基于示功图的自由活塞发动机燃烧过程分析(4)

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零维模型,系统内各点化学成分相同，热力学状态相同；各参数只随时间（或曲轴转角）变化而变化，不会因为空间位置而变化。本文的自由活塞发动机工作过程分析以及放热率模型的建立都基于此模型。

1.3 本文技术路线与主要内容

1.3.1 技术路线

本课题要求学生综合应用大学四年所学习专业知识，调研活塞发动机的工作过程，根据已知自由活塞发动机参数及缸内压力数据，推导燃烧放热率的数学计算模型并编写程序，计算得到燃烧放热率，进而利用韦伯函数对计算得到的燃烧放热率进行拟合，得到描述发动机燃烧过程的两个重要参数（燃烧持续时间和燃烧品质指数）。课题的目的在于全面考察学生掌握和运用四年所学机械专业的相关知识的能力。

1.3.2 主要内容

1、自由活塞发动机原始数据:缸径 76mm;冲程长度 76mm;等效连杆长度 115mm;压缩比

11;进气道压力 100kPa;排气道压力 150kPa;计算转速 6000 转/min;以及通过程序得到的缸内压力数据，使用理论空燃比。

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2、完成自由活塞发动机工作过程分析，研究分析缸内压力数据的滤波处理方法。

3、在传统内燃机模型基础上，明确技术路线，建立热力学数学模型。来!自~751论-文|网www.751com.cn

4、建立程序流程图，完成代码编写得到模型，通过程序计算得到燃烧放热率曲线。

5、利用韦伯函数对所得到的放热率曲线进行分析与拟合。

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2 自由活塞发动机工作过程分析及数学模型建立

2.1 自由活塞发动机概述

2.1.1 自由活塞发动机定义

自由活塞发动机，指的是没有传统内燃机的曲柄连杆机构的发动机[6]。它不对外直接做功，仅仅提供一定温度一定压力的工作气体。作用在活塞组上的气体可以决定活塞组的运动规律，而且可以随着发动机工况变化而变化。自由活塞发动机不仅除有动力气缸，而且还带有空气压缩机和气垫缸。动力活塞与压缩机活塞一体化，构成了活塞组。活塞组运动的特点就是自由，内、外止点的位置都可以发生改变。而同步机构则确保左、右两个活塞做的是对称运动。依靠活塞组的往复运动来传递动力气缸和压缩机之间动力[7]。在动力气缸处于膨胀行程时的时候，气垫缸内的空气就会被压缩，而这些空气就暂时贮存了动力气缸向外所作的功。在随之而来的回复行程中，气垫缸内的气体开始膨胀，将贮存的功完全转移给了空气压缩机。值得一提的是，当自由活塞发动机不带有气垫缸时，压缩机气缸余隙容积中贮存的能量起到了相同的作用。