RU2191268C2 - Internal combustion engine muffler - Google Patents
Internal combustion engine muffler Download PDFInfo
- Publication number
- RU2191268C2 RU2191268C2 RU99122441/06A RU99122441A RU2191268C2 RU 2191268 C2 RU2191268 C2 RU 2191268C2 RU 99122441/06 A RU99122441/06 A RU 99122441/06A RU 99122441 A RU99122441 A RU 99122441A RU 2191268 C2 RU2191268 C2 RU 2191268C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- inlet
- pipe
- section
- chambers
- Prior art date
Links
Landscapes
- Exhaust Silencers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к многокамерным глушителям шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering, in particular engine manufacturing, and in particular to multi-chamber silencers of exhaust noise of internal combustion engines.
При работе камерного глушителя в месте расширения газопровода (т.е. в месте появления собственно камеры) создается скачкообразно увеличенное волновое сопротивление - "волновая пробка", что в определенных диапазонах частот звукового спектра препятствует прохождению звука через глушитель с дальнейшим ослаблением излучения его в окружающую среду. В такой конструкции глушителя (типа центральной расширительной камеры) имеется заданная граничная частота, начиная с которой глушитель начинает эффективно работать (заглушать шум). Однако характеристика заглушения такого глушителя представляет собой не восходящую наклонную линию, указывающую на рост величины акустического заглушения с увеличением частоты звукового спектра выхлопа, а кривую с выраженными максимумами заглушения в отдельных частотных диапазонах и ярко выраженными "провалами" на отдельных дискретных частотах в характеристике заглушения. В ряде случаев на частотах "провалов" в характеристике заглушения наблюдается не только нулевое заглушение шума, но даже некоторое усиление шума выхлопа на этих частотах. Именно эти многочисленные "провалы" являются "акустическим дефектом" конструкций камерных глушителей шума. Частоты, на которых наблюдаются указанные "провалы", соответствуют кратным гармоникам полудлин волн, укладывающихся в трехмерном пространстве камеры глушителя между противолежащими жесткими стенками камеры глушителя. Для уменьшения числа таких провалов, сведения их к минимуму и применяют внутреннее введение срезов патрубков газопровода в полость камеры глушителя в зоны, где эти кратные полудлинновые гармоники не будут возбуждаться, или же, возбудившись, не будут выводиться (передаваться) из полости камеры дальше по выхлопной трассе газопровода в окружающую среду. Такими зонами исключения возбуждения или передачи низших собственных мод камеры являются узлы (минимумы) колебаний звуковых давлений, распределенных по трехмерному пространству камеры на данных собственных модах. When a chamber muffler is operating in the place of expansion of the gas pipeline (that is, in the place where the camera itself appears), an abruptly increased wave impedance is created - a “wave plug”, which in certain frequency ranges of the sound spectrum prevents the passage of sound through the muffler with further attenuation of its radiation into the environment . In this design of the silencer (such as a central expansion chamber), there is a predetermined cutoff frequency, starting from which the silencer begins to work effectively (to drown out noise). However, the silencing characteristic of such a silencer is not an ascending inclined line, indicating an increase in acoustic silencing with increasing frequency of the exhaust sound spectrum, but a curve with pronounced silencing maxima in individual frequency ranges and pronounced “dips” at individual discrete frequencies in the silencing characteristic. In some cases, at the frequencies of “dips” in the damping characteristic, not only zero damping of noise is observed, but even some amplification of exhaust noise at these frequencies. It is these numerous “dips” that are the “acoustic defect” of the design of chamber silencers. The frequencies at which these "dips" are observed correspond to multiple harmonics of the half-lengths of the waves that fit in the three-dimensional space of the silencer chamber between the opposite rigid walls of the silencer chamber. To reduce the number of such dips, to minimize them, the internal introduction of cuts of gas pipe nozzles into the cavity of the silencer chamber is applied to the zones where these multiple half-long harmonics will not be excited, or, if excited, will not be output (transmitted) from the chamber cavity further down the exhaust gas pipeline route to the environment. Such zones of excitation of excitation or transmission of the lower eigenmodes of the camera are the nodes (minima) of sound pressure oscillations distributed over the three-dimensional space of the camera on these eigenmodes.
Принцип ослабления возбуждения и/или передачи низших собственных резонансных мод из полости камеры в газопровод реализован в известном однокамерном глушителе шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания, авторское свидетельство СССР 1092290, МКИ F 01 N 1/00, БИ 18/84, содержащем по меньшей мере одну цилиндрическую камеру с торцевыми стенками и соосными патрубками. Отличительной особенностью известного глушителя является то, что для обеспечения высокой акустической эффективности заглушения шума расширительной камерой, при одновременном достижении минимальных гидродинамических сопротивлений, динамические (акустические) срезы подводящего и отводящего патрубков камеры (т. е. условно удлиненные на 0,2-0,4d от своего статического геометрического состояния, где d - диаметр соответствующего патрубка) размещены в узловых зонах низших собственных резонансных продольных форм (первой и второй) колебаний газового объема в камере глушителя, т.е. в зонах, где величина звукового давления на указанной акустической моде близка к нулю, что предотвращает (ослабляет) передачу звуковой энергии этих форм (мод) колебаний наружным срезом отводящего патрубка в окружающую среду. The principle of attenuation of excitation and / or transmission of lower eigen resonance modes from the chamber cavity to the gas pipeline is implemented in the well-known single-chamber exhaust silencer for an internal combustion engine, USSR author's certificate 1092290, MKI F 01 N 1/00, BI 18/84, containing at least one cylindrical chamber with end walls and coaxial nozzles. A distinctive feature of the known silencer is that to ensure high acoustic efficiency of damping noise by the expansion chamber, while achieving minimal hydrodynamic resistance, dynamic (acoustic) sections of the inlet and outlet pipes of the chamber (i.e., conditionally elongated by 0.2-0.4d from its static geometric state, where d is the diameter of the corresponding pipe) are located in the nodal zones of the lower intrinsic resonant longitudinal forms (first and second) of gas volume in the silencer chamber, i.e. in areas where the sound pressure on the specified acoustic mode is close to zero, which prevents (weakens) the transmission of sound energy of these forms (modes) of vibrations by an external cut of the outlet pipe into the environment.
Такая конструкция известного глушителя в ряде случаев хорошо вписывается, в частности, в концепцию спортивных автомобилей, некоторых стационарных энергетических установок с достаточно ограниченной величиной заглушения шума, однако ее акустической эффективности для легковых автомобилей массового производства явно недостаточно, поскольку здесь предъявляются значительно более жесткие требования национальных и международных стандартов по предельно допустимому значению уровней внешнего и внутреннего шума транспортных средств, охраняющих окружающую среду от акустического загрязнения. This design of the well-known muffler in some cases fits well, in particular, in the concept of sports cars, some stationary power plants with a fairly limited amount of noise suppression, however, its acoustic efficiency for mass-produced cars is clearly not enough, since much more stringent requirements of national and international standards on the maximum permissible value of the levels of external and internal noise of vehicles, guards that protect the environment from acoustic pollution.
Дальнейшим совершенствованием рассмотренного типа глушителя является конструкция многокамерного глушителя, описанная в авторском свидетельстве СССР 1420193, МКИ F 01 N 1/00, БИ 32/88 (или более подробно см. Волгин С.Н. и др. Цветной иллюстрированный альбом. Автомобили ВАЗ-2110, ВАЗ-2111, ВАЗ -2112 и их модификации. М. : Третий Рим, 1998, с.30-31), обладающая более высокой эффективностью заглушения шума выхлопа и более широким диапазоном полосы заглушения, которая, в частности, в настоящее время применяется в ряде моделей автомобилей серийного производства ОАО "АВТОВАЗ". A further improvement of the considered type of muffler is the design of a multi-chamber muffler described in the USSR author's certificate 1420193, MKI F 01 N 1/00, BI 32/88 (or for more details see SN Volgin and others. Color illustrated album. VAZ- cars 2110, VAZ-2111, VAZ-2112 and their modifications. M.: Third Rome, 1998, p.30-31), which has a higher efficiency of damping exhaust noise and a wider range of muffling, which, in particular, is currently used in a number of models of cars of serial production of JSC "AVT WHA. "
Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания содержит корпус с торцевыми стенками и соосными впускным и выпускным патрубками, причем динамические срезы последних размещены внутри центральной камеры корпуса. Корпус глушителя выполнен овальным и снабжен по меньшей мере одной поперечной перегородкой с образованием камер с торцевыми стенками. Одна из камер (центральная) выполнена более длинной, длина ее равна длине большей оси овала корпуса. Внутренние срезы патрубков размещены в одной из камер и расположены на расстоянии 1/4L от торцевых стенок последней, где L - длина камеры. Длина большей оси овала корпуса составляет (1,6-2,5)d, где d - диаметр патрубка. Часть патрубка, проходящего через камеру, выполнена перфорированной, при этом неперфорированная часть патрубка от его внутреннего среза составляет L/2. The exhaust silencer of an internal combustion engine comprises a housing with end walls and coaxial inlet and outlet nozzles, the dynamic sections of the latter being located inside the central chamber of the housing. The silencer housing is oval and provided with at least one transverse partition to form chambers with end walls. One of the chambers (central) is made longer, its length is equal to the length of the larger axis of the body oval. The internal sections of the nozzles are placed in one of the chambers and are located at a distance of 1 / 4L from the end walls of the latter, where L is the length of the chamber. The length of the major axis of the body oval is (1.6-2.5) d, where d is the diameter of the nozzle. Part of the pipe passing through the chamber is perforated, while the non-perforated part of the pipe from its internal cut is L / 2.
Некоторые конструктивные недостатки глушителя, проявляющиеся в процессе его эксплуатации, при необходимости дальнейшего совершенствования конструкции для соответствия более жестким перспективным требованиям транспортных средств по предельным значениям уровней их внешнего шума и анализ совершенства конструкции позволяют утверждать о потенциальных возможностях ее дальнейшего улучшения. В частности, во всех известных вариантах рассмотренной конструкции глушителя, представленных на фиг.1-3 описания, видно, что наиболее энергоемкая первая (и все последующие нечетные) продольная низшая собственная резонансная форма колебаний из средней (центральной) камеры глушителя свободно пропускается в окружающую среду через выпускной патрубок 5. То же самое наблюдается и со второй повысотной (радиальной) собственной модой колебаний объема камеры. Резонансная передача звука из камеры в окружающую среду происходит и на четвертой продольной собственной моде колебаний объема камеры (f4= 4c/2L, где f - частота, с - скорость звука, L - длина средней камеры). Some design flaws of the muffler, which appear during its operation, if necessary, further improve the design to meet the more stringent perspective requirements of vehicles in terms of the limit values of their external noise levels and analysis of the design perfection allow us to state the potential for its further improvement. In particular, in all known variants of the considered silencer design shown in Figs. 1-3, it can be seen that the most energy-intensive first (and all subsequent odd) longitudinal lower intrinsic resonance modes of vibration from the middle (central) chamber of the silencer are freely passed into the environment through the exhaust pipe 5. The same is observed with the second elevation (radial) eigenmode of the chamber volume oscillations. The resonant transmission of sound from the camera to the environment also occurs at the fourth longitudinal eigenmode of the chamber volume oscillations (f4 = 4c / 2L, where f is the frequency, c is the speed of sound, L is the length of the middle chamber).
Крайние (боковые) камеры глушителя, фиг.1, согласно графическому описанию прототипа, представляющие собой идентичные торцевые резонаторы концентричного типа, настроены на один и тот же резонансный частотный диапазон заглушения шума, что приводит к неоправданному дублированию подавления идентичных резонансных режимов и, в конечном итоге, ограничивает (заужает) полосу заглушения, а также, в данном случае, способствует нежелательному взаимному резонансному взаимодействию боковых (торцевых) камер и не позволяет использовать каждую из камер для целенаправленного шумоподавлений конкретного отдельного резонансного диапазона в заданной частотной области звукового спектра. The extreme (side) chambers of the muffler, Fig. 1, according to the graphic description of the prototype, which are identical end-face concentric resonators, are tuned to the same resonant frequency range of noise suppression, which leads to unjustified duplication of suppression of identical resonant modes and, ultimately , limits (narrows) the muffling band, and also, in this case, promotes undesirable mutual resonant interaction of the side (end) cameras and does not allow the use of each of the cameras for targeted squelch particular individual resonance range in predetermined frequency domain of the audio spectrum.
В современных конструкциях глушителей шума автомобильных ДВС для улучшения ослабления передачи звука на указанных резонансных модах типа расширительной цилиндрической камеры с внутренними трубами широко используют звукопоглощающие набивки полостей камер волокнистыми пористыми материалами. В частности, практически всеми автомобильными фирмами используется конструкция одного из глушителей шума системы выхлопа с заполнением полости камеры глушителя набивкой из базальтового волокна. Обладая достаточно высокими термостойкими и звукопоглощающими характеристиками, такая набивка, в большинстве случаев, ослабляет нежелательные дефектные резонансные высокочастотные "свисты" глушителя, в первую очередь, на 4-й продольной и 2-й радиальной собственных модах колебаний воздушного объема камеры. In modern designs of noise suppressors of automobile ICEs, sound-absorbing gaskets of chamber cavities with fibrous porous materials are widely used to improve the attenuation of sound transmission on these resonant modes, such as an expansion cylindrical chamber with inner tubes. In particular, almost all automobile companies use the design of one of the exhaust silencers of the exhaust system with filling the cavity of the silencer chamber with basalt fiber packing. Having sufficiently high heat-resistant and sound-absorbing characteristics, such packing, in most cases, attenuates unwanted defective resonant high-frequency “whistles” of the muffler, primarily in the 4th longitudinal and 2nd radial eigenmodes of oscillation of the air volume of the chamber.
Однако такая конструкция имеет и ряд существенных недостатков, основные из которых следующие:
- пористая набивка из волокнистого базальтового волокна активно впитывает и накапливает в полости химически агрессивный конденсат, содержащийся в выхлопных газах, что вызывает ускоренную внутреннюю коррозию корпуса глушителя, существенно сокращая срок его эксплуатации. Следует здесь же отметить, что именно внутренняя коррозия, а не механические нагрузки являются основной причиной разрушения глушителей автомобильных ДВС;
- использование волокнистого базальтового волокна, вследствие вышеуказанной причины, вынуждает, в свою очередь, применять дорогостоящие нержавеющие хромникелевые стали, использовать дополнительные устройства принудительного отсоса накопившегося конденсата из полости камеры различными диффузорными приемниками, что дополнительно усложняет конструкцию и делает ее более дорогой;
- в процессе эксплуатации транспортного средства базальтовые волокна частично выдуваются потоком выхлопных газов из полости глушителя в окружающую среду, что ведет к вредному и очень опасному для здоровья человека засорению воздушной среды мелкими частицами базальтовых волокон;
- в процессе длительной эксплуатации устройства уменьшается пористость волокнистой набивки камеры из-за воздействия частиц углерода (сажи) и жидкого конденсата ("закоксовывание"), что влечет ухудшение звукопоглощающих характеристик волокнистой набивки и снижение шумозаглушающей способности глушителя в целом;
- применение базальтовых волокон в технологии производства глушителей связано с вредными условиями производства вследствие возможного попадания мелких частиц волокон через органы дыхания в организм человека.However, this design has a number of significant drawbacks, the main of which are as follows:
- porous packing of fibrous basalt fiber actively absorbs and accumulates chemically aggressive condensate contained in the exhaust gases in the cavity, which causes accelerated internal corrosion of the silencer housing, significantly reducing its service life. It should be noted here that it is internal corrosion, and not mechanical loads, that are the main cause of the destruction of silencers in automobile ICEs;
- the use of fibrous basalt fiber, due to the above reason, forces, in turn, to use expensive stainless chrome-nickel steels, to use additional devices for forced suction of the accumulated condensate from the chamber cavity by various diffuser receivers, which additionally complicates the design and makes it more expensive;
- during the operation of the vehicle, basalt fibers are partially blown away by the flow of exhaust gases from the silencer cavity into the environment, which leads to harmful and very dangerous for human health air pollution by small particles of basalt fibers;
- during the long-term operation of the device, the porosity of the fibrous packing of the chamber decreases due to exposure to carbon particles (soot) and liquid condensate ("coking"), which leads to a deterioration in the sound-absorbing characteristics of the fibrous packing and a decrease in the sound attenuation capacity of the silencer as a whole;
- the use of basalt fibers in the technology of manufacturing silencers is associated with harmful production conditions due to the possible ingress of small particles of fibers through the respiratory system into the human body.
В качестве прототипа принят основной глушитель шума выхлопа системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания автомобилей модельного ряда ВАЗ-2110, см. Волгин С.Н. и др. Цветной иллюстрированный альбом. Автомобили ВАЗ-2110, ВАЗ-2111, ВАЗ-2112 и их модификации. М.: Третий Рим, 1998, с.30-31. As a prototype, the main silencer of the exhaust noise of the exhaust system of the internal combustion engine of the VAZ-2110 series cars was adopted, see Volgin S.N. et al. Color illustrated album. Cars VAZ-2110, VAZ-2111, VAZ-2112 and their modifications. M .: Third Rome, 1998, p.30-31.
Глушитель содержит четыре последовательных камеры для подавления шума в широкочастотном диапазоне. Он содержит овальный корпус, ограниченный плоскими торцевыми стенками. Камеры в корпусе образованы посредством трех поперечных перегородок и сообщаются между собой посредством перфорированных патрубков. В направлении газового потока камеры последовательно расположены следующим образом: входная, выходная и две дополнительные. При этом два патрубка - подводящий и отводящий - размещены соосно корпусу, а два промежуточных патрубка расположены аксиально и по обе стороны от оси корпуса глушителя. Для лучшей коррозионной стойкости корпус глушителя изготовлен из алюминированной стали и не имеет точек сварки. Все детали глушителя соединяются между собой завальцовкой. The silencer contains four serial cameras to suppress noise in the wide frequency range. It contains an oval body limited by flat end walls. The chambers in the housing are formed by means of three transverse partitions and communicate with each other by means of perforated nozzles. In the direction of the gas flow, the chambers are sequentially arranged as follows: inlet, outlet and two additional ones. In this case, two nozzles - inlet and outlet - are placed coaxially to the body, and two intermediate pipes are axially and on both sides of the axis of the silencer body. For better corrosion resistance, the silencer housing is made of aluminized steel and has no welding points. All parts of the muffler are interconnected by rolling.
Рассмотренный глушитель шума обладает высокой надежностью и долговечностью, но вместе с тем имеются необходимость и возможности повышения его акустической эффективности за счет внедрения в конструкцию прототипа отдельных мероприятий по акустической настройке конструкции камерного глушителя, для выполнения более жестких требований защиты окружающей среды от акустического загрязнения. Обусловлено это, в первую очередь, тем, что свободные срезы подводящего, отводящего и промежуточных патрубков в камере глушителя размещены без недостаточно "тонкого" и подробного исследования акустического поля и учета акустических явлений, происходящих в его отдельных камерах в результате возбуждения в них низших резонансных собственных форм колебаний газового объема, заключенного в соответствующей камере глушителя, что вызывает соответствующие акустические недостатки (дефекты) конструкции. В результате этого в характеристике заглушения на отдельных частотах образуются соответствующие "шумозаглушающие провалы", или недостаточные заглушения, что приводит к снижению акустической эффективности конструкции в целом. Недостатком является и то, что вторая и третья (по ходу газового потока от двигателя в окружающую среду) камеры глушителя имеют одинаковый объем (длину), что приводит к дублированию частотного диапазона заглушения и склонности к взаимному резонансному возбуждению камер. The considered silencer has high reliability and durability, but at the same time there is a need and opportunities to increase its acoustic efficiency due to the implementation of separate measures for the acoustic tuning of the design of the chamber silencer in the prototype design to meet more stringent environmental protection requirements from acoustic pollution. This is due, first of all, to the fact that free sections of the inlet, outlet and intermediate pipes in the silencer chamber are placed without an insufficiently “thin” and detailed study of the acoustic field and allowance for the acoustic phenomena occurring in its individual chambers as a result of the excitation of lower resonance eigenvalues in them vibration modes of the gas volume enclosed in the corresponding chamber of the silencer, which causes the corresponding acoustic design flaws (defects). As a result of this, corresponding “noise damping dips” or insufficient damping, which leads to a decrease in the acoustic efficiency of the structure as a whole, are formed in the characteristic of muffling at individual frequencies. The disadvantage is that the second and third (along the gas flow from the engine to the environment) silencer chambers have the same volume (length), which leads to duplication of the frequency range of the damping and the tendency to mutual resonant excitation of the chambers.
Заявляемая конструкция глушителя предполагает повышение его акустической эффективности за счет расширения частотного диапазона и увеличения степени заглушения, исключения дефектных диапазонов резонансной передачи звука на наиболее энергоемких низших продольных и задиальных собственных резонансных модах колебаний газового объема центральной камеры, ослабления взаимодействия отдельных камер путем дополнительной акустической настройки глушителя. The inventive design of the silencer involves increasing its acoustic efficiency by expanding the frequency range and increasing the degree of damping, eliminating the defective ranges of resonant sound transmission at the most energy-intensive lower longitudinal and rear intrinsic resonance modes of gas volume of the central chamber, weakening the interaction of individual cameras by additional acoustic tuning of the silencer.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном глушителе шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащем цилиндрический корпус с торцевыми стенками, в котором посредством поперечных перегородок образованы четыре последовательные камеры: входная, выходная и две дополнительные, соосно расположенные подводящий и отводящий патрубки и аксиально расположенные и размещенные по обе стороны от оси корпуса промежуточные патрубки, причем полости патрубков подключены к полостям камер посредством своих открытых срезов и сквозных перфорированных участков, дополнительные камеры расположены со стороны выходной камеры, длина входной камеры по крайней мере вдвое превышает длину выходной камеры; начало участка перфорации по ходу потока газа в подводящем патрубке размещено в зоне центра тяжести объема входной камеры, при этом суммарное сечение отверстий перфорации участка составляет (1,5-1,7) Fп.п, где Fп.п - площадь поперечного сечения подводящего патрубка; открытый динамический срез одного из промежуточных патрубков расположен в полости входной камеры, на расстояниях 1/4 длины камеры от ее торцевой стенки, при этом второй конец названного патрубка расположен в полости дополнительной камеры, примыкающей к выходной камере, и снабжен участком сквозной перфорации, начало которого по ходу газового потока расположено в середине названной дополнительной камеры; открытый динамический срез второго промежуточного патрубка размещен в упомянутой дополнительной камере, на расстоянии 1/4 ее длины от поперечной перегородки, образующей вторую дополнительную камеру, а противоположный конец названного патрубка размещен в выходной камере и снабжен участком сквозной перфорации, суммарная площадь отверстий которой составляет (1,5-1,7) Fд.п, где Fд.п - площадь поперечного сечения этого дополнительного патрубка; открытый динамический срез выходного патрубка размещен в середине выходной камеры, при этом часть патрубка, размещенная во второй дополнительной камере, снабжена участком сквозной перфорации, образующим совместно с камерой объемный резонатор, настроенный на частоту
где с - скорость звука;
Fотв - суммарная площадь отверстий перфорации;
h - "толщина" отверстия перфорации учетом присоединенной массы газа;
Vк - объем камеры 10.The essence of the invention lies in the fact that in the known silencer of the exhaust exhaust of an internal combustion engine comprising a cylindrical body with end walls, in which four successive chambers are formed by transverse partitions: inlet, outlet and two additional, coaxially arranged inlet and outlet pipes and axially arranged and intermediate pipes placed on both sides of the axis of the housing, the cavity of the pipes being connected to the chamber cavities by means of their open sections and through perforated sections, additional chambers are located on the side of the outlet chamber, the length of the inlet chamber is at least twice the length of the outlet chamber; the beginning of the perforation section along the gas flow in the inlet pipe is located in the zone of the center of gravity of the inlet chamber volume, while the total section of the section perforation holes is (1.5-1.7) F pp , where F pp is the cross-sectional area inlet pipe; an open dynamic section of one of the intermediate pipes is located in the cavity of the inlet chamber, at distances 1/4 of the length of the chamber from its end wall, while the second end of the pipe is located in the cavity of the additional chamber adjacent to the outlet chamber, and is equipped with a section of through perforation, the beginning of which along the gas stream is located in the middle of the named additional chamber; an open dynamic slice of the second intermediate pipe is placed in the aforementioned additional chamber, at a distance of 1/4 of its length from the transverse partition forming the second additional chamber, and the opposite end of the pipe is placed in the output chamber and is equipped with a through perforation section, the total opening area of which is (1 , 5-1.7) F d.s. , where F d.s. - the cross-sectional area of this additional pipe; an open dynamic section of the outlet pipe is located in the middle of the output chamber, while a portion of the pipe located in the second additional chamber is equipped with a through-hole perforation section, which together with the chamber forms a cavity resonator tuned to the frequency
where c is the speed of sound;
F holes - the total area of the bores;
h is the "thickness" of the perforation hole given the attached mass of gas;
V to - the volume of the chamber 10.
Сущность изобретения поясняется на чертеже, где показан заявляемый глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания. The invention is illustrated in the drawing, which shows the inventive silencer noise of the exhaust of an internal combustion engine.
Глушитель выхлопа двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндрический корпус 1 с торцевыми стенками 2 и 3, в котором посредством поперечных перегородок 4, 5 и 6 образованы четыре камеры: входная 7, выходная 8 и две дополнительные 9 и 10, соосно расположенные подводящий 11 и отводящий 12 патрубки и аксиально расположенные и размещенные по обе стороны от оси корпуса промежуточные патрубки 13 и 14, причем полости патрубков подключены к полостям камер посредством своих "открытых динамических срезов" и сквозных перфорированных участков ("мнимых срезов"). Дополнительные камеры расположены со стороны выходной камеры, длина входной камеры 7 по крайней мере вдвое превышает длину выходной камеры 8; начало участка перфорации 15 ("мнимый динамический срез") по ходу потока газа в подводящем патрубке 11 размещено в зоне центра тяжести объема входной камеры 7, при этом суммарное сечение отверстий перфорации участка составляет 1,5-1,7 Fп.п, где Fп.п - площадь поперечного сечения подводящего патрубка 11; открытый динамический срез 16 промежуточного патрубка 13 расположен в полости входной камеры 7, на расстоянии 1/4 длины камеры от ее торцевой стенки 2, при этом второй конец названного патрубка расположен в полости дополнительной камеры 9, примыкающей к выходной камере 8, и снабжен участком сквозной перфорации, начало которого 17, по ходу газового потока, расположено в середине названной дополнительной камеры 9; открытый динамический срез 18 второго промежуточного патрубка 14 размещен в упомянутой дополнительной камере 9, на расстоянии 1/4 ее длины от поперечной перегородки 6, образующей вторую дополнительную камеру 10, а противоположный конец названного патрубка размещен в выходной камере 8 и снабжен участком сквозной перфорации 19, суммарная площадь отверстий которой составляет 1,5. ..1,7 Fд.п, где Fд.п - площадь поперечного сечения этого дополнительного патрубка 14; открытый динамический срез 20 выходного патрубка 12 размещен в середине выходной камеры 8, при этом часть патрубка 12, размещенная в дополнительной камере 10, снабжена участком сквозной перфорации 21, образующим совместно с полостью камеры 10 объемный резонатор, настроенный на частоту
где с - скорость звука;
Fотв - суммарная площадь отверстий перфорации;
h - "толщина" отверстия перфорации учетом присоединенной массы газа;
Vк - объем камеры 10.The exhaust silencer of an internal combustion engine comprises a cylindrical body 1 with end walls 2 and 3, in which four chambers are formed by transverse partitions 4, 5 and 6: inlet 7, outlet 8 and two additional 9 and 10, coaxially arranged inlet 11 and outlet 12 nozzles and intermediate nozzles 13 and 14 axially located and placed on both sides of the housing axis, the cavity of the nozzles being connected to the chamber cavities by means of their “open dynamic sections” and through perforated sections (“imaginary sections in "). Additional cameras are located on the side of the output chamber, the length of the input chamber 7 is at least twice the length of the output chamber 8; the beginning of the perforation section 15 ("imaginary dynamic cut") along the gas flow in the inlet pipe 11 is located in the zone of the center of gravity of the volume of the inlet chamber 7, while the total section of the perforation holes of the section is 1.5-1.7 F pp , where F pp - the cross-sectional area of the inlet pipe 11; an open dynamic slice 16 of the intermediate pipe 13 is located in the cavity of the inlet chamber 7, at a distance 1/4 of the length of the chamber from its end wall 2, while the second end of the pipe is located in the cavity of the additional chamber 9 adjacent to the output chamber 8, and is equipped with a through section perforation, the beginning of which 17, along the gas stream, is located in the middle of the named additional chamber 9; an open dynamic slice 18 of the second intermediate pipe 14 is placed in the aforementioned additional chamber 9, at a distance 1/4 of its length from the transverse partition 6 forming the second additional chamber 10, and the opposite end of the named pipe is placed in the output chamber 8 and provided with a section of through perforation 19, the total area of the holes of which is 1.5. ..1,7 F dp , where F dp - the cross-sectional area of this additional pipe 14; an open dynamic slice 20 of the output pipe 12 is located in the middle of the output chamber 8, while a part of the pipe 12 located in the additional chamber 10 is provided with a section of through perforation 21, which together with the cavity of the chamber 10 forms a volume resonator tuned to the frequency
where c is the speed of sound;
F holes - the total area of the bores;
h is the "thickness" of the perforation hole given the attached mass of gas;
V to - the volume of the chamber 10.
Работает глушитель обычным образом. The muffler works in the usual way.
Поток выхлопных газов из подводящего патрубка 11 через отверстия 15 перфорированного участка поступает в входную камеру 7, где происходит его расширение, сопровождающееся частичной потерей звуковой энергии. Из камеры 7 выхлопные газы через открытый динамический срез 16 промежуточного патрубка 13 поступают в полость дополнительной камеры 9, где происходит вторичное расширение уже частично ослабленного потока газов, с соответствующим ослаблением звука. Из дополнительной камеры 9 через открытый динамический срез 18 второго промежуточного патрубка 14 и через отверстия перфорированного участка 19 выхлопные газы попадают в выходную камеру 8, где в очередной раз происходит расширение потока газов и потеря им звуковой энергии. Из выходной камеры 8 через открытый динамический срез 20 выходного патрубка 12 поток выхлопных газов направляется в сторону выхода в окружающую среду, достигая при этом участка перфорации 21, расположенного в дополнительной камере 10, т.е. в зону действия объемного резонатора, образованного полостью камеры 10 и отверстиями перфорации участка 21 и настроенного на подавление низких частот, которые не были заглушены предыдущими камерами глушителя. The flow of exhaust gases from the inlet pipe 11 through the holes 15 of the perforated section enters the inlet chamber 7, where it expands, accompanied by a partial loss of sound energy. From the chamber 7, the exhaust gases through the open dynamic section 16 of the intermediate pipe 13 enter the cavity of the additional chamber 9, where the secondary expansion of the already partially attenuated gas flow occurs, with a corresponding attenuation of sound. From the additional chamber 9 through the open dynamic section 18 of the second intermediate pipe 14 and through the openings of the perforated section 19, the exhaust gases enter the outlet chamber 8, where once again the gas flow expands and it loses sound energy. From the output chamber 8, through an open dynamic slice 20 of the outlet pipe 12, the exhaust gas flow is directed towards the outlet to the environment, while reaching the perforation section 21 located in the additional chamber 10, i.e. into the zone of action of the volume resonator formed by the cavity of the chamber 10 and the perforation holes of section 21 and configured to suppress low frequencies that were not drowned out by previous silencer chambers.
Набегающие из подводящего патрубка волны возбуждают на входе в камеру (любую из представленных в конструкции глушителя четырех камер) колебания объемного расхода воздуха, которые, в свою очередь, возбуждают в ней (камере) звуковое давление. Амплитуда пропущенной волны равна среднему давлению у среза отводящего для этой камеры патрубка и определяется в основном передаточной функцией объема камеры. На низких частотах, для которых наибольший линейный размер камеры меньше 1/4 длины волны, звуковое давление во всех точках камеры почти одинаково и она работает как акустическая емкость. Звуковое давление в камере и передача звука через нее (камеру) тем меньше, чем меньшее количество газа попадает за половину периода колебаний, т.е. чем выше частота колебаний и чем больше объем камеры. Для камеры достаточно большого объема большая часть энергии набегающих волн отражается в подводящий патрубок (обратно к источнику). На частотах, для которых длины волн соизмеримы с геометрическими размерами камеры, звуковое давление распределено по камере существенно неравномерно и равно сумме давлений в собственных формах (модах) колебаний объема. Передаточная функция для этих частот имеет резонансный характер. Каждой собственной моде камеры соответствует своя собственная частота. При приближении частоты возбуждения к последней (частоте моды) в камере возбуждаются резонансные колебания, нежелательно увеличивающие передачу звука. Характеристики камерных отражателей звука могут быть существенно улучшены путем подавления резонансных передач звука на указанных выше низших резонансных частотах. При этом характеристики камеры в частотной области, в которой выявлены и ослаблены (устранены) резонансные передачи, приближаются к характеристикам акустической емкости. The waves incident from the inlet pipe excite at the entrance to the chamber (any of the four chambers presented in the silencer design) volumetric air flow oscillations, which, in turn, excite sound pressure in it (the chamber). The amplitude of the transmitted wave is equal to the average pressure at the cutoff of the branch pipe for this chamber and is determined mainly by the transfer function of the chamber volume. At low frequencies, for which the largest linear size of the camera is less than 1/4 of the wavelength, the sound pressure at all points of the camera is almost the same and it works like an acoustic capacitance. The sound pressure in the chamber and the transmission of sound through it (the chamber) is the smaller, the smaller the amount of gas that falls over half the oscillation period, i.e. the higher the oscillation frequency and the larger the chamber volume. For a chamber of a sufficiently large volume, most of the energy of the incident waves is reflected in the inlet pipe (back to the source). At frequencies for which the wavelengths are commensurate with the geometric dimensions of the chamber, the sound pressure is distributed unevenly throughout the chamber and is equal to the sum of the pressures in the natural forms (modes) of volume fluctuations. The transfer function for these frequencies is resonant in nature. Each camera's own mode corresponds to its own frequency. When the excitation frequency approaches the last (mode frequency), resonant oscillations are excited in the chamber, which undesirably increase the sound transmission. The characteristics of chamber sound reflectors can be significantly improved by suppressing resonant sound transmissions at the lower resonant frequencies indicated above. In this case, the characteristics of the camera in the frequency domain in which resonant transmissions are detected and attenuated (eliminated) are close to the characteristics of the acoustic capacitance.
Для реализации таких камер в заявляемом глушителе использованы конструктивные приемы, включающие уменьшение возбудимости камер и передачу звука за счет размещения открытых срезов патрубков - реальных динамических, когда геометрические срезы смещены противоположно газовому потоку на расстояние примерно 0,3 диаметров патрубков, от узлов колебаний низших собственных мод камеры, для компенсации дополнительных акустических полей, связанных в том числе и с наличием самого патрубка в объеме камеры. To implement such chambers in the inventive silencer, design methods were used, including reducing the excitability of the chambers and transmitting sound by placing open sections of the pipes — real dynamic ones, when the geometric sections are offset opposite to the gas flow by a distance of about 0.3 pipe diameters from the vibration nodes of the lower eigenmodes cameras to compensate for additional acoustic fields, including those associated with the presence of the pipe itself in the chamber volume.
Заявляемый глушитель построен таким образом, что во всех его камерах срезы патрубков - динамические или мнимые (начало участка перфорации по ходу газового потока), по которым поток газа подводится или отводится из соответствующей камеры, размещены в узловых зонах низших собственных резонансных форм колебаний газового объема, заключенного в полости соответствующей камеры. Поэтому названные моды не возбуждаются, поскольку давление в этих модах в зоне возбуждения близко к нулевому значению (теоретически равно нулю). Пульсирующие газовые потоки на срезе входных патрубков при этом не испытывают соответствующего сопротивления и не передают, в связи с этим, энергии соответствующим модам. The inventive silencer is constructed in such a way that in all its chambers the sections of the nozzles are dynamic or imaginary (the beginning of the perforation section along the gas stream), along which the gas stream is supplied or removed from the corresponding chamber, located in the nodal zones of the lower intrinsic resonant forms of gas volume oscillations, prisoner in the cavity of the corresponding chamber. Therefore, these modes are not excited, since the pressure in these modes in the excitation zone is close to zero (theoretically equal to zero). At the same time, pulsating gas flows at the inlet section of the nozzles do not experience the corresponding resistance and do not, therefore, transfer energy to the corresponding modes.
Выполнение полости входной камеры 7 значительного объема (более чем вдвое превышающего объем выходной камеры 8) позволяет целенаправленно увеличить амплитуду заглушения шума в начальной стадии работы глушителя, особенно в зоне средних и низких частот, что благоприятно сказывается как на заглушении газодинамического шума в целом, так и на ослаблении структурного возбуждения стенок корпуса глушителя и частичном уменьшении гидравлических сопротивлений глушителя. The implementation of the cavity of the input chamber 7 of a significant volume (more than twice the volume of the output chamber 8) allows you to deliberately increase the amplitude of noise damping in the initial stage of operation of the muffler, especially in the middle and low frequencies, which favorably affects both the damping of gas-dynamic noise in general and the weakening of the structural excitation of the walls of the silencer housing and a partial decrease in the hydraulic resistance of the silencer.
Claims (1)
где с - скорость звука;
Fотв - суммарная площадь отверстий перфорации;
h - "толщина" отверстия перфорации с учетом присоединенной массы газа;
Vк - объем камеры 10.An exhaust silencer for an internal combustion engine comprising a cylindrical body with end walls, in which four successive chambers are formed by transverse baffles: an inlet, outlet, and two additional inlet and outlet pipes coaxially located and intermediate pipes located axially and placed on both sides of the body axis moreover, the cavity of the nozzles are connected to the cavity of the chambers through their open sections and through perforated sections, characterized in that body chambers are located on the side of the outlet chamber, the length of the inlet chamber is at least twice the length of the outlet chamber, the beginning of the perforation section along the gas flow in the inlet pipe is located in the center of gravity of the inlet chamber volume, and the total section of the section perforation holes is ( 1.5-1.7) F pp , where F pp is the cross-sectional area of the inlet pipe, an open dynamic section of one of the intermediate pipes is located in the cavity of the inlet chamber at a distance of 1/4 of the length of the chamber from its end tenki, while the second end of the named pipe is located in the cavity of the additional chamber adjacent to the outlet chamber, and is equipped with a section of perforation, the beginning of which, along the gas stream, is located in the middle of the said additional chamber, an open dynamic section of the second intermediate pipe is placed in the said chamber , at a distance of 1/4 of its length from the transverse septum forming the second additional chamber, and the opposite end of the named pipe is placed in the output chamber and is equipped with a squaw section heat perforation, the total area of the holes of which is (1.5-1.7) F dp , where F dp is the cross-sectional area of this additional pipe, an open dynamic section of the output pipe is placed in the middle of the output chamber, while part of the pipe placed in the second additional chamber, equipped with a section of perforation, forming together with the camera a volume resonator tuned to a frequency
where c is the speed of sound;
F holes - the total area of the bores;
h is the "thickness" of the perforation hole, taking into account the attached mass of gas;
V to - the volume of the chamber 10.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99122441/06A RU2191268C2 (en) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Internal combustion engine muffler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99122441/06A RU2191268C2 (en) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Internal combustion engine muffler |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99122441A RU99122441A (en) | 2001-08-10 |
| RU2191268C2 true RU2191268C2 (en) | 2002-10-20 |
Family
ID=20226206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99122441/06A RU2191268C2 (en) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Internal combustion engine muffler |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2191268C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2577673C2 (en) * | 2010-11-04 | 2016-03-20 | Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК | Resonator for split-flow exhaust system and method of its operation |
| CN105569773A (en) * | 2015-11-05 | 2016-05-11 | 潘泉方 | Exhaust silencer of diesel engine or internal combustion engine |
| RU2719886C1 (en) * | 2017-04-04 | 2020-04-23 | Бомбардье Рекриэйшенел Продактс Инк. | Silencer for internal combustion engine |
-
1999
- 1999-10-26 RU RU99122441/06A patent/RU2191268C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВОЛГИН С.Н. и др. Цветной иллюстрированный альбом. Автомобили ВАЗ - 2110, ВАЗ-2111, ВАЗ-2112 и их модификации. - М.: Третий Рим, 1998, с.30-31. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2577673C2 (en) * | 2010-11-04 | 2016-03-20 | Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК | Resonator for split-flow exhaust system and method of its operation |
| CN105569773A (en) * | 2015-11-05 | 2016-05-11 | 潘泉方 | Exhaust silencer of diesel engine or internal combustion engine |
| RU2719886C1 (en) * | 2017-04-04 | 2020-04-23 | Бомбардье Рекриэйшенел Продактс Инк. | Silencer for internal combustion engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5365025A (en) | Low backpressure straight-through reactive and dissipative muffler | |
| US5350888A (en) | Broad band low frequency passive muffler | |
| EP2472076A1 (en) | Exhaust device for internal combustion engine | |
| US4046219A (en) | Exhaust silencer apparatus for internal combustion engine | |
| US5200582A (en) | Passive muffler for low pass frequencies | |
| US4124092A (en) | Muffler for automobiles | |
| CA1083486A (en) | Louver flow muffler | |
| RU2191268C2 (en) | Internal combustion engine muffler | |
| RU114727U1 (en) | EXHAUST GAS NOISE MUFFLER | |
| RU2192548C2 (en) | Internal combustion engine multichamber muffler | |
| RU2281405C1 (en) | Multisectional silencer | |
| JPS62500673A (en) | Improved silencer | |
| JP2009197751A (en) | Sound absorber | |
| RU2191269C2 (en) | Internal combustion engine muffler | |
| KR101091938B1 (en) | Muffler for Engine Waste Gas with Reduction Means for Jet Noise | |
| JP2515905Y2 (en) | Silencer | |
| RU2172846C2 (en) | Internal combustion engine exhaust muffler | |
| RU55037U1 (en) | MULTI-CAMERA NOISE MUFFLER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
| KR101693887B1 (en) | Muffler with multi-resonator for construction equipment | |
| RU55873U1 (en) | INTERNAL COMBUSTION ENGINE EXHAUST SILENCER | |
| RU195483U1 (en) | Muffler | |
| RU61350U1 (en) | INTERNAL COMBUSTION ENGINE EXHAUST SILENCER | |
| RU56963U1 (en) | MULTI-CHAMBER NOISE SILENCER EXHAUST GASES OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF A WHEELED VEHICLE | |
| SU1359444A1 (en) | Exhaust noise muffler of internal combustion engine | |
| RU2282730C2 (en) | Exhaust muffler of internal combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051027 |