天然气发动机及其混合装置

技术领域

本发明涉及发动机领域，具体地涉及一种天然气发动机的混合装置，并且涉及一种天然气发动机。

背景技术

采用进气歧管喷射方式的多点喷射天然气发动机，由于天然气喷射的位置离气缸盖较近，这样进入气缸之前，天然气与空气只有较短的时间进行混合。如果不采用一种较好的混合装置，容易使天然气与空气在混合不均匀的情况下进入燃烧室，导致混合气燃烧不充分，效率降低、排温过高等问题，严重的情况下还可能发生发动机失火、拉缸等后果。

目前解决该技术问题的技术方案为设计燃气喷管并在喷管上钻多个小孔，让天然气从小孔中喷出，从而达到天然气与空气混合的目的。这种方案虽然可以使天然气与空气混合，但是由于高压天然气从小孔中喷出后会向周边分散，这样会使周边位置的空气与天然气混合的较好，但是进气歧管中心位置混合的较差，最终导致进入气缸的混合气混合不均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种天然气发动机的混合装置，以解决天然气和空气混合不均匀的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种天然气发动机的混合装置，其中，所述混合装置包括空气管路、天然气管路、进气歧管和导流件，所述进气歧管连通于所述空气管路，所述导流件包括连通于所述天然气管路的导流管和设置在所述进气歧管中的旋流管，所述导流管延伸穿过所述进气歧管并横向插入所述旋流管，所述导流管的出口朝向偏离所述旋流管的中心轴线以使得天然气在所述旋流管中形成涡流。

可选择的，所述旋流管的延伸方向与所述进气歧管的延伸方向相同。

可选择的，所述旋流管和所述进气歧管同轴设置。

可选择的，所述天然气管路和所述空气管路彼此平行。

可选择的，所述导流管包括连接于所述天然气管路并穿过所述进气歧管、所述旋流管的直管段和位于所述旋流管中的弯管段。

可选择的，所述直管段的中心轴线和所述弯管段的中心轴线位于垂直于所述旋流管的中心轴线的同一平面中。

可选择的，所述混合装置包括设置在所述天然气管路上的喷射阀，所述导流管连接于所述喷射阀。

可选择的，所述导流管通过法兰可拆卸地连接于所述喷射阀。

可选择的，所述混合装置包括连接于所述空气管路的多个所述进气歧管。

另一方面，本发明还提供了一种天然气发动机，其中，所述天然气发动机包括以上方案所述的天然气发动机的混合装置。

通过上述技术方案，设置在进气歧管中的旋流管可以使得天然气形成涡流，保证天然气和空气更充分地混合，提高混合的均匀度，混合气在燃烧室内可以更充分的燃烧，提高了发动机效率，并且减小了发动机失火、拉缸等严重问题出现的概率。

附图说明

图1是本发明实施方式所述的天然气发动机的混合装置的结构示意图；

图2是本发明实施方式所述的天然气发动机的剖视图，其中进气歧管连通于缸盖；

图3是本发明实施方式所述的导流件的结构示意图；

图4是本发明实施方式所述的导流件的剖视图；

图5是本发明实施方式所述的旋流管处的天然气分布图；

图6是本发明实施方式所述的进气歧管出口处的天然气分布图；

图7是本发明实施方式所述的旋流管处的流线分布图。

附图标记说明

1 天然气管路 2 喷射阀

3 空气管路 4 导流管

5 旋流管 6 缸盖

7 进气歧管 8 法兰

41 直管段 42 弯管段

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种天然气发动机的混合装置，其中，所述混合装置包括空气管路3、天然气管路1、进气歧管7和导流件，所述进气歧管7连通于所述空气管路3，所述导流件包括连通于所述天然气管路1的导流管4和设置在所述进气歧管7中的旋流管5，所述导流管4延伸穿过所述进气歧管7并横向插入所述旋流管5，所述导流管4的出口朝向偏离所述旋流管5的中心轴线以使得天然气在所述旋流管5中形成涡流。

进气歧管7连接于空气管路3，其延伸方向对应于空气管路3的径向方向，当然也可以通过夹角角度连通于空气管路3，例如切向；空气管路3的一端可以作为空气的入口，另一端可以封闭。

导流件用于连通天然气管路1和进气歧管7，以将天然气管路1中的天然气导入到进气歧管7中，实现天然气和空气的混合。

导流件包括导流管4，其与天然气管路1连通，并延伸到进气歧管7的内部，导流件还包括旋流管5，导流管4插入到旋流管5中，即其穿过旋流管5的管壁，并且其出口朝向与旋流管5的中心轴线相偏离，从导流管4喷射出的气流可以吹向旋流管5的内壁，并进一步地沿着旋流管5的内周面作圆周运动，从而形成涡流。

其中，旋流管5的长度相对较小，可以略大于导流管4的外径，使得导流管4喷射出的气体可以全部在旋流管5中形成涡流。

从空气管路3进入到进气歧管7中的空气可以与旋流管5中的涡流相互作用，使得空气和天然气更充分地混合，提高了空气和天然气的混合均匀度。

在本方案中，设置在进气歧管中的旋流管可以使得天然气形成涡流，保证天然气和空气更充分地混合，提高混合的均匀度，混合气在燃烧室内可以更充分的燃烧，提高了发动机效率，并且减小了发动机失火、拉缸等严重问题出现的概率。

可选择的，所述旋流管5的延伸方向与所述进气歧管7的延伸方向相同。如图2所示，旋流管5沿着进气歧管7的延伸方向而延伸，空气进入进气歧管7后沿其延伸方向而流动，流动方向与旋流管5的延伸方向保持相同，从而可以更直接地流动穿过旋流管5，以与其中的涡流充分地接触混合。当然，在其他实施方式中，旋流管5的延伸方向可以与进气歧管7的延伸方向存在夹角，但这样的混合效果相对地差一些。

进一步的，所述旋流管5和所述进气歧管7同轴设置。旋流管5设置在进气歧管7的中心位置，进气歧管7中的部分空气穿过旋流管5后，混合气体围绕中心轴线向外扩张，以进一步与周围的空气混合。

其中，所述天然气管路1和所述空气管路3彼此平行。参考图1所示，天然气管路1和空气管路3彼此并排，天然气管路1的入口位于图1的左侧，空气管路3的入口位于图1的右侧，即天然气的流动方向与空气的流动方向相反。两个气体管路并排，可以节省空间，便于空间布置；当然，在其他实施方式中，两个气体管路也可以形成为其他角度或其他布置方式，只要可以允许通过导流件将天然气导入连接于空气管路3的进气歧管7即可。

具体的，所述导流管4包括连接于所述天然气管路1并穿过所述进气歧管7、所述旋流管5的直管段41和位于所述旋流管5中的弯管段42。如图4所示，导流管4大致包括两部分，即直管段41和弯管段42，直管段41作为输送气体的主体部分，弯管段42可以改变直管段41的朝向，使得气流方向偏离旋流管5的中心轴线。在其他实施方式中，为了实现气体的输送，直管段41也可以为其他形状，例如弯曲形状，其中，本方案旨在强调穿过旋流管5的这一段的形状大致为直管或近似为直管(长度较短的弯管，弯曲形状不明显)，为了便于插入并固定(例如，焊接连接、粘接等)于旋流管5的管壁处，其朝向为径向方向，因此需要设置弯管段42，以改变出口朝向。

进一步的，所述直管段41的中心轴线和所述弯管段42的中心轴线位于垂直于所述旋流管5的中心轴线的同一平面中。弯管段42的出口的朝向与旋流管5的中心轴线垂直，弯管段42的出口朝向与小于管5的内径的一个同心圆相切。

另外，所述混合装置包括设置在所述天然气管路1上的喷射阀2，所述导流管4连接于所述喷射阀2。喷射阀2用于控制天然气管路1的喷射气流，例如开启和断开以及气流流速等。

进一步的，所述导流管4通过法兰8可拆卸地连接于所述喷射阀2。参考图3和图4所示，导流管4的入口端连接有法兰8，法兰8可以通过螺接的方式连接于喷射阀2，实现导流件与喷射阀2的可拆卸连接。

可选择的，所述混合装置包括连接于所述空气管路3的多个所述进气歧管7。空气管路3上连接有沿径向延伸的多个进气歧管7，这些进气歧管7可以等间隔排列，并且可以连通于发动机的缸盖，以将混合气输送到缸盖中。相应的，天然气管路1连接有多个喷射阀2以及多个导流件，以将天然气分别导入到每一个进气歧管7中。

图5-图7为AVL-FIRE软件计算得出的天然气分布图，图5显示了旋流管处的天然气与空气的混合情况，图6显示了进气歧管的出口处的天然气与空气的混合情况，图7显示了旋流管处的流线分布，可以看出，由于设置了旋流管5，使得天然气形成涡流，可以更好地与空气混合。

另外，本发明还提供了一种天然气发动机，其中，所述天然气发动机包括以上方案所述的天然气发动机的混合装置。所述混合装置可以通过进气歧管7连通于天然气发动机的缸盖6，以向发动机中输送混合气。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。