專利名稱：一種大流量氣體噴嘴的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于改善氣體燃料內(nèi)燃機(jī)噴嘴流量特性的大流量氣體噴嘴的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著石油能源的逐漸枯竭，現(xiàn)行能源結(jié)構(gòu)面臨著根本的變革。由于目前汽車的能源消費(fèi)占世界能源消費(fèi)總量已達(dá)四分之一，未來汽車的數(shù)量仍會(huì)繼續(xù)增加，使得代用燃料越來越引起人們的關(guān)注；另外以石油為原料制得的汽油和柴油在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生CO，HC和 CO2，對(duì)人類生存環(huán)境造成極大危害，這些都進(jìn)一步促進(jìn)了代用燃料的開發(fā)和利用。氣體燃料如壓縮天然氣(CNG)、液化天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)、氫氣(H2)等由于其物理、化學(xué)特性能夠有效改善石油能源難以克服的弱點(diǎn)，在車船用內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)組等能源動(dòng)力裝置中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。
燃料供應(yīng)系統(tǒng)作為氣體燃料能源動(dòng)力裝置的關(guān)鍵組成部分，其工作可靠性對(duì)能源動(dòng)力裝置性能影響顯著，尤其在最高轉(zhuǎn)速、最大負(fù)荷時(shí)燃?xì)饬髁啃枨蟠?、噴射頻率高，要求噴嘴流量必須滿足需求，否則會(huì)造成燃料供應(yīng)不充足，從而導(dǎo)致高速、大負(fù)荷時(shí)動(dòng)力性能下降，嚴(yán)重影響能源動(dòng)力裝置的使用性能，目前普遍采取每缸多噴嘴以滿足燃料流量需求，但是會(huì)帶來系統(tǒng)故障率及成本增加等問題。
為滿足燃料供應(yīng)系統(tǒng)燃?xì)夤?yīng)充足，尤其在最高轉(zhuǎn)速、最大負(fù)荷時(shí)實(shí)現(xiàn)氣體燃料供給量的精確控制，必須保證噴嘴在上述工況下流量足夠大，以便降低成本、降低故障率， 同時(shí)便于系統(tǒng)整體布局，因此對(duì)大流量氣體燃料噴嘴的開發(fā)具有十分重要的意義。本發(fā)明為解決上述問題，提出了一種用于改善氣體燃料內(nèi)燃機(jī)噴嘴流量特性的大流量氣體噴嘴的制造方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于改善氣體燃料內(nèi)燃機(jī)噴嘴流量特性的大流量氣體噴嘴的制造方法，可以針對(duì)各種形式的氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)制造其氣體噴嘴，以滿足燃料供應(yīng)系統(tǒng)燃?xì)夤?yīng)充足，混合氣濃度控制精確。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提出了一種用于改善氣體燃料內(nèi)燃機(jī)噴嘴流量特性的大流量氣體噴嘴的制造方法，其設(shè)計(jì)步驟是首先根據(jù)氣體燃料內(nèi)燃機(jī)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)計(jì)算最大循環(huán)噴射量；其次根據(jù)內(nèi)燃機(jī)最高或額定轉(zhuǎn)速確定對(duì)應(yīng)的最大允許噴射脈寬； 然后針對(duì)現(xiàn)有噴嘴建立其仿真計(jì)算模型，模型包括噴嘴進(jìn)口截面直徑、噴嘴開啟后銜鐵與閥座之間形成的流通截面面積，噴嘴出口截面面積，以及能夠調(diào)節(jié)噴嘴噴射脈寬及噴射壓力等參數(shù)的控制模塊。在驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性的前提下，分析相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其流量特性的影響程度，給出增大噴嘴流量的最佳方案，同時(shí)綜合考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及加工工藝的限制，提出改善噴嘴流量的具體優(yōu)化參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)大流量噴嘴的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
優(yōu)選的是，所述最大循環(huán)噴射量的計(jì)算方法，是基于內(nèi)燃機(jī)單缸排量，燃料性質(zhì)等參數(shù)計(jì)算。
優(yōu)選的是，所述合適的燃料供應(yīng)壓力選取適當(dāng)噴射脈寬，是根據(jù)氣體燃料內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速確定對(duì)應(yīng)的最大允許噴射脈寬，以明確噴嘴在內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)的流量要求。
優(yōu)選的是，所述氣體燃料噴嘴仿真計(jì)算模型，是基于氣體動(dòng)力學(xué)理論建立的。模型主要理論涉及軌道內(nèi)氣體流速及流量方程，能量及動(dòng)量守恒方程等；此外氣體燃料經(jīng)閥口噴射的實(shí)際過程可簡化為小孔噴射。模型包括噴嘴進(jìn)口截面直徑、噴嘴開啟后銜鐵與閥座之間形成的流通截面面積，噴嘴出口截面面積，以及能夠調(diào)節(jié)噴嘴噴射脈寬及噴射壓力等參數(shù)的控制模塊。
優(yōu)選的是，所述噴嘴流量最佳優(yōu)化方案的確定，首先在驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性的前提下， 分析相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其流量特性的影響程度，給出增大噴嘴流量的最佳方案；同時(shí)綜合考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及加工工藝的限制，提出改善噴嘴流量的具體優(yōu)化參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)大流量噴嘴的優(yōu)化設(shè)計(jì)。


圖1顯示了本發(fā)明關(guān)于氣體燃料噴嘴的制造流程圖。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于氫燃料內(nèi)燃機(jī)氫氣噴嘴，通過仿真計(jì)算得到的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其流量特性的影響規(guī)律，其中參數(shù)a代表噴嘴開啟后銜鐵與底座間形成的流通截面當(dāng)量直徑，b代表噴嘴進(jìn)口截面直徑，c代表噴嘴出口截面直徑。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于氫燃料內(nèi)燃機(jī)氫氣噴嘴與經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的大流量噴嘴在不同噴射壓力下流量特性的比較。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于改善氣體燃料內(nèi)燃機(jī)噴嘴流量特性的大流量氣體噴嘴的制造方法，包括如下步驟首先根據(jù)氫燃料內(nèi)燃機(jī)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，如內(nèi)燃機(jī)單缸排量，氫氣性質(zhì)等計(jì)算最大循環(huán)供氫量；根據(jù)氣體燃料內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速確定對(duì)應(yīng)的最大允許噴射脈寬；利用氣體動(dòng)力學(xué)理論建立氣體噴嘴仿真計(jì)算模型，模型包括噴嘴進(jìn)口截面直徑、噴嘴開啟后銜鐵與閥座之間形成的流通截面面積，噴嘴出口截面面積，以及能夠調(diào)節(jié)噴嘴噴射脈寬及噴射壓力等參數(shù)的控制模塊，在驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性的前提下，分析相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其流量特性的影響程度，給出增大噴嘴流量的最佳方案；同時(shí)綜合考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及加工工藝的限制，提出改善噴嘴流量的具體優(yōu)化參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)大流量噴嘴的優(yōu)化設(shè)計(jì)，氫內(nèi)燃機(jī)燃料的供應(yīng)精確合理。
整個(gè)的設(shè)計(jì)過程是，首先確定最大循環(huán)供氫量，利用氫燃料內(nèi)燃機(jī)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，由[數(shù)學(xué)式1]計(jì)算
[數(shù)學(xué)式1]
m = V · P air · φ
式中，m是循環(huán)供氫量，V表示內(nèi)燃機(jī)單缸排量，P &表示進(jìn)氣管狀態(tài)下空氣密度， Φ表示燃空比。
其次假定最大噴氫脈寬對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為180°，根據(jù)氣體燃料內(nèi)燃機(jī)最高工作轉(zhuǎn)速確定對(duì)應(yīng)的最大允許噴射脈寬，由[數(shù)學(xué)式2]計(jì)算
[數(shù)學(xué)式2]
權(quán)利要求
1.一種用于改善氣體燃料內(nèi)燃機(jī)噴嘴流量特性的大流量噴嘴的制造方法，其特征在于根據(jù)氣體燃料內(nèi)燃機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)，如內(nèi)燃機(jī)單缸排量，燃料性質(zhì)等計(jì)算最大循環(huán)噴射量；根據(jù)氣體燃料內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速確定對(duì)應(yīng)的最大允許噴射脈寬； 利用氣體動(dòng)力學(xué)理論結(jié)合噴嘴結(jié)構(gòu)特征，建立氣體燃料噴嘴仿真計(jì)算模型，模型包括噴嘴進(jìn)口截面直徑、噴嘴開啟后銜鐵與閥座之間形成的流通截面面積，噴嘴出口截面面積， 以及能夠調(diào)節(jié)噴嘴噴射脈寬及噴射壓力等參數(shù)的控制模塊。在驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性的前提下， 分析相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴嘴流量特性的影響規(guī)律，同時(shí)綜合考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及加工工藝的限制，提出改善噴嘴流量的具體優(yōu)化參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)大流量噴嘴的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善氣體燃料噴嘴流量特性的大流量噴嘴的制造方法，其特征在于，可根據(jù)本方法確定增大噴嘴流量的最佳方案及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)大流量噴嘴的優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定工況的流量要求。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于改善氣體燃料內(nèi)燃機(jī)噴嘴流量特性的大流量氣體噴嘴的制造方法。包括如下步驟首先根據(jù)氣體燃料內(nèi)燃機(jī)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)計(jì)算最大循環(huán)噴射量；其次根據(jù)內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速確定對(duì)應(yīng)的最大允許噴射脈寬；然后建立噴嘴仿真計(jì)算模型，模型包括噴嘴進(jìn)口截面直徑、噴嘴開啟后銜鐵與閥座之間形成的流通截面面積，噴嘴出口截面面積，以及能夠調(diào)節(jié)噴嘴噴射脈寬及噴射壓力等參數(shù)的控制模塊。經(jīng)過模型的校核與驗(yàn)證，分析相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴嘴流量的影響規(guī)律，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及加工工藝的限制，提出改善噴嘴流量的具體優(yōu)化參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)大流量噴嘴的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本發(fā)明可以針對(duì)各種形式的氣體燃料內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)滿足其流量特性的氣體噴嘴，解決現(xiàn)有氣體燃料噴嘴流量較小的問題，滿足高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷時(shí)的燃料供應(yīng)。
文檔編號(hào)F02M61/18GK102493903SQ20111040389
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)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, 段松偉 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)