专利名称：一种用于氢内燃机的稳压轨的制造方法
技术领域：
本发明涉及进气道喷射式氢内燃机领域，具体来说涉及一种用于氢内燃机的稳压轨的制造方法。
背景技术：
世界石油资源短缺和生态环境保护是21世纪人类面临的主要问题，这对传统石油燃料提出了很大的挑战。石油的替代燃料如氢气，天然气和生物质燃料等由于其低排放的环保功效和低燃料费用，在国际上日益受到重视。氢气是一种清洁燃料，燃氢内燃机具有很好的排放特性，燃烧后只产生氮氧化物和水，稀混合气燃烧时氮氧化物也可降低到比其他燃料低得多的水平，因此是比较理想的 “绿色”燃料。近年来世界各国也都在积极致力于氢气发动机和汽车的开发。氢气作为车用燃料也存在一定的不足，主要表现为能量密度低，氢气的体积理论燃空当量比仅为2. 38，这表明氢气在混合气中会占有大量的体积，这对供氢系统提出了很高的要求必须在短时间内喷射大量体积的氢气。为满足氢内燃机的燃料流量需求，目前采取的方法主要包括提高喷射压力和增大喷射脉宽，提高喷射压力会造成密封系统安全性能下降，同时使气瓶残余压力提高，续驶里程缩短；增大喷氢脉宽受到回火问题限制，因此在满足功率输出情况下尽量使用较小的喷氢脉宽，但是喷氢脉宽受到喷嘴性能的限制导致调节范围有限。在高转速、大负荷工况时，为保证氢内燃机的功率输出，必须采用高频、大流量的氢气喷射，不可避免地造成供氢系统内压力波动较大，使发动机动力性能下降，严重时会影响发动机的稳定工作。为解决上述问题，实现氢供给量的精确控制，在喷嘴前端加装稳压轨道能够有效稳定喷射压力，但是稳压轨道容积太大将影响内燃机的整体布局，同时导致系统成本增加。 本发明为解决上述问题，提出了一种用于氢内燃机的稳压轨的制造方法，具有重大实用价值。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于氢内燃机的稳压轨的制造方法，本发明可以针对进气道喷射氢发动机设计其燃料轨道的最小体积，满足氢内燃机在工作过程中燃料喷射压力恒定，混合气浓度控制精确，实现氢内燃机在全工况下的最优控制。为了实现本发明的目的，本发明提出了一种用于氢内燃机的稳压轨的制造方法， 所述方法包括以下步骤1)计算最大循环喷射量；幻根据气缸中心距确定燃料轨道长度； 3)根据喷嘴特性选定燃料供应压力和对应的最大喷射脉宽；以及4)根据气体燃料轨道模型分析所述稳压轨的轨道截面积与轨压波动的关系，以氢内燃机标定转速下最大氢气流量时氢气轨道内的压力波动率小于5%为限值确定最小轨道截面积。优选的是，基于包括内燃机排量，冲程，标定转速、负荷及燃料性质的参数计算所述最大循环喷射量。
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优选的是，所述选定的燃料供应压力的步骤包括根据氢喷嘴的喷射脉宽和流量特性，结合最大循环燃料喷射量及工作转速确定燃料供应压力。优选的是，所述气体燃料轨道模型是基于气体动力学建立的，所述模型涉及轨道内气体流速及流量方程，能量及动量守恒方程，将氢经喷嘴喷射的实际过程简化为小孔喷射，计算气体流经小孔时的流量从而得到燃料轨道内温度和压力波动的变化关系。优选的是，所述方法还包括在经过步骤2、确定燃料轨道长度之后，给定燃料轨道截面积以计算得到给定的轨道体积，经过所述步骤幻和4)判断所述给定的轨道截面积是否为最小轨道截面积，如果所述给定的轨道截面积不为最小轨道截面积，则继续减小给定的轨道截面积，重复步骤幻和4)直至最后的给定的轨道截面积为最小轨道截面积，从而获得最小轨道截面半径，实现氢内燃机的精确燃料控制。
图1显示了本发明关于氢内燃机稳压轨的制造流程图。图2显示了在不同燃料供应压力下喷嘴流量随脉宽的变化规律。图3显示了根据本发明的一个实施例的用于氢燃料内燃机稳压轨，通过计算得到的氢轨截面积对轨压波动的影响规律。
具体实施例方式根据本发明的一个实施例的用于氢燃料内燃机稳压轨的制造步骤是首先根据氢燃料内燃机的相关技术参数，如内燃机单缸排量，冲程数，标定转速、氢气性质等计算最大循环供氢量；选定氢燃料喷嘴并根据其流量特性确定供氢压力及对应的最大喷射脉宽；利用气体动力学理论建立类似柴油机高压共轨的氢燃料轨道模型，分析轨压波动情况；根据气缸中心距确定氢燃料轨道长度，在满足轨压变动在许可范围内的条件下，计算轨道的最小截面积，实现氢气喷射过程中压力稳定，氢内燃机燃料的供应精确合理。整个的制造方法的过程是，首先确定最大循环供氢量，利用氢燃料内燃机的相关技术参数，由[数学式1]计算[数学式1]m =■ pair Φ
60 τ式中，τ表示冲程数，η表示内燃机最高转速或额定转速，V表示内燃机单缸排量， P &表示进气管状态下空气密度，Φ表示燃空当量比。其次氢燃料喷嘴流量特性如图2所示，可根据最大循环供氢量需求，结合合适的燃料供应压力选取适当喷射脉宽；利用气体动力学理论建立类似柴油机高压共轨的氢轨道模型，模型所需用的方程包括氢气稳压轨内气体流速由[数学式2]计算，质量流量由[数学式3]计算[数学式2][数学式3]
权利要求
1.一种用于氢内燃机的稳压轨的制造方法，所述方法包括以下步骤1)计算最大循环喷射量；2)根据气缸中心距确定燃料轨道长度；3)根据喷嘴特性选定燃料供应压力和对应的最大喷射脉宽；以及4)根据气体燃料轨道模型分析所述稳压轨的轨道截面积与轨压波动的关系，以氢内燃机标定转速下最大氢气流量时氢气轨道内的压力波动率小于5 %为限值确定最小轨道截面积。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于包括内燃机排量，冲程，标定转速、负荷及燃料性质的参数计算所述最大循环喷射量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选定的燃料供应压力的步骤包括根据氢喷嘴的喷射脉宽和流量特性，结合最大循环燃料喷射量及工作转速确定燃料供应压力。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气体燃料轨道模型是基于气体动力学建立的，所述模型涉及轨道内气体流速及流量方程，能量及动量守恒方程，将氢气经喷嘴喷射的实际过程简化为小孔喷射，计算气体流经小孔时的流量从而得到燃料轨道内温度和压力波动的变化关系。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在经过步骤幻确定燃料轨道长度之后，给定燃料轨道截面积以计算得到给定的轨道体积，经过所述步骤幻和4) 判断所述给定的轨道截面积是否为最小轨道截面积，如果所述给定的轨道截面积不为最小轨道截面积，则继续减小给定的轨道截面积，重复步骤幻和4)直至最后的给定的轨道截面积为最小轨道截面积，从而获得最小轨道截面半径。
全文摘要
本发明的目的是提出一种用于氢内燃机的稳压轨的制造方法，可以针对进气道喷射氢发动机设计其燃料轨道的最小体积，满足氢内燃机在工作过程中燃料喷射压力恒定，混合气浓度控制精确，实现氢内燃机在全工况下的最优控制。为了实现本发明的目的，本发明提出了一种用于氢内燃机的稳压轨的制造方法，所述方法包括以下步骤1)计算最大循环喷射量；2)根据气缸中心距确定燃料轨道长度；3)根据喷嘴特性选定燃料供应压力和对应的最大喷射脉宽；以及4)根据气体燃料轨道模型分析所述稳压轨的轨道截面积与轨压波动的关系，以氢内燃机标定转速下最大氢气流量时氢气轨道内的压力波动率小于5％为限值确定最小轨道截面积。
文档编号G06F17/50GK102411661SQ20111040386
公开日2012年4月11日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者刘福水, 孙柏刚, 张冬生 申请人:北京理工大学