基于Simulink和GT-Power的自由活塞发动机仿真.pdf

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1、第34卷第1期2017年2月内燃机与动力装置I．c．E&PowerplantV01．34No．1Feb．2017【仿真计算】基于Simulink和GT—Power的自由活塞发动机仿真林滨滨，肖进，张磊(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：自由活塞发动机(FreePistonLinearGenerator，以下称FPLG)具有结构简单，效率高．适应燃料多的优点。由于取消了曲柄连杆机构，活塞的位置控制是实现自由活塞发动机稳定运行的关键。本文基于Simulink建立了机械一流体一电控耦合系统模型。并用GT—Power及样机倒拖试验数据进行流体部分的验证。针

2、对FPLG的非稳定状态建立了仿真模型，着重研究FPLG运行过程中换气．燃烧过程的不稳定情况．及其对FPLG运行特性的影响。关键词：自由活塞；一维仿真；直线电机；稳定性DOI：10．19471／j．cnki．1673—6397．2017．01．005中图分类号：TK402文献标志码：A文章编号：1673-6397(2017)01—0017—07SimulationofFreePistonLinearGeneratorbasedonSimulinkandGT——PowerLINBin—bin，XIAOJin，ZHANGLei(SchoolofMechanicalEngine

3、ering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：FreePistonLinearGenerator(FPLG)hastheadvantagesofsimplestructure，highefficiency，andapplicabletoavarietyoffuels．Duetothelackofthecrankshaftandflywheel，thecontrolofpistonpositionisthekeytoachievingstableoperationofFPLG．Inthispa

4、per，amodelofmechanical—fluid—electricalcouplingsystemisbuiltbasedonSimulink．GT—Poweraswellasproto—typedataisusedtocarryouttheverificationoffluidpart．Themodelismodifiedtosimulatetheun-steadystateoftheengine，andtheinstabilityofthegasexchangeandcombustionprocess，andtheirinfluencesontheopera

5、tionoftheFPLG．KeyWords：FreePiston；1DSimulation；LinearMotor；Stability引言自20世纪末开始FPLG研究以来，国内外多家研究机构对FPLG进行仿真研究及样机试制。美国西维吉尼亚大学(WVU)¨J研究了三代自由活塞发电机(FPLA)，涉及两冲程点燃式、压燃式FPLG及四冲程FPLG。美国圣地安国家实验室(SNL)心]主要侧重研究两冲程FPLG的均质充量燃烧(HC—CI)燃烧方式．仿真结果表明此种方式有很高的热效率，且有效降低了NO，排放。德国航空航天中心(DLR)∞]采用子部件依次开发的方式开发了一台样机，用

6、作电动汽车的增程器。丰田研发中心实验室[4]设计了一种新的FPLG结构．仿真结果表明这种结构的预混合压燃(PCCI)效率能到42％。本文采用两冲程双活塞式FPLG为研究对象。参照二冲程发动机数值仿真的方法。使用Madab／Simulink软件建立仿真模型，着重完善扫气过程的气体混合模型，加入相对完整的气体模型；并使用GT—Power及部分试验数据对上述模型进行验证。该模型可自由修改模型结构和各项参数，具有完全基金项目：国家自然科学基金项目(51376116)。作者简介：林滨滨(1990-)，男，硕士在读，研究方向为发动机仿真及控制。收稿日期：2016—12—28·18·

7、内燃机与动力装置2017年2月自主的二次开发能力，适合用于FPLG的研究。1装置介绍本文采用的是双活塞式FPLG的结构，由两台二冲程发动机气缸耦合一台直线电机组成．如图1所示。采用缸内直喷供油方式，二冲程回流扫气换气方式，直线电机可实现电动机模式和发电机模式的转换。装置启动时，直线电机驱动活塞连杆做往复运动，行程逐渐增大，并压缩燃烧室内的空气：直到活塞达到一定位置，燃烧室状态满足点火条件，喷油器开始喷油，火花塞点火；同时，直线电机切换成发电机模式，并动态调节发电载荷，控制活塞连杆速度及行程。1，14S67Rj1。·，一书㈧1、1卜燃烧室；