專利名稱：一種用于氫內(nèi)燃機(jī)的軌壓波動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及進(jìn)氣道噴射式氫內(nèi)燃機(jī)，具體來說涉及一種用于氫內(nèi)燃機(jī)的軌壓波動(dòng)控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)、交通的不斷發(fā)展，環(huán)境污染和能源危機(jī)已經(jīng)成為全球所面臨的兩大問題，積極推動(dòng)可再生清潔能源的發(fā)展已成為各國的共識。石油的代用燃料如甲醇、沼氣、天然氣、植物油等可在不同程度上代替石油燃料，但是燃燒后都會(huì)產(chǎn)生0)、0)2等，造成環(huán)境的污染。相比之下，只有氫氣具有清潔、高效及燃燒產(chǎn)物清潔等突出優(yōu)點(diǎn)，被視為最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉?。氫氣作為車用燃料，也存在一定的問題，主要表現(xiàn)為能量密度較低，要求體積噴射量較大，尤其在內(nèi)燃機(jī)高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，需要在短時(shí)間內(nèi)噴射大量體積的氫氣，因而難以避免造成供氫系統(tǒng)內(nèi)較大的壓力波動(dòng)，混合氣濃度控制不精確，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)循環(huán)變動(dòng)更加惡化。為避免上述問題，一般在噴嘴前端加裝穩(wěn)壓軌道來穩(wěn)定噴射壓力，這樣能夠在一定程度上緩解供氫系統(tǒng)內(nèi)的壓力波動(dòng)，但是無法避免因某一缸氫氣噴射產(chǎn)生的壓力波動(dòng)對相鄰缸噴氫的影響，尤其在標(biāo)定轉(zhuǎn)速下，氫氣噴射頻率較高，噴氫量較大，各缸之間相互影響的程度增強(qiáng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響各缸的氫氣循環(huán)噴射量，進(jìn)而造成內(nèi)燃機(jī)循環(huán)波動(dòng)較大；另外對于四缸內(nèi)燃機(jī)，由發(fā)火順序決定的噴氫順序?qū)е铝嗽诠溥^程中第四缸對應(yīng)噴嘴前端壓力波動(dòng)較大，如圖2所示，同樣導(dǎo)致了內(nèi)燃機(jī)的循環(huán)變動(dòng)增大。為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種用于氫內(nèi)燃機(jī)的軌壓波動(dòng)控制裝置，既能夠?qū)崿F(xiàn)在各種工況下穩(wěn)定氫氣供應(yīng)壓力，由能使各缸氫氣供應(yīng)均勻，同時(shí)針對第四缸對應(yīng)的氫軌容積腔體積加以優(yōu)化，最大限度的減少了內(nèi)燃機(jī)循環(huán)變動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氫內(nèi)燃機(jī)在全工況下的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，具有重大實(shí)用價(jià)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(jī)的軌壓波動(dòng)控制裝置，可以針對各種形式的氫內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)滿足其使用需求的變截面穩(wěn)壓軌道，實(shí)現(xiàn)在各種工況下穩(wěn)定氫氣供應(yīng)壓力，使氫氣分配精確均勻，保證氫內(nèi)燃機(jī)在全工況下的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提出了一種用于多缸氫內(nèi)燃機(jī)的軌壓波動(dòng)控制裝置，包括設(shè)置在供氫管路上的多個(gè)氫軌容積腔，多個(gè)氫軌容積腔之間通過連通軌道串聯(lián)連通，多個(gè)氫軌容積腔中的每一個(gè)與對應(yīng)的一個(gè)氣缸的氫氣噴嘴連通，氫軌容積腔的橫截面面積大于連通軌道的橫截面面積，從而利用管路上直徑較大的氫軌容積腔為對應(yīng)氣缸的氫氣噴嘴準(zhǔn)備充足的氫氣。優(yōu)選的是，多個(gè)氫軌容積腔的容積彼此不同，其中對應(yīng)于在供氫過程中噴嘴前端壓力波動(dòng)最大的氣缸的氫軌容積腔體積應(yīng)大于其它各缸噴嘴對應(yīng)的容積腔體積。特別是對應(yīng)于四缸內(nèi)燃機(jī)，連接第四缸氫氣噴嘴的氫軌容積腔體積應(yīng)大于其它氣缸的氫軌容積腔。優(yōu)選的是，各個(gè)氫軌容積腔與連通軌道在連接處具有突變的橫截面面積，氫氣噴射過程中產(chǎn)生的壓力波在傳遞過程中通過各個(gè)氫軌容積腔之間突變橫截面面積的連通軌道發(fā)生反射和干涉，從而減小了各缸氫氣噴射的不均勻性。優(yōu)選的是，為滿足氫內(nèi)燃機(jī)最大氫氣流量需求Mmax，連接各個(gè)氫軌容積腔的連通軌道的橫截面面積的最小值Smin設(shè)計(jì)為Smin = Mmax/Vmax，其中Vmax為氫氣在連通容積腔的管道中的最大流速，連接容積腔的連通管道截面積的最大值(Smax)受軌內(nèi)壓力波動(dòng)的限制，連接各個(gè)氫軌容積腔的連通軌道的橫截面面積與其中一個(gè)氣缸的氫軌容積腔的橫截面面積之比為0. 01 0. 4，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在各種工況下穩(wěn)定氫氣供應(yīng)壓力，保證氫內(nèi)燃機(jī)在全工況下的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。


圖1顯示了本發(fā)明用于氫內(nèi)燃機(jī)的軌壓波動(dòng)控制裝置示意圖。圖2顯示了傳統(tǒng)等截面氫軌內(nèi)各管道內(nèi)壓力波動(dòng)情況。圖3顯示了采用本發(fā)明提出的用于氫內(nèi)燃機(jī)的軌壓波動(dòng)控制裝置第四缸對應(yīng)的腔內(nèi)軌壓波動(dòng)情況與傳統(tǒng)穩(wěn)壓軌的對比。圖4顯示了采用本發(fā)明提出的用于氫內(nèi)燃機(jī)的軌壓波動(dòng)控制裝置內(nèi)各腔壓力波動(dòng)情況。
具體實(shí)施例方式附圖1顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于一臺四缸氫內(nèi)燃機(jī)的軌壓波動(dòng)控制裝置，該裝置包括設(shè)置在供氫管路上的多個(gè)氫軌容積腔11，12，13和14，多個(gè)氫軌容積腔11， 12，13和14之間通過連通軌道10串聯(lián)連通。氫軌容積腔11，12，13和14中的每一個(gè)與對應(yīng)的一個(gè)氣缸的氫氣噴嘴21，22，23和M連通。氫軌容積腔的橫截面面積大于連通軌道的橫截面面積，氫軌容積腔與連通軌道在連接處具有突變的截面。多個(gè)氫軌容積腔11，12，13 和14的容積可以是不同的。在本實(shí)施例中，與第四缸的氫氣噴嘴連通的氫軌容積腔14的容積最大。為滿足氫內(nèi)燃機(jī)最大氫氣流量需求(Mmax)，連接氫軌容積腔的連通軌道的橫橫面面積的最小值Smin設(shè)計(jì)為Amin = Mmax/Vmax，其中Vmax為氫氣在連通容積腔的連通軌道中的最大流速，有效實(shí)現(xiàn)氫氣補(bǔ)給及時(shí)充足，穩(wěn)定了噴嘴前端的壓力，減小了氫內(nèi)燃機(jī)氫氣供應(yīng)系統(tǒng)的不均勻性；連接容積腔的連通軌道截面積的最大值(Smax)受軌內(nèi)壓力波動(dòng)的限制，連接氫軌容積腔的連通軌道的橫截面面積與對應(yīng)第一缸噴嘴的氫軌容積腔11的橫截面面積之比為0. 01 0. 4。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)氫內(nèi)燃機(jī)在最高轉(zhuǎn)速最大負(fù)荷時(shí)氫軌內(nèi)壓力波動(dòng)在允許范圍內(nèi)， 使各個(gè)氣缸氫氣供應(yīng)均勻，實(shí)現(xiàn)氫內(nèi)燃機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。該裝置的工作原理是氫氣通過供氫管路經(jīng)穩(wěn)壓軌道與各個(gè)氣缸氫氣噴嘴連接， 在氫氣噴射過程中，與各個(gè)氣缸噴嘴對應(yīng)的氫軌容積腔會(huì)提供所需的氫氣量，尤其在氫內(nèi)燃機(jī)工作在最高轉(zhuǎn)速，最大負(fù)荷時(shí)容積腔仍能夠滿足其氫氣需求，同時(shí)由氫氣噴射帶來的壓力波經(jīng)過相鄰容積腔間的連通管道時(shí)會(huì)發(fā)生反射或干涉，從而削弱了各噴嘴工作過程中對氫氣供應(yīng)系統(tǒng)的影響，實(shí)現(xiàn)了氫內(nèi)燃機(jī)在不同工況下氫氣供應(yīng)充足且各個(gè)氣缸分配均勻合理。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該控制裝置為多腔串聯(lián)結(jié)構(gòu)，各腔之間通過連通管道相連接， 連接容積腔的連通管道截面積與對應(yīng)第一缸噴嘴的容積腔截面積之比為0. 25，有效改善了由氫氣噴射引起的氫軌內(nèi)壓力波動(dòng)，從而減小了各缸供氫的不均勻性。傳統(tǒng)等截面氫軌各管道內(nèi)壓力波動(dòng)隨時(shí)間變化的情況如圖2所示，可見第四缸對應(yīng)的氫軌管道壓力波動(dòng)較大，圖3顯示了氫內(nèi)燃機(jī)第四缸對應(yīng)容積腔內(nèi)的壓力波動(dòng)的情況對比，分別采用了本發(fā)明提出的軌壓波動(dòng)控制裝置與傳統(tǒng)穩(wěn)壓軌裝置，采用本發(fā)明提出的軌壓波動(dòng)控制裝置可以有效減小相應(yīng)容積腔內(nèi)的壓力波動(dòng)，圖4顯示了各容積腔的壓力波動(dòng)情況，采用的是本發(fā)明提出的用于氫內(nèi)燃機(jī)的軌壓波動(dòng)控制裝置，波動(dòng)曲線表明各腔壓力波動(dòng)比較一致，從而提高了供氫系統(tǒng)工作穩(wěn)定性；保證供氫系統(tǒng)能夠在各種工況下向氫內(nèi)燃機(jī)不同氣缸均勻供應(yīng)氫氣。盡管結(jié)合上述優(yōu)選實(shí)施例來描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該知道，本發(fā)明不局限于所公開的應(yīng)用于氫內(nèi)燃機(jī)的軌壓波動(dòng)控制裝置例，本發(fā)明還可以覆蓋各種改進(jìn)和落入本發(fā)明要求保護(hù)的精神實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的等同布置。
權(quán)利要求
1.一種用于四缸氫內(nèi)燃機(jī)的軌壓波動(dòng)控制裝置，其特征在于包括設(shè)置在供氫管路上的多個(gè)氫軌容積腔(11，12，13，14)，多個(gè)氫軌容積腔之間通過連通軌道串聯(lián)連通，多個(gè)氫軌容積腔中的每一個(gè)與對應(yīng)的一個(gè)氣缸的氫氣噴嘴連通，氫軌容積腔的橫截面面積大于連通軌道的橫截面面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多腔串聯(lián)式結(jié)構(gòu)裝置，其特征在于多個(gè)氫軌容積腔的容積彼此不同，其中對應(yīng)于在供氫過程中噴嘴前端壓力波動(dòng)最大的氣缸的氫軌容積腔體積應(yīng)大于其它各缸噴嘴對應(yīng)的容積腔體積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌壓波動(dòng)控制裝置，其特征在于各個(gè)氫軌容積腔與連通軌道在連接處具有突變的橫截面面積，氫氣噴射過程中產(chǎn)生的壓力波在傳遞過程中通過各個(gè)氫軌容積腔之間突變橫截面面積的連通軌道發(fā)生反射和干涉，從而減小了各缸氫氣噴射的不均勻性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌壓波動(dòng)控制裝置，其特征在于為滿足氫內(nèi)燃機(jī)最大氫氣流量需求Mmax，連接各個(gè)氫軌容積腔的連通軌道的橫截面面積的最小值^lin設(shè)計(jì)為Amin = Mmax/Vmax，其中Vmax為氫氣在連通容積腔的管道中的最大流速，連接容積腔的連通管道截面積的最大值(Smax)受軌內(nèi)壓力波動(dòng)的限制，連接各個(gè)氫軌容積腔的連通軌道的橫截面面積與其中一個(gè)氣缸的氫軌容積腔的橫截面面積之比為0. 01 0. 4。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多腔串聯(lián)式結(jié)構(gòu)裝置，其特征在于所述內(nèi)燃機(jī)是四缸內(nèi)燃機(jī)，連接第四缸氫氣噴嘴的氫軌容積腔體積應(yīng)大于連接其它氣缸的氫氣噴嘴的氫軌容積腔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)氣道噴射式氫內(nèi)燃機(jī)的軌壓波動(dòng)控制裝置。所述控制裝置為多腔串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，利用管路上直徑較大的容積腔(11，12，13，14)為對應(yīng)的氫氣噴嘴(21，22，23，24)準(zhǔn)備充足的氫氣，以改善由于氫氣噴射引起的軌內(nèi)壓力波動(dòng)較大現(xiàn)象，特別是連接第四缸氫氣噴嘴的氫軌容積腔(14)體積應(yīng)大于其它各腔(11，12，13)；同時(shí)利用氫氣軌道的突變截面(10)使壓力波在各容積腔間傳遞時(shí)發(fā)生反射和干涉，減小各缸氫氣供應(yīng)的不均勻性。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在各種工況下氫氣供應(yīng)壓力穩(wěn)定，各缸氫氣分配均勻，氫內(nèi)燃機(jī)在全工況下能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號F02M55/00GK102493902SQ20111040392
公開日2012年6月13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, 孟凡騰, 張冬生 申請人:北京理工大學(xué)