压缩空气动力发动机工作过程建模及特性研究!.pdf

第 卷 第 期 年 月 !( ! # $%% # !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 压缩空气动力发动机工作过程建模及特性研究! 刘 昊 陈 鹰 陶国良 浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，杭州 !##$% 摘要 压缩空气动力发动机工作特性的研究是进行发动机设计和配置该型发动机汽车的动力系 统设计的基础 文中运用热力学建立了气动发动机工作过程数学模型，结合仿真研究探讨了转速 7 变化时发动机工作特性的变化情况，并与发动机台架试验结果进行了比较分析，为优化气动发动 机设计，提高气动发动机性能提供参考7 关键词 压缩空气动力发动机 数学模型 仿真 压缩空气动力发动机（气动发动机）利用高压压 ! 气动发动机工作过程理论建模 缩空气在气缸内膨胀推动活塞做功对外输出动力， 不消耗燃料，尾气无任何污染物质排放7 同时，压 ! ! 气动发动机工作过程热力学模型 缩空气可以利用由水力、风力和太阳能等可再生绿 往复活塞式气动发动机的工作循环为简单的两 色能源作为动力的电能制备，用于汽车动力将使汽 冲程，即高压压缩空气进入气缸膨胀做功冲程，和 车真正成为零排放的环保汽车，缓解城市空气污染 膨胀后的低压气体排出气缸的排气冲程7 气缸中气 和石油资源匮乏的压力7 体的压力通过活塞、连杆传递到曲轴转化为扭矩输 压缩空气动力发动机工作特性的研究是进行发 出，因此，发动机输出扭矩与气缸内气体的状态相 动机设计和配置该型发动机汽车的动力系统设计的 关7 发动机工作过程中气缸内气体状态的变化规律， 基础 自 世纪 年代开始，法国 公司已研 也就决定了发动机的工作特性7 7 $# (# = ［］ 压缩空气在气缸内的状态变化是一个热力学过 制开发了压缩空气动力汽车 ，但是未见相关的论 ［，］ ［，］ $ ! , ) 程，现取单个气缸作为一个热力学系统进行考察研 文报道 美国北德克萨斯大学 和华盛顿大学 7 在液氮动力汽车方面进行了一系列研究工作，发动 究，系统的边界由活塞顶、气缸盖及气缸套壁面组 成，如图 中虚线框中所示 在进气冲程，排气门 机分别使用气动叶片马达和改造后的往复活塞发动 7 机，由液氮加热膨胀后获得的高压氮气驱动，但对 关闭，进气门打开阶段，气缸是一个开口体系，高 发动机的工作特性尚未见深入的研究报道7 国内在 压压缩空气由气门进入气缸，气缸内气体的质量增 这一领域的研究目前刚刚起步7 本文运用热力学对 加；而在进气冲程后段，进、排气门均关闭，气缸 往复活塞式气动发动机的工作过程建立了数学模 成为一个封闭体系，气缸内气体质量不变7 在排气 型，结合仿真研究探讨了转速变化时发动机工作特 冲程，进气门关闭，排气门开启，气缸又变成一个 性的改变情况，并与台架试验结果进行了比较分 开口体系，气缸内气体的质量减少7 析，为优化气动发动机设计，提