CN113423940B - 一种气体混合器 - Google Patents

Abstract

一种气体混合器，包括混合器外壳(1)和混合器芯体(2)，混合器芯体(2)包括燃气芯体(21)和EGR芯体(22)，燃气芯体(21)内设置有两个交错布置的燃气喷射管(3)，EGR芯体(22)内设置有四个EGR喷射管(4，5)并形成十字交叉的EGR混合芯。将气体混合器的燃气混合芯结构和EGR混合芯结构均设计为十字交叉的组合形式，从而使得燃气和EGR废气均能够从径向喷射管的多个喷射孔中喷出并充满混合器芯体(2)的截面，进而改善进入混合器芯体的燃气以及EGR废气的均匀程度，兼具较低的压力损失以及较高的工作可靠性，同时，还能够降低混合器的混合效果对下游管路导向的敏感度。

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。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，混合芯在EGR混合区域位置处不具有缩口特征，对混合效果产生了不利影响。另外，生产工艺和加工成本高。

总体而言，目前传统的混合器存在的主要缺点是：难以实现良好的混合效果，同时兼具较低的流动压力损失；针对小排量燃气发动机而言，一般进气管路直径较小，受进气管路压损的限制，多采用单体式圆形直管或水滴型直管作为天然气以及EGR喷射管，很难通过复杂形式的喷射管来提升混合效果，导致混合效果普遍较差；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气体混合器，用于改善气体混合的均匀性，同时降低混合器对下游管路导向的敏感度。

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，包括混合器外壳和筒形的混合器芯体，所述混合器芯体包括沿送气方向依次布置的燃气芯体和EGR芯体；

所述燃气芯体内设置有两个交错布置并且均沿所述燃气芯体径向延伸的燃气喷射管，所述燃气喷射管的进气端开口连通于所述燃气芯体的外侧，所述燃气喷射管上开设有多个沿自身轴向分布的燃气喷射孔；

所述EGR芯体内设置有四个沿所述EGR芯体径向延伸的EGR喷射管，每个所述EGR喷射管的进气端开口均连通于所述EGR芯体的外侧，四个所述EGR喷射管的出气端开口连通在一起以形成十字交叉结构的EGR混合芯，所述EGR喷射管上开设有多个EGR喷射孔。

优选地，在上述气体混合器中，四个所述EGR喷射管包括两个近端喷射管和两个远端喷射管，所述近端喷射管的进气端开口与所述混合器外壳的EGR入口的距离小于所述远端喷射管的进气端开口与所述EGR入口的距离，且所述近端喷射管上的全部所述EGR喷射孔的通流截面积小于所述远端喷射管上的全部所述EGR喷射孔的通流截面积。

优选地，在上述气体混合器中，所述EGR喷射管上开设的每个所述EGR喷射孔的孔口大小一致，所述近端喷射管上的所述EGR喷射孔的个数少于所述远端喷射管上的所述EGR喷射孔的个数。

优选地，在上述气体混合器中，两个所述燃气喷射管相互垂直布置，且所述EGR喷射管和所述燃气喷射管在沿送气方向上的投影重叠。

优选地，在上述气体混合器中，所述气体混合器的出气端设置有叶轮，所述叶轮包括四个撞击叶片，所述撞击叶片朝向所述EGR喷射管的一面与送气方向垂直布置，且四个所述撞击叶片与所述EGR喷射管在沿送气方向上的投影重叠。

优选地，在上述气体混合器中，相邻所述撞击叶片之间还布置有至少一个旋流叶片，所述旋流叶片相对所述撞击叶片倾斜布置。

优选地，在上述气体混合器中，所述旋流叶片的数量为四个，四个所述撞击叶片与四个所述旋流叶片沿周向交替布置，且四个所述旋流叶片的倾斜方向和倾斜角度一致。

优选地，在上述气体混合器中，所述燃气喷射管的两侧均开设有一行所述燃气喷射孔，且所述燃气喷射孔的轴向与送气方向垂直。

优选地，在上述气体混合器中，所述EGR喷射管为扁管，且所述EGR喷射管的左右两个喷射平面沿送气方向延伸，所述EGR喷射孔分布于所述喷射平面上。

优选地，在上述气体混合器中，所述EGR喷射管的两个所述喷射平面沿送气方向逐渐靠近，且所述EGR喷射管朝向所述燃气喷射管的一侧设有圆弧过渡面。

优选地，在上述气体混合器中，所述燃气芯体的周向开设有多个燃气进气孔，所述EGR芯体的周向开设有多个EGR进气孔。

优选地，在上述气体混合器中，所述燃气芯体的进气端设有沿送气方向直径逐渐缩小的缩口导流段。

优选地，在上述气体混合器中，所述燃气喷射管的进气端外周与所述燃气芯体上的燃气喷射管安装孔密封配合，所述EGR喷射管的进气端外周与所述EGR芯体上的EGR喷射管安装孔密封配合。

优选地，在上述气体混合器中，所述EGR芯体内布置有沿所述EGR芯体轴向延伸的轴向喷射管，四个所述EGR喷射管的出气端均连通于所述轴向喷射管，所述轴向喷射管的周向开设有多个所述EGR喷射孔。

优选地，在上述气体混合器中，两个所述燃气喷射管交叉连通在一起以形成十字交叉结构的燃气混合芯。

优选地，在上述气体混合器中，每个所述燃气喷射管均分为两段燃气喷射分管，四个所述燃气喷射分管的出气端通过燃气喷射管连接件连通固定以形成十字交叉结构的所述燃气混合芯，所述EGR混合芯还包括EGR喷射管连接件，四个所述EGR喷射管的出气端通过所述EGR喷射管连接件连通固定。

优选地，在上述气体混合器中，所述燃气喷射管连接件包括十字交叉的两个第一连接板，两个所述第一连接板的交叉部位设有用于连通四个所述燃气喷射分管的开口，所述燃气喷射分管的出气端开口内侧设有用于固定所述第一连接板的第一固定结构，所述EGR喷射管连接件包括十字交叉的两个第二连接板，两个所述第二连接板的交叉部位设有用于连通四个所述EGR喷射管的开口，所述EGR喷射管的出气端开口内侧设有用于固定所述第二连接板的第二固定结构。

优选地，在上述气体混合器中，所述第一固定结构为设置于所述燃气喷射分管的出气端开口内侧的并且与所述第一连接板过盈配合的第一插槽，所述第二固定结构为设置于所述EGR喷射管出气端开口内侧的并且与所述第二连接板过盈配合的第二插槽。

本发明提供的气体混合器的工作过程如下：

新鲜空气从混合器芯体的进气端进入燃气芯体内，燃气通过两个交错布置的燃气喷射管进入燃气芯体内，实现燃气与空气的混合；EGR尾气通过四个EGR喷射管进入EGR芯体内，实现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。

本发明将气体混合器的燃气混合芯结构和EGR混合芯结构均设计为十字交叉的组合形式，从而使得燃气和EGR废气均能够从径向喷射管的多个喷射孔中喷出并充满混合器芯体的截面，进而改善进入混合器芯体的燃气以及EGR废气的均匀程度，兼具较低的压力损失以及较高的工作可靠性，同时，还能够降低混合器的混合效果对下游管路导向的敏感度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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第一种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第一种气体混合器的前视图；

图3为本发明具体实施例中的第一种气体混合器的后视图；

图4为本发明具体实施例中的第一种EGR混合芯整体结构示意图；

图5为本发明具体实施例中的第一种EGR混合芯四分之一剖视图；

图6为本发明具体实施例中的第一种混合器芯体整体结构示意图；

图7为本发明与常规方案在不同转速下各缸爆压极限差值对比图；

图8为本发明具体实施例中的第二种气体混合器的四分之一剖视图；

图9为本发明具体实施例中的第二种气体混合器的前视图；

图10为本发明具体实施例中的第二种气体混合器的后视图；

图11为本发明具体实施例中的第二种燃气混合芯分解正视图；

图12为本发明具体实施例中的第二种EGR混合芯分解正视图；

图13为本发明具体实施例中的第二种混合器芯体整体结构示意图。

图1至图13中：

1-混合器外壳、2-混合器芯体、3-燃气喷射管、4-近端喷射管、5-远端喷射管、6-轴向喷射管、7-叶轮、8-密封圈、9-EGR喷射孔、10-第二连接板、11-燃气入口、12-EGR入口、21-燃气芯体、22-EGR芯体、23-缩口导流段、24-燃气进气孔、25-EGR进气孔、31-燃气喷射孔、32-第一连接板、61-密封塞、71-撞击叶片、72-旋流叶片。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本发明实施例提出了一种具有十字叉型非对称喷射管特征的燃气发动机用气体混合器，该气体混合器主要用于解决混合效果和流动阻力损失的trade-off关系，在实现良好混合效果的同时，兼具较低的流动阻力损失。

请参照图1至图13，一种气体混合器，其特征在于，包括混合器外壳1和筒形的混合器芯体2，混合器芯体2包括沿送气方向依次布置的燃气芯体21和EGR芯体22；本文中所述的送气方向是指空气从混合器芯体2的进气端进入后与燃气和EGR废气混合再经混合器芯体2的出气端流出的送气方向，如图1中的箭头所示。

其中，燃气芯体21内设置有两个交错布置并且均沿燃气芯体21径向延伸的燃气喷射管3，组成燃气混合芯，燃气喷射管3的进气端开口连通于燃气芯体21的外侧，燃气喷射管3上开设有多个沿自身轴向分布的燃气喷射孔31；

EGR芯体22内设置有四个沿EGR芯体22径向延伸的EGR喷射管，每个EGR喷射管的进气端开口均连通于EGR芯体22的外侧，四个EGR喷射管的出气端开口连通在一起以形成十字交叉结构的EGR混合芯，EGR喷射管上开设有多个EGR喷射孔9。

请参照图1，本发明提供的气体混合器的工作过程如下：

新鲜空气从混合器芯体2的进气端进入燃气芯体21内，燃气经燃气入口11后通过两个燃气喷射管3进入燃气芯体21内，首先实现燃气与空气的混合；EGR尾气经EGR入口12后通过四个EGR喷射管进入EGR芯体22内，实现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。

本发明将气体混合器的燃气混合芯结构和EGR混合芯结构均设计为十字交叉的组合形式，从而使得燃气和EGR废气均能够从径向喷射管的多个喷射孔中喷出并充满混合器芯体2的截面，进而改善进入混合器芯体2的燃气以及EGR废气的均匀程度，兼具较低的压力损失以及较高的工作可靠性，同时，还能够降低混合器的混合效果对下游管路导向的敏感度。

优选地，四个EGR喷射管包括两个近端喷射管4和两个远端喷射管5，近端喷射管4的进气端开口与混合器外壳1的EGR入口12的距离小于远端喷射管5的进气端开口与EGR入口12的距离，且近端喷射管4上的全部EGR喷射孔9的通流截面积小于远端喷射管5上的全部EGR喷射孔9的通流截面积。由于EGR废气从EGR入口12进入到四个EGR喷射管中时，近端喷射管4较远端喷射管5具有更高的气流速度和气流量，因此，为了避免气流到达远端喷射管5之后的流量不足，本方案将远端喷射管5上的全部EGR喷射孔9的总通流截面积设计为大于近端喷射管4上的全部EGR喷射孔9的总通流截面积，如此设置，就可以使得近端喷射管4和远端喷射管5的出气量更加均匀，进而改善进入混合器芯体2的燃气以及EGR废气的均匀程度。

需要说明的是，本方案中可以通过多种方式来设计上述近端喷射管4和远端喷射管5的总通流截面积，优选地，EGR喷射管上开设的每个EGR喷射孔9的孔口大小一致，近端喷射管4上的EGR喷射孔9的个数少于远端喷射管5上的EGR喷射孔9的个数。如此设置，近端喷射管4和远端喷射管5的EGR喷射孔9个数就采用非对称布置方式，从而使得近端喷射管4上的全部EGR喷射孔9的通流截面积小于远端喷射管5上的全部EGR喷射孔9的通流截面积，这样就可以使得近端喷射管4和远端喷射管5的出气量更加均匀。当然，本方案还可以将近端喷射管4和远端喷射管5的EGR喷射孔9数量设计为相等，或者将近端喷射管4的EGR喷射孔9数量设计为少于远端喷射管5的EGR喷射孔9数量，但是将远端喷射管5的EGR喷射孔9孔径设计为大于近端喷射管4的EGR喷射孔9孔径，只要保证两者的全部EGR喷射孔9的总通流截面积满足上述关系，同样可以得到上述技术效果。

本发明将气体混合器的EGR混合芯结构设计为十字交叉的组合形式，且近端喷射管4上的EGR喷射孔9个数少于远端喷射管5上的EGR喷射孔9个数，EGR喷射孔9个数采用非对称布置，从而使得近端喷射管4和远端喷射管5的出气量更加均匀，进而改善进入混合器芯体2的燃气以及EGR废气的均匀程度，兼具较低的压力损失以及较高的工作可靠性，同时，还能够降低混合器的混合效果对下游管路导向的敏感度。

具体的，在本实施例方案中，近端喷射管4上的EGR喷射孔9的开孔个数较远端喷射管5上的EGR喷射孔9开孔个数少40％，该数值是基于仿真及试验结果优化得来的，针对不同类型、不同排量的燃气发动机，该数值需要调试后再确定。

请参照图2、图3、图9和图10，该气体混合器的装配效果的前视图如图2、图9所示，图3和图10则示出了该气体混合器装配的后视图效果。在一种优选实施例方案中，在上述气体混合器中，两个燃气喷射管3相互垂直布置，且EGR喷射管和燃气喷射管3在沿送气方向上的投影重叠。如此布置，使得混合器芯体2中由上游来的空气与燃气的混合气体流动至EGR喷射管时与EGR喷射管相撞击，从而进一步使气流分散，进而与EGR废气更加充分地混合，提升了混合效果。

在一种优选实施例方案中，气体混合器的出气端设置有叶轮7，叶轮7包括四个撞击叶片71，撞击叶片71朝向EGR喷射管的一面与送气方向垂直布置，且四个撞击叶片71与EGR喷射管在沿送气方向上的投影重叠，如图3和图10所示。如此设置，使得混合器芯体2中由上游来的空气、燃气以及EGR废气的混合气流能够撞击到撞击叶片71表面，从而起到强化混合的作用，进一步提升混合效果。

进一步优选地，在上述气体混合器中，相邻撞击叶片71之间还布置有至少一个旋流叶片72，如图2、图3、图9和图10所示，旋流叶片72相对撞击叶片71倾斜布置，即，旋流叶片72是相对送气方向偏转布置的。如此布置，流动至相邻撞击叶片71之间的混合气流则会在旋流叶片72的偏转作用下形成旋流，从而与撞击到撞击叶片71后分散开的混合气流通过旋流进一步加强混合，保证了更好了混合效果以及较低的流动压力损失，同时，降低了混合器的混合效果对下游管路导向的敏感度。

进一步优选地，在上述气体混合器中，旋流叶片72的数量为四个，四个撞击叶片71与四个旋流叶片72沿叶轮7的周向交替布置，从而形成一个具有八个叶片的叶轮7，并且，四个旋流叶片72的倾斜方向和倾斜角度一致。进一步地，四个撞击叶片71与四个旋流叶片72沿周向均匀交替分布，四个旋流叶片72均相对撞击叶片71偏转30°，如此设置，形成旋流，进一步加强混合效果。当然，本方案还可以将旋流叶片72的数量设置为6个、8个等，各个旋流叶片72的偏转角度也可以设计为其他角度值，均可以起到利用旋流加强混合的效果，本文不再赘述。

需要说明的是，燃气喷射管3上沿自身轴向开设有多个燃气喷射孔31，由燃气入口11进入到燃气喷射管3内的燃气从多个燃气喷射孔31喷射出，从而与进入到燃气芯体21内的新鲜空气混合。为了进一步加强燃气与空气的混合效果，优选地，在上述气体混合器中，燃气喷射管3的两侧均开设有一行燃气喷射孔31，且燃气喷射孔31的轴向与送气方向垂直。如此设置，从燃气喷射孔31喷射出的燃气就可以与空气气流垂直交叉混合，从而使混合效果达到最佳。进一步优选地，燃气喷射管3上的每一行多个燃气喷射孔31均匀分布，这样可以使喷射出的燃气更加均匀，从而优化混合效果。

需要说明的是，本方案中的EGR喷射管可以设计为多种结构形式，例如水滴形截面的管、圆管、方管、椭圆形截面的管或其他异形截面管。如图4和图5所示，优选地，在上述气体混合器中，4个EGR喷射管均为扁管，扁管包括左右两个喷射平面，且该EGR喷射管的左右两个喷射平面沿送气方向延伸，EGR喷射孔9分布于喷射平面上。如此设置，由于EGR喷射管的喷射平面沿送气方向延伸，因此，喷射平面上的EGR喷射孔9的喷射方向就会与由上游来的空气燃气混合气交叉混合，从而可以进一步提升混合效果。另外，本方案将EGR喷射管设计成扁管形状，可以使EGR废气气流更多地充满EGR芯体22内，使EGR废气与混合气的混合区域进一步扩大，从而提升混合效果。

进一步优选地，在上述气体混合器中，EGR喷射管的两个喷射平面沿送气方向逐渐靠近，且EGR喷射管朝向燃气喷射管3的一侧设有圆弧过渡面。如此设置，使得EGR喷射管的横截面呈类似于水滴形状，由上游来的空气与燃气混合气流撞击到EGR喷射管的圆弧过渡面时，可以快速地分散开，且沿送气方向逐渐靠近的两个喷射平面可以加快气流速度，减小气流阻力，从而使混合气流具有较低的压力损失。

如图6所示，优选地，在上述气体混合器中，燃气芯体21的周向开设有多个燃气进气孔24，EGR芯体22的周向开设有多个EGR进气孔25，具体的，燃气芯体21与混合器外壳1之间形成环绕燃气芯体21布置的燃气进气腔，燃气经混合器外壳1上的燃气入口11进入到燃气进气腔中后，经燃气芯体21外周的燃气喷射管端部开口进入到燃气喷射管3内，最后从燃气喷射孔31喷射进入到燃气芯体21内部与空气混合。本方案在燃气芯体21的周向开设有环状布置的多个燃气进气孔24，从而可以使进入到燃气进气腔中的燃气直接从燃气进气孔24喷射到燃气芯体21内部，这样就可以使得燃气从多个径向方向喷射进入燃气芯体21内，使得燃气芯体21内分布的燃气更加均匀，提升混合效果。EGR芯体22与混合器外壳1之间也形成了一个环绕EGR芯体22布置的EGR进气腔，EGR废气经混合器外壳11上的EGR入口12进入到EGR进气腔中后，经EGR芯体22外周的EGR喷射管进气端开口进入到EGR喷射管内，最后从EGR喷射孔9喷射进入到EGR芯体22内部与空气和燃气混合。本方案设置EGR进气孔25的目的与设置燃气进气孔24的目的类似，都是为了使EGR废气从多个径向方向喷射进入EGR芯体22内，使得EGR芯体22内分布的EGR废气更加均匀，提升混合效果。

优选地，在上述气体混合器中，燃气芯体21的进气端设有沿送气方向直径逐渐缩小的缩口导流段23。目的是使得气流经过此处产生加速，以提升混合效果。

优选地，在上述气体混合器中，燃气喷射管3的进气端外周与燃气芯体21上的燃气喷射管安装孔密封配合，EGR喷射管的进气端外周与EGR芯体22上的EGR喷射管安装孔密封配合。上述密封配合方式可以选用过盈装配方式，或者采用密封粘结剂进行密封。如此设置，保证各个喷射管与对应芯体的连接处不漏气，从而保证气体能够顺利从进气腔进入喷射管，提高进气利用率。

请参照图1至图6，优选地，在本发明第一种气体混合器中，EGR芯体22内布置有沿EGR芯体22轴向延伸的轴向喷射管6，四个EGR喷射管的出气端均连通于轴向喷射管6，从而组成五部分结构的EGR混合芯，本方案在轴向喷射管6的周向也开设有多个EGR喷射孔9，目的是为了EGR废气也可以从轴向喷射管6喷射出，从而补充EGR芯体22中心部位的EGR废气，提高混合效率。第一种气体混合器中设置轴向喷射管6的另一个作用是，可以使上游来的空气燃气混合气与轴向喷射管6的端部发生撞击，从而进一步加强混合。EGR喷射管的出气端外周与轴向喷射管6上的EGR喷射管安装孔密封配合，保证连接处不漏气。

需要说明的是，本方案中的轴向喷射管6朝向燃气喷射管3的一端封闭，另一端通过密封塞61封闭，仅在轴向喷射管6的周向开设有多个EGR喷射孔9和EGR喷射管安装孔，如图2和图3所示。

下面介绍一下第一种气体混合器的具体组装过程：

首先，将两根燃气喷射管3以过盈装配方式经燃气喷射管安装孔插入到燃气芯体21中，然后，将密封塞61以过盈方式插入到轴向喷射管6内，随后将安装有密封塞61的轴向喷射管6预先放置固定在混合器芯体2内，将两个近端喷射管4分别从EGR芯体22的第一EGR喷射管安装孔以间隙配合方式插入到EGR芯体22内，再以过盈方式继续插入到轴向喷射管6的第二EGR喷射管安装孔，两个远端喷射管5以同样方式插入到轴向喷射管6的第二EGR喷射管安装孔。随后，在近端喷射管4与EGR芯体22的连接处以及远端喷射管5与EGR芯体22的连接处涂抹粘结剂，实现密封固定，如图6所示，此时完成了混合器芯体2的组装。最后，将上述组装好的混合器芯体2装入到混合器外壳1中，并通过螺栓固定。其中，燃气进气腔与EGR进气腔之间通过密封圈8隔离密封，确保整个气体混合器的密封性，至此，气体混合器组装完毕。

通过对仿真方法获取到常规方案和本发明方案的EGR混合效果进行对比，发现本发明方案在进气歧管处的EGR浓度分布更加均匀。请参照图7，图7给出了WP13气体机在试验条件下，本发明与常规方案在不同转速对应的各缸爆压极限差值，混合效果越好，那么各缸爆压极限差值越小，可以发现，在大部分转速工况下，本发明方案的各缸爆压极限差值低于常规方案的各缸爆压极限差值，尤其是在大扭矩区间，本发明方案的各缸爆压极限差值可以控制在8bar以内，较原水平(12.5bar)改进明显。

请参照图8至图13，优选地，在本发明第二种气体混合器中，两个燃气喷射管3交叉连通在一起以形成十字交叉结构的燃气混合芯。本发明将气体混合器的燃气混合芯结构设计为组合形式，具备十字交叉对称特征，此种结构可以确保在混合效果不变的情况下，使混合器长度缩短，更有利于进气管路布置。第二种气体混合器为主要适用于小排量燃气发动机的紧凑型气体混合器，其具有十字叉型对称喷射管特征的燃气混合芯以及非对称喷射管特征的EGR混合芯，能够适应小管径的进气管路。该气体混合器主要用于解决小尺寸进气管路的混合效果和流动阻力损失的trade-off关系，实现良好混合效果的同时，兼具较低的流动阻力损失。

需要说明的是，在上述第二种气体混合器中，两个燃气喷射管3可以通过多种方式实现十字交叉连通，例如将其中一个燃气喷射管3直接交叉穿过另一个燃气喷射管3上的交叉安装孔；或者将每个燃气喷射管3分成两段，使用十字形套管将四段管的出气端开口连通固定，或者使用连接板或连接支撑架等连接件固定各段管的出气端以实现相互连通交叉布置，或者直接采用粘结剂将四段管的出气端开口粘合固定，等等。本方案中的EGR喷射管的交叉连通方式与燃气喷射管3类似。

优选地，本方案中的每个燃气喷射管3均分为两段燃气喷射分管，四个燃气喷射分管的出气端通过燃气喷射管连接件连通固定以形成十字交叉结构的燃气混合芯，同时，EGR混合芯还包括EGR喷射管连接件，四个EGR喷射管的出气端通过EGR喷射管连接件连通固定。

需要说明的是，上述燃气喷射管连接件和EGR喷射管连接件均可以采用多种结构形式来实现，例如交叉的连接板结构，或者连接支撑架，或者内置于喷射管内的锁扣或拉杆等结构等等，这些结构均可以同时实现连接固定与连通气体的功能。优选地，燃气喷射管连接件包括十字交叉的两个第一连接板32，两个第一连接板32的交叉部位设有用于连通四个燃气喷射分管的开口，燃气喷射分管的出气端开口内侧设有用于固定第一连接板32的第一固定结构，EGR喷射管连接件包括十字交叉的两个第二连接板10，两个第二连接板10的交叉部位设有用于连通四个EGR喷射管的开口，EGR喷射管的出气端开口内侧设有用于固定第二连接板10的第二固定结构。

需要说明的是，上述第一固定结构和第二固定结构可以设计为卡槽、插槽、卡块等结构，优选地，第一固定结构为设置于燃气喷射分管的出气端开口内侧的并且与第一连接板32过盈配合的第一插槽，优选设置对称分布的两道第一插槽；第二固定结构为设置于EGR喷射管出气端开口内侧的并且与第二连接板10过盈配合的第二插槽，优选设置对称分布的两道第二插槽。

下面介绍一下上述第二种气体混合器的具体的组装过程：

首先，预先将第一连接板32放置在混合器芯体2内；随后将四根燃气喷射分管以间隙装配方式穿过燃气芯体21的燃气喷射管安装孔，以过盈方式与第一连接板32插接固定，在四个燃气喷射分管和燃气芯体21的连接处涂抹粘结剂，实现固定。EGR混合芯的安装方式与燃气混合芯安装方式类似。先将第二连接板10放置在EGR芯体22内，两根近端喷射管4分别从EGR芯体22外部以间隙配合方式插入到EGR芯体22内，并以过盈方式继续与第二连接板10插接固定，两根远端喷射管5以同样安装方式与第二连接板10插接固定。随后，在近端喷射管4和EGR芯体22的连接处、远端喷射管5和EGR芯体22的连接处涂抹粘结剂，实现固定。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。其中，燃气进气腔与EGR进气腔之间通过密封圈8隔离密封，确保整个气体混合器的密封性，至此，气体混合器组装完毕。

本方案具有以下优点：

(1)改变了EGR混合芯结构，使其具备十字叉型非对称特征。在混合器进出口压损没有明显增加的前提下，能够显著改善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混合芯的布置方位与上游燃气混合芯沿流动方向重合，使得空气、燃气与EGR相撞击，提升了混合效果。

(3)EGR混合芯下游的八叶片的叶轮，四个撞击叶片以及四个旋流叶片沿周向均匀交错布置。撞击叶片使得空气、燃气以及EGR撞击到叶片表面，起到强化混合的作用，而另外四个旋流叶片可以形成旋流，进一步加强混合。

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方案。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方案的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本方案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 (17)

1.一种气体混合器，其特征在于，包括混合器外壳(1)和筒形的混合器芯体(2)，所述混合器芯体(2)包括沿送气方向依次布置的燃气芯体(21)和EGR芯体(22)；

所述燃气芯体(21)内设置有两个交错布置并且均沿所述燃气芯体(21)径向延伸的燃气喷射管(3)，所述燃气喷射管(3)的进气端开口连通于所述燃气芯体(21)的外侧，所述燃气喷射管(3)上开设有多个沿自身轴向分布的燃气喷射孔(31)；

所述EGR芯体(22)内设置有四个沿所述EGR芯体(22)径向延伸的EGR喷射管，每个所述EGR喷射管的进气端开口均连通于所述EGR芯体(22)的外侧，四个所述EGR喷射管的出气端开口连通在一起以形成十字交叉结构的EGR混合芯，所述EGR喷射管上开设有多个EGR喷射孔(9)；

四个所述EGR喷射管包括两个近端喷射管(4)和两个远端喷射管(5)，所述近端喷射管(4)的进气端开口与所述混合器外壳(1)的EGR入口(12)的距离小于所述远端喷射管(5)的进气端开口与所述EGR入口(12)的距离，且所述近端喷射管(4)上的全部所述EGR喷射孔(9)的通流截面积小于所述远端喷射管(5)上的全部所述EGR喷射孔(9)的通流截面积。

2.根据权利要求1所述的气体混合器，其特征在于，所述EGR喷射管上开设的每个所述EGR喷射孔(9)的孔口大小一致，所述近端喷射管(4)上的所述EGR喷射孔(9)的个数少于所述远端喷射管(5)上的所述EGR喷射孔(9)的个数。

3.根据权利要求1所述的气体混合器，其特征在于，两个所述燃气喷射管(3)相互垂直布置，且所述EGR喷射管和所述燃气喷射管(3)在沿送气方向上的投影重叠。

4.根据权利要求3所述的气体混合器，其特征在于，所述气体混合器的出气端设置有叶轮(7)，所述叶轮(7)包括四个撞击叶片(71)，所述撞击叶片(71)朝向所述EGR喷射管的一面与送气方向垂直布置，且四个所述撞击叶片(71)与所述EGR喷射管在沿送气方向上的投影重叠。

5.根据权利要求4所述的气体混合器，其特征在于，相邻所述撞击叶片(71)之间还布置有至少一个旋流叶片(72)，所述旋流叶片(72)相对所述撞击叶片(71)倾斜布置。

6.根据权利要求5所述的气体混合器，其特征在于，所述旋流叶片(72)的数量为四个，四个所述撞击叶片(71)与四个所述旋流叶片(72)沿周向交替布置，且四个所述旋流叶片(72)的倾斜方向和倾斜角度一致。

7.根据权利要求1所述的气体混合器，其特征在于，所述燃气喷射管(3)的两侧均开设有一行所述燃气喷射孔(31)，且所述燃气喷射孔(31)的轴向与送气方向垂直。

8.根据权利要求1所述的气体混合器，其特征在于，所述EGR喷射管为扁管，且所述EGR喷射管的左右两个喷射平面沿送气方向延伸，所述EGR喷射孔(9)分布于所述喷射平面上。

9.根据权利要求8所述的气体混合器，其特征在于，所述EGR喷射管的两个所述喷射平面沿送气方向逐渐靠近，且所述EGR喷射管朝向所述燃气喷射管(3)的一侧设有圆弧过渡面。

10.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(21)的周向开设有多个燃气进气孔(24)，所述EGR芯体(22)的周向开设有多个EGR进气孔(25)。

11.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(21)的进气端设有沿送气方向直径逐渐缩小的缩口导流段(23)。

12.根据权利要求1所述的气体混合器，其特征在于，所述燃气喷射管(3)的进气端外周与所述燃气芯体(21)上的燃气喷射管安装孔密封配合，所述EGR喷射管的进气端外周与所述EGR芯体(22)上的EGR喷射管安装孔密封配合。

13.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(22)内布置有沿所述EGR芯体(22)轴向延伸的轴向喷射管(6)，四个所述EGR喷射管的出气端均连通于所述轴向喷射管(6)，所述轴向喷射管(6)的周向开设有多个所述EGR喷射孔(9)。

14.根据权利要求1所述的气体混合器，其特征在于，两个所述燃气喷射管(3)交叉连通在一起以形成十字交叉结构的燃气混合芯。

15.根据权利要求14所述的气体混合器，其特征在于，每个所述燃气喷射管(3)均分为两段燃气喷射分管，四个所述燃气喷射分管的出气端通过燃气喷射管连接件连通固定以形成十字交叉结构的所述燃气混合芯，所述EGR混合芯还包括EGR喷射管连接件，四个所述EGR喷射管的出气端通过所述EGR喷射管连接件连通固定。

16.根据权利要求15所述的气体混合器，其特征在于，所述燃气喷射管连接件包括十字交叉的两个第一连接板(32)，两个所述第一连接板(32)的交叉部位设有用于连通四个所述燃气喷射分管的开口，所述燃气喷射分管的出气端开口内侧设有用于固定所述第一连接板(32)的第一固定结构，所述EGR喷射管连接件包括十字交叉的两个第二连接板(10)，两个所述第二连接板(10)的交叉部位设有用于连通四个所述EGR喷射管的开口，所述EGR喷射管的出气端开口内侧设有用于固定所述第二连接板(10)的第二固定结构。

17.根据权利要求16所述的气体混合器，其特征在于，所述第一固定结构为设置于所述燃气喷射分管的出气端开口内侧的并且与所述第一连接板(32)过盈配合的第一插槽，所述第二固定结构为设置于所述EGR喷射管出气端开口内侧的并且与所述第二连接板(10)过盈配合的第二插槽。

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