目前机电设备朝着微型化与便携化方向发展,对能源供给系统的持久续航和能量密度的要求越来越高。而广泛应用于微机电设备的化学电池的能量密度相对很低。此外,传统电池还存在质量和体积大、功率密度低、续航时间短、易造成污染等问题。由于碳氢燃料的高能量密度,且内燃机具有较高的能量转化效率,因此微型内燃机是能源动力系统朝着微型化发展的一个重要方向。本文以微型摆式发动机为研究对象并基于数值计算,开展了各损失对系统的热力学过程和性能的研究,以及如何控制损失的研究。主要工作包括:(1)建立了微小型摆式发动机/发电机的物理和数学模型,给出了摆式发动机的计算方法和收敛依据。然后,研究了摆式发动机的热力循环过程和运转特性。结果表明摆式发动机具备自启动能力、可以迅速达到稳态运转状态、且运转过程无死点的特性。(2)研究了燃烧、泄漏、摩擦和传热等损失对系统热力学过程和性能的影响。就热力学过程而言,非理想燃烧主要使循环过程偏离理想OTTO循环;而泄漏、摩擦和传热等损失主要降低循环的压缩比。各损失耦合作用到系统是非线性叠加的。可以通过减少燃烧时间、泄漏间隙、内壁面温度和摩擦力矩来提高摆式发动机的指示功率和热效率。(3)分析了非理想燃烧、泄漏损失和传热损失随尺寸减小而加强的机理。就尺度效应而言:燃烧和泄漏损失最敏感,其次是传热损失,而摩擦损失最小。且尺寸越小,损失对系统的耦合效应越大。(4)研究了质量负载、电磁负载、进排气口直径、流量系数和当量比等可优化参数对系统的热力学过程和性能的影响。结果表明,质量负载越大,则压缩比越大、频率越小、泄漏损失越大、燃烧损失越小。电磁负载越大,则压缩比越小、频率越小、燃烧损失越小、泄漏损失越小。因此都存在最佳的质量负载和电磁负载。质量负载的增加会提高内燃机的电负载带载能力。本文得出样机最佳的进排气口直径在3~5mm之间。本文得出合理的当量比应控制在0.8~1之间。同时,本文通过利用优化算法,在考虑当前样机的实际设计加工能力的基础上,得出基准尺寸样机的最大热效率为16.7%及最大指示功率为243.3W。