双活塞液压自由活塞发动机原理样机的研制及其压缩比

液压自由活塞发动机是将内燃机和液压泵集成为一体,以液体为工作介质,利用油液的压力能实现动力非刚性传输的一种特种发动机。提出一种特殊结构的液压自由活塞发动机设计方案,并据此研制了双活塞液压自由活塞发动机原理样机。由于压缩比对自由活塞发动机的性能具有重要影响,所以从结构设计、安装方式与行程控制等不同层面,对双活塞液压自由活塞发动机原理样机压缩比进行了详细而系统的研究。研究结果为液压自由活塞发动机的结构设计、控制及安装方式的选择皆有指导意义。

自由活塞发动机电动压气机优化及熵产分析

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.

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

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。

二冲程自由活塞发动机扫气过程仿真分析

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。

双活塞式液压自由活塞发动机仿真研究

双活塞式液压自由活塞发动机是将内燃机与液压泵集成为一体的新型动力机械。根据双活塞式液压自由活塞发动机样机的实际参数建立了仿真模型,与试验数据比较该仿真模型具有较高的仿真精度。在仿真和试验数据的基础上分析了双活塞式液压自由活塞发动机与传统发动机在运动和燃烧特性上的差异:并提出了设计参数与系统整体性能指标的对应关系。为双活塞液压发动机结构优化设计提供了理论依据。

双组元液压自由活塞发动机的研究背景与可行性分析

在对内燃式液压自由活塞发动机和单组元液压自由活塞发动机进行比较分析的基础上,提出了一种新型的液压自由活塞发动机——双组元液压自由活塞发动机。从工作原理、释能方式、结构特点、燃料能量密度、单元功率及应用场合等不同角度,对三种液压自由活塞发动机的多种性能进行了比较。探讨了双组元液压自由活塞发动机的点火方式和需解决的关键技术问题,指出双组元液压自由活塞发动机是一种值得深入研究的新型动力机。

双活塞式液压自由活塞发动机活塞组件振动特性

根据双活塞液压自由活塞发动机样机活塞组件动力学模型,推导出活塞组件的自激振动方程;运用相轨迹法研究了活塞组件系统的稳定性;采用傅里叶展开法推导出活塞组件稳态运动的一阶解析解,以及活塞组件的幅频特性;提出液压自由活塞发动机稳定运行的必要条件,和通过负载特性确定活塞组件稳态工作频率的方法.

双活塞式液压自由活塞发动机运动特性

双活塞式液压自由活塞发动机是将内燃机与液压泵集成为一体的新型动力机械。依据双活塞式液压自由活塞发动机样机活塞组件动力学模型,推导出活塞组件的自激振动方程;运用相轨迹法研究了活塞组件系统的稳定性,以及活塞组件的幅频特性;提出液压自由活塞发动机稳定运行的必要条件,以及通过负载特性确定活塞组件稳态工作频率的方法。

液压自由活塞发动机的发展历程及研究现状

介绍了液压自由活塞发动机的发展历程、工作原理、典型系统。

液压自由活塞发动机——未来的动力之星

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 ;

液压自由活塞发动机动态特性的仿真研究

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。

单活塞式液压自由活塞发动机运动特性研究

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。

液压自由活塞发动机性能模拟的参数化研究

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。

液压自由活塞发动机的能量平衡分析

液压自由活塞发动机是将一次动力机—内燃机与二次动力机—液压泵的集成为一体 ,以液体为工作介质 ,利用油液压力能来实现动力非刚性传输的复合发动机。针对稳态运转的液压自由活塞发动机 ,分析了其能量输入、耗散、分配及输出情况 ,给出了各能量组分所占的比例 ,并估算了活塞的最大运动速度和负载压力。为HFPE的结构设计、控制和效率提高指明方向。

液压自由活塞发动机活塞运动规律动态仿真研究

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。

发动机液压自由活塞下止点运动机理

为实现对单活塞液压自由活塞发动机工作频率的精确控制,掌握液压自由活塞下止点运动规律是基础,基于系统基本原理,研究了活塞下止点运动规律的数学模型。通过建立数学仿真模型和试验系统,研究了液压自由活塞在下止点的运动规律及其影响因素。结果表明,活塞下止点运动过程包括反向加速和正向减速过程,活塞到达下止点后的反弹距离主要由该过程决定,活塞下止点运动过程中的反向加速力来自泵腔和压缩腔压力。系统压缩腔压力变化规律可控是工作频率精确控制的基础,压力变化规律控制要考虑活塞运动状态和单向阀的阀芯动作规律的影响。

一种新型混合动力系统:液压自由活塞发动机整体推进系统

液压自由活塞发动机整体推进系统集内燃机技术、液压技术、电子控制技术于一体的一种新型混合驱动动力系统,由于其具有体积小、重量轻、高度柔性布置、燃料适应范围广等特点,具有容易实现无级变速、无级转向、制动能回收等功能,是一种有前途的车用混合动力传动装置。本文在介绍液压自由活塞发动机的工作原理、结构特点的基础上详述了液压自由活塞发动机整体推进系统的系统方案、关键技术、应用前景,提出了发展该整体式推进系统的对策。

液压自由活塞发动机起动过程的能量分析

液压自由活塞发动机的起动系统由起动蓄能器、液压换向阀、位置传感器及控制单元等组成 ,其中作为起动系统能源和油源的起动蓄能器直接关系起动的成败。分析了液压自由活塞发动机起动的前提条件 ,研究了起动过程中混合气的组织和能量的流动、耗散及传递等 ,并在此基础上给出了选择起动蓄能器的理论依据。

液压自由活塞发动机的节能方式研究

液压自由活塞发动机是将内燃机和液压泵集成于一体 ,实现动力非刚性传输的复合发动机。本文从其内部能量转换及外部能量回收两个方面 ,详细地分析和阐明了液压自由活塞发动机各种节能方式和实现途径。以液压挖掘机为例 ,强调液压自由活塞发动机作为中心液压站 ,结合二次调节及液压变压器技术 ,简单方便地实现群控节能。

单活塞液压自由活塞发动机压缩冲程特性

以压燃式单活塞液压自由活塞发动机为对象研究其压缩冲程特性,以期得到高效可靠的压缩过程实现方案,满足系统着火条件要求。基于系统的基本结构,对系统不同工况下的压缩过程进行分类,并分别研究其主要特征,确定利用液压能实现系统压缩过程的基本控制量。通过建立系统压缩过程气缸状态和液压腔状态仿真模型,结合相关的试验测试结果,对不同工况下的压缩过程特性进行研究。研究表明:系统低压压缩过程着火条件易于满足,在非正常工作状态下的高压压缩过程需要消除压缩蓄能器的稳压作用,同时减小频率控制阀节流作用的影响。