RU2141566C1

RU2141566C1 - Exhaust mechanism of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2141566C1
Application number: RU98120751A
Authority: RU
Inventors: Ю.Н. Дубов; А.В. Немцев; Е.В. Алешин; Ю.В. Куделин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Автодвигательсервис"
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1998-11-23
Publication date: 1999-11-20

Abstract

FIELD: engine manufacture. SUBSTANCE: given exhaust mechanism has double tube exhaust collector with connection branch pipe and expansion chamber formed by two perforated tubes with acoustic windows-cuts in end placed inside enclosure. One tube is

-shaped and is linked to exhaust pipe-line. Chamber enclosure is three-layer fixture with outer layer made of sheet metal, middle layer produced from sound- absorbing material and inner layer fabricated from fine-mesh gauze. Exhaust mechanism is characterized by following relation of geometric parameters: A=(20- 35)d_in; l=(6-9)d_in; b= (3-5)d_in; δ₂= (1,5-2,5)d_in; δ₁= (3-5)d_in; where A is length of tubes of exhaust collector ( distance from exhaust branch pipes to connection branch pipe); l is length of expansion chamber; b is width of expansion chamber; δ₁ is length of acoustic window-cut in end of

-shaped perforated tube; δ₂ is length of acoustic window-cut in end of straight perforated tube; d_in is inner diameter of tubes of exhaust collector equal to inner diameter of perforated tubes of expansion chamber. EFFECT: increased efficiency of noise silencing. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering and can be used in internal combustion engines.

Из уровня техники известно выхлопное устройство для ДВС, содержащее выпускную трубу, соединенную с камерой расширения, к которой на выходе подключен перфорированный кожух со звукоизоляцией (см. патент СССР 754124, кл. F 01 N 1/00, 1980 г.)
Однако эффективность его работы недостаточна для снижения шума современных двигателей.In the prior art, an exhaust device for ICE is known, comprising an exhaust pipe connected to an expansion chamber to which a perforated casing with sound insulation is connected at the output (see USSR Patent 754124, class F 01 N 1/00, 1980)
However, its efficiency is insufficient to reduce the noise of modern engines.

Известно также выхлопное устройство для ДВС, содержащее подключенный к выпускным патрубкам двигателя многоканальный выпускной коллектор с двумя трубами, соединенными между собой патрубком, и расширительную камеру (см. авт.свид. СССР 643659, кл. F 01 N 7/02, 1979 г.)
Данное устройство для повышения эффективности глушения шума снабжено на выходе несколькими резонансными камерами, что существенно усложняет конструкцию.It is also known an exhaust device for internal combustion engines, containing a multi-channel exhaust manifold connected to the exhaust pipes of the engine with two pipes interconnected by a pipe, and an expansion chamber (see ed. Certificate of the USSR 643659, class F 01 N 7/02, 1979 )
This device to increase the efficiency of noise suppression is equipped with several resonant cameras at the output, which significantly complicates the design.

Наиболее близким к изобретению является выхлопное устройство для ДВС, содержащее соединенный с выпускными патрубками двухтрубный выпускной коллектор, расширительную камеру с отводным трубопроводом, подключенную на входе к трубам выпускного коллектора, которые сообщаются между собой посредством соединительного патрубка (см. авт. свид. 966257, кл. F 01 N 1/00, 1982 г.) При этом расширительная камера выполнена с продольной мембраной и снабжена дополнительной демпфирующей камерой, что однако при усложнении конструкции не во всех случаях обеспечивает эффективное глушение шума, особенно в широком диапазоне изменения режима работы двигателя. Closest to the invention is an exhaust device for internal combustion engines, comprising a two-pipe exhaust manifold connected to exhaust pipes, an expansion chamber with a discharge pipe, connected at the inlet to exhaust manifold pipes that communicate with each other via a connecting pipe (see ed. Certificate 966257, cl F 01 N 1/00, 1982) In this case, the expansion chamber is made with a longitudinal membrane and is equipped with an additional damping chamber, which, however, if the design is complicated, not always effective noise damping, especially in a wide range of engine operating conditions.

Изобретение направлено на повышение эффективности глушения шума в выхлопном устройстве ДВС с многоканальным коллектором. The invention is aimed at improving the efficiency of damping noise in an exhaust device of an internal combustion engine with a multi-channel collector.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в выхлопном устройстве для ДВС, содержащем соединенный с выпускными патрубками двухтрубный выпускной коллектор, расширительную камеру с отводящим трубопроводом, подключенную на входе к трубам выпускного коллектора, которые сообщены между собой посредством соединительного патрубка, согласно изобретению, соединительный патрубок врезан в трубы выпускного коллектора на расстоянии A = (20 - 35)d_вн от выпускных патрубков, где d_вн - внутренний диаметр труб выпускного коллектора, расширительная камера образована двумя помещенными в кожух перфорированными трубами с акустическими окнами - вырезами в полдиаметра на конце, которые соединены с трубами выпускного коллектора и имеют одинаковый с ними диаметр, при этом одна из перфорированных труб выполнена

образной и подсоединена к отводящему трубопроводу, а кожух выполнен трехслойным с наружным слоем из листового металла, средним слоем из звукопоглощающего материала и внутренним слоем из мелкоячеистой сетки при следующем соотношении геометрических параметров:
l = (6 - 9) d_вн;
b = (3 - 5)d_вн;
δ₁ = (3 - 5)d_вн;
δ₂ = (1,5 - 2,5)d_вн,
где l - длина расширительной камеры;
d_вн - внутренний диаметр перфорированных труб, равный внутреннему диаметру труб выпускного коллектора;
b - ширина расширительной камеры;
δ₁ - длина акустического окна - выреза на конце

образной перфорированной трубы;
δ₂ - длина акустического окна - выреза на конце прямой перфорированной трубы.The solution to this problem is provided by the fact that in the exhaust device for the internal combustion engine, containing a two-pipe exhaust manifold connected to the exhaust pipes, an expansion chamber with a discharge pipe, connected at the inlet to the pipes of the exhaust manifold, which are interconnected by a connecting pipe, according to the invention, the connecting pipe is cut into the pipes of the exhaust manifold at a distance A = (20 - 35) d _vn from the exhaust pipes, where d _vn is the internal diameter of the pipes of the exhaust manifold, I chamber is formed by two perforated pipes placed in the casing with acoustic windows - half-diameter cutouts at the end, which are connected to the pipes of the exhaust manifold and have the same diameter with them, while one of the perforated pipes is made

shaped and connected to the outlet pipe, and the casing is made three-layer with the outer layer of sheet metal, the middle layer of sound-absorbing material and the inner layer of fine mesh with the following ratio of geometric parameters:
l = (6 - 9) d _int ;
b = (3 - 5) d _int ;
δ ₁ = (3 - 5) d _int ;
δ ₂ = (1.5 - 2.5) d _int ,
where l is the length of the expansion chamber;
d _vn is the inner diameter of the perforated pipes equal to the inner diameter of the pipes of the exhaust manifold;
b is the width of the expansion chamber;
δ ₁ - the length of the acoustic window - cutout at the end

shaped perforated pipe;
δ ₂ - the length of the acoustic window - a cutout at the end of a straight perforated pipe.

Кроме того, перфорация труб расширительной камеры выполнена отверстиями, расположенными в два ряда в шахматном порядке при следующем соотношении геометрических параметров:
d = (0,25 - 0,30)d_вн;
S₁ = (0,75 - 0,80)d_вн;
S₂ = (1,25 - 1,50)d_вн,
где d - диаметр отверстий перфорации;
d_вн - внутренний диаметр перфорированных труб;
S₁ - расстояние между рядами отверстий;
S₂ - расстояние между отверстиями в ряду вдоль перфорированных труб.In addition, the perforation of the pipes of the expansion chamber is made with holes arranged in two rows in a checkerboard pattern with the following ratio of geometric parameters:
d = (0.25 - 0.30) d _int ;
S ₁ = (0.75 - 0.80) d _int ;
S ₂ = (1.25 - 1.50) d _int ,
where d is the diameter of the perforation holes;
d _vn - inner diameter of perforated pipes;
S ₁ - the distance between the rows of holes;
S ₂ - the distance between the holes in the row along the perforated pipes.

Предложенное конструктивное выполнение выхлопного устройства в заявленном диапазоне соотношений геометрических параметров обеспечивает эффективное глушение шума за счет оптимального сочетания снижения скорости (мощности) отработавших выхлопных газов при их поочередном поступлении через трубы выпускного коллектора с подсосом по соединительному патрубку в расширительную камеру с эффектом погашения звуковых пиков мощности при прохождении через отверстия перфорированных труб и поглощения акустических колебаний внутренним комбинированным звукопоглощающим покрытием кожуха. The proposed constructive implementation of the exhaust device in the claimed range of ratios of geometric parameters provides effective noise suppression due to the optimal combination of reducing the speed (power) of the exhaust exhaust gases when they alternately enter through the pipes of the exhaust manifold with a suction through the connecting pipe into the expansion chamber with the effect of suppressing sound power peaks at passing through holes of perforated pipes and absorbing acoustic vibrations by an internal combination sound-absorbing casing cover.

На фиг. 1 представлен общий вид выхлопного устройства для ДВС;
На фиг. 2 - разрез I-I на фиг. 1.In FIG. 1 shows a General view of the exhaust device for internal combustion engines;
In FIG. 2 is a section II in FIG. 1.

Выхлопное устройство содержит подключенный к выпускным патрубкам 1 двигателя внутреннего сгорания выпускной коллектор с двумя трубами 2 и 3, которые сообщены между собой посредством соединительного патрубка 4, и расширительную камеру 5, образованную двумя помещенными в кожух 6 перфорированными трубами 7 и 8, которые соединены с трубами 2 и 3 выпускного коллектора и имеют одинаковый с ними внутренний диаметр d_вн (т.е. являются их продолжением). При этом перфорированная труба 7 выполнена

образной и соединена с отводящим трубопроводом 9, а торец прямой перфорированной трубы 8 заглушен торцевой стенкой кожуха 6. Кожух 6 выполнен трехслойным с непроницаемым наружным слоем - стенкой 10 из листового металла, средним слоем 11 из звукопоглощающего материала, например, асбеста и внутренним слоем 12 из мелкоячеистой сетки. Перфорированные трубы 7 и 8 имеют на своих концах акустические окна - вырезы 13 и 14 в полдиаметра, длина которых составляет соответственно:
δ₁ = (3 - 5)d_вн;
δ₂ = (1,5 - 2,5)d_вн,
где δ₁ - длина большого акустического окна - выреза 13 на конце

образной перфорированной трубы 7;
δ₂ - длина акустического окна - выреза 14 на конце прямой перфорированной трубы 8;
d_вн - внутренний диаметр перфорированных труб 7 и 8, а отверстия 15 перфорации расположены в два ряда в шахматном порядке вдоль труб 7 и 8 при следующем соотношении:
d = (0,25 - 0,30)d_вн;
S₁ = (0,75 - 0,80)d_вн;
S₂ = (1,25 - 1,50)d_вн,
где d - диаметр отверстий 15 перфорации;
d_вн - внутренний диаметр перфорированных труб 7, 8;
S₁ - расстояние между рядами отверстий 15;
S₂ - расстояние между отверстиями 15 в ряду вдоль перфорированных труб 7 и 8.The exhaust device comprises an exhaust manifold connected to the exhaust pipes 1 of the internal combustion engine with two pipes 2 and 3, which are interconnected by a connecting pipe 4, and an expansion chamber 5, formed by two perforated pipes 7 and 8 placed in the casing 6, which are connected to the pipes 2 and 3 of the exhaust manifold and have the same inner diameter d _vn (i.e., are a continuation of them). When this perforated pipe 7 is made

shaped and connected to the outlet pipe 9, and the end face of the straight perforated pipe 8 is muffled by the end wall of the casing 6. The casing 6 is made of a three-layer with an impermeable outer layer - a wall 10 of sheet metal, a middle layer 11 of sound-absorbing material, such as asbestos and an inner layer 12 of fine mesh. Perforated pipes 7 and 8 have acoustic windows at their ends - cutouts 13 and 14 in half diameter, the length of which is, respectively:
δ ₁ = (3 - 5) d _int ;
δ ₂ = (1.5 - 2.5) d _int ,
where δ ₁ is the length of the large acoustic window - cutout 13 at the end

shaped perforated pipe 7;
δ ₂ - the length of the acoustic window - cutout 14 at the end of a straight perforated pipe 8;
d _int - the inner diameter of the perforated pipes 7 and 8, and the holes 15 of the perforation are arranged in two rows in a checkerboard pattern along the pipes 7 and 8 in the following ratio:
d = (0.25 - 0.30) d _int ;
S ₁ = (0.75 - 0.80) d _int ;
S ₂ = (1.25 - 1.50) d _int ,
where d is the diameter of the holes 15 perforation;
d _VN - inner diameter of perforated pipes 7, 8;
S ₁ - the distance between the rows of holes 15;
S ₂ - the distance between the holes 15 in a row along the perforated pipes 7 and 8.

Длина труб 2 и 3 выпускного коллектора, т.е. асстояние от выпускных патрубков 1 до соединительного патрубка 4, составляет A = (20 - 35)d_вн, где d_вн - внутренний диаметр труб 2 и 3, а расширительная камера 5 характеризуется следующим соотношением геометрических параметров:
l = (6 - 9)d_вн;
b = (3 - 5)d_вн,
где l - длина расширительной камеры 5;
d_вн - внутренний диаметр перфорированных труб 7 и 8;
b - ширина расширительной камеры 5.The length of the pipes 2 and 3 of the exhaust manifold, i.e. the distance from the exhaust pipes 1 to the connecting pipe 4 is A = (20 - 35) d _vn , where d _vn is the inner diameter of the pipes 2 and 3, and the expansion chamber 5 is characterized by the following ratio of geometric parameters:
l = (6 - 9) d _int ;
b = (3 - 5) d _int ,
where l is the length of the expansion chamber 5;
d _VN - inner diameter of perforated pipes 7 and 8;
b is the width of the expansion chamber 5.

Выхлопное устройство предназначено для двигателя внутреннего сгорания с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 или 1-2-4-3, при этом труба 2 выпускного коллектора подсоединена к выпускным патрубкам 1 первого и четвертого цилиндров, а труба 3 - второго и третьего цилиндров, что обусловливает поочередное прохождение отработавших выхлопных газов по трубам 2 и 3 выпускного коллектора, выбранная длина A которых (т.е. расстояние до соединительного патрубка 4) в заявленном диапазоне соотношения к внутреннему диаметру d_вн обеспечивает настроенность выхлопа на резонансные условия при различных режимах работы двигателя.The exhaust device is designed for an internal combustion engine with the operation order of cylinders 1-3-4-2 or 1-2-4-3, while the pipe 2 of the exhaust manifold is connected to the exhaust pipes 1 of the first and fourth cylinders, and the pipe 3 is of the second and third cylinders, which determines the alternate passage of exhaust gases through the pipes 2 and 3 of the exhaust manifold, the selected length A of which (i.e., the distance to the connecting pipe 4) in the claimed range of the ratio to the inner diameter d _int ensures the exhaustiveness n and resonant conditions at various engine operating modes.

При поочередном прохождении выхлопных газов по трубе 2 или 3 выпускного коллектора происходит эжекционный подсос через соединительный патрубок 4, соответственно, из соседней, параллельно включенной трубы 3 или 2, что приводит к первоначальному гашению части мощности газового потока, который поступает затем в расширительную камеру 5 через отверстия 15 в перфорированных трубах 7 и 8 и акустические окна - вырезы 13 и 14, где расширяется, резко снижая скорость. Из расширительной камеры 5 выхлопные газы выводятся no

образной перфорированной трубе 7 с большим акустическим окном - вырезом 13 на конце, которая соединена с отводящим трубопроводом 9. При этом в расширительной камере 5 одновременно протекают сложные процессы глушения шума, включающие интерференцию пульсирующих потоков выхлопных газов, поочередно истекающих из перфорированных труб 7 и 8, поглощение акустических колебаний слоями 11 и 12 кожуха 6, выполненными из асбеста и мелкоячеистой сетки, при сохранении резонансных условий за счет выбранного соотношения геометрических параметров расширительной камеры 5 в широком диапазоне изменения режимов работы двигателя.When alternately passing exhaust gases through the pipe 2 or 3 of the exhaust manifold, an ejection suction occurs through the connecting pipe 4, respectively, from an adjacent parallel connected pipe 3 or 2, which leads to the initial extinction of part of the power of the gas stream, which then enters the expansion chamber 5 through holes 15 in perforated pipes 7 and 8 and acoustic windows - cutouts 13 and 14, where it expands, dramatically reducing speed. Exhaust fumes are exhausted from expansion chamber 5

shaped perforated pipe 7 with a large acoustic window - a cutout 13 at the end, which is connected to the discharge pipe 9. In this case, in the expansion chamber 5 complex noise suppression processes occur, including interference of pulsating exhaust gas flows that alternately flow from the perforated pipes 7 and 8, the absorption of acoustic vibrations by

layers

11 and 12 of the casing 6 made of asbestos and fine mesh, while maintaining resonance conditions due to the selected ratio of geometric parameters, expand flax chamber 5 in a wide range of changes in engine operating modes.

Claims

1. An exhaust device for internal combustion engines, comprising a two-pipe exhaust manifold connected to exhaust pipes, an expansion chamber with a discharge pipe, connected at the inlet to the pipes of the exhaust manifold, which are interconnected by a connecting pipe, characterized in that the connecting pipe is cut into the pipes of the exhaust manifold on the distance A = (20 - 35) d _vn from the exhaust pipes, where d _vn is the internal diameter of the pipes of the exhaust manifold, the expansion chamber is formed by two perforations placed in the casing chimneys with acoustic windows - half-diameter cutouts at the end, which are connected to the pipes of the exhaust manifold and have the same diameter with them, while one of the perforated pipes is made

2. The exhaust device for ICE according to claim 1, characterized in that the perforation of the pipes of the expansion chamber is made with holes arranged in two rows in a checkerboard pattern with the following ratio of geometric parameters:
d = (0.25 - 0.30) d _int ;
S ₁ = (0.75 - 0.80) d _int ;
S ₂ = (1.25 - 1.50) d _int ,
where d is the diameter of the perforation holes;
d _vn - inner diameter of perforated pipes;
S ₁ - the distance between the rows of holes;
S ₂ - the distance between the holes in the row along the perforated pipes.