Глушитель шума выпуска двигателя внутреннего сгорания
Глушитель шума выпуска двигателя внутреннего сгорания включает корпус, последовательно разделенный перегородками на четыре камеры, а также впускной, выпускной и первый и второй перепускные патрубки, при этом впускной патрубок подводит выхлопные газы в третью камеру, второй перепускной патрубок, соединяет третью камеру с четвертой камерой, соединяемую первым перепускным патрубком со второй камерой, из которой выпускной патрубок отводит выхлопные газы, первая камера заполнена звукопоглощающим материалом, а находящийся в первой камере отрезок впускного патрубка перфорирован.
Область техники
Настоящая полезная модель относится к машиностроению, в частности двигателестроению.
Предшествующий уровень техники
Как правило, в известных глушителях шума выпуска двигателя внутреннего сгорания используется эффект поглощения звуковой энергии и превращения ее в тепловую энергию и эффект акустической фильтрации пульсаций газового потока, в результате которого постоянная составляющая газового потока беспрепятственно пропускается в окружающую среду, а энергия пульсации гасится за счет интерференции акустических волн. Шум выпуска двигателя является широкополосным и содержит акустические колебания практически во всем слышимом частотном диапазоне, который можно условно разбить на поддиапазоны - низкочастотный, средне и высокочастотный. Для эффективного подавления шума в каждом диапазоне применяются различные конструктивные элементы.
Из уровня техники известен, см. патентная заявка KR 2002001511599285, опубликованная 27.02.2002, глушитель шума выпуска двигателя внутреннего сгорания, включающий корпус, последовательно разделенный перегородками на четыре камеры, впускной, выпускной и перепускной патрубки, при этом одна из крайних камер заполнена звукопоглощающим материалом, а впускной патрубок служит для подвода выхлопных газов в третью камеру. Это известное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявленной полезной модели.
Недостатком известного глушителя является недостаточная эффективность (отношение мощностей шума на входе и выходе) снижения шума в среднечастотном диапазоне. Недостатком также является сравнительно небольшие возможности по настройке спектра эффективного глушения путем подбора геометрических размеров камер, патрубков, а также перфорации патрубков.
Раскрытие полезной модели
В заявленной полезной модели решаются задачи повышения эффективности снижения шума выпуска двигателя внутреннего сгорания и увеличение возможности в настройке спектра эффективного глушения шума.
Техническим результатом, достигаемым в заявленной полезной модели, является повышение эффективности снижения шума выпуска двигателя внутреннего сгорания в широком диапазоне частот за счет использования дополнительного перепускного патрубка и того, что первая камера заполнена звукопоглощающим материалом, а находящийся в первой камере отрезок впускного патрубка перфорирован.
Техническим результатом является также увеличение возможности в настройке спектра эффективного глушения шума за счет акустической обратной связи между камерами, обеспечиваемой дополнительным перепускным патрубком и перфорацией патрубков.
Указанный технический результат достигается в глушителе шума выпуска двигателя внутреннего сгорания, включающего корпус, последовательно разделенный перегородками на четыре камеры, впускной, выпускной, первый и второй перепускные патрубки, при этом впускной патрубок подводит выхлопные газы в третью камеру, второй перепускной патрубок соединяет третью камеру с четвертой камерой, соединяемую первым перепускным патрубком со второй камерой, из которой выпускной патрубок отводит выхлопные газы, первая камера заполнена звукопоглощающим материалом, а находящийся в первой камере отрезок впускного патрубка перфорирован.
Первый перепускной патрубок во второй камере может быть закрыт заглушкой и перфорирован.
В качестве заглушки первого перепускного патрубка может служить перегородка между первой и второй камерами, к которой прикреплен первый перепускной патрубок, при этом находящийся во второй камере отрезок первого перепускного патрубка может быть перфорирован на всем его протяжении во второй камере.
Корпус глушителя может быть выполнен в виде цилиндра длиной (6,0-25,0)d, с поперечным сечением в виде овала размером (2,0-9,0)d×(1,3-5,6)d, при этом длина первой камеры может быть (2,4-9,6)d, длина второй камеры (1,35-5,4)d, длина третьей камеры (0,6-2,3)d, длина четвертой камеры (1,9-7,6)d, диаметр выпускного патрубка на выходе из корпуса (0,5-1,5)d, диаметр перепускных патрубков (0,5-1,5)d, где d - диаметр впускного патрубка на входе в корпус.
Длина отрезка впускного патрубка в третьей камере может составлять (0,1-0,32)d, длина отрезка первого перепускного патрубка в четвертой камере может составлять (0,2-1,1)d, длина отрезка второго перепускного патрубка в третьей камере может составлять (0,1-0,32)d, а в четвертой - (0,8-3,8)d.
Могут быть перфорированы находящийся в четвертой камере отрезок выпускного патрубка и находящийся в третьей камере отрезок первого перепускного патрубка.
Находящийся в четвертой камере отрезок выпускного патрубка может быть перфорирован на участке длиной (0,2-1,0)d с центром перфорированного участка на расстоянии (0,3-1,1)d от третьей перегородки,
а находящийся в третьей камере отрезок первого перепускного патрубка может быть перфорирован на участке длиной (0,2-1,0)d с центром перфорированного участка на расстоянии (0,2-0,9)d от третьей перегородки.
Второй перепускной патрубок может быть расположен в третьей и четвертой камерах соосно с впускным патрубком,
Корпус глушителя может быть выполнен в виде цилиндра, с поперечным сечением в виде эллипса при этом все патрубки могут быть расположены вдоль корпуса в одной плоскости, совпадающей с осью корпуса и большей осью эллипса поперечного сечения корпуса, причем оси впускного и второй перепускного патрубков могут совпадать с осью корпуса, а выпускной и первый перепускной патрубки могут быть расположены на расстоянии (0,6-2,4)d от оси корпуса по разные стороны от нее.
Звукопоглощающим материалом в первой камере может являться композит, включающий стеклянное волокно, и/или базальтовое волокно, и/или металлическое волокно, и/или стеклянный холст, и/или стеклянная сетка, и/или полимерная пленка.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображены две проекции глушителя шума выпуска двигателя внутреннего сгорания.
Реализация полезной модели
Представленный на фиг.1 глушитель шума выпуска двигателя внутреннего сгорания включает корпус 1, последовательно разделенный перегородками на четыре камеры 2, 3, 4 и 5, впускной 6, выпускной 7, первый 8 и второй 9 перепускные патрубки, при этом впускной патрубок 6 подводит выхлопные газы в третью камеру 4, второй перепускной патрубок 9 соединяет третью камеру 4 с четвертой камерой 5, соединяемую первым перепускным патрубком 8 со второй камерой 3, из которой выпускной патрубок 7 отводит выхлопные газы, первая камера 2 заполнена звукопоглощающим материалом, а находящийся в первой камере 2 отрезок впускного патрубка 6 перфорирован. Первый перепускной патрубок 8 во второй камере 3 закрыт заглушкой, которой служит перегородка между первой 2 и второй 3 камерами, и выполнен во второй камере 3 с перфорацией 10 на всем его протяжении во второй камере.
Корпус 1 глушителя выполнен в виде цилиндра длиной 11,86d, с поперечным сечением в виде эллипса с осями размером 4,33d и 2,76d, при этом длина первой камеры 2 составляет 4,42d, длина второй камеры 3 составляет 2,7d, длина третьей камеры 4 составляет 1,14d, длина четвертой камеры 5 составляет 3,3d, диаметр впускного патрубка на входе в корпус, выпускного патрубка на выходе из корпуса и диаметры перепускных патрубков равны d, который для данного примера равен 63,5 мм. Значение d может изменяться от 20 до 200 мм.
Длина отрезка впускного патрубка в третьей камере составляет 0,28d, длина отрезка первого перепускного патрубка в четвертой камере составляет 0,47d, длина отрезка второго перепускного патрубка в третьей камере составляет 0,16d, а в четвертой - 1,9d.
Находящийся в четвертой камере 5 отрезок выпускного патрубка 7 перфорирован на участке 11 длиной 0,5d с центром перфорированного участка на расстоянии 0,6d от третьей перегородки. Находящийся в третьей камере 4 отрезок первого перепускного патрубка 8 перфорирован на участке 12 длиной 0,7d с центром перфорированного участка на расстоянии 0,3d от третьей перегородки.
Второй перепускной патрубок 8 расположен в третьей и четвертой камерах соосно с впускным патрубком 5.
Все патрубки расположены вдоль корпуса в одной плоскости, совпадающей с осью корпуса и большей осью эллипса поперечного сечения корпуса, причем оси впускного и второй перепускного патрубков совпадают с осью корпуса, а выпускной 6 и первый перепускной 7 патрубки расположены на расстоянии 1,2d от оси корпуса по разные стороны от нее.
Звукопоглощающим материалом в первой камере является композит, включающий стеклянное волокно и полимерную пленку.
Действие глушителя основано частично на принципе поглощения звуковой энергии и превращения ее в тепловую энергию, частично на принципе акустического фильтра, при котором постоянная составляющая газового потока беспрепятственно пропускается в окружающую среду, а энергия пульсации гасится за счет отражения и интерференции падающих и отраженных волн. Шумовой сигнал выпуска двигателя является широкополосным и содержит акустические колебания практически во всем слышимом частотном диапазоне, который можно условно разбить на поддиапазоны - низкочастотный, средне и высокочастотный. Для эффективного подавления шума в каждом диапазоне применяются различные конструктивные элементы.
Поток отработавших газов поступает во впускной патрубок 6, перфорированного на всей его длине в первой камере 2 и образующего вместе с поглощающим материалом диссипативный элемент шумоглушения. Далее поток отработавших газов попадает в третью камеру 4, являющуюся расширительной (за счет резкого изменение поперечного сечения, и разбивается на два потока: через перфорацию в 1-м перепускном патрубке 8 поступает во вторую камеру 3, и через 2-ой перепускной патрубок 9 поступает в четвертую камеру 5. Четвертая камера 5 также является расширительной, поток газов из нее поступает через 1-й перепускной патрубок 8 во вторую камеру 3 и через перфорацию в выпускном патрубке 7 - на выход глушителя. Вторая камера 3 за счет перфорации в 1-ом перепускном патрубке 8 является резонансной. Вместе с тем полезная модель предусматривает и вариант открытого патрубка (без перфорации). Далее поток газов из второй камеры 3 также поступает на выход глушителя через выпускной патрубок 7.
Акустическая эффективность расширительных и резонансных камер является периодической с хорошей эффективностью в отдельных периодических полосах частот и с низкой эффективностью в других периодических полосах частот. Эти полосы частот определяются размерами расширительных и резонансных камер и длинами патрубков, которые входят в камеры. Эффективность 2-ой камеры как резонансной также определяется параметрами перфорации патрубка: диаметром и шагом отверстий, а также длиной перфорированного участка трубы.
Подбирая геометрические размеры камер, патрубков, а также перфорации труб, можно настроить спектр эффективного заглушения под требуемый вид, в зависимости от спектра шума выпуска конкретного двигателя. Заявленные диапазоны изменения этих параметров как раз и определяют настройку акустической эффективности глушителя.
Полезная модель предусматривает возможность настройки за счет изменения акустической обратной связи. Эта обратная связь состоит в следующем:
- 3-я камера 4 акустически связана с 4-й камерой 5 не только 2-м перепускным патрубком 9, но и через 1-й перепускной патрубок 8 и его перфорацию в области 3-й камеры 4;
- 4-я камера 5 акустически связана со 2-й камерой 3 не только через 1-й перепускной патрубок 8, но и через перфорацию выпускного патрубка 7 в 4-й камеры 5.
Акустическая эффективность и частотная настройка обратной связи определяется размерами и местоположением перфорации по длине трубы.
Акустическая эффективность предлагаемой схемы глушителя может также настраиваться за счет применения корпуса овального сечения. В корпусе круглого сечения поперечные стоячие волны возникают только на частотах с длинами волн, кратными диаметру корпуса. В корпусе овального сечения поперечные стоячие волны возникают уже на нескольких частотах с длинами волн, кратными диапазону между двумя размерами - максимальному и минимальному размеру сечения овала. Подбирая соотношение между этими размерами, можно корректировать поперечные резонансы и, соответственно, вид спектра заглушения в средне- и высокочастотной области.
1. Глушитель шума выпуска двигателя внутреннего сгорания, включающий корпус, последовательно разделенный перегородками на четыре камеры, впускной, выпускной и первый перепускной патрубки, при этом одна из крайних камер заполнена звукопоглощающим материалом, а впускной патрубок подводит выхлопные газы в третью камеру, отличающийся тем, что дополнительно включает второй перепускной патрубок, соединяющий третью камеру с четвертой камерой, соединяемую первым перепускным патрубком со второй камерой, из которой выпускной патрубок отводит выхлопные газы, звукопоглощающим материалом заполнена первая камера, при этом находящийся в первой камере отрезок впускного патрубка перфорирован.
2. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что первый перепускной патрубок во второй камере закрыт заглушкой и перфорирован.
3. Глушитель по п.2, отличающийся тем, что в качестве заглушки первого перепускного патрубка служит перегородка между первой и второй камерами, к которой прикреплен первый перепускной патрубок, при этом находящийся во второй камере отрезок первого перепускного патрубка перфорирован на всем его протяжении во второй камере.
4. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что корпус глушителя (1) выполнен в виде цилиндра длиной (6,0-25,0)d, с поперечным сечением в виде овала размером (2,0-9,0)d×(1,3-5,6)d, длина первой камеры (2,4-9,6)d, длина второй камеры (1,35-5,4)d, длина третьей камеры (0,6-2,3)d, длина четвертой камеры (1,9-7,6)d, диаметр выпускного патрубка на выходе из корпуса (0,5-1,5)d, диаметр перепускных патрубков (0,5-1,5)d, где d - диаметр впускного патрубка на входе в корпус.
5. Глушитель по п.4, отличающийся тем, что длина отрезка впускного патрубка в третьей камере составляет (0,1-0,32)d, длина отрезка первого перепускного патрубка в четвертой камере составляет (0,2-1,1)d, длина отрезка второго перепускного патрубка в третьей камере составляет (0,1-0,32)d, а в четвертой - (0,8-3,8)d.
6. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что перфорированы находящийся в четвертой камере отрезок выпускного патрубка и находящийся в третьей камере отрезок первого перепускного патрубка.
7. Глушитель по п.6, отличающийся тем, что находящийся в четвертой камере отрезок выпускного патрубка перфорирован на участке длиной (0,2-1,0)d с центром перфорированного участка на расстоянии (0,3-1,1)d от третьей перегородки, а находящийся в третьей камере отрезок первого перепускного патрубка перфорирован на участке длиной (0,2-1,0)d с центром перфорированного участка на расстоянии (0,2-0,9)d от третьей перегородки.
8. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что второй перепускной патрубок (14) расположен в третьей и четвертой камерах соосно с впускным патрубком.
9. Глушитель по п.8, отличающийся тем, что корпус глушителя (1) выполнен в виде цилиндра, с поперечным сечением в виде эллипса, и все патрубки расположены вдоль корпуса в одной плоскости, совпадающей с осью корпуса и большей осью эллипса поперечного сечения корпуса, причем оси впускного и второй перепускного патрубков совпадают с осью корпуса, а выпускной и первый перепускной патрубки расположены на расстоянии (0,6-2,4)d от оси корпуса по разные стороны от нее.
10. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что звукопоглощающим материалом в первой камере является композит, включающий стеклянное волокно, и/или базальтовое волокно, и/или металлическое волокно, и/или стеклянный холст, и/или стеклянная сетка, и/или полимерная пленка.
