СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ШУМА ВЫХЛОПА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
METHOD FOR DECREASING EXHAUST NOISE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Заявляемое изобретение относится к области технической акустики, более конкретно, к способам снижения шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано в автомобиле- и тракторостроении для снижения шума выхлопа ДВС.
Прежде чем переходить к описанию аналогов и прототипа, необходимо отметить следующее. Характерная выпускная система отработавших газов ДВС содержит входную трубу, по которой отработавшие газы подводятся от ДВС к глушителю, снижающему шум, и хвостовую трубу, отводящую отработавшие газы из глушителя в атмосферу. Схема такой системы приведена, например, в книге «Шум автотракторных двигателей внутреннего сгорания», автор В.Н.Луканин, изд-во «Машиностроение», М., 1971 г., стр.167, рис.89. Снижение шума выхлопа в данной системе выпуска ДВС происходит благодаря тому, что выпуск отработавших газов осуществляют через глушитель и энергия пульсаций давления частично рассеивается в глушителе за счет резонансных явлений в его полостях, поглощения звукопоглощающими набивками, трения и т.д. Недостатком данного способа снижения шума выхлопа ДВС является то, что глушители, устанавливаемые на выпускной системе, имеют достаточно большое гидравлическое сопротивление, которое жестко регламентируется техническими условиями на ЛВС, в связи с чем применение глушителей не всегда является эффективным с точки зрения достижения нормативных значений уровня внешнего шума, например, автомобиля. Кроме этого из-за цикличности работы ДВС, отработавшие газы выбрасываются из хвостовой трубы порциями, в связи с чем переменный расход отработавших газов является одним из основных факторов, определяющих шум выпуска ДВС. Следует также отметить, что частота следования вспышек в цилиндрах ДВС в рабочем диапазоне частоты вращения коленчатого вала (следовательно, и частота выбрасывания порций отработавших газов из хвостовой трубы) располагается, например, для автомобильных дизельных двигателей в диапазоне 40-150 Гц. Это означает, что в спектре внешнего шума автомобиля будут присутствовать низкочастотные составляющие, с которыми трудно бороться, поскольку они имеют малое затухание при распространении в пространстве. В этом случае эффективным методом снижения шума выхлопа ЛВС явился бы метод выравнивания колебаний расхода отработавших газов на срезе хвостовой трубы глушителя.
Известны способ глушения шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания и выпускная система для его осуществления, описанные в а.с. СССР №1453059, МПК F01N 1/08, опубл. 1989 г., выбранный в качестве прототипа, заключающийся в преобразовании пульсирующего потока выхлопных газов в нестационарную свободную струю, причем поток газов отсекают дискретными частями, направляют в общий объем, выравнивают давление и равномерно выпускают в окружающую среду. Устройство для осуществления способа представляет собой кожух с торцовыми стенками, соосные впускной и выпускной патрубки и установленный соосно кожуху перфорированный корпус с торцовым впускным отверстием и сплошной торцовой стенкой, разделенный кольцевыми перегородками на две камеры. При этом кожух выполнен в виде эллипса, корпус выполнен с наружным диаметром, равным малой оси эллипса кожуха, и делит его на две продольные камеры, впускной патрубок кожуха частично помещен в последний и соединен с торцовым впускным отверстием корпуса, торцовая стенка корпуса выполнена за одно с торцовой стенкой кожуха, выпускной патрубок которого расположен на большой оси эллипса его торцовой стенки в зоне второй камеры, а отверстия перфорации корпуса выполнены в зоне первой камеры кожуха. Недостатком данного способа является то, что, преобразовав исходную массовую волну расхода выхлопных газов в несколько массовых волн меньшей величины с непересекающимися фронтами спада и нарастания расхода соседних волн меньшей величины, на срезе выпускного патрубка кожуха будет присутствовать пульсирующий (по расходу) поток газов, а величина снижения шума может составить не более 6-10 дБ, что явно недостаточно, поскольку на входе в глушитель уровень шума потока отработавших газов составляет 130-140 дБ.
Задачей настоящего изобретения является создание способа, позволяющего гарантированно преобразовывать колебания расхода выхлопных газов в стационарный однородный поток с помощью простого устройства.
Это достигается тем, что в известном способе снижения шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, заключающемся в преобразовании каждой исходной массовой волны расхода выхлопных газов в несколько массовых волн расхода меньшей величины, согласно изобретению преобразование проводят таким образом, чтобы фронт спада каждой предыдущей массовой волны расхода меньшей величины пересекался с фронтом нарастания последующей массовой волны расхода меньшей величины, а интервал времени между соседними максимумами массовых волн расхода меньшей величины выбирают таким, чтобы интегральное значение расхода выхлопных газов было близким к стационарному.
Суть изобретения поясняется графическими материалами на фиг.1 и фиг.2, на которых изображены соответственно принципиальная конструкция устройства, осуществляющая заявляемый способ, и картина преобразования исходных массовых волн расхода выхлопных газов в волны меньшей величины.
Устройство для реализации заявляемого способа, представляющее собой камерный глушитель, содержит две камеры: внутреннюю 1 и наружную 2, расположенные одна в другой. Одна из торцевых стенок 3 камер является общей. Наружная камера 2 имеет входной 4 и выходной 5 патрубки, по которым отработавшие газы входят в глушитель и выходят из него. Внутренняя камера 1 представляет собой полый резервуар, разделенный перегородками 6 на ряд секций. В каждой перегородке 6, кроме последней перегородки 7, выполнено по одному центральному отверстию 8, центры которых расположены на продолжении оси впускного патрубка 4. Кроме этого на боковой поверхности внутренней камеры 1 в каждой секции выполнены отверстия 9. Движение выхлопных газов на фиг.1 обозначено стрелками. Форма внутренней и наружной камер может быть цилиндрической либо в виде параллелепипеда, что на реализацию способа влияния не оказывает.
Σ
Реализация способа с помощью устройства, изображенного на фиг.1, осуществляется следующим образом. После освобождения одной из камер сгорания ДВС от отработавших газов исходная массовая волна 10 (см. фиг.2) расхода выхлопных газов входит через патрубок 4 во внутреннюю камеру 1 (первый цикл на фиг.2). При этом струя газа, проходя через отверстия 8 в перегородках 6, частично отсекается в каждой секции и через отверстия 9, выполненные на боковой поверхности внутренней камеры 1, газ вытекает из секций в зазор между внутренней и наружной камерами, а из него через выходной патрубок 5 в атмосферу. Очевидно, что начало поступления газа из последних (относительно входного патрубка 4) секций внутренней камеры 1 в зазор смещено относительно начала поступления его из первых секций, поскольку струя газа проходит расстояние между перегородками 6 за конечный промежуток времени. Это вызывает смещение максимумов расхода газа из секций внутренней камеры 1 в зазор между внутренней 1 и наружной 2 камерами. Таким образом, исходную массовую волну 10 расхода выхлопных газов преобразуют в несколько массовых волн 11 расхода меньшей величины (G1i, G2i, где i=1, 2, 3… - количество секций), количество которых зависит от количества секций внутренней камеры 1. При этом преобразование проводят таким образом, чтобы фронт спада каждой предыдущей массовой волны расхода меньшей величины пересекался с фронтом нарастания последующей массовой волны расхода меньшей величины (см. фиг.2, на которой показано пересечение фронтов волн 11), а интервал времени Δt между соседними максимумами массовых волн расхода меньшей величины (см. фиг.2) выбирают таким образом, чтобы интегральное значение расхода выхлопных газов (кривая 12, G на фиг.2) было близким к стационарному. Это может быть осуществлено путем подбора количества секций внутренней камеры, их геометрических размеров (длины) и диаметров отверстий 8 в перегородках 6. Таким образом, исходную массовую волну расхода выхлопных газов 10 преобразуют в стационарный расход газов 12, что приводит к равномерному истечению выхлопных газов через выходной патрубок 5 и в конечном итоге к снижению шума выпуска ДВС. Расчетные оценки показывают, что величина гидравлического сопротивления устройства, приведенного на фиг.1, будет на 20-30% меньше, чем у серийно применяемых глушителей, а дополнительный эффект снижения шума выпуска составит 4-7 дБА.
По мнению заявителя, предлагаемый способ, обладающий новизной, наличием существенных отличительных признаков и промышленной применимостью, может быть защищен патентом на изобретение.