《液壓自由活塞發動機活塞運動特徵參數變化機理與調控》是依託北京理工大學，由吳維擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：液壓自由活塞發動機活塞運動特徵參數變化機理與調控
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：吳維
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
液壓自由活塞發動機（HFPE）以在效率、排放等方面的優勢，在近十幾年發展迅速。與傳統二衝程曲柄連桿內燃機活塞運動相比，HFPE活塞運動無解析表達、無固定運動軌跡、無固定極限位置，造成系統循環穩定性變差、功率密度和能量轉換效率低於預期，系統控制的魯棒性不足，影響了HFPE的進一步發展。基於項目組前期理論研究與試驗測試結果，本項目申請擬利用與活塞直接作用的氣缸氣體、液壓腔油液實現虛擬曲柄連桿的功能，並以一個機理揭示為基礎，實現方法的創新。通過開展HFPE流體壓力變化規律與活塞運動特性之間的耦合關係研究，揭示活塞頻率、極限位置等活塞運動特徵參數變化機理，獲取活塞運動循環變動的分析參數變化規律，建立活塞運動循環變動的分析參數計算方法，探究引入液壓慣性模擬思想的HFPE液壓壓力區間調控機制，形成液壓壓力區間調控方法，為提高系統循環穩定性、改善系統控制的魯棒性提供思路。
結題摘要
液壓自由活塞發動機（HFPE）由於其活塞運動無固定軌跡、無固定極限位置，造成系統循環穩定性差、功率密度和能量轉換效率低於預期，系統魯棒性不足。通過建立HFPE活塞運動特性研究試驗裝置和理論分析模型，揭示活塞頻率、極限位置等活塞運動特徵參數變化機理，建立活塞運動循環變動的分析參數計算方法，系統循環變動的原因、規律進行研究，實現了基於“液壓慣性”的“虛擬曲柄連桿”功能。重要結果包括： 專題1，HFPE活塞運動特徵參數變化機理研究及活塞運動規律最佳化，1、根據動力和負載特徵建立系統的非線性模型，對氣體介質剛度、活塞質量等特徵參數對活塞頻率的影響進行了分析。形成基於壓縮比和活塞運動平衡位置變化的活塞運動可控性理論，在自由壓縮軌跡包絡範圍內易於實現對活塞運動參數的控制；超越該包絡範圍，活塞運動參數表現為不可控。對蓄能器能量損失的分析表明，蓄能器低頻時熱損失占主導；高頻時，液壓損失嚴重。2、定義了反應燃燒效率的定容增壓比概念，隨著定容增壓比的增高膨脹行程變大。系統膨脹過程中，活塞振動角頻率受氣體介質剛度項和能量項兩部分影響；且燃燒速度對頻率有很大影響，可以通過改善燃燒方式來調整頻率特性。基於Atkinson循環獲得的熱效率相比傳統計算熱效率提高約4%。 專題2，HFPE活塞運動循環變動研究，提出了適用於液壓自由活塞發動機循環變動分析的評價參數。分析表明，HFPE上止點位置循環變動小，下止點位置循環變動較大，循環間壓縮比有小幅波動。低頻時，HFPE平均指示壓力、缸內壓力峰值及其對應活塞位置的循環變動率均偏大；HFPE最大燃燒放熱率、50%放熱點活塞位置和燃燒持續期也較大，表明HFPE在低頻運行工況的燃燒變動較大。 專題3，HFPE液壓壓力區間調控方法研究，為克服原結構液壓閥芯動態回響滯後導致的燃燒不充分和液壓腔容積效率低的問題，將泵腔結構改為雙輸入雙輸出的四油口結構。新液壓循環系統最高總效率為35.11%，相對傳統液壓循環系統最高總效率34.89%提高了0.63%。新液壓循環系統回響延遲造成的液壓能損失為0.004J，相對傳統液壓循環系統液壓能損失0.13J 降低了約96.9%。 專題4，HFPE套用研究，基於液壓自由活塞發動機提出了基於壓力交叉反饋的液壓恆壓網路車輛驅動系統結構，分析了驅動系統的四象限工作原理，總結了系統在驅動模式和再生制動模式之間自適應切換的特點。
