本发明属于消声器领域，尤其涉及一种四冲程发动机消声器及其方法。
背景技术：
四冲程发动机的燃油在气缸内燃烧之后的尾气中还存在大量没有完全燃烧的CO、HC等有害气体，然而消声器中虽然温度高，但是还处在缺氧状态，因此CO、HC等有害气体不能继续在消声器中继续做氧化反应；同时现有的消声器的内部膨胀腔采用的是固定膨胀腔，若需要提高抗性消声强度，则要增大消声器的体积来实现。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种提高抗性消声强度，且降低有害物排放的一种四冲程发动机消声器及其方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种四冲程发动机消声器，包括发动机尾气排气管、尾气助燃补气阀、消声器本体和消声器排气管；
所述发动机尾气排气管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的出气端导通连接所述消声器本体的尾气进气端；所述消声器本体的尾气排气端导通连接所述消声器排气管；
所述尾气助燃补气阀的一端导通外界，另一端垂直旁通连接所述发动机尾气排气管。
进一步的，所述尾气助燃补气阀包括补气管，所述补气管为硬质管体结构；所述补气管与所述发动机尾气排气管垂直一体化连接，且所述补气管的出气端旁通所述发动机尾气排气管的气流通道；
所述补气管的管内还包括阀门环台，所述阀门环台外圈密封连接所述补气管内壁，所述阀门环台的内圈为锥孔结构，所述内圈的锥孔在靠近所述消声器排气管的一端为锥孔粗端；
所述补气管的管内还同轴心设置有阀芯；所述阀芯为圆锥形薄壁回转体结构，所述阀芯的圆锥外壁与所述阀门环台的内圈锥孔密封接触；
所述补气管的管内在远离所述阀芯粗端一侧还同轴心支撑设置有弹簧座，所述弹簧座为直径小于所述补气管内径的回转体结构；所述弹簧座至少通过一个支撑部件与所述补气管内径支撑连接；所述弹簧座靠近阀芯的一侧设置有柱形弹簧凸台；
所述补气管的管内还同轴心包括阀芯导柱和阀芯行程控制柱；所述阀芯导柱和阀芯行程控制柱分别固定连接于所述阀芯的阀尖两端，其中所述阀芯行程控制柱位于靠近所述弹簧座的一侧；
还包括成压缩状态的顶压弹簧；所述顶压弹簧的一端套于所述阀芯行程控制柱上，另一端套于所述弹簧凸台上；所述阀芯行程控制柱末端与所述弹簧凸台末端之间设置行程限位间距；
所述补气管的管内还同轴心支撑设置有限位柱座，所述限位柱座为直径小于所述补气管内径的回转体结构；所述限位柱座支撑通过一根支撑杆与所述补气管内壁支撑连接；所述阀芯导柱可活动穿设入所述限位柱座上的导柱孔中；
在所述补气管中，位于所述阀门环台靠近发动机尾气排气管的一侧为负压形成腔，所述阀门环台远离发动机尾气排气管的一侧为风道腔；所述风道腔中还同轴心设置有被动风机叶片；所述被动风机叶片的风机转轴的另一端同步连接发电机的机芯转子。
进一步的，所述消声器本体包括消声器外壳，所述消声器外壳为密闭圆筒结构；
所述发动机尾气排气管的尾气排出端同轴心伸入所述消声器外壳的左端内腔，所述发动机尾气排气管的尾气排出端的端部同轴心一体化设置有第一挡盘，所述第一挡盘为圆盘形结构，所述第一挡盘与所述消声器外壳之间形成第一环形间隙；所述第一挡盘和消声器外壳左端壁之间为第一固定膨胀腔；其中发动机尾气排气管伸入消声器外壳中的一段管壁上分布有若干排气网孔，各所述排气网孔呈圆周阵列均匀分布，各所述排气网孔将所述发动机尾气排气管和所述第一固定膨胀腔相互导通；
所述消声器外壳的内腔右端同轴心导通连接所述消声器排气管；所述消声器外壳内腔中靠近消声器尾气排出口的一端同轴心设置有第二挡盘，所述第二挡盘与所述消声器外壳内壁之间形成第二环形间隙，所述第二挡盘与消声器外壳右端壁之间形成第二固定膨胀腔；
所述第一挡盘和第二挡盘之间还同轴心设置有连接柱；所述连接柱两端分别一体化固定连接第一挡盘和第二挡盘；
还包括活动塞；所述活动塞为空心圆柱体结构；所述活动塞同轴心于所述消声器外壳内腔；且所述活动塞的圆柱外壁与所述消声器外壳内壁间隙配合；所述活动塞的左端壁中部同轴心镂空设置有直径大于所述连接柱的第一穿过孔，所述活动塞的右端壁中部同轴心镂空设置有直径大于所述连接柱的第二穿过孔；所述连接柱分别穿设入所述第一穿过孔和第二穿过孔中；所述连接柱的中部一体化同轴心设置有弹簧挡盘；所述连接柱上还套设有第一回位弹簧和第二回位弹簧，所述第一回位弹簧位于所述左端壁和弹簧挡盘之间，所述第二回位弹簧位于所述右端壁和弹簧挡盘之间；所述第一挡盘与所述左端壁之间形成第一活动膨胀腔，所述右端壁与所述第二挡盘之间形成第二活动膨胀腔；
还包括若干导气管，各所述导气管沿轴线方向穿过所述活动塞的塞腔，且各所述导气管两端分别伸入所述第一活动膨胀腔和第二活动膨胀腔中，各所述导气管沿所述活动塞轴线成圆周阵列均匀分布。
进一步的，一种四冲程发动机消声器的方法：
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中，发动机尾气排气管中压力开始升高，在发动机尾气排气管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中的负压形成腔处形成强烈正压，使负压形成腔对阀芯产生向外的挤压力，由于阀门环台的内圈锥孔在靠近所述消声器排气管的一端为锥孔粗端，进而使阀芯的锥形外壁紧密挤压阀门环台的内圈，使风道腔和负压形成腔之间封闭；随着正压脉冲波沿发动机尾气排气管继续向前传播，当正压波进入消声器本体中后，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，进而使负压形成腔处形成强烈负压，此时负压形成腔对阀芯产生向内的吸力，在负压形成腔中负压的作用下阀芯的锥形外壁开始脱离阀门环台的内圈锥孔，迅速使阀芯的锥形外壁与阀门环台的内圈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与所述弹簧凸台末端之间设置行程限位间距控制，该行程限位间距避免了阀芯的锥形外壁与阀门环台之间形成气体通过间隙过大，造成回位行程过大，进而使阀芯的开闭灵敏度降低的后果；此时由于风道腔为环境大气压，因此在负压作用下风道腔中的空气被迅速吸入负压形成腔中，并进一步进入发动机尾气排气管和消声器本体中，通过尾气助燃补气阀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，负压形成腔中的负压会迅速丧失，在顶压弹簧的作用下使阀芯的锥形外壁紧密挤压阀门环台的内圈，使风道腔和负压形成腔之间恢复封闭；由于发动机的周期及其短暂，其综合效果为风道腔中的空气持续吸入负压形成腔中，进而其形成的气流驱动风机叶片持续转动，风机叶片带动风机转轴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中，并通过各排气网孔导入第一固定膨胀腔中，该过程中由于尾气助燃补气阀补充进来的空气也进入到了发动机尾气排气管，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群的处发生爆燃，其爆燃产生的脉冲波通过各排气网孔群向第一固定膨胀腔呈发散状散开，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中迅速膨胀的气体以及脉冲波通过第一挡盘与消声器外壳之间的第一环形间隙进入到第一活动膨胀腔中，脉冲波和膨胀尾气在进入第一活动膨胀腔中的过程中造成第一活动膨胀腔的压力迅速增加，进而推动活动塞迅速向右位移，随着活动塞右移，造成第一活动膨胀腔的体积扩大，进而提高了第一活动膨胀腔的抗性消声强度；进一步的了，第一活动膨胀腔中心部位的尾气和脉冲波通过连接柱与第一穿过孔之间的间隙环进入塞腔中产生抗性消声，第一活动膨胀腔边缘部位的尾气和脉冲波进入若干导气管中，在导气管中产生沿程阻性消声，与此同时各导气管外壁产生的振动与塞腔的振动产生共振，产生部分干涉抵消效应；进一步的，各导气管和塞腔中的尾气伴随脉冲波共同导入到第二活动膨胀腔中，此时第二活动膨胀腔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中产生脉冲干涉消声效应，与此同时第二活动膨胀腔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中，第一活动膨胀腔中的压力迅速降低，第二活动膨胀腔推动活动塞迅速向左位移，随着活动塞左移，造成第二活动膨胀腔的体积扩大，进而提高了第二活动膨胀腔的抗性消声强度；如此往复循环，使第二活动膨胀腔和第一活动膨胀腔的抗性消声体积大于其实际体积；进一步的，第二活动膨胀腔中的尾气伴随脉冲波通过第二环形间隙进入到第二固定膨胀腔中，最终尾气通过消声器排气管排出；
有益效果：本发明的结构简单，通过尾气助燃补气阀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；采用活动活动塞结构，使第二活动膨胀腔和第一活动膨胀腔的抗性消声体积大于其实际体积。
附图说明
附图1为本发明整体示意图；
附图2为本发明整体结构立体剖开示意图；
附图3为发动机尾气排气管处局部剖视图；
附图4为尾气助燃补气阀立体剖视图；
附图5为阀芯局部剖开示意图；
附图6为消声器本体内部剖开示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
1、结构介绍：如附图1至6所示的一种四冲程发动机消声器，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；
如图5所示，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，还可以起到发电的作用，充分利用其风道腔20中产生的气流能量。
本实施例中，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；如图2或6所示，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、方法、过程以及技术原理整理：
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；由于发动机的周期及其短暂，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。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。