ГЛУШИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F01N1/00 

Изобретение относится к классу машиностроения и удовлетворению жизненных потребностей человека, в частности, к области решения вопросов обеспечения комфортных условий при эксплуатации автомобиля.

Одним из устройств, обеспечивающих решение части проблем, является устройство для снижения уровня шума двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Известен глушитель шума выпуска, преимущественно ДВС, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками и перфорированные перегородки [1, 2]. Также известен глушитель шума ДВС, содержащий корпус и размещенные в нем рассекатели и перфорированные перегородки, установленные на рассекателях [3].

Конструктивные особенности различных вариантов глушителей связаны, как правило, с повышением эффективности снижения шума, а также с оптимизацией параметров: эффективность, стоимость, технологичность, уменьшение степени влияния параметров глушителя на тяговые возможности автомобиля. Названные аналоги имеют достаточный диапазон шумоглушения с приемлемыми потерями мощности.

Наиболее близким к заявленному техническому решению задачи является глушитель шума выпуска двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, не менее двух перфорированных конических элементов с общим малым основанием, ориентированным в сторону выпускного патрубка выхлопных газов двигателя, конические элементы которого имеют следующие характеристики: углы конусности 18-22 и 90-95 градусов, а суммарная площадь отверстий составляет 1,05...1,15 и 0,7...0,8 площади поперечного сечения корпуса 1 соответственно входного и выходного конусов [2].

Данный глушитель имеет широкий диапазон частот глушения, поэтому принят в качестве прототипа. Однако такой глушитель, установленный в автомобилях с воздушным охлаждением, выполняет единственную функцию - снижение шума двигателя. При эксплуатации этих автомобилей в холодное время года необходимо устройство подогрева салона водителя - бензиновый или электроотопитель.

Бензиновый отопитель работает с зажиганием от аккумулятора (генератора). В качестве рабочего тела используется бензин, который с помощью бензонасоса подается в камеру сгорания. Поджиг бензина осуществляется, например, от свечи накаливания. Нагретый от корпуса камеры сгорания воздух подается в салон автомобиля. Основными недостатками такого решения проблемы являются: дополнительный расход топлива, повышенная пожароопасность, ускоренный разряд аккумулятора и снижение его емкости.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей глушителя, в частности, придание ему функций нагревателя теплоносителя для обогрева салона автомобиля, лобового и заднего стекол или помещения оператора любой установки, использующей в качестве рабочего органа двигатель внутреннего сгорания.

Поставленная цель достигается тем, что в глушитель со стороны впускного патрубка введены три стакана, соосно вложенные друг в друга с образованием свободных объемов между ними, и переходное кольцо для соединения торцов стаканов с коническими элементами глушителя, при этом впускной патрубок соединен с внутренним стаканом через отверстие, выполненное в донышке этого стакана, стенки и донышко среднего стакана снабжены перфорацией, причем донышки среднего и наружного стаканов снабжены отверстиями под штуцеры для подачи воздуха для подогрева и вывода теплого воздуха, а впускной и выпускной патрубки соединены с элементами глушителя с помощью сварки и соединения штуцеров с донышками стаканов выполнено сварным.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет расширить функциональные возможности глушителя - обеспечить отопление салона автомобиля (или помещение оператора) без дополнительных затрат топлива.

На чертеже представлена схема глушителя в продольном разрезе. Глушитель для двигателя внутреннего сгорания содержит корпус 1, два или более перфорированных конических элемента 2 с общим малым основанием, ориентированным в сторону выпускного патрубка, наружный 3, средний 4 и внутренний 5 стаканы, входной штуцер 6 холодного и выходной штуцер 1 нагретого воздуха, впускной патрубок 8 выхлопных газов двигателя, переходное кольцо 9, выпускной патрубок 10 выхлопных газов двигателя. Длина стаканов l выбирается в соответствии с соотношениями размеров корпуса и впускного патрубка, размещенного в корпусе в прототипе, а именно: в пределах l=(1...5)D, где D - диаметр корпуса 1. Суммарная площадь Sc отверстий стенки стакана 4 определяется с учетом потребного тепла для обслуживаемого салона. Диаметр отверстий увеличивается от донышка к переходному кольцу 9. Суммарная площадь S_g отверстий донышка стакана 4 равна (0,01... 0,02)S_с.

Работает предлагаемый глушитель следующим образом.

Выхлопные газы по патрубку 8 поступают во внутренний стакан 5, где расширяются и замедляются их скорости. С уменьшенной скоростью газы поступают через отверстие переходного кольца 9 в конические элементы 2 глушителя. Во входном конусе направление движения и скорость потока через отверстия меняется незначительно за счет конусности поверхности и величины общей площади проходных сечений отверстий. За счет уменьшения общей площади сечений отверстий выходного конуса и конусности задней части корпуса 1 скорость газа в них плавно увеличивается без резкого изменения направления. Снижение пульсаций давления газа, обеспечение более равномерной скорости при минимальных изменениях направления движения потока обеспечивают снижение потерь мощности двигателя на преодоление сопротивления глушителя. Одновременно обеспечивается поглощение широкой полосы звуковых частот. Чистый воздух через входной штуцер 6 подается в средний стакан 4 и, нагреваясь от стенок внутреннего стакана 5, через перфорации среднего стакана 4 поступает в наружный стакан 3, а из него через выходной штуцер 7 в салон автомобиля (или помещение оператора).

Такое устройство подогрева воздуха может рассматриваться в качестве дополнительного подогревателя (резервного) для автомобилей, снабженных жидкостными или электрическими нагревателями салона, а также в качестве основного в автомобилях с воздушным охлаждение вместо используемых автономных бензиновых подогревателей, достаточно пожароопасных и ненадежных в работе.

Кроме того, такие нагреватели можно использовать на самых разнообразных рабочих местах, например, на зерновых токах, оборудованных бензиновыми сварочными агрегатами.

Предлагаемое техническое решение позволяет получить наряду с выполнением основной функции глушителя - снижение шума двигателя - ряд дополнительных положительных эффектов:
если принять, что в городских условиях средняя скорость движения автотранспорта составляет ~50 км/час, а расход бензина автомобиля на 100 км пути ~ 7 литров, то при расходе отопителем ~0,5 л в час на каждые 100 км пробега потребуется дополнительно ~1 литра бензина на обогрев салона, что составит более 14% от расходуемого бензина;
повышается коэффициент полезного действия (КПД) двигателя за счет более полного использования энергии, выделяющейся в процессе сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания. Теплота выхлопных газов, ранее выбрасываемая в атмосферу, идет на подогрев воздуха, подаваемого в салон или рабочее помещение оператора;
понижается пожароопасность автомобиля;
увеличивается объем багажного отделения за счет демонтажа бензинового отопителя с элементами подачи в него топлива;
продлевается срок службы аккумулятора, т.к. снижается нагрузка на него после демонтажа отопителя.

Литература
1. Глушитель шума выпуска, 15.11.80, а.с. 779601, кл. F 01 N 1/02.

2. Глушитель шума выпуска ДВС, 23.12.83, а.с. 1062414, кл. F 01 N 1/00.

3. Глушитель шума ДВС, 15.11.85, а.с. 1191608, кл. F 01 N 1/00.

В конструкции глушителя со стороны входного патрубка газов вводятся три стакана, соосно вложенные друг в друга с образованием свободных объемов между ними. Торцы стаканов соединены с элементами глушителя переходным кольцом. Выхлопные газы, поступая в глушитель через внутренний стакан, нагревают его. Чистый атмосферный воздух, проходя через средний стакан, нагревается от корпуса внутреннего стакана и через перфорацию среднего стакана уходит в наружный стакан, а из него - в салон автомобиля или помещение оператора. Расширение функциональных возможностей глушителя позволит сэкономить топливо, расходуемое в бензиновых отопителях, повысить коэффициент полезного действия двигателя за счет более полного использования энергии, получаемой при сгорании топлива. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Глушитель для двигателей внутреннего сгорания, содержащий корпус, не менее двух перфорированных конических элементов с общим малым основанием, ориентированным в сторону выпускного патрубка, впускной и выпускной патрубки выхлопных газов двигателя, отличающийся тем, что в него со стороны впускного патрубка введены три стакана, соосно вложенные друг в друга с образованием свободных объемов между ними, и переходное кольцо для соединения торцов стаканов с коническими элементами глушителя, при этом впускной патрубок соединен с внутренним стаканом через отверстие, выполненное в донышке этого стакана, стенки и донышко среднего стакана снабжены перфорацией, причем донышки среднего и наружного стаканов снабжены отверстиями под штуцеры для подачи воздуха для подогрева и вывода теплого воздуха. 2. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что впускной и выпускной патрубки соединены с элементами глушителя с помощью сварки и соединение штуцеров с донышками стаканов выполнено сварным.