Многокамерный глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания

 

Глушитель содержит цилиндрический корпус с торцевыми стенками, в котором посредством поперечных перегородок последовательно образованы камеры: входная, выходная и несколько дополнительных, расположенные соосно с цилиндром корпуса подводящий и отводящий патрубки, а также промежуточные патрубки, полости которых подключены к полостям соответствующих камер посредством своих открытых срезов и сквозных перфорированных участков. Глушитель также содержит снабженную входным патрубком предварительную расширительную камеру, примыкающую к входной камере глушителя, геометрические параметры которой обеспечивают более эффективное шумозаглушение глушителя в среднечастотном звуковом диапазоне, причем входной патрубок предварительной расширительной камеры глушителя смонтирован в ее боковой стенке, таким образом, что внутренний динамический срез входного патрубка расположен на равных расстояниях от торцевой стенки и поперечной перегородки предварительной расширительной камеры, под углом к оси цилиндра корпуса так, что мнимое продолжение сечения входного патрубка вдоль его оси не пересекает стенку подводящего патрубка, а выходной динамический срез входного патрубка расположен в узловой зоне минимальных значений уровней звукового давления второй радиальной собственной резонансной формы колебаний звуковых давлений объема газа, заключенного в полости предварительной расширительной камеры глушителя, при этом участок отводящего патрубка расположен по оси предварительной расширительной камеры по всей ее длине и снабжен сквозными отверстиями перфорации, суммарная площадь проходного сечения которых не менее 1,4F, где F - площадь сечения выходного среза входного патрубка. Изобретение позволит повысить акустическую эффективность глушителя. 9 ил.

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

При работе камерного глушителя в месте расширения газопровода (т.е. в месте появления собственно камеры) создается скачкообразно увеличенное волновое сопротивление - "волновая пробка", что в определенных диапазонах частот звукового спектра препятствует прохождению звука через глушитель с дальнейшим ослаблением излучения его в окружающую среду. В такой конструкции глушителя (типа центральной расширительной камеры) имеется заданная граничная частота, начиная с которой глушитель начинает эффективно работать (заглушать шум). Однако характеристика заглушения такого глушителя представляет собой не восходящую наклонную линию, указывающую на рост величины акустического заглушения с увеличением частоты звукового спектра выхлопа, а кривую с выраженными максимумами заглушения в отдельных частотных диапазонах и ярко выраженными "провалами" на отдельных дискретных частотах в характеристике заглушения. В ряде случаев на частотах "провалов" в характеристике заглушения наблюдается не только нулевое заглушение шума, но даже некоторое усиление шума выхлопа на этих частотах. Именно эти многочисленные "провалы" являются "акустическим дефектом" конструкций камерных глушителей шума. Частоты, на которых наблюдаются указанные "провалы", соответствуют кратным гармоникам полудлин волн, укладывающихся в трехмерном пространстве камеры глушителя между противолежащими жесткими стенками камеры глушителя. Для уменьшения числа таких провалов, сведения их к минимуму и применяют внутреннее введение срезов патрубков газопровода в полость камеры глушителя в зоны, где эти кратные полудлинновые гармоники не будут возбуждаться, или же возбудившись - не будут выводиться (передаваться) из полости камеры дальше по выхлопной трассе газопровода в окружающую среду. Такими зонами исключения возбуждения или передачи низших собственных мод камеры являются узлы (минимумы) колебаний звуковых давлений, распределенных по трехмерному пространству камеры на данных собственных модах.

Принцип ослабления возбуждения и/или передачи низших собственных резонансных мод из полости камеры в газопровод реализован в известном однокамерном глушителе шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания, авторское свидетельство СССР 1092290, МКИ F 01 N 1/00, БИ 18/84, содержащем по меньшей мере одну цилиндрическую камеру с торцевыми стенками и соосными патрубками. Отличительной особенностью известного глушителя является то, что для обеспечения высокой акустической эффективности заглушения шума расширительной камерой, при одновременном достижении минимальных гидродинамических сопротивлений, динамические (акустические) срезы подводящего и отводящего патрубков камеры (т.е. условно удлиненные на 0,2...0,4d от своего статического геометрического состояния, где d - диаметр проходного сечения соответствующего патрубка) размещены в узловых зонах низших собственных резонансных продольных форм (первой и второй) колебаний газового объема в камере глушителя, т.е. в зонах, где величина звукового давления на указанной акустической моде близка к нулю, что предотвращает (ослабляет) передачу звуковой энергии этих форм (мод) колебаний наружным срезом отводящего патрубка в окружающую среду.

Такая конструкция известного глушителя в ряде случаев хорошо вписывается, в частности, в концепцию спортивных автомобилей, некоторых стационарных энергетических установок с достаточно ограниченной невысокой величиной заглушения шума, однако ее акустической эффективности для легковых автомобилей массового производства явно недостаточно, поскольку здесь предъявляются значительно более жесткие требования национальных и международных стандартов по предельно допустимому значению уровней внешнего и внутреннего шума транспортных средств, охраняющих окружающую среду от акустического загрязнения.

Дальнейшим совершенствованием рассмотренного типа глушителя является конструкция многокамерного глушителя, описанная в авторском свидетельстве СССР 1420193, МКИ F 01 N 1/00, БИ 32/88 (или более подробно см. Волгин С.Н. и др. Цветной иллюстрированный альбом. Автомобили ВАЗ-2110, ВАЗ-2111, ВАЗ-2112 и их модификации. Москва, "Третий Рим", 1998, с. 30-31), обладающая более высокой эффективностью заглушения шума выхлопа по величине и более широким диапазоном полосы заглушения, которая, в частности, в настоящее время применяется в ряде моделей автомобилей серийного производства ОАО "АВТОВАЗ".

Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания содержит корпус с торцевыми стенками и соосными впускным и выпускным патрубками, причем динамические срезы последних размещены внутри центральной камеры корпуса. Корпус глушителя выполнен овальным и снабжен по меньшей мере одной поперечной перегородкой с образованием камер с торцевыми стенками. Одна из камер (центральная) выполнена более длинной, длина ее равна длине большей оси овала корпуса. Внутренние срезы патрубков размещены в одной из камер и расположены на расстоянии 1/4L от торцевых стенок последней, где L - длина камеры. Длина большей оси овала корпуса составляет (1,6...2,5)d, где d - диаметр патрубка. Часть патрубка, проходящего через камеру, выполнена перфорированной, при этом неперфорированная часть патрубка от его внутреннего среза составляет L/2.

Некоторые конструктивные недостатки глушителя, проявляющиеся в процессе его эксплуатации, при необходимости дальнейшего совершенствования конструкции для соответствия более жестким перспективным требованиям транспортных средств по предельным значениям уровней их внешнего шума и анализ совершенства конструкции позволяют утверждать о потенциальных возможностях ее дальнейшего улучшения. В частности, во всех известных вариантах рассмотренной конструкции глушителя, представленных на фиг.1-3 описания видно, что наиболее энергоемкая первая (и все последующие нечетные) продольная низшая собственная резонансная форма колебаний из средней (центральной) камеры глушителя свободно пропускается в окружающую среду через выпускной патрубок 5. Это же самое наблюдается и со второй повысотной (радиальной) собственной модой колебаний объема камеры. Резонансная передача звука из камеры в окружающую среду происходит и на четвертой продольной собственной моде колебаний объема камеры (f4= 4c/2L, где f - частота, с - скорость звука, L - длина средней камеры).

Крайние (боковые) камеры глушителя, фиг.1, согласно графическому описанию прототипа, представляющие собой идентичные торцевые резонаторы концентричного типа, настроены на один и тот же резонансный частотный диапазон заглушения шума, что приводит к неоправданному дублированию подавления идентичных резонансных режимов и, в конечном итоге, ограничивает (заужает) полосу заглушения, а так же, в данном случае, способствует нежелательному взаимному резонансному взаимодействию боковых (торцевых) камер и не позволяет использовать каждую из камер для целенаправленного шумоподавления конкретного отдельного резонансного диапазона в заданной частотной области звукового спектра.

В современных конструкциях глушителей шума автомобильных ДВС для повышения ослабления передачи звука на указанных резонансных модах типа расширительной цилиндрической камеры с внутренними трубами широко используют звукопоглощающие набивки полостей камер волокнистыми пористыми материалами. В частности, практически всеми автомобильными фирмами используется конструкция одного из глушителей шума системы выхлопа с заполнением полости камеры глушителя набивкой из базальтового волокна. Обладая достаточно высокими термостойкими и звукопоглощающими характеристиками, такая набивка, в большинстве случаев, ослабляет нежелательные дефектные резонансные высокочастотные "свисты" глушителя, в первую очередь, на 4-ой продольной и 2-ой радиальной собственных модах колебаний воздушного объема камеры. Однако такая конструкция имеет и ряд существенных недостатков, основные из которых следующие: - Пористая набивка из волокнистого базальтового волокна активно впитывает и накапливает в полости химически агрессивный конденсат, содержащийся в выхлопных газах, что вызывает ускоренную внутреннюю коррозию корпуса глушителя, существенно сокращая срок его эксплуатации. Следует здесь же отметить, что именно внутренняя коррозия, а не механические нагрузки являются основной причиной разрушения глушителей автомобильных ДВС.

- Использование волокнистого базальтового волокна, вследствие вышеуказанной причины, вынуждает, в свою очередь, применять дорогостоящие нержавеющие хром-никелевые стали, использовать дополнительные устройства принудительного отсоса накопившегося конденсата из полости камеры различными диффузорными приемниками, что дополнительно усложняет конструкцию и делает ее более дорогой.

- В процессе эксплуатации транспортного средства базальтовые волокна частично выдуваются потоком выхлопных газов из полости глушителя в окружающую среду, что ведет к вредному и очень опасному для здоровья человека засорению воздушной среды мелкими частицами базальтовых волокон.

- Заполнение расширительных камер глушителя волокнистой шумопоглощающей набивкой вызывает некоторую потерю эффективности заглушения низкочастотного шума, вследствие частичной потери объема полости камеры, заполняющей набивкой (на частоте низшей нулевой собственной моды полости камеры).

- В процессе длительной эксплуатации устройства уменьшается пористость волокнистой набивки камеры из-за воздействия частиц углерода (сажи) и жидкого конденсата ("закоксовывание"), что влечет ухудшение звукопоглощающих характеристик волокнистой набивки и снижение шумозаглушающей способности глушителя в целом.

- Применение базальтовых волокон в технологии производства глушителей связано с вредными условиями производства, вследствие возможного попадания мелких частиц волокон через органы дыхания в организм человека.

В связи с вышеизложенными проблемами, продолжаются совершенствоваться конструкции многокамерных резонаторных глушителей, лишенные многих недостатков, присущих глушителям, содержащим волокнистые шумопоглощающие набивки.

В качестве прототипа принят основной глушитель шума выхлопа системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания автомобилей модельного ряда ВАЗ-2110, см. Волгин С.Н. и др. Цветной иллюстрированный альбом. Автомобили ВАЗ-2110, ВАЗ-2111, ВАЗ-2112 и их модификации. М., "Третий Рим", 1998, с. 30-31.

Глушитель содержит четыре последовательных камеры для подавления шума в широкочастотном диапазоне. Он содержит овальный корпус, ограниченный плоскими торцевыми стенками. Камеры в корпусе образованы посредством трех поперечных перегородок и сообщаются между собой посредством перфорированных патрубков. В направлении газового потока камеры последовательно расположены следующим образом: входная, выходная и две дополнительные. При этом два патрубка - подводящий и отводящий, размещены соосно корпусу, а два промежуточных патрубка расположены аксиально и по обе стороны от оси корпуса глушителя. Для лучшей коррозионной стойкости корпус глушителя изготовлен из алюминированной стали и не имеет точек сварки. Все детали глушителя соединяются между собой завальцовкой.

Рассмотренный глушитель шума обладает высокой надежностью и долговечностью, но вместе с тем имеются необходимость и возможности повышения его акустической эффективности, за счет внедрения в конструкцию прототипа отдельных мероприятий по дополнительной акустической настройке конструкции камерного глушителя, для выполнения более жестких требований защиты окружающей среды от акустического загрязнения. Обусловлено это, в первую очередь тем, что свободные срезы подводящего, отводящего и промежуточных патрубков в камере глушителя размещены без недостаточно "тонкого" и подробного исследования акустического поля в полостях камер и учета акустических явлений, происходящих в его отдельных камерах и взаимодействий камер в результате возбуждения в них низших резонансных собственных форм колебаний газового объема, заключенного в соответствующей камере глушителя, что вызывает соответствующие акустические недостатки (дефекты) конструкции. В результате этого, в характеристике заглушения на отдельных частотах образуются соответствующие "шумозаглушающие провалы", или недостаточные заглушения, что приводит к снижению акустической эффективности конструкции в целом. Недостатком является и то, что вторая и третья (по ходу газового потока от двигателя в окружающую среду) камеры глушителя имеют одинаковый объем (длину), что приводит к дублированию частотного диапазона заглушения и склонности к взаимному резонансному взаимодействию и возбуждению камер.

Заявляемая конструкция глушителя предполагает повышение его акустической эффективности, за счет расширения частотного диапазона и увеличения степени заглушения, исключения дефектных диапазонов резонансной передачи звука на наиболее энергоемких низших продольных и радиальных собственных резонансных модах колебаний газового объема центральной камеры, ослабления взаимодействия отдельных камер, путем дополнительной акустической настройки глушителя.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном многокамерном глушителе шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащем цилиндрический корпус с торцевыми стенками, в котором посредством поперечных перегородок последовательно образованы камеры: входная, выходная и несколько дополнительных, расположенные соосно цилиндру корпуса подводящий и отводящий патрубки, а также промежуточные патрубки, полости которых подключены к полостям соответствующих камер посредством своих открытых срезов и сквозных перфорированных участков, в корпусе глушителя сформирована снабженная входным патрубком предварительная расширительная камера, примыкающая к входной камере глушителя, геометрические параметры которой обеспечивают эффективное шумозаглушение камеры в среднечастотном звуковом диапазоне, причем входной патрубок предварительной расширительной камеры глушителя смонтирован в ее боковой стенке, таким образом, что внутренний динамический срез входного патрубка расположен на равных расстояниях (L₁/2, где L₁ - длина предварительной расширительной камеры) от торцевой стенки и поперечной перегородки предварительной расширительной камеры, под углом -α- к оси цилиндра корпуса так, что мнимое продолжение сечения входного патрубка вдоль его оси не пересекает стенку подводящего патрубка, а выходной динамический срез входного патрубка расположен в узловой зоне минимальных значений уровней звукового давления второй радиальной собственной резонансной формы колебаний звуковых давлений объема газа, заключенного в полости предварительной расширительной камеры глушителя, при этом участок отводящего патрубка расположен по оси предварительной расширительной камеры по всей ее длине и снабжен сквозными отверстиями перфорации, суммарная площадь проходного сечения которых не менее 1,4F, где F - площадь сечения выходного среза входного патрубка.

Введение в многокамерном глушителе предварительной, расширительной камеры, в виде входного торцового резонатора с боковым подводом трубопровода системы выпуска отработавших газов ДВС (далее - системы выхлопа) позволяет: 1. Исключить возбуждение низших нечетных собственных продольных форм колебаний (мод) газа в полости предварительной камеры за счет расположения оси входного патрубка посредине длины - L₁ - (высоты) этой камеры (L₁/2), при этом исключается необходимость учитывать влияние присоединительной массы (динамического удлинения) выходного среза входного патрубка в камере, так как это удлинение происходит в зоне по оси входного патрубка без бокового смещения по длине камеры.

2. Криволинейная, например, овальная (или круглая) форма поперечного сечения предварительной камеры не способствует формированию ярко-поперечных, продольных и повысотных собственных мод колебаний объема газа в предварительной камере ввиду отсутствия параллельно расположенных противолежащих стенок (стенки криволинейны с радиусами заданной кривизны, в особенности, выражена кривизна в поперечном направлении сечения) что, таким образом, исключает нежелательное появление в характеристике заглушения глушителя резонансных полос пропускания звука.

3. Направление истекающей струи пульсирующего выхлопного газа из среза входного патрубка на противолежащую криволинейную стенку корпуса (камеры), обладающую в сравнении с плоской стенкой существенно более высокой изгибной жесткостью, позволяет намного слабее возбуждать нежелательный корпусной (структурный) шум, излучаемый непосредственно стенками корпуса, вследствие их газодинамического возбуждения и, таким образом, уменьшать общее шумовое излучение в окружающую среду корпуса глушителя.

4. Тангенциальное, со смещением относительно продольной оси полости корпуса, размещение среза входного патрубка, позволяет обеспечивать эффективную закрутку истекающей струи газа и ее торможение в пристеночной контактной зоне криволинейной цилиндрической поверхности, в результате чего снижается динамическая (пульсирующая) составляющая расхода газового потока, уменьшается турбулизация и вихреобразование на острых кромках передающих отверстий перфорации подводящего патрубка многокамерного глушителя, что в свою очередь уменьшает генерирование высокочастотных свистов глушителя и улучшает его акустические (шумозаглушающие) качества; изогнутая поверхность боковой стенки тормозит (замедляет) газодинамический поток, направленный касательно к стенке свободным срезом входного патрубка, вследствие возникновения направленных процессов трения и рассеивания этой энергии (преобразование ее в тепловую).

5. В отличие от центрального коаксиального (соосного) расположения осей подводящего патрубка и камеры, где газовый и звуковой потоки передаются и транспортируются вдоль проходного сечения подводящего патрубка, в заявляемой конструкции многокамерного глушителя с боковым тангенциальным вводом в камеру входного патрубка, звуковые волны (незаглушенный шум) из входного патрубка попадают вначале в полость расширительной камеры, отражаясь обратно к источнику (выхлопному клапану) в зоне скачкообразного изменения волновых сопротивлений (зонах изменений поперечных сечений волноводов), теряют частично энергию звука в процессах внезапного расширения и отражения, затем повторно теряют энергию звука от внезапного сужения и отражения при его вхождении (из полости камеры через перфорированные отверстия в подводящий патрубок) и распространяются по подводящему патрубку в другие камеры глушителя. Таким образом, многократно ослабленной энергия звука и пульсаций газа передается в следующую камеру многокамерного глушителя, где в ней целенаправленно заглушается в определенном частотном диапазоне на заданную величину.

6. Расположение оси входного патрубка в дополнительной камере овального сечения под углом к оси цилиндра корпуса так, что мнимое продолжение сечения входного патрубка вдоль его оси не пересекает стенку подводящего патрубка, позволяет исключить прямую передачу высокочастотного звука в полость подводящего патрубка и, таким образом, увеличить шумозаглушающую способность глушителя в высокочастотном диапазоне.

7. "Вдвижение" в полость предварительной расширительной камеры глушителя динамического среза входного патрубка в заданную зону полости, в которой находится узел давления второй "радиальной" (повысотной) собственной моды колебаний газового объема камеры, позволяет исключить (ослабить) возбуждение этой моды, а соответственно, и устранить резонансную передачу звука этой модой и улучшить шумозаглушающие характеристики глушителя в целом.

8. Геометрические параметры предварительной расширительной камеры многокамерного глушителя, ее "частота настройки на максимальное звукопоглощение" (объем и линейные размеры камеры, проходное сечение среза входной трубы и общее проходное сечение отверстий перфорации подводящего патрубка) подбираются таким образом, чтобы максимальное заглушение, обеспечиваемое предварительной камерой глушителя, приходилось на частотный диапазон 300...400 Гц, в котором, как правило, глушители шума выхлопа автомобильных двигателей обладают недостаточным шумозаглушением, так как линейные размеры автомобильных глушителей соизмеримы с резонирующими половинками длин волн этого частотного спектра шума выхлопа (300...400 Гц); имеется в виду что, например, при распространенных габаритах глушителя ≈500 мм и, соответственно, полудлине волны, равной 500 мм (0,5 м), длина волны составит, соответственно, 1 м (0,5 м•2), а ее частота - 340 Гц (для t≅+20^oC), то есть попадает в указанный диапазон 300...400 Гц.

9. Закрепление подводящего патрубка глушителя на торцевой стенке предварительной расширительной камеры - благоприятное, целесообразное мероприятие, направленное на снижение корпусного шума вибрирующего торца глушителя, ограничивающее (связывающее) виброперемещения этой торцевой стенки, как звукоизлучающей диафрагмы и увеличивающее ее изгибную жесткость; в этом случае удается также реализовывать конструкцию четвертьволнового резонатора, образуемого неперфорированным участком центральной трубы (отводящем патрубком), герметично примыкающем к торцевой стенке корпуса.

10. Выбор суммарного проходного сечения отверстий перфораций участка отводящего патрубка, размещенного в предварительной камере, превышающего не менее чем в 1,4 раза площадь проходного сечения входного патрубка позволяет избежать образования участка повышенных гидравлических сопротивлений глушителя в целом и, таким образом, не вызывать дополнительных ухудшений мощностных, экономических и токсических показателей двигателя.

11. Применение компоновки глушителя с боковым подводом входного патрубка к цилиндрическому корпусу глушителя позволяет применять более крупногабаритные глушители шума выхлопа, легко встраиваемые в выхлопную трассу под днищем кузова легкового автомобиля, располагаясь поперечно по отношению к продольной оси автомобиля. В этом случае, также реализуются возможности более гибкого варьирования расположением дополнительных глушителей по выхлопной трассе и применения более крупногабаритных дополнительных глушителей, за счет появления более длинных свободных участков соединительных трубопроводов, связывающих корпуса глушителей системы выхлопа при неизменной длине всей выхлопной трассы (длины автомобиля).

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где на фиг.1 показан заявляемый глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания. Здесь же показаны: а) и б), соответственно первая и вторая низшие собственные повысотные (радиальные) формы колебаний газового объема, заключенного в полости предварительной расширительной камеры глушителя; с) - первая низшая собственная продольная форма колебаний газового объема, заключенного в полости предварительной камеры глушителя.

На фиг. 2 показана дополнительная предварительная расширительная камера глушителя и, на фиг.3, ее поперечное сечение по А-А.

На фиг. 4 показана зависимость общих уровней шума выхлопа, замеренных в 0,25 м от среза выхлопной трубы, от оборотов двигателя, работающего с полной нагрузкой.

На фиг.5 показана спектрограмма уровней шума выхлопа в 0,25 м от выхлопной трубы на основной частоте рабочего процесса 2n/60, Гц.

На фиг.6 показана спектрограмма уровней шума выхлопа в 0,25 м от выхлопной трубы глушителя на частоте 4n/60, Гц.

На фиг. 7 и 8 приведены 1/3 октавные спектры шума выхлопа на оборотах двигателя 2600 и 3800 в минуту (микрофон в 0,25 м от среза выхлопной трубы).

На фиг. 9 приведен спектр внешнего шума автомобиля в 7,5 м от его продольной оси на стандартном режиме интенсивного разгона на второй передаче со скорости 50 км/час (метод ГОСТ 27436-87, Правила 51-02 ЕЭК ООН).

Многокамерный глушитель выхлопа двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндрический корпус 1 с торцевыми стенками 2 и 3, в котором посредством поперечных перегородок 4...7 последовательно образованы камеры: входная 8, выходная 9 и несколько дополнительных 10 и 11, расположенные соосно цилиндру корпуса подводящий 12 и отводящий 13 патрубки, а также промежуточные патрубки 14, полости которых подключены к полостям соответствующих камер посредством своих открытых срезов 15 и сквозных перфорированных участков 16. В корпусе 1 глушителя сформирована, снабженная входным патрубком 17, предварительная расширительная камера 18, примыкающая к входной камере 8 глушителя, геометрические параметры которой обеспечивают эффективное шумозаглушение камеры 18 в среднечастотном звуковом диапазоне, причем входной патрубок 17 предварительной расширительной камеры 18 глушителя смонтирован в ее боковой стенке, таким образом, что внутренний динамический срез 19 входного патрубка 17 расположен на равных расстояниях от торцевой стенки 3 и поперечной перегородки 7 предварительной расширительной камеры 18, под углом -α- к оси цилиндра корпуса так, что мнимое продолжение сечения входного патрубка 17 вдоль его оси не пересекает стенку подводящего патрубка 12, а выходной динамический срез 19 входного патрубка расположен в узловой зоне минимальных значений уровней звукового давления второй радиальной собственной резонансной формы колебаний звуковых давлений объема газа (фиг.1, б), заключенного в полости предварительной расширительной камеры 18 глушителя, при этом участок отводящего патрубка 12 расположен по оси предварительной расширительной камеры 18 по всей ее длине и снабжен сквозными отверстиями перфорации 20, суммарная площадь проходного сечения которых не менее 1,4F, где F - площадь сечения выходного среза входного патрубка 17.

Работает глушитель обычным образом. Выхлопные газы и звуковые волны по входному патрубку 17 попадают в предварительную расширительную камеру 18 и, вследствие внезапного расширения сечений входного патрубка 17 и предварительной камеры 18 и образования соответствующей "волновой пробки", частично отражаются обратно к источнику излучения звука (выпускному клапану и полости цилиндра двигателя), а частично передаются дальше по направлению к приемному срезу (в данном случае - к перфорированным отверстиям 20 той части подводящего патрубка 12, которая расположена в камере 18), который транспортирует газовый и звуковой поток в соседнюю входную камеру 8 многокамерного глушителя. В зонах входа звуковых волн из полости камеры 18 в полость подводящего патрубка 12 через перфорированные отверстия 20, вследствие внезапных (скачкообразных) сужений проходных сечений волновода (по отношению к проходному сечению камеры 18 глушителя), аналогичным образом звуковые волны частично отражаются в сторону источника излучения (выпускного клапана), а частично передаются по подводящему патрубку 12 в соседнюю резонаторную камеру многокамерного глушителя, где целенаправленно подвергаются заглушению на заданную величину в заданном частотном диапазоне.

В процессе непрерывных многократных отражений звуковых волн, образующиеся обратные отраженные волны взаимодействуют с прямыми падающими и вследствие противофазных наложений (взаимодействий) частично компенсируются. В зонах резких изменений поперечных сечений волновода и действия фрикционных потерь при резонансных колебаниях газа в горлышках отверстий перфорации, возникают необратимые преобразования звуковой (колебательной) энергии в тепловую с соответствующим ослаблением передачи звуковой энергии из предварительной расширительной камеры 18 в соседнюю камеру многокамерного глушителя.

Эффективность заявляемой конструкции многокамерного глушителя подтверждается ее экспериментальными исследованиями в сравнении с базовой конструкцией основного глушителя полноприводных автомобилей "Нива" (ВАЗ-21214 и ВАЗ-2123). Как следует из приведенных результатов акустических испытаний, применение модернизированного глушителя (заявляемой конструкции) в сравнении со штатным глушителем в составе системы выпуска отработавших газов двигателя 21214 (4-х цилиндрового, 4-х тактного, рабочим объемом 1,7 литра), позволяет уменьшать общие уровни шума выхлопа на 2...5 дБА (см. фиг.4), уровни шума выхлопа на основной частоте рабочего процесса двигателя 2η/60 Гц - на 5...12 дБ (см. фиг. 5), уровни шума выхлопа на второй гармонике основной частоты рабочего процесса 4η/60 Гц - на 5...13 дБ (см. фиг.6). Как иллюстрируют приведенные спектры шума выхлопа на оборотах двигателя 2600 и 3800 в минуту, основной эффект снижения шума обусловлен подавлением излучения в области низких и средних частот звукового спектра (см. фиг.7, 8). Данные экспериментальные результаты соответствуют режиму испытаний двигателя с полной нагрузкой в диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя 1000...6000 об/мин и установке измерительного микрофона шумомера в 0,25 м под углом 60^o к продольной оси хвостовой трубы основного глушителя (объекта исследований) системы выпуска отработавших газов, смонтированной вне помещения испытательного моторного бокса (в открытом пространстве).

Результаты стендовых испытаний подтверждаются результатами дорожных испытаний автомобилей в сборе моделей ВАЗ-21214 и ВАЗ-2123, проходивших акустические испытания с замерами общих уровней и спектров внешнего шума автомобилей, движущихся на режиме интенсивного разгона, (с полностью открытой дроссельной заслонкой) в соответствии с требованиями методики ГОСТ 27436-87 и Правила 51-02 ЕЭК ООН. В этом случае, измерительный микрофон шумомера располагался на расстоянии 7,5 м от продольной оси движения автомобиля на высоте 1,2 м (см. фиг.9, иллюстрирующую эффект снижения излучаемого в окружающую среду шума в частотной области 100...630 Гц примерно на 3 дБ и снижение общих уровней внешнего шума автомобилей на 1,2 дБА).

Формула изобретения

Многокамерный глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с торцевыми стенками, в котором посредством поперечных перегородок последовательно образованы камеры: входная, выходная и несколько дополнительных, расположенные соосно с цилиндром корпуса подводящий и отводящий патрубки, а также промежуточные патрубки, полости которых подключены к полостям соответствующих камер посредством своих открытых срезов и сквозных перфорированных участков, отличающийся тем, что в корпусе глушителя сформирована снабженная входным патрубком предварительная расширительная камера, примыкающая к входной камере глушителя, геометрические параметры которой обеспечивают эффективное шумозаглушение камеры в среднечастотном звуковом диапазоне, причем входной патрубок предварительной расширительной камеры глушителя смонтирован в ее боковой стенке таким образом, что внутренний динамический срез входного патрубка расположен на равных расстояниях от торцевой стенки и поперечной перегородки предварительной расширительной камеры, под углом к оси цилиндра корпуса так, что мнимое продолжение сечения входного патрубка вдоль его оси не пересекает стенку подводящего патрубка, а выходной динамический срез входного патрубка расположен в узловой зоне минимальных значений уровней звукового давления второй радиальной собственной резонансной формы колебаний звуковых давлений объема газа, заключенного в полости предварительной расширительной камеры глушителя, при этом участок отводящего патрубка расположен по оси предварительной расширительной камеры по всей ее длине и снабжен сквозными отверстиями перфорации, суммарная площадь проходного сечения которых не менее 1,4F, где F - площадь сечения выходного среза входного патрубка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.06.2007

Извещение опубликовано: 20.06.2007        БИ: 17/2007

---