Глушитель шума выхлопа Советский патент 1986 года по МПК F01N1/06 F01N1/12 

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

Целью изобретения является повышение эффективности глушителя.

На фиг, 1 представлен глушитель, общий вид; на фиг. 2 то же, продольный разрез; на фиг. 3 - то же, вид сбоку; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг, 5 - плоская заготовка спиральной вставки.

Глушитель шума выхлопа содержит

цилиндрический корпус 1 с торцовыми стенками 2, центральные отверстия

которых соединены с впускными патрубками 3. Патрубки 3 на концах 4 развальцованы до наружного диаметра выхлопной трубы, сочленяемой с ними с помощью обычно применяемых для этой цели хомутов. Концы 4 патрубков 3 для обеспечения плотности сочленения имеют прорези. Вблизи торцовых стенок корпуса 1 на боковой его поверхности тангенциально посредством сварки присоединены впускные патрубки 5, заканчивающиеся фланцами 6 для сочленения с фланцами двух автономно вьшолненных выпускных коллекторов двигателя. Внутри корпуса на его оси расположена внутренняя труба 7 с центральным зазором. Площадь сечения зазора для прохода газов из этого объема корпуса 1 равна удвоенному внутреннему сечению трубы 7. На краях труба снабжена соплами 8 в виде усеченных конусов, вы. ходные срезы которых введены в выпускных патрубков 3. Труба 7 установлена при помощи витков спиральны вставок 9 с поверхностью прямого кольцевого геликоида. Вставки 9 закреплены в средней по длине, расположенной между впускными патрз бками 5, части корпуса 1 и вьшолнены с числом витков не менее 3.

Снаружи корпус 1 снабжен рубашко охлаждения, образованной герметичны кожухом 10, обхватывающим корпус 1 между впускными патрубками 5,, снабженным патрубком 11 подвода охл51ждающей жикости и патрубком 12 отвод пара, причем патрубок 11 подвода соединен с источником охлаждающей жидкости, а патрубок 12 отвода - с воздухоочистителем двигателя. Впускные патрубки 5, соединенные непос68756

редственно с двумя автономно вьтотгненными выпускными коллекторами двигателя, выполнены с сечением, переходящим из круглой формы в форму ще5 левого конфузора с уменьшающейся высотой щели,

Взаимное расположение фланцев 6 впускных патрубков 5 может быть при необходимости откорректировано за 0 счет углового смещения одного из патрубков по отношению к другому путем вращения вокруг оси глушителя и изгиба оси патрубков на необходимый угол в зависимости от условий 5 размещения глушителя после компоновки и полученных размеров автономных выпускных коллекторов по условиям их изготовления.

Элементы глушителя шума ввиду 20 простоты их геометрии могут быть изготовлены путем штамповки и сварки из тонколистовой стали. Исключение составляет спиральная вставка 9, так как линейная кривая поверхность 25 прямого геликоида относится к числу неразвертываемых. Однако вставку 9 можно изготовить составной путем последовательной сварки раздельно изготовленных ее витков к поверх30 ности турбы 7, так как отдельно взятый виток прямого геликоида допускает сравнительно точную его развертку. Технологически изготовление такой детали при наличии необходимого обо35 рудования имеет незначительную трудоемкость. Точность соответствия такой заготовки винтовой поверхности геликоида зависит от точности назначения размеров сх , d и D при конст40 руировании вырубного штампа, которые при выбранных по конструктивным соображениям значениях внутреннего радиуса R корпуса 1 и наружного радиуса трубы 7 подсчитать по извест45 ным формулам в зависимости от шага винтовой поверхности, назначенного из условия размещения на заданной длине цилиндрической части трубы 7 необходимого количества витков встав50 ки 9.

Глушитель шума работает следующим образом.

Поступающие из коллекторов двигателя газы ускоряются, проходя щелеJJ вые конфузоры впускных патрубков 5, и с возросшей скоростью тангенциально входят в корпус 1. При этом потенциальная энергия давления потока газов преобразуется в скоростной няпо добавляюпшйся к той кинетической энергии, которой обладают газы в ра личных вихрях. Закручиваясь по винтовой спирали в работающих по принципу циклона концевых объемах глуши теля с интенсивностью, зависящей от плотности и квадрата входной скорос ти, различные струи газов под дейст вием центробежных сил разделяются, При этом газы с наибольшим запасом избыточной кинетической энергии из ядра струй, поочередно вьшетающих из цилиндров в конце рабочего такта через выпускные их клапаны, в котором динамический напор вьше, чем на периферии сечения струи, оказываютс в периферийной части указанных объе мов глушителя. Т.е. на удалении от оси глзшителя, вокруг которой во вращательномдвижении газы закручен благодаря входу по касательной к внутренней поверхности стенки корпуса. Эти газы, двигаясь по винтово спирали в направлении от закрытых торцовыми стенками 2 концов корпуса 1 к его середине, входят в ориентированные по ходу их движения винтовые каналы спиральных вставок 9 в кольцевом пространстве между стенками корпуса 1 и внутренней трубы 7 При движении газы омывают боковую стенку корпуса, интенсивно охлаждаемую снаружи водой до температуры более низкой, чем при воздушном охлаждении. Благодаря тому, что рост температуры наружной поверхности стенки ограничен температурой кипения воды, а толщина стенки незначительна, обусловливая малое по величине термическое ее сопротивление передаче тепла, темпера:тура внут ренней поверхности этой .стенки, не на много превышая 100°С, оказывается значительно ниже температуры газов на выходе из двигателя. Контакт . горячих газов с такой холодной по сравнению с ними стенкой, к.которой газы прижаты нормальной силой, обусложенной центробежным эффектом, имеет следствием отвод от газов тепла .в больших количествах, причем образующийся у поверхности стенки пограничный слой охлажденных газов не в состоянии воспрепятствовать такому отводу, так как этой слой постоянно разрушается хаотически направленными турбулентными вихрями и подвергается сносу интенсивно закрученным газовьм 87564 потоком. Израсходовяв часть своей энергии, движущиеся по винтовой траектории навтречу друг другу газовые потоки на выходе из вставок 9 сталкиваются в среднем по длине глушителя его объеме, претерпевая неупругий лобовой удар. При раздельной компоновке вьтускного коллектора в виде двух одинаковых автономных частей, в каждую из которых происходит сброс газов из равного количества цилиндров (при четном количестве цилиндров двигателя), через каждый из автономных коллекторов при одинаковых условиях работы каждого из цилиндров отработавшие газы идут с одинаковым массовым расходом и теоретически одинаковыми параметрами. Гидравлические сопротивления каналов этих коллекторов и впускных патрубков 5 глушителя выполнены по расчету одинаковыми, поэтому к моменту встречи потоки газов приходят с одинаковым запасом количества движения и кинематической энергии. При их неупругом ударе газы затормозятся, рассеяв свою кинетическую энергию на касательное трение между различными элементарными слоями. Скоростной напор при этом преобразуется обратно в потенциальную энергию давления и тепло при трении. В действительности картина происходящих при этом явлений усложняется тем обстоятельством, что выброс газов из цилиндров происходит порциями (квантами), чередование которых во времени подчиняется заложенному в двигатель порядку работы цилиндров. Однако с учетом быстроходности современных двигателей и большой скоротечности этих явлений действительную картину их протекания.можно приблизить к описанной вьш1е и считать, что следствием неупругого уда-о ра является торможение газовых потоков, обусловливающее -перераспредеение избыточной энергии отдельных турбулентных пульсаций между всеми лементарными объемами газа. Под оздействием возросшего давления в среднем по длине глушителя его объее газы устремляются из этого объема части трубы 7 через зазор. При ледовании через части внутренней рубы 7 особенно в конусной части их аналов с убьшающим проходным сечеием потенциальная энергия давления

газов вновь преобразуется в скоростной напор движущихся с возрастающей скоростью струй. Газы при этом расширяются до олее низкого давл€;ния, превьшающего атмосферное, на величину гидравлического сопротивления выхлопной трубы, сочлененной с выпускными патрубками 3. Струя газа, вытекающая из сопла 8, увлекает за собой массы газа, сосредоточенные в прилегающих к оси глушителя концевых его объемах. Эти объемы вследствие происходящего после истечения из патрубков 5 разделения газов, в результате которого быстродвиясупшеся струи горячих газов оказываются сосредоточенными 3 боковой поверхности корпуса, заполнены газом со сравнительно спокойным характером движения Давление в этих близлежащих от оси глушителя объемах вследствие того, что большая часть массы газов оказывается отброшенной от этой оси центробежными силами, заметно ниже, . чем в периферийной части вблизи боковой поверхности глушителя. Поэтому с некоторым: допущением находяш.уюся вблизи от наружной поверхности конусов 8 часть объема глушителя можно уподобить объему приемной камеры газового эжектора с соплом 8. В таком эжекторе первоначально высокая энергия отдельных составляющих газового потока, служившая ранее источником щума, с которым нужно было бороться ценой увеличения противодавления на выхлопе двигателя,полезно используется в целях транспортировки остальных составляющих газового потока.

При непосредственном соединении глушителя с вьшускными коллекторами двигателя омываемые газами элементы проточной части глушителя,находятся в зоне высоких температур, исключающих появление конденсата внутри различных полостей глушителя„ Конденсация пара, возможная лишь при контакте пара с эл ентами газовыхлопного тракта с более низкой чем точка росы температурой, вероятна при предлагаемой схеме компоновки газовыхлопной системы лишь в гладкой выхлопной трубе, не имеющей элементов, препятствующрпс выходу конденсата. Поэтому появление конденсата в элементах глушителя возможно лигаь в процессе прогрева запущенного из хо лодного состояния двигателя.

По мере прогрева элементов газовыхлопной системы капли выпавшей влаги вновь испаряются с последующим выносом этого пара из пространства

5 глушителя.

По мере прогрева двигателя нагревается и вода, находящаяся в кожухе 10. При доведении ее до кипения пар из всплывающих вверх пузьфьков

10 начинает поступать через патрубок 12 отвода по надетому на него шлангу в воздухоочиститель. Вступая в контакт с массами относительно холодного воздуха, этот пар, находяшийся в

15 состоянии насыщения, перемешиваясь с потоками воздуха и частично отдавая ему теплоту парообразования, в состоянии , содержащего мельчайшие по размерам капельки влаги,

20 через карбюратор попадает в камеру сгорания цилиндров двигателя. Отбирая на свое повторное испарение избыточное тепло от стенок камеры сгорания, эти капельки устраняют опасный

25 с точки зрения возможности детонации перегрев стенок. Такая детонация наиболее всего вероятна при макси- мальном форсировании режима работы двигателя, т.е., при его номинальной

30 мощности,

С учетом этого обстоятельства поверхность теплообмена кожуха 10 должна быть выбрана из условия генерации в нем достаточного на номиналь35 ном режиме двигателя количества пара При таком подходе к выбору размеров кожуха на частичных нагрузках двигателя с соответственно уменьшенным расходом отработавших газов через

40 глушитель количество тепла, подводимого к воде, и генерация из нее пара соответственно уменьшаются, т.е. между генерацией пара в водяной рубашке и потребностью в этом паре

45 для подмешивания к соответственно снизившемуся расходу воздуха автоматически устанавливается соответствие, вследствие которого поддерживается процентньй состав паровоздуш50 ной смеси, выходящей из воздухоочистителя двигателя. Компенсация воды в кожуке 10. отводимой в виде пара через его патрубок 12, происходит путем подвода воды через патрубок 11

55 подвода из источника охлаждающей жидкости, объем которого может быть назначен из расчета необходимого на одну рабочую смену запася при пот71

реблении 20-25% воды от расхода бензина.

Формула изобретения

1, Глупштель шума выхлопа, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, снабженного вьшускным коллектором и воздухоочистителем, содержащий корпус цилиндрической фомы с торцовыми стенками, впускной и два выпускных патрубка и внутреннюю трубу, причем вьтускной патрубок выполнен переменного сечения и установлен тангенциально на боковой поверхности корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, он снабжен дополнительным впускньм патрубком, выполненным переменного сечения и установленным тангенциально на боковой поверхности корпуса, впускные патрубки размещены вблизи торцовых стенок корпуса диаметрально противоположно относительно друг друга с направлением их входных отверстий в одну сторону, вьтускные патрубки установлены центрально на торцовых стенках, внутренняя труба вьшолнена с центральным зазором, снабжена по краям соплами в виде усеченных конусов с вькодными срезами, помещенньми в устья выпускныхпатрубков, и установлена соосно корпусу при помощи

Выход газов

687568

спиральных вставок с поверхностью прямых кольцевых геликоидов, причем площадь сечения зазора вьтолнена равной площади удвоенного сечения 5 внутренней трубы, а спиральные вставки вьтолнены с количеством витков не менее трех.

2.Глушитель по п. 2, отличающийся тем, что впускные

10 патрубки соединены непосредственно с друмя автономно вьшолненньми выпускными коллекторами двигателя,

3.Глушитель по пп. 1 и 2, о т личающийся тем, что, с

15 целью повьшения входной скорости выхлопных газов, впускные патрубки вьтолнены с сечением, переходящим из круглой формы в форму щелевого конфузора с уменьшающейся высотой

20 щели.

4.Глушитель по пп. 1-3, отличающийся тем, что, с целью снижения шумоизлучения путем повышения интенсивности теплоотвода, он

5 дополнительно снабжен рубашкой ох лаждения, образованной герметичным кожухом, обхватывающим корпус между впускными патрубками, снабженным патрубком подвода охлаждающей жид0 кости и патрубком отвода пара, причем патрубок подвода соединён с источником охлаждающей жидкости, а патрубок отвода - с воздухоочистителем двигателя.

Выход пара

Выход газов

Фиг.2 72 5 А(J}U3.S А

Изобретение предназначено для глушения шума выхлопа, преимущественно двигателя внутреннего сгорания. Целью изобретения является повышение эффективности глушения. Глушитель снабжен впускным патрубком переменного сечения, установленным тангенциально боковой поверхности корпуса. Внутренняя труба вьтолнена с центральным зазором и снабжена по краям соплами в виде усеченных конусов с выходными срезами. Сопла помещены в устья выпускных патрубков. Внутренняя труба установлена соосно корпусу при помощи спиральных вставок с поверхностью прямых кольцевых гели.коидов.Глушитель снабжен рубашкой охлаждения, образованной герметичным кожухом. Поступающие из двигателя газы ускоряются в щелевых конфузорах впускных патрубков 5, закручиваются по винтовой спирали, охлаждаются при контакте с внутренней боковой стенкой корпуса 1, сопряженной с рубаш(Л кой охлаждения 10, и, теряя звуковую энергию, выбрасываются в атмосферу через выпускные патрубки 3. 3 з.п. ф-лы, 5 Ш1. 00 сд а