CN115342009B - 燃气发动机、进气系统导流片结构及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种进气系统导流片结构，进气接管由稳压腔的顶部进气，并且进气位置位于稳压腔的端部，从而使得进气接管获得较长的混合长度，在稳压腔的进气口设置进气导流片，从而将朝向端部进气道的进气进行变向，进气导流片设置有导流弧面，进气接管的进气冲击到进气导流片的表面后，沿导流弧面变向至横向，该横向为稳压腔上多个进气道的并排布置的长度方向。从而避免稳压腔端部进气的结构布置中，近端和远端排气道进气量不一致的情况。同时，通过进气导流片进行变向，对稳压腔长度方向的结构影响小，利用稳压腔的顶部空间，提高了空间利用率。本发明还提供了一种燃气发动机和进气系统导流片的调节方法。

Description

燃气发动机、进气系统导流片结构及其调节方法

技术领域

本发明涉及燃气发动机技术领域，更具体地说，涉及一种燃气发动机、进气系统导流片结构及其调节方法。

背景技术

为缓解能源危机和环境污染，降低气耗和排放是目前天然气发动机亟待解决的问题。发动机各缸一致性，具体为各缸涡流比/滚流比一致性及各缸流量系数一致性。各缸进气量与滚流比的不一致必然会导致各缸工作不一致，导致各缸循环变动大，进而造成经济性与动力性下降，增加了噪音及振动，以及零部件可靠性变差等后果。

进气过程是发动机工作循环的重要组成部分，进气质量的好坏直接决定着缸内气体的流动，从而影响缸内燃烧，因此，提升各缸进气混合均匀性对发动机一致性起着关键作用，可在一定程度上优化发动机动力性、经济性以及排放等各项性能。

而现在采用燃气燃烧提供动力的气体机，基本是沿用柴油机的结构，进气方式多为中间进气，如此布置的不足是空气和燃气混合段较短，混合效果不好，以及各缸涡流比一致性差。

图1给出了气体机的进气系统一端进气结构图，进气接管1`经稳压腔2`横向的一端进气，使得经进气道3`进入各缸气流的惯性力相同，故而各缸涡流比一致性较好。而且因布置方式为一端进气，进气接管1`可以布置更长的混合段，混合均匀性可以得到很好的改善。所以利用柴油机直接改型过来的气体机，采用一端进气的方式，可以提升发动机的动力性、经济性以及排放等。

然而，由于整机边界的限制，稳压腔的端部设置了油管，使得进气入口不能布置在端部，如果想通过进气口设置在端部来增加混合段长度，只能在稳压腔的顶面开孔，采用进气接管直冲端部的某个缸的方式进行布置，如此带来的结果就是各缸涡流比一致性较差。

为了解决端部进气直冲某缸的问题，可以在稳压腔内设置导流凸台，提升各缸一致性。但在稳压腔内设置导流凸台，存在较多问题，一是导流凸台随进气稳压腔铸造而成，工艺难度较大，耗时长；二是导流凸台与稳压腔一体铸造而成，结构更改难度大；三是导流凸台方案更改时，需要重新开模，加工周期长，资源浪费大；最后，由于导流凸台适应性差，无法满足不同用途发动机的进气需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种进气系统导流片结构，以满足不同用途发动机对进气状态的需求；本发明还提供了一种燃气发动机和进气系统导流片的调节方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种进气系统导流片结构，进气系统由稳压腔连通进气接管和多个进气道，所述进气接管由所述稳压腔的端部进气；

所述稳压腔的进气口位于顶部，所述进气口内布置可拆卸的进气导流片，所述进气导流片对朝向所述进气道的进气变向，所述进气导流片具有沿进气方向伸出并变向至所述稳压腔的横向的导流弧面。

优选地，在上述进气系统导流片结构中，所述稳压腔的进气口设置有法兰安装台，所述进气导流片具有压装于所述进气接管和所述法兰安装台之间的法兰安装部。

优选地，在上述进气系统导流片结构中，所述法兰安装台具有倾斜布置的安装倾角，所述进气接管具有与所述稳压腔并行布置的第一进气部，和折弯压紧于所述法兰安装台上的第二进气部。

优选地，在上述进气系统导流片结构中，所述安装倾角为40°~50°。

优选地，在上述进气系统导流片结构中，所述安装倾角为45°。

一种燃气发动机，其由稳压腔连通进气接管和各个分进气道，所述进气接管由所述稳压腔的端部进气，其特征在于，所述进气接管和所述稳压腔之间设置有如上任意一项所述的进气系统导流片结构。

一种进气系统导流片的调节方法，应用于如上进气导流片的导流弧面的导流角度调整，具体为：

分析获得进气系统的各个气缸预定工况的气道特性参数；

搭建进气系统仿真模型，并仿真计算获得与所述气道特性参数对应的气道仿真参数；

将所述气道仿真参数与所述气道特性参数进行对标，并在标定误差超出限值时，调整所述仿真模型，直至获得满足标定误差的气道仿真参数；

依据所述气道仿真参数构建包含导流片的导流仿真模型，并仿真计算含导流片的气道仿真参数是否满足相对偏差限值，并在超出所述相对偏差限值时，调整所述导流片的导流角度，直至满足相对偏差限值。

优选地，在上述进气系统导流片的调节方法中，所述气道特性参数包括进气系统的涡流比、滚流比和流量系数。

优选地，在上述进气系统导流片的调节方法中，所述涡流比/滚流比的相对偏差限位为±10%，所述流量系数的相对偏差限位为±5%。

优选地，在上述进气系统导流片的调节方法中，所述气道特性参数为各个所述气缸在最大升程下的涡流比、滚流比和流量系数。

优选地，在上述进气系统导流片的调节方法中，所述仿真模型的调整依据其模型建立的设置参数、网格生成参数进行调整，并依据调整后的参数设置、网格设置形成不用规格进气系统的仿真选型规范。

本发明提供的进气系统导流片结构，进气系统由稳压腔连通进气接管和多个进气道，进气接管由稳压腔的端部进气；稳压腔的进气口位于顶部，进气口内布置可拆卸的进气导流片，进气导流片对朝向进气道的进气变向，进气导流片具有沿进气方向伸出并变向至稳压腔的横向的导流弧面。进气接管由稳压腔的顶部进气，并且进气位置位于稳压腔的端部，从而使得进气接管获得较长的混合长度，在稳压腔的进气口设置进气导流片，从而将朝向端部进气道的进气进行变向，进气导流片设置有导流弧面，进气接管的进气冲击到进气导流片的表面后，沿导流弧面变向至横向，该横向为稳压腔上多个进气道的并排布置的长度方向。稳压腔的顶部可以为其与进气道相对的一侧，也可以为顶部侧面上，通过进气导流片，均可将气流变向沿横向吹送，在稳压腔内进一步混合后进入各个进气道，从而避免稳压腔端部进气的结构布置中，近端和远端排气道进气量不一致的情况。同时，通过进气导流片进行变向，对稳压腔长度方向的结构影响小，利用稳压腔的顶部空间，提高了空间利用率。

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为气体机的进气系统一端进气结构图；

图2为本发明提供的进气系统导流片结构布置图；

图3为图2中进气导流片的结构示意图；

图4为图2中进气导流片调整的设计流程图。

具体实施方式

本发明公开了一种进气系统导流片结构，满足了不同用途发动机对进气状态的需求；本发明还提供了一种燃气发动机和进气系统导流片的调节方法。

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、完整的描述，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。

如图2-图4所示，图2为本发明提供的进气系统导流片结构布置图；图3为图2中进气导流片的结构示意图；图4为图2中进气导流片调整的设计流程图。

本实施例提供了一种进气系统导流片结构，进气系统由稳压腔2连通进气接管1和多个进气道3，进气接管1由稳压腔2的端部进气；稳压腔2的进气口位于顶部，进气口内布置可拆卸的进气导流片4，进气导流片4对朝向进气道的进气变向，进气导流片4具有沿进气方向伸出并变向至稳压腔2的横向的导流弧面。进气接管1由稳压腔2的顶部进气，并且进气位置位于稳压腔的端部，从而使得进气接管1获得较长的混合长度，在稳压腔2的进气口设置进气导流片4，从而将朝向端部进气道3的进气进行变向，进气导流片4设置有导流弧面，进气接管1的进气冲击到进气导流片4的表面后，沿导流弧面变向至横向，该横向为稳压腔2上多个进气道3的并排布置的长度方向。稳压腔2的顶部可以为其与进气道3相对的一侧，也可以为顶部侧面上，通过进气导流片4，均可将气流变向沿横向吹送，在稳压腔2内进一步混合后进入各个进气道3，从而避免稳压腔2端部进气的结构布置中，近端和远端排气道进气量不一致的情况。同时，通过进气导流片4进行变向，对稳压腔2长度方向的结构影响小，利用稳压腔2的顶部空间，提高了空间利用率。

进一步的，进气导流片4通过可拆卸的方式布置在稳压腔2进气口，可对进气导流片4的导流弧面结构进行独立设计，并可对不同的发动机类型适配不同的进气导流片，降低了制备难度，提高了通用性。

进一步地，稳压腔2的进气口设置有法兰安装台6，进气导流片4具有压装于进气接管1和法兰安装台6之间的法兰安装部5。参考图2和图3的进气导流片4的结构，将进气接管1、稳压腔2和进气导流片4设置为法兰组装结构，进气导流片4具有法兰安装部5，进气导流片4一端与法兰安装部5一体连接，另一端由稳压腔2进气口装入，对应地，在稳压腔2的进气口设置为法兰安装台6，进气导流片4装入进稳压腔2的进气口上，法兰安装部5搭接在法兰安装台6上，进气接管1同样具有法兰安装端口，进气导流片4伸入到稳压腔2内，法兰安装部5的一侧搭接在法兰安装台6上，进气接管1的法兰安装端口压在法兰安装部5的另一侧，通过螺栓锁紧，可实现进气接管1、进气导流片4和稳压腔2的连接。

进气导流片4的导流片部分由法兰安装部5上伸入稳压腔2内，其导流弧面的背侧与稳压腔2的端部相对，导流弧面的正面与稳压腔2的腔室相对，导流弧面作为进气接管的内壁面延伸，进气冲击到导流弧面的同时，受导流弧面的导向进行变向，由朝向进气道3的方向逐步变向至朝向稳压腔2的横向，使得每个进气道3的进气方向，均由稳压腔2的腔室内横向的气流向下流入进气道3，进气道3的进气方向基本相同，避免了进气接管1由稳压腔2顶部布置时，近端进气道3的进气方向为直吹进气，远端进气道3进气不足的问题，使得各缸进气惯性力基本相同，提高了各缸的一致性。

在本案一具体实施例中，法兰安装台6具有倾斜布置的安装倾角，进气接管1具有与稳压腔2并行布置的第一进气部101，和折弯压紧于法兰安装台6上的第二进气部102。具体地，安装倾角为40°~50°。优选安装倾角为45°。

通过将进气导流片4设置为具有法兰安装部5的可拆装的方式，在不同用途的发动机机型要求下，如发动机在不同的应用场景下，需要面临不同工况，每种工况需要的进气要求不同，如工作于高速工况、低速工况或稳态工况的发动机需要调节不同的进气量，通过对进气导流片4的导流弧面对应不同工况的结构设计，并进行更换，即可满足不同工况发动机的进气需求。

基于上述进气系统导流片结构，本发明还提供了一种燃气发动机，其由稳压腔连通进气接管和各个分进气道，进气接管由稳压腔的端部进气，进气接管和稳压腔之间设置有如上所述的进气系统导流片结构。

由于燃气发动机采用了上述实施例提供的进气系统导流片结构，所以燃气发动机的有益效果请参看上述实施例，此处不再赘述。

进一步地，本发明还提供了一种进气系统导流片的调节方法，应用于如上进气导流片4的导流弧面的导流角度调整。由于进气导流片4在稳压腔2内通过法兰安装部5压紧在进气接管1和稳压腔2之间，适用于不同的发动机功能，在需要调整不同导流能力的进气导流片4时，根据发动机的进气需求，需要对进气导流片的形貌进行重新设计。本发明提供的进气系统导流片的调节方法，具体为：

S1：搭建进气系统仿真模型

分析获得进气系统的各个气缸预定工况的气道特性参数。具体实施为，首先将发动机进气系统的缸盖、进气稳压腔、进气弯管、配气机构等部件安装至吹风试验台进行试验，测得各缸最大升程下的涡流比、滚流比、流量系数。

进气道对发动机性能有着重要影响，本发明选取影响气道特性参数中起到主要影响的参数，为涡流比、滚流比、流量系数（涡流比和滚流比针对不同的进气方式，本实施例适用不同进气方式的发动机），流量系数决定着气缸的充气量，涡流比、滚流比对缸内混合气的混合、燃烧扩散速度和稳定性有着重要影响。流量系数与涡流比、滚流比呈反向影响，如流量系数升高，涡流比、滚流比会降低，需要控制二个方向参数间的平衡。

S2：CFD分析流量系数、涡流比、滚流比

搭建进气系统仿真模型，并仿真计算获得与气道特性参数对应的气道仿真参数。气道采用CFD分析，通过建立进气系统仿真模型，以获得与气道稳流试验台一致的气道仿真参数。

具体地，将气道仿真参数与气道特性参数进行对标，并在标定误差超出限值时，调整仿真模型，直至获得满足标定误差的气道仿真参数。

S3：判断是否符合标定的吻合范围

搭建进气系统仿真模型，通过仿真计算得到涡流比、滚流比和流量系数，同试验结果进行对标，若标定误差超过吻合范围，就对仿真模型的参数设置及网格进行调整，直至调整至误差符合吻合范围。

S31：形成仿真规范

由于进气由进气接管变向至稳压腔，参数设置与网格划分的细化程度影响着气道仿真参数和试验获得的气道特性参数的误差值，在利用仿真模型进行计算时，在误差超过吻合范围，通过对参数和网格进行进一步调整，缩小误差，直至调整到误差满足限值。由于针对发动机不同功能通过进气导流片进行进气量调节，进气接管和稳压腔等采用同一仿真模型，可将满足误差限值的网格设置，参数设置等形成规范，作为该型号发动机的仿真规范，仿真规范适用于后续其他机型的进气系统仿真选型。

S4：构建带导流片的仿真模型

依据气道仿真参数构建包含导流片的导流仿真模型，并仿真计算含导流片的气道仿真参数是否满足相对偏差限值，并在超出相对偏差限值时，调整导流片的导流角度，直至满足相对偏差限值。

S5：判断是否符合一致性要求

确定相对偏差限值，作为仿真计算的评价公式，对进气导流片的仿真结果进行评价，若不满足一致性要求，则对导流片进行调整，再次进行仿真评价，直至满足评价标准。

具体地，对于导流片的调整包括调整导流片的弧面角度，导流片由安装斜台伸入稳压腔内的角度，导流片的弧面长度等外貌结构。

具体地，一致性具体评价标准为：涡流比相对偏差与滚流比相对偏差在±10%以内，流量系数相对偏差在±5%以内。涡流比、滚流比和流量系数的相对偏差值，通过以下公式进行计算：

将相对偏差限值作为进气导流片评价的一致性标准，如此，通过仿真计算进行导流片选型，相比试验选型，时间更短，成本更低，且整体布置形式紧凑，对于不同用途的机型，进气系统方面只需要改动导流叶片。

本实施例中，气道特性参数包括进气系统的涡流比、滚流比和流量系数。当然，对于气道特性参数不限于上述参数。

本实施例中，涡流比/滚流比的相对偏差限位为±10%，流量系数的相对偏差限位为±5%。气道特性参数为各个气缸在最大升程下的涡流比、滚流比和流量系数。

本实施例中，仿真模型的调整依据其模型建立的设置参数、网格生成参数进行调整，并依据调整后的参数设置、网格设置形成不用规格进气系统的仿真选型规范。通过将进气导流片设置为独立的零部件，匹配不同用途的进气系统时，不需要对进气稳压腔以及进气接管进行重新开模，只需要更换导流片，且导流片加工简单，成本低。

同时，稳压腔预留法兰面，根据不同用途的发动机，导流片可以灵活更换，进气系统的通用性强。

根据导流片对进气系统的影响，可以通过仿真手段，进行导流片的快速选型，减少试验时间与成本。

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 (10)

1.一种进气系统导流片的调节方法，其特征在于，应用于进气系统导流片结构中导流片的导流角度调整，进气系统由稳压腔连通进气接管和多个进气道，所述进气接管由所述稳压腔的端部进气；

所述稳压腔的进气口位于顶部，所述进气口内布置可拆卸的进气导流片，所述导流片伸入所述稳压腔内，所述进气导流片对朝向所述进气道的进气变向，所述进气导流片具有沿进气方向伸出并变向至所述稳压腔的横向的导流弧面，所述导流片的背面与所述稳压腔的端部内壁面相对，所述导流片的正面与所述稳压腔的腔室相对布置；

具体为：

获取进气系统的各个气缸预定工况的气道特性参数；

搭建进气系统仿真模型，并仿真计算获得与所述气道特性参数对应的气道仿真参数；

将所述气道仿真参数与所述气道特性参数进行对标，并在标定误差超出限值时，调整所述进气系统仿真模型，直至获得满足标定误差的气道仿真参数；

依据所述气道仿真参数构建包含导流片的导流仿真模型，并仿真计算含导流片的气道仿真参数是否满足相对偏差限值，并在超出所述相对偏差限值时，调整所述导流片的导流角度，直至满足相对偏差限值。

2.根据权利要求1所述的进气系统导流片的调节方法，其特征在于，所述气道特性参数包括进气系统的涡流比、滚流比和流量系数。

3.根据权利要求2所述的进气系统导流片的调节方法，其特征在于，所述涡流比/滚流比的相对偏差限位为±10%，所述流量系数的相对偏差限位为±5%。

4.根据权利要求1所述的进气系统导流片的调节方法，其特征在于，所述气道特性参数为各个所述气缸在最大升程下的涡流比、滚流比和流量系数。

5.根据权利要求1所述的进气系统导流片的调节方法，其特征在于，所述进气系统仿真模型的调整依据模型建立的设置参数、网格生成参数进行调整，并依据调整后的参数设置、网格设置形成不同规格进气系统的仿真选型规范。

6.根据权利要求1所述的进气系统导流片的调节方法，其特征在于，所述稳压腔的进气口设置有法兰安装台，所述进气导流片具有压装于所述进气接管和所述法兰安装台之间的法兰安装部。

7.根据权利要求6所述的进气系统导流片的调节方法，其特征在于，所述法兰安装台具有倾斜布置的安装倾角，所述进气接管具有与所述稳压腔并行布置的第一进气部，和折弯压紧于所述法兰安装台上的第二进气部。

8.根据权利要求7所述的进气系统导流片的调节方法，其特征在于，所述安装倾角为40°~50°。

9.根据权利要求8所述的进气系统导流片的调节方法，其特征在于，所述安装倾角为45°。

10.一种燃气发动机，其特征在于，进气接管和各个分进气道之间由稳压腔连通，所述进气接管由所述稳压腔的端部进气，所述进气接管和所述稳压腔之间设置有伸入所述稳压腔内的进气系统导流片结构，所述进气系统的导流片通过如权利要求1-9中任意一项所述的进气系统导流片的调节方法进行安装结构调整。

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