燃氣發動機用混合器及EGR混合器的製作方法

2023-05-28 07:34:26 2

本實用新型屬於燃氣發動機燃氣系統
技術領域：
，具體涉及燃氣發動機用混合器及EGR混合器。
背景技術：
：排氣再循環(ExhaustGasRecirculation，縮寫EGR)，是指內燃機在燃燒後將排出氣體的一部分分離出、並導入進氣側使其再度燃燒的技術，主要目的為降低排出氣體中的氮氧化物(NOx)與分擔部分負荷時可提高燃料消費率。內燃機在燃燒後排出的氣體中含氧量極低甚至是沒有，此排出氣體與吸氣混合後會使吸氣中氧氣濃度降低，因此會產生下列現象：比大氣更低的含氧量在燃燒時溫度會降低，會抑制氮氧化物(NOx)的產生。燃燒溫度降低時，汽缸與燃燒室壁面、活塞表面的熱能發散會降低，另外因熱解離造成的損失也會有些微降低。隨著排放法規的日趨嚴格及燃油價格的攀升，EGR技術在發動機上的應用越來越廣泛。以往再循環廢氣在進入氣缸前有較長的管路與新鮮空氣混合，且引入的循環廢氣量(EGR率)較低，因此沒有專門設計EGR混合器。現在隨著EGR技術的改進及成熟，循環廢氣量(EGR率)越來越大，同時發動機緊湊性的要求使進氣管路更短，因此利用傳統的方法所獲得的再循環廢氣與新鮮空氣的混合均勻性已經無法再滿足發動機穩定工作的要求了。技術實現要素：本實用新型的目的是解決上述問題，提供兩種集成空氣、廢氣、燃氣三者一起供應的燃氣發動機用混合器以及一種EGR混合器。本實用新型又提供一種燃氣發動機用混合器，包括貫通的混合器體，混合器體的進氣口處設有擾流體，混合器體的出氣口處設有燃氣芯子，擾流體和燃氣芯子之間設有EGR芯子，混合器體上設有廢氣進氣口和燃氣進氣口，EGR芯子與廢氣進氣口連通，燃氣芯子與燃氣進氣口連通。優選地，所述燃氣芯子包括導流環、設置在導流環中的導流柱以及設置於導流環和混合器體內壁之間的通氣柱，導流柱、導流環和通氣柱上均開設有噴孔；導流柱相交於導流環的圓心位置並將導流環分隔為均勻的四個部分，通氣柱將導流環和混合器體之間的空間分隔為均勻的四個部分。優選地，所述導流柱、導流環和通氣柱橫截面均為沿空氣流向由大變小的水滴形，導流柱、導流環和通氣柱均為中空結構，噴孔均勻設置在導流柱、導流環和通氣柱的兩側，噴孔所處位置點的切線與空氣流向平行，且所有噴空位於同一平面上。優選地，所述EGR芯子和燃氣芯子結構相同。優選地，所述混合器體的內壁環狀分布有兩圈噴孔，第一圈噴孔與EGR芯子的噴孔位於同一平面，第二圈噴孔與燃氣芯子的噴孔位於同一平面。優選地，所述EGR芯子的噴孔和第一圈噴孔均與廢氣進氣口連通，燃氣芯子的噴孔和第二圈噴孔均與燃氣進氣口連通。優選地，所述擾流體包括擾流環和傾斜設置在擾流環和混合器體內壁之間的擾流片；擾流片將擾流環和混合器體之間的空間分隔為均勻的六個部分。優選地，所述混合器體上開設有氧傳感器安裝孔、平衡管安裝孔和壓力傳感器安裝孔，氧傳感器安裝孔內安裝有智能氧傳感器，平衡管安裝孔內安裝有平衡管，壓力傳感器安裝孔內安裝有壓力傳感器，智能氧傳感器、平衡管和壓力傳感器均位於EGR芯子和燃氣芯子之間。本實用新型又提供一種燃氣發動機用混合器，包括貫通的混合器體，混合器體的進氣口處設有燃氣芯子，混合器體的出氣口處設有擾流體，燃氣芯子和擾流體之間設有EGR芯子，混合器體上設有廢氣進氣口和燃氣進氣口，EGR芯子與廢氣進氣口連通，燃氣芯子與燃氣進氣口連通；燃氣芯子包括導流環、設置在導流環中的導流柱以及設置於導流環和混合器體內壁之間的通氣柱，導流柱、導流環和通氣柱上均開設有噴孔；導流柱相交於導流環的圓心位置並將導流環分隔為均勻的四個部分，通氣柱將導流環和混合器體之間的空間分隔為均勻的四個部分。本實用新型還提供一種EGR混合器，包括混合器體，混合器體內順著空氣的流動方向設有EGR芯子和擾流體，混合器體上設有廢氣進氣口，廢氣進氣口與EGR芯子連通；EGR芯子包括導流環、設置在導流環中的導流柱以及設置於導流環和混合器體內壁之間的通氣柱，導流柱、導流環和通氣柱上均開設有噴孔；導流柱相交於導流環的圓心位置並將導流環分隔為均勻的四個部分，通氣柱將導流環和混合器體之間的空間分隔為均勻的四個部分。本實用新型的有益效果是：本實用新型所提供的燃氣發動機用混合器，適用於各類型的燃氣發動機，並且混合效率高，使發動機運行更穩定，燃氣利用效率更高。外圍條件的需求比單獨的燃氣混合器、EGR混合器的需求更低，整體成本更低，安全可靠，密封性好，具有良好的市場應用價值。附圖說明圖1是實施例一燃氣發動機用混合器的立體結構示意圖。圖2是實施例一燃氣發動機用混合器的俯視圖。圖3是實施例一燃氣發動機用混合器的仰視圖。圖4是實施例一燃氣發動機用混合器的側視圖。圖5是實施例一燃氣發動機用混合器的縱剖圖。圖6是燃氣芯子的示意圖。圖7是圖4的左視圖。圖8是實施例二燃氣發動機用混合器的立體結構示意圖。圖9是實施例二燃氣發動機用混合器的縱剖圖。圖10是實施例三EGR混合器的立體結構示意圖。圖11是實施例三EGR混合器的縱剖圖。附圖標記說明：1、混合器體；11、進口端蓋；12、出口端蓋；2、擾流體；21、擾流環；22、擾流片；3、EGR芯子；4、燃氣芯子；41、導流環；42、導流柱；43、通氣柱；5、廢氣進氣口；6、燃氣進氣口；7、氧傳感器安裝孔；8、廢氣再循環系統安裝孔；9、平衡管安裝孔；10、壓力傳感器安裝孔。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的說明：實施例一如圖1和圖5所示，本實施例提供的一種燃氣發動機用混合器，包括上下貫通的混合器體1，混合器體1上端為進氣口，下端為出氣口，混合器體1的進氣口處設有擾流體2，出氣口處設有燃氣芯子4，擾流體2和燃氣芯子4之間設有EGR芯子3，混合器體1上設有廢氣進氣口5和燃氣進氣口6，EGR芯子3與廢氣進氣口5連通，EGR芯子用於將廢氣進氣口接入的廢氣噴入混合器體內。燃氣芯子4與燃氣進氣口6連通，燃氣芯子用於將燃氣進氣口接入的燃氣噴入混合器體內。EGR芯子3和燃氣芯子4結構相同，以下以燃氣芯子為例對EGR芯子3和燃氣芯子4作進一步的說明。如圖5和圖6所示，燃氣芯子4包括導流環41、設置在導流環41中的導流柱42以及設置於導流環41和混合器體1內壁之間的通氣柱43，導流柱42、導流環41和通氣柱43橫截面均為沿空氣流向由大變小的水滴形，導流柱42、導流環41和通氣柱43均為中空結構。導流柱42、導流環41和通氣柱43上均開設有噴孔，噴孔均勻設置在導流柱42、導流環41和通氣柱43的兩側截面最寬處，噴孔所處位置點的切線與空氣從上往下的流向平行，且所有噴孔位於同一水平面。兩根導流柱42垂直相交於導流環41的圓心位置並將導流環41分隔為均勻的四個部分，四根通氣柱43將導流環41和混合器體1之間的空間分隔為均勻的四個部分。如圖3所示，EGR芯子3和燃氣芯子4的其區別在於EGR芯子3和燃氣芯子4安裝在混合器體內時兩者在水平面具有45°的夾角，其中EGR芯子3的通氣柱與廢氣進氣口5連通，燃氣芯子4的通氣柱與燃氣進氣口6連通。EGR芯子3和燃氣芯子4的導流柱、導流環和通氣柱的大小和長度可根據實際應用的需求靈活設置，在本實施例中，EGR芯子上的噴孔更靠下，而燃氣芯子的噴孔更靠上。混合器體1的內壁環狀分布有兩圈噴孔，第一圈噴孔與EGR芯子3的噴孔位於同一平面，第二圈噴孔與燃氣芯子4的噴孔位於同一平面。EGR芯子3的噴孔和第一圈噴孔均與廢氣進氣口5連通，燃氣芯子4的噴孔和第二圈噴孔均與燃氣進氣口6連通。如圖1和圖2所示，擾流體2包括擾流環21和傾斜設置在擾流環21和混合器體1內壁之間的擾流片22；擾流片22將擾流環21和混合器體1之間的空間分隔為均勻的六個部分。在混合器體內，導流環、導流柱、通氣柱和混合器體內壁相互形成多個文丘裡管結構，空氣從進氣口進入混合器體內被擾流體打亂，分別進入文丘裡管結構，由於文丘裡效應的作用，噴孔所處的位置空氣流速增加，在該位置同時產生低壓，對噴孔中的氣體產生吸附作用，增加噴孔中噴出氣體的動能，使氣體和空氣混合更加均勻，從而經過該混合器的燃氣、空氣和廢氣具有很高的混合均勻度。如圖4所示，混合器體1上還設有貫通的氧傳感器安裝孔7，氧傳感器安裝孔7內安裝有智能氧傳感器，智能氧傳感器位於EGR芯子3和燃氣芯子4之間，更靠近燃氣芯子4。智能氧傳感器用於檢測混合器體內部氧氣濃度，對廢氣進行閉環控制，使排放的有害物質能有效控制在要求的範圍內，從而提高發動機排放廢氣的利用率。混合器體1上還開設有廢氣再循環系統安裝孔8用於安裝廢氣再循環系統。如圖5和圖7所示，混合器體1上開設有平衡管安裝孔9和壓力傳感器安裝孔10，平衡管安裝孔9位於壓力傳感器安裝孔10上方，平衡管安裝孔9內可接平衡管，壓力傳感器安裝孔10內安裝有壓力傳感器，平衡管和壓力傳感器均位於EGR芯子3和燃氣芯子4之間。平衡管用於增壓壓力控制，壓力傳感器用於檢測廢氣和空氣混合後的混合氣體壓力，作為軟體先期廢氣量的計算參數，以便控制廢氣量，從而提高發動機排放廢氣的利用率。如圖5所示，在實際的生產中，為了便於加工，混合器由澆鑄工藝製得的各部件拼接組成，擾流體為一體成型，包括擾流環、擾流片和擾流體外環，擾流環和擾流體外環為同心圓環且擾流環位於擾流體外環內，擾流片的一端與擾流環外壁相連，另一端與擾流體外環內壁相連，擾流體外環與進口端蓋11鉚壓固定；進口端蓋11與混合器體1通過螺釘固定。如果不考慮加工的原因，擾流體外環可看作混合器體內壁的一部分，擾流片直接與混合器體內壁相連。混合器體1的出氣口處設有出口端蓋12，出口端蓋12與混合器體1通過螺釘固定，出口端蓋12的內徑沿空氣流向逐漸變小。部分空氣沿著混合器體內壁流動的過程中幾乎很少和燃氣發生混合，如果讓這部分氣體通過出氣口排除的話則會降低混合均勻度，沿著混合器體內壁流動的這部分氣體流動到出口端蓋時受阻，在出口端蓋內斜面的作用下可使受阻的氣體產生回流並進行二次混合，進一步提升混合均勻度。對本實用新型的燃氣發動機用混合器的混合均勻性進行分析運算，評估燃氣、空氣和廢氣在燃氣發動機用混合器中的混合情況，分析計算使用SolidWorks、UG等三維製圖軟體生成三維模型，通過轉換成*.igs或*.step格式的文件導入ANSYS中，使用Workbench劃分出空氣和燃氣的流域，使用ICEMCFD生成網格，最終使用FLUENT進行計算，計算模型使用的湍流模型為k-ε兩方程湍流模型，近壁面處採用壁面函數法。計算採用穩態計算，空氣入口、燃氣入口、廢氣入口都給定恆定質量流量邊界，出口設置為恆定壓力邊界，其中空氣成分設定為由79％氮氣和21％氧氣組成，燃氣成分設定為由100％的甲烷組成，廢氣成分設定為由6.8％氧氣、13％二氧化碳、4.6％的水和75.6％的氮氣組成。本次分析計算採用面積加權的氧氣體積含量分布均勻度作為評價標準，如果空氣和廢氣完全混合均勻，這個值應為1，即均勻度b越接近1，說明燃氣和空氣混合得越均勻，氧氣體積含量分布均勻度b為：其中，a為氧氣體積含量平均值：ai為各點氧氣體積含量；si為測量面上各點。採用7L發動機的外特性數據作為邊界條件進行分析計算，如表1所示：方案燃氣質量流量Kg/s空氣品質流量Kg/s廢氣質量流量Kg/s出口壓力kPa10.016490.278680.09839114.120.011940.201790.05448120.4表1在智能氧傳感器檢測口設置截面，計算得到混合均勻度的情況如表2所示：方案截面氧氣混合均勻度出氣口氧氣混合均勻度出氣口燃氣混合均勻度10.984092350.995123680.9620469220.985913520.99485070.95276946表2本實用新型的燃氣發動機用混合器，廢氣從廢氣進氣口通過EGR芯子和混合器體內壁上設置的噴孔噴射至混合器體內部，與通過擾流環擾流之後的空氣進行混合，形成廢氣-空氣混合氣體。廢氣-空氣混合氣體在智能氧傳感器安裝孔的截面上氧氣混合均勻度達到98％以上，從而使得氧氣濃度的檢測值更符合實際。燃氣從燃氣進氣口通過燃氣芯子和混合器體內壁上設置的噴孔噴射混合器體內部，與廢氣-空氣混合氣體進行混合，形成廢氣-空氣-燃氣三種氣體的混合氣體。在出氣口處，氧氣混合均勻度達到99％以上，燃氣混合均勻度達到96％以上，具有良好的市場應用價值。實施例二如圖8和圖9所示，本實施例提供的另一種燃氣發動機用混合器，其與實施例一中的燃氣發動機用混合器的區別僅在於，燃氣芯子4設於混合器體1的進氣口處，擾流體2設於混合器體1的出氣口處，EGR芯子3設於燃氣芯子4和擾流體2之間。EGR芯子3與廢氣進氣口5連通，燃氣芯子4與燃氣進氣口6連通，廢氣進氣口5和燃氣進氣口6的位置根據EGR芯子3和燃氣芯子4的位置調整作適應性改變。實施例三如圖10和圖11所示，本實施例提供的一種EGR混合器，包括混合器體1，混合器體1內順著空氣的流動方向設有EGR芯子3和擾流體2，混合器體1上設有廢氣進氣口5，廢氣進氣口5與EGR芯子3連通。本實施例中的EGR芯子3與實施例一中的燃氣芯子結構相同，包括導流環、設置在導流環中的導流柱以及設置於導流環和混合器體內壁之間的通氣柱，導流柱、導流環和通氣柱上均開設有噴孔；導流柱相交於導流環的圓心位置並將導流環分隔為均勻的四個部分，通氣柱將導流環和混合器體之間的空間分隔為均勻的四個部分。導流柱、導流環和通氣柱橫截面均為沿空氣流向由大變小的水滴形，導流柱、導流環和通氣柱均為中空結構，噴孔均勻設置在導流柱、導流環和通氣柱的兩側，噴孔所處位置點的切線與空氣流向平行，且所有噴空位於同一平面上。混合器體1的內壁環狀分布有一圈噴孔，混合器體的噴孔與EGR芯子3的噴孔位於同一平面。廢氣從廢氣進氣口通過EGR芯子和混合器體內壁上設置的噴孔噴射至混合器體內部，與通過擾流環擾流之後的空氣進行混合，形成廢氣-空氣混合氣體。本領域的普通技術人員將會意識到，這裡所述的實施例是為了幫助讀者理解本實用新型的原理，應被理解為本實用新型的保護範圍並不局限於這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本實用新型公開的這些技術啟示做出各種不脫離本實用新型實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實用新型的保護範圍內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp