RU2065064C1

RU2065064C1 - Exhaust muffler for internal combustion engine

Info

Publication number: RU2065064C1
Application number: RU94040637A
Authority: RU
Inventors: М.В. Денисов; А.В. Кульков; С.Н. Батраков; А.Н. Оконишников
Original assignee: Денисов Михаил Владимирович
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 1996-08-10
Also published as: RU94040637A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: exhaust muffler has tube 1 with noise-absorbing attachment 2 made in the form of pack of discs 3. Each disc is made of wire arranged radially around axle and in several rows along axle without clearance. Connected to tube 1 is collector 4 made up of pipes 5 arranged in one horizontal plane in parallel to each other with clearance inbetween. Clearance is closed by plates 6 and side walls 7 to form closed space 8. Ports 9 opening into space 8 are made on opposite ends of adjacent pipes 5. If collector has more than two pipes 5, end faces 10 of all intermediate pipes 5 are stopped. Placed in each pipe 5 is pack of discs 11 made similar to discs 3. Swirl 12 is made in the form of spiral is placed on inner surfaces of pipes 5. Exhaust muffler takes energy of gas flow owing to turbulization of low passing through clearances in discs 3 and 11 and dividing the flow into streams and oscillation of flexible members of discs 3 and 11, and discs 3 and 11 proper at frequencies within exhaust gas noise spectrum. Used also phenomenon of hydrodynamic action on exhaust gas flow sharply changing its direction, expanding and swirling. EFFECT: enhanced efficiency of noise suppression. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к глушителям шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания (ДВС). The invention relates to the field of engine building, in particular to silencers of exhaust exhaust from internal combustion engines (ICE).

Известен глушитель шума газового потока, содержащий звукопоглощающую насадку, выполненную в виде радиально размещенных вокруг оси в несколько рядов вдоль оси упругих элементов, размещенную в трубе (см.а.с.СССР N 515879, кл. F 01 N 1/22, 1974 г.). Known silencer of gas flow noise containing a sound-absorbing nozzle made in the form of radially placed around the axis in several rows along the axis of the elastic elements, placed in the pipe (see.a.SSSR N 515879, class F 01 N 1/22, 1974 .).

Недостаток известного глушителя шума заключается в низкой эффективности глушения шума выхлопа ДВС. Это связано с тем, что принцип глушения шума известного глушителя основан на турбулизации потока выхлопных газов вследствие взаимодействия потока газа с упругими элементами, приводящего к их колебаниям, вызывающим дробление и перемешивание отдельных струй потока между собой. А также на торможении потока при взаимодействии с упругими элементами. В связи с тем, что звукопоглощающая насадка представляет собой протяженный каркас достаточно большой массы, на котором закреплены ряды радиально размещенных упругих элементов, то эффективность глушения будет определяться только в узком диапазоне спектра частот выхлопа ДВС, для которых конкретная насадка эффективна. Поскольку шумовой спектр частот выхлопа ДВС довольно широк, то и эффективность снижения шума будет низкой. Кроме того, поскольку эффективность глушения шума такой насадкой заключается в ее восприятии частот выхлопа ДВС резонансных ее собственным колебаниям, то возбуждение резонанса данной массивной насадки возможно на строго фиксированной частоте работы двигателя, а в некоторых случаях возможно и полное отсутствие резонанса в силу несовпадения спектра частот выхлопа ДВС и собственной частоты насадки. Поэтому желательно иметь малогабаритные насадки обладающие малой массой, но позволяющие глушить шум невысокой интенсивности, гораздо ниже интенсивности выхлопа ДВС и имеющих различную собственную частоту резонанса, лежащую в спектре частот выхлопа ДВС. Кроме того, размещенные друг от друга на некотором расстоянии вдоль оси ряды упругих элементов не передают колебания друг к другу, т.е. не могут эффективно влиять на процесс глушения шума. A disadvantage of the known silencer is the low efficiency of damping the exhaust noise of the internal combustion engine. This is due to the fact that the principle of damping the noise of a known muffler is based on turbulization of the exhaust gas flow due to the interaction of the gas flow with elastic elements, leading to their oscillations, causing crushing and mixing of the individual stream jets with each other. As well as inhibition of flow during interaction with elastic elements. Due to the fact that the sound-absorbing nozzle is an extended frame of a sufficiently large mass on which rows of radially placed elastic elements are fixed, the muffling efficiency will be determined only in a narrow range of the engine exhaust frequency spectrum for which a particular nozzle is effective. Since the noise spectrum of the internal combustion engine exhaust frequencies is quite wide, the noise reduction efficiency will be low. In addition, since the efficiency of noise suppression by such a nozzle consists in its perception of the ICE exhaust frequencies resonant to its own vibrations, the resonance of this massive nozzle can be excited at a strictly fixed engine frequency, and in some cases a complete absence of resonance is possible due to the mismatch of the exhaust frequency spectrum ICE and natural frequency nozzles. Therefore, it is desirable to have small-sized nozzles having a low mass, but allowing damping noise of low intensity, much lower than the ICE exhaust intensity and having different natural resonance frequencies lying in the frequency spectrum of the ICE exhaust. In addition, rows of elastic elements placed at a certain distance along the axis do not transmit vibrations to each other, i.e. can not effectively influence the process of damping noise.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности глушения шума выхлопа ДВС. The technical problem solved by the invention is to increase the efficiency of damping the exhaust noise of the internal combustion engine.

Это задача решается тем, что в известном глушителе шума, содержащем звукопоглощающую насадку, выполненную в виде радиально размещенных вокруг оси и в несколько рядов вдоль оси упругих элементов, размещенную в трубе, согласно изобретению, звукопоглощающая насадка выполнена в виде пакета дисков, размещенных без зазора вдоль оси, каждый из которых сформирован из металлических проволок, ряды которых по оси установлены без зазора, при этом диаметр проволоки в дисках уменьшается от диска к диску по длине трубы к ее выходу, к которому подсоединен коллектор из нескольких участков труб, размещенных в одной горизонтальной плоскости параллельно друг другу с зазором, герметично закрытым с образованием замкнутой полости, при этом в соседних трубах коллектора на противоположных концах выполнены, выходящие в полость, окна, площадь поперечного сечения которых не меньше площади поперечного сечения трубы, причем при выполнении коллектора из двух участков труб дополнительно заглушены их торцы с противоположных концов, а при выполнении коллектора более чем из двух участков труб дополнительно заглушены торцы промежуточных участков труб, при этом в каждой трубе размещен пакет дисков, каждых из которых сформирован из металлических проволок, размещенных по радиусу и в несколько слоев без зазора вдоль оси. This problem is solved in that in the known silencer containing a sound-absorbing nozzle made in the form of elastic elements radially arranged around the axis and in several rows along the axis of the elastic elements, placed in the pipe, according to the invention, the sound-absorbing nozzle is made in the form of a pack of disks placed without a gap along axes, each of which is formed of metal wires, the rows of which are installed along the axis without clearance, while the diameter of the wire in the disks decreases from disk to disk along the length of the pipe to its outlet, to which you connect n a collector of several sections of pipes placed in the same horizontal plane parallel to each other with a gap hermetically closed to form a closed cavity, while in adjacent pipes of the collector at the opposite ends there are windows leading to the cavity, the cross-sectional area of which is not less than the cross-sectional area pipe sections, moreover, when the collector is made of two pipe sections, their ends at the opposite ends are additionally plugged, and when the collector is made of more than two pipe sections, it will complement flax plugged ends of the intermediate portions of pipes, wherein each pipe disposed in the package of disks, each of which is formed of metal wires arranged radially and in layers without a gap along the axis.

Кроме того, в каждом участке трубы коллектора размещен завихритель, выполненный в виде винтовой спирали, размещенной на внутренней поверхности участка. In addition, in each section of the manifold pipe there is a swirl made in the form of a helical spiral placed on the inner surface of the section.

На фиг. 1 и фиг.2 изображены варианты глушителей шума и зависимости от объема двигателя, а на фиг.3 диск звукопоглощающей насадки. In FIG. 1 and 2 show variants of silencers and depending on engine displacement, and in Fig. 3 a disk of a sound-absorbing nozzle.

Глушитель шума выхлопа ДВС содержит трубу 1, внутри которой размещена звукопоглощающая насадка 2, выполненная в виде пакета дисков 3, размещенных вдоль оси без зазора. Каждый диск 3 сформирован из металлической проволоки 4 одинакового диаметра радиально размещенной вокруг оси и в несколько рядов вдоль оси без зазора. При этом диаметр проволоки уменьшается от диска 3 к диску 3 по длине трубы 1 к ее выходу. К выходу трубы 1 подсоединен коллектор 4 из нескольких участков труб того же диаметра (количество участков труб зависит от объема двигателя, на котором он устанавливается): на фиг.1 из 2-х участков, а на фиг.2 из 3-х участков. Трубы 5 размещены в одной горизонтальной плоскости параллельно друг другу с зазором "е", закрытым пластинами 6 сверху и снизу и боковыми стенкам 7, образуя замкнутую полость 8. В соседних трубах 5 коллектора 4 с противоположных концов выполнены окна 9, выходящие в полость 8, образуя зигзагообразный путь движения выхлопным газом. Если коллектор 4 состоит из двух участков труб 5 (см.фиг.1), то заглушаются торцы 10, т. е. с противоположных концов крайних труб 5. Если коллектор 4 состоит из более чем две трубы 5 (см. фиг.2), то заглушаются торцы 10 всех промежуточных труб 5. В каждой трубе 5 размещен пакет дисков 11, каждый из которых выполнен аналогично диску 3, размещаемому в трубе 1, при этом диаметр проволоки во всех дисках 11 может быть одинаковым, а может и уменьшаться от диска 11 к диску 11 по ходу движения выхлопных газов. В каждой трубе 5 размещено по завихрителю 12, выполненному в виде винтовой спирали, размещенной на внутренней поверхности трубы 5. Кроме того, в стенках труб 5, образующих замкнутую полость 8, могут быть выполнены перфорационные отверстия только со стороны выходного окна 9. The exhaust silencer of the internal combustion engine contains a pipe 1, inside which a sound-absorbing nozzle 2 is placed, made in the form of a package of disks 3 placed along the axis without a gap. Each disk 3 is formed of a metal wire 4 of the same diameter radially arranged around the axis and in several rows along the axis without a gap. In this case, the diameter of the wire decreases from disk 3 to disk 3 along the length of pipe 1 to its exit. A collector 4 of several sections of pipes of the same diameter is connected to the output of the pipe 1 (the number of pipe sections depends on the volume of the engine on which it is installed): in Fig. 1 from 2 sections, and in Fig. 2 from 3 sections. The pipes 5 are placed in the same horizontal plane parallel to each other with a gap "e", closed by plates 6 above and below and the side walls 7, forming a closed cavity 8. In adjacent pipes 5 of the collector 4, windows 9 are made from opposite ends, facing the cavity 8, forming a zigzag path of exhaust gas. If the collector 4 consists of two sections of pipes 5 (see figure 1), then the ends 10 are muffled, i.e., from the opposite ends of the extreme pipes 5. If the collector 4 consists of more than two pipes 5 (see figure 2) then the ends 10 of all the intermediate pipes 5 are muffled. In each pipe 5 there is a pack of disks 11, each of which is made similar to the disk 3 placed in the pipe 1, while the diameter of the wire in all disks 11 may be the same, or may decrease from the disk 11 to the disk 11 in the direction of the exhaust gases. In each pipe 5 is placed along the swirl 12 made in the form of a helical spiral placed on the inner surface of the pipe 5. In addition, perforations only on the side of the output window 9 can be made in the walls of the pipes 5 forming a closed cavity 8.

Глушитель шума выхлопа ДВС работает следующим образом. ICE exhaust silencer operates as follows.

Отработавшие выхлопные газы поступают в трубу 1, где они взаимодействуют с дисками 3 звукопоглощающей насадки 2, выполненными из проволоки. При этом радиально размещенные проволоки, размещенные без зазора в несколько слоев вдоль оси разделяют поток на отдельные струйки. При взаимодействии потока газов с дисками 3 часть энергии газа поглощается упругой проволокой, при этом свободные концы проволоки в первом диске 3 и диск 3 в целом начинают колебаться, приходя в резонанс от определенной частоты из диапазона спектра шума. При этом в колебания на разных частотах диапазона спектра шума приходят последующие диски 3. Поскольку диски 3 могут обмениваться колебательной энергией (они установлены без зазора вдоль оси), то они могут перестраиваться с одной частоты на другую. На насадке 2 в основном гасится механическая (силовая) составляющая энергии струи, которая затрачивается на торможение потока (снижение скорости) и приведение в колебания на резонансных частотах каждого диска 3 и групп дисков 3 в пакете. Поскольку ряды проволоки в дисках 3 размещены без зазора вдоль оси в каждом диске 3 это повышает упругость и жесткость звукопоглощающих дисков 3, повышая эффективность разделения потока на струйки и их торможение. При этом происходит турбулизация потока и перемешивание отдельных струй между собой, что приводит к снижению шума. Exhaust exhaust gases enter the pipe 1, where they interact with the disks 3 of the sound-absorbing nozzle 2 made of wire. In this case, radially placed wires placed without a gap in several layers along the axis divide the flow into separate streams. When the gas flow interacts with the disks 3, part of the gas energy is absorbed by the elastic wire, while the free ends of the wire in the first disk 3 and the disk 3 as a whole begin to oscillate, coming to resonance from a certain frequency from the noise spectrum. In this case, subsequent disks 3 come into oscillations at different frequencies of the noise spectrum range. Since disks 3 can exchange vibrational energy (they are installed without a gap along the axis), they can be tuned from one frequency to another. On nozzle 2, the mechanical (power) component of the jet energy, which is expended in braking the flow (lowering the speed) and vibrating at the resonant frequencies of each disk 3 and groups of disks 3 in a packet, is mainly damped. Since the rows of wire in the disks 3 are placed without a gap along the axis in each disk 3, this increases the elasticity and stiffness of the sound-absorbing disks 3, increasing the efficiency of the separation of the stream into trickles and their braking. In this case, the flow is turbulized and the individual jets are mixed together, which leads to a decrease in noise.

Кроме того, разные (уменьшающиеся) диаметры проволоки в дисках 3, изменяют (уменьшают) зазоры между проволоками для прохождения потока к выходу из трубы 1, что позволяет дополнительно снизить его скорость. Поступившие в коллектор 4 выхлопные газы также начинают взаимодействовать с упругими элементами дисков 11. Механизм глушения шума на них аналогичен описанному выше на дисках 3. Поскольку окна 9 выполнены с противоположных концов труб 5, то на поток выхлопных газов оказывает воздействие смена направления движения, на что также затрачивается энергия потока. Поскольку площадь окон 9 выполнена не меньше поперечного сечения трубы 5, то это не создает сопротивления движению потока, что не нарушает работу двигателя в целом. Наличие завихрителей 12 способствует дополнительному завихрению (турбулизации) потока в виде отдельных струй и их перемешивание с осевыми слоями, что усиливает эффект турбулизации и торможения и соответственно приводит к дополнительной диссипации кинетической и акустической энергий потока. Наличие перфорационных отверстий 13 на трубах 5 со стороны выходных окон 9 (выходящих в полость 8) создает условия для дросселирования выхлопных газов, перетеканию их в полость 8, из которых они поступают во водное окно 9 следующей трубы 5, предварительно перемешиваясь с потоком газов, выходящих из окон 9. Это также способствует поглощению акустической энергии выхлопных газов. Выходя из окна 9 труб 5 выхлопные газы испытывают внезапное расширение входя в замкнутую полость 8, что дополнительно снижает уровень шума и энергии газов. Такое комбинированное суммарное воздействие на поток выхлопных газов значительно повышает эффективность глушения шума. In addition, different (decreasing) wire diameters in the disks 3 change (decrease) the gaps between the wires for the passage of the flow to the outlet of the pipe 1, which further reduces its speed. The exhaust gases received in the collector 4 also begin to interact with the elastic elements of the disks 11. The noise suppression mechanism on them is similar to that described on the disks 3. Since the windows 9 are made from the opposite ends of the pipes 5, the change in the direction of movement affects the exhaust gas flow, which energy flow is also expended. Since the area of the windows 9 is made no less than the cross section of the pipe 5, this does not create resistance to the movement of the flow, which does not interfere with the operation of the engine as a whole. The presence of swirls 12 contributes to an additional turbulence (turbulization) of the flow in the form of separate jets and their mixing with the axial layers, which enhances the effect of turbulization and drag and, accordingly, leads to additional dissipation of the kinetic and acoustic energies of the flow. The presence of perforations 13 on the pipes 5 from the side of the outlet windows 9 (exiting into the cavity 8) creates conditions for throttling the exhaust gases and flowing into the cavity 8, from which they enter the water window 9 of the next pipe 5, pre-mixed with the flow of gases exiting from windows 9. It also contributes to the absorption of acoustic energy from exhaust gases. Leaving the window 9 of the pipes 5, the exhaust gases experience a sudden expansion entering the closed cavity 8, which further reduces the level of noise and energy of the gases. This combined total effect on the exhaust stream significantly increases the efficiency of noise suppression.

Опытные образцы глушителя шума, изготовленные в соответствии с заявленным изобретением показал высокую эффективность глушения шума выхлопа ДВС. Prototypes of a noise muffler made in accordance with the claimed invention showed a high efficiency of damping the exhaust noise of an internal combustion engine.

Claims

1. The silencer of the exhaust exhaust of an internal combustion engine containing a sound-absorbing nozzle made in the form of elastic elements radially arranged around the axis and in several rows along the axis of the elements, located in the pipe, characterized in that the sound-absorbing nozzle is made in the form of a pack of disks placed without a gap along the axis , each of which is formed of metal wires, the rows of which are installed without a gap along the axis, while the diameter of the wire in the disks decreases from disk to disk along the length of the pipe to its outlet, to which a single collector from several sections of pipes placed in one horizontal plane parallel to each other with a gap hermetically closed to form a closed cavity, with windows opening into the cavity at the opposite ends of the collector pipes, the cross-sectional area of each of which is not less than the cross-sectional area pipes, when the collector is made of two pipes, their ends are plugged from opposite ends, and when the collector is made of more than two pipes, the ends of the intermediate are additionally plugged pipes, while in each pipe there is a pack of disks, each of which is formed of metal wires placed along the radius and in several layers without a gap along the axis.

2. A muffler according to claim 1, characterized in that in each collector pipe there is a swirler made in the form of a helical spiral placed on the inner surface of the pipe.