ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ВЫХЛОПА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F01N1/10 F01N1/24 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к глушителям шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известен глушитель шума газового потока, содержащий звукопоглощающую насадку, выполненную в виде радиально размещенных вокруг оси в несколько рядов вдоль оси упругих элементов, размещенную в трубе (см.а.с.СССР N 515879, кл. F 01 N 1/22, 1974 г.).

Недостаток известного глушителя шума заключается в низкой эффективности глушения шума выхлопа ДВС. Это связано с тем, что принцип глушения шума известного глушителя основан на турбулизации потока выхлопных газов вследствие взаимодействия потока газа с упругими элементами, приводящего к их колебаниям, вызывающим дробление и перемешивание отдельных струй потока между собой. А также на торможении потока при взаимодействии с упругими элементами. В связи с тем, что звукопоглощающая насадка представляет собой протяженный каркас достаточно большой массы, на котором закреплены ряды радиально размещенных упругих элементов, то эффективность глушения будет определяться только в узком диапазоне спектра частот выхлопа ДВС, для которых конкретная насадка эффективна. Поскольку шумовой спектр частот выхлопа ДВС довольно широк, то и эффективность снижения шума будет низкой. Кроме того, поскольку эффективность глушения шума такой насадкой заключается в ее восприятии частот выхлопа ДВС резонансных ее собственным колебаниям, то возбуждение резонанса данной массивной насадки возможно на строго фиксированной частоте работы двигателя, а в некоторых случаях возможно и полное отсутствие резонанса в силу несовпадения спектра частот выхлопа ДВС и собственной частоты насадки. Поэтому желательно иметь малогабаритные насадки обладающие малой массой, но позволяющие глушить шум невысокой интенсивности, гораздо ниже интенсивности выхлопа ДВС и имеющих различную собственную частоту резонанса, лежащую в спектре частот выхлопа ДВС. Кроме того, размещенные друг от друга на некотором расстоянии вдоль оси ряды упругих элементов не передают колебания друг к другу, т.е. не могут эффективно влиять на процесс глушения шума.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности глушения шума выхлопа ДВС.

Это задача решается тем, что в известном глушителе шума, содержащем звукопоглощающую насадку, выполненную в виде радиально размещенных вокруг оси и в несколько рядов вдоль оси упругих элементов, размещенную в трубе, согласно изобретению, звукопоглощающая насадка выполнена в виде пакета дисков, размещенных без зазора вдоль оси, каждый из которых сформирован из металлических проволок, ряды которых по оси установлены без зазора, при этом диаметр проволоки в дисках уменьшается от диска к диску по длине трубы к ее выходу, к которому подсоединен коллектор из нескольких участков труб, размещенных в одной горизонтальной плоскости параллельно друг другу с зазором, герметично закрытым с образованием замкнутой полости, при этом в соседних трубах коллектора на противоположных концах выполнены, выходящие в полость, окна, площадь поперечного сечения которых не меньше площади поперечного сечения трубы, причем при выполнении коллектора из двух участков труб дополнительно заглушены их торцы с противоположных концов, а при выполнении коллектора более чем из двух участков труб дополнительно заглушены торцы промежуточных участков труб, при этом в каждой трубе размещен пакет дисков, каждых из которых сформирован из металлических проволок, размещенных по радиусу и в несколько слоев без зазора вдоль оси.

Кроме того, в каждом участке трубы коллектора размещен завихритель, выполненный в виде винтовой спирали, размещенной на внутренней поверхности участка.

На фиг. 1 и фиг.2 изображены варианты глушителей шума и зависимости от объема двигателя, а на фиг.3 диск звукопоглощающей насадки.

Глушитель шума выхлопа ДВС содержит трубу 1, внутри которой размещена звукопоглощающая насадка 2, выполненная в виде пакета дисков 3, размещенных вдоль оси без зазора. Каждый диск 3 сформирован из металлической проволоки 4 одинакового диаметра радиально размещенной вокруг оси и в несколько рядов вдоль оси без зазора. При этом диаметр проволоки уменьшается от диска 3 к диску 3 по длине трубы 1 к ее выходу. К выходу трубы 1 подсоединен коллектор 4 из нескольких участков труб того же диаметра (количество участков труб зависит от объема двигателя, на котором он устанавливается): на фиг.1 из 2-х участков, а на фиг.2 из 3-х участков. Трубы 5 размещены в одной горизонтальной плоскости параллельно друг другу с зазором "е", закрытым пластинами 6 сверху и снизу и боковыми стенкам 7, образуя замкнутую полость 8. В соседних трубах 5 коллектора 4 с противоположных концов выполнены окна 9, выходящие в полость 8, образуя зигзагообразный путь движения выхлопным газом. Если коллектор 4 состоит из двух участков труб 5 (см.фиг.1), то заглушаются торцы 10, т. е. с противоположных концов крайних труб 5. Если коллектор 4 состоит из более чем две трубы 5 (см. фиг.2), то заглушаются торцы 10 всех промежуточных труб 5. В каждой трубе 5 размещен пакет дисков 11, каждый из которых выполнен аналогично диску 3, размещаемому в трубе 1, при этом диаметр проволоки во всех дисках 11 может быть одинаковым, а может и уменьшаться от диска 11 к диску 11 по ходу движения выхлопных газов. В каждой трубе 5 размещено по завихрителю 12, выполненному в виде винтовой спирали, размещенной на внутренней поверхности трубы 5. Кроме того, в стенках труб 5, образующих замкнутую полость 8, могут быть выполнены перфорационные отверстия только со стороны выходного окна 9.

Глушитель шума выхлопа ДВС работает следующим образом.

Отработавшие выхлопные газы поступают в трубу 1, где они взаимодействуют с дисками 3 звукопоглощающей насадки 2, выполненными из проволоки. При этом радиально размещенные проволоки, размещенные без зазора в несколько слоев вдоль оси разделяют поток на отдельные струйки. При взаимодействии потока газов с дисками 3 часть энергии газа поглощается упругой проволокой, при этом свободные концы проволоки в первом диске 3 и диск 3 в целом начинают колебаться, приходя в резонанс от определенной частоты из диапазона спектра шума. При этом в колебания на разных частотах диапазона спектра шума приходят последующие диски 3. Поскольку диски 3 могут обмениваться колебательной энергией (они установлены без зазора вдоль оси), то они могут перестраиваться с одной частоты на другую. На насадке 2 в основном гасится механическая (силовая) составляющая энергии струи, которая затрачивается на торможение потока (снижение скорости) и приведение в колебания на резонансных частотах каждого диска 3 и групп дисков 3 в пакете. Поскольку ряды проволоки в дисках 3 размещены без зазора вдоль оси в каждом диске 3 это повышает упругость и жесткость звукопоглощающих дисков 3, повышая эффективность разделения потока на струйки и их торможение. При этом происходит турбулизация потока и перемешивание отдельных струй между собой, что приводит к снижению шума.

Кроме того, разные (уменьшающиеся) диаметры проволоки в дисках 3, изменяют (уменьшают) зазоры между проволоками для прохождения потока к выходу из трубы 1, что позволяет дополнительно снизить его скорость. Поступившие в коллектор 4 выхлопные газы также начинают взаимодействовать с упругими элементами дисков 11. Механизм глушения шума на них аналогичен описанному выше на дисках 3. Поскольку окна 9 выполнены с противоположных концов труб 5, то на поток выхлопных газов оказывает воздействие смена направления движения, на что также затрачивается энергия потока. Поскольку площадь окон 9 выполнена не меньше поперечного сечения трубы 5, то это не создает сопротивления движению потока, что не нарушает работу двигателя в целом. Наличие завихрителей 12 способствует дополнительному завихрению (турбулизации) потока в виде отдельных струй и их перемешивание с осевыми слоями, что усиливает эффект турбулизации и торможения и соответственно приводит к дополнительной диссипации кинетической и акустической энергий потока. Наличие перфорационных отверстий 13 на трубах 5 со стороны выходных окон 9 (выходящих в полость 8) создает условия для дросселирования выхлопных газов, перетеканию их в полость 8, из которых они поступают во водное окно 9 следующей трубы 5, предварительно перемешиваясь с потоком газов, выходящих из окон 9. Это также способствует поглощению акустической энергии выхлопных газов. Выходя из окна 9 труб 5 выхлопные газы испытывают внезапное расширение входя в замкнутую полость 8, что дополнительно снижает уровень шума и энергии газов. Такое комбинированное суммарное воздействие на поток выхлопных газов значительно повышает эффективность глушения шума.

Опытные образцы глушителя шума, изготовленные в соответствии с заявленным изобретением показал высокую эффективность глушения шума выхлопа ДВС.

Использование: в области двигателестроения, в частности глушителях шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности глушения шума ДВС. Сущность изобретения: глушитель шума выхлопа ДВС содержит трубу 1 с звукопоглощающей насадкой 2, выполненной в виде пакета дисков 3. Каждый диск выполнен из проволоки, радиально размещенной вокруг оси и в несколько рядов без зазора вдоль оси. К трубе 1 подсоединен коллектор 4, состоящий из труб 5, размещенных в одной горизонтальной плоскости параллельно друг другу с зазором между собой. Зазор закрыт пластинами 6 и боковыми стенками 7, образуя замкнутую полость 8. В соседних трубах 5 на противоположных концах выполнены окна 9, выходящие в полость 8. При выполнении коллектора из более чем двух труб 5, то заглушаются торцы 10 всех промежуточных труб 5. Кроме того, в каждой трубе 5 размещен пакет дисков 11, выполненных аналогично дискам 3, и на внутренней поверхности размещен завихритель 12, выполненный в виде винтовой спирали.

Принцип работы глушителя шума заключается в отборе энергии от потока вследствие турбулизации потока при прохождении через зазоры в дисках 3 и 11 и дроблении его на струи, и при колебаниях упругих элементов дисков 3 и 11 и самих дисков 3 и 11 на частотах диапазона спектра шума выхлопных газов. Кроме того, используются явления гидродинамического воздействия на поток выхлопных газов; при движении его с резким изменением направления движения, расширения и завихрения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащий звукопоглощающую насадку, выполненную в виде радиально размещенных вокруг оси и в несколько рядов вдоль оси упругих элементов, размещенную в трубе, отличающийся тем, что звукопоглощающая насадка выполнена в виде пакета дисков, размещенных без зазора вдоль оси, каждый из которых сформирован из металлических проволок, ряды которых установлены без зазора вдоль оси, при этом диаметр проволоки в дисках уменьшается от диска к диску по длине трубы к его выходу, к которому подсоединен коллектор из нескольких участков труб, размещенных в одной горизонтальной плоскости параллельно друг другу с зазором, герметично закрытым с образованием замкнутой полости, причем в соседних трубах коллектора на разных концах выполнены выходящие в полость окна, площадь поперечного сечения каждого из которых не меньше площади поперечного сечения трубы, при выполнении коллектора из двух труб заглушены их торцы с противоположных концов, а при выполнении коллектора более чем из двух труб дополнительно заглушены торцы промежуточных труб, при этом в каждой трубе размещен пакет дисков, каждый из которых сформирован из металлических проволок, размещенных по радиусу и в несколько слоев без зазора вдоль оси. 2. Глушитель по п. 1, отличающийся тем, что в каждой трубе коллектора размещен завихритель, выполненный в виде винтовой спирали, размещенной на внутренней поверхности трубы.