Доставка цветов в Севастополе: SevCvety.ru
Главная -> Двухтактные карбюраторные двигатели

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [40] 41 42 43 44

Гармонические составляющие Qv вх (©г) получаем с помощью прямого преобразования Фурье периодической функции, описывающей зависимость объемной скорости на входе глушителя от времени Qvbx (О- Последняя величина может быть получена газодинамическим расчетом впускного тракта, нагруженного на входное сопротивление проектируемого глушителя, Zbx- Из анализа полученных зависимостей следует, что уровень звуковой мощности на выходе глушителя зависит от таких его параметров, как коэффициент передачи по объемной скорости и входное сопротивление, а также от импеданса излучения выходного отверстия.

Дискретные составляющие спектра уровней звуковой мощности, описанные выражением (8.13), могут быть пересчитаны в стандартные, например октавные, полосы частот с помощью зависимости

Lpv = lOIg S 10-р(°), (8-17)

где X - число гармонических составляющих Lp (щ), расположенных в v-й стандартной полосе.

Полученные значения в каждой полосе частот не должны превышать допустимых. В процессе проектирования, исходя из допустимого спектра звуковой мощности шума впуска, с помощью приведенных зависимостей можно определить требования к амплитудно-частотной характеристике передачи глушителя К (ft)j) и его входному сопротивлению Zbx, от которого зависит величина Qybx (Юг)- Кроме того, выше указаны требования к мнимой и действительной частям Zbx с точки зрения достижения более высоких эффективных характеристик двигателя.

Обе величины /С (Wj) и Zbx определяются конструкцией глушителя. Математическое моделирование позволяет установить аналитические связи этих величин со структурной схемой глушителя и его геометрическими размерами и проводить оптимизацию разрабатываемой конструкции, исходя из величины и частотного диапазона необходимого снижения шума впуска и заданной формы cKopocTHtvft характеристики двигателя.

Глушитель, как линейный четырехполюсник, может быть описан матрицей передачи с коэффициентами А, В, С, D, связывающей значение звукового давления и объемной скорости на его входе и выходе:

(8.18)

Рвых

qvbx

---wiMcnHCH матрица передачи глушш

последовательно соединенных элементов.

i4jv

• • •

. (8.19)

Рассмотрим матрицы передачи основных типов шумоглуша-щих элементов, используемых в глушителях. Предварительно отметим, что в зависимости от структурной схемы часть конструкции глушителя, а иногда и всю ее можно условно разделить на отдельные, однородные по сечению цилиндрические секции. Это позволяет упростить и формализовать процесс расчета сложных структур.

Параметры звуковой волны на входе (индекс 1) и выходе (индекс 2) цилиндрической секции длиной 1 связаны матрицей передачи:

(8.20)

chTl Zoshr/

ZshTl chH

где T = у (Но-\~ ](i)bo){Uo-t- jwyQ, - ..v,v.-----------

ния; Zo = K(i?o +/«o) (Go +/«вСо)"* - характеристическое сопротивление секции; Lo, Со, Ro и - параметры, отнесенные к единице длины секции (акустическая масса, податливость, сопротивление, связанное с вязкостью среды, и проводимость, обусловленная теплопроводностью); Lo - pJFd Ср = FJ(pa)i

где Fc - площадь проходного сечения секции; П - еепериметр; Рс - плотность среды в секции; Цтр - вязкость; Я,-теплопроводность; Ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении;

Матрица передачи, входящая в выражение (8.20), применима к однородным участкам трубопроводов произвольной длины, к проточным цилиндрическим камерам постоянного сечения.

Если в каком-либо месте трубопровода или камеры присоединены ответвленные элементы (камеры, закрытые участки трубопроводов, торцовые непроточные полости камер, включенные в акустической модели глушителя параллельно звуковому потоку), то в этом месте вводят дополнительный четырехполюсник, матрица передачи которого связывает звуковое давление и объемную скорость до разветвления (р и Qyt) и после него (pj и Qyj);

(8.21)

Pi Qvi

где ZoT - входное сопротивление ответвленного элемента. Для ответвления в виде резонатора Гельмгольца имеем

Zo. = /?r-b/(-), (8.22)

где Rr = {Urtr/FDY <врЦтр/2 - активное сопротивление горла резонатора; Пг, Fr и /г - периметр, площадь проходного сечения и длина горла; Vp -объем резонатора; г.эив - эквивалентная длина горла g учетом концевых поправок на присоединенную массу.



Резонансная частота

fp = {dl2n) VfWT)- (8.23)

Горловина низкочастотного резонатора представляет собой, как правило, отрезок трубопровода малого диаметра. У средне-и высокочастотного резонаторов полость сообщается с трубопроводом через отверстия, выполненные в его стенке. Сосредоточенные элементы, размещенные последовательно звуковому потоку, например воздушный фильтр, моделируют четырехполюсником, матрица передачи которого связывает волновые параметры по обеим сторонам элемента:

где Z„

1 Ze

0" ]

(8.24)

, „,..x.v, v,u/,(jcAuiu4t;HHoro элемента.

Сложные конструкции глушителей представляют в виде цепочки последовательно соединенных элементарных четырехполюсников с известными матрицами передачи [см. формулы (8.20)- (8.24)]. Затем с помощью выражения (8.19) получают аналитические зависимости коэффициентов А, В, C,D обобщенной матрицы передачи от структурной схемы и размеров глушителя.

Амплитудно-частотная характеристика передачи глушителя и его входное сопротивление определяются выражениями:

(05) = I D + CZJco)-\ (8.25)

Z3. (со) = [AZ (ш) + B]/[CZh (со) + D]. (8.26)

Вычисляя для дискретных значений со; модуль коэффициента передачи с помощью уравнения (8.25) и используя зависимости (8.13)~(8.17), определяют уровни звуковой мощности шума впуска в стандартных полосах частот и сравнивают с допустимыми. Рассчитывают мнимую часть выражения (8.26) при ю = = 2п/Т„, и сравнивают с требуемой [см. формулы (8.10) и (8.11)1.

Если рассчитанные значения соответствуют требуемым и невелико значение Re (Zx), то расчетную часть проектирования глушителя можно считать законченной и перейти к конструкторской проработке опытного образца и его последующей экспериментальной доводке на двигателе.

При невыполнении поставленных требований по уровням звуковой мощности, по входному сопротивлению или по обоим показателям необходимо внести соответствующую коррекцию в конструкцию глушителя. Иногда целесообразно предусмотреть дополнительный шумоглушащий элемент, характеристику заглушения которого подбирают, исходя из частотного диапазона и величины необходимого дополнительного снижения уровня шума впуска. Коррекцию реактивной части Zx часто удается осуществить путем изменения длины муфты (патрубка), соединяющей глушитель с карбюратором, или объема первой камеры впуск-248

ной системы. Оптимизацию глушителя по указанным параметрам выполняют с помощью ЭВМ.

Для обеспечения достаточной звукоизоляции стенок корпуса глушителя необходимо стремиться избегать при конструировании корпуса плоских форм стенок, вводить ребра жесткости. Например, ребра жесткости стенок глушителя можно выполнить в виде сот со стороной ячейки 10 ... 14 мм и глубиной 5 ... 7 мм. В качестве конструкционного материала следует использовать пластмассы типа АБС с сравнительно хорошими звукоизолирующими свойствами. Толщину наружной стенки корпуса необходимо выбирать, исходя из ее геометрической формы, а также в зависимости от уровня звукового давления в камере глушителя, которую она ограничивает. Обычно толщина стенки первой по ходу волн камеры должна составлять 4 ... 6 мм, второй - 3 ... 5 мм и последней - не менее 2 мм.

Соединение глушителя с карбюратором следует осуществлять через эластичную муфту, имеющую достаточную толщину стенки и небольшую площадь поверхности, через которую также происходит излучение звука. Муфта должна обеспечивать герметичность соединений и высокую звукоизоляцию. Желательна мягкая установка глушителя на изделии с использованием виброизоляторов .

ГЛУШИТЕЛИ ВЫПУСКА

Типичная выпускная система двухтактных карбюраторных ДВС и ее эквивалентная схема представлены на рис. 8.7. Глушитель / соединен с вынускным патрубком 2 цилиндра через выпускную трубу 3. Систему выпуска условно можно разделить на две части: мощностную (от сечения /-/ до сечения 2-2) и шумоглушащую (от сечения 2-2 до сечения 3-5). Первая содержит выпускной трубопровод, соединенный с входной камерой глушителя, ограниченной диффузором, цилиндрической частью корпуса и первым конструктивным элементом шумоглу-шащей части.

Такая структурная схема мощностной части позволяет повысить качество продувки и наполнения цилиндра топливовоздушной смесью и тем самым улучшить эффективные показатели двигателя. Мощностная часть участвует в передаче звуковой энергии, поэтому ее акустические качества должны учитываться при оценке снижения шума выпускной системой. Шумоглушащая часть предназначена непосредственно для снижения шума выпуска. Она представляет собой систему шумоглушащих элементов, включенных последовательно и параллельно звуковому потоку. В то же время, участвуя в формировании отраженных волн через входное сопротивление, она воздействует на эффективные показатели двигателя. Отсюда понятна условность введенного разделения выпускной системы на мощностную и шумоглушащую части, которое




, 1 - I fi i

Рис. 8.7. Схема выпускной системы мотоциклетного двигателя: / - глушитель шума; 2 - выпускной патрубок; 3 - выпускная труба; 4 - входное отверстие шумоглушащей части; 5 - выходное отверстие

ЛИШЬ показывает, на какие характеристики двигателя каждая из частей оказывает преимуш,ественное влияние. Решая задачу снижения шума выпуска, особое внимание уделяют разработке конструкции шумоглушащей части. Поэтому ниже более подробно рассмотрены вопросы, связанные с устройством, расчетом и проектированием этой части выпускной системы.

Для эффективного снижения шума выпуска большинства ДВС объем глушителя следует выбирать равным (25-30) Vh двигателя, причем около 50 % этого объема необходимо отводить под шумоглушащую часть. Устройство и принцип действия этой части рассмотрим на примере выпускной системы двигателя рабочим объемом 175 см*. В корпусе глушителя установлена трубка с радиальными отверстиями и внутренними заглушками, а также пять последовательно чередующихся глухих перегородок и перегородок с отверстиями, образующих расширительные камеры. Увеличение диаметра трубки напротив перегородок позволяет извлекать ее для профилактической чистки от нагара в процессе эксплуатации. Отработавшие газы поступают через входное отверстие 4 в трубку, дросселируют через отверстия в трубке и перегородках, перетекают из камеры в камеру, а затем через отверстие 5 выходят в окружающую среду.

Отдельная ячейка и шумоглушащая часть в целом построены по схеме фильтра низких частот, при которой акустическая податливость среды в камерах включена параллельно, а инерционность среды в секциях трубки и в, отверстиях - последовательно звуковому потоку. Потенциальные заглушающие свойства ячеек 250

Трудно реализовать в полной мере, так как энергия пропускается на их собственных модах. Введение в конструкцию элементов с отверстиями способствует диссипации энергии акустических колебаний, в том числе на собственных частотах, в результате чего сглаживаются провалы в характеристике заглушения. Конкретные рекомендации по выбору схемы построения камерных ячеек, полученные в результате теоретического исследования их конструктивных вариантов, приведены ниже.

Расчет выпускной системы двигателя без упрощающих допущений представляет в настоящее время неразрешимую задачу. Газодинамические методы расчета позволяют учесть наличие больших амплитуд давления и движущейся среды в системе на основе решения одномерных нелинейных уравнений газодинамики. Они обеспечивают достаточную точность описания волн давления при умеренном объеме вычислений для сравнительно несложных конструкций (трубопроводы, диффузоры, конфузоры и т. п.). Для расчета сложных структур, к которым можно отнести шумоглушащую часть выпускной системы, применение газодинамических методов нерационально вследствие трудности воспроизведения граничных условий и высших мод колебаний, большого объема и стоимости вычислений.

Методы линейной акустики могут давать хорошие результаты при моделировании шумоглушащей части выпускных систем двигателей, если при распространении волн в элементах глушителя учитывается установившееся осредненное течение и применяется коэффициент отражения волн от выходного отверстия глушителя, полученный с учетом осредненного газового потока. Для расширяющихся участков тракта используется уравнение адиабатного, а не изоэнтропийного расширения [361. Это же справедливо и для реактивных глушителей, состоящих из последовательно расположенных камер, соединенных трубками. Элементы, в которых процессы нелинейны, могут быть рассчитаны с помощью итерационных методов на основе линейных уравнений. При сравнительно умеренном объеме вычислений акустические методы позволяют моделировать сложные шумоглушащие конструкции.

Применительно к выпускным системам двухтактных карбюраторных ДВС можно рекомендовать комплексный способ расчета, при которо.м мощностную часть рассчитывают газодинамическими методами, а шумоглушащую - методами линейной акустики с учетом осредненного газового потока. Рациональность такого подхода обусловлена следующими обстоятельствами. Типовая структурная схема мощностной части сравнительно проста. Граничные условия определимы (способ вычисления сопротивления нагрузки приведен ниже). Высокие уровни пульсаций давления и газового потока затрудняют применение акустических методов. В шумоглушащей части (уже в первой камере) пульсации давления по амплитуде примерно в 5-8 раз меньше, чем в мощностной, газовый поток более сглажен. С учетом этого и сложности



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [40] 41 42 43 44



0.01
Яндекс.Метрика