[发明专利]一种四冲程发动机消声器及其方法

权利要求书

1.一种四冲程发动机消声器，其特征在于：包括发动机尾气排气管(7)、尾气助燃补气阀(46)、消声器本体(44)和消声器排气管(43)；

所述发动机尾气排气管(7)的进气端导通连接四冲程发动机的排气门端；所述发动机尾气排气管(7)的出气端导通连接所述消声器本体(44)的尾气进气端；所述消声器本体(44)的尾气排气端导通连接所述消声器排气管(43)；

所述尾气助燃补气阀(46)的一端导通外界，另一端垂直旁通连接所述发动机尾气排气管(7)；

所述尾气助燃补气阀(46)包括补气管(17)，所述补气管(17)为硬质管体结构；所述补气管(17)与所述发动机尾气排气管(7)垂直一体化连接，且所述补气管(17)的出气端旁通所述发动机尾气排气管(7)的气流通道(7.1)；

所述补气管(17)的管内还包括阀门环台(27)，所述阀门环台(27)外圈密封连接所述补气管(17)内壁，所述阀门环台(27)的内圈(28)为锥孔结构，所述内圈(28)的锥孔在靠近所述消声器排气管(43)的一端为锥孔粗端；

所述补气管(17)的管内还同轴心设置有阀芯(24)；所述阀芯(24)为圆锥形薄壁回转体结构，所述阀芯(24)的圆锥外壁与所述阀门环台(27)的内圈(28)锥孔密封接触；

所述补气管(17)的管内在远离所述阀芯(24)粗端一侧还同轴心支撑设置有弹簧座(30)，所述弹簧座(30)为直径小于所述补气管(17)内径的回转体结构；所述弹簧座(30)至少通过一个支撑部件(31)与所述补气管(17)内径支撑连接；所述弹簧座(30)靠近阀芯(24)的一侧设置有柱形弹簧凸台(33)；

所述补气管(17)的管内还同轴心包括阀芯导柱(19)和阀芯行程控制柱(25)；所述阀芯导柱(19)和阀芯行程控制柱(25)分别固定连接于所述阀芯(24)的阀尖(24.1)两端，其中所述阀芯行程控制柱(25)位于靠近所述弹簧座(30)的一侧；

还包括成压缩状态的顶压弹簧(26)；所述顶压弹簧(26)的一端套于所述阀芯行程控制柱(25)上，另一端套于所述弹簧凸台(33)上；所述阀芯行程控制柱末端(29)与所述弹簧凸台末端(34)之间设置行程限位间距(33.1)；

所述补气管(17)的管内还同轴心支撑设置有限位柱座(18)，所述限位柱座(18)为直径小于所述补气管(17)内径的回转体结构；所述限位柱座(18)支撑通过一根支撑杆(23)与所述补气管(17)内壁支撑连接；所述阀芯导柱(19)可活动穿设入所述限位柱座(18)上的导柱孔中；

在所述补气管(17)中，位于所述阀门环台(27)靠近发动机尾气排气管(7)的一侧为负压形成腔(17.1)，所述阀门环台(27)远离发动机尾气排气管(7)的一侧为风道腔(20)；所述风道腔(20)中还同轴心设置有被动风机叶片(22)；所述被动风机叶片(22)的风机转轴(15)的另一端同步连接发电机的机芯转子；

所述消声器本体(44)包括消声器外壳(12)，所述消声器外壳为密闭圆筒结构；

所述发动机尾气排气管(7)的尾气排出端同轴心伸入所述消声器外壳(12)的左端内腔，所述发动机尾气排气管(7)的尾气排出端的端部同轴心一体化设置有第一挡盘(9)，所述第一挡盘(9)为圆盘形结构，所述第一挡盘(9)与所述消声器外壳(12)之间形成第一环形间隙(9.1)；所述第一挡盘(9)和消声器外壳左端壁(8.1)之间为第一固定膨胀腔(8)；其中发动机尾气排气管(7)伸入消声器外壳(12)中的一段管壁上分布有若干排气网孔(1)，各所述排气网孔(1)呈圆周阵列均匀分布，各所述排气网孔(1)将所述发动机尾气排气管(7)和所述第一固定膨胀腔(8)相互导通；

所述消声器外壳(12)的内腔右端同轴心导通连接所述消声器排气管(43)；所述消声器外壳(12)内腔中靠近消声器尾气排出口(37)的一端同轴心设置有第二挡盘(38)，所述第二挡盘(38)与所述消声器外壳(12)内壁之间形成第二环形间隙(38.1)，所述第二挡盘(38)与消声器外壳右端壁(38.3)之间形成第二固定膨胀腔(38.2)；

所述第一挡盘(9)和第二挡盘(38)之间还同轴心设置有连接柱(2)；所述连接柱(2)两端分别一体化固定连接第一挡盘(9)和第二挡盘(38)；

还包括活动塞(13)；所述活动塞(13)为空心圆柱体结构；所述活动塞(13)同轴心于所述消声器外壳(12)内腔；且所述活动塞(13)的圆柱外壁与所述消声器外壳(12)内壁间隙配合；所述活动塞(13)的左端壁(11)中部同轴心镂空设置有直径大于所述连接柱(2)的第一穿过孔(3)，所述活动塞(13)的右端壁(14)中部同轴心镂空设置有直径大于所述连接柱(2)的第二穿过孔(6)；所述连接柱(2)分别穿设入所述第一穿过孔(3)和第二穿过孔(6)中；所述连接柱(2)的中部一体化同轴心设置有弹簧挡盘(40)；所述连接柱(2)上还套设有第一回位弹簧(41)和第二回位弹簧(39)，所述第一回位弹簧(41)位于所述左端壁(11)和弹簧挡盘(40)之间，所述第二回位弹簧(39)位于所述右端壁(14)和弹簧挡盘(40)之间；所述第一挡盘(9)与所述左端壁(11)之间形成第一活动膨胀腔(10)，所述右端壁(14)与所述第二挡盘(38)之间形成第二活动膨胀腔(42)；

还包括若干导气管(4)，各所述导气管(4)沿轴线方向穿过所述活动塞(13)的塞腔(5)，且各所述导气管(4)两端分别伸入所述第一活动膨胀腔(10)和第二活动膨胀腔(42)中，各所述导气管(4)沿所述活动塞(13)轴线成圆周阵列均匀分布。

2.权利要求1所述的一种四冲程发动机消声器的工作方法，其特征在于：

助燃氧气补气过程：四冲程发动机运转时，发动机尾气排气管(7)中的排气压力随着发动机的四个工作循环成周期性变化，在发动机的一个循环周期中：当四冲程发动机排气门打开时，气缸内的高温高压废气迅速进入发动机尾气排气管(7)中，发动机尾气排气管(7)中压力开始升高，在发动机尾气排气管(7)中产生一个高压脉冲，即有正压波产生，这时进而造成补气管(17)中的负压形成腔(17.1)处形成强烈正压，使负压形成腔(17.1)对阀芯(24)产生向外的挤压力，由于阀门环台(27)的内圈(28)锥孔在靠近所述消声器排气管(43)的一端为锥孔粗端，进而使阀芯(24)的锥形外壁紧密挤压阀门环台(27)的内圈(28)，使风道腔(20)和负压形成腔(17.1)之间封闭；随着正压脉冲波沿发动机尾气排气管(7)继续向前传播，当正压波进入消声器本体(44)中后，其管道截面突然增加，气体密度下降，因而就产生一个负压波返回，进而使负压形成腔(17.1)处形成强烈负压，此时负压形成腔(17.1)对阀芯(24)产生向内的吸力，在负压形成腔(17.1)中负压的作用下阀芯(24)的锥形外壁开始脱离阀门环台(27)的内圈(28)锥孔，迅速使阀芯(24)的锥形外壁与阀门环台(27)的内圈(28)之间形成气体通过间隙，该通过间隙的开合受到阀芯行程控制柱末端(29)与所述弹簧凸台末端(34)之间设置行程限位间距(33.1)控制，该行程限位间距(33.1)避免了阀芯(24)的锥形外壁与阀门环台(27)之间形成气体通过间隙过大，造成回位行程过大，进而使阀芯(24)的开闭灵敏度降低的后果；此时由于风道腔(20)为环境大气压，因此在负压作用下风道腔(20)中的空气被迅速吸入负压形成腔(17.1)中，并进一步进入发动机尾气排气管(7)和消声器本体(44)中，通过尾气助燃补气阀(46)补充进来的空气中蕴含的氧气充分与在发动机中还没完全燃烧的残余有害气体CO、HC等发生燃烧反应，使最终排出完全燃烧的二氧化碳等产物，减少有害气体的排放；随着下一个排气周期来临，负压形成腔(17.1)中的负压会迅速丧失，在顶压弹簧(26)的作用下使阀芯(24)的锥形外壁紧密挤压阀门环台(27)的内圈(28)，使风道腔(20)和负压形成腔(17.1)之间恢复封闭；由于发动机的周期极其短暂，其综合效果为风道腔(20)中的空气持续吸入负压形成腔(17.1)中，进而其形成的气流驱动风机叶片(22)持续转动，风机叶片(22)带动风机转轴(15)另一端发电机的机芯转子旋转，并发电为其他电器件供电；

尾气消声过程：四冲程发动机运转时，在发动机的一个状态周期中的四个冲程中的排气冲程通过气缸内的高温高压废气伴随脉冲波迅速进入发动机尾气排气管(7)中，并通过各排气网孔(1)导入第一固定膨胀腔(8)中，该过程中由于尾气助燃补气阀(46)补充进来的空气也进入到了发动机尾气排气管(7)，尾气中残余的没有在气缸中完全燃烧的CO、HC等气体与补充进来的空气在排气网孔(1)群的处发生爆燃，其爆燃产生的脉冲波通过各排气网孔(1)群向第一固定膨胀腔(8)呈发散状散开，该过程同时具有阻性消声和抗性消声效应；在第一固定膨胀腔(8)中还未完全反应的CO、HC等气体充分与补充进来的氧气反应，并发生膨胀；进一步的第一固定膨胀腔(8)中迅速膨胀的气体以及脉冲波通过第一挡盘(9)与消声器外壳(12)之间的第一环形间隙(9.1)进入到第一活动膨胀腔(10)中，脉冲波和膨胀尾气在进入第一活动膨胀腔(10)中的过程中造成第一活动膨胀腔(10)的压力迅速增加，进而推动活动塞(13)迅速向右位移，随着活动塞(13)右移，造成第一活动膨胀腔(10)的体积扩大，进而提高了第一活动膨胀腔(10)的抗性消声强度；进一步的了，第一活动膨胀腔(10)中心部位的尾气和脉冲波通过连接柱(2)与第一穿过孔(3)之间的间隙环进入塞腔(5)中产生抗性消声，第一活动膨胀腔(10)边缘部位的尾气和脉冲波进入若干导气管(4)中，在导气管(4)中产生沿程阻性消声，与此同时各导气管(4)外壁产生的振动与塞腔(5)的振动产生共振，产生部分干涉抵消效应；进一步的，各导气管(4)和塞腔(5)中的尾气伴随脉冲波共同导入到第二活动膨胀腔(42)中，此时第二活动膨胀腔(42)中由于来自不同路径的脉冲波汇合，部分相反相位的脉冲波造成抵消干涉，造成第二活动膨胀腔(42)中产生脉冲干涉消声效应，与此同时第二活动膨胀腔(42)中的压力迅速开始变大，而下一个发动机排气冲程的尾气还没到达第一活动膨胀腔(10)中，第一活动膨胀腔(10)中的压力迅速降低，第二活动膨胀腔(42)推动活动塞(13)迅速向左位移，随着活动塞(13)左移，造成第二活动膨胀腔(42)的体积扩大，进而提高了第二活动膨胀腔(42)的抗性消声强度；如此往复循环，使第二活动膨胀腔(42)和第一活动膨胀腔(10)的抗性消声体积大于其实际体积；进一步的，第二活动膨胀腔(42)中的尾气伴随脉冲波通过第二环形间隙(38.1)进入到第二固定膨胀腔(38.2)中，最终尾气通过消声器排气管(43)排出。