CN101135260A - 多壳式减声器/后壳管道 - Google Patents

Abstract

用于内燃机的排气装置(100)，具有一个外壳(10)，该外壳至少包括一个前壳(11)和一个后壳(12)，装置带有一个预燃室(17)，从燃烧室中排出的废气(32)进入其中；该装置具有至少一个中壳(16)，中壳有前侧(16a)、背侧(16b)以及至少一个催化器支座(22)，催化器支座(22)上装有一个催化器元件(23)；装置还带有一条排气管(19)，可将从催化器元件(23)中出来的废气导出。为了能够仅使用少量零件而制出具有以上特点的结构简单而紧凑的装置——此外该装置的重心应接近于内燃机和汽缸——建议由中壳(16)和预燃室(17)构成排气管(19)。

Description

多壳式减声器/后壳管道

技术领域

本发明所涉及的是符合权利要求1的一种用于内燃机的排气装置，这类排气装置可以用于四冲程或二冲程的汽油发动机。由于这种排气装置具有紧凑的结构，它也可以被用于手动或手持式工作设备，例如由汽油发动机驱动的切割机、链锯、修篱剪或类似设备等。这类排气装置具有一个外壳，它至少包括一个前壳和一个后壳。另外在这种排气装置中还安排有一个预燃室，从燃烧室中排出的的废气便进入此处。此外，还可以有一个具有前侧、背侧以及至少一个催化器支座的中壳，其中在催化器支座上装有一个用来净化废气的催化器元件。排气装置还另外装备有一条排气管，从催化器元件中出来的废气从这条管道中被导出。

背景技术

从目前的技术现状来看，例如DE3829668C2中公布了一种用于便携式工作设备中二冲程发动机的排气装置。这种排气装置也同样是一种紧凑式结构方式，在排气装置的中部装有一个三维形状的催化器元件，用来处理从燃烧室中出来的废气。为了使经过催化器后被加热的废气得到冷却，在催化器元件后面、排气装置的内部安排了一个管道结构，它由因为未经转化所以温度不是很高的废气环绕冲洗，由此来保护外壳不受转化后废气的高温影响。DE3829668C2中所介绍的排气装置结构具有许多个零件，制造工艺繁复，重量也相应较大。此外，该排气装置组装起来也很复杂耗时。

属于目前技术现状的DE3729477C3，公布了一种用于二冲程发动机、特别是发动机式链锯等便携式工作设备的排气装置。该排气装置同样具有一个安装于中部隔墙上的催化器元件。其中，隔墙将排气装置分为两个不相互通气的密闭区域。在隔墙的唯一开口中，安装着所提及到的催化器元件，以便对从燃烧室中出来的废气进行彻底的净化。因此，在废气从排气装置被排出、进入环境气体之前，无论如何都必定会经过催化器元件。为了对催化器中出来的热的废气进行冷却，安排有一个外置的、由环境气体冷却的导管。该排气装置中还可以选配一个外部的隔热片，该隔热片可由发动机的冷气流进行冷却。通过这个附加的隔热片，避免了与排气装置的外壳的直接接触，从而尤其可以起到防止燃烧的作用。整套排气装置的结构不那么紧凑，它由多个单独的零件组成，这些零件的制造工艺较为复杂。此外，这种已知的排气装置的重量相对较大，唯一的原因是安排有一条单独的导管或一个隔热片。由于这种特殊结构，排气装置的重心与内燃机相距较远。

目前一般的技术水平中，还包括一种应用于手持式工作设备的排气装置。特别是在发动机驱动手锯上，这种排气装置被直接固定在汽缸上，在设备上没有设计另外的支座。为达到这个目的，就必须使排气装置的重心尽可能地安置在靠近汽缸处，以便使连接螺栓和排气装置外壳所承受的负荷尽可能很小。这种类型的排气装置，直接由内燃机或汽缸中排出的未转化的废气灌满。外壳的前壳由两块深冲钢板、一条排放管道和一个催化器支座构成，因此只有位于设备外部的前壳所承受的热应力(通过被净化的废气)较高。通常会使用一个附加的隔热屏，使前壳上的外部温度降低到可接受的水平。这种排气装置虽然结构简单，但却具有一个缺点，即前壳变得相当热。通过为此而附加安置的隔热屏，排气装置的重心被进一步向外转移，也就是说离开了汽缸，因此必须在手持工作设备上再另外加以固定。

发明内容

因此，本发明的任务为，提供一种用于内燃机的、带有催化器元件的排气装置，它具有简单而紧凑的结构，仅使用少量的零件。此外，排气装置的重心应尽可能被安排在靠近内燃机和汽缸的位置。

该任务通过具有权利要求1中特征的排气装置而得到了解决。

权利要求1到18给出了本发明符合应用目的的结构设计。

根据本发明，在新的排气装置中做有如下设计：由中壳同时构成预燃室和排气管。本发明此处的基本构想是，尽量使后壳、而不是前壳被催化器元件中出来的经转化的热的废气加热，后壳距离内燃机近，不易接近。因为前壳(基于所选择的结构)不与从催化器元件中出来的过热废气相接触，所以不需具有更多的技术特征便可以使前壳得到冷却。排气装置的前壳上便不需要安装附加的隔热屏。这样一来，便可以达到使排气装置的重心不朝前壳方向，而是在更大程度上朝内燃机方向转移的目的。为了冷却现在更多地与内燃机热的废气相接触的后壳，可以使用一个存在于外部的汽缸冷却气流。通常在内燃机当中会使用这种冷却气流。同样也可以使从排气装置中出来的废气与汽缸冷却气流相互混合形成涡流。这样便可以使本发明排气装置实现多重有利效应。

在本发明排气装置的一种设计方案中做有如下符合目的的安排：中壳与前壳一起构成预燃室，而与后壳一起构成排气管。所以中壳兼有两种功能。通过将预燃室巧妙地设计在中壳内，排气管也同时得以实现。预燃室被安排在中壳的前侧，排气管被安排在中壳的背侧。无论是预燃室还是排气管，都与中壳连成一个整体，且构成材料与中壳均相同。同样，也可以将催化器支座设计为与中壳连成一个整体，且构成材料与中壳相同。这样，对于本发明排气装置的结构而言，中壳便具有关键意义。中壳的特殊形状可通过深拉而实现。为了成型预燃室、排气管和/或催化器支座，同样也可以将相应零件焊接到或铆到(或采用类似方法)中壳上。

为了对催化器元件中出来的经过转化的废气在排气管中进行冷却，排气管多被设计为环绕预燃室的结构，尤其是O形或U形。这样，预燃室便同时具有冷却热的排气管的作用。通过预燃室的巧妙设计，比如将其外轮廓设计为“P”形，便可以放置排气管。也可以通过使预燃室具有更多的伸进排气管中的突起和隆起部分来改善冷却效果。另外，排气管可以被设计为弯曲形状和/或蛇形。同样也可以选择为预燃室设计几个伸进排气管的附加冷却面的方案，这样可以使预燃室和排气管之间达到一个更好的热交换。此处须再次提及的一点是，在本发明排气装置中，前壳不与经过转化的热废气进行直接接触，因此在很大程度上可以被设计为冷的部件。与此相反的是，后壳可以与从催化器中排出的经过转化的热废气直接接触，因此会另外发生一个加温过程。后壳上这些附加的热量可以通过发动机冷却空气而被排出。为了达到这一目的，可以在后壳上设计相应的冷却面或肋条。

在排气装置的另外一种方案中，排气管前安装有一个储存室，它同样由中壳构成。这个储存室同样也可以通过预燃室的特殊形状设计(参见“P”形外轮廓)来实现。储存室可以用来作为所谓的谐振腔，废气中有时可能存在的火焰可以被它扑灭。这一点是如下实现的：废气首先经过催化器而进入储存室，以便随后可以通过U形排气管而从排气装置中出来。通过催化器即中壳的开口处之后突然增大的通流横截面，形成了废气涡流，它可以熄灭废气中的火焰。储存室的存在保证了不会有任何火焰随着处理后的废气而从废气排口中一同排出。

通过使用本发明排气装置中的中壳，可以起到将排气装置的内部空间分隔为两个互不通气的密闭区域。其中，中壳上仅具有两个贯通孔，一个是从内燃机中出来的未经处理废气的进口，另一个是最好安装有催化器元件的开口，可以使未经处理的热废气进入其中。第一个区域内具有预燃室，第二个区域内有排气管。由于催化器元件被安装在中壳的第二个开口中，因此全部的废气在进入排气管及废气出口之前，都必须经过催化器元件。这样可以确保全部的废气都会经过催化处理。

在排气装置的另外一种符合目的的设计方案中，中壳和后壳之间可以安排一个绝热壳，尤其是它的外轮廓应与后壳的内侧面平行。这个绝热壳被用来作为后壳的内部隔热屏。这样可以使后壳不会被排气管中经过转化的热废气过度加热。因此，在这种设计方案中，排气管由后壳和绝热壳构成。此外，在后壳和绝热壳之间安排一条大小保持不变的缝隙也合乎设计目的。例如可以在这条缝隙中填入玻璃纤维绝缘材料，以减少从绝热壳到后壳上的热传导。当然还可以在后壳与绝热壳之间的缝隙中填入其他绝缘材料。此处须提及的一点是，上述壳体，即前壳、后壳、中壳以及绝热壳，可由简单的金属板、深冲钢板、特种钢或类似材料制成。另外还可对这些壳体进行表面处理，以提高其对具有腐蚀作用的废气的耐抗性。

为了避免绝热壳与后壳大面积接触，可另外再安排一个隔离片，由此便可以实现前面所提到的后壳与绝热壳之间的缝隙。这个隔离片可以被安装在废气出口的区域内。同时，该隔离片上也可以具有一个与废气出口相通的开口，这样，从内燃机中排出的废气在进入绝热壳、随后进入后壳及预燃室之前，会先穿过该隔离片。

在本发明排气装置的另外一种设计方案中，至少可以在废气出口之后安排一个废气喷口，该废气喷口尤其可以被安装在预燃室中。废气喷口的作用是减少噪音。废气喷口本身可以被安装在预燃室中的中部隔板上。将废气喷口固定安装在数量至少为一个的间隔套上也是一种可行的设计。间隔套本身可以起到引导连接零件穿过排气装置的作用。为了使排气装置更牢固地定位在手持设备上，可以安排两个连接零件，这两个零件被固定在内燃机上废气进口的区域内。可以通过间隔套将连接零件引入发动机，这样能够避免连接零件在张紧时导致排气装置变形的现象。间隔套也可以起到加固废气喷头的作用。

中壳上也可以存在多个开口，这些开口全部装有一个或多个催化器元件，预燃室内排出的废气经过催化器元件而进入排气管。

在排气装置的一例特别紧凑的设计方案中，后壳内安排有一个供内燃机中所排出的废气通过的废气进口，以及一个供经过处理的废气通过的废气出口。在这种结构形式中，内燃机中排出的废气首先流经后壳和可能存在的绝热壳，再经过中壳，进入预燃室。未经处理的废气由此处出发，通过中部隔板上的另一个同样装有催化器元件的开口，进入储存室或直接进入排气管。从排气管中出来的经过处理的废气，通过位于绝热壳(如绝热壳存在)和后壳中的废气出口，被排出排气装置，进入外部环境。

本发明排气装置中若用到了绝热壳，则可例如在后壳中安排几处通风口，使新鲜空气进入，以便对排气装置加以冷却。新鲜空气从绝热壳面朝后壳的背侧对其进行冷却。在这例设计中，也同样可以使用发动机冷却空气来对后壳进行冷却，此时至少有一部分发动机冷却空气流经通风口。也可以在废气出口上装配一个文丘里喷嘴，从而使新鲜的外界空气被吸入排气装置，以便起到将新鲜空气与经过处理的热废气提前混合的作用。

排气装置的所有零件均可通过两个外壳(前壳和后壳)而被固定，整个外部壳体通过一条位于前壳和后壳边缘区域内的卷边而相互连接。同样也可以将前壳和后壳铆合或旋紧到一起，或采用熔焊、钎焊等其他类似连接方法来进行连接。由于中部隔板在形状和尺寸方面与前壳和后壳的边缘区域大致相符，因此它在前后壳相连时会被牢固地定位在排气装置中。

此外，本发明还针对装有一台内燃机和一部符合权利要求1至18的排气装置的手持式设备，特别是链锯、修篱剪、旋转式割草机或类似工具。

附图说明

附属权利要求中给出了本发明的改进措施和特征。以下将结合图示对本发明做进一步阐释。概略图的内容分别为：

图1a：本发明排气装置的一个后壳和一个中壳的第一例透视图。

图1b：图1a所示后壳的背侧第二例透视图，其中所放置进去的中壳由虚线表示。

图1c：图1b所示后壳与放置进去的中壳相结合之后的另一例前部透视图。

图2a：本发明排气装置的另一种设计方案在安装状态下的侧视图。

图2b：图2a所示排气装置沿IIb-IIb的剖面。

图2c：图2a所示排气装置、尤其是前壳的俯视图。

图3：本发明另一种带有附加绝热壳的排气装置的放大视图。

图4：图2a至图c所示本发明排气装置的放大视图。

具体实施方式

图1a为以透视方式显示的本发明排气装置100的外壳10的后壳12，其中带有一个中壳16。从该视图中可以看出中壳16的整个前侧16a。成型出的预燃室17伸出中壳16的背侧16b。通过这个伸出的预燃室17，在中壳16和后壳12之间形成了排气管19。从燃烧室中排出的废气(参见箭头31)通过一个被设计为椭圆形或四方形的废气出口20而进入排气装置100。该废气进口20被安装在后壳12中。可以在进口20的左右两侧安排孔眼，用以容纳一个多个连接零件，这些连接零件的作用是将排气装置100固定在内燃机上。图中未显示的连接零件穿过废气装置100的内部空间，因此需要在中壳16内中壳16的废气进口20左右两侧也安排几个类似的孔眼。成型于中壳内的预燃室可配有一个废气喷口或一种隔音材料。在废气室17中流动的废气31必须先流过圆柱形的催化器元件23，才可通过中壳16内被催化器23覆盖的相应开口。

图1b为外壳10的后壳12背侧俯视图，其中被放置进去的装有催化器元件23的中壳16以虚线透视方式显示。图1b给出了关于废气31、32流动的清晰概况。从该图中还可以清晰地看到在本例情况中被设计为U形的排气管19。如前所述，未经处理的废气31从预燃室17排出，经过催化器元件23，进入排气管19。其中可在排气管19的前部设计一个储存室18，以便将经过转化的废气(见箭头32)中可能含有的火焰扑灭。经过储存室18之后，废气32先是流经排气管19，随后由后壳12中的废气出口21释放到外部环境中。从图1b中可以清晰地看出，排气管19环绕着温度较低的预燃室17，由此可以起到对排气管19中热的废气32进行冷却的作用。同时，预燃室17也可以具有其他一些伸进排气管19的隆起部分或冷却面28。

图1c为被预先安装在后壳12内的中壳16的俯视图，其中尤其对中壳16的前侧16a进行了显示。因此，该图与被预先安装于图1b所示后壳12内的中壳16的前部视图一致。从图中可以看出，圆柱形的催化器23被固定在中壳16上。催化器23可以是格栅或织网结构，卷起后被固定在中壳16的贯通孔内，因此该贯通孔也同时被用来作为催化器支座22。也可以由中壳16内一个突出的边缘来作为催化器支座22。同样可由一个蜂窝状的催化器元件23将中壳16内的贯通孔覆盖。还可以安排多个催化器元件23，将中壳16内的多个贯通孔覆盖。为了能够调节到所需的转化率，也可以安排一个或多个旁通孔。

图2a为本发明排气装置100的外壳10的一例侧视图。从图中可以清晰地看出，前壳11和后壳12构成了外壳10。在该例方案中，11、12两个壳体的边缘区域13和14内具有卷边。此外还可看出排气装置100紧凑的结构形式。图2b为图2a中所示排气装置100的一个横截面IIb-IIb。在该图中为了表示废气的流动而显示有废气31、32。由于在所示横截面中，排气管19也同样为剖面形式，因此可以看出中壳16的背侧16a。另外，从该图中还可清晰看到中壳16内预燃室17的P形轮廓，它由U形的排气管19所环绕。这个“U”形呈顺时针90°的安排，在“U”的上臂的起始处，安装有催化器元件23以及中壳16的贯通孔。该部件被安排在储存室18中。排气管19由此处出发，以U形环绕预燃室17。在66U”的下臂的末端上，安排有一个中壳12的出口 21，废气32由此而被排到外部环境中。在废气出口21的前部，可以另外安装一个防火格栅。同样可以将废气出口21设计为文丘里喷嘴，使外界空气由该喷嘴而进入排气管19，以便与热的废气32在此处提前混合。

图2c为图2a和图2b中所示排气装置100的俯视图。图2c中主要展示了前壳11的前侧和外侧。它具有两个开口，分别位于废气出口20的左右两侧，贯穿排气装置100。

图3所示为排气装置100的另一例设计方案。除后壳12、中壳16和前壳10以外，该装置还包括一个绝热壳26。该绝热壳26被安装在后壳12和中壳16之间。为了使绝热壳26以一定预先设定的间距平行于后壳12的轮廓，安排有一个隔离片15，它被装在废气出口 20的区域内。由于这个原因，隔离片同样具有一个类似的通向后壳12中进口的废气进口20。另外，在该废气进口20的左右两侧还设计有类似的开口(见对照标记30)，用于装入隔离片15中的连接零件。通过此隔离片15，绝热壳26以一个预先规定的间距平行于后壳。隔离片15的厚度决定了中间缝隙的深度。在图3所示的排气装置的另一例设计方案中，后壳12基本上可被用作绝热壳26的隔热屏，在本例设计方案中，该绝热壳与中壳16构成了排气管19。中间隔板16同样可通过另一个图中未显示的隔离片15而被安装于绝热壳26上。为了使排气装置100的安装更加简便，可以将绝热壳26以及中壳16通过铆钉铆合在后壳12上。这样可以使这12、26和16三个壳体的预安装更加容易。

预燃室17成型于中壳16中，该中壳可被设计为深冲钢板。此外，中壳16还带有一个卷边或凸起形式的催化器支座22，用以固定圆柱体形状的催化器元件23。在预燃室17中，可以安排两个隔离套29(在图3中以虚线表示)，用来固定排气装置100的连接零件可从中伸出。这两个隔离套29同时可用于固定图中未显示的废气喷口。中壳16的前侧16a被前壳11封闭，同时通过前壳11和12的边缘区域13、14的卷边，整个外壳10由此产生。另外，用于将排气装置100固定在汽缸上的连接零件可以起到将外壳10合拢固定在一起的作用。从图3中可以清晰地看出，所示排气装置100的重心并不处于前侧区域即前壳11的区域中，而是处于后壳12的后侧区域，从而接近于手持式工作设备的内燃机。因此在本发明排气装置100的结构中，不需要再采取另外的措施来将排气装置固定或定位在工作设备上。

图4为排气装置100的一例放大视图，其中仅展示了中壳16。该中壳16同样通过隔离片15而被间隔安装在后壳12中。催化器元件23从前侧16a中伸出，进入第一个区域24，该区域由前壳11和中壳16形成。在第一个区域24中，也存在预燃室17。通过中壳16，第二个区域25与第一个区域24相互隔离。同时，由中壳16和后壳12形成第二个区域25。在该区域25中，安排有排气管19。

附图标记列表

100 排气装置

10  外壳

11  前壳

12  后壳

13  11的边缘区域

14  12的边缘区域

15  隔离片

16  中壳

16a 16的前侧

16b 16的背侧

17  预燃室

18  储存室

19  排气管

20  废气进口

21  废气出口

22  催化器支座

23  催化器元件(圆柱形)

24  第一个区域

25  第二个区域

26  绝热壳

27  12中的通风孔

29  间隔套

30  用来容纳连接元件的孔眼

31  指示从燃烧室中排出的废气的箭头

32  指示经过处理的废气的箭头

Claims (21)

1.用于内燃机的排气装置(100)，具有一个至少包括一个前壳(11)和一个后壳(12)的外壳(10)和一个预燃室(17)，燃烧室中排出的废气(31)进入该预燃室中；该套装置还具有至少一个由前侧(16a)、背侧(16b)和至少一个催化器支座(22)的中壳(16)，其中在催化器支座(22)上安装有一个催化器元件(23)；该套装置上还带有一条排气管(19)，将催化器元件(23)中排出的废气(32)导出。排气装置的特征为：中壳(16)构成了预燃室(17)和排气管(19)。

2.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：中壳(16)与前壳(11)构成预燃室(17)，与后壳(12)构成排气管(19)。

3.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：预燃室(17)在中壳(16)的前侧(16a)内以同一种材料成型为一个整体，排气管(19)与中壳(16)的背侧(16b)以同一种材料成型为一个整体。

4.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：催化器(22)在中壳(16)内成型与其连为统一的整体，并且使用同一种材料。

5.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：从催化器元件(23)中排出的经过处理的废气(32)在排气管(29)中由预燃室(17)进行冷却，其具体实现方式为，将排气管(19)设计为环绕预燃室(17)的结构，尤其是O形或U形结构。

6.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：排气管(19)被设计为弯曲和/或蛇曲形状。

7.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：预燃室(17)具有一些附加的冷却面(28)，这些冷却面伸入排气管道(19)中。

8.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：排气管(19)的前部存在一个储存室(18)，该储存室由中壳(16)构成。

9.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：排气装置(100)被中壳(16)分隔成两个相互独立的气密区域(24、25)。

10.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：中壳(16)和后壳(12)之间安排有一个绝热壳(26)，尤其是它的外轮廓与后壳(12)的内侧面相平行。

11.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：在后壳(12)和绝热壳(26)之间存在一道缝隙，尤其可以在其中填入玻璃纤维绝缘材料。

12.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：在后壳(12)和中壳(16)之间，尤其是在废气进口(20)的区域内，装有至少一个隔离片(15)。

13.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：废气进口(20)的后面至少安排有一个废气喷口，它尤其可被安装于预燃室(17)中。

14.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：在后壳(12)中安排有供燃烧室内所排废气(31)通过的废气进口(20)，以及一个供经过处理后的废气(32)通过的废气出口(21)。

15.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：后壳(12)中安排有通风口(27)，新鲜空气由此而进入排气装置(100)。

16.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：排气装置(100)通过至少一个连接零件而被固定在内燃机上废气出口(20)的区域中，其中特别是连接零件可以穿过间隔套(29)。

17.符合以上权利要求12和15的排气装置，其特征为：废气喷口被牢固安装在数量至少为一个的间隔套(29)上。

18.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：外壳(10)通过位于前壳(11)和后壳(12)的边缘区域(13、14)内的一条卷边而合拢在一起。

19.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：多个装有相应催化器元件(23)的催化器支座(22)在中壳(16)内成型与之形成一个整体。

20.符合以上权利要求其中一项的排气装置，其特征为：至少有一个旁通开口在中壳(16)内成型与之形成一个整体。

21.装有一台内燃机和一部符合以上权利要求其中一项的排气装(100)置的手持式工作设备，特别是链锯、修篱剪、旋转式割草机或类似工具。

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