ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ДВС

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в глушителях шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания. Известен глушитель шума по патенту RU 2223407 от 10.02.2004, Бюл.№4, содержащий корпус, выполненный из одного листа, свернутого в виде спирали так, что между витками имеется зазор, кромки листа загнута к центральному отверстию и соединены с образованием замкнутого межвиткового пространства, а внешний виток или соединен с поверхностью предыдущего витка и имеет отверстие, или край внешнего витка находится в свободном состоянии, а на центральном отверстии установлена заглушка (Фиг.1).
Кроме того, кромки могут быть загнуты на всю длину листа или часть ее. Кромки листа также могут быть соединены между собой или с поверхностью листа.
Изготовление данного устройства сопровождается чрезмерными трудозатратами, по сравнению с серийно применяемыми глушителями, что не нашло применения в промышленности и приведено в качестве аналога. Конструкция не предусматривает снижения потерь мощности двигателя в глушителе за счет снижения противодавления выхлопу в выхлопной струе. Также не предусмотрено и устранение эксплуатационных трудностей, связанных с сажеобразованием внутри лабиринтных полостей при дроблении выхлопного потока.
Известен патент «Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания» RU 2191903 от 27.10.2002, Бюл. №30 (Фиг.2). Глушитель содержит корпус с входным тангенциальным патрубком и выходным патрубком, установленные коаксиально в корпусе, по меньшей мере две оболочки, которые вместе с корпусом образуют в направление от оси к корпусу входную промежуточную и выходную камеры, полости которых соединены последовательно между собой отверстиями в оболочках. Соответственно соединены полости входного и выходного патрубка. Корпус выполнен в форме улитки. Изготовление данного устройства сопровождается чрезмерными трудозатратами, по сравнению с серийно применяемыми глушителями, что не находит применения в промышленности и приведено в качестве аналога.
Известен патент «Глушитель шума» RU 61350 от 27.02.2007, Глушитель содержит цилиндрический корпус с торцовыми стенками, в котором по средствам поперечных перегородок образовано 3 камеры: входная, центральная и выходная, соосные, частично перфорированные по длине во входной и выходной камере, соответственно входной и выходной патрубки, свободные срезы которых размещены в центральной камере, причем свободный динамический срез входного патрубка размещен в срединной плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса глушителя при соответствующем соотношении объемов входной, центральной и выходной камер. Срез выходного патрубка может быть крестообразно сплющенным. Изготовление данного устройства сопровождается чрезмерными трудозатратами, по сравнению с серийно применяемыми глушителями, что не находит применения в промышленности и приведено в качестве аналога.
Наиболее близким по технической сути является устройство принятое нами за прототип по патенту RU 2017987 от 15.08.1994 г. Бюл. №15 «Глушитель аэродинамического шума». Глушитель содержит цилиндрический корпус, выполненный из пористого материала, вставку, выполненную из пористой ленты, размещенную внутри корпуса и выполненную в виде спирали, приемную камеру, расположенную на входе в корпус, распределительные решетки, закрепленные в корпусе со стороны торцов вставки. Воздух из приемной камеры через распределительную решетку попадает в корпус из пористого материала, внутри которого размещена вставка из пористой ленты. Отработанный сжатый воздух выходит через вторую распределительную решетку в атмосферу. Новым в глушителе аэродинамического шума является наличие корпуса, выполненного из пористого материала, вставки из пористой ленты, размещенной внутри корпуса и распределительных решеток, закрепленных в корпусе со стороны торцов вставки (Фиг.3).
Указанное техническое решение, действительно, предусматривает эффективное дробление выхлопной струи для обеспечения шумоглушения при работе ДВС (двигателя внутреннего сгорания) и отличается относительной простотой изготовления. Недостатком данного глушителя является прерывистая потеря кинетической энергии выхлопной струи и, в связи с этим, создание противодавления при прохождении струи через секции и поры глушителя, т.е. в итоге потеря мощности двигателя. Кроме того сохраняется определенная трудность при эксплуатации, так как выхлопные газы содержат по весу более половины сажеобразующих веществ, которые, проходя через поры конструкции закоксовывают их. Со временем, эти участки становятся концентраторами наростов приводящих к уменьшению рабочих проходных сечений и к уменьшению срока эксплуатации, т.е. итоговому удорожанию продукции. При этом, спиральная внутренняя конструкция, выполненная в виде вставки в цилиндрический корпус глушителя выполнена для продавливания напрямую выхлопного потока на относительно коротком расстоянии от выхлопного коллектора, наподобие фаршеобразователя в мясорубке. В результате очень короткого участка движения выхлопного потока, его шумоглушение не успевает реализоваться.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, является снижение потерь мощности двигателя в глушителе и эффективное шумоглушение.
-6
-7
2
Техническим результатом, достигаемым заявленной полезной моделью является создание непрерывной выхлопной струи, отбор энергии у которой совершает вязкое молекулярное трение в созданных симметричных пограничных слоях взамен динамического сопротивления в традиционных лабиринтных перегородках. Благодаря этому, уменьшается противодавление выхлопу газов, достигая не только уровня атмосферного давления, но и некоторого разрежения в полости выхлопного клапана двигателя. При этом, потери мощности двигателя в глушителе практически уменьшаются до нуля, а шумоглушение достигает минимального порога 30-40 децибел (Дб.) или 10-10 Вт/м, что несколько ниже международных требований.
Согласно полезной модели, заявленный технический результат достигается тем, что входной патрубок совмещен с приемной полостью глушителя, которая плавно сопряжена со спиральным многовитковым корпусом, последний виток которого образует выходной патрубок, при этом, расстояние между спиральными витками на выходе составляет 0,01-0,005 длины спирали.
Полезная модель поясняется следующими фигурами чертежей:
Фиг.1 Аналог полезной модели по патенту RU 2223407.
Фиг.2 Аналог полезной модели по патенту RU 2191903.
Фиг.3 Прототип полезной модели по патенту RU 2017987.
Фиг.4 Конструкция глушителя по предмету полезной модели.
Фиг.5 Направление газового потока при прохождении через корпус глушителя
Фиг.6 Фотография глушителя по предмету полезной модели.
Фиг.7 Результаты испытаний глушителя по предмету полезной модели.
На фиг.6 показана фотография глушителя по предмету полезной модели, а на фиг.4 его конструкция. Глушитель состоит из входного патрубка 1, который прикреплен к выхлопному коллектору двигателя. Патрубок 1 выполнен заодно с приемной полостью 2, от которой берет начало спиральный многовитковый корпус 3, который заканчивается в виде выходной межвитковой полости 4. Торцы корпуса 3 выполнены в виде боковин 5. Корпус 3 прикреплен к входному патрубку 1 в зоне полости 2, например, сваркой, как и боковины, что давно освоено промышленностью.
2
2
Работает глушитель следующим образом (фиг.4, 5) Выхлопной газ 6, имея давление выше атмосферного, устремляется из выхлопного коллектора двигателя во входной патрубок 1. Из патрубка 1 газ 6 проходит в приемную полость 2 с многократно увеличенной площадью выхлопа газа 7, по сравнению с площадью газа 6 входного патрубка 1 (равного площади патрубка коллектора двигателя). Этим предусматривается резкое уменьшение противодавления по тракту выхода газа 6-8 для снижения потери мощности двигателя в глушителе. Так, например, в отличие от площади выхлопа традиционного глушителя для двигателя мощностью, 70-80 л.с., при диаметре выпускного клапана D=3 см (площадь 7 см) приемная щелевая полость 2 предлагаемого глушителя (с тем же диаметром патрубка 1 D=3 см) при длине глушителя L=40 см составляет D∗L=3∗40=120 см, т.е. в 17 раз больше, что позволяет значительно уменьшить противодавление выхлопу 6 при выравнивании его давления с атмосферным. В предлагаемом глушителе реализуется способ потери кинетической энергии струи не за счет динамического торможения внутренними лабиринтными перегородками путем изменения направления внутреннего потока, а за счет трения выходящего потока 7-8 о стенки спиралевидного корпуса 3. Созданные конструкцией корпуса при прохождении газа 7-8 на его стенках вязкие пограничные слои (которые будут смежными с 2-х сторон спиралевидной поверхности) связывают поток своей липкостью при неизменном его направлении вдоль спирали корпуса 3 и плавной потерей скорости. В этом случае, вязкая выходная струя 7-8 своей инерционной массой вытягивает отработанный газ из цилиндра в цикле выхлопа. Это вытягивание, в свою очередь, обеспечивает инерционное ускоренное удаление газа, т.е. его отсос на цикле выхлопа, улучшая наполнение цилиндра рабочей смесью практически без потерь на противодавление выхлопа. Для оптимизации процесса уменьшения потерь на противодавление и процесса шумоглушения целесообразно пользоваться зависимостью при определении межвиткового расстояния установившегося выхлопного потока 7-8. С учетом структуры пограничного слоя, нарастающего по длине обтекаемой поверхности расстояние между спиральными витками на выходе составляет 0,01-0,005 длины спирали начиная от приемной полости 2.
Эффективность такого способа торможения выхлопной струи, реализованного в полезной модели, показана на фиг.7. Видно, что потери мощности двигателя в глушителе снижаются до нуля, а уровень шума соответствует мировым стандартам.