ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ВЫПУСКА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ОПИСАНИЕ.
Полезная модель относится к области технической акустики. Для использования преимущественно в автомобилестроении. Конкретно для снижения шума выпуска двигателей внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания выбрасывает в выпускной трубопровод продукты сгорания определенными для каждой модификации порциями с определенной частотой. В основном с частотой от 20 имп/сек (600 о6/мин - 4 цилиндра) до 400 имп/сек (6000 об/мин - 8 цилиндров). Данный импульсный поток, не являясь синусоидальным, представляет собой разновидность волнового потока и на выходе в атмосферу формирует звук соответствующей частоты - шум выхлопа двигателя.
Известен глушитель шума выпуска двигателя внутреннего сгорания (SU 1453058 A1, опубликовано 23.01.1989 г.), содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками и центральную перфорированную трубу, снабженную поперечными перегородками, выполненными в виде лопаток, равномерно распределенных по длине трубы в пределах корпуса и установленных под углом к поверхности трубы с направлением свободных кромок в сторону выпускного патрубка, характеризующийся тем, что с целью повышения эффективности шумоглушения, угол установки лопаток равен 35-45 градусов. Кроме того, перфорированная труба глушителя может быть выполнена за одно целое с впускным и выпускным патрубками. В такой конструкции, при движении газа через центральную перфорированную трубу, снижение уровня шума происходит в резонаторной камере, где масса газа приводится в колебательное движение, а лопатки расположенные под заданным углом, снижают пульсацию потока и благоприятствуют взаимодействию звуковой волны с резонаторной камерой, чем обеспечивают оптимальные условия для снижения пульсаций при минимальном гидравлическом сопротивлении.
Недостатком данного глушителя является его сложная конструкция. Кроме того, в данной модели каждая из расположенных последовательно пяти лопаток, оставляет для прохода газов 40-35 процентов сечения трубы, а суммарное сечения прохода потока газов достигается за счет сечения отверстий перфорации между лопатками и составляет 51-46 процентов.
В данной конструкции применен эффект резонанса, то есть усиления колебаний. Вышеуказанный глушитель выбран в качестве прототипа.
Совпадающим элементом в вышеуказанном прототипе и заявляемой полезной модели, является труба, концентрично расположенная внутри корпуса, но по техническому исполнению и функционально эти модели глушителей различаются существенно. В заявляемой полезной модели глушителя, суммарное сечение прохода газов не менее сечения трубы, что невозможно применить в прототипе из-за его конструкции. В заявляемом устройстве глушителя применяется эффект интерференции, то есть прекращения колебаний при сложении двух волновых потоков, что является существенным отличием от прототипа.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства, а именно, глушителя шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающего снижение шума выхлопа при минимальном для этого аэродинамическом сопротивлении и простой конструкции.
Задача решена за счет возможности обеспечить сглаживание импульсов выхлопа из цилиндров [из камеры сгорания) путем разделения потока импульсов на два равных, по количеству проходящих газов, потока, по каналам разной протяженности, и, с последующим сложением этих потоков. Обеспечена возможность отделения 50% объема каждого импульса потока газа выхлопа, из трубы в полость между трубой и корпусом.
Задача достигается тем, что согласно полезной модели, глушитель шума выпуска двигателя внутреннего сгорания содержит корпус, через который концентрично пропущена труба, закрепленная посредством торцевых крышек корпуса, отличается от прототипа тем, что в пределах корпуса, в стенке трубы, противоположно друг другу, выполнены отверстия, размер сечения каждого из которых составляет 50% сечения трубы, между отверстиями труба снабжена поперечной перегородкой, которая установлена под углом 30-45 градусов к стенке трубы направлением свободной кромки в сторону выпуска, и перекрывает трубу на половину ее внутреннего диаметра.
Полезная модель поясняется фигурами.
Фиг. 1 - графики изменения давления по времени в различных сечениях камеры глушителя, где P - давление, T - время.
Фиг. 2 - глушитель из одной камеры (продольный разрез) показан в проекциях: сечение А-А, сечение Б-Б, сечение С-С.
Фиг. 3 - глушитель из нескольких камер, конкретно из трех (продольный разрез).
Глушитель шума выпуска двигателя внутреннего сгорания содержит корпус (Фиг. 2. поз. 1). Корпус (Фиг. 2. поз. 1), может быть цилиндрическим круглого сечения, эллипсного сечения, прямоугольного сечения.
На фиг. 3 показан корпус (фиг. 3, поз. 1), который имеет эллипсное сечение. Через корпус (фиг. 3, поз. 1), концентрично, пропущена труба (фиг. 3, поз. 2), имеющая входной патрубок (фиг. 3, поз. 3) и выходной патрубок (фиг. 3, поз. 4), закрепленная посредством торцевых крышек (фиг. 3, поз. 5) корпуса (фиг. 3, поз. 1). Корпус (фиг. 3, поз. 1) с трубой (фиг. 3, поз. 2), в пределах корпуса представляет собой «камеру». Глушитель шума выпуска может содержать как одну (фиг. 2), так и несколько (фиг. 3) таких «камер», например, две или три. Если камер несколько, то торцевые крышки (фиг. 3, поз. 5) могут являться одновременно и междукамерными перегородками (фиг. 3, поз. 6). Глушитель содержащий несколько «камер» может иметь последние различного объема. Для повышения качества функционирования глушитель выполняется из двух или трех камер (фиг. 3 ) с последовательно уменьшающимися объемами, соответственно с последовательно уменьшающимися по протяженности каналами. В пределах корпуса (фиг. 3, поз. 1), и в пределах одной камеры (если глушитель выполнен из одной камеры), в стенке трубы (фиг. 3, поз. 2), противоположно друг другу, выполнены отверстия (фиг. 3, поз. 7, поз. 8), «окна», размер каждого из которых составляет половину от внутреннего диаметра трубы (фиг. 3, поз. 2). Между отверстиями (фиг. 3, поз. 7, поз. 8), труба (фиг. 3, поз. 2) снабжена поперечно установленной перегородкой (фиг. 2, фиг. 3, поз. 9). Перегородка (фиг. 2, фиг. 3, поз. 9). представляет собой пластину, которая одной стороной плотно прикреплена к внутренней поверхности центральной трубы (фиг. 3, поз. 2) по границе входного отверстия (фиг. 3, поз. 8), пластина установлена под углом 30-45 градусов к стенке трубы (фиг. 3, поз. 2) направлением свободной кромки в сторону выпуска, и перекрывает трубу (фиг. 3, поз. 2) на половину ее внутреннего диаметра, тем самым обеспечивая возможность отделения 50% объема каждого импульса потока газа выхлопа из трубы (фиг. 3, поз. 2) в полость (фиг. 3, поз. 16) между трубой (фиг. 3, поз. 2) и корпусом (фиг. 3, поз. 1), в дальнейшем по тексту «байпас». Если глушитель выполнен из нескольких камер, например, из двух или трех, то аналогичные элементы (перегородка, «окна») имеются в каждой камере.
Функционирование устройства.
Основным принципом для снижения шума от работы поршневых двигателей внутреннего сгорания в диапазоне основных частот (10÷400) герц, является разделение импульсного потока газов на два потока. В заявляемой полезной модели в таком разделении участвует перегородка (фиг. 2, фиг. 3, поз. 9), где:
один поток проходит по прямому каналу через «инжектор» (фиг. 2, фиг. 3 поз. 10), в дальнейшем по тексту «основной», второй поток проходит по «байпасу» (фиг. 2, фиг. 3, поз. 11), в дальнейшем «обводной». Сложение двух разделенных потоков (фиг. 2, фиг. 3 поз. 10), и (фиг. 2, фиг. 3, поз. 11), происходит в «объеме смешения» (фиг. 3 поз. 12). При сложении в одном сечении двух объемов импульсов, один из них сдвинут относительно другого по фазе на  протяженности импульса - согласно законов интерференции происходит взаимное снижение двух амплитуд. Объемы потоков газов проходящих через инжектор и байпас одинаковы и с точностью определены не ниже 10%. Данное соотношение, определяется соотношением площади сечения основного потока (инжектор) в его сужении (фиг. 3, поз. 13), с учетом площади сечения и протяженности «байпаса», к площадям сечений:
входа в байпас - выходное отверстие (фиг. 3, поз. 7) из основного канала
выхода из байпаса - входное отверстие (фиг. 3, поз. 8) в основной канал,
в объем смешения (фиг. 3, поз. 12)
Протяженность трактов разделенных потоков от сечения их разделения, от начала по направлению потока пластины (фиг. 2, фиг. 3, поз. 9), до входа в камеру смешения:
Прямой - через инжектор (фиг. 2, поз. 14),
Обводной - через байпас (фиг. 2, поз. 15).
Объем импульса для конкретного двигателя зависит от объема цилиндра, температуры и давления в выпускном коллекторе двигателя с учетом давления наддува (при наличии последнего). При прохождении по газовому тракту изменяется:
- снижается пропорционально снижению абсолютной температуры газов и,
- повышается пропорционально снижению абсолютного давления.
Изменение незначительно:
- температура снижается вследствие охлаждения газов, как следствие снижается объем импульса;
- давление снижается вследствие наличия определенного аэродинамического сопротивления тракта, как следствие увеличение объема импульса.
Протяженность импульсов определяется объемом импульса и сечением трубы.
В предлагаемой конструкции суммарное сечение прохода газов «прямого» и «обводного» потоков не меньше сечения трубы - обводной поток 50%.
Разработанная модель отличается тем, что основной элемент глушителя «камера», обеспечивает сглаживание потока импульсов выброса продуктов сгорания и снижение шума выхлопа на основе применения интерференции.
Перегородка (фиг. 2, фиг. 3, поз. 9) не перекрывает полностью сечения трубы, а служит для отделения 50% объема каждого импульса потока газа выхлопа, проходящего через входное отверстие (фиг. 3, поз. 7) в полость (фиг. 3, поз. 16) между трубой (фиг. 3, поз. 2) и корпусом (фиг. 3, поз. 1), в «байпас». Отделенная часть импульса пройдя по «байпасу» через входное отверстие (фиг. 3, поз. 8) поступает обратно в центральную трубу (фиг. 3, поз. 2). Происходит сложение двух разделенных потоков (фиг. 3, поз. 13).
Пример:
По условию приемлемого аэродинамического сопротивления выхлопа для максимальной мощности скорость в газоходе из двигателя (фиг. 2, поз. 3, поз. 4) на уровне .
выхл
имп
х
Для частоты H=200 гц (4 тактный двигатель 4 цилиндра - ) протяженность импульса L=120 мм.
При снижении рабочей мощности - снижаются частота вращения двигателя и частота потока импульсов выхлопа,
при снижении температуры продуктов сгорания на выхлопе - снижается физический объем импульса.
Снижается скорость в газоходе, снижается аэродинамическое сопротивление газового тракта. Для того же (вышеуказанного как пример) двигателя при  частота импульсов составит 100 гц, скорость потока, вследствие более низкой температуры продуктов сгорания, вполовину ниже .
Протяженность импульса - 100 мм. Из этого видно, что изменение режима работы двигателя на протяженность импульса выхлопа существенного влияния не оказывает.
Протяженность прямого и байпасного каналов - равна  протяженности импульса, для среднего режима работы конкретного двигателя. Функция байпаса - задержать следующий по нему обводной поток импульсов, при входе в камеру смешения, на 1/2 протяженности одного импульса относительно основного потока, проходящего по прямому тракту через инжектор.
инж
байпаса
инж
инжектора
байпаса
инж
инжектора
Импульс, проходящий через инжектор создает относительное разрежение на выходе из байпаса (фиг. 3, поз. 8) Δp, достигающее максимума при проходе максимума импульса. Синхронно второй поток импульса проходя через байпас, имеющий увеличенное сечение, заполняет демпферный объем, при этом амплитуда давления импульса в нем частично сглаживается. Вследствие того, что объем байпаса значительно выше объема прямого газохода, максимум давления в нем достигается после прохождения максимума импульса в потоке, проходящем через инжектор. Выход импульса из байпаса в камеру смешения начинается после выравнивания давлений в сечении А-А (фиг. 2), снижающегося на выходе прямого потока и повышающегося на выходе обводного потока из байпаса, а именно при выполнении условия P+Δp>P и прекращается при P+Δp≤P последующего импульса, проходящего через инжектор.
1. - наружный корпус.
2. - труба, основной канал.
3. - входной патрубок.
4. - выходной патрубок.
5. - торцевые крышки корпуса.
6 - перегородки между камер.
7. - вход потока из основного канала в байпас
8. - вход потока импульсов из байпаса на смешивание.
9. - пластина - перегородка.
10. - поток газов через инжектор - основной
11. - поток газов через байпас - обводной
12. - объем смешения потоков из байпаса и инжектора в основном канале
13. - сужение основного канала «инжектор»
14. - протяженность основного газового тракта через инжектор - Lинж
15. - протяженность обводного газового тракта по байпасу - Lбп, начало (фиг. 3 поз. 7) конец тракта (фиг. 2 поз. 8)
16. - полости обводных каналов «байпасов»
17. - вход импульсного потока газов
18. - выход после глушителя