КОМПЕНСАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ ВЫХЛОПА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована преимущественно в спортивных автомобилях для компенсации вибраций передаваемых от двигателя внутреннего сгорания системе выхлопа отработавших газов, для снижения нагрузок, а также внутренних и внешних шумов.
Известно устройство для крепления выпускной системы двигателя внутреннего сгорания, содержащее два входных трубопровода, два сильфона, каждый из которых установлен в входных трубопроводах, единый фланец для двух входных трубопроводов, причем входы входных трубопроводов закреплены на едином фланце (Патент Российской Федерации №1706397, F 01 N 7/08, опубл. 1992 г.).
Сильфоны в этом устройстве выполнены одинаковыми и симметричными. Кроме того, это устройство содержит шесть демпферов, причем оси трех демпферов размещены в одной плоскости, а оси остальных трех демпферов пересекают эту плоскость и расположены параллельно одна другой или образуют треногу, вершина которой лежит вне плоскости.
Ограничениями этого устройства являются: сложность и громоздкость конструкции; недостаточная жесткость всей конструкции, что требует введения шести демпферов; поскольку сильфоны выполнены одинаковыми с узкими гофрами, то ими не гасятся колебания потока газов, и сильфоны в компенсации вибраций этого газового потока практически не участвуют.
Известно двухканальное компенсационное устройство системы выхлопа отработавших газов двигателя, содержащее два входных трубопровода, выходы которых объединены выходным трубопроводом, два асимметричных сильфона, каждый из которых выполнен с, по меньшей мере одной, широкой гофрой и узкими гофрами и установлен в входных трубопроводах (Заявка Германии №3427364, F 01 N 7/08, опубл. 1986 г.).
В этом техническом решении входные трубопроводы направлены встречно друг другу, сильфоны выполнены асимметричными за счет выбора меньшего количества узких гофр одного асимметричного сильфона по сравнению с другим, широкая гофра каждого из этих сильфонов расположена непосредственно на входе газового потока в сильфон.
Ограничениями устройства являются: гашение только поперечной составляющей вибрации двигателя для автомобилей с его поперечным расположением, и невозможность компенсации вибрационных колебаний работающего двигателя в продольном и радиальном направлениях; т.к. асимметрия сильфонов достигнута за счет разного количества их узких гофр, то не достигается эффективного срыва резонансных явлений между этими сильфонами, поскольку узкие гофры не участвуют в эффективном гашении турбулентных потоков газов; конструкция имеет достаточно высокий уровень шумовых характеристик, т.к. широкие гофры расположены относительно друг друга симметрично (на входе сильфонов), а асимметричные узкие гофры не позволяют создать значительного перепада давления на их входе и выходе.
Наиболее близким является компенсационное устройство системы выхлопа отработавших газов двигателя, содержащее трубопровод, и три сильфона, каждый из которых выполнен с, по меньшей мере, одной широкой гофрой и узкими гофрами и установлен в трубопроводе (Патент Российской Федерации №2179642, F 01 N 7/00, опубл. 2002 г.).
Это устройство содержит два входных трубопровода и выходной трубопровод. Выходные концы входных трубопроводов объединены в выходной трубопровод. Два из сильфонов, выполнены асимметричными. Каждый из них выполнен с широкой гофрой и узкими гофрами и установлен в входных трубопроводах. Входные концы входных трубопроводов закреплены на едином фланце, при этом широкая гофра одного асимметричного сильфона расположена ближе к единому фланцу, чем широкая гофра другого асимметричного сильфона. Еще один из сильфонов установлен в выходном трубопроводе. Этот сильфон выполнен с, по меньшей мере, двумя широкими гофрами, и с чередованием широких гофр узкими гофрами.
Ограничением этого устройства является то, что оно может использоваться только в двухканальных устройствах, содержащих два входных трубопровода, в которых широкая гофра одного асимметричного сильфона расположена ближе к единому фланцу, чем широкая гофра другого асимметричного сильфона. При расположение таких асимметричных сильфонов в едином трубопроводе они работают недостаточно эффективно, т.к. объемы камер, образованные внутренними полостями таких сильфонов одинаковы.
Решаемая полезной моделью задача - расширение арсенала технических средств и повышение качества компенсации вибрации работающего двигателя.
Технический результат, который может быть получен при выполнении заявленного устройства, - улучшение компенсации вибрации, снижение пульсаций газового потока, уменьшение нагрузок, а также уменьшение внутренних и внешних шумов.
Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в известном компенсационном устройстве системы выхлопа отработавших газов двигателя, содержащем трубопровод, и три сильфона, каждый из которых выполнен с, по меньшей мере, одной широкой гофрой и узкими гофрами и установлен в трубопроводе, согласно заявленной конструкции трубопровод выполнен единым и прямолинейным вдоль его продольной оси, а каждый из сильфонов выполнен с различным количеством широких гофр.
Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- количество узких гофр каждого из сильфонов выбрано одинаковым;
- количество узких гофр каждого из сильфонов выбрано различным, но при этом объемы камер, образованные внутренними полостями сильфонов были выполнены различными.
За счет выбора количества широких гофр каждого из сильфонов различным (неодинаковым) удалось решить поставленную задачу с достижением технического результата.
Указанные преимущества, а также особенности настоящей полезной модели поясняются лучшим вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемые чертеж.
Фигура изображает внешний вид устройства.
Компенсационное устройство (фиг.) системы выхлопа отработавших газов двигателя содержит трубопровод 1, и три сильфона 2, 3, 4, каждый из которых выполнен с, по меньшей мере, одной широкой гофрой 5 и узкими гофрами 6. Сильфоны 2, 3, 4 установлены в трубопроводе 1. Трубопровод 1 выполнен единым и прямолинейным вдоль его продольной оси. Каждый из сильфонов 2, 3, 4 выполнен с различным количеством широких гофр 5.
Количество узких гофр 6 каждого из сильфонов 2, 3, 4 может быть выбрано одинаковым.
Количество узких гофр 6 каждого из сильфонов 2, 3, 4 может быть выбрано различным, но при этом объемы камер, образованные внутренними полостями сильфонов 2, 3, 4 выполнены различными за счет соответствующего подбора количества узких гофр 6 каждого из сильфонов 2, 3, 4. На фигуре также показан фланец 7 для подсоединения трубопровода к системе выхлопа отработавших газов двигателя.
Работает компенсационное устройство (фиг.) следующим образом.
Поскольку сильфоны 2, 3, 4 имеют широкие гофры 5 чередующиеся с узкими гофрами 6 то, как показали испытания, подобная геометрия узких гофр 6 и широких гофр 5 изменила характер нагрузки на узкие гофры 6 и в целом на сильфонные элементы независимо от их длины и диаметров, а также места расположение широких гофр 5. Увеличилась устойчивость сильфонных устройств, нагруженных внутренним давлением и осевым усилием. Узкие гофры 6, расположенные от широких гофры 5 слева и справа, работают с симметричным распределением нагрузки и с одинаковой величиной хода независимо от других геометрических размеров гофр, их количества и симметрии расположения. На практике ширину широкой гофры 5 выбирают приблизительно в два раза большей, чем ширина узкой гофры 6.
Турбулентное течение выхлопных газов состоит из двух потоков: пульсационного и основного (осредненного). Частицы потока выхлопных газов в пульсационном движении перемещаются хаотически по различным направлениям и одновременно модулируются основным осредненным потоком со скоростью общего потока газов. Неустойчивое движение газовой среды вызывает значительные воздействия на стенку трубопровода 1. Для устойчивой работы и компенсации вибрационных воздействий необходимо нарушить связь между пульсационными скоростями газового потока и скоростями частиц потока осредненного движения.
В заявленном устройстве газовый поток со стороны выхлопного коллектора двигателя последовательно поступает сильфоны 2, 3, 4 с разным количеством широких гофр 5. Широкие гофры 5 сильфонов 2, 3, 4 создают перепад давлений на их входе и выходе, создавая завихрение газовой струи, в результате чего расходуется кинетическая энергия. На узких гофрах 6 происходит срыв пульсаций газового потока после прохождения широкой гофры 5.
Поскольку поток газов по трубопроводу 1 через последовательно расположенные сильфоны 2, 3, 4 поступает достаточно быстро, то не смысла использовать как в ближайшем аналоге асимметричные сильфоны с одинаковым количеством широких
гофр 5. Для выравнивания газовых потоков и снижения пульсаций нужно, чтобы объемы, образованные внутренними полостями сильфонов 2, 3, 4 были выполнены различными, что достигается выбором различного количества широких гофр 5. Последовательное расположение сильфонов 2, 3, 4 с различным количеством широких гофр 5 выравнивает газовый поток, а также исключает резонансные явления и между самими сильфонами 2, 3, 4. Устройство в целом (фиг.) становится устойчивым и обладает достаточной жесткостью в условиях термоциклических колебаний газового потока. Испытания на гидромеханическом стенде подтвердили, что заявленное устройство функционирует с наименьшими рабочими напряжениями.
Расстояние между широкими гофрами 5 определяют экспериментально или расчетным путем, располагая широкие гофры 5 в сильфонах 2, 3, 4 на расстоянии N/4Т, где N - целое число, а Т - период волны газовой струи, при этом количество узких гофр 6 каждого из сильфонов 2, 3, 4 выбрано одинаковым, что позволяет обеспечить различные объемы камер, образованные внутренними полостями сильфонов 2, 3, 4.
Специалистам понято, что количество узких гофр 6 каждого из сильфонов 2, 3, 4 может быть выбрано различным. Главное, чтобы при этом объемы камер, образованные внутренними полостями сильфонов 2, 3, 4 с разным количеством узких гофр 6 были выполнены разными. Объемы этих камер также могут быть подобраны экспериментально или расчетным путем.
Понятно, что процессы прохождения струи газа по трубопроводу 1 к его выходу зависят от типа используемого двигателя внутреннего сгорания, его мощностных характеристик и временных характеристик пульсаций газовой струи. Поэтому могут использоваться различные конструкции: с двумя широкими гофрами 5 сильфона 2, с тремя широкими гофрами 5 сильфона 3 и, например, с одной широкой гофрой 5 сильфона 4 (фиг.); или с тремя широкими гофрами 5 сильфона 2, с одной широкой гофрой 5 сильфона 3, и с двумя широкими гофрами 5 сильфона 4; и т.п. Однако заявленная общая компоновка указанных конструктивных узлов и их форма позволяют решить поставленную задачу с достижением заявленного технического результата. Специалистам понятно, что заявленная конструкция устройства не исчерпывает всех возможных ее усовершенствований, очевидных из уровня техники.
Наиболее успешно заявленное компенсационное устройство системы выхлопа отработавших газов двигателя промышленно применимо в автомобилестроении
для различных типов двигателей внутреннего сгорания, используемых в спортивных автомобилях.