基于matlab_simulink的直线发动机性能仿真研究

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1、万方数据第30卷第1期2009年2月内燃机工程ChineseInternalCombustionEngineEngineeringV01．30No．1Feb．2009文章编号：1000--0925(2009)01--069--05300016基于Matlab／Simulink的直线发动机性能仿真研究王哲，叶晓倩，邓俊(同济大学，上海200092)ASimulationAnalysisonFree-PistonEngineBasedonMatlab／SimulinkWANGZhe，YEXiao-qia

2、n，DENGJun(TongjiUniversity，Shanghai200092，China)Abstract：Thedynamicsandthermodynamicsofthefree—pistonenginewasanalyzed．Atime-basedMatlab／SimulinkmodelwasemployedtOstudytheperformanceofatwo-strokefree-pistonengineandtheeffectsofthemainparametersontheeng

3、ineperformancewerequalitativelyanalyzed．Theresultshowsthatthemassofthepistonassemblyhasadirectinfluenceontheoutputofthefree-pistonengine，andtheenginehashigheroutputwhenthepisto矗assemlymassiswithin3．5．--．4kg．Moreover，thereal—timecontrolofthesparkpositio

4、naswellasthefuelinjectionquantityisthekeytOtheenginecontr01．摘要：建立了直线发动机的动力学及燃烧模型，通过Matlab／Simulink建模仿真，研究了直线发动机的运行特性，并定性分析了各主要设计、控制参数对系统性能的影响。研究结果表明：直线发动机的活塞组件质量直接影响系统输出性能，且在3．5～4kg范围内输出功率较高；而对点火位置和喷油量的实时调节则是直线发动机控制的关键。关键词：内燃机；直线发动机；Matlab／Simulink；活塞组

5、件质量；实时调节Keywords：ICengine；free—pistonengine；Matlab／Simulink；pistonassemblymass；real—timecontrol中图分类号：TK441文献标识码：A0概述与传统发动机相比，直线发动机的最大特点是省去了用于刚性连接的曲柄连杆机构，通过液、电等介质实现“柔性”输出，从而避免传统内燃机中曲轴和轴承所消耗的大量摩擦热，以及由于曲柄滑块机构所引起的侧向力而造成的活塞上的摩擦[1]。1998年，美国Sandia国家实验室开发了1种与直

6、线发电机有机结合的内燃发电机，通过采用均质充量压燃(HCCI)的燃烧方式，实现了高效、轻量、有害气体排放低，并可适用于多种燃料[2]。美国西弗吉尼亚大学试制了可用于混合动力汽车的自由活塞发动／发电机系统，并对二冲程压燃直喷式样机的运动过程进行了热力学、动力学仿真，仿真结果与试验数据能够较好地吻合，并进一步通过Matlab与ANSYS的混合仿真研究了直线发动机与发电机部分的性能匹配问题，结果表明了较小的动子质量与较高的往复运动速度有利于提高直线发动机的功率密度[3]。澳大利亚悉尼潘柏股份有限公司开发的

7、潘柏系统(Pempeksystems)是1种新型的混合式引擎驱动发电机，加装该系统的串联式混合电力汽车的市内交通耗油量为传统汽车的四分之一，有效减少了有害废气的排放[4]。我国的自由活塞技术尚处于起步阶段，目前，浙江大学流体传动及控制国家重点实验室正致力于液压式自由活塞发动机的研究‘s一。为了研究直线发动机的运动规律及其性能的影收稿日期：2008-09-12基金项目：上海市科委资助项目(061612075)；上海市重点学科建设项目(B303)作者简介：王哲(1963--)，男·教授·主要研究方向为汽

8、车现代设计方法与理论，E-nmil：zhe．wang@fev-．sh．com．万方数据‘70。内燃机工程2009年第1期嚷嚣索，获悉为妻线发餮撬魏样撬设计提供参考藏据，本文在前期研究的基础上，对l台二冲程对置式自由活塞汽油机进行了动力学，热力学建模，分析了壹线发动／发毫枫系统酶运行特点，以及一些裳妥设计、控制参数对于系统运行性能的影响，并结合分析结果对样机的设计提出建议。1系统结梅介绍及建模1。l直线发动／发电机系统的结构鬻1力二狰程双活塞X雩置式壹线发动／发电视缰结