CN102493899A - 导流套管式螺旋混合进气装置 - Google Patents

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刘福水
张冬生
韩震
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Abstract

本发明涉及一种用于进气道喷射式气体燃料发动机的导流套管式螺旋混合进气装置，该装置包括导流套管1和在导流套管两端的法兰2，导流套管1包括外层套管1a和内层套管1b，以及连接在外层套管1a和内层套管1b之间的筋板3。在外层套管1a上设有喷射导管4，气体燃料通过喷射导管将燃气导入在内层套管和外层套管之间的夹层空间内以围绕内层套管外壁以螺旋前进方式运动，并在缸盖进气道处与空气进行充分混合。因此，利用该装置的导流作用，可降低进气管中的混合气残留量，同时能够促进燃气和空气在缸盖进气道附近混合，可以有效避免回火现象的发生。

Description

导流套管式螺旋混合进气装置
技术领域
本发明提出的导流套管式螺旋混合进气装置适用于进气道喷射式气体燃料发动机。
背景技术
随着世界石油资源的日益减少及环境污染的日趋严峻，各国都在致力于代用燃料和新能源的开发研究工作以减轻对石油资源的过分依赖。天然气、氢气等替代燃料以其独特的优势得到了广泛的关注。气体燃料在发动机上的应用主要采取两种方式，缸内直接喷射和进气道喷射。进气道喷射难度较低、对传统内燃机的改动不大，得到广泛认同，但是进气道喷射式气体燃料发动机在使用过程中也存在一些问题：在内燃机进气行程中，发动机的进气流量会因气体燃料的喷射而存在一定程度的下降，尤其对于循环喷射燃气体积较大的氢内燃机而言，在进气道中喷入大量体积的氢气会严重削弱发动机的进气量；同时由于进气歧管内混合气的残留量较高，会引起回火等不正常燃烧现象。
为此本发明提出了一种应用于进气道喷射式气体燃料发动机的导流套管式螺旋混合进气装置，在进气行程初期将燃气与新鲜空气相互隔离，由于新鲜空气大部分流经内层套管，使得内外层套管可燃气浓度均在可燃范围之外，不会在进气歧管中发生回火；同时由于喷射导管的导流作用，促进了燃气和空气在缸盖进气道处的混合，使进入发动机的混合气浓度分布更加均匀；此外，新鲜空气大部分流经内层套管不会对发动机的进气量造成严重影响；发动机的循环空气量增加，可以改善发动机的动力性能。因此本发明具有重大实用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于进气道喷射式气体燃料发动机的导流套管式螺旋混合进气装置，此装置适用于一切进气道喷射式气体燃料发动机。该装置的为双层套管结构形式，在发动机进气过程中，气体燃料的喷射过程不会影响内层套管中新鲜空气的充量，因此能够有效改善进气充量严重下降的现象；同时由于喷射导管具有导流作用，可降低进气管中的混合气残留量，同时能够促进燃气和空气在缸盖进气道附近混合，能够有效避免回火现象的发生。
实现本发明目的的导流套管式螺旋混合进气装置包括外层套管、内层套管以及将两者固联的筋板，在外层套管上设有气体燃料的喷射导管，在喷射导管的导流作用下，燃气在内、外套管的夹层空间内围绕内层套管外壁以螺旋前进方式运动，并在缸盖进气道处与空气进行充分混合。
优选的是，所述外层套管与所连接的进气管、进气道形状一致，而内、外层套管通过筋板进行固联，并且保持轴线重合，内外套管的截面积之比为0.4～0.7。
优选的是，所述螺旋混合进气装置的两端加工有连接法兰，一端与发动机进气歧管相连，另一端与发动机气缸盖相连，使导流套管式螺旋混合进气装置的出口与发动机进气道相通。
优选的是，所述气体燃料喷射导管的轴线与来流空气的法平面的夹角范围是0～90度，且喷射导管的轴线应与内层套管的外缘相切。
优选的是，所述气体燃料喷射导管在外层套管上的连通口距导流套管的出口端部的距离占导流套管总长的比等于2/3或更大。
优选的是，所述气体燃料包括氢气、压缩天然气等可燃气体。
附图说明
本发明的结构由以下附图给出：
图1导流套管式螺旋混合进气装置立体图
图2导流套管式螺旋混合进气装置工程图
图3四缸发动机用导流套管式螺旋混合进气装置总成
图4四缸发动机用导流套管式螺旋混合进气装置总成实施图解
具体实施方式
图1、2显示了基于本发明的一个优选实施例，所示导流套管式螺旋混合进气装置用于进气道喷射式直列四缸氢燃料发动机，但不局限于此种发动机。导流套管式螺旋混合进气装置包括导流套管1和在导流套管两端的法兰2。导流套管1包括外层套管1a和内层套管1b，以及连接在外层套管1a和内层套管1b之间的筋板3。在外层套管1a上设有喷射导管4，气体燃料通过喷射导管将燃气导入在内层套管和外层套管之间的夹层空间内以围绕内层套管外壁以螺旋前进方式运动，并在缸盖进气道处与空气进行充分混合。
针对某款氢发动机，选择导流套管总长为150mm。外层套管的厚度为4～5mm，内层套管的厚度为2mm。外层套管的内径为50mm，内层套管的内径为32mm。气体燃料喷射导管与来流空气的法平面平行布置(θ为0度)，内径约为4mm，且所述气体燃料喷射导管4在外层套管1a上的连通口距导流套管的出口端部的距离占导流套管总长的比等于2/3或更大。将内外套管固联的筋板厚度约2mm，长度约6mm。螺旋混合进气装置在导流套管的两端加工有连接法兰，一端的法兰的入口与发动机进气歧管相连，另一端法兰的出口与发动机缸盖进气道相通。
图3为多缸发动机的螺旋混合进气装置，螺旋混合进气装置装置的两端设计出连接法兰2。发动机进气支管6的末端设计出连接法兰，与螺旋混合进气装置的入口端的法兰通过螺栓连接，螺旋混合进气装置的出口端法兰与发动机气缸盖连接，使螺旋混合进气装置的出口与进气道相通，如图4所示。
本发明的优点在于：
(1)本发明采用的气体燃料喷射导管的轴线与来流空气的法平面的夹角θ范围是0～90度，且喷射导管的轴线应与内层套管的外缘相切，此结构可实现气体燃料沿切向喷入内外套管之间的空间内，能够促进燃料与空气的混合过程，混合气的流线型式为螺旋线，并在缸盖进气道附近进一步与新鲜空气进行混合。
(2)本发明采用内外双层套管结构，将燃气与新鲜空气在进气过程初期相互隔离，由于新鲜空气大部分流经内层套管，故气体燃料的喷射过程不会对发动机的进气量造成严重影响。
(3)本发明采用内外双层套管结构，避免了燃气和空气在进气管内的混合，同时增强了燃气和空气在缸盖进气道处的混合，从而能够有效避免回火现象的发生。
(4)气体燃料的喷射速度较高，能够增强缸盖进气道附近的混合气湍流强度，从而提高火焰传播速度，有利于改善发动机的动力性。
尽管结合上述优选实施例来描述了本发明，但是应该知道，本发明不局限于所公开的用于进气道喷射式氢发动机的螺旋混合进气装置实施例，还可以覆盖各种改进和落入本发明要求保护的精神实质和范围内的等同布置。

Claims (7)

1.一种用于进气道喷射式气体燃料发动机的导流套管式螺旋混合进气装置，包括导流套管，所述导流套管包括外层套管、内层套管以及将两者固联的筋板，以及在外层套管上设有气体燃料喷射导管。
2.根据权利要求1所述的导流套管式螺旋混合进气装置，其特征在于：所述装置还包括在导流套管的两端设置的连接法兰，一端的连接法兰与发动机进气歧管相连，另一端的连接法兰与发动机缸盖进气道相连。
3.根据权利要求1所述的导流套管式螺旋混合进气装置，其特征在于：内层套管和外层套管的轴线重合，内层套管和外层套管的截面积之比为0.4～0.7。
4.根据权利要求1所述的导流套管式螺旋混合进气装置，其特征在于：所述喷射导管的轴线应与内层套管的内部来流空气法平面的夹角范围是0～90度，在喷射导管的导流作用下，气体在内层套管和外层套管之间夹层空间内围绕内层套管外壁以螺旋前进方式运动。
5.根据权利要求1所述的导流套管式螺旋混合进气装置，其特征在于：所述气体燃料喷射导管的轴线与内层套管的外缘相切。
6.根据权利要求1所述的导流套管式螺旋混合进气装置，其特征在于：所述气体燃料喷射导管在外层套管上的连通口距导流套管的出口端部的距离占导流套管总长的比等于2/3或更大。
7.根据权利要求1所述的导流套管式螺旋混合进气装置，其特征在于：所述气体燃料是氢气或压缩天然气等可燃气体。
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