HCCI 自由活塞式内燃机运行参数设计———自由活塞式内燃直线发电机研究进展（一）

《HCCI 自由活塞式内燃机运行参数设计———自由活塞式内燃直线发电机研究进展（一）》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、石油机械·62·CHINAPETROLEUMMACHINERY2003年第31卷第10期▲专题综述▲HCCI自由活塞式内燃机运行参数设计———自由活塞式内燃直线发电机研究进展（一）*周志宏（江汉石油学院机械系）摘要HCCI自由活塞式内燃直线发电机是近年来正在研究的发电机的一种类型，它具有结构简单、效率高、功率大、质量轻、有害气体低排放和可使用多种燃料等特点，应用前景包括洁净汽车、野外作业、移动设备等方面。介绍了HCCI自由活塞式内燃直线发电机的结构、基本原理和特点，以及HCCI自由活塞式内燃机的设计方法与二冲程发动机清扫过程的数值模拟方法。简述了国外研究现状和我们

2、研究的方向。关键词自由活塞式发动机直线发电机均匀注入压缩点火引言HCCI自由活塞式内燃直线发电机的结构与基本原理1998年，美国Sandia国家实验室研究开发了［1］一种与直线发电机有机结合的内燃发电机，被HCCI自由活塞式内燃发电机组的基本原理如称为自由活塞式（Freepiston）内燃直线发电机。图1所示。这种发电机两端布置汽缸，将直线交流发电机集成在汽缸的中间。在两端汽缸中均匀注入压缩点火（HCCI）使混和燃料燃烧，轮流推动永磁体在交流线圈中往复运动，在线圈中产生电流。从实验情况来看，这种发电机组所具有的效率高、质量轻、有害气体低排放和可使用多种燃料等特点使

3、之成为人们研究的热点。美国政府投资由Sandia国家实验室、明尼苏图1自由活塞式内燃直线发电机组原理示意图达大学等科研机构和高等院校进行有关的研究，以1—汽缸；2，5—活塞；3—铁芯；4—线圈；6—轴；7—永磁体提高发动机的效率、降低废气的排放和研制轻便的这是一个二冲程的内燃机，在两端各有1个端发电机组。到2010年，计划将发电机组的效率提口封闭的汽缸，活塞在两个汽缸中来回运动，当活高到50%以上。塞向右运动时，右端的气体压缩，可以作为弹簧缓由于这种发电机组的优良特性，笔者正在开展冲，当快达到上死点时，左边汽缸进气和排气，达原理性研究、设计方法研究和将其用于石油设

4、备的到上死点时，右边汽缸点火，气体膨胀，推动活塞可行性研究，在此介绍这种发电机的基本原理，主往左运动。这样，左右汽缸轮流工作，使活塞来回要结构特点和将要进行的研究工作。运动。在活塞上连接轴，轴上有永磁体，永磁体在绕着线圈的铁芯中来回运动，在线圈中产生交流电。*作者周志宏简介见本刊2003年第9期。（收稿日期：2003-07-31；修改稿收到日期：2003-08-23）2003年第31卷第10期周志宏：HCCI自由活塞式内燃机运行参数设计·63·HCCI自由活塞式内燃直线发电机组由两大部擦，因为只有一个运动部件，在活塞上没有侧向分组成：一是内燃机，由活塞、汽缸、进气

5、道、排力。研究表明，缸体-活塞-活塞环的磨损特性要比气阀、排气口等组成，负责将燃烧的能量转换为往曲轴-滑块方式优越得多。复运动的动能；二是直线发电机，由永磁体、线圈和铁芯等组成，活塞推动永磁体往复运动，在线圈HCCI运行参数设计中产生电流。为了分析这种发电机组的理论效率，需要从热对于二冲程发动机而言，对发动机效率和排放力学基本规律出发进行分析。根据热力学原理，理废气影响的关键是清扫系统的设计和性能，如果没想的奥托（Otto）循环是发动机希望达到的最佳选有充分的注入，HCCI的燃烧过程会很差，效率因择。这是由于奥托循环燃料的能量在工作介质达到而降低，例如，会产生非常

6、量体积燃烧，不完全燃最大压缩比时常体积下转换成热。该燃烧条件导致烧和低压缩比情况下自动点火等现象，产生未燃烧最高可能的峰值温度和最大可能的热效率。的碳氢化合物和氮氧化物等超标的排放物。此外，图2中的实线是现代四冲程重型柴油机在压缩不适当的通道设计可能会导致燃料泄漏而进一步降比为16.25:1时的热力学循环图。与理想的奥托低燃料经济性。而这些是二冲程发动机经常遇到的循环条件（常量体积燃烧）相比，仍然还有36%问题，特别是当速度变化区域较大时和发电机的功的功未利用。这是非常量体积燃烧的结果，因为火率输出变化范围较大时。然而，对自由活塞式发动花点火或喷油点燃的火焰传播需

7、要一定时间。机，运行速度范围窄得多，这是由于该装置所采用的发电技术所致；运行在固定振动速率才能取得高效的发电效果。单一速度运行可以很大程度上简化清扫系统设计，允许在特定的运行点进行优化。有几个参数对设计非常关键。首先，清扫过程必须迅速，在燃烧点火前应当达到高压缩比。此外，局部燃料混合比必须低，气体温度低到氮氧化物无法形成。大部分输出功应能转化成有用的电功率。在清扫方式上也有限制，如低泵功率和低排气损耗等。还有两项参数是要求长冲程孔径比（保图2理想奥托与现代四冲程柴油机热力学循环证高压缩比下上死点有充足的间隙）和机械的简排放物的目标对优化发电机组的设计进一步提单性。

8、出了限制条