CN1163652A - 共振消声器 - Google Patents

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Abstract

一种用于二冲程内燃机的共振消声器，该消声器有一个连着一根进气管(8)的轴对称共振器外壳(1)，而该外壳则与一根含消声器的排气管(4)相连通，共振器外壳(1)沿流动方向分成彼此相继的发散的扩散体段(13)、等流动截面的中间体段(14)(需要时)和会聚的反射体段(15)，排气管(4)同轴穿入共振器外壳(1)内，进气管(8)与发散体段(13)切向相连。

Description

共振消声器
本发明涉及一种用于二冲程内燃机的共振消声器，该消声器有一个与一根进气管相连通的轴对称共振器外壳，而该外壳则与一根含消声器的排气管相通，共振器外壳沿流动方向分成彼此相继的发散的扩散体段、等流动截面的中间体段(需要时)和会聚的反射体段。
在传统的共振消声器中，进气管与共振器外壳的扩散体段沿轴向相连，因此气体轴向流过外壳，含有消声器的排气管作为独立体沿轴向连接在反射体段上。由于共振器外壳内的发散体段和会聚体段彼此相对着，每进入一个废气冲击波，就产生一个回流负压波，该负压波有助于内燃机气缸的排空，并共同导致改善燃烧、减少废气和提高效率。共振器外壳本身没有减声功能，因此需要另接一个消声器。
不仅共振器外壳结构长度，而且与其相连的消声器结构长度，均与内燃机的转速成反比。为了防止噪声，专用的小行程容积的二冲程内燃机，例如，用于航模运动、电动镰刀(Motorsense)和链锯等，采用越来越慢的工作转速。然而，一种传统结构的共振消声器，当其工作转速为6000转/分时，其结构总长度仍然超过1m，这对所述的应用情况是无法承受的。在这种情况下，至今还得放弃共振消声器的优点，而采用无共振作用的紧凑型消声器，因此是不经济和影响环境的。一方面，在气缸吹洗过程中残留大量燃烧不良的气体，而降低燃烧质量；另一方面，大量燃烧不良的混合物混入废气。这两种结果导致其效率比共振消声器降低约35％。
本发明的目的在于：创造一种尺寸非常紧凑的共振消声器，以至于在小型的二冲程内燃机上，如在航空模型、割草机、链锯、电动镰刀等上，可以充分利用共振原理的优点。
采用上述型式的共振消声器能达到本目的，依照本发明，其特征在于：排气管同轴穿入共振器外壳内，进气管与扩散体段切向连接。
按此方式，节省空间两倍。一方面，安装在排气管内的消声器仿佛是共振器外壳内部的核心，这样就完全移入共振器外壳内。另一方面，由于废气切向流进，并螺旋形绕核心流过共振器外壳，使在共振器外壳内的有效流程为共振器外壳结构长度的数倍，大大缩短了共振器外壳的结构长度。因为切向流入一开始就转向螺旋形流动，使螺旋形流动的螺距逐渐加大，相当于发散的体段，当螺旋形流动达到共振器外壳另一端时，其螺距又减小了，相当于会聚的体段，这就自动形成上述共振原理所要求的流动截面开始逐渐加大和随后逐渐缩小的情形。
较为适宜的辅助方式是，扩散体段可通过逐渐加大共振器外壳直径和/或反射体段可通过逐渐减小共振器外壳直径的方法加强其作用效果。然而，根据本发明一种特别优越的实施形式，在排气管和共振器外壳之间选择或附加安装一种螺旋形导流板。例如，螺旋形导流板的螺距可保持不变，而仅通过上述改变共振器外壳直径的方法形成扩散体段和反射体段。但是，特别优越的做法是，相应地改变螺旋形导流板的螺距，并且优先采用连续加大或逐级加大(为了简化制造)螺旋形导流板螺距的方法组成扩散体段。按照同样原理，可优先采取螺旋形导流板伸到共振器外壳的径向端板的方法组成反射体段。
这里应指出，在US-PS 4 683 978中已公开了一种螺旋形导流板在消声器中的应用。其所描述的导流板的螺距保持不变，且除用于隔声外，不用于组成共振消声器共振器外壳的扩散体段和反射体段。此外，在CH199 018中也公开了一种在排气管和外壳之间设置的变螺距螺旋形导流板，但其用途完全不同，即用在一种无共振器体段的单纯的消声器上，不用于具有一种由扩散体段、中间体段(需要时)和反射体段组成的高效率的共振装置的组合式共振消声器，。详细地说，在CH199 018中公开的螺旋形导流板组成一个螺旋形的声学减声室，排气管经多个变步距的排气孔通向该减声室。在这种情况下，为了能全范围吸收和补偿音频，螺旋形室必须平行于排气管与其相连接，且变螺距用于组成可变的单元式减声室。
在每一情况下，本发明另一种优越的实施形式是，进气管与共振器外壳纵轴成一个锐角相互连接，以便能流畅地过渡到螺旋形流动。
一种构造上特别优越的做法是，排气管经径向孔与反射体段相通。排气管端头可在这个范围内固定在共振器外壳的端板上，并经径向孔把流动连起来。
为了在排气管内构成消声器，最好在排气管内同轴放进一根端管，该端管穿过共振器外壳反射侧的端板，并在离共振器外壳扩散侧的端板的一段距离处终止。在这种情况下，依照本发明另一个特征，特别有利的是，在排气管内壁上和端管外壁上铺设一层消音层。
此外，在任何情况下，在排气管内可以安装一台废气催化净化器，而不增大共振消声器的结构长度。
最后，特别优越的是，进气管做成可直接与内燃机排气孔进行法兰连接的管弯头。因此，可以采取简单的方法用共振消声器替换传统的紧凑型消声器。
下面将以附图中所示的实施例更详细地说明本发明。图的说明如下：
图1本发明共振消声器的第一实施形式的纵剖视图；
图2其端面视图；
图3其俯视图；
图4至图6本发明共振消声器的另外三种实施形式的纵剖视图；
图7和图8本发明共振消声器的一种可供选择的实施形式的端面视图和纵剖视图。
图1至图3所示的共振消声器有一个圆筒式的共振器外壳1，该外壳的一端用球形端板2封闭，另一端用径向端板3封闭。在共振器外壳1内有一根排气管4从端板2起与外壳1同轴地伸到端板3。在端板3附近，排气管4设有径向孔5。在相对的另一端，排气管4可直接穿过端板2，形成一个排气孔，然而，最好的做法是，如图中所示的实施例，为形成一个在排气管4内的消声器，设置另一个流动转向，即在排气管4内与其同轴地装进一根端管6，该端管6伸过端板3，形成一个排气孔，并在离端板2的一段距离处终止。在排气管4内壁上和端管6外壁上铺设一层消音层7。
在端板2附近，进气管8的一端通进共振器外壳1，另一自由端上设一个法兰9，以便与二冲程内燃机的气缸排气孔直接法兰连接(图中未示)。进气管8最好与共振器外壳1纵轴成一锐角(见图3)切向连接(见图2)到共振器外壳1和排气管4之间的环形空间。在这个环形空间内安装一种螺旋形导流板10(图1)，从进气管8向排气管4的径向孔5的流动方向看，该导流板以逆时针方向盘绕着排气管4。进气管8直接通入第一螺纹导程11。在第一螺纹导程11和端板2之间存在一个无用的死区12。导流板10在向着排气管4的径向孔5的一端以一个角度伸至端板3。
螺旋形导流板10的螺距h，在第一轴向体段13内从进气管8开始连续不断增大，在第二轴向体段14内保持不变，在第三轴向体段15内，由于导流板伸到端板3，螺距自然缩小。从而使有效流动横截面在体段13逐渐扩大，在体段14内保持不变，在体段15内又缩小了。因此，体段13至15相当于传统的轴向流动的共振消声器中的扩散体段、中间体段和反射体段，但是前者螺旋形地盘绕着排气管4，因此所需的结构长度大大缩短。
可供选择的方案是，体段14可以取消，和/或在体段15内的螺距h在伸到端板3之前就逐渐减小。可以辅助采取附加措施，在体段13内逐渐加大共振器外壳1的外径D，如图4实施例所示，和/或在体段15内逐渐减小共振器外壳1的外径D。一般说来，有两个参数个可供调整体段13、14和15的流动横截面用，即螺距h和直径D。
另一种供选择的方案是，在体段13内以逐级增大螺距h取代逐渐增大螺距h，使制作简单。最简单的方法是，扩散体段仅由不变的小螺距h1的第一(短)体段过渡到大螺距h2的第二体段来形成(图中未示)，即扩散体段出现在过渡台阶范围内的螺旋旋转过程中。在这种情况下，台阶式过渡体段(扩散体段)前的第一(短)体段可视为仅是切向连通的进气管的延长，并属于它的一部分。
图5示出一种竖立安装的实施形式，例如安装在电动镰刀下面，其结构长度短，且外径大。图6示一种实施形式，其排气管4和共振器外壳1之间的环形空间在图中是从右向左穿过，在排气管4内不进行二次转向，因此在排气管4内的径向孔5与端管6之间提供一个用于安装传统催化净化器(Katalysator)16的空间。
图7和图8示出一种供选择的专门用于高转速发动机的实施形式，该实施形式不安装导流板10，但作用原理不变。进气管8切向连接，排气管4同轴穿进共振器外壳1内，这就自然形成废气朝径向孔5方向绕排气管4螺旋形流动。借助共振器外壳外径D相应的增大和缩小来分别扩大体段13的流动横截面和缩小体段15的流动横截面。但是必须注意到，这种措施是辅助性的，不是绝对必要的，因为在进气管8的入流范围内流动以圆形流动为主，而在中间体段14内逐渐转为以螺旋形流动为主，这就自然扩大体段13的有效流动横截面，反过来，当螺旋形流动到达端板3的范围时，有效流动截面相应地缩小。设最佳结构形式的共振效应为100％，若不采用改变外径的方法，共振效应仍为约65％。
这种不设螺旋形导流板10的实施形式优先用于转速为15000至30000转/分的二冲程发动机，反之，转速较慢的发动机应优先采用设有导流板的实施形式。
当工作转速给定，采用所介绍的设计，共振消声器的结构长度至少可缩短到传统的轴向流动的共振消声器长度的1/3至1/10(例如见图5)。
依照PCT条约第19条所作修改的中文译文：
1.以修改的权利要求1-11替换原权利要求1-11。
               权利要求书
            按照条约第19条的修改
1.一种用于二冲程内燃机的共振器和消声器组合装置，该装置具有一个共振器，该共振器具有一个与一根进气管(8)相连通的轴对称外壳(1)，该外壳则与一根含消声器的排气管(4)相通，共振器外壳(1)沿流动方向分成彼此相继的发散的扩散体段(13)、必要时存在的等流动横截面的中间体段(14)和会聚的反射体段(15)，其特征在于：排气管(4)同轴穿入共振器外壳(1)，进气管(8)切向接入扩散体段(13)上。
2.如权利要求1所述的共振器和消声器组合装置，其特征在于：在排气管(4)和共振器外壳(1)之间的环形空间内从进气管(8)至排气管(4)的起点安装一种螺旋形导流板(10)。
3.如权利要求2所述的共振器和消声器组合装置，其特征在于：由连续加大螺旋形导流板(10)的螺距(h)形成扩散体段(13)。
4.如权利要求2或3所述的共振器和消声器组合装置，其特征在于：由螺旋形导流板(10)伸到共振器外壳(1)的径向端板(3)上形成反射体段(15)。
5.如权利要求1至4中的任意一项所述的共振器和消声器组合装置，其特征在于：进气管(8)同共振器外壳(1)纵轴成一个锐角与其相连通。
6.如权利要求1至5中的任意一项所述的共振器和消声器组合装置，其特征在于：排气管(4)经径向孔(5)与反射体段(15)相连。
7.如权利要求1至6中的任意一项所述的共振器和消声器组合装置，其特征在于：在排气管(4)内同轴装入一根端管(6)，该端管(6)穿过共振器外壳(1)的端板(3)，并在离相对的共振器外壳(1)端板(2)的一段距离处终止。
8.如权利要求7所述的共振器和消声器组合装置，其特征在于：在排气管(4)内壁上和端管(6)外壁上铺设一层消音层(7)。
9.如权利要求1至8中的任意一项所述的共振器和消声器组合装置，其特征在于：在排气管(4)内安装一台废气催化净化器(16)。
10.如权利要求1至10中的任意一项所述的共振器和消声器组合装置，其特征在于：进气管(8)做成可直接法兰连接在内燃机气缸排气孔上的管弯头。
11.如权利要求2所述的共振器和消声器组合装置，其特征在于：由逐级加大螺旋形导流板(10)的螺距(h1-h2)形成扩散体段(13)。

Claims (11)

1.一种用于二冲程内燃机的共振消声器，该消声器具有一个与一根进气管相连通的轴对称共振器外壳，而该外壳则与一根含消声器的排气管相通，共振器外壳沿流动方向分成彼此相继的发散的扩散体段、必要时存在的等流动横截面的中间体段和会聚的反射体段，其特征在于：排气管(4)同轴穿入共振器外壳(1)，进气管(8)切向接入扩散体段(13)上。
2.如权利要求1所述的共振消声器，其特征在于：在排气管(4)和共振器外壳(1)之间的环形空间内从进气管(8)至排气管(4)的起点安装一种螺旋形导流板(10)。
3.如权利要求2所述的共振消声器，其特征在于：由连续加大螺旋形导流板(10)的螺距(h)形成扩散体段(13)。
4.如权利要求2或3所述的共振消声器，其特征在于：由螺旋形导流板(10)伸到共振器外壳(1)的径向端板(3)上形成反射体段(15)。
5.如权利要求1至4中的任意一项所述的共振消声器，其特征在于：进气管(8)同共振器外壳(1)纵轴成一个锐角与其相连通。
6.如权利要求1至5中的任意一项所述的共振消声器，其特征在于：排气管(4)经径向孔(5)与反射体段(15)相连。
7.如权利要求1至6中的任意一项所述的共振消声器，其特征在于：在排气管(4)内同轴装入一根端管(6)，该端管(6)穿过共振器外壳(1)的端板(3)，并在离相对的共振器外壳(1)端板(2)的一段距离处终止。
8.如权利要求7所述的共振消声器，其特征在于：在排气管(4)内壁上和端管(6)外壁上铺设一层消音层(7)。
9.如权利要求1至8中的任意一项所述的共振消声器，其特征在于：在排气管(4)内安装一台废气催化净化器(16)。
10.如权利要求1至10中的任意一项所述的共振消声器，其特征在于：进气管(8)做成可直接法兰连接在内燃机气缸排气孔上的管弯头。
11.如权利要求2所述的共振消声器，其特征在于：由逐级加大螺旋形导流板(10)的螺距(h1-h2)形成扩散体段(13)。
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