ГАЗОВЫЙ СМЕСИТЕЛЬ
GAS MIXER

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящая заявка относится к технической области газовых смесителей для двигателей на топливном газе и, в частности, к газовому смесителю.
Уровень техники
[0002] Однородность смешивания природного газа, воздуха и рециркулирующих выхлопных газов (EGR) имеет значительное влияние на динамическую характеристику, экономическую характеристику и характеристику выбросов для двигателей на природном газе. Во время процесса впуска для двигателя, в случае, когда смешанный газ неравномерно распределяется, и объем смешанного газа, распределяемый в каждый цилиндр через впускную трубу, является нестабильным, это может неизбежно вести к проблемам, таким как неравномерная работа, детонация и пропуски зажигания в каждом цилиндре двигателя. Следовательно, неоднородность смешанного газа является одним из важных показателей для оценки смесителя. С обновлением норм выбросов в атмосферу требование для доли EGR становится все выше и выше. В настоящее время, импульсные системы выхлопа широко используются для увеличения доли EGR. Если смешивание EGR является неравномерным, неустойчивая работа двигателя на природном газе дополнительно ухудшается. Следовательно, более высокие требования выдвигаются для равномерности смешивания секции EGR.
[0003] Потеря давления является одним из показателей оценки системы впуска, главным образом, поскольку значительное сопротивление на впуске непосредственно влияет на эффективность заряда для двигателя, что дополнительно влияет на объем всасываемого воздуха для двигателя. В процессе впуска для двигателя, в случае, когда потеря давления смесителя является чрезмерной, может возникать плохая характеристика экономии топлива для двигателя. Следовательно, когда оценивается эффект смесителя, сопротивление смесителя также является одним из представляющих интерес звеньев.
[0004] Традиционные конструкции смесителя, главным образом, делятся на два типа. Один тип должен предусматривать инжекционные трубы для природного газа и инжекционные трубы для EGR внутри смесителя, и природный газ и EGR вводятся в каналы внутри смесителя, чтобы завершать смешивание с воздухом. Недостатком такого типа является то, что инжекционные трубы для природного газа и инжекционные трубы для EGR являются очень простыми по форме, обычно это цельные круглые прямые трубы или каплеобразные прямые трубы. Смешивающий сердечник имеет сужающуюся деталь в позиции зоны для смешивания EGR, которая используется для ускорения воздушного потока, проходящего через нее, с тем, чтобы улучшать эффект смешивания воздуха, природного газа и EGR. Хотя потеря давления на впуске и выпуске смесителя является небольшой, эффект смешивания является плохим. Также, характеристики распределения смешанного газа перед поступлением в крышку цилиндра являются более чувствительными к форме впускной трубы ниже по потоку от смесителя. Другой тип должен делить сердечник смесителя на множество отдельных основных частей, которые соответственно отливаются посредством литья под давлением, и затем отдельные основные части объединяются вместе, чтобы формировать инжекционные трубы для природного газа и EGR с более сложной формой. Однако вследствие усложненной формы инжекционной трубы, площадь со стороны потока увеличивается, а проходное сечение смесителя уменьшается, приводя в результате к более высокой потере давления на впуске и выпуске смесителя. Дополнительно, смешивающий сердечник не имеет сужающейся детали в позиции зоны для смешивания EGR, что неблагоприятно влияет на эффект смешивания. Кроме того, процесс производства усложняется, и стоимость обработки является высокой.
[0005] В общем, главными недостатками обычных традиционных смесителей являются трудность достижения желаемого эффекта смешивания и низкая потеря давления потока в одно и то же время; для двигателей на топливном газе малого рабочего объема диаметр общей впускной трубы является небольшим, и дополнительно, вследствие ограничения потери давления во впускной трубе, цельные круглые прямые трубы или каплеобразные прямые трубы часто используются в качестве инжекционных труб для природного газа и EGR, которым трудно улучшать эффект смешивания посредством сложных инжекционных труб, приводя в результате к плохому эффекту смешивания; эффект смешивания смесителя является очень чувствительным к направляющей характеристике расположенного ниже по потоку трубопровода.
Сущность изобретения
[0006] В виду этого, газовый смеситель предоставляется согласно настоящей заявке, с тем, чтобы улучшать однородность смешивания газа и уменьшать чувствительность смесителя к направляющей характеристике расположенного ниже по потоку трубопровода в одно и то же время.
[0007] Для того, чтобы достигать вышеуказанных целей, следующие технические решения предоставляются согласно настоящей заявке.
[0008] Газовый смеситель, включающий в себя корпус смесителя и сердечник смесителя цилиндрической формы, и сердечник смесителя включает в себя основную часть для топливного газа и основную часть для EGR, которые расположены в перечисленной последовательности в направлении подачи газа;
основная часть для топливного газа снабжается двумя поперечными инжекционными трубами для топливного газа, продолжающимися радиально вдоль основной части для топливного газа; впускное торцевое отверстие инжекционной трубы для топливного газа сообщается с наружной стороной основной части для топливного газа, и множество инжекционных отверстий для топливного газа, распределенных в ее собственном осевом направлении, образовано на инжекционной трубе для топливного газа;
основная часть для EGR снабжена четырьмя инжекционными трубами для EGR, проходящими в радиальных направлениях основной части для EGR, и впускное торцевое отверстие каждой инжекционной трубы для EGR сообщается с внешней стороной основной части для EGR; и выпускные торцевые отверстия четырех инжекционных труб для EGR сообщаются друг с другом, чтобы формировать сердечник для смешивания EGR, имеющий крестообразную конструкцию, и при этом множество инжекционных отверстий для EGR образовано на инжекционной трубе для EGR.
[0009] Предпочтительно, четыре инжекционные трубы для EGR включают в себя две ближние инжекционные трубы и две дальние инжекционные трубы, и расстояние межу впускным торцевым отверстием каждой ближней инжекционной трубы и впускным отверстием для EGR корпуса смесителя меньше расстояния между впускным торцевым отверстием каждой дальней инжекционной трубы и впускным отверстием для EGR, и проходное сечение всех инжекционных отверстий для EGR на ближней инжекционной трубе меньше проходного сечения всех инжекционных отверстий для EGR на дальней инжекционной трубе.
[0010] Предпочтительно, размер каждого инжекционного отверстия для EGR, предусмотренного на инжекционной трубе для EGR, является одинаковым, и количество инжекционных отверстий для EGR на ближней инжекционной трубе меньше количества инжекционных отверстий для EGR на дальней инжекционной трубе.
[0011] Предпочтительно, две инжекционные трубы для топливного газа являются перпендикулярными друг другу, и проекция инжекционной трубы для EGR и проекция инжекционной трубы для топливного газа в направлении подачи воздуха перекрываются.
[0012] Предпочтительно, выпускной конец газового смесителя снабжается лопастным колесом, которое включает в себя четыре подвергающиеся столкновению лопасти; лицевая поверхность, обращенная в сторону инжекционной трубы для EGR, подвергающихся столкновению лопастей размещается перпендикулярно направлению подачи воздуха, и проекции четырех подвергающихся столкновению лопастей и проекция инжекционной трубы для EGR в направлении подачи воздуха перекрываются.
[0013] Предпочтительно, смежные подвергающиеся столкновению лопасти снабжаются по меньшей мере одной завихряющей лопастью между ними, которая размещается наклонно относительно подвергающихся столкновению лопастей.
[0014] Предпочтительно, четыре завихряющие лопасти предусматриваются, и четыре подвергающиеся столкновению лопасти и четыре завихряющие лопасти поочередно расположены в круговом направлении; четыре завихряющие лопасти расположены в одном и том же направлении наклона и под одинаковым углом наклона.
[0015] Предпочтительно, ряд инжекционных отверстий для топливного газа образован по обеим сторонам инжекционной трубы для топливного газа, и осевые направления инжекционных отверстий для топливного газа являются перпендикулярными направлению подачи воздуха.
[0016] Предпочтительно, инжекционная труба для EGR является плоской трубой, и левая инжекционная плоскость и правая инжекционная плоскость инжекционной трубы для EGR проходят в направлении подачи воздуха, и инжекционные отверстия для EGR распределены по инжекционным плоскостям.
[0017] Предпочтительно, две инжекционные плоскости инжекционной трубы для EGR постепенно сближаются в направлении подачи воздуха; сторона инжекционной трубы для EGR, которая обращена к инжекционной трубе для топливного газа, снабжается дугообразной переходной поверхностью.
[0018] Предпочтительно, множество впускных отверстий для топливного газа образовано в круговом направлении основной части для топливного газа, и множество впускных отверстий для EGR образовано в круговом направлении основной части для EGR.
[0019] Предпочтительно, впускной конец основной части для топливного газа снабжается сужающейся отводящей секцией, диаметр которой постепенно уменьшается в направлении подачи газа.
[0020] Предпочтительно, внешняя окружность на впускном конце инжекционной трубы для топливного газа расположена в уплотненной посадке с установочным отверстием для инжекционной трубы для топливного газа на основной части для топливного газа; внешняя окружность впускного конца инжекционной трубы для EGR расположена в уплотненной посадке с установочным отверстием для инжекционной трубы для EGR на основной части для EGR.
[0021] Предпочтительно, осевая инжекционная труба, продолжающаяся в осевом направлении основной части для EGR, размещается в основной части для EGR, через которую выпускные концы четырех инжекционных труб для EGR все сообщаются, и множество инжекционных отверстий для EGR образовано в круговом направлении осевой инжекционной трубы.
[0022] Предпочтительно, две инжекционные трубы для топливного газа расположены в перекрестном сообщении, чтобы формировать сердечник для смешивания топливного газа, имеющий крестообразную конструкцию.
[0023] Предпочтительно, каждая инжекционная труба для топливного газа делится на две секции инжекционных подтруб для топливного газа, и выпускные концы четырех инжекционных подтруб для топливного газа связываются и закрепляются, чтобы формировать сердечник для смешивания газа, имеющий крестообразную конструкцию через соединительный элемент инжекционной трубы для топливного газа; сердечник для смешивания EGR дополнительно включает в себя соединительный элемент инжекционной трубы для EGR, и выпускные концы четырех инжекционных труб для EGR связываются и закрепляются через соединительный элемент инжекционной трубы для EGR.
[0024] Предпочтительно, соединительный элемент инжекционной трубы для топливного газа включает в себя две первые соединительные пластины, пересекающие друг друга, и пересечение двух первых соединительных пластин выполнено с отверстием для сообщения с четырьмя инжекционными подтрубами для топливного газа, и внутренность выпускного торцевого отверстия каждой инжекционной подтрубы для топливного газа снабжается первой крепежной конструкцией для закрепления первой соединительной пластины; соединительный элемент инжекционной трубы для EGR включает в себя две вторые соединительные пластины, пересекающие друг друга, и пересечение двух вторых соединительных пластин выполнено с отверстием для сообщения с четырьмя инжекционными трубами для EGR, и внутренность выпускного торцевого отверстия каждой инжекционной трубы для EGR снабжается второй крепежной конструкцией для закрепления второй соединительной пластины.
[0025] Предпочтительно, первая крепежная конструкция является первой щелью, которая предусмотрена внутри выпускного торцевого отверстия инжекционной подтрубы для топливного газа и расположена в посадке с натягом с первой соединительной пластиной; когда вторая крепежная конструкция является второй щелью, которая предусмотрена внутри выпускного торцевого отверстия инжекционной трубы для EGR и расположена в посадке с натягом со второй соединительной пластиной.
[0026] Рабочий процесс газового смесителя, предоставленного согласно настоящей заявке, является следующим.
[0027] Свежий воздух поступает в основную часть для топливного газа с впускного конца смесителя, и топливный газ поступает в основную часть для топливного газа через две перекрестные инжекционные трубы для топливного газа, чтобы осуществлять смешивание топливного газа и воздуха; остаточный EGR поступает в основную часть для EGR через четыре инжекционных трубы для EGR, чтобы осуществлять повторное смешивание топливного газа и смеси топливного газа и воздуха, с тем, чтобы завершать весь процесс смешивания. Смешанный газ затем поступает в цилиндры через трубы, чтобы совершать процесс сжигания.
[0028] В настоящей заявке конструкция сердечника для смешивания топливного газа и конструкция сердечника для смешивания EGR газового смесителя проектируются в форме крестообразного объединения, так что топливный газ и выхлопной EGR приспособлены для введения из множества инжекционных отверстий радиальной инжекционной трубы и заполнения поперечного сечения основной части смесителя, что дополнительно улучшает однородность топливного газа и выхлопного EGR, поступающих в основную часть смесителя, и имеет более низкую потерю давления и более высокую рабочую надежность. Кроме того, газовый смеситель дополнительно уменьшает чувствительность эффекта смешивания смесителя на нижестоящем по потоку трубопроводе.
Краткое описание чертежей
[0029] Для более ясной иллюстрации вариантов осуществления настоящей заявки или технических решений в традиционной технологии, чертежи, на которые делается ссылка в описании вариантов осуществления или традиционной технологии, будут кратко описаны далее. Очевидно, что чертежи в последующем описании являются лишь примерами настоящей заявки, и для специалиста в области техники другие чертежи могут быть получены на основе предоставленных чертежей без каких-либо творческих усилий.
[0030] Фиг. 1 является видом в разрезе на одну четверть для первого типа газового смесителя, предоставленного конкретным вариантом осуществления настоящей заявки;
[0031] Фиг. 2 является видом спереди первого типа газового смесителя, предоставленного конкретным вариантом осуществления настоящей заявки;
[0032] Фиг. 3 является видом сзади первого типа газового смесителя, предоставленного конкретным вариантом осуществления настоящей заявки;
[0033] Фиг. 4 является схематичным чертежом общей конструкции первого типа сердечника для смешивания EGR, предоставленного конкретным вариантом осуществления настоящей заявки;
[0034] Фиг. 5 является видом в разрезе на одну четверть первого типа сердечника для смешивания EGR, предоставленного конкретным вариантом осуществления настоящей заявки;
[0035] Фиг. 6 является схематичным чертежом общей структуры первого типа смесителя, предоставленного конкретным вариантом осуществления настоящей заявки;
[0036] Фиг. 7 является сравнительной диаграммой предельной разницы давления взрыва для каждого цилиндра при различных скоростях между настоящей заявкой и традиционным решением;
[0037] Фиг. 8 является видом в разрезе на одну четверть для второго типа газового смесителя, предоставленного конкретным вариантом осуществления настоящей заявки;
[0038] Фиг. 9 является видом спереди второго типа газового смесителя, предоставленного конкретным вариантом осуществления настоящей заявки;
[0039] Фиг. 10 является видом сзади второго типа газового смесителя, предоставленного конкретным вариантом осуществления настоящей заявки;
[0040] Фиг. 11 является покомпонентным видом спереди второго типа сердечника для смешивания топливного газа, предоставленного конкретным вариантом осуществления настоящей заявки;
[0041] Фиг. 12 является покомпонентным видом спереди второго типа сердечника для смешивания EGR, предоставленного конкретным вариантом осуществления настоящей заявки; и
[0042] Фиг. 13 является схематичным чертежом общей структуры второго типа смесителя, предоставленного конкретным вариантом осуществления настоящей заявки.
[0043] На фиг. 1-13:
[0044] 1-корпус смесителя, 2-сердечник смесителя, 3-инжекционная труба для топливного газа, 4-ближняя инжекционная труба, 5-дальняя инжекционная труба, 6-осевая инжекционная труба, 7-лопастное колесо, 8-уплотнительное кольцо, 9-инжекционная труба для EGR, 10-вторая соединительная пластина, 11-впускное отверстие для топливного газа, 12-впускное отверстие для EGR, 21-основная часть для топливного газа, 22-основная часть для EGR, 23-сужающаяся направляющая секция, 24-впускное отверстие для топливного газа, 25-впускное отверстие для EGR, 31-инжекционное отверстие для топливного газа, 32-первая соединительная пластина, 61-уплотнительная заглушка, 71-подвергающаяся столкновению лопасть, 72-завихряющая лопасть.
Подробное описание вариантов осуществления
[0045] Технические решения согласно вариантам осуществления настоящей заявки будут описаны ясно и полностью в последующем вместе с чертежами в вариантах осуществления настоящей заявки. Очевидно, что описанные варианты осуществления являются лишь частью вариантов осуществления настоящей заявки, а не всеми вариантами осуществления. На основе вариантов осуществления настоящей заявки все другие варианты осуществления, полученные без творческих усилий обычными специалистами в области техники, должны попадать в рамки защиты настоящей заявки.
[0046] Вариант осуществления настоящей заявки предлагает газовый смеситель для двигателя на топливном газе с такой характеристикой, что инжекционные трубы расположены в крестообразной форме и асимметрично. Газовый смеситель, главным образом, конфигурируется, чтобы разрешать компромиссное соотношение между эффектом смешивания и потерей сопротивления потока, с тем, чтобы добиваться хорошего эффекта смешивания, и имеет низкое сопротивление потока в то же самое время.
[0047] Обращаясь к фиг. 1-13, газовый смеситель включает в себя корпус 1 смесителя и основную часть 2 смесителя цилиндрической формы. Основная часть 2 смесителя включает в себя основную часть 21 для топливного газа и основную часть 22 для EGR, которые расположены в перечисленной последовательности в направлении подачи газа; направление подачи воздуха, описываемое в данном документе, ссылается на направление подачи воздуха, в котором воздух смешивается с топливным газом и выхлопным EGR после их поступления с впускного конца основной части 2 смесителя и затем вытекает через выпускной конец основной части 2 смесителя, как показано стрелками на фиг. 1.
[0048] Основная часть 21 для топливного газа снабжается двумя перекрестными инжекционными трубами 3 для топливного газа, продолжающимися радиально вдоль основной части 21 для топливного газа, чтобы формировать сердечник для смешивания топливного газа. Впускное торцевое отверстие инжекционной трубы 3 для топливного газа сообщается с внешней стороной основной части для топливного газа, и множество инжекционных отверстий 31 для топливного газа, распределенных в ее осевом направлении, образовано на инжекционной трубе 3 для топливного газа.
[0049] Основная часть 22 для EGR снабжена четырьмя инжекционными трубами для EGR, продолжающимися в радиальных направлениях основной части 22 для EGR, и впускной конец каждой инжекционной трубы для EGR сообщается с внешней стороной основной части 22 для EGR. Выпускные торцевые отверстия четырех инжекционных труб для EGR связываются вместе, чтобы формировать сердечник для смешивания EGR с крестообразной конструкцией, и множество инжекционных отверстий 9 для EGR образовано на каждой инжекционной трубе для EGR.
[0050] Обращаясь к фиг. 1, рабочий процесс газового смесителя, предоставленного настоящей заявкой, является следующим.
[0051] Свежий воздух поступает в основную часть 21 для топливного газа из впускного конца основной части 2 смесителя, и топливный газ поступает в основную часть 21 для топливного газа сначала через впускное отверстие 11 для топливного газа, а затем через две перекрестные инжекционные трубы 3 для топливного газа, чтобы сначала осуществлять смешивание топливного газа и воздуха; остаточный EGR из впускного отверстия 12 для EGR поступает в основную часть для EGR через четыре инжекционные трубы для EGR, чтобы осуществлять повторное смешивание топливного газа и смеси топливного газа и воздуха, с тем, чтобы завершать весь процесс смешивания. Смешанный газ затем поступает в цилиндры через трубы, чтобы совершать процесс сжигания.
[0052] В настоящей заявке конструкция сердечника для смешивания топливного газа, и конструкция сердечника для смешивания EGR газового смесителя проектируются в форме крестообразного объединения, так что топливный газ и выхлопной EGR приспособлены для введения из множества инжекционных отверстий радиальной инжекционной трубы и заполнения поперечного сечения основной части 2 смесителя, что дополнительно улучшает однородность топливного газа и выхлопного EGR, поступающих в основную часть 2 смесителя, и имеет более низкую потерю давления и более высокую рабочую надежность. Кроме того, газовый смеситель дополнительно уменьшает чувствительность эффекта смешивания смесителя к направляющей характеристике расположенного ниже по потоку трубопровода.
[0053] Предпочтительно, четыре инжекционные трубы для EGR включают в себя две ближние инжекционные трубы 4 и две дальние инжекционные трубы 5, и расстояние межу впускным торцевым отверстием ближней инжекционной трубы 4 и впускным отверстием 12 для EGR корпуса 1 смесителя меньше расстояния между впускным торцевым отверстием дальней инжекционной трубы 5 и впускным отверстием 12 для EGR, и проходное сечение всех инжекционных отверстий 9 для EGR на ближней инжекционной трубе 4 меньше проходного сечения всех инжекционных отверстий 9 для EGR на дальней инжекционной трубе 5. Когда выхлопной EGR поступает в четыре инжекционные трубы для EGR из впускного отверстия 12 для EGR, ближняя инжекционная труба 4 имеет более высокую скорость воздушного потока и объем воздушного потока по сравнению с дальней инжекционной трубой 5. Следовательно, для того, чтобы избегать воздушного потока, имеющего недостаточный объем воздушного потока при достижении дальней инжекционной трубы 5, суммарная площадь проходного сечения всех инжекционных отверстий 9 для EGR на дальней инжекционной трубе 5 проектируется в данном случае большей по сравнению с суммарной площадью проходного сечения всех инжекционных отверстий 9 для EGR на ближней инжекционной трубе 4. Такая компоновка может предоставлять возможность ближней инжекционной трубе 4 и дальней инжекционной трубе 5 иметь более равномерный выход газа, тем самым, улучшая однородность поступления топливного газа и выхлопного EGR в основную часть 2 смесителя.
[0054] Следует отметить, что в этом решении суммарная площадь проходного сечения ближней инжекционной трубы 4 и дальней инжекционной трубы 5 может быть спроектирована различными способами в данном решении. Предпочтительно, каждое из инжекционных отверстий 9 для EGR, образованных на инжекционной трубе для EGR, имеет одинаковый размер отверстия, но количество инжекционных отверстий 9 для EGR на ближней инжекционной трубе 4 меньше количества инжекционных отверстий 9 для EGR на дальней инжекционной трубе 5. С этой компоновкой множество инжекционных отверстий 9 для EGR ближней инжекционной трубы 4 и множество инжекционных отверстий 9 для EGR дальней инжекционной трубы 5 расположены асимметричным образом, так что суммарная площадь проходного сечения всех инжекционных отверстий 9 для EGR на ближней инжекционной трубе 4 меньше суммарной площади проходного сечения всех инжекционных отверстий 9 для EGR на дальней инжекционной трубе 5, что делает выход газа из ближней инжекционной трубы 4 и дальней инжекционной трубы 5 более однородным. Конечно, количество инжекционных отверстий 9 для EGR ближней инжекционной трубы 4 может быть спроектировано таким же, что и количество инжекционных отверстий 9 для EGR дальней инжекционной трубы 5, или количество инжекционных отверстий 9 для EGR ближней инжекционной трубы 4 проектируется меньшим по сравнению с количеством инжекционных отверстий 9 для EGR дальней инжекционной трубы 5, но размер отверстия для инжекционных отверстий 9 для EGR дальней инжекционной трубы 5 проектируется большим по сравнению с размером отверстия для инжекционных отверстий 9 для EGR дальней инжекционной трубы 5. Пока суммарная площадь проходного сечения всех инжекционных отверстий 9 для EGR обеих труб удовлетворяет вышеописанному соотношению, вышеописанные технические результаты могут также быть получены.
[0055] В настоящей заявке конструкция сердечника для смешивания EGR газового смесителя проектируется в форме перекрестного объединения. Количество инжекционных отверстий 9 для EGR на ближней инжекционной трубе 4 меньше количества инжекционных отверстий 9 для EGR на дальней инжекционной трубе 5, и множество инжекционных отверстий 9 для EGR размещается ассиметричным образом, так что вывод газа ближней инжекционной трубы 4 и дальней инжекционной трубы 5 может быть более однородным, что дополнительно улучшает однородность топливного газа и выхлопного EGR, поступающих в основную часть смесителя, и имеет более низкую потерю давления и более высокую рабочую надежность. Кроме того, газовый смеситель дополнительно уменьшает чувствительность эффекта смешивания смесителя к направляющей характеристике расположенного ниже по потоку трубопровода.
[0056] В частности, в решении из варианта осуществления, количество инжекционных отверстий 9 для EGR на ближней инжекционной трубе 4 меньше количества инжекционных отверстий 9 для EGR на дальней инжекционной трубе 5 на 40%. Это значение получается из оптимизации на основе моделирования и результатов испытания. Для различных типов двигателей на топливном газе с различными рабочими объемами значение необходимо определять после испытания.
[0057] Обращаясь к фиг. 2, 3, 9 и 10, передний вид результата сборки газового смесителя показан на фиг. 2 и фиг. 9. Фиг. 3 и фиг. 10 соответственно показывают задний вид результата сборки газового смесителя. В решении из предпочтительного варианта осуществления две инжекционные трубы 3 для топливного газа расположены перпендикулярно друг другу, и проекции инжекционной трубы для EGR и инжекционной трубы 3 для топливного газа в направлении подачи воздуха перекрываются. С этой компоновкой смешанный газ из воздуха и топливного газа с верхней по потоку стороны основной части 2 смесителя протекает в инжекционную трубу для EGR и сталкивается с инжекционной трубой для EGR, тем самым, дополнительно рассеивая воздушный поток и дополнительно смешиваясь с выхлопным EGR, и эффект смешивания улучшается.
[0058] В предпочтительном варианте осуществления выпускной конец газового смесителя снабжается лопастным колесом 7, которое включает в себя подвергающиеся столкновению лопасти 71; лицевая поверхность, обращенная к инжекционной трубе для EGR, подвергающихся столкновению лопастей 71 является перпендикулярной направлению подачи воздуха, и проекции четырех подвергающихся столкновению лопастей и проекция инжекционной трубы для EGR перекрываются в направлении подачи воздуха, как показано на фиг. 3 и 10. С этой компоновкой смешанный воздушный поток из воздуха, топливного газа и выхлопного EGR, поступающий с верхней по потоку стороны основной части 2 смесителя, может сталкиваться с поверхностью подвергающихся столкновению лопастей 71, тем самым, усиливая эффект смешивания и дополнительно улучшая эффект смешивания.
[0059] Кроме того, предпочтительно, в газовом смесителе, смежные подвергающиеся столкновению лопасти 71 снабжаются по меньшей мере одной завихряющей лопастью 72 между ними, как показано на фиг. 2, 3, 9 и 10, которая размещается наклонно относительно подвергающихся столкновению лопастей 71. Т.е. завихряющая лопасть 72 размещается с отклонением относительно направления подачи воздуха. С этой компоновкой смешанный воздушный поток, протекающий между соседними подвергающимися столкновению лопастями 71, может формировать завихряющийся поток при отклонении завихрящей лопасти 72, с тем, чтобы дополнительно, усиливать, посредством завихряющегося потока, смешивание со смешанным воздушным потоком, который рассеивается после столкновения с подвергающимися столкновению лопастями 71, что обеспечивает лучший эффект смешивания и более низкую потерю давления потока, и в то же самое время, уменьшает чувствительность эффекта смешивания смесителя к направляющей характеристике расположенного ниже по потоку трубопровода.
[0060] Еще более предпочтительно, в вышеописанном газовом смесителе, предусматриваются четыре завихряющие лопасти 72, и четыре подвергающиеся столкновению лопасти 71 и четыре завихряющие лопасти 72 поочередно расположены в круговом направлении лопастного колеса 7, тем самым, формируя лопастное колесо 7, имеющее восемь лопастей. Кроме того, четыре завихряющие лопасти 72 расположены в одинаковом направлении наклона и под одинаковым углом наклона. Дополнительно, четыре подвергающиеся столкновению лопасти 71 и четыре завихряющие лопасти 72 равномерно и поочередно распределены в круговом направлении, и четыре завихряющие лопасти 72, все являются отклоненными на 30° относительно подвергающихся столкновению лопастей 71. С этой компоновкой завихряющий поток формируется, который дополнительно улучшает эффект смешивания. Конечно, в этом решении, количество завихряющих лопастей 72 может также быть задано равным 6, 8 и т.д., и угол отклонения каждой завихряющей лопасти 72 может также быть спроектирован равным другим значениям угла, которые все могут иметь эффект улучшения смешивания посредством завихрения, и могут не повторяться в данном документе.
[0061] Следует отметить, что множество инжекционных отверстий 31 для топливного газа образовано на впускной трубе 3 для топливного газа в ее собственном осевом направлении, и топливный газ, поступающий в инжекционную трубу 3 для топливного газа из впускного отверстия 11 для топливного газа, вводится из множества инжекционных отверстий 31 для топливного газа, с тем, чтобы смешиваться со свежим воздухом, поступающим в основную часть 21 для топливного газа. Для того, чтобы дополнительно улучшать эффект смешивания топливного газа и воздуха, предпочтительно, в вышеописанном газовом смесителе, ряд инжекционных отверстий 31 для топливного газа образован по обеим сторонам инжекционной стороны 3 топливного газа, и осевое направление каждого инжекционного отверстия 31 для топливного газа является перпендикулярным направлению подачи воздуха. С этой компоновкой газ, вводимый из инжекционного отверстия 31 для топливного газа, приспособлен для вертикального пересечения с воздушным потоком, с тем, чтобы добиваться лучшего эффекта смешивания. Кроме того, предпочтительно, каждый ряд из множества инжекционных отверстий 31 для топливного газа на инжекционной трубе 3 для топливного газа является равномерно распределенным, так что вводимый топливный газ может быть более однородным, тем самым, оптимизируя эффект смешивания.
[0062] Следует отметить, что инжекционная труба EGR в этом решении может быть спроектирована во множестве конструктивных форм, как, например, труба с каплеобразным поперечным сечением, круглая труба, квадратная труба, труба с эллиптическим поперечным сечением, или другие трубы с поперечным сечением специальной формы. Как показано на фиг. 4 и 5, предпочтительно, в вышеописанном газовом смесителе, четыре инжекционных трубы для EGR, все являются плоскими трубами, которые включают в себя две инжекционные плоскости, т.е., левую и правую инжекционные плоскости, и левая и правая инжекционные плоскости инжекционной трубы для EGR продолжаются в направлении подачи воздуха, и инжекционные отверстия 9 для EGR распределены на инжекционных плоскостях. С этой компоновкой, поскольку инжекционные плоскости инжекционных труб для EGR продолжаются в направлении подачи воздуха, направление впрыска инжекционных отверстий 9 для EGR на инжекционных плоскостях пересекается со смесью воздуха и топливного газа с верхней по потоку стороны, тем самым, дополнительно улучшая эффект смешивания. Кроме того, в этом решении, инжекционные трубы для EGR проектируются в виде плоских труб, которые могут вынуждать поток выхлопного EGR заполнять основную часть 22 для EGR более достаточным образом. Область смешивания выхлопного EGR и смешанного газа дополнительно расширяется, тем самым, улучшая эффект смешивания.
[0063] Еще более предпочтительно, в вышеописанном газовом смесителе, две инжекционные плоскости инжекционной трубы для EGR постепенно сближаются в направлении подачи воздуха, и сторона, обращенная к инжекционной трубе 3 для топливного газа, инжекционной трубы для EGR снабжается дугообразной переходной поверхностью. С этой компоновкой поперечное сечение инжекционной трубы для EGR является аналогичным форме капли воды. При столкновении с дугообразной переходной поверхностью инжекционной трубы для EGR воздушно-топливная газовая смесь, поступающая с верхней по потоку стороны, может быть быстро рассеяна и ускорена через две инжекционные плоскости, постепенно сближающиеся в направлении подачи воздуха. Сопротивление воздушного потока снижается, тем самым, смешанный воздушный поток имеет меньшую потерю давления.
[0064] Как показано на фиг. 6, предпочтительно, в вышеописанном газовом смесителе, множество впускных отверстий 24 для топливного газа образовано в круговом направлении основной части 21 для топливного газа, и множество впускных отверстий 25 для EGR образовано в круговом направлении основной части 22 для EGR. В частности, впускная полость для топливного газа, размещенная вокруг основной части 21 для топливного газа, формируется между основной частью 21 для топливного газа и корпусом 1 смесителя. После поступления во впускную полость для топливного газа через впускное отверстие 11 для топливного газа на корпусе 1 смесителя топливный газ проходит через торцевое отверстие инжекционной трубы для топливного газа, размещенное на внешней окружности основной части 21 для топливного газа, и поступает внутрь инжекционной трубы 3 для топливного газа и, наконец, вводится из инжекционного отверстия 31 для топливного газа в основную часть 21 для топливного газа, чтобы смешиваться с воздухом. В этом решении множество впускных отверстий 24 для топливного газа кольцеобразно образовано в круговом направлении основной части 21 для топливного газа, так что топливный газ, поступающий во впускную полость для топливного газа, может быть непосредственно введен из впускных отверстий 24 для топливного газа внутрь основной части 21 для топливного газа. Таким образом, топливный газ может вводиться в основную часть 21 для топливного газа с множества радиальных направлений, так что топливный газ более равномерно распределяется в основной части 21 для топливного газа, и эффект смешивания улучшается. Впускная полость для EGR, размещенная вокруг основной части 22 для EGR, дополнительно формируется между основной частью 22 для EGR и корпусом 1 смесителя. После поступления во впускную полость для EGR через впускное отверстие 12 для EGR на корпусе 1 смесителя выхлопной EGR проходит через торцевое отверстие инжекционной трубы для EGR, размещенной на внешней окружности основной части 22 для EGR, и поступает внутрь инжекционной трубы для EGR, и, наконец, вводится из инжекционных отверстий 9 для EGR в основную часть 22 для EGR, чтобы смешиваться с воздухом. Цель предоставления впускного отверстия 25 для EGR в этом решении является аналогичной цели предоставления впускного отверстия 24 для топливного газа, оба из которых должны вводить выхлопной EGR в основную часть 22 для EGR с множества радиальных направлений, так что выхлопной EGR более равномерно распределяется в основной части 22 для EGR, и эффект смешивания улучшается.
[0065] Предпочтительно, в вышеописанном газовом смесителе, впускной конец для топливного газа основной части 21 для топливного газа снабжается сужающейся отводящей секцией 23, диаметр которой постепенно уменьшается в направлении подачи газа. Целью этого является ускорение воздушного потока, проходящего через нее, с тем, чтобы улучшать эффект смешивания.
[0066] Предпочтительно, в вышеописанном газовом смесителе, внешняя окружность впускного конца инжекционной трубы 3 для топливного газа расположена в герметичной посадке с установочным отверстием для инжекционной трубы на основной части 21 для топливного газа; внешняя окружность впускного конца инжекционной трубы для EGR расположена в герметичной посадке с установочным отверстием для инжекционной трубы для EGR на основной части 22 для EGR. Вышеописанный способ герметичной посадки может применять способ посадки с натягом или герметичного склеивания для уплотнения. С этой компоновкой соединение между каждой инжекционной трубой и соединительной секцией соответствующей основной части сердечника обеспечивается без утечки воздуха, тем самым, гарантируя, что газ без проблем поступает в инжекционную трубу из впускной полости, и улучшая коэффициент использования воздушного впуска.
[0067] Обращаясь к фиг. 1-6, предпочтительно, в первом газовом смесителе настоящей заявки, осевая инжекционная труба 6, проходящая в осевом направлении основной части 22 для EGR, размещается внутри основной части 22 для EGR, с которой выпускные концы четырех инжекционных труб для EGR, все сообщаются, чтобы формировать сердечник для смешивания EGR с конструкцией из пяти частей. В этом решении множество инжекционных отверстий 9 для EGR дополнительно образовано в круговом направлении осевой инжекционной трубы 6, так что выхлопной EGR может дополнительно вводиться из осевой инжекционной трубы 6, чтобы дополнять выхлопной EGR в центральной части основной части 22 для EGR и улучшать эффективность смешивания. Другой функцией предоставления осевой инжекционной трубы 6 в первом типе газового смесителя является то, что воздушно-топливная газовая смесь со стороны выше по потоку может наталкиваться на конец осевой инжекционной трубы 6, тем самым, дополнительно улучшая смешивание. Внешняя окружность выпускного конца инжекционной трубы для EGR расположена в герметичной посадке с установочным отверстием инжекционной трубы для EGR на осевой инжекционной трубе 6, чтобы гарантировать отсутствие утечки воздуха в соединительной секции.
[0068] Следует отметить, что осевая инжекционная труба 6 в этом решении является закрытой на одном конце, обращенном к инжекционной трубе 3 для топливного газа, а другой конец осевой инжекционной трубы 6 закрыт герметичной заглушкой 61. Множество инжекционных отверстий 9 для EGR и множество установочных отверстий для инжекционной трубы для EGR образовано в круговом направлении осевой инжекционной трубы 6, как показано на фиг. 2 и фиг. 3.
[0069] Конкретный процесс сборки первого типа газового смесителя описывается далее.
[0070] Сначала, две инжекционные трубы 3 для топливного газа вставляются в основную часть 21 для топливного газа через установочное отверстие для инжекционной трубы для топливного газа способом посадки с натягом, затем уплотнительная заглушка 61 вставляется в осевую инжекционную трубу 6 способом посадки с натягом. Впоследствии, осевая инжекционная труба 6 с установленной уплотнительной заглушкой 61 затем размещается и закрепляется в основной части 2 смесителя заранее, и две ближних инжекционных трубы 4 соответственно вставляются в основную часть 22 для EGR из установочного отверстия для первой инжекционной трубы для EGR основной части 22 для EGR способом посадки с зазором. Две ближние инжекционные трубы 4 продолжают вставляться во второе установочное отверстие для инжекционной трубы для EGR осевой инжекционной трубы 6 способом посадки с натягом, и две дальние инжекционные трубы 5 вставляются во второе установочное отверстие для инжекционной трубы для EGR осевой инжекционной трубы 6 таким же образом. Затем, клей наносится на соединительные секции между ближней инжекционной трубой 4 и основной частью 22 для EGR и соединительные секции между дальней инжекционной трубой 5 и основной частью 22 для EGR, чтобы добиваться уплотнения и закрепления, сборка основной части 2 смешивающего сердечника заканчивается, как показано на фиг. 6, в это время. Наконец, собранная основная часть 2 смесителя помещается в корпус 1 смесителя и закрепляется болтами. Впускная полость для топливного газа и впускная полость для EGR изолируются и герметизируются посредством уплотнительного кольца 8, чтобы обеспечивать герметичную характеристику всего газового смесителя. В этот момент газовый смеситель является собранным.
[0071] Сравнивая результаты для смешивания EGR традиционного решения и решения настоящей заявки, полученные посредством моделирования, обнаруживается, что решение настоящей заявки имеет лучшую равномерность распределения концентрации EGR во впускном коллекторе. Обращаясь к фиг. 7, показано сравнение предельной разницы давления взрыва для каждого цилиндра при различных скоростях между настоящей заявкой и традиционным решением в условиях испытания газового двигателя WP13. Чем лучше эффект смешивания, тем меньшей является предельная разница давления взрыва для каждого цилиндра. Может быть обнаружено, что в условиях наибольшей нагрузки предельная разница давления взрыва для каждого цилиндра настоящей заявки ниже предельной разницы давления взрыва для каждого цилиндра традиционного решения, особенно в диапазоне высокого крутящего момента. Предельная разница давления взрыва для каждого цилиндра настоящей заявки может регулироваться до менее чем 8 бар, что является значительным улучшением по сравнению с первоначальным уровнем (12,5 бар).
[0072] Обращаясь к фиг. 8-13, предпочтительно, во втором типе газового смесителя настоящей заявки, две инжекционные трубы 3 для топливного газа расположены в перекрестном сообщении друг с другом, чтобы формировать сердечник для смешивания топливного газа с крестообразной конструкцией. В настоящей заявке конструкция сердечника для смешивания топливного газа газового смесителя проектируется как объединенная форма и имеет характеристики крестообразной формы и симметрии. Эта конструкция может гарантировать, что длина смесителя сокращается и все еще имеет тот же эффект смешивания, что является более благоприятным для компоновки впускного трубопровода. Второй тип газового смесителя является компактным газовым смесителем, главным образом, подходящим для газовых двигателей с небольшим рабочим объемом, который имеет сердечник для смешивания газа с такой характеристикой, что инжекционные трубы расположены в крестообразной форме и являются симметричными, и сердечником для смешивания EGR с такой характеристикой, что инжекционные трубы расположены асимметрично, и приспособлен для адаптации к впускным трубам с небольшими диаметрами. Газовый смеситель, главным образом, конфигурируется, чтобы разрешать компромиссное соотношение между эффектом смешивания и потерей сопротивления потока впускных труб с небольшими размерами, с тем, чтобы добиваться хорошего эффекта смешивания, и имеет низкую потерю сопротивления потока в то же самое время.
[0073] Следует отметить, что в вышеописанном втором типе газового смесителя две инжекционных трубы 3 для топливного газа могут быть в перекрестном сообщении друг с другом во множестве способов. Например, одна из инжекционных труб 3 для топливного газа непосредственно пересекает перекрестное установочное отверстие для другой инжекционной трубы 3 для топливного газа; или каждая инжекционная труба 3 для топливного газа делится на две секции, торцевые отверстия для выпуска газа четырех секций трубы сообщаются друг с другом и закрепляются посредством крестообразного переходника; или конец для выпуска газа каждой секции трубы закрепляется посредством соединительной пластины или соединительного опорного каркаса, чтобы добиваться взаимного сообщения и перекрестной компоновки; или торцевые отверстия для выпуска газа четырех секций трубы непосредственно склеиваются и закрепляются посредством клея, и т.д. Способ перекрестного сообщения инжекционных труб для EGR в этом решении является аналогичным способу для инжекционных труб 3 для топливного газа.
[0074] Предпочтительно, каждая инжекционная труба 3 для топливного газа в этом решении одинаково делится на две инжекционных подтрубы для топливного газа, и концы для выпуска газа четырех инжекционных подтруб для топливного газа сообщаются друг с другом и закрепляются посредством соединительных элементов инжекционной трубы для топливного газа, чтобы формировать сердечник для смешивания топливного газа с крестообразной конструкцией. Также, сердечник для смешивания EGR дополнительно включает в себя соединительные элементы инжекционной трубы для EGR, и концы для выпуска газа четырех инжекционных труб для EGR сообщаются друг с другом и закрепляются посредством соединительных элементов инжекционной трубы для EGR.
[0075] Следует отметить, что вышеупомянутый соединительный элемент инжекционной трубы для топливного газа и соединительный элемент инжекционной трубы для EGR могут быть реализованы во множестве конструктивных форм, таких как конструкция с перекрестной соединительной пластиной, или соединительный опорный каркас, или затвор или тяга, встроенная в инжекционную трубу, и т.п., которые могут одновременно реализовывать функции соединения, закрепления и газового сообщения. Предпочтительно, соединительные элементы инжекционной трубы для топливного газа включают в себя две первые соединительные пластины 32, пересекающие друг друга. Пересечение двух первых соединительных пластин 32 снабжается отверстиями для сообщения с четырьмя инжекционными подтрубами для топливного газа. Внутренняя сторона торцевого отверстия для выпуска газа инжекционной подтрубы для топливного газа снабжается первой крепежной конструкцией для закрепления первой соединительной пластины 32. Соединительные элементы инжекционной трубы для EGR включают в себя две вторые соединительные пластины 10, пересекающих друг друга. Пересечение двух вторых соединительных пластин 10 снабжается отверстиями для сообщения с четырьмя инжекционными трубами для EGR. Внутренняя сторона торцевого отверстия для выпуска газа инжекционной трубы для EGR снабжается второй крепежной конструкцией для закрепления второй соединительной пластины 10.
[0076] Следует отметить, что вышеупомянутая первая крепежная конструкция и вторая крепежная конструкция могут быть спроектированы как T-образный паз, щель, крепежный блок и т.д. Предпочтительно, первая крепежная конструкция является первой щелью, расположенной внутри отверстия для выпуска газа инжекционной подтрубы для топливного газа и в посадке с натягом с первой соединительной пластиной 32, и предпочтительно две первых щели, распределенных симметрично, предусмотрены; вторая крепежная конструкция является второй щелью, расположенной внутри отверстия для выпуска газа инжекционной трубы для EGR и в посадке с натягом со второй соединительной пластиной 10, и предпочтительно две вторых щели, распределенных симметрично, предусмотрены.
[0077] Конкретный процесс сборки второго типа газового смесителя описывается далее.
[0078] Сначала, первая соединительная пластина 32 размещается внутри основной части 2 смесителя; затем четыре инжекционных подтрубы для топливного газа проходят через установочное отверстие для инжекционной трубы для топливного газа способом посадки с зазором и закупориваются и прикрепляются к первой соединительной пластине 32 способом посадки с натягом. Клей наносится на соединительные секции четырех инжекционных подтруб для топливного газа и основную часть 21 для топливного газа, чтобы осуществлять закрепление. Процесс сборки сердечника для смешивания EGR является аналогичным процессу сборки сердечника для смешивания топливного газа. Вторая соединительная пластина 10 сначала помещается внутри основной части 22 для EGR. Две ближние инжекционные трубы 4 вставляются снаружи основной части 22 для EGR внутрь основной части 22 для EGR способом посадки с зазором и закупориваются и прикрепляются ко второй соединительной пластине 10 способом посадки с натягом. Две дальние инжекционные трубы закупориваются и прикрепляются ко второй соединительной пластине 10 тем же образом. Впоследствии, клей наносится на соединительные секции между ближней инжекционной трубой 4 и основной частью 22 для EGR и соединительные секции между дальней инжекционной трубой 5 и основной частью 22 для EGR, чтобы осуществлять закрепление. Наконец, вышеупомянутый узел помещается в корпус 1 смесителя и закрепляется болтами. Впускная полость для топливного газа и впускная полость для EGR изолируются и герметизируются посредством уплотнительного кольца 8, чтобы обеспечивать герметичную характеристику всего газового смесителя. В этот момент газовый смеситель является собранным.
[0079] Решение имеет следующие преимущества.
[0080] (1) Конструкция сердечника для смешивания EGR изменяется, чтобы иметь характеристики крестообразной формы и асимметрии. При предположении, что потеря давления на впуске и выпуске смесителя не увеличивается значительно, однородность газовой смеси может быть значительно улучшена, и в то же самое время, чувствительность смесителя к направляющей характеристике расположенного ниже по потоку трубопровода снижается.
[0081] (2) Направление размещения сердечника для смешивания EGR совпадает, в направлении потока, с верхним по потоку сердечником для смешивания топливного газа, так что воздух, топливный газ и EGR сталкиваются друг с другом, что улучшает эффект смешивания.
[0082] (3) Лопастное колесо ниже по потоку от сердечника для смешивания EGR имеет восемь лопастей. Четыре подвергающиеся столкновению лопасти и четыре завихряющие лопасти равномерно располагаются поочередно в круговом направлении. Подвергающиеся столкновению лопасти вынуждают воздух, топливный газ и EGR сталкиваться с поверхностью лопасти, чтобы улучшать смешивание, в то время как другие четыре завихряющие лопасти приспособлены для формирования завихряющегося потока, чтобы дополнительно улучшать смешивание.
[0083] Газовый смеситель, предоставленный настоящей заявкой, может быть применен не только к двигателям на природном газе, но также к газовым двигателям, использующим другие топливные газы, такие как сжиженный нефтяной газ, водород и т.д., который имеет широкие перспективы на рынке и высокие экономические преимущества.
[0084] Вышеприведенная иллюстрация описанных вариантов осуществления может предоставлять возможность специалистам в области техники реализовывать или использовать настоящую заявку. Различные модификации в вариантах осуществления являются очевидными для специалиста в области техники, и общий принцип при этом может быть реализован в других вариантах осуществления без отступления от духа или рамок настоящей заявки. Следовательно, настоящая заявка не ограничивается вариантами осуществления, описанными в данном документе, а должна находиться в соответствии с широчайшими рамками, согласующимися с принципом и новыми признаками, раскрытыми в данном документе.