ГЛУШИТЕЛЬ ВЫХЛОПА Российский патент 2000 года по МПК F01N1/00 

Предложение относится к тепловым двигателям, их выхлопным устройствам, в частности, к выхлопным устройствам двигателей внутреннего сгорания и прежде к глушителям выхлопа, в которых используются резонанс, эффект интерференции и дросселирование потока газов. Наиболее предпочтительно его использование на легковых автомобилях.

Широко известны глушители для автотранспорта, которые служат для уменьшения шума при выходе отработавших газов из газовыпускной системы двигателя внутреннего сгорания в атмосферу (см., например, книгу "Автомобиль "Москвич 2110", М. Изд-во Машиностроение, 1982, стр.86).

Отработавшие газы, проходя в упомянутом глушителе через многочисленные отверстия и попадая в камеры, постепенно расширяются и меняют, вплоть до противоположного, направление движения. Вследствие этого давление и скорость газов уменьшаются, колебания потоков газов выравниваются и шум на выпуске уменьшается.

Конструкции глушителей в зависимости от типа транспортного средства и его двигателя чрезвычайно разнообразны. Для транспортных средств и их двигателей весьма важно создать такие глушители, которые, обеспечивая эффективное заглушение шума, были бы просты в изготовлении. При создании таких устройств было предложено очень большое количество технологических решений.

Так, глушитель по выданному в США патенту N 2104376 выполнен овальной формы со смещенными входным и выходным патрубками и последовательно расположенной по ходу движения отработавших газов перепускной трубой, в которых размещена перфорированная, с выступами, свернутая в рулон лента; по патенту N 2834426 в глушитель введен перфорированный экран, по патенту N 2800973 - резонатор, а по патенту N 2881852 - акустические муфты. Более сложные, хотя и эффективные устройства, приведены во французском патенте N 1359738, английском патенте N 1255813, в выданных в США патентах N 3315761 и N 3388768, патенте Германии N 1294392. Глушители выхлопа, представленные в выданных в США патентах N 3447629, 3469653, 3557904, 3613830, 3648803, 3703938, отличаются использованием в них разнообразных физических процессов, происходящих с отработавшими газами. В равной мере это относится и к французским заявкам N 2426153 и 2466613, к японской заявке N 61-278444, а также к международной заявке N 97107325. Из итальянской заявки N 89-52895 известен глушитель, в котором между соосно расположенными относительно друг друга элементами размещен спиралеобразный тракт, что заметно усложняет конструкцию при любом из вариантов его выполнения. Более перспективны в этом плане глушители по выданным в США патентам N 2850111 и 4102430, по немецкому патенту N 3526609, японским заявкам N 8-121703 и 8-3400043, которые к тому же имеют большую степень конструкторской проработки с целью их практического использования для двигателей транспортных средств.

В свою очередь, некоторые авторы предполагают возможность создания по существу идеального глушителя шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания. Так в авт.св. N 641140, N 850874, N 1092290, N 1254181, N 1420193, N 1548479 и N 1625991 изображены схемы глушителя выхлопа, каждая из которых, по мнению заявителей, значительно повышает эффективность шумоглушения.

Теоретические основы работы глушителей шума выпуска отработавших газов автомобильных двигателей и основные конструктивные решения в разное время были изложены в известных справочниках: М.А.Ошеров "Глушители шума выхлопа автомобильных двигателей (конструкция, расчет, испытание)", ОНТИ НКТП СССР 1955г. , "Борьба с шумом". (Справочник) /Под ред. К.Я.Юдина, Изд. лит. по строительству, М. 1964г., "Борьба с шумом на производстве". (Справочник), М. Машиностроение 1985 г.

Оптимизации основных конструктивных параметров для некоторых схем глушителей посвящены патенты N 2936041 и N 4109751, выданные в США, и немецкая заявка N 2930668.

В 1983 г. было выдано авторское свидетельство N 1064022 на глушитель с торцовыми и промежуточной камерами шумоглушения, которые отработавшие газы проходят последовательно, резонируя и расширяясь. Для расширения диапазона шумоглушения впускная труба на перфорированном участке выполнена с выступами и снабжена кожухом, при этом стенка кожуха выполняет роль экрана. Если в этом глушителе выступ размещен на впускной трубе, то по английским патентам N 2109855 и N 2198475 аналогичные по назначению элементы размещены на днищах глушителя, при этом поток газов попадает на них после впускного и перед выпускным патрубком. По выданному в Германии патенту N 3506150 роль разделительного экрана выполняет кожух, размещенный в промежуточной камере. Различные конструкции экранов представлены в патентах, выданных в США, например, в патентах N 2017744, 2739661, 3243011, 3994364 и других.

Компактным и эффективным выглядит глушитель по авт. свид. N 1178912, опубликованному в 1985 г. по кл. F 01 N 1/06. Он содержит корпус овальной формы с трубами и разделяющими его на камеры перегородками, в одной из которых размещены пластины, а в другой - экран. Корпус глушителя разделен на три камеры - первую и вторую расширительные и выпускную, из которых две первые соединены через две трубы, размещенные в перегородке смещенно от оси глушителя. Таким образом, известный глушитель, как и заявляемые, содержит корпус овальной формы с трубами и разделяющей его на камеры перегородкой, в одной из которых размещен экран.

Отработавшие газы поступают в глушитель через перфорированную впускную трубу и, пройдя через перфорацию и соединительные трубы, входит в выпускную трубу и покидает глушитель. При прохождении газов через соединительные трубы создается акустическое сопротивление, которое способствует устранению первой формы продольных собственных колебании газа. В поперечном направлении вдоль малой оси овала первая форма колебаний не передается, а вторая форма колебаний заглушается благодаря установке пластин и их расположению. Передача звука в выпускную трубу из второй расширительной камеры отсутствует благодаря экрану. Выпускная камера, являющаяся камерой-резонатором, подстраивает характеристики глушителя.

Известный глушитель недостаточно эффективен в диапазоне средних частот, так как наибольшее заглушение, вносимое расширительными камерами, обусловлено длинами этих камер, а сами эти камеры (вместе взятые) занимают лишь половину длины корпуса глушителя. Заглушение шума на средних частотах здесь обеспечивается только в выпускной камере, которая соединяется с выпускной трубой через перфорацию. Эффективность таких камер понижается при возрастании скорости потока газа. Упомянутые пластины, размещенные в первой расширительной камере и предотвращающие возникновение нечетных форм собственных колебаний в направлении малой оси овала, оказываются неэффективными при смещении впускной или выпускной трубы вдоль упомянутой оси. Кроме того, в известном глушителе ограничена возможность влиять на создаваемое им противодавление в процессе доводочных работ.

Задача настоящего предложения - повышение эксплуатационных свойств глушителя выхлопа при упрощении его конструкции и снижении затрат на его производство.

Повышение эксплуатационных свойств глушителя выхлопа при упрощении его конструкции и снижении затрат на его производство обеспечено путем рациональной организации газового потока, а также оптимального выполнения основных его элементов.

Для этого в глушителе выхлопа, содержащем корпус овальной формы с трубами и перегородкой, разделяющей его на камеры, в одной из которых размещен экран, занимающие весь объем корпуса камеры и соединяющая их труба выполнены акустически эквивалентно.

Выполнение занимающих весь объем корпуса камер и соединяющей их трубы акустически эквивалентными в глушителе выхлопа, содержащей корпус с трубами и разделяющей его на камеры перегородкой, в одной из которых размещен экран, позволит повысить эксплуатационные свойства глушителя при упрощении его конструкции и снижении затрат на его изготовление, поскольку отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания поступают в большую по объему расширительную камеру, где осуществляется безрезонансное заглушение, и эффект шумоглушения дублируется далее как при перетекании газового потока по перепускной трубе, так и в другой расширительной камере, чему способствуют к тому же их одинаковые акустические характеристики, а также то, что газовому потоку в них предоставлен весь образованный простыми по форме элементами объем корпуса.

Повышению эффективности шумоглушения способствует установка в каждой из камер перегородки с отверстиями, расположенными преимущественно в зоне пересечения осей овала. Помимо этого, отверстия в перегородках используются и для регулировки противодавления в системе выпуска.

Расширению эксплуатационных возможностей, особенно на переходных режимах работы двигателя, способствует смещенное по разным осям овала расположение впускной и выпускной труб.

На повышение эксплуатационных свойств глушителя направлено также размещение в одной из камер на впускной трубе двух изогнутых экранов, ибо это обеспечивает симметрию поперечному сечению камеры глушителя и предотвращает возникновение нечетных форм собственных колебаний в направлении его малой оси. При этом отсутствует необходимость установки пластин используемых в прототипе.

Повышение эксплуатационных свойств глушителя достигается и в том случае, если впускная труба оснащена пробкой, размещенной в зоне перегородки с отверстиями. Обеспечивая выход газа в боковых поверхностях впускной трубы, это предотвращает поломку упомянутой перегородки при "хлопках" в глушителе и повышает надежность его работы.

Возникновение вторичного шума предотвращается выполнением выпускной трубы со щелями и оснащение ее в их зоне высокочастотным резонатором.

Упомянутые щели и высокочастотный резонатор могут быть расположены вне корпуса глушителя, что обеспечивает большую степень расширения газов, поступающих из впускной трубы в расширительную камеру, и их шумоглушение, а при использовании для некоторых моделей легковых автомобилей обеспечивает и снижение затрат на изготовление.

Конструкция трехтрубного глушителя выхлопа достаточно проста и технологична как при сборке путем сварки, так и завальцовки труб в перегородках.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 - продольный разрез глушителя;
фиг. 2 - поперечный разрез глушителя (разрез A-B-C-D фиг. 1);
фиг. 3 а,б,в - вид на перегородки;
фиг. 4 - акустическая схема глушителя;
фиг. 5 - продольный разрез глушителя, у которого выпускная труба оснащена пробкой;
фиг. 6 - продольный разрез глушителя с размещением высокочастотного резонатора вне корпуса глушителя.

Глушитель выхлопа, установленный в системе выпуска отработавших газов транспортного средства, закрепленной в основании кузова. Он содержит корпус 1 овальной формы с передним 2 и задним 3 донышками, через которые входит впускная 4 и выпускная 5 трубы (фиг. 1, 2). В корпусе 1 установлена глухая центральная перегородка 6 (фиг. 3а), расположенная в середине длины корпуса 1 и разделяющая его объем на две изолированные расширительные камеры 7 и 8 одинаковой длины 2, одна из которых 7 ограничена перегородкой 6 и донышком 2, а другая 8 ограничена той же перегородкой и донышком 3. Камеры 7 и 8 соединены перепускной трубой 9, эквивалентная акустическая длина которой определяется величиной поправок Релея (см. упомянутую книгу М.Ошерова, стр. 19) и равна длине каждой из расширительных камер 7 и 8. Впускная труба 4 проникает в камеру 8, не достигая 1/4 ее длины на величину (поправка Релея), где r - радиус трубы (фиг. 4). На ту же величину перепускная труба 9 не достигает середин каждой из камер 7 и 8, занимающих вместе весь объем корпуса 1. Газовый поток имеет высокую степень внезапного расширения при входе в каждую из граничащих друг с другом камер 7 и 8, образующих с перепускной трубой 9 колебательную систему, в которой заглушение, обеспечиваемое камерами 7 и 8 благодаря одинаковым безрезонансным акустическим характеристикам камер, суммируется. При этом устраняются первая, вторая и третья формы собственных колебаний газа в продольном направлении.

В каждой из камер 7 и 8 установлены перегородки овальной формы соответственно 10 и 11, образуя в камере 7 пространства 12 и 13, а в камере 8 - пространства 14 и 15. В каждой из перегородок 10 и 11 выполнены отверстия 16 и 17 для прохода газа, расположенные преимущественно в средней части площадей перегородок в зоне пересечения большой 18 и малой 19 осей овала (фиг. 3б, 3в).

Такое выполнение перегородок 10 и 11 повышает эффективность шумоглушения, способствуя устранению четвертой формы собственных колебаний газового потока в продольном направлении, при этом перфорационные отверстия 16 и 17 могут быть использованы для регулирования противодавления в системе выпуска при ее доводке.

Впускная труба 4 смещена от центра корпуса 1 в направлении малой оси 19 овала, а выпускная 5 - в направлении большой его оси 18 (фиг. 2). На выпускной трубе 5 выполнена группа отверстий 20 (фиг. 1) с суммарной площадью, равной или большей площади проходного сечения трубы, отстоящих от перегородки 6 на расстояние l/4.

Принятое расположение труб в корпусе глушителя обеспечивает эффективное заглушение шума не только на установившихся, но и при переменных режимах работы двигателя, при этом основные формы собственных колебаний устраняются не только в продольном направлении, но и в направлении большой оси 18 овала, а также создается возможность для более рациональной компоновки глушителя на транспортном средстве.

В камере 7 на впускной трубе 4 закреплены два изогнутых экрана 21 и 22 овальной формы (экран 22 является дополнительным по отношению к экрану 21). Их установка практически не изменяет площади поперечного сечения камеры 7 в продольном направлении. В поперечном же направлении для звуковой волны, распространяющейся в направлении большей оси овала 18, экраны 21 и 22 придают камере 7 симметричную форму, нарушенную смещением впускной трубы 4 вдоль малой оси овала 19 и предотвращающую возникновение нечетных форм собственных колебаний в направлении этой оси. Таким образом, благодаря установке экранов 21 и 22 в камере 7 не возбуждается первая форма собственных колебаний, а шум, прошедший на этой частоте из камеры 8, полностью заглушается.

На выпускной трубе 5 выполнена группа щелевидных отверстий 23 и в их зоне на выпускной трубе закреплен высокочастотный резонатор 24 круглой форма. Принятая конструкция отличается простотой и высокой технологичностью в изготовлении и препятствует возникновению вторичного шума, связанного с собственными колебаниями газа на частотах, при которых длины их волн становятся соизмеримыми диаметру выпускной трубы 5.

Глушитель выхлопа функционирует следующим образом (фиг. 4).

Выхлопные газы по впускной трубе 4 поступают в расширительную камеру 9 в начале в ее пространство 14, затем через отверстия 17 перетекают в пространство 15 и по перепускной трубе 9 попадают в пространство 12 расширительной камеры 7. Далее через отверстия 16 и 20 газы поступают в выпускную трубу 5 и, пройдя высокочастотный резонатор 24, покидают глушитель, на всем пути движения газового потока через глушитель обеспечивается максимальное заглушение шума за счет его эффективного безрезонансного заглушения, устранения различных форм продольных и поперечных колебаний потока газа и вторичных источников шума.

Впускная труба 4 может быть оснащена пробкой 25, размещенной в зоне перегородки 11 (фиг. 5). В этом случае для выхода газа в камеру 8 на трубе 4 выполнены отверстия 26, расположенные перед пробкой 25 на расстоянии l/4 от перегородки 6. Наличие групп отверстий 20 и 26 на боковых поверхностях труб 4 и 5 способствует демпфированию колебательных процессов в них и снижению шума выпуска, а выпуск газов из трубы 4 в камеру 8 не через срез трубы 4, закрытый пробкой 25, а через отверстия 22 устраняет возможные поломки перегородки 11 при "хлопках" в глушителе, обеспечивая повышение надежности его работы и, как следствие, повышение в целом эксплуатационных качеств глушителя. В остальном работа глушителя по существу не отличается от описанного выше.

Щели 27 и резонатор 28 в варианте глушителя могут быть расположены вне его корпуса 1 (фиг. 6). Это обеспечивает большую степень расширения газового потока, поступающего из впускной трубы 4 в камеру 8, и повышает заглушение на средних частотах за счет освобождения камеры 8 от высокочастотного резонатора. Помимо этого, для некоторых моделей легковых автомобилей внешняя установка резонатора может придавать выхлопной трубе вид, который в других случаях достигается установкой декоративных деталей, и следовательно, обеспечивает снижение затрат на изготовление. Функционирование же в целом упомянутого варианта глушителя по существу не отличается от описанного выше.

Таким образом, повышение эксплуатационных свойств заявляемого глушителя выхлопа при упрощении его конструкции и снижении затрат на его изготовление обеспечено путем рациональной организации газового потока, а также оптимального выполнения основных его элементов.

При установке заявляемого глушителя на автомобиль АЗЛК2142 с двигателем рабочим объемом 2 л при том же противодавлении в системе выпуска было зафиксировано снижение шума выхлопа на 3 дБ в сравнении с прототипом.

Предложение относится к глушителям выхлопа, в которых используются резонанс, эффект интерференции и дросселирование потока газов. Глушитель содержит корпус овальной формы с трубами и перегородкой, разделяющей его камеры, в одной из которых размещены два изогнутых экрана. Камеры, занимающие весь объем корпуса, и соединяющая их труба выполнены акустически эквивалентно. В каждой из камер установлена перегородка с отверстиями, расположенными преимущественно в зоне пересечения осей овала. Впускная и выпускная трубы смещены по разным осям овала. Выпускная труба выполнена с щелями и в их зоне оснащена высокочастотным резонатором. Повышены эксплуатационные свойства глушителя при упрощении его конструкции и снижении затрат на его производство путем рациональной организации газового потока, а также оптимального выполнения основных его элементов. 6 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Глушитель выхлопа, содержащий корпус овальной формы с трубами и разделяющей его на камеры перегородкой, в одной из которых размещен экран, отличающийся тем, что занимающие весь объем корпуса камеры и соединяющая их труба выполнены акустически эквивалентно. 2. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что в каждой из камер установлена перегородка с отверстиями, расположенными преимущественно в зоне пересечения осей овала. 3. Глушитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что впускная и выпускная трубы смещены по разным осям овала. 4. Глушитель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что в одной из камер размещен дополнительный экран, при этом оба упомянутых изогнутых экрана размещены в этой камере на впускной трубе. 5. Глушитель по пп.1 - 4, отличающийся тем, что выпускная труба выполнена с щелями и в их зоне оснащена высокочастотным резонатором. 6. Глушитель по пп.1 - 5, отличающийся тем, что впускная труба оснащена пробкой, размещенной в зоне перегородки с отверстиями. 7. Глушитель по пп.1 - 6, отличающийся тем, что упомянутые щели на выпускной трубе и закрепленный на ней высокочастотный резонатор расположены вне корпуса глушителя.