專利名稱：一種用于氫內(nèi)燃機的穩(wěn)壓軌的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及進氣道噴射式氫內(nèi)燃機領(lǐng)域，具體來說涉及一種用于氫內(nèi)燃機的穩(wěn)壓軌的制造方法。
背景技術(shù)：
世界石油資源短缺和生態(tài)環(huán)境保護是21世紀(jì)人類面臨的主要問題，這對傳統(tǒng)石油燃料提出了很大的挑戰(zhàn)。石油的替代燃料如氫氣，天然氣和生物質(zhì)燃料等由于其低排放的環(huán)保功效和低燃料費用，在國際上日益受到重視。氫氣是一種清潔燃料，燃?xì)鋬?nèi)燃機具有很好的排放特性，燃燒后只產(chǎn)生氮氧化物和水，稀混合氣燃燒時氮氧化物也可降低到比其他燃料低得多的水平，因此是比較理想的 “綠色”燃料。近年來世界各國也都在積極致力于氫氣發(fā)動機和汽車的開發(fā)。氫氣作為車用燃料也存在一定的不足，主要表現(xiàn)為能量密度低，氫氣的體積理論燃空當(dāng)量比僅為2. 38，這表明氫氣在混合氣中會占有大量的體積，這對供氫系統(tǒng)提出了很高的要求必須在短時間內(nèi)噴射大量體積的氫氣。為滿足氫內(nèi)燃機的燃料流量需求，目前采取的方法主要包括提高噴射壓力和增大噴射脈寬，提高噴射壓力會造成密封系統(tǒng)安全性能下降，同時使氣瓶殘余壓力提高，續(xù)駛里程縮短；增大噴氫脈寬受到回火問題限制，因此在滿足功率輸出情況下盡量使用較小的噴氫脈寬，但是噴氫脈寬受到噴嘴性能的限制導(dǎo)致調(diào)節(jié)范圍有限。在高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷工況時，為保證氫內(nèi)燃機的功率輸出，必須采用高頻、大流量的氫氣噴射，不可避免地造成供氫系統(tǒng)內(nèi)壓力波動較大，使發(fā)動機動力性能下降，嚴(yán)重時會影響發(fā)動機的穩(wěn)定工作。為解決上述問題，實現(xiàn)氫供給量的精確控制，在噴嘴前端加裝穩(wěn)壓軌道能夠有效穩(wěn)定噴射壓力，但是穩(wěn)壓軌道容積太大將影響內(nèi)燃機的整體布局，同時導(dǎo)致系統(tǒng)成本增加。 本發(fā)明為解決上述問題，提出了一種用于氫內(nèi)燃機的穩(wěn)壓軌的制造方法，具有重大實用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于氫內(nèi)燃機的穩(wěn)壓軌的制造方法，本發(fā)明可以針對進氣道噴射氫發(fā)動機設(shè)計其燃料軌道的最小體積，滿足氫內(nèi)燃機在工作過程中燃料噴射壓力恒定，混合氣濃度控制精確，實現(xiàn)氫內(nèi)燃機在全工況下的最優(yōu)控制。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提出了一種用于氫內(nèi)燃機的穩(wěn)壓軌的制造方法， 所述方法包括以下步驟1)計算最大循環(huán)噴射量；幻根據(jù)氣缸中心距確定燃料軌道長度； 3)根據(jù)噴嘴特性選定燃料供應(yīng)壓力和對應(yīng)的最大噴射脈寬；以及4)根據(jù)氣體燃料軌道模型分析所述穩(wěn)壓軌的軌道截面積與軌壓波動的關(guān)系，以氫內(nèi)燃機標(biāo)定轉(zhuǎn)速下最大氫氣流量時氫氣軌道內(nèi)的壓力波動率小于5%為限值確定最小軌道截面積。優(yōu)選的是，基于包括內(nèi)燃機排量，沖程，標(biāo)定轉(zhuǎn)速、負(fù)荷及燃料性質(zhì)的參數(shù)計算所述最大循環(huán)噴射量。
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優(yōu)選的是，所述選定的燃料供應(yīng)壓力的步驟包括根據(jù)氫噴嘴的噴射脈寬和流量特性，結(jié)合最大循環(huán)燃料噴射量及工作轉(zhuǎn)速確定燃料供應(yīng)壓力。優(yōu)選的是，所述氣體燃料軌道模型是基于氣體動力學(xué)建立的，所述模型涉及軌道內(nèi)氣體流速及流量方程，能量及動量守恒方程，將氫經(jīng)噴嘴噴射的實際過程簡化為小孔噴射，計算氣體流經(jīng)小孔時的流量從而得到燃料軌道內(nèi)溫度和壓力波動的變化關(guān)系。優(yōu)選的是，所述方法還包括在經(jīng)過步驟2、確定燃料軌道長度之后，給定燃料軌道截面積以計算得到給定的軌道體積，經(jīng)過所述步驟幻和4)判斷所述給定的軌道截面積是否為最小軌道截面積，如果所述給定的軌道截面積不為最小軌道截面積，則繼續(xù)減小給定的軌道截面積，重復(fù)步驟幻和4)直至最后的給定的軌道截面積為最小軌道截面積，從而獲得最小軌道截面半徑，實現(xiàn)氫內(nèi)燃機的精確燃料控制。


圖1顯示了本發(fā)明關(guān)于氫內(nèi)燃機穩(wěn)壓軌的制造流程圖。圖2顯示了在不同燃料供應(yīng)壓力下噴嘴流量隨脈寬的變化規(guī)律。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于氫燃料內(nèi)燃機穩(wěn)壓軌，通過計算得到的氫軌截面積對軌壓波動的影響規(guī)律。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于氫燃料內(nèi)燃機穩(wěn)壓軌的制造步驟是首先根據(jù)氫燃料內(nèi)燃機的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，如內(nèi)燃機單缸排量，沖程數(shù)，標(biāo)定轉(zhuǎn)速、氫氣性質(zhì)等計算最大循環(huán)供氫量；選定氫燃料噴嘴并根據(jù)其流量特性確定供氫壓力及對應(yīng)的最大噴射脈寬；利用氣體動力學(xué)理論建立類似柴油機高壓共軌的氫燃料軌道模型，分析軌壓波動情況；根據(jù)氣缸中心距確定氫燃料軌道長度，在滿足軌壓變動在許可范圍內(nèi)的條件下，計算軌道的最小截面積，實現(xiàn)氫氣噴射過程中壓力穩(wěn)定，氫內(nèi)燃機燃料的供應(yīng)精確合理。整個的制造方法的過程是，首先確定最大循環(huán)供氫量，利用氫燃料內(nèi)燃機的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，由[數(shù)學(xué)式1]計算[數(shù)學(xué)式1]m =■ pair Φ
60 τ式中，τ表示沖程數(shù)，η表示內(nèi)燃機最高轉(zhuǎn)速或額定轉(zhuǎn)速，V表示內(nèi)燃機單缸排量， P &表示進氣管狀態(tài)下空氣密度，Φ表示燃空當(dāng)量比。其次氫燃料噴嘴流量特性如圖2所示，可根據(jù)最大循環(huán)供氫量需求，結(jié)合合適的燃料供應(yīng)壓力選取適當(dāng)噴射脈寬；利用氣體動力學(xué)理論建立類似柴油機高壓共軌的氫軌道模型，模型所需用的方程包括氫氣穩(wěn)壓軌內(nèi)氣體流速由[數(shù)學(xué)式2]計算，質(zhì)量流量由[數(shù)學(xué)式3]計算[數(shù)學(xué)式2][數(shù)學(xué)式3]
權(quán)利要求
1.一種用于氫內(nèi)燃機的穩(wěn)壓軌的制造方法，所述方法包括以下步驟1)計算最大循環(huán)噴射量；2)根據(jù)氣缸中心距確定燃料軌道長度；3)根據(jù)噴嘴特性選定燃料供應(yīng)壓力和對應(yīng)的最大噴射脈寬；以及4)根據(jù)氣體燃料軌道模型分析所述穩(wěn)壓軌的軌道截面積與軌壓波動的關(guān)系，以氫內(nèi)燃機標(biāo)定轉(zhuǎn)速下最大氫氣流量時氫氣軌道內(nèi)的壓力波動率小于5 %為限值確定最小軌道截面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于包括內(nèi)燃機排量，沖程，標(biāo)定轉(zhuǎn)速、負(fù)荷及燃料性質(zhì)的參數(shù)計算所述最大循環(huán)噴射量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述選定的燃料供應(yīng)壓力的步驟包括根據(jù)氫噴嘴的噴射脈寬和流量特性，結(jié)合最大循環(huán)燃料噴射量及工作轉(zhuǎn)速確定燃料供應(yīng)壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣體燃料軌道模型是基于氣體動力學(xué)建立的，所述模型涉及軌道內(nèi)氣體流速及流量方程，能量及動量守恒方程，將氫氣經(jīng)噴嘴噴射的實際過程簡化為小孔噴射，計算氣體流經(jīng)小孔時的流量從而得到燃料軌道內(nèi)溫度和壓力波動的變化關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在經(jīng)過步驟幻確定燃料軌道長度之后，給定燃料軌道截面積以計算得到給定的軌道體積，經(jīng)過所述步驟幻和4) 判斷所述給定的軌道截面積是否為最小軌道截面積，如果所述給定的軌道截面積不為最小軌道截面積，則繼續(xù)減小給定的軌道截面積，重復(fù)步驟幻和4)直至最后的給定的軌道截面積為最小軌道截面積，從而獲得最小軌道截面半徑。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提出一種用于氫內(nèi)燃機的穩(wěn)壓軌的制造方法，可以針對進氣道噴射氫發(fā)動機設(shè)計其燃料軌道的最小體積，滿足氫內(nèi)燃機在工作過程中燃料噴射壓力恒定，混合氣濃度控制精確，實現(xiàn)氫內(nèi)燃機在全工況下的最優(yōu)控制。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提出了一種用于氫內(nèi)燃機的穩(wěn)壓軌的制造方法，所述方法包括以下步驟1)計算最大循環(huán)噴射量；2)根據(jù)氣缸中心距確定燃料軌道長度；3)根據(jù)噴嘴特性選定燃料供應(yīng)壓力和對應(yīng)的最大噴射脈寬；以及4)根據(jù)氣體燃料軌道模型分析所述穩(wěn)壓軌的軌道截面積與軌壓波動的關(guān)系，以氫內(nèi)燃機標(biāo)定轉(zhuǎn)速下最大氫氣流量時氫氣軌道內(nèi)的壓力波動率小于5％為限值確定最小軌道截面積。
文檔編號G06F17/50GK102411661SQ20111040386
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者劉福水, 孫柏剛, 張冬生 申請人:北京理工大學(xué)