ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ВЫПУСКА ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F01N1/12 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано для глушения шума выпуска газов двигателей внутреннего сгорания.

Известен глушитель шума выпуска газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус, впускной и выпускной патрубки, которые установлены на торцовых стенках корпуса по его оси, и поперечные перфорированные перегородки, выполненные в виде двух соединенных между собой под углом одна к другой пластин, сопряженных по периметру с внутренней поверхностью корпуса, при этом отверстия перфорации перегородок выполнены в зонах вершин угла или на периферии, а образующие вершин перегородок установлены с радиальным угловым смещением одна относительно другой и ориентированы в сторону впускного или выпускного патрубка (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР 1477914, МПК F 01 N 1/08, публикация 07.05.89 г.).

Недостатком известного глушителя является то, что он имеет недостаточно минимальное гидравлическое сопротивление при взаимодействии отработавших выхлопных газов с поперечными перегородками, так как газы движутся, постоянно меняя направление движения.

Известен глушитель шума выпуска газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус, впускной и выпускной патрубки, которые установлены на торцовых стенках корпуса по его оси, расширительные камеры с объемами, увеличивающимися в сторону выпускного патрубка, образованные разделительными поперечными перфорированными перегородками с отверстиями, размещенными поочередно диаметрально противоположно, и две камеры-завихрители, размещенные соответственно вблизи впускного патрубка и в средней части корпуса и образованные каждая двумя поперечными полусферическими перфорированными перегородками, сопряженными своими основаниями, отверстия перфорации перегородок камер-завихрителей размещены диаметрально противоположно, в зоне входного отверстия выпускного патрубка установлен отражатель, а отверстия разделительных перегородок выполнены в виде щелевой перфорации и снабжены жалюзи, отогнутыми в сторону впускного патрубка, при этом объемы камер, снабженных общей разделительной перегородкой, могут быть связаны соотношением 1:1,2 (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР 1437519, МПК F 01 N 1/08, публикация 15.11.88 г.).

Недостатком этого известного глушителя является то, что он имеет сложную конструкцию и недостаточное минимальное гидравлическое сопротивление при взаимодействии отработавших выхлопных газов с поперечными перегородками, так как газы меняют направление движения за счет диаметрально противоположного расположения отверстий перфорации перегородок.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является упрощение конструкции глушителя, уменьшение его гидравлического сопротивления движению газов и повышение эффективности глушителя.

Сущность изобретения заключается в том, что в глушителе шума выпуска газов двигателя внутреннего сгорания, содержащем цилиндрический корпус, впускной патрубок, выпускной патрубок, который установлен на торцовой стенке корпуса по его оси, и расширительные камеры с объемами, увеличивающимися в сторону выпускного патрубка, образованные разделительными поперечными перегородками, каждая из которых имеет на периферии, по крайней мере, одно перепускное отверстие, впускной патрубок установлен тангенциально на цилиндрическом корпусе, а перепускные отверстия разделительных поперечных перегородок расположены по винтовой линии в направлении вращения выхлопных газов.

Кроме того, в каждой разделительной поперечной перегородке может быть выполнено одно перепускное отверстие с площадью не менее площади проходного поперечного сечения впускного патрубка.

Кроме того, расширительные камеры могут быть выполнены с объемами, увеличивающимися по формуле:

где V_i - объем i-й расширительной камеры;
i - порядковый номер расширительной камеры;
n - показатель политропы;
P₀ - давление выхлопных газов в выхлопном коллекторе двигателя внутреннего сгорания;
V₀ - первоначальный объем выхлопных газов, численно равный объему цилиндра, из которого удаляются выхлопные газы;
P_i - давление выхлопных газов в i-й расширительной камере.

Это позволяет упростить конструкцию глушителя, уменьшить его гидравлическое сопротивление движению газов и повысить эффективность глушителя.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен предлагаемый глушитель шума, в аксонометрии и в разрезе одновременно.

Глушитель шума выпуска газов двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндрический корпус 1, впускной патрубок 2, выпускной патрубок 3, который установлен на торцовой стенке 4 корпуса 1 по его оси, и расширительные камеры 5-9 с объемами, увеличивающимися в сторону выпускного патрубка 3, образованные разделительными поперечными перегородками 10-13, каждая из которых имеет на периферии одно перепускное отверстие 14 с площадью не менее площади проходного поперечного сечения впускного патрубка 2.

Впускной патрубок 2 установлен тангенциально на цилиндрическом корпусе 1 и соединен своим выходом с первой расширительной камерой 5. Перепускные отверстия 14 разделительных поперечных перегородок 10-13 расположены по винтовой линии в направлении вращения выхлопных газов.

Расширительные камеры 5-9 выполнены с объемами, увеличивающимися в сторону выпускного патрубка 3 по формуле:

где V_i - объем i-й расширительной камеры;
i - порядковый номер расширительной камеры;
n - показатель политропы;
P₀ - давление выхлопных газов в выхлопном коллекторе двигателя внутреннего сгорания;
V₀ - первоначальный объем выхлопных газов, численно равный объему цилиндра, из которого удаляются выхлопные газы;
P_i - давление выхлопных газов в i-й расширительной камере.

Увеличение объема камер 5-9 описывается политропным законом по формуле:
P_i•Vⁿ _i=const,
где P_i - давление в i-й камере;
V_i - объем i-й камеры;
n - показатель политропы;
i - номер камеры - целое число, изменяющееся от 1 до Z;
Z - общее число камер, образованных перегородками 10-13.

Число камер Z выбирается таким, чтобы давление выхлопных газов в последней камере Z равнялось давлению окружающей среды, в которую осуществляется выпуск выхлопных газов. В нашем случае выхлопные газы выпускаются в воздух, окружающий двигатель внутреннего сгорания, поэтому в последней камере Z достигаем условия
P_Z≈P_a,
где P_Z - давление выхлопных газов в камере Z;
P_a - атмосферное давление окружающего воздуха.

Расчет const политропного закона производят, исходя из первоначальных параметров выхлопных газов, а именно: давления выхлопных газов в выхлопном коллекторе двигателя внутреннего сгорания и их первоначального объема
const=P₀•V₀ ⁿ,
где const - постоянная политропного закона;
P₀ - давление выхлопных газов в выхлопном коллекторе двигателя внутреннего сгорания;
V₀ - первоначальный объем выхлопных газов, численно равный рабочему объему цилиндра двигателя внутреннего сгорания, из которого выпускаются выхлопные газы.

Показатель политропы n задают, исходя из выбранного процесса расширения газа. В целях обеспечения расширения газа без совершения работы показатель политропы n приравнивают к показателю адиабаты k, т.е. расширение осуществляют по адиабатному закону. В свою очередь, значение показателя адиабаты k получают на стенде испытания двигателя на основе измеренных теплофизических характеристик выхлопных газов испытуемого двигателя внутреннего сгорания, работающего по заданному термодинамическому циклу. Обычно величина k для серийных двигателей колеблется в пределах k = 1,2-1,4.

Таким образом, конкретный глушитель конструируется под конкретный двигатель внутреннего сгорания на основе его стендовых испытаний.

Глушитель шума работает следующим образом. Выхлопные газы из выхлопного коллектора двигателя внутреннего сгорания поступают через впускной патрубок 2 и тангенциально заходят в корпус 1, закручиваясь вихрем относительно продольной оси корпуса 1. Так как объем первой расширительной камеры 5 больше исходного объема выхлопных газов V₁>V₀, то выхлопные газы расширяются в первой камере 5, давление их падает до Р₁<Р₀ и далее они перетекают через отверстие 14 в перегородке 10 во вторую камеру 6 увеличивающегося объема V₂>V₁>V₀, где снова расширяются и их давление падает до Р₂<P₁<P₀.

Поскольку отверстие 14 в перегородке 10 между первой и второй камерами 5 и 6, а также отверстия 14 и в последующих камерах 7-9 расположены так, что они образуют винтовую линию, то выхлопные газы вращаются вокруг продольной оси корпуса во всех камерах 5-9, что обеспечивает их более легкий переток из камеры в камеру за счет вихревого эффекта. Достигнув последней камеры 9, выхлопные газы приобретают давление Р₉, близкое к давлению окружающего воздуха Р_а, т. е. Р₉≈Р_а, и поэтому бесшумно выводятся в атмосферу через выпускной патрубок 3.

Предложенное изобретение позволяет упростить конструкцию глушителя, уменьшить его гидравлическое сопротивление движению газов и повысить эффективность глушителя.

Глушитель содержит цилиндрический корпус, впускной патрубок, установленный тангенциально на корпусе, выпускной патрубок, который установлен на торцовой стенке корпуса по его оси, и расширительные камеры с объемами, увеличивающимися в сторону выпускного патрубка, образованные разделительными поперечными перегородками, каждая из которых имеет на периферии, по крайней мере, одно перепускное отверстие, причем отверстия перегородок расположены по винтовой линии в направлении вращения выхлопных газов. Это позволяет упростить конструкцию глушителя, уменьшить его гидравлическое сопротивление движению газов и повысить эффективность глушителя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Глушитель шума выпуска газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус, впускной патрубок, выпускной патрубок, который установлен на торцовой стенке корпуса по его оси, и расширительные камеры с объемами, увеличивающимися в сторону выпускного патрубка, образованные разделительными поперечными перегородками, каждая из которых имеет на периферии, по крайней мере, одно перепускное отверстие, отличающийся тем, что впускной патрубок установлен тангенциально на цилиндрическом корпусе, а перепускные отверстия разделительных поперечных перегородок расположены по винтовой линии в направлении вращения выхлопных газов. 2. Глушитель по п. 1, отличающийся тем, что в каждой разделительной поперечной перегородке выполнено одно перепускное отверстие с площадью не менее площади проходного поперечного сечения впускного патрубка. 3. Глушитель по п. 1, отличающийся тем, что расширительные камеры выполнены с объемами, увеличивающимися по формуле

где V_i - объем i-той расширительной камеры;
i - порядковый номер расширительной камеры;
n - показатель политропы;
P₀ - давление выхлопных газов в выхлопном коллекторе двигателя внутреннего сгорания;
V₀ - первоначальный объем выхлопных газов, численно равный объему цилиндра, из которого удаляются выхлопные газы;
P_i - давление выхлопных газов в i-той расширительной камере.