Резонатор принцип работы


Резонатор. Устройство резонатора (среднего глушителя)

  • Диагностика и неисправности резонатора
  • Замена резонатора
  • Ремонт резонатора
  • Удаление резонатора

Первый, промежуточный, средний глушитель - как только не называют этот компонент выхлопной системы. Но во всех случаях в виду имеется резонатор. Рассмотрим, что это за устройство, за что отвечает и как работает.

Назначение, принцип работы и устройство резонатора

Если спросить любого мало-мальски разбирающегося в устройстве машины автомобилиста о назначении резонатора, он ответит, что данный элемент обеспечивает уменьшение уровня шума. В принципе, такое утверждение верно. Но большинство из нас не подозревают, что у этого компонента выхлопной системы есть и другие функции. Помимо уменьшения звука резонатор отвечает и за уменьшение сопротивления системы движению выхлопных газов (и происходит это за счет сглаживание пульсаций). Подтверждением этому является тот факт, что выхлопная система без резонатора на многих автомобилях работает не совсем корректно. Само-собой повышается шумность, а вместе с этим многие автомобилисты, кто решился на необдуманный шаг и самовольно удалили резонатор, заменив его отрезком трубы, жалуются на то, что авто не держит обороты ХХ. И происходит это, как раз за счет того, что повышается обратное сопротивление системы, и нету сглаживания пульсаций (выхлопные газы же поступают не одновременно от всех цилиндров, а, так сказать, «партиями»). Поэтому труба вместо резонатора - «не есть хорошо»: это, в принципе возможно, но доверять такую переделку нужно профессионалам, которые проведут необходимые расчеты и сделают все правильно. Также в этом элементе происходит снижение кинетической энергии выхлопных газов и уменьшение их температуры (порядка 300-400 градусов на выходе против 700-800, а то и боле - на входе резонатора).

Как устроен и работает резонатор

Работа данного элемента основана на следующих физических процессах:

  • Расширение и сужение потока выхлопных газов. Это обеспечивается за счет использования нескольких камер в рассматриваемом элементе.
  • Гашение средне- и высокочастотных пульсаций. Выхлопные резонаторы для автомобилей имеют для этого внутри трубопроводы, размещающиеся со смещением относительно друг друга.
  • Интерференция звуковых волн. За счет этого происходит увеличение суммарной амплитуды, а, следовательно - уменьшение частоты колебаний. Добиваются этого за счет использования камер разного объема, а также при помощи перфорационных отверстий на трубах внутри резонатора.
  • Использование закрытых камер, в которых накапливаются газы. Поступая через перфорационные отверстия газы стравливаются в определенный момент времени.

Также, в зависимости от конструкции, средняя часть глушителя (или резонатор) может иметь несколько камер. Последняя, для уменьшения шумности, может производиться с использованием специального звукоизоляционного материала. Что касается корпуса, оригинальный или универсальный резонатор выхлопной системы может выпускаться из нержавеющей стали, или так называемой алюминиевой стали (покрытой слоем алюминия для защиты от коррозии). Первый вариант - более дорогостоящий, но он характеризуется лучшими показателями устойчивости к коррозии.

Прямоточный резонатор

Одной из разновидностью рассматриваемого элемента выхлопной системы является прямоточный (или спортивный) резонатор. Его отличие от «обычного» заключается в том, что здесь имеет место более низкое обратное сопротивление. И получается оно в ущерб сглаживанию пульсаций и уменьшению звука. Такой резонатор, как правило, не имеет камер и не изменяет направление движения потока выхлопных газов. По сути это - ровный «тоннель», имеющий перфорированные стенки. А это значит что, учитывая рассмотренные выше проблемы, которые могут быть вызваны пульсациями, выбирать такой элемент для своего авто нужно очень тщательно. А лучше доверьте это дело профессионалам. Итак, мы разобрались, для чего нужен резонатор и как он работает. Если вам нужен ремонт или замена данного элемента (в том числе и установка прямоточного), обращайтесь к специалистам GSAvto.  

Устройство резонатора выхлопной системы - как правильно сделать машину тише?

При работе транспортного средства, любой его механизм издает шум. В одних случаях он более громкий, в других менее слышен, однако, в любом случае, определенный шумовой эффект присутствует всегда. Думаю, владельцы бензиновых автомобилей, с установленным двигателем внутреннего сгорания, лучше меня поймут, ведь именно этот агрегат отличается характерным громким «звучанием». Что бы как-то снизить шумовой эффект, на каждый автомобиль в штатном режиме устанавливают глушитель, который является частью системы выхлопа.

  • Принцип работы резонатора
  • Из чего состоит резонатор
  • Виды резонаторов

Любая такая система состоит из нескольких комплектующих составляющих и есть одной из главных систем транспортного средства. Она не только влияет на показатели экологичности автомобиля (а в последнее время, этот вопрос становится все актуальнее), но и в значительной степени отвечает за качество функционирования и безопасность машины. Более того, состояние газораспределительного механизма (ГРМ), также, связано и со сроком качественного использования транспортного средства.

Как Вы уже наверное догадались, тема данной статьи напрямую связана с выхлопной системой автомобиля. Однако, мы не будем рассматривать ее устройство или общий принцип работы, а сосредоточим свое внимание лишь на одной, не очень большой детали – резонаторе, который занимается гашением звуковых колебаний после выхода газов из камеры сгорания.

Принцип работы резонатора

Как мы только что отметили, основной задачей резонатора является гашение колебаний звука, возникающих в результате выхода громких выхлопных газов из камеры сгорания. На громкость работы того или иного двигателя, прямым образом влияют габариты устройства (размер, форма) и конечно же, сама конструкция резонатора. В случае выхода детали из строя, нарушается работа всей системы выхлопа: транспортное средство становиться очень шумным, а в салон проникает запах выхлопных газов.

Их образование, происходит в камере сгорания мотора, а наружу они выводятся при помощи выпускного клапана цилиндра. Покинув цилиндр, выхлопные газы, с большой скоростью начинают передвигаться по впускному коллектору и приемной трубе, при чем, температура газовой смеси доходит до 650оС, а значит, все детали выхлопной системы испытывают серьезную тепловую нагрузку.

Устройство резонатора представлено в виде многослойной конструкции, где каждый уровень выполняет свою, конкретную задачу. Когда потоки воздуха попадают на отражатели (важные составляющие элементы резонатора воздушного фильтра), то их гашение происходит за счет трения о них газовых частиц, которые в полостях резонатора выпуска, проходят двумя потоками. Резонаторы впуска и выпуска выполняют одинаковую работу – проводят газ через всю систему выхлопа.

Слаженная и стабильная работа всех составляющих частей резонатора автомобиля, непосредственно влияет на долговечность службы двигателя, а учитывая, что любой элемент выхлопной системы постоянно подвергается влиянию отрицательных факторов окружающей среды и высоких температур (касается не только резонатора, но и других деталей), то вполне логичным будет предположить наличие периодических рабочих сбоев. Что бы не доводить до крайностей, необходимо регулярно проводить диагностику состояния резонатора.

Выполняя данное действие, помните: эффективность и предельная работоспособность резонатора выхлопной системы зависит от трех основных факторов: состояния катализатора (элемент системы, снижающий количество вредных веществ в выхлопе ), диаметра труб и чистоты глушителя. Принцип работы резонатора базируется на использовании замкнутых полостей, размещенных возле трубопровода и соединенных с ним при помощи большого количества отверстий. Как правило, в корпусе находится два не равных объема, которые разделены сплошной перегородкой.

Каждое из отверстий, включая и замкнутую полость, выполняет роль резонатора, возбуждающего колебания собственной частоты. Условия распределения резонансной частоты, резко меняются, и как следствие, она гасится за счет трения газовых частиц в отверстии. Такой тип глушителя качественно гасит низкие частоты, даже не создавая для газов существенного сопротивления (сечение не уменьшается). Чаще всего, резонатор применяется в качестве среднего глушителя.

Из чего состоит резонатор

Резонатор, как важный конструктивный элемент выхлопной системы, внешне напоминает маленький глушитель, из-за чего его часто называют «вспомогательным глушителем», однако, многие специалисты утверждают, что это не так. Конечно, резонатор существенно снижает рабочую громкость системы выхлопа, но это не является его основной функцией, а выступает только как побочный эффект от реализации задачи обеспечения ровности потока выхлопных газов во всей системе выхлопа автомобиля.

При работе силового агрегата (на любых оборотах), в выходном коллекторе можно заметить прерывистые значения давления отработанных газов, частота которых основывается на оборотах коленчатого вала двигателя и количества его цилиндров. Для более качественной работы всей системы, нужно добиться равномерности этого давления, ведь только в таком случае, выхлопная система будет обладать минимальным сопротивлением отработанных газов и не станет отбирать лошадиные силы двигателя.

Несмотря на мнение некоторых специалистов, многие автолюбители продолжают называть резонатор «средним глушителем» (так как он располагается в средней части системы выхлопа) и нельзя сказать, что они полностью неправы. Данная деталь не только внешне похожа на уменьшенный глушитель, но еще и имеет схожее с ним внутреннее строение. Здесь все просто: что бы выровнять поток выхлопных газов, используются практически те же приемы, что и в глушителях. Давайте рассмотрим их более детально. Во-первых, расширением и сужением потока отработанных газов, занимаются несколько камер резонатора, где происходит эффективное выравнивание больших низкочастотных пульсаций (не прямоточное устройство).

Во-вторых, при изменении направления потока выхлопных газов, камеры, вместе с соединяющими их трубопроводами, располагаются с некоторым смещением, что помогает гасить средние и высокочастотные пульсации.

В-третьих, наличие перфорационных отверстий в трубопроводах и разница в объемах, окружающих трубу, способствуют гашению широкого частотного диапазона потока отработанных газов. Такой способ, наиболее популярен в прямоточных резонаторах (в основном используется на спортивных автомобилях). Еще одним сходством резонатора и глушителя есть то, что сквозь перфорационные отверстия трубопроводов, отработанные газы камеры средней частоты (большего объема) и камеры высокой частоты пульсации (меньшего объема), подаются в закрытые камеры, где скапливаются при высоком давлении выхлопных газов и стравливаются в ходе снижения давления в выхлопной системе.

С конструктивной точки зрения, резонатор – это многоуровневое устройство, в котором каждый уровень имеет свои обязанности и отвечает за выполнение определенных функций. Так, к примеру, резонатор воздушного фильтра, имеет в своем составе отражатели, которые выполняют гашение попадающих на них потоков газообразной среды путем трения соответствующих частиц, проходящих внутри резонатора двумя потоками. Устройства впуска и выпуска, выполняют одинаковую роль и продвигают через систему потоки отработанного газа.

Виды резонаторов

Все существующие резонаторы разделяют на виды, в зависимости от типов двигателей к которым они подходят. Поэтому, различают всего два видовых варианта таких устройств: для двухтактных моторов и для четырехтактных.

В ходе многолетней эксплуатации обоих видов, был установлено: работая в паре с четырехтактным двигателем, резонатор является скорее помехой, нежели помощником и в данном случае, его демонтаж ведет к увеличению мощностных характеристик мотора примерно на 15%. Если же забрать резонатор у двухтактного двигателя, то это вызовет совсем противоположный эффект: его отсутствие поспособствует не только газовому удалению, но еще и ликвидирует несгоревшее полностью топливо. В результате таких действий расход топлива существенно увеличится, а скорость, наоборот, снизится.

Кроме того, условно резонаторы можно разделить и с точки зрения длины (или формы) кузова автомобиля. К примеру, к автомобилю ВАЗ 2110, можно подобрать один из трех возможных видов резонатора: короткий (21103), средний (21102) и длинный ( 2110).

Резонатор: наука о резонансе, механике, волнах и звуке

В этом упражнении деревянные штифты разной длины, каждый из которых нагружен одинаковой массой, вибрируют с одинаковой частотой. Когда вибрация соответствует резонансной частоте одного из дюбелей, этот дюбель вибрирует с большой амплитудой.


Предмет: 

Науки о Земле

Геология

Инженерия и технологии

Реальные проблемы и решения

Physics

Mechanics

Waves

Keywords: 

resonance

earthquakes

model

frequency

exhibit-based

NGSS and EP&Cs: 

ESS

ESS3

PS

PS2

PS4

ETS

ETS1

CCC

Закономерности

Причина и следствие

Масштаб, доля и количество

Структура и функция




Демонстрация видео


Инструменты и материалы

  • Дрель и сверла 1/4 дюйма и 3/8 дюйма (для метрических размеров замените сверла 6 и 10 мм)
  • Два фута (60 сантиметров) длина дерева два на четыре (в метрических единицах два на четыре составляет 5 x 10 сантиметров)
  • Три деревянных дюбеля диаметром 1/4 дюйма (6 миллиметров) длиной 1 1/2 фута (45 см), длиной 2 фута (60 см) и длиной 2 1/2 фута (75 см).
  • Двухфутовый (60 см) дюбель диаметром 3/8 дюйма (10 мм)
  • Молоток
  • Четыре твердых резиновых мяча диаметром не менее 1 дюйма (2,5 см).
  • Дополнительно: столярный клей и тиски (рекомендуется)

Сборка

  1. Начиная с трех дюймов (7,5 см) от одного конца, просверлите четыре отверстия на расстоянии примерно 6 дюймов (15 см) друг от друга вдоль центральной линии широкой стороны 2 на 4 (в точках 3, 9).-, 15- и 21-дюймовые марки). Первые три отверстия должны быть 1/4 дюйма (6 мм), а четвертое отверстие должно быть 3/8 дюйма (или 10 мм).
  2. Вставьте дюбели в соответствующие отверстия. Будем надеяться, что дюбели войдут в отверстия и будут надежно удерживаться на месте, но иногда размеры дюбелей неточны. Если посадка слишком тугая, попробуйте осторожно вбить дюбель молотком; если посадка настолько свободна, что дюбель шатается, попробуйте подправить его деревянными зубочистками. Если у вас все еще возникают проблемы, вы можете попробовать такие вещи, как шлифование дюбеля по размеру, повторное сверление отверстия сверлом немного другого размера или вклеивание дюбеля в отверстие.
  3. Просверлите отверстие диаметром 1/4 дюйма (6 мм) в середине трех резиновых шариков и отверстие диаметром 3/8 дюйма (или 10 мм) в середине четвертого шарика. Лучший способ сделать это — поместить шарики в хорошие тиски и медленно просверлить.
  4. Поместите резиновый шарик на конец каждого дюбеля. Это добавляет относительно большую массу к каждому дюбелю. (Обратите внимание, что это будет работать, даже если вы не кладете резиновые шарики на штифты, но шарики снижают резонансные частоты и облегчают просмотр движения. Вы можете заменить куски глины примерно одинакового размера или теннисные мячи, хотя теннисные шарики полые, поэтому они имеют тенденцию шлепаться на концах штифтов.)

Действия и уведомления

Возьмите два на четыре за каждый конец и двигайте его вдоль стола вперед и назад. Когда вы меняете скорость встряхивания, разные штифты будут раскачиваться вперед и назад с большей или меньшей амплитудой. Когда вы встряхиваете с нужной частотой, чтобы вызвать сильную вибрацию одного штифта, другой штифт может почти не вибрировать.

Обратите внимание, какие дюбели сильно вибрируют на более низких частотах, а какие сильно вибрируют на более высоких частотах.


Что происходит?

Когда вы толкаете кого-то на качелях, серия небольших толчков заставляет качели двигаться с большой амплитудой. Для этого вы рассчитываете свои толчки так, чтобы они соответствовали естественной частоте качания, скорости, с которой качание имеет тенденцию двигаться вперед и назад.

Здесь работает тот же принцип. Когда вы встряхиваете сборку два на четыре с нужной частотой, серия небольших встряхиваний в сумме приводит к сильной вибрации определенного штифта. Встряхивающая балка заставляет дюбель вибрировать. Если следующее встряхивание рассчитано как раз для того, чтобы усилить следующую вибрацию дюбеля, вибрация дюбеля нарастает. Этот процесс использования серии небольших входных сигналов для создания большого движения известен как 9.0119 резонанс .

Чем длиннее дюбель, тем медленнее он вибрирует и тем ниже его собственная частота. Таким образом, длинный штифт будет резонировать на более низких частотах, чем короткий.

Более жесткие дюбели имеют более высокие резонансные частоты. Штифт размером 3/8 дюйма (9,5 мм) намного жестче, чем штифт размером 1/4 дюйма (6 мм), поэтому он имеет тенденцию резонировать на более высоких частотах, чем более тонкие штифты. Обратите также внимание, что каждый штифт может иметь более одной резонансной частоты.

Не все объекты резонируют. Любой объект, который рассеивает энергию быстрее, чем добавляется, не будет резонировать. Попробуйте, например, потрясти дюбели под водой. Трение дюбеля, движущегося по воде, рассеивает энергию быстрее, чем вы ее добавляете. Поскольку движение штифта не будет нарастать на какой-либо частоте, резонанса не будет.


Дальше

Точно так же, как у каждого дюбеля есть свои собственные частоты вибрации, при которых возникает резонанс, так и большинство объектов имеют тенденцию вибрировать на определенных частотах. Возможно, вы замечали, что части вашего автомобиля гремят на определенной скорости или что определенные объекты вибрируют и жужжат в ответ на определенную ноту из вашей стереосистемы. Это повседневные примеры резонанса.

Резонанс также был ответственен за впечатляющие разрушения. При землетрясениях здания часто повреждаются, когда частота сотрясения земли очень близка или совпадает с одной из резонансных частот зданий. В 1940 году мост Такома-Нарроуз недалеко от города Такома, штат Вашингтон, разлетелся на куски, когда сильный ветер толкнул его с нужной частотой. В 1960-х годах крыло реактивного самолета Lockheed Electra неоднократно выходило из строя, пока инженеры не обнаружили, что причиной его разрушения была его резонансная частота. В 1981, подвесная дорожка в отеле Канзас-Сити рухнула, когда люди, танцующие на конструкции, вызвали резонансную вибрацию.

В армии войска всегда маршируют по мосту не в ногу; армейские автомобили проезжают через неравные промежутки времени. Эти методы позволяют избежать вибрации на резонансной частоте моста.



Похожие закуски

Резонансные кольца

Продемонстрируйте, как разные предметы вибрируют на разных частотах.

Спагетти-резонанс

Продемонстрируйте резонанс, встряхивая сушеные спагетти.

Шаткие отложения

Смоделируйте отказ заземления в явлении, называемом разжижением.




Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Атрибуция: Педагогический институт Exploratorium

Школа физики | Наука

  • Дом для четырех национальных центров передового опыта

    Финансируется федеральным правительством

  • Самые трудоспособные студенты

    UNSW попал в список 100 лучших будущих лидеров AFR в 2020 и 2021 годах.

  • № 1 в Австралии по результатам исследований в области физических наук

    Результаты учреждения Nature Index 1 декабря 2019 г. – 30 ноября 2020 г.

Узнать сейчас

Подать заявку

О нас

Как физика может помочь нам понять безумие мультивселенной

Интерпретация квантовой механики может помочь нам понять гипотетическое существование многих миров.

08 мая 2022 г.

Школа физики

Скользкая наука олимпийского керлинга: мы до сих пор не знаем, как это работает

Игра в керлинг имеет многовековую историю, но что именно заставляет камни скручиваться, когда они скользят по льду, до сих пор остается загадкой.

14 февраля 2022 г.

Школа физики

Горячие соседи, древняя математика и палеопокалипсис: наши самые читаемые научные истории 2021 года

Возможно, в этом году мы были заблокированы, но наука точно нет.

16 декабря 2021 г.

Школа физики

В поисках устойчивого будущего в технологиях с низким энергопотреблением

02 ноября 2021 г.


Learn more


Оцените статьюПлохая статьяСредненькая статьяНормальная статьяНеплохая статьяОтличная статья (проголосовало 13 средний балл: 5,00 из 5)