董翔宇，汪 洋，徐帅卿，朱 瑞，胥 奇，甄旭东

(1.天津大学 内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072； 2.天津职业技术师范大学 汽车与交通学院，天津 300222)

0 概述

液压自由活塞发动机(hydraulic free piston engine, HFPE)是一种新型动力装置[1-2]，它取消了曲柄连杆机构，可以将热能直接转化为液压能，结构简单，压缩比灵活可变[3-5]。二冲程运行方式使其结构得到简化，提高了其能量密度。

传统二冲程汽油机由于在扫气过程中不可避免地存在燃料的短路损失，排放性能较差[6]。为解决这一问题，目前通常采用缸内直喷技术以完全避免燃料短路，但是需要采用高压喷油器，喷油系统成本较高[7-8]。半直喷技术则是将廉价的低压喷油器合理地布置在扫气口附近，能大幅减少短路损失[9]，同时可获得较好的动力性和清洁性[10]。采用半直喷技术的液压自由活塞发动机可获得更高的燃油利用率，又可以提高系统的紧凑性。

现阶段半直喷技术在曲柄连杆发动机的应用和研究已经比较成熟[11-13]，但其在HFPE的应用鲜有报道。本研究中根据课题组开发的半直喷式HFPE样机，利用CONVERGE仿真软件搭建了发动机的三维仿真模型，从燃料捕集、混合气形成方面研究了不同喷射角度、喷油定时、缸头倾角、进气压力带来的影响，对改善HFPE的清洁性和动力性有一定指导意义。

1 模型建立与验证

1.1 试验样机简介

半直喷式HFPE主要由液压系统和燃烧系统构成。图1为HFPE的运行原理图，其工作主要分两个过程：(1) 活塞上行过程，电磁阀K4关闭，K1、K2、K3开启，高压液压油在背压腔积蓄，推动活塞上行，柱塞腔通过单向阀从低压油路中吸油，当主油口打开后K3关闭。……