一种气体混合器的制作方法

1.本发明涉及商用车天然气发动机技术领域，尤其涉及一种气体混合器。
技术背景
2.目前发展清洁能源已经成为国家战略，而天然气以清洁、安全、高效、储藏量大，排放性能优异的特点，被越来越多地应用于发动机领域。在天然气发动机系统中，天然气混合器作为核心零部件，在很大程度上决定了发动机的使用性能。传统的天然气发动机是在发动机进气管内直接喷射天然气，或者使用静态混合器将天然气喷入进气管路，在进气管路内实现天然气和空气的混合，形成混合气，混合气通过进气歧管进入各气缸。当天然气与空气混合良好时，虽然各缸的充气效率不同，存在个别气缸进气量大、个别气缸进气量小的差异，但是各气缸的天然气浓度几乎相同。由于发动机ecu对每缸的点火提前角标定是相同的，在确定的工况下，各气缸火花塞的点火时刻是相同的。倘若天然气与空气混合不均匀，会导致有些气缸天然气偏浓，有些气缸天然气偏稀。对于天然气偏浓的气缸，在点火提前角不改变的前提下，该气缸的爆震倾向加剧，加大活塞熔顶的风险，尤其是发动机在重负荷工况下长时间运行时。而目前燃气进气方式采用进气道混合由于气道较短，较难实现均匀混合，混合均匀性难以保证。研究表明，天然气发动机燃烧效果主要取决于空气与天然气形成的混合气均匀度，空气和天然气的混合均匀度越高，发动机燃烧越稳定，其动力性、经济性及污染物排放效果越好。因此，为了改善天然气与空气的混合效果、提高天然气与空气混合均匀性、降低发动机发生爆震的风险、提高发动机的可靠性，设计出具有好的混合性能的混合器是十分必要的。
3.混合器是将天然气与空气进行混合的装置，其主要作用是将天然气和空气良好混合在一起，为发动机提供混合均匀的燃烧气体，在发动机内组织良好的燃烧。目前天然气发动机混合器分为两种:比例式混合器和文丘里式混合器。比例式混合器内有膜片和弹簧，能够根据空气的压力和流量，自动调节天然气的进气量，比例式混合器结构复杂、成本高、价格贵。而文丘里式混合器结构简单，价格便宜，越来越多地应用在闭环控制系统的天然气发动机上,文丘里式混合器的结构如图1所示。如图2所示为天然气混合器的安装位置示意图，目前天然气混合器安装在发动机进气管路上，处于节气门之后，进气歧管之前，由于进气管路的长度受空间布置的限制，不能设计的足够长用于对空气和天然气进行有效混合。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足从而提供一种气体混合器，解决了现有技术中天然气混合器不能对空气及天然气进行有效混合的问题。
5.本发明是采用如下技术方案来实现的：
6.一种气体混合器，包括：外壳体和文丘里管，所述文丘里管设置在所述外壳体内，所述文丘里管与所述外壳体之间设置有稳压空腔，在所述外壳体上还设置有进气口，且该进气口与所述稳压空腔连通，在所述文丘里管壁上开设有若干相同大小的喷气口，所述喷
气口与所述稳压空腔连通，所述喷气口的几何中心在同一个圆上，所述喷气口之间的间距相等。
7.进一步的，所述喷气口开设在所述文丘里管的进气端的收缩段上。
8.进一步的，所述喷气口开设在所述文丘里管的喉道段上。
9.进一步的，所述喷气口的开设方向与所述文丘里管内壁圆过该喷气口的几何中心的法线具有一定的夹角。
10.进一步的，在所述外壳体的两端还设置有连接法兰。
11.进一步的，所述夹角为30
°
。
12.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
13.本发明通过将混合器的内部设置为文丘里管、在文丘里管与外壳体之间设置稳压空腔以及在文丘里管进气段的管壁上开设的喷气口，可以使得空气在从文丘里管进气端流向喉道处时，空气流速增加，气压变小，进而与稳压腔中的天然气形成较大的压差，从而带动由喷气口喷射出的天然气进行充分混合，以提高两者的均匀性和融合度；通过将喷气口设置成一定的偏转角，可以改变天然气的喷射方向，以此设计，可以使得高压的天然气气流在穿透空气的过程中与空气不断混合，将自身的能量传递给空气，从而带动空气一起运动，在天然气与空气混合以后，极大的提高了空气气流的径向速度，从而使混合气流绕文丘里管轴线旋转，同时混合气流又具有较大的轴向速度，故使得气流具有螺旋前进的状态，这种径向和轴向的复合混合的方式，极大的促进了天然气和空气的混合均匀性。
附图说明
14.图1为本发明第一实施例立体结构示意图；
15.图2为本发明第一实施例立体剖面结构示意图；
16.图3为本发明第一实施例剖面结构示意图；
17.图4为本发明第二实施例立体结构示意图；
18.图5为本发明第二实施例立体剖面结构示意图；
19.图6为本发明第二实施例剖面结构示意图；
20.图7为本发明天燃气与混合气体流向示意图；
21.图8为本发明喷气口开设方向抽象示意图；
22.图9为本发明安装位置示意图。
23.附图标记说明：
24.1-外壳体、2-进气口、3-文丘里管、301-喷气口、4-稳压空腔、5-法兰盘。
具体实施方式
25.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体
情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.实施例1：
27.图1为本发明第一实施例立体结构示意图；图2为本发明第一实施例立体剖面结构示意图；图3为本发明第一实施例剖面结构示意图；如图1-3所示，一种气体混合器，包括：外壳体1和文丘里管3，其中，文丘里管设置在外壳体内，并与外壳体之间形成一个环形的稳压空腔4，在外壳体上还设置有进气口2，且该进气口与稳压空腔连通，在文丘里管壁上开设有若干相同大小的喷气口301，且与稳压空腔连通，该喷气口的几何中心在同一个内壁圆上，且喷气口之间的间距相等，在本实施例中，喷气口一共有12个，且在周向上等距排列，在本实施例中，喷气口开设在文丘里管的进气端的收缩段上，且喷气口的开设方向，即喷气方向与文丘里管内壁圆过该喷气口的几何中心的法线的夹角角度为30
°
。图8为本发明喷气口开设方向抽象示意图；如图8所示，圆o表示文丘里管内壁圆，点c表示一喷气口的几何中心，直线n表示点c在原o上的法线，故向量为喷气口301的喷射方向，此时，与法线n的夹角为30
°
，即∠a＝30
°
。
28.在外壳体的两端还设置有法兰盘5，用于与进气管和出气管连接，当然在实际制作过程中可以直接将混合器与节气门做成一体，以便有效降低系统的复杂性。
29.发动机进气从本混合器左侧进入，通过混合器的文丘里管，由于混合器采用文丘里管结构，空气流过喉道处时流速增加压力降低，通过喉道的缩口位置以后，气流流速降低，压力增加。高压的天然气通过进气口进入稳压空腔，该稳压空腔由混合器外壳体和文丘里管壁共同构成，天然气稳压空腔具有较大的空间，可以使进入天然气形成稳定的天然气压力，其环形的内部面结构使得天然气沿内腔壁面分布更加均匀，有效保证腔室内部各处的压力一致，从而确保流入天然气喷气口的流速一致，提高天然气与空气的混合均匀度。喷气口则沿文丘里管的圆周方向均匀布置，其尺寸规格相同，根据天然气使用量以及天然气喷射压力的不同，可以通过设计不同的喷气口数量来满足实际的需求。
30.在天然气稳压空腔中天然气形成了稳定的压力，而空气经过文丘里管时气流压力降低，从而使天然气的喷射压力和空气压力差变大，从而提高了天然气喷射气流的穿透力,使得天然气喷射气流可以喷射到气流的深处，促进天然气与空气的混合，从而提高天然气和空气的混合均匀性。
31.由于天然气喷气口的入射角度与文丘里管内壁圆周法线具有一定的夹角，当天然气喷射气流从天然气喷气口喷入空气当中时，高压的天然气气流在穿透空气的过程中于空气不断的混合，将自身的能量传递给空气，从而带动空气一起运动，在天然气与空气混合以后，极大的提高了混合气流的径向速度，从而使混合气流绕丘里管的轴线旋转。由于混合气流具有较大的轴向速度，同时在混合器的作用下，具有了一定的径向速度，使气流具有螺旋前进的状态，这种径向和轴向的复合混合的方式，极大的促进了天然气和空气的混合均匀性。在喉道的进气前端形成了更好的混合后，在喉道的出气后端还需要一个较长的混合腔来对喉道之前形成的旋转气流进行充分的发展，促进气流的混合，提高混合气流的均匀性。该混合腔也即文丘里管的出气扩大端。
32.实施例2：
33.图4为本发明第二实施例立体结构示意图；图5为本发明第二实施例立体剖面结构示意图；图6为本发明第二实施例剖面结构示意图；如图4-6所示，基于实施例1中的技术方
案，喷气口301开设在文丘里管的喉道处，进气口2则设置在喷气口301的正上方并与稳压空腔4连通，在本实施例中，喉道的前部腔室和后部腔室完全对称，稳压空腔4采用对称结构，具有更好的稳定气流的效果，提高了天然气通过每个天然气喷气口301的流量均匀性，使得天然气和空气的混合更加均匀。
34.在保证混合器整体长度不变的前提下，本实施例的混合腔长度变短，即后部腔室空间变小，对于后段的混合有些不利因素。为了补偿混合腔短小带来的混合不均匀的不利因素，适当减小天然气喷气口的喷射角度，通过提高喉道处的天然气混合均匀性，从而保证混合器的整体混合均匀性不会降低。
35.本发明通过将混合器的内部设置为文丘里管、在文丘里管与外壳体之间设置稳压空腔以及在文丘里管进气段的管壁上开设的喷气口，可以使得空气在从文丘里管进气端流向喉道处时，空气流速增加，气压变小，进而与稳压腔中的天然气形成较大的压差，从而带动由喷气口喷射出的天然气进行充分混合，以提高两者的均匀性和融合度；通过将喷气口设置成一定的偏转角，可以改变天然气的喷射方向，以此设计，可以使得高压的天然气气流在穿透空气的过程中与空气不断混合，将自身的能量传递给空气，从而带动空气一起运动，在天然气与空气混合以后，极大的提高了空气气流的径向速度，从而使混合气流绕文丘里管轴线旋转，同时混合气流又具有较大的轴向速度，故使得气流具有螺旋前进的状态，这种径向和轴向的复合混合的方式，极大的促进了天然气和空气的混合均匀性。
36.以上，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种气体混合器，其特征在于，包括：外壳体和文丘里管，所述文丘里管设置在所述外壳体内，所述文丘里管与所述外壳体之间设置有稳压空腔，在所述外壳体上还设置有进气口，且该进气口与所述稳压空腔连通，在所述文丘里管壁上开设有若干相同大小的喷气口，所述喷气口与所述稳压空腔连通，所述喷气口的几何中心在同一个圆上，所述喷气口之间的间距相等。2.根据权利要求1所述的一种气体混合器，其特征在于，所述喷气口开设在所述文丘里管的进气端的收缩段上。3.根据权利要求1所述的一种气体混合器，其特征在于，所述喷气口开设在所述文丘里管的喉道段上。4.根据权利要求1所述的一种气体混合器，其特征在于，所述喷气口的开设方向与所述文丘里管内壁圆过该喷气口的几何中心的法线具有一定的夹角。5.根据权利要求1所述的一种气体混合器，其特征在于，在所述外壳体的两端还设置有连接法兰。6.根据权利要求4所述的一种气体混合器，其特征在于，所述夹角为30
°
。

技术总结
本发明提供一种气体混合器，包括：外壳体和文丘里管，所述文丘里管设置在所述外壳体内，所述文丘里管与所述外壳体之间设置有稳压空腔，在所述外壳体上还设置有进气口，且该进气口与所述稳压空腔连通，在所述文丘里管壁上开设有若干相同大小的喷气口，所述喷气口与所述稳压空腔连通，所述喷气口的几何中心在同一个圆上，所述喷气口之间的间距相等。本发明有效的解决了现有技术中天然气混合器不能对空气及天然气进行有效混合的问题。气及天然气进行有效混合的问题。气及天然气进行有效混合的问题。


技术研发人员：胡志权 张文博 张潇 樊于朝 宋莎莎 董铭
受保护的技术使用者：陕西重型汽车有限公司
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2023/6/16