自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统是将自由活塞膨胀机与直线发电机的诸多优点相结合,组成一套适用于车用内燃机余热回收系统的动力装置。本文通过自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统的试验测试结果,对系统的工作过程进行了分析,并研究了进气压力、系统工作频率以及负载电阻等参数对自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统性能的影响。此外,还基于MATLAB/Simulink软件搭建了自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统的仿真模型,并对该仿真模型进行了试验验证。同时,基于该仿真模型,研究了活塞初始位移、活塞-动子连杆质量以及直线发电机的载荷系数等对自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统性能的影响。而且,还基于该仿真模型,针对试验过程中活塞在两个气缸内运动的不对称性现象,研究了进、排气角误差以及进、排气门开启时间误差对自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统性能的影响。试验结果表明:当系统稳定运行后,活塞速度、加速度以及直线发电机的负载电压和功率将按周期性规律变化。同时,由于自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统的自身结构特点,在活塞运动过程中,活塞的上、下止点,将随着系统运行工况的变化而浮动。同时,还由于设备在加工、装配以及调试过程中,存在误差等问题,导致了活塞在两个气缸内运动的不对称性现象。当排气角减小时,由于排气门在活塞未达到上止点前已经关闭,此时,活塞在向上止点运动过程中,存在一个气体压缩过程,增大了活塞运动阻力,使活塞与气缸端面不发生接触,起到保护装置的作用。试验装置的参数精度对自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统中活塞的运动特性有着重要影响:仿真结果表明,配气机构中进、排气角的加工误差以及进、排气门开启时间误差均对自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统有着直接影响,这些参数误差均会导致活塞在两个气缸内运动的不对称性。