RU2322592C2

RU2322592C2 - Internal combustion engine multichamber exhaust muffler

Info

Publication number: RU2322592C2
Application number: RU2005114326/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Ильич Фесина (RU); Михаил Ильич Фесина; Евгений Владимирович Филин (RU); Евгений Владимирович Филин; Рудольф Натанович Старобинский (RU); Рудольф Натанович Старобинский
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2008-04-20
Also published as: RU2005114326A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: proposed multichamber muffler contains cylindrical housing of oval cross-section with end face walls in which adjacent intake and exhaust chambers are formed being divided by common partition, and coaxial intake and exhaust branch pipes. Exhaust branch pipe communicates with exhaust chamber through open straight cut, and intake branch pipe communicates with intake chamber through perforated holes. Two groups of compensating holes are made in common partition between intake and exhaust chambers which are arranged in zone of smaller axis of partition oval on its opposite sides and symmetrically relative to larger axis of partition oval. Arrangement of holes in each group is symmetrical relative to smaller axis of partition oval, and summary area of compensating holes F_perf is found from expression F_perf=0.25-0.3F_pipe is are of through section of muffler intake branch pipe.

EFFECT: improved noise damping efficiency.

16 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к многокамерным глушителям шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС).The invention relates to mechanical engineering, in particular engine manufacturing, and in particular to multi-chamber silencers of exhaust noise from internal combustion engines (hereinafter ICE).

Известны глушители шума выхлопа для ДВС с эффективным заглушением шума выхлопа, конструкции которых описаны в патентах РФ №№ 641140, 1245726, 1043329, 1019082, 1010306. Указанные конструкции глушителей шума выхлопа для ДВС содержат цилиндрический корпус овального сечения с торцевыми стенками, впускную и выпускную камеры, впускной и выпускной патрубки, срезы которых размещены соответственно внутри полостей впускной и выпускной камер. Перфорированная перегородка, разделяющая полость глушителя на впускную и выпускную камеры, выполнена с достаточно большой степенью перфорации, суммарная площадь отверстий в которой не менее чем в 1,5 раза больше площади поперечного сечения впускного патрубка и несет функции проводимости газов и звука из камеры в камеру с одновременными функциями шумоглушения за счет рассеивания звуковой энергии вследствие фрикционных потерь энергии звуковых колебаний при прохождении через отверстия. Такие глушители относительно просты в изготовлении, но недостаточно эффективны по шумозаглушению для выполнения современных требований более жестких стандартов на внешний и внутренний шум транспортных средств.Known exhaust silencers for internal combustion engines with effective silencing of exhaust noise, the designs of which are described in RF patents Nos. 641140, 1245726, 1043329, 1019082, 1010306. These exhaust silencers for internal combustion engines contain a cylindrical body of oval cross-section with end walls, intake and exhaust chambers , inlet and outlet nozzles, sections of which are placed respectively inside the cavities of the inlet and outlet chambers. The perforated partition dividing the silencer cavity into the inlet and outlet chambers is made with a sufficiently high degree of perforation, the total area of the openings in which is not less than 1.5 times the cross-sectional area of the inlet pipe and carries the function of conduction of gases and sound from the chamber to the chamber with simultaneous functions of sound attenuation due to the dispersion of sound energy due to frictional energy loss of sound vibrations when passing through holes. Such silencers are relatively simple to manufacture, but not sufficiently effective in noise suppression to meet modern requirements of more stringent standards for the external and internal noise of vehicles.

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 an internal combustion engine of a VAZ-2110 model range was adopted (see Volgin S.N. et al. Color illustrated album. VAZ-2110, VAZ-2111, VAZ-2112 cars and their modifications. M: Third Rome, 1998, p.30-31.)

Глушитель содержит четыре последовательные камеры для подавления шума в широкочастотном диапазоне, 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 muffler contains four sequential chambers for suppressing noise in the wide frequency range, an oval body limited by flat end walls. The cameras in the housing are formed by three transverse partitions and communicate with each other through 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 chamber silencer 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 muffler, which causes the corresponding acoustic design flaws (defects). As a result of this, corresponding “noise damping dips” or insufficient damping are formed in the characteristic of the damping at individual frequencies, which leads to a decrease in the acoustic efficiency of the structure as a whole. 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 damping and a tendency to mutual resonant excitation of the chambers.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении шумозаглушающей эффективности конструкции глушителя за счет увеличения рассеивания низкочастотной акустической энергии, в первую очередь - на основной частоте ″f″ выхлопа (рабочего процесса) в зоне оборотов максимального крутящего момента ДВС, где резонансное возбуждение основной моторной гармоники, как правило, является максимальным и, в связи с этим, особенно опасным, а сам режим работы - наиболее шумоактивным. Также заявляемая конструкция глушителя предусматривает некоторое уменьшение аэрогидродинамического сопротивления глушителя и, следовательно, увеличение наполнения цилиндров, улучшение эффективности протекания рабочего процесса ДВС и повышения его эффективной мощности и момента на коленчатом валу при комплектовании системы выпуска ДВС глушителем заявляемой конструкции.The technical result of the claimed invention is to increase the noise-suppressing efficiency of the silencer design by increasing the dispersion of low-frequency acoustic energy, primarily on the main frequency ″ f ″ of the exhaust (working process) in the speed zone of the maximum engine torque, where the resonant excitation of the main motor harmonic, as as a rule, it is maximum and, in this regard, especially dangerous, and the operating mode itself is the most noise-active. Also, the claimed design of the silencer provides for a certain decrease in the aero-hydrodynamic resistance of the silencer and, consequently, an increase in the filling of cylinders, an improvement in the efficiency of the internal combustion engine working process and an increase in its effective power and torque on the crankshaft when completing the ICE exhaust system with a silencer of the claimed design.

Указанный технический результат при осуществлении заявляемого изобретения достигается за счет выполнения сквозных компенсационных отверстий в общей перегородке (стенке) между впускной и выпускной камерами, связывающих эти две камеры таким образом, что, с одной стороны, они не так велики, чтобы разрушать акустическую настройку разделенных перегородкой отдельных камер (реализованную в прототипе), а с другой - уже достаточны для дополнительного эффективного рассеивания резонансных звуковых колебаний в глушителе, основанного на фрикционных потерях звуковой энергии в отверстиях перфорации перегородки и снижения аэрогидродинамических потерь в глушителе. Снижение аэрогидродинамических потерь в глушителе происходит за счет дополнительного перетекания избыточной части отработавших газов из впускной камеры через выполненные отверстия перфорации в перегородке в смежную выпускную камеру и по выпускному патрубку наружу в окружающую среду, что связано с частичным уменьшением давлений, (противодавлений) и скоростей истечения газового потока по основным путям транспортировки газа через глушитель.The specified technical result in the implementation of the claimed invention is achieved by making through compensation holes in the common partition (wall) between the inlet and outlet chambers connecting these two chambers in such a way that, on the one hand, they are not so large as to destroy the acoustic setting separated by a partition individual chambers (implemented in the prototype), and on the other hand, are already sufficient for additional effective dispersion of resonant sound vibrations in a silencer based on friction s sonic energy losses in partition holes and perforations reduce losses in fluidic muffler. The aero-hydrodynamic losses in the silencer are reduced due to the additional flow of the excess part of the exhaust gases from the inlet chamber through the perforations made in the baffle to the adjacent outlet chamber and through the outlet pipe outward into the environment, which is associated with a partial decrease in the pressure (backpressure) and gas outflow rates flow through the main gas transportation routes through the silencer.

Группы компенсационных отверстий располагаются в зоне малой оси овала перегородки на ее противоположных сторонах симметрично относительно большой оси овала перегородки, при этом расположение отверстий в каждой из групп симметрично относительно малой оси овала перегородки, а суммарная площадь компенсационных отверстий определяется по выражениюGroups of compensation holes are located in the zone of the minor axis of the oval of the partition on its opposite sides symmetrically with respect to the major axis of the oval of the partition, and the location of the holes in each group is symmetrical with respect to the minor axis of the oval of the partition, and the total area of the compensation holes is determined by the expression

Fperf=0,25...0,3 Fpipe,Fperf = 0.25 ... 0.3 Fpipe,

где Fpipe - площадь проходного сечения впускного патрубка 11 глушителя,where Fpipe is the flow area of the intake pipe 11 of the muffler,

Fperf - суммарная площадь компенсационных отверстий перфорации перегородки 4.Fperf - the total area of the compensation holes of the perforation of the partition 4.

Также через сквозные компенсационные отверстия, размещенные в нижней части перегородки между впускной и выпускной камерами, может происходить перетекание конденсата, содержащегося в выхлопных газах, образующегося в процессе работы ДВС и остывания глушителя и трубопроводов системы выпуска, скапливающегося в нижней данной зоне полости корпуса глушителя, в основном - во впускной камере. При запуске ДВС происходит более быстрое и полное удаление конденсата из впускной камеры в выпускную, а затем посредством выпускного патрубка наружу из глушителя, что увеличивает долговечность глушителя вследствие ослабления интенсивности коррозионных процессов, протекающих в полости глушителя.Also, through the compensation openings located in the lower part of the partition between the inlet and outlet chambers, condensate contained in the exhaust gases may flow over, which is formed during the operation of the internal combustion engine and the muffler and pipes of the exhaust system cool down, accumulating in the lower given area of the cavity of the muffler, in mostly in the intake chamber. When the internal combustion engine starts, condensate is more quickly and completely removed from the inlet chamber to the exhaust chamber, and then through the exhaust pipe to the outside of the muffler, which increases the durability of the muffler due to the weakening of the intensity of the corrosion processes taking place in the muffler cavity.

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".Comparison of scientific, technical and patent documentation on the priority date in the main and related sections of the MKI shows that the set of essential features of the claimed solution was not previously known, therefore, it meets the patentability condition of “novelty”.

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.The analysis of known technical solutions in the art showed that the proposed device has features that are not available in the known technical solutions, and their use in the claimed combination of features makes it possible to obtain a new technical result, therefore, the proposed technical solution has an inventive step compared to the existing level technicians.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".The proposed technical solution is industrially applicable, because can be manufactured industrially, efficiently, feasibly and reproducibly, therefore, meets the patentability condition "industrial applicability".

Сущность изобретения поясняется чертежамиThe invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлен вариант конструктивного исполнения заявляемого глушителя.Figure 1 presents an embodiment of the inventive muffler.

На фиг.2 показана технологическая перегородка 9.Figure 2 shows the technological partition 9.

На фиг.3 представлен вариант конструктивного исполнения перегородки 4, разделяющей впускную 6 и выпускную 7 камеры глушителя.Figure 3 presents a variant of the structural design of the partition 4 dividing the inlet 6 and exhaust 7 of the silencer chamber.

На фиг.4 схематично показаны пути прохождения отработавших газов в глушителе, в частности из впускной камеры 6 в выпускную камеру 7, в конструкциях глушителей без отверстий в перегородке 4 (прототипе) и с отверстиями 27 в перегородке 4 (по заявляемой конструкции).Figure 4 schematically shows the path of the exhaust gas in the muffler, in particular from the inlet chamber 6 to the exhaust chamber 7, in the designs of silencers without holes in the baffle 4 (prototype) and with openings 27 in the baffle 4 (according to the claimed design).

На фиг.5 схематично показаны распределения звуковых давлений и пути прохождения газов (показаны стрелками) в глушителе в первой фазе колебаний.Figure 5 schematically shows the distribution of sound pressure and the path of the gases (shown by arrows) in the muffler in the first phase of the oscillations.

На фиг.6 схематично показаны распределения звуковых давлений и пути прохождения газов во второй фазе колебаний.Figure 6 schematically shows the distribution of sound pressures and the path of the passage of gases in the second phase of the oscillations.

На фиг.7 схематично показаны эпюры распределения звуковых давлений на низшей продольной резонансной форме колебаний газов в глушителе, развернутые по основному пути движения выхлопных газов.7 schematically shows diagrams of the distribution of sound pressures on the lower longitudinal resonant form of gas oscillations in the muffler, deployed along the main path of exhaust gases.

На фиг.8 схематично показано размещение внутренних патрубков в глушителе и пути прохождения отработавших газов в глушителе, в конструкциях глушителей без отверстий в перегородке 4 (прототипе) и с отверстиями 27 в перегородке 4 (по заявляемой конструкции).On Fig schematically shows the placement of the internal pipes in the silencer and the path of the exhaust gas in the silencer, in the designs of silencers without holes in the baffle 4 (prototype) and with openings 27 in the baffle 4 (according to the claimed design).

На фиг.9 схематично показан вид на поперечную перегородку 4 с отверстиями 27 между впускной и выпускной камерами.Figure 9 schematically shows a view of the transverse partition 4 with holes 27 between the inlet and outlet chambers.

На фиг.10 схематично показаны эпюры распределения звуковых давлений на низших собственных поперечных формах колебаний газового объема (по ширине камеры) в выпускной камере 7.Figure 10 schematically shows plots of the distribution of sound pressures on the lower intrinsic transverse modes of vibration of the gas volume (across the width of the chamber) in the exhaust chamber 7.

На фиг.11 схематично показаны эпюры распределения звуковых давлений на низших собственных повысотных формах колебаний газового объема (по высоте камеры) в выпускной камере 7.Figure 11 schematically shows the diagrams of the distribution of sound pressures on the lower intrinsic elevation forms of oscillation of the gas volume (height of the chamber) in the exhaust chamber 7.

На фиг.12 схематично показаны эпюры распределения звуковых давлений на низших собственных тангенциальных поперечных формах колебаний газового объема относительно малой оси овала в выпускной камере 7.12 schematically shows diagrams of the distribution of sound pressures on the lower intrinsic tangential transverse oscillations of the gas volume relative to the minor axis of the oval in the exhaust chamber 7.

На фиг.13 схематично показаны эпюры распределения звуковых давлений на низших собственных тангенциальных формах колебаний газового объема относительно большой оси овала в выпускной камере 7.On Fig schematically shows plots of the distribution of sound pressures on the lower intrinsic tangential forms of oscillation of the gas volume relative to the major axis of the oval in the exhaust chamber 7.

На фиг.14 графически показаны общие уровни шума выхлопа, регистрируемые измерительным микрофоном у свободного среза хвостовой трубы глушителя, в конструкциях глушителей без отверстий в перегородке 4 (прототипе) и с отверстиями 27 в перегородке 4 (по заявляемой конструкции).On Fig graphically shows the total exhaust noise levels recorded by the measuring microphone at the free cut of the tail pipe of the muffler, in the designs of silencers without holes in the baffle 4 (prototype) and with holes 27 in the baffle 4 (according to the claimed design).

На фиг.15 графически показаны 1/3 октавные спектры шума выхлопа на оборотах максимального крутящего момента ДВС в конструкциях глушителей без отверстий в перегородке 4 (прототипе) и с отверстиями 27 в перегородке 4 (по заявляемой конструкции).On Fig graphically shows the 1/3 octave spectra of exhaust noise at the maximum engine torque of the internal combustion engine in the designs of silencers without holes in the baffle 4 (prototype) and with holes 27 in the baffle 4 (according to the claimed design).

На фиг.16 графически показаны уровни шума выхлопа, зарегистрированные в «характерной» 1/3 октавной полосе с центром 1250 Гц, в конструкциях глушителей без отверстий в перегородке 4 (прототипе) и с отверстиями 27 в перегородке 4 (по заявляемой конструкции)On Fig graphically shows the exhaust noise levels recorded in the "characteristic" 1/3 octave band with a center of 1250 Hz, in the designs of silencers without holes in the partition 4 (prototype) and with openings 27 in the partition 4 (according to the claimed design)

Конструкция многокамерного глушителя шума выхлопа ДВС, представленная на фиг.1, содержит цилиндрический корпус 1 с торцевыми стенками 2 и 3, в котором посредством двух поперечных перегородок 4 и 5 образованы три камеры: впускная камера 6, выпускная камера 7 и промежуточная камера 8 с установленной в ней технологической перегородкой 9 с крупными отверстиями 10 (см. разрез А-А на фиг.2), связывающими обе части камеры, соосно расположенные впускной патрубок 11 и выпускной патрубок 12 и аксиально размещенные по обе стороны от оси корпуса промежуточные патрубки 13 и 14. Впускной патрубок 11 сообщается с впускной камерой 6 через отверстия перфорации 15, на патрубке 11 со стороны прямого среза в камере 7 установлена торцевая заглушка 16. Выпускной патрубок 12 сообщается с выпускной камерой 7 через открытый прямой срез 17. Промежуточный патрубок 13 сообщается с камерой 6 одновременно через прямой срез 18 и отверстия перфорации 19, а с камерой 8 через прямой срез 20. Промежуточный патрубок 14 сообщается с камерой 8 через прямой срез 21, а с камерой 7 - через отверстия перфорации 22 на патрубке 14. Со стороны свободного прямого среза в камере 7 установлена торцевая заглушка 23. На участке выпускной трубы 12 в полости промежуточной камеры 8 образован концентричный резонатор 24 посредством перфорирования щелевыми отверстиями 25 участка патрубка 12, закрытого (охваченного) сплошным цилиндрическим кожухом 26. В овальной перегородке 4 в зоне малой оси овала на ее противоположных сторонах симметрично большой оси овала выполнены сквозные компенсационные отверстия 27, связывающие камеры 6 и 7 и расположенные группами симметрично малой оси овала перегородки (см. разрез В-В на фиг.3).The design of a multi-chamber exhaust silencer for internal combustion engines shown in FIG. 1 comprises a cylindrical body 1 with end walls 2 and 3, in which three chambers are formed by two transverse walls 4 and 5: inlet chamber 6, exhaust chamber 7 and intermediate chamber 8 with installed it has a technological partition 9 with large holes 10 (see section AA in FIG. 2), connecting both parts of the chamber, coaxially located inlet pipe 11 and outlet pipe 12 and intermediate axially placed on both sides of the housing axis nozzles 13 and 14. The inlet pipe 11 communicates with the inlet chamber 6 through the perforation holes 15, an end plug 16 is installed on the pipe 11 from the direct cut side in the chamber 7. The outlet pipe 12 communicates with the outlet chamber 7 through an open straight cut 17. The intermediate pipe 13 communicates with chamber 6 simultaneously through a straight cut 18 and perforation holes 19, and with chamber 8 through a straight cut 20. Intermediate pipe 14 communicates with chamber 8 through a straight cut 21, and with chamber 7 through perforation holes 22 on the nozzle 14. From the side free of the direct cut in the chamber 7, an end cap 23. is installed on the section of the exhaust pipe 12 in the cavity of the intermediate chamber 8, a concentric resonator 24 is formed by perforation with slotted holes 25 of the section of the pipe 12, closed (covered) by a continuous cylindrical casing 26. In the oval partition 4 in the small area through the axis of the oval on its opposite sides of the symmetrically large axis of the oval, through compensation holes 27 are made, connecting the chambers 6 and 7 and located in groups of symmetrically small axis of the oval of the partition (see section BB in FIG. 3).

Работает глушитель обычным образом.The muffler works in the usual way.

Выхлопные газы, совместно с шумовой энергией газового потока, при реализации рабочего процесса ДВС, подводятся к глушителю по трубопроводной магистрали системы выпуска (см. фиг.1 и 4), распространяются по впускному патрубку 11 и через отверстия перфорации 15 поступают в полость впускной камеры 6 глушителя. В зонах отверстий перфораций 15 в полости камеры 6 вследствие резкого расширения акустического волновода и обусловленного этим скачкообразного изменения волнового сопротивления, определяемого соотношением суммарной площади проходных сечений отверстий перфорации 15 впускного патрубка 11 к площади проходного сечения камеры 6, звуковые волны частично отражаются обратно к источнику излучения (выпускному клапану - не показан). Данному процессу способствует также торцевая заглушка 16, перекрывающая прямую передачу неослабленного в глушителе звука из впускного патрубка 11 в выпускной патрубок 12. Неотраженная часть энергии звуковых волн передается и транспортируется по направлению к прямому срезу 18 и отверстиям перфорациям 19 промежуточного патрубка 13. Кроме передачи звуковой энергии через прямой открытый срез 18 в патрубок 13 происходит также передача звуковой энергии через его перфорированный отверстиями 19 концевой участок (боковой срез) с соответствующими потерями звуковой энергии при прохождении звуковых волн через указанные отверстия 19. Кроме того, концевой перфорированный участок выполняет положительную шумодемпфирующую функцию по подавлению собственных резонансных колебаний патрубка 13, как участка волновода (трубы) определенной длины с открытыми с двух сторон концевыми участками. Вследствие скачкообразного изменения волнового сопротивления, определяемого соотношением проходных сечений камеры 6 и промежуточного патрубка 13, аналогичным образом звуковые волны частично отражаются в сторону источника излучения (к выпускному клапану) и частично передаются из полости камеры 6 через прямой срез 20 промежуточного патрубка 13 в промежуточную камеру 8, где вследствие резкого расширения на свободном срезе 20 в полости камеры по обе стороны от технологической перегородки 9 с крупногабаритными отверстиями 10 (суммарная площадь которых составляет не менее четырехкратной площади проходного сечения промежуточного патрубка 13) теряют часть звуковой энергии и далее передаются к свободному срезу 21 промежуточного патрубка 14 и вследствие резкого сужения акустического волновода частично отражаются, в том числе дополнительно и от торцевой заглушки 23, обратно в сторону источника излучения (к выпускному клапану), а частично передаются из полости камеры 8 через отверстия перфорации 22 промежуточного патрубка 14 в полость выпускной камеры 7, где вследствие резкого процесса расширения на пути распространения по акустическому волноводу в полости камеры теряют часть звуковой энергии и далее частично передаются к свободному срезу 17 выпускного патрубка 11 и, вследствие резкого сужения проходного сечения патрубка 11, как передающего элемента акустического волновода, частично отражаются в сторону источника излучения (к выпускному клапану) и частично проходят по выпускному патрубку 12, попадают в полость резонаторной камеры 24, образованной перфорированными отверстиями 25 участка патрубка 12, охваченного сплошным цилиндрическим кожухом 26, теряют в резонаторной камере энергию заданного частотного диапазона в процессе фрикционных резонансных (с большими амплитудами) колебаний газа и далее по выпускному патрубку 12 и выхлопной трубе (на схемах фиг.1 и 4 не показана) выделяются в атмосферу.Exhaust gases, together with the noise energy of the gas stream, during the internal combustion engine workflow, are led to the muffler through the exhaust pipe of the exhaust system (see Figs. 1 and 4), propagate through the inlet pipe 11 and through the perforation holes 15 enter the cavity of the inlet chamber 6 silencer. In the zones of perforation holes 15 in the chamber 6 cavity, due to the sharp expansion of the acoustic waveguide and the resulting abrupt change in wave resistance, determined by the ratio of the total area of the passage sections of the perforation holes 15 of the inlet pipe 11 to the passage area of the chamber 6, the sound waves are partially reflected back to the radiation source ( exhaust valve - not shown). This process is also facilitated by the end cap 16, which blocks the direct transmission of sound not attenuated in the muffler from the inlet pipe 11 to the exhaust pipe 12. The unreflected part of the sound wave energy is transmitted and transported towards the straight cut 18 and the openings of the perforations 19 of the intermediate pipe 13. In addition to the transmission of sound energy through a direct open cut 18 to the pipe 13, sound energy is also transmitted through its end section perforated by the openings 19 (side cut) with the corresponding sweat the sound energy during the passage of sound waves through these holes 19. In addition, the end perforated section performs a positive noise-damping function to suppress the natural resonance vibrations of the pipe 13, as a section of a waveguide (pipe) of a certain length with end sections open on both sides. Due to the abrupt change in the wave impedance, determined by the ratio of the passage sections of the chamber 6 and the intermediate pipe 13, similarly, sound waves are partially reflected towards the radiation source (to the exhaust valve) and partially transmitted from the cavity of the camera 6 through a straight cut 20 of the intermediate pipe 13 to the intermediate chamber 8 where, due to a sharp expansion on a free slice 20 in the chamber cavity on both sides of the technological partition 9 with large holes 10 (total area which is at least four times the passage area of the intermediate pipe 13) lose some of the sound energy and then transferred to the free cut 21 of the intermediate pipe 14 and, due to the sharp narrowing of the acoustic waveguide, are partially reflected, including in addition from the end cap 23, back to the radiation source (to the exhaust valve), and partially transferred from the cavity of the chamber 8 through the holes of the perforation 22 of the intermediate pipe 14 into the cavity of the exhaust chamber 7, where due to the abrupt process p extensions on the propagation path through the acoustic waveguide in the chamber cavity lose some of the sound energy and are then partially transferred to the free cut 17 of the outlet pipe 11 and, due to a sharp narrowing of the passage section of the pipe 11, as a transmitting element of the acoustic waveguide, are partially reflected towards the radiation source (to the outlet valve) and partially pass through the exhaust pipe 12, fall into the cavity of the resonator chamber 24, formed by perforated holes 25 of the section of the pipe 12, covered by a continuous qi indricheskim housing 26, lose energy in the resonator chamber in a predetermined frequency range during the friction resonance (with large amplitudes) of the gas oscillations and further through the outlet pipe 12 and the exhaust pipe (in Schemes 1 and 4, not shown) is released to the atmosphere.

Однако, как уже отмечалось, эффективность работы глушителя (прототипа) значительно уменьшается при возбуждении в нем резонансных колебаний на низких частотах, совпадающих с собственными частотами колебаний газа в глушителе. Низшая собственная частота колебаний (низшая собственная мода) определяется собственной частотой синфазных колебаний газовых масс в патрубках 13 и 14, сжимающих (разжимающих) газ в камерах 6, 8 и 7, работающих при низкочастотных колебаниях как газовые пружины. Механизм таких собственных колебаний поясняется фиг.5 и 6. Первая фаза колебаний (первая половина периода) иллюстрируется фиг.5. Под действием перепада давлений газа в камерах 6 и 7 газ в патрубке 13 устремляется из камеры 6 в камеру 8, а в патрубке 14 - из камеры 8 в камеру 7. Высокое давление в камере 6 показано косой штриховкой, низкое, в камере 7 - вертикальной штриховкой. Двигающиеся массы газа в патрубках 13 и 14 сжимают газ (сжимают газовую пружину) в камере 7 и одновременно разжимают газ в камере 6. Давление в камере 7 повышается, а в камере 6 - понижается. Наступает вторая фаза колебаний изображенная на фиг.6. Во второй фазе газ в патрубках движется в противоположную сторону и потом снова повторяется первая фаза.However, as already noted, the efficiency of the muffler (prototype) is significantly reduced when resonant oscillations are excited at low frequencies that coincide with the natural frequencies of the gas in the muffler. The lowest natural vibration frequency (lowest natural mode) is determined by the natural frequency of the in-phase oscillations of the gas masses in the nozzles 13 and 14, compressing (expanding) the gas in the chambers 6, 8 and 7, operating at low-frequency oscillations as gas springs. The mechanism of such natural oscillations is illustrated in FIGS. 5 and 6. The first phase of the oscillations (first half of the period) is illustrated in FIG. Under the influence of the gas pressure difference in chambers 6 and 7, the gas in the nozzle 13 rushes from the chamber 6 to the chamber 8, and in the nozzle 14 - from the chamber 8 to the chamber 7. High pressure in the chamber 6 is shown by oblique hatching, low in the chamber 7 - vertical hatching. Moving masses of gas in the nozzles 13 and 14 compress the gas (compress the gas spring) in the chamber 7 and at the same time unclench the gas in the chamber 6. The pressure in the chamber 7 increases, and in the chamber 6 decreases. The second phase of the oscillations shown in Fig.6. In the second phase, the gas in the nozzles moves in the opposite direction and then the first phase is repeated again.

При возникновении в глушителе описанных низкочастотных резонансных колебаний возникают резонансные перепады звуковых давлений на перегородке 4, разделяющей впускную 6 и выпускную 7 камеры (см. фиг.7 и 8) с эпюрами распределения давлений в точках А1, А2, В1, В2, С1 и С2. Выполненные в перегородке 4 компенсационные отверстия 27 обеспечивают эффективное перетекание выхлопных газов под действием этого перепада через отверстия 27 (пунктирные стрелки на фиг.7 и 8) с сопутствующими фрикционными потерями, снижающими интенсивность резонансных колебаний и повышающих за счет ослабления резонансных колебаний шумозаглушающую способность глушителя. Степень перфорации перегородки 4 и расположение отверстий 27 относительно осей овала поперечного сечения (главных осей инерции сечения) выбирается таким образом, чтобы обеспечить максимальные потери (рассеивание) резонансной звуковой энергии в глушителе на заданных наиболее шумоактивных режимах максимального крутящего момента ДВС с одной стороны, а с другой - обеспечить снижение аэрогидродинамических потерь в глушителе и при этом не нарушить акустическую настройку впускной и выпускной камер вследствие слишком сильной связи между камерами 6 и 7 через отверстия 27. Такое нарушение может возникнуть из-за того, что при наличии отверстий 27 в перегородке 4, соединяющей впускную 6 и выпускную 7 камеры, часть звуковой энергии передается непосредственно из впускной камеры в выпускную и далее через выхлопную трубу - в атмосферу. В этом случае возникает передача как низкочастотного, так и высокочастотного звука. При низкочастотных колебаниях давления в каждой из камер не сильно различаются в различных точках внутри полости одной камеры как по длине камеры, так и по ее сечению, и расположение отверстий 27 в перегородке 4 не влияет, практически, на передачу колебаний. Для высокочастотного звука характерны выраженные локализированные резонансные колебания с образованием стоячих акустических волн на низших собственных модах объемов камер. Давления в различных точках пространственного объема камеры, в этом случае, существенно различны и положение отверстий (точек возбуждения и передачи колебаний из камеры в камеру) существенно влияет на величину передачи звуковой энергии между камерами. Распределение давлений на низших собственных тангенциальных поперечных и повысотных модах колебаний в выпускной камере 7 показано на фиг.9-11. Наиболее опасным является возбуждение поперечной формы «а» (моды «а»), т.к. ее низшая собственная мода на частоте (f≅c/2B, где с - скорость звука, В - поперечный размер камеры) является самой низкой частотой собственных поперечных колебаний газового объема в камере, которая плохо заглушается концентрическим резонатором 24. Распределение давлений в этой стоячей волне показано на фиг.10. Оно подобно распределению уровней воды налитой на донышко камеры 7, поставленной донышком вниз и раскачиваемой вокруг малой оси овала перегородки 4 (показано на фиг.12). Наиболее интенсивными являются колебания вдали от малой оси овала, в то время как на самой малой оси овала колебания не возбуждаются (вода на малой оси овала «стоит» неподвижно, т.е. не колеблется, см. фиг.12). Сила возбуждения стоячей волны через отверстия 27 зависит от величины давления в точке возбуждения. Чем выше давление, тем большее сопротивление испытывает струя газа, проходящая через отверстие, тем большую работу она совершает и тем больше передача звуковой энергии в камеру 7.When the described low-frequency resonance oscillations occur in the silencer, resonant sound pressure drops occur on the partition 4 separating the inlet 6 and outlet 7 of the chamber (see Figs. 7 and 8) with pressure distribution diagrams at points A1, A2, B1, B2, C1 and C2 . Compensation openings 27 made in the partition 4 provide an effective flow of exhaust gases under the influence of this differential through the openings 27 (dashed arrows in Figs. 7 and 8) with associated frictional losses, which reduce the intensity of resonant vibrations and increase the sound attenuation capacity of the muffler due to the attenuation of resonant vibrations. The degree of perforation of the partition 4 and the location of the holes 27 relative to the axes of the oval of the cross section (the main axes of inertia of the cross section) are selected in such a way as to ensure maximum losses (dispersion) of the resonant sound energy in the muffler at the given most noise-active modes of the maximum engine torque on the one hand, and with the other is to reduce the aero-hydrodynamic losses in the silencer and at the same time not to disturb the acoustic tuning of the intake and exhaust chambers due to too strong a connection between frames 6 and 7 through the openings 27. Such a violation may occur due to the fact that if there are openings 27 in the partition 4 connecting the inlet 6 and the outlet 7 of the chamber, part of the sound energy is transmitted directly from the inlet chamber to the outlet and then through the exhaust pipe - in atmosphere. In this case, the transmission of both low-frequency and high-frequency sound occurs. With low-frequency fluctuations, the pressures in each of the chambers do not differ much at different points inside the cavity of one chamber both along the length of the chamber and its cross section, and the location of the openings 27 in the partition 4 does not practically affect the transmission of vibrations. High-frequency sound is characterized by pronounced localized resonant vibrations with the formation of standing acoustic waves at the lower eigenmodes of the chamber volumes. The pressures at different points in the spatial volume of the chamber, in this case, are significantly different and the position of the holes (points of excitation and transmission of vibrations from the chamber to the chamber) significantly affects the amount of sound energy transmitted between the chambers. The pressure distribution on the lower intrinsic tangential transverse and altitudinal modes of vibration in the exhaust chamber 7 is shown in Fig.9-11. The most dangerous is the excitation of the transverse form "a" (mode "a"), because its lowest eigenmode at a frequency (f≅c / 2B, where c is the speed of sound, B is the transverse size of the chamber) is the lowest frequency of natural transverse vibrations of the gas volume in the chamber, which is poorly damped by the concentric resonator 24. The pressure distribution in this standing wave shown in figure 10. It is similar to the distribution of the water levels of the chamber 7 poured on the bottom, put the bottom down and swinging around the small axis of the oval of the partition 4 (shown in Fig. 12). The most intense are the vibrations far from the minor axis of the oval, while the oscillations are not excited on the smallest axis of the oval (the water on the minor axis of the oval “stands” motionless, that is, does not oscillate, see Fig. 12). The excitation force of a standing wave through the holes 27 depends on the pressure at the excitation point. The higher the pressure, the greater the resistance is experienced by the gas stream passing through the hole, the more work it does and the greater the transmission of sound energy to the chamber 7.

Если отверстие выполнено вдалеке от малой оси «а», например, в положении «1», то низшая поперечная мода «а» возбуждается наиболее сильно из-за большого «момента» («плеча») возбуждения и звуковая энергия интенсивно передается в камеру 7 (фиг.9 и 10). При приближении отверстий к малой оси «а», например, в положении «2» (см. фиг.9 и 10), возбуждение значительно слабее, так как «возбуждающий момент» и «плечо возбуждения» существенно меньшие. Поэтому компенсационные отверстия акустической связи между камерами целесообразно выполнять (локализировать) вблизи малой оси овала «а» перегородки. Дополнительное уменьшение возбуждения низшей тангенциальной собственной поперечной моды «а» достигается симметричным уравнивающим расположением отверстий относительно малой оси «а», так как в этом случае возбуждения от симметрично расположенных отверстий взаимно компенсируются вследствие уравнивания возбуждающих моментов (работа в одном отверстии совершается против положительного давления, в другом - против отрицательного, и они компенсируются), поэтому отверстия 27 в перегородке 4 выполняются также симметрично большой оси овала «в». Другая стоячая волна (собственная повысотная мода «в», фиг.11) подобна распределению уровней налитой воды на донышке камеры 7, раскачиваемой вокруг большой оси овала перегородки 4 (фиг.13).If the hole is made far from the minor axis “a”, for example, in position “1”, then the lower transverse mode “a” is most strongly excited due to the large “moment” (“shoulder”) of excitation and sound energy is intensively transmitted to the chamber 7 (Fig.9 and 10). When the holes approach the minor axis “a”, for example, in position “2” (see Figs. 9 and 10), the excitation is much weaker, since the “exciting moment” and the “excitation arm” are much smaller. Therefore, it is advisable to perform (localize) the acoustic compensation holes between the cameras near the minor axis of the oval “a” of the partition. An additional decrease in the excitation of the lower tangential intrinsic transverse mode “a” is achieved by the symmetric equalizing arrangement of the holes relative to the small axis “a”, since in this case the excitations from the symmetrically arranged holes are mutually compensated due to equalization of the exciting moments (work in one hole is performed against positive pressure, in the other is against the negative, and they are compensated), therefore, the holes 27 in the partition 4 are also made symmetrically to the major axis of the oval " at". Another standing wave (intrinsic elevation mode "c", Fig. 11) is similar to the distribution of levels of poured water at the bottom of chamber 7, swinging around the major axis of the oval of partition 4 (Fig. 13).

Компьютерное моделирование акустических и газодинамических процессов заявляемой конструктивной схемы глушителя показали, что рациональным с точки зрения эффективности его работы (щумозаглушения) на наиболее шумоактивных режимах максимального крутящего момента двигателя является выбор суммарной площади перфорации перегородки 4, определяемой по формулеComputer simulation of the acoustic and gas-dynamic processes of the inventive design of the silencer showed that it is rational in terms of its performance (noise attenuation) at the most noise-active modes of maximum engine torque to select the total perforation area of the partition 4, determined by the formula

Fperfs 0,25...0,3 Fpipe,Fperfs 0.25 ... 0.3 Fpipe,

где Fpipe - площадь сечения впускного патрубка глушителя,where Fpipe is the cross-sectional area of the silencer inlet pipe,

Fperf - суммарная площадь отверстий перфорации перегородки 4.Fperf - the total area of the holes of the perforation of the partition 4.

При меньшей степени перфорации отверстий 27 перегородки 4 рассеивание резонансной звуковой энергии малоэффективно, при большей нарушается автономная акустическая настройка впускной и выпускной камер на средних и высоких частотах вследствие чрезмерно большой акустической связи между камерами 6 и 7 через отверстия 27, влекущая потери шумозаглушающей способности глушителя в целом, так как возникает интенсивная прямая передача средне- и высокочастотного звука из полости впускной камеры 6 в выпускную камеру 7, минуя заглушающие элементы промежуточной камеры и далее интенсивно переизлучается через выпускной патрубок 12 в выхлопную трубу и в открытое пространство.With a lesser degree of perforation of the openings 27 of the partition 4, the dissipation of resonant sound energy is ineffective; with a larger one, the autonomous acoustic tuning of the inlet and outlet chambers at medium and high frequencies is violated due to the excessively large acoustic coupling between the chambers 6 and 7 through the openings 27, which leads to the loss of the sound attenuator as a whole , since there is an intense direct transmission of medium and high frequency sound from the cavity of the inlet chamber 6 to the exhaust chamber 7, bypassing the mufflers ezhutochnoy cameras and more intensively re-emitted through the outlet 12 into the exhaust pipe and the open space.

Повышенная шумозаглушающая эффективность заявляемой конструкции глушителя за счет увеличения рассеивания низкочастотной акустической энергии перфорированием перегородки 4 отверстиями 27 в сравнении с конструкцией глушителя - прототипа без отверстий в перегородке 4 иллюстрируется графиками на фиг.14, 15 и 16.The increased sound-damping efficiency of the inventive silencer design by increasing the dispersion of low-frequency acoustic energy by perforating the septum with 4 openings 27 in comparison with the design of the muffler prototype without openings in the septum 4 is illustrated by the graphs in Figs. 14, 15 and 16.

Разумеется, изобретение не ограничивается описанным способом его осуществления, показанным на прилагаемых фигурах. Остаются возможными изменения различных элементов либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.Of course, the invention is not limited to the described method of its implementation, shown in the accompanying figures. It remains possible to change various elements or replace them with technically equivalent, not beyond the scope of the present invention.

Claims

An internal combustion engine multi-chamber silencer comprising an oval cross-section cylindrical body with end walls, in which at least an adjacent inlet and outlet chamber is separated by a common partition, as well as coaxial inlet and outlet pipes, the exhaust pipe communicating with the exhaust chamber through open straight cut, and the inlet pipe communicates with the inlet chamber through perforation holes, characterized in that in the common partition between the inlet and outlet chambers are made at the edge at least two groups of compensation holes, which are located in the zone of the minor axis of the oval of the partition, on its opposite sides and symmetrically with respect to the major axis of the oval of the partition, while the location of the holes in each group is symmetrical with respect to the minor axis of the oval of the partition, and the total area of the compensation holes Fperf is determined by the expression Fperf = 0.25 ... 0.3 Fpipe, where Fpipe is the area of the inlet section of the silencer inlet pipe.