СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ШУМА СИСТЕМЫ ВЫПУСКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD OF DECREASING VEHICLE EXHAUST SYSTEM NOISE

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к транспортным средствам с самосвальным кузовом, в которых предусмотрен обогрев груза, перевозимого в кузове, и может быть использовано для снижения шума системы выпуска отработавших газов.
Известны аналоги изобретения, например «Устройство для регулирования подачи теплоносителя в кузов автомобиля-самосвала» (а.с. СССР №870207, В60Н 1/18, от 29.06.1979 г.). Кузов автомобиля-самосвала имеет полости, в которые подается газ от выхлопного патрубка автомобиля по подводящему трубопроводу через тройник, регулирующий подачу теплоносителя. Данное устройство сложно в изготовлении из-за наличия тройника с заслонками, пружинами, клапаном, кроме того, его нельзя применить на полуприцепе, отличающемся конструктивными особенностями (наличием сцепного устройства) от автомобиля с самосвальным кузовом, закрепленным на раме.
Известен также кузов автосамосвала с устройством для обогрева кузова транспортного средства (а.с. СССР №1194713, В60Н 1/03, от 23.05.1984 г.). Устройство содержит каналы в стенках кузова, сообщенные с выхлопным трактом двигателя посредством всасывающей камеры, эжектора и диффузора. Посредством данного устройства достигается эффективный обогрев груза, находящегося в кузове, но это довольно сложное в изготовлении и дорогостоящее устройство. Кроме того, оно также не решает проблему обогрева кузова полуприцепа и приемлемо только на автосамосвалах.
В качестве прототипа выбрано техническое решение «Самосвальный полуприцеп с устройством для обогрева кузова» (свидетельство на полезную модель РФ №6537, В60Н 1/02, опубликовано 16.05.1998 г.). Самосвальный полуприцеп содержит систему каналов в днище и бортах кузова, сообщающуюся с выхлопным трактом тягача посредством подводящих труб, при этом одна из труб, связанных с выхлопным трактом, подведена к газораспределительной коробке, установленной на сцепном устройстве, и связана с ней шарнирным соединением «труба в трубе», а выходное отверстие газораспределительной коробки примыкает к входу в систему каналов днища и бортов кузова полуприцепа. Данное техническое решение является более простым по исполнению и универсальным, поскольку может быть применено и к автомобилям-самосвалам, и к самосвальным полуприцепам.
Однако аналогам и прототипу присущ один существенный недостаток. Дело в том, что в описанных устройствах (как на автомобилях-самосвалах, так и на автомобиле с самосвальным прицепом) присутствуют глушители системы выпуска, устанавливаемые в конце выпускного тракта, и в теплое время года, когда нет необходимости в подогреве кузова, выхлопные газы двигателя проходят через глушитель, что достигается посредством снятия заглушки, как это сделано в прототипе. Каналы кузова по своей сути тоже являются глушителем, поскольку представляют собой длинные трубы прямоугольного сечения (характерная длина составляет ~4-6 м, сечение трубы 0,3×0,1 м). Однако акустическая эффективность каналов относительно невелика, поскольку в них отсутствуют устройства, применяемые в глушителях (резонансные камеры, звукопоглотитель, перфорация и т.д.). Увеличив акустическую эффективность каналов кузова, назначением которых является подогрев груза, появляется возможность их использования в качестве глушителя, исключив необходимость установки глушителя системы выпуска. Это позволит сэкономить значительные финансовые средства при серийном выпуске транспортных средств, поскольку стоимость одного глушителя для дизельного двигателя мощностью 300-400 л.с. составляет 1300-1700 рублей. Кроме этого существенно упрощается конструкция для подвода выхлопных газов к каналам кузова (отсутствие заглушки). Таким образом, задачей изобретения является совмещение функций каналов кузова, предназначенных для подогрева перевозимого груза, с функцией глушителя системы выпуска и снижение за счет этого себестоимости транспортного средства.
Достигается это тем, что в способе снижения шума, заключающемся в том, что отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания пропускают через сквозные каналы, выполненные в кузове транспортного средства, с дальнейшей их эвакуацией в атмосферу:
- предварительно определяют собственные частоты акустических колебаний газовой среды сквозных каналов кузова;
- после этого проводят дорожные испытания транспортного средства на мерном участке на различных передачах и измеряют шум потока отработавших газов вблизи концов каналов, сообщающихся с окружающей атмосферой с одновременной записью шума на запоминающее устройство;
- проводят спектральную обработку записанного шума и идентифицируют частоты спектра с предварительно определенными собственными частотами акустических колебаний газовой среды сквозных каналов кузова;
- выделяют спектральные составляющие шума потока отработавших газов с максимальными амплитудами звукового давления и определяют зоны пучностей звукового давления в сквозных каналах на данных частотах;
- в зонах пучностей звукового давления устанавливают звукопоглощающие устройства.
Суть изобретения поясняется чертежом, на котором условно изображен контур кузова, система выпуска отработавших газов и сквозные каналы, выполненные в кузове (приведен вид кузова сверху), т.е. устройство для реализации заявляемого способа.
В кузове 1 расположены сквозные каналы 2, к которым по трубе 3 через распределительную коробку 4 подаются отработавшие газы от двигателя транспортного средства. Пройдя через каналы 2 (движение газов показано стрелками), отработавшие газы через отверстия (патрубки) 6 эвакуируются в окружающую атмосферу. В устройстве-прототипе и аналогах имеется также глушитель 5 системы выпуска, который задействуется в теплое время года, т.е. отработавшие газы выходят через него, минуя каналы 2 кузова 1.
Реализация заявляемого способа осуществляется следующим образом. Определяют расчетным либо экспериментальным путем собственные частоты акустических колебаний газовой среды сквозных каналов 2. Для этого достаточно определить первые низшие частоты собственных колебаний, которые возбуждаются наиболее интенсивно (достаточно определить 3-4 первые собственные частоты, расположенные для характерной длины каналов в частотном диапазоне 20-80 Гц). После этого проводят дорожные испытания транспортного средства на мерном участке на различных передачах и измеряют шум потока отработавших газов вблизи концов 6 каналов (при пропускании отработавших газов через каналы кузова), сообщающихся с атмосферой. Измерительный микрофон при этом располагают на расстоянии 0,5-0,8 м от конца канала под углом 30-40° к его оси. Одновременно производят запись шума потока отработавших газов на запоминающее устройство, например на компьютер либо измерительный магнитофон. После этого проводят спектральную обработку записанного шума для получения, например, узкополосного спектра с разрешением по частоте 2-3 Гц и идентифицируют частоты полученного спектра с предварительно определенными собственными частотами акустических колебаний газовой среды сквозных каналов кузова. Это необходимо для того, чтобы случайно не были приняты во внимание шумы от других источников шума транспортного средства (например, шум грунтозацепов шин, шестеренчатых механизмов и др.). Затем выделяют спектральные составляющие шума потока отработавших газов с максимальными амплитудами звукового давления, которые, как правило, реализуются на первых двух-трех собственных частотах колебаний газовой среды канала в низкочастотном диапазоне 20-80 Гц для характерной длины канала. После этого определяют зоны пучностей звукового давления (зоны максимумов) в сквозных каналах на данных частотах (см. вид А на чертеже, на котором приводится кривая распределения звукового давления на первой собственной частоте по длине канала, +ΔР - значение положительной величины амплитуды звукового давления, -ΔР - отрицательной). Затем в зонах пучностей звукового давления в сквозных каналах 2 устанавливают звукопоглощающие устройства 7, в качестве которых может быть выбрана, например, путаная стальная проволока (стальная «вата») диаметром 0,1-0,2 мм, продуваемая для потока отработавших газов, либо резонаторы Гельмгольца, настроенные на частоту собственных колебаний газа в канале. При этом полость резонатора Гельмгольца может находиться вне канала, а внутрь канала выходит горловина резонатора. С помощью приведенных простейших звукопоглощающих устройств могут быть существенно снижены уровни акустических колебаний газовой среды каналов на собственных частотах и тем самым увеличена их акустическая эффективность. Таким образом, каналы кузова транспортного средства могут быть использованы в качестве основного глушителя системы выпуска, а от глушителя 5 (см. чертеж) можно отказаться.
Расчетные работы, проведенные в ОАО «AЗ «Урал», показали, что применение резонаторов Гельмгольца позволит снизить уровень акустических колебаний внутри каналов на 4-5 дБ, а введение в зоны пучностей звукопоглощающего материала (стальной «ваты») приведет к дополнительному снижению уровня на 3-4 дБ. При этом гидравлическое сопротивление каналов кузова возрастает на 15-20% и не превышает допустимого для примененного типа дизельного двигателя. Результаты проведенных работ показали, что применение заявляемого способа позволяет объединить функции каналов кузова, предназначенных для подогрева груза, с функциями глушителя системы выпуска и отказаться от установки дорогостоящего глушителя.
Учитывая новизну предлагаемого технического решения, наличие отличительных признаков и промышленную применимость, заявитель считает, что оно может быть защищено патентом на изобретение.