Brevet FR2324865A1 — publié le 19770415

La présente invention dde à la collaboration de Monsieur Jean RAUCH concerne les silencieux d'échappement destinés à etre placés surales tuyaux d'échappement de moteurs à combustion interne équipant des véhicules ou autres engins. On sait que les moyens d'atténuation acoustique mis en oeuvre dans les silencieux d'échappement font principalement appel aux trois principes suivants : l'absorption, la réflexion et l'interférence. Le silencieux à absorption est en fait un filtre passe-bas dans lequel les composantes haute fréquence principalement sont atténuées par un phénomène de frottement d'une partie du fluide dans une garniture d'un maté riau absorbant disposé autour d'un tuyau perforé. L'atténuation par réflexion est obtenue en combinant une ou plu sieurs résistances acoustiques avec la tuyauterie, de sorte que le son qui s'y propage se trouve partiellement réfléchi, ce qui entraine un amortissement du bruit à la sortie du système. On n'entrera pas ici dans le détail de ce phénomè ne ; on peut se contenter d'indiquer qu'un tuyau perforé traversant le volume intérieur d'une enveloppe constitue un résonateur multiple, le nombre de réso nateurs élémentaires étant égal au nombre d'orifices prévus dans le tuyau. Le principe de l'atténuation par interférence consiste à réaliser une division de l'onde ou des ondes pour ne réincorporer la ou les fractions déviées à la veine principale qu'au moment opportun et en introduisant entre la veine principale et chaque fraction déviée une différence de marche qui correspond en fait à la différence entre la longueur des deux trajets suivis par les deux flux considérés. A chaque valeur de la différence de marche correspond une atténuation optimale pour une composante de fréquence déterminée, la valeur de la fréquence atténue étant inversement proportionnelle à la valeur de la différence de marche. il est donc plus facile d'atténuer par interférence les sons aigus (haute fréquence) que les sons graves (basse fréquence). On utilise actuellement dans la construction automobile des silencieux qui superposent au moins deux des effets définis ci-dessus, à savoir la réflexion et l'interférence. Ces silencieux comprennent une enveloppe dans laquelle pénètrent au moins deux tubes- perforés parallèles, un tube d'arrivée ou tube aval et un tube de départ ou tube amont, parcourus en série par les gaz d'échappement. Ces tubes communiquent, d'une part, au moyen des orifices qu'ils comportent, à travers une première chambre délimitée dans l'enveloppe et consti tuant une enceinte d'intercommunication et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une deuxième chambre délimitée dans l'enveloppe, appelée chambre d'équilibrage et dans laquelle débouchent l'extrémité aval du tube amont et l'extrémi- té amont du tube aval.Etant donné les impératifs d'encombrement auxquels doivent répondre ces silencieux, on a cherché à augmenter leur efficacité dans l'at ténuation des graves en augmentant la valeur de la différence de marche maximale susceptible d'entre obtenue, en particulier en multipliant les renvois et par exemple en passant d'un dispositif à un renvoi et deux tubes à des dispositifs à deux renvois et trois tubes ou quatre renvois et cinq tubes. Cependant, cette évolution n'est pas tout à fait satisfaisante car elle entraîne de très sérieux inconvénients. En particulier, cette solution donne lieu à un accroissement très sensible de la perte de charge du système. Or, l'on sait que la valeur de cette perte de charge dans l'ensemble du circuit d'échappement a une influence directe sur le rendement du moteur.A titre indicatif, la perte de charge augmente d'environ 100% lorsqu'on passe d'un dispositif à deux renvois à un dispositif à quatre renvois. Un tel accroissement peut être prohibitif. A cet inconvénient s'en ajoute un autre qui résulte du fait que l'adoption d'un système à plus de trois tubes par ligne d'échappement conduit à réduire le volume de chambre affecté à chacun des tubes dans des proportions qui peuvent être prohibitives étant donné la réduction de l'atténuation par réflexion qui en résulte. Ceci conduit également à réduire la possibilité d'implantation dans un même silencieux d'autres étages d'atténuation tels que : résonateurs pour les basses fréquences, étages d'entrée et de sortie haute fréquence, etc.... Cet exposé très sommaire montre que les problèmes qui se posent dans cette technique sont particulièrement complexes, et l'invention se propose de fournir un silencieux permettant d'obtenir, dans un encombrement donné, un éventail de différences de marche des ondes plus important, de fa çon à étendre vers les graves la plage de fréquences dans laquelle le silencieux est efficace, tout en réduisant la perte de charge, ces deux conditions étant jusqu'àprésent considérées comme contradictoires. L'invention a pour objet un silencieux d'échappement pour moteur à combustion, du type comprenant une enveloppe fermée, au moins deux tubes perforés s'étendant dans cette enveloppe et destinés à être parcourus en série par les gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte un tube de renvoi extérieur à l'enveloppe, parcouru par au moins une fraction du débit de gaz d'échappement et agencé de façon à mettre en communication l'extrémité aval du tube amont et l'extrémité amont du tube aval. La présence de ce tube de renvoi extérieur dans lequel est canalisée ai; moins une partie du débit de gaz;permet d'augmenter sensiblement la différence de marche maximale susceptible d'être réalisée, tout en diminuant la perte de charge, ainsi que cela sera mieux expliqué ci-dessous. Suivant un premier mode de réalisation, les deux tubes amont et aval traversent l'enveloppe de part en part et le tube de renvoi extérieur est directement branché entre les extrémités aval du tube amont et amont du tube aval. Suivant un autre mode de réalisation, il est prévu dans l'enveloppe deux chambres d'équilibrage et au moins une chambre intermédiaire ou d'intercommunication, et le silencieux comprend dans l'enveloppe, en plus des deux tubes amont et aval au moins un tube intermédiaire, l'extrémité aval du tube amont, l'extrémité amont du tube intermédiaire et l'extrémité amont du tube de renvoi extérieur débouchant dans l'une des chambres d'équilibrage, tandis que l'extrémité aval du tube intermédiaire, l'extrémité aval du tube de renvoi extérieur et l'extrémité amont du tube aval débouchent dans la deuxième chambre d'équilibrage. L'agencement des tubes, des cloisons et des perforations à l'intérieur de l'enveloppe peut faire l'objet de nombreuses variantes. C'est ainsi que dans certaines applications, l'enveloppe peut être remplie au moins partiellement dlun matériau absorbant tandis que dans d'autres applications le silencieux est du type à réflexion et ne comporte pas un tel matériau. L'invention va etre décrite plus en détail ci-dessous en se référant au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et dont les figures 1 à 3 représentent schématiquement trois modes de réalisation d'un silencieux conforme à l'invention. On voit tout d'abord sur la Fig. 1 un silencieux terminal ctest-à- dire un silencieux destiné à être placé au voisinage de l'extrémité de sortie d'un tuyau d'échappement. Ce silencieux comprend principalement une enveloppe ex a a terne 1 fermée à ses deux extrémités par une cloison 2 , 3 , des cloisons per- forées 2, b permettant de réaliser des encastrements côtés entrée et sortie. b b L'intérieur de l'enveloppe, entre les cloisons 2 , 3 est rempli d'un matériau d'absorption 4 qui peut être par exemple de la fibre d'acier inoxydable ou d'alu irinium ou de la laine de basalte, ayant un poids volumique tel qu'il assure une perméabilité parfaite aux graves, suffisante aux moyens et faible aux aigris. Le silencieux comprend un tube d'entrée ou tube amont 5 qui, dans l'exemple représenté, est perforé et comporte des orifices 6 répartis sur la partie aval de sa longueur. ll est prévu également un tube de sortie ou tube aval 7 disposé dans l'enveloppe parallèlement au tube d'entrée et également perforé en 8- sur la première partie de sa longueur. A titre d'exemple, on peut indiquer que si le matériau absorbant est métallique, on pourra adopter pour les trous un diamètre de 6 mm, ces trous étant disposés en quinconce et étant distants de 16mm suivant la direction longitudinale et de 9mm dans une section droite du tuyau. Si le matériau absorbant est de la laine de basalte, les orifices pourront de préférence avoir un diamètre de 3 mm, séparés d'un entr'axe de 5 mm. Le dispositif est complété suivant l'invention par un tube de renvoi extérieur 9 qui peut avoir par exemple la forme représentée au dessin et qui relie l'extrémité aval du tube amont 5 à l'extrémité amont du tube aval 7 a b en formant deux coudes 9 et 9 , de préférence identiques, reliés par une par- tie intermédiaire 9c qui peut être rectiligne, ondulée ou en hélice ou prendre toute autre forme, en fonction des caractéristiques que l'on veut obtenir. Si l'on désigne par A1 et B1 les sections correspondant respectivement à l'emplacement de l'orifice 6 situé le plus en aval sur le tube amont 5 et de l'orifice 8 situé le plus en amont sur le tube aval 7, par L1 la distance séparant ces deux sections et par L2 la distance mesurant le trajet entre le point A1 et le point B1, en suivant le tube de renvoi extérieur, on peut voir que grâce à la présence de ce renvoi extérieur, qui dans le mode de réalisation représenté canalise la totalité du débit, on introduit dans les différents trajets des ondes une différence de marche maximale qui est égale à L1 + L2, alors que la différence de marche maximale interne introduite par les deux tubes amont et aval n'est que de 2L1 et se trouve donc être inférieure à L1 + L2. cette augmentation de la différence de marche permet d'intéresser une largeur supérieure de la bande de fréquence etd' agir par interférence s de façon plus ef- ficace sur les basses fréquences, c'est-à-dire les graves. De plus, ce résultat est obtenu avec une perte de charge minime, étant donné que le trajet dans le tube de renvoi extérieur s'effectue avec une perte de charge minimale. Dans le mode de réalisation de la Fig. 2, on a représenté un silencieux intermédiaire destiné à être placé en un point intermédiaire du tuyau d'échappement et qui comporte une enveloppe 11 fermée à ses deux extrémités a b a b par des cloisons 12 , 12 ' 13 13 , et comportant de plus dans cet exemple une cloison intermédiaire 14. Le silencieux comporte comme précédemment un tube d'entrée ou amont 15 et un tube de sortie ou aval 16 reliés par un tube de renvoi extérieur 17 comparable à celui de la figure précédente. Dans la zone de l'enveloppe b située entre les deux cloisons 12 et 14 est constituée une chambre d'intercommu- nication 18, les deux tubes d'entrée 15 et de sortie 16 comportant dans cette zone des perforations convenables 19, 20. Les orifices 19 sont disposés dans la portion du tube 15 voisine de l'extrémité droite de la chambre d'intercommunication 18 tandis que les orifices 20 sont ménagés dans la partie du tube située au voisinage de l'extrémité gauche de cette chambre, en considérant le dessin. Les orifices 19 représentent de préférence un maximum de 110% de la section débitante et peuvent avoir de préférence un diamètre de 4 mm. Les orifices 20 ont également ce diamètre et représentent avantageusement un maximum de1301, de la section débitante du tube 16. Le tube d'entrée 15 comporte dans l'exemple choisi deux résonateurs d'entrée 21 très haute fréquence, permettant de supprimer les émissions d'algies à travers l'enveloppe, ces résonateurs ou amortisseurs d'entrée étant du type à réflexion et comportant des orifices 22 débouchant dans des chambres 23 disposées concentriquement au tube d'entrée. ll est prévu de plus sur le tube de sortie un résonateur basse fréquence 24 axé soit sur la fondamentale du tuyau reliant le moteur au silencieux, soit sur une autre fréquence critique de la ligne d'échappement. Ce résonateur est constitué par des lumières 25 de forme allongée débouchant dans un col 26 disposé concentriquement au tube de sortie et ouvert par son extrémité b aval dans la chambre 27 formée entre les cloisons 13 et 14. On désignera par A2 et B2 les sections dans lesquelles se trouvent respectivement l'orifice 19 situé le plus en aval du tube amont et l'orifice 20 situé le plus en amont du tube aval, L1 et L2 ayant les mêmes définitions que ci-dessus. En dehors de différences spécifiques qui résultent de la fonction même recherchée dans un tel silencieux intermédiaire,les avantages obtenus et le rôle du tube de renvoi extérieur sont fondamentalement les mêmes que ceUx qui ont été exposés à propos du mode de réalisation de la Fig. 1. En effet, la différence de marche maximale, égale à L1 + L2, est supérieure à la différence de marche maximale interne 2L1 entre les deux tubes d'entrée et de sortie. Comme précédemment, la forme et la constitution du tube de renvoi extérieur ainsi que sa disposition par rapport à i'enveloppe peuvent être choi- sies de toute façon convenable en fonction des caractéristiques que l'on désire obtenir. Le mode de réalisation de la Figez est plus complexe et concerne à nouveau un silencieux terminal comprenant une enveloppe extérieure 31 obturée à ses deux extrémités par deux couvercles 32 et 33 et comprenant par ailleurs cinq cloisons intermédiaires 34, 35, 36, 37, 38 délimitant entre elles et avec les couvercles six chambres 39, 40, 41, 42, -43, 44. Le dispositif comprend par ailleurs un tube d'entrée 45 dont l'extrémité aval débouche dans la chambre 43, un tube de sortie 46 dont l'extrémité amont débouche dans la chambre 39, un tube intermédiaire 47 dont les deux extrémités amont et aval débouchent respectivement dans les deux chambres précitées 43 et 39, et un tube de renvoi extérieur 48 dont l'extrémité amont débouche dans la chambre 43, dans le prolongement du tube d'entrée 45 tandis que son extrémité aval débouche dans la chambre 39, dans l'alignement du tube de sortie 46. Le tube d'entrée comporte dans sa section de gauche en considérant le dessin deux résonateurs haute fréquence 49 et un résonateur basse fréquence 50 comportant un col 51 disposé concentriquement au tube d'entrée et débouchant dans la chambre 41. il comporte par ailleurs une série d'orifices 52 disposés au niveau de la chambre 42 et faisant face à des orifices 53 ménagés dans le tube intermédiaire 47. Ce dernier et le tube de sortie comportent chacun une série d'orifices 54, 55 disposés dans la chambre 40 et jouant le même rôle que les orifices 52 et 53.Le tube de sortie comporte par ailleurs une deuxième série d'orifices 56 débouchant dans la chambre 42 et une troisième série d'orifices 57 débouchant dans la chambre d'extrémité 44 dans laquelle peut être prévu un matériau absorbant. ll est à noter qu'en variante on pourrait éliminer ce matériau absorbant et prévoir alors au lieu de cet étage à absorption un étage de sortie à réflexion muni d'une perforation spé ciale, par ailleurs connue en soi et qu'il est inutile de décrire ici, évitant le sifflement produit par une perforation classique. Enfin, dans ce mode de réalisation, il est prévu sur le tube de renvoi extérieur 48 un élément acoustique 58 58 à réflexion comprenant des orifi- ces 59 percés dans ce tube extérieur et une chambre de réflexion 60, cet élément aMl-stiq-uezétant destiné soit à supprimer certaines ondes stationnaires indésirables, soit à jouer le rôle de déphaseur. Ce mode de réalisation permet d'obtenir un éventail de différences de marche dont la plus grande obtenue à l'intérieur du silencieux est égale à 2L1, L1 étant la distance qui sépare les deux points A3 et B3 correspondant aux sections moyennes des chambres d'équilibrage 39 et 43. A ceci vient s'ajouter la différence de marche correspondant au trajet de A3 à B en suivant le tube de renvoi extérieur, différence de marche égale à L1 + L2 ou L2 représente ce trajet de A3 à B3 par le tube de renvoi extérieur 48. On voit que dans ce mode de réalisation, le débit des gaz parvenant dans la chambre 43 par le tube d'entrée se divise en deux flux, un flux qui emprunte le trajet extérieur par le tube de renvoi 48 et un flux qui emprunte le tube intermédiaire 47, les deux flux se mélangeant à nouveau au niveau de la chambre 39. Ce mode de réalisation particulier permet d'obtenir une efficacité remarquable, dans une plage très importante de fréquences tout en maintenant la perte de charge à une valeur très réduite. On peut chiffrer à plusieurs décibels le gain réalisé dans l'amortissement du bruit, par rapport aux dispositifs connus les plus efficaces. Par ailleurs et parallèlement, la perte de charge peut être réduite de moitié et même davantage. Ces valeurs sont significatives de l'intérêt que présente cet agencement. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées par rapport aux trois modes de réalisation qui ont été représentés et décrits et qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemple. C'est ainsi en particulier que ces modifications peuvent porter comme on l'a dit sur la forme et la disposition du tube de renvoi extérieur et sur l'emplacement, les diamètres et les fonctions des divers résonateurs ou atténuateurs prévus sur les tubes d'entrée, de sortie, intermédiaire ou extérieur. Par ailleurs, cette notion de tube de renvoi extérieur doit être comprise dans un sens extensif, étant bien entendu que ce tube pourrait toujours être englobé dans une enveloppe d'habillage de dimension suffisamment grande, l'essentiel étant que ce tube de renvoi permette d'introduire une différence de marche plus importante que celle obtenue au moyen de deux ou trois tubes parallèles perforés disposés à l'intérieur de l'enveloppe, avec la perte de charge la plus faible que l'on puisse réaliser. L'invention concerne également toute combinaison réalisée à partir de silencieux comportant cette caractéristique fondamentale et également des silencieux comportant plus d'un tube d'entrée et; ou plus d'un tube de sortie. - REVENDICATIONS 1 - Silencieux d'échappement pour moteur à combustion, du type comprenant une enveloppe fermée, au moins deux tubes perforés s'étendant dans cette enveloppe et destinés à être parcourus en série par les gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte un tube de renvoi (9; 17; 48) extérieur à l'enveloppe (1; 11; 31),parcouru par au moins une fraction du débit de gaz d'échappement et agencé de façon à mettre en communication l'extrémité aval du tube amont et l'extrémité amont du tube aval. 2 - Silencieux d'échappement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux tubes amont (5) et aval (7) traversent l'enveloppe (1) de part en part et le tube de renvoi extérieur (9) est directement branché entre les extrémités aval du tube amont et amont du tube aval. 3 - Silencieux d'échappement suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les perforations (6;19) du tube d'entrée sont décalées vers l'aval de ce tube, tandis que les perforations (8; 20) du tube de sortie sont décalées vers l'amont, ces diverses perforations débouchant dans une même chambre. 4 - Silencieux d'échappement suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ladite chambre contient un matériau absorbant. 5 - Silencieux d'échappement suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu dans l'enveloppe (31) deux chambres d'équilibrage (39,43) et au moins une chambre intermédiaire ou d'intercommunication (40,42) et le silencieux comprend dans l'enveloppe, en plus des deux tubes amont (45) et aval (46) au moins un tube intermédiaire (47), l'extrémité aval du tube amont, 11 extrémité amont du tube intermédiaire et l'extrémité amont du tube de renvoi extérieur (48) débouchant dans l'une (43) des chambres d'équilibrage, tandis que l'extrémité aval du tube intermédiaire, l'extrémité aval du tube de renvoi extérieur et l'extrémité amont du tube aval débouchent dans la deuxième chambre d'équilibrage (39)'. 6 - Silencieux d'échappement suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le tube amont (45), le tube intermédiaire (47) et le tube aval (46) comportent des orifices (52, 53, 56) qui débouchent dans une première chambre (42) d'intercommunication, située au voisinage de la première chambre d'équili- brage (43). 7 - Silencieux d'échappement suivant l'une qllelconque des revendications 5 et 6, caractérisé' en ce que le tube intermédiaire (47) et le tube aval (46) comportent des perforations (55, 54) qui débouchent dans une deuxième chambre d'intercommunication (40), adJacente à la deuxième chambre d'équilibrage (39). 8 - Silencieux d'échappement, suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les deux extrémités du tube de renvoi extérieur (48) sont respectivement placées dans l'alignement des extrémités adjacentes des tubes amont (45) et aval (46). 9 - Silencieux d'échappement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube d'entrée ou aval comporte au moins un atténuateur haute fréquence (21:49) et/ou au moins un résonateur basse fréquence (50). 10 - Silencieux d'échappement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube de sortie (16:46) comporte un étage résonateur basse fréquence à réflexion (24). 11 - Silencieux d'échappement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube de sortie (46) comporte un étage atténuateur à absorption (57). 12 - Silencieux d'échappement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube de renvoi extérieur (48) comporte au moins un étage acoustique supplémentaire (58).