CN104018956B - 一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置 - Google Patents
一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的在于提供一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置，包括进气道、外支撑板、中心支撑板、叶片、喷管、导流管，外支撑板的中部设置孔，外支撑板安装在进气道上，外支撑板的孔位于进气道里，中心支撑板位于孔里，叶片的两端分别安装在外支撑板和中心支撑板上，喷管为拉法尔喷管，拉法尔喷管包括渐缩喷管和渐扩喷管，渐扩喷管通过其内螺纹安装在渐缩喷管小端的外螺纹外，渐缩喷管的小端和渐扩喷管的小端安装在中心支撑板中部的圆孔里，导流管的上端部安装在进气道上，导流管的下端部位于进气道里。本发明能够有效改善歧管多点喷射式气体/双燃料发动机的燃烧质量，提高发动机燃料经济性，降低发动机尾气排放。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种气体/双燃料发动机，具体地说是气体/双燃料发动机的进气装置。
背景技术
天然气是一种资源丰富、低碳环保的绿色能源，以天然气作为发动机燃料是能够同时缓解当前能源短缺和环境污染问题的重要技术措施。天然气发动机按照燃料使用方式来划分，主要有两种：单一气体燃料发动机和双燃料发动机。按照天然气供气方式可分为：缸外供气、缸内供气和复合供气方式。缸外供气方式由于对供气***的要求低，因此应用最为普遍，它又包括单点供气方式和多点喷射方式。对于单点供气方式，通常将文丘里管或比例式机械混合器安装在进气总管上，来控制空气和燃气按照固定的比例供应和混合，虽然单点供气方式具有混合气形成时间长，燃气与空气混合较为均匀，***结构简单和成本低等优点，但是单点喷射方式无法实现空燃比的精确控制，各缸燃料分配一致性较差，对发动机的工况变化反应较慢，存在扫气损失，发动机污染物排放和热负荷都较高，并容易引起进气管爆燃等问题。而歧管多点燃气喷射方式可以有效缓解上述问题，因此将逐渐替代单点方式。但是试验研究表明，与进气总管单点供气相比，歧管多点燃气喷射方式燃气与空气混合时间短，混合不均匀，随着发动机负荷增加或燃气喷射量的增加，发动机HC排放和排气温度增加较为明显，如果不解决燃料与空气的混合问题将不利于发动机实现节能减排和可靠性的提高。而文丘里管和机械混合器由于其结构尺寸和发动机安装空间限制，在进气歧管上安装非常不便。
发明内容
本发明的目的在于提供气体燃料和空气在进入发动机气缸之前，在进气道内实现充分混合的一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置，其特征是：包括进气道、外支撑板、中心支撑板、叶片、喷管、导流管，外支撑板的中部设置孔，外支撑板安装在进气道上，外支撑板的孔位于进气道里，孔的形状与进气道截面形状相同，中心支撑板位于孔里，叶片的两端分别安装在外支撑板和中心支撑板上，喷管为拉法尔喷管，拉法尔喷管包括渐缩喷管和渐扩喷管，渐缩喷管的小端设置外螺纹，渐扩喷管的小端设置内螺纹，渐扩喷管通过其内螺纹安装在渐缩喷管小端的外螺纹外，渐缩喷管的小端和渐扩喷管的小端安装在中心支撑板中部的圆孔里，导流管的上端部安装在进气道上，导流管的下端部位于进气道里。
本发明还可以包括：
1、叶片整体呈山脊形结构，自中心支撑板向外支撑板方向成扇形，叶片的脊线两侧加工有倒鱼鳞状小孔，相邻叶片之间形成三角缩口通道，叶片的脊线与外支撑板和内支撑板在同一平面内。
2、渐缩喷管的大端和渐扩喷管的大端的直径不大于中心支撑板外圆直径。
3、渐缩喷管的小端和渐扩喷管的小端均设置腰孔，渐缩喷管的小端位于渐扩喷管的小端里时，两个腰孔重合。
4、导流管的下端部为直管，直管的中心线与进气道的中心线重合，直管的末端封闭，直管的管壁上设置有喷气孔，喷气孔产生的喷气流束方向与进气道的空气来流方向相垂直。
本发明的优势在于：本发明能够有效改善歧管多点喷射式气体/双燃料发动机的燃烧质量，提高发动机燃料经济性，降低发动机尾气排放。
附图说明
图1为本发明的部分等轴视图；
图2为本发明的部分正视图；
图3为本发明的部分侧视图；
图4a为本发明喷管的结构图a，图4b为本发明喷管的结构图b；
图5为本发明的整体装配图；
图6为本发明应用于圆形进气道的部分等轴视图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1～6，本发明的技术方案是这样实现的，一种多点喷射式气体/双燃料发动机歧管燃气与空气混合装置由外支撑板1、中心支撑板2、叶片3和喷管4构成。其特征是：外支撑板1是厚度为1.5-2毫米的薄钢板，外支撑板1上加工有与进气歧管13内腔和进气道17入口形状和尺寸相同的孔，这样结构能够保证混合装置有效流通面积满足发动机的进气量要求，该孔在周向方向与叶片3的末端连接，对叶片3起到固定作用，叶片3与外支撑板1之间采用焊接的方式进行连接，外支撑板的外边缘加工有螺栓孔6，外支撑板1的薄金属板结构能够确保混合装置方便的安装在进气歧管13与缸盖之间，不会占用过多的发动机安装空间。
中心支撑板2为圆形，厚度为1.5-2mm的钢板，中心支撑板2上加工有圆孔，圆孔用于安装拉法尔喷管4，拉法尔喷管4由一段渐缩喷管7和一段渐扩形喷管10构成，两段喷管分别安装在中心支撑板2的两侧，渐缩喷管7和渐扩喷管10分别带有一段直管8和11，渐缩形喷管7的直管段8加工有外螺纹，而渐扩形喷管10直管段11加工有内螺纹，通过螺纹连接方式将渐缩喷管7和渐扩喷管10装夹在中心支撑板2上，实现连接和固定，为了防止发动机在工作过程中振动导致两段喷管的脱落，在渐缩喷管7和渐扩喷管10上还分别加工有两段腰孔9和12，利用铆接的方式将两段喷管固定在一起。
在中心支撑板2的外沿周向均布多个叶片3，叶片3通过焊接方式与中心支撑板2连接，叶片3末端与外支撑板1上孔的内边缘连接，叶片3的脊线与外支撑板1和内支撑板2在同一平面内，所述叶片3自中心支撑板2向外支撑板1方向成扇形，叶片3整体呈山脊形结构，脊线两侧加工有多个倒鱼鳞状小孔5，每两个叶片3之间形成一个三角缩口通道。
拉法尔喷管4的渐缩形喷管7入口直径和渐扩形喷管10出口直径均不大于中心支撑板的外圆直径，可增加装置的有效流通面积。
燃气与空气混合装置安装在进气歧管和发动机缸盖之间时，山脊形叶片3的脊线面对进气的来流方向，即燃气和空气混合气一部分通过倒鱼鳞结构的孔5进行弥撒和混合，另一部分在撞击到叶片3壁面后沿着叶片表面流动，与另一侧壁面的气流、流经三角缩口通道的气流以及喷管4出口气流发生撞击和掺混，实现大速度梯度的多尺度撞击和混合。
燃气喷嘴14带有导流管15，导流管15上一段直管的中心线与进气歧管的中心线近似重合，与进气管中心线近似重合的一段导流末端封闭，管壁上加工有多个喷气孔16，并且这段管路尽量远离混合装置，燃气喷射后在与空气进行初步混合后再利用混合装置进行混合。
本发明装置由外支撑板1、中心支撑板2、叶片3和喷管4构成。外支撑板1与中心支撑板2均为具有一定厚度的薄金属板；中心支撑板2装有一个拉法尔喷管4；中心支撑板2的外沿周向均布多个叶片3；叶片3的末端与外支撑板1相连接。
外支撑板1为1.5-2mm厚的薄钢板，外支撑板1上开有孔，孔的形状和尺寸与进气歧管内腔和进气道入口一致，外支撑板1上还加工有螺栓孔6。混合装置的薄金属板结构能够确保其方便地安装在进气歧管与缸盖之间，不会占用过多的发动机安装空间。
中心支撑板2为圆形，厚度为1.5-2mm的钢板，中心支撑板2上加工有圆孔，圆孔两侧分别装有渐缩喷管7和渐扩形喷管10，构成一拉法尔喷管4，渐缩喷管7和渐扩喷管10通过螺纹连接装夹在中心支撑板2两侧，并通过铆接方式防止两段喷管脱落。
在中心支撑板2的外部边缘均布多个叶片3，叶片3的末端与外支撑板1连接，叶片3的脊线与外支撑板1和内支撑板2在同一平面内。所述叶片3为厚度为1mm的薄钢片，其形状为自中心支撑板2向外支撑板1方向成扇形，叶片3整体呈山脊形结构，脊线两侧加工有多个倒鱼鳞状小孔5，每两个叶片3之间形成一个三角缩口通道。
拉法尔喷管4进出口直径不超过中心支撑板的外圆直径，避免对流向叶片气流的干扰。
Claims (9)
1.一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置，其特征是：包括进气道、外支撑板、中心支撑板、叶片、喷管、导流管，外支撑板的中部设置孔，外支撑板安装在进气道上，外支撑板的孔位于进气道里，孔的形状与进气道截面形状相同，中心支撑板位于孔里，叶片的两端分别安装在外支撑板和中心支撑板上，喷管为拉法尔喷管，拉法尔喷管包括渐缩喷管和渐扩喷管，渐缩喷管的小端设置外螺纹，渐扩喷管的小端设置内螺纹，渐扩喷管通过其内螺纹安装在渐缩喷管小端的外螺纹外，渐缩喷管的小端和渐扩喷管的小端安装在中心支撑板中部的圆孔里，导流管的上端部安装在进气道上，导流管的下端部位于进气道里。
2.根据权利要求1所述的一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置，其特征是：叶片整体呈山脊形结构，自中心支撑板向外支撑板方向成扇形，叶片的脊线两侧加工有倒鱼鳞状小孔，相邻叶片之间形成三角缩口通道，叶片的脊线与外支撑板和内支撑板在同一平面内。
3.根据权利要求1或2所述的一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置，其特征是：渐缩喷管的大端和渐扩喷管的大端的直径不大于中心支撑板外圆直径。
4.根据权利要求1或2所述的一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置，其特征是：渐缩喷管的小端和渐扩喷管的小端均设置腰孔，渐缩喷管的小端位于渐扩喷管的小端里时，两个腰孔重合。
5.根据权利要求3所述的一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置，其特征是：渐缩喷管的小端和渐扩喷管的小端均设置腰孔，渐缩喷管的小端位于渐扩喷管的小端里时，两个腰孔重合。
6.根据权利要求1或2所述的一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置，其特征是：导流管的下端部为直管，直管的中心线与进气道的中心线重合，直管的末端封闭，直管的管壁上设置有喷气孔，喷气孔产生的喷气流束方向与进气道的空气来流方向相垂直。
7.根据权利要求3所述的一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置，其特征是：导流管的下端部为直管，直管的中心线与进气道的中心线重合，直管的末端封闭，直管的管壁上设置有喷气孔，喷气孔产生的喷气流束方向与进气道的空气来流方向相垂直。
8.根据权利要求4所述的一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置，其特征是：导流管的下端部为直管，直管的中心线与进气道的中心线重合，直管的末端封闭，直管的管壁上设置有喷气孔，喷气孔产生的喷气流束方向与进气道的空气来流方向相垂直。
9.根据权利要求5所述的一种多点喷射式气体/双燃料发动机燃气与空气预混装置，其特征是：导流管的下端部为直管，直管的中心线与进气道的中心线重合，直管的末端封闭，直管的管壁上设置有喷气孔，喷气孔产生的喷气流束方向与进气道的空气来流方向相垂直。
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