为实现对单活塞液压自由活塞发动机工作频率的精确控制,掌握液压自由活塞下止点运动规律是基础,基于系统基本原理,研究了活塞下止点运动规律的数学模型。通过建立数学仿真模型和试验系统,研究了液压自由活塞在下止点的运动规律及其影响因素。结果表明,活塞下止点运动过程包括反向加速和正向减速过程,活塞到达下止点后的反弹距离主要由该过程决定,活塞下止点运动过程中的反向加速力来自泵腔和压缩腔压力。系统压缩腔压力变化规律可控是工作频率精确控制的基础,压力变化规律控制要考虑活塞运动状态和单向阀的阀芯动作规律的影响。

以提高系统总效率为目标,研究了单活塞式自由活塞柴油液压动力装置的节能途径.分析了系统的能量传递过程,理论计算了能量输入、损失和输出之间的关系,结合试验结果研究了系统各组成部分的节能途径.结果表明：系统最高效率理论值可达38%,样机实测值为27.5%.理论和试验结果都表明系统总效率明显优于内燃机与液压泵的传统组合.系统内燃机部分的指示热效率达到传统内燃机的较优水平.系统液压泵部分泵腔效率的提高通过提高吸排油阀动态响应实现,高压腔和压缩腔循环效率提高通过减小两腔节流损失实现.

研究液压自由活塞发动机液压阀组动态特性.基于单活塞液压自由活塞发动机活塞运动规律,给出了其液压阀组形式,建立了阀组数学模型,对阀组的稳定性、频率响应、位移时间响应和流量特性进行了分析.结果表明：单活塞液压自由活塞发动机吸排油应分别采用反向和正向外流式锥阀;减小阀组的阀芯质量和黏性阻尼系数可减小阀芯运动与活塞运动之间的相位差,提高系统容积效率;排油阀开启过程瞬时开度大且阀芯运动受限位装置影响.

油液体积弹性模量对液压系统的动态特性有着重要影响,而现有模型尚无法准确反映油液压缩与膨胀过程的动态特性。引用分析了4种基于集中参数法的液压油有效体积弹性模量的稳态模型（Wylie模型、Nykanen模型、Ruan模型和AMESim模型）,结合空气和蒸汽的动态传输方程,推导得到了考虑含气量时变特征的有效体积弹性模量动态模型。在此基础上,分析了4种稳态模型分别在高压区和低压区的变化特性,研究了AMESim模型和动态模型稳态值的差异性,验证了动态模型的有效性。研究表明：由于假设含气量不变,Wylie模型、Nykanen模型在全压力范围内差别很小;高压时Ruan模型计算结果稍大,而AMESim模型计算曲线较为特殊,受空气分离压影响很大;低压时Ruan模型、Wylie模型计算结果非常接近,而当压力低于饱和蒸汽压时AMESim模型计算值约为0.在应用Henry定律条件下,动态模型预测...

针对单活塞液压自由活塞发动机工作频率控制的需要,给出一种频率阀结构和连接方式,对频率开启过程的两个阶段和关闭过程进行理论分析,建立了频率阀动态特性压力测试系统,并对频率控制开关过程进行试验研究。研究结果表明,提出的频率阀具有大通流能力高响应特征,主阀的大通径保证了频率阀的通流能力,先导阀的高响应和次阀的大通径实现了频率阀的高响应。频率阀开启时间延迟包括从先导阀控制信号发出到先导阀开始动作之间的间隔和从先导阀开始动作到主阀芯开始动作之间的间隔。

研究了液压变压器控制系统的稳态刚度特性,根据液压变压器控制系统工作原理,建立了液压变压器控制系统模型,在此基础上分别建立了液压变压器控制马达和液压变压器控制液压缸系统的稳态刚度方程式,分析了影响稳态刚度的因素。同时还推导了泵控马达和泵控制液压缸系统的稳态刚度方程式。对比实验及仿真结果表明：相对于泵控制系统,液压变压器控制系统的稳态刚度较小,并且会随着液压变压器三个配流口的排量变化而改变;增大液压变压器控制角,有利于扩大液压变压器控制系统的压力调节范围,提高系统的稳态刚度。

结合液压自由活塞发动机基本原理,建立了系统分析模型,通过仿真和样机试验结果分析了活塞运动不对称性及其影响因素。研究结果表明：液压自由活塞发动机活塞上止点运动呈现不对称性特征,能量传递特征和活塞受力特征决定了该不对称性是固有的。在上止点附近,气体压力对活塞运动状态起决定性作用,活塞压缩过程越快,对应的膨胀过程也越快。配流阀响应对活塞上止点运动状态影响不明显,不同负载压力形成位置主要影响膨胀过程后期。

在分析车辆制动能量回收的基础上,对城市用车辆制动能量回收的液压系统进行了探讨.采用高低压蓄能器、二通插装阀、双向变量泵-马达等部件,使系统既结构简单、运行可靠,又达到城市车辆节能与减低排放的目的.

速比调节是液压机械无级传动系统匹配的关键技术.文章根据实验数据建立起发动机的输出转速转矩模型,并根据其转速调节,得出了液压机械无级变速器速比的调节规律.最后通过实验验证了速比调节规律的正确性.

研究单活塞式液压自由活塞柴油机（HFPDE）的启动工况,得到其启动流程。基于系统启动能量传递过程,理论分析了各组分能量的定量分配关系,研究了回复蓄能器、频率控制阀以及压缩腔参数的匹配方法并进行了相应的试验验证。结果表明系统启动压缩行程较稳定工况长且单次循环启动成功率较高。系统启动输入能量主要来自回复蓄能器且主要被高压腔高压油和动力腔气体吸收,启动压缩过程压缩比可以灵活调整,提出的系统启动装置参数匹配方法和启动流程可行。