具有界定出多个腔室的挡板的消音器
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2017年6月9日提交的美国临时申请号62/517,362的利益，其全部内容通过引用并入本文。
背景
本申请大体涉及消音器领域，例如与内燃发动机一起使用的消音器。
概述
一个实施方案涉及一种内燃发动机。该发动机包括发动机机体和消音器组件，发动机机体包括汽缸，消音器组件被配置来接收来自汽缸的排放气体。消音器组件包括壳体和挡板组件，壳体界定出内部容积并包括排气进口和排气出口，挡板组件位于内部容积内。挡板组件包括彼此流体连通的多个腔室。多个腔室与排气进口和排气出口流体连通，使得多个腔室被配置来使排放气体在通过排气出口离开之前，通过挡板组件中的四次通过（pass）而被引导从排气进口通过消音器组件到排气出口。
另一个实施方案涉及一种消音器组件，该消音器组件被配置来抑制流过其中的排放气体的噪声。消音器组件包括壳体和挡板组件，壳体界定出内部容积并包括排气进口和排气出口，挡板组件位于内部容积内。挡板组件包括彼此流体连通的多个腔室。多个腔室与排气进口和排气出口流体连通，使得多个腔室被配置来使排放气体在通过排气出口离开之前，通过挡板组件中的四次通过而被引导从排气进口通过消音器组件到排气出口。
替代的示例性的实施方案涉及可以在权利要求中概括叙述的其他特征和特征组合。
附图说明
从以下结合附图的详细描述中将更充分地理解本公开，其中：
图1是根据示例性的实施方案的内燃发动机的前透视图。
图2是图1的内燃发动机的后透视图。
图3是图1的发动机的消音器组件的透视图。
图4是图3的消音器组件的分解图。
图5是图3的消音器组件的挡板组件的前透视图。
图6是图5的挡板组件的后透视图。
图7是图3的消音器组件沿剖面线7-7的剖面图。
图8是图3的消音器组件沿剖面线8-8的剖面图。
图9是流体流过图3的消音器组件的示意图。
图10是图3的消音器组件的盖子的底部透视图。
具体实施方案
在转至详细描述示例性的实施方案的附图之前，应该理解的是，本申请不被限制至在说明书中阐述或在附图中示出的细节或方法。还应该理解的是，术语仅是为了进行描述，而不应该被视为进行限制。
参考图1-2，根据示例性的实施方案示出了内燃发动机100。内燃发动机100包括具有一个或多个汽缸103、汽缸盖105、活塞和曲轴107的发动机机体101。每个活塞沿汽缸轴线在汽缸103中往复运动以驱动曲轴107。曲轴107绕曲轴轴线109旋转。曲轴107部分地位于曲轴箱113内。在一个示例性的实施方案中，在发动机100处于其正常操作位置时，曲轴107可以水平定向（即水平发动机）。在其他实施方案中，在发动机100处于其正常操作位置时，曲轴107是垂直定向的（即垂直发动机）。发动机可以包括一个汽缸或两个或更多个汽缸。发动机100还包括用于将空气-燃料混合物供应至汽缸的空气-燃料混合装置111（例如，化油器、电子燃料喷射系统、燃料直接喷射系统等）、燃料箱108、空气过滤器组件102、以及消音器组件120。
发动机100能够被用于各种最终产品，包括户外动力设备、便携式现场设备、以及备用或便携式发电机。户外动力设备包括割草机、骑乘式拖拉机、扫雪机、高压清洗机、分蘖机（tiller）、劈木机、零转弯半径割草机、后步行式割草机、骑乘式割草机、站立式割草机、路面准备设备、工业车辆（例如叉车、多用途车）、商用草皮设备（例如鼓风机、真空吸尘器、碎屑装载机、交播机、动力耙、通风装置、切草皮器、割草机等）。户外动力设备可以例如使用发动机100来驱动执行工具，例如割草机的旋转刀片、高压清洗机的泵、扫雪机的螺旋钻、和/或户外动力设备的传动系统。便携式现场设备包括便携式灯塔、移动式工业加热器和便携式灯架。
参考图1-10，根据示例性的实施方案，发动机100包括消音器组件120。消音器组件120包括排气管道122，其直接固定（例如螺栓连接）至汽缸103或汽缸盖105来接收来自发动机100的汽缸103的排放气体。消音器组件120可以包括螺栓连接至汽缸103或发动机100上的支撑结构（例如，支架）。消音器组件120被配置为降低在燃烧过程之后从发动机100的汽缸103离开的排放气体发出的噪声。如本文中进一步描述的，通过使用挡板组件140，消音器组件120被配置为对通过消音器组件120离开发动机100的排放气体提供四次通过的声音过滤。
消音器组件120包括由盖子134和底座136形成的壳体132。壳体132包括前部112、后部114、左侧116、右侧118、顶部117和底部119。如图7-8所示，盖子134的内表面180和底座136的内表面182结合来界定出消音器组件120的内部容积155，盖子134的内表面180至少部分地界定出内部容积155，并且底座136的内表面182也至少部分地界定出内部容积155。排气管道122在汽缸末端121处连接至汽缸103并在消音器末端123处延伸至消音器壳体132内。消音器末端123容纳在消音器壳体132内并且延伸穿过在壳体132的底部119上的底座136内形成的排气口124。因此，排气管道122与壳体132的内部容积155流体连通。在离开汽缸103后，排放气体从汽缸末端121流过排气管道122到消音器末端123，再进入消音器组件120的内部容积155。
如图3-4所示，底座136包括安装凸缘137，当盖子134被连接至底座136时，该安装凸缘被设置为与盖子134的相应的安装凸缘135对准并接触。安装凸缘135、137分别围绕底座136和盖子134的周围延伸。安装凸缘135、137可以包括凹陷通道139，该凹陷通道接收垫圈（未示出）以在底座136和盖子134的安装凸缘135和137之间形成密封。
参考图4-8，消音器组件120包括挡板组件140，该挡板组件包括一个或多个内部分离器（例如，挡板）。挡板组件140位于消音器组件120的壳体132内。如图4所示，挡板组件140包括底部部分142、顶部部分144、以及阶梯式腔室部分146。在其他实施方案中，所述部分中的一个或多个可以形成为单个完整零件。挡板组件140包括形成在底部和顶部部分142、144上的凸缘部分149，在挡板组件140与消音器组件120的装配期间，该凸缘部分被配置为安装在盖子134和底座136的安装凸缘135、137之间。在其他实施方案中，挡板组件140通过其他方式被装配在壳体132内。凸缘部分149提供在壳体132的挡板组件140内和内部容积155内形成的腔室（例如，第一腔室150、第二腔室152、第三腔室154、第四腔室156、出口腔室158）的分离。底部部分142包括内表面178和外表面172，顶部部分144包括内表面174和外表面170，并且阶梯式腔室部分146包括内表面176和外表面175。阶梯式腔室部分146包括阶梯式（例如，升高的）部分161，该阶梯式部分比阶梯式腔室部分146的顶侧的其余部分高距离163（图8）。底部部分142与挡板组件140的顶部部分144分别在内表面178和176处匹配，并且阶梯式腔室部分146的内表面176与顶部部分144的外表面170匹配以形成挡板组件140。
参考图7-8，当装配在消音器壳体132内时，挡板组件140将内部容积155分成多个内部腔室，排放气体在离开汽缸103时流过所述多个内部腔室。挡板组件140插入（例如，装配到）壳体132形成至少5个分离的腔室。内部容积155内的五个腔室彼此流体连通且与排气管道122流体连通。第一腔室150（图7）由底座136的内表面182和底部部分142的外表面172形成。第一腔室150位于壳体132的底部119和排气管道122附近，并在左侧和右侧116、118之间延伸。挡板组件140的底部部分142的内表面178和顶部部分144的内表面174形成两个分离的腔室：第二腔室152和出口腔室158（图7）。如本文进一步所述，在图示的实施方案中，第二腔室152形成为圆角矩形形状（图8），而出口腔室158形成为圆角管状形状（图7）。第二腔室152位于壳体132的右侧118附近，并且大致从壳体132的前部112延伸到后部114（图8）。出口腔室158也从壳体132的前部112延伸至后部114，但是位于与第二腔室152相对的左侧116附近（图7）。出口腔室158和第二腔室152基本彼此平行（图7）。在其他实施方案中，腔室152、158能够相对于彼此成角度。
第三腔室154（例如，阶梯式腔室154）由顶部部分144的外表面170和阶梯式腔室部分146的内表面176形成（图8）。第三腔室154位于第二腔室152的正上方（图7-8）。第四腔室156由阶梯式腔室部分146的外表面175和盖子134的内表面180形成。第四腔室156位于第三腔室154和出口腔室158两者的正上方（图7）。这样，第四腔室156位于壳体132的顶部117附近，并在左侧和右侧116、118之间延伸（图7）。
参考图7，出口管148界定出出口腔室158，排放气体在流过消音器组件120之后最终通过该出口腔室排出。出口管148从接近壳体132的后部114延伸穿过壳体132的前部112至位于壳体132外部的末端151。在其他实施方案中，出口管148能够位于其他位置（例如，延伸穿过壳体132的后部114）。壳体132的盖子134和底座136形成出口孔110，出口管148部分地延伸穿过该出口孔。根据示例性的实施方案，出口管148的横截面是圆形的。因此，顶部部分144和底部部分142中的每一个都包括半圆形零件，它们一起匹配以形成出口管148和出口腔室158的管状形状。出口管148的圆形横截面有利于消音器组件120中的噪声降低。例如，通过使用如图5-6所示的管状（例如，圆形表面）出口结构代替表面更矩形或平坦的出口结构，可以降低表示在特定位置的噪声水平多高的总体声压水平。在其他实施方案中，出口管148的横截面可以是椭圆形、长方形或其他弯曲形状，使得出口管148具有弯曲表面（例如，图5-7中所示的弯曲表面162）。
挡板组件140包括多个穿孔区域，该穿孔区域包括多个穿孔（例如，孔）。如本文中进一步描述的，进入消音器组件120的排放气体经由挡板组件140中形成的各种穿孔移动穿过由底部、顶部和阶梯式腔室部分142、144、146形成的腔室，并通过出口管148离开消音器组件120。挡板组件140的底部部分142包括第一穿孔区域141，该第一穿孔区域包括从第一腔室150延伸至第二腔室152的穿孔171。第一穿孔区域141位于壳体132的前部112和右侧118附近。顶部部分144包括第二穿孔区域143，该第二穿孔区域位于第二腔室152内的第一穿孔区域141的上方并与之正相对。因此，第二穿孔区域143位于壳体132的后部114和右侧118。第二穿孔区域143包括在第二腔室152和第三腔室154（例如，阶梯式腔室）之间延伸的第二穿孔173。阶梯式腔室部分146包括与位于第三腔室154（例如，阶梯式腔室）内的第二穿孔区域143正相对的第三穿孔区域145。同样地，第三穿孔区域145位于壳体132的前部112和右侧118附近。阶梯式腔室部分146的阶梯式部分161不包括任何穿孔。第三穿孔区域145包括在第三腔室154和第四腔室156之间延伸的第三穿孔179。阶梯式部分161相对于第三穿孔区域145的位置为移动穿过第三腔室154的流体提供了更长且更困难的流动路径，因此增加了在该腔室154中的噪声抑制。如图7-8所示，所有第一、第二和第三穿孔171、173和179基本上垂直于穿孔延伸穿过的表面。在其他实施方案中，第一、第二和第三穿孔171、173和179可以以其他角度延伸穿过表面。
第四（例如，最终）穿孔区域147位于顶部部分144的出口管148上，并且包括在第四腔室156和出口腔室158之间延伸的第四穿孔177。第四穿孔区域147位于壳体132的后部114附近，靠近左侧116。壳体132的第四穿孔区域147的这种位置（例如，与出口管148的末端151相对的一侧）在第四穿孔区域147和出口管148的末端151之间提供了尽可能长的长度（例如，流动路径长度），该末端与壳体132的前部112上的第四穿孔区域147相对。在第四穿孔区域147和出口管148的末端151之间提供尽可能长的流动路径有助于在排放气体离开消音器组件120之前抑制发动机噪声。此外，第四穿孔区域147是位于壳体132的左侧116附近的唯一穿孔区域，而其他三个穿孔区域（例如，第一、第二和第三区域141、143、145）与第四穿孔区域147相对位于右侧118附近。这种相对位置进一步有利于穿过消音器组件120的最佳噪声抑制。
第四穿孔区域147形成在出口管148的弯曲表面162上。因此，至少一部分的第四穿孔177形成为使得流过出口管148上的穿孔177的流体相对于出口管148的弯曲表面162以各种角度进入。流入出口腔室158的各种角度的流体导致移动穿过出口室158的流体（例如，移向进入腔室的其他气体并与其混合的气体）的最佳混合，因此，相对于使用平坦的表面穿孔，导致更大的噪声衰减。
在运行中，排放气体流入消音器组件120的排气管道122。排气管道122流体连接至壳体132的内部容积155，使得排放气体流入消音器组件120的壳体132中进行噪声抑制。一旦进入壳体132内，排放气体就通过多组穿孔和腔室从排气管道122朝出口管148移动，从而降低了离开发动机100的排放气体产生的噪声。进入的排放气体在离开消音器组件120之前完成至少四次通过（例如，穿过至少四个穿孔区域）穿过挡板组件140。
参考图9，示出了流过消音器组件120的流体的示意图。在第一次通过202期间，进入的排放气体从排气管道122流入第一腔室150，并穿过形成在挡板组件140中的第一穿孔区域141。如上所述，第一穿孔区域141位于前部112并且靠近壳体132的右侧118（图7）。气体穿过第一穿孔区域141进入第二腔室152，并且向位于第二腔室152的相对的末端的第二穿孔区域143（例如，向消音器组件120的后部114）移动。
接下来，气体在第二次通过204中流过第二穿孔区域143。气体移动到第三腔室154（例如，阶梯式腔室154）中，并向消音器组件120的前部112和向第三穿孔区域145返回（图8）。这样，移动穿过第三腔室154的气体的方向（例如，从靠近壳体132的后部到前部112）与移动穿过第二腔室152的气体的方向（例如，从靠近壳体132的前部112到后部114）基本相反。
然后，气体在第三次通过206中流过第三穿孔区域145。气体移动到第四腔室156中，并向壳体132的左侧移动到第四穿孔区域147（图7）。因此，在第四腔室156中移动的气体的方向（例如，从靠近壳体132的右侧118到左侧116）与移动穿过第三腔室154的气体的方向（例如，从靠近壳体132的后部到前部112）基本垂直。
最终，气体在第四次（例如，最终）通过208中流过第四穿孔区域147。第四穿孔区域147（例如，最终穿孔区域147）形成在出口管148上，并且第四穿孔177在第四腔室156和出口腔室158之间延伸。一旦气体移动到出口腔室158中，气体就被引向出口管148的末端151并被排出消音器组件120。在出口腔室158中，气体大约从壳体的后部114移动到前部112（图7）。因此，移动穿过出口腔室158的气体的方向与流过第二腔室152的气体的方向基本相反，并且与流过第三腔室154的气体的方向基本平行（图7-8）。此外，移动穿过出口腔室158的气体基本垂直于移动穿过第四腔室156的气体（图7）。
四次噪声抑制通过202、204、206、以及208相对于相邻的噪声抑制通过以逆流方式设置，使得移动穿过四次通过的排放气体在第二腔室152中沿第一方向行进、在第三腔室154中沿第二相反方向重新定向、在第四腔室156中进行基本垂直的转向、然后在出口腔室158中返回第一方向。当一个流体流动通过落入相同的行进方向中的参考流体流动通过的方位的正负25度以内时，流体流动通过的方向被认为是基本相同的。当一个流体流动通过落入相反的行进方向中的参考流体流动通过的方位的正负25度以内时，流体流动通过的方向被认为是基本相反的。当一个流体流动通过落入与参考流体流动通过成90度的正负10度以内时，流体流动通过的方向被认为是基本垂直的。
参考图10，根据示例性的实施方案，示出了噪声抑制组件300。噪声抑制组件300包括消音器组件120的盖子134、保持器190和噪声抑制材料192。噪声抑制材料192由玻璃纤维制成。在其他实施方案中，噪声抑制材料192可以包括用于抑制噪声的其他材料。噪声抑制材料192被保持器190保持在盖子134内的适当位置。保持器190由金属材料制成并且被穿孔以允许第四腔室156中的声波与噪声抑制材料192连通并被其吸收。保持器190能够被调谐到特定频率以允许进一步的噪声衰减（例如，通过改变各个穿孔的相对尺寸和位置或改变保持器的材料）。保持器190和噪声抑制材料192在紧固件位置194处连接至盖子134的底侧。保持器190点焊至盖子134以将噪声衰减材料192保持在其中。在其他实施方案中，保持器190使用其他连接方式（例如，螺栓连接）连接至消音器组件120的壳体132。
在示例性的实施方案中，噪声抑制组件300位于壳体132的盖子134内，并且因此位于第四腔室156内，以在消音器组件120内提供噪声抑制。当流体流过第三穿孔区域145并进入第四腔室156时，来自流体的噪声将在流体穿过第四腔室156时被噪声抑制组件300吸收。除了降低噪声之外，由于从壳体132的顶表面分离了相对较热的排放气体，噪声抑制组件300还可以在壳体132的外表面上提供温度降低。另外，在其他实施方案中，壳体132的底座136中也可以包括类似的噪声抑制组件。
本文所述的腔室、穿孔和其他组件的尺寸和位置被配置为有利于通过消音器组件120抑制噪声。具体地，在挡板组件140中形成的穿孔被定位成使得通过消音器组件120的流动路径的长度尽可能长。使用在挡板组件140内产生的加长的流动路径和流体流动路径的多次转向，有利于通过消音器组件120的噪声衰减。随着排放气体移动穿过消音器组件120，排气噪声被抑制，并且排放气体在移动穿过消音器组件120时接触的流路越长或接触的表面越多，发生的噪声衰减越多。
此外，与大多数传统的消音器（例如，三次通过消音器）相比，使用四次通过的声音过滤导致额外的通过。额外的通过产生额外的噪声抑制点。另外，具有阶梯式部分161的阶梯式腔室部分146的使用，为流体流过消音器组件120创造了更弯曲的路径，并且为流体流过穿孔（例如，第二组穿孔区域143）后的流动留出了空间。因此，阶梯式腔室部分146还起到改善通过消音器组件120的噪声的衰减的作用。
如本文所述，与传统的消音器相比，消音器组件能够减少多达3分贝（dB）的噪声产生。具体地，在申请人进行的测试中，将由传统的消音器产生的噪声与由本文所述的消音器产生的噪声进行比较。传统的消音器产生的噪声与描述的消音器产生的噪声比较显示，大约从100 dB降低至97.5 dB，导致在噪声产生中降低了2.5 dB。
如各种示例性的实施方案中所示的装置、系统和方法的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了几个实施方案，但是可以进行许多修改（例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、方向等的变化）。例如，示出为整体形成的一些元件可以由多个部件或元件构成，元件的位置可以被颠倒或以其他方式变化，并且可以改变或变化分立的元件或位置的性质或数量。因此，所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。根据替代实施方案，可以对任何过程或方法步骤的顺序或序列进行改变或重新排序。在不脱离本公开的范围的情况下，可以在示例性的实施方案的设计、操作条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。
如本文所使用的，术语“大约”、“约”、“基本上”和类似术语旨在具有广泛的含义，与户外动力设备领域的普通技术人员共同和接受的用法一致。阅读本公开的本领域技术人员应当理解，这些术语旨在允许描述所述的和要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限于所提供的精确数值范围。因此，这些术语应该被解释为表明所述的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更，并且被认为是在本公开的范围内。
