循环能量消耗量计算（1）压缩能Ec及其损失Ec的计算压缩能Ec是指MICSPG的一个工作循环中，从SFPA关闭排气口开始直至摆动到一侧内燃机外止点的压缩过程中，SFPA依靠自身的动能克服燃烧室中工质气体的压力pc而对气体所做的功。压缩能在数值上等于燃烧室中气体内能的增量。即Ec=UU=ODCEXHTcd=-ODCEXHpcdVEc=-VcV0p0V0VdV=p0V0-1（-1-1）式中：U为压缩过程中燃烧室气体内能的增量（J）；EXH为MICSE一侧内燃机的排气口位置；ODC为MICSE一侧内燃机的外止点位置；p0为压缩过程开始即排气口刚为活塞所关闭的瞬间，燃烧室中的气体压力（p0=0.95105Pa）；V0为压缩过程开始时，气缸有效总容积Va。对MICSE样机而言Va的大小为2.1710-6m3；为绝热指数，本文取为1.35.

　　由于压缩能是在系统起动时由起动系统注入的，所以它并需要消耗燃料的能量。但在MICSPG运行过程中，压缩能通过SFPA由一个循环向下一个循环传递时，由于存在泄漏和热交换，压缩能的损失是必然的。由式可知，为了使压缩比保持不变，总压缩能Ec也应保持不变，也就是说损失的压缩能必须通过燃料的能量来补充。为了简单起见，本文假定在MICSPG两个相邻的循环中，压缩能的损失为定值且为总压缩能的2%.在一个循环中压缩能的损失为EcEc=Ec2%（5）（2）阻力矩所消耗能量Ef的计算在一个工作循环中，SFPA所受到的总阻力矩Tr包括电磁阻力矩Te和摩擦阻力矩Tf。其中电磁阻力矩Te与SFPA的瞬时角速度%成正比，而摩擦阻力矩Tf则可看作为常值（取为0.3Nm）。若以平均角速度代替瞬时角速度，则SFPA所受到的总阻力矩为TrTr=Te+Tf=ce%mean+Tf=cef+Tf因而阻力矩Tr在一个冲程中所消耗的能量为ErEr=IDCODCTrd=Tr式中：Tr为总阻力矩（Nm）；Te为电磁阻力矩（Nm）；Tf为摩擦阻力矩（Nm）；ce为MICSPG中发电机部分的电磁阻力矩系数，取为8.010-3（Nms/rad）；为活塞组件的摆动幅角（rad）；%mean为SFPA在一个工作循环中的平均角速度（rad/s）；f为MICSPG的稳定工作频率（Hz）。

　　（3）扫气能Es的计算扫气能Es是指MICSPG的一个工作循环中，用于扫气而消耗的能量。它在数值上等于燃烧膨胀冲程中，SFPA自外止点ODC运行到扫气口刚为SFPA所开启的瞬间，扫气活塞克服扫气腔的工质压力而对气体所做的功，等于扫气及效率计算腔中气体内能的增量。

　　Es=-SCAVODCpsdV=ps0Vs0-1（-1s-1）式中：ps0为活塞处于外止点ODC时，扫气腔中工质的压力，取为1.01105Pa；Vs0为活塞处于外止点ODC时扫气腔的初始容积（m3）。对所研制的MICSPG样机而言，Vs0约为燃烧室名义工作容积的3倍，即Vs0=6.5110-6m3；s为扫气压缩比，即压缩过程开始时扫气腔的初始容积Vs0与活塞开启扫气口时扫气腔的容积Vs0之比值。MICSE的扫气压缩比s=1.3.

　　电能输出Ee及平均输出功率根据能量转换及守恒定律，MICSPG在一个工作循环中所输入的能量Efueli等于其输出的电能Ee与耗散的能量之和。即Efueli=Ee+Ec+Es+Ef上式变化可得Ee=Efueli-Ec-Es-Ef设发电部分的总效率为g（本文取80%），则净输出电能为EneEne=Eeg若MICSPG的工作周期为T（s），工作频率为f，则由式可得MICSPG一个冲程中的平均有效输出功率Pmean（W）为Pmean=EneT=Eegf各能量组分的比例各能量组分在循环总输入能中所占的份额情况如和所示。

　　MICSPG一个工作循环中能量分配表能量类别数值大小（J）在总输入能中的比重备注总输入能Qcycle5.5100%燃烧释放的总能量燃烧有关的损失Q3.0255%燃烧有关的损失为55%循环指示能Efueli2.4845%能量利用系数为45%压缩能Ec0.6由起动系统注入压缩气体所储存的能量压缩能损失Ec0.0120.22%压缩能传递损失为2%扫气能损失Es0.183.3%用于扫气的能量阻力矩消耗的能量Ef0.7313.3%克服摩擦及电磁阻力而损失的能量总输出电能Ee1.5628.4%MICSPG输出的电能电能损失Ele0.6211%电能传输效率为60%有效电能输出Ene0.9417%用户端可利用的电能循环总能量E6.1总输入能与压缩能之和各能量组分份额情况2MICSPG特性参数的估算活塞组件的最大瞬时角速度压缩冲程末，当活塞运动到点火提前位置时，火花塞跳火点燃燃烧室中的油气混合气。在极短的时间内燃料迅速燃烧完毕，同时放出大量的能量。这样可以假定活塞在外止点ODC时，燃烧室中工质的能量为燃料燃烧释放的总能量与压缩能量之和，即Ecycle=Qcycle+Ec而能量E可近似地看作完全转化为活塞组件的动能，即%max=2EJ当然，由于存在着火延迟、火焰传播等物理现象，燃料能量是在一段时间里释放而注入系统的，所以上述计算所得的活塞组件最大速度值肯定比实际值要大。