CN211144657U - 一种可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机 - Google Patents

Abstract

本技术提供一种可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，在不影响脉动发动机稳定工作的前提下，有效克服噪声大的缺陷；包括具有化油器喉管的化油器、与化油器出口相通且设置有火花塞的脉动燃烧管，化油器进气口处设置有化油器进气机构，化油器进气机构包括开有进气小孔的化油器进气端盖，相对于化油器进气端盖移动设置以间歇开闭所有进气小孔的膜片；其特征是，它还包括扩张式消声器，扩张式消声器包括扩张室，穿过扩张室外端板伸入到扩张室内的外插入管，穿过扩张室内端板伸入到扩张室的内插入管；内插入管的另一端与化油器进气口相连通。

Description

一种可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机

技术领域

本技术涉及脉动燃烧发动机领域，提供一种可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，在不影响脉动发动机稳定工作的前提下，有效克服噪声大的缺陷，改善操作人员的作业环境。

背景技术

大量研究表明，脉动燃烧具有燃烧强度大、热效率高、结构紧凑、低污染以及可以自激自吸无需额外供能等诸多优点。因此，脉动燃烧装置不但可以节省材料和燃烧费用，而且环境适应性好，被广泛应用于农林病虫害防治领域。故人们对脉动燃烧技术越来越关注，相关的学术研究也越来越深入。脉动燃烧是一种高效节能的特殊的周期性脉动的燃烧过程，是在特定条件下，化学燃烧过程与声脉动相互耦合而形成的。

一般情况下，可以根据脉动燃烧发动机的进气道结构，将脉动燃烧发动机分为有阀式脉动燃烧发动机和无阀式脉动燃烧发动机两种，但应用最广泛的还是有阀式脉动燃烧发动机。有阀式脉动燃烧发动机一般由燃烧室、尾管、喉管、火花塞、化油器、进油管、油箱、电源、打气装置等结构组成。火花塞、打气装置工作后，油箱里的油经过进油管进入化油器中并被进来的空气吹散雾化，雾化后的油气混合物进入喉管被火花塞点燃。此时燃烧室温度和压力急剧上升，当燃烧室内的压力上升到大于外部大气压时，化油器膜片关闭，阻止新鲜混气进入燃烧室。之后燃烧产生的气体膨胀并由尾管喷出，这时燃烧室内的压力下降。当燃烧室内的压力下降到低于外部大气压时，化油器膜片打开，新鲜空气再次进入与油混合并被压入燃烧室(即自吸气过程)；与此同时，上一阶段产生的高温余火重新点燃油气混合物，开始下一个周期的燃烧、排气过程。发动机稳定工作后即可关闭火花塞。

脉动燃烧发动机虽然具有稳态燃烧器无可比拟的如燃烧强度大、热效率高、污染小、结构紧凑等突出优点，但脉动燃烧发动机也有着严重的噪声大的缺陷，严重损害操作者的健康。因此有效降低脉动燃烧发动机的噪声是当务之急。经过分析，脉动燃烧发动机的噪声主要来自三个方面：燃烧噪声、进气噪声和排气噪声。其中，燃烧噪声是由燃烧气体的强烈振动而产生的脉动噪声，这是不可避免的；尾管与发动机的工作性能关系极为密切，不可轻易改变，并且，目前脉动发动机最常用于烟雾机，需要利用脉动燃烧所产生的高温高速热燃气使药液蒸发汽化并从喷管尾部喷出，因此，不能轻易通过改变燃烧器尾管的形状及加装排气消声器来控制排气噪声，以免影响发动机的工作性能或影响其内气流的速度从而破坏整个设备的工作性能。故而只能对进气噪声进行一定程度的抑制。

在脉动燃烧发动机的进气噪声频带中，有对于进气噪声贡献最大的噪声，该噪声为我们感兴趣的噪声，其频率最大消声频率f_max。有效降低进气噪声的关键为有效降低频率为f_max的噪声。

针对上述情况，本发明提供了一种可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，在化油器进气端盖外侧固连扩张式消声器，形成新的进气机构，旨在通过减少进气噪声的方式来达到降噪目的。

发明内容

本技术的目的是提供一种可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，在不影响脉动发动机稳定工作的前提下，有效克服噪声大的缺陷，改善操作人员的作业环境。

本技术的目的是通过以下技术方案实现：

一种可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，包括具有化油器喉管的化油器、与化油器出口相通且设置有火花塞的脉动燃烧管，化油器进气口处设置有化油器进气机构，化油器进气机构包括开有进气小孔的化油器进气端盖，相对于化油器进气端盖移动设置以间歇开闭所有进气小孔的膜片；其特征是，它还包括扩张式消声器，扩张式消声器包括扩张室，穿过扩张室外端板伸入到扩张室内的外插入管，穿过扩张室内端板伸入到扩张室的内插入管；内插入管的另一端与化油器进气口相连通。

作为进一步的改进，进气小孔包括数量为n₁且孔径为d₁、数量为n₂且孔径为d₂、……、数量为n_x且孔径为d_x的进气小孔；

扩张室长度为L、横截面积为S_k，外插入管伸入到扩张室内长度为L₁，外插入管管径为d，内插入管伸入到扩张室内长度为L₂，内插入管管径与外插入管管径相等，扩张比k；

k＝S_k∶πd²/4＝9～16；

L＝c/(4f_max)；

L₁＝(1/2)L-0.4d，L₂＝(1/4)L-0.4d；

d≥(n₁d₁ ²+n₂d₂ ²+……+n_xd_x ²)^1/2，x为正整数；c表示声音传播速度，f_max表示脉动燃烧发动机最大消声频率。

本技术的有益效果是：

上述的可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机工作时：油气混合物经火花塞点燃，脉动燃烧发动机稳定工作后即可关闭火花塞。

在脉动燃烧发动机稳定工作后的进气阶段，外界大气压高于脉动燃烧管内部压力，膜片会在压差作用下远离化油器进气端盖，化油器进气端盖上的进气小孔呈打开状态，新鲜空气会从外界依次经过扩张式消声器的外插入管、扩张室、内插入管以及进气小孔绕过膜片进入到化油器喉管中，并与被压入的油液混合、雾化，再经过脉动燃烧管喉管进入脉动燃烧管，最终被上一燃烧阶段的高温余火重新点燃。

在脉动燃烧发动机稳定工作后的排气阶段，外界大气压小于脉动燃烧管内部压力，膜片会在压差作用下贴紧化油器进气端盖封堵进气小孔，进气小孔呈关闭状态，废气仅可由脉动燃烧管。

在脉动燃烧发动机稳定工作后吸入新鲜空气进入化油器雾化的过程中，新鲜空气先经过扩张式消声器。由于由外插入管、扩张室、内插入管构成的管道的截面突变引起声阻抗变化，使得一部分沿管道传播的声波反射回声源。

扩张比k取9～16，可在保证获得良好消声效果的同时，限制整个消声器的尺寸。

扩张室的长度L取c/(4f_max)，可较理想的削弱该最大消声频率下的噪声成分。

外插入管14嵌入长度L₁按(1/2)L-0.4d设计、内插入管的嵌入长度L₂按(1/4)L-0.4d 设计，可使扩张式消声器的频率特性曲线平直。

外插入管和内插入管的直径d由脉动燃烧发动机的进气量确定。为满足脉动燃烧发动机的进气量要求，基础的要求外插入管和内插入管的内孔横截面面积大于或等于化油器进气端盖上所有进气小孔的横截面面积之和，可得d≥(n₁d₁ ²+n₂d₂ ²+……+n_xd_x ²)^1/2，x为正整数。

又，通过调整扩张室、外插入管和内插入管的长度，可使沿扩张室、外插入管和内插入管构成的管道向前传播的声波与在不同管截面上的反射波之间产生180°的相位差，相互干涉，相互抵消，从而达到消声的目的。扩张式消声器不直接吸收声能，而是利用管道上突变的界面，使沿管道传播的某些频率声波，在突变的界面处发生反射、干涉等现象，从而达到消声的目的。

该脉动燃烧发动机，可在不影响脉动发动机稳定工作的前提下，有效克服噪声大的缺陷，改善操作人员的作业环境。

上述的可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，由化油器喉管至化油器进气口为内径渐大的锥形进气室。

上述的可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，化油器进气机构还包括以螺纹副连接设置在化油器进气端盖中心的压片，压片具有膜片导柱和固设在膜片导柱顶端的顶端限位凸台，膜片套装在膜片导柱上，膜片移动设置在顶端限位凸台和化油器进气端盖之间。

上述的可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机x＝2，数量为n₁且孔径为d₁的进气小孔沿以化油器进气端盖的中心为中心的一个圆周均布在化油器进气端盖上，数量为n₂且孔径为d₂的进气小孔沿以化油器进气端盖的中心为中心的另一个圆周均布在化油器进气端盖上，以保证中孔不与任何一个进气小孔重叠。

d≥(n₁d₁ ²+n₂d₂ ²)^1/2。

上述的可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，内插入管另一端通过内径渐大的锥形连接管与化油器进气口相通，以保证进气畅通。

附图说明

图1是一种可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机示意图；

图2是图1的A处视图；

图3是脉动燃烧管的示意图；

图4是化油器进气机构的结构示意图；

图5是图4的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图，对本技术作进一步说明：

参见图1-图5所示的一种可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，包括具有化油器喉管 4的化油器3、固设在化油器3下面与化油器3出口相通且在脉动燃烧管喉管16上设置有火花塞2的脉动燃烧管1。

化油器3和脉动燃烧管1皆为现有技术，故简述：

化油器3用于将化油器进气机构间歇输入的新鲜空气和油路间歇输入的燃油进行混合、气化形成油气混合物并将油气混合物间歇的输送至脉动燃烧管1供燃烧做功。在化油器3的上部设置有化油器喉管4，在化油器3的下部开设有化油器3出口，在化油器3出口处固设有化油器连接法兰21用于与脉动燃烧管1连接。

脉动燃烧管1包括上口固设有用于与化油器连接法兰21连接的脉动燃烧管连接法兰15 的脉动燃烧管喉管16，设置在脉动燃烧管喉管16上的火花塞座17，嵌设在火花塞座17内的火花塞2，密封设置在脉动燃烧管喉管16下面、与脉动燃烧管喉管16相通一端密闭的燃烧室柱部18，大端固联在燃烧室柱部18另一端且与燃烧室柱部18相通的燃烧室锥部19，固联在燃烧室锥部19小端与燃烧室锥部19相通且外端敞口的尾管20。

上述的可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，还包括设置在化油器3的化油器喉管4 外口用于间歇的往化油器3内输送新鲜空气的化油器进气机构，固设在化油器进气机构上、联通化油器进气机构与声音传播速度为c的大气的扩张式消声器7。

化油器进气机构包括密封设置在化油器喉管4外口上、与化油器喉管4相通的进气室22，密封设置在进气室22外口内的化油器进气端盖6，开设在化油器进气端盖6上数量为n₁、孔径为d₁、横截面面积为S₁，数量为n₂、孔径为d₂、横截面面积为S₂，……，数量为n_x、孔径为d_x、横截面面积为S_x的进气小孔9，移动设置在进气室22内用于间歇的开闭所有进气小孔的膜片5。

化油器进气机构还包括以螺纹副10连接设置在化油器进气端盖6中心具有直径为z的膜片导柱23和固设在膜片导柱23顶端的顶端限位凸台24的压片8，开设在膜片5中心用于使膜片5与膜片导柱23构成导柱滑块副的中孔27，通过导柱滑块副，膜片5间歇的移动设置在顶端限位凸台24和化油器进气端盖6之间。

扩张式消声器7包括密闭的长度为L、横截面积为S_k的扩张室13，密封嵌设在扩张室外端板25上、嵌入长度为L₁、管径为d的外插入管14，密封嵌设在扩张室内端板26上、嵌入长度为L₂、管径为d的内插入管12；内插入管12的外口与进气室22密封连接；扩张室13 截面积与内插管截面积之比为扩张比k。

进气室22为由化油器喉管4外口至化油器进气端盖6内径渐大的锥形进气室。

内插入管12通过由扩张室13至进气室22内径渐大的锥形连接管11相通。

为便于安装，化油器进气端盖6设置在扩张式消声器7上。

k＝S_k∶πd²/4＝9～16；

L＝c/(4f_max)；

L₁＝(1/2)L-0.4d，L₂＝(1/4)L-0.4d；

d≥(n₁d₁ ²+n₂d₂ ²+……+n_xd_x ²)^1/2，x为正整数。

上述的可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机工作时：

油气混合物经火花塞2点燃，脉动燃烧发动机稳定工作后即可关闭火花塞2。脉动发动机工作时需要周期性吸入新鲜油气混合物，这主要依靠脉动燃烧发动机的自吸气特性自动完成，无需额外加压装置。与化油器进气端盖6外侧固连的扩张式消声器7对油气混合物的流动不会有太大的阻力影响。

在脉动燃烧发动机稳定工作后的进气阶段，外界大气压高于脉动燃烧管1内部压力，膜片5会在压差作用下远离化油器进气端盖6，化油器进气端盖6上的进气小孔9呈打开状态，新鲜空气会从外界依次经过扩张式消声器的外插入管14、扩张室13、内插入管12、锥形连接管11、进气小孔绕过膜片5进入到进气室22后至化油器喉管4中，并与被压入的油液混合、雾化形成油气混合物，再经过脉动燃烧管喉管16进入燃烧室柱部18，最终被上一燃烧阶段的高温余火重新点燃。

在脉动燃烧发动机稳定工作后的排气阶段，外界大气压小于脉动燃烧管1内部压力，膜片5会在压差作用下贴紧化油器进气端盖6封堵进气小孔9，进气小孔9呈关闭状态，废气仅可由脉动燃烧管1从尾管20排出。

在脉动燃烧发动机稳定工作后吸入新鲜空气进入化油器3雾化的过程中，新鲜空气先经过扩张式消声器7。由于由外插入管14、扩张室13、内插入管12构成的管道的截面突变引起声阻抗变化，使得一部分沿管道传播的声波反射回声源。

根据实验经验，扩张比k取9～16，可在保证获得良好消声效果的同时，限制整个消声器的尺寸。

扩张室的长度L取c/(4f_max)，可较理想的削弱该最大消声频率下的噪声成分。

为了消除通过频率附近消声量的低谷(消声量较小的情况)，一般会在扩张室13内插入外插入管14和内插入管12，外插入管14嵌入长度L₁按(1/2)L-0.4d设计、内插入管12的嵌入长度L₂按(1/4)L-0.4d设计，可使扩张式消声器7的频率特性曲线平直。

外插入管14和内插入管12的直径d由脉动燃烧发动机的进气量确定。为满足脉动燃烧发动机的进气量要求，基础的要求外插入管14和内插入管12的内孔横截面面积S大于或等于化油器进气端盖6上所有进气小孔9的横截面面积之和，于是有：

S≥n₁S₁+n₂S₂+……+n_xS_x

πd²/4≥n₁πd₁ ²/4+n₂πd₂ ²/4+……+n_xπd_x ²/4

即：d≥(n₁d₁ ²+n₂d₂ ²+……+n_xd_x ²)^1/2，x为正整数。

其中：

S…外插入管和内插入管内孔横截面面积；

d…外插入管和内插入管内孔孔径；

d₁…第一种进气小孔的孔径；

d₂…第二种进气小孔的孔径；

d_x…第x种进气小孔的孔径；

S₁…孔径为d₁的单个进气小孔内孔横截面面积；

S₂…孔径为d₂的单个进气小孔内孔横截面面积；

S_x…孔径为d_x的单个进气小孔内孔横截面面积；

n₁…内孔横截面面积为S₁的进气小孔的数量；

n₂…内孔横截面面积为S₂的进气小孔的数量；

n₁…内孔横截面面积为S_x的进气小孔的数量。

又，通过调整扩张室13、外插入管14和内插入管12的长度，可使沿扩张室13、外插入管14和内插入管12构成的管道向前传播的声波与在不同管截面上的反射波之间产生180°的相位差，相互干涉，相互抵消，从而达到消声的目的。扩张式消声器7不直接吸收声能，而是利用管道上突变的界面，使沿管道传播的某些频率声波，在突变的界面处发生反射、干涉等现象，从而达到消声的目的。

本案中，取x＝2，数量为n₁且孔径为d₁的进气小孔沿以化油器进气端盖的中心为中心的圆周均布在化油器进气端盖上，数量为n₂且孔径为d₂的进气小孔沿以化油器进气端盖的中心为中心的另一个圆周均布在化油器进气端盖上。

S≥n₁S₁+n₂S₂

即d≥(n₁d₁ ²+n₂d₂ ²)^1/2。

本技术的有益效果是：上述的可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，在不影响脉动发动机稳定工作的前提下，有效克服噪声大的缺陷，改善操作人员的作业环境。

Claims (6)

1.一种可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，包括具有化油器喉管的化油器、与化油器出口相通且设置有火花塞的脉动燃烧管，化油器进气口处设置有化油器进气机构，化油器进气机构包括开有进气小孔的化油器进气端盖，相对于化油器进气端盖移动设置以间歇开闭所有进气小孔的膜片；其特征是，它还包括扩张式消声器，扩张式消声器包括扩张室，穿过扩张室外端板伸入到扩张室内的外插入管，穿过扩张室内端板伸入到扩张室的内插入管；内插入管的另一端与化油器进气口相连通。

2.如权利要求1所述的可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，其特征是：

进气小孔包括数量为n₁且孔径为d₁、数量为n₂且孔径为d₂、……、数量为n_x且孔径为d_x的进气小孔；

扩张室长度为L、横截面积为S_k，外插入管伸入到扩张室内长度为L₁，外插入管管径为d，内插入管伸入到扩张室内长度为L₂，内插入管管径与外插入管管径相等，扩张比k；

k＝S_k∶πd²/4＝9～16；

L＝c/(4f_max)；

L₁＝(1/2)L-0.4d，L₂＝(1/4)L-0.4d；

d≥(n₁d₁ ²+n₂d₂ ²+……+n_xd_x ²)^1/2，x为正整数；c表示声音传播速度，f_max表示脉动燃烧发动机最大消声频率。

3.根据权利要求1所述的可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，其特征是，由化油器喉管至化油器进气口为内径渐大的锥形进气室。

4.根据权利要求1所述的可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，其特征是，化油器进气机构还包括以螺纹副连接设置在化油器进气端盖中心的压片，压片具有膜片导柱和固设在膜片导柱顶端的顶端限位凸台，膜片套装在膜片导柱上，膜片移动设置在顶端限位凸台和化油器进气端盖之间。

5.根据权利要求2所述的可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，其特征是，x＝2，数量为n₁且孔径为d₁的进气小孔沿以化油器进气端盖的中心为中心的一个圆周均布在化油器进气端盖上，数量为n₂且孔径为d₂的进气小孔沿以化油器进气端盖的中心为中心的另一个圆周均布在化油器进气端盖上；

d≥(n₁d₁ ²+n₂d₂ ²)^1/2。

6.根据权利要求1所述的可有效降低进气噪声的脉动燃烧发动机，其特征是，内插入管另一端通过内径渐大的锥形连接管与化油器进气口相通。

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