RU2596068C1

RU2596068C1 - Silencer of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2596068C1
Application number: RU2015117816/06A
Authority: RU
Inventors: Иван Федорович Дьяков; Юрий Васильевич Моисеев
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2016-08-27

Abstract

FIELD: engines.

SUBSTANCE: invention relates to exhaust devices for internal combustion engines. Silencer comprises partitions with formation of chambers near ends of housing filled with mineral wool from stone material. Perforated tubes are filled with basalt fibre and are arranged around inlet pipe, are fixed in a reactive Chamber between solid partition and baffle with holes for open ends of perforated pipes. Conical spreader is arranged in chamber coaxially to inlet pipeline and fixed on partition with holes by means of posts. Concave partition of dissipative chamber is connected with outer end of outlet pipeline.

EFFECT: internal combustion engine silencer provides higher reliability and efficiency of silencing of engine exhaust gases.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к выхлопным устройствам для двигателей внутреннего сгорания.The invention relates to exhaust devices for internal combustion engines.

Известен глушитель шума по патенту РФ №2306441, опубл. 20.09.2007, предназначенный для выхлопных систем грузовых автомобилей, содержащий гофрированный шланг из высококачественной нержавеющей стальной ленты с предохранительной оплеткой из нержавеющей проволоки, причем в процессе изготовления шланга лента сворачивается по винтовой линии.Known silencer according to the patent of Russian Federation No. 2306441, publ. 09/20/2007, designed for truck exhaust systems, containing a corrugated hose made of high-quality stainless steel tape with a stainless steel safety braid, and during the manufacture of the hose the tape is folded along a helical line.

К недостаткам глушителя относится то, что в нем отсутствуют такие элементы как акустический фильтр, звукопоглощающие материалы. При этом частоты звуковых волн в широком диапазоне выхлопных газов совпадают с частотой собственных колебаний гофрированного шланга. При нагреве гофрированного шланга и стальной ленты с предохранительной оплеткой происходит различное линейное расширение этих элементов, что вызывает резонанс глушителя. Это явление может оказаться достаточно сильным и тогда необходимо учитывать поперечные моды колебаний, обращаясь к многомерному анализу.The disadvantages of the silencer include the fact that it lacks such elements as an acoustic filter, sound-absorbing materials. In this case, the frequencies of sound waves in a wide range of exhaust gases coincide with the natural frequency of the corrugated hose. When heating the corrugated hose and steel tape with a protective braid, various linear expansion of these elements occurs, which causes muffler resonance. This phenomenon can turn out to be quite strong, and then it is necessary to take into account the transverse modes of oscillations, referring to multivariate analysis.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности является комбинированный глушитель, построенный на двух принципах снижения энергии звука. Камеры в корпусе глушителя образованы перегородками и содержат реактивную и диссипативную камеры, элементы с применением звукопоглощающих материалов, перфорированные трубы и проволочный защитный элемент (Жеглов Л.Ф. Виброакустика колесных машин: учеб. пособ. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013, с. 112-113). Через отверстия в трубах газ истекает в реактивную камеру, которая заполнена базальтовым волокном. В реактивной камере прямые и отраженные звуковые волны складываются, в результате может быть их полная или частичная взаимокомпенсация. Рассеяние акустической энергии в диссипативном глушителе происходит вследствие ее преобразования в теплоту при действии звуковых волн на звукопоглощающий материал.The closest technical solution to the technical essence is a combined silencer, built on two principles of reducing sound energy. The chambers in the silencer case are formed by partitions and contain reactive and dissipative chambers, elements with the use of sound-absorbing materials, perforated pipes and a wire protective element (Zheglov L.F. Vibroacoustics of wheeled vehicles: textbook. - M .: Publishing House of MSTU named after N. .E. Bauman, 2013, p. 112-113). Through openings in the pipes, gas flows into a reaction chamber, which is filled with basalt fiber. In the reaction chamber, the direct and reflected sound waves are added, as a result there may be their full or partial mutual compensation. The scattering of acoustic energy in a dissipative silencer occurs as a result of its conversion to heat under the influence of sound waves on sound-absorbing material.

Недостатком указанного глушителя шума является низкая эффективность шумоподавления ввиду возникновения резонанса элементов, обусловленного поперечными модами колебаний, а в перегородке диссипативной камеры происходит отражение звука, увеличивая модуль коэффициента отражения волн, и происходит эховый выхлоп. Недостаточная надежность конструкции объясняется тем, что перфорированные трубы подвержены собственным колебаниям из-за недостаточной прочности крепления.The disadvantage of this silencer is the low noise reduction efficiency due to the appearance of resonance of elements due to transverse modes of vibration, and sound reflection occurs in the partition of the dissipative chamber, increasing the modulus of the reflection coefficient of the waves, and echo exhaust occurs. The insufficient reliability of the structure is explained by the fact that perforated pipes are subject to their own vibrations due to insufficient fastening strength.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения надежности конструкции и эффективности шумозаглушения за счет рассеяния звуковой энергии в реактивной, активной и диссипативной камерах глушителя путем деструктивной интерференции звуковых волн и ослабления результирующей волны в глушителе.The present invention solves the problem of improving the reliability of the design and the efficiency of noise reduction due to the dispersion of sound energy in the reactive, active and dissipative chambers of the silencer by destructive interference of sound waves and attenuation of the resulting wave in the silencer.

Указанный технический результат в устройстве достигается тем, что оно содержит корпус с перегородкой, разделяющей корпус на камеры, по крайней мере реактивную, активную и диссипативную, сообщающиеся через перфорированные трубы, впускной перфорированный и выпускной трубопроводы.The specified technical result in the device is achieved in that it comprises a housing with a partition separating the housing into chambers, at least reactive, active and dissipative, communicating through perforated pipes, inlet perforated and exhaust pipelines.

Особенностью является то, что реактивная камера дополнительно содержит сплошную перегородку с образованием кольцевой камеры вблизи торца корпуса, заполненной звукопоглощающим материалом в виде минеральной ваты, изготовленной из природного каменного материала, перфорированный конец впускного трубопровода и перфорированные трубы, заполненные базальтовым волокном и размещенные вокруг впускного трубопровода, закреплены в реактивной камере между сплошной перегородкой и перегородкой с отверстиями под открытые концы перфорированных труб для обеспечения сообщающихся объемов между камерами, конусный рассекатель, заполненный базальтовым волокном, размещен в активной камере соосно впускному трубопроводу с вершиной в сторону перфорированного торца трубопровода и с основанием, соразмерным сечению трубопровода, и укреплен на перегородке с отверстиями посредством стоек, дополнительная перегородка активной камеры, вогнутая по ходу потока газа, соединена с выпускным трубопроводом, при этом диссипативная камера между вогнутой перегородкой и торцом глушителя заполнена звукопоглощающим материалом в виде минеральной ваты, изготовленной из природного каменного материала.The peculiarity is that the reaction chamber additionally contains a continuous partition with the formation of an annular chamber near the end of the housing, filled with sound-absorbing material in the form of mineral wool made of natural stone material, the perforated end of the inlet pipe and perforated pipes filled with basalt fiber and placed around the inlet pipe, fixed in the reaction chamber between the solid partition and the partition with openings for the open ends of perforated ub to ensure communicating volumes between the chambers, a basalt fiber cone divider is placed in the active chamber coaxially with the inlet pipe with its apex toward the perforated pipe end and with a base commensurate with the cross-section of the pipeline, and mounted on the partition with holes by means of racks, an additional partition of the active chamber concave along the gas flow is connected to the exhaust pipe, while the dissipative chamber between the concave partition and the end of the muffler is filled with sound co-absorbing material in the form of mineral wool made of natural stone material.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, на которой изображен глушитель шума выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.The essence of the invention is illustrated in FIG. 1, which shows an exhaust silencer of an internal combustion engine.

Глушитель шума двигателя внутреннего сгорания содержит корпус 1 с реактивной 2, активной 3 и диссипативной 4 камерами. В центральной части реактивной камеры 2 проходит впускной трубопровод 5, конец которого перфорирован отверстиями 6. Вокруг впускного перфорированного трубопровода 5 расположены перфорированные трубы 7 с отверстиями 8 и заполнены базальтовым волокном 9. Реактивная камера 2 дополнительно содержит сплошную перегородку 10 с образованием кольцевой камеры, вблизи внутреннего торца корпуса 1 и сплошной перегородкой 10 заполнена звукопоглощающим материалом 11 в виде минеральной ваты, изготовленной из природного каменного материала. Перфорированные трубы 7 заполнены базальтовым волокном 9, и размещены вокруг впускного трубопровода 5, и закреплены в реактивной камере 2, между сплошной перегородкой 10 и перегородкой 12 с отверстиями, совмещены открытые концы перфорированных труб 7 и впускного трубопровода 5, тем самым объем реактивной камеры 2 сообщается с объемом активной камеры 3. Соосно впускному трубопроводу 5 в активной камере 3 размещен конусный рассекатель 13 с вершиной в сторону перфорированного торца впускного трубопровода 5. Внутренний объем конусного рассекателя 13 заполнен базальтовым волокном 14. Конусный рассекатель 13 закреплен на перегородке с отверстиями 12 посредством стоек 15. Основание конусного рассекателя 13 преимущественно соразмерно сечению выпускного трубопровода 16, для отражения и распределения в объеме активной камеры 3 всего осевого потока выхлопного газа, истекающего из торцов перфорированных труб 7 и впускного трубопровода 5, укреплена вогнутая перегородка 17.The silencer of the internal combustion engine contains a housing 1 with reactive 2, active 3 and dissipative 4 cameras. In the central part of the reaction chamber 2, an inlet pipe 5 passes, the end of which is perforated with holes 6. Around the inlet perforated pipe 5 are perforated pipes 7 with holes 8 and filled with basalt fiber 9. The reaction chamber 2 further comprises a continuous partition 10 with the formation of an annular chamber, near the inner the end face of the housing 1 and the solid partition 10 is filled with sound-absorbing material 11 in the form of mineral wool made of natural stone material. The perforated pipes 7 are filled with basalt fiber 9, and placed around the inlet pipe 5, and fixed in the reaction chamber 2, between the continuous partition 10 and the partition 12 with holes, the open ends of the perforated pipes 7 and the inlet pipe 5 are aligned, thereby the volume of the reaction chamber 2 is communicated with the volume of the active chamber 3. Coaxial inlet pipe 5 in the active chamber 3 posted by a conical divider 13 with the apex toward the perforated end of the inlet pipe 5. The internal volume of the conical divider 1 3 is filled with basalt fiber 14. The cone divider 13 is mounted on the partition with holes 12 by means of struts 15. The base of the cone divider 13 is mainly proportional to the cross section of the exhaust pipe 16, for reflection and distribution in the volume of the active chamber 3 of the entire axial flow of exhaust gas flowing from the ends of the perforated pipes 7 and inlet pipe 5, a concave partition 17 is strengthened.

Активная камера 3 образована перегородкой с отверстиями 12 и вогнутой перегородкой 17 с вогнутостью по ходу потока газа. Вогнутая перегородка 17 соединена с внутренним торцом выпускного трубопровода 16. Диссипативная камера 4 между вогнутой перегородкой 17 и наружным торцом 18 глушителя заполнена звукопоглощающим материалом в виде минеральной ваты 19, изготовленной из природного каменного материала.The active chamber 3 is formed by a partition with holes 12 and a concave partition 17 with concavity along the gas flow. The concave partition 17 is connected to the inner end of the exhaust pipe 16. The dissipative chamber 4 between the concave partition 17 and the outer end 18 of the silencer is filled with sound-absorbing material in the form of mineral wool 19 made of natural stone material.

Используемая в конструкции минеральная вата укладывается преимущественно на плоских поверхностях, способствует звукопоглощению со стороны металлических торцевых поверхностей корпуса и заключению процесса интерференции звуковых волн и ослабления результирующей волны в объеме реактивной 2, активной 3 и диссипативной 4 камер. Звукопоглощающие базальтовые волокна 9 и 19 обладают большой пористостью и упругостью, что позволяет размещать их внутри полых деталей разной формы, при этом волокно равномерно распределяется по всему внутреннему объему, причем заполненные базальтовым волокном перфорированные трубы 7 позволяют пропускать через трубопровод газ без значительной потери давления.The mineral wool used in the construction is laid mainly on flat surfaces, contributes to sound absorption from the metal end surfaces of the housing and the conclusion of the process of interference of sound waves and attenuation of the resulting wave in the volume of reactive 2, active 3 and dissipative 4 chambers. Sound-absorbing basalt fibers 9 and 19 have great porosity and elasticity, which allows them to be placed inside hollow parts of various shapes, while the fiber is evenly distributed throughout the entire internal volume, and the perforated pipes 7 filled with basalt fiber allow gas to pass through the pipeline without significant pressure loss.

Глушитель шума двигателя внутреннего сгорания реализует принцип деструктивной интерференции звуковых волн, согласно которому в камере глушителя созданы условия наложения несколько звуковых волн. В результате смешивания первичной волны с дополнительной, находящейся в противофазе с исходной, достигается ослабление результирующей акустической волны. Для обеспечения более эффективного глушения шума выпускных газов используют конусную и вогнутую поверхности в диссипативной камере.The silencer of the internal combustion engine implements the principle of destructive interference of sound waves, according to which several sound waves are created in the silencer chamber. As a result of mixing the primary wave with an additional wave, which is in antiphase with the initial one, weakening of the resulting acoustic wave is achieved. To provide more effective damping of exhaust gas noise, a conical and concave surface is used in the dissipative chamber.

Глушитель шума ДВС работает следующим образом.ICE noise suppressor works as follows.

Газовый поток из отверстий 6 по окружности впускного трубопровода 5 поступает через базальтовое волокно 9 в отверстия 8 перфорированной трубы 7, а потоки газа из торцевых отверстий впускного трубопровода 5 отражаются от поверхности конусной рассекателя 13 навстречу потокам, выходящим из перфорированных труб 7. Звуковые волны частично взаимокомпенсируются и вторично попадают на поверхность вогнутой перегородки 17. В результате интерференции звуковых волн достигается снижение энергии акустического поля. Суммарная площадь сечений отверстий впускного трубопровода 5 больше на 40%, чем на перфорированных трубоках 7, тем самым часть газового потока проходит через отверстия на торце впускного трубопровода 5.The gas stream from the openings 6 around the circumference of the inlet pipe 5 enters through the basalt fiber 9 into the openings 8 of the perforated pipe 7, and the gas flows from the end openings of the inlet pipe 5 are reflected from the surface of the cone divider 13 towards the flows exiting from the perforated pipes 7. Sound waves are partially compensated and secondarily fall on the surface of the concave partition 17. As a result of interference of sound waves, a reduction in the energy of the acoustic field is achieved. The total cross-sectional area of the openings of the inlet pipe 5 is 40% larger than on the perforated tubes 7, thereby a part of the gas flow passes through the holes at the end of the inlet pipe 5.

Для рассеяния собственных колебаний сплошной перегородки 10, вогнутой перегородки 17 и наружного торца 18 глушителя торцевые полости заполнены минеральной ватой 11 и 19, изготовленной из природного каменного материала, которая сжимается и расширяется в зависимости от звукового давления.To disperse the natural vibrations of the continuous partition 10, the concave partition 17 and the outer end 18 of the silencer, the end cavities are filled with mineral wool 11 and 19 made of natural stone material, which is compressed and expanded depending on sound pressure.

Таким образом, подавление пространственных звуковых волн основывается на принципе Гюйгенса, согласно которому волновой фронт представляет собой результат сложения множества элементарных волн. Эффективность подавления шума составляет более 20% по сравнению с аналогом.Thus, the suppression of spatial sound waves is based on the Huygens principle, according to which the wave front is the result of the addition of many elementary waves. The noise reduction efficiency is more than 20% compared to the analogue.

Claims

A silencer of an internal combustion engine comprising a housing with a baffle separating the housing into chambers, at least a reactive and dissipative chambers communicating through perforated pipes, an inlet perforated and an exhaust pipe, characterized in that the reactive chamber further comprises a continuous baffle with the formation of an annular chamber near the end face of the body filled with sound-absorbing material in the form of mineral wool made of natural stone material, perforated pipes fill They are placed with basalt fiber and placed around the inlet pipe, fixed in the reaction chamber between the solid partition and the partition with openings for the open ends of the perforated pipes to ensure communicating volumes between the chambers, a cone divider filled with basalt fiber is placed in the active chamber coaxially with the inlet pipe with the apex toward the perforated the end of the pipeline and with a base commensurate with the cross-section of the pipeline, and is mounted on a partition with holes by means of racks, the active chamber baffle, concave along the gas flow, is connected to the inner end of the exhaust pipe, while the dissipative chamber between the concave baffle and the outer end of the muffler is filled with sound-absorbing material in the form of mineral wool made of natural stone material.