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1、第34卷第1期2017年2月內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置I．c．E&PowerplantV01．34No．1Feb．2017【仿真計(jì)算】基于Simulink和GT—Power的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)仿真林濱濱，肖進(jìn)，張磊(上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海200240)摘要：自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)(FreePistonLinearGenerator，以下稱(chēng)FPLG)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高．適應(yīng)燃料多的優(yōu)點(diǎn)。由于取消了曲柄連桿機(jī)構(gòu)，活塞的位置控制是實(shí)現(xiàn)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。本文基于Simulink建立了機(jī)械一流體一電控耦合系統(tǒng)模型。并用GT—Power及樣機(jī)倒拖試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行流體部分的驗(yàn)證。針
2、對(duì)FPLG的非穩(wěn)定狀態(tài)建立了仿真模型，著重研究FPLG運(yùn)行過(guò)程中換氣．燃燒過(guò)程的不穩(wěn)定情況．及其對(duì)FPLG運(yùn)行特性的影響。關(guān)鍵詞：自由活塞；一維仿真；直線電機(jī)；穩(wěn)定性DOI：10．19471／j．cnki．1673—6397．2017．01．005中圖分類(lèi)號(hào)：TK402文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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世紀(jì)末開(kāi)始FPLG研究以來(lái)，國(guó)內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)對(duì)FPLG進(jìn)行仿真研究及樣機(jī)試制。美國(guó)西維吉尼亞大學(xué)(WVU)¨J研究了三代自由活塞發(fā)電機(jī)(FPLA)，涉及兩沖程點(diǎn)燃式、壓燃式FPLG及四沖程FPLG。美國(guó)圣地安國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(SNL)心]主要側(cè)重研究?jī)蓻_程FPLG的均質(zhì)充量燃燒(HC—CI)燃燒方式．仿真結(jié)果表明此種方式有很高的熱效率，且有效降低了NO，排放。德國(guó)航空航天中心(DLR)∞]采用子部件依次開(kāi)發(fā)的方式開(kāi)發(fā)了一臺(tái)樣機(jī)，用
6、作電動(dòng)汽車(chē)的增程器。豐田研發(fā)中心實(shí)驗(yàn)室[4]設(shè)計(jì)了一種新的FPLG結(jié)構(gòu)．仿真結(jié)果表明這種結(jié)構(gòu)的預(yù)混合壓燃(PCCI)效率能到42％。本文采用兩沖程雙活塞式FPLG為研究對(duì)象。參照二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)值仿真的方法。使用Madab／Simulink軟件建立仿真模型，著重完善掃氣過(guò)程的氣體混合模型，加入相對(duì)完整的氣體模型；并使用GT—Power及部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)上述模型進(jìn)行驗(yàn)證。該模型可自由修改模型結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)參數(shù)，具有完全基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51376116)。作者簡(jiǎn)介：林濱濱(1990-)，男，碩士在讀，研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)仿真及控制。收稿日期：2016—12—28·18·
7、內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置2017年2月自主的二次開(kāi)發(fā)能力，適合用于FPLG的研究。1裝置介紹本文采用的是雙活塞式FPLG的結(jié)構(gòu)，由兩臺(tái)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸耦合一臺(tái)直線電機(jī)組成．如圖1所示。采用缸內(nèi)直噴供油方式，二沖程回流掃氣換氣方式，直線電機(jī)可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)模式和發(fā)電機(jī)模式的轉(zhuǎn)換。裝置啟動(dòng)時(shí)，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞連桿做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，行程逐漸增大，并壓縮燃燒室內(nèi)的空氣：直到活塞達(dá)到一定位置，燃燒室狀態(tài)滿足點(diǎn)火條件，噴油器開(kāi)始噴油，火花塞點(diǎn)火；同時(shí)，直線電機(jī)切換成發(fā)電機(jī)模式，并動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)電載荷，控制活塞連桿速度及行程。1，14S67Rj1?！?，一書(shū)㈧1、1卜燃燒室；
