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四冲程自由活塞天然气发动机原理样机的试验研究与分析

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内燃机工程 2014年第1期35卷 110-114页

作者：尹凝霞徐照平常思勤林继铭南京理工大学机械学院南京210094 广东海洋大学工程学院湛江524088

在单缸四冲程自由活塞汽油机(free piston engine,FPE)原理样机试验基础上,为验证FPE多燃料可行性和仿真模型可靠性,并探索气体燃料在FPE中燃烧特性,设计了天然气供气系统,对FPE进行了多循环对比试验研究。结果表明:缸内峰值压力随压缩... 详细信息

在单缸四冲程自由活塞汽油机(free piston engine,FPE)原理样机试验基础上,为验证FPE多燃料可行性和仿真模型可靠性,并探索气体燃料在FPE中燃烧特性,设计了天然气供气系统,对FPE进行了多循环对比试验研究。结果表明:缸内峰值压力随压缩比增大而增大;输出功率随膨胀比增大而增大;FPE通过增大压缩比和膨胀比在由汽油改用天然气后动力性不再降低;与天然气在传统发动机中燃烧相比,FPE适当推迟点火定时可减小压缩负功;受初始设计活塞最大行程所限,一代原理样机试验性能未达最优,有较大提升空间。

关键词：内燃机自由活塞发动机四冲程压缩天然气原理样机试验

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自由活塞发动机的活塞运动规律优化与试验

农业工程学报 2015年第6期31卷 82-88页

作者：林继铭徐照平闫皓华侨大学机电及自动化学院厦门361021 南京理工大学机械工程学院南京210094

为了提高四冲程、点燃式自由活塞发动机系统的输出效率,该文在分析其工作原理的基础上,设定边界约束和路径约束,建立了活塞运动规律优化模型。基于系统工作过程中活塞分阶段运行的特性,采用高斯伪谱法离散状态与控制变量,将活塞运动规... 详细信息

为了提高四冲程、点燃式自由活塞发动机系统的输出效率,该文在分析其工作原理的基础上,设定边界约束和路径约束,建立了活塞运动规律优化模型。基于系统工作过程中活塞分阶段运行的特性,采用高斯伪谱法离散状态与控制变量,将活塞运动规律优化问题离散化为非线性规划问题,并结合序列二次规划算法求解最优化问题。仿真结果表明:采用分阶段的电磁力作用规律,优化活塞位移与速度曲线,可提高缸内气体对外做功能力与降低传热损失,使系统指示效率由41.0%增加到45.3%。同时由试验验证了所提出方案的可行性与有效性,试验中系统发电效率由28.8%提升到31.2%,系统性能明显提升。该文对此类动力装置的后续研究提供了参考。

关键词：发动机优化模型自由活塞运动规律高斯伪谱法

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四冲程自由活塞发动机仿真与实验

农业机械学报 2012年第7期43卷 1-6页

作者：徐照平常思勤黄玲南京理工大学机械工程学院南京210094

为实现清洁高效利用燃料发电,提出并研究了四冲程自由活塞发动机。基于活塞组件的动力学方程、燃烧室内的气体状态方程以及代用燃烧放热规律,建立系统仿真模型,对系统动态特性进行仿真研究,重点讨论了压缩比和膨胀比对系统性能的影响。... 详细信息

为实现清洁高效利用燃料发电,提出并研究了四冲程自由活塞发动机。基于活塞组件的动力学方程、燃烧室内的气体状态方程以及代用燃烧放热规律,建立系统仿真模型,对系统动态特性进行仿真研究,重点讨论了压缩比和膨胀比对系统性能的影响。在仿真分析的基础上,研制了一台缸径为62 mm的原理性样机,对样机实验结果进行了分析,并利用仿真模型对样机的性能参数进行了回归分析。研究结果表明:目前样机的发电效率为34%左右,优化后四冲程自由活塞发动机的发电效率在45%左右,比传统小型汽油发电机组有明显的性能优势。

关键词：自由活塞发动机直线发电机四冲程仿真实验

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内燃-直线发电集成动力系统概念设计

南京理工大学学报 2008年第4期32卷 449-452页

作者：常思勤徐照平南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

提出了一种新型的内燃-直线发电集成动力系统,系统主要由四行程内燃机燃烧室、直线电机、可逆电能存储子系统以及电控单元等构成,实现从燃料输入到电能输出的能量转换与传递功能。从尽可能减少能量传递与转换的环节以及通过调节电磁力... 详细信息

提出了一种新型的内燃-直线发电集成动力系统,系统主要由四行程内燃机燃烧室、直线电机、可逆电能存储子系统以及电控单元等构成,实现从燃料输入到电能输出的能量转换与传递功能。从尽可能减少能量传递与转换的环节以及通过调节电磁力控制活塞运动规律的基本思路出发,针对系统的概念设计,推导了基本方程并进行了理论分析。认为新系统具有可实现清洁高效利用能源的优点,可优先考虑在电动混合动力车辆中得到应用。

关键词：动力系统自由活塞发动机直线电机电动混合动力车辆

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新型独立压缩自由活塞发动机仿真研究

南京理工大学学报 2013年第1期37卷 101-106页

作者：林继铭徐照平常思勤南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为了提高四冲程自由活塞发动机系统的性能,该文提出了一种独立压缩、进气热力学参数可控的工作循环方案。利用MATLAB/Simulink建立系统动态仿真模型,获得了系统的基本特性,并进一步分析了进气压力、点火位置、膨胀行程长度等参数对系统... 详细信息

为了提高四冲程自由活塞发动机系统的性能,该文提出了一种独立压缩、进气热力学参数可控的工作循环方案。利用MATLAB/Simulink建立系统动态仿真模型,获得了系统的基本特性,并进一步分析了进气压力、点火位置、膨胀行程长度等参数对系统性能的影响。仿真结果表明:新循环通过进气增压将缸内顺序进行的进气、压缩过程改为气缸内、外同时并行进行,缩短了缸内进气与压缩行程,显著提升了系统有效效率与输出功率;点火位置的提前和压缩比的增大对有效效率的提升作用有限;加大膨胀行程长度可降低排气门的工作负荷。通过模型的仿真分析为样机的改进与试验提供了理论指导。

关键词：自由活塞发动机工作循环增压仿真

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四冲程自由活塞发电机设计方法

南京理工大学学报 2013年第5期37卷 699-704页

作者：徐照平常思勤林继铭南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为研制四冲程自由活塞发电机原理样机,提出了基于能量流动分析的设计方法。在分析四冲程自由活塞发电机结构组成和工作原理的基础上,建立了自由活塞往复运动的能量平衡方程。根据发电机各个冲程的能量流动特点,确定了系统主要结构参数... 详细信息

为研制四冲程自由活塞发电机原理样机,提出了基于能量流动分析的设计方法。在分析四冲程自由活塞发电机结构组成和工作原理的基础上,建立了自由活塞往复运动的能量平衡方程。根据发电机各个冲程的能量流动特点,确定了系统主要结构参数的设计方法和直线发电机负载电流的匹配方法。完成一台缸径62 mm原理样机的设计与研制,并进行了样机实验与动态特性测试。样机的连续稳定运行验证了设计方法的正确性。

关键词：自由活塞发电机四冲程样机设计

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一种发动机电磁驱动配气机构应用研究

南京理工大学学报 2011年第5期35卷 585-589页

作者：常思勤刘梁李子非徐照平南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为了改善发动机的动力性、经济性和排放性能,该文以满足发动机高转速和有限安装空间为设计目标,研究了一类应用动圈式电磁直线执行器的电磁驱动配气机构。应用有限元分析的方法设计得到了电磁驱动配气机构的结构参数。通过汽油机性能仿... 详细信息

为了改善发动机的动力性、经济性和排放性能,该文以满足发动机高转速和有限安装空间为设计目标,研究了一类应用动圈式电磁直线执行器的电磁驱动配气机构。应用有限元分析的方法设计得到了电磁驱动配气机构的结构参数。通过汽油机性能仿真分析了发动机中应用电磁驱动配气机构的优越性。模拟缸盖的试验测试表明,与常规发动机相比,应用该电磁驱动配气机构的发动机具有更大的设计与控制自由度和优化空间,以及良好的电磁力特性和较小的时间常数,易于控制。在单缸发动机上的运行和性能测试表明,该机构的气门响应时间小于4 ms,落座速度小于0.3 m/s,可满足在发动机上的应用需求;且在中低转速下运行良好,实现了配气机构的柔性化调节。

关键词：节能环保配气机构电磁直线执行器

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新型动圈式永磁直线电机样机设计及试验

电机与控制应用 2010年第1期37卷 4-7,30页

作者：徐照平常思勤南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

针对内燃-直线发电集成动力系统对高发电效率、低推力波动、低运动质量直线电机的应用需求,提出了一种新型动圈式永磁直线电机的技术方案,分析了电机的结构特点及工作原理。对电机推力特性、推力密度和发电效率进行了分析及优化,并研制... 详细信息

针对内燃-直线发电集成动力系统对高发电效率、低推力波动、低运动质量直线电机的应用需求,提出了一种新型动圈式永磁直线电机的技术方案,分析了电机的结构特点及工作原理。对电机推力特性、推力密度和发电效率进行了分析及优化,并研制了一台最大推力为4 kN的样机。测试结果表明:该样机25Hz正弦往复运动的发电效率可达95.2%,推力密度为463 kN/m3,且行程范围内无需换向、无明显推力波动,达到了预期的设计要求。

关键词：自由活塞发动机永磁直线电机发电效率

对置式自由活塞发动机CFD建模与喷雾锥角研究

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南京理工大学学报 2020年第4期44卷 400-408页

作者：张晴霖徐照平刘双双刘梁南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为了进一步提升对置式自由活塞发动机的燃料利用效率与排放性能,采用三维计算流体力学方法对该发动机的喷雾锥角进行了参数化仿真。设计了中央燃烧室结构与喷雾引导式燃烧组织方案。建立了中央燃烧室三维网格模型,根据原型样机设置了计... 详细信息

为了进一步提升对置式自由活塞发动机的燃料利用效率与排放性能,采用三维计算流体力学方法对该发动机的喷雾锥角进行了参数化仿真。设计了中央燃烧室结构与喷雾引导式燃烧组织方案。建立了中央燃烧室三维网格模型,根据原型样机设置了计算模型与计算条件。分析了喷雾锥角对缸内燃料分布、燃烧放热率、缸内压力、CO排放量和缸内温度的影响。研究结果表明喷雾锥角为40°左右时,点火时刻缸内燃料分布最为理想,发动机能够获得97.5%的燃烧效率、39.7%指示热效率和低于0.4%的CO排放量。

关键词：对置活塞自由活塞发动机喷雾锥角计算流体力学燃料分布