压燃式fpelg缸内燃烧过程仿真与实验研究

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1、压燃式FPELG缸内燃烧过程仿真与实验研究许洪瑜2015年6月中图分类号：TK441UDC分类号：621.4压燃式FPELG缸内燃烧过程仿真与实验研究作者姓名许洪瑜学院名称机械与车辆学院指导教师冯慧华副教授答辩委员会主席申请学位工学硕士学科专业车辆工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月SimulationandExperimentofDieselFPELGfortheIn-CylinderCombustionProcessesCandidateName:HongyuXuSchoolorDepartment:Mech

2、anicalEngineeringFacultyMentor:AssociateProf.HuihuaFengChair,ThesisCommittee:Prof.DegreeApplied:MasterofScienceMajor:VehicleEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:June,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学

3、位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要自由活塞内燃发电动力系统（Free-pistonEngineLinearGenerator，简称FPELG）是在能源紧缺和环境污染严重的大背景下，在近十年逐渐发展起来的新型动力系统。它将自由活塞式内燃机和直线发电机耦合为一体，旨在为混合动力汽车提供清洁的动力系统解决方案。相较于传

4、统曲柄连杆式内燃机和旋转发电机的组合动力，自由活塞内燃发电动力系统舍去了曲柄连杆机构，具有机构简单、高的能量转换效率、多燃料适应性、高的能量密度、较低的NVH等众多性能优势，受到国内外相关研究人员的重视。压燃式自由活塞发动机具有压缩比高，输出功率大的潜在优势，成为目前自由活塞领域关注的热点之一。本文采用仿真与实验相结合的方法对自由活塞内燃发电动力系统内燃机模块的燃烧放热规律进行了研究。在仿真研究部分，采用活塞动力学、运动学模型分析了FPELG的活塞运动规律，并以此作为理论依据分析了自由活塞发动机与传统发动机燃烧放热仿真结果的差异。

5、采用零维模型与三维模型耦合仿真的方法进一步分析了喷油始点、喷油规律曲线、喷孔基本参数对缸内混合气的形成与燃烧过程的影响。在实验研究部分，搭建了压燃式FPELG原理样机实验平台，重点分析了燃油供给系统和负载系统的搭建过程，实现了压燃式FPELG电机拖动燃烧和模式切换工况。采用热力学第一定律方法，根据实测缸内压力数据和活塞位移数据反算了缸内燃烧放热率并对其进行了双韦伯函数的拟合，进一步对FPELG燃烧放热阶段进行了划分，分析了FPELG异于传统发动机的放热特性。最后，设计变推力实验与变喷油位置实验分析了电机推力和喷油提前位置对FPEL

6、G燃烧放热规律的影响。关键词：FPELG；燃烧放热规律；喷油特性；燃烧过程仿真；实验研究I北京理工大学硕士学位论文AbstractFree-pistonEngineLinearGenerator,orFPELG,isanewpowersystemdevelopedinthelasttenyearsunderthebackgroundofenergyshortageandenvironmentalpollution.Itmakesfreepistonengineandlineargeneratorcoupledasone.Itcan

7、alsoprovidecleanpowersystemsolutionforhybridelectricvehicle.Comparingwiththecombinationoftraditionalcrankshaftinternalcombustionengineandrotatinggenerator,FPELGrejectscranktrain.Itisvaluedbydomesticandforeignresearchersbecauseoftheperformanceadvantagessuchasuncomplica

8、tedmechanism,highenergyconversionefficiency,multi-fueladaptability,highenergydensityandlowNVH.DieselFPELGhasthepotentialadva