CN216811955U - 脉冲混合器和天然气发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于天然气发动机技术领域，本实用新型公开了一种脉冲混合器和一种天然气发动机，脉冲混合器包括混合管和分隔件，分隔件设置在混合管中，分隔件自混合管的第一端沿混合管的轴向延伸，分隔件将部分内腔分隔成第一导流腔和第二导流腔。本实用新型提出的脉冲混合器通过设置分隔件将从天然气发动机的第一脉冲排气管及第二脉冲排气管中获得的两路脉冲排气流在混合前隔开，减少脉冲能量的损耗，同时减少两路排气脉冲的互流及EGR的回流，降低脉冲能力的损失。另外，本方案可以根据需求灵活布置在EGR冷却器前后，均可实现提升EGR获取能力的效果，同时保证结构可靠性。

Description

脉冲混合器和天然气发动机

技术领域

本实用新型属于天然气发动机技术领域，具体涉及一种脉冲混合器，本实用新型还涉及一种天然气发动机。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

在碳达峰和碳中和的大背景下，天然气作为一种低碳能源受到广泛关注。在国六排放法规排放物限值要求下，当量燃烧、废气再循环(EGR)系统配合三元催化后处理(TWC)是行业内普遍使用的技术路线。应用EGR系统，可以有效降低缸内燃烧温度，抑制发动机爆震，对提升天然气发动机经济性及可靠性具有重要作用。而在目前普遍采用增压系统的条件下，低速高负荷区域的进气压力往往高于排气压力，即EGR驱动压差为负值，发动机难以获取到EGR，限制了发动机热效率的进一步提升，同时造成排气温度升高，影响发动机可靠性。因此，如何在EGR驱动压差较小的情况下获取更高的EGR，一直是行业亟待解决的难题。目前现有技术中，有的采用提升排气背压或减小节气门开度来提升排气压力，有的采用单向阀来截留脉冲压力峰值，虽然可以获取到相对更高的EGR，但都存在一定弊端。

实用新型内容

本实用新型的目的是至少解决现有技术中发动机的增压器在进气压力较低时容易出现密封失效的问题，该目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的第一方面提出了一种脉冲混合器，包括：

混合管，所述混合管的第一端设有第一进气口和第二进气口，所述第一进气口用于连通天然气发动机的第一脉冲排气管，所述第二进气口用于连通天然气发动机的第二脉冲排气管，所述混合管的内部设有内腔，所述混合管的第二端设有出气口，所述出气口通过所述内腔与所述第一进气口和所述第二进气口连通，所述出气口用于连通压气机；

分隔件，所述分隔件设置在所述内腔中，所述分隔件与所述混合管连接，所述分隔件自所述混合管的第一端沿所述混合管的轴向延伸，所述分隔件将部分所述内腔分隔成第一导流腔和第二导流腔，所述第一导流腔与第一进气口连通，所述第二导流腔与所述第二进气口连通。

本实用新型提出的脉冲混合器针对采用脉冲排气管方案的天然气发动机，该脉冲混合器的内部设有分隔件，从天然气发动机的第一脉冲排气管及第二脉冲排气管中获得的两路脉冲排气流在混合前经分隔件隔开，可以减少脉冲能量的损耗，同时减少两路排气脉冲的互流及EGR的回流，降低脉冲能力的损失。另外，在脉冲混合器的布置位置方面，不同于传统方案中单向阀结构需考虑高温可靠性的问题，多选择布置在EGR冷却器后，本方案可以根据需求灵活布置在EGR冷却器前后，均可实现提升EGR获取能力的效果，同时保证结构可靠性。

另外，根据本实用新型的脉冲混合器，还可具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，所述混合管自所述第一端至所述第二端包括一次连通的第一管段和第二管段，所述分隔件设于所述第一管段内，所述分隔件将位于所述第一管段内的至少所述内腔分隔成所述第一导流腔和所述第二导流腔，所述第一导流腔的径向截面积沿所述混合管内的气体流动方向逐渐缩小，所述第二导流腔的径向截面积沿所述混合管内的气体流动方向逐渐缩小，所述第一管段的第一端设有所述第一进气口和所述第二进气口，所述第二管段呈圆柱形管结构，所述第二管段的第一端与所述第一管段的第二端连通，并且所述第二管段的第一端与所述第一管段的第二端相适配，所述分隔件沿所述混合管的轴向延伸的长度小于等于所述第一管段的轴向长度。

在本实用新型的一些实施例中，所述混合管还包括第三管段，所述第三管段的径向截面积沿轴向逐渐增大，所述第二管段的第二端与所述第三管段的小径端连通，并且所述第二管段的第二端与所述第三管段的小径端相适配。

在本实用新型的一些实施例中，所述第一管段的径向截面积沿所述混合管内的气体流动方向逐渐增大。

在本实用新型的一些实施例中，所述分隔件的轴向截面呈三角形。

在本实用新型的一些实施例中，所述分隔件的第二端设有凹坑，所述凹坑的开口朝向所述混合管的所述第二端。

在本实用新型的一些实施例中，所述凹坑的轴向截面呈弧形。

本实用新型的第二方面提出了一种天然气发动机，具有本实用新型第一方面提出的脉冲混合器。

本实用新型第二方面提出的天然气发动机具有和本实用新型第一方面提出的脉冲混合器相同的有益效果，在此不再赘述。

在本实用新型的一些实施例中，所述天然气发动机还包括EGR冷却器，所述EGR冷却器设于所述脉冲混合器的气体流动方向的上游或者下游。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本实用新型实施方式的脉冲混合器的结构示意图；

图2示意性地示出了根据本实用新型实施方式的天然气发动机的结构示意图；

图3示意性地示出了根据本实用新型实施方式的天然气发动机与现有技术EGR获取能力的对比示意图。

附图中各标记表示如下：

10：混合管、11：分隔件、12：内腔、13：第一管段、14：第二管段、15：第三管段、16：第一导流腔、17：第二导流腔、18：凹坑；

20：第一脉冲排气管、21：第二脉冲排气管、22：气缸、23：EGR冷却器、24：EGR阀、25：中冷器、26：涡轮机、27：压气机。

具体实施方式

下面将参照附图更详细描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1和图2所示，本实用新型的第一方面提出了一种脉冲混合器，包括：

混合管10，混合管10的第一端设有第一进气口和第二进气口，第一进气口用于连通天然气发动机的第一脉冲排气管20，第二进气口用于连通天然气发动机的第二脉冲排气管21，混合管10的内部设有内腔12，混合管10的第二端设有出气口，出气口通过内腔12与第一进气口和第二进气口连通，出气口用于连通压气机27；

分隔件11，分隔件11设置在内腔12中，分隔件11与混合管10连接，分隔件11自混合管10的第一端沿混合管10的轴向延伸，分隔件11将部分内腔12分隔成第一导流腔16和第二导流腔17，第一导流腔16与第一进气口连通，第二导流腔17与第二进气口连通。

需要说明的是，混合管10可以是圆管或者方管结构，相应的内腔12也可以是圆柱形或者棱柱形，分隔件11可以是板型结构，分隔件11的截面可以是三角形、梯形或者矩形等，分隔件11将内腔12分隔成第一导流腔16和第二导流腔17以减少脉冲能量的损耗，同时减少两路排气脉冲的互流及EGR的回流。

本实用新型提出的脉冲混合器针对采用脉冲排气管方案的天然气发动机，该脉冲混合器的内部设有分隔件11，从天然气发动机的第一脉冲排气管20及第二脉冲排气管21中获得的两路脉冲排气流在混合前经分隔件11隔开，可以减少脉冲能量的损耗，同时减少两路排气脉冲的互流及EGR的回流，降低脉冲能力的损失。另外，在脉冲混合器的布置位置方面，不同于传统方案中单向阀结构需考虑高温可靠性的问题，多选择布置在EGR冷却器23后，本方案可以根据需求灵活布置在EGR冷却器23前后，均可实现提升EGR获取能力的效果，同时保证结构可靠性。

在本实用新型的一些实施例中，混合管10自第一端至第二端包括一次连通的第一管段13和第二管段14，分隔件11设于第一管段13内，分隔件11将位于第一管段13内的至少内腔12分隔成第一导流腔16和第二导流腔17，第一导流腔16的径向截面积沿混合管10内的气体流动方向逐渐缩小，第二导流腔17的径向截面积沿混合管10内的气体流动方向逐渐缩小，第一管段13的第一端设有第一进气口和第二进气口，第二管段14呈圆柱形管结构，第二管段14的第一端与第一管段13的第二端连通，并且第二管段14的第一端与第一管段13的第二端相适配，分隔件11沿混合管10的轴向延伸的长度小于等于第一管段13的轴向长度。

脉冲排气流经过特殊设计的第一管段13后，脉冲排气流的压力降低而速度增加，将压力能转化为动能。在之后的第二管段14内，两路脉冲排气流充分混合，管内流速的不稳定会产生膨胀波。膨胀波与流速较低的脉冲排气流接触后产生较大的压差形成引射效应，可以进一步吸取脉冲排气流。

在本实用新型的一些实施例中，混合管10还包括第三管段15，第三管段15的径向截面积沿轴向逐渐增大，第二管段14的第二端与第三管段15的小径端连通，并且第二管段14的第二端与第三管段15的小径端相适配。

在第二管段14之后，第三管段15将脉冲排气流的动能转化为压力能，在脉冲排气结构后形成较高的压力区域，以此来提升发动机EGR的获取能力。

在本实用新型的一些实施例中，所述第一管段13的径向截面积沿所述混合管10内的气体流动方向逐渐增大，可配合分隔件11实现收缩型流道。

在本实用新型的一些实施例中，分隔件11的轴向截面呈三角形，分隔效果好。

在本实用新型的一些实施例中，分隔件11的第二端设有凹坑18，凹坑18的开口朝向混合管10的第二端，EGR回流会聚集在凹坑18附近，而不会继续向上游流动，以减少EGR回流，进一步提升EGR获取能力。

具体地，凹坑18的轴向截面呈弧形，弧形或半球形的凹坑18具有良好的回流收集能力。

如图2所示，本实用新型的第二方面提出了一种天然气发动机，具有本实用新型第一方面提出的脉冲混合器，气缸22与脉冲排气管连通，脉冲混合器与两个脉冲混合器连通，脉冲混合器的下游还布置有EGR冷却器23、EGR阀24和中冷器25，部分废气直接流向发动机的涡轮机26。

使用本实用新型的方案结构，在某六缸重型天然气发动机上进行了仿真分析，在不改变排气压力的前提下，对比现有技术方案，获取EGR能力得到提升，如图3所示。在1000r/min及1100r/min大负荷难以获取EGR的工况，相较于两路排气脉冲流直接混合的方案，本方案EGR率分别提升4.5％及4.6％，同比增加120％及40％；相较于不加防互流/倒流隔板的传统脉冲混合结构，EGR率分别提升3.2％及2.5％，同比增加64％及21％。从仿真结果可知，应用本实用新型的方案结构，对于提升发动机EGR获取能力，特别是目前亟待提升EGR的低速大负荷工况，效果非常明显。

在本实用新型的一些实施例中，天然气发动机还包括EGR冷却器23，EGR冷却器23设于脉冲混合器的气体流动方向的上游或者下游。该脉冲混合器布置在EGR冷却器23前后均可实现提升EGR获取能力的效果，同时保证结构可靠性。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种脉冲混合器，其特征在于，包括：

混合管，所述混合管的第一端设有第一进气口和第二进气口，所述第一进气口用于连通天然气发动机的第一脉冲排气管，所述第二进气口用于连通天然气发动机的第二脉冲排气管，所述混合管的内部设有内腔，所述混合管的第二端设有出气口，所述出气口通过所述内腔与所述第一进气口和所述第二进气口连通，所述出气口用于连通压气机；

分隔件，所述分隔件设置在所述内腔中，所述分隔件与所述混合管连接，所述分隔件自所述混合管的第一端沿所述混合管的轴向延伸，所述分隔件将部分所述内腔分隔成第一导流腔和第二导流腔，所述第一导流腔与第一进气口连通，所述第二导流腔与所述第二进气口连通。

2.根据权利要求1所述的脉冲混合器，其特征在于，所述混合管自所述第一端至所述第二端包括一次连通的第一管段和第二管段，所述分隔件设于所述第一管段内，所述分隔件将位于所述第一管段内的至少所述内腔分隔成所述第一导流腔和所述第二导流腔，所述第一导流腔的径向截面积沿所述混合管内的气体流动方向逐渐缩小，所述第二导流腔的径向截面积沿所述混合管内的气体流动方向逐渐缩小，所述第一管段的第一端设有所述第一进气口和所述第二进气口，所述第二管段呈圆柱形管结构，所述第二管段的第一端与所述第一管段的第二端连通，并且所述第二管段的第一端与所述第一管段的第二端相适配，所述分隔件沿所述混合管的轴向延伸的长度小于等于所述第一管段的轴向长度。

3.根据权利要求2所述的脉冲混合器，其特征在于，所述混合管还包括第三管段，所述第三管段的径向截面积沿轴向逐渐增大，所述第二管段的第二端与所述第三管段的小径端连通，并且所述第二管段的第二端与所述第三管段的小径端相适配。

4.根据权利要求2所述的脉冲混合器，其特征在于，所述第一管段的径向截面积沿所述混合管内的气体流动方向逐渐增大。

5.根据权利要求4所述的脉冲混合器，其特征在于，所述分隔件的轴向截面呈三角形。

6.根据权利要求4所述的脉冲混合器，其特征在于，所述分隔件的第二端设有凹坑，所述凹坑的开口朝向所述混合管的所述第二端。

7.根据权利要求6所述的脉冲混合器，其特征在于，所述凹坑的轴向截面呈弧形。

8.一种天然气发动机，其特征在于，具有根据权利要求1至7任一项所述的脉冲混合器。

9.根据权利要求8所述的天然气发动机，其特征在于，所述天然气发动机还包括EGR冷却器，所述EGR冷却器设于所述脉冲混合器的气体流动方向的上游或者下游。

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