Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГЛУШИТЕЛЕЙ ШУМА ВЫПУСКА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Предлагаемое изобретение относится к технической акустике, более конкретно к устройствам для испытаний глушителей шума выпуска двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано для сравнительного анализа характеристик разнотипных глушителей с целью выбора лучшего глушителя с точки зрения его акустической эффективности либо при разработке и доводочных испытаниях глушителя для оценки влияния конструктивных элементов (перегородки, перфорация, звукопоглотитель и т.д.) на его акустическую эффективность.

Известны аналоги предлагаемого изобретения, например устройство по а.с. №1296884, МПК 7 G 01 M 7/00, G 10 K 7/00 (публикация 15.03.87 г.). Устройство содержит источник шума с пристыкованными к нему впускным и выпускным трубопроводами и источник сжатого газа, причем источник шума выполнен в виде сирены. К недостаткам аналога могут быть отнесены следующие:

- высокая стоимость испытаний за счет наличия системы сжатого воздуха и сложности конструкции сирены;

- относительно низкая достоверность результатов определения акустической эффективности глушителя, в частности спектральных характеристик, поскольку параметры шума необходимо измерять одновременно двумя микрофонами, расположенными у входной и выходной труб глушителя. Измерение же параметров шума сначала с глушителем, а затем без него, как это делается в устройстве-аналоге, неизбежно приводит к погрешности измерений и к снижению достоверности результатов испытаний.

Известна установка для «безмоторных» испытаний глушителей шума, содержащая звукоизолированную камеру, источник звука, установленный внутри камеры, соединительные патрубки с двухходовым краном, измерительный и задающий тракты (см. книгу В.Н.Луканин «Шум автотракторных двигателей внутреннего сгорания», изд-во «Машиностроение», Москва, 1971 г., стр.82 и рис.34 на стр.83). Данная установка выбрана в качестве прототипа как наиболее близкая к заявляемому техническому решению.

Недостатком прототипа является высокая погрешность определения акустической эффективности глушителя (по тем же причинам, что и в устройстве-аналоге).

Задачей предлагаемого изобретения является повышение достоверности и точности результатов испытаний.

Это достигается тем, что:

- источник звука смонтирован на перегородке с отверстием, разделяющей камеру на два объема;

- стенка камеры, расположенная напротив лицевой стороны источника звука, выполнена со сквозным проемом, закрываемым съемной накладкой с отверстием для входной трубы глушителя;

- расстояние от стенки камеры, выполненной со сквозным проемом, до перегородки выбирается из неравенства

где λ - расстояние, м;

С₀ - скорость звука в воздухе, м/с;

N - максимальное число оборотов коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, глушитель которого испытывается, в минуту;

Z - количество цилиндров в двигателе.

Кроме того, объем камеры, расположенный с тыльной стороны источника звука, полностью заполнен звукопоглощающим материалом.

Кроме того, измерительные микрофоны устанавливаются чувствительными головками в плоскостях среза входной и выходной труб глушителя.

Суть заявляемого устройства поясняется на фиг.1-2.

Устройство для испытаний глушителей содержит заглушенную камеру, состоящую из корпуса 1 с установленным на нем слоем звукопоглощающего материала 2. Внутри камеры установлен источник звука 3, например высококачественный широкополосный динамик, смонтированный на перегородке 4 с отверстием 5, которая делит камеру на два объема V₁ и V₂. На стенке камеры, расположенной напротив лицевой стороны источника звука 3, выполнен сквозной проем 6, закрываемый съемной накладкой 7 с отверстием 8, в которое входит входная труба 9 испытываемого глушителя 10, имеющего также выходную трубу 11. Накладка 7 крепится к стенке камеры, например, с помощью шурупов 12. Объем камеры V₁, расположенный с тыльной стороны источника звука 3, полностью заполнен звукопоглощающим материалом, например кубиками пенополиуретана 13, как показано на фиг.1. Это позволяет избежать возникновения нежелательных резонансных колебаний газовой среды в объеме V₁ при работе источника звука 3.

Измерительные микрофоны 14 устанавливаются напротив входной 9 и выходной 11 труб глушителя 10. При этом чувствительные головки микрофонов 14 располагаются в плоскостях среза входной 9 и выходной 11 труб. Микрофоны 14 соединяются кабелями 15 с шумомером 16, который соединен с анализатором спектра 17. Источник звука 3 с помощью кабеля 18 запитывается от усилителя 19, на который подается сигнал с магнитофона 20, звукового генератора 21 либо другого источника. Зазор между отверстием 8 накладки 7 и входной трубой 9 глушителя 10 герметизируется, например, с помощью пластилина (не показано). Расстояние λ от стенки камеры, выполненной со сквозным проемом 6, до перегородки 4 выбирается из неравенства (1) из следующих соображений. Дело в том, что частота f следования выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (четырехтактного) составляет

(обозначения те же, что и в неравенстве (1)). Например, для дизельного шестицилиндрового двигателя с числом оборотов холостого хода N₁=900 об/мин и максимальным числом оборотов N₂=2100 об/мин частоты следования выпуска расположены в диапазоне от f₁=45 Гц до f₂=105 Гц. Основная энергия пульсаций давления в выпускном тракте для этого двигателя будет сосредоточена, в основном, в диапазоне частот 40-440 Гц (частоты 210, 315 и 440 Гц являются кратными гармониками частоты 105 Гц) и вкладом более высоких частот можно пренебречь. Таким образом, при испытаниях глушителя на установке (для данного двигателя) получаемая с микрофонов информация в диапазоне частот 40-440 Гц должна иметь максимальную достоверность. С другой стороны, в объеме V₂ камеры могут возбуждаться колебания газовой среды объема V₂ на резонансных частотах, низшая из которых для простейших объемов в форме параллелепипеда с характерным размером λ рассчитывается по формуле

где f - частота, Гц;

С₀ - скорость звука в воздухе, м/с;

λ - характерный размер, м.

Следовательно, для исключения возникновения резонансных колебаний в диапазоне частот 40-440 Гц (для описанного выше двигателя) необходимо, чтобы низшая частота резонансных колебаний объема V₂ была, по меньшей мере, в несколько раз выше частоты следования выпуска отработавших газов двигателя при максимальных оборотах коленчатого вала. На практике достаточно выбрать четырехкратное превышение, т.е.

откуда следует неравенство (1) для выбора размера λ. Это позволяет избежать резонансных явлений на низших частотах внутри объема V₂ и повысить достоверность результатов испытаний глушителя.

Работает заявляемое устройство следующим образом. Сигнал с магнитофона 20 либо звукового генератора 21 подается на усилитель 19 и по кабелю 18 подается на источник звука 3, установленный на перегородке 4 с отверстием 5, который начинает излучать звук в объем V₂ камеры. Звуковые волны проходят через входную трубу 9, глушитель 10 и выходную трубу 11 глушителя. Зарегистрированный микрофонами 14 звук преобразуется в электрические сигналы, которые по кабелям 15 передаются на шумомер 16, а с него на анализатор спектра 17. По разности спектров на входной и выходной трубах глушителя 10 определяется его акустическая эффективность. Расположение чувствительных головок измерительных микрофонов 14 в плоскостях среза входной 9 и выходной 11 труб глушителя 10 позволяет избежать искажений, вносимых соединительными патрубками в устройстве-прототипе, что существенно повышает достоверность результатов испытаний.

В ОАО «Автомобильный завод «Урал» изготовлена установка для испытаний глушителей шума, корпус которой изготовлен из высушенной доски толщиной 50 мм, в качестве источника звука использован высококачественный широкополосный динамик 25ГДШ-12Д. На динамик подавался сигнал в виде «белого» шума и синусоидальный со сканированием по частоте. В качестве регистрирующей аппаратуры использованы микрофоны, шумомеры и анализатор спектра фирмы «Брюль и Къер» (Дания). Результаты испытаний нескольких типов глушителей для дизельного двигателя ЯМ3-236НЕ2 (N_max=2100 об/мин, Z=6) показали очень высокую стабильность результатов измерений (±0,2 дБ) и позволили выбрать наиболее эффективный по снижению шума глушитель.