CN102472145B - 消音器连接系统 - Google Patents

Abstract

一种发动机包括排气导管(150)，在该排气导管(150)的一端具有排气口。所述排气导管具有成角度的内表面，所述内表面形成的横截面朝向所述排气口扩宽。所述发动机还包括具有带进气管道(168)的外罩(136)的消音器(128)。所述进气管道通过所述排气口嵌入以使所述进气管道楔入所述排气导管的成角度的内表面。

Description

消音器连接系统

相关专利的交叉引用

本申请要求2009年7月23日提交的美国专利申请号为12/508,424的权益，在此通过引用将其全部并入本申请。

技术领域

本发明总体上涉及燃烧发动机领域。更为具体地，本发明涉及用于将消音器连接至配置为与动力设备(例如，割草机、压力洗涤器、变压器等)一起使用的燃烧发动机的系统。

背景技术

与内燃机相关联的燃烧过程的噪音会相当大。这样，内燃机通常配备消音器来减少噪声排放。小型发动机上的消音器通常直接连接至气缸体或气缸盖的排气口，并且包括一个或多个设计为消散噪声的共振室。一些消音器包括位于外罩上用于将气体排出的穿孔，而其他一些消音器包括排气管。

在典型的用于小型燃烧发动机的多室、排气管消音器中，排放的气体和噪声通过连接至气缸体的导管进入消音器。所述噪声被导入共振室，在所述共振室处消散噪声。通常，共振室壁由消音器外罩和内部隔板或挡板形成。所述隔板是穿孔的，以便排放的气体和噪声通过穿孔进入消音器的另一共振室，在所述另一共振室进一步消散噪声。废气通过排气管排出消音器。其他消音器使用由消音器外罩内的一系列穿孔形成的穿孔排气口。

发明内容

本发明的一种实施方式涉及包括排气导管的发动机。排气导管在该排气导管的一端上具有排气口。排气导管具有成角度的内表面，所述成角度的内表面形成的横截面朝向所述排气口扩宽。所述发动机还包括消音器，所述消音器具有带进气管的外罩。进气管通过排气口嵌入以使所述进气管楔入排气导管的成角度的内表面。

本发明的另一种实施方式涉及用于内燃机的消音器。所述消音器包括外罩，所述外罩形成该消音器的进气口和排气口。而且，所述消音器包括连接至所述外罩的向外延伸的导管。所述导管设计为嵌入发动机的排气口。所述消音器还包括所述外罩的柔性部分。当将消音器与发动机连接时，通过所述柔性部分的弹性挠曲存储压缩作用力。

本发明的又一种实施方式涉及包括消音器的发动机。消音器具有从该消音器延伸的进气管。发动机还包括排气口，在此所述进气管嵌入该排气口。而且，发动机包括至少一个从该发动机延伸的突出部。消音器固定至所述突出部。附加地，所述发动机包括消音器防护装置，所述消音器防护装置也固定至所述突出部。

可选的示例性实施方式涉及其他特征和特征的组合，这可在权利要求中概括描述。

附图说明

根据下面的具体说明，结合附图可更充分地理解本文披露的内容，其中相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1是根据一种示例性实施方式的燃烧发动机的立体图。

图2是图1中燃烧发动机的侧视图。

图3是根据一种示例性实施方式的汽缸体和气缸盖的立体图。

图4是根据一种示例性实施方式的消音器和图3中气缸盖的分解图。

图5是根据一种示例性实施方式的具有消音器防护装置的连接至图4中气缸盖的消音器的立体图。

图6是大体上沿图5中线6-6截取的截面图。

图7A是根据一种示例性实施方式的消音器的主视图。

图7B是大体上沿图7A中线7B-7B截取的截面图。

图7C是大体上在图7B中所圈区域7C内截取的放大视图。

图8A是根据一种示例性实施方式的装配的截面图。

图8B是根据另一示例性实施方式的装配的截面图。

图8C是根据又一示例性实施方式的装配的截面图。

具体实施方式

在转向详细图示示例性实施方式的附图之前，应当理解，本申请不限于附图中图示的或说明书中记载的方法或细节。还应当理解，术语仅为了说明的目的而不应当认为是限定。

参考图1，内燃机110包括覆盖内燃机110顶部的鼓风机外罩112，进气口114和燃料箱116安装至内燃机110的一侧。卷簧启动器126连接至鼓风机外罩112的顶部。

内燃机110还包括曲轴箱120和固定至曲轴箱120底面的机油箱122。曲轴箱120支撑内燃机110的内部元件，例如活塞、连杆、凸轮轴以及其他元件。机油箱122形成曲轴箱120的底部，并使曲轴箱120内的一池油保持润滑。垂直曲轴124从曲轴箱120延伸穿过机油箱122，并可以用来驱动动力设备，例如旋转式割草机、压力洗涤机泵、变压器、或其他设备。在其他实施方式中，内燃机可包括水平曲轴、自动启动器，并且曲轴箱120和机油箱122可以整体铸造。

图2示出了内燃机110的侧视图，其中未示出各种内燃机元件，以更好地显示内燃机110的结构。例如，省略了鼓风机外罩112以显示内燃机110顶部的元件，包括鼓风机涡形管的底部130、点火电枢132、以及摇杆盖118。底部130引导来自鼓风机风扇的空气来冷却由于燃烧过程而被加热的内燃机110的部件。点火电枢132产生定时电荷由火花塞144用来点燃燃料。

摇杆盖118安装至内燃机110的一侧，并盖住驱动进气阀门和排气阀门的摇杆138(见图5)。在摇杆盖118和摇杆138的下面是覆盖汽缸体140的气缸盖142。气缸盖142盖在汽缸体140上，形成燃烧室。进气阀门和排气阀门由摇杆控制，并控制进入和排出燃烧室的空气流。

同样在图2中示出，消音器128连接至内燃机110的一侧。消音器128减少来自内燃机110内发生的燃烧过程的噪声排放。消音器128包括外罩136，外罩136具有由两个外壳叠在一起形成的大体上为矩形的罩身。在其他实施方式中，所述罩身可以大体上为圆形、方形、八角形、或其他形状。外罩136包括安装孔156，其中消音器128采用延伸穿过安装孔156的紧固件134固定至气缸盖142。在消音器128的中心是外罩136上的一系列穿孔160。废气通过穿孔160排出消音器128。

尽管图2示出了根据一种示例性实施方式的消音器，其他类型和形式的消音器也可以使用本文披露的教导。例如，在其他实施方式中，消音器128连接至气缸体，而不是连接至气缸盖。在一些实施方式中，消音器128可以采用其他类型的紧固件(例如自攻螺丝、挂钩、轴钉、扣栓杆、焊接、以及它们的组合)连接至内燃机110。而且，在一些实施方式中，消音器128采用不同数目的紧固件连接。例如，在至少一种实施方式中，消音器包括与从气缸体伸出的挂钩接合的环状物。在一些实施方式中，排气口的穿孔160不在消音器外罩的中心。在其他实施方式中，消音器的排气口包括管子，废气通过该管子排出。消音器的几何结构和尺寸根据待消散的噪声的具体频率和振幅以及其他因素(例如具体的应用)而变化。

在示例性实施方式中，内燃机110是四冲程内燃机。排气导管150(见图6)在气缸盖142内延伸。在其他实施方式中，排气导管在气缸体140内延伸。废气通过排气口146排出气缸盖142，并进入消音器128。

图3示出了气缸盖142、排气口146、以及用以将消音器128连接至排气口146的结构(其中多种内燃机元件未示出以更好地显示该结构)。排气口146显示为气缸盖142一侧的圆孔。废气从燃烧室穿过排出阀门164被引导至排气口146。尽管图3显示排气口146为孔，在其他实施方式中排气口为从内燃机延伸的管或导管。

两个突出部148从气缸盖142伸出。这两个突出部148放置于排气口的两侧，并包括螺丝攻孔166以接纳紧固件134。在示例性实施方式中，突出部148放置成突出部148的中心距离排气口146的中心大于1英寸(例如，大约2英寸)。突出部148与排气口146分开的放置减少了来自通过排气口146排出的废气的热量传递。例如，突出部148和排气口146之间足够的距离可允许采用用于一般用途的自攻螺丝——而不需要采用专门设计用来应对高温不太发生热膨胀的特制螺栓。在采用自攻螺丝的实施方式中，孔166是挖的，不是螺丝攻的。

图4示出了气缸盖142和消音器128的分解视图，采用紧固件134(例如、螺丝、螺栓等)将消音器128与气缸盖142连接。当消音器128连接至气缸盖142时，废气被引导从排气口146排出并进入消音器128的进气管道168。如图2和图4中所示，紧固件134穿过沿消音器外罩136的边缘154的平坦部分152内的孔156。使用沿边缘154的平坦部分152减少了紧固件134和消音器128之间的界面的表面面积，进一步减少向紧固件134的热量传递。

图5示出了通过图4中紧固件134固定至气缸盖142的消音器的立体图。同样在图5中所示，消音器防护装置，以笼状物162的形式，围绕消音器128。在一些示例性实施方式中，笼状物162由以矩阵形式焊接在一起的金属棒(例如，钢、铁、铝等)制成。笼状物162与消音器128的外罩136分隔开以减少向笼状物162的热量传递，并用以限制触及消音器128。笼状物162还有助于防止外来物体(例如，干叶子或操作员)接触外罩136，这可能会相当烫。在其他实施方式中，消音器防护装置为第二穿孔外罩，由高温塑料或复合材料外壳形成。还有其他实施方式采用其他形式商业可用消音器防护装置。

根据一种示例性实施方式，笼状物162通过紧固件134连接至内燃机110。例如，紧固件134穿过笼状物162的安装环170。然后紧固件134穿过消音器128的安装孔156，并进入突出部148。在其他实施方式中，紧固件首先穿过消音器的安装孔156，然后穿过笼状物162的安装环170，然后进入突出部148。将突出部148与排气口分开放置有助于减少向笼状物162的热量传递。因此，连接消音器128的紧固件134可同时用于连接笼状物162。在其他实施方式中，使用不同类型或数目的紧固件来连接笼状物162。

参考图6，示出的排气导管150在气缸盖142内延伸至消音器128的进气管道168。排气导管150在接近排气导管150接触消音器128的进气管道168之处形成斜面。进入消音器128的废气进入第一共振室172。共振室172的一侧由消音器128内的隔板(或挡板)174形成。隔板包括穹状结构176。共振室172的另一侧由外罩136形成。废气从第一共振室172穿过隔板174内一系列的穿孔进入第二共振室178。如图2和图6中所示，废气通过外罩136上的穿孔160排出第二共振室178。发动机噪声在第一共振室172内消散，并在第二共振室178内进一步消散。其他实施方式包括具有不同数目共振室和隔板的消音器。在利用排气管的一些实施方式中，火花消除器可以连接至所述排气管的端部。

仍然参考图6中所示的示例性实施方式，消音器的进气管道168是锥形的。进气管道168的横截面面积随着背离消音器128的距离递减。在一些实施方式中，所述递减的速率是线性的，而在其他实施方式中，所述递减的速率是非线性且非连续的。在消音器128连接至内燃机110期间，进气管道168嵌入排气口146，以使进气管道168的端部接触排气导管150的成斜面的壁。

当内燃机110运行时，热量从废气中通过排气导管150传递至内燃机元件，例如消音器128的进气管道168。所述内燃机元件膨胀，其中不同的材料以不同的速率膨胀并达到不同的程度。在优选实施方式中，进气管道168设计成使得所述材料的热膨胀会改善进气管道168和排气导管150之间的密封。

图7A、图7B、和图7C示出了根据另一示例性实施方式的消音器210。消音器210由围绕边缘216压接在一起的前外壳212和后外壳214形成。前外壳212包括从前外壳212向外延伸的进气管道218。

前外壳212的柔性部分220围绕进气管道218并具有向外延伸的曲率。当进气管道218通过排气口222嵌入排气导管224时，来自进气管道218和排气导管224之间的界面226的接触阻力产生压缩作用力，所述压缩作用力通过进气管道218传递至前外壳212的柔性部分220。柔性部分220弯曲，像弹簧一样存储作用力。紧固件236将前外壳212的柔性部分220保持在弯曲的位置，并且所述作用力保持进气管道218的端部在压力下紧靠排气导管224从而形成气密封。在其他实施方式中，进气管道218本身是柔性的，并在压入排气口222时存储压缩作用力。

图7B和图7C中所示的排气导管224包括接近排气口222的斜角228。斜角228向外成角度以方便在组装期间将进气管道218放入排气口222。此外，进气管道218通过圆形嵌条230连接至外壳214。嵌条230减少了外壳214和进气管道218之间的压力聚集。当连接时，嵌条230适合斜角228所提供的空间。

再次参考图7B，排气导管224还包括止挡结构。止挡结构是以环形台阶232或排气导管224的斜面部分234的一端的肩状突起的形式形成。当进气管道218嵌入排气导管224时，台阶232阻止进气管道218更深的嵌入。而且，台阶232可以增加进气导管218和排气导管224之间接触面226的表面面积，提供更坚固的密封。而且，台阶232指引废气进入进气管道218，避免进气管道218和排气导管224之间的泄露。在其他实施方式中，止挡结构是以限制进气管道218更深入地嵌入排气导管224的能力的突出物、挂钩、横梁或其他结构的形式。

参考图7C，在示例性实施方式中，进气管道218的锥削角度θ′小于排气导管224的斜面角度θ″。在一些实施方式中，角度θ′、θ″相比的差异大约在2度到20度之间，优选地在5度到10度之间，例如大约7度。两个成角度表面的接合是用于增加接触面226的表面面积，提供更好的密封。

图8A示出了具有消音器进气口312和发动机排气口314的装配布置310。进气口312包括具有统一横截面的进气管道318。排气口314在排气导管320的端部形成。排气导管320具有通向排出端口314的横截面面积扩宽的斜面部分322。进气管道318可以嵌入斜面部分322，在该斜面部分进气管道318的一端接触排气导管320的壁。当进气管道318嵌入时，一些嵌入作用力压紧进气管道318和斜面部分322之间的界面，提供了气密封。

图8B示出了具有消音器进气口412和发动机排气口414的装配布置410。进气口412具有进入消音器缩减横截面的斜面孔416。发动机排气导管418包括向外延伸的管道420，其中排气口414在排气管道420的一端形成。排气管道420可以嵌入消音器进气口412的斜面孔416。如图8A中所示的装配310，将消音器固定至发动机的连接作用力在进气口412和排气管道420之间的界面上产生压紧作用力。

图8C示出了具有消音器进气口512和发动机排气口514的装配布置510。进气口512包括具有圆形端部518的进气管道516，其中进气管道516的横截面面积随背离消音器的距离缩减。在一些实施方式中，缩减的速率不是恒定值。排气口514在排气导管520的端部形成。排气导管520具有随背离发动机的距离扩宽的横截面面积。在一些实施方式中，扩宽的速率不是恒定值。排气导管520还包括充当止挡结构来限制进气管道516嵌入排气导管520的距离的台阶522。

如示出的各种示例性实施方式中的消音器连接的构造和布置仅是示例性的。尽管本说明书中仅详细描述了一些实施方式，在实质上不脱离本文所述主题的新的教导和优势情况下，可进行多种变化(例如，在各种元件的尺寸、维度、结构和比例，参数值，安装布置，材料使用，颜色，方向等的变化)。例如，显示为整体形成的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可以颠倒或者进行其他变化。分离元件的种类或数目或者位置可以改变或变化。在一些实施方式中，本文所教导的装配连接可以应用于不包括消音器的动力设备的元件之间的装配。任何过程、逻辑算法或方法步骤的次序或顺序可以根据可选实施方式变化或者重新排序。在不脱离本发明范围的前提下，还可以在各种示例性实施方式的设计、操作条件和布置中作出其他的替代、修改、变化和省略。

Claims (15)

1.一种发动机，包括:

排气导管，包括在该排气导管一端的排气口，其中所述排气导管具有成角度的内表面，该内表面形成的横截面朝向所述排气口扩宽；以及

消音器，包括具有进气管道的外罩，其中所述进气管道通过所述排气口嵌入以使该进气管道楔入所述排气导管的成角度的内表面。

2.如权利要求1所述的发动机，还包括紧固件和突出部，所述紧固件延伸穿过所述消音器外罩的安装孔，并进入所述突出部，从而将所述消音器固定至所述发动机。

3.如权利要求2所述的发动机，其中所述突出部距离所述排气口大于1英寸。

4.如权利要求3所述的发动机，还包括消音器防护装置，所述消音器防护装置通过所述紧固件固定至所述突出部。

5.如权利要求4所述的发动机，其中所述外罩内的安装孔从该外罩的一侧延伸，所述紧固件不直接穿过所述消音器的腔室。

6.如权利要求1所述的发动机，其中所述消音器的进气管道成锥形，具有随背离该消音器缩减的横截面。

7.如权利要求5所述的发动机，其中排气导管还包括限制进气管道更深地嵌入排气导管的止挡结构。

8.如权利要求6所述的发动机，其中所述止挡结构是围绕所述排气口的内表面延伸的环形台阶。

9.如权利要求7所述的发动机，其中所述排气导管还包括毗邻所述排气口的斜角。

10.如权利要求8所述的发动机，其中所述进气管道具有第一锥削角以及在所述环形台阶和所述斜角之间的排气口的成角度的表面具有第二锥削角，其中所述第二锥削角大于所述第一锥削角。

11.如权利要求9所述的发动机，其中所述第一锥削角和第二锥削角之间的差异在5度到10度的范围内。

12.一种用于内燃机的消音器，所述消音器包括：

外罩，形成进气口和排气口，

向外延伸的导管，与所述外罩连接，所述导管配置为嵌入发动机的排气口，

所述外罩的柔性部分，其中当连接至所述发动机时，通过该柔性部分的弹性挠曲存储压缩作用力，所述作用力将进气导管压入排气口从而形成密封。

13.如权利要求12所述的消音器，其中所述导管与所述外罩是一体的。

14.如权利要求13所述的消音器，其中所述导管具有锥形端部。

15.如权利要求14所述的消音器，还包括在所述导管连接至所述外罩处的嵌条。

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