устройство снижения шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО СНИЖЕНИЯ ШУМА ВЫХЛОПА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее корпус, разделенный на ряд камер, входной и выходной патрубки, камеры соединены одна с другой и с выходным патрубком при помощи соосных сужающихся сопл, отличающееся тем, что входной патрубок выполнен с сужающимся выходным соосным соплом, диаметр выходного сечения всех сопл меньше внутреннего диаметра входного патрубка, а сопло выходного патрубка выполнено в виде диффузора со скошенным срезом на выходе.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение объема каждой последующей камеры к объему предыдущей камеры по ходу движения потока составляет уменьшающийся ряд чисел геометрической прогрессии или ряд уменьшающихся простых чисел.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что каждые нечетные по ходу движения потока выхлопа камеры снабжены трубками с раструбами на входе, размещенными соосно с соплами и имеющими внутренний диаметр, равный диаметру выходного сечения сопла, а входные и выходные участки труб расположены с образованием кольцевых щелей относительно входа и выхода сопла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для снижения шума выхлопа ДВС.

Известны устройства снижения уровня шума выхлопа ДВС, основанные на многократном дросселировании выхлопных газов и/или изменении направления и скорости их движения. В большинстве случаев это достигается путем пропуска выхлопных газов через ряд преград, дроблением струи газов на большое число малых струй, а также за счет пропуска ее через преграду с малыми отверстиями [1]

Известно устройство снижения шума выхлопа ДВС без изменения направления движения выхлопной струи и без дробления ее на мелкие струи [2]

Наиболее близким к предлагаемому устройству является глушитель шума выхлопа ДВС, имеющий прямоточное движение общей струи, которая последовательно проходит четыре камеры соединенных друг с другом и с выходным патрубком соосно расположенными сужающимися соплами, выходное сечение которых равно сечению подводящего трубопровода [3] Объемы всех четырех камер устройства примерно одинаковы. Подводящая труба через раструб соединяется с первой камерой устройства, составляя с ней одну камеру большего объема.

Недостатком аналога, помимо небольшого числа камер устройства и незначительного изменения их объема по ходу движения струи, является малый скачок изменения сечения струи соответствующая ему малая степень уменьшения скачка давления при переходе струи из камеры в камеру, так как изменение сечений достигается только за счет увеличения площади сечения камер устройства. Все это приводит к тому, что для получения требуемой степени понижения шума выхлопа и соответствующей ему степени уменьшения изменения давления в струе выхлопных газов требуетcя существенное увеличение объема отдельных камер и глушителя в целом.

Задача изобретения состоит в разработке устройства для эффективного понижения шума выхлопа ДВС с обеспечением возможности повышения его мощности и экономичности.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для уменьшения шума выхлопа ДВС, содержащем корпус, разделенный поперечными перегородками на ряд камер, входной и выходной патрубки, камеры между собой, с входным и выходным патрубками связаны соосно расположенными одиночными сужающимися соплами с входным сечением меньше сечения подводящей трубы (входного патрубка).

Относительно медленные изменения давления в выпускном трубопроводе ДВС демпфируются в каждой камере устройства, уменьшаясь по величине и растягиваясь по времени. Степень уменьшения изменения давления тем выше, чем больше объем камеры и отношение поперечных сечений камеры и сопла. В силу поcледнего обcтоятельcтва cтепень уменьшения давления каждой камерой такого устройства значительно больше, чем у аналога. Общая величина уменьшения изменения давления для всего устройства равно произведению величины уменьшения изменения давления в каждой камере.

Фронт резкого изменения давления-разряжения, проходящий через сопло, в таком устройстве также ослабляется в каждой камере примерно во столько раз, во сколько площадь сечения камеры больше площади сечения сопла (12-16 и более раз). Общее ослабление фронта давления-разрежения в устройстве, состоящем из нескольких соединенных последовательно камер, равно произведению величин ослабления в каждой камере. Так ослабление в первых 4-5 камерах устройства прямого фронта давления-разрежения может составить несколько десятков тысяч раз. Таким образом, выбирая размеры устройства и особенно число камер, величина фронта давления-разрежения в предлагаемом устройстве может быть уменьшена до любого требуемого уровня.

Прямые и обратные фронты в пределах объема каждой камеры, многократно отражаясь от противоположных стенок, дают начало колебательным процессам в камере. Учитывая далеко не синусоидальный характер изменения давления в процессе выхлопа, на каких-то частотах вращения ДВС и режимах его работы, могут возникнуть устойчивые объемные резонансные колебательные явления изменения давления в камере. Амплитуда колебаний давления в камере на таких режимах работы ДВС может быть в несколько раз больше величины полуразмаха изменения давления при других режимах работы ДВС.

Для исключения взаимного негативного влияния объемного резонанса отдельных камер между собой и особенно на увеличение амплитуды резонансных колебаний в последней камере объемы отдельных камер, а при измененной по длине устройства величине поперечного сечения камер длины камер, должны относиться между собой как простые числа.

Для наиболее эффективного использования всего объема устройства отношение объема каждой последующей камеры к объему предыдущей (по ходу давления потока камеры) должно составлять уменьшающийся ряд чисел геометрической прогрессии или ряд уменьшающихся простых чисел с мало изменяющейся величиной отношения соседних чисел между собой.

В этом случае следующие числа представляют собой такого рода ряды уменьшающихся простых чисел, отношение отдельных членов которых отличаются друг от друга не более чем на 6%

Ряд 1. Простые числа: 97 41 17 7

Отношение соседних чисел

2,37-2,43 2,37; 2,41, 2,43

Ряд 2. Простые числа: 211 127 77 47 29 19

Отношение соседних чисел

1,53-1,66 1,66 1,65 1,64 1,62 1,53

Ряд 3. Простые числа: 133 97 71 53 41 31 23 17 13

Отношение соседних чисел

1,29-1,37 1,37 1,37 1,34 1,29 1,32 1,35 1,35 1,31

Приведенные ряды простых чисел могут использоваться для определения длин отдельных камер конкретных устройств. При этом может быть рекомендовано применение ряда 1 для устройств с числом камер до 4; ряда 2 для устройств с числом камер 4-6; ряда 3 для устройства с числом камер 6 и более.

Например, 5-камерное устройство с цилиндрическим корпусом общей длиной 400 мм с длинами отдельных камер 170:103:63:39:25 мм будет иметь отношение объемов и длин этих камер как отношение ряда простых чисел 127:77:47:29:19.

Могут быть использованы и другие ряды простых чисел.

Для снижения высокочастотного шума (шипения) вытекающей из устройства в атмосферу с большой скоростью струи газов и уменьшения потерь энергии выходной патрубок имеет расширяющийся по ходу движения струи диффузор с косым срезом, при установке устройства на объект наземного использования ориентированным вниз. Движение струи по диффузору снижает ее скорость и увеличивает давление. Наличие косого среза, ориентированного вниз, производит дополнительное отклонение струи в сторону среза и автоматически выравнивает (в пределах косого среза) давление в струе с давлением атмосферы, что дает дополнительный эффект снижения уровня шума выхлопа ДВС. Применение в качестве выходного патрубка расширяющегося диффузора возвращает струе значительную часть энергии, потраченной в первом по ходу струи сопле на ее разгон, и расширяет возможный диапазон увеличения скорости струи в устройстве вплоть до использования статического давления, существенно меньшего атмосферного.

Ограничение поверхности струи на большей части длины камеры трубой с раструбом на выходе и внутренним диаметром, равным диаметру сопла, уменьшает потери энергии на образование вихрей в камере, барботаж газов, что увеличивает эффективность устройств.

Учитывая высокую эффективность предлагаемого устройства понижения шума выхлопа ДВС, общая величина объема устройства может быть взята по нижней границе рекомендованных значений V_г=(1,5- 3,0) V_ДВС, т.е. V_г=1,5 V_ДВС, где V_ДВС рабочий объем ДВС.

Именно предлагаемое соотношение размеров отдельных камер, диаметров сопел и наличие диффузора с косым срезом позволяет наиболее эффективно использовать общий объем устройства. Подводящая труба в таких устройствах из-за наличия между ней и первой камерой устройства сопла используется как дополнительная камера, эффективность действия которой не менее эффективности остальных камер устройства.

На фиг. 1 приведен разрез с основными размерами предлагаемого устройства, пригодного для ДВС с рабочим объемом 1,3-1,6 дм³; на фиг. 2 показано то же устройство, в котором струя газов на большей части длины камер заключена в трубу с раструбом на входе и внутренним диаметром, равным диаметру выходного сечения сопла, которая обеспечивает контакт струи с объемом камеры только по узкой кольцевой щели в начале или конце каждой такой трубы.

Устройство снижения шума выхлопа ДВС содержит корпус 1, разделенный на шесть камер 2, объем и длины которых соотносятся между собой как ряд простых чисел: 127:77:47:29:19:13. Камеры между собой, с входным патрубком-диффузором 4 связаны соосно расположенными сужающимися соплами 5. Сопло выходного патрубка переходит в расширяющийся диффузор 6, заканчивающийся открытым в атмосферу косым срезом 7.

В устройстве (фиг. 2) струя газов на большей части длины каждой камеры движется в трубе 8 с раструбом на входе и сообщается с объемом камеры только по кольцевым щелям в начале 9 или конце 10 каждой трубы.

При работе устройства (фиг. 1 и 2) любое увеличение (уменьшение) давления на входе в какую-либо камеру приводит к увеличению (уменьшению) скорости истечения из сопла на входе в камеру. При неизменных в начальный момент величинах давления и скорости струи из сопла на выходе из камеры происходит повышение (снижение) притока газов в камеру над его расходом, а это увеличивает (уменьшает) давление в камере. Величина и характер изменения давления в камере оказываются существенно меньшими по величине и растянутыми по времени по отношению к изменению давления на входе в камеру. Величина изменения давления в струе газов на выходе из сопла последней камеры в таких устройствах может быть сделана сколь угодно малой. В диффузоре выходного патрубка струя газов замедляется, повышается ее давление до атмосферного и происходит спокойное без изменения давления и скорости истечение струи газов в атмосферу.

Общеизвестно, что непрерывное движение струи газов в выхлопной системе способствует улучшению протекания процессов газообмена, повышает экономичность и мощность ДВС.