RU55873U1 - Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к глушителям шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания. Глушитель содержит цилиндрический корпус с торцевыми стенками, в котором посредством поперечных перегородок образованы три камеры: входная, центральная и выходная, соосные входной и выходной патрубки, гидравлически подключенные к входной и выходной камерам посредством составленных из однотипных сквозных отверстий перфорированных участков и свободные (открытые) срезы которых размещены в центральной камере, при этом свободный динамический срез выходного патрубка размещен в узловой зоне второй низшей собственной продольной моды колебаний газового объема, заключенного в полости центральной камеры, свободный динамический срез входного патрубка размещен в узловой зоне первой низшей собственной продольной моды колебаний газового объема, заключенного в полости центральной камеры, суммарный объем полостей крайних камер глушителя равен или не превышает величину объема полости его центральной камеры, при этом крайние торцовые камеры выполнены в виде концентричных резонаторов, настроенных на подавление частотных провалов резонансных передач шума основной камеры на четвертой продольной и второй радиальной низших собственных резонансных мод колебаний газового объема центральной камеры. Новым является то, что входной и выходной патрубки имеют одинаковое проходное сечение, суммарная площадь проходных сечений отверстий в каждом из перфорированных участков составляет 0,5±0,02 площади проходного сечения патрубка, при этом оба перфорированных участка имеют одинаковое по своей геометрической форме построение отверстий. В сравнении с прототипом заявляемый глушитель шума выхлопа имеет более широкий частотный диапазон и уровень заглушения и, следовательно, большую акустическую эффективность. 1 н. и 1 з. п.п. ф-лы, 11 ил.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к глушителям шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания.

При работе камерного глушителя в месте расширения газопровода (т.е. в месте появления собственно камеры) создается скачкообразно увеличенное волновое сопротивление - "волновая пробка", что в определенных диапазонах частот звукового спектра препятствует беспрепятственному прохождению звука через глушитель без заметного ослабления, т.е. обеспечивается уменьшение уровня акустической энергии, излучаемой в окружающую среду. В такой конструкции глушителя (типа центральной расширительной камеры) имеется заданная граничная частота, начиная только с которой глушитель начинает эффективно работать (заглушать шум). В это же время, характеристика заглушения такого глушителя представляет собой не восходящую наклонную линию, указывающую на рост величины заглушения акустической энергии с увеличением частоты звукового спектра выхлопа, а кривую, как с ярко выраженными максимумами заглушения в отдельных частотных диапазонах, так и ярко выраженными "провалами" на отдельных дискретных частотах, или полосах частот в характеристике заглушения. В ряде случаев на частотах "провалов" в характеристике заглушения наблюдается не только нулевое заглушение шума, но даже некоторое усиление шума выхлопа на этих частотах. Именно эти многочисленные "провалы" являются характерным "акустическим дефектом" конструкций камерных глушителей шума. Частоты на которых наблюдаются указанные "провалы", соответствуют частотам кратных гармоник полудлин волн, укладывающихся в трехмерном пространстве расширительной камеры глушителя между противолежащими жесткими стенками камеры глушителя. Для уменьшения числа таких провалов (сведения их к минимуму) и

применяют различные конструктивные элементы в глушителях, например, внутреннее введение срезов патрубков газопровода в полость камеры глушителя в зоны, где эти кратные полудлинновые гармоники не будут возбуждаться, или же возбудившись - не будут выводиться (передаваться) из полости камеры дальше по выхлопной трассе газопровода в окружающую среду. Такими зонами исключения (существенного ослабления) возбуждения или передачи энергии низших собственных акустических мод камеры являются узлы (минимумы) колебаний звуковых давлений, распределенных по трехмерному пространству камеры на данных собственных модах.

Принцип ослабления возбуждения и/или передачи звуковой энергии низших собственных резонансных мод из полости камеры в газопровод реализован в известном однокамерном глушителе шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания, авторское свидетельство СССР №1092290, МКИ F 01 N 1/00, БИ №18/84, содержащем по меньшей мере одну цилиндрическую камеру с торцевыми стенками и соосными патрубками. Отличительной особенностью известного глушителя является то, что для повышения акустической эффективности заглушения шума расширительной камерой, при одновременном достижении низких гидродинамических сопротивлений, динамические (акустические) срезы подводящего и отводящего патрубков камеры (т.е. условно удлиненные на 0,2...0,4D от своего статического геометрического положения, за счет присоединенной массы колеблющегося газа на концевых участках патрубков, где D - диаметр проходного сечения соответствующего патрубка) размещены в узловых зонах низших собственных резонансных продольных форм (первой и второй) колебаний газового объема в камере глушителя, т.е. реализующихся по длине расширительной камеры, в зонах, где величина звукового давления на указанной акустической моде близка к нулю, что предотвращает (существенно ослабляет) дальнейшую передачу звуковой энергии этих форм (мод) колебаний наружным концевым срезом отводящего патрубка в окружающую среду.

Такая конструкция известного глушителя в ряде случаев хорошо вписывается, в частности, в концепцию спортивных автомобилей, некоторых стационарных энергетических установок с предъявляемой достаточно ограниченной невысокой величиной заглушения шума. Однако, ее акустической эффективности явно недостаточно для легковых автомобилей массового производства, поскольку здесь предъявляются значительно более жесткие требования национальных и международных стандартов по предельно

допустимому значению уровней внешнего и внутреннего шума транспортных средств, предохраняющих окружающую среду от чрезмерного акустического загрязнения.

Дальнейшим совершенствованием рассмотренного типа глушителя является конструкция многокамерного глушителя, описанная в авторском свидетельстве СССР №1420193, МКИ F 01 N 1/00, БИ №32/88 (или более подробно см. Волгин С.Н. и др. Цветной иллюстрированный альбом. Автомобили ВАЗ-2110, ВАЗ-2111, ВАЗ-2112 и их модификации. Москва, "Третий Рим", 1998, с.30-31), обладающая существенно более высокой эффективностью заглушения шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, как по величине, так и более широким частотным диапазоном полосы заглушения, которая, в частности, в настоящее время применяется в ряде моделей автомобилей серийного производства ОАО "АВТОВАЗ". Указанный выше глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания является трехкамерным, содержит корпус с торцевыми стенками и соосными впускным и выпускным патрубками, причем динамические срезы последних размещены внутри центральной камеры корпуса. Корпус глушителя выполнен овальным и снабжен по меньшей мере одной поперечной перегородкой с образованием камер с торцевыми стенками. Одна из камер (центральная) выполнена более длинной, длина ее равна длине большей оси овала корпуса. Внутренние срезы патрубков размещены в одной из камер и расположены на расстоянии 1/4L от торцевых стенок последней, где L - длина камеры. Длина большей оси овала корпуса составляет (1,6...2,5)d, где d - диаметр патрубка. Часть патрубка, проходящего через камеру, выполнена перфорированной, при этом неперфорированная часть патрубка от его внутреннего среза составляет L/2. Некоторые конструктивные недостатки глушителя, проявляющиеся в процессе его эксплуатации, при необходимости дальнейшего совершенствования конструкции для соответствия более жестким перспективным требованиям транспортных средств по предельным значениям уровней их внешнего шума, а также анализ совершенства конструкции позволяют утверждать об имеющихся потенциальных возможностях ее дальнейшего улучшения. В частности, во всех известных вариантах рассмотренной конструкции глушителя, представленных на фиг.1-3 описания видно, что наиболее энергоемкая первая продольная низшая собственная резонансная форма колебаний (и все последующие нечетные формы) из средней (центральной) камеры глушителя, могут свободно пропускаться в окружающую среду через выпускной патрубок 5. Это же самое

наблюдается и со второй повысотной (радиальной) собственной модой колебаний объема камеры. Резонансная передача звука из камеры в окружающую среду происходит и на четвертой продольной собственной моде колебаний объема камеры (f₄=4c/2L, где f - частота, с - скорость звука, L - длина средней камеры).

Крайние (боковые) камеры глушителя, фиг.1, согласно графическому описанию известного из общего уровня техники глушителя, представляющие собой идентичные торцевые резонаторы концентричного типа, настроены на один и тот же резонансный частотный диапазон заглушения шума, что приводит к неоправданному дублированию подавления звука идентичных резонансных режимов, что в конечном итоге, ограничивает (заужает) полосу заглушения глушителя, а так же, в данном случае, способствует нежелательному взаимному резонансному взаимодействию идентичных боковых (торцевых) камер и не позволяет использовать каждую из камер для целенаправленного шумоподавления конкретного отдельного (отличительного) резонансного диапазона в заданной частотной области звукового спектра.

В современных конструкциях глушителей шума автомобильных ДВС для повышения ослабления передачи звука на указанных собственных резонансных модах типа расширительной цилиндрической камеры с внутренними трубами широко используют звукопоглощающие набивки полостей камер волокнистыми пористыми материалами. В качестве примера можно привести конструкции глушителей шума автомобильных ДВС, описанные в свидетельствах на полезные модели №15494, МПК7 F 01 N 1/24, 2000 г., №26595, МПК7 F 01 N 1/00, 2002 г., №27408, МПК F 01 N 1/08, 2003 г., №28733, МПК7 F 01 N 1/00, 2003 г. В частности, большинством автомобильных фирм производящих легковые автомобили, используется конструкция одного из глушителей шума системы выхлопа двигателя внутреннего сгорания с заполнением полости камеры (из нескольких камер) глушителя набивкой из базальтового волокна. Обладая достаточно высокими термостойкими и звукопоглощающими характеристиками, такая волокнисто-пористая звукопоглощающая набивка, в большинстве случаев, ослабляет нежелательные дефектные резонансные высокочастотные "свисты" глушителя, в первую очередь, на "малогабаритных" 4ой продольной и 2ой радиальной собственных модах колебаний воздушного объема камеры. Однако, такая конструкция имеет и ряд существенных недостатков, основные из которых следующие:

- Пористая набивка из волокнистого базальтового волокна активно впитывает и накапливает в полости химически агрессивный конденсат, содержащийся в выхлопных газах, что вызывает ускоренную внутреннюю коррозию стенок и перегородок корпуса глушителя, существенно сокращая срок его эксплуатации. Следует здесь же отметить, что именно внутренняя коррозия, а не механические нагрузки являются основной причиной разрушения глушителей автомобильных ДВС;

- Использование волокнистого базальтового волокна, вследствие вышеуказанной причины, вынуждает, в свою очередь, применять дорогостоящие нержавеющие хром-никелевые стали, использовать дополнительные устройства принудительного отсоса накопившегося конденсата из полости камеры различными диффузорными приемниками, что дополнительно усложняет конструкцию и делает ее более дорогой;

- В процессе эксплуатации транспортного средства базальтовые волокна частично выдуваются потоком выхлопных газов из полости глушителя в окружающую среду, что ведет к вредному и опасному для здоровья человека засорению воздушной среды мелкими частицами базальтовых волокон;

- Заполнение расширительных камер глушителя волокнистой шумопоглощающей набивкой вызывает некоторую потерю эффективности заглушения низкочастотного шума, вследствие частичной потери объема полости расширительной камеры, заполняющей набивкой (как правило - на частоте низшей нулевой собственной моды полости камеры);

- В процессе длительной эксплуатации устройства уменьшается пористость волокнистой набивки камеры из-за накапливающегося воздействия частиц углерода (сажи) и жидкого конденсата ("закоксовывание" пор), что влечет ухудшение звукопоглощающих характеристик волокнистой набивки и соответствующее снижение шумозаглушающей способности глушителя в целом;

- Применение базальтовых волокон в технологии производства глушителей связано с вредными условиями производства, вследствие возможного попадания мелких частиц волокон через органы дыхания в организм человека.

В связи с изложенными выше техническими, стоимостными и экологическими недостатками и проблемами, продолжаются совершенствоваться конструкции многокамерных резонаторных глушителей, лишенные в той или иной мере многих недостатков присущих глушителям, содержащим волокнистые шумопоглощающие набивки.

В качестве прототипа выбран глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, представленный в описании к патенту на изобретение России №2172846, МПК7 F 01 N 1/00, публ. 2001, и содержащий цилиндрический корпус с торцовыми стенками, в котором посредством поперечных перегородок образованы три камеры: входная, центральная и выходная, соосные входной и выходной патрубки, гидравлически подключенные к соответствующим камерам посредством перфорированных участков патрубков, и свободные (открытые) срезы которых размещены в центральной камере.

С целью повышения акустической эффективности известной конструкции глушителя, за счет расширения частотного диапазона и увеличения эффекта заглушения звукового давления процессов выпуска отработавших газов, исключения "деффектных" диапазонов усиленной резонансной передачи звука по трассе системы выпуска отработавших газов на наиболее энергоемких низших (первой, четвертой - продольных и второй - радиальной) собственных резонансных модах колебаний газового объема центральной камеры глушителя, путем его дополнительной акустической настройки, свободный динамический срез выходного патрубка размещен в узловой зоне второй низшей собственной продольной моды колебаний газового объема, заключенного в центральной камере, динамический срез входного патрубка размещен в узловой зоне первой низшей собственной продольной моды колебаний газового объема, заключенного в центральной камере, при этом суммарный объем полостей крайних торцовых камер глушителя примерно, с допуском ±0,05 величины объема, равен объему полости его центральной камеры и сами крайние торцовые камеры выполнены в виде разнонастроенных концентрических резонаторов, настроенных на подавление звукового излучения доминирующих частот резонансных пропусканий (передач) шума основной центральной камеры на четвертой продольной и второй радиальной низших собственных резонансных модах колебаний газового объема центральной камеры.

Акустическая настройка торцевых резонаторов, образованных кольцевыми объемами газа в полостях крайних камер, сообщенных с патрубками посредством участков сквозной перфорации в стенках патрубков, осуществляется за счет подбора заданной степени перфорации участков, выбора динамической толщины отверстий перфорации, учитывающей также и присоединенную колеблющуюся массу газа в отверстиях перфорации и величины объема полостей соответствующей торцовой камеры и рассчитывается по известной формуле:

для четвертой продольной собственной моды колебаний газового объема центральной камеры

для второй радиальной собственной моды колебаний газового объема центральной камеры

где с - скорость звука, распространяющегося по газоводу трассы системы выпуска отработавших газов,

L - длина центральной камеры,

F - суммарная площадь проходного сечения отверстий перфорации в заданной торцовой камере (входной, выходной),

h - длина горлышка резонатора (динамическая толщина отверстия перфорации), с приращением от присоединенной массы колеблющегося газа ,

F_отв - площадь одного отверстия перфорации,

V - объем полости, соответственно, входной (при настройке на подавление 4ой продольной собственной моды) или выходной (при настройке на подавление 2ой радиальной собственной моды) торцовой камеры глушителя,

D - приведенный диаметр внутренней полости корпуса глушителя. Для кругового цилиндра D=Dцилиндра; для корпуса имеющего форму овала D=S/П, где S - площадь поперечного сечения овала и П - периметр этого сечения,

При таком известном конструктивном исполнении глушителя в значительной степени уменьшается отрицательное влияние на его акустическую (шумозаглушающую) эффективность взаимодействия и взаимовлияния всех нечетных и низших (наиболее энергоемких) четных собственных резонансных мод колебаний газового объема, возбуждаемых в его расширительной камере, связанное с устранением возникающих полос пропускания (частотных провалов заглушения) шума на указанных выше собственных резонансных модах. Выбор различных объемов и резонансных настроек боковых (торцевых) камер глушителя исключает нежелательное резонансное взаимодействие этих камер. Тем не менее, акустическая (шумозаглушающая) эффективность глушителя такого типа может быть дополнительно повышена за счет более рационального использования его отдельных конструктивных элементов шумоглушения (в

первую очередь - внутренних участков его патрубков и поперечных перегородок), а также других конструктивных параметров глушителя, как непосредственно названных элементов шумоглушения, так и их взаимного расположения в полости камеры глушителя. Одновременно с этим, имеется возможность исключения прямой передачи части не заглушенной (слабо заглушенной) высокочастотной звуковой энергии в окружающую среду через размещенные навстречу друг другу открытые срезы соосно расположенных входного и выходного патрубков.

Техническим результатом заявляемой полезной модели конструкции глушителя, который объективно проявляется при ее использовании, является, с одной стороны, упрощение конструкции и технологии изготовления глушителя, а с другой стороны - дальнейшее повышение эффективности глушения шума выхлопа автомобильного ДВС.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели, охарактеризованный независимым п.1 формулы полезной модели, достигается тем, что в известном глушителе шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащем цилиндрический корпус с торцевыми стенками, в котором посредством поперечных перегородок образованы три камеры: входная, центральная и выходная, соосные входной и выходной патрубки, подключенные к входной и выходной камерам посредством составленных из однотипных сквозных отверстий перфорированных участков и свободные (открытые) срезы которых размещены в центральной камере, при этом свободный динамический срез выходного патрубка размещен в узловой зоне второй низшей собственной продольной моды колебаний газового объема, заключенного в полости центральной камеры, свободный динамический срез входного патрубка размещен в узловой зоне первой низшей собственной продольной моды колебаний газового объема, заключенного в полости центральной камеры, суммарный объем полостей крайних торцовых камер глушителя равен, или не превышает величину объема полости его центральной камеры, при этом крайние торцовые камеры выполнены в виде концентричных резонаторов, настроенных на подавление частотных провалов резонансных передач звукового давления основной камеры на четвертой продольной и второй радиальной низших собственных резонансных мод колебаний газового объема центральной камеры, входной и выходной патрубки имеют одинаковое проходное сечение, суммарная площадь сквозных проходных сечений отверстий в каждом из перфорированных участков составляет 0,5±0,02 площади проходного сечения соответствующего патрубка, при этом оба

перфорированных участка патрубков имеют одинаковое по своей геометрической форме построение отверстий.

В предпочтительном варианте конструктивного исполнения, отверстия перфорации патрубков имеют круглое проходное сечение, при этом число, диаметр и шаг - t - расположения отверстий в каждом из перфорированных участков длиной - l - одинаковы.

При таком конструктивном исполнении настройка торцевых резонаторов упрощается и осуществляется за счет изменения объемов V₁ и V₃ соответственно камер 6 и 8, при одновременном выполнении одинаковых длин - l - перфорированных участков 11 и 12 соответствующих патрубков 9 и 10. Имеется в виду, что геометрическая форма отверстий перфорации, их диаметр и "толщина" (высота горлышка резонатора с учетом приращения присоединенной колеблющейся в отверстии массы газа), а также шаг перфорации - t - в обоих участках применяются одинаковыми, что делает возможным технологически выполнить названные участки перфорации идентичным инструментом-перфоратором. Для сравнения - в известном прототипе для этого необходимо использовать два различных по конструкции перфоратора. Это касается достижения первой части обозначенного выше технического результата. С другой стороны, как показали эксперименты (результаты представлены ниже), выявлено наиболее рациональное значение отношения коэффициента перфорации перфорированных участков (как отношение суммарной площади проходных сечений отверстий перфорации в участке к площади проходного сечения патрубка), которое составляет 0,5±0,02. Допустимые отклонения от базовой величины на величину допуска (±0,02) возможны по технологическим причинам. Практический опыт показывают, что при более высоком значении коэффициента перфорации торцовый резонатор типа резонатора Гельмгольца практически вырождается в расширительную камеру, обеспечивающую определенный эффект заглушения шума за счет скачкообразного изменения волновых сопротивлений акустического волновода в зонах входа и выхода звуковых волн в расширительную камеру, характеризуемых скачкообразным изменением проходных сечений входного и выходного патрубков, по отношению к проходному поперечному сечению камеры, и содержащую чередующиеся провалы в характеристике заглушения на кратных гармониках частот полуволн, длины которых укладываются по длине Lp₁ или Lp₂ соответствующего торцового резонатора. При очень низком значении коэффициента перфорации слишком

малые массы газа, сосредоточенные в этих отверстиях и которые транспортируют звуковую энергию, вовлекаются в колебательный процесс в зоне стенок отверстий, в силу чего только незначительная часть звуковой энергии преобразуется в тепловую в процессе резонансных колебаний объемов газа, сосредоточенных в отверстиях перфорации и, соответственно, трения газа о поверхности стенок отверстий. Таким образом, такая конструкция также является слабоэффективным шумозаглушающим устройством. Заявляемая конструкция глушителя базируется на применении рациональной конструкции перфорации участков патрубков.

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".

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость". При этом промышленный выпуск полезной модели возможен на стандартном оборудовании с применением известных, хорошо отработанных технологий.

Другие особенности и преимущества заявляемой полезной модели станут понятны из следующего детального описания, приведенного исключительно в форме не ограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие предпочтительный вариант реализации, на котором показана схема предлагаемого глушителя шума выхлопа и его отдельных составляющих элементов.

На фиг.1 показан конкретный вариант конструктивного исполнения заявляемого глушителя выхлопа. Стрелками показана траектория движения выхлопных газов внутри полости корпуса глушителя;

На фиг.2 показано поперечное сечение по А-А корпуса глушителя;

На фиг.3...6 показаны эпюры распределения полей звуковых давлений на низших (соответственно с первой по четвертую) собственных резонансных продольных модах колебаний газового объема в центральной камере глушителя;

На фиг.7 и 8 показаны эпюры распределения полей звуковых давлений на низших (соответственно первой и второй) собственных резонансных радиальных

модах колебаний газового объема в центральной и боковых (торцовых) камерах глушителя;

На фиг.9 представлены графики изменения общих уровней звука (шума) выхлопа в дБА, замеренные на полноприводном легковом автомобиле с системой выпуска отработавших газов, укомплектованной штатным основным глушителем, при поочередной установке на автомобиль штатного дополнительного глушителя (прототипа) и заявляемого образца дополнительного глушителя. Уровень шума выхлопа системы выпуска с сборе регистрировался в 0,25 м от открытого среза выхлопной трубы основного глушителя под углом 60° к ее оси,

На фиг.10 представлены замеренные по аналогичной технологической процедуре уровни шума выхлопа на основной частоте рабочего процесса (частоте следования выхлопных импульсов по выхлопной трассе), равной 2n/60, Гц (где n - число оборотов в минуту четырехтактного четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания),

На фиг.11 представлен замеренный по аналогичной технологической процедуре 1/3 октавный спектр уровней шума выхлопа на оборотах максимального крутящего момента n=3900 об/мин, при полной нагрузке (полностью открыта дроссельная заслонка).

Испытания проводились на полноприводном легковом автомобиле класса SUV (J), установленном на динамометрическом стенде с беговыми барабанами в большой полубезэховой акустической камере.

Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, показанный на фиг.1, содержит цилиндрический корпус 1 с торцовыми стенками 2 и 3, в котором посредством поперечных перегородок 4 и 5 образованы три камеры: входная 6, центральная 7 и выходная 8, соосные входной 9 и выходной 10 патрубки, гидравлически подключенные к соответствующим камерам 6 и 8 посредством перфорированных участков 11 и 12, и свободные динамические срезы которых размещены в центральной камере 7, причем свободный динамический срез 13 выходного патрубка 10 размещен в узловой зоне второй низшей собственной продольной моды, фиг.4, колебаний газового объема, заключенного в центральной камере 7, фиг.1, динамический срез 14 входного патрубка 9 размещен в узловой зоне первой низшей собственной продольной моды, фиг.3, колебаний газового объема, заключенного в центральной камере 7, фиг.1, при

этом крайние камеры 6 и 8 выполнены в виде торцовых концентричных резонаторов, целенаправленно настроенных на подавление частотных провалов резонансных передач шума основной камеры на четвертой продольной, фиг.6, и второй радиальной, фиг.8, низших собственных резонансных модах колебаний газового объема центральной камеры 7.

Работает глушитель обычным образом.

Выхлопные газы по входному патрубку 9 поступают через свободный срез 14 в центральную камеру 7 глушителя и, вследствие внезапного расширения акустического волновода, определяемого соотношением проходных сечений патрубка 9 и камеры 7 частично отражаются обратно к источнику излучения (выпускному клапану, на чертежах не показан), а частично передаются к свободному срезу 13 выходного патрубка 10, и, вследствие последующего процесса внезапного сужения проходного сечения акустического волновода, определяемого аналогичным соотношением проходных сечений камеры 7 и патрубка 10, аналогичным образом частично отражаются в сторону источника излучения (впускного клапана) и частично выводятся из камеры глушителя по патрубку 10 в атмосферу.

В процессе непрерывных отражений звуковых волн образующиеся обратные волны взаимодействуют с прямыми, вследствие противофазных наложений частично компенсируются по амплитудным значениям в зонах резких изменений проходных сечений волновода и, соответственно, резкого изменения акустического сопротивления волновода и сопровождающихся фрикционных потерь возникают также необратимые преобразования звуковой энергии в тепловую с соответствующим ослаблением передаваемой в окружающую среду звуковой энергии от системы выхлопа ДВС.

Звуковая энергия, транспортируемая по газоводным патрубкам 9 и 10 глушителя в зонах перфорированных участков 11 и 12 претерпевает резонансное ослабление в отдельных частотных диапазонах, на которые настроена соответствующая акустическая камера - торцовый концентричный резонатор 6 или 8.

В этом случае, кольцевая масса газа в полости камеры торцового резонатора, сосредоточенная вокруг патрубка, играет роль упругого элемента (пружины), а масса газа, сосредоточенная в отверстиях перфорации, играет роль колеблющейся массы на этой пружине. В результате акустического резонанса, возникающего вследствие совпадения частоты (частот) звуковых волн в

широкополосном спектре шума выхлопа с собственной частотой одного из торцовых резонаторов (короткого акустического замыкания) на заданной частоте колебаний, амплитуда этих резонансных колебаний массы газа в горлышках перфорированных отверстий становится большой, фаза колебаний является противоположной фазе прямых и обратных волн этой же частоты, транспортируемой по газоводу и вследствие динамического процесса трения большеамплитудных колебаний газа о стенки перфорированных отверстий - акустическая энергия необратимо преобразовывается в тепловую и таким образом происходит общее ослабление звуковой энергии шума выхлопа в заданном (настроенном) частотном диапазоне заглушения, производимом конкретным торцевым резонатором глушителя.

В результате отмеченных газодинамических процессов динамический срез 14 входного патрубка не возбуждает в центральной камере 7 глушителя наиболее энергоемкую первую, фиг.3, собственную резонансную продольную моду колебаний объема V₂ камеры 7, поскольку он размещен в ее узловой зоне (с минимальным значением модуля давления) звукового давления на этой собственной форме (моде) колебаний. Это относится и к нечетным более высокочастотным собственным модам, см. фиг.5. Одновременно с этим, возбужденная в камере 7 вторая продольная собственная мода, фиг.4, не передается (слабо передается) выходным патрубком 10 из камеры 7 в атмосферу, поскольку динамический срез 13 выходного патрубка 10 размещен в узле (минимальном значении звукового давления) этой собственной формы колебаний. Возбужденная в центральной камере 7 четвертая продольная, фиг.6, собственная резонансная форма колебаний подавляется настроенным на эту частоту колебаний рассматриваемой моды концентричным торцовым резонатором, образованным кольцевым объемом V₁ полости камеры 6 и отверстиями перфорации участка 11, патрубка 9 в которых (отверстиях перфорации) в результате интенсивных резонансных колебаний масс газа, сосредоточенных в этих отверстиях, значительная часть звуковой энергии необратимо преобразуется в тепловую в процессе трения о стенки отверстий перфорации. Совершенно аналогичный механизм подавления второй низшей радиальной собственной моды колебаний, фиг.8, реализован и торцовым концентричным резонатором, образованным кольцевым объемом V₃ выходной камеры 8 и отверстиями участка перфорации 12 и настроенным на доминирующую частоту этой моды. Что касается первой радиальной собственной

моды, фиг.7, то она не возбуждается в силу того, что ось выходного патрубка 10 проходит через центр тяжести объема центральной камеры 7, т.е. находится в узле колебаний этой моды.

Заявляемая конструкция дополнительного глушителя в составе штатной системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания показала более высокую эффективность заглушения газодинамической составляющей шума выхлопа. Результаты оценочных экспериментальных исследований шумозаглушающей способности опытного образца заявляемой конструкции глушителя шума системы выпуска отработавших газов ДВС автомобиля в сравнении с штатной (серийной) комплектацией автомобиля со смонтированным штатным (серийным) дополнительным глушителем шума системы выпуска отработавших газов автомобиля свидетельствуют, что:

- по общим уровням (фиг.9) эффект дополнительного (к штатной системе) снижения шума в среднем составил 1-2 дБА;

- дополнительное (к штатной системе) снижение уровня шума выхлопа на основной частоте рабочего процесса 2n/60 Гц (фиг.10) составляет до 7 дБА;

- в 1/3 октавном спектре на оборотах максимального крутящего момента ДВС уровень шума выхлопа дополнительно (к штатной системе) ниже до 3 дБА.

Выполнение камер глушителя (торцовых, центральной) с различной величиной объемов камер позволяет избежать их резонансных совпадений и нежелательных взаимодействий, более просто осуществлять акустическую настройку камер применением однотипной по геометрии и технологическому исполнению перфорации патрубков, расширить полосу эффективного заглушения шума выхлопа.

Таким образом, за счет обеспечения более оптимальных, с точки зрения акустики, геометрических параметров элементов глушителя, достигается повышение его шумозаглушающей эффективности.

В сравнении с прототипом заявляемый глушитель шума выхлопа характеризуется более широким частотным диапазоном и уровнем заглушения шума выхлопа и, следовательно, обладает большей акустической эффективностью.

Claims (2)

1. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с торцевыми стенками, в котором посредством поперечных перегородок образованы три камеры: входная, центральная и выходная, соосные входной и выходной патрубки, подключенные к входной и выходной камерам посредством составленных из однотипных сквозных отверстий перфорированных участков и свободные (открытые) срезы которых размещены в центральной камере, при этом свободный динамический срез выходного патрубка размещен в узловой зоне второй низшей собственной продольной моды колебаний газового объема, заключенного в полости центральной камеры, свободный динамический срез входного патрубка размещен в узловой зоне первой низшей собственной продольной моды колебаний газового объема, заключенного в полости центральной камеры, суммарный объем полостей крайних камер глушителя равен или не превышает величину объема полости его центральной камеры, при этом крайние торцовые камеры выполнены в виде концентричных резонаторов, настроенных на подавление частотных провалов резонансных передач шума основной камеры на четвертой продольной и второй радиальной низших собственных резонансных мод колебаний газового объема центральной камеры, отличающийся тем, что входной и выходной патрубки имеют одинаковое проходное сечение, суммарная площадь проходных сечений отверстий в каждом из перфорированных участков составляет 0,5±0,02 площади проходного сечения патрубка, при этом оба перфорированных участка имеют одинаковое по своей геометрической форме построение отверстий.

2. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что отверстия перфорации патрубков имеют круглое проходное сечение, при этом число, диаметр и шаг расположения отверстий в каждом из перфорированных участков одинаковы.