ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ВЫПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F01N1/10 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к глушителям шума для двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известен глушитель шума выпуска для двигателя внутреннего сгорания (см. патент РФ 2056509, МПК F 01 N 5/02, заявл. 20.10.92, опубл. 20.03.96), содержащий цилиндрический корпус, соосные впускной и выпускной патрубки, центральную трубу, соосные продольные цилиндрические перфорированные перегородки, трубы-газоходы, входной и выходной коллекторы, тепловую изоляцию. Площади проходных сечений в перфорированных цилиндрических перегородках и в перфорированной центральной трубе равны между собой и в два раза больше площади поперечного сечения входного коллектора. Количество и диаметры отверстий перфорации центральной трубы и продольных цилиндрических перегородок, а также диаметры и длины продольных цилиндрических перфорированных перегородок и центральной перфорированной трубы связаны между собой определенными соотношениями на основе принципа "золотой" пропорции так, что коэффициент перфорации во всех продольных перегородках и центральной трубе остается постоянным. Глушитель имеет также кольцевые поперечные перфорированные перегородки, установленные на торцевых продольных перегородках.

Недостатком известного решения является то, что в нем не оптимизировано расположение отверстий перфорации в перегородках. Так как через перегородки проходит весь поток отработавших газов (ОГ), то они представляют собой значительное аэродинамическое сопротивление, величина которого во многом определяется именно расположением отверстий в перегородках, что приводит к снижению эффективности глушителя.

Известен также глушитель шума выпуска двигателя внутреннего сгорания (см патент РФ N 2056508, МПК: F 01 N 1/08, заявл. 12.01.93, опубл. 20.03.96), содержащий корпус с соосными впускным и выпускным патрубками, поперечные перфорированные перегородки, разделяющие корпус на расширительные камеры, причем патрубки частично размещены в корпусе и их внутренние части выполнены перфорированными, а торцы патрубков заглушены и закреплены на перегородках с образованием впускной, промежуточной и выпускной камер. По ходу движения газового потока диаметры отверстий уменьшаются, а количество их увеличивается. Значения диаметров отверстий перфорации и их количество связаны между собой определенными соотношениями, причем диаметр отверстий и площади проходных сечений перфорированных перегородок связаны определенными соотношениями с диаметром впускного патрубка. Использование соотношений с коэффициентами пропорциональности 1,272, 1,618 и 2,618 обуславливает достижение одинаковой пропускной способности перегородок.

Описанное решение принято за прототип.

Недостатком известного устройства также является то, что в нем не оптимизируется расположение отверстий перфорации в перегородках, что приводит к снижению эффективности глушителя.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности глушения шума выпуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и снижение противодавления, создаваемого глушителем потоку газа.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом глушителе шума выпуска ДВС, содержащем корпус с соосными впускным и выпускным патрубками, в котором также соосно установлена внутренняя продольная перфорированная труба с размещенными в ней поперечными перфорированными перегородками, разделяющими корпус на расширительные камеры, полость между корпусом глушителя и внутренней перфорированной трубой заполнена шумопоглощающим материалом, например базальтовым волокном, а отверстия перфорации расположены равномерно по поверхности развертки трубы и каждой перегородки.

При этом координаты центров отверстий перфорации вычисляют в декартовой системе координат с началом, взятым в любой точке перфорируемой поверхности, исходя из следующих зависимостей:


где X, Y - координаты точки (центра отверстия);
i - порядковый номер отверстия в ряду;
j - порядковый номер ряда;
а - шаг, расстояние между центрами соседних отверстий.

Кроме того, отверстия в перегородках выполнены таким образом, что величины их диаметров связаны следующим соотношением:

где n - порядковый номер перегородки, считая, что первая перегородка расположена со стороны выпускного патрубка;
d_n - диаметр отверстия n-й перегородки.

При этом Z_n - количество отверстий в каждой из перегородок, начиная со второй, удовлетворяет выражению:

где d_n - диаметр отверстия n-й перегородки;
n - порядковый номер перегородки;
k - количество отверстий в первой перегородке.

Благодаря размещению отверстий перфорации в соответствии с координатами центров отверстий, описанными выше зависимостями (1), создается равномерность распределения отверстий, как по поверхности трубы, так и каждой из перегородок, и тем самым обеспечивается равенство коэффициента перфорации по всей перфорированной поверхности глушителя, что приводит к снижению противодавления потоку газа и увеличению акустического сопротивления, а следовательно, к повышению эффективности глушителя. Если коэффициент перфорации по поверхности перегородки непостоянен, то это приводит к изменению направления движения потока газа, дополнительной его турбулизации, вихреобразованиям и, как следствие, росту местных сопротивлений, а следовательно, к снижению эффективности шумозаглушения и росту противодавления. Выполнение отверстий перфораций в перегородках в соответствии с описанными выше зависимостями (2), (3) обеспечивает такое соотношение их диаметров и такое их количество в каждой из перегородок, благодаря которому также существенно снижается противодавление, оказываемое потоку газа. Кроме того, поток газа равномерно притормаживается по длине перфорированной трубы, что улучшает его взаимодействие с размещенным в полости между корпусом глушителя и внутренней перфорированной трубой шумопоглощающим материалом, например базальтовым волокном, что увеличивает эффективность шумоглушения.

Выполнение глушителя шума выпуска описанным выше образом с использованием всей совокупности существенных признаков позволяет получить высокую эффективность шумозаглушения при низком противодавлении, создаваемом глушителем.

Для пояснения изобретения приведены следующие иллюстрации:
фиг.1 - принципиально-конструктивная схема глушителя шума выпуска ДВС;
фиг.2 - фрагмент поверхности поперечной перегородки или развертки внутренней перфорированной трубы.

Глушитель шума выпуска ДВС содержит корпус 1, в котором соосно установлены впускной 2 и выпускной 3 патрубки, а также соосно помещена внутренняя продольная перфорированная труба 4, в которой находятся поперечные перфорированные перегородки 5, разделяющие корпус на расширительные камеры 6. Полость 7 между корпусом глушителя и внутренней перфорированной трубой 4 заполнена шумопоглощающим материалом 8, например базальтовым волокном. Отверстия 9 перфорации расположены равномерно по поверхности развертки трубы 4 и каждой из перегородок 5.

Перфорация по поверхности продольной трубы 4 и перегородок 5 располагается таким образом, что координаты центров отверстий 9 в декартовой системе координат с началом, взятым в любой точке поверхности развертки трубы 4 или каждой из поперечных перегородок 5, вычисляют, исходя из следующих зависимостей:


где X, Y - координаты точки (центра отверстия):
i - порядковый номер отверстия в ряду:
j - порядковый номер ряда,
а - шаг (расстояние между центрами соседних отверстий).

Именно при таком задании координат отверстия 9 располагаются равномерно по поверхности трубы 4 или каждой из перегородок 5, что обеспечивает равенство коэффициента перфорации по всей перфорированной поверхности.

В качестве примера рассмотрим расчет положения центров девяти отверстий перфорации. Расстояние между центрами отверстий обозначим "а". Используя для расчета вышеприведенные формулы (1), получим:
1 ряд:
1 отверстие i=l; j=1;

2 отверстие i=l; j=2;

3 отверстие i=l; j=3;

2 ряд:
4 отверстие i=2; j=l;

5 отверстие i=2; j=2; X_2,2=a; Y_2,2=0;
6 отверстие i=2; j=3;

3 ряд:
7 отверстие i=3; j=1; X_3,1=a;

8 отверстие i=3; j=2;

9 отверстие i=3; j=3; X_3,3=2a; Y_3,3=0.

Кроме того, отверстия в перегородках выполнены таким образом, что величины их диаметров связаны следующим соотношением:

где n - порядковый номер перегородки, считая, что первая перегородка расположена со стороны выпускного патрубка,
d_n - диаметр отверстия n-й перегородки.

При этом Z_n - количество отверстий 9 в каждой из перегородок 5, начиная со второй, удовлетворяет выражению:

где d_n - диаметр отверстия n-й перегородки:
n - порядковый номер перегородки;
k - количество отверстий в первой перегородке.

Глушитель шума выпуска ДВС работает следующим образом.

Звуковые волны, образованные процессом выхлопа двигателя, проходя через глушитель, взаимодействуют с перфорацией 9 продольной трубы 4 и базальтовым волокном 8, находящимся за ней. При этом энергия волны уменьшается за счет демпфирования базальтовым волокном, вследствие чего происходит уменьшение звукового давления. Кроме того, звуковые волны, проходя через поперечные перегородки 5, взаимодействуют с перфорацией 9 перегородок, что приводит к рассеянию энергии волны на акустических сопротивлениях перегородок 5 и к дальнейшему снижению величины звукового давления.

Нетрудно видеть, что при описанном выше равномерном расположении отверстий перфорации по поверхности трубы и каждой перегородки обеспечивается равенство коэффициента перфорации по всей поверхности. Данное обстоятельство приводит к снижению противодавления потоку газа и увеличению акустического сопротивления, что увеличивает эффективность глушителя. Благодаря описанному выше выполнению отверстий в перегородках, при котором величины их диаметров, а также их количество связаны предлагаемыми зависимостями, снижается противодавление, оказываемое потоку газа, кроме того, поток газа равномерно притормаживается по длине перфорированной трубы, что улучшает его взаимодействие с базальтовым волокном и увеличивает эффективность глушителя.

Предложенный глушитель, в конечном итоге, позволяет качественно снижать шум процесса выпуска двигателя внутреннего сгорания при низком противодавлении, создаваемом глушителем.

Глушитель шума содержит корпус с соосными впускным и выпускным патрубками. В корпусе соосно установлена внутренняя продольная перфорированная труба с размещенными в ней поперечными перфорированными перегородками, разделяющими корпус на расширительные камеры. Полость между корпусом глушителя и внутренней перфорированной трубой заполнена шумопоглощающим материалом, например базальтовым волокном. При этом расположение отверстий перфорации задано математическими зависимостями таким образом, что обеспечивается равенство коэффициента перфорации по всей перфорированной поверхности. Кроме того, диаметры отверстий в перегородках и их количество связаны между собой математическими зависимостями, учитывающими взаимное расположение перегородок. Изобретение позволяет качественно снижать шум процесса выпуска двигателя внутреннего сгорания при низком противодавлении, создаваемом глушителем. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Глушитель шума выпуска двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с соосными впускными и выпускными патрубками, в которой также соосно установлена внутренняя продольная перфорированная трубя с размещенными в ней поперечными перфорированными перегородками, разделяющими корпус на расширительные камеры, отличающийся тем, что отверстия перфорации расположены равномерно по поверхности развертки трубы и каждой перегородки, при этом координаты центров упомянутых отверстий вычисляют в декартовой системе координат, исходя из следующих зависимостей:


где X, Y - координаты точки (центра отверстия);
i - порядковый номер отверстия в ряду;
j - порядковый номер ряда;
а - шаг, расстояние между центами соседних отверстий,
при этом диаметры отверстий перфорации и перегородках связаны между собой соотношением:

где n - порядковый номер перегородки, считая со стороны выпускного патрубка;
d_n - диаметр отверстия n-й перегородки,
a Z_n - количество отверстий в каждой из перегородок, начиная со второй, удовлетворяет выражению

где k - количество отверстий в первой перегородке;
d_n - диаметр отверстия n-й перегородки;
n - порядковый номер перегородки. 2. Глушитель по п. 1, отличающийся тем, что полость между корпусом глушителя и внутренней перфорированной трубой заполнена шумопоглощающим материалом, например базальтовым волокном.