RU2559419C2

RU2559419C2 - Шумоглушитель

Info

Publication number: RU2559419C2
Application number: RU2013110000/06A
Authority: RU
Inventors: Юрген Шмидт; Михаэль Хербиг
Original assignee: Фридрих Бойсен Гмбх Унд Ко. Кг
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2015-08-10
Also published as: BR112013002954A2; EP2592244B1; US9234448B2; CN103097675A; EP2588720B1; EP2588720A1; WO2012016684A1; DE102010033607A1; CN103097675B; US20130283764A1; RU2013110000A; EP2592244A1

Abstract

Изобретение касается шумоглушителя для выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания. Шумоглушитель для выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания включает в себя корпус (5) шумоглушителя, по меньшей мере один впуск выхлопных газов, по меньшей мере один выпуск выхлопных газов и по меньшей мере одно расположенное в корпусе (5) шумоглушителя устройство (6, 7) для глушения шума. В корпусе (5) шумоглушителя расположен по меньшей мере один элемент охлаждения, который выполнен для отбора тепловой энергии у выхлопного газа. В корпусе (5) шумоглушителя расположен по меньшей мере один трубный канал (1), по которому могут протекать выхлопные газы и который термически связан с элементом охлаждения. В корпусе (5) шумоглушителя расположено по меньшей мере одно устройство (3) охлаждения, которое термически связано с упомянутым элементом охлаждения. Устройство (3) охлаждения и трубный канал (1) связаны термически посредством элемента охлаждения и дополнительно связаны механически посредством термически изолирующих изоляционных элементов (4). Действующие между устройством (3) охлаждения и трубным каналом (1) силы передаются по существу только через изоляционные элементы (4). Также раскрыт вариант шумоглушителя, в котором элемент охлаждения представляет собой термоэлектрический генератор (2), высокотемпературная сторона которого находится в теплопередающем соединении с выхлопным газом, а низкотемпературная сторона которого изолирована от выхлопного газа. В корпусе (5) шумоглушителя расположено по меньшей мере одно устройство (3) охлаждения, которое термически связано с низкотемпературной стороной термоэлектрического г�

Description

Изобретение касается шумоглушителя для выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя корпус шумоглушителя, по меньшей мере один впуск выхлопных газов, по меньшей мере один выпуск выхлопных газов и по меньшей мере одно расположенное в корпусе шумоглушителя устройство для глушения шума.

В выхлопных системах двигателей внутреннего сгорания предусматриваются шумоглушители для демпфирования гидравлических ударов, которые происходят при быстром открытии выпускных клапанов, и вместе с тем снижения эмиссии шума. Внутри корпуса шумоглушителя с целью глушения шума расположены разные виды устройств для глушения шума. Эти устройства включают в себя, например, перфорированные трубы, камеры, изолирующий материал и/или трубы с изменяющимся поперечным сечением. Другие устройства для глушения шума состоят из систем, которые разделяют поток выхлопных газов на несколько отдельных потоков различной длины, благодаря чему звуковые волны вследствие эффектов интерференции частично взаимно гасятся за счет наложения со смещением фаз.

Известно, что у двигателей внутреннего сгорания значительная доля получаемой из топлива энергии теряется в виде тепловой энергии в выхлопной системе. Поэтому желательно использовать по меньшей мере часть этого имеющегося в выхлопном газе отходящего тепла, преобразуя ее в полезную энергию. В частности, у установленных в транспортных средствах двигателей внутреннего сгорания для выхлопной системы имеется в распоряжении только очень ограниченное конструктивное пространство. Поэтому часто бывает трудно интегрировать дополнительные, необходимые для использования отходящего тепла устройства в выхлопную систему.

Задачей настоящего изобретения является предоставить шумоглушитель, который может преобразовывать содержащуюся в выхлопном газе тепловую энергию в полезную энергию и занимает лишь небольшое конструктивное пространство.

Задача решается с помощью шумоглушителя с признаками п.1 формулы изобретения, в частности, за счет того, что в корпусе шумоглушителя расположен элемент охлаждения, который выполнен для отбора тепловой энергии у выхлопного газа.

При этом используется то, что посредством элемента охлаждения у выхлопного газа отбирается тепловая энергия. Вызванное этим охлаждение способствует уменьшению объемного потока выхлопного газа, а также создаваемых выхлопной системой гидравлических ударов или звуковых волн и тем самым снижению эмиссии шума. Отобранная у выхлопного газа тепловая энергия может использоваться иным образом и при этом предпочтительным образом способствовать повышению эффективности двигателя внутреннего сгорания.

В качестве элемента охлаждения по одному из предпочтительных вариантов осуществления может быть предусмотрен теплообменник, предпочтительно теплообменник, через который может протекать охлаждающая среда, в частности воздух, вода или масло. Предпочтительно нагретая выхлопным газом охлаждающая среда может использоваться для отопления пассажирского салона или для ускоренного нагрева двигателя внутреннего сгорания. В качестве охлаждающей среды может предусматриваться, например, вода, которая циркулирует в отдельном, в частности, снабженном другим теплообменником контуре охлаждения. Но может также применяться охлаждающая вода, которая циркулирует в уже имеющемся контуре охлаждения для охлаждения двигателя внутреннего сгорания. В качестве другой охлаждающей среды может использоваться воздух, в частности окружающий воздух, или создаваемый пневматическим устройством грузового автомобиля промышленного назначения сжатый воздух. Кроме того, в качестве теплообменника может быть также предусмотрен испарительный охладитель, рекуператор или перегреватель. Окружающий воздух может всасываться в шумоглушитель посредством течения в трубе. Кроме того, в качестве элемента охлаждения может также предусматриваться термоэлектрический генератор, как еще будет поясняться подробнее ниже.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения устройство для глушения шума в корпусе шумоглушителя выбрано с учетом мощности глушения шума элементом охлаждения.

Благодаря этому, в частности, можно выбирать традиционные устройства для глушения шума вышеназванного рода, которые должны устанавливаться дополнительно к элементу охлаждения в корпусе шумоглушителя, с меньшими размерами и/или уменьшать их количество, или полностью обходиться без дополнительных устройств для глушения шума.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления элемент охлаждения представляет собой термоэлектрический генератор, высокотемпературная сторона которого находится в теплопередающем соединении с выхлопным газом, а низкотемпературная сторона которого изолирована от выхлопного газа.

У термоэлектрических генераторов вследствие эффекта Зеебека между двумя состоящими из различного материала проводниками, которые соединены одним концом друг с другом, при разности температур создается электрическое напряжение. Место соединения и свободные концы должны, таким образом, иметь различные температуры. Эти два проводника состоят из различных металлов или же из двух полупроводниковых материалов с различными примесями и образуют так называемый термоэлемент. У термоэлектрического генератора, как правило, множество термоэлементов смонтированы в схему друг с другом для получения желаемых напряжений или сил тока.

За счет того, что у корпуса шумоглушителя высокотемпературная сторона термоэлектрического генератора термически связана с выхлопным газом, а низкотемпературная сторона изолирована от выхлопного газа, достигается разность температур, необходимая для создания полезной энергии в форме электрической энергии. Благодаря выработке электрической энергии термоэлектрическим генератором у выхлопного газа отбирается тепловая энергия. Вызванное этим охлаждение способствует одновременно желаемому сокращению объема выхлопного газа. Электрическая энергия может, например, запитываться в бортовую сеть транспортного средства, так чтобы обычно имеющийся, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания осветительный генератор разгружался или даже необходимость в нем полностью отпадала.

Благодаря интеграции термоэлектрического генератора в шумоглушитель дополнительная потребность в площади небольшая, так как в шумоглушителях, как правило, имеется в распоряжении достаточное конструктивное пространство для монтажа термоэлектрических генераторов.

Благодаря использованию глушащего шум действия термоэлектрического генератора может компенсироваться монтажное пространство, необходимое для его интеграции в корпус шумоглушителя, так что в итоге снабженный термоэлектрическим генератором шумоглушитель при одинаковой мощности глушения шума меньше или по меньшей мере не больше, чем традиционный шумоглушитель без термоэлектрического генератора.

Предпочтительно в корпусе шумоглушителя расположен по меньшей мере один трубный канал, по которому могут протекать выхлопные газы, в частности плоский канал, который термически связан с элементом охлаждения, в частности, высокотемпературной стороной термоэлектрического генератора. Благодаря этому достигается желаемая изоляция низкотемпературной стороны от выхлопного газа и одновременно предотвращается сокращающий срок службы непосредственный контакт выхлопного газа с термоэлектрическим генератором.

Предпочтительным образом устройство для глушения шума включает в себя трубный канал. При этом глушение шума происходит непосредственно за счет охлаждения протекающего через трубный канал выхлопного газа путем отбора тепловой энергии.

По другому предпочтительному варианту осуществления в корпусе шумоглушителя кроме трубного канала не расположено никакое другое устройство для глушения шума. Благодаря этому большая доля конструктивного пространства, имеющегося в распоряжении в корпусе шумоглушителя, может использоваться для расположения одного или нескольких элементов охлаждения, в частности термоэлектрических генераторов. Благодаря отказу от других, не связанных с элементами охлаждения, в частности, термоэлектрическими генераторами, устройств для глушения шума конструкция упрощается.

Предпочтительным образом в корпусе шумоглушителя, наряду с элементом охлаждения, в частности трубным каналом, расположено по меньшей мере одно другое, термически не связанное с элементом охлаждения устройство для глушения шума, в частности трубопровод, по которому могут протекать выхлопные газы. Благодаря этому достигается высокая мощность глушения шума.

Предпочтительно, если трубный канал и/или трубопровод имеют перфорации, которые предусмотрены на участках стенок, не связанных с элементом охлаждения. Благодаря этому дополнительно повышается мощность глушения шума.

Под другому предпочтительному варианту осуществления трубный канал и трубопровод со стороны впуска выхлопного газа и со стороны выпуска выхлопного газа соединены друг с другом. То есть поток выхлопного газа разделяется на два или больше отдельных потоков, при этом отдельный поток, текущий по трубному каналу, охлаждается, в то время как отдельный поток, протекающий по трубопроводу, по существу сохраняет свою температуру. Благодаря этому в итоге возникают разности давления и/или разности времени прохождения двух отдельных потоков, которые в результате приводят к гашению гидравлических ударов в потоке выхлопного газа.

Предпочтительно трубный канал выполнен в виде плоского канала, при этом по меньшей мере одна из двух расположенных друг напротив друга боковых поверхностей, которые имеют наибольшую длину в поперечном сечении, термически связана с элементом охлаждения, в частности, высокотемпературной стороной термоэлектрического генератора. Благодаря выполнению трубного канала в виде плоского канала с плоскими боковыми поверхностями облегчается применение имеющихся в продаже элементов охлаждения, в частности термоэлектрических генераторов. Кроме того, этот вариант осуществления обеспечивает возможность эффективного использования поверхности трубного канала, а также высокой плотности монтажа в корпусе шумоглушителя.

Предпочтительно, если в корпусе шумоглушителя расположено по меньшей мере одно устройство охлаждения, которое термически связано с элементом охлаждения, в частности, низкотемпературной стороной термоэлектрического генератора. Благодаря этому обеспечивается особенно эффективная изоляция низкотемпературной стороны от выхлопного газа. С помощью устройства охлаждения разность температур между высоко- и низкотемпературной стороной может дополнительно повышаться, что повышает коэффициент полезного действия термоэлектрического генератора.

По другому предпочтительному варианту осуществления устройство охлаждения имеет по меньшей мере один, в частности, выполненный в виде плоского канала канал для охлаждающего средства, по которому может протекать охлаждающее средство. Благодаря этому может дополнительно повышаться эффективность охлаждения и вместе с тем эффективная разность температур на термоэлектрическом генераторе.

Предпочтительно, если канал охлаждения выполнен в виде плоского канала, при этом по меньшей мере одна из двух расположенных друг напротив друга боковых поверхностей, которые имеют наибольшую длину в поперечном сечении, связана с элементом охлаждения, в частности, низкотемпературной стороной по меньшей мере одного термоэлектрического генератора. Благодаря этому дополнительно сокращается необходимое в корпусе шумоглушителя конструктивное пространство. В частности, благодаря этому может быть реализована штабельная система, при которой между выполненным в виде плоского канала каналом охлаждения и выполненным в виде плоского канала трубным каналом расположены один или несколько термоэлектрических генераторов.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения устройство охлаждения и трубный канал связаны термически посредством элемента охлаждения, в частности термоэлектрического генератора, и дополнительно механически посредством термически изолирующих изоляционных элементов, при этом силы, действующие между устройством охлаждения и трубным каналом, по существу передаются только через изоляционные элементы. Благодаря этому достигается особенно эффективное разделение высоко- и низкотемпературной стороны термоэлектрического генератора и одновременно свободное от напряжений опирание термоэлектрических генераторов.

Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения, описании и чертежах.

Ниже изобретение описывается на одном из примеров осуществления со ссылкой на чертежи. Показано:

фиг.1-5: виды в перспективе сечений пяти примеров осуществления предлагаемого изобретением шумоглушителя.

В соответствии с фиг.1-5, предлагаемый изобретением шумоглушитель включает в себя во всех примерах осуществления корпус 5 шумоглушителя, который имеет овальное поперечное сечение и выполнен состоящим из верхней и нижней половины (фиг.1-4) или, соответственно, цельно (фиг.5). Возможны другие поперечные сечения и/или конструктивные формы. Внутри корпуса 5 шумоглушителя расположены один или несколько трубных каналов 1, по которым могут протекать выхлопные газы и которые известным образом соединены с впуском выхлопных газов и выпуском выхлопных газов (не изображено) шумоглушителя, например, жестко или посредством плотной посадки.

Трубные каналы 1 выполнены каждый в виде плоского канала с прямоугольным поперечным сечением, при этом боковые поверхности, которые по существу имеют наибольшую длину в поперечном сечении, на выбранном здесь изображении проходят в горизонтальной плоскости. Как на верхней стороне, так и на нижней стороне трубных каналов 1 расположены термоэлектрические генераторы 2. Такого рода термоэлектрические генераторы 2 имеются в продаже, в частности, в виде модулей разного размера. Поскольку здесь речь идет о термоэлектрическом генераторе 2 вообще, это не исключает, что при этом речь может идти о нескольких расположенных параллельно и/или последовательно модулях термоэлектрического генератора.

В то время как высокотемпературные стороны термоэлектрических генераторов 2 находятся в проводящем тепло соединении с согласованной наружной стороной трубного канала 1, расположенные напротив высокотемпературных сторон низкотемпературные стороны термоэлектрических генераторов 2 находятся каждая в проводящем тепло соединении с устройством 3 охлаждения. Указанный по меньшей мере один трубный канал 1, термоэлектрические генераторы 2 и устройства 3 охлаждения являются составными частями генераторной системы 7.

Лишь схематично изображенные здесь устройства 3 охлаждения могут представлять собой, например, плоские каналы, по которым может протекать охлаждающее средство, или же теплопроводящие элементы, которые соединяют низкотемпературные стороны термоэлектрических генераторов 2 с теплоприемниками.

В примерах осуществления в соответствии с фиг.1 и 2 те распространяющиеся в вертикальном направлении боковые поверхности трубного канала или, соответственно, каналов 1, которые не связаны с термоэлектрическим генератором, имеют перфорацию. Трубные каналы 1 образуют здесь единственное устройство для глушения шума, причем тем самым не исключается, что в полостях между трубными каналами 1 и корпусом 5 шумоглушителя может быть также дополнительно предусмотрен звукопоглощающий материал.

В примерах осуществления в соответствии с фиг.3-5 дополнительно к генераторной системе 7 предусмотрен трубопровод 6, по которому также могут протекать выхлопные газы, который здесь имеет круглое поперечное сечение и снабжен перфорацией, однако не связан с термоэлектрическим генератором. Возможны другие формы поперечного сечения. Трубопровод 6 проходит параллельно указанному по меньшей мере одному трубному каналу 1 и находится с ним в гидравлическом соединении как со стороны впуска выхлопных газов, так и со стороны выпуска выхлопных газов. Трубные каналы 1 в примерах осуществления в соответствии с фиг.3-5 не имеют перфорации, причем альтернативно и здесь может быть предусмотрена перфорация.

Со ссылкой на фиг.1-4 ниже описывается один из особых вариантов осуществления генераторной системы 7. Между трубным каналом 1 и устройством 2 охлаждения соответственно в области граней трубного канала предусмотрены изоляционные элементы 4, посредством которых механически связаны трубный канал 1 и согласованное устройство 3 охлаждения. Высота изоляционных элементов 4 равна или несколько больше, чем высота термоэлектрических генераторов 2, так что силы, возникающие между трубным каналом 1 и устройством 3 охлаждения, по существу передаются только через изоляционные элементы 4. Высота изоляционных элементов 4, в частности, выбрана так, что между термоэлектрическим генератором 2 и трубным каналом 1, соответственно, устройством 3 охлаждения в каждом случае возможна беспрепятственная передача тепла. Материал изоляционных элементов 4 обладает наименьшей возможной теплопроводностью, так что термическое короткое замыкание между высоко- и низкотемпературной стороной термоэлектрических генераторов 2 предотвращается.

В случае примеров осуществления в соответствии с фиг.1 и 2 высота генераторной системы 7 равна высоте корпуса 5 шумоглушителя, так что предусмотренные в самом верху и в самом низу устройства 3 охлаждения находятся в теплопроводящем соединении с корпусом шумоглушителя. Благодаря этому корпус 5 шумоглушителя представляет собой в итоге теплоприемник для низкотемпературных сторон термоэлектрических генераторов 2. Таким образом, можно обойтись без активного охлаждения, в частности без контура циркуляции охлаждающего средства.

В примерах осуществления в соответствии с фиг.3-5 генераторная система 7 расположена на расстоянии от корпуса 5 шумоглушителя. Благодаря этому предотвращается механическая нагрузка на генераторную систему 7, которая может возникать, например, вследствие различных тепловых расширений. При необходимости между генераторной системой 7 и корпусом 5 шумоглушителя может предусматриваться опора посредством надлежащих, предпочтительно эластичных опорных элементов (не изображены).

В принципе, вместо изображенной на фигурах единственной генераторной системы 7 могут также предусматриваться несколько, в частности, расположенных параллельно друг другу генераторных систем. Кроме того, вместо термоэлектрических генераторов могут быть также предусмотрены другие элементы охлаждения, такие как теплообменники, испарительные охладители, рекуператоры или перегреватели.

Предлагаемые изобретением шумоглушители могут предусматриваться в выхлопном тракте в любом месте, в частности, в качестве передних, средних или конечных шумоглушителей.

Список ссылочных позиций

1 Трубный канал

2 Термоэлектрический генератор

3 Устройство охлаждения

4 Изоляционный элемент

5 Корпус шумоглушителя

6 Трубопровод

7 Генераторная система

Claims

1. Шумоглушитель для выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания, включающий в себя корпус (5) шумоглушителя, по меньшей мере один впуск выхлопных газов, по меньшей мере один выпуск выхлопных газов и по меньшей мере одно расположенное в корпусе (5) шумоглушителя устройство (6, 7) для глушения шума,
причем в корпусе (5) шумоглушителя расположен по меньшей мере один элемент охлаждения, который выполнен для отбора тепловой энергии у выхлопного газа,
причем в корпусе (5) шумоглушителя расположен по меньшей мере один трубный канал (1), по которому могут протекать выхлопные газы и который термически связан с элементом охлаждения, отличающийся тем, что
в корпусе (5) шумоглушителя расположено по меньшей мере одно устройство (3) охлаждения, которое термически связано с упомянутым элементом охлаждения,
причем устройство (3) охлаждения и трубный канал (1) связаны термически посредством элемента охлаждения и дополнительно связаны механически посредством термически изолирующих изоляционных элементов (4), при этом действующие между устройством (3) охлаждения и трубным каналом (1) силы передаются по существу только через изоляционные элементы (4).

2. Шумоглушитель по п. 1, отличающийся тем, что элемент охлаждения представляет собой термоэлектрический генератор (2), высокотемпературная сторона которого находится в теплопередающем соединении с выхлопным газом, а низкотемпературная сторона которого изолирована от выхлопного газа.

3. Шумоглушитель по п. 1, отличающийся тем, что устройство (3) охлаждения имеет по меньшей мере один, в частности, выполненный в виде плоского канала канал для охлаждающего средства, по которому может протекать охлаждающее средство.

4. Шумоглушитель по п. 3, отличающийся тем, что канал для охлаждающего средства выполнен в виде плоского канала, при этом по меньшей мере одна из двух расположенных друг напротив друга боковых поверхностей плоского канала, которые имеют наибольшую длину в поперечном сечении, связана с элементом охлаждения, в частности, низкотемпературной стороной термоэлектрического генератора (2).

5. Шумоглушитель по п. 1, отличающийся тем, что устройство (6, 7) для глушения шума включает в себя трубный канал (1).

6. Шумоглушитель по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что трубный канал (1) имеет перфорации, которые предусмотрены на участках стенок, не связанных с элементом охлаждения.

7. Шумоглушитель по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что трубный канал (1) выполнен в виде плоского канала, при этом по меньшей мере одна из двух расположенных друг напротив друга боковых поверхностей, которые имеют наибольшую длину в поперечном сечении, термически связана с элементом охлаждения, в частности высокотемпературной стороной термоэлектрического генератора (2).

8. Шумоглушитель для выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания, включающий в себя корпус (5) шумоглушителя, по меньшей мере один впуск выхлопных газов, по меньшей мере один выпуск выхлопных газов и по меньшей мере одно расположенное в корпусе (5) шумоглушителя устройство (7) для глушения шума, причем в корпусе (5) шумоглушителя расположен по меньшей мере один элемент охлаждения, который выполнен для отбора тепловой энергии у выхлопного газа,
в корпусе (5) шумоглушителя расположен по меньшей мере один трубный канал (1), по которому могут протекать выхлопные газы и который термически связан с указанным элементом охлаждения, отличающийся тем, что
элемент охлаждения представляет собой термоэлектрический генератор (2), высокотемпературная сторона которого находится в теплопередающем соединении с выхлопным газом, а низкотемпературная сторона которого изолирована от выхлопного газа,
причем в корпусе (5) шумоглушителя расположено по меньшей мере одно устройство (3) охлаждения, которое термически связано с низкотемпературной стороной термоэлектрического генератора (2), причем указанное устройство (7) для глушения шума включает в себя трубный канал (1), термоэлектрический генератор (2) и устройство (3) охлаждения,
причем в корпусе (5) шумоглушителя кроме трубного канала (1) отсутствуют другие устройства для глушения шума.

9. Шумоглушитель по п. 8, отличающийся тем, что трубный канал (1), по которому могут протекать выхлопные газы, в частности плоский канал, термически связан с высокотемпературной стороной указанного термоэлектрического генератора (2).

10. Шумоглушитель по п. 8 или 9, отличающийся тем, что трубный канал (1) имеет перфорации, которые предусмотрены на участках стенок, не связанных с элементом охлаждения.

11. Шумоглушитель по п. 8, отличающийся тем, что трубный канал (1) выполнен в виде плоского канала, при этом по меньшей мере одна из двух расположенных друг напротив друга боковых поверхностей, которые имеют наибольшую длину в поперечном сечении, термически связана с высокотемпературной стороной указанного термоэлектрического генератора (2).

12. Шумоглушитель по п. 8, отличающийся тем, что устройство (3) охлаждения имеет по меньшей мере один, в частности, выполненный в виде плоского канала канал для охлаждающего средства, по которому может протекать охлаждающее средство.

13. Шумоглушитель по п. 12, отличающийся тем, что канал для охлаждающего средства выполнен в виде плоского канала, при этом по меньшей мере одна из двух расположенных друг напротив друга боковых поверхностей плоского канала, которые имеют наибольшую длину в поперечном сечении, связана с низкотемпературной стороной указанного термоэлектрического генератора (2).

14. Шумоглушитель по п. 8, отличающийся тем, что устройство (3) охлаждения и трубный канал (1) связаны термически посредством указанного термоэлектрического генератора (2) и дополнительно связаны механически посредством термически изолирующих изоляционных элементов (4), при этом действующие между устройством (3) охлаждения и трубным каналом (1) силы передаются по существу только через изоляционные элементы (4).