Особенности снижения низкочастотного шума автомобильных ДВС с использованием глушителей шума

В условиях урбанизированных территорий воздействие шума становится всё более серьёзной экологической проблемой. Основным источником городского шума является автомобильный транспорт. Интенсивное акустическое излучение создают силовые установки автотранспортных средств [1-6, 11]. Особенно актуальной задачей является снижение низкочастотного шума, генерируемого автомобильными двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Низкочастотный шум распространяется на значительное расстояние, являясь источником дискомфорта для городского населения.

В настоящее время классификация методов снижения шума является достаточно разветвленной и многообразной. Основным методом является использование коллективных средств защиты от шума, которые можно подразделить на снижающие шум в источнике образования и на пути от источника шума к объекту. В свою очередь, снизить шум в источнике можно двумя основными способами: снижением силового воздействия и уменьшением звукоизлучающей способности элементов источника.

Существующие методы защиты от шума автомобильных ДВС можно разделить на следующие: звукоизоляция, звукопоглощение, глушители шума. Широкое использование методов звукоизоляции связано с тем, что это едва не самый дешевый из всех видов снижения шума. Звукоизолирующие конструкции достаточно эффективны в высоко- и среднечастотном диапазоне. Однако для снижения низкочастотного шума, как показано в ряде работ, использование звукоизолирующих конструкций неэффективно. Наиболее распространенным средством борьбы с низкочастотным шумом является использование глушителей.

Глушители шума являются обязательным штатным средством, устанавливаемом в газо-выпускных трактах ДВС. Глушители шума подразделяются по принципу действия на диссипативные, реактивные, комбинированные, активные и гибридные. Насчитываются сотни различных типов конструкций глушителей шума. Наибольшее распространение получили диссипативные глушители, содержащие каналы, облицованные звукопоглощающим материалом. Это глушители абсорбционного типа, где звуковая энергия превращается в тепло в слое звукопоглощающего материала. Реактивные глушители отражают звук за счет образования "волновой пробки", затрудняющей передачу акустических колебаний [1, 2, 5]. Они делятся на камерные, резонаторные, интерференционные и др. В реактивных глушителях эффект заглушения достигается преимущественно за счет отражения звуковой энергии обратно к источнику. Они эффективны для снижения шума в узких частотных полосах и на тональных составляющих. В комбинированных глушителях используются как свойство звукопоглощения, так и свойство отражения звуковой энергии. Примером комбинированного глушителя может служить камерный глушитель, внутренняя поверхность стенок которого облицована звукопоглощающим материалом.

Анализ существующей литературы и научных статей [1-11] позволяет сделать вывод, что существующие конструкции глушителей недостаточно эффективны для снижения низкочастотного шума автомобильных ДВС.

В последнее время все большее применение получают активные глушители шума, принцип действия которых заключается в формировании звукового сигнала той же амплитуды и частоты, что и нежелательный звук, но противоположного по фазе, и гибридные (активно-пассивные). Активная компенсация основана на принципах суперпозиции и интерференции - наложения в пространстве (на поверхности) двух или нескольких звуковых волн, при котором в разных точках пространства (поверхности) получается ослабление результирующей волны. Если в пространстве (на поверхности) распространяются две волны, то в каждой точке результирующее колебание представляет собой геометрическую сумму колебаний, соответствующих каждой из складывающихся волн (принцип суперпозиции). При направлении звуковых волн в противофазе (ф =180°) и равенстве амплитуд A ! =A₂ суммарная амплитуда Л₂ 0.

Значительным фактором, сдерживающим практическое использование активных глушителей шума, является воздействие внешних источников (маскирующих помех посторонних акустических источников, термо-пыле-вибронагруженности внешней среды, повышенное статическое и динамическое давление и пр.), что отражается на надежности и долговечности их работы. В лаборатории "Виброакустика, экология и безопасность жизнедеятельности" Тольяттинского государственного университета (НИЛ-9) разработан ряд конструкций компактных и помехозащищенных устройств активного подавления шума систем газообмена ДВС [7-10 и др.].

Поскольку активные глушители эффективны только в области низких частот, то для достижения хорошего эффекта снижения шума в достаточно ши- роком частотном диапазоне необходимо их использование совместно с другими заглушающим конструкциями. В этой связи перспективным является использование гибридных активно-пассивных глушителей. Проблема использования гибридных глушителей получила свое развитие в ряде научных работ и патентов [1-7, 11 и др.].

Развитие современной электроники позволяет использовать всё более совершенные источники активной компенсации звука, а также системы формирования активного компенсирующего сигнала.

Таким образом, дальнейшая разработка и практическое внедрение конструкций активных и гибридных глушителей шума автомобильных ДВС - перспективное направление борьбы с шумом автомобильного транспорта.