CN109707541A - 一种气体混合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体混合器，包括混合器外壳、燃气芯体、EGR芯体、回位弹簧，EGR芯体的两端分别相对燃气芯体和混合器外壳同轴转动连接，回位弹簧用于对EGR芯体施加限制EGR芯体转动的弹性扭力，EGR芯体内壁沿周向固定有多个挡板，EGR芯体的周向开设有多个EGR喷射孔，挡板的延伸方向相对EGR芯体的径向倾斜布置并且与EGR喷射孔的喷射方向交叉布置。本发明EGR芯体在脉冲式EGR推力和回位弹簧作用下发生摆动，使经过的混合气充分混合，显著改善发动机中低转速下的混合气混合的均匀性，同时降低混合器对下游管路导向的敏感度。在燃气发动机处于高转速时，EGR芯体可以稳定维持在特定位置，提高了混合器工作可靠性。

Description

一种气体混合器

技术领域

本发明涉及燃气发动机用气体混合器技术领域，尤其涉及一种气体混合器。

背景技术

天然气与空气、EGR(Exhaust Gas Recycle，废气再循环)的混合均匀性对天然气发动机的动力性、经济性、排放等有显著的影响。在发动机的进气过程中，如果混合气分布不均匀，经进气管分配到各缸的燃气量不一致，必然导致发动机各缸出现工作不均匀、爆震、失火等问题。因此，混合气的均匀性是评价混合器的重要指标之一。随着排放法规的升级，EGR率需求也越来越高。目前通常使用脉冲排气系统来提高EGR率。如果EGR混合不均匀，会进一步加剧天然气发动机的工作不稳定性，因此，对EGR部分的混合均匀性提出了更高要求。

压力损失作为进气系统的评价指标之一，主要是因为进气阻力大直接影响发动机的充气效率，进而影响发动机的进气量。在发动机进气过程中，如果混合器的压力损失过大，会导致发动机的油耗变差。因此在评价混合器的效果时，混合器的阻力也是关注的环节之一。

现有的混合器结构主要分为两类。一类是在混合器芯体内插入天然气和EGR喷射管，将天然气和EGR分别引入到混合器芯体内通道，与空气完成混合。此类方式的不足是天然气和EGR喷射管形式很简单，通常为单体式圆形直管或水滴型直管。混合芯在EGR混合区域位置处具有缩口特征，目的是使得气流经过此处产生加速，以提升空气、天然气和EGR的混合效果。虽然混合器进出口压损较低，但是混合效果差。同时，进入气缸盖之前的混合气分布特征对于混合器下游的进气管形态较为敏感。另一类是将混合器芯体分解为多个分离体，分别通过压铸方式铸造，随后将各个分离体组合到一起，能够形成更为复杂的天然气和EGR喷射管形式，混合效果较好，但是由于复杂的喷射管形式，导致迎风面积增大，混合器流通面积减小，使得混合器进出口压损较高。同时，生产工艺和加工成本高。

目前传统的混合器存在的主要问题是难以在各个转速下都实现良好的混合效果，同时兼具较低的流动压力损失。具体而言，如果气体混合器为了满足中低速的混合均匀性要求，那么在高速时混合器的进出口压损必然加大，由此导致燃气发动机的泵气损失增大，进一步导致发动机油耗变差。如果为了满足高速时气体混合器具备较低的进出口压损，那么在中低速时混合均匀性会变差，导致天然气发动机的工作不稳定性加剧。

因此，现有的混合器存在如下缺点：

(一)混合效果随转速不可变，难以兼顾各个转速下都实现良好的混合效果，同时兼具较低的流动压力损失；

(二)混合器的混合效果对下游管路的导向性具有较高的敏感度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型的气体混合器，用于解决配有脉冲式EGR系统的燃气发动机在中低速时混合气均匀性差的问题，该气体混合器的EGR混合芯结构能够在不同转速下自动处于摆动或静止状态，从而达到加强混合效果，兼具较低的压力损失的目的，同时具有较高的工作可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种气体混合器，包括混合器外壳、燃气芯体、EGR芯体、挡板、回位弹簧，所述EGR芯体的进气端相对所述燃气芯体同轴转动连接，所述EGR芯体的出气端相对所述混合器外壳同轴转动连接，所述回位弹簧的一端固定于所述EGR芯体且另一端固定于所述混合器外壳，所述回位弹簧用于对所述EGR芯体施加限制所述EGR芯体转动的弹性扭力，所述EGR芯体内壁沿周向固定有多个所述挡板，所述EGR芯体的周向开设有多个EGR喷射孔，所述挡板的延伸方向相对所述EGR芯体的径向倾斜布置并且与所述EGR喷射孔的喷射方向交叉布置。

优选地，在上述气体混合器中，所述EGR芯体的进气端通过前端轴承与所述燃气芯体同轴转动连接。

优选地，在上述气体混合器中，所述EGR芯体的出气端通过后端轴承与所述混合器外壳同轴转动连接。

优选地，在上述气体混合器中，所述回位弹簧设置于所述EGR芯体的出气端。

优选地，在上述气体混合器中，所述回位弹簧为与所述EGR芯体同轴布置的螺旋型扭簧。

优选地，在上述气体混合器中，所述挡板为弧形挡板。

优选地，在上述气体混合器中，多个所述挡板沿所述EGR芯体的周向均匀分布。

优选地，在上述气体混合器中，所述挡板与所述EGR芯体的出气端之间还设置有EGR喷射管。

优选地，在上述气体混合器中，所述燃气芯体内沿送气方向依次设置有交错布置的两个燃气喷射管

本发明提供的气体混合器，包括混合器外壳、燃气芯体、EGR芯体、回位弹簧，EGR芯体的两端分别相对燃气芯体和混合器外壳同轴转动连接，回位弹簧的一端固定于EGR芯体且另一端固定于混合器外壳，回位弹簧用于对EGR芯体施加限制EGR芯体转动的弹性扭力，EGR芯体内壁沿周向固定有多个挡板，EGR芯体的周向开设有多个EGR喷射孔，挡板的延伸方向相对EGR芯体的径向倾斜布置并且与EGR喷射孔的喷射方向交叉布置。

本发明提供的气体混合器的工作过程如下：

新鲜空气从进气口进入混合器的燃气芯体内，燃气通过环向孔和燃气喷射管进入燃气芯体内，首先与空气进行混合。EGR芯体可以沿其轴线相对燃气芯体和混合器外壳自由转动。EGR废气通过EGR芯体的周向的EGR喷射孔进入EGR芯体内，与燃气和空气的混合气再次混合，从而完成整个混合过程，混合后的气体随后通过管道进入气缸完成燃烧过程。

当燃气发动机处于低转速时，EGR废气以脉冲形式进入混合器，EGR混合芯在脉冲式EGR推力和回位弹簧作用下发生摆动，可以使经过的燃气、空气与来回摆动的EGR废气充分混合，保证了较好的混合效果，同时降低了混合器对下游管路导向的敏感度；当燃气发动机处于高转速时，EGR废气以连续流动的形式进入混合器，EGR混合芯在连续EGR推力和回位弹簧作用下可以稳定维持在特定位置，不仅保证了较好的混合效果，而且能够改善混合器工作可靠性。

可见，本发明具有以下有益效果：

(1)改变了EGR混合芯结构，在混合器进出口压损没有明显增加的前提下，EGR芯体在脉冲式EGR推力和回位弹簧作用下发生摆动，可以使经过的燃气、空气与往复摆动的EGR充分混合，能够显著改善发动机中低转速下的混合气混合的均匀性，同时降低了混合器对下游管路导向的敏感度。

(2)EGR芯体的摆动特征随着EGR侧流量变化自动可调，在燃气发动机处于高转速时，EGR芯体可以稳定维持在特定位置，提高了混合器工作可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例中的气体混合器的四分之一剖视图；

图2为本发明具体实施例中的气体混合器的整体结构正视图；

图3为本发明具体实施例中的混合器芯体的整体结构示意图。

图1至图3中：

1-混合器外壳、2-燃气芯体、3-燃气喷射管、4-挡板、5-EGR芯体、6-后端轴承、7-前端轴承、8-EGR喷射管、9-回位弹簧、10-EGR喷射孔、11-燃气入口、12-EGR入口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种具有摆动式EGR混合芯特征的燃气发动机用气体混合器，该混合器主要用于解决配有脉冲式EGR系统的燃气发动机在中低速时混合气均匀性差的问题。该混合器将混合器芯体分解为两部分：燃气芯体和EGR芯体。在EGR芯体两端添加轴承，使其能够绕轴线自由转动。EGR芯体周向插入挡板，在EGR推动作用下可以使EGR芯体发生转动。回位弹簧能够确保EGR芯体在不受EGR推动作用下维持在初始位置。

请参照图1至图3，图1为本发明具体实施例中的气体混合器的四分之一剖视图；图2为本发明具体实施例中的气体混合器的整体结构正视图；图3为本发明具体实施例中的混合器芯体的整体结构示意图。

一种气体混合器，包括混合器外壳1、燃气芯体2、EGR芯体5、挡板4、回位弹簧9，EGR芯体5的进气端相对燃气芯体2同轴转动连接，EGR芯体5的出气端相对混合器外壳1同轴转动连接，回位弹簧9的一端固定于EGR芯体5且另一端固定于混合器外壳1，回位弹簧9用于对EGR芯体5施加限制EGR芯体5转动的弹性扭力，EGR芯体5内壁沿周向固定有多个挡板4，EGR芯体5的周向开设有多个EGR喷射孔10，挡板4的延伸方向相对EGR芯体5的径向倾斜布置并且与EGR喷射孔10的喷射方向交叉布置。其中，各个挡板4相对EGR芯体5的径向倾斜方向一致，即，都沿顺时针方向倾斜或沿逆时针方向倾斜。

需要说明的是，该气体混合器将混合器芯体分解为两部分：燃气芯体2和EGR芯体5。燃气芯体2和EGR芯体5沿送气方向依次布置，本文中所述的送气方向是指空气从混合器芯体的进气端进入后与燃气和EGR废气混合再经混合器芯体的出气端流出的送气方向，如图1中的箭头所示。

本发明提供的气体混合器的工作过程如下：

新鲜空气从进气口进入混合器的燃气芯体2内，燃气经混合器外壳1的燃气入口11后再通过环向孔和燃气喷射管3进入燃气芯体2内，首先与空气进行混合。EGR芯体5可以沿其轴线相对燃气芯体2和混合器外壳1自由转动。EGR废气经混合器外壳1的EGR入口12后再通过EGR芯体5周向的EGR喷射孔10进入EGR芯体5内，与燃气和空气的混合气再次混合，从而完成整个混合过程，混合后的气体随后通过管道进入气缸完成燃烧过程。

在工作过程中，有一部分EGR废气从EGR芯体5的上游周向孔进入后会撞击到挡板4上，对EGR芯体5产生旋转推力，使其发生转动。回位弹簧9一端固定于混合器外壳1，另一端固定于EGR芯体5。当气体混合器内没有气体流动时，EGR芯体5在回位弹簧9作用下处于两根燃气喷射管3中间位置，此位置可以标记为初始位置，如图2所示，EGR芯体5在脉冲式EGR推力和回位弹簧9作用下可以在初始位置附近往复摆动，改善混合效果，对混合器下游管路导向的敏感度降低。

当燃气发动机处于低转速时，EGR废气以脉冲形式进入混合器，EGR芯体5在脉冲式EGR推力和回位弹簧9的作用下发生摆动，可以使经过的燃气、空气与来回摆动的EGR废气充分混合，保证了较好的混合效果，同时降低了混合器对下游管路导向的敏感度；当燃气发动机处于高转速时，EGR废气以连续流动的形式进入混合器，EGR芯体5在连续EGR推力和回位弹簧9作用下可以稳定维持在特定位置，不仅保证了较好的混合效果，而且能够改善混合器工作可靠性。

需要说明的是，本方案中的EGR芯体5可以通过多种方式实现与燃气芯体2和混合器外壳1的相对转动连接，例如通过轴承转动连接，或者通过滑套转动连接，或者通过间隙配合实现相对转动连接等。优选地，在上述气体混合器中，EGR芯体5的进气端通过前端轴承7与燃气芯体2同轴转动连接。进一步优选地，在上述气体混合器中，EGR芯体5的出气端通过后端轴承6与混合器外壳1同轴转动连接。如此设置，就可以使EGR芯体5的两端均能够得到旋转支撑，提高了旋转时的平稳性，保证较高的同轴度，减小转动阻力。

需要说明的是，回位弹簧9的作用是对EGR芯体5施加限制EGR芯体5转动的弹性扭力，回位弹簧9的设置位置可以有多种选择，例如设置于混合器外壳1与EGR芯体5之间的EGR进气腔中，也可以设置在EGR芯体5的前后两端。优选地，在上述气体混合器中，回位弹簧9设置于EGR芯体5的出气端。如图1和图3所示，回位弹簧9的一端固定于混合器外壳1，另一端固定于EGR芯体5，当EGR芯体5在EGR废气推力的作用下旋转时，回位弹簧9对EGR芯体5施加反方向的扭力，从而使EGR芯体5能够在EGR废气推力和回位弹簧9的扭力作用下保持在特定位置，当EGR废气的推力改变时，例如以脉冲方式改变大小，那么，回位弹簧9对EGR芯体5施加的扭力也会相应发生脉冲式的变化，此时，EGR芯体5就会发生摆动。

需要说明的是，回位弹簧9可以设计为多种结构形式，例如螺旋型扭簧、压簧、拉簧，或者橡胶弹簧，或者金属弹片等，优选地，在上述气体混合器中，回位弹簧9为与EGR芯体5同轴布置的螺旋型扭簧，如图1和图3所示。

优选地，在上述气体混合器中，挡板4为弧形挡板如图1和图2所示，弧形挡板在沿送气方向上的横截面为弧形结构，由EGR喷射孔10喷射出的EGR废气吹到该弧形挡板上后，可以顺利流向EGR芯体5内的混合区域，使气流更加平顺，从而进一步提高了混合效果。当然，本方案中的挡板4还可以设计为横截面为折线形的结构，或者直接采用平板结构。

优选地，在上述气体混合器中，多个挡板4沿EGR芯体5的周向均匀分布，如图2所示。如此设置，就可以使多个挡板4更加均匀地迎接由EGR芯体5周向的EGR喷射孔10吹进的EGR废气，从而进一步改善EGR芯体5内的气流分布，提升混合效果。

优选地，在上述气体混合器中，挡板4与EGR芯体5的出气端之间还设置有EGR喷射管8，如图1所示，如此设置，不仅EGR芯体5的周向可以吹进EGR废气，而且还可以通过EGR喷射管8向EGR芯体5内部补充EGR废气，从而使EGR废气充满EGR芯体5内的混合区域，提升混合效果。

另外，优选地，燃气芯体2中布置有沿送气方向前后交错布置的两个燃气喷射管3，如此设置，使两个燃气喷射管3呈十字交叉结构布置，可以使由燃气喷射管3喷射出的燃气更加均匀地充满燃气芯体2中，从而进一步提升混合效果。

本发明提供的气体混合器的组装过程如下：

图3示出了混合器芯体细节特征。首先，四片弧形挡板4和一根EGR喷射管8以过盈装配方式插入到EGR芯体5中，两根燃气喷射管3以过盈装配方式插入到燃气芯体2中。其次，EGR芯体5两端再装入后端轴承6和前端轴承7，EGR芯体5与轴承的连接关系为过盈连接。然后将装有燃气喷射管3的燃气芯体2以过盈装配方式与EGR芯体5的前端轴承7相连，同时将回位弹簧9一端通过EGR芯体5上的定位孔固定于EGR芯体5。最后将上述组合体装入到混合器外壳1中，并通过螺栓固定，回位弹簧下游端通过混合器外壳1上的定位孔固定于混合器外壳1。EGR进气腔与燃气进气腔通过密封圈隔离，确保整个气体混合器的密封性。至此气体混合器组装完毕。

本发明具有以下有益效果：

(1)改变了EGR混合芯结构，在混合器进出口压损没有明显增加的前提下，EGR芯体在脉冲式EGR推力和回位弹簧作用下发生摆动，可以使经过的燃气、空气与往复摆动的EGR充分混合，能够显著改善发动机各个工况下的混合气混合的均匀性，同时降低了混合器对下游管路导向的敏感度。

(2)EGR芯体的摆动特征随着EGR侧流量变化自动可调，在燃气发动机处于高转速时，EGR芯体可以稳定维持在特定位置，提高了混合器工作可靠性。

本发明提供的气体混合器不仅可以应用于天然气发动机，还可以应用于采用其他燃气如液化石油气、氢气等的气体发动机，市场前景广阔，经济效益高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种气体混合器，其特征在于，包括混合器外壳(1)、燃气芯体(2)、EGR芯体(5)、挡板(4)、回位弹簧(9)，所述EGR芯体(5)的进气端相对所述燃气芯体(2)同轴转动连接，所述EGR芯体(5)的出气端相对所述混合器外壳(1)同轴转动连接，所述回位弹簧(9)的一端固定于所述EGR芯体(5)且另一端固定于所述混合器外壳(1)，所述回位弹簧(9)用于对所述EGR芯体(5)施加限制所述EGR芯体(5)转动的弹性扭力，所述EGR芯体(5)内壁沿周向固定有多个所述挡板(4)，所述EGR芯体(5)的周向开设有多个EGR喷射孔(10)，所述挡板(4)的延伸方向相对所述EGR芯体(5)的径向倾斜布置并且与所述EGR喷射孔(10)的喷射方向交叉布置。

2.根据权利要求1所述的气体混合器，其特征在于，所述EGR芯体(5)的进气端通过前端轴承(7)与所述燃气芯体(2)同轴转动连接。

3.根据权利要求2所述的气体混合器，其特征在于，所述EGR芯体(5)的出气端通过后端轴承(6)与所述混合器外壳(1)同轴转动连接。

4.根据权利要求1所述的气体混合器，其特征在于，所述回位弹簧(9)设置于所述EGR芯体(5)的出气端。

5.根据权利要求4所述的气体混合器，其特征在于，所述回位弹簧(9)为与所述EGR芯体(5)同轴布置的螺旋型扭簧。

6.根据权利要求1所述的气体混合器，其特征在于，所述挡板(4)为弧形挡板。

7.根据权利要求1所述的气体混合器，其特征在于，多个所述挡板(4)沿所述EGR芯体(5)的周向均匀分布。

8.根据权利要求1所述的气体混合器，其特征在于，所述挡板(4)与所述EGR芯体(5)的出气端之间还设置有EGR喷射管(8)。

9.根据权利要求1所述的气体混合器，其特征在于，所述燃气芯体(2)内沿送气方向依次设置有交错布置的两个燃气喷射管(3)。