮机、自由活塞发动机及陶瓷发动机等几类特种发动机的技术特点进行了研究,并对上述几类发动机在车辆动力装置领域的应用前景进行了详尽分析,为行业的相关发展提供必要的理论依据。 展开更多
关键词 汪克尔发动机 斯特林发动机 燃气轮机 自由活塞发动机 陶瓷发动机 内燃机 柴油机 汽油机
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自由活塞发动机关键设计参数及其性能的仿真优化研究 被引量:21
13
作者 栾延龙 李理光 +3 位作者 王哲 邓俊 吴志军 吴旭陵 《内燃机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期15-21,26,共8页
针对拟开发设计的用于混合动力汽车的自由活塞发动机-发电机系统,对其自由活塞发动机的关键设计参数(活塞组件质量、压缩比、点火提前角及其经济性和动力输出特性),进行了仿真优化研究。研究结果表明:经参数优化后的自由活塞发动机标定... 针对拟开发设计的用于混合动力汽车的自由活塞发动机-发电机系统,对其自由活塞发动机的关键设计参数(活塞组件质量、压缩比、点火提前角及其经济性和动力输出特性),进行了仿真优化研究。研究结果表明:经参数优化后的自由活塞发动机标定功率为7.42 kW,相比原机的标定功率提高了1.17 kW;最低燃油消耗率为313.4 g/(kW·h),相比原机节省燃油34%。 展开更多
关键词 内燃机 自由活塞发动机 设计参数 性能 模拟优化
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单活塞式液压自由活塞发动机运动特性研究 被引量:14
14
作者 苑士华 吴维 +1 位作者 胡纪滨 荆崇波 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期474-479,共6页
研究单活塞式液压自由活塞发动机运动特性。根据单活塞式液压自由活塞发动机样机结构,采用AMESim建立了发动机性能预测模型并进行试验研究,发动机性能预测结果与试验数据基本一致。单活塞式液压自由活塞发动机稳定工作时输出特性单一,... 研究单活塞式液压自由活塞发动机运动特性。根据单活塞式液压自由活塞发动机样机结构,采用AMESim建立了发动机性能预测模型并进行试验研究,发动机性能预测结果与试验数据基本一致。单活塞式液压自由活塞发动机稳定工作时输出特性单一,运动过程重复性好,循环过程不对称且压缩冲程较膨胀冲程耗时长。活塞运动加速度大,在上止点停留时间短。发动机压缩比可无级变化,其工作频率可控且受极限频率限制,输出流量具有间歇性特征且输出压力基本恒定。 展开更多
关键词 自由活塞发动机 柴油机 运动特性 试验研究
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自由活塞式发动机NO_x排放的数值计算研究 被引量:10
15
作者 王谦 李德桃 施爱平 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期562-566,共5页
以燃烧反应化学动力学程序 SENKIN为基础 ,建立了预测发动机排放的计算模型 ,并针对自由活塞式发动机的特点进行了修正 ,并对修正后的模型进行了实验验证。利用该模型对自由活塞式发动机的排放进行了数值计算。计算结果揭示了该种发动... 以燃烧反应化学动力学程序 SENKIN为基础 ,建立了预测发动机排放的计算模型 ,并针对自由活塞式发动机的特点进行了修正 ,并对修正后的模型进行了实验验证。利用该模型对自由活塞式发动机的排放进行了数值计算。计算结果揭示了该种发动机排放物的生成特点以及发动机转速。 展开更多
关键词 自由活塞式 发动机 数值计算 排气 氮氧化物 汽车 废气排放
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液压自由活塞发动机——未来的动力之星 被引量:30
16
作者 杨华勇 夏必忠 傅新 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期353-357,共5页
液压自由活塞发动机是近 2 0年发展起来的新型动力 ,是一种有前途的车用特种发动机。本文首先介绍了该发动机的工作原理、结构类型、性能特点 ;其次分析了该发动机物理实现的关键技术问题、应用前景 ;
关键词 液压自由活塞发动机 内燃机 汽车
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液压自由活塞发动机性能模拟的参数化研究 被引量:10
17
作者 朱涛 汪洋 +1 位作者 熊仟 张中 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2011年第6期869-875,共7页
液压自由活塞发动机的工作过程是在多过程相互耦合作用下进行,活塞动力学与燃烧、扫气、泵油各过程紧密结合。基于Aemsim建立了一维仿真模型,在分析运动特性和热力学特性的基础上,研究了关键性结构和控制参数对发动机性能的影响。仿真... 液压自由活塞发动机的工作过程是在多过程相互耦合作用下进行,活塞动力学与燃烧、扫气、泵油各过程紧密结合。基于Aemsim建立了一维仿真模型,在分析运动特性和热力学特性的基础上,研究了关键性结构和控制参数对发动机性能的影响。仿真结果表明:由于没有机械约束,自由活塞发动机的活塞行程规律与曲柄发动机存在显著的差异;活塞质量是影响热效率和工作频率的最重要因素,效率和频率随活塞质量的变化趋势相反;由于上止点附近停留时间短和工作行程活塞快速下行,在相同结构和运转条件下最优效率略低于曲柄连杆发动机;放热率和活塞惯量的综合作用决定其热效率,压缩比和喷油时刻对效率的影响不如曲柄发动机显著;活塞行程规律可变,通过行程控制可以显著缩短压缩行程占据的时间。 展开更多
关键词 自由活塞发动机 液压 耦合 动力学 热力学
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液压自由活塞发动机动态特性的仿真研究 被引量:9
18
作者 夏必忠 张辉 +2 位作者 段广洪 傅新 杨华勇 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2005年第11期1331-1333,1386,共4页
液压自由活塞发动机(hydrau lic free p iston engine,以下简称HFPE)是将内燃机和液压泵集成为一体,以液体为工作介质实现动力非刚性传输的一种特种发动机。在左、右动力腔的交替驱动下,HFPE的活塞组件在腔体中作往复直线运动,同时泵出... 液压自由活塞发动机(hydrau lic free p iston engine,以下简称HFPE)是将内燃机和液压泵集成为一体,以液体为工作介质实现动力非刚性传输的一种特种发动机。在左、右动力腔的交替驱动下,HFPE的活塞组件在腔体中作往复直线运动,同时泵出液压油驱动负载工作。与曲轴式发动机不同,由于不受曲柄连杆机构的约束,HFPE活塞组件的运动规律完全取决于其本身的质量及所受到的作用力。本文通过建立所研制的HFPE样机各子系统的数学模型,重点研究了HFPE样机的动态特性,以期为系统的结构及控制系统提供理论依据。 展开更多
关键词 自由活塞发动机 液压 动态特性 仿真研究
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自由活塞汽油直线发电机燃烧过程特性 被引量:7
19
作者 袁晨恒 冯慧华 +1 位作者 王梦秋 左正兴 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期127-132,共6页
为了获得自由活塞汽油直线发电机工作过程中的燃烧特性,根据试验测得的活塞运动曲线对其燃烧过程进行了CFD仿真研究,并对比传统发动机分析了两种发动机活塞运动规律差异对燃烧过程的影响规律。研究发现:与传统发动机相比,自由活塞汽油... 为了获得自由活塞汽油直线发电机工作过程中的燃烧特性,根据试验测得的活塞运动曲线对其燃烧过程进行了CFD仿真研究,并对比传统发动机分析了两种发动机活塞运动规律差异对燃烧过程的影响规律。研究发现:与传统发动机相比,自由活塞汽油发电机缸内最高燃烧压力和平均温度均较小,且最高燃烧压力保持时间较短,这有助于减少NO污染物;自由活塞直线发电机燃烧放热率呈现'缓和长'的特点,燃烧放热过程等容度较低;自由活塞直线发电机较少的混合气在上止点前完成燃烧,压缩行程负功较小,但由于后燃较严重,其指示效率较传统发动机低。 展开更多
关键词 动力机械工程 自由活塞汽油机 燃烧特性 活塞运动特性 点火时刻
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液压自由活塞发动机活塞运动规律动态仿真研究 被引量:9
20
作者 刘嘉 黄英 +1 位作者 张付军 赵振峰 《内燃机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期88-92,共5页
为研究液压自由活塞发动机(HFPE)的活塞运动特性,建立了液压自由活塞发动机动态仿真模型,针对循环供油量、喷油定时、气门正时、压缩压力、负载压力等主要控制变量对活塞运动情况的影响进行了规律性研究。结果表明:各控制变量的变化影... 为研究液压自由活塞发动机(HFPE)的活塞运动特性,建立了液压自由活塞发动机动态仿真模型,针对循环供油量、喷油定时、气门正时、压缩压力、负载压力等主要控制变量对活塞运动情况的影响进行了规律性研究。结果表明:各控制变量的变化影响活塞受力的变化,进而使活塞的下止点位置和压缩比发生变化,并影响发动机的正常运转和性能;循环油量与活塞膨胀行程长度、压缩能量与压缩比均近似呈线性关系;HFPE循环工作是一个多参数耦合和能量重新分配的复杂过程;执行器滞后引入的正时控制误差将是影响控制精度的重要因素。 展开更多
关键词 内燃机 液压自由活塞发动机 运动规律 动态仿真
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