Глушитель шума выхлопа

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН

А1

Л0» 1268 5 (51) 4 F 01 N 1/06, 1/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3894023/25-06 (22) 05.05.85 (46) 07.11.86. Бюл. Р 41 (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт текстильной и легкой промышленности им.С.M.ÊHðîâà (72) Н,С.Тушаков, К.Х.Лазариди, М.С.Лавриненко, В.В.Некрасов и В.И.Андреев (53) 621.43.06(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 735811, кл. F 01 N 1/08, 1977. (54) ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ВЫХЛОПА (57) Изобретение предназначено для глушения шума выхлопа, преимущественно двигателя внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение эффективности глушения. Глушитель снабжен впускным патрубком перемен ного сечения, установленным тангенциально боковой поверхности корпуса, Внутренняя труба выполнена с центральным зазором и снабжена по краям соплами в виде усеченных конусов с выходными срезами. Сопла помещены в устья выпускных патрубков. Внутрен.няя труба установлена соосно корпусу при помощи спиральных вставок с поверхностью прямых кольцевых геликоидов.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 рубашкой охлаждения 10, и, теряя звуковую энергию, выбрасываются в атмосферу через выпускные патрубки 3. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению,. а именно к глушителям 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 выполненных выпускных коллекторов двигателя. Внутри корпуса 1 на его оаэи 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 устья выпускных патрубков 3. Труба 7 установлена при помощи витков спиральных вставок 9 с поверхностью прямого кольцевого геликоида. Вставки 9 закреплены в средней по длине, расположенной между впускными патрубками 5, части корпуса 1 н выполнены с числом витков не менее 3.

Снаружи корпус 1 снабжен рубашкой охлаждения, образованной герметичным кожухом 10, обхватывающим корпус 1 между впускными патрубками 5, снабженным пагрубком 11 подвода охлаждающей жикости и патрубком 12 отвода пара, причем патрубок 11 подвода соединен с источником охлаждающей жидкости, а патрубок 12 отвода - с воздухоочистителем двигателя. Впускные патрубки 5, соединенные непас268756 редственно с двумя автономно выполненными выпускными коллекторами двигателя, выполнены с сечением, переходящим из круглой формы в форму щелевого конфузора с уменьшающейся высотой щели.

Взаимное расположение фланцев 6 впускных патрубков 5 может быть при необходимости откорректировано за

10 счет углового смещения одного иэ патрубков по отношению к другому путем вращения вокруг оси глушителя и изгиба оси патрубков на необходимый угол в зависимости от условий 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 нераэвертываемых. 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 оборудования имеет незначительную трудоемкость. Точность соответствия такой заготовки винтовой поверхности геликоида зависит от точности назначения размеров . и 10 при конструировании вырубного штампа, которые при выбранных по конструктивным соображениям значениях внутреннего радиуса R корпуса 1 и наружного радиуса трубы 7 подсчитать по известgg ным формулам в зависимости от шага винтовой поверхности, назначенного из условия размещения на заданной длине цилиндрической части трубы 7 необходимого количества витков вставg0 ки 9.

Глушитель шума работает следующим образом.

Поступающие из коллекторов двигателя газы ускоряются, проходя щеле вые конфузоры впускных патрубков 5, и с возросшей скоростью тангенциально входят в корпус 1. При этом потенциальная энергия давления потока га3 1268756 зов преобразуется в скоростной напор, добавляющийся к той кинетической энергии, которой обладают газы в различных вихрях. Закручиваясь по винтовой спирали в работающих по принципу циклона концевых объемах глушителя с интенсивностью, зависящей от плотности и квадрата входной скорости, различные струи газов под действием центробежных сил разделяются, >g

При этом газы с наибольшим запасом избыточной кинетической энергии из ядра струй, поочередно вылетающих из цилиндров в конце рабочего такта через выпускные их клапаны, в котором динамический напор выше, чем на периферии сечения струи, оказываются в периферийной асти указанных объемов глушителя, V.е. на удалении от оси глушителя, вокруг которой во 20 вращательном движении газы закручены благодаря входу по касательной к внутренней поверхности стенки корпуса, Эти газы, двигаясь по винтовой 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 стен- Зр ками корпуса 1 и внутренней трубы 7, При движении газы омывают изнутри 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, температура внутренней поверхности этой .стенки, не на много превышая 100 С, оказывается о 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 охлажценных газов не в состоянии воспрепятствовать такому отводу, так как этой слой постоянно разрушается хаотически направленными турбулентными вихрями и подвергается сносу интенсивно закрученным газовым потоком. Израсходовав 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 выпускного коллектора в виде двух одинаковых автономных частей, в каждую из которых происходит сброс газов иэ равного количества цилиндров (при четном количестве цилиндров двигателя), через каждый из автономных коллекторов при одинаковых условиях работы каждо о 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 действитель ную картину их протекания, можно приблизить к описанной выше и считать, что следствием неупругого уда-ъ ра является торможение газовых потоков. обусловливающее .перераспределение избыточной энергии отдельных турбулентных пульсаций между всеми элементарными объемами газа. Под воздействием возросшего давления в среднем по длине глушителя его объеме газы устремляются из этого объема в части трубы 7 через зазор. При следовании через части внутренней трубы 7 особенно в конусной части их каналов с убывающим проходным сечением потенциальная энергия давления

5 12 газов вновь преобразуется в скоростной напор движущихся с возрастающей скоростью струй. Газы при этом расширяются до,более низкого давления, превышающего 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 быстродвижушиеся струи горячих газов оказываются сосредоточенными у 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 находяшуюся вблизи от наружной поверхности конусов 8 часть объема глушителя можно уподобить объему приемной камеры газового эжектора с соплом 8. Б таком эжекторе первоначально высокая энергия отдельных составляющих газового потока, служившая ранее источником с шума, 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 выпускными 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 элйчентами газовыхлопного тракта с более низкой чем

"точка росы" температурой, вероятна при предлагаемой схеме компоновки газовьгхлопной системы лишь в гладкой

G выхлопной трубе, не имеющей элементов, препятствующих выходу конденсата. Поэтому появление конденсата в элементах глушителя возможно лишь в процессе прогрева запущенного из холодного состояния двигателя, 68756

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, нахоцящаяся в кожухе 10. При доведении ее до кипения пар из всплывающих вверх пузырьков

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

15 состоянии насыщения, перемешиваясь с потоками воз,цуха и частично отдавая ему теплоту парообразования, в состоянии тумана, содержащего мельчайшие по размерам капельки влаги, 20через карбюратор попадает в камеру сгорания цилиндров двигателя. Отбирая на свое повторное испарение избы— точное тепло от стенок камеры сгорания, эти капельки устраняют опасный 5 с точки зрения возможности детонации перегрев стенок. Такая детонация наиболее всего вероятна при максимальном 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 процентный состав паровоздуш50 ной смеси, выходящей из воздухоочистителя двигателя. Компенсация воды в кожухе 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 запаса при пот1268

Зоаод лара явиод вава

7 реблении ?О-257 воды от расхода бензина.

Формула из обретения

1. Глушитель шума выхлопа, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, снабженного выпускным коллектором и воздухоочистителем, содержащий корпус цилиндрической фор- 10 мы с торцовыми стенками, впускной и два выпускных патрубка и внутреннюю трубу, причем выпускной патрубок выполнен переменного сечения и установлен тангенциально на боковой по- 15 верхности корпуса, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности, он снабжен дополнительным впускным патрубком, выполненным переменного сечения и уста- 20 новленным тангенциально на боковой поверхности корпуса, впускные патрубки размещены вблизи торцовых стенок корпуса диаметрально противоположно относительно друг друга с 25 направлением их входных отверстий в одну сторону, выпускные патрубки установлены центрально на торцовых стенках, внутренняя труба выполнена с центральным зазором, снабжена по краям соплами в виде усеченных конусов с выходными срезами, помещенными в устья выпускных патрубков, и установлена соосно корпусу при помощи

756 8 спиральных вставок с поверхностью прямых кольцевых геликоидов, причем площадь сечения зазора выполнена равной площади удвоенного сечения внутренней трубы, а спиральные вставки BbIIIoJIHpíû с количеством витков не менее трех.

2. Глушитель по и. 2, о т л ич а ю шийся тем, что впускные патрубки соединены непосредственно с друмя автономно выполненными выпускными коллекторами двигателя.

Э. Глушитель по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения входной скорости выхлопных газов, впускные патрубки выполнены с сечением, переходящим из круглой формы в форму щелевого конфузора с уменьшающейся высотой щели.

4. Глушитель по пп. 1-3, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью снижения шумоизлучения путем повышения интенсивности теплоотвода, он дополнительно снабжен рубашкой охлаждения, образованной герметичным кожухом, обхватывающим корпус между впускными патрубками, снабженным патрубком подвода охлаждающей жидкости и патрубком,отвода пара, причем патрубок подвода соединен с источником охлаждающей жидкости, а патрубок отвода †. с воздухоочистителем двигателя.

1268756

Составитель В. Славников

Редактор Н. Марголина Техред И.Попович

Корректор М.Пожо

Заказ 6008/32.

Тираж 500

Подписное

RHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4