一种适用于增压氢内燃机的压气机选型方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于增压氢内燃机的压气机选型方法，通过给定的目标值和发动机的基本参数，考虑到常规发动机进入气缸的燃料为液态，不产生分压，而氢内燃机以氢气为燃料，进入气缸之后，气体燃料会产生分压，考虑气体燃料产生的分压对压气机压比计算的影响，由此，本发明专利技术计算氢气和空气在气缸中的分压，作为气缸中的总压，进而计算压气机的压比；另外，根据压气机出口处的温度的经验值，在合理范围内选定若干压气机出口温度，得到压比后，再通过热力学方程得到压气机出口温度的理论值，将压气机出口温度选定的经验值近似等于理论值时得到的压比作为最后结果，如此实现对增压之后温度的修正，得到更加精确的结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于增压氢内燃机
，具体涉及一种增压氢内燃机的压气机的选型方法。
技术介绍
排放法规的日益严苛和温室效应的恶劣影响，使得清洁的、可持续再生的替代燃料越来越受到关注。尤其，随着化石燃料的日趋减少，能源问题更是被广泛的关注。氢气作为21世纪的清洁能源，其完全燃烧的产物是水，没有传统石油燃料所产生的CO、HC和碳烟等污染物，其唯一的排放物为燃烧高温下氧气和氮气所产生的氮氧化物。这使得作为结合新能源以及传统内燃机技术优势的氢内燃机，正在受到越来越多人的关注。氢内燃机的燃料供给采用的是气态燃料，进入缸内燃烧的是氢气和空气的混合气，这就使得氢内燃机的进气量降低，进而输出的有效功率要比同排量的汽油机低。同时，氢气和空气混合气的燃烧温度要远高于汽油机，这就使得氢内燃机的氮氧化物排放要远高于汽油机。为了解决这个矛盾，氢内燃机的研究工作向两个方向发展：直喷和增压。直喷式的氢内燃机其成本和复杂性，使得其应用受到的限制。这就使得进气道式的增压氢内燃机的研究变得更加迫切和重要。对于增压汽油机的增压器选型，只需要根据目标功率和给定的排量等条件就可以估算出压气机所需要的流量和压比，进而通过选型得到适合的增压器型号，或者根据流量和压比，设计所需要的压气机和涡轮。但是，对于增压氢内燃机来说，由于进入气缸的混合气包含气态的氢气，这就使得进入到气缸的空气量减少。所以，对于增压氢内燃机来说，相同工况下，其压气机的流量要小于同排量、同工况下汽油机的压气机流量。所以，对于增压氢内燃机的增压器要重新进行选型或者设计。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种增压氢气发动机的压气机的选型方法，通过计算增压氢内燃机缸内的氢气和空气分压，结合设定的目标功率，得出压气机的压比和流量，实现为增压氢内燃机精确的选型压气机。一种增压氢内燃机的压气机的选型方法，包括如下步骤：步骤1、利用氢燃料内燃机的相关技术参数，计算增压氢内燃机所需压气机的氢气流量MH： M H = P e × 10 3 H μ η e t - - - [ 1 ] ]]>式中，Hμ为氢气的热值；ηet为有效热效率；Pe为目标功率；步骤2、根据给定的浓度λ，计算得到所需的空气流量MC： M C = L o M H λ - - - [ 2 ] ]]>式中，L0为每千克氢气完全燃烧时，理论上所需的空气量；λ为达到目标功率时的混合气浓度；步骤3、利用气体状态方程和质量方程计算出氢气在气缸中的分压pH，由公式[3]和公式[4]得： ρ H = M H η V V h τ n 60 = p H R H T H - - - [ 3 ] ]]> p H = 60 M H R H T H τ η V V h n - - - [ 4 ] ]]>式中，τ为冲程系数；ηV为充气系数；Vh为气缸的容积；n为发动机的额定转速；ρH、pH、TH，RH分别为氢气在气缸中的密度、分压、温度和氢气气体常数；同理，由公式[5]计算出气缸中空气的分压pC： p C = 60 M C R C T C τ η V V h n - - - [ 5 ] ]]>式中，RC和pC分别为气缸中的空气气体常数和分压；TC为压气机出口处的温度；步骤4、计算出气缸中的总压p总：p总＝pH+pC [6]步骤5、根据气缸中的总压和沿程损失计算出压气机出口的压力pC1：pC1＝p总+Δp [7]式中，Δp为气体经过压气机出口到进入气缸过程中的沿程损失；步骤6、利用压气机的定义，计算出压气机的压比πC：pa＝p1-Δp1 [8] π C = p C 1 p a - - - [ 9 ] ]]>pa为经滤清器后压气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增压氢内燃机的压气机的选型方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、利用氢燃料内燃机的相关技术参数，计算增压氢内燃机所需压气机的氢气流量MH：MH=Pe×103Hμηet---[1]]]>式中，Hμ为氢气的热值；ηet为有效热效率；Pe为目标功率；步骤2、根据给定的浓度λ，计算得到所需的空气流量MC：MC=LoMHλ---[2]]]>式中，L0为每千克氢气完全燃烧时，理论上所需的空气量；λ为达到目标功率时的混合气浓度；步骤3、利用气体状态方程和质量方程计算出氢气在气缸中的分压pH，由公式[3]和公式[4]得：ρH=MHηVVhτn60=pHRHTH---[3]]]>pH=60MHRHTHτηVVhn---[4]]]>式中，τ为冲程系数；ηV为充气系数；Vh为气缸的容积；n为发动机的额定转速；ρH、pH、TH，RH分别为氢气在气缸中的密度、分压、温度和氢气气体常数；同理，由公式[5]计算出气缸中空气的分压pC：pC=60MCRCTCτηVVhn---[5]]]>式中，RC和pC分别为气缸中的空气气体常数和分压；TC为压气机出口处的温度；步骤4、计算出气缸中的总压p总：p总＝pH+pC      [6]步骤5、根据气缸中的总压和沿程损失计算出压气机出口的压力pC1：pC1＝p总+Δp       [7]式中，Δp为气体经过压气机出口到进入气缸过程中的沿程损失；步骤6、利用压气机的定义，计算出压气机的压比πC：pa＝p1‑Δp1      [8]πC=pC1pa---[9]]]>pa为经滤清器后压气机进口处的空气压力；步骤7、把公式[1]到[8]代入公式[9]中，整理得出：πC=6000Peτ(RHTH+RCTC)+ηVVhnHμηetΔpηVVhnHμηet(p1-Δp1)---[10]]]>令简化得到公式[11]：πC＝K2TC+K1      [11]利用热力学方程，计算压气机出口温度的理论值TO：TO＝πC(κ‑1)/κ      [12]式中，κ为压气机的平均多变指数；步骤8、根据经验，在压气机出口处的温度TC的合理取值范围内任意选取一个温度TC值，代入到公式[11]中，得到压比后，再代入到公式[12]中，得到压气机出口处的温度的理论值TO，比较压气机出口处的温度的计算值TC与TO，当两者之差在允许误差范围内时，此时的温度TC即为选定的压气机出口处的温度，代入公式[11]中得到的压比为最终选定的压气机的压比，实现压气机选型。...

【技术特征摘要】
1.一种增压氢内燃机的压气机的选型方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、利用氢燃料内燃机的相关技术参数，计算增压氢内燃机所需压气机的氢气流量MH： M H = P e × 10 3 H μ η e t - - - [ 1 ] ]]>式中，Hμ为氢气的热值；ηet为有效热效率；Pe为目标功率；步骤2、根据给定的浓度λ，计算得到所需的空气流量MC： M C = L o M H λ - - - [ 2 ] ]]>式中，L0为每千克氢气完全燃烧时，理论上所需的空气量；λ为达到目标功率时的混合气浓度；步骤3、利用气体状态方程和质量方程计算出氢气在气缸中的分压pH，由公式[3]和公式[4]得： ρ H = M H η V V h τ n 60 = p H R H T H - - - [ 3 ] ]]> p H = 60 M H R H T H τ η V V h n - - - [ 4 ] ]]>式中，τ为冲程系数；ηV为充气系数；Vh为气缸的容积；n为发动机的额定转速；ρH、pH、TH，RH分别为氢气在气缸中的密度、分压、温度和氢气气体常数；同理，由公式[5]计算出气缸中空气的分压pC： p C = 60 M C R C T C τ η V ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙柏刚，罗庆贺，谢诚，徐丹，刘福水，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11