Акустоэлектрический глушитель шума
Владельцы патента RU 2503828:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский торгово-экономический институт" (RU)
Изобретение относится к устройствам, снижающим шум, возникающий от работающего двигателя, может быть использовано в прямоточных выхлопных системах транспортных средств, оснащенных двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Сущность изобретения: акустоэлектрический глушитель шума содержит корпус, внутри которого образована расширительная камера. На торцах камеры смонтированы входной и выходной патрубки. Камера разделена поперечной перегородкой на зоны высокочастотного и низкочастотного снижения шума. Внутри ее смонтирована перфорированная труба, соединяющая входной и выходной патрубки, причем корпус глушителя выполнен из ферромагнитного материала. Корпус глушителя помещают в цилиндр, при этом цилиндр жестко крепят к корпусу транспортного средства, а глушитель внутри цилиндра крепят с помощью пружин, работающих на растяжение. На цилиндр наносят (встраивают) многовитковую катушку, выходы которой через выпрямительное устройство (выпрямительный мост) и реле-регулятор подключаются к аккумулятору транспортного средства. Техническим результатом изобретения является снижение уровня акустического шума и снижение энергетических потерь ДВС, вызванных использованием известных глушителей шума. 2 ил.
Изобретение относится к устройствам, снижающим шум, возникающий от работающего двигателя, может быть использовано в прямоточных выхлопных системах транспортных средств, оснащенных двигателями внутреннего сгорания (ДВС).
Известны глушители выхлопа для ДВС, конструкции которых описаны в патентах РФ №№641140, 1245726, 1043329, 1019082. Указанные конструкции глушителей шума выхлопа для ДВС содержат цилиндрический корпус с торцевыми стенками, впускную и выпускную камеры, впускной и выпускной патрубки, срезы которых размещены соответственно внутри полостей впускной и выпускной камер. Такие глушители относительно просты в изготовлении, но недостаточно эффективны по шумозаглушению для выполнения современных требований более жестких стандартов на внешний и внутренний шум транспортных средств, кроме того на шумозаглушение при этом тратится 3-5% от мощности ДВС.
В качестве прототипа принят глушитель шума по патенту РФ №2333370 «Глушитель шума», класс F01N 00, заявл. 06.12.2006. Глушитель шума, содержащий расширительную камеру, на торцах которой смонтированы входной и выходной патрубки, и резонатор, выполненный в виде гильзы, закрепленной на торце камеры и сообщенной с ее полостью, отличающийся тем, что он снабжен установленной в расширительной камере перфорированной трубой, соединяющей между собой входной и выходной патрубки, при этом кромки отверстий на внутренней поверхности перфорированной трубы закруглены, а расширительная камера разделена на две зоны: зону высокочастотного снижения шума, расположенную со стороны входного патрубка, в которой размещен материал, снижающий шум, и зону низкочастотного снижения шума, расположенную со стороны выходного патрубка.
Недостатком этого глушителя является то, что в расширительной камере имеется перфорированная труба, которая создает дополнительный шум, а также сопротивление потоку исходящих газов.
Техническим результатом изобретения является снижение уровня акустического шума и снижение энергетических потерь ДВС, вызванных использованием известных глушителей шума.
Технический результат достигается тем, что в акустоэлектрическом глушителе шума, содержащий корпус, внутри которого образована расширительная камера, на торцах которой смонтированы входной и выходной патрубки, разделенная поперечной перегородкой на зоны высокочастотного и низкочастотного снижения шума, внутри смонтирована перфорированная труба, соединяющая входной и выходной патрубки, отличающийся тем, что корпус глушителя, выполненного из ферромагнитного материала, помещают в цилиндр, при этом цилиндр жестко крепят к корпусу транспортного средства, а глушитель внутри цилиндра крепят с помощью пружин, работающих на растяжение, на цилиндр наносят (встраивают) многовитковую катушку, выходы которой через выпрямительное устройство (выпрямительный мост) и реле-регулятор подключаются к аккумулятору транспортного средства.
Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг.1 - вариант конструктивного исполнения заявляемого глушителя;
фиг.2 - рисунок, поясняющий источник акустического шума.
Конструкция акустоэлектрического глушителя шума выхлопа отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, представленная на фиг.1 содержит выпускной трубопровод 1, демпферный элемент 2, впускной трубопровод 3, который можно разделить на внешний участок За и внутренний участок 3б, пружинящие элементы 4, которые закреплены на корпусе глушителя 5 между корпусом глушителя и цилинром, направляющий элемент 6. Внутри акустоэлектрический глушитель может содержать (отсутствовать) любую комбинацию отражающих, поглощающих, перераспределяющих элементов 7. На выходе глушителя выпускной трубопровод 9, состоящий из внутренней 9а и внешней 9б части. Цилиндр жестко закреплен к корпусу транспортного средства 13. Сверху на цилиндр намотана многовитковая катушка 8, подключенная на выпрямительный мост 10, выходы которого через реле-регулятор 11 (из состава транспортного средства) соединяются с аккумулятором транспортного средства 12.
Работает акустоэлектрический глушитель шума следующим образом.
Любой глушитель шума, изготовленный из ферромагнитных материалов помещают в цилиндр. При этом цилиндр жестко крепят к корпусу транспортного средства, а корпус глушителя закрепляют с помощью пружинящих элементов, работающих на растяжение, к цилиндру. Внешняя часть входного патрубка глушителя шума крепится к трубопроводной магистрали системы выпуска посредством демпфирующего элемента выполненного в виде гофрированной трубы из высокотемпературного материала, с целью недопущения поломки трубопроводной магистрали при поперечных колебаниях глушителя. На цилиндр наматывают (закрепляют) многовитковую катушку, в результате чего получается соленоид.
Соленоид представляет собой проволочную катушку цилиндрической формы (Бондарев Б.В. Курс общей физики. Кн.2: Учеб. пособие - М.: Высшая школа, 2003 г, стр.148).
Соленоид характеризуют количеством витков N, намотанных на единицу длины l. Каждая пара витков, расположенных симметрично относительно некоторой плоскости, перпендикулярной к оси соленоида, создает в любой точке этой плоскости магнитную индукцию B, параллельную оси. Следовательно, и результирующее поле в любой точке внутри и вне бесконечного соленоида может иметь лишь направление, параллельное оси. (Савельев И.В. Курс общей физики, том 2. - М.: Наука, 1978 г., стр.142).
Fл=qVB=qBµ0NI/l, где
FЛ - сила Лоренца;
q - заряд;
V - скорость заряда;
B - магнитная индукция.
Вне соленоида поле отсутствует. Из теоремы о циркуляции и теоремы Гаусса следует, что внутри соленоида B=const. Чтобы найти величину В, надо применить теорему о циркуляции к прямоугольному контуру, одна сторона которого проходит вдоль образующей внутри цилиндра, а другая - вне. Магнитная индукция внутри соленоида равна (Черноуцан А.И. Краткий курс физики. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002, стр.107-109):
B=µ0NI/l, где
B - магнитная индукция;
µ0 - магнитная постоянная;
N - количество витков;
I - сила тока;
l - длина соленоида.
Согласно теории Максвелла переменные электрическое и магнитное поля взаимосвязаны и одновременно существуют в пространстве. Там, где есть одно из этих полей, непременно есть и другое поле. При колебаниях глушителя из ферромагнитного материала внутри многовитковой катушки возникает переменное магнитное поле и соответствующее переменное напряжение на зажимах катушки. По катушке течет ток, возникает магнитное поле внутри цилиндра, которое препятствует колебанию глушителя вверх-вниз.
Выхлопные газы, совместно с шумовой энергией газового потока, при реализации рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания (ДВС), подводятся к глушителю по трубопроводной магистрали системы выпуска, распространяются по впускному трубопроводу и поступают в полость впускной камеры глушителя. При этом газы создают акустическое давление за счет столкновения со стенками глушителя (V1), за счет чего происходят его поперечные колебания, которые являются источником акустического шума. Вторым источником шума является разность давления газов на выходе глушителя и атмосферным давлением (Va) (фиг.2).
V=V1+Va
В рамках предлагаемого устройства акустическое давление Va считается неизменным, и все действия направлены на уменьшение акустического давления V1.
При перемещении или деформации контура с током в постоянном магнитном поле силы Ампера, направленные на каждом участке перпендикулярно току, совершают механическую работу δA⊥=IdФ.
Под воздействием магнитного поля такие колебания снижаются, а в пределе отсутствуют, следовательно, уменьшается уровень шума. Вместе с тем, вырабатывается электрическая энергия, поступающая в аккумулятор транспортного средства через выпрямительное устройство и реле-регулятор.
Так как полная работа силы Лоренца над любой движущейся частицей равна нулю, то такая же по величине, но обратная по знаку совершается магнитным полем (тангенциальной компонентной силы Лоренца) над движущимися по контуру свободными зарядами, что приводит к возникновению в контуре дополнительной ЭДС индукции.
δA||=IdФ=Bdq
, где
E - электродвижущая сила (ЭДС) индукции;
I - сила тока;
A|| - механическая работа силы Ампера;
Ф - магнитный поток;
t - единица времени;
q - заряд.
Технико-экономический эффект состоит в том, что за счет использования законов акустических и электромагнитных полей достигается снижение амплитуды колебаний глушителя и его элементов, а, следовательно, и уровень акустического шума, снижается также степень механического износа глушителя (меньше амплитуды знакопеременных механических воздействий), снижается уровень безвозвратных потерь мощности ДВС (на побочное производство акустического шума) за счет акустоэлектрического преобразования акустического давления на срезе глушителя в электрическую энергию, возвращаемую в энергосистему ДВС.
Акустоэлектрический глушитель шума, содержащий корпус, внутри которого образована расширительная камера, на торцах которой смонтированы входной и выходной патрубки, разделенная поперечной перегородкой на зоны высокочастотного и низкочастотного снижения шума, внутри смонтирована перфорированная труба, соединяющая входной и выходной патрубки, отличающийся тем, что корпус глушителя, выполненного из ферромагнитного материала, помещают в цилиндр, при этом цилиндр жестко крепят к корпусу транспортного средства, а глушитель внутри цилиндра крепят с помощью пружин, работающих на растяжение, на цилиндр наносят (встраивают) многовитковую катушку, выходы которой через выпрямительное устройство (выпрямительный мост) и реле-регулятор подключаются к аккумулятору транспортного средства.
