CN1982662B - 排气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有外壳(10)的内燃机排气系统(100)，热排气(31)通过排气入口引入该排气系统中，并从排气出口(12)排出，其中排气出口(12)是管状的，更优选地具有圆形或椭圆形横截面设计，该排气出口以简单的方式优选地有效降低排气出口中的排气温度，在管状排气出口(12)的区域中布置有具有至少一个导向叶片(23)的排气涡流形成装置(20)，排气(31)通过该排气涡流形成装置在排气出口(12)中偏转。

Description

排气系统
技术领域
本发明涉及一种具有外壳的内燃机排气系统，排气通过排气入口被引入该排气系统中。这种排气系统可用于四冲程或两冲程汽油机。由于排气系统本身是特别地紧凑设计的，因此该排气系统也可用于手动操作的机器，如汽油机驱动的盘磨机、链锯机、绿篱修剪机或类似物。在排气在排气系统内的处理之后，排气从排气出口排入环境中。排气的处理可以是用于排气噪声的吸声、用于排气的污染物减少或用于冷却排气或类似的措施。通过排气系统以这种方式处理排气，以便使排气随后通过排气出口排入环境中。在这种情况下，排气出口设计成尤其具有原形或椭圆形横截面的管形。
背景技术
将排气涡流形成装置布置在排气系统内是从现有技术一般公知的。这里，这些涡流形成装置通常用于熄灭燃烧排气中灼热的微粒，以便使这些灼热的微粒不通过排气出口排入环境中。例如，DEPS 948210公开了一种具有所谓旋流器绕卷(cyclone winding)或布置的排气系统。这里，由该旋流器布置引起排气快速转动，结果使排气中的灼热微粒在排气系统的内侧上被击碎，因而迅速而安全地熄灭。然而，该旋流器布置在排气系统中，即，远离排气出口的排气出口的上游处，从而使灼热的微粒仍可在排气系统的内侧上熄灭。
另外，从现有技术可知，例如在排气元件后面布置有长的排气管以冷却被转变的排气。这里，由于排气管采用曲折的类型或弓形路线，因此排气管本身可以用作火星熄灭器。通常，热排气而后直接从排气管排到外界或环境中。然而，在这种情况下，排气出口后面仍有很高的排气温度。
发明内容
由于上述问题主要发生在高度紧凑的排气系统中，因此在现有技术中将额外的狭缝或开口布置在排气系统的外壳中，新鲜空气能够通过该狭缝或开口进入排气系统并通过热的燃烧排气的抽吸而被重新导入环境中。通过冷得多的新鲜空气，热排气与周围冷却空气在排气系统中完全混合。用于在排气出口处冷却热排气的喷射器也是已知的，但该喷射器由于排气的脉动流而几乎无效。结果，在排气流中紧在排气出口之后就具有非常高的温度。这些高温可引起损伤的危险，尤其在具有内燃机的便携机器的情况下。这些高温还具有通过热排气引起火灾的危险。
考虑到该背景，本发明的目的是提供一种紧凑的排气系统，该排气系统以简单的方式尽可能有效地降低排气出口中的排气温度。这里，优选使用目前已知的排气系统的设计，以便同样实现经济的解决方案。
为了实现该目的，提出了具有下面的基本技术方案的特征的排气系统。本发明的排气系统的基本的技术方案如下：
一种具有外壳(10)的内燃机排气系统(100)，该排气系统用于手动操作的机器，并具有紧凑设计，热的排气(31)通过排气入口导入该排气系统中，并从排气出口(12)排出，而所述排气出口(12)构造成具有圆形或椭圆形横截面的管状形式，所述排气系统的特征在于，在所述管状排气出口(12)的区域中布置有具有至少一个导向叶片(23)的排气涡流形成装置(20)，所述排气(31)借助该排气涡流形成装置在所述排气出口(12)中偏转，以致所述排气涡流形成装置(20)主要切向于或径向于所述排气涡流形成装置(20)的纵轴线(27)排出所述排气(31)。
在根据本发明的排气系统中，意图在管状排气出口的区域中布置有排气涡流形成装置，该排气涡流形成装置具有至少一个导向叶片，通过该导向叶片使正在排出的排气在排气出口中偏转或形成涡流。排气涡流形成装置可以设置在排气出口之前或排气出口中，或者排气涡流形成装置本身构成排气出口。通过本发明，还意图使排气涡流形成装置具有至少一个导向叶片，通过该导向叶片使排气与环境空气发生偏转或形成涡流。这样可以将排气的可能的层流转化为正在排出的排气的湍流，该排气在排气出口后直接与冷的环境空气混合。通过在排气出口的区域中使用根据本发明的排气涡流形成装置，通过现有的导向叶片使排气迅速转动。由于向心力，排气在离开排气出口时在环境空气中大大地分散。排气因此可以在相当短的距离上与环境空气混合并被环境空气冷却。因此根据本发明排气涡流形成装置并不用作如从现有技术已知的在排气系统内的火星熄灭器，该排气涡流形成装置而是专门用于排气出口下游的排气温度的降低。由于本发明的排气涡流形成装置本身仅具有几厘米的深度，因此可以实现所要求的排气系统的紧凑设计。该排气涡流形成装置也可以集成在现有的排气系统设计中。如果紧凑设计的要求不像例如剪草机那么大，则可以有较大的深度。
下面列出的是在该排气系统的基本技术方案的基础上的作为额外有利的设计的优选方案。
第一优选方案是在基本技术方案的基础上，将所述排气涡流形成装置(20)作为独立的组件设置在所述排气出口(12)的区域中。
第二优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，将所述排气涡流形成装置(20)布置在单独的壳体(21)中。
第三优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，将所述排气涡流形成装置(20)布置在所述排气出口(12)中，以便使所述排气出口(12)的短管段在所述排气(31)离开所述壳体(10)之前的位置处额外地连接所述排气涡流形成装置(20)。
第四优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，使所述排气涡流形成装置(20)具有金属板设计。
第五优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，使所述排气涡流形成装置(20)具有铸件。
第六优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，使全部所述排气(31)可借助所述导向叶片(23)偏转，从而产生所述全部排气(31)与环境空气的涡流。
第七优选方案是在第六优选方案的基础上，在所述排气涡流形成装置(20)的中心横截面区域中设置有固定元件，所述导向叶片(23)也可附装在该固定元件上。
第八优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，仅是所述排气(31)的一部分可借助所述导向叶片(23)中心地偏转，同时所述排气(31)的外侧部分可以受到所述导向叶片(23)的影响，而所述排气的内侧部分能或多或少不偏转地穿过排气涡流形成装置(20)的开口(26)。
第九优选方案是在第八优选方案的基础上，将所述排气涡流形成装置(20)的中心横截面区域设计成敞开的。
第十优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，为各所述导向叶片(23)设置有三角形开口(26)，所述排气(31)的一部分通过该三角形开口导向。
第十一优选方案是在第十优选方案的基础上，使得所述排气(31)首先沿流动方向经过所述导向叶片(23)，并随后通过所述三角形开口(26)导向。
第十二优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，导向叶片(23)具有圆弓形表面。
第十三优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，导向叶片(23)被形成为弧形或波形。
第十四优选方案是在第二优选方案的基础上，所述壳体(21)具有圆形或椭圆形横截面。
第十五优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，将所有导向叶片(23)都构造成对称地相同。
第十六优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，所述热的排气(31)在所述排气(31)被处理后从所述排气出口(12)排出。
第十七优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，在所述排气系统中布置有至少一个用于排气处理的催化剂元件。
第十八优选方案是在第十七优选方案的基础上，所述催化剂元件布置在催化剂腔(13)中，并且在所述排气(31)通过所述排气出口(12)进入环境之前，所述排气(31)从所述催化剂腔(13)通过排气管(15)导向到所述排气涡流形成装置(20)。
第十九优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，在所述排气涡流形成装置(20)之前或之中布置有至少一个火星防护屏。
第二十优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，所述导向叶片(23)的轴向凹陷为所述排气管(12)的直径的5％到70％。
第二十一优选方案是在第十优选方案的基础上，用于所述排气(31)的一部分气流的所有开口(26)的面积至少与所述排气出口(12)的横截面面积一样大。
第二十二优选方案是在基本技术方案或第一优选方案的基础上，所述手动操作的机器为汽油机驱动的盘磨机、链锯机或绿篱修剪机。
第二十三优选方案是在第十四优选方案的基础上，所述导向叶片(23)的宽度(28)对应于具有圆形横截面的壳体(21)的半径。
第二十四优选方案是在第十四优选方案的基础上，所述壳体(21)用于将所述排气涡流形成装置(20)附装在所述管状排气出口(12)的区域中。
第二十五优选方案是在第四优选方案的基础上，所述排气涡流形成装置(20)的一部分或全部能由所述外壳(10)形成。
第二十六优选方案是在第五优选方案的基础上，所述铸件为精密铸件。
第二十七优选方案是在第十二优选方案的基础上，所述导向叶片(23)构造成平的。
第二十八优选方案是在第二十优选方案的基础上，所述导向叶片(23)的轴向凹陷为所述排气管(12)的直径的10％到50％。
第二十九优选方案是在第二十八优选方案的基础上，所述导向叶片(23)的轴向凹陷为所述排气管(12)的直径的15％到30％。
为了优选地实现排气系统的不经济的设计并获得排气系统的简单组装，可以设计成使排气涡流形成装置作为独立组件设置在排气出口的区域中。因此对已知排气系统的原有制造不必有大的改变，并且排气系统的组装也几乎不受到排气涡流形成装置的影响。结果，排气涡流形成装置可作为独立组件而被简单地插入设计好的排气出口中。然而，必须保证排气涡流形成装置不被热排气流迫使而离开排气出口。为此，可以将排气涡流形成装置强制性地(positively)布置和/或非强制性地(non-positively)布置在排气出口中。这里可以想到使用螺栓、铆钉、焊接、钎焊和/或卡紧连接件将排气涡流形成装置附装在排气出口中，或通过卡口式封盖(bayonet closure)的方式将其固定在排气出口中。
同样已证明可行的是，将排气涡流形成装置布置在单独的壳体中。这样，排气涡流形成装置主要包括壳体和设置在壳体中的具有导向叶片的插入部。额外的壳体可以用于将排气涡流形成装置固定在排气出口中，同时可以采用以上段落中所述的可能的固定方式。为了使排气涡流形成装置的流阻尽可能的低，可取的是为排气涡流形成装置的壳体设置圆形横截面。然而本发明显然不限于具有圆形横截面的壳体，所以也可以采用椭圆形的或其它类型的横截面。为了确保将排气转化为湍流，可以在壳体的内侧上布置有小凸起。同样，壳体的内侧可以具有粗糙的表面。另外，排气涡流形成装置可以这样布置在排气出口中，使得排气出口的短管段在排气离开壳体或进入环境之前连接排气涡流形成装置。该措施可用以使环境空气被吸入排气出口，环境空气在排气出口中与流出的排气混合，由此在排气最终离开排气系统的壳体之前总体降低排气温度。
为了优选地将壳体的全部横截面面积用于排气流，可选的是形成有小面积的中心安装平面作为固定元件，导向叶片可以中心地附着在该固定元件上。结果，可以通过导向叶片使整个排气流偏转或形成涡流，以有效地避免排气流中的温度峰值。作为选择，可以省略上述中心安装表面形式的固定元件，以为全部排气流利用壳体的全部横截面面积，因此导向叶片不能中心地附装。在这种情况下，排气涡流形成装置的中心横截面是敞开设计。
为了实现排气涡流形成装置的经济的制造，可以提供金属片设计。这里，壳体和具有导向叶片的插入部可以由金属片构成。可以通过深冲压方法或其它成形方法制造这些金属片设计。在该方案中，也可以从外壳，尤其是排气系统的外壳，形成排气涡流形成装置。因此，由于排气涡流形成装置和排气系统是一体件和相同材料设计，所以可以省去这两个组件的连接。也可以想到从排气系统的外壳仅形成排气涡流形成装置的壳体或插入部。
在排气系统的另一个实施例中，可以想到排气涡流形成装置，尤其是其具有导向叶片的插入部，由铸件构成。这里对于该铸件作为精密铸件是可行的。虽然铸件比可比的金属片设计在制造上较昂贵，但设计自由度较大，从而例如可以铸造成形导向叶片。显然，可以将整个排气涡流形成装置，即插入部和壳体，设计为一个或几个铸件。
随着排气涡流形成装置的特别引起关注的进一步的开发，意图为每个导向叶片设置三角形开口，通过该开口引导排气或排气流的一部分。这里，通常通过由第n(nth)导向叶片通过第n(nth)开口引导排气的第n(nth)部分。因此排气涡流形成装置可以具有两个、三个或几个导向叶片。这里，排气或排气的一部分首先在流动方向上沿导向叶片流动，以便随后通过三角形开口被导入环境空气中。通过使用n个导向叶片，排气被分散成n部分。
还可以想到导向叶片具有圆弓形表面，该导向叶片更优选地具有一个或多个平面。当使用n个导向叶片时，360°/n圆弧形状的平面将用于导向叶片。同样，更优选地，如果设计为短涡轮型的或螺旋桨型的叶片，则导向叶片也可以具有拱形的波形或弯曲表面。作为选择，导向叶片也可以在排气出口的圆周上非均匀地布置，即，各相邻导向叶片相对于彼此都可以具有不同的角度。
为了优选地将排气涡流形成装置的整个横截面用于排气出口，可行的是导向叶片的近似宽度对应于排气涡流形成装置的半径。这样可以明显减小排气涡流形成装置的流阻。为此，如果可用，导向叶片的中心安装应是特别节约空间的或小的设计。该安装表面通常布置在排气涡流形成装置的中心周围。同样，可取的是围绕排气涡流形成装置的中心点或纵轴线对称地均匀布置所有导向叶片。这样就可以保证排气与环境空气均匀并且有效地混合。然而，本发明不限于对称的导向叶片，所以还可以开发出几何形状不同的单独的导向叶片。
另外，可行的是用于排气的一部分气流的所有开口的面积至少与排气出口的横截面面积一样大。这样，就不会有导致流阻增大的横截面的减小。这里，开口用于排气的一部分气流的通过面积在很大程度上也与相关的导向叶片的轴向凹陷(axial depression)相关。同时可以确定，用于排气的各部分气流的通过面积越大，导向叶片的轴向凹陷也越大。在有利的方式中，导向叶片的轴向凹陷是排气管直径的5-70％，尤其有利的是10-50％，并且非常有利的是15-30％。通过排气涡流形成装置中的该直径-高度比可以实现排气的优化流动。当使用两冲程发动机时，如果需要，排气涡流形成装置也可以用于提供用于优化发动机进气的必要的流阻。据此，必须调节排气涡流形成装置，尤其使其流阻，以适合内燃机。
为了获得排气与环境空气的全面的涡流，可行的是排气涡流形成装置主要与其纵轴线相切地或形成螺旋形地排出排气。由于排气也被迫沿纵轴线的方向(即，轴向地)排出排气出口，因此也发生排气与环境空气的全面三维混合。因此，甚至在排气出口后面几厘米的很短距离处，排气也显著冷却。还可以想到的是，排气涡流形成装置主要沿排气涡流形成装置的纵轴线的径向排出排气。在这种情况下，也发生与上述相同的积极的效果。为了如所希望的从排气涡流形成装置或排气出口排出排气，必须适当地匹配导向叶片的几何形状。这里可取的是将导向表面布置成类似于涡轮叶片，以使排气形成希望的涡流。为此，如果适用，旋转对称布置的导向叶片类似于具有n个螺旋桨叶片的飞机螺旋桨。在这种情况下，单独的螺旋桨叶片可以布置成倾斜于进入排气的流动方向。由于大量的开发可能性，可以实现排气与环境空气的希望的涡流。
另外，根据本发明的排气系统可实际上设有至少一个用于排气处理的催化剂元件。通过使用一个或几个催化剂元件，可以对具有包含在排气中的(化学)成分的排气进行再处理。在这种情况下，例如在残留的氧含量的帮助下将现有的碳氢化合物转换为二氧化碳和水或一氧化碳。然而，由于在该化学转换过程期间释放额外热量，因此已经很热的排气被额外加热。因此较可行的是借助完全在排气系统中的下游排气管预冷却通过催化剂元件导向的排气。这里，应同时熄灭排气中的火星。为此，尤其可在排气涡流形成装置之前或之中布置有额外的火星防护屏。该火星防护屏用以从排气过滤任何残存的火星，以便使这些火星不进入环境。由于特别简单的设计，火星防护屏可以直接布置在导向叶片之前或之后，并且如果排气涡流形成装置通过可拆除的非永久连接件布置在排气系统上或排气出口中，可以容易地更换火星防护屏，用于维持效果。因此，当拆卸排气涡流形成装置时，可以直接更换或保持火星防护屏。
在排气系统的特别引起关注的实施例中，可以设置成将催化剂元件布置在催化剂腔中，并且从催化剂腔导向的排气在排气通过排气出口进入环境之前通过排气管导向到排气涡流形成装置。另外，可以在排气管与排气涡流形成装置之间采用所述火星防护屏。根据本发明的这种排气系统不仅是紧凑设计，而且也满足法定的环境法规。
另外，本发明的目的还在于根据下面所述的排气涡流形成装置。该排气涡流形成装置具有上面所述的排气系统的基本方案和其优选方案中的任何一项的特征。
附图说明
借助附图将较详细地说明本发明的不同实施例。在附图中：
图1以三维视图示出具有根据本发明的排气涡流形成装置的排气系统，该排气涡流形成装置具有五个螺旋桨型的导向表面；
图2以三维分解图示出与图1中相似的根据本发明的排气系统，该排气系统具有带四个导向叶片的排气涡流形成装置；
图3以线图式(diagram-type)视图示出具有五个螺旋桨型导向叶片的排气涡流形成装置；
图4a、4b和4c以三个不同的三维视图示出用于排气涡流形成装置的插入件，该插入件总共具有四个平的且为圆弓形的导向叶片；
图5a和5b示出另一个用于排气涡流形成装置的插入件，该插入件也具有四个平的且为圆弓形的导向叶片，但该插入件在中心横截面区域中是敞开设计；
图6a至图6e以各种视图示出用于排气涡流形成装置的另一种形式，其中排气涡流形成装置部分地从排气系统形成；以及
图7a至图7d以各种视图示出具有图6a至图6e的排气涡流形成装置的排气系统。
具体实施方式
图1在三维视图中示出根据本发明的排气系统100。这里，排气系统100具有布置在排气出口12中的排气涡流形成装置20。该排气出口12位于上壳11中，该上壳与外壳11一起形成外壳10。两个上下外壳11可通过焊接连接、翻边或通过示出的紧固件19相互气密封地连接。图1中未示出排气入口，因此排气流31能从内燃机的气缸直接进入排气系统100。然而可见，采用了排气涡流形成装置20，该排气涡流形成装置总共具有5个螺旋桨型导向叶片23，同时各导向叶片相对于进入的排气流倾斜地布置。结果，排出的排气流31被施加涡流，排气31通过该涡流紧在排气出口12后就与环境空气形成涡流或混合。为了优选地避免通过额外采用的全屏涡流形成装置20造成任何流动损耗，各导向叶片23从中心点27到达排气管15的圆形内表面，该中心点形成排气涡流形成装置的纵轴线。因此，排气涡流形成装置20或排气出口12的全部横截面面积都用于使排气流31形成涡流。借此可以避免排气流31中的层流。这使得排气紧在从排气出口12排出后就形成优化的涡流。
图2示出了另一个根据本发明的排气系统100，其中排气涡流形成装置20同样地设置在排气出口12中。该排气涡流形成装置20主要包括单独壳体21和设置在该壳体21中的插入件22，导向叶片23布置在该插入件上。因此，排气涡流形成装置20构造成两部分。结果，可以实现排气涡流形成装置20的经济的制造。通过排气系统100的该模块化构造还简化了排气涡流形成装置20的组装。另外，排气系统100具有布置在催化剂腔13中的催化剂元件(未示出)。排气管15从曲流式设计的催化剂腔13开始，并在排气涡流形成装置20处终止。在排气管15与排气涡流形成装置20之间额外布置有至少一个火星防护屏。为了便于催化剂腔13和排气管15的进一步开发，同时从催化剂腔13和排气管15设置有两个半腔14。这两个办起14是本身可以由成形金属板部分构成的上下半腔14。这两个半腔14通过隔离件17基本保持在排气系统100的中心处。为了连接上半腔14和下半腔14，可以设有由螺栓螺母连接构成的额外的紧固件19。也可以想到通过其边缘区域的翻边使两个半腔14相互连接。当使用额外的紧固件19时，还有利于将排气涡流形成装置20或其壳体21与半腔14连接。为此，在排气涡流形成装置20的壳体21中设有开口30，该开口与半腔14中的额外开口30一致地设置。
为了将插入件22可靠地安装在排气涡流形成装置20的壳体21中，该插入件可强制性地和/或非强制性地设置在壳体21中。也可以想到将插入件22塞在排气出口12的边缘与涡流形成装置壳体21之间。在特殊形式中，插入件22甚至可以布置成使其可在壳体21中转动。
另外，图2的排气系统100在催化剂腔13下方设置有流板16，该流板具有用于排气通路的开口。因此该流板16布置在下半腔14与下壳体11之间。在流板16与下壳体11之间还可以设有法兰盘18。
图3在三维视图中示出排气涡流形成装置20。在该排气涡流形成装置20中，壳体21由成形金属板部分构成。在壳体21中，布置有总共具有五个螺旋桨型导向叶片23的插入件22。这些导向叶片23具有圆弓形轮廓，同时该圆弓形大约形成72°(由于是五个导向叶片，360°/5＝72°)的近似角度。导向叶片23的表面布置成相对于进入的排气流31的流动方向倾斜或歪斜。导向叶片23的宽度28主要从中心27延伸到圆筒式插入件22的圆形或椭圆形边缘，中心27设置为固定元件。中心点27或纵轴线27由五星闭合表面形成，五个导向叶片23从该五星闭合表面径向地伸出或汇合。也可以想到例如采用管或连续的圆筒代替闭合的中心表面，导向叶片23从所述管或连续的圆筒的外边缘径向地伸出。该中心横截面区域也可以是敞开的设计，下文仍将对此加以说明。
如图3所示，排气流31通过横向开口29引入排气涡流形成装置20。排气流31继而通过壳体21偏转以撞击在具有导向叶片23的插入件22上。这里，在壳体21中可以额外采用至少一个火星防护屏。该火星防护屏可以布置并附装在壳体21与上半腔14之间。排气涡流形成装置20还具有在导向叶片23后面的短管段，该短管段可以由排气涡流形成装置20形成，更优选地由插入件22形成，或者由管状排气出口12形成。
图4a、4b和4c在三维视图中示出排气涡流形成装置20的插入件22的示例性实施例。这里，各单独的图4a、4b和4c示出相同的三维元件22的不同视图。为了说明排气涡流形成装置20或插入件22和布置在插入件上的导向叶片23的操作，作为示例以加粗箭头示出排气流31。
图4a主要从前部24示出插入件22。这里，前部24与排气流31相遇。该排气流31立即撞击在圆弓形导向叶片23上，所述导向叶片倾斜地向后或轴向地向后延伸。为了优选地实现导向叶片23的稳定的附装，在前部24中设有十字部作为固定元件。导向叶片23的一侧从十字部的各侧伸出。该侧确定导向叶片23的宽度28。宽度28主要对应于圆筒形插入件22或圆筒壳体21的半径。一旦排气31碰撞在倾斜向后导向的导向叶片23上，排气由平的导向表面通过三角形开口26切向于纵轴线27导向。在导向叶片23的开口侧的端部处各设有一三角形开口26。因此对于四个导向叶片23设置有四个三角形开口26。三角形开口一方面由导向叶片23的未固定侧形成，另一方面由前部24上所述的固定十字部的侧面和插入件22的圆形边缘的侧面形成，该圆形边缘从插入件伸出并主要布置成直角。
图4b在三维侧视图中示出与图4a相同的插入件22。这里可清楚地看到圆弓形导向平面23，在目前情况下，该导向平面由90°圆弧段(四分之一圆弧)构成。还可以清楚地看到三角形开口26，排气31通过该三角形开口被迫在导向叶片23上偏转，从而使排气可带有施加的涡流从插入件22或排气出口12排出。由两个箭头31作为示例代表排气流31的该涡流。显然还可以进一步径向向外产生该排气流。通过导向叶片23的数量n和各导向叶片23的设计，可以在排气流31的希望涡流上施加适当的、直接的影响。
该插入件22由本身可经济地生产的成形金属板部分构成。为了提高该插入件22的寿命，可以将特种合金用于金属板。也可以使用不锈钢板。还可以想到为插入件22设有表面涂层，通过该表面涂层可以延长插入件22的使用期或寿命。
图4c示出从图4a和4b已知的插入件22。然而，这次专门示出插入件22的后部25。这里，撞击到前部24上的排气31被导向到四个导向叶片23，并且穿过这些导向叶片、穿过四个三角形开口26并彻底穿过插入件22。通过四个导向叶片23，排气流31总共被细分成四部分气流。这些排气部分气流从三角形开口26与纵轴线27切向地或径向地排出。从而通过导向叶片23对排气流31施加希望的涡流，从而使排气流在从排气出口12排出后直接与环境空气混合。
用于排气涡流形成装置20的另一个插入件22适于图5a和5b。该插入件22也具有四个导向叶片23。与图4a、4b和4c的插入件22的本质区别在于，这里的导向叶片23没有附装在中心横截面区域中。由于省略了固定元件，因此围绕中心点27或纵轴线27的中心横截面区域设计成敞开的。因此整个横截面区域为排气31敞开。然而，结果，排气31的外侧部分通过导向叶片23的偏转程度大于排气31的内侧部分，该内侧部分能或多或少不偏转地穿过排气涡流形成装置20的(十字形)开口26。根据排气31的迎面气流速度，由于排气31的内侧气流会被排气31的外侧气流一起拖拽，因此排气31的内侧部分仍会产生涡流。这是内侧部分的间接偏转或旋转。
如主要从其前部24示出插入件22的图5a所示，插入件22在其前部24处遇到排气31，从而使排气31在后部25处从插入件22混合并/或旋转地流出。
与图5a相比，图5b主要从其后部示出插入件22。这里，可尤其清楚地看到导向叶片23后面的插入件22的短管段。在该壳体中的短管段具有圆形横截面。在该壳体中的各导向叶片23仅附装在插入件22的圆形外壁上。还可以清楚地看到插入件22的中心横截面区域中的十字形开口26。另外还可以看到正在排出的排气31在最终离开排气出口12进入环境空气之前在插入件22的短管段中如何被开始引导。
根据排气流31的流速，在中心点27的区域中会部分地形成吸力，使得排气系统100外侧的环境空气被中心地吸入排气出口12或插入件22中。因此排气出口12内正在排出的排气的混合已经发生。为了进一步加强该吸力，可取的是在短管段内传导偏转的或向外导向的排气流31，以便增大在中心点27的区域中形成的抽吸效果。
如上所述，如图4a、4b、4c以及5a和5b所示的插入件22可设计成由金属板部分形成。然而，插入件22也可以设计为铸件，尤其是精密铸件。该铸件也可以额外地设有表面涂层。显然还可以想到，排气涡流形成装置20可以从壳体21和具有相应的导向叶片23的插入件22开发成单个部分，从而使壳体21和插入件22形成一部分或一件，并且更优选地由相同材料开发。
图6a至图6e示出另一种排气涡流形成装置20，其中壳体21和插入件22开发成单个部分。该排气涡流形成装置20的特征在于，该排气涡流形成装置20可全部或部分地由排气系统100的壳体11或外壳10形成。为了获得尤其经济并且简单的设计，可以在排气出口12的区域中使用另一个附装件11a。这里，该附装板11a可以通过焊接、铆接、螺栓或钎焊连接法等附装到外壳上。在该形式中，可以想到将上述火星防护屏布置在导向叶片23与额外的附装板11a之间。显然可以将火星防护屏布置在导向叶片23的上游。
图6a示出从外壳10形成的排气涡流形成装置20的前视图。这里，可通过排气出口12看到排气涡流形成装置20的导向叶片23。这些导向叶片23通过深冲压或其它成形方法从外壳10形成。当将外壳10形成在壳体11中时，可直接进行用于排气涡流形成装置20的该成形步骤。因此不需要额外的制造步骤，这可以显著降低成本。另外，还可以通过导向叶片23的轴向凹陷确定排气涡流形成装置20中的直径-高度比。
图6b示出图6a的截面I-I。这里，变得清楚的是，排气涡流形成装置20的壳体21与排气涡流形成装置的插入件22被形成为一体。在这种情况下，壳体21和插入件22都由外壳10形成。这种形式的优点在于，存在较少的组件并因而存在较少的密封点。然而必须提及，图6a所示的排气涡流形成装置20也可以由排气出口12的区域中的额外的金属板部分构成，该金属板部分安装在外壳10上。
图6c示出图6a和6b的排气涡流形成装置20的后视图。可以清楚地看到，四个导向叶片23已从外壳10成形为弓形。然而，在此成形过程期间，星形中心点27被留在原位。显然可以想到能在成形期间省略该星形中心点27。
图6d和6e示出排气涡流形成装置20的三维视图。这里，在两个图中可以看到导向叶片23后的三角形开口26。在该形式的排气涡流形成装置20中，用于排气31的部分气流的所有开口26的面积小于排气出口12的横截面面积。因此导致排气涡流形成装置中的横截面减小。如果导向表面23形成得较低，即，具有从外壳10起的较大的轴向深度，可以增大所有开口26的总面积。
图7a至7d示出排气系统100的另一种形式，该排气系统100具有如图6a至6e在各种视图中所示的排气涡流形成装置20。
图7a和7b示出排气系统100的外部的三维视图。可以清楚地看到，排气涡流形成装置20部分地从外壳10尤其是壳体11形成。在排气出口12的区域中额外使用附装板11a，结果形成实际为管状的排气出口12。
图7c示出图7b的截面II-II。该截面图说明了排气涡流形成装置是从半壳11形成的。还可以看到额外的附装板11a。
图7d示出排气系统100的外部的分解示意图。从该视图可清楚地看到，具有导向叶片23和相应开口26的排气涡流形成装置20是从半壳11形成的。同样变得清楚的是，在导向叶片23与单独的附装板11a之间可以布置有火星防护屏。该火星防护屏因而也可以通过附装板11a的附装而保持在适当的位置。
最后必须提及，如果上述技术特征不是明确地互斥，侧可以单独地或以任意组合用于根据本发明的排气系统100或排气涡流形成装置20。
附图标记说明
100   排气系统
10    外壳
11    壳体
11a   附装件
12    11中的排气出口
13    催化剂腔
14    半腔
15    排气管
16    流板(具有开口)
17    隔离件
18    法兰盘
19    紧固件
20    排气涡流形成装置
21    20的壳体
22    20的插入件
23    导向叶片
24    22的前部
25    22的后部
26    用于排气流的开口
27    20和22的中心点/纵轴线
28    23的宽度
29    用于排气流的入口
30    用于紧固件的开口
31    用于排气流的箭头

Claims (29)

1.一种具有外壳(10)的内燃机排气系统(100)，该排气系统用于手动操作的机器，并具有紧凑设计，热的排气(31)通过排气入口导入该排气系统中，并从排气出口(12)排出，而所述排气出口(12)构造成具有圆形或椭圆形横截面的管状形式，所述排气系统的特征在于，在所述管状排气出口(12)的区域中布置有具有至少一个导向叶片(23)的排气涡流形成装置(20)，所述排气(31)借助该排气涡流形成装置在所述排气出口(12)中偏转，以致所述排气涡流形成装置(20)主要切向于或径向于所述排气涡流形成装置(20)的纵轴线(27)排出所述排气(31)，其中所述排气涡流形成装置(20)布置在所述排气出口(12)中，以便使所述排气出口(12)的短管段在所述排气(31)离开所述壳体(10)之前的位置处额外地连接所述排气涡流形成装置(20)。
2.根据权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述排气涡流形成装置(20)作为独立的组件设置在所述排气出口(12)的区域中。
3.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，所述排气涡流形成装置(20)布置在单独的壳体(21)中。
4.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，所述排气涡流形成装置(20)具有金属板设计。
5.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，所述排气涡流形成装置(20)具有铸件。
6.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，全部所述排气(31)可借助所述导向叶片(23)偏转，从而产生所述全部排气(31)与环境空气的涡流。
7.根据权利要求6所述的排气系统，其特征在于，在所述排气涡流形成装置(20)的中心横截面区域中设置有固定元件，所述导向叶片(23)附装在该固定元件上。
8.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，仅是所述排气(31)的一部分借助所述导向叶片(23)中心地偏转，同时所述排气(31)的外侧部分受到所述导向叶片(23)的影响，而所述排气的内侧部分能或多或少不偏转地穿过排气涡流形成装置(20)的开口(26)。
9.根据权利要求8所述的排气系统，其特征在于，所述排气涡流形成装置(20)的中心横截面区域设计成敞开的。
10.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，为各所述导向叶片(23)设置有三角形开口(26)，所述排气(31)的一部分通过该三角形开口导向。
11.根据权利要求10所述的排气系统，其特征在于，所述排气(31)首先沿流动方向经过所述导向叶片(23)，并随后通过所述三角形开口(26)导向。
12.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，导向叶片(23)具有圆弓形表面。
13.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，导向叶片(23)被形成为弧形或波形。
14.根据权利要求3所述的排气系统，其特征在于，所述壳体(21)具有圆形或椭圆形横截面。
15.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，所有导向叶片(23)都构造成对称地相同。
16.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，所述热的排气(31)在所述排气(31)被处理后从所述排气出口(12)排出。
17.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，在所述排气系统中布置有至少一个用于排气处理的催化剂元件。
18.根据权利要求17所述的排气系统，其特征在于，所述催化剂元件布置在催化剂腔(13)中，并且在所述排气(31)通过所述排气出口(12)进入环境之前，所述排气(31)从所述催化剂腔(13)通过排气管(15)导向到所述排气涡流形成装置(20)。
19.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，在所述排气涡流形成装置(20)之前或之中布置有至少一个火星防护屏。
20.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，所述导向叶片(23)的轴向凹陷为所述排气管(12)的直径的5％到70％。
21.根据权利要求10所述的排气系统，其特征在于，用于所述排气(31)的一部分气流的所有所述开口(26)的面积至少与所述排气出口(12)的横截面面积一样大。
22.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，所述手动操作的机器为汽油机驱动的盘磨机、链锯机或绿篱修剪机。
23.根据权利要求14所述的排气系统，其特征在于，所述导向叶片(23)的宽度(28)对应于具有圆形横截面的壳体(21)的半径。
24.根据权利要求14所述的排气系统，其特征在于，所述壳体(21)用于将所述排气涡流形成装置(20)附装在所述管状排气出口(12)的区域中。
25.根据权利要求4所述的排气系统，其特征在于，所述排气涡流形成装置(20)的一部分或全部能由所述外壳(10)形成。
26.根据权利要求5所述的排气系统，其特征在于，所述铸件为精密铸件。
27.根据权利要求12所述的排气系统，其特征在于，所述导向叶片(23)构造成平的。
28.根据权利要求20所述的排气系统，其特征在于，所述导向叶片(23)的轴向凹陷为所述排气管(12)的直径的10％到50％。
29.根据权利要求28所述的排气系统，其特征在于，所述导向叶片(23)的轴向凹陷为所述排气管(12)的直径的15％到30％。
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