ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ВЫХЛОПА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F01N1/10 

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

Известен глушитель шума двигателя внутреннего сгорания (см., например, а.с. СССР №1638323, кл. F 01 N 1/02, 18.01.89.), содержащий корпус с торцевыми стенками, впускной и выпускной патрубки, центральную перфорированную трубу, соединенную с патрубками, три камеры, образованные поперечной перегородкой и кожухом, охватывающим трубу в зоне выпускного патрубка, поперечная перегородка выполнена перфорированной, а в трубе в плоскости перегородки размещена поперечная заглушка.

Недостатками указанной конструкции являются недостаточная эффективность глушения шума выхлопа по широкому спектру, обусловленная ограниченным количеством камер небольшого объема, а также отсутствие глушения структурного шума, создаваемого корпусными деталями глушителя.

Кроме того, создание повышенного активного сопротивления при прохождении через глушитель отработавших газов отрицательно сказывается на мощностных, экономических и токсичных характеристиках двигателя.

Известен глушитель шума двигателя внутреннего сгорания (см., например, а.с. СССР №1618898, кл. F 01 N 1/02, 04.07.88.), содержащий корпус с торцевыми стенками, впускной и выпускной патрубки, установленные в торцевых стенках, поперечные перфорированные перегородки, образующие три камеры, причем первый патрубок пересекает перегородки и снабжен внутренним перфорированным участком, а второй размещен соосно корпусу и снабжен перфорированным участком, размещенным между перегородками и помещенным в кожух, образующий дополнительную камеру.

Недостатками указанной конструкции являются недостаточная эффективность глушения шума выхлопа по широкому спектру, обусловленная ограниченным количеством камер небольшого объема, а также отсутствие глушения структурного шума, создаваемого корпусными деталями глушителя.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания (см., патент США №4610329, кл. F 02 N 1/10 от 09.12.86), содержащий цилиндрический корпус эллипсного поперечного сечения с тремя камерами, образованными торцевыми стенками корпуса и поперечными перегородками, причем одна из перегородок выполнена перфорированной, впускной и выпускной патрубки и соединенные с ними соосно впускную и выпускную трубы с перфорированными участками, звукопоглащающую камеру, включающую звукопоглощающую жаропрочную набивку из пористого материала, расположенную на перфорированном участке выпускной трубы, пленку, помещенную между перфорированным участком перфорированной трубы и звукопоглощающей жаропрочной набивкой, при этом звукопоглащающая камера размещена между поперечными перегородками.

Указанный глушитель с широкополосным по звуковым частотам заглушением, благодаря наличию дополнительной звукопоглощающей камеры, позволяет снизить шум, сопровождающий струю отработавших газов на средних и высоких акустических частотах. Глушитель обладает эффективным заглушением аэродинамического шума струи отработавших газов, выбрасываемых в атмосферу без значительных влияний на потерю мощности.

Недостатками указанной конструкции является низкая эффективность глушения структурного шума, создаваемого корпусными деталями глушителя, что оказывает влияние на увеличение общего шума выхлопа и автомобиля в целом.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности глушения шума отработавших газов и структурного шума, создаваемого корпусными деталями глушителя при снижении потерь мощности, и улучшение экономических и токсичных характеристик двигателя.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном глушителе шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащем цилиндрический корпус эллипсного поперечного сечения с тремя камерами, образованными торцевыми стенками корпуса и поперечными перегородками, одна из которых выполнена перфорированной, впускной и выпускной патрубки, соединенные с ними соосно впускную и выпускную трубы с перфорированными участками, звукопоглощающую камеру с жаропрочной набивкой из пористого материала, расположенной на перфорированном участке выпускной трубы, указанные впускная и выпускная трубы снабжены дополнительными перфорированными участками, при этом дополнительный перфорированный участок на выпускной трубе выполнен за первой перегородкой и обращен в противоположную сторону от впускной трубы, а дополнительный перфорированный участок на впускной трубе смещен к задней перегородке и выполнен в виде узкого в поперечном сечении трубы сектора, обращенного к выпускной трубе, передняя перегородка снабжена перфорированными участками, расположенными симметрично относительно большой оси эллипсного сечения корпуса, смещенными по его малой оси к стенке корпуса глушителя, перфорированный участок задней перегородки размещен вокруг впускной трубы, при этом звукопоглощающая камера снабжена защитным герметичным кожухом, с размещенной в нем звукопоглощающей жаропрочной набивкой.

Суммарная проходная площадь отверстий перфорированного участка впускной трубы во второй камере превышает суммарную проходную площадь отверстий перфорированного участка первой и открытого среза впускной трубы третьей камер.

Соотношение объемов V₁:V₂:V₃ первой камеры к второй и третьей выражено как 1:3:2.

Дополнительные перфорированные участки на впускной и выпускной трубах размещены во второй камере.

Узкий сектор дополнительного перфорированного участка на впускной трубе размещен симметрично относительно большой оси эллипсного сечения корпуса.

Узкий сектор дополнительного перфорированного участка на впускной трубе обращен к защитному герметичному кожуху звукопоглощающей камеры.

Передняя перегородка снабжена по меньшей мере двумя перфорированными участками.

Перфорированные участки передней перегородки выполнены с увеличением по количеству отверстий к стенке корпуса глушителя.

Перфорированный участок задней перегородки выполнен с увеличением по количеству отверстий к выпускной трубе.

Торцевые стенки корпуса выполнены с U-образными подштамповками, охватывающими с зазором частично впускной и выпускной патрубки.

Звукопоглощающая камера может быть размещена частично во второй и третьей камерах, пересекая при этом заднюю перегородку.

Выпускной патрубок может быть выполнен удлиненным с перфорированным участком на большей части своей длины.

Звукопоглощающая камера может быть размещена за корпусом глушителя на перфорированном участке выпускного патрубка.

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежных рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен продольный разрез (по большой оси эллипса) глушителя шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания со звукопоглощающей камерой внутри корпуса глушителя;

на фиг.2 - продольный разрез (по большой оси эллипса) глушителя со звукопоглощающей камерой, расположенной за корпусом глушителя;

на фиг.3 - схема работы глушителя с указанием потоков отработавших газов;

на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1;

на фиг.5 - разрез В-В на фиг.1;

на фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.1;

на фиг.7 - конструкция передней и задней торцевых стенок корпуса увеличенной жесткости.

Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндрический корпус 1 эллипсного поперечного сечения с тремя камерами 2, 3, 4, образованными торцевыми стенками 5, 6 корпуса 1 и поперечными передней и задней перфорированными перегородками 7, 8.

Параллельно продольной оси корпуса 1 глушителя в передней торцевой стенке 5 размещен впускной патрубок 9, имеющий продолжение в корпусе глушителя в виде впускной трубы 10, пересекающей переднюю и заднюю перегородки 7, 8 и заканчивающейся открытым срезом 11 в третьей камере 4. Впускная труба 10 сообщается с первой камерой 2 через перфорированный участок 12, имеющий общую проходную площадь перфорации:

S₁=(0,1-0,12)πД21

где Д₁ - внутренний диаметр впускного патрубка 9 и впускной трубы 10.

Параллельно продольной оси корпуса 1 глушителя в задней торцевой стенке 6 размещен выпускной патрубок 13, имеющий продолжение в корпусе 1 глушителя в виде выпускной трубы 14, пересекающей переднюю и заднюю перегородки 7, 8 и заканчивающейся открытым срезом 15 в первой камере 2.

На выпускной трубе 14 (фиг.1) на участке 16 с частой и мелкой перфорацией расположена звукопоглощающая камера 17 со звукопоглощающей жаропрочной мелковолокнистой набивкой 18, например, из базальтового волокна или минеральной ваты, звукопоглощающая камера снабжена защитным герметичным кожухом 19, в котором и размещена звукопоглощающая жаропрочная набивка 18.

Звукопоглощающая камера 17 в этом случае размещена частично во второй и третьей камерах 3, 4, пересекая при этом заднюю перегородку 8.

Выпускной патрубок 13 (фиг.2) может быть выполнен удлиненным с участком 16 частой и мелкой перфорацией на большей части своей длины, при этом звукопоглощающая камера 17 размещена за корпусом 1 глушителя на перфорированном участке 16 выпускного патрубка 13.

Общая проходная площадь перфорированного участка 16 в месте установки звукопоглощающей камеры:

S₂=(8-10)πД22

где Д₂ - внутренний диаметр выпускного патрубка 13 и выпускной трубы 14.

Впускная и выпускная трубы 10, 14 снабжены дополнительными участками перфорации. Дополнительные перфорированные участки на впускной и выпускной трубах размещены в камере 3.

Для повышения "перемешивания" газов в выпускной трубе и снижения "осевого эффекта" прохождения незаглушенной составляющей выхлопных газов, имеющих звуковую частоту колебаний, дополнительный перфорированный участок 20 на выпускной трубе 14 выполнен за первой перегородкой 7 и обращен в противоположную сторону от впускной трубы 10.

Общая проходная площадь перфорированного участка 20:

S₃=(4,5-5)πД22

где Д₂ - внутренний диаметр выпускной трубы 14.

Пополнительный перфооированный участок 21 на впускной трубе 10 смещен к задней перегородке 8 и выполнен в виде узкого в поперечном сечении трубы 10 сектора 22 (фиг.4), обращенного к кожуху 19 звукопоглощающей камеры 17 (фиг.1) или выпускной трубе 14 (фиг.2), являющимися выпуклыми рассеивающими экранами. Узкий сектор 22 дополнительного перфорированного участка 21 на впускной трубе 10 размещен симметрично относительно большой оси эллипсного сечения корпуса 1.

Общая проходная площадь перфорированного участка 21:

S₄=(1,1-1,2)πД21

где Д₁ - внутренний диаметр впускной трубы 10.

Передняя перегородка 7 снабжена по меньшей мере двумя перфорированными участками 23 (фиг.5), расположенными симметрично относительно большой оси эллипсного сечения, смещенными по его малой оси к внутреннему контуру корпуса 1 глушителя. Перфорированные участки 23 передней перегородки 7 выполнены с увеличением по количеству отверстий к стенке корпуса 1 глушителя.

Общая проходная площадь перфорированных участков 23:

S₅=(5,5-6,0)πД22

где Д₂ - внутренний диаметр выпускной трубы 14.

Перфорированный участок 24 задней перегородки 8 размещен вокруг впускной трубы 10 и выполнен с увеличением по количеству отверстий к выпускной трубе 14.

Общая проходная площадь перфорированного участка 24:

S₆=(4,5-5,0)πД21

где Д₁ - внутренний диаметр впускной трубы 10.

Соотношение объемов (фиг.1) первой камеры 2 ко второй и к третьей камерам 3, 4 выражено как 1:3:2.

Торцевые стенки 5, 6 корпуса 1 (фиг.7) выполнены с U-образными подштамповками 25, охватывающими с зазором частично впускной и выпускной патрубки 10, 14.

Глушитель работает следующим образом.

Газовый поток отработавших газов, обладающий высокой энергией (температурой и давлением), в котором распространяются звуковые волны широкого частотного диапазона, через патрубок 9 попадает во впускную трубу 10 (фиг.3). Для снижения импульса давления газов на корпусные детали применен принцип постепенного пропуска газа через перфорированный участок 12 в камеру 2, перфорированный участок 21 в камеру 3, открытый срез 11 в камеру 4.

Часть газов, прошедших в камеру 4 через открытый срез 11 впускной трубы 10, через перфорированный участок 24 задней перегородки 8 попадает в камеру 3, где взаимодействует с потоком газов, попавших через перфорированный участок 21 впускной трубы 10.

Часть газов, попавших в камеру 3 через перфорированный участок 21, встречает выпуклый рассеивающий экран, в качестве которого используют кожух 18 звукопоглощающей камеры 17 (фиг.1) или выпускную трубу 14 (фиг.2), и рассеивается, частично теряя энергию, а затем, соединившись с потоком из камеры 4, попадает частично в камеру 3 через перфорированные участки 23 в передней перегородке 7 и далее, взаимодействуя с потоком газов, прошедших через перфорированный участок 12 впускной трубы 10, проходит через открытый срез 15 в выпускную трубу 14.

Часть газов из камеры 3 попадает в выпускную трубу 14 через перфорированный участок 20, где соединяется с газами, прошедшими через открытый срез 15 выпускной трубы 14.

Поскольку отверстия перфорированного участка 20 выполнены с одного бока выпускной трубы 14 и встречаются с потоком газа, прошедшего через открытый срез 15 под углом, возникает дополнительное завихрение газа при прохождении перфорированного участка 16 выпускной трубы 14 и дополнительно снижается уровень шума средних и высоких частот за счет более активного использования.

Камеры 2, 3, 4 и соответствующие перфорированные участки 12, 21, открытый срез 11 (фиг.1, 2) рассчитаны и выполнены как резонансные низкой звуковой частоты 100-450 герц. При прохождении выхлопных газов из впускной трубы 10 в камеры 2, 3, 4 звуковые волны указанной частоты встречают на своем пути высокое сопротивление и отражаются к двигателю 25 (фиг.3), снижая тем самым низкочастотный шум выхлопных газов и возбуждающее воздействие их на корпусные детали.

Представленная конструкция глушителя направлена на снижение излучения структурного шума, создаваемого корпусными деталями глушителя за счет снижения воздействия возбуждающих факторов, вызывающих колебания корпусных деталей глушителя, а именно:

плавного снижения импульса газодинамического удара отработавших газов, проходящих по впускной трубе 10, на корпусные детали путем равномерного распределения выпуска их через перфорированный участок 12 в камеру 2, перфорированный участок 20 в камеру 3 и через открытый срез 11 в камеру 4;

создания резонансного сопротивления для низкочастотных колебаний 100-450 герц и отражения звуковых волн на упомянутых частотах к двигателю при прохождении выхлопных газов через перфорированные участки 12, 20 и открытый срез 11 впускной трубы 10 (фиг.3).

Таким образом, подавляющая часть отработавших газов, прошедших через перфорированные участки 12, 21 и открытый срез 11 впускной трубы 10 в камеры 2, 3, 4, сохранили составляющие со средней и высокой частотой колебания, претерпев некоторое снижение энергии за счет трения при истечении через отверстия перфорированных участков, и снизили уровень низкочастотных составляющих за счет отражения.

Дальнейшее снижение энергии отработавших газов достигается в камере 3 за счет направления перфорированного участка 21 на впускной трубе 10, обращенного к кожуху 19 звукопоглощающей камеры (фиг.1) или выпускной трубе 14 (фиг.2), являющимися выпуклыми рассеивающими экранами.

Следующим фактором снижения возбуждающего воздействия отработавших газов на корпус 1 глушителя является взаимодействие потоков, прошедших через перфорированный участок 24 в перегородке 8 из камеры 4 в камеру 3 и через перфорированный участок 21 впускной трубы 10.

Для снижения воздействия потоков газа на торцевую стенку 5 глушителя предусмотрено (фиг.3) взаимодействие потоков газов в камере 2, прошедших через перфорированные участки 23 перегородки 7 и поступивших через отверстия перфорированного участка 12 впускной трубы 10, одновременно снижающих сопротивление при повороте газов к срезу 15 выпускной трубы 10.

На снижение возбудимости корпусных деталей влияет увеличение жесткости перегородок 7, 8 и их крепление к корпусу 1 электрозаклепками.

С целью снижения возбудимости торцевых стенок 5, 6 корпуса 1 и излучаемого ими структурного шума в окружающую среду торцевые стенки 5, 6 корпуса 1 (фиг.7) выполнены с U-образными подштамповками 24, увеличивающими жесткость.

Снижение уровней шума средних и высоких частот достигается за счет звукопоглощающей камеры 17, снабженной защитным герметичным кожухом 19, с размещенной в нем жаропрочной звукопоглощающей набивкой 18 из пористого материала и перфорированные отверстия выпускной трубы 14, через которые выхлопные газы контактируют с набивкой. Для повышения эффективности использования жаропрочной звукопоглощающей набивки 18 в снижении аэродинамической составляющей уровней шума средних и высоких частот и исключения явления "осевого эффекта" на выпускной трубе 14 перед звукопоглощающей камерой выполнен перфорированный участок 20, обращенный к стенке корпуса 1.

Такое расположение перфорации на выпускной трубе 14 позволит дополнительно турбулизировать поток отработавших газов в выпускной трубе, обеспечивая соприкосновение всего объема отработавших газов с перфорированным участком 16 выпускной трубы 14, расположенным в пределах звукопоглощающей камеры.

Заявляемый глушитель обладает свойством широкополосного глушителя и позволяет повысить эффективность глушения шума отработавших газов и структурного шума, создаваемого корпусными деталями глушителя при снижении потерь мощности, и улучшить экономические и токсичные характеристики двигателя.

Глушитель содержит цилиндрический корпус эллипсного поперечного сечения с тремя камерами, образованными торцевыми стенками корпуса и поперечными перегородками, одна из которых выполнена перфорированной, впускной и выпускной патрубки, соединенные с ними соосно впускную и выпускную трубы с перфорированными участками, звукопоглощающую камеру со звукопоглощающей жаропрочной набивкой из пористого материала, расположенной на перфорированном участке выпускной трубы. Впускная и выпускная трубы снабжены дополнительными перфорированными участками, при этом дополнительный перфорированный участок на выпускной трубе выполнен за первой перегородкой и обращен в противоположную сторону от впускной трубы. Дополнительный перфорированный участок на впускной трубе смещен к задней перегородке и выполнен в виде узкого в поперечном сечении трубы сектора, обращенного к выпускной трубе. Передняя перегородка снабжена перфорированными участками, расположенными симметрично относительно большой оси эллипсного сечения корпуса, смещенными по его малой оси к стенке корпуса глушителя. Перфорированный участок задней перегородки размещен вокруг впускной трубы, при этом звукопоглощающая камера снабжена защитным герметичным кожухом с размещенной в нем звукопоглощающей жаропрочной набивкой. Технический результат - повышение эффективности глушения шума. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус эллипсного поперечного сечения с тремя камерами, образованными торцевыми стенками корпуса и поперечными перегородками, одна из которых выполнена перфорированной, впускной и выпускной патрубки, соединенные с ними соосно впускную и выпускную трубы с перфорированными участками, звукопоглощающую камеру со звукопоглощающей жаропрочной набивкой из пористого материала, расположенной на перфорированном участке выпускной трубы, отличающийся тем, что впускная и выпускная трубы снабжены дополнительными перфорированными участками, при этом дополнительный перфорированный участок на выпускной трубе выполнен за первой перегородкой и обращен в противоположную сторону от впускной трубы, а дополнительный перфорированный участок на впускной трубе смещен к задней перегородке и выполнен в виде узкого в поперечном сечении трубы сектора, обращенного к выпускной трубе, передняя перегородка снабжена перфорированными участками, расположенными симметрично относительно большой оси эллипсного сечения корпуса, смещенными по его малой оси к стенке корпуса глушителя, перфорированный участок задней перегородки размещен вокруг впускной трубы, при этом звукопоглощающая камера снабжена защитным герметичным кожухом, с размещенной в нем звукопоглощающей жаропрочной набивкой.2. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что суммарная проходная площадь отверстий перфорированного участка впускной трубы во второй камере превышает суммарную проходную площадь отверстий перфорированного участка первой и открытого среза впускной трубы третьей камер.3. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что соотношение объемов V₁:V₂:V₃ первой камеры ко второй и к третьей камерам выражено как 1:3:2.4. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что дополнительные перфорированные участки на впускной и выпускной трубах размещены во второй камере.5. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что узкий сектор дополнительного перфорированного участка на впускной трубе размещен симметрично относительно большой оси эллипсного сечения корпуса.6. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что узкий сектор дополнительного перфорированного участка на впускной трубе обращен к защитному герметичному кожуху звукопоглощающей камеры.7. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что передняя перегородка снабжена по меньшей мере двумя перфорированными участками.8. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания по п.1 или 7, отличающийся тем, что перфорированные участки передней перегородки выполнены с увеличением по количеству отверстий к стенке корпуса глушителя.9. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что перфорированный участок задней перегородки выполнен с увеличением по количеству отверстий к выпускной трубе.10. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что торцевые стенки корпуса выполнены с U-образными подштамповками, охватывающими с зазором частично впускной и выпускной патрубки.11. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что звукопоглощающая камера размещена частично во второй и третьей камерах, пересекая при этом заднюю перегородку.12. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что выпускной патрубок выполнен удлиненным с перфорированным участком на большей части своей длины.13. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания по п.1 или 12, отличающийся тем, что звукопоглощающая камера размещена за корпусом глушителя на перфорированном участке выпускного патрубка.