零维模型,系统内各点化学成分相同，热力学状态相同；各参数只随时间（或曲轴转角） 变化而变化，不会因为空间位置而变化。本文的自由活塞发动机工作过程分析以及放热率模 型的建立都基于此模型。

1.3   本文技术路线与主要内容

1.3.1   技术路线

本课题要求学生综合应用大学四年所学习专业知识，调研活塞发动机的工作过程，根据 已知自由活塞发动机参数及缸内压力数据，推导燃烧放热率的数学计算模型并编写程序，计 算得到燃烧放热率，进而利用韦伯函数对计算得到的燃烧放热率进行拟合，得到描述发动机 燃烧过程的两个重要参数（燃烧持续时间和燃烧品质指数）。课题的目的在于全面考察学生掌 握和运用四年所学机械专业的相关知识的能力。

1.3.2   主要内容

1、自由活塞发动机原始数据:缸径 76mm;冲程长度 76mm;等效连杆长度 115mm;压缩比

11;进气道压力 100kPa;排气道压力 150kPa;计算转速 6000 转/min;以及通过程序得到的缸内 压力数据，使用理论空燃比。

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2、完成自由活塞发动机工作过程分析，研究分析缸内压力数据的滤波处理方法。

3、在传统内燃机模型基础上，明确技术路线，建立热力学数学模型。来!自~751论-文|网www.751com.cn

4、建立程序流程图，完成代码编写得到模型，通过程序计算得到燃烧放热率曲线。

5、利用韦伯函数对所得到的放热率曲线进行分析与拟合。

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2 自由活塞发动机工作过程分析及数学模型建立

2.1 自由活塞发动机概述

2.1.1 自由活塞发动机定义

自由活塞发动机，指的是没有传统内燃机的曲柄连杆机构的发动机[6]。它不对外直接做 功，仅仅提供一定温度一定压力的工作气体。作用在活塞组上的气体可以决定活塞组的运动 规律，而且可以随着发动机工况变化而变化。自由活塞发动机不仅除有动力气缸，而且还带 有空气压缩机和气垫缸。动力活塞与压缩机活塞一体化，构成了活塞组。活塞组运动的特点 就是自由，内、外止点的位置都可以发生改变。而同步机构则确保左、右两个活塞做的是对 称运动。依靠活塞组的往复运动来传递动力气缸和压缩机之间动力[7]。在动力气缸处于膨胀 行程时的时候，气垫缸内的空气就会被压缩，而这些空气就暂时贮存了动力气缸向外所作的 功。在随之而来的回复行程中，气垫缸内的气体开始膨胀，将贮存的功完全转移给了空气压 缩机。值得一提的是，当自由活塞发动机不带有气垫缸时，压缩机气缸余隙容积中贮存的能 量起到了相同的作用。