火花点燃式发动机,具有燃烧相位直接控制,燃烧过程无碳烟排放,有害排放物后处理方便的优点,但是受爆震现象的限制,圧缩比和适用缸径都难以提高。所以点燃式发动机热效率低,这是内燃机领域长期以来难以解决的问题。本文尝试利用液压自由活塞发动机独特的活塞运动规律以及灵活可控的压缩比,配合使用多火花塞点火技术,以提高发动机热功转化效率为目标,寻找点燃式液压自由活塞发动机燃烧过程优化的途径。本文在一台单活塞液压自由活塞发动机上,通过发动机缸内示功图、放热率分析等手段,研究了火花塞数目、点火相位、活塞运动规律、压缩比等结构和控制参数,对发动机指示热效率和爆震倾向的影响规律,研究结果表明:使用多火花塞点火,能缩短燃烧持续期,增大缸内的最大爆发压力,提高单次循环的指示热效率,其中四个火花塞和七个火花塞点火比单火花塞点火热效率分别提高4.2%和4.9%;但是多火花塞点火会增加爆震倾向,具体表现在极限压缩比减小,1、4、7个火花塞点火的极限压缩比分别为13、12.5、11.7。通过改变活塞的运动质量,可以实现不同的活塞运动规律。降低活塞的运动质量,可以提高活塞运动速度,减小活塞在上止点的停留时间,爆震倾向明显减少,在本研究的实验条件下,压缩比提高到16.5仍未出现爆震;但是随着活塞运动速度的提高,指示热效率有所降低;存在一个热效率最高的压缩比15.8,当压缩比超过15.8时虽然不会爆震,但是热效率降低。总结上述研究结果,得出点燃式液压自由活塞发动机的燃烧过程优化途径为:综合使用多火花塞点火、提高活塞运动速度和使用适当高的压缩比(15.8),就可以在无爆震前提下获得较高指示热效率。和原始方案相比,优化后方案压缩比提高2.8,指示热效率提高了20%。本研究成果,在SI燃烧过程爆震现象的抑制方法,高压缩比SI模式的实现途径,以及清洁高效液压自由活塞发动机的开发等方面,都具有一定的参考价值。