[發明專利]一種四沖程發動機消聲器及其方法

有效

• 申請號: 201810053822.4
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108316994B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 唐天慶
• 申請（專利權）人: 瑞安市欣煒汽車部件有限公司
• 主分類號: F01N3/32
• 分類號: F01N3/32;F01N1/08
• 代理公司: 濮陽華凱知識產權代理事務所(普通合伙) 41136
• 代理人: 王傳明

1.一種四沖程發動機消聲器，其特征在于：包括發動機尾氣排氣管(7)、尾氣助燃補氣閥(46)、消聲器本體(44)和消聲器排氣管(43)；

所述發動機尾氣排氣管(7)的進氣端導通連接四沖程發動機的排氣門端；所述發動機尾氣排氣管(7)的出氣端導通連接所述消聲器本體(44)的尾氣進氣端；所述消聲器本體(44)的尾氣排氣端導通連接所述消聲器排氣管(43)；

所述尾氣助燃補氣閥(46)的一端導通外界，另一端垂直旁通連接所述發動機尾氣排氣管(7)；

所述尾氣助燃補氣閥(46)包括補氣管(17)，所述補氣管(17)為硬質管體結構；所述補氣管(17)與所述發動機尾氣排氣管(7)垂直一體化連接，且所述補氣管(17)的出氣端旁通所述發動機尾氣排氣管(7)的氣流通道(7.1)；

所述補氣管(17)的管內還包括閥門環臺(27)，所述閥門環臺(27)外圈密封連接所述補氣管(17)內壁，所述閥門環臺(27)的內圈(28)為錐孔結構，所述內圈(28)的錐孔在靠近所述消聲器排氣管(43)的一端為錐孔粗端；

所述補氣管(17)的管內還同軸心設置有閥芯(24)；所述閥芯(24)為圓錐形薄壁回轉體結構，所述閥芯(24)的圓錐外壁與所述閥門環臺(27)的內圈(28)錐孔密封接觸；

所述補氣管(17)的管內在遠離所述閥芯(24)粗端一側還同軸心支撐設置有彈簧座(30)，所述彈簧座(30)為直徑小于所述補氣管(17)內徑的回轉體結構；所述彈簧座(30)至少通過一個支撐部件(31)與所述補氣管(17)內徑支撐連接；所述彈簧座(30)靠近閥芯(24)的一側設置有柱形彈簧凸臺(33)；

所述補氣管(17)的管內還同軸心包括閥芯導柱(19)和閥芯行程控制柱(25)；所述閥芯導柱(19)和閥芯行程控制柱(25)分別固定連接于所述閥芯(24)的閥尖(24.1)兩端，其中所述閥芯行程控制柱(25)位于靠近所述彈簧座(30)的一側；

還包括成壓縮狀態的頂壓彈簧(26)；所述頂壓彈簧(26)的一端套于所述閥芯行程控制柱(25)上，另一端套于所述彈簧凸臺(33)上；所述閥芯行程控制柱末端(29)與所述彈簧凸臺末端(34)之間設置行程限位間距(33.1)；

所述補氣管(17)的管內還同軸心支撐設置有限位柱座(18)，所述限位柱座(18)為直徑小于所述補氣管(17)內徑的回轉體結構；所述限位柱座(18)支撐通過一根支撐桿(23)與所述補氣管(17)內壁支撐連接；所述閥芯導柱(19)可活動穿設入所述限位柱座(18)上的導柱孔中；

在所述補氣管(17)中，位于所述閥門環臺(27)靠近發動機尾氣排氣管(7)的一側為負壓形成腔(17.1)，所述閥門環臺(27)遠離發動機尾氣排氣管(7)的一側為風道腔(20)；所述風道腔(20)中還同軸心設置有被動風機葉片(22)；所述被動風機葉片(22)的風機轉軸(15)的另一端同步連接發電機的機芯轉子；

所述消聲器本體(44)包括消聲器外殼(12)，所述消聲器外殼為密閉圓筒結構；

所述發動機尾氣排氣管(7)的尾氣排出端同軸心伸入所述消聲器外殼(12)的左端內腔，所述發動機尾氣排氣管(7)的尾氣排出端的端部同軸心一體化設置有第一擋盤(9)，所述第一擋盤(9)為圓盤形結構，所述第一擋盤(9)與所述消聲器外殼(12)之間形成第一環形間隙(9.1)；所述第一擋盤(9)和消聲器外殼左端壁(8.1)之間為第一固定膨脹腔(8)；其中發動機尾氣排氣管(7)伸入消聲器外殼(12)中的一段管壁上分布有若干排氣網孔(1)，各所述排氣網孔(1)呈圓周陣列均勻分布，各所述排氣網孔(1)將所述發動機尾氣排氣管(7)和所述第一固定膨脹腔(8)相互導通；

所述消聲器外殼(12)的內腔右端同軸心導通連接所述消聲器排氣管(43)；所述消聲器外殼(12)內腔中靠近消聲器尾氣排出口(37)的一端同軸心設置有第二擋盤(38)，所述第二擋盤(38)與所述消聲器外殼(12)內壁之間形成第二環形間隙(38.1)，所述第二擋盤(38)與消聲器外殼右端壁(38.3)之間形成第二固定膨脹腔(38.2)；

所述第一擋盤(9)和第二擋盤(38)之間還同軸心設置有連接柱(2)；所述連接柱(2)兩端分別一體化固定連接第一擋盤(9)和第二擋盤(38)；

還包括活動塞(13)；所述活動塞(13)為空心圓柱體結構；所述活動塞(13)同軸心于所述消聲器外殼(12)內腔；且所述活動塞(13)的圓柱外壁與所述消聲器外殼(12)內壁間隙配合；所述活動塞(13)的左端壁(11)中部同軸心鏤空設置有直徑大于所述連接柱(2)的第一穿過孔(3)，所述活動塞(13)的右端壁(14)中部同軸心鏤空設置有直徑大于所述連接柱(2)的第二穿過孔(6)；所述連接柱(2)分別穿設入所述第一穿過孔(3)和第二穿過孔(6)中；所述連接柱(2)的中部一體化同軸心設置有彈簧擋盤(40)；所述連接柱(2)上還套設有第一回位彈簧(41)和第二回位彈簧(39)，所述第一回位彈簧(41)位于所述左端壁(11)和彈簧擋盤(40)之間，所述第二回位彈簧(39)位于所述右端壁(14)和彈簧擋盤(40)之間；所述第一擋盤(9)與所述左端壁(11)之間形成第一活動膨脹腔(10)，所述右端壁(14)與所述第二擋盤(38)之間形成第二活動膨脹腔(42)；

還包括若干導氣管(4)，各所述導氣管(4)沿軸線方向穿過所述活動塞(13)的塞腔(5)，且各所述導氣管(4)兩端分別伸入所述第一活動膨脹腔(10)和第二活動膨脹腔(42)中，各所述導氣管(4)沿所述活動塞(13)軸線成圓周陣列均勻分布。

2.權利要求1所述的一種四沖程發動機消聲器的工作方法，其特征在于：

助燃氧氣補氣過程：四沖程發動機運轉時，發動機尾氣排氣管(7)中的排氣壓力隨著發動機的四個工作循環成周期性變化，在發動機的一個循環周期中：當四沖程發動機排氣門打開時，氣缸內的高溫高壓廢氣迅速進入發動機尾氣排氣管(7)中，發動機尾氣排氣管(7)中壓力開始升高，在發動機尾氣排氣管(7)中產生一個高壓脈沖，即有正壓波產生，這時進而造成補氣管(17)中的負壓形成腔(17.1)處形成強烈正壓，使負壓形成腔(17.1)對閥芯(24)產生向外的擠壓力，由于閥門環臺(27)的內圈(28)錐孔在靠近所述消聲器排氣管(43)的一端為錐孔粗端，進而使閥芯(24)的錐形外壁緊密擠壓閥門環臺(27)的內圈(28)，使風道腔(20)和負壓形成腔(17.1)之間封閉；隨著正壓脈沖波沿發動機尾氣排氣管(7)繼續向前傳播，當正壓波進入消聲器本體(44)中后，其管道截面突然增加，氣體密度下降，因而就產生一個負壓波返回，進而使負壓形成腔(17.1)處形成強烈負壓，此時負壓形成腔(17.1)對閥芯(24)產生向內的吸力，在負壓形成腔(17.1)中負壓的作用下閥芯(24)的錐形外壁開始脫離閥門環臺(27)的內圈(28)錐孔，迅速使閥芯(24)的錐形外壁與閥門環臺(27)的內圈(28)之間形成氣體通過間隙，該通過間隙的開合受到閥芯行程控制柱末端(29)與所述彈簧凸臺末端(34)之間設置行程限位間距(33.1)控制，該行程限位間距(33.1)避免了閥芯(24)的錐形外壁與閥門環臺(27)之間形成氣體通過間隙過大，造成回位行程過大，進而使閥芯(24)的開閉靈敏度降低的后果；此時由于風道腔(20)為環境大氣壓，因此在負壓作用下風道腔(20)中的空氣被迅速吸入負壓形成腔(17.1)中，并進一步進入發動機尾氣排氣管(7)和消聲器本體(44)中，通過尾氣助燃補氣閥(46)補充進來的空氣中蘊含的氧氣充分與在發動機中還沒完全燃燒的殘余有害氣體CO、HC等發生燃燒反應，使最終排出完全燃燒的二氧化碳等產物，減少有害氣體的排放；隨著下一個排氣周期來臨，負壓形成腔(17.1)中的負壓會迅速喪失，在頂壓彈簧(26)的作用下使閥芯(24)的錐形外壁緊密擠壓閥門環臺(27)的內圈(28)，使風道腔(20)和負壓形成腔(17.1)之間恢復封閉；由于發動機的周期極其短暫，其綜合效果為風道腔(20)中的空氣持續吸入負壓形成腔(17.1)中，進而其形成的氣流驅動風機葉片(22)持續轉動，風機葉片(22)帶動風機轉軸(15)另一端發電機的機芯轉子旋轉，并發電為其他電器件供電；

尾氣消聲過程：四沖程發動機運轉時，在發動機的一個狀態周期中的四個沖程中的排氣沖程通過氣缸內的高溫高壓廢氣伴隨脈沖波迅速進入發動機尾氣排氣管(7)中，并通過各排氣網孔(1)導入第一固定膨脹腔(8)中，該過程中由于尾氣助燃補氣閥(46)補充進來的空氣也進入到了發動機尾氣排氣管(7)，尾氣中殘余的沒有在氣缸中完全燃燒的CO、HC等氣體與補充進來的空氣在排氣網孔(1)群的處發生爆燃，其爆燃產生的脈沖波通過各排氣網孔(1)群向第一固定膨脹腔(8)呈發散狀散開，該過程同時具有阻性消聲和抗性消聲效應；在第一固定膨脹腔(8)中還未完全反應的CO、HC等氣體充分與補充進來的氧氣反應，并發生膨脹；進一步的第一固定膨脹腔(8)中迅速膨脹的氣體以及脈沖波通過第一擋盤(9)與消聲器外殼(12)之間的第一環形間隙(9.1)進入到第一活動膨脹腔(10)中，脈沖波和膨脹尾氣在進入第一活動膨脹腔(10)中的過程中造成第一活動膨脹腔(10)的壓力迅速增加，進而推動活動塞(13)迅速向右位移，隨著活動塞(13)右移，造成第一活動膨脹腔(10)的體積擴大，進而提高了第一活動膨脹腔(10)的抗性消聲強度；進一步的了，第一活動膨脹腔(10)中心部位的尾氣和脈沖波通過連接柱(2)與第一穿過孔(3)之間的間隙環進入塞腔(5)中產生抗性消聲，第一活動膨脹腔(10)邊緣部位的尾氣和脈沖波進入若干導氣管(4)中，在導氣管(4)中產生沿程阻性消聲，與此同時各導氣管(4)外壁產生的振動與塞腔(5)的振動產生共振，產生部分干涉抵消效應；進一步的，各導氣管(4)和塞腔(5)中的尾氣伴隨脈沖波共同導入到第二活動膨脹腔(42)中，此時第二活動膨脹腔(42)中由于來自不同路徑的脈沖波匯合，部分相反相位的脈沖波造成抵消干涉，造成第二活動膨脹腔(42)中產生脈沖干涉消聲效應，與此同時第二活動膨脹腔(42)中的壓力迅速開始變大，而下一個發動機排氣沖程的尾氣還沒到達第一活動膨脹腔(10)中，第一活動膨脹腔(10)中的壓力迅速降低，第二活動膨脹腔(42)推動活動塞(13)迅速向左位移，隨著活動塞(13)左移，造成第二活動膨脹腔(42)的體積擴大，進而提高了第二活動膨脹腔(42)的抗性消聲強度；如此往復循環，使第二活動膨脹腔(42)和第一活動膨脹腔(10)的抗性消聲體積大于其實際體積；進一步的，第二活動膨脹腔(42)中的尾氣伴隨脈沖波通過第二環形間隙(38.1)進入到第二固定膨脹腔(38.2)中，最終尾氣通過消聲器排氣管(43)排出。