Расчетное исследование газодинамического подхода для снижения шума выпуска в двухтактном двигателе

Обоснование. Традиционный подход к проектированию глушителей шума выпуска во многом полагается на диссипацию в них энергии. При «газодинамическом» подходе поток выхлопных газов выравнивают, вводя в глушитель длинные каналы для разделения импульсов и смещения их по времени. Предполагается, что это обеспечит снижение шума без создания существенного противодавления.

Цель работы — оценка потенциала «газодинамического» подхода к уменьшению уровня шума выхлопа двухтактных двигателей внутреннего сгорания.

Методы. Исследование носит расчётно-теоретический характер. Объектом является двухтактный бензиновый двухцилиндровый двигатель РМЗ-551i, выпускная система которого содержит резонатор (обеспечивает газодинамический наддув) и собственно глушитель. Процессы в газовоздушном тракте двигателя рассчитаны по одномерной модели. Характеристикой шума выхлопа было эффективное звуковое давление в заданной точке из 2D расчёта упругих возмущений в окружающей среде. Вначале рассчитаны показатели двигателя и уровень звукового давления с серийным глушителем на полной мощности и частоте вращения, близкой к номинальной. Далее изменена структура глушителя: между двумя его камерами добавлен канал. Параметры такого глушителя оптимизированы, критерием был минимум пульсаций потока на выходе. Снижение шума выхлопа для глушителя, реализующего газодинамический подход, как и для серийного, оценено по уровням звукового давления в дБ. Рассчитаны показатели в широком диапазоне частот вращения вала, в частности — уровень звукового давления.

Результаты. По расчётным оценкам, оптимальная реализация газодинамического подхода в глушителе снижает шум выхлопа на 7 дБ при том что мощность двигателя уменьшается на 2,5%. Расчёт уровня звукового давления по внешней скоростной характеристике показал, что на частоте вращения, равной 3000 об/мин, звуковое давление на 8 дБ превышает минимум (99 дБ), полученный на частоте вращения в 5000 об/мин для оптимально «настроенного» глушителя. Высказано предположение, что газодинамический подход применим и к равномерному снижению шума в широком диапазоне частот вращения (при усложнении структуры глушителя шума выхлопа).

Заключение. Теоретически оценён глушитель с каналом подобранной длины, соединяющим две его камеры; база для сравнения — двухтактный двигатель РМЗ-551i с серийным глушителем. По результатам расчётов, в точке оптимума на скоростной характеристике шум выхлопа снижен на 7 дБ, причём мощность снизилась несущественно. Авторы отметили пригодность методологии для оперативных оценок и для автоматизированной расчётной оптимизации глушителей, использующих волновые эффекты, но также и ограничения моделей, которые требуют подтверждения или калибровки по экспериментальным данным. Отмечена нужда в разработанных специалистами прикладных моделях акустических эффектов и измерительных устройств для отечественных CAE-пакетов.