CN107429636B - 具有废气再循环的气体燃料混合器 - Google Patents

Abstract

一种用于将气体燃料和再循环的废气引入发动机的进气通路中的混合装置，所述混合装置包括主体（322）、环形通道（54），所述主体（322）限定燃料入口开口（170），和多个气体燃料喷射器（94），所述多个气体燃料喷射器流体地联接到燃料入口开口（170），使得来自所述多个气体燃料喷射器（94）的气体燃料通过燃料入口开口（170）被输送到环形通道（54）中。混合装置还包括：在环形通道（54）的一位置处的扩散器（50），其用以使来自环形通道（54）的气体燃料扩散到进气通路中的进气气流中；废气再循环（EGR）入口开口（400），其由主体（322）限定并与进气通路流体连通；以及废气再循环供给管道（470），其联接到EGR入口开口（400）并配置成引导来自发动机的再循环的废气进入进气通路中。

Description

具有废气再循环的气体燃料混合器

背景技术

本发明涉及用于将气体燃料（即，以天然地以气态而非液态存在的燃料）和再循环的废气引入内燃发动机（例如，在客运车辆中）的进气通路中的气体混合器。气体燃料包括天然气（主要是甲烷）及其衍生物（诸如，丁烷和丙烷），但不包括汽油。

天然气能够被用于向内燃发动机供应动力。相比于常规发动机，依靠天然气运行的车辆是燃料有效的且环保的。他们也能够提供良好的扭矩和鲁棒性能，同时输出比传统柴油供能的发动机更少的发动机噪音。然而，为了满足具有变化的位移、性能等的多种不同发动机的需求，需要大量专用零件。

现代天然气发动机采用废气再循环（EGR）以提供各种性能益处，包括相比于无EGR的发动机改进的效率、增加的扭矩和减少的排放物。引入燃料和再循环的废气并将它们与进气空气混合需要单独的装置。

发明内容

在一个方面中，本发明提供一种用于将气体燃料和再循环的废气引入发动机的进气通路中的混合装置，所述混合装置包括：主体，进气通路延伸穿过该主体以便将进气气流引导至发动机中；环形通道，其被限定在主体内以至少部分地环绕进气通路，主体限定与该环形通道的径向外部分相交的燃料入口开口；以及多个气体燃料喷射器，其流体地联接到燃料入口开口，使得来自所述多个气体燃料喷射器的气体燃料通过燃料入口开口被输送到环形通道中。混合装置还包括：沿进气通路定位在环形通道的某位置处的扩散器，其用于使来自环形通道的气体燃料扩散到进气通路中的进气气流中；废气再循环（EGR）入口开口，其由主体限定并与进气通路流体连通；以及废气再循环供给管道，其联接到EGR入口开口并配置成引导来自发动机的再循环的废气通过EGR入口开口进入进气通路中。

在另一个方面中，本发明提供一种用于将气体燃料和再循环的废气引入发动机的进气通路中的混合装置，所述混合装置包括：主体，进气通路延伸穿过该主体以便将进气气流引导到发动机中，该主体限定与进气通路流体连通的燃料入口开口；多个气体燃料喷射器，其流体地联接到燃料入口开口以在第一位置处将气体燃料供应到进气通路中；以及第一扩散器，其定位在主体内并且可操作成使气体燃料从燃料入口开口扩散到进气通路中。混合装置还包括废气再循环（EGR）入口开口，其由主体限定并在第一位置下游的第二位置处与进气通路流体连通；以及废气再循环供给管道，其联接到EGR入口开口并配置成引导来自发动机的再循环的废气通过EGR入口开口进入进气通路中。

通过考虑详细描述和附图，本发明的其他方面将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的混合装置的透视图。

图2是图1中所示的混合装置的分解组装图，并且混合装置的主体内部的通路以虚线示出。

图3是图1中所示的混合装置的俯视图。

图4是图1中所示的混合装置沿图3中的线4-4截取的横截面视图。

图5是根据本发明的另一实施例的混合装置的透视图。

图6是图5中所示的混合装置的前视图。

图7是图5中所示的混合装置沿图6的线7-7截取的横截面视图。

图8是图1中所示的混合装置的透视图，所述混合装置重新配置成用插塞取代许多气体燃料喷射器。

图9是图5中所示的混合装置的透视图，所述混合装置重新配置成用插塞取代许多气体燃料喷射器。

图10是扩散器组件的透视图，所述扩散器组件能够被用于取代图5到图7及图9的混合装置的节气门体入口转接器、主体和扩散器。

图11是图10中所示的扩散器组件的分解组装图。

图12是图10中所示的扩散器组件沿图10的线12-12截取的横截面视图，并且移除了扩散器组件的钝后缘插入件。

图13是包括根据本发明的混合装置的发动机系统的示意图。

在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解的是，本发明在其应用方面不限于以下描述中所陈述或以下附图中所图示的构造的细节和部件的布置。本发明能够实现其他实施例，并且能够以各种方式被实践或实施。而且，应理解的是，本文中所使用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应被视为是限制性的。

具体实施方式

图1-图4图示用于将气体燃料（例如，压缩的天然气）引入内燃发动机的进气气流中的混合装置14。混合装置14沿发动机的进气口定位，所述进气口至少部分地由穿过混合装置14的进气通路18限定。混合装置14包括具有大体圆筒形开口的主体22，所述开口沿中央轴线A延伸并且可互换地接受多种部件，如下文进一步详细描述的那样。

参考图4，主体22包括从进气通路18径向向外布置的主要气体燃料入口26。节气门体入口转接器34由主体22的上游端接收。主体的主要气体燃料入口26通过节气门体入口转接器34的燃料入口杆30（例如，通过各种配件、燃料管线等）连接到气体燃料供给。燃料入口杆30在主体22的主要气体燃料入口26的上游侧上流体地联接到该主要气体燃料入口26。进一步地，主体22的上游端和节气门体入口转接器34的下游端共同限定其间的环形燃料入口通道28（见图4），该环形燃料入口通道28与杆30联合限定混合装置14的主要气体燃料入口。环形燃料入口通道28布置成环绕进气通路18。环形燃料入口通道28沿中心轴线A定位在节气门体入口转接器34与主体22之间的燃料入口位置处。节气门体入口转接器34限定混合装置14的圆形入口38，并确立进气气流从其被引至主体22的入口直径。由节气门体入口转接器34提供的入口38的大小可以对应于发动机的节气门体的直径，使得这些直径匹配。节气门体入口转接器34还包括各种温度和压力传感器（未示出），所述传感器与混合装置14外侧的电子装置通信以便辅助控制混合装置14。出口转接器42布置在主体22的下游并提供混合装置14的圆形出口46，进气空气流在与气体燃料混合之后通过该圆形出口被引导到发动机。节气门体入口转接器34和出口转接器42可移除地固定到主体22的第一端和第二端（即，通过安装螺钉），并且在固定到主体22时至少部分地延伸到主体22内。出口转接器42在出口46处可移除地固定到发动机的进气口（例如，管道或歧管），并且当可移除地固定到主体22时，出口转接器42的径向内表面与主体22的大体圆筒形开口的径向内表面齐平。

扩散器50沿进气通路18定位在主体22内（见图4），并且配置成促进进气气流与气体燃料的混合（即，通过在进气空气内分配气体燃料和通过形成湍流），如下文更详细地论述的那样。在主体22内侧在扩散器50的每一端处用O形环（未示出）密封扩散器50。主体22径向地包围扩散器50。

节气门体入口转接器34和出口转接器42与主体22和扩散器50一起限定穿过混合装置14的进气通路18。进气通路18从入口38轴向地延伸到出口46，并且配置成从入口38到出口46引导进气气流。进气通路18由节气门体入口转接器34、出口转接器42、主体2和扩散器50的内表面径向地限定，并且关于轴线A居中。

扩散器50布置在主体22内，并且由主体22沿进气通路18在沿中心轴线A的混合位置（在该处气体燃料配置成与进气气流混合）处至少部分地环绕。扩散器50与主体22一起限定扩散器58的径向外表面与主体22的径向内表面62之间的环形通道54。环形通道54沿中心轴线A布置在进气通路18的混合位置处，并且在该混合位置处至少部分地环绕进气通路18（见图4）。通向环形通道54的一个或多个入口70（例如，三个入口70）在混合位置处由主体22限定。通向环形通道54的入口70是圆形孔口，其相对于中心轴线A从主体22的外部表面74径向地延伸到环形通道54。在所图示的构造中，通向环形通道54的入口70中的两个围绕中心轴线A间隔分开180度。通向环形通道54的第三个入口70围绕中心轴线A与通向环形通道54的最先两个入口70间隔分开90度。如图所示，这对应于主体22的外部表面74设有大体矩形形状、具有垂直表面部分，而外部表面74的其他构型是任选的。

如图4中所图示的那样，扩散器50是与主体22分开并且可移除地定位或联接到主体22的扩散器插入件。扩散器50的上游端邻接节气门体入口转接器34的下游端。扩散器50的下游端邻接形成在主体22的开口中的内肩部。扩散器50配置成接收来自环形通道54的气体燃料并使来自环形通道54的气体燃料扩散到进气通路18中的进气气流中。扩散器50限定一系列径向扩散器孔口82，这些径向扩散器孔口82布置成大体垂直于中心轴线A。径向扩散器孔口82将气体燃料引入进气气流中。扩散器50还被配置成当进气气流接近混合位置时使进气通路18缩窄，之后在进气气流已通过混合位置之后扩展以使进气通路18拓宽（见图2、图4）。进气通路118的这种缩窄是出于采用文丘里效应在进气气流内产生局部压降、辅助将气体燃料引入进气气流中的目的。

如上文所论述的那样，在主要气体燃料入口26处通过通向主体22的燃料入口杆30将气体燃料从燃料供给供应到混合装置14。参考图2和图4，气体燃料被引导到主要气体燃料入口26和环形燃料入口通道28。气体燃料从环形燃料入口通道28被引导到布置在主体22内的三个轴向燃料通路（例如，管）32。轴向燃料管32从环形燃料入口通道28延伸主体22的轴向长度的大部分。轴向燃料通路32相对于中心轴线A定位成从进气通路18径向向外。每个轴向燃料通路32均将气体燃料引导到两个单独的径向燃料通路（例如，管）36，所述径向燃料通路中的每一个均被配置成将气体燃料径向向外地引导到混合装置14的对应燃料供给歧管86。由于这种构型，多个燃料供给歧管86并联连接以从主要气体燃料入口26接收气体燃料。

在所图示的构造中，混合装置14包括六个燃料供给歧管86，并且其中每个燃料供给歧管86均配置成从两个单独的径向燃料通路36中的一个接收气体燃料，所述两个径向燃料通路36联接到三个轴向燃料通路32中的每一个。燃料供给歧管86可移除地固定于主体22的外部74。燃料供给歧管86以两个一组的方式布置在主体22的三个侧面上，并且其中每一组两个燃料供给歧管86均沿主体22的外部74轴向地间隔开。在未图示的替代性构型中，燃料供给歧管86可放置在主体22的所有四个侧面上。

如图4中最佳地示出的那样，燃料入口歧管90布置在对应的每组两个燃料供给歧管86之间。燃料入口歧管90可移除地固定到主体22的外部74，并且在通向环形通道54的入口70处流体地连接到主体22。燃料入口歧管90中的每一个均在通向环形通道54的入口70中的一个上居中。两个燃料入口歧管90关于中心轴线A间隔分开180度。第三燃料入口歧管90关于中心轴线A与最先两个燃料入口歧管90间隔分开90度。燃料入口歧管90通过一个或多个气体燃料喷射器94流体地连接到布置在燃料入口歧管90的每一侧上的两个燃料供给歧管86。如所图示的那样，每个燃料供给歧管86均设有燃料喷射器端口102以容纳三个气体燃料喷射器94，并且每个燃料入口歧管90均包括六个喷射器接收端口98，两个相对侧中的每一个上为三个。这产生六组（每组三个）气体燃料喷射器94。每个气体燃料喷射器94具有：入口或上游端106，其联接到对应的燃料供给歧管86的燃料喷射器端口102；以及出口或排放端110，其联接到对应燃料入口歧管90的喷射器接收端口98。每个气体燃料喷射器94均在喷射器接收端口98处联接到每个燃料入口歧管90，所述喷射器接收端口的形状和大小适合于接收每个气体燃料喷射器94的排放端110。在未图示的替代性构型中，燃料入口歧管90可放置在主体22的所有四个侧面上。

每个燃料入口歧管90均配置成从联接到燃料供给歧管86的气体燃料喷射器94接收气体燃料，所述燃料供给歧管86位于每个燃料入口歧管90的相对侧上。此外，每个燃料入口歧管90均配置成引导气体燃料径向向内地通过通向环形通道54的入口70、通过混合位置处的扩散器50进入环形通道54中（即，垂直于轴线A）。因此，混合装置14的气体燃料喷射器94向发动机提供中央点喷射，并且其中来自所有喷射器94的所有气体燃料均在下游位置处大体均匀地被分配到多个发动机汽缸中。

图13图示操作中的燃料混合器和发动机（例如，柴油供能的发动机）的示意图。在操作中，混合装置14供应有进气气流。进气气流通过入口38进入进气通路18中。由燃料供给将气体燃料供应到主要气体燃料入口26，气体燃料从该主要气体燃料入口26到达燃料供给歧管86，如上文所论述的那样。气体燃料喷射器94然后将来自燃料供给歧管86的气体燃料喷射到燃料入口歧管90中，燃料入口歧管90引导气体燃料通过入口70到达环形通道54。气体燃料从环形通道54被径向向内地引导穿过扩散器50的径向扩散器孔口82，气体燃料在该扩散器孔口处与进气气流混合并被引导到出口46。虽然混合装置14未被示出为具有用于废气再循环（EGR）的入口，但是能够设置一个入口使得混合装置14配置成使来自发动机的废气扩散到进气气流中。更具体地，混合装置14可通过涡轮增压器的上游的旁通管线提供有来自发动机的废气，并且其中该涡轮增压器配置成压缩进气通路18中的进气空气，如图13中所示。涡轮增压器和旁通管线的这种布置允许高压EGR在用于EGR的入口处进入混合装置14。高压EGR与低压EGR的区别在于，高压EGR将再循环的废气馈送至具有借助于强制增压进气而非自然吸气而被压缩的空气的进气口中。

图5到图7图示根据另一实施例的混合装置114，其用于沿进气通路118将来自燃料供给的气体燃料引入发动机的进气气流中。应注意的是，与图1至图4中的那些零件类似的零件具有相同的附图标记，但增加100。类似地编号的零件也具有类似的功能，并且酌情依赖于以上描述。节气门体入口转接器134可移除地联接到主体122的上游端。节气门体入口转接器134限定混合装置114的空气入口138，所述空气入口138配置成匹配紧接着在转接器134的上游的节气门体135的直径。节气门体入口转接器134在入口138处可移除地固定于节气门体135。主体122具有大体圆筒形开口，并限定用于向发动机提供空气和气体燃料的出口146。虽然混合装置出口146被提供为与主体122一体地成单个工件，但出口146能够任选地被提供为可移除地联接到主体122的单独的转接器。主体122还限定入口170，所述入口170从主体122的外部174径向向内延伸到环形通道154。混合装置114还包括扩散器150，如图所示，所述扩散器是与主体122分开地形成并且可移除地联接到主体122的扩散器插入件。定位在紧接着节气门体135下游的部件形成混合器子组件或扩散器组件。从包括单个模块化燃料入口歧管190的单独的子组件向扩散器子组件提供气体燃料的喷射。

如图7中所示，主体122和扩散器150联合限定环形通道154。主体122限定环形通道154的径向外部分162，且扩散器150限定环形通道154的径向内部分158。进一步地，主体122、扩散器150和节气门体入口转接器134限定进气通路118。进气通路118从入口138延伸到出口146。进气通路118由节气门体入口转接器134、主体122和扩散器150的径向内表面径向地限定。进气通路118限定中心轴线A。通向环形通道154的入口170、环形通道154和扩散器150沿进气通路118轴向地定位在混合位置处，在该混合位置处，气体燃料被扩散至进气气流中。

参考图7，混合装置114包括流体地联接到主体122的燃料入口歧管190。进一步地，燃料入口歧管190限定歧管轴线M，所述歧管轴线M平行于进气通路118的中心轴线A并与其间隔开。在车辆的发动机上处于恰当位置的情况下，燃料入口歧管190定位在节气门体135和主体122上方。燃料入口歧管190是包括以下各项的单一主体：上游部分192，其具有充当混合装置114的主要燃料入口的燃料入口220；以及下游部分222，其具有用于多个气体燃料喷射器94的共用喷射器接收室224。主要燃料入口220通过一个或多个燃料供给歧管186流体地联接到喷射器接收室224，如下文所论述的那样。在所图示的构造中，燃料入口歧管190限定在燃料入口歧管190的不同侧上以单独的组或排的方式设置的18个喷射器接收端口198。不论数量如何，混合装置114的所有气体燃料喷射器94都联接到燃料入口歧管190。气体燃料从主要燃料入口220流动通过第一（例如，轴向）通路132，在该处然后使气体燃料转向（例如，从歧管轴线M径向向外穿过三个径向通路136）到一个或多个燃料供给歧管186。

在所图示的构造中，三个燃料供给歧管186可移除地固定到燃料入口歧管190的外部236（即，经由安装螺钉），并且围绕歧管轴线M径向地布置。燃料供给歧管186布置成使得其中两个燃料供给歧管186关于歧管轴线M间隔分开180度（见图6）。第三燃料供给歧管186关于歧管轴线M与第一和第二燃料供给歧管186中的每一个间隔分开90度。

一组（例如，六个对齐的）气体燃料喷射器94可移除地联接到对应燃料供给歧管186的燃料喷射器端口202。例如，每个气体燃料喷射器94的入口或上游端206被密封地接收在燃料喷射器端口202中的一个中。每个气体燃料喷射器94的出口或排放端210可移除地联接于燃料入口歧管190的喷射器接收端口198，使得喷射器94喷射到共用喷射器接收室224中。每个气体燃料喷射器94均配置成以径向地朝向歧管轴线M的方式将燃料排放到共用喷射器接收室224中。共用喷射器接收室224配置成沿歧管轴线M将下游的气体燃料引导到燃料入口歧管190的出口238和燃料连接通路240。燃料连接通路240具有下游端244，所述下游端244联接到主体122使得燃料连接通路240将共用喷射器接收室224与入口70流体地连接到环形通道154。

燃料连接通路240配置成接收从所有气体燃料喷射器94排放的所有气体燃料并将气体燃料引导到环形通道154以便通过扩散器150的径向扩散器孔口182扩散到进气气流中。然而，阀248联接到燃料连接通路240并沿其定位。阀248配置成选择性地阻断燃料入口歧管190与环形通道154之间的流体连通。混合装置114还包括控制器252，所述控制器252配置成选择性地致动阀248并控制气体燃料喷射器94的操作。

图13图示操作中的混合装置114和发动机的示意图。在操作中，通过进入进气通路118的入口138向混合装置114供应进气气流。从燃料供给向主要燃料入口220供应气体燃料，在该处，气体燃料被引导到（多个）燃料供给歧管186，并由气体燃料喷射器94喷射到共用喷射器接收室224中，如上文所论述的那样。气体燃料从共用喷射器接收室224被引导通过入口170到达环形通道154，并通过扩散器150。扩散器150以径向向内地朝向进气通路118的中心轴线A的方式引导气体燃料穿过扩散器150的径向扩散器孔口182，在该处，气体燃料与进气气流混合并经由出口146被引导到发动机。虽然混合装置114未被图示为具有用于EGR的入口，但是能够提供一个入口使得混合装置114配置成使来自发动机的废气扩散到进气气流中。如图13中所图示和上文所论述的那样，混合装置114可设有高压EGR。

分别在图1到图4和图5到图7中示出的混合装置14、114配置成可定制以适应不同的发动机需求和不同应用。出于该目的，混合装置14、114的各种零件（其可移除地固定到混合装置14、114）能够在对于具体应用或发动机而言不需要时被移除，或用更合适的零件取代。比如，能够从混合装置14、114的任一实施例移除整个燃料供给歧管86、186，并且其中对应的气体燃料喷射器94被移除且对应的喷射器接收端口98、198被阻断以防止气体燃料从混合装置14、114的燃料入口歧管90、190泄漏。类似地，能够类似地阻断与燃料供给流体连通的通过燃料供给歧管86、186的移除而显露的其他开口。将理解的是，能够移除一个或多于一个燃料供给歧管86、186。替代地，燃料供给歧管86、186可保持在恰当位置，但设有少于燃料喷射器端口102、202的总数量的一数量的气体燃料喷射器94。能够阻断或堵塞未用的燃料喷射器端口102、202和对应的喷射器接收端口98、198。

参考图1到图4的实施例，扩散器50、节气门体入口转接器34和出口转接器42是可移除且可代替的，以定制混合装置14。节气门体入口转接器34能够被完全移除或用另一节气门体入口转接器34代替，所述另一节气门体入口转接器确立不同的入口直径、不同的连接大小或类型，和/或具有与所图示的燃料杆30不同的至燃料供给的连接。扩散器50能够被移除或用另一扩散器50代替，所述另一扩散器定制成通过形成不同的压降和/或穿过进气气流横截面的气体分配（即，针对不同的发动机需求或应用）以不同方式将气体燃料与进气气流混合。例如，可增加或减小径向扩散器孔口82的数量，可更改扩散器50的几何结构使得环形通道54和进气通路18被不同地限定，或可增加或减小扩散器50的总长度。另外，出口转接器42可被移除，或用不同的出口转接器42代替。不同的出口转接器42可设有替代的出口直径，提供至发动机的不同连接类型，或以其他方式以不同方式限定进气通路18。

另外，能够移除燃料入口歧管90中的一个。在这样的实施例中，可移除位于燃料入口歧管90的任一侧上的燃料供给歧管86，因为任一侧上的燃料供给歧管86将不再流体地连接到环形通道54。能够以这种方式移除多于一个燃料入口歧管90，连同燃料入口歧管90的任一侧上的对应燃料供给歧管86。能够阻断通过燃料入口歧管90的移除而显露的主体22中的一个或多个开口（例如，入口70），以防止气体燃料从混合装置14泄漏。

在图5到图7的混合装置114中，节气门体入口转接器134和扩散器150可移除地固定（即，经由安装螺钉）或可移除地联接到主体122，如上文所描述的那样。混合装置114的这些部件如混合装置14的那些部件那样能够类似地定制。此外，燃料供给歧管186可移除地固定到燃料入口歧管190的外部236。

参考图1到图7，除了形状和大小适合于接收气体燃料喷射器94的排放端110、210之外，燃料入口歧管90、190的喷射器接收端口98、198的形状和大小也适合于接收插塞300。如图8到图9中那样，每个插塞300能够是配置成取代混合装置14、114中的气体燃料喷射器94的假燃料喷射器。假燃料喷射器具有与功能性气体燃料喷射器94中的一个（例如，在其端部处具有相同或类似的密封接口）类似的形状但不能够喷射燃料，并且不设有任何流体导管。一般地，插塞300可以是能够插入喷射器接收端口98、198中的密封件，或者是能够被用于从燃料入口歧管90、190的外侧覆盖喷射器接收端口98、198的平板。呈任何形式的插塞300均防止穿过对应的喷射器接收端口98、198的流体连通。插塞300的使用减小能够通过进气通路18、118被引导到发动机的总气体燃料输出。

进一步地，燃料供给歧管86、186中的一个和对应的燃料入口歧管90、190可分别具有不同数量的燃料喷射器端口102、202和喷射器接收端口98、198。比如，燃料供给歧管86、186中的一个或多个可包括比对应的燃料入口歧管90、190上的喷射器接收端口98、198的数量更少的燃料喷射器端口102、202。在将气体燃料喷射器94中的一个联接到燃料喷射器端口102、202和对应的喷射器接收端口98、198中的每一者之后，可使用插塞300阻断其余的未占用的喷射器接收端口98、198。

再次参考图1到图4及图8，燃料入口歧管90包括在每个燃料入口歧管90的相对侧上的分开的两组（每组三个）喷射器接收端口98。这些喷射器接收端口98与布置在燃料入口歧管90的任一侧上的燃料供给歧管86上的燃料喷射器端口102对齐。参考图5到图7及图9，燃料入口歧管190包括在该燃料入口歧管190的三个侧面上的分开的三组（每组六个）喷射器接收端口198。喷射器接收端口198与在三个燃料供给歧管186上的燃料喷射器端口202对齐。如图所示，图1到图4及图8中的喷射器接收端口98的形状和大小全部类似以接收一种共用类型的气体燃料喷射器。同样地，如图5到图7及图9中所示，喷射器接收端口198的形状和大小全部类似以接收一种共用类型的气体燃料喷射器。

如图8中所示，插塞300是被接收在燃料供给歧管86的燃料喷射器端口102（功能性气体燃料喷射器94的上游端106将通常被接收在该处）中的假喷射器300。类似地，插塞300被接收在燃料入口歧管90的喷射器接收端口198（气体燃料喷射器94的排放端110将通常被接收在该处）中。插塞300防止燃料从燃料供给歧管86流体连通到燃料入口歧管90。可使用多于一个这样的插塞300。比如，每个燃料供给歧管86可接收插塞300中的一个来取代功能性气体燃料喷射器94以便均匀地或对称地使混合装置14“缩小尺寸（downsize）”，使得每个燃料供给歧管86仅向两个气体燃料喷射器94馈送。混合装置14也能够以其他构型对称地缩小尺寸，并且能够不对称地缩小尺寸。例如，如图8中所示，能够在组装的时候“关断”对应于一个燃料供给歧管86的一整组喷射器接收端口98（例如，用插塞300阻断）。如图所示，如上文所描述的那样，三个插塞300防止燃料供给歧管86中的一个与对应的燃料入口歧管90之间的流体连通。类似地，能够阻断额外的燃料入口歧管90的一个或多个喷射器接收端口98。

如图9中所示，用插塞300阻断对应于燃料供给歧管186中的一个的整组喷射器接收端口198。如图所示，六个插塞300完全阻断从燃料供给歧管186中的一个到燃料入口歧管190的共用喷射器接收室224的流体连通。类似地，通过使用额外插塞300，能够阻止额外燃料供给歧管186的一个或多个额外燃料喷射器端口202与燃料入口歧管190的共用喷射器接收室224流体连通。

可组装混合装置14、114的模块化部件以使内燃发动机配备有混合装置14、114，以便将气体燃料引入发动机中。例如，可通过以下步骤组装图8的混合装置14：提供主体22、在主体22中可移除地联接扩散器50，及将节气门体入口转接器34和出口转接器42固定到主体22。六个燃料供给歧管86和三个燃料入口歧管90也固定到主体22。一定数量（例如，三个）的喷射器接收端口98由插塞300阻断（如图8中所示），以便降低混合装置14向发动机加注燃料的能力。未阻断的喷射器接收端口98通过气体燃料喷射器94流体地连接到其余燃料供给歧管86。

在另一个示例中，可通过以下步骤组装图9的混合装置114：提供主体122、在主体122中可移除地联接扩散器150，及将节气门体入口转接器134可移除地固定到主体122。燃料入口歧管190联接到具有燃料连接通路240和阀248的扩散器组件（即，在主体122的开口170处）。三个燃料供给歧管186中的每一个均可移除地联接到燃料入口歧管190的外部136。每个燃料供给歧管186均具有单独的一组燃料喷射器端口202（例如，六个一组），并且可使用插塞300阻断燃料供给歧管186中的一个的全部六个燃料喷射器端口202，如图9中所示。气体燃料喷射器94可移除地联接到其他两个燃料供给歧管186和燃料入口歧管190以完成混合装置114，如图所示。

图10到图12图示能够与图5到图7及图9的混合装置114一起使用的替代性扩散器组件310。更具体地，能够使用扩散器组件310来代替限定图5到图7及图9的混合装置114的进气通路118的节气门体入口转接器134、主体122和扩散器150。应注意的是，与图5到图7及图9中的那些零件类似的零件具有相同的附图标记，但增加100或在一些实例中增加200。类似地编号的零件也具有类似的功能。在上文在图1到图9的描述中能够找到类似地编号的零件的细节。除了气体燃料与进气气流的混合之外，扩散器组件310也配置成允许废气再循环至发动机进气中。废气再循环（EGR）提供各种发动机性能益处，包括相对无EGR的发动机改进的效率、增加的扭矩和减少的排放物。虽然具有所图示的构造的扩散器组件310被实现为图5到图7及图9的混合装置114的部件的替代物，但是可根据扩散器组件310的特征修改图1到图4的混合装置14以并入EGR能力。

如图12中最佳地所见，扩散器组件310包括在主体322的上游端处联接到主体322的节气门体入口转接器334。节气门体入口转接器334限定进气通路318的入口338。进一步地，节气门体入口转接器334的一部分形成扩散器，并在节气门体入口转接器334的与入口338相对的一侧上可移除地联接到主体322。当可移除地联接到主体322时，节气门体入口转接器334的径向内表面与主体322的大体圆筒形开口的径向内表面齐平以沿轴向方向限定平滑过渡部。进一步地，主体322径向地环绕节气门体入口转接器334的与入口338相对的一侧。节气门体入口转接器334还限定环绕进气通路318的第一环形通道354的径向内壁362。节气门体入口转接器334进一步限定大体垂直于进气通路318的中心轴线D布置的大体半圆形的扩散器孔口382。扩散器孔口382被限定在节气门体入口转接器334的下游端面的周边中，并且围绕下游端面的圆周均匀地间隔开。通过邻接主体322的横向于中心轴线D布置的内肩部表面，扩散器孔口382在轴向下游端上被界定。

主体322限定第一环形通道354的径向外壁358，并且还包括延伸主体322的长度的大体圆筒形开口。主体322进一步限定通向第一环形通道354的入口370，所述入口在沿进气通路318的上游或第一位置处垂直于中心轴线D布置。第一位置通常是进气气流被配置成与被引导穿过扩散器孔口382的气体燃料混合之处。另外，主体322限定EGR入口开口400，所述EGR入口开口在沿进气通路318在第一位置下游的第二位置处垂直于中心轴线D布置。第二位置通常是再循环的废气配置成与进气气流和气体燃料混合之处，如下文所论述的那样。进一步地，EGR入口开口400和用于气体燃料的入口370布置成彼此平行，从相对侧进入主体322，不过其他布置是任选的。

出口转接器342在主体322的下游可移除地固定到主体322，并且布置成与节气门体入口转接器334相对。O形环放置在出口转接器342与主体322之间，以确保出口转接器342与主体322之间的严密密封。出口转接器342限定进气通路318的出口346。当固定到主体322时，出口转接器342的径向内表面与EGR扩散器350的径向内表面齐平，所述EGR扩散器350通过出口转接器342的附接固定到主体322。如图11和图12中所图示的，EGR扩散器350是可移除地固定到主体322并且可与其分离的扩散器插入件。一旦可移除地固定到主体322，EGR扩散器350的径向内表面就与主体322的大体圆筒形开口的径向内表面和出口转接器342的径向内表面齐平，以维持进气通路318的一致、平滑的直径。EGR扩散器350限定大体垂直于中心轴线D布置的径向扩散器孔口482（见图12）。EGR扩散器350还限定环绕进气通路318的第二环形通道454的径向内部分462。主体322限定第二环形通道454的径向外部分458，并且径向地包围或环绕第二环形通道454。进一步地，EGR扩散器350位于与EGR入口开口400相同的轴向位置处，以沿径向方向直接从其接收EGR流。在未图示的其他实施例中，出口转接器342和EGR扩散器350被提供为单个、一体式部件。

虽然在图12中出于清晰性被移除，但空气动力钝后缘插入件424可移除地固定到主体322并被容纳在主体322内。钝后缘插入件424包括与中心轴线D同轴的鱼雷形主体428。钝后缘插入件424还包括关于中心轴线D彼此成90度角度布置的四个翅片432。每个翅片432均具有平坦端，所述平坦端包括用于接收通过主体374的外部中的孔插入主体322中的安装螺钉434的螺纹钻孔。钝后缘插入件424沿进气通路318定位，并且与第一环形通道354和第二环形通道454两者重叠，例如，在第一环形通道354的上游和第二环形通道454的下游延伸。钝后缘插入件424在固定到主体322时以中心轴线D为中心。钝后缘插入件424配置成通过沿钝后缘插入件424的长度使进气通路318的横截面积（横向于中心轴线D）缩窄来增加进气通路318中的进气气流的速度。进气气流的增加的速度产生局部压降以辅助引入气体燃料和再循环的废气，因此使喷射器和排气系统上的背压最小化。在钝后缘插入件424之后进气通路318内的进气气体的膨胀辅助进气气体的混合。

节气门体入口转接器334、主体322、出口转接器342、扩散器350的径向内表面和钝后缘插入件424的外表面全部结合以限定进气通路318的横截面形状，所述进气通路318从入口338延伸到出口346。

通过通向主体332的第一环形通道354的入口370将气体燃料引入扩散器组件310。具体地，图5到图7及图9的燃料连接通路240联接到通向第一环形通道354的入口370，并且将入口370流体地连接到第一环形通道354以从燃料入口歧管190接收燃料。如上文所论述的，入口歧管190的共用喷射器接收室224配置成将燃料引导到燃料连接通路240，所述燃料连接通路进一步引导气体燃料到达第一环形通道354并穿过节气门体入口转接器334的扩散器孔口382。

EGR配置成通过联接到EGR入口开口400的EGR供给管道470被引入扩散器组件310。进一步地，EGR供给管道470引导废气到达第二环形通道454并穿过EGR扩散器350。EGR供给管道470联接到发动机的排气系统。

如上文关于图1到图9所论述的那样，图10到图12的扩散器组件310是可定制的。节气门体入口转接器334、出口转接器342、钝后缘插入件424和扩散器350全部可移除地固定或可移除地联接到主体322，并且能够针对不同的应用或不同的发动机根据需要移除或取代节气门体入口转接器334、出口转接器342、钝后缘插入件424和扩散器350。另外，虽然上文将扩散器组件310描述为图5到图7及图9中的混合装置114的替代零件，但是其他混合装置的零件也能够联接到扩散器组件310，使得混合装置受益于再循环的废气。进一步地，在扩散器组件310的未图示的其他实施例中，扩散器组件310能够配置成使得EGR入口开口400在通向第一环形通道354的入口370的上游。

图13图示操作中的发动机的示意图，并且其中混合装置114被修改成有具有EGR能力的替代性扩散器组件310。在操作中，通过节气门体入口转接器334的入口338向扩散器组件310提供进气空气。进一步地，如上文关于图5到图7及图9所描述的那样，燃料供给向通向第一环形通道354的入口370提供气体燃料。气体燃料被引导到第一环形通道354中并穿过节气门体入口转接器334的扩散器孔口382，以使气体燃料与进气气流混合。来自发动机的废气通过EGR供给管道470被递送到EGR入口开口400，以便再循环通过发动机。EGR被引导穿过第二环形通道454和穿过EGR扩散器350，在该处EGR与进气气流和气体燃料混合。如上文所论述的那样，EGR可以是高压EGR。

再次参考图5到图7及图9，如上文所论述的那样，阀248沿燃料连接通路240定位。阀248被配置成选择性地阻断燃料入口歧管190与通向主体122的环形通道154的入口170之间的流体连通。阀248沿燃料连接通路240定位，以便防止从喷射器接收室224不期望地排泄气体燃料。例如，在减小发动机负荷之后，可在穿过进气通路118的进气气流中看到减小的压力。压力的这种减小能够引起过多的气体燃料从喷射器接收室224被吸取至进气通路118中。

混合装置114的控制器252配置成致动阀248，并且配置成与发动机和发动机的发动机控制单元通信。控制器252进一步配置成选择性地使阀248运动到闭合位置以阻止气体燃料穿过燃料连接通路240，以及使阀248运动到打开位置以允许气体燃料通过燃料连接通路240的通行。能够由控制器252经由可变电子信号或经由电子信号的存在/缺乏来电子地控制阀248，以使阀248运动远离偏置位置。控制器252还配置成输出电子信号以控制气体燃料喷射器94的操作或与具有所述功能的发动机控制单元通信。不论是与控制器252合并还是分开，均通过执行编程于控制器的控制策略来控制具有混合装置114的发动机的燃烧，所述控制策略包括多种功能，除其他功能之外，这些功能还能够包括节气门打开、燃料量和正时、阀升程型式和正时、涡轮增压器废气门打开。

在操作中，可操作混合装置114和发动机以便控制气体燃料到发动机中的排放，以便引起从混合装置114进入发动机的气体燃料的流动迅速停止。该方法涉及操作混合装置114以将气体燃料排放到燃料入口歧管190的共用喷射器接收室224中。气体燃料从共用喷射器接收室224被输送穿过燃料连接通路240，进入环形通道154，并穿过扩散器150，在该处，气体燃料与进气通路118中的进气空气混合。当喷射气体燃料时，发动机操作以燃烧所喷射的气体燃料。当发动机的操作者关闭发动机时，通过发动机的发动机控制单元向控制器252发送点火关闭信号。作为响应，控制器252向阀248发送信号以关闭。也向气体燃料喷射器94发送信号以停止喷射气体燃料。进一步地，通过发动机控制单元发送喷射关闭信号也引导发动机停止所喷射的气体燃料的燃烧（例如，停止火花点火）。利用相比于气体燃料喷射器94阀248的更远的下游位置，能够更快速地停止进入发动机中的燃料输送以便精确控制。例如，阀248可在完全停止从气体燃料喷射器94排放燃料之前关闭，使得阀248阻止从气体燃料喷射器94排放的气体燃料到达发动机。这提供在没有不可预知的、具有不良的燃烧品质的后续燃烧事件的情况下停止燃烧的简单、可重复的方式。在替代性实施例中，阀248沿燃料连接通路240定位在燃料连接通路240的端部244处，该端部接近通向主体122的环形通道154的入口170。因而，关闭阀248使已喷射但未到达环形通道154的气体燃料的残余量最小化。

此外，应注意的是，可以响应于检测对发动机负荷减小的需求（例如，驾驶员抬起加速器踏板）来实施类似的功能。当必须减小发动机扭矩时，燃料的量也减少。虽然根据该扭矩减小向气体燃料喷射器94发送电子信号（即，指示喷射器94减小喷射量或停止喷射），但是能够在这样的喷射器控制之前或与这样的喷射器控制结合来实施信号以闭合或部分地闭合阀248。而且，阀248的下游定位使得能够更快速地响应这样的发动机扭矩减小的需求。

阀248还起作用以在闭合时提供燃料从环境隔绝的适当密封，即使在气体燃料喷射器94中的一些或全部不是无泄漏的情况下也是如此。例如，在一些情况中，气体燃料喷射器94可在其出口处不包括任何弹性体密封元件，而是代替地在其出口处具有金属-金属闭合元件。在一些情况中，气体燃料喷射器94中的一些或全部可以不是无泄漏的，如由通过引用并入本文的联合国欧洲经济委员会的法规110的测试程序所限定的那样。而且，当能够依赖阀248以容纳气体燃料并防止其排放到大气时，从气体燃料喷射器94的小量泄漏可以是可接受的。通过使用更不复杂的气体燃料喷射器94，整个系统成本得以保持低，同时提供高的可靠性。燃料连接通路中的阀248可以是无泄漏的，如由联合国欧洲经济委员会的法规110的测试程序所限定的那样。

仅以示例的方式呈现上文所描述及附图中所图示的实施例，并且所述实施例不旨在作为对本发明的构思和原理的限制。因而，将认识到的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，元件及其构型和布置的各种变化是可能的。

Claims (15)

1.一种用于将气体燃料和再循环的废气引入发动机的进气通路中的混合装置，所述混合装置包括：

主体，所述进气通路延伸穿过所述主体以便将进气气流引导到所述发动机中；

环形通道，其被限定在所述主体内以至少部分地环绕所述进气通路，所述主体限定与所述环形通道的径向外部分相交的燃料入口开口；

多个气体燃料喷射器，其流体地联接到所述燃料入口开口，使得来自所述多个气体燃料喷射器的气体燃料通过所述燃料入口开口被输送到所述环形通道中；

扩散器，其沿所述进气通路定位在所述环形通道的一位置处，以使来自所述环形通道的气体燃料扩散到所述进气通路中的进气气流中；

废气再循环（EGR）入口开口，其由所述主体限定并与所述进气通路流体连通；以及

废气再循环供给管道，其联接到所述EGR入口开口并配置成引导来自所述发动机的再循环的废气通过所述EGR入口开口进入所述进气通路中，其中，所述扩散器是在所述混合装置的上游端处联接到所述主体的节气门体转接器的一部分，所述节气门体转接器限定第一环形通道的径向内壁，并且所述径向内壁设有多个径向扩散器孔口。

2.根据权利要求1所述的混合装置，还包括空气动力钝后缘插入件，所述空气动力钝后缘插入件沿所述进气通路定位以增加所述进气通路中的进气气流的速度。

3.根据权利要求1所述的混合装置，其中，所述扩散器是第一扩散器并且所述环形通道是第一环形通道，所述混合装置还包括：

第二环形通道，其被限定在所述主体内以在所述第一环形通道下游的位置处至少部分地环绕所述进气通路，所述EGR入口开口与所述第二环形通道的径向外部分相交；以及

第二扩散器，其沿所述进气通路定位在所述第二环形通道的一位置处，以使来自所述第二环形通道的再循环的废气扩散到所述进气通路中的进气气流中。

4.根据权利要求3所述的混合装置，还包括空气动力钝后缘插入件，所述空气动力钝后缘插入件沿所述进气通路定位以增加所述进气通路中的进气气流的速度，其中，所述钝后缘插入件沿所述进气通路的轴向方向延伸跨过所述第一环形通道与所述第二环形通道两者。

5.根据权利要求4所述的混合装置，还包括在所述混合装置的下游端处联接到所述主体的出口转接器，所述出口转接器固定到所述主体以相对于所述主体将所述第二扩散器保持在固定位置中。

6.根据权利要求1所述的混合装置，还包括可移除地固定到所述主体的外部的多个燃料供给歧管，所述多个燃料供给歧管中的每一个均流体地联接到所述燃料入口开口。

7.根据权利要求6所述的混合装置，还包括多个气体燃料喷射器，所述多个气体燃料喷射器安装在所述多个燃料供给歧管中的每一个上并配置成从所述多个燃料供给歧管中的对应的一个喷射气体燃料，以便通过所述燃料入口开口通行进入所述环形通道。

8.一种用于将气体燃料和再循环的废气引入发动机的进气通路中的混合装置，所述混合装置包括：

主体，所述进气通路延伸穿过所述主体以便将进气气流引导到所述发动机中，所述主体限定与所述进气通路流体连通的燃料入口开口；

多个气体燃料喷射器，其流体地联接到所述燃料入口开口以在第一位置处将气体燃料供应到所述进气通路中；

扩散器，其定位在所述主体内并且可操作成使来自所述燃料入口开口的气体燃料扩散到所述进气通路中；

废气再循环（EGR）入口开口，其由所述主体限定并在所述第一位置下游的第二位置处与所述进气通路流体连通；以及

废气再循环供给管道，其联接到所述EGR入口开口并配置成通过所述EGR入口开口将来自所述发动机的再循环的废气引导到所述进气通路中，还包括第二扩散器，所述第二扩散器定位在所述主体内并且可操作成使来自所述EGR入口开口的再循环的废气扩散到所述进气通路中，其还包括在所述混合装置的下游端处联接到所述主体的出口转接器，所述出口转接器固定到所述主体以相对于所述主体将所述第二扩散器保持在固定位置中，出口转接器在所述混合装置的下游端处联接到所述主体，并且其中，所述出口转接器是所述第二扩散器。

9.根据权利要求8所述的混合装置，其中，所述扩散器是在所述混合装置的上游端处联接到所述主体的节气门体转接器。

10.根据权利要求9所述的混合装置，其中，第一环形通道被限定在所述主体内以至少部分地环绕所述进气通路，并且

其中，所述节气门体转接器限定所述第一环形通道的径向内壁，并且所述径向内壁设有多个径向扩散器孔口。

11.根据权利要求8所述的混合装置，还包括钝后缘插入件，所述钝后缘插入件沿所述进气通路定位以增加所述进气通路中的进气气流的速度。

12.根据权利要求8所述的混合装置，其中，第一环形通道被限定在所述主体内以在所述第一位置处至少部分地环绕所述进气通路，并且所述燃料入口开口与所述第一环形通道的径向外部分相交，所述混合装置还包括：

第二环形通道，其被限定在所述主体内以在所述第二位置处至少部分地环绕所述进气通路，所述EGR入口开口与所述第二环形通道的径向外部分相交；以及

第二扩散器，其沿所述进气通路定位在所述第二位置处，以使来自所述第二环形通道的再循环的废气扩散到所述进气通路中的进气气流中。

13.根据权利要求12所述的混合装置，还包括钝后缘插入件，所述钝后缘插入件沿所述进气通路定位以增加所述进气通路中的进气气流的速度，其中，所述钝后缘插入件沿所述进气通路的轴向方向延伸跨过所述第一环形通道与所述第二环形通道两者。

14.根据权利要求8所述的混合装置，还包括可移除地固定到所述主体的外部的多个燃料供给歧管，所述多个燃料供给歧管中的每一个均流体地联接到燃料入口歧管的主要气体燃料入口。

15.根据权利要求14所述的混合装置，还包括多个气体燃料喷射器，所述多个气体燃料喷射器安装在所述多个燃料供给歧管中的每一个上并配置成将气体燃料从所述多个燃料供给歧管中的一个喷射到所述燃料入口歧管的喷射器接收室中。