RU61350U1 - 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 (ДВС). Глушитель содержит цилиндрический корпус с торцовыми стенками, в котором посредством поперечных перегородок образованы три камеры: входная, центральная и выходная, соосные, частично перфорированные по длине во входной и выходной камере, соответственно, входной и выходной патрубки, свободные срезы которых размещены в центральной камере, причем свободный динамический срез входного патрубка размещен в срединной плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса глушителя. Отличительной особенностью является то, что соотношение объемов входной, центральной и выходной камер соответственно составляет 0,25±0,01:0,63±0,01:0,12±0,01, свободный срез выходного патрубка герметично заглушен, а его участок, расположенный в центральной камере, выполнен перфорированным сквозными отверстиями, при этом участок перфорации патрубка в центральной камере) непрерывно сочетается с участком перфорации патрубка, расположенном в выходной камере соответственно в отношении 7:2, кроме того, вся перфорированная часть выходного патрубка, длина которой составляет не менее 0,8±0,1 от длины цилиндрической части патрубка размещенной в камерах, а суммарная площадь отверстий перфорации составляет 1,9±0,1 площади проходного поперечного сечения

патрубка, составлена из концентрических поясов отверстий, в основном равномерно расположенных между собой, участок перфорации входного патрубка расположен по обе стороны от центра входной камеры, его длина составляет 0,15±0,01 от длины патрубка размещенной в камерах, а суммарная площадь отверстий перфорации составляет 0,65±0,01 от площади проходного поперечного сечения патрубка, в каждой из поперечных перфорированных перегородок выполнен по крайней мере один концентрически расположенный пояс сквозных отверстий, центры которых в основном расположены на равных угловых расстояниях, а суммарная площадь проходных сечений отверстий перфорации составляет 0,4...0,45 от площади проходных поперечных сечений соответствующих патрубков.

Предложены варианты конструктивного исполнения глушителя. Область преимущественного применения - легковые автомобили.

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, МПК 7 F 01 N 1/24, 2000 г., №26595, МПК 7 F 01 N 1/00, 2002 г., №27408, МПК F 01 N 1/08, 2003 г., №28733, МПК 7 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, МПК 7 F 01 N 1/00, публ. 2001, и содержащем 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 срезы которых размещены в центральной камере.

С целью повышения акустической эффективности глушителя, за счет расширения частотного диапазона и амплитуды заглушения, исключения деффектных диапазонов резонансной передачи звука на наиболее энергоемких низших (первой и четвертой продольных и второй радиальной) собственных резонансных модах колебаний газового объема центральной камеры, путем 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 крайних камер глушителя примерно, с допуском ± 0,05 величины объема, равен объему его центральной камеры и сами крайние камеры выполнены в виде разнонастроенных концентрических резонаторов, настроенных на доминирующие частоты резонансных пропусканий (передач) шума основной камеры на четвертой продольной и второй радиальной низших собственных резонансных модах колебаний газового объема центральной камеры.

Настройка торцевых резонаторов, образованных кольцевыми объемами крайних камер, сообщенных с патрубками посредством участков перфорации, осуществляется за счет подбора степени перфорации участков, динамической толщины отверстий перфорации, учитывающей присоединенную колеблющуюся массу воздуха в отверстиях перфорации и величины объема полостей соответствующей 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,

L - длина центральной камеры,

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

h - длина горлышка резонатора (динамическая толщина отверстия перфорации), с присоединенной массой газа h=2(0,44 √Fотв.),

Fотв - площадь одного отверстия,

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

D - приведенный диаметр 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 конструктивном исполнении глушителя значительно уменьшается отрицательное влияние на его акустическую эффективность всех нечетных и низших (наиболее энергоемких) четных собственных резонансных мод колебаний газового объема, возбуждаемых в его расширительной камере, связанное с устранением 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 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) звуковой энергии в окружающую среду через размещенные навстречу друг другу открытые срезы соосно расположенных входного и выходного патрубков.

Техническим результатом заявляемой полезной модели, который объективно проявляется при ее использовании, является 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 торцовыми стенками, в котором посредством поперечных перегородок образованы три камеры: входная, центральная и выходная, соосные, частично перфорированные по длине во входной и выходной камере, соответственно, входной и выходной патрубки, свободные срезы которых размещены в центральной камере, причем свободный динамический срез входного патрубка

размещен в срединной плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса глушителя, соотношение объемов входной, центральной и выходной камер соответственно составляет 0,25±0,01:0,63±0,01:0,12±0,01 от длины внутренней полости корпуса глушителя, свободный срез выходного патрубка герметично заглушен, а его участок, расположенный в центральной камере, выполнен перфорированным сквозными отверстиями, при этом участок перфорации патрубка в центральной камере непрерывно сочетается с участком перфорации патрубка, расположенном в выходной камере, соответственно, в отношении 7:2, кроме того, вся перфорированная часть выходного патрубка, длина которой составляет не менее 0,8±0,1 от длины цилиндрической части патрубка размещенной в камерах, а суммарная площадь отверстий перфорации составляет 1,9±0,1 площади проходного поперечного сечения патрубка, составлена из концентрических поясов отверстий, в основном равномерно расположенных между собой, участок перфорации входного патрубка расположен по обе стороны от центра входной камеры, его длина составляет 0,15±0,01 от длины патрубка размещенной в камерах, а суммарная площадь отверстий перфорации составляет 0,65±0,01 от площади проходного поперечного сечения патрубка, в каждой из поперечных перфорированных перегородок выполнен по крайней мере один концентрически расположенный пояс сквозных отверстий, центры которых в основном расположены на равных угловых расстояниях, а суммарная площадь проходных сечений отверстий перфорации составляет 0,4...0,45 от площади проходных поперечных сечений соответствующих патрубков.

В одном из возможных вариантов конструктивного исполнения, который представлен в зависимом п.2 формулы полезной модели, в перегородках может быть выполнено два концентрически расположенных пояса сквозных отверстий, при этом центр каждого отверстия в одном из поясов в размещен в основном на равных расстояниях от центров смежных с ним двух отверстий смежного пояса.

Заглушенный срез выходного патрубка может быть выполнен крестообразно сплющенным, как это представлено в зависимом п.3. формулы, или герметизация может быть достигнута, например, путем размещения в срезе технологической заглушки.

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 корпуса глушителя;

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

На фиг.3 показан входной патрубок в сборе с поперечной перфорированной перегородкой,

На фиг.4 показано сечение А-А фиг.3,

На фиг.5 показан выходной патрубок в сборе с поперечной перфорированной перегородкой,

На фиг.6 показано сечение А-А фиг.5,

На фиг.7 показан входной патрубок,

На фиг.8 и 9 показаны сечения А-А и Б-Б входного патрубка плоскостями, проведенными через центры смежных поясов отверстий перфорации,

На фиг.10 показан выходной патрубок,

На фиг.11 и 12 показаны сечения А-А и Б-Б выходного патрубка плоскостями, проведенными через центры смежных поясов отверстий перфорации,

На фиг.13 показан вид А на свободный срез выходного патрубка, который в данном случае выполнен крестообразно сплющенным,

На фиг.14 и 15 показана поперечная перфорированная перегородка, соответственно ее поперечной осевое сечение и вид слева.

На фиг.16 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.17 представлены замеренные по аналогичной технологической процедуре уровни шума выхлопа на основной частоте рабочего процесса (частоте следования выхлопных импульсов по выхлопной трассе), равной Гц (где n - число оборотов в минуту четырехтактного четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания),

На фиг.18 представлен замеренный по аналогичной технологической процедуре 1/3 октавный спектр уровней шума выхлопа на оборотах максимального крутящего момента n=3400 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, частично перфорированные по длине во входной и выходной камере, соответственно, входной 9 и

выходной 10 патрубки, свободные срезы 11 и 12 которых размещены в центральной камере, причем свободный динамический срез входного патрубка размещен в срединной плоскости X-X, перпендикулярной продольной оси O-O корпуса глушителя.

Соотношение объемов входной - V₁, центральной - V₂ и выходной - V₃ камер соответственно составляет 0,25±0,01:0,63±0,01:0,12±0,01. Свободный срез выходного патрубка герметично заглушен (см. фиг.13), а его участок 13, расположенный в центральной камере 7, выполнен перфорированным сквозными отверстиями 14, при этом участок 13 перфорации патрубка в центральной камере 7 непрерывно сочетается с участком 15 перфорации патрубка, расположенном в выходной камере 8, соответственно, в отношении 7:2, кроме того, вся перфорированная часть выходного патрубка (длины участков 13 и 15), длина которой составляет не менее 0,8±0,1 от длины цилиндрической части патрубка размещенной в камерах, а суммарная площадь отверстий перфорации составляет 1,9±0,1 площади проходного поперечного сечения патрубка, составлена из концентрических поясов 16 отверстий, в основном равномерно расположенных между собой. Участок перфорации 17 входного патрубка 9 расположен по обе стороны от центра входной камеры 6, его длина составляет 0,15±0,01 от длины патрубка размещенной в камерах, а суммарная площадь отверстий 18 перфорации составляет 0,65±0,01 от площади проходного поперечного сечения патрубка 9. В каждой из поперечных перфорированных перегородок 4 или 5 выполнен по крайней мере один концентрически расположенный пояс 19 сквозных отверстий 20, центры которых в основном расположены на равных угловых расстояниях, а суммарная площадь проходных сечений отверстий 20 перфорации составляет 0,4...0,45 от площади проходных поперечных сечений соответствующих патрубков 9 или 10.

Далее следует описание конкретного конструктивного исполнения глушителя, с указанием ключевых размеров его элементов, которые были использованы при изготовлении опытных образцов, подвергнутых в дальнейшем акустическим испытаниям, результаты которых приведены на графиках, см. фиг.16-18. Это один из частных примеров конструкции, промышленное исполнение которой предполагает некоторые отклонения

размеров, что и учтено при составлении независимого п.1 формулы полезной модели.

Участок 13 выходного патрубка 10, фиг.10, расположенный в центральной камере 7, выполнен перфорированным сквозными отверстиями 14, диаметр -d- которых в данном случае 6 мм, шаг -t- поясов 16 перфорации 18 мм и в каждом из поясов по 12 отверстий. Длина -L- цилиндрической части патрубка 10, расположенной в камерах 7 и 8 составляет 183,5 мм. Вся перфорированная часть выходного патрубка, составленная из участков 12 и 15 составляет -L₁- 144 мм. Участок 17 перфорации входного патрубка 9, фиг.7, расположен по обе стороны от центра входной камеры 6, а его длина -W₁- составляет 36 мм, при этом длина -W- патрубка 9, укладывающаяся в камерах 6 и 7 составляет 264,5 мм. Отверстия 18 перфорации в патрубке 9 имеют диаметр -d- 6 мм, при этом шаг поясов -t- перфорации такой же, как и у патрубка 10, т.е. в обоих патрубках составляет величину 3d, где d - диаметр отверстия перфорации. Оба патрубка выполнены из трубы, с наружным диаметром 48 мм, с толщиной стенки 1,5 мм. Т.е. внутренний диаметр -D- 45 мм.

Поперечные перфорированные перегородки 4 и 5, фиг.14 и 15, выполнены идентичными, отштампованными из листа толщиной 1,5 мм, при этом в перегородках выполнено два концентрически расположенных пояса 19 (фиг.15) сквозных отверстий 20 перфорации, центры которых в каждом поясе расположены на равных угловых расстояниях -α-, при этом центр каждого отверстия 20 в любом из поясов 19 размещен на равных угловых расстояниях -β- от центров смежных с ним двух отверстий смежного пояса. В каждом из поясов выполнено по 12 отверстий диаметром -d- 6 мм. Такое размещение отверстий 20 в поясах перфорации 19 позволяет создать компактную и вместе с тем эффективную конструкцию.

Соотношение объемов входной 6, центральной 7 и выходной 8 камер соответственно составляет 0,25±0,1:0,63±0,1:0,12±0,1. При этом длина -S- полости глушителя 500 мм, фиг.1.

Работает глушитель обычным образом.

Выхлопные газы и транспортируемые в их среде звуковые волны в виде шума выхлопа по входному патрубку 9 поступают через свободный

динамический срез 11 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, который на чертежах не показан), а частично, минуя заглушенный срез 12, через перфорированный участок 13 выходного патрубка, попадают в его полость, при этом, вследствие внезапного сужения проходного сечения акустического волновода, определяемого аналогичным соотношением проходных сечений камеры 7 и суммарным проходным сечением отверстий перфорации 14 патрубка 10, аналогичным образом частично отражаются в сторону источника излучения и частично выводятся из центральной камеры 7 глушителя по патрубку 10 в атмосферу. Часть этого зашумленного газового потока через отверстия 20 перфорации в перегородке 5 попадает в полость выходной камеры 10, откуда через отверстия поясов 16 перфорированного участка 15 попадает в полость выходного патрубка 10 и далее выводится в окружающую среду. В это же самое время, часть выхлопного газа через участок 17 перфорации входного патрубка 9 передается в полость входной камеры 6, и через отверстия 20 в перегородке 4 попадает в полость центральной камеры 7, откуда эта часть газов с одной стороны через отверстия 14 поясов 16 перфорированного участка 13 попадает в полость выходного патрубка 10, а с другой стороны - через отверстия 20 в перегородке 5 попадает в полость выходной камеры и через участок перфорации 15 также в полость патрубка 10, с последующим выходом в атмосферу. При прохождении зашумленного потока выхлопных газов через перфорированные перегородки 4 и 5 глушителя и участки сквозной перфорации 13, 15 и 17 патрубков 9 и 10 происходит процесс уменьшения звуковой энергии (шума выхлопа), вследствие интенсивного процесса трения в сквозных отверстиях перфорации пульсирующего газа и звуковых волн и последующего преобразования его в тепловую энергию, обуславливая тем самым процесс заглушения шума выхлопа.

В процессе непрерывных отражений звуковых волн в направлении к источнику излучения (выпускному клапану), образующиеся обратные волны взаимодействуют с прямыми и вследствие противофазных наложений

частично компенсируются. Одновременно с этим, в зонах резких изменений проходных сечений волновода и соответственно, резкого изменения акустического сопротивления волновода, а также в зонах расположения конструктивных элементов фрикционного трения и рассеивания энергии звуковых волн (в отверстиях поясов перфорации перегородок и патрубков) также возникают необратимые преобразования звуковой энергии в тепловую с соответствующим ослаблением передаваемой в окружающую среду звуковой энергии от системы выхлопа двигателя внутреннего сгорания.

В предложенной конструкции глушителя, фиг.1, динамический срез 11 входного патрубка не возбуждает в полости глушителя наиболее энергоемкую первую собственную резонансную продольную моду колебаний объема полости глушителя, поскольку он размещен в узловой зоне (с минимальным значением модуля) звукового давления на этой собственной форме колебаний. Это относится и ко всем нечетным, более высокочастотным собственным модам колебаний. Одновременно с этим, возбужденная в полости глушителя вторая продольная собственная мода с одной стороны эффективно подавляется за счет размещения отверстий 14 поясов перфорации 16 на участке 13 патрубка 10 в зоне максимальных скоростей колебаний этой формы, с соответствующим эффективным преобразованием звуковой энергии в тепловую, а с другой стороны - слабо передается в окружающую среду из-за размещения середины перфорированного участка 13 в узловой зоне колебаний давления (зона минимальных значений величины звукового давления) второй собственной резонансной продольной моды колебаний объема полости глушителя.

Выполнение камер различных объемов в сочетании 0,25±0,01:0,63±0,01:0,12±0,01 позволяет оптимальным образом избежать резонансных совпадений, ухудшающих процесс заглушения шума, вследствие появления частотных полос пропускания шума, более просто и надежно осуществлять частотную настройку камер, расширить частотную полосу эффективного процесса заглушения шума выхлопа.

Участки перфорации 17 и 15, соответственно во входном 9 и выходном 10 патрубках выполняют функцию дополнительного механизма преобразования

звуковой энергии в тепловую (за счет фрикционных потерь при передаче), что соответственно позволяет повысить эффективность глушения шума.

Заявляемая конструкция дополнительного глушителя в составе штатной системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания показала более высокую эффективность заглушения шума выхлопа:

- по общим уровням (фиг.16) эффект дополнительного (к штатной системе) снижения шума в среднем составил 1-3 дБА;

- дополнительное (к штатной системе) снижение уровня шума выхлопа на основной частоте рабочего процесса Гц (фиг.17) составляет до 7 дБА;

- в 1/3 октавном спектре с центрами 100...10000 Гц уровень шума выхлопа дополнительно (к штатной системе) снижен на 0,5-7 дБА.

Таким образом, за счет обеспечения более оптимальных, с точки зрения эффективности заглушения энергии шума выхлопа, геометрических параметров элементов глушителя, а также более рационального использования элементов глушителя в минимальных габаритных размерах, исключения прямой передачи звука срезами патрубков из входного патрубка в выходной, достигается в целом существенное повышение его акустической эффективности.

Разумеется, полезная модель не ограничивается описанным выше конкретным конструктивным примером ее осуществления, показанным на прилагаемых фигурах. Остаются возможными несущественные изменения различных элементов, либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема настоящей полезной модели. В частности, отверстия перфорации могут быть не круглыми, а овальными, или в виде прорезных щелей, их взаимное расположение в сгруппированных поясах (не выходя за рамки ограничений формулы и описания) также может быть различным.

Claims (3)

1. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с торцовыми стенками, в котором посредством поперечных перегородок образованы три камеры: входная, центральная и выходная, соосные, частично перфорированные по длине во входной и выходной камере, соответственно, входной и выходной патрубки, свободные срезы которых размещены в центральной камере, причем свободный динамический срез входного патрубка размещен в срединной плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса глушителя, отличающийся тем, что соотношение объемов входной, центральной и выходной камер соответственно составляет 0,25±0,01:0,63±0,01:0,12±0,01, свободный срез выходного патрубка герметично заглушен, а его участок, расположенный в центральной камере, выполнен перфорированным сквозными отверстиями, кроме того, вся перфорированная часть выходного патрубка, длина которой составляет не менее 0,8±0,1 от длины цилиндрической части патрубка, размещенной в камерах, а суммарная площадь отверстий перфорации составляет 1,9±0,1 площади проходного поперечного сечения патрубка, составлена из концентрических поясов отверстий, в основном равномерно расположенных между собой, участок перфорации входного патрубка расположен по обе стороны от центра входной камеры, его длина составляет 0,15±0,01 от длины патрубка размещенной в камерах, а суммарная площадь отверстий перфорации составляет 0,65±0,01 от площади проходного поперечного сечения патрубка, в каждой из поперечных перфорированных перегородок выполнен по крайней мере один концентрически расположенный пояс сквозных отверстий, центры которых в основном расположены на равных угловых расстояниях, а суммарная площадь проходных сечений отверстий перфорации составляет 0,4...0,45 от площади проходных поперечных сечений соответствующих патрубков.

2. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что в перегородках выполнено два концентрически расположенных пояса сквозных отверстий, при этом центр каждого отверстия в одном из поясов размещен в основном на равных расстояниях от центров смежных с ним двух отверстий смежного пояса.

3. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что заглушенный срез выходного патрубка выполнен крестообразно сплющенным.