第1章 緒論……………………………………………………………001

1.1 自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)研究的背景及意義 …………………… 001

1.2 自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 ………………………………… 005

1.2.1 分類(lèi)及特點(diǎn)……………………………………… 005

1.2.2 應(yīng)用發(fā)展歷程…………………………………… 009

1.3 自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)研究現(xiàn)狀 ……………………………… 010

1.3.1 原理樣機(jī)試驗(yàn)研究現(xiàn)狀…………………………… 011

1.3.2 數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀………………………………… 016

1.4 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ……………………… 019

1.4.1 天然氣作為發(fā)動(dòng)機(jī)替代能源的優(yōu)勢(shì)…………… 019

1.4.2 單燃料天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)…… 020

1.5 主要研究?jī)?nèi)容 ………………………………………………… 023

第2 章 四沖程自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)熱力學(xué)分析……………… 025

2.1 四沖程自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)基本構(gòu)成及工作原理 ………… 025

2.1.1 基本構(gòu)成…………………………………………… 025

2.1.2 工作原理…………………………………………… 026

2.2 理論循環(huán)簡(jiǎn)化條件 ……………………………………… 027

2.3 基于熱力學(xué)第一定律的理論循環(huán)熱力學(xué)分析 ………… 028

2.3.1 第一定律熱力學(xué)模型 ………………………… 028

2.3.2 第一定律熱力學(xué)分析…………………………… 029

2.4 基于熱力學(xué)第二定律的理論循環(huán)畑分析 ……………… 039

2.4.1 煙分析計(jì)算模型 ………………………………… 040

2.4.2 嫻分析……………………………………………… 041

2.4.3 擁分析計(jì)算結(jié)果 …………………………………… 043

第3 章 四沖程自由活塞天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)原理樣機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)……048

3.1 原理樣機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) …………………………………… 048

3.1.1 CNG供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) …………………………… 050

3.1.2 CNG噴射系統(tǒng)設(shè)計(jì) …………………………… 050

3.1.3 點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………… 052

3.2 試驗(yàn)測(cè)試裝置 …………………………………………… 052

3.3 原理樣機(jī)及試驗(yàn)臺(tái)架 ……………………………… 053

3.4 CNG燃料理論空燃比計(jì)算……………………………… 054

3.5 樣機(jī)運(yùn)行試驗(yàn) …………………………………………… 055

3.6 試驗(yàn)結(jié)果分析 ……………………………………………… 056

3.6.1 進(jìn)氣沖程長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)性能的影響…………… 056

3.6.2 壓縮比對(duì)系統(tǒng)性能的影響……………………… 057

3.6.3 膨脹比對(duì)系統(tǒng)性能的影響 ……………………… 058

3.6.4 點(diǎn)火時(shí)刻對(duì)系統(tǒng)性能的影響…………………… 058

第 4 章 四沖程自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)三維瞬態(tài)數(shù)值模擬及驗(yàn)證 ……061

4.1 三維數(shù)值模擬計(jì)算過(guò)程 ……………………………… 061

4.2 缸內(nèi)工作過(guò)程數(shù)學(xué)模型的建立 ………………………… 063

4.2.1 基本控制方程 …………………………………… 064

4.2.2 湍流流動(dòng)模型 ……………………………………… 064

4.2.3 傳熱模型 …………………………………………… 065

4.2.4 燃燒模型 ………………………………………… 066

4.3 氣道與燃燒室三維幾何模型的建立及計(jì)算網(wǎng)格生成 … 067

4.3.1 三維幾何模型的建立……………………… 067

4.3.2 計(jì)算網(wǎng)格生成…………………………………… 068

4.4 電磁驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)現(xiàn) ……………………… 070

4.5 自由活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)現(xiàn) ……………………………… 071

4.5.1 傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)現(xiàn) ……………… 071

4.5.2 自由活塞運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)……………………………… 072

4.5.3 自由活塞動(dòng)力學(xué)模型…………………………… 072

4.5.4 自由活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的確定 ………………………… 074

4.5.5 自由活塞動(dòng)網(wǎng)格實(shí)現(xiàn) ………………………… 076

4.6 初始條件與邊界條件的確定 ………………………… 078

4.7 模型驗(yàn)證 …………………………………………………… 079

4.8 計(jì)算結(jié)果分析 ………………………………………… 080

4.8.1 缸內(nèi)進(jìn)氣過(guò)程流場(chǎng)分析…………………………… 081

4.8.2 缸內(nèi)壓縮過(guò)程流場(chǎng)分析……………………………… 084

4.8.3 燃燒過(guò)程分析……………………………………… 087

第5 章 四沖程自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響因素分析…………………… 090

5.1 氣門(mén)運(yùn)動(dòng)的影響 …………………………………………… 090

5.1.1 可變氣門(mén)正時(shí)的影響…………………………… 090

5.1.2 可變氣門(mén)升程的影響…………………………… 094

5.2 壓縮比的影響 ……………………………………………… 098

5.2.1 進(jìn)氣沖程長(zhǎng)度改變導(dǎo)致壓縮比變化的影響…… 099

5.2.2 活塞頂部形狀改變導(dǎo)致壓縮比變化的影響 …… 104

5.2.3 自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)爆震的抑制 ………………… 114

5.3 點(diǎn)火時(shí)刻的影響 …………………………………………… 117

5.4 過(guò)量空氣系數(shù)的影響 …………………………………… 121

5.5 缸外獨(dú)立壓縮的影響 ………………………………… 122

5.6 可變膨脹沖程的影響 ……………………………………… 124

第6章 總結(jié)與展望……………………………………………………… 127

6.1 本書(shū)主要工作 ……………………………………….… 127

6.2 本書(shū)創(chuàng)新性 ……………………………… 129

6.3 研究趨勢(shì) ………………………………………….. 129

參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………… 132