Глушитель шума выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к глушителям шума выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Множество глушителей шума выхлопных газов, устанавливаемых на выходе выхлопной системы двигателя, работают на принципе многократного расширения поступающих в них газов в камерах глушителя, разделенных перегородками и сообщающихся одна с другой. В результате падают температура и давление газа, что приводит к снижению шума. Данный принцип не обеспечивает оптимального перепада давления на глушителе и эффективного удаления продуктов сгорания из двигателя, что приводит к снижению КПД двигателя и его мощности. Для увеличения мощности и КПД двигателя в конструкцию глушителей вводятся специальные устройства, повышающие их эффективность.
Известны устройства:
6
- глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания [1. Пат. ПМ 19 160 RU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Галышкин Н.В. - Заявл. 26.02.2019; опубл. 21.06.2019, Бюл. №18.];
6
- глушитель шума двигателя внутреннего сгорания [2. Пат. 2099545 RU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума двигателя внутреннего сгорания / Валиев Ф.М, Мангушев Н.И. - Заявл. 04.05.1995; опубл. 20.12.1997.];
6
- глушитель шума [3. Пат. 2100622 RU, МПК F01N 1/00. Глушитель шума / Рудов А.В. - Заявл. 01.04.1994, опубл. 27.12.1997.];
6
- глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания [4. А.с. 1638323 SU, МПК F01N 1/02. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Самылин П.Л., Агафонов Е.А., Кондратьев Ю.Н., Шурдумов М.Р., Тимофеев В.Я., Лох В.А. - Заявл. 18.01.1989; опубл. 30.03.91, Бюл. №12.].
Основные недостатки перечисленных глушителей характерны для статического режима работы и связаны с нарастающим по всей длине тракта сопротивлением, что отрицательно сказывается на КПД двигателя и на продувке системы выпуска. При этом газодинамика тракта не способствует гашению широкой полосы шума. Также известны устройства:
6
- автомобильный глушитель [5. Пат. ПМ 63454 RU, МПК F01N 1/00. Автомобильный глушитель / Голуб В.В., Котельников А.В., Володин В.В., Чепрунов А.А., Чижиков А.С, Орлова О.Г. - Заявл. 23.11.2006, опубл. 27.05.2007, Бюл. №15.];
6
- глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания [6. Пат. ПМ 81768 RU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Энс Э.В. - Заявл. 27.06.2008, опубл. 27.03.2009, Бюл. №9.];
- глушитель шума двигателей внутреннего сгорания [7. Пат. 2172847 RU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума двигателей внутреннего сгорания / Коровкин Н.И., Ковалищенко Н.Л, Котельников В.Я., Захаров И.С. - Заявл. 24.01.2000, опубл. 27.08.2001, Бюл. №24.];
6
- глушитель [8. Пат. 2338894 RU, МПК F01N 1/00. Глушитель / Царев Е.М. - Заявл. 19.03.2007, опубл. 20.11.2008, Бюл. №32.].
Этой группе устройств присущи недостатки, схожие с теми, что имеются у аналогов [1-4]:
- не сбалансированы процессы шумогашения с противодавлением;
- простое дросселирование по межкамерным перегородкам и перепускным трубам без газодинамического баланса торможения и разгона при минимальном сопротивлении тракта глушителя не способствует эффективному удалению продуктов сгорания из двигателя.
Известны устройства:
6
глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания [9. А.с. 1280140 SU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Глубоков Е.В. - Заявл. 15.07.85; опубл. 30.12.86, Бюл. №48.];
6
- глушитель шума выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания [10. Пат. 2017985 RU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания / Чистов А.В. - Заявл. 20.07.1992; опубл. 15.08.1994.].
Несмотря на улучшенные характеристики по сравнению с предыдущими аналогами, они также обладают недостатками:
- в глушителе [9] на входе в глушитель установлена спиральная улитка с перфорацией внутреннего кольца, которая не способствует улучшению гашения шума, тем более что внутреннее перфорированное кольцо при определенной скорости потока газа может генерировать собственную частоту шума, а сохранение постоянным сечения резонансных трубок даже при определенном соотношении их длин не способствует разгону потока газа;
- в глушителе [10] газодинамический тракт включает диффузор на входе, завихритель, совмещенный с эжектором, укороченный эжектор с перфорированным и далее сплошным диффузором, второй завихритель, совмещенный с эжектором, камеру с конфузором на выходе, и вместо организации равномерного развития процесса торможения и разгона, что целесообразно для снижения сопротивления при одновременном гашении шума, возникает пульсация давлений по ходу тракта, отрицательно влияющая на газодинамику выпуска газа из цилиндра.
6
Ближайшим техническим устройством, выбранным в качестве прототипа, является глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания [11. А.с. 838097 SU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Дерявко А.Ф. - Заявл. 10.11.1978; опубл. 15.06.1981, Бюл. №22.]. Он, так же как устройства [9, 10], обладает улучшенными характеристиками по сравнению с аналогами.
Недостатки прототипа:
- срыв потока газа на входе в глушитель из-за наличия плоской передней стенки, пережимающей сечение входного патрубка, препятствует созданию эффективного удаления продуктов сгорания из цилиндра двигателя;
- щелевой завихритель обладает значительным сопротивлением, усугубляющимся при увеличении расхода выхлопных газов через глушитель;
- постоянное сечение периферийных трубок переменной длины, скошенных выпускными концами, обращенными к центру камеры, не способствует разгону потока газа.
Задачей заявляемой полезной модели является создание конструкции глушителя шума выхлопных газов ДВС, исключающей недостатки аналогов и прототипа, обеспечивающей эффективность глушения шума, разгона и удаления продуктов сгорания.
Предлагаемое техническое решение совпадает с известными устройствами по следующей совокупности существенных признаков и содержит:
- цилиндрический корпус с входным патрубком в виде диффузора и выходным патрубком в виде конфузора,
- впускную, выпускную и центральные камеры с перегородками;
- впускной и выпускной щелевые завихрители;
- периферийные резонансные трубки разной высоты;
- центральную трубу, входной конец которой заглушен, перфорирован и размещен в средней перегородке, а выходной - в выпускном завихрителе.
Новым в заявляемом глушителе является выполнение щелей во впускном щелевом конусном завихрителе с углом раскрытия с функцией диффузора.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен глушитель шума выхлопных газов ДВС, содержащий корпус 1, входной патрубок 2 в виде диффузора и выходной патрубок 3 в виде конфузора. Камеры - впускная 4, выпускная 5 и центральные 6, 7 - разделены перегородками 8, 9, 10. Во впускной камере 4 размещен впускной щелевой конусный завихритель 11, закрепленный на перегородке 8, а в выпускной камере 5 - выпускной щелевой конусный завихритель 12, закрепленный на перегородке 10. В перегородке 9 размещены периферийные резонансные трубки 13 разной высоты со скошенными концами. Центральная труба 14 размещена заглушенным и перфорированным концом в перегородке 9, а выходным - в выпускном щелевом конусном завихрителе 12.
На фиг. 2 показано в сечении положение щелей 15 на впускном щелевом конусном завихрителе 11. Угол α раскрытия щелей 15 выполнен с функцией диффузора.
Принцип работы глушителя шума выхлопных газов ДВС основан на многократном расширении поступающих выхлопных газов, происходящем в камерах глушителя, разделенных перегородками и сообщающихся одна с другой.
Работа заявляемого глушителя характеризуется двумя функциональными фазами и конструкцией газодинамического тракта:
- фазой торможения и снижения температуры, за счет чего происходит эффективное глушение шума выхлопа;
- фазой разгона потока и удаления продуктов сгорания.
В заявляемом устройстве в фазе торможения и снижения температуры выхлопные газы, теряя скорость и температуру, поступают из двигателя в патрубок 2, представляющий собой диффузор. В камере 4 скорость и давление потока выхлопных газов стабилизируются. Далее поток поступает во впускной щелевой конусный завихритель 11, где за счет угла α раскрытия щелей 15 с функцией диффузора и закрутки потока, происходит очередное торможение выхлопа и снижение температуры. Скорость и давление потока выхлопных газов стабилизируются в камере 6, далее поток выхлопных газов равномерно переходит в фазу разгона.
В фазе разгона потока и удаления продуктов сгорания стабилизированные по скорости и давлению выхлопные газы поступают в периферийные резонансные трубки 13 и центральную трубу 14, в которых происходит начальная стадия разгона потока выхлопных газов, после чего поток выхлопных газов поступает в выпускной щелевой конусный завихритель 12, а затем через выходной патрубок 3 выводится из ДВС.
Технический результат заявляемой полезной модели - эффективность шумоглушения. Технический результат достигается за счет конструктивных особенностей щелевого впускного конусного завихрителя, щели в котором выполнены с углом раскрытия с функцией диффузора.
Глушитель шума выхлопных газов ДВС может быть выполнен с помощью стандартного оборудования и материалов отечественного производства. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию «промышленная применимость».
Источники, принятые во внимание.
6
1. Пат. ПМ 190160 RU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Галышкин Н.В. - Заявл. 26.02.2019; опубл. 21.06.2019, Бюл. №18.
6
2. Пат. 2099545 RU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума двигателя внутреннего сгорания / Валиев Ф.М, Мангушев Н.И. - Заявл. 04.05.1995; опубл. 20.12.1997.
6
3. Пат. 2100622 RU, МПК F01N 1/00. Глушитель шума / Рудов А.В. - Заявл. 01.04.1994; опубл. 27.12.1997.
6
4. А.с. 1638323 SU, МПК F01N 1/02. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Самылин П.Л., Агафонов Е.А., Кондратьев Ю.Н., Шурдумов М.Р., Тимофеев В.Я., Лох В.А. - Заявл. 18.01.1989; опубл. 30.03.91, Бюл. №12.
6
5. Пат. ПМ 63454 RU, МПК F01N 1/00. Автомобильный глушитель / Голуб В.В., Котельников А.В., Володин В.В., Чепрунов А.А., Чижиков А.С., Орлова О.Г. - Заявл. 23.11.2006, опубл. 27.05.2007, Бюл. №15.
6
6. Пат. ПМ 81768 RU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Энс Э.В. - Заявл. 27.06.2008, опубл. 27.03.2009, Бюл. №9.
7. Пат. 2172847 RU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума двигателей внутреннего сгорания / Коровкин Н.И., Ковалищенко Н.Л., Котельников В.Я., Захаров И.С. - Заявл. 24.01.2000, опубл. 27.08.2001, Бюл. №24.
6
8. Пат. 2338894 RU, МПК F01N 1/00. Глушитель / Царев Е.М. - Заявл. 19.03.2007, опубл. 20.11.2008, Бюл. №32.
6
9. А.с. 838097 SU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Дерявко А.Ф. - Заявл. 10.11.1978; опубл. 15.06.1981, Бюл. №22.
6
10. Пат. 2339823 RU, МПК F01N 1/08. Глушитель / Царев Е.М. - Заявл. 09.03.2007; опубл. 27.11.2008, Бюл. №33.
6
11. Пат. 2380551 RU, МПК F01N 1/00. Глушитель / Царев Е.М. - Заявл. 10.04.2008; опубл. 27.01.2010, Бюл. №3.
6
12. Пат. ПМ 81769 RU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Энс Э.В. - Заявл. 27.06.2008; опубл. 27.03.2009, Бюл. №9.
6
13. Заявка 94031077 RU, МПК F01N 1/02. Глушитель шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания / Филин Е.В., Фесина М.И., Соколов А.В. - Заявл. 24.08.1994; опубл. 20.06 1996.
6
14. А.с. 1822463 SU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Лещинский С.С., Хрусталев В.А., Риль Г.К. - Заявл. 05.05.1991; опубл. 15.06.9377, Бюл. №22.
6
15. А.с. 1822464 SU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Лещинский С.С., Хрусталев В.А., Риль Г.К. - Заявл. 05.05.1991; опубл. 15.06.1993, Бюл. №22.
6
16. А.с. 1726797 SU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Лившиц Д.И., Кравчук П.И. - Заявл. 28.02.1990; опубл. 15.04.1992, Бюл. №14.
6
17. А.с. 1252515 SU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / Свещинский Б.Г., Козак Ю.Н., Мийченко A.M., Шипота Ф.И. - Заявл. 26.04.1983; опубл. 23.08.1986, Бюл. №31.
6
18. А.с. 985347 SU, МПК F01N 1/08. Глушитель шума / Клягин Г.С., Павлов В.О. - Заявл. 02.07.1980; опубл. 30.12.1982. Бюл. №48.
6
19. А.с. 1116193 SU, МПК F01N 1/00. Глушитель шума двигателя внутреннего сгорания / Ефимцев В.В., Муронов Е.А., Нечаев В.В. - Заявл. 13.05.1982; опубл. 30.09.1984, Бюл. №36.
20. Рено, Л.Р. Характеристики и расчет плоских диффузоров с прямолинейной осью / Рено Л.Р., Джонсон Ж.П. // ТОИР, 1967. - №1. - С. 167-172.
21. Повх, И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. - Л.: Машиностроение, 1974. - С. 102-113.