RU2764641C1 - Silencer-gas separator - Google Patents
Silencer-gas separator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2764641C1 RU2764641C1 RU2021101718A RU2021101718A RU2764641C1 RU 2764641 C1 RU2764641 C1 RU 2764641C1 RU 2021101718 A RU2021101718 A RU 2021101718A RU 2021101718 A RU2021101718 A RU 2021101718A RU 2764641 C1 RU2764641 C1 RU 2764641C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- swirler
- silencer
- central pipe
- cylindrical body
- pipe
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Exhaust Silencers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к глушителям шума выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и к разделителям газовых смесей на входящие компоненты.The invention relates to the field of mechanical engineering, and in particular to noise suppressors of exhaust gases of internal combustion engines and to separators of gas mixtures into incoming components.
Известны многокамерные глушители шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с перфорированными стенками между камерами (см., например, [1] - патент RU №2330969), недостатками которых являются значительное сопротивление выхлопным газам из-за перфорированных перегородок между камерами и невозможность выделения вредных компонентов отработавших газов, что требует подвергать нейтрализации весь объем отработавших газов.Known are multi-chamber silencers for the exhaust of internal combustion engines (ICE) with perforated walls between the chambers (see, for example, [1] - patent RU No. 2330969), the disadvantages of which are significant resistance to exhaust gases due to perforated partitions between the chambers and the inability to emit harmful components of exhaust gases, which requires neutralization of the entire volume of exhaust gases.
Известны глушители на принципе многократного расширения поступающих в них газов, которое происходит в камерах глушителей, разделенных перегородками и сообщающимися одна с другой, например, через перфорированные отверстия или закрепленные в перегородках трубки со скошенными концами, обращенными скосами к центру камеры (см., например, [2] - патент США №3016972). При этом происходит торможение газов на входе глушителя и на выходе цилиндров двигателя создается повышенное давление газов, что препятствует быстрому очищению цилиндров и приводит к неполному последующему наполнению цилиндров новой воздушно-топливной смесью, из-за чего увеличивается расход топлива и снижается коэффициент полезного действия (КПД). Кроме того, глушитель со скошенными трубками или отверстиями не позволяет равномерно ослабить весь акустический диапазон образующихся в таком глушителе и двигателе шумов, а только на определенных нескольких частотах, на которые настроены трубки. Также отсутствует возможность выделения вредных компонентов выбросов для последующей утилизации.Silencers are known on the principle of multiple expansion of the gases entering them, which occurs in silencer chambers separated by partitions and communicating with one another, for example, through perforated holes or tubes fixed in partitions with beveled ends facing the bevels to the center of the chamber (see, for example, [2] - US patent No. 3016972). In this case, the gases are braked at the muffler inlet and an increased gas pressure is created at the outlet of the engine cylinders, which prevents the cylinders from being cleaned quickly and leads to incomplete subsequent filling of the cylinders with a new air-fuel mixture, which increases fuel consumption and reduces the efficiency ). In addition, a muffler with beveled tubes or holes does not evenly attenuate the entire acoustic range of noise generated in such a muffler and engine, but only at certain several frequencies to which the tubes are tuned. There is also no possibility of isolating harmful emission components for subsequent disposal.
Известны глушители с несколькими завихрителями и перфорированными перегородками между ними (см., например, [3] - патент RU №838097, [4] - патент RU №2056507). В них закрученный поток сразу после входного завихрителя снижает сопротивление потоку выхлопных газов, но затем упирается в перегородку с отверстиями или трубки с отверстиями, что снова повышает сопротивление и приводит к развалу вихря и рециркуляционной тороидальной зоны, образованию турбулентности. Эти процессы сопровождаются шумообразованием в широком диапазоне звуковых частот, в том числе и с частотой вращения двигателя, после чего все эти образовавшиеся акустические шумы необходимо в дальнейшем подавить в глушителе, что не всегда удается. Во время развала вихря и образования турбулентности в отверстиях перфорации, в стенках перегородок или трубах возникают акустические колебания высокого уровня, которые передаются на выход глушителя, а те частоты, которые совпадают с собственной частотой трубки, дополнительно усиливаются по амплитуде. Также в указанных устройствах отсутствует возможность выделения вредных компонентов для последующей раздельной утилизации.Silencers with several swirlers and perforated partitions between them are known (see, for example, [3] - patent RU No. 838097, [4] - patent RU No. 2056507). In them, the swirling flow immediately after the inlet swirler reduces the resistance to the flow of exhaust gases, but then rests against the baffle with holes or tubes with holes, which again increases the resistance and leads to the collapse of the vortex and the recirculation toroidal zone, the formation of turbulence. These processes are accompanied by noise generation in a wide range of sound frequencies, including the engine speed, after which all these generated acoustic noises must be further suppressed in the muffler, which is not always possible. During the collapse of the vortex and the formation of turbulence in the perforation holes, in the walls of partitions or pipes, high-level acoustic vibrations arise, which are transmitted to the muffler output, and those frequencies that coincide with the natural frequency of the tube are additionally amplified in amplitude. Also, in these devices, there is no possibility of isolating harmful components for subsequent separate disposal.
Для снижения стоимости и увеличения ресурса работы был предложен глушитель нейтрализатор (см., например, [6] - патент на полезную модель RU №63455), в котором расширяются функции устройства путем совмещения в нем функций глушителя и нейтрализатора за счет установки ультрафиолетовой лампы, завихрителей в виде углублений спиральной формы, покрытия внутренней поверхности трубы слоем катализатора и расширенных камер на торцах устройства. В результате закручивания потока газов в корпусе такого глушителя нейтрализатора увеличивается время взаимодействия выхлопных газов с ультрафиолетовым излучением УФ-лампы, а функции глушения обеспечиваются за счет расширения газов в цилиндрических камерах большого диаметра на торцах корпуса устройства.To reduce the cost and increase the service life, a neutralizer muffler was proposed (see, for example, [6] - utility model patent RU No. in the form of recesses of a spiral shape, coating the inner surface of the pipe with a layer of catalyst and expanded chambers at the ends of the device. As a result of the swirling of the gas flow in the body of such a neutralizer muffler, the time of interaction of the exhaust gases with the ultraviolet radiation of the UV lamp increases, and the damping functions are provided by the expansion of gases in large-diameter cylindrical chambers at the ends of the device body.
Глушитель по патенту RU №2022126 [7] является наиболее близким техническим решением по снижению сопротивления и вредного воздействия шума выхлопа ДВС на окружающую среду к предлагаемому глушителю поэтому взят за прототип.The muffler according to patent RU No. 2022126 [7] is the closest technical solution to reduce the resistance and harmful effects of ICE exhaust noise on the environment to the proposed muffler, therefore, it is taken as a prototype.
В глушителе по патенту RU №2022126, содержащем трубчатый корпус, внутри которого расположена центральная (внутренняя) труба, между которой и корпусом по всей длине трубы установлены кольцевые вставки, образующие спиральный завихритель, размещенные на определенных расстояниях друг от друга. Вставки имеют несколько радиальных разрезов, образующих лепестки, каждый из которых повернут вокруг своей радиальной оси таким образом, что совместно они образуют прерывистую винтовую линию, при этом расстояния между кольцевыми вставками уменьшаются от входного до выходного патрубка глушителя, а сами вставки выполнены упругими. Так как образованная таким образом винтовая линия является не сплошной, а прерывистой, образована не целой спиралью, а состоит из отдельных лепестков кольцевых вставок, то происходит перемешивание газов соседних винтовых каналов, что выравнивает в них давление и приводит к интенсификации звуковых волн. Выравниванию давления в соседних каналах, а значит успокоению потока газов и уменьшению шума в нем, способствует также упругость лепестков, особенно в начале глушителя, когда разница давлений в соседних каналах бывает существенной.In the muffler according to patent RU No. 2022126, containing a tubular body, inside which there is a central (inner) pipe, between which and the body along the entire length of the pipe there are annular inserts forming a spiral swirler, placed at certain distances from each other. The inserts have several radial cuts forming petals, each of which is turned around its radial axis in such a way that together they form a discontinuous helical line, while the distances between the annular inserts decrease from the silencer inlet to the outlet branch pipe, and the inserts themselves are made elastic. Since the helical line formed in this way is not continuous, but intermittent, formed not by a whole spiral, but consists of individual petals of annular inserts, the gases of adjacent helical channels are mixed, which equalizes the pressure in them and leads to the intensification of sound waves. Equalization of pressure in adjacent channels, which means calming the flow of gases and reducing noise in it, is also facilitated by the elasticity of the petals, especially at the beginning of the muffler, when the pressure difference in adjacent channels is significant.
Недостатками глушителя прототипа по патенту RU №2022126 являются пожароопасность из-за наличия сквозного открытого отверстия центральной грубы, значительный вес глушителя из-за большого количества кольцевых вставок и втулок, возможное появление собственных резонансных явлений упругих лепестков из-за широкого спектра частот ДВС и узлов автомобиля, невозможность свободного естественного перемешивания закрученных соседних витков потока газов из-за жесткой винтовой линии, образованной вставками, и невозможность выделения вредных компонентов выбросов для дальнейшей утилизации.The disadvantages of the prototype silencer according to patent RU No. 2022126 are fire hazard due to the presence of a through open hole of the central coarse, significant weight of the silencer due to the large number of annular inserts and bushings, the possible occurrence of natural resonant phenomena of elastic petals due to the wide range of frequencies of the internal combustion engine and vehicle components , the impossibility of free natural mixing of swirling adjacent turns of the gas flow due to a rigid helix formed by inserts, and the impossibility of separating harmful emission components for further disposal.
Задачей изобретения является создание глушителя выпуска отработанных газов, исключающего перечисленные недостатки аналогов и прототипа и обеспечивающего:The objective of the invention is to create an exhaust muffler that eliminates the listed disadvantages of analogs and prototype and provides:
- снижение пожароопасности;- reduction of fire risk;
- уменьшение веса и материалоемкости;- reduction of weight and material consumption;
- исключение появления собственных резонансных явлений;- exclusion of the appearance of own resonant phenomena;
- возможность выделения вредных веществ отработавших газов для их автономной утилизации;- possibility of emission of harmful substances of exhaust gases for their autonomous utilization;
- снижения составляющей структурного звука.- reducing the structural sound component.
Поставленная задача изобретения решается тем, что пульсирующий поток выхлопных газов через конусный входной патрубок подают на вход цилиндрического корпуса и закрепленный на входе корпуса соосно многолопастный завихритель потока отработавших газов (ОГ) в виде отрезка трубы (ступицы) с установленными на ее наружной поверхности спиралевидными лопастями, например, в виде приваренных полосок металла или вырезанных из цельной детали на станке с ЧПУ, имеющими угол наклона к перпендикулярной оси глушителя плоскости 50-80 градусов в начале завихрителя и плавно уменьшающимся до 7-15 градусов в конце завихрителя, наружные кромки лопастей завихрителя закреплены к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, а к ступице многолопастного завихрителя на его выходе прикреплена центральная (внутренняя) труба длиной 0.3-0.6 от длины цилиндрического корпуса, при этом диаметры центральной трубы равны соответствующим наружному и внутреннему диаметрам ступицы многолопастного завихрителя, на конце центральной трубы закреплено разрезное кольцо, соединяющее цилиндрический корпус и центральную трубу, при этом угол наклона плоскости разрезного кольца к плоскости, перпендикулярной оси глушителя, равен минимальному углу 7-15 градусов наклона лопастей многолопастного завихрителя к плоскости, перпендикулярной оси глушителя, а в конце центральной трубы установлен дополнительный лопастный завихритель с тем же направлением закрутки потока ОГ. Кроме того, перед выходным патрубком по оси центральной трубы установлена открытая со стороны входного патрубка трубка, второй конец которой через отверстие в цилиндрическом корпусе подсоединен к штуцеру вывода легких фракций вредных веществ ОГ, а в цилиндрическом корпусе перед выходным патрубком закреплена гильза с наружным диаметром, равным 0.94 - 0.98 внутреннего диаметра цилиндрического корпуса, приваренная бортиком гильзы на выходе к цилиндрическому корпусу, для сбора тяжелых фракций вредных веществ ОГ, при этом полость между гильзой и цилиндрическим корпусом через отверстия в корпусе связана со штуцером для отвода тяжелых фракций вредных веществ ОГ.The task of the invention is solved by the fact that a pulsating flow of exhaust gases through a conical inlet pipe is fed to the inlet of a cylindrical housing and a multi-blade swirler of the exhaust gas (EG) flow coaxially fixed at the inlet of the housing in the form of a pipe segment (hub) with spiral-shaped blades installed on its outer surface, for example, in the form of welded metal strips or cut out from a single piece on a CNC machine, having an angle of inclination to the plane perpendicular to the silencer axis of 50-80 degrees at the beginning of the swirler and gradually decreasing to 7-15 degrees at the end of the swirler, the outer edges of the swirler blades are fixed to the inner surface of the cylindrical body, and a central (inner) pipe 0.3-0.6 of the length of the cylindrical body is attached to the hub of the multi-blade swirler at its outlet, while the diameters of the central pipe are equal to the corresponding outer and inner diameters of the hub of the multi-blade swirler, at the end of the central the split ring is fixed on the main pipe, connecting the cylindrical body and the central pipe, while the angle of inclination of the plane of the split ring to the plane perpendicular to the silencer axis is equal to the minimum angle of 7-15 degrees of inclination of the blades of the multi-bladed swirler to the plane perpendicular to the silencer axis, and at the end of the central pipe an additional bladed swirler with the same direction of swirl of the exhaust gas flow is installed. In addition, in front of the outlet pipe, along the axis of the central pipe, there is a tube open from the side of the inlet pipe, the second end of which is connected through a hole in the cylindrical body to the fitting for the outlet of light fractions of harmful exhaust gases, and in the cylindrical body, in front of the outlet pipe, a sleeve with an outer diameter equal to 0.94 - 0.98 of the inner diameter of the cylindrical body, welded by the side of the sleeve at the outlet to the cylindrical body, to collect heavy fractions of harmful substances of the exhaust gas, while the cavity between the sleeve and the cylindrical body is connected through the holes in the body with a fitting for removing heavy fractions of harmful substances of the exhaust gas.
Кроме того, к концу цилиндрического корпуса присоединен конусный выходной патрубок, через который ОГ из глушителя-разделителя поступают в окружающую среду.In addition, a conical outlet pipe is attached to the end of the cylindrical body, through which the exhaust gas from the silencer-separator enters the environment.
Кроме того, лопасти дополнительного лопастного завихрителя могут выполняться из стенки центральной трубы.In addition, the blades of the additional paddle swirler can be made from the wall of the central pipe.
Кроме того, многолопастный завихритель или часть цилиндрического корпуса, или весь корпус могут быть изготовлены из сплава, поглощающего звуковые волны.In addition, the multi-bladed swirler or part of the cylindrical body or the whole body can be made of an alloy that absorbs sound waves.
Установка на входе глушителя между цилиндрическим корпусом и центральной (внутренней) трубой многолопастного завихрителя, а внутри центральной трубы дополнительного лопастного завихрителя с определенными углами наклона лопастей обеспечивает:Installation of a multi-bladed swirler at the silencer inlet between the cylindrical body and the central (inner) pipe, and an additional bladed swirler inside the central pipe with certain blade inclination angles provides:
- эффективное шумоглушение за счет увеличения пути взаимодействия и взаимоглушения закрученных пульсирующих газов практически на всей длине глушителя и увеличения времени и количества их переотражений от внутренних стенок цилиндрического корпуса;- effective noise attenuation by increasing the path of interaction and mutual damping of swirling pulsating gases almost along the entire length of the muffler and increasing the time and number of their re-reflections from the inner walls of the cylindrical body;
охлаждение приосевых слоев, обуславливающее появление дополнительной составляющей шумоглушения, так как многолопастный завихритель формирует закрученный (вихревой) поток и, в соответствии с эффектом Ранка, происходит заметное охлаждение приосевых слоев потока и центральной трубы (см. А.П. Меркулов. «Вихревой эффект и его применение в технике». М. Машиностроение, 1969 г.), причем на каждые 90-110 градусов снижения температуры потока ОГ происходит снижение звукового давления и шума на 5-6 дБ (см.: к.т.н. В.Я. Груданов. «Утилизация энергии отработавших газов и экология». Автомобильная промышленность, 1989, №1, с. 16);cooling of the paraxial layers, which causes the appearance of an additional component of noise suppression, since the multi-bladed swirler forms a swirling (vortex) flow and, in accordance with the Ranque effect, there is a noticeable cooling of the paraxial layers of the flow and the central pipe (see A.P. Merkulov. “Vortex effect and its application in technology ". M. Mashinostroenie, 1969), and for every 90-110 degrees of decrease in the temperature of the exhaust gas flow, there is a decrease in sound pressure and noise by 5-6 dB (see: Ph.D. V. Ya Grudanov "Energy recovery of exhaust gases and ecology", Automotive industry, 1989, No. 1, p. 16);
- разделение компонентов ОГ с разной плотностью по диаметру трубы, так, что на максимальном радиусе на внутренних стенках цилиндрического корпуса центробежными силами закрученного потока будут располагаться молекулы с большей плотностью компонентов (двуокись азота, двуокись углерода и макрочастицы сажи, обладающие большей плотностью), а в приосевой области за центральной трубой будут располагаться преимущественно молекулы фракций с меньшей плотностью (окись азота, окись углерода и микрочастицы сажи).- separation of exhaust gas components with different densities along the pipe diameter, so that at the maximum radius on the inner walls of the cylindrical body, the centrifugal forces of the swirling flow will accommodate molecules with a higher density of components (nitrogen dioxide, carbon dioxide and soot macroparticles, which have a higher density), and in In the axial region behind the central tube, molecules of fractions with a lower density (nitric oxide, carbon monoxide, and soot microparticles) will be predominantly located.
Это позволяет в дальнейшем утилизировать выделенные компоненты наиболее удобным для каждого компонента способом, например, путем рециркуляции в цилиндрах ДВС или дожиганием, или нейтрализацией химикатами или катализаторами и др.This allows further disposal of the isolated components in the most convenient way for each component, for example, by recirculation in the ICE cylinders or by afterburning, or by neutralization with chemicals or catalysts, etc.
Установка внутри центральной трубы трубы дополнительного лопастного завихрителя с тем же направлением закрутки позволяет снизить пожароопасность, так как за счет закручивания потока ОГ искры центробежными силами выносятся на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса и, взаимодействуя с ней. гасятся.Installing an additional vane swirl inside the central tube of the tube with the same swirl direction makes it possible to reduce the fire hazard, since due to the swirling of the exhaust gas flow, sparks are carried by centrifugal forces to the inner surface of the cylindrical body and, interacting with it. extinguished.
Установка гильзы с наружным бортиком в конце глушителя-разделителя газов с зазором относительно цилиндрического корпуса, заглушенной с конца корпуса, например, с помощью сварки буртика к корпусу, создает полость сбора тяжелых фракций ОГ, сообщающуюся со штуцером отвода тяжелых фракций ОГ через отверстия в цилиндрическом корпусе, и отвод их на дальнейшую утилизацию.Installing a sleeve with an outer rim at the end of the silencer-gas separator with a gap relative to the cylindrical body, plugged from the end of the body, for example, by welding the flange to the body, creates a cavity for collecting heavy exhaust gas fractions, which communicates with the fitting for the removal of heavy exhaust gas fractions through holes in the cylindrical body and their disposal for further disposal.
Установка в центральной приосевой зоне трубки, направленной открытым концом к входному патрубку и связь ее второго конца со штуцером для отвода легких фракций вредных выбросов выхлопных газов обеспечивает отведение их на дальнейшую утилизацию.Installation in the central axial zone of a tube directed with its open end to the inlet pipe and connecting its second end with a fitting for removing light fractions of harmful exhaust gases ensures their removal for further disposal.
Выполнение деталей крепления глушителя-разделителя газов, или цилиндрического корпуса, или его части, или многолопастного завихрителя из сплава, поглощающего звуковые волны (например, медь - 70%, марганец - 30%) или иного материала, слабо передающего звуковые волны, позволяет снизить структурный шум, передающийся в конструкциях по металлу.The execution of fastening parts of the silencer-gas separator, or a cylindrical body, or a part thereof, or a multi-bladed swirler made of an alloy that absorbs sound waves (for example, copper - 70%, manganese - 30%) or other material that weakly transmits sound waves, allows to reduce the structural noise transmitted in metal structures.
Совокупность указанных признаков предложенного глушителя-разделителя газов позволяет исключить недостатки аналогов и прототипа.The combination of these features of the proposed muffler-gas separator allows you to eliminate the disadvantages of analogs and prototype.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где:The essence of the invention is illustrated by the drawing, where:
- на фиг. 1 показана конструкция устройства глушителя-разделителя газов ДВС (разрез) без устройств отвода вредных компонентов на утилизацию;- in Fig. 1 shows the design of the device of the silencer-gas separator of the internal combustion engine (section) without devices for removing harmful components for disposal;
- на фиг. 2 показана схема отражений звуковых волн в глушителе-разделителе газов после многолопастного завихрителя и отмечены зоны когерентных звуковых взаимодействий;- in Fig. 2 shows a diagram of the reflections of sound waves in the muffler-gas separator after a multi-bladed swirler and the zones of coherent sound interactions are marked;
- на фиг. 3 показана конструкция устройства глушителя-разделителя газов ДВС со штуцерами для отвода легких и тяжелых фракций вредных веществ отработавших газов на дальнейшую раздельную (автономную) утилизацию.- in Fig. 3 shows the design of the ICE silencer-gas separator with fittings for removing light and heavy fractions of harmful substances from exhaust gases for further separate (autonomous) disposal.
Устройство глушителя-разделителя газов ДВС фиг. 1 включает: входной патрубок 1; многолопастный завихритель 2 со ступицей 3, установленный соосно оси глушителя и представляющий собой отрезок трубы (ступицу 3), на наружной поверхности которой расположены спиралевидные лопасти, например, в виде приваренных полосок металла или вырезанных из цельной детали на станке с ЧПУ, при этом угол наклона лопастей к плоскости, перпендикулярной оси глушителя на входе завихрителя может составлять 50-80 градусов, а к выходу завихрителя этот угол плавно уменьшается до 7-15 градусов (эффективность таких углов подтверждена испытаниями); цилиндрический корпус 4; центральную трубу 5; разрезное кольцо 6 крепления конца центральной трубы 5 к цилиндрическому корпусу 4 (при этом внутренний и наружный диаметр центральной трубы для удобства соединения, например, сваркой, может быть равен внутреннему и наружному диаметру отрезка трубы завихрителя), причем угол наклона плоскости разрезного кольца к плоскости, перпендикулярной оси глушителя, равен 7-15 градусов; дополнительный завихритель 7 и выходной патрубок 8.The device of the muffler-separator of gases of the internal combustion engine Fig. 1 includes: inlet pipe 1;
На фиг. 3 дополнительно показаны гильза 9 с наружным бортиком, приваренным к цилиндрическому корпусу 4 со стороны выхода глушителя, штуцер 10 с отверстием 11 (отверстий может быть несколько) на корпусе 4 для отвода тяжелых фракций отработавших газов, трубка 12, связанная со штуцером 13 на корпусе 4, для сбора и отвода легких фракций отработавших газов.In FIG. 3 additionally shows a sleeve 9 with an outer rim welded to the cylindrical body 4 on the side of the muffler outlet, a fitting 10 with a hole 11 (there may be several holes) on the body 4 to remove heavy fractions of exhaust gases, a tube 12 connected to the fitting 13 on the body 4 , to collect and remove light fractions of exhaust gases.
Работа глушителя-разделителя выхлопа отработавших газов ДВСOperation of the silencer-separator of the exhaust gases of the internal combustion engine
При входе пульсирующего потока ОГ в глушитель-разделитель основная часть потока проходит через многолопастный завихритель 2 потока ОГ, преобразующий поступательное движение ОГ в ускоренное вращательное движение потока по кольцевым (винтовым) линиям между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и наружной поверхностью внутренней трубы. Остальная часть потока, двигающаяся по внутренней трубе, проходит через дополнительный завихритель 7 и также преобразуется во вращательное движение, совпадающее по направлению вращения (закрутки) с направлением вращения основного потока ОГ. Дополнительный завихритель 7 преобразуют поступательное движение ОГ во внутренней трубе во вращательное и снижает пожароопасность глушителя за счет отбрасывания искр центробежными силами закрученного потока к стенкам цилиндрического корпуса и их гашения при взаимодействия со стенками корпуса.When the pulsating exhaust gas flow enters the silencer-separator, the main part of the flow passes through the
Движущиеся ОГ под воздействием центробежных сил в соответствии с плотностью входящих газов занимают концентрические объемы в радиальном направлении:The moving exhaust gas under the influence of centrifugal forces, in accordance with the density of the incoming gases, occupy concentric volumes in the radial direction:
- более тяжелые фракции - двуокись азота, двуокись углерода и макрочастицы сажи, обладающие большей плотностью, занимают концентрические объемы наружных слоев и выводятся через гильзу 9 и отверстия в цилиндрическом корпусе 11 в штуцер 10. установленный на цилиндрическом корпусе 4, для дальнейшей утилизации;- heavier fractions - nitrogen dioxide, carbon dioxide and soot macroparticles, which have a higher density, occupy concentric volumes of the outer layers and are discharged through the sleeve 9 and holes in the cylindrical body 11 into the fitting 10. installed on the cylindrical body 4 for further disposal;
- легкие фракции - окись азота, окись углерода и микрочастицы сажи занимают концентрические объемы внутренних слоев и отводятся через приосевую зону через трубку 12 наружу на штуцер 13 отвода легких фракций на дальнейшую утилизацию.- light fractions - nitric oxide, carbon monoxide and soot microparticles occupy concentric volumes of the inner layers and are discharged through the axial zone through the tube 12 to the outlet 13 of the light fractions for further disposal.
Учитывая, что поступательное движение пульсирующего потока ОГ, входящего в глушитель, с помощью завихрителей 2 и 7 преобразуется в ускоренное вращательное движение по кольцевым (винтовым) линиям между внутренней трубой 5 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 4 и внутри внутренней трубы 5, фронт звуковой волны продольный на входе во входной патрубок 1 глушителя-разделителя лопастными завихрителями 2 и 7 также преобразуется в циркуляционный вихревой поток, в котором ОГ вращаются по кольцевым (винтовым) линиям. Многократные отражения фронта звуковой волны от внутренней поверхности цилиндрического корпуса вызывают возникновение когерентных звуковых волн (четных и нечетных отражений, см. фиг. 2), которые, в итоге, вместе с потерями на отражение звуковых волн дают ослабление исходных звуковых волн, то есть, приводят к уменьшению пульсации закрученного вокруг внутренней трубы потока отработавших выхлопных газов, которые перед выходным патрубком смешиваются с потоком отработавших газов, движущихся по внутренней трубе и за ней.Considering that the translational motion of the pulsating exhaust gas flow entering the muffler is converted with the help of
Второй составляющей ослабления звуковых волн является то, что средняя длина хода закрученной завихрителем 2 звуковой волны длиннее хода звуковой волны потока, двигающегося по внутренней трубе, а эти звуковые волны когерентны и их взаимодействие (наложение) также дает уменьшение пульсаций звуковой волны на выходе глушителя.The second component of the attenuation of sound waves is that the average length of the sound wave twisted by the
Третьей составляющей ослабления звуковых волн является снижение температуры ОГ у наружной поверхности внутренней (центральной) трубы и охлаждение самой трубы, которое происходит из-за появления разности температур в высокоскоростном вихревом потоке, обусловленном охлаждением внутренних слоев и повышение температуры наружных слоев закрученного потока ОГ (см. А.П. Меркулов. «Вихревой эффект и его применение в технике». М., Машиностроение, 1969 г.), причем на каждые 90-110 градусов снижения температуры потока ОГ происходит снижение звукового давления и шума на 5-6 дБ (см.: к.т.н. В.Я. Груданов. «Утилизация энергии отработавших газов и экология». Автомобильная промышленность, 1989, №1, с. 16).The third component of the attenuation of sound waves is the decrease in the exhaust gas temperature at the outer surface of the inner (central) pipe and the cooling of the pipe itself, which occurs due to the appearance of a temperature difference in a high-speed vortex flow due to the cooling of the inner layers and an increase in the temperature of the outer layers of the swirling exhaust gas flow (see Fig. A.P. Merkulov "Vortex effect and its application in engineering", M., Mashinostroyeniye, 1969), and for every 90-110 degrees decrease in the temperature of the exhaust gas flow, there is a decrease in sound pressure and noise by 5-6 dB (cm .: Candidate of Technical Sciences V.Ya. Grudanov, "Utilization of exhaust gas energy and ecology", Automotive industry, 1989, No. 1, p. 16).
Разрезное плоское кольцо 6 соединяет цилиндрический корпус 4 и внутреннюю трубу 5, исключая перемещения внутренней трубы 5. При этом плоскость кольца 6 совпадает с плоскостью наклона лопастей на выходе завихрителя 2, то есть с плоскостью винтовых линий движения ОГ между цилиндрическим корпусом 4 и трубой 5 после завихрителя 2 и не препятствует движению ОГ (то есть, не создает дополнительного сопротивления газам), и исключает возникновение турбулентности между витками ОГ до и после разрезного кольца 6, и, следовательно, не приводят к увеличению сопротивления системы выпуска, так как скорости боковых поверхностей соседних витков ОГ одинаковы.The split
Был изготовлен образец предлагаемого глушителя-разделителя для ДВС ЯМЗ-236 НЕ с турбокомпрессором. Габариты образца глушителя-разделителя газов: диаметр 125 мм длина 930 мм, объем 11,5 литра (для сравнения - серийный глушитель автомобиля УРАЛ без нейтрализатора имеет диаметр 250 мм, длину 1000 мм, объем 49 литров, а серийный глушитель МАК 2.36-1201010 имеет объем 94 литра).A sample of the proposed silencer-separator for the YaMZ-236 ICE engine with a turbocharger was made. The dimensions of the muffler-gas separator sample are: diameter 125 mm, length 930 mm, volume 11.5 liters (for comparison, the serial silencer of a URAL car without a converter has a diameter of 250 mm, a length of 1000 mm, a volume of 49 liters, and a serial muffler MAK 2.36-1201010 has volume 94 liters).
При испытаниях предлагаемого глушителя-разделителя в составе автомобиля УРАЛ получены следующие результаты: сопротивление выпуска 8 кПа (допуск 10 кПа), уровень шума на III, IV и V скоростях движения автомобиля при замерах слева составил 86, 85 и 85 дБ (децибел), а при замерах справа - 89, 87 и 86 дБ (в сумме со структурным шумом). При этом корпус образца глушителя-разделителя газов не был закреплен к раме автомобиля из-за отсутствия металлорукава между ДВС и глушителем (глушитель висел консольно на жестком креплении фланца к выпускному коллектору ДВС). поэтому большую долю в шум вносил структурный шум и не удалось более точно выделить вклад самого глушителя.When testing the proposed silencer-separator as part of a URAL vehicle, the following results were obtained: exhaust resistance 8 kPa (tolerance 10 kPa), noise level at III, IV and V vehicle speeds when measured on the left was 86, 85 and 85 dB (decibels), and when measured on the right - 89, 87 and 86 dB (total with structural noise). At the same time, the sample body of the silencer-gas separator was not fixed to the vehicle frame due to the absence of a metal hose between the internal combustion engine and the silencer (the silencer hung cantilevered on a rigid flange attachment to the exhaust manifold of the internal combustion engine). therefore, structural noise contributed a large share to the noise and it was not possible to more accurately distinguish the contribution of the muffler itself.
Кроме того, при испытаниях было зафиксировано повышение на 20-40 градусов температуры цилиндрического корпуса образца глушителя-разделителя по сравнению с температурой серийного глушителя, что подтверждает наличие вихревого эффекта.In addition, during the tests, an increase in the temperature of the cylindrical body of the silencer-separator sample by 20-40 degrees was recorded compared to the temperature of the serial silencer, which confirms the presence of a vortex effect.
Возрастание уровня шума образца глушителя-разделителя на III, IV и V передачах справа на 1-3 дБ по сравнению с уровнем шума слева можно объяснить только тем, что с уменьшением скорости движения автомобиля с пятой до третьей передачи возрастает амплитуда вибраций ДВС и ограждающих конструкций автомобиля и глушителя-разделителя, закрепленного жестко с ДВС через выпускной коллектор, то есть возрастает составляющая структурного шума. Эта составляющая может быть обусловлена отсутствием качественного крепления образца глушителя-разделителя газов к корпусу (раме и др.) автомобиля и отсутствием штатного гибкого металлического рукава между глушителем и ДВС, развязывающего глушитель от вибраций ДВС.The increase in the noise level of the silencer-separator sample in III, IV and V gears on the right by 1-3 dB compared to the noise level on the left can only be explained by the fact that with a decrease in vehicle speed from fifth to third gear, the amplitude of vibrations of the internal combustion engine and the enclosing structures of the vehicle increases and a silencer-separator fixed rigidly with the internal combustion engine through the exhaust manifold, i.e. the structural noise component increases. This component may be due to the lack of high-quality fastening of the sample silencer-gas separator to the body (frame, etc.) of the car and the absence of a regular flexible metal sleeve between the silencer and the internal combustion engine, which decouples the silencer from vibrations of the internal combustion engine.
Для измерений слева ее влияние на результаты измерений существенно меньше.For measurements on the left, its influence on the measurement results is much less.
Для сравнения: серийный глушитель автомобиля УРАЛ с ДВС ЯМЗ-236 без турбонаддува показал уровень шума 89 дБ при замерах слева и справа, глушитель МАК 2.36-1201010 с катализатором и ДВС ЯМЗ-236 НЕ с турбокомпрессором показал сопротивление выпуска 8 кПа, уровень шума при замере слева и справа автомобиля 86 дБ.For comparison: a serial muffler of a URAL car with a YaMZ-236 ICE without a turbocharger showed a noise level of 89 dB when measured on the left and right, a MAK 2.36-1201010 muffler with a catalyst and a YaMZ-236 ICE with a turbocharger showed an exhaust resistance of 8 kPa, the noise level when measured left and right of the car 86 dB.
Из сравнения, предлагаемого и штатных глушителей следует: предлагаемый глушитель-разделитель газов превосходит штатный глушитель автомобиля УРАЛ при меньшем в 4 раза объеме и может иметь сопоставимые результаты по шуму с глушителем МАК 2.36-1201010 с катализатором при замерах слева и превышает на III передаче уровень шума на 1-3 дБ при замерах справа, при соответствии сопротивления и при меньшем в 8 раз объеме. Уровень шума предлагаемого глушителя при замерах справа может быть снижен до 86 дБ и менее путем установки между глушителем и ДВС стандартного металлорукава, как у штатных глушителей и закрепления глушителя к раме.From the comparison of the proposed and standard mufflers, it follows that the proposed muffler-gas separator is superior to the regular muffler of a URAL car with a volume smaller by 4 times and can have comparable noise results with a muffler MAK 2.36-1201010 with a catalyst when measured on the left and exceeds the noise level in III gear by 1-3 dB when measured on the right, with resistance matching and with a volume that is 8 times smaller. The noise level of the proposed silencer, when measured on the right, can be reduced to 86 dB or less by installing a standard metal hose between the silencer and the internal combustion engine, as in standard silencers, and fixing the silencer to the frame.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021101718A RU2764641C1 (en) | 2021-01-26 | 2021-01-26 | Silencer-gas separator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021101718A RU2764641C1 (en) | 2021-01-26 | 2021-01-26 | Silencer-gas separator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2764641C1 true RU2764641C1 (en) | 2022-01-19 |
Family
ID=80040180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021101718A RU2764641C1 (en) | 2021-01-26 | 2021-01-26 | Silencer-gas separator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2764641C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2022126C1 (en) * | 1991-12-11 | 1994-10-30 | Киевское научно-производственное объединение полимерного машиностроения "Большевик" | Exhaust silencer |
| RU2056507C1 (en) * | 1992-01-31 | 1996-03-20 | Владимир Мефодиевич Задорожный | Internal combustion engine exhaust silencer |
| RU2391521C2 (en) * | 2008-04-17 | 2010-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Нейт" | Suppressor of noise of gas flow (versions) |
| WO2017052402A1 (en) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | Леонид Юрьевич ВОРОБЬЕВ | Method for increasing fuel combustion efficiency and device for carrying out said method |
-
2021
- 2021-01-26 RU RU2021101718A patent/RU2764641C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2022126C1 (en) * | 1991-12-11 | 1994-10-30 | Киевское научно-производственное объединение полимерного машиностроения "Большевик" | Exhaust silencer |
| RU2056507C1 (en) * | 1992-01-31 | 1996-03-20 | Владимир Мефодиевич Задорожный | Internal combustion engine exhaust silencer |
| RU2391521C2 (en) * | 2008-04-17 | 2010-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Нейт" | Suppressor of noise of gas flow (versions) |
| WO2017052402A1 (en) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | Леонид Юрьевич ВОРОБЬЕВ | Method for increasing fuel combustion efficiency and device for carrying out said method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9850799B2 (en) | Method of and apparatus for exhausting internal combustion engines | |
| US7854297B2 (en) | Muffler and related systems | |
| JP5257517B2 (en) | Exhaust device for internal combustion engine | |
| JP2001501269A (en) | Gas flow silencer | |
| US2031451A (en) | Exhaust silencer for internal combustion engines | |
| RU2764641C1 (en) | Silencer-gas separator | |
| JP2009531582A (en) | Exhaust gas silencer especially for automobiles | |
| US6892853B2 (en) | High performance muffler | |
| CN116181449A (en) | Spark extinction exhaust muffler for diesel engine | |
| CN214500335U (en) | Pipeline with noise elimination structure | |
| KR101091938B1 (en) | Muffler for Engine Waste Gas with Reduction Means for Jet Noise | |
| CN204532487U (en) | The fire extinguishing star silencing apparatus of strong noise reduction peculiar to vessel | |
| CN112576336A (en) | Spark extinguishing silencer with resonant cavity | |
| CN211116189U (en) | Spark extinguishing wide-frequency silencer | |
| RU2787427C1 (en) | Gas flow noise suppressor (gshgp) | |
| RU2241126C1 (en) | Internal combustion engine muffler | |
| RU2282730C2 (en) | Exhaust muffler of internal combustion engine | |
| CN220890297U (en) | Automobile muffler cylinder | |
| CN116357479B (en) | Silencer and noise reduction system | |
| US11421569B2 (en) | Muffler | |
| RU2243388C2 (en) | Muffler of internal combustion engine | |
| RU2247842C2 (en) | Muffler | |
| SU985343A1 (en) | Multisection noise silencer | |
| SU1629575A1 (en) | Internal combustion engine muffler | |
| RU2075602C1 (en) | Exhaust muffler for internal combustion engine |