ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ И СОДЕРЖАЩИЕ ТАКОЙ ГЛУШИТЕЛЬ СИСТЕМА ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И АВТОМОБИЛЬ
EXHAUST GAS SILENCER FOR VEHICLE AND FEATURING SUCH EXHAUST GAS SILENCER EXHAUST SYSTEM AND VEHICLE

Область техники
Настоящее изобретение относится к глушителю шума отработавших газов в сборе, выполненному с возможностью охлаждения отработавших газов внутри глушителя шума.
Уровень техники
От системы выпуска отработавших газов автомобиля требуется, чтобы она выдерживала высокую температуру отработавших газов, покидающих двигатель автомобиля.
В некоторых участках системы выпуска отработавших газов, высокая температура отработавших газов может быть полезной. Например, высокотемпературные отработавшие газы могут нагревать каталитический нейтрализатор системы выпуска отработавших газов до температуры, при которой он работает эффективно.
Тем не менее, в участках системы выпуска отработавших газов, где высокая температура отработавших газов не имеет полезного эффекта, проектирование системы выпуска отработавших газов для того, чтобы справиться с этими высокими температурами, может приводить к использованию более тяжелых и/или более дорогих материалов, и/или более трудоемким способам производства.
Изложение сущности изобретения
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предложен глушитель шума отработавших газов, например, глушитель шума для автомобиля, в котором данный глушитель шума выполнен с возможностью снижения шума, например, громкость шума, испускаемого системой выпуска отработавших газов автомобиля, причем данный глушитель шума содержит:
корпус, определяющий впуск отработавших газов и выпуск отработавших газов; шумоподавляющее устройство внутри корпуса; и радиатор, в котором первая часть радиатора расположена в потоке отработавших газов внутри корпуса; а вторая часть радиатора выходит за пределы наружной стенки корпуса; причем радиатор выполнен с возможностью переноса тепла от отработавших газов за пределы корпуса глушителя шума.
Первая и вторая части радиатора могут быть изолированы по текучей среде, таким образом, что отработавшие газы, проходящие через первую часть радиатора, не находятся в сообщении по текучей среде со второй частью радиатора.
Первая часть радиатора может содержать один или более впускных каналов потока, расположенных ниже по потоку от впуска отработавших газов. Впускные каналы потока могут быть выполнены с возможностью по меньшей мере первоначального направления потока в направлении отработавших газов, поступающих от впуска отработавших газов, например, параллельно входному каналу отработавших газов.
Первая часть радиатора может содержать один или более выпускных каналов потока, расположенных выше по потоку от выпуска отработавших газов. Выпускные каналы потока могут быть выполнены с возможностью направления потока в направлении отработавших газов, проходящих через выпуск отработавших газов, например, параллельно выходному каналу отработавших газов.
Один или каждый из впускных каналов потока может быть в сообщении по текучей среде с одним или более выпускных каналов потока.
Вторая часть радиатора может содержать один или более каналов внешнего потока, выполненных с возможностью приема потока воздуха, проходящего над наружной стенкой глушителя шума.
Первая часть радиатора может содержать первый набор ребер. Эти ребра могут проходить в первом направлении от первого конца радиатора к наружной стенке корпуса. Другими словами, в корпусе глушителя шума может быть предусмотрен первый набор ребер.
Набор ребер может быть выполнен с возможностью поглощать тепло от отработавших газов. Размер набора и/или плотность размещения ребер в наборе могут быть выполнены в соответствии с мощностью двигателя.
Ребра могут быть выполнены с возможностью обеспечения прохода потока отработавших газов от впуска отработавших газов до выпуска отработавших газов глушителя шума. Ребра могут быть выполнены с возможностью направления отработавших газов от впуска отработавших газов глушителя шума к выпуску отработавших газов глушителя шума.
Ребра могут проходить в одном или более вторых направлений, которые будут перпендикулярными первому направлению, например, ребра могут образовывать пластины в плоскости, определяемой первым и вторым направлениями.
Первый набор ребер может содержать первый участок и второй участок. Ребра внутри первого участка могут проходить в одном или более вторых направлений, которые могут быть перпендикулярны первому направлению. Ребра внутри второго участка могут проходить в одном или более третьих направлений, которые могут быть перпендикулярны первому направлению и могут находиться под углом к одному или более вторых направлений.
Ребра могут по меньшей мере частично определять впускные и выпускные каналы. Например, ребра внутри первого участка могут по меньшей мере частично определять впускные каналы потока и/или ребра внутри второго участка могут по меньшей мере частично определять выпускные каналы потока.
Ребра внутри второго участка могут быть сегментированными, например, прерывистыми в третьем направлении. Второй участок может содержать двумерную матрицу ребер. Ребра внутри второго участка могут содержать поперечины. Это обеспечивает диффузию отработавших газов во множественных направлениях внутри второго участка радиатора.
Вторая часть радиатора может содержать второй набор ребер. Ребра второго набора ребер могут проходить в четвертом направлении от второго конца радиатора к наружной стенке корпуса. Другими словами, второй набор ребер может быть предусмотрен снаружи корпуса глушителя шума.
Радиатор может дополнительно содержать тепловую массу, расположенную между первой и второй частями радиатора, например, между первым и вторым наборами ребер. Радиатор может быть соединен с корпусом глушителя шума на тепловой массе.
Ребра второго набора ребер могут проходить в пятом направлении, перпендикулярном четвертому направлению, например, ребра могут образовывать пластины в плоскости, определяемой четвертым и пятым направлениями. Пятое направление может быть по существу совпадать с направлением потока воздуха, проходящего над корпусом глушителя шума. Ребра второго набора ребер, могут по меньшей мере частично определять каналы внешнего потока.
Радиатор может быть теплоизолирован от корпуса глушителя шума.
Радиатор может быть расположен на расстоянии от впуска отработавших газов. Дополнительно или в качестве альтернативы, радиатор может быть расположен на расстоянии от выпуска отработавших газов. Кроме того, дополнительно или в качестве альтернативы, первый конец первой части радиатора, находящейся напротив второй части радиатора, может быть расположен на расстоянии от наружной стенки корпуса, примыкающей к первому концу.
Корпус глушителя шума может быть изготовлен из по меньшей мере из композитного материала или полимерного материала.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предложена система выпуска отработавших газов или автомобиль, содержащие глушитель шума отработавших газов в соответствии с ранее упомянутым аспектом настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания настоящего изобретения, и для более ясного показа как оно может осуществляться, сейчас, в качестве примеров, будут даны ссылки на прилагаемые чертежи, в которых:
фиг. 1 является схематическим изображением предложенной ранее системы выпуска отработавших газов двигателя;
фиг. 2 является схематическим изображением системы выпуска отработавших газов двигателя, в соответствии с вариантами настоящего изобретения;
фиг. 3 является видом в аксонометрии глушителя шума отработавших газов в сборе, в соответствии с вариантом настоящего изобретения;
фиг. 4 является видом спереди глушителя шума отработавших газов в сборе, в соответствии с вариантом настоящего изобретения;
фиг. 5 является видом сбоку глушителя шума отработавших газов в сборе, в соответствии с вариантом настоящего изобретения;
фиг. 6 является видом сверху глушителя шума отработавших газов в сборе, в соответствии с вариантом настоящего изобретения; и
фиг. 7 является видом сверху глушителя шума отработавших газов в сборе, в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.
Подробное раскрытие изобретения
Ссылаясь на фиг. 1, система 2 выпуска отработавших газов двигателя для автотранспортного средства, например, автомобиля, может содержать выпускной коллектор 4, каталитический нейтрализатор 6, глушитель 8 шума и одну или более выводящих труб 10.
Выпускной коллектор 4 может содержать ряд труб, выполненных с возможностью сбора потока горячих отработавших газов, который выпускается каждым из одного или более цилиндров двигателя, такого как дизельный двигатель, или бензиновый двигатель (не показан). Выпускной коллектор 4 может быть выполнен с возможностью сведения вместе одного или более потоков отработавших газов из соответствующих цилиндров, например, в один или более объединенных потоков отработавших газов. При объединении потоков отработавших газов может потребоваться минимизация возмущения потока, которое может вызвать повышение давления на цилиндрах двигателя.
Выпускной коллектор может быть выполнен с возможностью подавать потоки отработавшего газа в каталитический нейтрализатор 6. В варианте, показанном на фиг. 1, выпускной коллектор выполнен с возможностью сведения потоков отработавших газов в единый поток для подачи в каталитический нейтрализатор. Тем не менее, в равной степени предусмотрено, что выпускной коллектор 4 может быть выполнен с возможностью сведения потоков отработавших газов в два или более объединенных потоков, подаваемых в каталитический нейтрализатор 6, и два или более каталитических нейтрализаторов.
Каталитический нейтрализатор 6 может быть двухкомпонентным нейтрализатором, выполненным с возможностью уменьшения количеств окиси углерода и несгоревших углеводородов в отработавших газах. В качестве альтернативы, каталитический нейтрализатор может быть трехкомпонентным нейтрализатором, выполненным с возможностью уменьшения количеств окиси углерода, несгоревших углеводородов и окислов азота в отработавших газах. Другие устройства доочистки отработавших газов, такие как бензиновый сажевый фильтр, дизельный сажевый фильтр, устройство избирательной каталитической нейтрализации и/или любое другое устройство доочистки могут быть предусмотрены вместо или в добавление к каталитическому нейтрализатору.
Каталитический нейтрализатор может содержать наполнитель, например, сотовый наполнитель, с покрытием из пористого оксида, содержащим катализатор, такой как катализатор из металла платиновой группы. Катализатор может быть выполнен с возможностью ускорять реакцию окисления и/или восстановления, с помощью которой, загрязняющие соединения в отработавших газах превращаются в менее загрязняющие вещества. Катализатор может быть эффективным при и/или выше температуры запуска катализатора, при которой катализатор способен эффективно начинать каталитические реакции. Поэтому может потребоваться, чтобы отработавшие газы поступали из выпускного коллектора 4 при высокой температуре, таким образом, чтобы каталитический нейтрализатор нагревался до температур запуска катализатора.
Отработавшие газы, проходящие через каталитический нейтрализатор, могут поступать в глушитель 8 шума. Как показано на фиг. 1, система 2 выпуска отработавших газов может содержать один глушитель 8 шума. В другом варианте (не показан), система 2 выпуска отработавших газов может содержать два или более глушителей шума, которые получают поток отработавших газов из одного, двух или более каталитических нейтрализаторов.
Глушитель 8 шума может содержать корпус 8а, который определяет один или более впусков 8b отработавших газов и один или более выпусков 8 с отработавших газов. Глушитель шума может быть выполнен с возможностью уменьшения величины колебаний давления в отработавших газах, которые в противном случае могут быть преобразованы в звук, когда отработавшие газы выходят из системы 2 выпуска отработавших газов на выводящих трубах 10.
Для уменьшения величин колебания давления, глушитель 8 шума может содержать одну или более перегородочных пластин (не показаны), расположенных внутри корпуса 8а, и определяющих одну или более резонаторных камер. Резонаторные камеры могут быть выполнены с возможностью получения волн давления, которые претерпевают деструктивную интерференцию с колебаниями давления в отработавших газах, уменьшая величину колебаний давления.
Дополнительно или в качестве альтернативы, корпус 8b глушителя шума может содержать один или более каналов (не показаны), содержащих звукопоглощающий материал, такой как стекловолокно, выполненные с возможностью ослабления колебаний давления в отработавших газах. Кроме того, дополнительно или в качестве альтернативы, глушитель 8 шума может содержать одно или более других звукопоглощающих устройств. Глушитель шума может быть выполнен с возможностью уменьшения величины всех колебаний давления в отработавших газах. В качестве альтернативы, глушитель шума может быть выполнен с возможностью уменьшения величины колебаний давления в пределах определенного диапазона частот. Таким образом, глушитель шума может уменьшать громкость шума, производимого на выводящей трубе 10 системы выпуска отработавших газов.
Глушитель 8 шума и выводящие трубы 10 могут быть изготовлены из материала, выбранного для того, чтобы выдержать повышенную температуру отработавших газов, проходящих через систему 2 выпуска отработавших газов. Например, глушитель 8 шума и выводящие трубы 10 могут быть изготовлены из стали. Используемый способ крепления может также выбираться, чтобы быть подходящим для высокотемпературных газов. Например, участки выводящих труб могут быть сварены вместе.
Ссылаясь на фиг. 2, система 100 выпуска отработавших газов в соответствии с вариантом настоящего изобретения может содержать выпускной коллектор 4, каталитический нейтрализатор 6, глушитель 200 шума и одну или более выводящих труб 110.
Глушитель 200 шума содержит корпус 200а, который может быть изготовлен из композитного материала, такого как углеродное волокно, стекловолокно, или полимерный материал. Глушитель шума может дополнительно содержать один или более впусков 200b отработавших газов и один или более выпусков 200с отработавших газов, которые могут проходить в корпус 200а, например, частично находиться внутри корпуса.
Глушитель 200 шума может дополнительно содержать одну или более перегородочных пластин 202, расположенных внутри корпуса 200а, которые определяют одну или более камер 204, которые находятся в сообщении по текучей среде друг с другом. Камеры 204 могут содержать резонаторные камеры, выполненные с возможностью получения волн давления, которые претерпевают деструктивную интерференцию с колебаниями давления в отработавших газах, уменьшая величину колебаний давления. Дополнительно или в качестве альтернативы, камеры 204 могут содержать один или более каналов (не показаны), содержащих звукопоглощающий материал, такой как стекловолокно, выполненные с возможностью ослабления колебаний давления в отработавших газах. Впуски отработавших газов и выпуски отработавших газов могут проходить в одну из камер 204, например, центральную камеру.
Корпус 200а глушителя 200 шума может быть изготовлен из композитного материала, такого как углеродное волокно или стекловолокно, или полимерный материал.
Ссылаясь на фигуры 3-7, для уменьшения температуры отработавших газов в корпусе 200а глушителя шума, глушитель шума содержит радиатор 210. Радиатор 210 может быть расположен по меньшей мере частично расположен внутри корпуса. Радиатор 210 может быть расположен между впусками 200b отработавших газов и выпусками 200с отработавших газов. Другими словами, радиатор 210 может быть расположен внутри пути потока отработавших газов, проходящих между впусками 200b отработавших газов и выпусками 200с отработавших газов.
Как показано на фигурах 3-7, радиатор 210 может быть расположен на расстоянии от впусков 200b отработавших газов и/или выпусков 200с отработавших газов. Тем не менее, в равной степени предусмотрено, что радиатор 210 может соприкасаться с впусками 200b отработавших газов и/или выпусками 200с отработавших газов.
Радиатор 210 может быть соединен с корпусом 200а глушителя шума. Радиатор 210 может быть соединен с корпусом с использованием любого способа, который подходит для материала корпуса 200а. Например, если корпус сделан из стального материала, радиатор может быть приварен или припаян к корпусу. В качестве альтернативы, если корпус 200а сделан из композитного или полимерного материала, радиатор 210 может быть приклеен или механически присоединен к корпусу 200а. Между корпусом 200а и радиатором 210 может быть предусмотрена уплотнительная прокладка.
Как показано на фигурах 3-5, радиатор 210 содержит первую часть 212а и вторую часть 212b. Первая часть 212а может быть расположена между наружной стенкой корпуса 200а и первым концом радиатора. Другими словами, первая часть 212а радиатора может находиться внутри корпуса 202. Первая часть 212а радиатора может быть расположена внутри потока отработавших газов внутри корпуса 202.
Радиатор 210 выходит за пределы наружной стенки корпуса 200а. Например, вторая часть 212b может быть расположена между наружной стенкой корпуса 200а и вторым концом радиатора. Вторая часть 212b радиатора может быть расположена внутри потока воздуха, проходящего снаружи корпуса 202. Радиатор может таким образом быть выполнен с возможностью передачи тепла отработавших газов внутри корпуса воздуху, проходящему снаружи от корпуса 200а, например, с наружной стороны корпуса.
Ссылаясь на фиг. 4, первый конец может быть расположен на расстоянии от наружной стенки корпуса. В альтернативном варианте, первый конец может соприкасаться с наружной стенкой. Третья часть радиатора может выходить за переделы корпуса, когда первый конец контактирует с наружной стенкой.
Первая часть 212а радиатора может содержать первый набор ребер 214, которые проходят в первом направлении А от первого конца радиатора к наружной стенке корпуса.
Как показано на фигурах 3-6, первый набор 214 может содержать первый участок 214а и второй участок 214b. Ребра внутри первого участка 214а могут дополнительно проходить во втором направлении В, которое перпендикулярно первому направлению А. Ребра могут таким образом образовывать пластины, расположенные на плоскостях, определяемых первым и вторым направлениями А, В.
Ребра внутри первого участка 214а могут образовывать, например по меньшей мере частично образовывать один или более впускных каналов 218 потока. Например, впускные каналы 218 потока могут быть образованы между соседними ребрами. Ребра внутри первого участка могут быть расположены так, что впускные каналы 218 потока имеют возможность направлять поток отработавших газов из впуска 200b отработавших газов в радиатор 210 в направлении потока отработавших газов таким образом, что возмущения в потоке отработавших газов сводятся к минимуму благодаря наличию ребер.
Ребра внутри второго участка 214b могут проходить в одном или более направлений С. Третьи направления С могут быть перпендикулярны первому направлению А и могут находиться под углом ко вторым направлениям В. Как изображено на показанном на фигурах 3-6 варианте, третье направление С проходит под 90°, например, перпендикулярно второму направлению В.
Ребра внутри второго участка 214b могут образовывать, например по меньшей мере частично образовывать один или более выпускных каналов 220 потока. Например, выпускные каналы 218 потока могут быть определены между соседними ребрами, например, между соседними парами ребер. Ребра внутри второго участка 214b могут быть расположены так, что выпускные каналы потока имеют возможность направлять поток отработавших газов в направлении потока отработавших газов, проходящего через выпуск 200 с отработавших газов глушителя 200 шума.
Ребра внутри первого и второго участков 214а, 214b могут быть выполнены с возможностью того, чтобы один или более впускных каналов 218 потока состояли в сообщении по текучей среде с одним или более выпускных каналов 220 потока. В показанном на фигурах 3-6 варианте, каждый из впускных каналов потока выполнен с возможностью сообщения по текучей среде с каждым из выпускных каналов потока. Тем не менее, предусмотрены также другие варианты. Например, в показанном на фиг. 7 варианте, каждый из выпускных каналов потока выполнен с возможностью сообщения по текучей среде с двумя из впускных каналов потока.
Как показано на фигурах 3-6, для того чтобы каждый из впускных каналов 218 находился в сообщении по текучей среде с каждым из выпускных каналов 220, ребра внутри второго участка 214b могут быть сегментированными, например, они могут быть прерывистыми в третьем направлении С.Ребра внутри второго участка 214b могут образовывать двумерную матрицу ребер. Ребра внутри второго участка 214b могут содержать поперечины.
Такая конфигурация ребер во втором участке 214b может позволить отработавшим газам распространяться из радиатора 210 во множестве направлений, что может уменьшить вызываемые радиатором 210 нарушения в потоке отработавших газов. Кроме того, применение ребер, являющихся прерывистыми в третьем направлении С, может увеличить площадь поверхности радиатора, подвергаемого воздействию горячих отработавших газов, что может увеличить передачу тепла от отработавших газов в радиатор 210.
Как показано на фиг. 7, ребра внутри второго участка могут быть профилированными, например, изогнутыми. Ребра внутри второго участка могут быть выполнены с возможностью направления отработавших газов из впускных каналов 218 потока к выпускам 200 с отработавших газов. Профилирование ребер внутри первого и/или второго участков первого набора ребер может уменьшать вызываемые радиатором 210 нарушения в потоке отработавших газов.
Ссылаясь на фигуры 4 и 5, второй участок 212b радиатора может содержать второй набор ребер 216. Ребра второго набора могут проходить в четвертом направлении D от второго конца радиатора к корпусу 200а. Как показано на фиг. 4, четвертое направление D может по существу быть выровнено с (например, параллельно) первым направлением А, однако, также предусмотрено, что четвертое направление D может быть определено под углом относительно первого направления А.
Ребра второго набора 216 могут проходить в пятом направлении Е, например, ребра второго набора могут образовывать пластины в плоскости, определяемой четвертым и пятым направлениями D, Е. Пятое направление Е может быть перпендикулярно к четвертому направлению D. Как изображено, пятое направление Е по существу быть выровнено с (например, параллельно) вторым направлением В, однако, также предусмотрено, что пятое направление Е может быть определено под углом относительно второго направления В.
Ребра второго набора могут образовывать, например по меньшей мере частично образовывать один или более каналов 222 внешнего потока. Пятое направление Е может по существу быть выровнено с потоком газа проходящего по корпусу 200а. Каналы 222 внешнего потока могут таким образом быть выполнены с возможностью принимать поток воздуха, проходящий по стенке глушителя шума. Направление внешнего потока газа по корпусу 200а может изменяться во время эксплуатации автомобиля, следовательно, пятое направление Е может по существу быть выровнено с преобладающим направлением внешнего потока.
В показанном на фигурах 3-6 варианте, ребра второго набора 216 непрерывны в пятом направлении Е. Тем не менее, в равной степени предусмотрено, что ребра второго набора 216 могут быть сегментированными, например, прерывистыми в пятом направлении Е. Ребра второго набора 216 могут образовывать двумерный набор ребер, который может быть по существу, стержнеобразным, подобно ребрам, расположенным внутри второго участка 214b первого набора. Прерывистое расположение ребер в пятом направлении может улучшить поток воздуха внутри каналов внешнего потока, когда поток через корпус 200а глушителя шума отклонен от преобладающего направления.
При расположении первого и второго наборов 214, 216 ребер, как раскрыто выше, тепло может поглощаться от отработавших газов в корпусе 200а и передаваться во внешний поток воздуха, проходящий через наружную часть корпуса 200а. Передавая тепло от отработавших газов внутри корпуса 200а потоку воздуха, проходящему через наружную часть корпуса 200а, можно охлаждать отработавшие газы внутри корпуса 200а, что уменьшит теплопередачу от отработавших газов к корпусу. В результате, вследствие более низких температур, корпус может быть выполнен из композитного или полимерного материала. Таким образом, может быть уменьшен вес глушителя шума.
Для того, чтобы дополнительно уменьшить количество тепла, передаваемого корпусу 200а, радиатор 210 может быть термически изолирован от корпуса 200а, например, посредством термоизоляционной прокладки, располагаемой вокруг радиатора на границе с корпусом. Таким образом, радиатор может не затрагивать корпус при передаче тепла через наружную стенку корпуса.
Радиатор 210 может содержать промежуточную часть, такую как тепловая масса 224. Эта промежуточная часть может быть расположена между первой и второй частями радиатора 210. Первый и второй наборы ребер могут быть соединены с противоположными сторонами промежуточной части. Радиатор может быть соединен с корпусом 200а в промежуточной части. Промежуточная часть может образовывать барьер, препятствующий прохождению потока между первой и второй частями радиатора.
Промежуточная часть может обеспечить тепловую массу, которая может поглощать большое количество тепла без значительного увеличения температуры по сравнению с другими частями радиатора 210 и корпуса 200а. Таким образом, радиатор может предотвратить колебания температуры отработавших газов благодаря количеству тепла, переданного корпусу 200а.
В дополнение к уменьшению количества тепла, переданного от отработавших газов корпусу 200а, размещение радиатора 210 внутри глушителя 200 шума может уменьшить температуру отработавших газов, выходящих из глушителя 200 шума. Как показано на фиг. 2, это может позволить использовать низкотемпературные выводящие трубы 110 в узле 100 выпуска отработавших газов в сборе.
Низкотемпературные выводящие трубы 110 могут быть изготовлены из более легкого материала, чем выводящие трубы 10, и могут быть соединены с глушителем 200 шума с использованием низкотемпературного способа соединения, что может быть быстрее и/или дешевле, чем при способе, используемом для соединения выводящих труб 10 с глушителем 8 шума.
Глушитель 200 шума настоящего изобретения может также выдерживать повышенные температуры отработавших газов, что может сократить время, требуемое для нагрева каталитического нейтрализатора 6 до температуры запуска катализатора.
Следует понимать, что несмотря на то, что настоящее изобретение раскрыто на примере, со ссылкой на один или более примеров, оно не ограничивается раскрытыми примерами или другими примерами, которые могут быть созданы без отступления от сущности и объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.