微型內(nèi)燃機(jī)研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述由于微型發(fā)動機(jī)作為未來便攜式的動力具有廣闊的應(yīng)用前景,并且隨著微動力機(jī)電系統(tǒng)卜的發(fā)展,國內(nèi)外就微型發(fā)動機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了諸多研究，主要包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、微型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)、微型自由活塞發(fā)動機(jī)等。其目的均是用來代替電池,滿足各種民用和軍用的需求。[2]1.1國外研究現(xiàn)狀（1）從20世紀(jì)末開始，WaitzI.A.便對微型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行了諸多研究工作（如圖1-3）。實際上，經(jīng)過諸多研究后，試驗結(jié)果表明10g/h氫氣可以提供10～20W的電能，而發(fā)電的最大功率將到達(dá)100W。實際上，這種微型燃?xì)廨啓C(jī)能量轉(zhuǎn)換效率并不高，其原因是熱量的傳導(dǎo)效果不佳以及密封性不佳，工質(zhì)發(fā)生泄漏。圖1-3微型燃?xì)廨啺l(fā)動機(jī)原理圖（2）從1999年開始，C.Pello-Fernandez和Liepmann(CaliforniaofUniversityD.)就微型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)開展了研究工作（見圖1-4）。在進(jìn)行了諸多研究和試驗后，此類微型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的輸出功率將達(dá)到29W。與其他發(fā)動機(jī)相比，此類微型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)具有兩大優(yōu)勢，即結(jié)構(gòu)簡單和無需布置進(jìn)排氣門。然而，此類微型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的效率仍然較低，所以，提高轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的壓縮比或許是此類發(fā)動機(jī)的重要研究方向。圖1-4微型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)（3）實際上，從2000年開始，MarkG.Allen就針對微型脈動燃燒驅(qū)動的磁性自由活塞發(fā)動機(jī)開展了諸多研究工作（見圖1-5），一個帶有線圈的直角槽和磁性活塞以及槽旁的兩個燃燒室構(gòu)成了發(fā)動機(jī)的主體，燃燒室交替做功，磁性活塞受到高壓燃?xì)獾淖饔眠M(jìn)行往復(fù)運動，而槽內(nèi)布置有線圈，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，構(gòu)成了自由活塞式微型內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。此項研究的后續(xù)工作是改善工作穩(wěn)定性。圖1-5微型熱力發(fā)動機(jī)（4）現(xiàn)在，CenterTechnologyHoneywellGeorgia和LaboratoryResearchForceAir(AFRL)的研究人員就MEMS級的微型對置自由活塞內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)(piston-FreeMEMSEngineKnock)開展了研究工作（見圖1-6）。目標(biāo)是在微觀上開發(fā)使用碳?xì)浠衔锶剂希ㄈ绫?、丁烷或柴油）的?nèi)燃機(jī)，并最終開發(fā)出在1ml體積內(nèi)輸出約10W的發(fā)電裝置。為了最終提高整機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率，此類微型內(nèi)燃機(jī)須在高頻范圍內(nèi)工作，以使得壓縮和膨脹過程接近于絕熱過程。實際上，由于密封性不佳，此類發(fā)動機(jī)并未達(dá)到最好的能量轉(zhuǎn)換效果。[3]圖1.6微型對置發(fā)動機(jī)（5）為了實現(xiàn)微型發(fā)電機(jī)的設(shè)計，MichiganUniversity創(chuàng)造性地提出了MICSE(MicroInternalCombustionSwingEngine-微型內(nèi)燃擺式發(fā)動機(jī))的新概念發(fā)動機(jī)，它是第一個專門為發(fā)電而設(shè)計的內(nèi)燃機(jī)。圖1-7展示了MICSE的工作原理，結(jié)構(gòu)中的幾何對稱的中心擺將上、下腔室分離成四個體積可變的腔室A、B、C、D。在中心擺的整個循環(huán)工作過程中總有一個燃燒室在工作，如果現(xiàn)在A燃燒室在做功，那么B、C、D燃燒室都在進(jìn)行壓縮、吸氣、排氣過程，也就是說其點火順序為A、B、C、D。這種發(fā)動機(jī)的最大優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)簡單，只有一個嵌在中心的擺式構(gòu)件；結(jié)構(gòu)的簡單化可以輕松的解決比例化的難題，其設(shè)計的可重復(fù)性不再像傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)那樣難以克服。MICSE優(yōu)越的可比例化特性將使研究人員能夠?qū)で蟀l(fā)動機(jī)物理原理的極限，并且能夠設(shè)計出最大性價比的裝置?；贛ICSE的發(fā)電機(jī)還有下列幾點其它發(fā)動機(jī)不可比擬的優(yōu)勢：①MICSE的結(jié)構(gòu)設(shè)計較為簡潔，其可靠性在一定程度上有了較大的提高；②由于其中心擺動件是幾何對稱，且四個燃燒室也為對稱結(jié)構(gòu)，所以微型擺式內(nèi)燃機(jī)的振動很小；③由于這種微型系統(tǒng)實為可變壓縮比的內(nèi)燃機(jī)，所以會有非常好的外部負(fù)載特性。當(dāng)MICSE在外部負(fù)荷下波動時，發(fā)動機(jī)的壓縮比會隨著外部負(fù)荷的增加而增加，從而使輸出功率提高；④不需要獨立的啟動單元；⑤MICSE的兩個主要元件的幾何形狀都相對簡單，幾乎都是可由2-D平面設(shè)計，所以在制造方式上有較大的選擇，且可使整個發(fā)動機(jī)以最佳性價比和功率需求水平設(shè)計。根據(jù)MICSE研究人員的研究和測試，MICSE的能量密度為1.2MWh/Kg，而最佳電池的能量密度是400Wh/Kg，MICSE是其3000倍。最好的便攜式電池的能量密度為260Wh/Kg，MICSE是其4600倍。[4]圖1-7MICSE的結(jié)構(gòu)原理1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀自20世紀(jì)90年代以來，中國國家自然科學(xué)基金委員會一直關(guān)注著內(nèi)燃機(jī)的研究，以燃燒過程、傳熱、代用燃料、噪聲和排放控制為關(guān)鍵的攻關(guān)科研項目以達(dá)七八十項。其中，涉及微型內(nèi)燃機(jī)概念的項目有：“微型發(fā)動機(jī)燃燒過程和燃燒室的基礎(chǔ)研究”（李德桃，江蘇大學(xué)，2001年），該項目是基礎(chǔ)理論研究，沒有研制原理樣機(jī)。另一個是“二沖程微型擺式內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計理論與實現(xiàn)方法的研究”郭志平國家自然科學(xué)基金申請書，項目編號：50375078，該項目已在2006年12月按期完成，研制的原理樣機(jī)在實驗室里實現(xiàn)正常點火運轉(zhuǎn)，基本達(dá)到了預(yù)期的指標(biāo)，此項目也是本課題研究的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)李冠孚.微型擺式內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與密封性能研究［D］.內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，2013.陳博.基于MATLAB的微型HCCI自由活塞發(fā)動機(jī)工作過程數(shù)值模擬研究［D］.江蘇：江蘇大學(xué)，2009.王燕飛.微型二沖程擺式內(nèi)燃機(jī)動力學(xué)特性分析［D］.內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，2013.張仕民，郭志平.新型二沖程微型擺式內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計方法[M].北京：國防工業(yè)出版社，2013.袁兆成，趙鐵良.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018.9。劉宏新，王登宇.CATIA有限元工程結(jié)構(gòu)分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.10.張德虎，劉爽.基于CATIA與ANSYSworkbench的四缸發(fā)動機(jī)曲軸有限元分析[J].山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報.2019.19(6).王奕帆，姚煥新.汽車發(fā)動機(jī)活塞受力有限元分析[J].寧波工程學(xué)院學(xué)報.2012.24(3).郭湘川.航空發(fā)動機(jī)連桿的有限元分析[J].科技風(fēng).2021.[10]劉宏新，王登宇.CATIA有限元工程結(jié)構(gòu)分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.10.[11]任思璐，童寶宏.車用發(fā)動機(jī)曲軸的有限元分析[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)）.2011.25(9).[12]張德虎，劉爽.基于CATIA與ANSYSworkbench的四缸發(fā)動機(jī)曲軸有限元分析[J].山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報.2019.19(6).[13]顏騰峰，程仙國.基于ANSYSWorkbench發(fā)動機(jī)連桿有限元分析[J].2016.[14]山其新，徐軍.汽車發(fā)動機(jī)連桿有限元分析與改進(jìn)設(shè)計[D].2017.[15]于慧力，于霽厚.學(xué)生版簡明機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.11[16]徐建全，鄭秋文.發(fā)動機(jī)連桿三維實體建模和有限元分析[J].福建工程學(xué)院學(xué)報，2008，6（7）：72-73[17]劉顯玉.汽車發(fā)動機(jī)連桿的有限元分析[J].機(jī)電設(shè)備，2005，22（3）：9-11[18]代偉峰，樊文欣，程志軍.基于ANSYS的連桿的三維有限元分析[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車,2008，37（1）：48-49[19]江