Спосіб глушіння шуму відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння та пристрій для його здійснення (варіанти)

1. Спосіб глушіння шуму відпрацьованих газів двигуна вн утрішнього згоряння шляхом послідовного пропускання вихлопних газів через шумопридушуючі елементи, який відрізняється тим, що вихлопні гази послідовно подають в окремі шумопридушуючі порожнини, які герметично закривають після входження в них вихлопних газів, витримують вихлопні гази в порожнинах протягом часу, необхідного для C2 2 (19) 1 3 80864 В цьому глушнику відбувається поетапне розширеня потоку газоподібного робочого середовища при послідовному його проходженні через камери, які розширюються. Розширюючись, робоче середовище втрачає кінетичну та акустичну енергію. Одночасно з цим глушіння шуму відбувається за рахунок того, що введення та відбір робочого середовища із акустичних камер здійснюється в точках з мінімальними коливаннями тиску. Нижня частина заглушуваних частот відповідає сумі довжин всіх камер. При наявності ряду акустичних камер необхідний тільки один дроселюючий вузол, в зв'язку з чим аеродинамічний опір потоку не зростає. Недоліком прототипу (як і всіх сьогодні існуючих глушників) є низька заглушуюча здатність. Адже для повного глушіння шуму необхідна велика кількість актів придушення шуму — дроселювань, відбить, інтерференцій і т. д. В прототипі ж, який має лише два заглушуючі елементи (3 і 5), глушіння шуму вихлопу відбувається лише двічі — при розширенні газопроводу, а також за рахунок введення і відбору робочого середовища з акустичних камер в точках з мінімальними коливаннями тиску (див. рис). Довжина глушника ж значна. Для прикладу розглянемо випадок встановлення цього глушника на автомобілі ВАЗ-2121 «Нива», двигун якого має чотири циліндри, а номінальна частота обертання колінвалу — 3000 хв -1. Тоді частота ви хлопу ni f вихл = 60t , де n — частота обертання колінчастого валу, хв-1 ; і — кількість циліндрів; t —коефіцієнт тактності. 3000 x4 f вихл = 60x2 = 100Гц. Довжина звукової хвилі: с 400 l= = = 4м. f 100 Таким чином, довжина глушника для автомобіля ВАЗ-2121 «Нива» за прототипом (L»λ = 4м) дорівнює більше 8м. Отже, і для автомобіля ВАЗ-2121 «Нива» не можна застосовувати глушника з двома актами шумопридушення. Завданням, на рішення якого направлений винахід, є забезпечення більш ефектвного (в десятки разів і більше) шумопридушення при збереженні або й зменшенні габаритів глушника шуму вихлоп у. Поставлена мета досягається тим, що вихлопні гази послідовно подають в шумопридушуючі порожнини, які герметично закривають після входження в них ви хлопних газів, витримують вихлопні гази в порожнинах час, необхідний для заповнення новими порціями вихлопних газів наступних порожнин, а потім випускають в атмосферу. Спосіб здійснюють наступним чином. 4 Вихлопні гази направляють в одну із кількох (не менше двох) порожнин. Ввійшовши в порожнину, гази заспокоюються. По-перше, заспокоюються пульсації речовини вихлопних газів (вирівнюється тиск по всьому об'єму), по-друге, стихає звукова хвиля, яка багато (десятки, а то і сотні) раз відбивається від стінок порожнини до випуску вихлопних газів в атмосферу. Це забезпечує в десятки раз більший, в порівнянні з існуючими глушниками, шумопридушуючий е фект. Навіть в тому випадку, коли внутрішня стінка порожнини металічна із коефіцієнтом звукопоглинання 0,01. Але, ж звичайно, її необхідно покрити звукопоглинаючим матеріалом з максимальним коефіцієнтом звукопоглинання для даних умов експлуатації. Після заповнення вихлопними газами всіх порожнин заспокоєні (аеродинамічно і акустично) вихлопні гази випускаються із першої порожнини в атмосферу. Приклад 1. Необхідно придушити шум вихлоп у двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ). Для цього ми пропонуємо наступний пристрій (фіг.1). Двигун вн утрішнього згорання 1 за допомогою впускного патрубка 2 з'єднуються спочатку з радіатором 3, а далі — з перфорованими циліндрами 4 і 5. Циліндри оточені кожухами 6 і 7. Простір між ними заповнений звукопоглинаючим матеріалом 8 і 9. Циліндри споряджені клапанами — впускними 10 і 11 та випускними 12 і 13. Своєчасне відкриття і закриття клапанів забезпечується механізмом газорозподілу (не показаний). В циліндрах розміщені поршні 14 і 15, зміщені на півтакту, з'єднані з колінчастим валом 16, на одному або обох кінцях якого розміщені маховики 17 для забезпеченні рівномірної роботи елементів глушника, а саме ходу поршнів. Вал 16 може приводитися поршнями під дією газів, від спецприводу або від двигуна. Відпрацьовані гази виходять у довкілля через випускний патрубок 18. Відпрацьовані гази від двигуна 1 рухаються по впускному патрубку 2 через радіатор З і попадають через впускний клапан 10 у циліндр 4. При цьому випускний клапан 12 першого циліндра 4 і впускний клапан 11 другого циліндра 5 закриті. Під дією тиску відпрацьованих газів поршень 14 рухається вниз і приводить в обертальний рух колінвал 16. Під час руху поршня 14 вниз поршень 15 другого циліндра 5 рухається вгору. В цей час випускний клапан 13 відкритий. Відпрацьовані гази з другого циліндра виходять через випускний патрубок 18 у довкілля. Так відбувається перший такт роботи поршневого глушника. Другий такт аналогічний першому з тією лише різницею, що в ньому другий циліндр 5 наповнюється відпрацьованими газами (поршень 15 рухається вниз), а перший циліндр 4 звільнюється від газів (його поршень 14 рухається вгору). Відпрацьовані гази, перебуваючи в циліндрах, втрачають власну «енергію пульсації». Також у циліндрах завдяки багатократним відбиттям, звукопоглинанню та інтерференції відбувається поглинання енергії звукових хвиль, які розповсюджуються у відпрацьованих газах. Для більш високого ефекту звукопоглинання у циліндрах використовують 5 80864 звукопоглинаючі матеріали 8 і 9. В нашому прикладі розглядався двоциліндровий поршневий глушник. Але в принципі можлива і більша кількість циліндрів. Ми розглянули можливе застосування поршневого глушника на автомобілі ВАЗ-2121 „Нива". При робочому об'ємі чотирьохциліндрового двигуна 1,6 л, а також тиску і температурі відпрацьованих газів в момент виходу із циліндрів ДВЗ [1, 4] р1 = 0,11 ¸ 0,12 МПа, Т1 = 770 ¸ 1220° К (500 ¸ 950°С) та вибраних параметрах глушника ми одержали при швидкості звуку у відпрацьованих газах 400 м/с за час і погл = 0,125 с 156 відбиттів. В залежності від коефіцієнта звукопоглинання ми одержали : 1. При коефіцієнті звукопоглинання a 1 = 0,2 зменшення звукової потужності на Lw1 = 151 дБ або зменшення звукового тиску на Lp1 = 302 дБ. 2. При a 2 = 0,1 відповідно Lw2 = 71 дБ і Lp2 = 142 дБ. 3. При a 3= 0,01 (сталь) Lw3 = 7 ДБ і Lp3 = 14 дБ. Підкреслимо, що коефіцієнт звукопоглинання a 1=0,2 — значно занижений у порівнянні з реально існуючими характеристиками звукопоглинаючих матеріалів. Отже, завдяки запропонованому способу при описаному конструктивному виконанні пристосування при здійсненні способу можливе повне придушення шуму ви хлопу. Приклад 2. Необхідно придушити шум з більш значною витратою відпрацьованих газів, наприклад, при випробуванні авіаційних двигунів на літно-випробувальній станції (ЛВС). В даному випадку пропонуємо наступне конструктивне виконання пристосування для здійснення способу (фіг.2 і 3). Воно являє собою барабан, який складається з обечайки 21, двох днищ 22, осі 23 з поздовжніми щілинами 24 по кількості порожнин та з перегородок 25, які утворюють порожнини 26. З вн утрішнього боку обечайка і днища вкриті звукопоглинаючим матеріалом 27. Барабан щільно, але рухомо встановлений на нерухомій трубчатій осі 28, порожнина якої в центрі барабана герметично перекрита заглушкою 29. В осі 28 по обидва боки заглушки 29 виконано два поздовжніх проріза 30, зміщених один від одного по колу на 360 ° : η, де η — кількість порожнин, тобто один проріз 30 з'єднує порожнину осі 28, по якій поступають вихлопні гази, з однією з порожнин 26 барабану, а др угий — із сусідньою порожниною 26. Для обертання барабану приводом (не показаний) на обечайці 21 барабана закріплений зубчастий вінець 31. До осі 28 герметично прикріплений патрубок 32, по якому надходять вихлопні гази. На пристрої по фіг.2 і 3 спосіб здійснюють наступним чином. Вихлопні гази поступають в патрубок 32, а з нього — в першу порожнину трубчатої осі 28. З останньої через прорізи 30 і 24 гази поступають в одну із порожнин 26 барабану. З 1 1n обертів цими газами порожнина робить навколо осі. За цей час коливання тиску по об'єму газу в порожнині стихають (тиск вирівнюється по всьому об'єму) і завдяки багатьом десяткам (сотням) відбиттів повністю придушується звук. На передостанній позиції порожнина барабану через 6 проріз 24 та другий проріз 30 в осі 28 з'єднується з довкіллям. Заспокоєні аеродинамічно і акустично вихлопні гази виходять назовні. Таким чином, якщо у прототипі (як і у всі х існуючих глушниках) відпрацьовані гази послідовно переходять із однієї шумопридушуючої порожнини в іншу, піддаючись у кожній порожнині кільком актам шумопридушення, то згідно запропонованого способу вони, закриті в одній порожнині, піддаються актом шумопридушення (поглинання, інтерференція) сотні, а можливо, і тисячі раз. Отже, спосіб глушіння шум у ви хлопу, згідно якого відпрацьовані гази витримують в герметично закритих порожнинах певний час, а потім випускають в атмосферу, забезпечує практично повне аеродинамічне і акустичне заспокоєння вихлопних газів і може бути здійснений на будьяких пристроях, які виконані згідно цього способу. Джерела інформації: 1. Роговцев В.Л., Пузанков А.Г., Олдфильд В.Д. Устройство и эксплуатация автотранспортных средств. — М.: Транспорт, 1991. — 432 с. 2. Кисликов В.Ф., Лущик В.В. Будо ва й експлуатація автомобілів. — К.: Либідь, 2002.— 400 с. 3. Єфімов М.О., Лебедев М.М., Мітрофанов О.О. Глушник шуму. Патент України №27507 від 17.03.1995р., ΜΚΒ F01N1/00. Опубл. 15.09.2000 p. Бюлетень „Промислова власність" № 4. 4. Вишняков Н.Н., Вахламов В.К. и др. Автомобиль. — Μ.: Машиностроение, 1976.— 296 с.