液压自由活塞发动机
液压自由活塞发动机
把传统的曲柄连杆机构用刚性连接代替，从结构上可看成由内燃机和液压泵两部分组成。由帕斯卡原理可知，要产生高压必然大的为内燃机活塞，小的为液压泵柱塞。常见的有三种类型，见图2。
图1 图2
（1）单活塞式（single piston） 见图2（a、b、c）是指HFPE拥有一个动力室和一个液压柱塞组件，只能产生一个作用（single acting）。
（2）双活塞式（dual piston） 见图2（d、e）是指HFPE拥有两个动力室和一个液压柱塞组件，能产生两个作用（double acting）。
（3）对置活塞式（oppose piston） 见图2（f、g）是指HFPE拥有一个动力室和两个液压柱塞组件，并且两活塞组件镜像布置，且有向内作用（inward acting）和向外作用（outward
acting）两种。
基本原理 活塞做往复直线运动，其工作原理见图3，（为荷兰Innas BV公司研发）。往复循环开始时，内燃机活塞处于最右端即底部下止点，电控系统使电磁阀得电，蓄能器中的高压油流入回复腔，推动活塞和柱塞往左运动，同时内燃活塞腔的空气被压缩，液压油吸入柱塞腔。当内燃机活塞到达上止点时，燃油喷射并点燃，高压气体推动活塞往右运动，柱塞将高压油通过单向阀压入高压侧，同时燃烧废气被扫出缸体，活塞运动到下止点，等待电磁阀打开进入下一循环，如此反复。
图3
基本特点 大的内燃机活塞和小的液压柱塞是刚性连接的，省去了曲柄连杆机构和液压柱塞泵中的斜盘机构，故而得名“自由活塞”。与传统的发动机相比有许多新特点：
(1) 结构简单、零件数目少、质量轻；没有飞轮，选用2冲程发动机；单组元功率可为15KW～30KW。
(2) 活塞与缸体间无侧向力作用，磨损小；压缩比可变；活塞只做往复直线运动，发动机起停较容易;控制系统复杂。
(3) 经济性好、燃料使用范围广，甚至可用重质低质燃料；效率高，总效率可达40%（能量链短）；排放低。在对压缩比精确控制（误差为±2%）时，NOx排放为7～8gr/KWh；煤烟排放FSN(filter soot number)为0.5～1.0；没有飞轮作用，熄火现象较严重；为使效率最大和控制更简单，最适合常压变流量液压系统。
科技成果——自由活塞式斯特林发动机
科技成果——自由活塞式斯特林发动机
技术开发单位 中国电子科技集团公司第二十一研究所
技术简介
斯特林发动机技术作为世界上热转换效率最高的热机，是目前世界发达国家竞相投巨资重点开发的新兴主导战略产业。技术开发单位一体化解决了自由活塞式斯特林发电机和斯特林制冷机核心技术及其一系列产品生产工艺问题，成功开发了40W、60W、80W和800W、1000W、1200W以及3000W等系列斯特林发电机和制冷机产品，拥有独立知识产权，具备低成本与规模化量产能力。
主要技术指标
1、斯特林发电机主要性能指标
结构优化，完整气密式/全密封设计；太阳能热发电效率达29%，综合发电效率最高可达95%的能量转换效率；可适用多种热源发电，180℃电机启动温度；超静音（65db噪音）、低震动、低废热释放。
2、斯特林制冷机主要技术指标 机身全密封设计；超静音（60db噪音）、低震动、低废热释放；制冷2分钟达到-50℃，10分钟达到-100℃，20分钟内达到-120℃，真空条件下最低温度可达-233℃；使用氯气为冷却剂。
技术特点
热效率高，斯特林发动机的实际有效效率能达到32%-40%，最高可达47%。排气污染小，和内燃机相比，太太降低了废气中CO、HC等有害气体的含量。噪音低，发动机运转比较平稳，噪音比较小。运转特性好，由于斯特林发动机中最大压力与最小压力之比一般小于2，因此其扭矩比较均匀、运转比较平稳。超负荷能力强，在超负荷50%的情况下仍然能正常运转，相对于内燃机5%-15%的超负荷能力而言具有更好的运转特性。结构简单，维修方便，比内燃机少40%的零部件。
技术水平 国内领先
适用范围 高握太阳能应用，太阳能光热发电。中温太阳能应用，工业蒸汽（替代或部分替代传统工业蒸汽锅炉）、城镇集中供暖工程、社区供暖、太阳能空调集热制冷、稠油热采、烟草、中药材、食品干燥等。
专利状态 授权专利多项
技术状态 小批量生产
合作方式
自由活塞式线性发电机
自由活塞式线性发电机
自由活塞式线性发电机是国内外研究热点，被认为是革新性的未来动力技术，在电池技术未获得重大突破前新能源汽车动力研究方向之一。
自由活塞式线性发电系统作为一种新型的串联式混合动力装置，近十年来得到了国内外许多科研机构的广泛关注。该装置由自由活塞式内燃机与直线发电机直接耦合，燃烧室膨胀做功，气体弹簧储能后回复，带动直线发电机往复运动发电。因为省却曲柄连杆和机械飞轮等传动装置，将活塞连杆与直线发电机动子直接相连，机械效率得到提高；由于取消了曲柄连杆机构的物理约束，以及直线电机发电状态和电动位置控制状态的切换，使得增大压缩比提高燃烧效率成为可能，并能在不改变内燃机结构的情况下调节压缩比以适应汽油、柴油、天然气、甲烷、氢气等多种燃料；而高压缩比均质充量压缩点火（HCCI）的燃烧方式，使得燃料的燃烧效率很高，整个系统效率可达传统内燃机的2~3倍，并且几乎无氮氧化物排放（NOX<>
在现有的新能源车型中增程型混合动力车型有着独特的魅力，由于传统燃油发电机(也可称之为增程器)并不参与直接的车辆驱动，因此工作时间短，噪音低，被称为更接近纯电动车的一项技术，这种车由电动机进行驱动，当电池的电力不足时，维持其行驶的电力来自于一台传统内燃机带动的发电机，好处是驾驶者不再受到电池容量的束缚，只要有燃油，不需要充电也可以驾驶车辆去到更遥远的地方。目前市场中的增程式电动车都采用了一台现有的内燃机作为发电机转子的动力源，而现有的内燃机上的很多部件对于发电这件事儿来说是多余的。 丰田将目光瞄准在了发动机的活塞上。因为导体在磁场中切割磁感线便可以产生电流，这也是如今发电技术的理论基础，如果分别将气缸与在其中进行往复运动的活塞变为导体和磁场，那么活塞运动也就变为了导体切割磁感线的运动，丰田的工程技术人员应用的便是这一原理，研发出了利用活塞运动就可以发电的发电机。
缸内直喷+两冲程+活塞式发电机，丰田的工程师再一次将奇思妙想变为了现实。由于没有了曲轴、连杆、附件等等一系列为了动力输出而设计的部件，这台仅仅为了发电的发动机更轻、更小，同时更加专注于发电也令系统效率变得更高。
基于DSP的液压自由活塞发动机控制器的设计
《机床与液压》２００６．Ｎｏ．４ ・１１５－
基于ＤＳＰ的液压自由活塞发动机控制器的设计
闰红力，徐兵，杨华勇
（浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，杭州３１００２７）
摘要：介绍了液压自由活塞发动机的特点及其控制系统的组成。分析了液压自由活塞发动机运行和调试的特点及对控 制系统的要求，给出了一种基于ＴＩ公司ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片的液压自由活塞发动机控制器的设计方案，详细说明了系统硬 件电路各部分的设计，并给出了软件模块图。 关键词：液压自由活塞发动机；ＤＳＰ；控制系统 中图分类号：ＴＨＩ３７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３８８１（２００６）４一ｌ１５—３
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｄｕａｌ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｆｒｅｅ Ｐｉｓｔｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＳＰ
ＹＡＮ Ｈｏｎｇｌｉ。ＸＵ Ｂｉｎｇ。ＹＡＮＧ Ｈｕａｙｏｎｇ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒｅｅ ｐｉｓｔｏｎ ｅｎｇｉｎｅ（ＨＦＰＥ）ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＨＦＰＥ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｑｕｅｓｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＨＦＰＥ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＴＩ’Ｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｈｉｐ
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ ｗａｓ ｇｉｖｅｎ． ＋ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒｅｅ ｐｉｓｔｏｎ ｅｎｇｉｎｅ；Ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；Ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
热能向流体压力能转换装置
院榜磅暴 ＴＥＣ｝ＩＮｏＬｏＧＹ ＡＮＤ ＭＡＲＫＥＴ Ｖｏ１．１７，Ｎｏ．５，２０１０ 。 謦 本成果基于动力应用系统（如工程机械一同时需 要两种功率、城市用车辆一回收制动能）的需求及传 统能量转换装置存在的问题而提出，集成了内燃机与 柱塞式流体泵技术，吸收了液压自由活塞发动机直接 利用活塞往复直线运动进行机一液能量转换的原理， 同时利用传统活塞式内燃机曲柄连杆机构在回程、止 点与行程固定，定时及协调工作，容易实现启动，便于 驱动附属系统等方面的优点，经过多次论证提出了机 构原理方案。 产品结构 单杠机械一流体双元动力系统主机系统主要包 括下列组件：燃烧室、流体压力工作室、回程与机械动 力输出室、活塞一柱塞组件。此外，辅助系统包括配 气、燃料供给、润滑、冷却、启动、点火、稳压及控制等 系统，用于辅助、保证主机系统的工作，对外提供有 效、适用的功率流。 技术特点 本成果属原始创新，内容复杂。技术难度大，课题 研究的重点是研制热能向流体压力能转换的装置及 其能量转换效率的提高，内燃式流体动力装置与发动 机一柱塞泵系统相比，同工况下除输出流因压力（机 械效率）提高有０．６９％～２．１３％较小的降低以外，其它性 力能车 装置 能都有明显的改善。燃油消耗率全工况相对改善１２％ ～４２．７８％；输出功率全工况相对改善１３．６３％～７４．７５； 有效热效率全工况相对改善１３．６３％ ７４．７５；运转不 均匀度全工矿相对改善４．６６％～１５．５７；输出压力全工 况相对改善１５．２１％～７６．６１％；曲柄连杆机构受力幅值 最大降低３３％。 市场预测 本成果相关的内燃机、流体泵技术背景良好，有 着良好的工作基础及产学研合作条件，经济效益显 著，产品创新性突出，市场发展前景良好，易实现产业 化。无论在环境保护、节能、生产、建设及运行成本方 面，还是在体积、重量方面均具有明显优势和特色。 本成果应用领域广泛，可作为内燃式水泵、内燃 式压缩机、内燃式油泵及机械一流体双元动力装置等 使用。 转化方式 技术转让、联合开发。 单位：青岛大学科研处科技开发服务中心 地址：山东青岛宁夏路３０８号 邮编：２６６０７１ 电话：（０５３２）８５９５３７０５ 。内管贯通式太阳能集热管 现行太阳能真空管均为单端开口形式，冷水进热 水出都在真空管的同一端，不能组成有效的水循环系 统，热量只能以自然对流和扩散的形式导入储水箱， 严重影响真空管的集热效率。为了提高集热管的热效 率，改善水循环动力，在结构上满足各种类型用户的 需要，本成果采用内管贯通结构，从而有效地提高了 真空管的集热效率。 产品特点 １）大大改善了内管水循环动力，从而增强传热性 能； ２）由于内管上下贯通，方便了水系统的连接； ３）该集热管通过内管长出部分与水系统连接，密 封好，强度高，结构布置灵活； １２ｏ ４）内管贯通式太阳能集热管，它既可用于太阳能 热水器，也可用作企事业单位集中供热系统的采热。 太阳能热水器已被广大群众认可，直通管热效率 的提高必将替代原有盲管。特别是企事业单位的集中 供热系统，采用直通管可方便组成强制对流系统，从 而改善水循环动力，提高热效率。 经济效益 初始规模下年产值可达１０００万元以上。 联系人：李柏芳周云祥 单位：江苏科技大学科技服务部 地址：江苏省镇江市梦溪路２号 邮编：２１２００３
液压自由活塞发动机止点位置控制研究
第３４卷第５期 ２ ０ １ ３年５月 兵 工 学 报 ＡＣＴＡ ＡＲＭＡＭＥＮＴＡＲＩＩ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．５ Ｍａｖ ２０１３
液压自由活塞发动机止点位置控制研究
吴维，苑士华，胡纪滨，荆崇波
（北京理工大学车辆传动国防科技重点实验室，北京１０００８１）
摘要：研究液压自由活塞发动机活塞运动止点控制方法，进而提高系统运行的稳定性。对单 活塞液压自由活塞发动机活塞位置控制基本原理进行了理论分析，研究了活塞止点控制的影响因
素。基于仿真和试验结果，确定了上止点精确控制主要控制量，分析了下止点精确控制策略及其极
限位置限制方法。研究结果表明，上止点精确控制主要影响因素为活塞压缩过程的初始运动位置 和初始压缩位置，下止点精确控制策略需要同时控制活塞所传递的能量以及活塞下止点附近的动
力学过程。活塞下止点极限位置应采用组合方法限制，前期基于液压节流作用的热能法，后期基于 液压油体积弹性模量的势能法。
关键词：流体传动与控制；自由活塞发动机；止点位置；控制方法；能量平衡
中图分类号：ＴＫ４４１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００—１０９３（２０１３）０５－０５１３．０６ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００．１０９３．２０１３．０５．００１
Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｆｒｅｅ－Ｐｉｓｔｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｓ
ＷＵ Ｗｅｉ，ＹＵＡＮ Ｓｈｉ－ｈｕａ，ＨＵ ｊｉ—ｂｉｎ，ＪＩＮＧ Ｃｈｏｎｇ—ｂｏ （Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｐｉｓｔｏｎ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒｅｅ—ｐｉｓｔｏｎ ｅｎｇｉｎｅ，ｔｈｅ ｄｅａｄ ｃｅｎｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｓｔｏｎ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｓｔｏｎ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ
机械-液压约束活塞发动机多学科协同优化框架实现
・现代设计与先进制造技术・ 柳勋张铁柱张洪信等机械一液压约束活塞发动机……２７
机械一液压约束活塞发动机
多学科协同优化框架实现
柳勋 ，张铁柱 ，张洪信 ，姜建秋 ，张卫华 （１．青岛大学机电工程学院，山东青岛２６６０７１）
（２．青岛大学车辆电子技术研究所，山东青岛２６６０７１）
摘要：对机械一液压约束活塞发动机多学科协同优化设计框架的原理和要求进行了论述，介绍了
框架的实现方法。通过对机械一液压约束活塞发动机曲轴的协同优化，进行了框架测试，使曲轴 的质量减少了２０％，设计效率明显提高。
关键词：机械一液压约束活塞发动机；曲轴；多学科；协同优化设计；框架 中图分类号：ＴＫ４０２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—１６１６（２０１０）１７—００２７—０４
机械一液压约束活塞发动机（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ—
Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｐｉｓｔｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ，ＭＨＣＰＥ）是可将 指示功同时转化为机械能和液压能的新型动力装
置，由于相对传统的发动机结构变化较大，需要有 针对性地进行优化设计研究。ＭＨＣＰＥ优化设计 涉及到热力学、系统动力学、流体力学、材料力学、
摩擦学等多个学科，这些学科都有自己成熟的分析 方法、技术和软件，由于受限于研究人员的知识结 构和单机计算速度，只有依赖处于异地的各领域专
家协同作业方能有效完成这一工作，即ＭＨＣＰＥ需 要多学科协同优化设计。关于多学科协同优化设 计（Ｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａ— ｔｉｏｎ，ＭＣＤＯ）方面的研究成果较多，国外有的软件
已经商业化；国内研究主要集中在航天航空领域， 核心技术既不成熟，也属保密范畴，且应用范围有
一定的局限性【卜 。所以需要针对ＭＨＣＰＥ建立
自己的ＭＣＤＯ框架，即计算环境。
１框架原理与要求
ＭＨＣＰＥ结构简图如图１所示，与传统的内燃
机一柱塞式流体泵组合系统及液压自由活塞发动 机相比，ＭＨＣＰＥ具有结构简单，节能、节材效果明 显，以及系统启动、活塞回程、附属系统驱动、工作
液压自由活塞发动机的能量平衡分析
第２３卷（２００２）第３期 内燃机 工 程 Ｎｅｉｒａｎｊ ｉ Ｇｏｎｇｃｈｅｎｇ Ｖｏ１．２３（２００２）Ｎｏ．３
文章编号：１０００－－０９２５（２００２）ｏ３一ｏ７６一ｏ５
液压自由活塞发动机的能量平衡分析
夏必忠。傅新。杨华勇 （浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，杭州３１ＯＯ２７）
Ｅｎｅｒｇｙ Ｂａｌａｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｆｒｅｅ Ｐｉｓｔｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ
Ｘｉａ Ｂｉｚｈｏｎｇ，Ｆｕ Ｘｉｎ，Ｙａｎｇ Ｈｕａｙｏｎｇ （Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏ１，
Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１ＯＯ２７） ２３００６３
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒｅｅ ｐｉｓｔｏｎ ｅｎｇｉｎｅ（ＨＦＰＥ）ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ ｔｗｏ ｐｒｉｍｅ ｍｏｖｅｒｓ—ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｓ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｍｏＶｅｒ—ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｕｍｐ ｉｎｔｏ ｏｎｅ ｃｏｍｐａｃｔ ｕｎｉｔ． Ａｓ ｆｌ ｓｐｅｃｉａｌ ｅｎｇｉｎｅ，ｉｔ ｕｓｅｓ ｌｉｑｕｉｄ ａｓ ｉｔｓ ｗｏｒｋ ｍｅｄｉｕｍ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｅｓ ｂｙ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｅｎｅｒｇｙ，ＳＯ ｎｏｎ—ｓｔｉｆｆ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ． Ｅｎｅｒｇｙ ｂａｌａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆｌ ｓｔｅａｄｙ－ｇｏｉｎｇ ＨＦＰＥ ｉｓ ｄｏｎｅ，ｗｈｉｃｈ ｇｉｖｅｓ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｅｖｅｒｙ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ，ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｅｎｅｒｇｙ．Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｓｔｏｎ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｕｍｐ ｉｓ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｔＯＯ．Ｓｏ ｉｔ＇ｓ ｈｅｌｐｆｕｌ ｆｏｒ ＨＦＰＥｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅ— ｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ．
基于ProE的发动机活塞运动仿真分析
第３５卷第４期２００８年８月拖拉机与农用运输车Ｔｒａｃｔｏｒ＆ＦａｒｍＴｒａｎｓｐｏｒｔｅｒＶ０１．３５Ｎｏ．４
Ａｕｇ．，２００８
基于Ｐｒｏ／Ｅ的发动机活塞运动仿真分析
马成习
（潍坊学院机电工程学院，山东潍坊２６１０６１）
摘要：通过对活塞连杆机构的运动分析，推导出发动机活塞的运动方程。运用Ｐｒｏ／Ｅ对单缸发动机进行三维实体建模及装配
运用Ｐｒｏ／Ｅ的ｍｅｃｈａｎｉｓｍ模块对发动机活塞进行运动仿真分析，得出活塞的位移、速度、加速度的变化曲线。
关键词：发动机；活塞；运动方程；建模；仿真
中图分类号：ＴＫ４１３．３文献标识码：Ａ文章编号：１００６－０００６（２００８）０４—００６６—０２
ＫｉｎｅｍａｔｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＥｎｇｉｎｅＰｉｓｔｏｎＢａｓｅｄｏｎＰｒｏ／Ｅ
ＭＡＣｈｅｎｇ·ｘｉ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＷｅｉｆａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｅｉｆａｎｇ２６１０６１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃａｌｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｅｎｇｉｎｅｐｉｓｔｏｎｗａｓｉｎｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆｐｉｓｔｏｎｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ·ｒｏｄｍａｃｈｉｎｅ．ＵｓｉｎｇＰｒｏ／Ｅ，ｔｈｅ３Ｄｓｏｌｉｄｍｏｄｅｌａｎｄａｓｓｅｍｂｌｙｏｆｓｉｎｇｌｅ·ｃｙｌｉｎｄｅｒｅｎｇｉｎｅｗｅｒｅｍａｄｅ．
ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｎｇｉｎｅｐｉｓｔｏｎｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｍｏｄｕｌｅｏｆＰｒｏ／Ｅ，ｔｈｅｖａｒｙｉｎｇｏｆｐｉｓｔｏｎ’Ｓ
ｄｉｓｔａｎｃｅ，ｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｉｍｅｗｅｒｅｇｉｖｅｎｏｕｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｎｇｉｎｅ；Ｐｉｓｔｏｎ；Ｋｉｎｅｍａｔｉｃａｌｅｑｕａｔｉｏｎ；Ｍｏｄｅｌｉｎｇ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
深海水下液压技术的发展与展望
２０１３年第１２期 液压与气动
ＤＯＩ：１０．１ １８３２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－４８５８．２０１３．１２．００１
作者简介：顾临怡，男，１９７３年生人，浙江萧山人，工学博士，美国明 尼苏达大学留学回国人员，教授，博士生导师，第十二届中国青年科技奖获
得者。１９９８年１２月毕业于浙江大学机械系流体传动及控制（液压）专业，
毕业后留校工作至今，现任浙江大学机械电子控制工程研究所副所长、海洋
工程装备国家一地方联合工程实验室副主任、海洋装备试验浙江省工程实验
室副主任。主要研究方向为纯机液控制的高速开关型虚位移变量液压马达、 一
纯机液控制的燃烧自适应型自由活塞发动机液压驱动与压缩比控制单元、遥控水下机器人及其
电液驱动控制与作业系统、深海海底取样装备、深水油气田水下生产设施的液压驱动控制，授
权国家发明专利２０余项。
深海水下液压技术的发展与展望
顾临怡 ，罗高生 ，周锋 ，王峰 ，陈鹰
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｆｕｔｕｒｅ ｏｆ Ｄｅｅｐ—ｓｅａ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ＧＵ Ｌｉｎ．ｙｉ ，ＬＵＯ Ｇａｏ．ｓｈｅｎｇ ，ＺＨＯＵ Ｆｅｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｆｅｎｇ ，ＣＨＥＮ Ｙｉｎｇ
（１．浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室海洋工程装备国家地方联合工程实验室，浙江杭州３１００２７； ２．美国明尼苏达大学ＮＳＦ集成高效液压工程研究中心，美国明尼苏达州明尼阿波利斯５５４５５）
摘要：环境压力补偿是目前深海水下液压系统最常用的结构。本文介绍它的结构与工作原理，分析了
影响其长时间工作可靠性的两大核心风险——旋转轴动密封和运动软管老化问题。在此基础上，介绍了远
程液压源、深海静压源两种目前国外回避上述风险的方法，分析了各自的优缺点和适用条件。最后指出，廉
价的、长寿命的海水液压系统，仍然是彻底解决深海水下液压系统的高风险问题的最佳途径，但尚有一段路 要走。 关键词：深海水下液压；压力补偿；旋转轴动密封；运动软管老化；远程液压源；深海静压源；海水液压
液压自由活塞发动机的活塞运动不对称特征研究
第３３卷第７期 ２ ０ ｌ ２年７月 兵 工 学 报 ＡＣＴＡ ＡＲＭＡＭＥＮＴＡＲＩＩ Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．７ Ｊｕ１． ２０１２
液压自由活塞发动机的活塞运动不对称特征研究
吴维，苑士华，胡纪滨，荆崇波
（北京理工大学车辆传动国家重点实验室，北京１０００８１）
摘要：结合液压自由活塞发动机基本原理，建立了系统分析模型，通过仿真和样机试验结果分
析了活塞运动不对称性及其影响因素。研究结果表明：液压自由活塞发动机活塞上止点运动呈现
不对称性特征，能量传递特征和活塞受力特征决定了该不对称性是固有的。在上止点附近，气体压
力对活塞运动状态起决定性作用，活塞压缩过程越快，对应的膨胀过程也越快。配流阀响应对活塞
上止点运动状态影响不明显，不同负载压力形成位置主要影响膨胀过程后期。
关键词：流体传动与控制；自由活塞发动机；液压；活塞运动；不对称性
中图分类号：ＴＨ１３７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００．１０９３（２０１２）０７－０８１０－０６
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ａｓｙｍｍｅｔｒｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｐｉｓｔｏｎ Ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ
ｔｈｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｆｒｅｅ Ｐｉｓｔｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ
ＷＵ Ｗｅｉ，ＹＵＡＮ Ｓｈｉ—ｈｕａ，ＨＵ Ｊｉ—ｂｉｎ，ＪＩＮＧ Ｃｈｏｎｇ—ｂｏ
（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒｅｅ ｐｉｓｔｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓ・
ｔｅｍ ｗａｓ ｂｕｉｈ．Ｔｈｅ ａｓｙｍｍｅｔｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｓｔｏｎ ｍｏｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｓｉｍｕ—