Как и большинство механизмов, двигатель внутреннего сгорания при работе создаёт определённый уровень шума. Чтобы снизить уровень шума до минимума, автомобили оснащают глушителями. Данная публикация рассказывает, для чего нужен глушитель и резонатор.
При сгорании топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя возникают колебания воздуха. Глушитель нужен для того, чтобы снизить уровень воздействия акустических волн. От наличия глушителя также зависят и некоторые другие характеристики автомобиля, в частности, мощность самого двигателя, уровень содержания токсических веществ в выхлопных газах и ресурс.
Снижению шума способствует наличие в автомобиле основного глушителя, а в некоторых случаях и некоторое количество вспомогательных. Наличие каталитического нейтрализатора также способствует уменьшению уровня шума.
Как же происходит поглощение шума посредством глушителя? Всё предельно просто. При работе двигателя во время сгорания воздушно-топливной смеси образуются колебания различных частот: низкие, средние и высокие. Амплитуда этих колебаний так же различная. Конструкция глушителя подразумевает собой наличие нескольких камер, проходя через которые звуковые колебания преобразуются в тепло. Также при этом происходит сглаживание колебаний, и звук становится не таким резким. Диапазон звуковых колебаний зависит от величины оборотов двигателя.
Мощность и уровень шума напрямую зависят от конструктивных особенностей глушителя:
численность камер в глушителе;
размер и количество находящихся в нём отверстий;
длина и поперечное сечение труб, входящих в саму конструкцию.
Но есть и противоречие. Понижение уровня шума – это, конечно, положительный фактор, но что делать со скоплениями отработанных газов в цилиндрах. Ведь, как известно, элементы, находящиеся в глушителе, создают и преграду для выхода отработанных газов. При этом часть их остаётся в цилиндрах двигателя, тем самым способствуя ухудшению продувки цилиндров и наполняемости воздушно — топливной смесью камеры сгорания. Вполне естественно, что это приводит к снижению мощности двигателя. Учтя все эти условия, было вынесено следующее определение: общий объём глушителя легкового автомобиля должен быть больше объёма двигателя в 3-8 раз.
При определении всех параметров глушителя учитывается усреднённый показатель частоты вращения коленчатого вала. Находясь в салоне при низких частотах звука (50-300 Гц), водитель утомляется быстрее, а это может привести к плачевным последствиям (создание аварийной ситуации). Поэтому при проектировке глушителя принимают во внимание результаты спектрального анализа звука.
Снижение уровня шума достигается привлечением двух физических явлений: резонансом и поглощением звука. Эти принципы являются основными функциями всех типов глушителей.
Существует четыре вида глушителей:
ограничительные,
зеркальные,
резонаторные,
поглотительные.
Принцип работы ограничительного глушителя заключается в погашении колебаний, которые попадают в камеру, расположенную за проходным отверстием. Диаметр самого проходного отверстия значительно уменьшен, что увеличивает эффективность всего устройства к поглощению звуковых колебаний. Но есть один минус- снижение мощности двигателя.
Принцип работы зеркальных глушителей заключается в преобразовании звуковых колебаний в тепловую энергию посредством интерференции. Звуковые волны отражаются от стенок глушителя, проходя по многочисленным лабиринтам конструкции. При этом и образуется преобразованная энергия, вызывая нагрев поверхности. Это более эффективный способ уменьшения уровня шума. Также препятствий для выхода выхлопа гораздо меньше, а, следовательно, и потери мощности двигателя не такие большие. Данный тип глушителей используется в конструкциях популярных марок отечественного автомобилестроения.
Резонаторы в конструкциях глушителей выступают в роли вспомогательного глушителя. Эта конструкция включает в себя наличие четырёх цельных камер, которые соединены трубопроводами. Эти трубопроводы имеют сквозные отверстия определённого диаметра. Камера и трубопровод является резонансной парой, которая имеет свою частоту, не совпадающую с выхлопными колебаниями. Этот факт приводит к сглаживанию акустических колебаний, а следственно, и к понижению уровня шума. При прохождении газов через многокамерные резонаторы происходит отклонение потока этих газов, так как сечение камер и трубопровода разное.
Применение резонаторного канала сквозного типа приводит к значительному понижению уровня шума в области собственных колебаний. Разрыва газового потока при этом не происходит.
Поглотительные глушители снижают уровень шума за счёт наличия звукоизоляционного материала. Глушитель заполняется шумопоглащающим материалом, а сквозь него проходит гофрированная труба. Газы, проходя по этой трубе, проникают в её отверстия и поглощаются базальтовой ватой. При этом энергия газа преобразуется в тепловую, вследствие возникшего трения об волокна материала. В результате образуется тепло. При простоте конструкции и способности поглощать колебания различных частот, эффективность всё же оставляет желать лучшего.
Для того чтобы конструкция выхлопной системы работала эффективнее, и при этом её вес был небольшим, производители иногда прибегают к объединению нескольких типов глушителей в одном корпусе.
Условия, при которых приходится эксплуатировать глушитель, являются, мягко говоря, невыносимыми. На внутренние стенки воздействуют повышенные температуры и давление, а также токсичные газы. Внешним раздражителем является смесь снега и соли. К тому же, при движении автомобиля возникает вибрация и опасность причинения механического повреждения, при движении по неровному дорожному покрытию. Чтобы не допустить преждевременного износа и повреждений, выхлопная система изготавливается из качественных материалов с обязательным соблюдением специальных технологий.
Конструкция глушителя изготавливается из стали. Корпус его принято завальцовывать.
Так как резонаторные трубки и внутренние перегородки так же сделаны из стали, то для создания качественной «начинки» корпуса используют контактную сварку. При этом электроды применяют в виде вальцовочных роликов.
Последняя камера во многих конструкциях глушителей заполняется шумопоглащающим материалом. Изготовление выхлопной системы из дорогостоящей нержавеющей или оцинкованной стали приводит к увеличению ресурса глушителя, но при этом значительно увеличивается стоимость самого автомобиля.
Глушитель крепится к днищу автомобиля, при этом учитывается расстояние до оного. Это делается для того, чтобы избежать воздействия на кузов колебаний при резонансе и влияния высокой температуры. Дополнительная теплоизоляция и гашение вибраций корпуса достигается посредством изготовления глушителя с двойными стенками. При этом пространство между ними заполняют специальным материалом.
В связи с низкой посадкой большинства современных автомобилей, конструкция глушителя претерпевает некоторые изменения своей формы – «сплюснутые» и растянутые ёмкости неправильной формы. Несмотря на это, они обладают отличными шумопонижающими качествами и пониженным аэродинамическим сопротивлением.
Также для защиты кузова от колебаний и недопущения разгерметизации глушителя в некоторых конструкциях используют гибкие материалы для изготовления трубопровод