微型发动机具有相对微小的体积、较高的能量密度,在当今工业生产中具有广阔的前景。自由活塞发动机结构简单,更适合向微型化发展,将HCCI(均值充量压缩燃烧)这种新型燃烧方式与微型自由活塞式发动机相结合,不仅可以解决微型燃烧室壁面的火焰淬熄问题,同时可以解决HCCI所面临的着火控制难的问题。因此微型HCCI自由活塞发动机的工作过程的数值模拟,对于微型发动机的发展及设计研究有重要意义。本课题应用MATLAB/SIMULINK对微型HCCI自由活塞发动机单次冲击的燃烧过程进行仿真建模研究,分别建立考虑热传递和漏气的零维单步化学动力学模型和理想气体模型,并与试验结果相比较,验证了考虑传热漏气模型的微燃烧模拟结果与实验数据相吻合。获得了微发动机的着火、燃烧特性,主要包括燃烧压力、温度的变化以及自由活塞的运动特性。对单次冲击工况下变参数的微发动机工作过程进了研究,发现:活塞初速度增加,着火点提前,活塞末速度增加(高压缩比),但过高的自由活塞初速度导致燃烧爆发压力和温度过度增加;初始当量比增加,工作过程中缸内最高压力增加,温度和活塞末速度在当量比为0.45时达到最大值;气缸长度增加,工作过程中缸内最高压力和温度降低,活塞末速度增加;初温度增加,着火点提前,工作过程最高压力降低,活塞末速度降低;初始压力增加,着火点推迟,缸内最高压力、温度和活塞末速度降低,当初始压力到达某一临界值后,燃料还会从可燃状态转变为不可燃。另外,作者提出了微发动机单次冲击工作过程的效率的计算方法,并研究了变参数对效率和质量损失的影响。为进一步获得微型HCCI自由活塞发动机的尺寸和其对应的最佳初始参数提供了理论依据。