李延骁，杨 君，徐传燕

(山东交通学院 汽车工程学院，山东 济南 250357)

0 引 言

自由活塞内燃发电动力系统将自由活塞发动机(free piston engine, FPE)和直线发电机耦合成为一个整体，利用燃烧室内自由活塞的往复运动直接驱动直线发电机发电，将燃料燃烧产生的热能转化为电能输出。与传统曲轴式发动机(crank engine, CE)和旋转式发电机组成的动力系统相比，其最大特点是摒除了曲柄连杆机构，具有结构简单、功率密度大、摩擦损失小、能量转换效率高、制造成本低、压缩比可变、燃料适应性强等多种潜在优势[1-2]，非常适合作为车载发电装置应用于混合动力汽车和增程式电动汽车上，现已引起了国内外多家研究机构的关注[3-6]。

现阶段针对FPE研究尚处于探索阶段，还没有成熟的结构设计方法。为缩短研发周期，大多数学者直接采用曲轴式发动机设计参数，在此基础上与直线电机进行匹配[7-8]。在设计压缩比下，FPE运行频率范围非常狭窄，一般低于发动机额定工作频率[9-12]，限制了FPE工作效率与功率密度进一步提升。另一方面， FPE摒除了飞轮及曲柄连杆机构，其活塞运动状态与两侧气缸燃烧状态之间存在强耦合作用，导致FPE运行稳定性对燃烧循环波动与偶发性失火非常敏感，控制难度较大，因此FPE系统较易失稳，极端情况下会出现失火停机或撞击缸盖等现象[13]。

为提高FPE系统工作频率与运行稳定性，笔者提出一种带储能弹簧的FPE系统设计方案，通过仿真研究储能弹簧对FPE活塞运动规律，系统性能及运行稳定性影响，为后续样机设计提供理论指导。……