CN114294076A - 一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器，以提高排气消声器性能，能有效保障动力性、降排放、降噪，且体积小、易安装。一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器，包括排气管组合、消声筒组合，所述排气管组合包括沿排气方向依次设置的排气管接头、细直管、渐扩管和膨胀管，所述排气管接头用于与发动机排气口连接，所述消声筒组合的上游端设有触媒，所述膨胀管的下游端连接所述触媒，所述排气管组合配合触媒实现二冲程发动机动态效应排气，所述触媒同时用于净化降排放以及充当二冲程动态效应管的收缩管和尾管结构。

Description

一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器及其工作方法

技术领域

本发明涉及排气消声器技术领域，特别是涉及一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器及其工作方法。

背景技术

随着摩托雪橇市场的发展，摩托雪橇不仅应用在边防巡逻、森林雪地交通等领域，现在还应用到滑雪场等人口聚集区域，另外随着世界各国环保意识加强，对摩托雪橇的排放、消声性能提出了更高的要求。在现有的摩托雪橇排气消声器结构中，在排气噪声对驾乘者及周边人群造成的不适方面考虑较少，仅有较简单的抗性消声设计，对排放设计考虑也少。

摩托雪橇的动力性能是重要的指标，特别是在非道路的野外环境下，现市场上的摩托雪橇多采用四冲程发动机，二冲程发动机具有升功率高的特点，在同等排量情况下，具有可提供比四冲程发动机更充足动力输出的优势。但由于二冲程发动机特殊的进排气方式，要充分发挥二冲程发动机动力优势，排气需考虑动态效应设计，即当发动机扫气时，在发动机排气口形成负压，达到充分排气，当扫气口关闭时，在排气口形成正压，即排气口压力大于缸内压力，防止发动机缸内新鲜气体溢出，并可将部分从缸内流到排气管内的新鲜气体压回气缸，这样气缸内新鲜进气越多，发动机动力性越好。因此排气管需具备细直管、渐扩管、膨胀管、收缩管和尾管结构，但要具备以上完整结构的动态效应排气管需较大的布置空间，特别是对中大排量的摩托雪橇，会给整车的总体布局带来困难。

因此有必要研究一种满足二冲程发动机动力足、降排放、降噪声要求，适用于中大排量摩托雪橇使用的排气消声器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器，以提高排气消声器性能，能有效保障动力性、降排放、降噪，且体积小、易安装。

本发明的目的是这样实现的：

一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器，包括排气管组合、消声筒组合，所述排气管组合包括沿排气方向依次设置的排气管接头、细直管、渐扩管和膨胀管，所述排气管接头用于与发动机排气口连接，所述消声筒组合的上游端设有触媒，所述膨胀管的下游端连接所述触媒，所述排气管组合配合触媒实现二冲程发动机动态效应排气，所述触媒同时用于净化降排放以及充当二冲程动态效应管的收缩管和尾管结构。

优选地，所述渐扩管和膨胀管总体呈弯曲状，用于减少纵向的空间占用。

优选地，所述排气管接头呈“Y”型，其具有两个入口、一个出口，排气管接头上游端的两个入口用于通过螺栓与双缸发动机的两个排气口固连，排气管接头下游端的出口与所述细直管密封连接，且通过拉簧弹性连接，用于减振和抗疲劳。

优选地，所述消声筒组合包括消声器壳体、上端盖、下端盖、隔板A、隔板B、腔连接管，

所述消声器壳体包括外壳体、内壳体，所述内壳体、外壳体呈椭圆筒状，所述内壳体、外壳体与上端盖、下端盖固连，所述内壳体的壁面上均布有孔，内壳体、外壳体之间填充有消声棉，内壳体、外壳体及消声棉组成消声筒的阻性消声结构，用于对高频噪声消声；

所述内壳体、上端盖和隔板A围合成第一腔，内壳体、隔板A和隔板B 围合成第二腔，内壳体、隔板B和下端盖围合成第三腔，所述腔连接管包括腔连接管A、腔连接管B、腔连接管C、腔连接管D和消声筒出口管，所述腔连接管A穿过且固定在隔板A和隔板B上，腔连接管A的端口位于第一腔和第三腔,用于从第一腔向第三腔排气，腔连接管A位于第二腔的部分管壁上分布有穿孔，腔连接管A位于第二腔的穿孔部分外侧空套有套管，所述套管的两端焊接固定在腔连接管A上，用于将腔连接管A位于第二腔的穿孔部分封闭，腔连接管A位于第二腔的穿孔部分、套管之间形成消声共振腔，所述腔连接管B、腔连接管C和腔连接管D直径相等且长度不等，腔连接管B、腔连接管C和腔连接管D穿过且固定在隔板B上，腔连接管B、腔连接管C 和腔连接管D的两端位于第二腔和第三腔，用于从第三腔向第二腔排气，所述消声筒出口管穿过且固定在在隔板B和下端盖上，消声筒出口管上游端与隔板A下端面固连，消声筒出口管位于第二腔的部分管壁分布有穿孔，第一腔、第二腔、和第三腔作为扩张腔，用于对低频噪声消声；腔连接管的穿孔部分用于对低、中频噪声消声。

优选地，消声筒出口管位于消声筒壳体外的部分呈弯曲状。

优选地，所述腔连接管B、腔连接管C、腔连接管D的长度不同，腔连接管B、腔连接管C、腔连接管D的两端口均呈斜切状，用于增加抗性消声频带宽度。

优选地，所述膨胀管的下游端设有排气管连接套，排气管连接套下游端外周面设有呈环形的安装槽；

所述消声筒组合包括触媒固定套，所述触媒通过触媒固定套固连在消声筒组合的壳体上，所述触媒的外表面呈圆柱形，触媒固定于触媒固定套的内圆面，触媒固定套的上游端外侧设有用于与排气管连接套吻合的环面，触媒固定套与排气管连接套通过抱箍连接，触媒固定套下游端外侧与壳体封闭固连。

一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器的工作方法，

发动机工作时，发动机缸内气体经排气口进入排气管组合的排气管接头，然后依次经过排气管组合的细直管、渐扩管和膨胀管三段，实现排气，并在扫气时在排气口形成负压，有利于发动机缸内废气排出，膨胀管用于排气的调谐，气体经过排气管组合到达触媒位置，触媒的蜂窝状结构既保障排气顺畅通过且降低排放，又将排气压力波反射回排气口，达到在扫气口关闭时刻排气口压力为正压力，即排气口压力大于缸内压力，防止了发动机缸内新鲜气体溢出，并将部分从缸内流到排气管内的新鲜气体压回缸内；

气体通过触媒时，有害物质得到净化，然后气体进入消声筒组合的第一腔，排气得到第一次扩张腔抗性消声，扩张腔抗性消声主要消除低频噪声，气体经过腔连接管A进入第三腔，经过腔连接管B、腔连接管C、腔连接管D 进入第二腔，再依次进行了两次扩张腔抗性消声，排气通过腔连接管A的穿孔部分，经过穿孔进入由腔连接管A与套管形成的共振腔，以及排气通过消声筒出口管的穿孔部分时，排气噪声中的低、中频噪声得到进一步消除，排气在各腔通过内壳体壁面的孔，进入分布于内壳体和外壳体间的消声棉，进行阻性消声，有利于对二冲程排气噪声中高频噪声消除，最后从消声筒出口管排出气体。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本排气消声器是基于将传统消声技术、废气净化技术和二冲程动态效应排气管的组合运用，触媒在系统中双重作用的应用，以及装置可分离式的安装方式，同时具备动力足、降排放、降噪声的中大排量二冲程排气消声器技术方案。提出了一种新型动态效应排气、降排放、降噪声技术。此技术适用于中大排量摩托雪橇二冲程发动机排气系统的装置。

排气消声器应满足发动机动力充足，可降排放、消声、便于布置安装等要求。本排气消声器在排气管末端布置触媒，触媒具有双重作用：既有废气净化从而降低排放的作用，在结构上又充当二冲程发动机动态效应排气管的收缩管、尾管作用，即在发动机扫气口关闭时，气流在触媒处形成反射波，在发动机排气口形成正压，将溢出的新鲜气体压回发动机气缸，在保证二冲程发动机发挥动力性优势的同时，节省了收缩管、尾管结构，从而减小了排气消声器的总体尺寸并降低产品成本。消声筒内的扩张腔、穿孔管和阻性消声结构，可对排气中的低、中、高频噪声实现宽频消声。排气管与排气管接头采用弹性连接，有效起到对排气消声器减振和抗疲劳作用。排气管组合与消声筒组合的可分离安装方式，以及排气管的弯曲形状，方便排气消声器的总体布置和安装。本发明满足了中大排量摩托雪橇二冲程发动机排气系统动力足、降排放、消声和满足空间布置的要求。

相对现有技术，触媒在二冲程发动机扫气口关闭时向排气口反射正压力波作用，实现了摩托雪橇二冲程发动机动态效应排气，保障了动力性优势输出，并便于排气消声器的空间布置，以及节约产品成本。触媒净化废气，降低了摩托雪橇排放，更加环保。消声筒内的扩张腔、穿孔管和阻性消声结构，可对排气中的低、中、高频噪声实现宽频消声。排气管与排气管接头采用弹性连接，有效起到对排气消声器减振和抗疲劳作用。排气管组合与消声筒组合的可分离安装方式，以及排气管的弯曲形状，方便排气消声器的总体布置和安装。

附图说明

图1：排气消声器总成示意图；

图2：排气管组合示意图；

图3：消声筒组合示意图；

图4：消声筒内部结构示意图；

图5：图4的俯视示意图；

图6：内壳体的俯视示意图；

图7：腔连接管A的结构示意图；

图8：实施例中发动机排气口压力和缸内压力曲线图。

附图标记

附图中，1为排气管组合，2为消声筒组合，3为排气入口，4为排气出口，5为排气管接头，6为密封垫，7为连接拉簧，8为细直管，9为渐扩管， 10为膨胀管，11为排气管连接套，12为触媒固定套，13为触媒，14为外壳体，15为内壳体，16为上端盖，17为下端盖，18为腔连接管A，19为套管， 20为隔板A，21为隔板B，22为消声筒出口管，23为腔连接管B，24为腔连接管C，25为腔连接管D。

具体实施方式

为了更好地理解本发明技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

参见图1-图7，一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器。本发明的排气消声器，通过前端的排气管接头5，以螺栓固定的方式与发动机排气口相连接，发动机排气通过排气口进入排气消声器的排气管接头5、排气管，通过触媒 13进入到消声筒第一腔，排气再通过腔连接管A18从第一腔流入第三腔，再通过腔连接管B23、腔连接管C24和腔连接管D25流入第二腔，最后通过消声筒出口管22在第二腔中的小孔流入消声筒出口管22，最后从排气出口4排出。

排气消声器包括排气管组合1和消声筒组合2。

排气管组合1前端用于与发动机排气口相连，触媒13通过触媒固定套12 固连在消声筒组合2壳体上，作为消声筒组合2的入口，消声筒组合2与排气管组合1安装后，触媒13在排气管膨胀管10后端，排气管加上触媒13可实现二冲程发动机动态效应排气，触媒13既作为降排放装置，又充当二冲程动态效应管的收缩管和尾管结构。

排气管组合1出口端与消声筒组合2的入口是可分离的连接，通过抱箍连接。

消声筒组合2包括触媒固定套12、触媒13、壳体、端盖、腔连接管、隔板和消声筒出口管22。消声筒的扩张腔、穿孔管和阻性消声结构，可用于对排气中的低、中、高频噪声消声。

排气管接头5通过螺栓实现排气管接头5与发动机排气口连接。排气管接头5“Y”型的两个入口汇合到一个出口，通过连接拉簧7实现排气管接头5与排气管的弹性连接，以达到减振和抗疲劳的作用，连接处有密封垫6，连接拉簧7一端挂在固连在排气管接头5上的法兰通孔上，另一端挂在固连在排气管上的挂钩上。排气管从进气口到出气口依次包括细直管8、渐扩管9和膨胀管10三段，排气管总体呈弯曲状。排气管连接套11前端与膨胀管10末端固连，排气管连接套11后端外周有安装槽，用于排气管组合1与消声筒组合2用抱箍连接安装。抱箍内圆面的两端均设有凸起，凸起与排气管连接套 11后端的安装槽、触媒固定套12前端外侧的环面配合，形成定位，由于雪橇消声器布置在车内，对车辆外观影响不大，排气管可分片加工再组合焊接，以便于加工和安装。

触媒13为圆柱形，触媒13固定在触媒固定套柱面内侧，触媒固定套12 前端外侧有用于与排气管连接套11吻合的环面，触媒固定套12后端外侧与壳体通孔封闭固连，壳体通孔靠近上端盖16位置，位于椭圆长轴顶点区域。触媒固定套12与排气管连接套11通过抱箍实现消声筒组合2与排气管组合1 可分离的连接时，触媒13前端面位于排气膨胀管10末端端面，触媒13后端位于封闭的消声筒第一腔内。触媒13直径与排气膨胀管10直径之比是：0.74，触媒13规格是200目，长120mm，发动机排气口至触媒13前端面的中心线长度是1031mm。

消声器壳体由外壳体14和内壳体15组成，内壳体15、外壳体14呈椭圆柱状，两壳体与上端盖16、下端盖17固连，内壳体15在外壳体14内侧，内壳体15壁面上均布小孔，在内壳体15、外壳体14间填充有消声棉。内壳体 15、外壳体14及消声棉组成消声筒的阻性消声结构，用于对高频噪声消声。

消声筒组合2内的隔板由隔板A20和隔板B21组成，两隔板将由内壳体15、上端盖16、下端盖17围成的消声筒空腔分隔成三个腔室，内壳体15、上端盖16和隔板A20组成第一腔，内壳体15、隔板A20和隔板B21组成第二腔，内壳体15、隔板B21和下端盖17组成第三腔。第二腔在第一腔和第三腔之间。

消声筒内的腔连接管包括腔连接管A18、腔连接管B23、腔连接管C24 和消声筒出口管22。腔连接管A18穿过且固定在隔板A20和隔板B21上，端口分别在第一腔和第三腔,用于排气从第一腔流向第三腔，腔连接管A18在第二腔的部分管壁分布小孔，外侧有套管19，套管19两端具有连接壁，与腔连接管A18的两端焊接，将腔连接管A18穿孔部分两端封闭固连，腔连接管 A18穿孔部分与外侧套管19形成消声共振腔。在隔板B21上穿过且固定三根等直径腔连接管B23、腔连接管C24和腔连接管D25,三根管两端分别在第二腔和第三腔，且三管长度不相等，用于排气从第三腔流向第二腔。在隔板B21 和下端盖17上穿过且固定消声筒出口管22。所述消声筒出口管22穿过且固定在在隔板B21和下端盖17上，消声筒出口管22上游端与隔板A20下端面固连，消声筒出口管22在消声筒壳体外的部分呈弯曲状。

发动机工作时，发动机缸内气体经排气口进入排气管接头5，经“Y”形结构汇合成一个出口进入排气管，然后依次经过排气管的细直管8、渐扩管9 和膨胀管10三段，实现排气的顺利排出，并在扫气时在排气口形成负压，有利于缸内废气排出，膨胀管10用于排气的调谐。排气经过排气管到达触媒13 位置，触媒13的蜂窝状结构既保障排气顺畅通过且降低排放，又将排气压力波反射回排气口，达到在扫气口关闭时刻排气口压力为正压力，即排气口压力大于缸内压力，防止了发动机缸内新鲜气体溢出，并可将部分从缸内流到排气管内的新鲜气体压回气缸，这个过程可以应用发动机一维热力学性能模拟软件进行模拟，排气消声器加触媒13排气口正压曲线示例如图8所示，本实施例中，发动机1缸的扫气口关闭时刻是243°曲轴转角，发动机排气口到触媒13前端面的管路中心线长度是1031mm，图8中是安装触媒13状态时发动机排气口压力和缸内压力曲线图，243°曲轴转角时，排气口压力为1.30692bar，缸内压力为1.19089bar，排气口压力大于缸内压力，并维持了15°曲轴转角的正压状态。

排气通过触媒13时，有害物质得到净化，然后排气进入消声筒组合2的第一腔，排气得到第一次扩张抗性结构的消声，扩张腔抗性消声主要消除低频噪声，经过腔连接管A18进入第三腔，经过腔连接管B23、腔连接管C24、腔连接管D25进入第二腔，再依次进行了两次扩张腔的抗性消声，特别是腔连接管B23、腔连接管C24、腔连接管D25长度不同，管两端口呈斜切状，增加了抗性消声频带宽度。排气通过腔连接管A18穿孔部分，经过小孔进入由腔连接管A18与套管19形成的共振腔，以及排气通过消声筒出口管22的小孔结构时，排气噪声中的低、中频噪声得到进一步消除。另外排气在各腔通过内壳体15壁面的小孔，进入分布于内壳体15和外壳体14间的消声棉，可进行阻性消声，有利于对二冲程排气噪声中高频噪声消除。发动机排气从排气入口3进入，从排气出口4排出的过程，达到了保障二冲程发动机动力性、降排放、降噪的综合性能。

将本申请的排气消声器应用到某600ml双缸二冲程发动机，实测动力性，在最大功率转速7500rpm，发动机加触媒13比不加触媒13的功率提升3.1kW，和模拟结果一致，表明触媒13在该排气过程中起到了动态效应管中收缩管及尾管向排气口反射正压波的作用。

加触媒的排气消声器在降排放、降噪的同时，有效地保证了二冲程发动机的动力，并减小了排气消声器的总体尺寸，并降低产品成本。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器，其特征在于：包括排气管组合(1)、消声筒组合(2)，所述排气管组合(1)包括沿排气方向依次设置的排气管接头(5)、细直管(8)、渐扩管(9)和膨胀管(10)，所述排气管接头(5)用于与发动机排气口连接，所述消声筒组合(2)的上游端设有触媒(13)，所述膨胀管(10)的下游端连接所述触媒(13)，所述排气管组合(1)配合触媒(13)实现二冲程发动机动态效应排气，所述触媒(13)同时用于净化降排放以及充当二冲程动态效应管的收缩管和尾管结构。

2.根据权利要求1所述的一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器，其特征在于：所述渐扩管(9)和膨胀管(10)总体呈弯曲状，用于减少纵向的空间占用。

3.根据权利要求1所述的一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器，其特征在于：所述排气管接头(5)呈“Y”型，其具有两个入口、一个出口，排气管接头(5)上游端的两个入口用于通过螺栓与双缸发动机的两个排气口固连，排气管接头(5)下游端的出口与所述细直管密封连接，且通过拉簧弹性连接，用于减振和抗疲劳。

4.根据权利要求1所述的一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器，其特征在于：所述消声筒组合(2)包括消声器壳体、上端盖(16)、下端盖(17)、隔板A(20)、隔板B(21)、腔连接管，

所述消声器壳体包括外壳体(14)、内壳体(15)，所述内壳体(15)、外壳体(14)呈椭圆筒状，所述内壳体(15)、外壳体(14)与上端盖(16)、下端盖(17)固连，所述内壳体(15)的壁面上均布有孔，内壳体(15)、外壳体(14)之间填充有消声棉，内壳体(15)、外壳体(14)及消声棉组成消声筒的阻性消声结构，用于对高频噪声消声；

所述内壳体(15)、上端盖(16)和隔板A(20)围合成第一腔，内壳体(15)、隔板A(20)和隔板B(21)围合成第二腔，内壳体(15)、隔板B(21)和下端盖(17)围合成第三腔，所述腔连接管包括腔连接管A(18)、腔连接管B(23)、腔连接管C(24)、腔连接管D(25)和消声筒出口管(22)，所述腔连接管A(18)穿过且固定在隔板A(20)和隔板B(21)上，腔连接管A(18)的端口位于第一腔和第三腔,用于从第一腔向第三腔排气，腔连接管A(18)位于第二腔的部分管壁上分布有穿孔，腔连接管A(18)位于第二腔的穿孔部分外侧空套有套管(19)，所述套管(19)的两端焊接固定在腔连接管A(18)上，用于将腔连接管A(18)位于第二腔的穿孔部分封闭，腔连接管A(18)位于第二腔的穿孔部分、套管(19)之间形成消声共振腔，所述腔连接管B(23)、腔连接管C(24)和腔连接管D(25)直径相等且长度不等，腔连接管B(23)、腔连接管C(24)和腔连接管D(25)穿过且固定在隔板B(21)上，腔连接管B(23)、腔连接管C(24)和腔连接管D(25)的两端位于第二腔和第三腔，用于从第三腔向第二腔排气，所述消声筒出口管(22)穿过且固定在在隔板B(21)和下端盖(17)上，消声筒出口管(22)上游端与隔板A(20)下端面固连，消声筒出口管(22)位于第二腔的部分管壁分布有穿孔，第一腔、第二腔、和第三腔作为扩张腔，用于对低频噪声消声；腔连接管的穿孔部分用于对低、中频噪声消声。

5.根据权利要求4所述的一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器，其特征在于：消声筒出口管(22)位于消声筒壳体外的部分呈弯曲状。

6.根据权利要求4所述的一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器，其特征在于：所述腔连接管B(23)、腔连接管C(24)、腔连接管D(25)的长度不同，腔连接管B(23)、腔连接管C(24)、腔连接管D(25)的两端口均呈斜切状，用于增加抗性消声频带宽度。

7.根据权利要求1或4所述的一种二冲程摩托雪橇发动机排气消声器，其特征在于：所述膨胀管(10)的下游端设有排气管连接套(11)，排气管连接套(11)下游端外周面设有呈环形的安装槽；

所述消声筒组合(2)包括触媒固定套(12)，所述触媒(13)通过触媒固定套(12)固连在消声筒组合(2)的壳体上，所述触媒(13)的外表面呈圆柱形，触媒(13)固定于触媒固定套的内圆面，触媒固定套(12)的上游端外侧设有用于与排气管连接套(11)吻合的环面，触媒固定套(12)与排气管连接套(11)通过抱箍连接，触媒固定套(12)下游端外侧与壳体封闭固连。

8.一种权利要求1所述的二冲程摩托雪橇发动机排气消声器的工作方法，其特征在于：

发动机工作时，发动机缸内气体经排气口进入排气管组合(1)的排气管接头(5)，然后依次经过排气管组合(1)的细直管(8)、渐扩管(9)和膨胀管(10)三段，实现排气，并在扫气时在排气口形成负压，有利于发动机缸内废气排出，膨胀管(10)用于排气的调谐，气体经过排气管组合(1)到达触媒(13)位置，触媒(13)的蜂窝状结构既保障排气顺畅通过且降低排放，又将排气压力波反射回排气口，达到在扫气口关闭时刻排气口压力为正压力，即排气口压力大于缸内压力，防止了发动机缸内新鲜气体溢出，并将部分从缸内流到排气管内的新鲜气体压回缸内；

气体通过触媒(13)时，有害物质得到净化，然后气体进入消声筒组合(2)的第一腔，排气得到第一次扩张腔抗性消声，扩张腔抗性消声主要消除低频噪声，气体经过腔连接管A(18)进入第三腔，经过腔连接管B(23)、腔连接管C(24)、腔连接管D(25)进入第二腔，再依次进行了两次扩张腔抗性消声，排气通过腔连接管A(18)的穿孔部分，经过穿孔进入由腔连接管A(18)与套管(19)形成的共振腔，以及排气通过消声筒出口管(22)的穿孔部分时，排气噪声中的低、中频噪声得到进一步消除，排气在各腔通过内壳体(15)壁面的孔，进入分布于内壳体(15)和外壳体(14)间的消声棉，进行阻性消声，有利于对二冲程排气噪声中高频噪声消除，最后从消声筒出口管(22)排出气体。

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