RU2046965C1

RU2046965C1 - Exhaust silencer for internal combustion engine

Info

Publication number: RU2046965C1
Application number: RU93016231/06A
Authority: RU
Inventors: М.И. Фесина; А.В. Соколов; В.А. Тен
Original assignee: Научно-технический центр производственного объединения "АвтоВАЗ"
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1995-10-27

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: silencer has chamber defined by housing 1 and face walls 2 and 3 and perforated scatter of sound energy. Inlet branch pipe 4 and outlet branch pipe 5 are secured to the walls. The inner dynamic cross-sections 6 and 7 of the branch pipes are arranged in the noddle zones of low natural resonance modes of gas space oscillation inside the chamber. The scatter is positioned at the same distances from cross- sections 6 and 7. The scatter is constructed as two perforated baffles 8 and 9 which define a given space between them. EFFECT: enhanced reliability. 4 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к глушителям шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building, namely to exhaust silencers for an internal combustion engine.

Известны глушители шума выхлопа для двигателей внутреннего сгорания, содержащие корпус с торцовыми стенками, поперечную перегородку и входной и выходной патрубки, внутренние срезы которых расположены в корпусе по обе стороны перегородки [1]
Такие глушители не обеспечивают достаточной эффективности шумоглушения, что связано с неоптимальным расположением внутри камеры срезов подводящих и отводящих патрубков.Known exhaust silencers for internal combustion engines, comprising a housing with end walls, a transverse partition and an inlet and outlet pipe, the inner sections of which are located in the housing on both sides of the partition [1]
Such silencers do not provide sufficient noise suppression efficiency, which is associated with the non-optimal location of the sections of the inlet and outlet pipes inside the chamber.

Известен глушитель шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с торцовыми стенками, поперечную перфорированную перегородку и входной и выходной патрубки, внутренние срезы которых расположены в корпусе по обе стороны перегородки, при этом срезы патрубков расположены на равных расстояниях от перегородки, причем срез одного патрубка размещен по оси корпуса на равных расстояниях от торцовых стенок, а срез другого на равном расстоянии между срезом первого и торцовой стенкой в центре тяжести условного квадранта поперечного сечения корпуса. Внутренний участок выходного патрубка может быть выполнен перфорированным [2]
Такое выполнение глушителя позволяет максимально расширить полосу заглушения за счет размещения срезов патрубков в узлах низших (первой, второй и третьей) форм колебаний газа в камере, соответствующих точкам, где колебания звукового давления минимальны. Повышению эффективности шумоглушения способствует также реализация благоприятных условий для рассеивания колебательной энергии на перегородке, поскольку она размещена в узле четвертой низшей собственной формы колебаний объема газа, заключенного в камере глушителя.Known exhaust silencer for an internal combustion engine, comprising a housing with end walls, a transverse perforated partition and an inlet and outlet pipe, the inner sections of which are located in the housing on both sides of the partition, while the sections of the nozzles are located at equal distances from the partition, and a section of one nozzle placed along the axis of the body at equal distances from the end walls, and the slice of the other at an equal distance between the slice of the first and the end wall in the center of gravity of the conventional quadrant river section of the body. The inner portion of the outlet can be perforated [2]
This embodiment of the muffler allows the broadening of the muffler band due to the placement of pipe sections at the nodes of the lower (first, second and third) forms of gas oscillations in the chamber, corresponding to points where the sound pressure fluctuations are minimal. The implementation of favorable conditions for dissipating vibrational energy on the partition also contributes to increasing the efficiency of sound attenuation, since it is located in the site of the fourth lowest intrinsic vibration mode of the gas volume enclosed in the silencer chamber.

К недостаткам известного глушителя следует отнести недостаточно эффективное демпфирование звуковой энергии на рассеивателе перфорированной перегородке, поскольку она не обеспечивает достаточно значительные вихревые потери при прохождении звуковых волн. Такая перегородка обладает ограниченными функциональными возможностями, поскольку при увеличении коэффициента перфорации (увеличении суммарного периметра отверстий перфорации) снижается эффективность демпфирования, а при уменьшении коэффициента перфорации резко увеличиваются гидросопротивления. Кроме того, при такой конструкции перфорированного рассеивателя невозможно гибко управлять гидросопротивлениями и акустикой. Перегородка в корпусе глушителя должна быть установлена с достаточно высокой степенью точности, что вызывается высокой чувствительностью глушителя к настройке. Следует отметить, что на перегородке эффективно генерируются вихревые звуки, вследствие значительных скоростей газового потока, проходящего через отверстия перформации. The disadvantages of the known silencer include insufficiently effective damping of sound energy on the diffuser of the perforated partition, since it does not provide sufficiently significant vortex losses during the passage of sound waves. Such a partition has limited functionality, since with an increase in the perforation coefficient (increase in the total perimeter of the perforation holes), the damping efficiency decreases, and with a decrease in the perforation coefficient, the hydraulic resistance sharply increases. In addition, with such a design of the perforated diffuser, it is impossible to flexibly control the hydraulic resistance and acoustics. The partition in the silencer body must be installed with a sufficiently high degree of accuracy, which is caused by the high sensitivity of the silencer to tuning. It should be noted that vortex sounds are efficiently generated on the partition due to significant velocities of the gas flow passing through the perforations.

Цель изобретения повышение эффективности глушения шума за счет создания условий для увеличения вихревых потерь на перфорированной перегородке, а также уменьшение чувствительности глушителя к настройке за счет увеличения толщины используемого рассеивателя звука в корпусе глушителя. The purpose of the invention is to increase the efficiency of noise suppression by creating conditions for increasing vortex losses on the perforated partition, as well as reducing the sensitivity of the silencer to tuning by increasing the thickness of the used sound diffuser in the silencer body.

Для этого глушитель шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере одну камеру, образованную корпусом с торцовыми стенками, на которых закреплены впускной и выпускной патрубки, внутренние срезы которых размещены в узловых зонах низших собственных резонансных форм колебаний газового объема, заключенного в камере, и перфорированный рассеиватель звуковой энергии, выполненный в виде перфорированной перегородки, установленный внутри корпуса и размещенный на равных расстояниях от срезов патрубков; дополнительно снабжен дополнительной перегородкой, расположенной с зазором относительно первой перегородки, величину которого определяют из выражения
a_i 0,2d₁.0,4(d₁ + d₂), где d₁ диаметр большего отверстия в перегородке;
d₂ диаметр меньшего отверстия в перегородке.To this end, an exhaust silencer for an internal combustion engine, comprising at least one chamber formed by a housing with end walls, on which an inlet and an outlet pipe are fixed, the inner sections of which are located in the nodal zones of the lower intrinsic resonance vibration modes of the gas volume enclosed in the chamber, and a perforated diffuser of sound energy, made in the form of a perforated partition, installed inside the housing and placed at equal distances from the sections of the nozzles; is additionally equipped with an additional partition located with a gap relative to the first partition, the value of which is determined from the expression
a _i 0,2d ₁ .0,4 (d ₁ + d ₂ ), where d _{1 is the} diameter of the larger hole in the partition;
d _{2 the} diameter of the smaller holes in the partition.

Эффективность глушителя при таком конструктивном исполнении повышается за счет обеспечения возможности увеличения степени перфорации рассеивателя и вовлечения при этом значительной массы колеблющегося газа. The effectiveness of the silencer with this design is increased by providing the possibility of increasing the degree of perforation of the diffuser and involving a significant mass of the vibrating gas.

Целесообразно отверстия перфорации в первой по ходу потока газа перегородке выполнять большего диаметра, чем отверстия во второй перегородке, поскольку это позволяет увеличить воздушный зазор между перегородками, а следовательно, обеспечить большую демпфирующую и звукоотражающую способность при сохранении эффектов динамического взаимодействия присоединенных масс в смежных (противолежащих) отверстиях перегородок. It is advisable that the perforation holes in the first partition along the gas flow are larger in diameter than the holes in the second partition, since this allows an increase in the air gap between the partitions and, therefore, provides greater damping and sound-reflecting ability while maintaining the effects of dynamic interaction of the attached masses in adjacent (opposite) openings of partitions.

Оси отверстий перфорации в перегородках могут быть смещены, что позволяет компромиссно управлять гидросопротивлениями и акустикой. The axis of the perforation holes in the partitions can be offset, which allows a compromise control of hydraulic resistance and acoustics.

В одном из возможным конструктивных вариантов перегородки могут быть образованы торцами полых перфорированных обечаек, установленных внутри камеры глушителя с зазором по отношению к корпусу и его торцовым стенкам. Это дополнительно позволит уменьшить структурный шум, обусловленный возбужденными стенками корпуса. In one of the possible constructive variants, the partitions can be formed by the ends of the hollow perforated shells installed inside the silencer chamber with a gap with respect to the body and its end walls. This will further reduce structural noise caused by the excited walls of the housing.

На фиг. 1 показан простейший вариант предлагаемого глушителя; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 фрагменты перфорированных перегородок и графическое изображение взаимодействия динамических срезов отверстий перфорации; на фиг. 5 и 6 сечения А-А на фиг. 1 (увеличению); на фиг. 7 вариант конструктивного исполнения глушителя, в котором перегородки образованы перфорированными обечайками; на фиг. 8 сечение Б-Б на фиг. 7; на фиг. 9 узел I на фиг. 7. In FIG. 1 shows the simplest version of the proposed silencer; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 and 4 fragments of perforated partitions and a graphic representation of the interaction of dynamic sections of perforation holes; in FIG. 5 and 6 of section AA in FIG. 1 (increase); in FIG. 7 embodiment of the muffler, in which the partitions are formed by perforated shells; in FIG. 8 section BB in FIG. 7; in FIG. 9 node I in FIG. 7.

Принятые на чертежах обозначения:
d_i диаметр отверстия в перегородке, мм;
t_i толщина перфорированной перегородки, мм;
δ_i величина динамического удлинения среза отверстия перфорации, мм.The designations adopted in the drawings:
d _{i the} diameter of the holes in the partition, mm;
t _{i the} thickness of the perforated walls, mm;
δ _{i the} value of the dynamic elongation of the slice of the perforation hole, mm

Глушитель шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания содержит камеру, сформированную корпусом 1 и торцовыми стенками 2 и 3, на которых закреплены впускной 4 и выпускной 5 патрубки, внутренние динамические срезы 6 и 7 которых размещены в узловых зонах низших собственных резонансных форм колебаний газового объема, заключенного в камере, и установленный поперечно внутри корпуса 1 перфорированный рассеиватель звуковой энергии, размещенный на равных расстояниях от срезов 6 и 7. Рассеиватель выполнен в виде двух перфорированных перегородок 8 и 9 с зазором между ними, величина которого находится в диапазоне, граничные пределы которого находится в диапазоне, граничные пределы которого определяются из выражения
a_i 0,2d₁.0,4(d₁ + d₂), где d₁ диаметр большего отверстия в перегородке, мм;
d₂ диаметр меньшего отверстия в перегородке.The exhaust silencer for an internal combustion engine contains a chamber formed by the housing 1 and the end walls 2 and 3, on which the inlet 4 and exhaust 5 pipes are fixed, the internal dynamic sections 6 and 7 of which are located in the nodal zones of the lower intrinsic resonance forms of gas volume enclosed in the chamber, and installed transversely inside the housing 1, a perforated diffuser of sound energy, placed at equal distances from sections 6 and 7. The diffuser is made in the form of two perforated partitions 8 and 9 with a gap between them, the value of which is in the range, the boundary limits of which are in the range, the boundary limits of which are determined from the expression
a _i 0,2d ₁ .0,4 (d ₁ + d ₂ ), where d _{1 is the} diameter of the larger hole in the partition, mm;
d _{2 the} diameter of the smaller holes in the partition.

При равном диаметре отверстий 10 и 11 в перегородках 8 и 9, величина воздушного зазора составляет 0,2.0,8 диаметра отверстия. With an equal diameter of the holes 10 and 11 in the partitions 8 and 9, the size of the air gap is 0.2.0.8 of the diameter of the hole.

Направление потока газа в глушителе на фиг. 1 показано стрелками. При этом в перегородке 8 целесообразно выполнять более крупные отверстия 10, чем в перегородке 9. The direction of gas flow in the silencer of FIG. 1 is shown by arrows. Moreover, in the partition 8, it is advisable to make larger holes 10 than in the partition 9.

Перегородки 8 и 9 на фиг. 7 образованы торцами полых перфорированных обечаек 12 и 13, установленных в ограничительных элементах 14 внутри камеры глушителя с зазором по отношению к корпусу 1 и его торцовым стенкам 2 и 3. Partitions 8 and 9 in FIG. 7 are formed by the ends of the hollow perforated shells 12 and 13 installed in the restrictive elements 14 inside the silencer chamber with a gap with respect to the housing 1 and its end walls 2 and 3.

Глушитель работает следующим образом. The muffler works as follows.

Поток выхлопных газов по впускному патрубку 4 через срез 6 поступает в камеру глушителя, где расширяется и теряет часть звуковой энергии. Далее уже частично ослабленный поток газа просачивается через отверстия 10 и 11 в перегородках 8 и 9, теряет еще часть звуковой энергии и значительно ослабленный через срез 7 патрубка 5 выводится в окружающую среду. The flow of exhaust gases through the inlet pipe 4 through the slice 6 enters the silencer chamber, where it expands and loses some of the sound energy. Further, a partially weakened gas stream seeps through the openings 10 and 11 in the partitions 8 and 9, loses another part of the sound energy and is significantly weakened through the cut 7 of the pipe 5 is discharged into the environment.

При этом близко расположенные перегородки 8 и 9 (в сравнении с прототипом) обеспечивают значительные вихревые потери при прохождении звуковых волн, поскольку отверстий в перегородках примерно в два раза больше, а это значит, что значительно увеличивается общий суммарный периметр отверстий 10 и 11. При этом в процесс демпфирования подключается значительная масса газа, находящегося в зазоре "а", образованном перегородкам 8 и 9. In this case, the closely located partitions 8 and 9 (in comparison with the prototype) provide significant vortex losses during the passage of sound waves, since the holes in the partitions are approximately two times larger, which means that the total total perimeter of the holes 10 and 11 is significantly increased. a significant amount of gas is contained in the damping process, which is in the gap "a" formed by the partitions 8 and 9.

Таким образом, предлагаемый рассеиватель звуковой энергии, выполненный в виде двух перфорированных перегородок 8 и 9, между которыми имеется газовый зазор "а", представляет собой акустическую пробку, слабо затрудняющую проход выхлопных газов из-за большого коэффициента перфорации. В конечном счете это обуславливает незначительные гидравлические сопротивления, или высокую проводимость. Одновременно с этим слабо генерируются вихревые звуки вследствие меньших скоростей газового потока, проходящего через отверстия перфорации 10 и 11, из-за большего коэффициента перфорации (большего суммарного проходного сечения). Кроме того, из-за наличия воздушного зазора между жесткими с большой демпфирующей способностью перегородками 8 и 9 газовая прослойка в названном зазоре "а" должна рассматриваться как более инерционная (с большой массой) и с соответственными преимуществами ослабления передачи звуковой энергии как за счет увеличения отражения звука в направлении источника (выхлопного клапана), так и за счет демфирования (рассеивания звуковой энергии путем превращения ее в тепловую). Thus, the proposed diffuser of sound energy, made in the form of two perforated partitions 8 and 9, between which there is a gas gap "a", is an acoustic plug, slightly hampering the passage of exhaust gases due to the large perforation coefficient. Ultimately, this leads to slight hydraulic resistance, or high conductivity. At the same time, vortex sounds are weakly generated due to lower velocities of the gas flow passing through the perforation holes 10 and 11, due to the larger perforation coefficient (larger total passage section). In addition, due to the presence of an air gap between the partition walls 8 and 9, which are rigid with high damping ability, the gas layer in the aforementioned gap “a” should be considered as more inertial (with a large mass) and with the corresponding advantages of attenuation of sound energy transmission as due to an increase in reflection sound in the direction of the source (exhaust valve), and due to damping (dispersion of sound energy by converting it into heat).

Эффективность предлагаемого рассеивателя звуковой энергии достигается только при определенной величине газового зазора "а". Граничные пределы названного диапазона определяются исходя из того обстоятельства, что динамический срез отверстий 10 и 11 перфорации отстоит от статического среза теоретически на величину 0,3d (фиг. 3 и 4), где d диаметр отверстий 10 или 11. На практике эта величина в зависимости от самых различных факторов принимается равной 0,2.0,4 диаметра среза. Таким образом, величина зазора "а", если диаметры отверстий 10 и 11 равны, должна лежать в диапазоне 0,2.0,8 диаметра отверстий с учетом присоединенных в отверстиях 10 и 11 масс. При такой величине зазора "а" обеспечивается взаимодействие колеблющихся присоединенных масс в соосных отверстиях 10 и 11 соответствующих перегородок 8 и 9. Если величина диапазона "а" превысит верхний граничный предел указанного диапазона, то рассеиватель начинает вырождаться в самостоятельную резонаторную камеру и камеру и колебания в отверстиях 10 и 11 начинают происходить независимо друг от друга, т.е. колебания масс в этих отверстиях происходят независимо, без взаимовлияния друг на друга. При меньших граничных значениях указанного диапазона рассеиватель практически вырождается в одну перегородку. При этом слабо увеличивается колеблющаяся масса в отверстиях 10 и 11, т. е. слабо используется взаимодействие и взаимовлияние присоединенных близлежащих колеблющихся масс, сосредоточенных в отверстиях перфорации. При этом слабо используется и демпфирующие свойства воздушного зазора "а" между перегородками 8 и 9, так как масса его незначительна. The effectiveness of the proposed diffuser of sound energy is achieved only with a certain amount of gas gap "a". The boundary limits of the named range are determined on the basis of the fact that the dynamic cut of the holes 10 and 11 of the perforation is theoretically separated from the static cut by 0.3d (FIGS. 3 and 4), where d is the diameter of the holes 10 or 11. In practice, this value depends on from a variety of factors is taken equal to 0.2.0.4 cut diameter. Thus, the size of the gap "a", if the diameters of the holes 10 and 11 are equal, should lie in the range of 0.2.0.8 of the diameter of the holes, taking into account the masses attached to the holes 10 and 11. With such a gap value “a”, the interaction of the oscillating attached masses in the coaxial holes 10 and 11 of the corresponding partitions 8 and 9 is ensured. If the value of the range “a” exceeds the upper boundary limit of the specified range, the diffuser begins to degenerate into an independent resonator chamber and the chamber and vibrations in holes 10 and 11 begin to occur independently of each other, i.e. mass fluctuations in these holes occur independently, without interference with each other. At lower boundary values of the indicated range, the diffuser practically degenerates into one partition. In this case, the oscillating mass in the holes 10 and 11 is slightly increased, i.e., the interaction and mutual influence of the adjoining nearby oscillating masses concentrated in the perforation holes is poorly used. At the same time, the damping properties of the air gap "a" between the partitions 8 and 9 are also poorly used, since its mass is insignificant.

Как и в прототипе, рассеиватель размещен в пучности четвертой низшей собственной резонансной формы колебаний газового объема, заключенного в камере глушителя. При этом за счет того, что осевой размер рассеивателя является достаточно протяженным и складывается из двух толщин перегородок 8 и 9 и величины зазора между ними "а" (в прототипе это только толщина одной перегородки), уменьшается требуемая для тонких перегородок большая точность установки рассеивателя в корпусе глушителя, а значит и вероятность расстройки глушителя от неточности установки перегородки в пучности колебаний будет маловероятной. As in the prototype, the diffuser is placed in the antinode of the fourth lower intrinsic resonance form of gas volume oscillations enclosed in the silencer chamber. Moreover, due to the fact that the axial size of the diffuser is quite long and consists of two thicknesses of the partitions 8 and 9 and the gap between them “a” (in the prototype this is only the thickness of one partition), the high accuracy of installing the diffuser in thin partitions is reduced the silencer housing, and hence the likelihood of muffler detuning from inaccurate installation of the baffle in the antinode of vibrations, will be unlikely.

Комплексно управлять оптимальными значениями гидросопротивлений и акустикой глушителя можно толщиной t отверстий 10 и 11, выполнением отверстий 10 и 11 разного диаметра (фиг. 5), либо смещением осей смежных отверстий 10 и 11 в перегородках 8 и 9. При этом по ходу потока газа следует устанавливать перегородку 8 с большими отверстиями 10, что позволяет увеличить воздушный зазор "а", а следовательно, обеспечить большую демпфирующую и звукоотражающую способность при сохранении эффективного динамического взаимодействия присоединенных масс в противолежащих отверстиях. The optimal values of hydraulic resistance and the silencer acoustics can be comprehensively controlled by the thickness t of holes 10 and 11, by making holes 10 and 11 of different diameters (Fig. 5), or by shifting the axes of adjacent holes 10 and 11 in partitions 8 and 9. In this case, along the gas flow install the partition 8 with large openings 10, which allows to increase the air gap "a", and therefore, to provide greater damping and sound-reflecting ability while maintaining effective dynamic interaction of the attached masses in the counter aschih holes.

В одном из возможных вариантов конструктивного исполнения глушителя (фиг. 7-9) перегородки 8 и 9 образованы торцами полых перфорированных обечаек 13, установленных внутри камеры глушителя с зазором по отношению к корпусу 1 и его торцовым стенкам 2 и 3, что дополнительно позволяет уменьшить структурный шум, обусловленный возбуждением корпуса 1 и его торцовыми стенками 2 и 3. In one of the possible designs of the silencer (Fig. 7-9), the partitions 8 and 9 are formed by the ends of the hollow perforated shells 13 installed inside the silencer chamber with a gap with respect to the housing 1 and its end walls 2 and 3, which further reduces the structural noise due to the excitation of the housing 1 and its end walls 2 and 3.

Claims

1. EXHAUST NOISE SILENCER FOR THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE, comprising at least one chamber formed by a housing with end walls, on which the inlet and outlet pipes are fixed, the inner sections of which are located in the nodal zones of the lower intrinsic resonance modes of gas volume enclosed in the chamber, and a perforated diffuser of sound energy, made in the form of a perforated partition, installed inside the housing and placed at equal distances from the sections of the nozzles, characterized in that о it is equipped with an additional partition located with a gap relative to the first partition, the value of which is determined from the expression
a _i = 0.2d ₁ ... 0.4 | d ₁ + d ₂ |;
where d _{1 the} diameter of the larger holes in the partition;
d _{2 the} diameter of the smaller holes in the partition.

2. The muffler according to claim 1, characterized in that the diameter of the perforation holes in the first partition along the gas flow is larger than the diameter of the corresponding perforation holes in the second partition.

3. The muffler according to claims 1 and 2, characterized in that the axis of the perforation holes in the partitions are offset.

4. The muffler according to claims 1 to 3, characterized in that it is equipped with hollow perforated shells installed inside the chambers with a gap relative to the housing and its end walls, and the partitions are made in the form of end walls of the shells of each chamber.