RU2095582C1 - Internal combustion engine exhaust muffler - Google Patents

Abstract

FIELD: transport engineering; engine exhaust systems. SUBSTANCE: muffler has cylindrical housing 1 with end face walls 2 and 3, intake and exhaust branch pipes, 4 and 5, respectively, central perforated pipe 6 connected with branch pipes 4 and 5, cross perforated partition 7 with holes 8 placed between pipe 6 and inner surface of housing 1 and cross plug 9 arranged in pipe 6 in plane of perforated partition 7, and also perforated casing 10 with holes 11. Holes 12 of pipe 6 are arranged over entire length of pipe, and casing 10 encloses pipe 6 over its entire length. Casing is mounted on walls 2 and 3 and partition 7. Holes 11 are made in form of belts whose center, with due account of dynamic increment, is located at a distance equal to half or quarter of length of corresponding chamber 13 or 14. Width of belt does not exceed 0.4d where d is diameter of casing. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к глушителям шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering, in particular engine manufacturing, and in particular to mufflers of exhaust noise of an internal combustion engine.

Известен глушитель выхлопа для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с торцевыми стенками, соосную частично перфорированную трубу для подвода и отвода выхлопных газов и поперечные перегородки, установленные в трубе и в зазоре между трубой и корпусом, причем последняя перегородка снабжена отверстиями перфорации, которые выполнены в форме прямоугольного треугольника с ориентацией прямоугольной вершины в сторону внутренней поверхности корпуса и снабжены отгибами по гипотенузе в направлении движения газового потока [1]
Известный глушитель шума не обеспечивает достаточного заглушения шума вследствие того, что поток отработавших газов, проходя через отверстия, выполненные в форме прямоугольного треугольника с ориентацией прямоугольной вершины в сторону внутренней поверхности корпуса и отогнутые по гипотенузе, срывается с кромок отгиба, генерируя при этом шум высоких частот. При этом плоскость отгиба начинает вибрировать и возбуждать перегородку, а через нее корпус глушителя и выпускную трубу на определенных частотах, в результате чего и происходит усиление шума на этих частотах на выпуске и через стенки корпуса глушителя.Known exhaust silencer for an internal combustion engine, comprising a cylindrical body with end walls, a coaxial partially perforated pipe for supplying and discharging exhaust gases and transverse baffles installed in the pipe and in the gap between the pipe and the housing, the last baffle provided with perforation holes that are made in the shape of a right-angled triangle with the orientation of the right-angled vertex toward the inner surface of the housing and are equipped with hypotenuse limbs in the direction of gas movement about flow [1]
The known silencer does not provide sufficient noise suppression due to the fact that the exhaust stream passing through holes made in the form of a rectangular triangle with the orientation of a rectangular top towards the inner surface of the body and bent by hypotenuse breaks off the edges of the bend, generating high-frequency noise . In this case, the limb plane begins to vibrate and excite the partition, and through it the silencer body and the exhaust pipe at certain frequencies, as a result of which noise is amplified at these frequencies at the exhaust and through the walls of the silencer body.

В качестве прототипа выбран глушитель шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с торцовыми стенками, впускной и выпускной патрубки, центральную перфорированную трубу, соединенную с патрубками, поперечную перфорированную перегородку, размещенную между трубой и внутренней поверхностью корпуса, и поперечную заглушку, размещенную в трубе в плоскости перфорированной перегородки. С целью повышения эффективности шумоглушения глушитель снабжен перфорированным кожухом, охватывающим трубу в зоне выпускного патрубка, перфорация трубы выполнена участками, а внутри кожуха в виде участков, смещенных к его концам, перфорация кожуха выполнена в виде ряда сдвоенных отверстий в средней его части над сплошным участком трубы, перфорированная перегородка и заглушка расположены в зоне впускного патрубка на равном расстоянии от соседних участков перфорации, а отношение длины каждого перфорированного участка к длине сплошного промежутка трубы под кожухом составляет 1:2 [2]
К недостаткам прототипа следует отнести то, что не обеспечивается высокая звукозаграждающая (шумоизолирующая) способность глушителя из-за непосредственной передачи звука из отверстий перфорации центральной трубы в камеру. Кроме того, поступающий в корпус глушителя через отверстия перфорации в центральной трубе пульсирующий газ и звук возбуждают корпус глушителя и его торцевые стенки вследствие воздействия газодинамических пульсаций, что обуславливает повышенный корпусной шум.As a prototype, an exhaust silencer for an internal combustion engine was selected, comprising a housing with end walls, an inlet and an outlet pipe, a central perforated pipe connected to the pipes, a transverse perforated partition placed between the pipe and the inner surface of the body, and a transverse plug placed in the pipe in the plane of the perforated septum. In order to increase the sound attenuation efficiency, the muffler is equipped with a perforated casing covering the pipe in the area of the exhaust pipe, the perforation of the pipe is made in sections, and inside the casing in the form of sections shifted to its ends, the casing is perforated in the form of a series of double holes in its middle part over a continuous pipe section , perforated baffle and plug are located in the inlet pipe area at an equal distance from neighboring perforation sections, and the ratio of the length of each perforated section to the length of the continuous pipe gap under the casing is 1: 2 [2]
The disadvantages of the prototype should include the fact that it does not provide a high sound-blocking (sound-insulating) ability of the muffler due to the direct transmission of sound from the perforation holes of the central pipe to the chamber. In addition, the pulsating gas and sound entering the silencer body through the perforation holes in the central pipe excite the silencer case and its end walls due to the influence of gas-dynamic pulsations, which leads to increased case noise.

Целью изобретения является повышение эффективности заглушения шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания. The aim of the invention is to increase the efficiency of damping the exhaust noise of an internal combustion engine.

С этой целью в известном глушителе шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания, содержащем цилиндрический корпус с торцевыми стенками, впускной и выпускной патрубки, центральную перфорированную трубу, соединенную с патрубками, поперечную перфорированную перегородку, размещенную между трубой и внутренней поверхностью корпуса, и поперечную заглушку, размещенную в трубе, в плоскости перфорированной перегородки, а также перфорированный кожух, охватывающий трубу в зоне выпускного патрубка, отверстия перфорации размещены по всей длине центральной трубы, а кожух охватывает трубу по всей ее длине и смонтирован на торцевых стенках и поперечной перегородке, при этом отверстия перфорации кожуха выполнены в виде поясов, центр которых размещен в половине или четверти длины соответствующей камеры, а ширина пояса не превышает величину 0,4d, где d диаметр кожуха. Кроме того, внутри кожуха, на равном расстоянии от центра поясов перфорации и торцевыми стенками глушителя или поперечной перегородкой, могут быть размещены сплошные заглушки. To this end, in a known exhaust silencer for an internal combustion engine comprising a cylindrical body with end walls, an inlet and an outlet pipe, a central perforated pipe connected to the pipes, a transverse perforated partition located between the pipe and the inner surface of the housing, and a transverse plug placed in the pipe, in the plane of the perforated partition, as well as a perforated casing covering the pipe in the area of the outlet pipe, perforation holes are placed along the entire length the central pipe, and the casing covers the pipe along its entire length and is mounted on the end walls and the transverse partition, while the perforation holes of the casing are made in the form of belts, the center of which is located in half or a quarter of the length of the corresponding chamber, and the width of the belt does not exceed 0.4d where d is the diameter of the casing. In addition, solid plugs can be placed inside the casing, at an equal distance from the center of the perforation belts and the end walls of the silencer or the transverse partition.

При таком конструктивном исполнении в конструкции глушителя реализуются 1/4 волновые резонаторы, образуемые в расширительных камерах, ограниченные торцевыми стенками камер (перегородок) со стенками трубы и кожуха, встроенные на подавление низших резонансных мод воздушных объемов камер, ослабляющих шумозаглушающие качества камер и глушителя в целом. Кроме того, в предлагаемой конструкции образуется кольцевой зазор между центральной трубой и стенкой кожуха по всей длине центральной трубы, что обеспечивает увеличение звукоизоляции вследствие увеличения отражения звука обратно к источнику, увеличения демпфирования пульсаций и звука при двухкратном прохождении через перфорацию стенок трубы и кожуха и увеличения присоединенной эффективной массы колеблющегося газа в отверстиях перфорации и ослабления в связи с этим амплитуды этих пульсаций газа на выходе. With this design, the muffler design implements 1/4 wave resonators formed in the expansion chambers, bounded by the end walls of the chambers (partitions) with the walls of the pipe and the casing, built-in to suppress the lower resonance modes of the air volumes of the chambers that attenuate the sound-damping qualities of the chambers and the muffler as a whole . In addition, in the proposed design, an annular gap is formed between the central pipe and the casing wall along the entire length of the central pipe, which ensures an increase in sound insulation due to increased reflection of sound back to the source, increased damping of pulsations and sound when passing through the perforation of the pipe and casing walls twice and the connected effective mass of the oscillating gas in the holes of perforation and weakening in connection with this, the amplitude of these pulsations of the gas at the outlet.

На фиг. 1 показан возможный вариант конструктивного исполнения глушителя; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 распределение низших собственных резонансных форм колебаний газового объема в камерах глушителя; на фиг. 5 зависимость эффективного шумоглушения от смещения области перфорации в зоне минимального звукового давления основных собственных частот глушителя; на фиг. 6 эффективность шумоглушения предлагаемого глушителя в сравнении с прототипом. In FIG. 1 shows a possible embodiment of a silencer; in FIG. 2, section AA in FIG. one; in FIG. 3 and 4 distribution of the lower intrinsic resonance forms of gas volume oscillations in the silencer chambers in FIG. 5 dependence of the effective sound attenuation on the displacement of the perforation region in the zone of minimum sound pressure of the main natural frequencies of the silencer; in FIG. 6 the effectiveness of sound attenuation of the proposed muffler in comparison with the prototype.

Статическое состояние объекта. The static state of the object.

Глушитель шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания по фиг. 1 содержит цилиндрический корпус 1 с торцевыми стенками 2 и 3, впускной 4 и выпускной 5 патрубки, центральную перфорированную трубу 6, соединенную с патрубками 4 и 5, поперечную перфорированную перегородку 7 (отверстия перфорации показаны поз. 8), размещенную между трубой 6 и внутренней поверхностью корпуса 1, и поперечную заглушку 9, размещенную в трубе 6, в плоскости перфорированной перегородки 7, а также перфорированный кожух 10 (отверстия перфорации показаны поз. 11). Отверстия перфорации 12 трубы 6 размещены по всей ее длине. Кожух 10 также охватывает трубу 6 по всей ее длине и смонтирован на стенках 2 и 3 и перегородке 7. Отверстия перфорации 11 кожуха 10 выполнены в виде поясов, центр которых выполнен в половине (фиг.1) или четверти (фиг. 3) длины соответствующей камеры 13 и 14. Ширина пояса отверстий перфорации 11 не превышает величину 0,4d, где d диаметр кожуха 10. Внутри кожуха 10, на равном расстоянии от центра поясов перфорации 11 и торцевыми стенками 2 и 3 глушителя, или поперечной перегородкой 7, могут быть размещены сплошные заглушки 15. The exhaust silencer for the internal combustion engine of FIG. 1 contains a cylindrical body 1 with end walls 2 and 3, inlet 4 and outlet 5 nozzles, a central perforated pipe 6 connected to the nozzles 4 and 5, a transverse perforated partition 7 (perforation holes shown at pos. 8), located between the pipe 6 and the inner the surface of the housing 1, and the transverse plug 9, placed in the pipe 6, in the plane of the perforated septum 7, as well as the perforated casing 10 (perforation holes shown in pos. 11). The perforation holes 12 of the pipe 6 are placed along its entire length. The casing 10 also covers the pipe 6 along its entire length and is mounted on the walls 2 and 3 and the partition 7. The perforation holes 11 of the casing 10 are made in the form of belts, the center of which is made in half (Fig. 1) or a quarter (Fig. 3) of the corresponding length chambers 13 and 14. The width of the belt of the holes of the perforation 11 does not exceed 0.4d, where d is the diameter of the casing 10. Inside the casing 10, at an equal distance from the center of the perforation belts 11 and the end walls 2 and 3 of the muffler, or the transverse partition 7, can be solid plugs 15 are placed.

Принятые на фиг. 1-3 обозначения:
l_гл. длина глушителя, м;
l₁ длина впускной камеры 13, м;
l₂ длина выпускной камеры 14, м;
d диаметр кожуха 10, м.Adopted in FIG. 1-3 designations:
l _chap. silencer length, m;
l _{1 the} length of the inlet chamber 13, m;
l _{2 the} length of the exhaust chamber 14, m;
d casing diameter 10, m.

Выхлопные газы по впускному патрубку 4 поступают в центральную трубу 6, отражаются от заглушки 9 и через отверстия 12 поступают в полость кожуха 10, откуда через отверстия 11 пояса перфорации поступают в камеру глушителя 13. Далее через отверстия 8 в перегородке 7 газы поступают в камеру 14 глушителя, через отверстия 11 в полость кожуха 10, проходя через отверстия 12 в центральную трубу 6 и через выпускной патрубок 5 выводятся в окружающую среду. Exhaust gases through the inlet pipe 4 enter the central pipe 6, are reflected from the plug 9 and through the holes 12 enter the cavity of the casing 10, where through the holes 11 of the perforation belt enter the silencer chamber 13. Then through the holes 8 in the partition 7, the gases enter the chamber 14 silencer, through the holes 11 into the cavity of the casing 10, passing through the holes 12 into the Central pipe 6 and through the exhaust pipe 5 are discharged into the environment.

Передача звука по трассе корпуса глушителя происходит следующим образом. Sound transmission along the path of the silencer body is as follows.

По впускному патрубку 4 и центральной трубе 6 упругие звуковые волны доходят до заглушки 9, при этом частично отражаются и попадают в полость кольцевого зазора под кожухом 10, в которой происходит уменьшение шума высоких частот за счет отражений от стенки кожуха 10 обратно в трубу 6, заглушения шума в образованном резонаторе Гельмгольца и дополнительного подавления звуковых резонансов участков трубы торцевыми резонаторами, образованными стенками кожуха 10 и трубы 6, с обеих сторон от пояса отверстий перфорации 11 в полости кожуха 10 и глухими торцами этих кольцевых резонаторов (донышками), коими могут быть заглушки 15 или стенки 2 и 3 и перегородка 7. Далее звук через пояс отверстий 11 проникает в камеру 13, из которой через отверстия 8 поступает в камеру 14, а из нее через пояс отверстий 11 в камере 14 поступает в полость кольцевого зазора под кожухом 10 и через отверстия 12 в трубе 6 через выпускной патрубок 5 выходит из глушителя. Установка заглушек 15 в полости кожуха 10 позволяет уменьшить шум на определенных частотах за счет образования резонаторного глушителя в полученном объеме, образованном, например, стенками трубы 6 и кожуха 10, торцевыми стенками 2 и 3 или заглушками 15. Through the inlet pipe 4 and the central pipe 6, elastic sound waves reach the plug 9, while partially reflecting and falling into the cavity of the annular gap under the casing 10, in which there is a decrease in high-frequency noise due to reflections from the wall of the casing 10 back to the pipe 6, damping noise in the formed Helmholtz resonator and additional suppression of sound resonances of pipe sections by end resonators formed by the walls of the casing 10 and the pipe 6, on both sides of the belt of the perforation holes 11 in the cavity of the casing 10 and then the ends of these ring resonators (bottoms), which may be plugs 15 or walls 2 and 3 and the partition 7. Next, the sound through the belt of holes 11 penetrates into the chamber 13, from which through holes 8 enters the chamber 14, and from it through the belt of holes 11 in the chamber 14 enters the cavity of the annular gap under the casing 10 and through the holes 12 in the pipe 6 through the exhaust pipe 5 exits the muffler. The installation of plugs 15 in the cavity of the casing 10 can reduce noise at certain frequencies due to the formation of a resonant silencer in the resulting volume, formed, for example, by the walls of the pipe 6 and the casing 10, the end walls 2 and 3 or the plugs 15.

Наличие кожуха 10, в котором пояса отверстий перфорации размещены в узкой полосе, а большая часть кожуха представляет собой сплошной участок трубы, улучшает акустические (звукоизолирующие) характеристики глушителя, т. к. это позволяет предотвратить прямую передачу звука из отверстий 12 центральной трубы 6 в камеру глушителя, а локализация отверстий 11 в кожухе 10 в зоне минимального звукового давления на низших собственных модах воздушного объема камер уменьшает возбуждение собственных мод глушителя и повышает возможности точности его акустической настройки (см. фиг. 5). The presence of a casing 10, in which the belts of the perforation holes are placed in a narrow strip, and most of the casing is a continuous section of the pipe, improves the acoustic (soundproofing) characteristics of the muffler, since this prevents direct transmission of sound from the holes 12 of the central pipe 6 to the camera the silencer, and the localization of the holes 11 in the casing 10 in the zone of minimum sound pressure at the lower eigenmodes of the air volume of the chambers reduces the excitation of the eigenmodes of the silencer and increases the accuracy of its accus settings (see Fig. 5).

Дополнительно кожух выполняет функции глушителя "антизвона", уменьшающего шум высоких частот, как резонатор Гельмгольца, и при этом позволяет реализовать дополнительную шумозаглушающую функцию кожуха за счет торцевых резонаторов, образующихся сплошными участками кожуха 10 и торцевыми стенками 2 и 3. Additionally, the casing performs the functions of a “anti-chime” silencer, which reduces high-frequency noise, like a Helmholtz resonator, and at the same time it allows to realize an additional sound-damping function of the casing due to end resonators formed by continuous sections of the casing 10 and end walls 2 and 3.

Установка заглушек 15 внутри кожуха 10 позволяет уменьшить шум высоких частот в определенных диапазонах за счет образования отдельных шумозаглушающих элементов, настроенных на глушение отдельных резонансных частот (резонаторов-"антизвонов"), а также ужесточить корпус глушителя за счет образования дополнительной ограничительной связи между торцевыми стенками 2 и 3 глушителя. The installation of plugs 15 inside the casing 10 allows you to reduce high-frequency noise in certain ranges due to the formation of separate noise-attenuating elements configured to muffle individual resonant frequencies (resonators, "anti-ringing"), as well as to tighten the silencer housing due to the formation of an additional restrictive connection between the end walls 2 and 3 silencers.

Кожух 10 позволяет уменьшить корпусной шум глушителя от торцевых стенок 2 и 3 за счет введения дополнительной ужесточающей связи между торцевыми стенками 2 и 3 и перегородкой 7, и от боковой поверхности корпуса 1 глушителя за счет демпфирования кожухом 10 газодинамических пульсаций в камерах 13 и 14, передаваемых по направлению к стенкам корпуса 1 глушителя и возбуждающих структурные вибрации и звук стенок. The casing 10 allows to reduce the case noise of the muffler from the end walls 2 and 3 due to the introduction of an additional tightening connection between the end walls 2 and 3 and the partition 7, and from the lateral surface of the muffler 1 due to the damping by the casing 10 of gas-dynamic pulsations in the chambers 13 and 14 transmitted towards the walls of the body 1 of the muffler and exciting structural vibrations and the sound of the walls.

Ширина пояса отверстий 11 в кожухе 10 составляет ±0,2 диаметра кожуха, при этом центр пояса размещен в половине или четверти длины соответствующей камеры 13 или 14, что соответствует размещению отверстий в узлы звукового давления низших собственных мод воздушного объема соответствующей камеры с учетом динамического удлинения перфорированного участка патрубка (см. фиг. 3 и 4). The width of the belt of the holes 11 in the casing 10 is ± 0.2 of the diameter of the casing, while the center of the belt is located in half or a quarter of the length of the corresponding chamber 13 or 14, which corresponds to the placement of the holes in the nodes of sound pressure of the lower eigenmodes of the air volume of the corresponding chamber, taking into account dynamic elongation perforated section of the pipe (see Fig. 3 and 4).

Испытания предлагаемого глушителя показали его повышенную эффективность (см. фиг. 6) в сравнении с конструкцией глушителя, описанного в разделе "прототип". Tests of the proposed silencer showed its increased efficiency (see Fig. 6) in comparison with the design of the silencer described in the prototype section.

Claims (2)

1. Глушитель шума выхлопа для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с торцевыми стенками, центральную перфорированную трубу, соединенную с патрубками, поперечную перфорированную перегородку, размещенную между трубой и внутренней поверхностью корпуса, и поперечную заглушку, размещенную в трубе, в плоскости перфорированной перегородки, а также перфорированный кожух, охватывающий трубу в зоне выпускного патрубка, отличающийся тем, что кожух охватывает трубу по всей ее длине и смонтирован на торцевых стенках и поперечной перегородке, при этом отверстия перфорации кожуха выполнены в виде поясов, центр которых размещен в половине или четверти длины соответствующей камеры, а ширина пояса не превышает величину 0,4 d, где d диаметр кожуха. 1. An exhaust silencer for an internal combustion engine, comprising a cylindrical body with end walls, a central perforated pipe connected to the nozzles, a transverse perforated partition placed between the pipe and the inner surface of the housing, and a transverse plug placed in the pipe, in the plane of the perforated partition, as well as a perforated casing covering the pipe in the area of the exhaust pipe, characterized in that the casing covers the pipe along its entire length and is mounted on the end walls and a partition, the holes of the perforation of the casing are made in the form of belts, the center of which is located in half or a quarter of the length of the corresponding chamber, and the width of the belt does not exceed a value of 0.4 d, where d is the diameter of the casing. 2. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что внутри кожуха, на равном расстоянии от центра поясов перфорации и торцевыми стенками глушителя или поперечной перегородкой, могут быть размещены сплошные заглушки. 2. The muffler according to claim 1, characterized in that solid plugs can be placed inside the casing, at an equal distance from the center of the perforation belts and the end walls of the muffler or the transverse partition.

Images