ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
SILENCER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к выхлопным устройствам для двигателей внутреннего сгорания.
Известен глушитель шума по патенту РФ №2306441, опубл. 20.09.2007, предназначенный для выхлопных систем грузовых автомобилей, содержащий гофрированный шланг из высококачественной нержавеющей стальной ленты с предохранительной оплеткой из нержавеющей проволоки, причем в процессе изготовления шланга лента сворачивается по винтовой линии.
К недостаткам глушителя относится то, что в нем отсутствуют такие элементы как акустический фильтр, звукопоглощающие материалы. При этом частоты звуковых волн в широком диапазоне выхлопных газов совпадают с частотой собственных колебаний гофрированного шланга. При нагреве гофрированного шланга и стальной ленты с предохранительной оплеткой происходит различное линейное расширение этих элементов, что вызывает резонанс глушителя. Это явление может оказаться достаточно сильным и тогда необходимо учитывать поперечные моды колебаний, обращаясь к многомерному анализу.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности является комбинированный глушитель, построенный на двух принципах снижения энергии звука. Камеры в корпусе глушителя образованы перегородками и содержат реактивную и диссипативную камеры, элементы с применением звукопоглощающих материалов, перфорированные трубы и проволочный защитный элемент (Жеглов Л.Ф. Виброакустика колесных машин: учеб. пособ. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013, с. 112-113). Через отверстия в трубах газ истекает в реактивную камеру, которая заполнена базальтовым волокном. В реактивной камере прямые и отраженные звуковые волны складываются, в результате может быть их полная или частичная взаимокомпенсация. Рассеяние акустической энергии в диссипативном глушителе происходит вследствие ее преобразования в теплоту при действии звуковых волн на звукопоглощающий материал.
Недостатком указанного глушителя шума является низкая эффективность шумоподавления ввиду возникновения резонанса элементов, обусловленного поперечными модами колебаний, а в перегородке диссипативной камеры происходит отражение звука, увеличивая модуль коэффициента отражения волн, и происходит эховый выхлоп. Недостаточная надежность конструкции объясняется тем, что перфорированные трубы подвержены собственным колебаниям из-за недостаточной прочности крепления.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения надежности конструкции и эффективности шумозаглушения за счет рассеяния звуковой энергии в реактивной, активной и диссипативной камерах глушителя путем деструктивной интерференции звуковых волн и ослабления результирующей волны в глушителе.
Указанный технический результат в устройстве достигается тем, что оно содержит корпус с перегородкой, разделяющей корпус на камеры, по крайней мере реактивную, активную и диссипативную, сообщающиеся через перфорированные трубы, впускной перфорированный и выпускной трубопроводы.
Особенностью является то, что реактивная камера дополнительно содержит сплошную перегородку с образованием кольцевой камеры вблизи торца корпуса, заполненной звукопоглощающим материалом в виде минеральной ваты, изготовленной из природного каменного материала, перфорированный конец впускного трубопровода и перфорированные трубы, заполненные базальтовым волокном и размещенные вокруг впускного трубопровода, закреплены в реактивной камере между сплошной перегородкой и перегородкой с отверстиями под открытые концы перфорированных труб для обеспечения сообщающихся объемов между камерами, конусный рассекатель, заполненный базальтовым волокном, размещен в активной камере соосно впускному трубопроводу с вершиной в сторону перфорированного торца трубопровода и с основанием, соразмерным сечению трубопровода, и укреплен на перегородке с отверстиями посредством стоек, дополнительная перегородка активной камеры, вогнутая по ходу потока газа, соединена с выпускным трубопроводом, при этом диссипативная камера между вогнутой перегородкой и торцом глушителя заполнена звукопоглощающим материалом в виде минеральной ваты, изготовленной из природного каменного материала.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, на которой изображен глушитель шума выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.
Глушитель шума двигателя внутреннего сгорания содержит корпус 1 с реактивной 2, активной 3 и диссипативной 4 камерами. В центральной части реактивной камеры 2 проходит впускной трубопровод 5, конец которого перфорирован отверстиями 6. Вокруг впускного перфорированного трубопровода 5 расположены перфорированные трубы 7 с отверстиями 8 и заполнены базальтовым волокном 9. Реактивная камера 2 дополнительно содержит сплошную перегородку 10 с образованием кольцевой камеры, вблизи внутреннего торца корпуса 1 и сплошной перегородкой 10 заполнена звукопоглощающим материалом 11 в виде минеральной ваты, изготовленной из природного каменного материала. Перфорированные трубы 7 заполнены базальтовым волокном 9, и размещены вокруг впускного трубопровода 5, и закреплены в реактивной камере 2, между сплошной перегородкой 10 и перегородкой 12 с отверстиями, совмещены открытые концы перфорированных труб 7 и впускного трубопровода 5, тем самым объем реактивной камеры 2 сообщается с объемом активной камеры 3. Соосно впускному трубопроводу 5 в активной камере 3 размещен конусный рассекатель 13 с вершиной в сторону перфорированного торца впускного трубопровода 5. Внутренний объем конусного рассекателя 13 заполнен базальтовым волокном 14. Конусный рассекатель 13 закреплен на перегородке с отверстиями 12 посредством стоек 15. Основание конусного рассекателя 13 преимущественно соразмерно сечению выпускного трубопровода 16, для отражения и распределения в объеме активной камеры 3 всего осевого потока выхлопного газа, истекающего из торцов перфорированных труб 7 и впускного трубопровода 5, укреплена вогнутая перегородка 17.
Активная камера 3 образована перегородкой с отверстиями 12 и вогнутой перегородкой 17 с вогнутостью по ходу потока газа. Вогнутая перегородка 17 соединена с внутренним торцом выпускного трубопровода 16. Диссипативная камера 4 между вогнутой перегородкой 17 и наружным торцом 18 глушителя заполнена звукопоглощающим материалом в виде минеральной ваты 19, изготовленной из природного каменного материала.
Используемая в конструкции минеральная вата укладывается преимущественно на плоских поверхностях, способствует звукопоглощению со стороны металлических торцевых поверхностей корпуса и заключению процесса интерференции звуковых волн и ослабления результирующей волны в объеме реактивной 2, активной 3 и диссипативной 4 камер. Звукопоглощающие базальтовые волокна 9 и 19 обладают большой пористостью и упругостью, что позволяет размещать их внутри полых деталей разной формы, при этом волокно равномерно распределяется по всему внутреннему объему, причем заполненные базальтовым волокном перфорированные трубы 7 позволяют пропускать через трубопровод газ без значительной потери давления.
Глушитель шума двигателя внутреннего сгорания реализует принцип деструктивной интерференции звуковых волн, согласно которому в камере глушителя созданы условия наложения несколько звуковых волн. В результате смешивания первичной волны с дополнительной, находящейся в противофазе с исходной, достигается ослабление результирующей акустической волны. Для обеспечения более эффективного глушения шума выпускных газов используют конусную и вогнутую поверхности в диссипативной камере.
Глушитель шума ДВС работает следующим образом.
Газовый поток из отверстий 6 по окружности впускного трубопровода 5 поступает через базальтовое волокно 9 в отверстия 8 перфорированной трубы 7, а потоки газа из торцевых отверстий впускного трубопровода 5 отражаются от поверхности конусной рассекателя 13 навстречу потокам, выходящим из перфорированных труб 7. Звуковые волны частично взаимокомпенсируются и вторично попадают на поверхность вогнутой перегородки 17. В результате интерференции звуковых волн достигается снижение энергии акустического поля. Суммарная площадь сечений отверстий впускного трубопровода 5 больше на 40%, чем на перфорированных трубоках 7, тем самым часть газового потока проходит через отверстия на торце впускного трубопровода 5.
Для рассеяния собственных колебаний сплошной перегородки 10, вогнутой перегородки 17 и наружного торца 18 глушителя торцевые полости заполнены минеральной ватой 11 и 19, изготовленной из природного каменного материала, которая сжимается и расширяется в зависимости от звукового давления.
Таким образом, подавление пространственных звуковых волн основывается на принципе Гюйгенса, согласно которому волновой фронт представляет собой результат сложения множества элементарных волн. Эффективность подавления шума составляет более 20% по сравнению с аналогом.