一种发动机燃气混合装置及方法与流程

1.本发明涉及发动机配气设备领域，具体涉及一种发动机燃气混合装置及方法。


背景技术：

2.燃气发动机喷射混合器是燃气发动机和电控喷射系统的重要部分。比如天然气发动机、沼气发动机、混合气源发动机等，混合器的作用是使燃气和空气在进入气缸前形成均匀的混合气，由于燃气与空气的密度不同，容易形成混合气浓度分层，导致各缸混合气的空燃比差异较大，使发动机经济性变差，排放超标，严重时会导致发动机出现失火的现象，发动机工作不稳。
3.为了保证发动机稳定可靠运行，目前多采用文丘里管式混合器，将文丘里环嵌设在进气管道上，由文丘里环的喉管处设置开口向文丘里管内供应燃气，但燃气进入混合器后多沿空气进气管道内壁流动，难以向管道中心位置扩散，仍然存在混合器浓度分布不均的问题。中国专利(公开号cn 202628315)中公开了一种天然气发动机高压喷射混合器，在空气进气道嵌入文丘里环后，在文丘里环上设置有多个孔供燃气进入文丘里管内部混合腔，环向布置的多个孔能够提高燃气分布的均匀性；但是，喉部为文丘里管内空气流速高的位置，在此位置输入燃气后，燃气随空气进入出口混合腔，导致燃气仍围绕于空气的外围，导致混合器出口位置中心处燃气含量仍然较低，难以达到所需的混合均匀的效果。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种发动机燃气混合装置及方法，通过设置喷射孔从喉部向混合通道内输入部分燃气，然后结合变径段上的促进孔向靠近出口的混合腔内输入燃气气流，利用燃气气流从低流速区域进一步扰动空气和燃气，促进燃气从外围进入中心区域混合，提高混合均匀度从而保证进入发动机后的充分燃烧。
5.本发明的第一目的是提供一种发动机燃气混合装置，采用以下方案：
6.包括混合器，混合器内设有呈文丘里结构的混合通道，混合通道外圈设有燃气腔，沿混合通道入口到出口方向上，混合通道分为第一变径段、喉部和第二变径段，燃气腔通过喉部设置的喷射孔以及第二变径段设置的促进孔连通混合通道；沿混合通道环向上，促进孔和喷射孔错位布置。
7.进一步地，所述燃气腔围绕混合通道布置，燃气腔上设有用于接入外部燃气供应组件的燃气口。
8.进一步地，所述喷射孔设有多个，多个喷射孔于喉部沿环向分布；促进孔设有多个，多个促进孔于第二变径段沿环向分布。
9.进一步地，所述喷射孔设有多组，每组多个，多组喷射孔沿混合通道轴向依次间隔布置。
10.进一步地，所述促进孔贯穿第二变径段侧壁，促进孔轴线与对应位置处第二变径段法线共线。
11.进一步地，所述促进孔轴线与混合通道轴线呈夹角布置，沿混合通道轴向上，促进孔连通混合通道一端较促进孔连通燃气腔一端靠近混合通道出口。
12.进一步地，所述混合器内设有文丘里管，文丘里管包括对应第一变径段的第一筒段、对应喉部的第二筒段和对应第二变径段的第三筒段，第一筒段和第三筒段均为圆截面渐变筒结构。
13.进一步地，所述混合器对应混合通道入口设有第一法兰、对应混合通道出口设有第二法兰、对应燃气腔的燃气口设有第三法兰，第一法兰、第二法兰和第三法兰的端面上均配合有密封圈。
14.本发明的第二目的是提供一种利用如第一目的所述发动机燃气混合装置的工作方法，包括：
15.混合通道入口接入空气源，燃气腔接入燃气源；
16.部分燃气经过喉部的喷射孔进入混合通道内与喉部空气初步混合，并流动至第二变径段内扩散二次混合；
17.部分燃气经过第二变径段的促进孔进入混合通道内，在与空气混合的同时，扰动二次混合的空气和燃气；
18.通过混合通道出口输出空气和燃气充分混合后的混合气。
19.进一步地，促进孔使燃气气流倾斜射入第二变径段对应的混合通道内，从环向多个位置对空气和燃气进行扰动。
20.与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
21.(1)针对目前发动机进气管混合器混合均匀度差影响发动机工作稳定的问题，通过设置喷射孔从喉部向混合通道内输入部分燃气，然后结合变径段上的促进孔向靠近出口的混合腔内输入燃气气流，利用燃气气流从低流速区域进一步扰动空气和燃气，促进燃气从外围进入中心区域混合，提高混合均匀度从而保证进入发动机后的充分燃烧。
22.(2)倾斜设置促进孔，使燃气相对于混合通道轴线倾斜射入第二变径段内，将第二变径段内的空气和燃气进行扰动，冲散高浓度位置燃气、补充低浓度位置燃气，以气流形式促进燃气扩散至中心区域，也通过气流输入燃气进入中心区域，使燃气与空气能够充分混合，满足混合均匀度需求。
23.(3)促进孔倾斜布置，顺应混合通道内气体的流向，避免削弱混合通道内气体的流速；促进孔与喷射孔错位布置，促进孔能够将燃气输送至喷射孔输入燃气后的未扩散区域，保证燃气输入空气的覆盖范围，有助于燃气在空气中的扩散混合。
附图说明
24.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
25.图1为本发明实施例1或2中发动机燃气混合装置的结构示意图。
26.图中，1第一法兰、2混合器、3文丘里管、4第三法兰、5混合通道、6第二法兰、7促进孔、8喷射孔。
具体实施方式
27.实施例1
28.本发明的一个典型实施例中，如图1所示，给出一种发动机燃气混合装置。
29.如图1所示发动机燃气混合装置，用于燃气发动机的进气管位置，促进进气管位置燃气和空气的混合，提高混合气内燃气和空气的混合均匀度，调整空燃比满足燃气发动机的稳定运行需求，适用于沼气、伴生气、天然气等多种气源成分。
30.发动机燃气混合装置主要包括混合器2、文丘里管3、法兰和密封圈，混合器2为t型三通式结构，三个开口位置分别配合有法兰，通过法兰便于与外部管路对接连通。每个法兰上均配合有对应的密封圈，保证法兰对接外部管路时的密封性。文丘里管3布置在混合器2内部通道内，使得混合器2内部形成文丘里结构的混合通道5以及位于混合通道5外的燃气腔。
31.如图1所示，文丘里管3将混合器2内部分隔为燃气腔和混合通道5，法兰可以通过连接件安装于混合器2上，并对应混合器2的开口位置分布。对应燃气腔入口的燃气进口为第三法兰4，对应混合通道5入口位置为第一法兰1，对应混合通道5出口位置为第二法兰6。t型直通管两端分别为对应第一法兰1所处位置的空气进口和对应第二法兰6所处位置的混合气出口，混合器2体预留有测量燃气压力和温度的连接座孔，并与混合器2内部空腔相通。
32.可以理解的是，在其他实施方式中，混合通道5端部、燃气腔入口位置可以设置为螺纹对接结构等，能够建立外部管路与混合器2的连通关系，并保持结合位置的密封性即可。
33.混合器2内部的文丘里管3作为混合器2的阀芯，利用文丘里管3促进燃气和空气的混合，文丘里管3端部与混合器2内部侧壁贴合，使得燃气腔和文丘里管3内部混合通分隔，法兰通过其上加工的安装孔装于混合器2。
34.具体的，本实施例中，第一法兰1设有沉头孔，用于安装与混合器2相连的螺栓，同时，第一法兰1上设有通孔，用于连接发动机空气管路的法兰。
35.第三法兰4设有沉头孔，用于安装与混合器2相连的螺栓，同时，第三法兰4上设有通孔，用于连接发动机燃气管路的法兰。
36.第二法兰6设有沉头孔，用于安装与混合器2相连的螺栓，同时，第二法兰6上设有通孔，用于连接发动机混合气进气管路的法兰。
37.混合器2上设有放置o型密封圈的凹槽和固定法兰的螺纹盲孔。
38.如图1所示，混合器2内设有呈文丘里结构的混合通道5，混合通道5外圈设有燃气腔，沿混合通道5入口到出口方向上，混合通道5分为第一变径段、喉部和第二变径段，燃气腔通过喉部设置的喷射孔8以及第二变径段设置的促进孔7连通混合通道5。
39.可以理解的是，对于混合通道5的组成，文丘里管3焊于混合器2内，其形状为中间细两端粗，第一变径段内部作为空气腔，第二变径段内部为混合气腔。空气腔与混合气腔通过喉部相连通，燃气腔通过文丘里管3上的通孔连通混合通道5。
40.文丘里管3包括对应第一变径段的第一筒段、对应喉部的第二筒段和对应第二变径段的第三筒段，第一筒段和第三筒段均为圆截面渐变筒结构。
41.如图1所示，第一筒段为沿轴向截面呈等腰梯形的喇叭状圆筒，第三筒段同样为轴向截面呈等腰梯形的喇叭状圆筒，可以理解的是，为了保证其混合效果，可以将第三筒段的
轴向长度适当延长，使第三筒段的轴向长度大于第一筒段的轴向长度。
42.结合图1所示，燃气腔通过喉部的喷射孔8和第二变径段的促进孔7连通混合通道5，并且，为了提高混合效果，沿混合通道5环向上，促进孔7和喷射孔8错位布置。
43.对此，促进孔7能够将燃气输送至喷射孔8输入燃气后的未扩散区域，保证燃气输入空气的覆盖范围，有助于燃气在空气中的扩散混合。
44.对于喉部喷射孔8的布置，燃气腔围绕混合通道5布置，燃气腔上设有用于接入外部燃气供应组件的燃气口，燃气腔通过喉部的多个喷射孔8连通混合通道5，喷射孔8设有多个，多个喷射孔8于喉部沿环向分布；促进孔7设有多个，多个促进孔7于第二变径段沿环向分布。
45.喷射孔8设有多组，每组多个，多组喷射孔8沿混合通道5轴向依次间隔布置；本实施例中，喷射孔8设有两组，孔径为8mm，以喉径为中心，呈阵列状分布，均布10处。在其他实施方式中，可以根据需求增加或减少每组喷射孔8的数量、喷射孔8组数、喷射孔8孔径以及调整喷射孔8形状等参数。
46.另外，对于促进孔7，促进孔7贯穿第二变径段侧壁，促进孔7轴线与对应位置处第二变径段法线共线。
47.促进孔7轴线与混合通道5轴线呈夹角布置，沿混合通道5轴向上，促进孔7连通混合通道5一端较促进孔7连通燃气腔一端靠近混合通道5出口；倾斜设置促进孔7，使燃气相对于混合通道5轴线倾斜射入第二变径段内，将第二变径段内的空气和燃气进行扰动，冲散高浓度位置燃气、补充低浓度位置燃气，以气流形式促进燃气扩散至中心区域，也通过气流输入燃气进入中心区域，使燃气与空气能够充分混合，满足混合均匀度需求。
48.本实施例中，如图1所示，促进孔7与混合通道5入口端的夹角呈锐角，促进孔7倾斜布置，顺应混合通道5内气体的流向，避免削弱混合通道5内气体的流速。
49.使用该混合气后，整体混合气流量可提升2～3倍，发动机性能可提升10％～20％，空气和燃气比例能够得到有效调节，同时，根据控制系统的调整，能够适用于多种气源。
50.通过多组喷射孔8和多个促进孔7的设计方式，能够更有效的提升燃气喷射量，第二变径段处促进孔7的设置，能够充分利用燃气形成的气流，更好的使燃气与空气混合均匀，对发动机缸内燃烧的稳定性，起到了良好的促进作用。
51.实施例2
52.本发明的另一典型实施方式中，如图1所示，给出一种发动机燃气混合装置的工作方法。
53.基于如实施例1中的发动机燃气混合装置，工作过程如下：
54.混合通道5入口接入空气源，燃气腔接入燃气源；
55.部分燃气经过喉部的喷射孔8进入混合通道5内与喉部空气初步混合，并流动至第二变径段内扩散二次混合；
56.部分燃气经过第二变径段的促进孔7进入混合通道5内，在与空气混合的同时，扰动二次混合的空气和燃气；促进孔7使燃气气流倾斜射入第二变径段对应的混合通道5内，从环向多个位置对空气和燃气进行扰动。
57.通过混合通道5出口输出空气和燃气充分混合后的混合气。
58.可以理解的是，通过设置喷射孔8从喉部向混合通道5内输入部分燃气，然后结合
变径段上的促进孔7向靠近出口的混合腔内输入燃气气流，利用燃气气流从低流速区域进一步扰动空气和燃气，促进燃气从外围进入中心区域混合，提高混合均匀度从而保证进入发动机后的充分燃烧。
59.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种发动机燃气混合装置，其特征在于，包括混合器，混合器内设有呈文丘里结构的混合通道，混合通道外圈设有燃气腔，沿混合通道入口到出口方向上，混合通道分为第一变径段、喉部和第二变径段，燃气腔通过喉部设置的喷射孔以及第二变径段设置的促进孔连通混合通道；沿混合通道环向上，促进孔和喷射孔错位布置。2.如权利要求1所述的发动机燃气混合装置，其特征在于，所述燃气腔围绕混合通道布置，燃气腔上设有用于接入外部燃气供应组件的燃气口。3.如权利要求1所述的发动机燃气混合装置，其特征在于，所述喷射孔设有多个，多个喷射孔于喉部沿环向分布；促进孔设有多个，多个促进孔于第二变径段沿环向分布。4.如权利要求1所述的发动机燃气混合装置，其特征在于，所述喷射孔设有多组，每组多个，多组喷射孔沿混合通道轴向依次间隔布置。5.如权利要求1所述的发动机燃气混合装置，其特征在于，所述促进孔贯穿第二变径段侧壁，促进孔轴线与对应位置处第二变径段法线共线。6.如权利要求5所述的发动机燃气混合装置，其特征在于，所述促进孔轴线与混合通道轴线呈夹角布置，沿混合通道轴向上，促进孔连通混合通道一端较促进孔连通燃气腔一端靠近混合通道出口。7.如权利要求1所述的发动机燃气混合装置，其特征在于，所述混合器内设有文丘里管，文丘里管包括对应第一变径段的第一筒段、对应喉部的第二筒段和对应第二变径段的第三筒段，第一筒段和第三筒段均为圆截面渐变筒结构。8.如权利要求1所述的发动机燃气混合装置，其特征在于，所述混合器对应混合通道入口设有第一法兰、对应混合通道出口设有第二法兰、对应燃气腔的燃气口设有第三法兰，第一法兰、第二法兰和第三法兰的端面上均配合有密封圈。9.一种利用如权利要求1-8任一项所述的发动机燃气混合装置的工作方法，其特征在于，包括：混合通道入口接入空气源，燃气腔接入燃气源；部分燃气经过喉部的喷射孔进入混合通道内与喉部空气初步混合，并流动至第二变径段内扩散二次混合；部分燃气经过第二变径段的促进孔进入混合通道内，在与空气混合的同时，扰动二次混合的空气和燃气；通过混合通道出口输出空气和燃气充分混合后的混合气。10.如权利要求9所述的工作方法，其特征在于，促进孔使燃气气流倾斜射入第二变径段对应的混合通道内，从环向多个位置对空气和燃气进行扰动。

技术总结
本发明提供一种发动机燃气混合装置及方法，涉及发动机配气设备领域，针对目前发动机进气管混合器混合均匀度差影响发动机工作稳定的问题，通过设置喷射孔从喉部向混合通道内输入部分燃气，然后结合变径段上的促进孔向靠近出口的混合腔内输入燃气气流，利用燃气气流从低流速区域进一步扰动空气和燃气，促进燃气从外围进入中心区域混合，提高混合均匀度从而保证进入发动机后的充分燃烧。保证进入发动机后的充分燃烧。保证进入发动机后的充分燃烧。


技术研发人员：张旭 王磊 姚鹏 马世学 张伟
受保护的技术使用者：中国石油集团济柴动力有限公司
技术研发日：2022.08.01
技术公布日：2023/5/23