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自由活塞发动机基本原理及在增程式电动汽车上应用解析

时间:2019-06-26 13:30 来源:未知 作者:admin

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  原题目:自在活塞策动机根基道理及在增程式电动汽车上使用解析

  丰田公司在2014岁尾特律汽车工程国际研讨会上提出了自在活塞策动机线性发电机(Free Piston Engine Linear Generator,FPEG)的设想,并于近期展现了原型机。丰田公司暗示,该自在活塞策动机热效率可高达42%,比目前汽油机平均热效率高25-30%;其长度仅有60 cm,直径不跨越20 cm,无效输出功率可达11 kW。自在活塞策动机具有体积小、分量轻和热效率高的特点,具有在增程式电动汽车上使用的潜力,遭到新能源汽车企业的普遍关心。自在活塞增程式电动汽车的布局示意如下图所示。因而,本文将以自在活塞策动机为主题进行会商,引见自在活塞策动机的根基道理、特点及其使用难点问题。

  自在活塞策动机根基道理

  自在活塞策动机只要直线活动部件,没有曲轴或其它扭转部件,布局愈加简单,制形成本低,几乎可免维护运转。因为活塞没有曲柄连杆机构的束缚,其上、下止点位置是可变的,因而称为“自在活塞”。其工作过程如下图所示。自在活塞策动机能够理解为二种程策动机去掉连杆和曲轴,活塞不与任何机构相连,其工作过程与二冲程策动机工作过程根基不异,在活塞上行时,完成压缩、喷油以及焚烧或像柴油机一样压缩着火;在活塞下行时,则完成了做功以及换气的工作;自在活塞策动机没有保守策动机的飞轮布局,为了让活塞可以或许进行进气-压缩冲程,活塞的另一端通需要设想特殊的答复安装(凡是为空气弹簧)。

  自在活塞策动机的布局及其特点

  按照燃烧室数量、活塞数量以及相对安插体例来分,自在活塞策动机可分为:单活塞式、双活塞式和对置活塞式,如下图所示。单活塞式自在活塞策动机由一个燃烧室和一个活塞形成,其布局简单、成本低,且可实现对策动机的压缩比和无效冲程的切确调理和节制,但需要采用一个空气弹簧的答复安装;此外,单活塞式在活动过程中受力极端不均衡,轴向振动较大,需要安插额外的均衡安装或多台策动机安插来减小振动。双活塞式自在活塞策动机包罗两个燃烧室和两个活塞,没有零丁的答复安装,但振动比力大,进排气正时的节制难度较大,细微的负载变化对下一冲程会发生较大的影响,严峻时惹起熄火,轮回波动较大,因而需要更为切确的节制系统。对置活塞式自在活塞策动机包罗一个燃烧室和两个活塞,其受力完全均衡,振动最平稳,机体振动问题获得无效处理;因为没有气缸盖,能无效的削减传热丧失;但两个活塞的同步较为坚苦,导致压缩比不不变,需要额外的节制系统和同步安装,使其节制难度和策动机布局复杂程度添加。

  自在活塞策动机在增程式电动汽车上的使用

  自在活塞策动机做来去直线活动,若是别离将气缸与在此中进行来去活动的活塞变为导体和磁场,那么活塞活动也就变为了导体切割磁感线的活动,按照电磁感应道理,导体在磁场中切割磁感线便能够发生电流,从而实现自在活塞发电机,其工作过程如下视频所示。与目前采用保守策动机进行发电比拟,自在活塞策动机削减了曲柄连杆组的能量传送丧失,机械效率更高;此外,布局简单、体积小、分量轻的特点,降低了设想和制造的成本,有益于在汽车无限空间内的安插;同时,因为其压缩比能够自在变化,可顺应于汽油和柴油燃料,提高了燃料的顺应性。

  双活塞四冲程自在活塞发电机工作过程

  双活塞四冲程自在活塞发电机的工作过程如下视频所示,其根基的工作道理与保守四冲程策动机道理类似,此处不再赘述。

  自在活塞策动机使用难点

  保守策动机的活塞位置能够通过曲柄连杆机构进行设想和节制,但自在活塞策动机没有连杆和曲轴,虽可通过数据采集确定活塞的位置,但无法精确对其进行节制,例如上、下止点的位置。目前,自在活塞策动机完全依托电控定位活塞,对电控系统的节制切确要求比保守策动机更高。要实现自在活塞高效洁净且不变的运转,就必需对策动机压缩比、换气、喷油、燃烧进行切确节制。若是不克不及完满的处理电控问题,会带来燃烧不不变、燃烧不完全等问题,不只会形成油耗和排放添加,还会导致策动机工作不服顺,以至是熄火。由此可见,电控问题是搅扰其量产的最大缘由。

  虽然丰田将提出了自在活塞策动机线性发电机理念,可是目前还处于研发阶段。自在活塞策动机或发电机在适用化之前,仍有一些环节的问题有待处理和霸占。不外从其布局特点来看,体积小、分量轻、成本低、压缩比可变、燃烧顺应性强、热效率高档特点,具有在将来增程式电动汽车上的使用的潜力。

  本文来历:于莹潇. 单缸液压自在活塞柴油机换气和燃烧过程研究.吉林大学,2017.

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