自由活塞发动机没有曲轴,没有活塞侧向力,活塞运动规律与燃烧过程存在自适应关系,这些特点预示着这种发动机存在实现较高功率密度的潜力。本文将通过仿真手段,对这种潜力进行证实,并探寻火花点燃式液压自由活塞发动机实现高强化、高效的途径。仿真建立了将缸内气体燃烧气体力与活塞受到的液压力耦合的液压自由活塞发动机模型,能够摆脱过去只能由实验获得活塞运动规律的限制,使液压自由活塞发动机的仿真更加准确。建立模型后与实验对标,验证了模型的可靠性。对不同增压度和不同火花塞数量的液压自由活塞发动机进行了仿真模拟,分析了活塞在液压和燃烧气体力的作用下运动的特性,在此基础上进一步分析了当量比条件下发动机活塞的运动规律和缸内的燃烧过程、爆震规律和指示热效率特性。仿真结果表明,增压后活塞的运动速度明显加快,在上止点附近停留时间缩短,等容度下降,因而更适用于点火相位较为靠前的情况。采用多点点火后进一步加快了火焰的传播速度,燃烧重心提前,更靠近上止点,对发动机的等容度提高起到了促进作用,指示热效率提高。自由活塞发动机的自适应性随着增压比的提高而减小,采用多点点火可以对增压后的自适应起到改善作用。自适应性的本质是燃烧重心随点火相位的提前而提前,燃烧重心CA50越靠近上止点,则燃烧产生的气体力对活塞换向的贡献越大,压缩比就越小,体现为自适应性较强。通过对不同初始压力下爆震极限压缩比的计算,得出液压自由活塞发动机爆震特性与活塞运动规律有关的结论。提高增压比会使相同点火相位下的爆震强度增大,爆震极限压缩比随点火相位的变化范围随着增压比的提高而减小,在同一增压比条件下,多点点火爆震倾向增大,但在最佳点火相位下多点点火的爆震极限压缩比仍可以达到14。本文最终的研究成果:在增压比8条件下,通过7点点火,压缩比16,在无爆震的前提下,可以实现45%的指示热效率,与增压比1、单火花的对照组相比,做功量提高了7倍以上,且运行频率加快,而指示热效率没有下降。该结论为高功率密度自由活塞发动机的开发,指明了方向。