CZ307848B6

CZ307848B6 - Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů

Info

Publication number: CZ307848B6
Application number: CZ2015-781A
Authority: CZ
Inventors: Zdeněk MACH; Zdeněk EKART
Original assignee: Zdeněk MACH; Machová, Zdenka
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2019-06-26
Also published as: KR20180078290A; WO2017076377A8; PH12018550056A1; CZ2015781A3; EP3371424B1; EA036759B1; CA3003814A1; US20190032530A1; CN108291466A; MX2018005495A; EP3371424A1; IL259160A; JP6761867B2; ZA201803707B; US11193405B2; CL2018001211A1; JP2018532949A; BR112018009104A2; AU2016351046A1; WO2017076377A1

Abstract

Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů je tvořený sestavou dutých těles se společným pláštěm (1) spojených na jedné straně s přívodním potrubím (2) plynných spalin a na druhé straně s výstupní částí výfukového ústrojí. Původní vstupní proud spalin (İ) nesoucí hlukovou vlnu je rozdělen nejméně do dvou proudů, a sice zpožděného proudu (İ) spalin nesoucího zpožděnou hlukovou vlnu a nezpožděného proudu (İ) spalin nesoucí původní hlukovou vlnu, které jsou následně opět spojeny do sjednoceného proudu (İ) spalin nesoucí hlukovou vlnu s fázovým posunem, z něhož po vybití hlukové vlny na výstupu vznikne výsledný proud (İ) spalin. Tlumič je tvořen tak, že na vstupu obsahuje sestava dutých těles se společným pláštěm (1) vstupní expanzní komoru (5) a dělič proudů a na výstupu společnou výstupní expanzní a směšovací komoru (16). Mezi vstupní expanzní komorou (5) s děličem proudů a společnou výstupní expanzní a směšovací komorou (16) jsou vloženy nejméně dvě vnitřní expanzní komory, a sice vnitřní expanzní průběžná komora (8) nezpožděného proudu (İ) spalin a alespoň jedna vnitřní expanzní komora (12) zpožděného proudu (İ) spalin s rezonátorem (101). Poměr délky trubice (11) tohoto rezonátoru (101) k délce vnitřní expanzní komory (12) zpožděného proudu spalin (İ) je 0,5 a poměr plochy průřezu trubice (11) rezonátoru (101) k ploše průřezu vstupního přívodního potrubí (2) plynných spalin je 0,5.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká kombinovaného tlumiče hluku výfukových plynů, zejména pro automobilový průmysl, lesní, zemědělskou a zahradní techniku.

Vynález se týká tlumení hluku výfukových plynů vybitím hlukových vln v oblasti dopravy silniční, lodní, železniční, u lesní, zemědělské a zahradní techniky, dále v letectví, zbrojním průmyslu apod.

Vynález je zaměřen na snižování nepříznivých vlivů, a to zejména hluku nad 50 dB (působící stres a psychické deprese), snížení spotřeby PHM a následné snížení emisí CO/CO2 i na snížení vibrací a chvění, vč. snížení teploty výfukových plynů.

Vynález zaplňuje mezeru v zařízeních ve známém rozsahu a účinnosti tlumení hluku.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy technická řešení tlumiče hluku založené na myšlence interference výfukových plynů na bázi absorpční, rezonanční a absorpčně rezonanční. Jsou známa technická řešení, např. chráněné užitným vzorem č. 19852, kdy tlumiče hluku obsahují plášť, s nímž je neprodyšně spojeno vstupní víko, které je uzpůsobeno pro napojení na vstupní potrubí a výstupní víko, které je uzpůsobeno pro napojení na výstupní potrubí. Uvnitř prostoru vymezeného pláštěm a vstupním i výstupním víkem je uspořádáno tlumicí ústrojí obsahující vstupní komoru a výstupní komoru, které jsou odděleny přepážkou opatřenou průchozími otvory. Průchozí otvory jsou z prostorového hlediska uspořádány proti sobě tak, že primární proud plynu, vstupující do tlumiče, se rozdělí na dílčí proudy. Primární proud plynu je zatížen vstupními tlakovými pulzacemi, projevujícími se jako hluk. Tlakové pulzace mají vektorový charakter. Dílčí proudy jsou pak zatíženy vektory dílčích tlakových pulzací. Po výstupu z průchozích otvorů dochází k expanzi dílčích proudů plynu a vektory dílčích pulzací získají takové směry, že dochází k interakci alespoň s některými vektory dílčích tlakových pulzací z ostatních dílčích proudů plynu. Interakce těch vektorů dílčích tlakových pulzací, které působí proti sobě, způsobí, že vzniknou redukované tlakové pulzace, jejichž vektory jsou menší než vektory vstupních tlakových pulzací. Tímto postupem se hluk částečně utlumí. Hlavní nevýhoda tohoto konstrukčního uspořádání je spatřována v tom, že proudění plynu přes průchozí otvory neprobíhá přesně podle teoretických předpokladů. Proudění je totiž závislé na velikosti vstupní a výstupní komory, na průměru průchozích otvorů a zejména ostrosti jejich hran. Další nevýhoda tohoto konstrukčního uspořádání je spatřována ve velkých tlakových ztrátách při průchodu tlumičem, což má za následek snížení účinnosti zařízení a technické i technologické náročnosti takové výroby. Např. za chodu motoru vozidla vznikají hlukové vlny, jejichž nosným prostředím je pulzující proud výfukových plynů. Je známo, že intenzita hluku se snižuje s růstem ztrát. Tyto ztráty lze zvýšit pohlcováním hlukové energie, k čemuž se používají různé výplňové hmoty nebo vně proudu plynů uspořádané rezonátory. Využívá se také perforovaných stěn - přepážek - pro průchod hlukové vlny, opakované kontrakce a expanze, popř. změny směru alespoň části hlavního proudu výfukových plynů, odrazů hlukových vln a prodlužování jejich dráhy nebo jejich chlazení. Výsledný efekt tlumiče závisí také na poměru objemu tlumiče k pracovnímu objemu válců motoru. Současná konstrukční řešení tlumičů hluku výfukových plynů používají různé kombinace a vzájemná uspořádání uvedených tlumicích prostředků.

Je např. známo technické řešení podle patentu CZ 286939 obsahujícího protáhlý plášť, jehož vnitřní prostor je rozdělen střídavě uspořádanými paralelními příčkami a přepážkami s mezerami při jejich koncích nebo otvory vjejich středové části, na několik komor, jejichž objem se ve

- 1 CZ 307848 B6 směru proudění výfukových plynů zvětšuje. Toto technické řešení sice tlumí hlukové vlny výfukových plynů, avšak zdaleka nesplňuje soudobé požadavky na zbytkovou intenzitu hlukových vln.

Dále je známo technické řešení podle přihlášky vynálezu PV 1993 - 2264, které obsahuje komoru, jíž prochází perforovaná trubka opatřená soustavou malých otvorů a několika příčnými řadami větších otvorů. V perforované trubce je odrazové duté těleso tvořené dvojicí kuželů s mezerou mezi jejich podstavami. Při konci perforované trubky je několik řad větších otvorů. Toto řešení použitím průchozí perforované trubky s většími a menšími otvory, jimiž postupuje část výfukových plynů v různých vzdálenostech do vnější části komory, kde dochází k jejich promíchání a zvíření a zpětnému vracení do perforované trubky, zajišťuje vyšší účinnost útlumu hlukových vln. Soudobé požadavky na velikost útlumu však nejsou u tohoto řešení splněny.

Další známé technické řešení tlumiče je uvedeno v EP 1477642, který popisuje několik variant řešení tlumiče obsahujícího v podlouhlém pouzdru vstupní trubici zasahující do přibližně 2/3 délky z jedné strany a výstupní trubici zasahující do 2/3 délky z opačné strany. Alespoň jedna z nich je opatřena soustavou otvorů. Otvory jsou dále vytvořeny v nosných přepážkách obou trubic. Toto řešení zajišťující ve zbývající 1/3 délky jednak kompresi proudu výfukových plynů, jednak obrácení jejich směru a jejich vracení do soustavy otvorů v nosných přepážkách, přičemž způsobuje změnu jejich rychlosti a zvíření. Zvýšená intenzita útlumu hlukových vln je u tohoto řešení zajištěna také vstupem části výfukových plynů do volného prostoru. Ani u tohoto technického řešení není dosaženo takové intenzity útlumu hlukových vln, jaká je požadována u současných motorových vozidel.

Technické řešení tlumiče výfuků podle patentu č. 196742, spočívá vtom, že je v komoře mezi dvěma rezonátory Helmholzova typu vložena přepážka s šikmo nastavenou, centricky nebo excentricky umístěnou průchozí trubicí pro usměrnění proudu a hlukové vlny proti válcovité stěně pláště tlumiče. Hlavní nevýhoda tohoto konstrukčního uspořádání je spatřována v nízké účinnosti tlumení hluku.

Dalším známým technickým řešením je technické řešení s názvem „Modulární katalyzátor a tlumič výfuku pro spalovací motor“ podle patentu US 5578277, kdy katalyzátor a tlumič jsou spojeny do jednoho celku. Proud spalin od motoru je veden expanzní komorou k sedmi dílčím katalyzátorům, vestavěným do přepážky komory. Dílčí katalyzátory jsou trubice ukončené prostupnou, katalyticky aktivní, keramickou stěnou. Proud spalin a hluková vlna jsou z katalyzátorů dále vedeny proti dvěma za sebou umístěným vydutým přepážkám s mnoha otvory a následně potrubím do volné atmosféry. Hlavní nevýhoda tohoto konstrukčního uspořádání je spatřována v nízké účinnosti tlumení hluku.

Je také známo technické řešení podle PV 1999 - 2583, kdy proud spalin je zde veden proti centrálně umístěnému dutě vypouklému štítu menšího průměru než je průměr válcovité expanzní komory a vzniklým mezikruhovým otvorem dál proti dutě vypouklé stěně spojené neprostupně po svém obvodu s pláštěm komory. V druhé vypouklé stěně jsou otvory různých tvarů. Jimi je veden proud spalin a hluková vlna do komory ukončené ve směru proudu přepážkou, v níž jsou vstupy do píšťal rezonátoru - na obou koncích otevřených trubic různých délek, které ústí do další komory. Z ní jsou spaliny a hluková vlna vedeny dvěma cestami, jednak otvory v plášti osově situované trubice a tečně a jednak umístěnými otvory na povrchu válcovité komory dál ke společnému vyústění do volné atmosféry. Tento tlumič nevykázal uspokojivé výsledky, poněvadž píšťalový rezonátor nemá sám o sobě tlumicí účinek. Spíše naopak. V každém případě však mění fázi hlukové vlny a její energie může být snížena interferencí s hlukovou vlnou s původní fází. To u tlumiče, který je předmětem citované přihlášky vynálezu, chybí.

Další technické řešení tlumiče hluku dle patentu CZ 297930 B6 obsahuje vstupní otvor a válcovitý plášť opatřený na protilehlém konci výstupním potrubím. Jeho podstatou je, že válcovitý plášť je uvnitř rozčleněn na alespoň čtyři pracovní sekce obsahující osově uspořádané

-2CZ 307848 B6 zejména tlumicí prvky, expanzní komory, vírovou komoru, dvojici soustav trubicových rezonátorů a rozviřovací, usměrňovači a kumulační prvky a vymezené alespoň třemi příčně uspořádanými přepážkami, přičemž k protilehlé výstupnímu potrubí je válcovitý plášť opatřen vstupní sekcí volně obepínající jeho první pracovní sekci opatřenou přívodními otvory výfukových plynů, přičemž tato vstupní sekce je připevněna k povrchu válcovitého pláště. Nevýhody dle tohoto řešení (principiálně zcela odlišného od našeho vynálezu ) spočívají v tom, že proud spalin nesoucí hlukovou vlnu nemůže dosáhnout posunutí své hlukové vlny o λ/2 neboť po průletu prvním rezonátorem se oba proudy ve směšovacím prostoru druhé pracovní sekce opět smísí a díky tomu nedojde k posunutí hlukové vlny po průletu druhým rezonátorem celkem o λ/2, ale pouze o λ/4 a vlnová délka se posune ( zpozdí) o π/2. Nesčítají se účinky obou rezonátorů a ve směšovací komoře nedochází k zrcadlovému efektu. Původní a zpožděná fáze nejdou proti sobě se zpožděním o celé π a posunem o λ/2.

Vzhledem k tomu, že nedochází k zrcadlovému efektu, a tedy vybití hlukové vlny, ale pouze k její interferenci, v konečném efektu hodnota útlumu hluku, protitlaku, spotřeby PHM, hodnota emisí a teploty výfukových plynů nedosahuje požadovaného - očekávaného výsledku.

Hlavní nevýhoda výše citovaných konstrukčních uspořádání je spatřována zejména v tom, že u hlukových vln jde o podélné kmitání, tedy zhušťování a zřeďování nosného prostředí - média. Intenzita hluku odpovídá množství hlukové energie, která projde za časovou jednotku plochou 1 cm² postavenou kolmo ke směru proudu. Takto definovaná intenzita hluku závisí na kvadrátu amplitud a kvadrátu frekvencí komplexu dílčích hlukových vln, na hustotě nosného prostředí (média) a rychlosti zvuku v něm, tzn. také na jeho teplotě - se snížením teploty média hluk klesá. Nosným prostředím je u výfuků spalovacích motorů pulzující proud plynných spalin, vedených potrubím od motoru do volné atmosféry. Frekvence pulzů je dána otáčkami motoru. Intenzita hluku se snižuje s růstem ztrát. Ty lze zvýšit pohlcováním hlukové energie. K tomu slouží různé hmoty vyplňující pohlcovače, např. skleněná, azbestová nebo ocelová vata nebo vně proudu situované rezonátory (rezonátory Helmholzova typu). K jiným známým prostředkům snižujícím intenzitu hluku výfuků patří:

prostup hlukové vlny perforovanými stěnami - přepážkami (opakované kontrakce a expanze vedoucí k redukci hlukové energie), dále dělení proudu spalin do několika dílčích proudů, v nichž jsou měněny fáze dílčích hlukových vln a následně jsou tyto svedeny do směšovací komory, kde dochází k jejich vzájemné interakci a tím k útlumu. Změny fáze dílčích hlukových vln je dosahováno jejich odrazem nebo everzí směru pohybu, změnou délky drah a rychlostí, popř. snížením teploty dílčích proudů nosného média. Je známý i způsob zpožďování fáze hlukové vlny jejím průchodem trubicovými (píšťalovými) rezonátory. Interakci dílčích hlukových vln podporuje turbulence nosného, plynného média. Výsledný efekt každého tlumiče závisí ovšem na dimenzích jednotlivých prvků tlumiče, na jejich vzájemné sestavě a v neposlední řadě na poměru objemu tlumiče k pracovnímu objemu válců motoru. Současná řešení tlumičů hluku výfukových plynů automobilů používají v nejrůznějších konstrukčních provedeních různé kombinace a vzájemné uspořádání vyjmenovaných tlumicích prostředků.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů tvořený sestavou dutých těles se společným pláštěm spojených na jedné straně s přívodním potrubím plynných spalin a na druhé straně s výstupní částí výfukového ústrojí, kde původní vstupní proud (í_p) spalin nesoucí hlukovou vlnu je rozdělen nejméně do dvou proudů, a sice do zpožděného proudu (í_z) spalin nesoucího zpožděnou hlukovou vlnu a nezpožděného proudu (í_n) spalin nesoucího původní hlukovou vlnu, které jsou následně opět spojeny do sjednoceného proudu (ís) spalin nesoucího hlukovou vlnu s fázovým posunem, z něhož po vybití hlukové vlny na výstupu vznikne výsledný proud (í_v) spalin, podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na vstupu obsahuje sestava dutých těles se společným pláštěm vstupní expanzní komoru a dělič proudů a na výstupu společnou výstupní expanzní a směšovací komoru. Mezi vstupní

-3 CZ 307848 B6 expanzní komorou a děličem proudů a společnou výstupní expanzní a směšovací komorou jsou vloženy nejméně dvě vnitřní expanzní komory, a to vnitřní expanzní průběžná komora nezpožděného proudu (í_n) spalin a alespoň jedna vnitřní expanzní komora zpožděného proudu (í_z) spalin s rezonátorem s tím, že poměr délky trubice tohoto rezonátoru k délce vnitřní expanzní komory zpožděného proudu (í_z) spalin je 0,5. Poměr plochy průřezu trubice rezonátoru k ploše průřezu vstupního přívodního potrubí plynných spalin je 0,5. Průchodem zpožděného proudu (í_z) spalin přes vnitřní expanzní komoru zpožděného proudu uvedených parametrů se vlnová délka hlukové vlny celkově zpozdí o celé π a hluková vlna se posune o /2 své vlnové délky λ, čímž se ve sjednoceném proudu (í_s) spalin vytvoří zrcadlová vlna a dojde k vybití hlukových vln, případně celého hlukového spektra. Úkolem vynálezu je odstranit výše uvedené nevýhody a nedostatky a vytvořit tlumič hluku výfukových plynů, který by eliminoval v maximální míře intenzitu hluku výfukových plynů na minimum. Tento cíl splňuje a uvedené nedostatky popsané v dosavadním stavu techniky odstraňuje kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů dle předmětného vynálezu, kdy využitím rezonátorů, na obou koncích otevřených a na výstupu zaoblených trubic s vlastní schopností interference hlukových vln, dojde k vybití jedné a více hlukových vln, popř. celého hlukového spektra. Tohoto jevu a výsledku je dosaženo tím, že vlnová délka hlukové vlny se průletem trubice rezonátoru zpozdí o hodnotu π/2, zatímco hluková vlna se posune pouze o % její vlnové délky.

Hlavní hluková vlna se usadí v ose trubice rezonátoru rádoby jako půlvlna a zaoblení trubice rezonátoru umožní usazení příbuzných hlukových vln kolem ní. Tohoto jevu dosáhne předmětný vynález tím, že rozdělí původní proud spalin do nejméně dvou větví, kdy jednou z nich prochází proud spalin původní - nezpožděný proud í_p a ve druhé větvi je proud í_z nesoucí hlukovou vlnu zpožděn dvakrát o % její vlnové délky λ, tedy celkově o /2 její vlnové délky. Základní schéma vynálezu je znázorněno na obr. 1 a obr. 2.

Podstatou předmětného vynálezu kromě uplatnění již známých tlumicích principů, jako například kontrakcí a expanzí, zvětšování a snižování tlaků plynu, změny rychlosti proudů plynu, dělení a opětovné směšování proudů, je zpoždění vlnové délky celkově o hodnotu π a posunutí hlukové vlny pouze o /2 své vlnové délky λ, způsobené vřazením nejméně jednoho tandemu dvou shodných soustav trubicových rezonátorů do nejméně jednoho z proudů spalin výfukových plynů, přičemž je proud spalin výfukových plynů vystupující z rezonátorů oddělen plnou, podélnou přepážkou umístěnou souběžně s osou tlumiče od ostatních proudů, načež je sveden nejméně s jedním z ostatních proudů spalin do společné směšovací a expanzní komory, v níž spolu hlukové vlny nesené oběma proudy spalin vytvářejí sjednocený proud nesoucí hlukovou vlnu s fázovým posunem, vzájemně interferují vč. vytvoření zrcadlové vlny a následného vybití hlukové vlny popř. celého hlukového spektra.

Hlavní část tlumicího procesu představuje vybití hlukových vln zpožděných o π/2 a vzájemně posunutých o % vlnové délky.

U hlukové vlny konkrétní fáze průletem trubicí rezonátoru se vlnová délka zpozdí o π/2, ale hluková vlna se posune pouze o % své vlnové délky λ. Při průletu trubicí druhého, tandemově řazeného, shodného rezonátoru se proces opakuje s tím, že vlnová délka se celkově zpozdí o celé π, ale hluková vlna se posune pouze o /2 své vlnové délky λ. Vytvoří se zrcadlová vlna a dojde k vybití.

Zaoblení, konkávní nebo konvexní, volného konce trubice rezonátoru je oproti zkosení šikmému seříznutí výhodnější vtom, že při zachování si stejné plochy a průřezu dochází ke zvětšení obvodových rozměrů a při zachování stejné usazené maximální a minimální hlukové vlny v ose trubice se zde usadí větší počet příbuzných vln.

Další variantou provedení trubice rezonátoru je obdélníkový průřez kaskádového neboli stromečkového provedení nebo průřez trojúhelníkový nebo lichoběžníkový pro zachycení většího

-4CZ 307848 B6 počtu a rozsahu vlnových délek, kdy minimální rozměr jedné strany musí být stejný nebo větší než 0,3 mm , tj. a > 0,3 mm , neboť rozměr 0,2 mm a menší způsobuje vf pískání.

Řešení dle tohoto vynálezu není závislé na velikosti objemu motoru, nevybitím hlukové vlny narůstá protitlak a s tím musí objem motoru počítat, ale odvíjí se od průřezu výfukového potrubí - systému - spalin od motoru, což umožňuje snížit celkové rozměry systému tlumiče a následné snížení jeho hmotnosti.

Nízký odpor průtoku spalin tlumičem a účinná interference společně s vybitím hlukových vln umožňuje dosáhnout vůči jiným řešením nižšího hluku na výstupu tlumiče při současném nižším protitlaku, což má za následek i značnou úsporu paliva, snížení emisí CO2, čímž ovlivňuje množství produkovaného CO a také teploty výfukových zplodin a to vybitím hmotné hlukové vlny za pomoci interference, čímž dojde ke značnému snížení tlaku a motor pracuje lehčeji. Nižší protitlak ovlivní i zůstatek vlhkosti a následně vody v tlumiči, čímž téměř nedochází ke korozi materiálů tlumiče a zvyšuje se tak jeho životnost.

Pro správnou funkci je výhodné, že vnitřní expanzní průběžná komora nezpožděného proudu (Í_n) spalin a alespoň jedna vnitřní expanzní komora zpožděného proudu (í_z) spalin jsou konstituovány neboli odděleny nejméně jednou podélnou přepážkou, souběžnou s osou tlumiče, oddělující od sebe nezpožděný proud a zpožděný proud spalin po průchodu vstupní expanzní komorou a děličem proudů před jejich vstupem do společné výstupní expanzní a směšovací komory a že na první vnitřní expanzní komoru zpožděného proudu (í_z) spalin s prvním rezonátorem navazuje alespoň jedna další vnitřní expanzní komora zpožděného proudu (í_z) spalin s druhým rezonátorem, a kdy vnitřní expanzní komory zpožděného proudu (í_z) spalin jsou řazeny za sebou a jsou opatřeny tandemem za sebou umístěných shodných trubicových rezonátorů navazujících na sebe bez jakýchkoliv dalších vložených prvků s tím, že poměr délky trubice každého z rezonátorů k délce příslušné vnitřní expanzní komory zpožděného proudu (í_z) spalin je 0,5 a poměr plochy průřezu trubice každého z rezonátorů k ploše průřezu vstupního přívodního potrubí plynných spalin je 0,5, že vnitřní průřez trubice rezonátorů má tvar lichoběžníku, trojúhelníku, čtverce, kosočtverce, kosodélníku mnohoúhelníku nebo má tvar kaskádovitý, zejména stromečkový tvar, že konec trubice rezonátorů má zaoblený tvar nebo vypuklý tvar nebo vydutý tvar.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresu, na kterém znázorňuje obr. 1 kombinovaný tlumič hluku, obr. 2 kombinovaný tlumič hluku s naznačenými proudy spalin (í_n, Í_Zjip„ iv )

Příklady uskutečnění vynálezu

Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů podle obr.l a 2 je tvořený sestavou dutých těles se společným pláštěm 1 spojených na jedné straně s přívodním potrubím 2 plynných spalin a na druhé straně s výstupní částí výfukového ústrojí. Původní - vstupní proud L spalin nesoucí hlukovou vlnu je rozdělen nejméně do dvou proudů, a sice do zpožděného proudu L spalin nesoucího zpožděnou hlukovou vlnu a nezpožděného proudu ín spalin nesoucího původní hlukovou vlnu. Proudy spalin jsou následně opět spojeny do sjednoceného proudu ís spalin nesoucího hlukovou vlnu s fázovým posunem, z něhož po vybití hlukové vlny na výstupu vznikne výsledný proud L spalin. Na vstupu obsahuje sestava dutých těles se společným pláštěm 1 vstupní expanzní komoru 5 a dělič proudů a na výstupu společnou výstupní expanzní a směšovací komoru 16. Mezi vstupní expanzní komorou 5 a děličem proudů a společnou výstupní expanzní a směšovací komorou 16 jsou vloženy nejméně dvě vnitřní expanzní komory: vnitřní expanzní průběžná komora 8 nezpožděného proudu L spalin a alespoň jedna vnitřní expanzní

-5 CZ 307848 B6 komora 12 zpožděného proudu (í_z) spalin s prvním rezonátorem 101. Poměr délky trubice 11 tohoto rezonátoru 101 k délce vnitřní expanzní komory 12, zpožděného proudu jz spalin je 0,5. Poměr plochy průřezu trubice 11 prvního rezonátoru 101 k ploše průřezu vstupního přívodního potrubí 2 plynných spalin je 0,5. Průchodem zpožděného proudu jz spalin přes vnitřní expanzní komoru 12 uvedených parametrů se vlnová délka hlukové vlny celkově zpozdí o celé π a hluková vlna se posune o /2 své vlnové délky λ, čímž se ve sjednoceném proudu Ť spalin vytvoří zrcadlová vlna a dojde k vybití hlukových vln, případně celého hlukového spektra. Vnitřní expanzní průběžná komora 8 nezpožděného proudu L spalin a alespoň jedna vnitřní expanzní komora 12 zpožděného proudu L spalin jsou konstituovány nejméně jednou podélnou přepážkou 9, souběžnou s osou tlumiče, oddělující od sebe nezpožděný proud a zpožděný proud spalin po průchodu vstupní expanzní komorou 5 a děličem proudů před jejich vstupem do společné výstupní expanzní a směšovací komory 16. Na první vnitřní expanzní komoru 12 zpožděného proudu jz spalin s prvním rezonátorem 101 navazuje alespoň jedna další vnitřní expanzní komora 14 zpožděného proudu jz spalin s druhým rezonátorem 102. Vnitřní expanzní komory 12, 14 zpožděného proudu jz spalin jsou řazeny za sebou a jsou opatřeny tandemem za sebou umístěných shodných trubicových rezonátorů 101, 102 navazujících na sebe bez jakýchkoliv dalších vložených prvků s tím, že poměr délky trubice 11 každého z rezonátorů 101, 102 k délce příslušné vnitřní expanzní komory 12, 14 zpožděného proudu jz spalin je 0,5 a poměr plochy průřezu trubice 11 každého z rezonátorů 101, 102 k ploše průřezu vstupního přívodního potrubí 2 plynných spalin je 0,5. Vnitřní průřez trubice 11 rezonátoru 101, 102 má tvar lichoběžníku, trojúhelníku, čtverce, kosočtverce, kosodélníku mnohoúhelníku nebo kaskádovitý, zejména stromečkový tvar. Konec trubice 11 rezonátoru 101, 102 má zaoblený tvar nebo vypuklý tvar nebo vydutý tvar.

Kombinovaný tlumič hluku dle tohoto vynálezu se podle příkladného provedení skládá ze společného pláště 1 sestavy dutých těles tvořících rezonanční a interferenční komory, do níž na předním čele 3 tlumiče ústí přívodní potrubí 2_plynných spalin otvorem 4,

Všechny části tlumiče jsou pevné, nepohyblivé. Všechny vnitřní kolmé, konstrukční příčné přepážky 6, 13, 15 v sestavě tlumiče jsou průchozí pro proudy spalin výfukových plynů nesoucí hlukovou vlnu.

Tandemově vložené trubicové rezonátory 101, 102 na sebe navazují bez jakýchkoliv dalších vložených elementů - prvků.

První podsestavu tvoří vstupní expanzní komora 5 a dělič proudů a je oddělena příčnou přepážkou 6 od podsestavy proudu pravé větve nesoucího zpožděnou hlukovou vlnu tvořené první vnitřní expanzní komorou pravého zpožděného proudu 12 s prvním rezonátorem 101 a druhou vnitřní expanzní komorou 14 pravého zpožděného proudu s druhým rezonátorem 102 a zároveň příčnou přepážkou 6 od podsestavy proudu levé větve nesoucí nezpožděnou hlukovou vlnu tvořenou vnitřní expanzní průběžnou komorou levého nezpožděného proudu 8.

Vstupní expanzní komora 5 a dělič proudů je oddělená od první vnitřní expanzní komory pravého zpožděného proudu 12 s prvním rezonátorem 101 příčnou přepážkou 6 s otvorem 7 v přepážce pro trubici 11 prvního rezonátoru 101 a od vnitřní expanzní průběžné komory 8 levého nezpožděného proudu příčnou přepážkou 6 s otvorem 7. Na první vnitřní expanzní komoru pravého zpožděného proudu 12 s prvním rezonátorem 101 navazuje přes příčnou přepážku 13 s otvorem 7 v přepážce pro trubici 11 druhého rezonátoru 102 druhá vnitřní expanzní komora 14 proudu pravé větve na niž přes příčnou přepážku 15 s otvorem 7 v přepážce navazuje společná výstupní expanzní a směšovací komora 16.

V levé větvi proudu na vnitřní expanzní průběžnou komoru 8 levého nezpožděného proudu navazuje přes příčnou přepážku 15 s otvorem 7 v přepážce společná výstupní expanzní a směšovací komora 16.

-6CZ 307848 B6

První vnitřní expanzní komora pravého zpožděného proudu 12 s prvním rezonátorem 101 a druhá vnitřní expanzní komora 14 pravého zpožděného proudu s druhým rezonátorem 102 jsou od vnitřní expanzní průběžné komory 8 levého nezpožděného proudu odděleny podélnou přepážkou

9.

Společná výstupní expanzní a směšovací komora 16 je ukončena perforovaným zadním čelem 17 tlumiče s otvory 18 v zadním čele tlumiče pro výstup do atmosféry.

V neznázoměném případě může být vnitřní expanzní průběžná komora 8 levého nezpožděného proudu opatřena další příčnou přepážkou 13 s otvorem 7.

V jiném neznázoměném případě může být vynechána druhá vnitřní expanzní komora 14 pravého zpožděného proudu resp. příčná přepážka 13 s otvorem 7 v přepážce a druhý rezonátor 102 může ústit přímo do společné výstupní expanzní a směšovací komory 16.

Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů je situován v ose přívodního potrubí_2 plynných spalin od motoru. Do vlastního tlumiče hluku jdou výfukové zplodiny plynů přívodním potrubím předním čelem 3 tlumiče otvorem 4. Výfukové zplodiny jsou zároveň nosným médiem hlukové vlny, a proto je společně s nimi podobným způsobem ovlivněna i ona. Otvorem 4_v předním čele tlumiče vstupuje proud spalin výfukových plynů do vstupní expanzní komory a děliče proudů 5, kde v tomto konkrétním případě se dělí do dvou větví proudů, do pravé a do levé větve. Do levé větve vstupuje otvorem 7 v příčné přepážce 6, která zároveň odděluje vstupní expanzní komoru 5 a dělič proudů od první vnitřní expanzní komory pravého zpožděného proudu 12 s prvním rezonátorem 101 pravé větve.

Do pravé větve vstupuje proud spalin nesoucí hlukovou vlnu otvorem 7 v přepážce pro trubici 11 prvního rezonátoru 101 v příčné přepážce 6. Zatímco u levé větve vnitřní expanzní průběžné komory 8 levého nezpožděného proudu zůstává hluková vlna původní, u pravé větve první vnitřní expanzní komory pravého zpožděného proudu 12 s prvním rezonátorem 101 průletem trubicí 11 prvního rezonátoru 101 se hlavní hluková vlna usadí v ose trubice jako rádoby půlvlna a její příbuzné vlny se usadí kolem ní a vlnová délka se zpozdí o π/2, zatímco hluková vlna se posune pouze o % své vlnové délky. Proudy spalin nesoucí hlukovou vlnu po opuštění první vnitřní expanzní komory pravého zpožděného proudu 12 s prvním rezonátorem 101 přecházejí do druhé vnitřní expanzní komory 14 pravého zpožděného proudu s druhým rezonátorem 102 otvorem 7 v příčné přepážce 13. Zatímco u levé větve zůstává hluková vlna po průletu vnitřní expanzní průběžnou komorou 8 levého nezpožděného proudu původní - nezpožděná, u pravé větve druhé vnitřní expanzní komory 14 pravého zpožděného proudu s druhým rezonátorem 102 průletem trubicí 11 druhého rezonátoru 102 se hlavní hluková vlna usadí v ose trubice jako rádoby půlvlna a její příbuzné vlny se usadí kolem ní a vlnová délka se zpozdí o π/2, zatímco hluková vlna se posune pouze o % své vlnové délky λ. Trubice 11 rezonátorů 101 a 102 vytvoří celkový efekt zpoždění vlnové délky o celé π a posunutí hlukové vlny o /2 její vlnové délky λ. Jedná se o positivní posun - vzniká skutečná zrcadlová vlna.

Levá větev proudu nesoucí nezpožděnou hlukovou vlnu i pravá větev proudu nesoucího zpožděnou hlukovou vlnu o /2 její vlnové délky přes otvory 7 v příčné přepážce 15 proudí zároveň do společné výstupní expanzní a směšovací komory 16. Nárazem na perforované zadní čelo 17 tlumiče se hluková vlna mění automaticky na fázi opačnou, a to je pro funkci u zpožděné hlukové vlny nej důležitější. Hlukové vlny v této komoře interferují a dochází k jejich vybití.

Společná výstupní expanzní a směšovací komora 16 je ukončena perforovaným zadním čelem 17 tlumiče s otvory 18 v zadním čele tlumiče pro výstup do atmosféry. Funkce této společné výstupní expanzní a směšovací komory 16 s perforovaným zadním čelem 17 tlumiče s otvory 18 se od stávajících provedení liší tím, že se zde potkává hluková vlna zpožděná o /2 své vlnové délky s fází opačnou oproti vlně původní. Otvory 18 v zadním čele 17 tlumiče tlumí vysokofrekvenční složky hluku.

-7 CZ 307848 B6

V rámci výzkumu byly provedeny zkoušky s těmito výsledky:

a) vliv poměru délky rezonátoru h k délce vnitřní expanzní komory I2 na hodnotu útlumu hluku výfukových plynů v provedení tlumiče hluku dle obr. 1 (při S1/S2 = 0,5 a výchozí hodnotě hluku výfukových plynů 79,2 dB)

p.č.	li/h	Útlum /dB
1	0,1	0,3
2	0,2	0,8
3	0,3	1,7
4	0,4	2,9
5	0,5	4,9
6	0,6	4,1
7	0,7	3,8
8	0,8	2,6
9	0,9	1,1

b) vliv poměru průřezu Si (plochy) rezonátoru k průřezu (ploše) přívodního potrubí plynných spalin S2 na hodnotu útlumu hluku v provedení tlumiče hluku dle obr. 1 (při I1/I2 = 0,5 a výchozí hodnotě hluku výfukových plynů 79,2 dB)

p.č.	S1/S2	Útlum /dB
1	0,1	0,6
2	0,2	1,2
3	0,3	1,7
4	0,4	3,6
5	0,5	4,9
6	0,6	4,0
7	0,7	3,2
8	0,8	2,4
9	0,9	1,8
10	1,0	1,2
11	1,1	1,0
12	1,2	0,7

c) vliv kombinace poměrů délky h rezonátoru k délce vnitřní expanzní komory I2 a poměru průřezu Si (plochy) rezonátoru k průřezu (ploše) přívodního potrubí plynných spalin S2 na hodnotu útlumu hluku v provedení tlumiče hluku dle obr. 1

p.č.	li/12	S1/S2	útlum /dB
1	0,1	1,0	0,3
2	0,9	0,1	0,3
3	0,9	1,2	0,4
4	0,3	0,3	0,8
5	0,3	0,4	1,1
6	0,3	0,5	1,7
7	0,3	0,6	1,8
8	0,3	0,7	2,0
9	0,4	0,3	0,8
10	0,4	0,4	2,6
11	0,4	0,5	2,9

12	0,4	0,6	2,6
13	0,4	0,7	2,2
14	0,5	0,4	3,6
15	0,5	0,5	4,9
16	0,5	0,6	4,0
17	0,5	0,7	3,2
18	0,6	0,4	3,5
19	0,6	0,5	4,1
20	0,6	0,6	3,8
21	0,6	0,7	3,4
22	0,7	0,4	1,9
23	0,7	0,5	3,8
24	0,7	0,6	3,9
25	0,7	0,7	4,0
26	0,7	0,8	3,9
27	0,7	0,9	2,8
28	0,8	0,5	2,6
29	0,8	0,6	2,8
30	0,8	0,7	2,9
31	0,8	0,8	3,2
32	0,8	0,9	3,0
33	0,1	0,1	0,4
34	0,1	0,7	0,6
35	0,1	0,9	0,3

Pozn.: Měření hluku byla prováděna u motorové sekačky HECHT IP64FA s kombinovaným tlumičem hluku výfukových plynů dle obr. 1, a to ve vzdálenosti 3 m od zdroje hluku. Měření bylo provedeno dle známých doporučení pro měření hlučnosti spalovacích motorů. Uváděné hodnoty jsou statistickým průměrem z 20 měření.

Naměřené hodnoty a výsledky měření dokazují optimální poměr délek trubic rezonátorů k délce vnitřní expanzní komory a zároveň i optimální poměr průřezu, myšleno plochy, trubice rezonátorů k ploše přívodního potrubí plynných spalin.

Průmyslová využitelnost

Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů dle tohoto vynálezu je výhodné použít u spalovacích motorů zejména motorových vozidel a zahradní techniky při požadavku na vysoké hodnoty útlumu hluku.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů tvořený sestavou dutých těles se společným pláštěm (1) spojených na jedné straně s přívodním potrubím (2) plynných spalin a na druhé straně s výstupní částí výfukového ústrojí a kde původní vstupní proud (í_p) spalin nesoucí hlukovou vlnu je rozdělen nejméně do dvou proudů, a sice do zpožděného proudu (í_z) spalin nesoucího zpožděnou hlukovou vlnu a nezpožděného proudu (í_n) spalin nesoucího původní hlukovou vlnu, které jsou následně opět spojeny do sjednoceného proudu (ís) spalin nesoucího hlukovou vlnu s fázovým posunem, z něhož po vybití hlukové vlny na výstupu vznikne výsledný proud (í_v) spalin, vyznačující se tím, že na vstupu obsahuje sestava dutých těles se společným pláštěm (1) vstupní expanzní komoru (5) a dělič proudů a na výstupu společnou výstupní expanzní a

-9CZ 307848 B6 směšovací komoru (16), přičemž mezi vstupní expanzní komorou (5) s děličem proudů a společnou výstupní expanzní a směšovací komorou (16) jsou vloženy nejméně dvě vnitřní expanzní komory, a sice vnitřní expanzní průběžná komora (8) nezpožděného proudu (Í_n) spalin a alespoň jedna vnitřní expanzní komora (12) zpožděného proudu (í_z) spalin s rezonátorem (101), s tím, že poměr délky trubice (11) tohoto rezonátoru (101) k délce vnitřní expanzní komory (12) zpožděného proudu (í_z) spalin je 0,5 a poměr plochy průřezu trubice (11) rezonátoru (101) k ploše průřezu vstupního přívodního potrubí (2) plynných spalin je 0,5.

2. Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní expanzní průběžná komora (8) nezpožděného proudu (Í_n) spalin a alespoň jedna vnitřní expanzní komora (12) zpožděného proudu (í_z) spalin jsou odděleny nejméně jednou podélnou přepážkou (9) souběžnou s osou tlumiče a oddělující od sebe nezpožděný proud (í_n) a zpožděný proud (í_z) spalin po průchodu vstupní expanzní komorou (5) a děličem proudů před jejich vstupem do společné výstupní expanzní a směšovací komory (16).

3. Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů podle nároku 1, vyznačující se tím, že na první vnitřní expanzní komoru (12) zpožděného proudu (í_z) spalin s prvním rezonátorem (101) navazuje alespoň jedna další vnitřní expanzní komora (14) zpožděného proudu (Í_z) spalin s druhým rezonátorem (102), kdy vnitřní expanzní průběžné komory (12, 14) zpožděného proudu (í_z) spalin jsou řazeny za sebou a jsou opatřeny tandemem za sebou umístěných shodných trubicových rezonátorů (101, 102) navazujících na sebe bez jakýchkoliv dalších vložených prvků s tím, že poměr délky trubice (11) každého rezonátoru (101, 102) k délce příslušné vnitřní expanzní komory (12, 14) zpožděného proudu (í_z) spalin je 0,5 a poměr plochy průřezu trubice (11) každého z rezonátorů (101, 102) k ploše průřezu vstupního přívodního potrubí (2) plynných spalin je 0,5.

4. Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní průřez trubice (11) rezonátoru (101, 102) má tvar lichoběžníku.

5. Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní průřez trubice (11) rezonátoru (101, 102) má tvar trojúhelníku.

6. Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní průřez trubice (11) rezonátoru (101, 102) má tvar čtverce.

7. Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní průřez trubice (11) rezonátoru (101, 102) má tvar kosočtverce.

8. Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní průřez trubice (11) rezonátoru (101, 102) má tvar kosodélníku.

9. Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní průřez trubice (11) rezonátoru (101, 102) má tvar mnohoúhelníku.

10. Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní průřez trubice (11) rezonátoru (101, 102) má tvar kaskádovitý.

11. Kombinovaný tlumič hluku výfukových plynů podle nároku 1, vyznačující se tím, že konec trubice (11) rezonátoru (101, 102) má zaoblený tvar nebo vypuklý tvar nebo vydutý tvar.

2 výkresy