RU2224896C2

RU2224896C2 - Muffler for internal combustion engine

Info

Publication number: RU2224896C2
Application number: RU2002113423/06A
Authority: RU
Inventors: Н.Л. Ковалищенко; Н.И. Коровкин; В.Н. Коровкин
Original assignee: Ковалищенко Николай Леонидович; Коровкин Николай Иванович; Коровкин Валерий Николаевич
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2004-02-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: proposed muffler has cylindrical hollow housing, three cross partitions forming four chambers in housing, central intake pipe coupling engine exhaust manifold with second chamber, coaxial pipe installed on cross partitions and connecting first chamber with fourth chamber and provided with side holes in zone of second chamber, and central outlet pipe projecting from third chamber and provided with side holes in zone of fourth chamber. Each of three partitions is provided with one or several perforation holes, central intake pipe is provided with side hole in zone of first chamber of cylindrical hollow housing, and central outlet pipe is provided with side hole in zone of third chamber. Intake pipe in zone of second chamber and coaxial pipe in zone of fourth chamber are provided with additional side holes. EFFECT: reduced noise level. 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к глушителям шума с дросселированием потока выхлопных газов. The invention relates to internal combustion engines, in particular to silencers with throttling of the exhaust gas stream.

Известен глушитель выхлопа для двигателей внутреннего сгорания с дросселированием потока выхлопных газов, описанный в патенте США 4253542 [1], принадлежащем итальянской фирме "ФИАТ". Этот глушитель содержит полый цилиндрический корпус, перегородку, образующую в полости корпуса две цилиндрические камеры, центральную впускную трубу, связывающую выхлопной тракт двигателя с первой камерой, и центральную выпускную трубу, которая соединяет вторую камеру с атмосферой. Связь между первой и второй камерой обеспечивают четыре коаксиальные патрубка в перегородке, равнорасположенные по периферийной окружности. Выхлопные газы, попадая из впускной трубы в первую расширительную камеру, теряют свою скорость, затем, отражаясь от центральной части перегородки, движутся встречно последующим порциям выхлопных газов, вновь гасят свою и их скорость и, благодаря четырем патрубкам, вмонтированным в перегородку и равнорасположенным по ее периферии, распадаются (дросселируются) во второй расширительной камере на четыре менее мощных потока, которые, отражаясь от торцевой стенки корпуса, встречаются с последующими порциями выхлопных газов и выходят через выпускную трубу в атмосферу. Такой глушитель не обеспечивает эффективного глушения шума выхлопных газов из-за недостаточной длины пути газов от входного до выпускного отверстия. Увеличение числа камер и удлинение лабиринтного пути выхлопных газов приводит к существенному снижению их звуковой мощности, но при этом возникают большие потери мощности двигателя внутреннего сгорания из-за противодавления, образующегося в таких глушителях. Known exhaust silencer for internal combustion engines with throttling of the exhaust gas flow described in US patent 4253542 [1], owned by the Italian company "FIAT". This silencer comprises a hollow cylindrical body, a partition forming two cylindrical chambers in the body cavity, a central inlet pipe connecting the exhaust duct of the engine to the first chamber, and a central exhaust pipe that connects the second chamber to the atmosphere. The connection between the first and second chamber is provided by four coaxial nozzles in the partition, equally spaced around the peripheral circumference. Exhaust gases falling from the inlet pipe into the first expansion chamber lose their speed, then, being reflected from the central part of the partition, they move counter to subsequent portions of exhaust gases, again quench their and their speed and, thanks to four nozzles mounted in the partition and equally spaced along it periphery, decompose (throttle) in the second expansion chamber into four less powerful flows, which, reflected from the end wall of the housing, meet with subsequent portions of exhaust gases and exit through usknuyu pipe into the atmosphere. Such a silencer does not provide effective silencing of exhaust gas noise due to the insufficient length of the path of the gases from the inlet to the outlet. An increase in the number of chambers and lengthening of the labyrinth path of exhaust gases leads to a significant reduction in their sound power, but at the same time there are large losses in the power of the internal combustion engine due to backpressure generated in such silencers.

Как показал опыт эксплуатации, четыре камеры являются оптимальным количеством для глушителей с дросселированием потока выхлопных газов. К четырехкамерным относится глушитель, описанный в патенте России 2172847 [2]. Данный глушитель шума выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания содержит полый цилиндрический корпус, три поперечные перегородки, образующие в полости корпуса четыре последовательные камеры, центральную впускную трубу, связывающую выхлопной тракт двигателя со второй камерой, коаксиальную трубу, установленную на поперечных перегородках, исходящую из первой камеры и имеющую боковые отверстия в зоне второй камеры, и центральную выпускную трубу, исходящую из третьей камеры и имеющую боковые отверстия в зоне четвертой камеры. Коаксиальная труба в зоне третьей камеры закрыта заглушкой, а поверхность трубы и в этой зоне снабжена боковыми отверстиями. Данная конструкция глушителя создает такой путь прохождения выхлопных газов от впускного отверстия до выпускного, при котором поток выхлопных газов дважды изменяет свое направление на противоположное. As shown by operating experience, four chambers are the optimal amount for silencers with throttling of the exhaust gas flow. A four-chamber silencer is described in Russian patent 2172847 [2]. This exhaust silencer of internal combustion engines contains a hollow cylindrical body, three transverse partitions forming four successive chambers in the body cavity, a central inlet pipe connecting the exhaust duct of the engine to the second chamber, a coaxial pipe mounted on the transverse partitions, coming from the first chamber and having side openings in the region of the second chamber, and a central exhaust pipe emanating from the third chamber and having side openings in the region of the fourth chamber. The coaxial pipe in the area of the third chamber is closed by a plug, and the surface of the pipe in this area is also provided with side openings. This design of the silencer creates such a path of exhaust gases from the inlet to the exhaust, in which the exhaust stream twice reverses its direction.

Однако и глушитель по патенту России 2172847 не обеспечивает достаточное снижение уровня глушения шума. However, the silencer according to the patent of Russia 2172847 does not provide a sufficient reduction in the level of noise suppression.

Задачей заявляемого технического решения является создание глушителя, в котором поток выхлопных газов, дважды изменяя свое направление на противоположное, дополнительно смешивался бы со встречными потоками выхлопных газов. Это позволит снизить уровень шума до 77 дБА без значительного влияния на мощность двигателя внутреннего сгорания. The objective of the proposed technical solution is to create a silencer in which the exhaust gas stream, twice changing its direction to the opposite, would be additionally mixed with oncoming exhaust gas flows. This will reduce the noise level to 77 dBA without significantly affecting the power of the internal combustion engine.

Задача решается тем, что в известном глушителе выхлопа для двигателей внутреннего сгорания (содержащем полый цилиндрический корпус, три поперечные перегородки, образующие в полости корпуса четыре последовательные камеры, центральную впускную трубу, связывающую выхлопной тракт двигателя со второй камерой, коаксиальную трубу, установленную на поперечных перегородках, исходящую из первой камеры и имеющую боковые отверстия в зоне второй камеры, и центральную выпускную трубу, исходящую из третьей камеры и имеющую боковые отверстия в зоне четвертой камеры) коаксиальная труба соединяет первую камеру с четвертой, каждая из трех перегородок имеет одно или несколько перфорационных отверстий, центральная впускная труба имеет боковое отверстие в зоне первой камеры полого цилиндрического корпуса, а центральная выпускная труба имеет боковое отверстие в зоне третьей камеры. The problem is solved in that in the known exhaust silencer for internal combustion engines (containing a hollow cylindrical body, three transverse partitions forming four successive chambers in the body cavity, a central inlet pipe connecting the engine exhaust tract to the second chamber, a coaxial pipe mounted on the transverse partitions emanating from the first chamber and having side openings in the region of the second chamber, and a central exhaust pipe emanating from the third chamber and having side openings in the zone The Fourth chamber) coaxial tube connects the first chamber with the fourth, each of the three partitions has one or more perforations, the central tube has an inlet side opening of the first chamber area of the hollow cylindrical body and a central outlet tube has a lateral opening in the third zone of the chamber.

При этом впускная труба в зоне второй камеры и коаксиальная труба в зоне четвертой камеры имеют дополнительные боковые отверстия. In this case, the inlet pipe in the zone of the second chamber and the coaxial pipe in the zone of the fourth chamber have additional side openings.

При прохождении выхлопных газов через такой глушитель в его трубах и цилиндрических камерах происходит дросселирование и смешение частей потоков, изменение их направлений, что и приводит к эффективному снижению звукового давления в результате затрат энергии потоков на вихревые образования и их взаимодействия. When exhaust gases pass through such a muffler in its pipes and cylindrical chambers, throttling and mixing of parts of the flows occurs, their directions change, which leads to an effective reduction in sound pressure as a result of the flow energy spent on vortex formations and their interaction.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на в продольном разрезе изображен глушитель шума выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, реализующий настоящее изобретение. The invention is illustrated in the drawing, in which a longitudinal section shows a silencer of exhaust gases of internal combustion engines that implements the present invention.

Глушитель содержит полый цилиндрический корпус 1, три поперечные перегородки 2, 3 и 4, образующие в полости корпуса четыре последовательные камеры А, Б, В и Г, расположенную соосно цилиндрическому полому корпусу 1 центральную впускную трубу 5, установленную на поперечных перегородках 2, 3 и 4 коаксиальную трубу 6, имеющую боковые отверстия 7 и 16 в зоне второй камеры Б и четвертой камеры Г соответственно, и расположенную соосно цилиндрическому полому корпусу 1 центральную выпускную трубу 8, имеющую боковые отверстия 15 и 9 в зоне третьей камеры В и четвертой камеры Г соответственно. Центральная впускная труба 5 связывает выхлопной тракт двигателя со второй камерой Б корпуса 1. Для этого она жестко прикреплена к первому основанию корпуса 1 и к перегородке 2. При этом центральная впускная труба 5 имеет боковое отверстие 13 в зоне первой камеры А полого цилиндрического корпуса 1 и боковое отверстие 14 в зоне второй камеры. При этом под каждым из боковых отверстий 14, 15 и 16 может пониматься одно отверстие, но большого сечения, или несколько равнорасположенных малых отверстий по периферии соответствующих труб 5, 8 и 6, суммарное сечение которых равно одному большому. Центральная выпускная труба 8 жестко прикреплена к перегородке 4 и ко второму основанию цилиндрического полого корпуса 1, благодаря чему связывает третью камеру В с атмосферой. Коаксиальная труба 6, ось которой параллельна осям полого цилиндрического корпуса 1, впускной и выпускной труб 5 и 8 соединяет первую камеру А с четвертой камерой Г. Каждая из трех перегородок имеет перфорационные отверстия 10, 11 и 12, обеспечивающие связь всех четырех камер А, Б, В и Г друг с другом. The muffler comprises a hollow cylindrical body 1, three transverse partitions 2, 3 and 4, forming four successive chambers A, B, C and D in the body cavity, a central inlet pipe 5 located coaxially to the cylindrical hollow body 1, mounted on the transverse partitions 2, 3 and 4, a coaxial pipe 6 having side openings 7 and 16 in the region of the second chamber B and the fourth chamber D, respectively, and located centrally to the central exhaust pipe 8, coaxially aligned with the cylindrical hollow body 1, having side openings 15 and 9 in the region of the third chamber B and Twisted chamber G, respectively. The Central inlet pipe 5 connects the exhaust duct of the engine with the second chamber B of the housing 1. For this, it is rigidly attached to the first base of the housing 1 and to the partition 2. In this case, the central intake pipe 5 has a side opening 13 in the region of the first chamber A of the hollow cylindrical housing 1 and side hole 14 in the area of the second chamber. Moreover, under each of the side holes 14, 15 and 16, one hole, but of a large section, or several equally spaced small holes along the periphery of the corresponding pipes 5, 8 and 6, the total cross section of which is equal to one large, can be understood. The central exhaust pipe 8 is rigidly attached to the baffle 4 and to the second base of the cylindrical hollow body 1, thereby connecting the third chamber B to the atmosphere. A coaxial pipe 6, the axis of which is parallel to the axes of the hollow cylindrical body 1, inlet and outlet pipes 5 and 8 connects the first chamber A to the fourth chamber G. Each of the three partitions has perforations 10, 11 and 12, which provide communication between all four chambers A, B , B and D with each other.

Глушитель работает следующим образом. Отработавшие выхлопные газы поступают в полость цилиндрического корпуса 1 через впускную трубу 5, которая распределяет поток газов на три части: наибольшая часть формируется основным отверстием трубы 5 и направляется вдоль оси впускной трубы 5 во вторую камеру Б, а два других, меньших - боковыми отверстиями 13 и 14 и направляются перпендикулярно оси впускной трубы 5 в первую и вторую камеры А и Б соответственно. Величины газовых потоков пропорциональны сечениям соответствующих отверстий. Выхлопные газы, оказавшиеся во второй камере Б, в свою очередь, также дросселируются, расчленяются на три части и попадают в три разные камеры: основная часть газа, отражаясь от перегородки 3, попадает в первую камеру А через отверстие 10 в перегородке 2, совершая таким образом полный оборот против часовой стрелки; вторая (меньшая) часть газов через отверстие 11 в перегородке 3 попадает в третью камеру В, а третья часть - через боковые отверстия 7 в коаксиальной трубе 6 увлекается в четвертую камеру Г, где распадается на два потока: один, основной - вдоль оси коаксиальной трубы 6, а второй, дополнительный, через боковые отверстия 16 - перпендикулярно оси трубы 6. В камере Г поток газов, исходящих из коаксиальной трубы 6, вновь дросселируется, разделяясь на две части, одна из которых через боковые отверстия 9 в выпускной трубе 8 устремляется в атмосферу, а другая - через отверстия 12 в перегородке 4 попадает в камеру В, совершив второй оборот против часовой стрелки. В камере В этот поток смешивается со встречным потоком выхлопных газов, проникающим в камеру В через отверстие 11 в перегородке 3 из камеры Б. Энергия двух встречных потоков расходуется на соударение и смешение, после чего ослабленный поток газов вытесняется в выпускную трубу 8 через основное ее отверстие и через боковое отверстие 15. В выпускной трубе 8 этот поток дополнительно смешивается с потоком газов, вошедших через боковые отверстия 9 выпускной трубы 8, и также выходит в атмосферу. The muffler works as follows. Exhaust exhaust gases enter the cavity of the cylindrical body 1 through the inlet pipe 5, which distributes the gas flow into three parts: the largest part is formed by the main hole of the pipe 5 and is directed along the axis of the inlet pipe 5 into the second chamber B, and the other two, smaller ones, by the side openings 13 and 14 and are directed perpendicular to the axis of the inlet pipe 5 into the first and second chambers A and B, respectively. The values of gas flows are proportional to the cross sections of the corresponding holes. The exhaust gases trapped in the second chamber B, in turn, are also throttled, divided into three parts and fall into three different chambers: the main part of the gas, reflected from the partition 3, enters the first chamber A through the hole 10 in the partition 2, making way full revolution counterclockwise; the second (smaller) part of the gases through the hole 11 in the baffle 3 enters the third chamber B, and the third part - through the side holes 7 in the coaxial pipe 6 is carried into the fourth chamber G, where it splits into two streams: one, the main - along the axis of the coaxial pipe 6, and the second, additional, through the lateral openings 16 is perpendicular to the axis of the pipe 6. In chamber D, the flow of gases emanating from the coaxial pipe 6 is throttled again, being divided into two parts, one of which rushes into the exhaust pipe 8 atmosphere and the other Erez openings 12 in the partition wall 4 into chamber B, obvious second turn counterclockwise. In the chamber B, this flow is mixed with the oncoming exhaust gas flow entering the chamber B through the hole 11 in the partition 3 from the chamber B. The energy of the two opposing flows is spent on collision and mixing, after which the attenuated gas flow is displaced into the exhaust pipe 8 through its main opening and through the side opening 15. In the exhaust pipe 8, this stream is additionally mixed with the flow of gases entering through the side openings 9 of the exhaust pipe 8, and also enters the atmosphere.

Испытания глушителя, изготовленного с использованием настоящего изобретения, приведенные в таблице, показывают, что уровень внешнего шума, излучаемого неподвижным легковым автомобилем, на 9 дБА ниже, чем уровень внешнего шума при использовании на том же автомобиле глушителя по патенту России 2172847. The tests of the silencer manufactured using the present invention, shown in the table, show that the level of external noise emitted by a stationary passenger car is 9 dBA lower than the level of external noise when a silencer is used on the same car according to Russian patent 2172847.

ЛИТЕРАТУРА
1. G. Ruspa et al (Fiat S. p. A.). Exhaust silencer for earth moving machines. US Patent 4253542, US C1. 181/272, publ. Mar. 3, 1981.LITERATURE
1. G. Ruspa et al (Fiat S. p. A.). Exhaust silencer for earth moving machines. US Patent 4253542, US C1. 181/272, publ. Mar. 3, 1981.

2. Коровкин Н. И. и др. (ОАО "Машиностроитель"). Глушитель шума двигателей внутреннего сгорания. Патент РФ 2172847, МПК: F 01 N 1/08, опубл. 27 августа 2001. 2. Korovkin N.I. et al. (OAO Mashinostroitel). Silencer for internal combustion engines. RF patent 2172847, IPC: F 01 N 1/08, publ. August 27, 2001.

Claims

1. An exhaust muffler for internal combustion engines, comprising a hollow cylindrical body, three transverse partitions forming four chambers in the body cavity, a central inlet pipe connecting the engine exhaust path to the second chamber, a coaxial pipe mounted on the transverse partitions, emanating from the first chamber and having side openings in the region of the second chamber, and a central exhaust pipe emanating from the third chamber and having side openings in the region of the fourth chamber, characterized in that a pipe connects the first chamber to the fourth, each of the three partitions has one or more perforations, the central inlet pipe has a side hole in the region of the first chamber of the hollow cylindrical body, and the central outlet pipe has a side hole in the region of the third chamber.

2. The exhaust silencer for internal combustion engines according to claim 1, characterized in that the intake pipe in the area of the second chamber and the coaxial pipe in the area of the fourth chamber have additional side openings.