CN204729189U - 一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的是一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置，包括气缸盖和气缸主体，所述气缸盖上设置有歧管管道，歧管管道上还安装有大流量燃气喷嘴，大流量燃气喷嘴包括喷嘴上半段和与喷嘴上半段固连的喷嘴下半段，喷嘴下半段是弯管，且喷嘴下半段的末端设置有下半段出气孔，喷嘴上半段的外表面设置有上半段出气孔，上半段出气孔的排列方式是：沿着上半段喷嘴的长度方向上设置至少两列的出气孔组，每列出气孔组至少有四个上半段出气孔且每列的上半段出气孔沿着上半段喷嘴的周向均匀布置，且每个上半段出气孔的孔径小于下半段出气孔的孔径。本实用新型能满足燃气与空气混合和分层要求，优化发动机燃烧过程，改善其经济性和排放性能。

Description

一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置

技术领域

本实用新型涉及一种喷射装置，尤其涉及一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置，属于发动机技术领域。

背景技术

随着能源危机和环境污染的日益严重，国内外都在积极研发各种节能减排技术手段。天然气以其热值高，燃烧清洁，储量丰富成为新一代的替代能源。其中稀薄燃烧由于燃烧温度低，可以有效减少NOx排放，成为一项重要的减排技术手段。但是，随着混合气变稀，发动机的循环变动加剧，甚至在发动机运行在稀燃极限附近时会出现部分燃烧或者失火现象，排放尾气中HC和CO明显增加，循环变动成为影响稀燃极限的一个重要阻碍，因此，合理组织进气、燃烧过程，改善燃烧质量是充分发挥稀燃天然气发动机节能减排能力的重中之重。

目前国内外先进发动机中，针对稀薄燃烧天然气发动机燃料供给方式多采用电控多点喷射方式，因为天然气密度低于空气，进气道天然气喷射易造成大量天然气聚集在进气道内，导致进气不充分，混合气分层现象不明显。针对气体/双燃料发动机的点火方式的不同，应该采取不同的进气、燃烧过程组织方法，形成便于燃烧的天然气浓度分层。公开号CN101985906B的专利涉及一种天然气发动机的燃料喷射结构，该机构通过将燃气喷嘴安装在更加接近发动机进气门的位置，燃气贯穿进气门和阀座之间的间隙直接喷射到气缸内，利用燃气喷射的运动能量，提高缸内的湍动能，进而改善燃烧。但是这种燃气喷射结构容易导致缸内燃气与空气浓度分布的随机性增加，当发动机工作在某些特定工况下，特别是在稀燃工况下缸内浓度梯度过大，导致燃烧稳定性和NOx排放性能不够理想。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术存在的问题而提供一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置。

本实用新型的目的是这样实现的：包括气缸盖和气缸主体，所述气缸盖上设置有歧管管道，所述歧管管道上还安装有大流量燃气喷嘴，所述大流量燃气喷嘴包括上半段喷嘴和与上半段喷嘴固连的下半段喷嘴，所述下半段喷嘴是弯管，且下半段喷嘴的末端设置有下半段出气孔，燃气经下半段出气孔喷至气缸主体内，所述上半段喷嘴的外表面设置有上半段出气孔，所述上半段出气孔的布置方式是：沿着上半段喷嘴的长度方向上设置至少两列的出气孔组，每列出气孔组至少有四个上半段出气孔且每列的上半段出气孔沿着上半段喷嘴的周向均匀布置，且每个上半段出气孔的孔径小于下半段出气孔的孔径，燃气经上半段出气孔喷至歧管管道内。

本实用新型还包括这样一些结构特征：

1.所述下半段喷嘴的直径小于上半段喷嘴的直径。

2.所述上半段出气孔的轴线与上半段喷嘴的轴线之间的夹角是90°或45°或135°。

3.所述每列出气孔组的各个上半段出气孔的孔径不相等。

4.每列出气孔组的相同孔径的上半段出气孔不在同一直线上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型能实现燃气预混合和梯次进气，改善缸内燃气与空气的混合气浓度分层，进而改善发动机燃烧质量，扩展发动机的稀燃极限，同时降低发动机的NOx排放。通过这种进气组织方法可以实现两部分混合气的梯次进气，通过调整两部分混合气各自浓度，便可以使缸内形成所需的混合气浓度分层，保证发动机能够可靠地点火燃烧。下半段喷嘴末端出口的引流作用，使天然气在不碰撞进气门和进气门阀座情况下，快速进入气缸内部，不损失天然气的运动能量，加快混合速度。也即本实用新型可以实现需求的浓度分层，优化发动机内部的燃烧过程，改善其经济性和排放性能。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图；

图2是本实用新型的喷射装置的结构示意图；

图3(A)和图3(B)是本实用新型的上半段出气孔的轴线示意图；(分别是45°和135°的情况)；

图4是歧管管道内混合过程示意图(迟滞进气)；

图5是上半段出气孔的布置示意图一(沿着上半段喷嘴周向)；

图6是上半段出气孔的布置示意图二(沿着上半段喷嘴的长度方向)；

图7是气缸主体内混合气体浓度分布示意图(有火花塞时)。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

实施案例一：结合图1至图7，本实用新型包括气缸盖8和气缸主体6，所述气缸盖8上设置有歧管管道14，所述歧管管道14上还安装有大流量燃气喷嘴，所述大流量燃气喷嘴包括上半段喷嘴1和与上半段喷嘴1固连的下半段喷嘴2，所述下半段喷嘴2是弯管，且下半段喷嘴2的末端设置有下半段出气孔15，燃气经下半段出气孔15喷至气缸主体6内，形成燃气脉冲10，所述上半段喷嘴1的外表面设置有上半段出气孔3，所述上半段出气孔3的布置方式是：沿着上半段喷嘴的长度方向上设置至少两列的出气孔组，每列出气孔组至少有四个上半段出气孔3且每列的上半段出气孔3沿着上半段喷嘴1的周向均匀布置，且每个上半段出气孔3的孔径小于下半段出气孔15的孔径，燃气经上半段出气孔3喷至歧管管道14内，形成多个燃气脉冲10。

结合图1，本实用新型的技术方案是这样实现的，气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置为一个大流量燃气喷嘴，由上半段喷嘴1和下半段喷嘴2组成，且上半段喷嘴1是厚度为1-2毫米的中空圆管，上半段喷嘴1通过连接管路与气体电磁阀相连，并且通过螺栓将气体电磁阀和连接部分紧密安装在进气歧管上，上半段喷嘴1管壁上加工有与进气歧管内腔和进气道连同的上半段出气孔3。

结合图2，下半段喷嘴2为厚度1-2毫米的中空圆形弯管，下半段喷嘴2末端靠近进气门阀座，只在末端有一个天然气喷孔，即下半段出气孔15，且下半段出气孔15的直径大于上半段上半段出气孔3的直径。为了实现两段喷管的连接与密封，利用焊接的方式将两段喷嘴固定在一起。

下半段喷嘴2起导流作用，下半段喷嘴2末端靠近进气门阀座5，尾端中心线与进气门4中心线为互不平行、互不相交的空间直线，与进气门阀杆不会产生运动干涉。下半段喷嘴2末端中心线与进气门4中心线所成角度，根据工作发动机的气门形状，气门阀座位置，保证沿下半段喷嘴2喷出的燃气不会与进气门4、进气门阀座5碰撞，防止高压燃气脉冲10碰撞反射后，由于天然气密度比空气小，在进气门处形成堆积，降低充气效率。从下半段喷嘴2末端喷出的天然气脉冲10迅速通过进气门与气门座之间的环形间隙，相较于从上半段出气孔3喷出的燃气脉冲9，能够更早的与缸内空气进行预混，进而实现缸内的混合气浓度分层，实现梯次喷射，实现活塞7的进一步动作。

实施案例二：基于上述实施例，本实用新型还可以是：所述下半段喷嘴2的直径小于上半段喷嘴1的直径，也即下半段喷嘴2直径比上半段喷嘴1小。

实施案例三：基于上述实施例并结合图3(A)和图3(B)，本实用新型还可以是：所述上半段出气孔3的轴线与上半段喷嘴1的轴线之间的夹角是90°或45°或135°。上半段上半段出气孔3为直径1-3毫米通孔，连接上半段喷嘴1内腔与进气道，上半段上半段出气孔3的轴线与进气道空气来流方向呈一定角度，目前设计方案有三种，(1)上半段上半段出气孔3轴线与上半段喷嘴1轴线呈45°，喷出的燃气脉冲9与进气来流方向一致；(2)上半段上半段出气孔3轴线与上半段喷嘴1轴线呈135°，喷出的燃气脉冲9与进气来流方向相反；(3)上半段上半段出气孔3的轴线与上半段喷嘴1的轴线呈90°。

结合图4，上半段上半段出气孔3喷出的燃气脉冲9的脉宽与进气来流12呈一定角度，这样的结构能够保证从出气孔3喷出的天然气与来流空气充分混合变成混合流13，能有效减缓进气道内空气运动速度。

实施案例四：基于上述实施例并结合图5和图6，本实用新型还可以是：所述每列出气孔组的各个上半段出气孔3的孔径不相等。每列出气孔组的相同孔径的上半段出气孔3不在同一直线上。

结合图5，上半段出气孔3在上半段喷嘴1径向截面的分布情况为：径向截面均匀分布6个喷气孔，喷气孔轴线互呈60度角，上半段出气孔3直径不完全相同，直径不同的喷气孔间隔布置，目的是使通过上半段出气孔3喷出的天然气脉宽喷射距离不同，进而达到在进气道内天然气与空气更充分预混。

结合图6，上半段出气孔3在上半段喷嘴1轴向上的分布情况为：各径向截面内喷气孔分布呈30度角。这样设计的目的是使各径向界面内的孔不会出现在同一轴向截面内，减缓了混合气运动速度同时也防止了从上半段出气孔3喷出高压燃气可能出现的撞壁现象。喷气孔数目可以根据发动机运行的需要进行调整。

附图7给出的是气缸主体内混合气体浓度分布示意图，也即通过调整上半段出气孔3的大小及数量，使本实用新型形成燃气的上浓下稀，而火花塞11处于燃气较浓的区域。

喷射装置包括安装在发动机每缸歧管上的一个大流量天然气喷嘴，所述大流量喷嘴由上半段喷嘴1和下半段喷嘴2两部分构成，上半段喷嘴1与燃气喷射阀相连并固定进气歧管上，下半段喷嘴2末端靠近进气门阀座。上半段喷嘴1管壁上打有一定数量的小上半段出气孔3，喷气孔均匀分布在上半段喷嘴1的径向截面内，且上半段出气孔3的出气方向与进气管进气来流方向成一定角度，径向截面内上半段出气孔3直径不完全相同，且直径不同喷气孔间隔分布，不同径向截面内上半段出气孔3位置不再同一轴向截面内，该结构能够有效缓解燃气在高供给压力时产生的燃气撞壁问题。下半段喷嘴2为一直径小于上半段喷嘴2的弯管，并与上半段喷嘴1相连，下半段喷嘴2出口端有一直径大于上半段出气孔3的孔，下半段喷嘴2中心线与进气门4中心线是两条互不平行或相交的空间直线，且与进气门的阀杆不产生运动干涉。本实用新型气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置的进气组织方法是通过上半段喷嘴1喷射的燃气与进入进气歧管的空气的撞击、预混和迟滞作用，以及下半段喷嘴2引流与快速喷射，实现燃气分流和梯次进气，通过调整上半段喷嘴1上半段出气孔3的直径和数量、下半段喷嘴2出口孔径及燃气喷射正时，满足气体/双燃料发动机燃气与空气混合和分层要求，优化发动机燃烧过程，改善其经济性和排放性能。

大流量喷嘴安装在进气歧管上，由上半段喷嘴1及下半段喷嘴2组成，上半段喷嘴1连接天然气喷气阀后，紧密安装在进气歧管上，上半段喷嘴1管壁上打有若干上半段出气孔3。下半段喷嘴2只有一个出气孔，出气孔位置靠近进气门阀座。

上半段喷嘴1是一个中空圆管，通过连接管路与喷气电磁阀相连，下半段喷嘴2是一个结构与上半段喷嘴1类似的弯管，并且与上半段喷嘴1焊接在一起，保证密封性，下半段喷嘴2直径小于上半段喷嘴1。

上半段出气孔3为连接大流量喷嘴腔内部与进气道的通孔结构，分布在上半段喷嘴1管壁上，与上半段喷嘴1轴线呈一定角度，上半段出气孔3的出口中心均分布于垂直于上半段喷嘴1轴线的径向截面内，径向截面内上半段出气孔3的直径不完全相同，且直径不同的孔间隔分布。各截面内喷气孔分布旋转一定角度，即各径向界面内的孔不会出现在同一轴向截面内。

下半段喷嘴2中心线与进气门4中心线为两条互不平行、互不相交的空间直线，确保下半段喷嘴2与进气门4的阀杆不产生运动干涉。

通过上半段出气孔3喷出的天然气，燃气在进气道内与空气预混、同时减小气道内空气运动速度，形成迟滞进气。而通过下半段喷嘴2末端喷出天然气，燃气快速通过进气门4与气门座5之间的环形间隙进入气缸，在缸内与空气快速预混合。

梯次进气所形成的浓度差，可以通过调整上半段出气孔3的直径、数目，由控制系统调整喷气正时、喷气脉宽实现

本实用新型的气体/双燃料发动机燃气喷射装置组成包括：一个大流量天然气喷嘴，由天然气上半段喷嘴1、天然气下半段喷嘴2构成。上半段喷嘴1与喷气阀连接后固定在进气歧管上，下半段喷嘴2末端靠近进气门阀座5。上半段喷嘴1打有若干上半段出气孔3，上半段出气孔3布置与进气来流方向呈一定角度。下半段喷嘴2为一直径小于上半段喷嘴2的弯管，并与上半段喷嘴1相连，下半段喷嘴2出口端有一直径大于上半段出气孔3的孔，下半段喷嘴中心线与进气门4中心线互不平行、互不相交，不影响气门4的正常开启与关闭。

气体/双燃料发动机进气组织方法为：

进气冲程中，上半段出气孔3与进气来流方向呈一定角度，喷气脉冲9与来流空气发生碰撞，减缓了进气道内空气运动速度，实现迟滞进气，燃气与空气在进气道内预混后进入气缸。而另一部分天然气通过下半段喷嘴2末端出口，快速通过进气门4与气门座5之间的间隙进入气缸，在缸内与空气进行预混。通过上半段喷嘴1喷射的燃气与进入进气歧管的空气的撞击、预混和迟滞作用，以及下半段喷嘴2引流与快速喷射，实现燃气分流和梯次进气。

上半段出气孔3的出口中心均分布于垂直于上半段喷嘴1轴线的径向截面内，径向截面内上半段出气孔3的直径不同，直径不同的喷气孔间隔分布。各截面内喷气孔分布旋转一定角度，使各径向界面内的孔不会出现在同一轴向截面内。

针对气体/天然气发动机着火所需的不同混合气浓度分层需求可以通过调整喷气装置结构，即上半段出气孔3直径、数目、下半段喷嘴2出口直径，也可以通过调整控制系统的喷气正时、喷气脉宽实现。

Claims (9)

1.一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置，包括气缸盖和气缸主体，所述气缸盖上设置有歧管管道，其特征在于：所述歧管管道上还安装有大流量燃气喷嘴，所述大流量燃气喷嘴包括上半段喷嘴和与上半段喷嘴固连的下半段喷嘴，所述下半段喷嘴是弯管，且下半段喷嘴的末端设置有下半段出气孔，燃气经下半段出气孔喷至气缸主体内，所述上半段喷嘴的外表面设置有上半段出气孔，所述上半段出气孔的布置方式是：沿着上半段喷嘴的长度方向上设置至少两列的出气孔组，每列出气孔组至少有四个上半段出气孔且每列的上半段出气孔沿着上半段喷嘴的周向均匀布置，且每个上半段出气孔的孔径小于下半段出气孔的孔径，燃气经上半段出气孔喷至歧管管道内。

2.根据权利要求1所述的一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置，其特征在于：所述下半段喷嘴的直径小于上半段喷嘴的直径。

3.根据权利要求1或2所述的一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置，其特征在于：所述上半段出气孔的轴线与上半段喷嘴的轴线之间的夹角是90°或45°或135°。

4.根据权利要求1或2所述的一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置，其特征在于：所述每列出气孔组的各个上半段出气孔的孔径不相等。

5.根据权利要求3所述的一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置，其特征在于：所述每列出气孔组的各个上半段出气孔的孔径不相等。

6.根据权利要求1或2所述的一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置，其特征在于：每列出气孔组的相同孔径的上半段出气孔不在同一直线上。

7.根据权利要求3所述的一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置，其特征在于：每列出气孔组的相同孔径的上半段出气孔不在同一直线上。

8.根据权利要求4所述的一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置，其特征在于：每列出气孔组的相同孔径的上半段出气孔不在同一直线上。

9.根据权利要求5所述的一种气体/双燃料发动机燃气梯次喷射装置，其特征在于：每列出气孔组的相同孔径的上半段出气孔不在同一直线上。