CN206562963U - 燃气发动机用混合器及egr混合器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了燃气发动机用混合器及EGR混合器，燃气发动机用混合器包括贯通的混合器体，混合器体的进气口处设有扰流体，混合器体的出气口处设有燃气芯子，扰流体和燃气芯子之间设有EGR芯子，混合器体上设有废气进气口和燃气进气口，EGR芯子与废气进气口连通，燃气芯子与燃气进气口连通。本实用新型所提供的一种燃气发动机用混合器，适用于各类型的燃气发动机，并且混合效率高，使发动机运行更稳定，燃气利用效率更高。外围条件的需求比单独的燃气混合器、EGR混合器的需求更低，整体成本更低，安全可靠，密封性好，具有良好的市场应用价值。
Description
技术领域
本实用新型属于燃气发动机燃气系统技术领域，具体涉及燃气发动机用混合器及EGR混合器。
背景技术
排气再循环(Exhaust Gas Recirculation，缩写EGR)，是指内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术，主要目的为降低排出气体中的氮氧化物(NOx)与分担部分负荷时可提高燃料消费率。内燃机在燃烧后排出的气体中含氧量极低甚至是没有，此排出气体与吸气混合后会使吸气中氧气浓度降低，因此会产生下列现象：比大气更低的含氧量在燃烧时温度会降低，会抑制氮氧化物(NOx)的产生。燃烧温度降低时，汽缸与燃烧室壁面、活塞表面的热能发散会降低，另外因热解离造成的损失也会有些微降低。
随着排放法规的日趋严格及燃油价格的攀升，EGR技术在发动机上的应用越来越广泛。以往再循环废气在进入气缸前有较长的管路与新鲜空气混合，且引入的循环废气量(EGR率)较低，因此没有专门设计EGR混合器。现在随着EGR技术的改进及成熟，循环废气量(EGR率)越来越大，同时发动机紧凑性的要求使进气管路更短，因此利用传统的方法所获得的再循环废气与新鲜空气的混合均匀性已经无法再满足发动机稳定工作的要求了。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决上述问题，提供两种集成空气、废气、燃气三者一起供应的燃气发动机用混合器以及一种EGR混合器。
本实用新型又提供一种燃气发动机用混合器，包括贯通的混合器体，混合器体的进气口处设有扰流体，混合器体的出气口处设有燃气芯子，扰流体和燃气芯子之间设有EGR芯子，混合器体上设有废气进气口和燃气进气口，EGR芯子与废气进气口连通，燃气芯子与燃气进气口连通。
优选地，所述燃气芯子包括导流环、设置在导流环中的导流柱以及设置于导流环和混合器体内壁之间的通气柱，导流柱、导流环和通气柱上均开设有喷孔；导流柱相交于导流环的圆心位置并将导流环分隔为均匀的四个部分，通气柱将导流环和混合器体之间的空间分隔为均匀的四个部分。
优选地，所述导流柱、导流环和通气柱横截面均为沿空气流向由大变小的水滴形，导流柱、导流环和通气柱均为中空结构，喷孔均匀设置在导流柱、导流环和通气柱的两侧，喷孔所处位置点的切线与空气流向平行，且所有喷空位于同一平面上。
优选地，所述EGR芯子和燃气芯子结构相同。
优选地，所述混合器体的内壁环状分布有两圈喷孔，第一圈喷孔与EGR芯子的喷孔位于同一平面，第二圈喷孔与燃气芯子的喷孔位于同一平面。
优选地，所述EGR芯子的喷孔和第一圈喷孔均与废气进气口连通，燃气芯子的喷孔和第二圈喷孔均与燃气进气口连通。
优选地，所述扰流体包括扰流环和倾斜设置在扰流环和混合器体内壁之间的扰流片；扰流片将扰流环和混合器体之间的空间分隔为均匀的六个部分。
优选地，所述混合器体上开设有氧传感器安装孔、平衡管安装孔和压力传感器安装孔，氧传感器安装孔内安装有智能氧传感器，平衡管安装孔内安装有平衡管，压力传感器安装孔内安装有压力传感器，智能氧传感器、平衡管和压力传感器均位于EGR芯子和燃气芯子之间。
本实用新型又提供一种燃气发动机用混合器，包括贯通的混合器体，混合器体的进气口处设有燃气芯子，混合器体的出气口处设有扰流体，燃气芯子和扰流体之间设有EGR芯子，混合器体上设有废气进气口和燃气进气口，EGR芯子与废气进气口连通，燃气芯子与燃气进气口连通；燃气芯子包括导流环、设置在导流环中的导流柱以及设置于导流环和混合器体内壁之间的通气柱，导流柱、导流环和通气柱上均开设有喷孔；导流柱相交于导流环的圆心位置并将导流环分隔为均匀的四个部分，通气柱将导流环和混合器体之间的空间分隔为均匀的四个部分。
本实用新型还提供一种EGR混合器，包括混合器体，混合器体内顺着空气的流动方向设有EGR芯子和扰流体，混合器体上设有废气进气口，废气进气口与EGR芯子连通；EGR芯子包括导流环、设置在导流环中的导流柱以及设置于导流环和混合器体内壁之间的通气柱，导流柱、导流环和通气柱上均开设有喷孔；导流柱相交于导流环的圆心位置并将导流环分隔为均匀的四个部分，通气柱将导流环和混合器体之间的空间分隔为均匀的四个部分。
本实用新型的有益效果是：本实用新型所提供的燃气发动机用混合器，适用于各类型的燃气发动机，并且混合效率高，使发动机运行更稳定，燃气利用效率更高。外围条件的需求比单独的燃气混合器、EGR混合器的需求更低，整体成本更低，安全可靠，密封性好，具有良好的市场应用价值。
附图说明
图1是实施例一燃气发动机用混合器的立体结构示意图。
图2是实施例一燃气发动机用混合器的俯视图。
图3是实施例一燃气发动机用混合器的仰视图。
图4是实施例一燃气发动机用混合器的侧视图。
图5是实施例一燃气发动机用混合器的纵剖图。
图6是燃气芯子的示意图。
图7是图4的左视图。
图8是实施例二燃气发动机用混合器的立体结构示意图。
图9是实施例二燃气发动机用混合器的纵剖图。
图10是实施例三EGR混合器的立体结构示意图。
图11是实施例三EGR混合器的纵剖图。
附图标记说明：1、混合器体；11、进口端盖；12、出口端盖；2、扰流体；21、扰流环；22、扰流片；3、EGR芯子；4、燃气芯子；41、导流环；42、导流柱；43、通气柱；5、废气进气口；6、燃气进气口；7、氧传感器安装孔；8、废气再循环系统安装孔；9、平衡管安装孔；10、压力传感器安装孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明：
实施例一
如图1和图5所示，本实施例提供的一种燃气发动机用混合器，包括上下贯通的混合器体1，混合器体1上端为进气口，下端为出气口，混合器体1的进气口处设有扰流体2，出气口处设有燃气芯子4，扰流体2和燃气芯子4之间设有EGR芯子3，混合器体1上设有废气进气口5和燃气进气口6，EGR芯子3与废气进气口5连通，EGR芯子用于将废气进气口接入的废气喷入混合器体内。燃气芯子4与燃气进气口6连通，燃气芯子用于将燃气进气口接入的燃气喷入混合器体内。EGR芯子3和燃气芯子4结构相同，以下以燃气芯子为例对EGR芯子3和燃气芯子4作进一步的说明。
如图5和图6所示，燃气芯子4包括导流环41、设置在导流环41中的导流柱42以及设置于导流环41和混合器体1内壁之间的通气柱43，导流柱42、导流环41和通气柱43横截面均为沿空气流向由大变小的水滴形，导流柱42、导流环41和通气柱43均为中空结构。导流柱42、导流环41和通气柱43上均开设有喷孔，喷孔均匀设置在导流柱42、导流环41和通气柱43的两侧截面最宽处，喷孔所处位置点的切线与空气从上往下的流向平行，且所有喷孔位于同一水平面。两根导流柱42垂直相交于导流环41的圆心位置并将导流环41分隔为均匀的四个部分，四根通气柱43将导流环41和混合器体1之间的空间分隔为均匀的四个部分。
如图3所示，EGR芯子3和燃气芯子4的其区别在于EGR芯子3和燃气芯子4安装在混合器体内时两者在水平面具有45°的夹角，其中EGR芯子3的通气柱与废气进气口5连通，燃气芯子4的通气柱与燃气进气口6连通。EGR芯子3和燃气芯子4的导流柱、导流环和通气柱的大小和长度可根据实际应用的需求灵活设置，在本实施例中，EGR芯子上的喷孔更靠下，而燃气芯子的喷孔更靠上。
混合器体1的内壁环状分布有两圈喷孔，第一圈喷孔与EGR芯子3的喷孔位于同一平面，第二圈喷孔与燃气芯子4的喷孔位于同一平面。EGR芯子3的喷孔和第一圈喷孔均与废气进气口5连通，燃气芯子4的喷孔和第二圈喷孔均与燃气进气口6连通。
如图1和图2所示，扰流体2包括扰流环21和倾斜设置在扰流环21和混合器体1内壁之间的扰流片22；扰流片22将扰流环21和混合器体1之间的空间分隔为均匀的六个部分。
在混合器体内，导流环、导流柱、通气柱和混合器体内壁相互形成多个文丘里管结构，空气从进气口进入混合器体内被扰流体打乱，分别进入文丘里管结构，由于文丘里效应的作用，喷孔所处的位置空气流速增加，在该位置同时产生低压，对喷孔中的气体产生吸附作用，增加喷孔中喷出气体的动能，使气体和空气混合更加均匀，从而经过该混合器的燃气、空气和废气具有很高的混合均匀度。
如图4所示，混合器体1上还设有贯通的氧传感器安装孔7，氧传感器安装孔7内安装有智能氧传感器，智能氧传感器位于EGR芯子3和燃气芯子4之间，更靠近燃气芯子4。智能氧传感器用于检测混合器体内部氧气浓度，对废气进行闭环控制，使排放的有害物质能有效控制在要求的范围内，从而提高发动机排放废气的利用率。混合器体1上还开设有废气再循环系统安装孔8用于安装废气再循环系统。
如图5和图7所示，混合器体1上开设有平衡管安装孔9和压力传感器安装孔10，平衡管安装孔9位于压力传感器安装孔10上方，平衡管安装孔9内可接平衡管，压力传感器安装孔10内安装有压力传感器，平衡管和压力传感器均位于EGR芯子3和燃气芯子4之间。平衡管用于增压压力控制，压力传感器用于检测废气和空气混合后的混合气体压力，作为软件先期废气量的计算参数，以便控制废气量，从而提高发动机排放废气的利用率。
如图5所示，在实际的生产中，为了便于加工，混合器由浇铸工艺制得的各部件拼接组成，扰流体为一体成型，包括扰流环、扰流片和扰流体外环，扰流环和扰流体外环为同心圆环且扰流环位于扰流体外环内，扰流片的一端与扰流环外壁相连，另一端与扰流体外环内壁相连，扰流体外环与进口端盖11铆压固定；进口端盖11与混合器体1通过螺钉固定。如果不考虑加工的原因，扰流体外环可看作混合器体内壁的一部分，扰流片直接与混合器体内壁相连。
混合器体1的出气口处设有出口端盖12，出口端盖12与混合器体1通过螺钉固定，出口端盖12的内径沿空气流向逐渐变小。部分空气沿着混合器体内壁流动的过程中几乎很少和燃气发生混合，如果让这部分气体通过出气口排除的话则会降低混合均匀度，沿着混合器体内壁流动的这部分气体流动到出口端盖时受阻，在出口端盖内斜面的作用下可使受阻的气体产生回流并进行二次混合，进一步提升混合均匀度。
对本实用新型的燃气发动机用混合器的混合均匀性进行分析运算，评估燃气、空气和废气在燃气发动机用混合器中的混合情况，分析计算使用SolidWorks、UG等三维制图软件生成三维模型，通过转换成*.igs或*.step格式的文件导入ANSYS中，使用Workbench划分出空气和燃气的流域，使用ICEM CFD生成网格，最终使用FLUENT进行计算，计算模型使用的湍流模型为k-ε两方程湍流模型，近壁面处采用壁面函数法。
计算采用稳态计算，空气入口、燃气入口、废气入口都给定恒定质量流量边界，出口设置为恒定压力边界，其中空气成分设定为由79％氮气和21％氧气组成，燃气成分设定为由100％的甲烷组成，废气成分设定为由6.8％氧气、13％二氧化碳、4.6％的水和75.6％的氮气组成。
本次分析计算采用面积加权的氧气体积含量分布均匀度作为评价标准，如果空气和废气完全混合均匀，这个值应为1，即均匀度b越接近1，说明燃气和空气混合得越均匀，氧气体积含量分布均匀度b为：
其中，a为氧气体积含量平均值：
ai为各点氧气体积含量；
si为测量面上各点。
采用7L发动机的外特性数据作为边界条件进行分析计算，如表1所示：
| 方案 | 燃气质量流量Kg/s | 空气质量流量Kg/s | 废气质量流量Kg/s | 出口压力kPa |
| 1 | 0.01649 | 0.27868 | 0.09839 | 114.1 |
| 2 | 0.01194 | 0.20179 | 0.05448 | 120.4 |
表1
在智能氧传感器检测口设置截面，计算得到混合均匀度的情况如表2所示：
| 方案 | 截面氧气混合均匀度 | 出气口氧气混合均匀度 | 出气口燃气混合均匀度 |
| 1 | 0.98409235 | 0.99512368 | 0.96204692 |
| 2 | 0.98591352 | 0.9948507 | 0.95276946 |
表2
本实用新型的燃气发动机用混合器，废气从废气进气口通过EGR芯子和混合器体内壁上设置的喷孔喷射至混合器体内部，与通过扰流环扰流之后的空气进行混合，形成废气-空气混合气体。废气-空气混合气体在智能氧传感器安装孔的截面上氧气混合均匀度达到98％以上，从而使得氧气浓度的检测值更符合实际。燃气从燃气进气口通过燃气芯子和混合器体内壁上设置的喷孔喷射混合器体内部，与废气-空气混合气体进行混合，形成废气-空气-燃气三种气体的混合气体。在出气口处，氧气混合均匀度达到99％以上，燃气混合均匀度达到96％以上，具有良好的市场应用价值。
实施例二
如图8和图9所示，本实施例提供的另一种燃气发动机用混合器，其与实施例一中的燃气发动机用混合器的区别仅在于，燃气芯子4设于混合器体1的进气口处，扰流体2设于混合器体1的出气口处，EGR芯子3设于燃气芯子4和扰流体2之间。EGR芯子3与废气进气口5连通，燃气芯子4与燃气进气口6连通，废气进气口5和燃气进气口6的位置根据EGR芯子3和燃气芯子4的位置调整作适应性改变。
实施例三
如图10和图11所示，本实施例提供的一种EGR混合器，包括混合器体1，混合器体1内顺着空气的流动方向设有EGR芯子3和扰流体2，混合器体1上设有废气进气口5，废气进气口5与EGR芯子3连通。
本实施例中的EGR芯子3与实施例一中的燃气芯子结构相同，包括导流环、设置在导流环中的导流柱以及设置于导流环和混合器体内壁之间的通气柱，导流柱、导流环和通气柱上均开设有喷孔；导流柱相交于导流环的圆心位置并将导流环分隔为均匀的四个部分，通气柱将导流环和混合器体之间的空间分隔为均匀的四个部分。导流柱、导流环和通气柱横截面均为沿空气流向由大变小的水滴形，导流柱、导流环和通气柱均为中空结构，喷孔均匀设置在导流柱、导流环和通气柱的两侧，喷孔所处位置点的切线与空气流向平行，且所有喷空位于同一平面上。混合器体1的内壁环状分布有一圈喷孔，混合器体的喷孔与EGR芯子3的喷孔位于同一平面。
废气从废气进气口通过EGR芯子和混合器体内壁上设置的喷孔喷射至混合器体内部，与通过扰流环扰流之后的空气进行混合，形成废气-空气混合气体。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种燃气发动机用混合器，其特征在于：包括贯通的混合器体(1)，混合器体(1)的进气口处设有扰流体(2)，混合器体(1)的出气口处设有燃气芯子(4)，扰流体(2)和燃气芯子(4)之间设有EGR芯子(3)，混合器体(1)上设有废气进气口(5)和燃气进气口(6)，EGR芯子(3)与废气进气口(5)连通，燃气芯子(4)与燃气进气口(6)连通。
2.根据权利要求1所述的燃气发动机用混合器，其特征在于：所述燃气芯子(4)包括导流环(41)、设置在导流环(41)中的导流柱(42)以及设置于导流环(41)和混合器体(1)内壁之间的通气柱(43)，导流柱(42)、导流环(41)和通气柱(43)上均开设有喷孔；导流柱(42)相交于导流环(41)的圆心位置并将导流环(41)分隔为均匀的四个部分，通气柱(43)将导流环(41)和混合器体(1)之间的空间分隔为均匀的四个部分。
3.根据权利要求2所述的燃气发动机用混合器，其特征在于：所述导流柱(42)、导流环(41)和通气柱(43)横截面均为沿空气流向由大变小的水滴形，导流柱(42)、导流环(41)和通气柱(43)均为中空结构，喷孔均匀设置在导流柱(42)、导流环(41)和通气柱(43)的两侧，喷孔所处位置点的切线与空气流向平行，且所有喷空位于同一平面上。
4.根据权利要求1-3任一所述的燃气发动机用混合器，其特征在于：所述EGR芯子(3)和燃气芯子(4)结构相同。
5.根据权利要求4所述的燃气发动机用混合器，其特征在于：所述混合器体(1)的内壁环状分布有两圈喷孔，第一圈喷孔与EGR芯子(3)的喷孔位于同一平面，第二圈喷孔与燃气芯子(4)的喷孔位于同一平面。
6.根据权利要求5所述的燃气发动机用混合器，其特征在于：所述EGR芯子(3)的喷孔和第一圈喷孔均与废气进气口(5)连通，燃气芯子(4)的喷孔和第二圈喷孔均与燃气进气口(6)连通。
7.根据权利要求1所述的燃气发动机用混合器，其特征在于：所述扰流体(2)包括扰流环(21)和倾斜设置在扰流环(21)和混合器体(1)内壁之间的扰流片(22)；扰流片(22)将扰流环(21)和混合器体(1)之间的空间分隔为均匀的六个部分。
8.根据权利要求1所述的燃气发动机用混合器，其特征在于：所述混合器体(1)上开设有氧传感器安装孔(7)、平衡管安装孔(9)和压力传感器安装孔(10)，氧传感器安装孔(7)内安装有智能氧传感器，平衡管安装孔(9)内安装有平衡管，压力传感器安装孔(10)内安装有压力传感器，智能氧传感器、平衡管和压力传感器均位于EGR芯子(3)和燃气芯子(4)之间。
9.一种燃气发动机用混合器，其特征在于：包括贯通的混合器体(1)，混合器体(1)的进气口处设有燃气芯子(4)，混合器体(1)的出气口处设有扰流体(2)，燃气芯子(4)和扰流体(2)之间设有EGR芯子(3)，混合器体(1)上设有废气进气口(5)和燃气进气口(6)，EGR芯子(3)与废气进气口(5)连通，燃气芯子(4)与燃气进气口(6)连通；燃气芯子(4)包括导流环(41)、设置在导流环(41)中的导流柱(42)以及设置于导流环(41)和混合器体(1)内壁之间的通气柱(43)，导流柱(42)、导流环(41)和通气柱(43)上均开设有喷孔；导流柱(42)相交于导流环(41)的圆心位置并将导流环(41)分隔为均匀的四个部分，通气柱(43)将导流环(41)和混合器体(1)之间的空间分隔为均匀的四个部分。
10.一种EGR混合器，其特征在于：包括混合器体(1)，混合器体(1)内顺着空气的流动方向设有EGR芯子(3)和扰流体(2)，混合器体(1)上设有废气进气口(5)，废气进气口(5)与EGR芯子(3)连通；EGR芯子(3)包括导流环、设置在导流环中的导流柱以及设置于导流环和混合器体内壁之间的通气柱，导流柱、导流环和通气柱上均开设有喷孔；导流柱相交于导流环的圆心位置并将导流环分隔为均匀的四个部分，通气柱将导流环和混合器体之间的空间分隔为均匀的四个部分。
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| CN106762245B (zh) * | 2017-02-21 | 2023-06-06 | 成都耐尔特科技有限公司 | 燃气发动机用混合器及egr混合器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20171017 Effective date of abandoning: 20230606 |
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