第4期（总第237期） 2018年8月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 4 (Serial No 237 )
Aug2018
低散热压燃式自由活塞发动机燃烧特性研究
刘阳，何义团，韩翠杰，袁晨恒，闫少锋
(1重庆交通大学交道运输学院，重庆400074；2博世电动工具（中国)有限公司，浙江杭州310052）
摘要：基于某自由活塞发动机(FPE)建立活塞动力学模型和多维燃烧模型，改变传热模型参数实现缸内的低散热，并优化活塞运动，仿真分析原机、低散热FPE以及优化运动后低散热FPE的燃烧特性。结果表明：与原机相比，低散热FPE在燃烧后缸内温度和压力较大，而优化后缸内温度和压力进一步增大，其峰值分别比原机高 16277K和153MPa;放热率峰值依次增大，且峰值相位也逐渐提前。与原机相比，低散热FPE具有相对较短的滞燃期和速燃期，缓燃期和后燃期更长而优化后的低散热FPE滞燃期和速燃期较长，缓燃期和后燃期相对较短，燃烧放热规律更理想。原机、低散热FPE及优化低散热FPE的指示热效率分别为458%，484%，515%，即采用低散热技术和优化活塞运动能进一步提高FPE的热效率。
关键词：自由活塞发动机；低散热；燃烧特性；指示热效率 DOI:10 3969/j issn 1001-2222 2018 04 010
中图分类号：TK4212
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)04-0050-05
自由活塞发动机（FPE)作为一种非传统发动
机,取消了曲柄连杆机构,结构简单、热效率高、NO 排放低」,得到了广泛研究。FPE活塞以往复直线方式运动，减少了发动机机械损失，且活塞运动可控，可通过优化活塞运动实现可变压缩比3。与传统发动机相比，FPE具有可变压缩比、低摩擦损失、高功率密度及多种燃料/燃烧模式的可能性4-5]
利用等离子喷涂技术将隔热材料喷涂到低散热
发动机燃烧室壁面，可降低缸内的散热损失以提高热效率[-7]。采取不同的隔热材料、隔热区域和隔热层厚度，发动机的热效率有不同程度的提升" Srivathsan等使用部分稳定氧化锆(PSZ)隔热材料使发动机热效率提高了6.4%9].Garud等喷涂 025mm氧化亿稳定氧化锆（YSZ）于活塞表面，在大负荷时热效率提高了14%[10]。
低散热技术运用于传统发动机上能改善燃油经济性11],将其应用于FPE也有提高热效率的潜力。本研究在FPE上实现缸内低散热，结合FPE活塞运动可变的特点对其进行优化，进一步改善其工作性能。基于双活塞二冲程压燃式自由活塞发动机，建立零维动力学模型和三维仿真模型，优化活塞运动和缸内散热条件，研究低散热压燃式自由活塞发
收稿日期：2018-01-14；修回日期：2018-05-23
动机燃烧特性。
1FPE样机原理
所研究的FPE源于某双活塞二冲程压燃式自由活塞发电机（FPEG）,具体结构及主要参数见图1 和表1。该FPEG由一个永磁线性发电机和2个对置的二冲程FPE组成，采用电控共轨燃油喷射系统，其浅盘形燃烧室使活塞运动至上止点时活塞与缸盖之间有足够的安全距离；交流发电机是永磁同步线性电机，在起动阶段作为电动机运行，在发电阶段作为能量转换器。以一侧的FPE为例，活塞由下止点向上止点运动，先后关闭进气道、排气道，而后进入有效压缩冲程，活塞到达上止点后开始有效做功冲程.直至再次开启排气道时结束
活
气缸
线圈
扫气通
进气道
稳压腔
永久磁铁
图1样机结构示意
消声器
厂排气道
喷油器
基金项目：重庆市研究生教育创新基金项目（CYS17198）：重庆市重点产业共性关键技术创新专项（este2015zdey-ztzx60014）作者简介：刘阳（1993一），男，硕士，主要研究车用发动机的节能与减排，liuyang_he@163com
通讯作者：何义团（1977一），男，教授，博士，主要研究方向为新能源动力设计与性能优化；heyituan@163com，