CN108397311B - 一种气体发动机进气混合腔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机技术领域，具体为一种用于气体发动机进气混合腔，进气混合腔设置在气体燃料及EGR混合装置和发动机进气道弯管之间，混合腔包括壳体、一个或多个芯罩芯管组；壳体套设在芯罩芯管组的外部；每个芯罩芯管组包括芯罩和芯管，芯管设置在芯罩内；多个芯罩芯管组依次套设，壳体包括壳体顶板、壳体底板和连接顶板和底板的壳体罩板，芯罩包括芯罩顶板、芯罩壳和连接板，芯罩和芯管壁面上均设有数个混合孔。本发明的混合腔，在发动机进气过程中，各缸EGR及气体混合气更加均匀，减小了空气、气体燃料、EGR波动导致的各缸EGR及气体混合气差异，有效提高气体发动机各缸工作的一致性，提高气体发动机工作稳定性、可靠性。

Description

一种气体发动机进气混合腔

技术领域

本发明属于内燃机领域，具体来说是涉及一种用于气体发动机进气混合腔。

背景技术

随着能源的日益枯竭和排放法规的日趋严格，因此各国纷纷开发替代能源，可燃气体作为一种替代燃料成为近年来国内外发动机行业的研究热点，而气体燃料是清洁燃料，并且资源非常丰富，因此代用气体燃料发动机得到广泛应用，而装配气体发动机的各种车辆市场占有率越来越高。现气体发动机主要采用预混燃烧方式，即燃料气体和空气在发动机气缸外混合，形成当量比混合气，最后再进入发动机气缸，进行燃烧做功。

随着大气环境污染问题日益严重，促使排放法规不断升级加严，因此需要先进复杂的燃烧技术实现。气体发动机开始采用主流的EGR当量燃烧技术，即将一定量的发动机废气引入进气管内，与新鲜空气、燃气共同参与燃烧。引入EGR废气作用是降低缸内燃烧温度及抑制氮氧化物的产生，降低发动机热负荷及获得更低的污染物排放。因而可燃混合气与EGR各缸的一致性对于发动机燃烧、性能有显著的影响，燃烧设计要求EGR废气与新空气、天然气进行充分扰动混合，并达到进入各缸的EGR废气量保持一致。

授权公告号CN102913342B的发明公开了一种发动机混合腔，该发动机混合腔包括：混合腔本体、管状阀芯和与混合腔本体连接的混合腔接管以及位于混合腔本体和混合腔接管之间的扰流体，由于可燃气体经过扰流体再进入混合腔接管使得可燃气体在流通过程中产生轴向旋转和向心旋转的涡流，使新型空气和天然气的混合效果更好，从而提高了发动机的工作性能和工作安全，也提高了发动机的加速性能，避免了严重的不良燃烧而导致的发动机失火或者回火故障。此外，授权公告号CN 104641098 A，授权公告号CN102454507 B、申请公布号CN 106438115 A的发明公开了天然气混合腔将空气和天然气充分均匀混合，使得混合气体在发动机中燃烧更加充分，降低了天然气的消耗。

申请公布号CN 107061060 A、授权公告号CN 104265513 B的专利公布了天然气发动机EGR混合装置或天然气和EGR集成混合装置，该集成式混合腔实现了新鲜空气、天然气及EGR废气三种气体的充分混合。但这些专利只能使空气和气体燃料及EGR在进气流道的空间轴向截面上混合非常均匀，特别EGR管路从排气岐管提取燃烧废气，因发动机各缸依次排气导致排气歧管中燃烧废气出现周期性的波动，燃烧废气的周期性波动将导致EGR出现周期性波动，此外空气和气体燃料往往也有一定波动，这些波动将导致进气混合气发生周期性波动。虽然进气道空间轴向截面上混合气是均匀的，但因波动将导致进气流道不同空间轴向截面上混合气量（空气、气体燃料、EGR）波动性差异，发动机不同气缸进气门开启、关闭时刻不同，将导致气体发动机各缸进入的混合气量（空气、气体燃料、EGR）出现较大差异。在发动机进气中，如果进入各缸的EGR及气体混合气量不一致，会造成发动机失火、爆震、各缸均匀性差、排放物超标等一系列问题，进而影响发动机的正常运行和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于气体发动机进气混合腔，减小空气、气体燃料、EGR波动导致的各缸EGR及气体混合气差异，有效提高气体发动机各缸工作的一致性，提高了气体发动机工作稳定性、可靠性。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案： 一种用于气体发动机进气混合腔，所述进气混合腔设置在气体燃料及EGR混合装置和发动机进气道弯管之间，其特征在于，包括壳体、一个或多个芯罩芯管组；

所述壳体套设在芯罩芯管组的外部；每个芯罩芯管组包括芯罩和芯管，所述芯管设置在芯罩内；

所述多个芯罩芯管组依次套设，

所述壳体包括壳体顶板、壳体底板和连接顶板和底板的壳体罩板，壳体顶板与入口连接管相连，所述壳体底板与出口连接管相连，入口连接管连接气体燃料及EGR混合装置后面的出口管路，出口连接管和发动机进气道弯管相连；

所述芯罩包括芯罩顶板、芯罩壳和连接板，芯罩壳前端设置有芯罩顶板，所述芯罩壳末端沿着芯罩壳圆周方向均匀设置有多个间隔分布的连接板，所述连接板用于支撑芯罩壳；

所述芯管一端与出口连接管接通相连，芯管另一端和芯罩顶板之间相对留有间距，从而形成气体流动通道；

所述芯罩顶板与壳体顶板之间留有一定间距，从而形成气体流动通道；所述连接板与壳体底板连接，

所述芯罩和芯管壁面上均设有数个混合孔。

对上述方案的进一步改进，芯罩和壳体之间形成了第一腔体，芯罩和芯管之间形成了第二腔体，相邻连接板之间形成了连接通道，所述连接通道用于实现第一腔体和第二腔体之间的相互连通，芯管内部空间形成第三腔体；第一腔体和第二腔体通过混合孔实现气体的流通；第二腔体和第三腔体通过芯管壁面上的混合孔实现气体的流通；

进气混合气通过入口连接管进入芯罩顶板和壳体顶板间的通道，在芯罩顶板的导向作用下从不同方向流向第一腔体，并从第一腔体顶部流向底部，通过芯罩底部的连接通道从第一腔体流向第二腔体，并从第二腔体底部流向顶部，然后通过芯管和芯罩顶板间的流动通道从第二腔体流向第三腔体，从第三腔体顶部流向底部并通过出口连接管流出。

对上述方案的进一步改进，混合孔的开孔方向垂直于芯管的轴线方向。

对上述方案的进一步改进，混合孔在芯管、芯管的轴线为单排和多排分布。

本发明的积极效果是：

一种用于气体发动机进气混合腔，所述进气混合腔位于气体燃料及EGR排气再循环混合装置和发动机进气总管之间的进气通道，包括壳体、芯罩、芯管；从入口连接管进入的混合气在芯罩顶板的导向作用下首先流过第一腔体，然后通过连接通道流过第二腔体，最后流过第三腔体后通过出口连接管流出；所述芯罩、芯管壁面均设有数个混合孔，分别连接第一腔体、第二腔体，第二腔体、第三腔体。当空气、气体燃料、EGR波动导致气体发动机混合气出现波动时，波动的进气混合气将依次流过第一腔体、第二腔体、第三腔体，不同腔体相邻区域将因波动出现气体压力差异。这时进气混合气因压力差异将通过混合孔在腔体间流动，浓度高的进气混合气流向浓度低的，腔体中不同轴向截面间混合气量将更加均匀，消除空气、气体燃料、EGR波动。同时通过混合孔流入腔体的混合气和腔体内流混合气碰撞，并在腔体内形成旋转的涡流，可以使气体燃料及EGR和空气在进气流道轴向截面上混合更加均匀，甚至不再需要气体燃料及EGR和空气的混合器。在发动机进气过程中，各缸EGR及气体混合气更加均匀，减小了空气、气体燃料、EGR波动导致的各缸EGR及气体混合气差异，有效提高气体发动机各缸工作的一致性，提高气体发动机工作稳定性、可靠性。

附图说明

图1是本发明一种用于气体发动机进气混合腔的截面示意图。

图2是本发明一种用于气体发动机进气混合腔剖面实体示意图。

图3一种气体发动机进气混合装置布置连接示意图。

图4本发明具有两个芯罩芯管组的结构截面示意图。

图5混合器+进气混合腔的安装示意图。

图6仅有进气混合腔的安装示意图。

图7增加本发明混合腔后EGR混合均匀系数比较示意图。

图中：1-入口连接管，2-壳体，3-芯罩，4-芯管，5-出口连接管，6-混合孔，7-连接板，8-连接通道，9-第一腔体，10-第二腔体，11-第三腔体，12-壳体顶板，13-壳体底板，14-芯罩顶板，15-剖面，16-EGR管路，17-EGR控制阀，18-气体燃料管路，19-进气道弯管，20-气体燃料及EGR混合器，21-EGR混合器，22-天然气混合器，23-壳体罩板，24-芯罩壳，25-混合器＋进气混合腔，26-进气混合腔。

具体实施方式

本发明一种气体发动机进气混合腔可参考附图1~7的描述，所述箭头为气体运动方向，

一种用于气体发动机进气混合腔，所述进气混合腔设置在气体燃料及EGR混合装置和发动机进气道弯管19之间，包括壳体2、一个或多个芯罩芯管组；图1-2中为一个芯罩芯管组的结构，图4位为两个芯罩芯管组的结构；当大于两个芯罩芯管组时，多个芯罩芯管组依次套设；

壳体套设在芯罩芯管组的外部；每个芯罩芯管组包括芯罩3和芯管4，所述芯管3设置在芯罩4内；

壳体包括壳体顶板12、壳体底板13和连接顶板和底板的壳体罩板23，壳体顶板12与入口连接管1相连，所述壳体底板13与出口连接管5相连，入口连接管1连接气体燃料及EGR混合装置后面的出口管路，出口连接管5和发动机进气道弯管19相连；

气体燃料及EGR混合装置包括气体燃料及EGR混合器20、EGR控制阀17、EGR管路16和气体燃料管路18；

所述气体燃料及EGR混合器20一侧通过EGR控制阀17与EGR管路16连接，另一侧连接气体燃料管路18；入口连接管1连接气体燃料及EGR混合器的出口；

芯罩3包括芯罩顶板14、芯罩壳24和连接板7，芯罩壳24前端设置有芯罩顶板14，所述芯罩壳24末端沿着芯罩壳圆周方向均匀设置有多个间隔分布的连接板7，所述连接板用于支撑芯罩壳24；

芯管4一端与出口连接管5接通相连，芯管4另一端和芯罩顶板14之间相对留有间距，从而形成气体流动通道；

芯罩顶板14与壳体顶板12之间留有一定间距，从而形成气体流动通道；所述连接板7与壳体底板13连接，

芯罩和芯管壁面上均设有数个混合孔6，第一腔体和第二腔体通过混合孔实现气体的流通；第二腔体和第三腔体通过芯管4壁面上的混合孔实现气体的流通。

对上述方案的进一步改进，芯罩3和壳体2之间形成了第一腔体9，芯罩3和芯管4之间形成了第二腔体10，相邻连接板7之间形成了连接通道8，所述连接通道8用于实现第一腔体和第二腔体之间的相互连通，芯管4内部空间形成第三腔体；第一腔体和第二腔体通过混合孔实现气体的流通；第二腔体和第三腔体通过芯管4壁面上的混合孔实现气体的流通；

进气混合气通过入口连接管1进入芯罩顶板14和壳体顶板12间的通道，在芯罩顶板的导向作用下从不同方向流向第一腔体，并从第一腔体顶部流向底部，通过芯罩底部的连接通道从第一腔体流向第二腔体，并从第二腔体底部流向顶部，然后通过芯管和芯罩顶板间的流动通道从第二腔体流向第三腔体，从第三腔体顶部流向底部并通过出口连接管5流出。

对上述方案的进一步改进，混合孔6的开孔方向垂直于芯管的轴线方向。

对上述方案的进一步改进，混合孔在芯管、芯管的轴线为单排和多排分布。

具体工作原理及过程：从气体燃料及EGR混合装置出来混合气经过和空气充分混合，使空气和气体燃料及EGR在进气流道的空间轴向截面上混合的非常均匀。但EGR管路是从排气岐管提取燃烧废气，因发动机各缸依次排气导致排气歧管中燃烧废气出现周期性的波动，即EGR出现周期性波动，此外空气和气体燃料往往也有一定波动，这些波动将导致进气混合气发生周期性波动。虽然进气流道空间轴向截面上混合气是均匀的，但因波动将导致进气流道不同空间轴向截面上混合气量（空气、气体燃料、EGR）差异。当空气、气体燃料、EGR波动导致气体发动机混合气出现波动时，波动的进气混合气将依次流过第一腔体、第二腔体、第三腔体，不同腔体相邻区域将因波动出现气体压力差异。芯罩、芯管壁面均设有数个混合孔，芯罩壁面混合孔两端分别连接第一腔体和第二腔体，芯管壁面混合孔两端分别连接第二腔体和第三腔体。混合孔为圆型或非圆结构，不同混合孔轴向截面面积相同或不同。这时进气混合气因压力差异将通过混合孔在不同的腔体间流动，浓度高的进气混合气流向浓度低的，腔体中不同截面间的混合气将更加均匀，可以减小空气、气体燃料、EGR波动导致的各缸EGR及气体混合气差异。为更好地促进进气混合气因压力差异通过混合孔在不同的腔体间流动，混合孔在芯管、芯管的轴线为单排和多排分布。壳体中可以有数个芯罩、芯管，芯管仍位于芯罩内，芯罩和芯管形成的组合结构为另一个芯罩和芯管组的芯管内，最内层的芯管和出口连接管连接，可以更好地减小空气、气体燃料、EGR波动。所述混合孔在腔体壁面流动方向分布间距相同或不同，以更好地减小及消除空气、气体燃料、EGR波动。

在发动机进气过程中，混合气从入口连接管侧和壳体顶板间流动通道流向第一腔体，第一腔体流向第二腔体，第二腔体流向第三腔体时，混合气将在流动转弯处形成流动涡流；混合孔流入腔体的混合气和腔体内流混合气碰撞，也会在腔体内形成旋转的涡流，这些涡流可以使气体燃料及EGR和空气在进气流道轴向截面上混合更加均匀，混合均匀系数更高（如图7所示）。甚至不再需要气体燃料及EGR和空气的混合器，仅安装进气混合腔，就有很好的混合效果（如图7所示）。各缸EGR及气体混合气更加均匀，减小了空气、气体燃料、EGR波动导致的各缸EGR及气体混合气差异，有效提高气体发动机各缸工作的一致性，提高气体发动机工作稳定性、可靠性。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种气体发动机进气混合腔，所述进气混合腔设置在气体燃料及EGR混合装置和发动机进气道弯管（19）之间，其特征在于，包括壳体（2）、一个或多个芯罩芯管组；

所述壳体套设在芯罩芯管组的外部；每个芯罩芯管组包括芯罩（3）和芯管（4），所述芯管（4）设置在芯罩（3）内；

当芯罩芯管组为多个时，所述芯罩芯管组依次套设，

所述壳体包括壳体顶板（12）、壳体底板（13）和连接顶板和底板的壳体罩板（23），壳体顶板（12）与入口连接管（1）相连，所述壳体底板（13）与出口连接管（5）相连，入口连接管（1）连接气体燃料及EGR混合装置后面的出口管路，出口连接管（5）和发动机进气道弯管（19）相连；

所述芯罩（3）包括芯罩顶板（14）、芯罩壳（24）和连接板（7），芯罩壳（24）前端设置有芯罩顶板（14），所述芯罩壳（24）末端沿着芯罩壳圆周方向均匀设置有多个间隔分布的连接板（7），所述连接板用于支撑芯罩壳（24）；

所述芯管（4）一端与出口连接管（5）接通相连，芯管（4）另一端和芯罩顶板（14）之间相对留有间距，从而形成气体流动通道；

所述芯罩顶板（14）与壳体顶板（12）之间留有一定间距，从而形成气体流动通道；所述连接板（7）与壳体底板（13）连接，

所述芯罩和芯管壁面上均设有数个混合孔（6）;

芯罩（3）和壳体（2）之间形成了第一腔体（9），芯罩（3）和芯管（4）之间形成了第二腔体（10），相邻连接板（7）之间形成了连接通道（8），所述连接通道（8）用于实现第一腔体和第二腔体之间的相互连通，芯管（4）内部空间形成第三腔体；第一腔体和第二腔体通过混合孔实现气体的流通；第二腔体和第三腔体通过芯管（4）壁面上的混合孔实现气体的流通；

进气混合气通过入口连接管（1）进入芯罩顶板（14）和壳体顶板（12）间的通道，在芯罩顶板的导向作用下从不同方向流向第一腔体（9），并从第一腔体（9）顶部流向底部，通过芯罩底部的连接通道（8）从第一腔体流向第二腔体（10），并从第二腔体底部流向顶部，然后通过芯管和芯罩顶板间的流动通道从第二腔体流向第三腔体（11），从第三腔体顶部流向底部并通过出口连接管（5）流出。

2.根据权利要求1所述的一种气体发动机进气混合腔，其特征在于，混合孔（6）的开孔方向垂直于芯管的轴线方向。

Images