Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания - RU2191903C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано для глушения шума выхлопа газов в двигателе внутреннего сгорания, в поршневом компрессоре гашения искр, дожигания, удаления из газов твердых и жидких частиц и охлаждения газов.

Известен глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с входным патрубком, установленным в его торцовой части, выпускным отверстием и акустическими камерами, образованными обечайками, установленными соосно одна в другой и герметично примыкающими своими основаниями к торцевой стенке корпуса, причем обечайки выполнены с длинами, увеличивающимися по мере их удаления от оси корпуса. В акустические камеры установлены соосно вершиной к впускному патрубку постотелые усеченные конусные акустические камеры с турбинными лопатками по всей длине окружности наружной части основания, примыкающими к обечайкам. Причем диаметр основания усеченных конусных акустических камер выполнен увеличивающимся по мере увеличения диаметра обечаек (см. описание изобретения к патенту РФ 2083852, МПК F 01 N 1/08, публикация 10.07.97 г).

Недостатком известного глушителя является его недостаточная эффективность по шумоглушению и большое аэродинамическое сопротивление выходящему отработанному газу от двигателя внутреннего сгорания, на преодоление которого нерационально тратится значительная часть мощности двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, высокая трудоемкость изготовления.

Известен глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с входным тангенциальным патрубком и выходным патрубком, установленные коаксиально в корпусе по меньшей мере две оболочки, которые вместе с корпусом образуют в направлении от оси к корпусу входную, промежуточную и выходную камеры, полости которых соединены последовательно между собой отверстиями в оболочках, полость входного тангенциального патрубка соединена с полостью входной камеры, полость выходной камеры соединена с полостью выходного патрубка, по меньшей мере две камеры сообщены с полостью впускного патрубка посредством эжекционных отверстий, выполненных в последнем в зонах камер, причем эжекционные отверстия выполнены с проходными сечениями, увеличивающимися в сторону выходного среза патрубка (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР 1638325, МПК F 01 N 1/08, публикация 30.02.91 г.).

Недостатком известного глушителя является высокая трудоемкость изготовления и большое аэродинамическое сопротивление выходящему отработанному газу от двигателя внутреннего сгорания, на преодоление которого нерационально тратится значительная часть мощности двигателя внутреннего сгорания.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является снижение аэродинамического сопротивления, трудоемкости изготовления и повышение экологичности глушителя путем создания вакуума в конце выхлопа за счет энергии расширения отработанных газов в начале выхлопа, дожигания горючих газов и паров топлива, удаления из выхлопных газов твердых и жидких частиц и их охлаждения.

Сущность изобретения заключается в том, что в глушителе шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус с входными тангенциальными патрубками и выходным патрубком, установленные коаксиально в корпусе по меньшей мере две оболочки, которые вместе с корпусом образуют в направлении от оси к корпусу входную, промежуточную и выходную камеры, полости которых соединены последовательно между собой отверстиями в оболочках, полость входного тангенциального патрубка соединена с полостью входной камеры, полость выходной камеры соединена с полостью выходного патрубка, корпус выполнен в форме улитки, выход которой жестко соединен с тангенциально установленным выходным патрубком, выполненным с увеличивающимся к его выходу проходным поперечным сечением, оболочки образованы направляющими тангенциальными лопатками, между которыми расположены отверстия, меньшим сечением к входу газа, выполненные в виде клинообразных щелей, наклон лопаток в оболочках выполнен в противоположные стороны, при этом в первой от оси оболочке наклон лопаток выполнен в сторону, совпадающую с направлением вращения входящего газа из входного тангенциального патрубка.

Кроме того, корпус имеет наклонную боковую стенку, которая вверху жестко соединена с крышкой, выполненной в виде пустотелого усеченного конуса, большее сечение которого переходит в спираль улитки, а внизу расширена и разъемно соединена с последней оболочкой и дном с помощью крепежных элементов и центральной трубчатой оси, которая установлена в центральных отверстиях дна и крышки, в первом боковом отверстии которой установлен входной тангенциальный патрубок, каждая оболочка выполнена съемной и в форме пустотелого, усеченного конуса, большее сечение которого расположено внизу.

Кроме того, оболочки выполнены с длинами, увеличивающимися по мере их удаления от оси корпуса, а их меньшие сечения плотно входят друг в друга.

Кроме того, нижний конец последней от оси оболочки установлен в углу, образованном наклонной боковой стенкой корпуса и дном, по периметру которого выполнены пазы и который вместе с дополнительным съемным шлакосборником образует сепарационную камеру.

Кроме того, центральная трубчатая ось имеет боковые отверстия вверху и внизу для соединения ее полости с полостями входной и сепарационной камер соответственно, на одном из торцов центральной трубчатой оси установлен обратный клапан для подачи воздуха из атмосферы во входную камеру, на другом торце трубчатой оси установлена заглушка, во втором боковом отверстии крышки установлена запальная свеча.

Кроме того, в сепарационной камере установлен охладитель.

Кроме того, дно корпуса выполнено в виде выпуклого вверх диска.

Кроме того, съемный шлакосборник выполнен в виде выпуклого вниз диска.

Кроме того, глушитель содержит два или более входных тангенциальных патрубка.

Это позволяет снизить аэродинамическое сопротивление, трудоемкость изготовления и повысить экологичность глушителя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - показан глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, общий вид;
на фиг.2 - то же, сечение А-А.

Глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания содержит корпус 1 с входными тангенциальными патрубками 2 и выходным патрубком 3, установленные коаксиально в корпусе 1 по меньшей мере две оболочки 4 и 5, которые вместе с корпусом 1 образуют в направлении от оси к корпусу 1 входную камеру 6, промежуточную камеру 7 и выходную камеру 8. Полости камер 6, 7 и 8 соединены последовательно между собой отверстиями 9 и 10 в оболочках 4 и 5. Полость входного тангенциального патрубка 2 соединена с полостью входной камеры 6. Полость выходной камеры 8 соединена с полостью выходного патрубка 3. Корпус 1 выполнен в форме улитки, выход 11 которой жестко соединен с тангенциально установленным выходным патрубком 3, выполненным с увеличивающимся к его выходу проходным поперечным сечением. Оболочки 4 и 5 образованы направляющими тангенциальными лопатками 12 и 13, между которыми расположены отверстия 9 и 10 меньшим проходным сечением к входу газа, выполненные в виде клинообразных щелей. Наклон лопаток 12 и 13 в оболочках 4 и 5 выполнен в противоположные стороны. При этом в первой от оси оболочке 4 наклон лопаток 12 выполнен в сторону, совпадающую с направлением вращения входящего газа из входного тангенциального патрубка 2 (см. фиг.2).

Корпус 1 имеет наклонную боковую стенку 14, которая вверху жестко соединена с крышкой 15, выполненной в виде пустотелого усеченного конуса, большее сечение которого переходит в спираль улитки, а внизу расширена и разъемно соединена с последней оболочкой 5 и дном 16 с помощью крепежных элементов 18 и 19 и центральной трубчатой оси 20, которая установлена в центральных отверстиях дна 17 и крышки 15. В первом боковом отверстии крышки 15 установлен входной тангенциальный патрубок 2. Каждая оболочка 4 или 5 выполнена съемной и в форме пустотелого усеченного конуса, большее сечение которого расположено внизу.

Оболочки 4 и 5 выполнены с длинами, увеличивающимися по мере их удаления от оси корпуса 1, а их меньшие сечения плотно входят друг в друга и центрируются выступом 16 в крышке 15 относительно оси 20.

Нижний конец последней от оси оболочки 5 установлен в углу, образованном наклонной боковой стенкой 14 корпуса 1 и дном 17, по периметру которого выполнены пазы 21. Дно 17 вместе со съемным шлакосборником 22 образуют сепарационную камеру 23.

Центральная трубчатая ось 20 имеет боковые отверстия 24 и 25 вверху и внизу для соединения ее полости с полостями входной и сепарационной камер 6 и 23 соответственно, на одном торце центральной трубчатой оси 20 установлен обратный клапан 26 для подачи воздуха из атмосферы во входную камеру 6. На другом торце центральной трубчатой оси 20 установлена заглушка 27. Во втором боковом отверстии крышки установлена запальная свеча 28.

В сепарационной камере 23 установлен охладитель 29, подключаемый к системе охлаждения ДВС посредством штуцеров и шлангов. Дно 17 корпуса 1 выполнено в виде выпуклого вверх диска.

Шлакосборник 22 выполнен в виде выпуклого вниз диска.

Уплотнение камер 6, 7 и 8 выполнено установкой кольца 30, а камер 8 и 23 соответственно прокладки 31. Входные патрубки 2 и крышка 15 корпуса 1 покрыты шумотеплоизоляцией 32.

Глушитель работает следующим образом.

Выхлопные газы из цилиндра ДВС, проходя через входной тангенциальный патрубок 2, поступают по касательной во входную камеру 6, где закручиваются и расширяются внизу в результате выполнения крышки 15 и первой оболочки 4 в форме усеченных конусов и с расположением больших их сечений внизу, при этом в начальной стадии выхлопа возрастает давление газов во входной камере 6, под действием этого давления обратный клапан 26 закрывается, а основной поток газов под действием возросшего давления и за счет центробежного движения в камере 6 поступает через отверстия 9 в оболочке 4 в промежуточную камеру 7, при этом, расширяясь, еще быстрее закручивается направляющими тангенциальными лопатками 12 в оболочке 4, наклон которых совпадает с направлением вращения газов в камере 6. Однако быстро вращающийся поток газов не может сразу покинуть камеру 7, как камеру 6, вследствие противодействия сил инерции, так как лопатки 13 в оболочке 5 направлены в противоположную сторону, и газы движутся в камере 7 по кольцу по примеру "маховика", имеющего массу, но с разными удельными весами, и вследствие выполнения оболочки 5 в форме усеченного конуса под действием центробежных и инерционных сил более тяжелые частицы потока отжимаются по лопаткам 13 к ее большему сечению и через пазы 21 в дне 17 попадают в сепарационную камеру 23. Одновременно поток газов, двигаясь по кольцу камеры 7, создает вакуум во входной камере 6 под действием центробежных сил и путем эжекции газов через тангенциальные отверстия 9 в оболочке 4. Далее после завершения начальной стадии выхлопа вращающийся поток газов в камере 7 по примеру маховика, вакуумируя цилиндр ДВС, снижает скорость вращения. Постепенно, в течение всего цикла выхлопа, газы, сначала наиболее легкие, по мере снижения их скорости вращения в камере 7 в результате трения и совершения полезной работы, под действием центробежных сил через отверстия 10 в оболочке 5, поступают в выходную камеру 8, при этом дополнительно закручиваются направляющими тангенциальными лопатками 13 в оболочке 5 в обратную сторону движения. Газы в выходной камере 8 движутся по улитке корпуса 1 к ее выходу 11, где поток разделяется, часть газов поступает в выходной патрубок 2, выполненный с увеличивающимся к его выходу проходным поперечным сечением, а другая часть вместе с основным потоком продолжает движение по кольцу камеры 8, создают пониженное давление в промежуточной камере 7 под действием центробежных сил и путем эжекции газов через тангенциальные отверстия 10 в оболочке 5.

Более тяжелые газы вместе с искрами и загрязнениями, попавшими в сепарационную камеру 23, совершают вращательно-поступательное движение в ней, проходя охладитель 29, поток успокаивается и охлаждается, пары масла и несгоревшего топлива конденсируются на твердых частицах и выпадают в съемном шлакосборнике 22. Оставшиеся отсепарированные газы через боковые отверстия 24 в центральной трубчатой оси 20 из сепарационной камеры 23 поступают на дожигание во входную камеру 6 через отверстия 25 в оси 20, смешиваясь с воздухом, поступающим через них же из обратного клапана 26 на торце этой оси 20, открывающегося после завершения начальной стадии выхлопа. В начале следующего выхлопа на запальную свечу 28 подается электрическая энергия и смесь в камере 6 воспламеняется. Далее цикл повторяется.

Входные патрубка 2 и крышка 15 покрыты шумотеплоизоляцией 32, уменьшающей теплопотери и проникновение шума через одинарную тонкую стенку, что способствует снижению шума, лучшему дожиганию и большей аккумуляции кинетической энергии в начальной стадии выхлопа вращающимся потоком газов в камере 7.

Эффективное шумоглушение достигается использованием звуковых колебаний для детонации воспламеняемой смеси при дожигании во входной камере 6 и подогрева быстро вращающегося потока газов, перевода им звуковых колебаний в тепло. Кроме того, узкие и глубокие отверстия 10 и 13 в оболочках 5 и 6, направленные в разные стороны, уменьшают возможность проникновения шума. Более того, клинообразная форма этих отверстий 10 и 13, расположенных меньшим проходным сечением к входу газов, способствует отрыву потока от стенки отверстий 10 и 13, что уменьшает отражение звука стенкой и потери на трение, препятствует засорению самих отверстий 10 и 13.

Охлаждение выхлопных газов достигается за счет большего их расширения до давления ниже атмосферного, а также наличием охладителя 29.

Реализация изобретения позволяет снизить аэродинамическое сопротивление, трудоемкость изготовления и повысить экологичность глушителя. Снижение противодавления в начале выпуска, а затем вакуумирование в конце выпуска отработанных газов в данном глушителе повышает мощность и к.п.д. двигателя внутреннего сгорания, улучшает очистку цилиндров от отработанных газов. Дожигание и очистка выхлопных газов, их охлаждение, снижение шума повышает экологичность ДВС.

Реферат

Глушитель содержит корпус с входным тангенциальным патрубком и выходным патрубком, установленные коаксиально в корпусе по меньшей мере две оболочки, которые вместе с корпусом образуют в направлении от оси к корпусу входную промежуточную и выходную камеры, полости которых соединены последовательно между собой отверстиями в оболочках. Полость входного тангенциального патрубка соединена с полостью входной камеры. Полость выходной камеры соединена с полостью выходного патрубка. Корпус выполнен в форме улитки, выход которой жестко соединен с тангенциально установленным выходным патрубком. Оболочки образованы направляющими тангенциальными лопатками, между которыми расположены отверстия меньшими сечениями к входу газа, выполненные в виде клинообразных щелей. Наклон лопаток в оболочках выполнен в противоположные стороны. При этом в первой от оси оболочке наклон лопаток выполнен в сторону, совпадающую с направлением вращения входящего газа из входного тангенциального патрубка. Это позволяет снизить аэродинамическое сопротивление, трудоемкость изготовления и повысить экологичность глушителя. 2 ил.

Формула