四沖程自由活塞天然氣發(fā)動機研究

第1章 緒論……………………………………………………………001
1.1 自由活塞發(fā)動機研究的背景及意義 …………………… 001
1.2 自由活塞發(fā)動機簡介 ………………………………… 005
1.2.1 分類及特點……………………………………… 005
1.2.2 應(yīng)用發(fā)展歷程…………………………………… 009
1.3 自由活塞發(fā)動機研究現(xiàn)狀 ……………………………… 010
1.3.1 原理樣機試驗研究現(xiàn)狀…………………………… 011
1.3.2 數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀………………………………… 016
1.4 天然氣發(fā)動機應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ……………………… 019
1.4.1 天然氣作為發(fā)動機替代能源的優(yōu)勢…………… 019
1.4.2 單燃料天然氣發(fā)動機應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢…… 020
1.5 主要研究內(nèi)容 ………………………………………………… 023
第2 章 四沖程自由活塞發(fā)動機理論循環(huán)熱力學分析……………… 025
2.1 四沖程自由活塞發(fā)動機基本構(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)簡化條件 ……………………………………… 027
2.3 基于熱力學第一定律的理論循環(huán)熱力學分析 ………… 028
2.3.1 第一定律熱力學模型 ………………………… 028
2.3.2 第一定律熱力學分析…………………………… 029
2.4 基于熱力學第二定律的理論循環(huán)畑分析 ……………… 039
2.4.1 煙分析計算模型 ………………………………… 040
2.4.2 嫻分析……………………………………………… 041
2.4.3 擁分析計算結(jié)果 …………………………………… 043
第3 章 四沖程自由活塞天然氣發(fā)動機原理樣機系統(tǒng)設(shè)計與試驗……048
3.1 原理樣機系統(tǒng)設(shè)計 …………………………………… 048
3.1.1 CNG供氣系統(tǒng)設(shè)計 …………………………… 050
3.1.2 CNG噴射系統(tǒng)設(shè)計 …………………………… 050
3.1.3 點火系統(tǒng)設(shè)計………………………………… 052
3.2 試驗測試裝置 …………………………………………… 052
3.3 原理樣機及試驗臺架 ……………………………… 053
3.4 CNG燃料理論空燃比計算……………………………… 054
3.5 樣機運行試驗 …………………………………………… 055
3.6 試驗結(jié)果分析 ……………………………………………… 056
3.6.1 進氣沖程長度對系統(tǒng)性能的影響…………… 056
3.6.2 壓縮比對系統(tǒng)性能的影響……………………… 057
3.6.3 膨脹比對系統(tǒng)性能的影響 ……………………… 058
3.6.4 點火時刻對系統(tǒng)性能的影響…………………… 058
第 4 章 四沖程自由活塞發(fā)動機實際循環(huán)三維瞬態(tài)數(shù)值模擬及驗證 ……061
4.1 三維數(shù)值模擬計算過程 ……………………………… 061
4.2 缸內(nèi)工作過程數(shù)學模型的建立 ………………………… 063
4.2.1 基本控制方程 …………………………………… 064
4.2.2 湍流流動模型 ……………………………………… 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算網(wǎng)格生成 … 067
4.3.1 三維幾何模型的建立……………………… 067
4.3.2 計算網(wǎng)格生成…………………………………… 068
4.4 電磁驅(qū)動配氣機構(gòu)運動規(guī)律的實現(xiàn) ……………………… 070
4.5 自由活塞運動規(guī)律的實現(xiàn) ……………………………… 071
4.5.1 傳統(tǒng)發(fā)動機活塞運動規(guī)律的實現(xiàn) ……………… 071
4.5.2 自由活塞運動特點……………………………… 072
4.5.3 自由活塞動力學模型…………………………… 072
4.5.4 自由活塞運動規(guī)律的確定 ………………………… 074
4.5.5 自由活塞動網(wǎng)格實現(xiàn) ………………………… 076
4.6 初始條件與邊界條件的確定 ………………………… 078
4.7 模型驗證 …………………………………………………… 079
4.8 計算結(jié)果分析 ………………………………………… 080
4.8.1 缸內(nèi)進氣過程流場分析…………………………… 081
4.8.2 缸內(nèi)壓縮過程流場分析……………………………… 084
4.8.3 燃燒過程分析……………………………………… 087
第5 章 四沖程自由活塞發(fā)動機性能影響因素分析…………………… 090
5.1 氣門運動的影響 …………………………………………… 090
5.1.1 可變氣門正時的影響…………………………… 090
5.1.2 可變氣門升程的影響…………………………… 094
5.2 壓縮比的影響 ……………………………………………… 098
5.2.1 進氣沖程長度改變導(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)動機對爆震的抑制 ………………… 114
5.3 點火時刻的影響 …………………………………………… 117
5.4 過量空氣系數(shù)的影響 …………………………………… 121
5.5 缸外獨立壓縮的影響 ………………………………… 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 本書主要工作 ……………………………………….… 127
6.2 本書創(chuàng)新性 ……………………………… 129
6.3 研究趨勢 ………………………………………….. 129
參考文獻 …………………………………………………………………… 132