RU2013575C1

RU2013575C1 - Method and apparatus for suppressing the exhaust noise of four-stroke internal combustion engine

Info

Publication number: RU2013575C1
Authority: RU
Inventors: Борис Петрович Рудой; Юрий Рашитович Вахитов
Original assignee: Борис Петрович Рудой; Юрий Рашитович Вахитов
Priority date: 1991-11-05
Filing date: 1991-11-05
Publication date: 1994-05-30

Abstract

FIELD: automotive engineering. SUBSTANCE: cyclic portion of exhaust gases is split into two portions of which one is discharged to the outside and the other is conveyed to another chamber. After the process of gas discharge is terminated the gases are directed to the first chamber to be discharged to the atmosphere. Device for carrying out the method has casing 1 separated by partition 2 into main and damping cavities 3 and 4, exhaust pipe 5 located in the main cavity, and intermediate pipe 6 in the form of a spiral made integral with inlet pipe and having port 8 extending into the main cavity. Open end of pipe 6 extends into the damping cavity. A reduction in the pressure downstream of the discharge arrangement is accounted for by two underpressure waves reflected from port 8 and open end of the intermediate pipe 6, and by that exhaust gases enter main cavity 4 in two flows. Second portion is delayed in time thanks to substantial length of intermediate pipe 6. EFFECT: enhanced efficiency of the method and apparatus. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения, а именно к способу глушения шума выхлопа преимущественно четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular engine manufacturing, and in particular to a method for damping exhaust noise of a predominantly four-stroke internal combustion engine.

Операции этого способа осуществляются устройствами, содержащими впускной и выпускной патрубки, камеру с перегородками, соединенными между собой промежуточными патрубками или отверстиями, расположенными соосно впускному патрубку или соосно друг другу, перегородки разделяют камеру на секции [1] . The operations of this method are carried out by devices containing an inlet and outlet pipe, a chamber with partitions interconnected by intermediate pipes or openings located coaxially with the inlet pipe or coaxially with each other, the partitions divide the chamber into sections [1].

Недостатком этого способа и устройств для его осуществления является сильная отрицательная связь между величиной заглушения шума выхлопа и величиной гидравлического сопротивления и, соответственно, величиной противодавления в выпускной системе ДВС и большие габариты устройства для достижения приемлемой величины заглушения. The disadvantage of this method and devices for its implementation is the strong negative relationship between the amount of damping of exhaust noise and the amount of hydraulic resistance and, accordingly, the amount of backpressure in the exhaust system of the internal combustion engine and the large dimensions of the device to achieve an acceptable amount of damping.

Известен способ глушения шума выхлопа ДВС и устройство для его реализации путем преобразования пульсирующего потока выхлопных газов в нестационарную струю, в котором поток газов отсекают дискретными частями, направляют в общий объем, выравнивают давление газов и равномерно выпускают в окружающую среду. По сравнению с описанными способами глушения шума данный способ позволяет снизить противодавление на выпуске двигателя и повысить его мощность [2] . A known method of damping the exhaust noise of an internal combustion engine and a device for its implementation by converting a pulsating stream of exhaust gases into an unsteady stream, in which the gas stream is cut off in discrete parts, is directed into the total volume, the gas pressure is equalized and uniformly released into the environment. Compared with the described methods of noise suppression, this method allows to reduce the back pressure at the engine outlet and increase its power [2].

Недостаток способа и устройства для его реализации повышенное противодавление в выпускной системе, приводящее к потери мощности двигателя по сравнению с двигателем без глушителя на 3% . Это объясняется тем, что масса газа поступающего в глушитель во внутренней и во внешней камерах тормозится, что приводит к росту энтропии газа и соответственно давлению в камерах или противодавлению в выпускной системе. The disadvantage of the method and device for its implementation is increased back pressure in the exhaust system, leading to a loss of engine power compared to an engine without a muffler by 3%. This is because the mass of gas entering the silencer in the inner and outer chambers is inhibited, which leads to an increase in gas entropy and, accordingly, pressure in the chambers or back pressure in the exhaust system.

Цель изобретения - снижение противодавления, уменьшение габаритных размеров и повышение эффективности шумоглушения. The purpose of the invention is to reduce backpressure, reduce overall dimensions and increase the efficiency of sound attenuation.

Поставленная цель достигается тем, что в способе глушения шума выхлопа ДВС, заключающемся в выравнивании переменного расхода выхлопных газов путем разбиения цикловой порции газов на две части, одну часть выхлопных газов подают в отдельную камеру и выпускают в окружающую среду, а другую часть газов направляют в другую камеру. После окончания процесса выпуска выхлопные газы направляют в первую камеру и выпускают в окружающую среду. This goal is achieved by the fact that in the method of damping the exhaust noise of the internal combustion engine, which consists in equalizing a variable flow rate of exhaust gases by dividing the cyclic portion of gases into two parts, one part of the exhaust gas is fed into a separate chamber and released into the environment, and the other part of the gases is sent to another the camera. After the exhaust process is completed, exhaust gases are sent to the first chamber and released into the environment.

Операции заявленного способа могут быть осуществлены устройством, содержащим корпус, разделенный перегородкой на основную и демпфирующую полости, выпускной патрубок и размещенную в корпусе промежуточную трубу, выполненную заодно с впускным патрубком и имеющую на начальном участке окно, выходящее в основную полость. Промежуточная труба выполнена в виде спирали, ее открытый конец выходит в демпфирующую полость, а выпускной патрубок размещен в основной полости. The operations of the claimed method can be carried out by a device containing a housing divided by a partition into the main and damping cavities, an exhaust pipe and an intermediate pipe placed in the housing, made integrally with the inlet pipe and having a window in the initial section facing the main cavity. The intermediate pipe is made in the form of a spiral, its open end extends into the damping cavity, and the exhaust pipe is placed in the main cavity.

Выполнение операции разбиения выхлопных газов на две части, одна из которых подается в отдельную камеру и выпускается в окружающую среду, а другая часть газов с задержкой по времени направляется в другую камеру и после окончания процесса выпуска направляется в первую камеру и выпускается в окружающую среду, позволяет растянуть по времени процесс выпуска газов из устройства, что приводит к выравниванию давления в первой камере и уменьшению противодавления. The operation of dividing the exhaust gases into two parts, one of which is supplied to a separate chamber and discharged into the environment, and the other part of the gases, with a time delay, is directed to another chamber and after the end of the exhaust process is directed to the first chamber and discharged into the environment, it allows stretch in time the process of release of gases from the device, which leads to equalization of pressure in the first chamber and a decrease in back pressure.

Кроме того, происходит дополнительное снижение давления за выпускным органом двумя волнами разрежения: волной, возникшей в результате поступления части газа в одну камеру и волной, возникающей в результате поступления другой части газа в другую камеру, причем с задержкой по времени. In addition, there is an additional decrease in pressure behind the exhaust organ by two rarefaction waves: a wave that occurs as a result of the flow of a part of the gas into one chamber and a wave that arises as a result of the flow of the other part of the gas to another chamber, with a time delay.

Таким образом, в предлагаемом способе выравнивается переменный расход выхлопных газов во второй камере и последующем ее перетекании в первую камеру. Снижение противодавления обеспечивается тем, что первая часть выхлопных газов тормозится только в первой камере и из нее поступает в окружающую среду, а также в результате отражения исходной волны сжатия волнами разрежения от первой камеры и от второй камеры. Thus, in the proposed method equalizes the variable flow rate of exhaust gases in the second chamber and its subsequent flow into the first chamber. The reduction of backpressure is ensured by the fact that the first part of the exhaust gases is inhibited only in the first chamber and from it enters the environment, as well as as a result of reflection of the initial compression wave by rarefaction waves from the first chamber and from the second chamber.

Известно применение устройств, содержащих промежуточную трубу с окном из начальном участке, но имеющих заглушенный конец, а также устройств, имеющих промежуточную трубу с окном, выполненную в виде спирали и имеющую открытый конец, но выходящий, как и окно в одну полость, и выпускной патрубок, размещенный в полости в которую поступает газ непосредственно от выпускного органа. It is known to use devices containing an intermediate pipe with a window from the initial section, but having a plugged end, as well as devices having an intermediate pipe with a window made in the form of a spiral and having an open end, but coming out, like a window into one cavity, and an exhaust pipe placed in the cavity into which the gas enters directly from the exhaust organ.

Однако нигде не использовалась промежуточная труба с окном и открытым концом, выходящие в разные полости для выравнивания пульсирующего потока газов и снижения противодавления. В то же время сочетание всех перечисленных признаков в заявляемых ранее устройствах для глушения шума не использовалось. Новый положительный сверхсуммарный эффект обусловлен тем, что отраженные от окна и открытого конца волны разрежения снижают давление за выпускным органом, а подача части газа в окружающую среду только через одну камеру, в которой давление выравнивается, а также подача второй части газа в эту же камеру с задержкой по времени приводят к снижению противодавления. However, no intermediate pipe was used anywhere with a window and an open end extending into different cavities to even out the pulsating gas flow and reduce back pressure. At the same time, a combination of all of the above features in previously declared devices for damping noise was not used. A new positive sum-total effect is due to the fact that rarefaction waves reflected from the window and the open end reduce the pressure behind the outlet, and the supply of part of the gas to the environment through only one chamber, in which the pressure is equalized, as well as the supply of the second part of the gas to the same chamber with a time delay leads to a decrease in back pressure.

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее операции заявляемого способа; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 presents a device that implements the operations of the proposed method; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Устройство содержит корпус 1, разделенный перегородкой 2 на основную 3 и демпфирующую 4 полости, выпускной патрубок 5, размещенный в основной полости, и размещенную в корпусе промежуточную трубу 6, выполненную в виде спирали заодно с впускным патрубком 7 и имеющую на начальном участке окно 8, выходящее в основную полость. The device comprises a housing 1, divided by a partition 2 into the main 3 and damping 4 cavities, an exhaust pipe 5 located in the main cavity, and an intermediate pipe 6 located in the housing, made in the form of a spiral integral with the inlet pipe 7 and having a window 8 in the initial section, going to the main cavity.

Операции заявляемого способа осуществляются следующим образом. Волна сжатия, возникшая в результате открытия выпускного органа движется по впускному патрубку 7. При достижении волны участка трубы с окном 8 происходит взаимодействие этой волны с окном, в результате чего образуется волна разрежения, движущаяся в обратном направлении к выпускному органу, и волна сжатия, движущаяся по промежуточной трубе к открытому концу. Волна разрежения, отразившаяся от окна 8 подходит к выпускному органу и понижает давление за ним. При прохождении волны через участок трубы с окном часть выхлопных газов попадает через окно в основную полость 3, где тормозится и выходит в окружающую среду через выпускной патрубок 5. При этом, благодаря тому, что не вся порция выхлопных газов попадает в основную полость повышение давления в нем незначительно. Волна сжатия, прошедшая участок трубы с окном, движется по достаточно длинной промежуточной трубе 6, выполненной с целью уменьшения габаритов спиралеобразной, доходит до открытого конца трубы и отражается волной разрежения, которая движется в обратном направлении и понижает давление на участке с окном и за выпускным органом. Часть выхлопных газов, увлеченная волной сжатия, поступает через открытый конец трубы 6 в демпфирующую полость 4 и там тормозится. После окончания поступления газов в демпфирующую полость, газы, находящиеся в ней, перетекают по промежуточной трубе 6 в основную полость, где тормозятся и выходят в окружающую среду через выпускной патрубок 5. Благодаря тому, что газ поступает в основную полость двумя частями, причем вторая с задержкой по времени, в течение которого первая часть газов успевает выйти в окружающую среду, давление в основной камере повышается незначительно, что определяет низкое противодавление. Низкое давление в основной камере, из которой происходит выпуск газов в окружающую среду, обусловливает низкий уровень шума. The operations of the proposed method are as follows. The compression wave resulting from the opening of the exhaust organ moves along the inlet pipe 7. When the wave reaches the pipe section with the window 8, this wave interacts with the window, resulting in a rarefaction wave moving in the opposite direction to the exhaust organ, and a compression wave moving along the intermediate pipe to the open end. The rarefaction wave reflected from window 8 approaches the outlet and lowers the pressure behind it. When a wave passes through a pipe section with a window, part of the exhaust gas enters through the window into the main cavity 3, where it is inhibited and enters the environment through the exhaust pipe 5. Moreover, due to the fact that not all the portion of the exhaust gas enters the main cavity, the pressure increases in him slightly. The compression wave that has passed the pipe section with the window moves along a rather long intermediate pipe 6, made in order to reduce the spiral-shaped dimensions, reaches the open end of the pipe and is reflected by the rarefaction wave, which moves in the opposite direction and reduces the pressure in the section with the window and behind the outlet . Part of the exhaust gases, carried away by the compression wave, enters through the open end of the pipe 6 into the damping cavity 4 and is braked there. After the end of the flow of gases into the damping cavity, the gases contained in it flow through the intermediate pipe 6 into the main cavity, where they are inhibited and released into the environment through the exhaust pipe 5. Due to the fact that the gas enters the main cavity in two parts, the second a delay in time during which the first part of the gases has time to enter the environment, the pressure in the main chamber increases slightly, which determines a low backpressure. The low pressure in the main chamber, from which the release of gases into the environment, causes a low noise level.

Технические преимущества заявляемого способа глушения шума выхлопа четырехтактного ДВС и устройства для его осуществления в сравнении с базовым, в качестве которого был выбран глушитель двигателя ДМ-1, заключаются в снижении противодавления и уменьшении шума выпуска на 5 дБА. The technical advantages of the proposed method for damping the exhaust noise of a four-stroke ICE and a device for its implementation in comparison with the base one, which was used as a muffler of the DM-1 engine, are to reduce backpressure and reduce exhaust noise by 5 dBA.

Общественно-полезные преимущества заявляемого способа и устройства для его осуществления заключаются в улучшении экологических показателей (снижение уровня шума), повышении мощности и улучшении экономичности двигателя. Socially useful advantages of the proposed method and device for its implementation are to improve environmental performance (reduce noise), increase power and improve engine efficiency.

Claims

1. The method of damping the exhaust noise of a four-stroke internal combustion engine by dividing the cyclic portion of the exhaust gas into streams, characterized in that the first stream of exhaust gases is sent to the main cavity with their subsequent release into the environment, the second stream with a time delay in the damping cavity, and after the release of the first stream, the second stream is passed from the damping into the main cavity with its subsequent release into the environment.

2. A device for damping the exhaust noise of a four-stroke internal combustion engine, comprising a housing divided by a partition into the main and damping cavities, an exhaust pipe and an intermediate pipe placed in the housing, made for one with the inlet pipe and having a window in the initial section communicating with the main cavity characterized in that the intermediate pipe is made in the form of a spiral, placed on the periphery of the housing and communicated with the outlet end with a damping cavity, and the outlet pipe is placed in the main awns.