ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ВЫХЛОПА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F01N1/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к глушителям шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания.

Известен глушитель выхлопа для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с торцевыми стенками, соосную частично перфорированную трубу для подвода и отвода выхлопных газов и поперечные перегородки, установленные в трубе и в зазоре между трубой и корпусом, причем последняя перегородка снабжена отверстиями перфорации, которые выполнены в форме прямоугольного треугольника с ориентацией прямоугольной вершины в сторону внутренней поверхности корпуса и снабжены отгибами по гипотенузе в направлении движения газового потока [1]
Известный глушитель шума не обеспечивает достаточного заглушения шума вследствие того, что поток отработавших газов, проходя через отверстия, выполненные в форме прямоугольного треугольника с ориентацией прямоугольной вершины в сторону внутренней поверхности корпуса и отогнутые по гипотенузе, срывается с кромок отгиба, генерируя при этом шум высоких частот. При этом плоскость отгиба начинает вибрировать и возбуждать перегородку, а через нее корпус глушителя и выпускную трубу на определенных частотах, в результате чего и происходит усиление шума на этих частотах на выпуске и через стенки корпуса глушителя.

В качестве прототипа выбран глушитель шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с торцовыми стенками, впускной и выпускной патрубки, центральную перфорированную трубу, соединенную с патрубками, поперечную перфорированную перегородку, размещенную между трубой и внутренней поверхностью корпуса, и поперечную заглушку, размещенную в трубе в плоскости перфорированной перегородки. С целью повышения эффективности шумоглушения глушитель снабжен перфорированным кожухом, охватывающим трубу в зоне выпускного патрубка, перфорация трубы выполнена участками, а внутри кожуха в виде участков, смещенных к его концам, перфорация кожуха выполнена в виде ряда сдвоенных отверстий в средней его части над сплошным участком трубы, перфорированная перегородка и заглушка расположены в зоне впускного патрубка на равном расстоянии от соседних участков перфорации, а отношение длины каждого перфорированного участка к длине сплошного промежутка трубы под кожухом составляет 1:2 [2]
К недостаткам прототипа следует отнести то, что не обеспечивается высокая звукозаграждающая (шумоизолирующая) способность глушителя из-за непосредственной передачи звука из отверстий перфорации центральной трубы в камеру. Кроме того, поступающий в корпус глушителя через отверстия перфорации в центральной трубе пульсирующий газ и звук возбуждают корпус глушителя и его торцевые стенки вследствие воздействия газодинамических пульсаций, что обуславливает повышенный корпусной шум.

Целью изобретения является повышение эффективности заглушения шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания.

С этой целью в известном глушителе шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания, содержащем цилиндрический корпус с торцевыми стенками, впускной и выпускной патрубки, центральную перфорированную трубу, соединенную с патрубками, поперечную перфорированную перегородку, размещенную между трубой и внутренней поверхностью корпуса, и поперечную заглушку, размещенную в трубе, в плоскости перфорированной перегородки, а также перфорированный кожух, охватывающий трубу в зоне выпускного патрубка, отверстия перфорации размещены по всей длине центральной трубы, а кожух охватывает трубу по всей ее длине и смонтирован на торцевых стенках и поперечной перегородке, при этом отверстия перфорации кожуха выполнены в виде поясов, центр которых размещен в половине или четверти длины соответствующей камеры, а ширина пояса не превышает величину 0,4d, где d диаметр кожуха. Кроме того, внутри кожуха, на равном расстоянии от центра поясов перфорации и торцевыми стенками глушителя или поперечной перегородкой, могут быть размещены сплошные заглушки.

При таком конструктивном исполнении в конструкции глушителя реализуются 1/4 волновые резонаторы, образуемые в расширительных камерах, ограниченные торцевыми стенками камер (перегородок) со стенками трубы и кожуха, встроенные на подавление низших резонансных мод воздушных объемов камер, ослабляющих шумозаглушающие качества камер и глушителя в целом. Кроме того, в предлагаемой конструкции образуется кольцевой зазор между центральной трубой и стенкой кожуха по всей длине центральной трубы, что обеспечивает увеличение звукоизоляции вследствие увеличения отражения звука обратно к источнику, увеличения демпфирования пульсаций и звука при двухкратном прохождении через перфорацию стенок трубы и кожуха и увеличения присоединенной эффективной массы колеблющегося газа в отверстиях перфорации и ослабления в связи с этим амплитуды этих пульсаций газа на выходе.

На фиг. 1 показан возможный вариант конструктивного исполнения глушителя; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 распределение низших собственных резонансных форм колебаний газового объема в камерах глушителя; на фиг. 5 зависимость эффективного шумоглушения от смещения области перфорации в зоне минимального звукового давления основных собственных частот глушителя; на фиг. 6 эффективность шумоглушения предлагаемого глушителя в сравнении с прототипом.

Статическое состояние объекта.

Глушитель шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания по фиг. 1 содержит цилиндрический корпус 1 с торцевыми стенками 2 и 3, впускной 4 и выпускной 5 патрубки, центральную перфорированную трубу 6, соединенную с патрубками 4 и 5, поперечную перфорированную перегородку 7 (отверстия перфорации показаны поз. 8), размещенную между трубой 6 и внутренней поверхностью корпуса 1, и поперечную заглушку 9, размещенную в трубе 6, в плоскости перфорированной перегородки 7, а также перфорированный кожух 10 (отверстия перфорации показаны поз. 11). Отверстия перфорации 12 трубы 6 размещены по всей ее длине. Кожух 10 также охватывает трубу 6 по всей ее длине и смонтирован на стенках 2 и 3 и перегородке 7. Отверстия перфорации 11 кожуха 10 выполнены в виде поясов, центр которых выполнен в половине (фиг.1) или четверти (фиг. 3) длины соответствующей камеры 13 и 14. Ширина пояса отверстий перфорации 11 не превышает величину 0,4d, где d диаметр кожуха 10. Внутри кожуха 10, на равном расстоянии от центра поясов перфорации 11 и торцевыми стенками 2 и 3 глушителя, или поперечной перегородкой 7, могут быть размещены сплошные заглушки 15.

Принятые на фиг. 1-3 обозначения:
l_гл. длина глушителя, м;
l₁ длина впускной камеры 13, м;
l₂ длина выпускной камеры 14, м;
d диаметр кожуха 10, м.

Выхлопные газы по впускному патрубку 4 поступают в центральную трубу 6, отражаются от заглушки 9 и через отверстия 12 поступают в полость кожуха 10, откуда через отверстия 11 пояса перфорации поступают в камеру глушителя 13. Далее через отверстия 8 в перегородке 7 газы поступают в камеру 14 глушителя, через отверстия 11 в полость кожуха 10, проходя через отверстия 12 в центральную трубу 6 и через выпускной патрубок 5 выводятся в окружающую среду.

Передача звука по трассе корпуса глушителя происходит следующим образом.

По впускному патрубку 4 и центральной трубе 6 упругие звуковые волны доходят до заглушки 9, при этом частично отражаются и попадают в полость кольцевого зазора под кожухом 10, в которой происходит уменьшение шума высоких частот за счет отражений от стенки кожуха 10 обратно в трубу 6, заглушения шума в образованном резонаторе Гельмгольца и дополнительного подавления звуковых резонансов участков трубы торцевыми резонаторами, образованными стенками кожуха 10 и трубы 6, с обеих сторон от пояса отверстий перфорации 11 в полости кожуха 10 и глухими торцами этих кольцевых резонаторов (донышками), коими могут быть заглушки 15 или стенки 2 и 3 и перегородка 7. Далее звук через пояс отверстий 11 проникает в камеру 13, из которой через отверстия 8 поступает в камеру 14, а из нее через пояс отверстий 11 в камере 14 поступает в полость кольцевого зазора под кожухом 10 и через отверстия 12 в трубе 6 через выпускной патрубок 5 выходит из глушителя. Установка заглушек 15 в полости кожуха 10 позволяет уменьшить шум на определенных частотах за счет образования резонаторного глушителя в полученном объеме, образованном, например, стенками трубы 6 и кожуха 10, торцевыми стенками 2 и 3 или заглушками 15.

Наличие кожуха 10, в котором пояса отверстий перфорации размещены в узкой полосе, а большая часть кожуха представляет собой сплошной участок трубы, улучшает акустические (звукоизолирующие) характеристики глушителя, т. к. это позволяет предотвратить прямую передачу звука из отверстий 12 центральной трубы 6 в камеру глушителя, а локализация отверстий 11 в кожухе 10 в зоне минимального звукового давления на низших собственных модах воздушного объема камер уменьшает возбуждение собственных мод глушителя и повышает возможности точности его акустической настройки (см. фиг. 5).

Дополнительно кожух выполняет функции глушителя "антизвона", уменьшающего шум высоких частот, как резонатор Гельмгольца, и при этом позволяет реализовать дополнительную шумозаглушающую функцию кожуха за счет торцевых резонаторов, образующихся сплошными участками кожуха 10 и торцевыми стенками 2 и 3.

Установка заглушек 15 внутри кожуха 10 позволяет уменьшить шум высоких частот в определенных диапазонах за счет образования отдельных шумозаглушающих элементов, настроенных на глушение отдельных резонансных частот (резонаторов-"антизвонов"), а также ужесточить корпус глушителя за счет образования дополнительной ограничительной связи между торцевыми стенками 2 и 3 глушителя.

Кожух 10 позволяет уменьшить корпусной шум глушителя от торцевых стенок 2 и 3 за счет введения дополнительной ужесточающей связи между торцевыми стенками 2 и 3 и перегородкой 7, и от боковой поверхности корпуса 1 глушителя за счет демпфирования кожухом 10 газодинамических пульсаций в камерах 13 и 14, передаваемых по направлению к стенкам корпуса 1 глушителя и возбуждающих структурные вибрации и звук стенок.

Ширина пояса отверстий 11 в кожухе 10 составляет ±0,2 диаметра кожуха, при этом центр пояса размещен в половине или четверти длины соответствующей камеры 13 или 14, что соответствует размещению отверстий в узлы звукового давления низших собственных мод воздушного объема соответствующей камеры с учетом динамического удлинения перфорированного участка патрубка (см. фиг. 3 и 4).

Испытания предлагаемого глушителя показали его повышенную эффективность (см. фиг. 6) в сравнении с конструкцией глушителя, описанного в разделе "прототип".

Использование: изобретение относится к конструкции глушителей выхлопа для автомобильных двигателей. Сущность изобретения: глушитель содержит цилиндрический корпус 1 с торцевыми стенками 2 и 3, впускной 4 и выпускной 5 патрубки, центральную перфорированную трубу 6, соединенную с патрубками 4 и 5, поперечную перфорированную перегородку 7 с отверстиями перфорации 8, размещенную между трубой 6 и внутренней поверхностью корпуса 1, и поперечную заглушку 9, размещенную в трубе 6, в плоскости перфорированной перегородки 7, а также перфорированный кожух 10 с отверстиями перфорации 11. Отверстия 12 трубы 6 размещены по всей ее длине, и кожух 10 охватывает по всей длине трубу 6 и смонтирован на стенках 2 и 3 и перегородке 7. Отверстия перфорации 11 выполнены в виде поясков, центр которых с учетом динамического приращения размещен на расстоянии половины или четверти длины соответствующей камеры 13 или 14. Ширина пояса не превышает 0,4d, где d - диаметр кожуха. Область преимущественного применения - автомобилестроение. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Глушитель шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с торцевыми стенками, центральную перфорированную трубу, соединенную с патрубками, поперечную перфорированную перегородку, размещенную между трубой и внутренней поверхностью корпуса, и поперечную заглушку, размещенную в трубе, в плоскости перфорированной перегородки, а также перфорированный кожух, охватывающий трубу в зоне выпускного патрубка, отличающийся тем, что кожух охватывает трубу по всей ее длине и смонтирован на торцевых стенках и поперечной перегородке, при этом отверстия перфорации кожуха выполнены в виде поясов, центр которых размещен в половине или четверти длины соответствующей камеры, а ширина пояса не превышает величину 0,4 d, где d диаметр кожуха. 2. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что внутри кожуха, на равном расстоянии от центра поясов перфорации и торцевыми стенками глушителя или поперечной перегородкой, могут быть размещены сплошные заглушки.