Як і більшість механізмів, двигун внутрішнього згоряння при роботі створює певний рівень шуму. Щоб знизити рівень шуму до мінімуму, автомобілі оснащують глушниками. Дана публікація розповідає, для чого потрібен глушитель і резонатор.
При згорянні паливно-повітряної суміші в циліндрах двигуна виникають коливання повітря. Глушник потрібен для того, щоб знизити рівень впливу акустичних хвиль. Від наявності глушника також залежать і деякі інші характеристики автомобіля, зокрема, потужність самого двигуна, рівень вмісту токсичних речовин у вихлопних газах і ресурс.
Зниженню шуму сприяє наявність в автомобілі основного глушника, а в деяких випадках і деяку кількість допоміжних. Наявність каталітичного нейтралізатора також сприяє зменшенню рівня шуму.
Як же відбувається поглинання шуму за допомогою глушника? Все гранично просто. При роботі двигуна під час згоряння повітряно-паливної суміші утворюються коливання різних частот: низькі, середні і високі. Амплітуда цих коливань так само різна. Конструкція глушника на увазі собою наявність кількох камер, проходячи через які звукові коливання перетворюються в тепло. Також при цьому відбувається згладжування коливань, і звук стає не таким різким. Діапазон звукових коливань залежить від величини оборотів двигуна.
Потужність і рівень шуму безпосередньо залежать від конструктивних особливостей глушника:
- чисельність камер в глушнику;
- розмір і кількість що знаходяться в ньому отворів;
- довжина і поперечний переріз труб, що входять в саму конструкцію.
Але є і протиріччя. Зниження рівня шуму - це, звичайно, позитивний фактор, але що робити зі скупченнями відпрацьованих газів в циліндрах. Адже, як відомо, елементи, що знаходяться в глушнику, створюють і перешкоду для виходу відпрацьованих газів. При цьому частина їх залишається в циліндрах двигуна, тим самим сприяючи погіршення продувки циліндрів і наповнюваності повітряно - паливної сумішшю камери згоряння. Цілком природно, що це призводить до зниження потужності двигуна. Врахувавши всі ці умови, було винесено таке визначення: загальний обсяг глушника легкового автомобіля повинен бути більше обсягу двигуна в 3-8 разів.
При визначенні всіх параметрів глушника враховується середній показник частоти обертання колінчастого вала. Перебуваючи в салоні при низьких частотах звуку (50-300 Гц), водій втомлюється швидше, а це може привести до плачевних наслідків (створення аварійної ситуації). Тому при проектуванні глушника беруть до уваги результати спектрального аналізу звуку.
Зниження рівня шуму досягається залученням двох фізичних явищ: резонансом і поглинанням звуку. Ці принципи є основними функціями всіх типів глушників.
Існує чотири види глушників:
- обмежувальні,
- резонаторні,
- поглинювальні.
Принцип роботи обмежувального глушника полягає в погашенні коливань, які потрапляють в камеру, розташовану за прохідним отвором. Діаметр самого прохідного отвору значно зменшений, що збільшує ефективність всього пристрою до поглинання звукових коливань. Але є один мінус зниження потужності двигуна.
Принцип роботи дзеркальних глушників полягає в перетворенні звукових коливань в теплову енергію за допомогою інтерференції. Звукові хвилі відбиваються від стінок глушника, проходячи по численних лабіринтах конструкції. При цьому і утворюється перетворена енергія, викликаючи нагрівання поверхні. Це більш ефективний спосіб зменшення рівня шуму. Також перешкод для виходу вихлопу набагато менше, а, отже, і втрати потужності двигуна не такі великі. Даний тип глушників використовується в конструкціях популярних марок вітчизняного автомобілебудування.
Резонатори в конструкціях глушників виступають в ролі допоміжного глушника. Ця конструкція включає в себе наявність чотирьох цілісних камер, які з'єднані між собою трубопроводами. Ці трубопроводи мають наскрізні отвори певного діаметру. Камера і трубопровід є резонансною парою, яка має свою частоту, не збігається з вихлопними коливаннями. Цей факт призводить до згладжування акустичних коливань, а отже, і до зниження рівня шуму. При проходженні газів через багатокамерні резонатори відбувається відхилення потоку цих газів, так як перетин камер і трубопроводу різний. Застосування резонаторного каналу наскрізного типу призводить до значного зниження рівня шуму в області власних коливань. Розриву газового потоку при цьому не відбувається.
Поглинювальні глушники знижують рівень шуму за рахунок наявності звукоізоляційний матеріал. Глушник заповнюється шумопоглинаючим матеріалом, а крізь нього проходить гофрована труба. Гази, проходячи по цій трубі, проникають в її отвори і поглинаються базальтової ватою. При цьому енергія газу перетворюється в теплову, внаслідок виниклого тертя об волокна матеріалу. В результаті утворюється тепло. При простоті конструкції і здатності поглинати коливання різних частот, ефективність все ж залишає бажати кращого.
Для того щоб конструкція вихлопної системи працювала ефективніше, і при цьому її вага була невеликою, виробники іноді вдаються до об'єднання кількох типів глушників в одному корпусі.
Умови, при яких доводиться експлуатувати глушник, є, м'яко кажучи, нестерпними. На внутрішні стінки впливають підвищені температури і тиск, а також токсичні гази. Зовнішнім подразником є суміш снігу і солі. До того ж, при русі автомобіля виникає вібрація і небезпека заподіяння механічного пошкодження, при русі по нерівному дорожньому покриттю. Щоб не допустити передчасного зносу і пошкоджень, вихлопна система виготовляється з якісних матеріалів з обов'язковим дотриманням спеціальних технологій.
Конструкція глушника виготовляється зі сталі. Корпус його прийнято завальцовивается. Так як резонаторні трубки і внутрішні перегородки так само зроблені зі сталі, то для створення якісної «начинки» корпусу використовують контактне зварювання. При цьому електроди застосовують у вигляді вальцювальних роликів.
Остання камера в багатьох конструкціях глушників заповнюється шумопоглинаючим матеріалом. Виготовлення вихлопної системи з дорогої нержавіючої або оцинкованої сталі призводить до збільшення ресурсу глушника, але при цьому значно збільшується вартість самого автомобіля.
Глушник кріпиться до днища автомобіля, при цьому враховується відстань до нього. Це робиться для того, щоб уникнути впливу на кузов коливань при резонансі і впливу високої температури. Додаткова теплоізоляція і гасіння вібрацій корпусу досягається за допомогою виготовлення глушника з подвійними стінками. При цьому простір між ними заповнюють спеціальним матеріалом.
У зв'язку з низькою посадкою більшості сучасних автомобілів, конструкція глушника зазнає деякі зміни своєї форми - «сплюснуті» і розтягнуті ємності неправильної форми. Незважаючи на це, вони мають відмінні шумознижуючими якостями і зниженим аеродинамічним опором.
Також для захисту кузова від коливань і недопущення розгерметизації глушника в деяких конструкціях використовують гнучкі матеріали для виготовлення трубопроводу.
Як же відбувається поглинання шуму за допомогою глушника?