Brevet FR2422824A1 — publié le 19791109

L'invention concerne un silencieux à réflexion pour moteurs à explosion, utilisant des résonateurs comportant une chambre de résonateur et un tube de résonateur. On connait, dans le domaine des silencieux pour moteurs à explosion, des silencieux à réflexion utilisant des résonateurs. Les appareils de ce type réalisés jusqu'à ce jour présentent toutefois comme inconvénient que l'amortissement du bruit sur une grande plage de fréquences ne donne pas pourtant des résultats satisfaisants en regard de ceux obtenus avec les amortisseurs acoustiques à absorption ou à réflexion et absorption, sauf si des frais élevés de fabrication sont consentis. Une autre difficulté est d'atteindre au plan de l'effet sur l'action physiologique du bruit, à tous les régimes de marche du moteur, le résultat obtenu avec un silencieux à absorption. On a donc recours dans une large mesure à des amortisseurs acoustiques du type à absorption ou à réflexion-absorption de différentes formes de construction, ces appareils permettant un amortissement sonore sur une page de fréquences relativement large. Les silencieux à absorption ont toutefois leurs inconvénients 1. Le matériau absorbant aspire et retient à la manière d'une éponge lorsqu'il y a, comme durant les trajets réduits, effet de refroidissement, les condensats corrosifs, ce qui a pour conséquence de soumettre les matériaux utilisés à une action corrosive plus intense. 2. Le matériau absorbant (en dehors de certaines laines à base d'acier fin), n'est pas suffisamment stable aux températures élevées, surtout sur les moteurs où les gaz d'échappement subissent un traitement anti-pollution. 3. Le matériau absorbant ne supporte pas les vibrations occasionnées par l'écoulement des gaz ou les vibrations d'origine mécanique auxquelles est soumis le silencieux. Les inconvénients énumérés entraînent un manque d'efficacité de l'amortissement acoustique et réduit la durée de vie des silencieux. L'invention a pour objet la créaction d'un silencieux à réflexion qui, au plan amortissement acoustique et effet sur l'action physiologique du bruit, soit sur toute la plage des régimes du moteur d'une efficacité comparable ou à peu près comparable à celle des silencieux à absorption, tout en évitant les inconvénients précités des silencieux à absorption. L'invention cherche également à créer un appareil ayant le poids le plus réduit possible, ainsi qu'un faible encombrement, et qui puisse de surcroît être fabriqué dans des conditions économiques. L'invention résoud ce problème, pour l'essentiel en prévoyant que le circuit des gaz d'échappement se scinde en deux branches empruntant chacuneun résonateur, les deux résonateurs ainsi utilisés étant montés en parallèle. Du fait que le flux des gaz brûlés se répartit à l'intérieur du silencieux sur deux résonateurs montés en parallèle, il est possible d'obtenir un effet d'amortissement acoustique régulier et de même qualité pour toute la plage des régimes du moteur, c'est-à-dire comme avec un silencieux à absorption, donc également un amortissement acoustique efficace à l'intérieur d'une plage de fréquences, par exemple de 250 à 2000 Hz. A ce résultat, contribue le fait qu'en raison de la répartition du débit des gaz brûlés, les sections de passage des tubes de résonateur peuvent, pour une adaptation suffisante à la puissance du moteur, être choisies avec des dimensions réduites, ce qui entraîne un meilleur effet d'amortissement acoustique. La présence de plusieurs chambres et de deux tubes de résonateurs montés en parallèle engendre un refroidissement plus puissant des gaz brûlés, ce qui peut conduire à une vitesse d'écoulement plus réduite et, partant, à des pertes de charge plus réduites et à une amélioration de la puissance fournie par le moteur. La charge thermique est mieux supportée par le silencieux à réflexion que par le silencieux à absorption parce que répartie uniformément sur tout l'appareil. Du fait de cette uniformisation de la répartition thermique Autre les différentes pièces constituant le silencieux, les contraintes thermiques sont plus faibles et les risques de rupture réduits, d'où une meilleure durée de vie de l'appareil. Du fait du partage du débit des gaz brûlés, les pertes consécutives à l'arrivée des gaz dans les tubes de résonateurs sont moins élevées que lorsqu'un seul résonateur est traversé par la totalité du débit. Dans le même temps, les inconvénients, déjà mentionnés, des silencieux à absorption sont évités. Etant donné qu'il n'y a pas consommation d'un matériau correspondant au matériau absorbant, la qualité du silencieux à absorption demeure pratiquement la même ; la durée de vie du silencieux est, dans le cadre de celle du moteur et de celle du véhicule équipé par ce moteur, prolongée. L'effet amortisseur est égal à celui d'un amortisseur à absorption à son stade initial. Les paramètres poids, dimensions, coût des matériaux et coût de fabrication des silencieux à absorption sont égalés. Un autre avantage de ltobjet de l'invention sur les silencieux à absorption est qu'aucune perforation n'a besoin d'être prévue dans les chambres d'entrée et de sortie,comme c'est généralement le cas pour les silencieux à absorption, sur lesquels les perforations occasionnent souvent, sous les charges thermiques et mécaniques, des amorces de rupture. Le conditionnement thermique donné par l'invention aux silencieux à réflexion étant meilleur que celui des silencieux à absorption, le débit de sortie peut, étant donné l'évacuation thermique intensive vers l'extérieur, être efficacement réduit. Il est avantageux que le flux des gaz brûlés s'écoule uniquement par deux résonateurs montés en parallèle. Cette répartition en deux branches d'écoulement offre l'avantage de la simplicité au plan de la construction et de la fabrication. On peut cependant, le cas échéant, prévoir trois branches d'écoulement et même plus Si de telles structures sont nécessaires pour des raisons touchant à la dynamique des gaz, à 11 effet amortisseur à obtenir ou à des problèmes de montage. Sur une forme d'exécution particulièrement avantageuse, l'invention prévoit, le renvoi des gaz brûlés à travers les résonateurs après invention du sens de l'écoulement. Les chambres de résonateurs sont alors fermées dans le sens de l'écoulement et les tubes des résonateurs correspondants dirigés en sens inverse de celui de l'introduction des gaz brûlés dans le silencieux ; il s'ensuit donc une inversion du sens de l'écoulement des gaz dans les chambres de résonateurs. L > in- vention prévoit également que les gaz brûlés, après avoir traversé les résonateurs montés en parallèle, soient renvoyés, après un nouveau changement de direction, dans le sens du flux d'entrée des gaz brûlés dans le silencieux ou évacués hors de celui-ci. Un silencieux construit selon le principe retenu par 11 invention peut présenter un dimensionnement réduit par le fait que les longueurs des tubes et des chambres nécessaires à un amortissement précis des vibrations sonores peuvent entre réduites du fait des inversions de sens prévues pour ltécoule- ment. Il est également possible de réunir en une seule unité, à l'intérieur d'un carter, les chambres et les tuyauteries, avant tout du fait de la répartition du débit des gaz brûlés sur deux résonateurs montés en parallèle. Il est avantageux que les résonateurs montés en parallèle, soient accordés à la même fréquence conformément à l'ex pression connue de celle-ci : f = 2cR c F Toutefois, le volume L.V. V des chambres, la longueur L et la section transversale F des tubes de résonateurs peuvent recevoir des valeurs différentes. Il peut être également avantageux de prévoir, par résonateur ou par chambre de résonateur, au lieu d'un seul tube de résonateurs, deux tubes montés en parallèle ou plus lorsque cette structure est souhaitée pour des raisons de montage ou pour d'autres raisons. L'invention prévoit de monter en aval des deux résonateurs montés en parallèle, un autre résonateur de sortie comportant résonateur et tube de résonateur. Un tel résonateur de sortie, est avantageusement accordé sur une plage de basses fréquences. Du fait des portions de parcours en sens inversé des gaz brûlés, et aussi de la disposition de la chambre du résonateur de sortie sur le côté entrée du silencieux, on obtient une construction sur laquelle le tube de sortie n'a besoin que d'émerger de très peu du silencieux, ce tube possédant malgré tout la longueur nécessaire pour être accordé à la plage d'amortissement des basses fréquences. Une forme facile à construire du silencieux conforme a l'invention est obtenue par la subdivision du carter en trois chambres disposées les unes derrière les autres par l'intermé- diaire de diaphragmes, un tube d'entrée de silencieux se raccordant aussi bien à la chambre du milieu qu'à la chambre située à l'arrière (en prenant pour référence le sens de pénétration du flux) étant prévu, et chacune des deux chambres étant raccordées par un tube formant avec elle un résonateur à la première chambre (toujours en prenant pour référence le sens d'entrée du flux), cette première chambre débouchant de son cOté vers l'extérieur par un tube de sortie de silencieux.Le tube d'entrée du silencieux traverse la première chambre rencontrée dans le sens du flux, ainsi que la chambre du milieu, cependant que les deux tubes des résonateurs montés en paraS lèle traversent la chambre du milieu et que le tube de sortie du silencieux traverse la chambre du milieu et la chambre arrière, un changement de direction de 1800 ayant lieu dans la chambre arrière et dans la chambre avant. Des perforations peuvent être prévues dans les tubes des résonateurs pour égaliser le débit des gaz d'échappement et, si nécessaire, améliorer l'écoulement. D'autres particularités de l'invention sont présentées dans ce qui suit à l'aide d'exemples d'exécution illustrés par des figures. Celles-ci représentent - Figure 1, une vue schématique d'un silencieux à réflexion ayant la configuration prévue par l'invention ; les axes des tubes et des chambres sont utilisés dans un même plan - Figure 2, une coupe longitudinale d'une exécution pratique du silencieux conforme à l'invention, coupe faitedans le plan repéré 2.2 sur la Figure 3 - Figure 3, une coupe dans le plan 3.3 de la Figure 2 - Figure 4 une coupe dans le plan 4.4 de la Figure 3 Le carter de silencieux 10 présente une enveloppe extérieure il fermée à ses extrémités par les cloisons therminales 12 et 13 et subdivisée par les diaphragmes 14 et 15 en trois chambres K1 , K2, et K3.Un tube d'entrée Rb traversant les chambres K3 et K2 est raccordé au tuyau d'échappement des gaz brûlés du moteur et pénètre par son extrémité arrière 16 dans la chambre K2 placée à l'arrière et en troisième position en prenant pour sens de référence le sens xO du flux d'entrée. Ce tube Rg présente au niveau de la chambre 1 des perforations 17, son espace intérieur étant ainsi en communication avec la chambre K1. La chambre K2 est, de même, en communication avec la chambre K3 par un tube R2, celui-ci traversant de façon étanche les diaphragmes 14 et 15 et pénétrant dans la chambre K2 par un secteur d'extrémité 18 fermé axialement par une cloison terminale 19, mais présentant toutefois des perforations 20, ce même tube R2 pénétrant dans la chambre K3 par son extrémité 21. La chambre du milieu K1 est en communication avec la première chambre K3 par un tube R1 pourvu de perforations 22, tube isolé de la chambre K2 par le diaphragme 15 ou par une cloison terminale particulière, le secteur d'extrémité 23 de ce tube R1 pénétrant dans la chambre K3. La chambre K3, de son côté est raccordée à l'atmosphère par un tube de sortie de silencieux R3 qui, par un secteur d'extrémité 24, se prolonge (ou peut être prolongé) au-delà de la cloison terminale 13 du silencieux. Le tube R3 pénètre à l'intérieur de la chambre K3 et (comme le tube R2 par rapport à la chambre K2) se trouve fermé axialement, à son extrémité située côté K3, par une cloison terminale 25, en restant toutefois en communication avec l'intérieur de la chambre K3 par des perforations 26. Les gaz brûlés sortant du moteur, qui peut être S particulier un moteur à 4 ou 6 cylindres, entrent dans le tube Ro en se dirigeant dans le sens X1, pénètrent dans la chambre du milieu K1 fonctionnant comme première chambre de résonateur et, après un nouveau changement de direction, sont renvoyés, par les perforations 22 et le tube de résonateur R1 dans la première chambre K1. Une autre partie des gaz brûlés s'écoule axialement vers la chambre arrière (chambre de résonateur K2) et après, changement de direction (flèche x2), gagnent par le tube de résonateur R2 la première chambre K3.Les ouvertures de passage, notamment les perforations 20, 17 et 22, sont de préférence dimensionnées de telle sorte que la moitié, ou environ la moitié, des gaz brûlés introduits par le tube d'entrée Rg du silencieux s'écoulent par la chambre de résonateur K1 et le tube de résonateur correspondant R1, et l'autre moitié par la chambre de résonateur K2 et le tube de résonateur R2. Le flux des gaz brûlés faisant leur jonction dans la chambre K3 est à nouveau dévié de 1800 en direction de la flèche x3 et, après traversée du tube de sortie R3 du silencieux, gagne l'extérieur (flèche X4). La chambre K3 et le tube de sortie R3, qui constituent ensemble également un résonateur disposé en aval des résonateurs montés en parallèle K1/R1 et K2/R2, forment un sstème adapté en particulier aux basses fréquences, alors que les deux résonateurs d'amont en parallèle K1/R1 et K2/R2 sont calculés pour une plage de fréquences moyennes du moteur.Comme longueurs L des tubes R1, R2 et R3, sont à utiliser dans la formule permettant le calcul de la fréquence 8 les longueurs de tubes non perforées suivant, dans le sens de l'écoulement, les secteurs perforés 20, 22 et 26, comme l'indique la Figure 2 pour le tube R2' Les perforations ou points d'étranglement correspondants ont avant tout pour rôle de permettre une adaptation précise des débits de gaz à répartir ainsi que des plages de fréquence à amortir, en particulier de la plage des hautes fréquences.Au lieu de prévoir des perforations dans les cloisons des tubes, on pourrait par les cloisons terminales 19 et 25 des tubes R2 et R3, faire en sorte que ceux-ci communiquent axialement avec les chambres K2 ou K3 soit par un passage totalement libre, soit par un passage plus ou moins étranglé, un seul passage constituant ou l'unique moyen de liaison, ou un moyen de liaison venant s'ajouter au système des perforations. Celles-ci pourraient aussi Entre constituées par des lumières ou fentes de cette catégorie. Lorsque, comme il est supposé sur la Figure 1, les tubes Rg, R1, R2 et R3 sont disposés dans un seul plan ou à peu près dans un seul plan, il est avantageux que le carter du silencieux présente une section plate ou elliptique. Les Figures 2 à 4 montrent une forme d'exécution où le carter du silencieux présente une section circulaire à l'intérieur de laquelle les tubes Rg, R1, R2 et R3 sont répartis à peu près régulièrement sur le pourtour. Le carter de silen- cieux peut, selon la manière habituelle, être constitué par enroulement d'une tôle plate sur elle-même, les bords de cette tôle stembottant comme le montre le repère 27. De même, les cloisons terminales 12 et 13 peuvent se monter sur l'enveloppe cylindrique ll du carter par sertissage. Les diaphragmes 14 et 15 peuvent se monter par des rabattements 29 en forme d'épaulements dans l'enveloppe cylindrique ll et être fixés à celle-ci par soudage par exemple, ainsi éventuellement qu'aux tubes qui les traversent. Cependant, pour compenser les tensions thermiques, les tubes Rg et R3 peuvent être montés coulissants dans les diaphragmes 14 et 15 et les tubes R1 et R2 montés de la même façon dans l'un de ces diaphragmes. De préférence, le débouché des tubes Rg, R1, R2, R3 dans la chambre située après eux dans le sens de l'écoulement, doit se faire par un secteur évasé en forme d'entonnoir 31. REVENDICATIONS 1 - Silencieux à réflexion pour moteurs à explosion, utilisant des résonateurs comportant une chambre de résonateur et un tube de résonateur, caractérisé par le fait que le circuit des gaz d'échappement passe par deux résonateurs montes en parallèle (K1/R1, K2/R2). 2 - Silencieux à réflexion pour moteurs à explosion selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les gaz d'échappement sont conduits à travers les résonateurs par inversion de leur sens d'écoulement. 3 - Silencieux à réflexion selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les chambresde résonateurs (K1, K2) sont fermées dans la direction de l'ecoulement et que les tubes de résonateurs correspondants sont dirigés en sens inverse du sens-d'introduction (20) des gaz brûlés dans le silencieux. 4 - Silencieux à réflexion selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que les gaz brillés, après avoir traversé les résonateurs montés en parallèle (K1/R1, K2/R2) sont renvoyés après un nouveau changement de direction dans le sens (xO) du flux d'entrée des gaz brûlés dans le silencieux, ou évacués (X4) hors de celui-ci. 5 - Silencieux à réflexion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les résonateurs montés en parallèle (K1/R1, K2/R2) sont accordés sur la même fréquence, en particulier pour un effet d'amortissement puissant. 6 - Silencieux à réflexion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les résonateurs montés en parallèle (Kl/Rl, K2/R2) sont accordés sur une fréquence différente, en particulier pour un amortissement sur une bande de fréquence large. 7 - Silencieux à réflexion selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'aulx résonateurs montés en parallèle (K1/R1, K2/R2), est adjoint, en aval, un autre résonateur de sortie (K3/R3) constitué d'une chambre de résonateur (K3) et d'un tube de résonateur (R3) pour la pla ge des basses fréqlences. 8 - Silencieux à réflexion selon la revendication 7, caractérisé par le fit que l'intérieur du carter du silencieux est subdivisé par des diaphragmes (14, 15) en trois cham hures disposées les unes à la suite des autres (K3, K2, Kl), un tube d'entrée de silencieux (Ro) se raccordant aussi bien avec la chambre du milieu (Kl) qu'ase la chambre (K2) située en troisième position dans le sens de pénétration du flux (x0), chacune de ces deux chambres (K1, K2) étant raccordée, par un tube de résonateur (R1, R2) formant avec elle un résonateur (K1/R1, E2/R2), à la première chambre (toujours en prenant pour référence le sens d'entrée du flux (xi), cette première chambre débouchant de son c8té vers-l'extérieur par un tube de sortie de silencieux (R3). 9 - Silencieux à réflexion selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le tube d'entrée du silencieux (Rg) traverse la première chambre (K) rencontrée dans le sens (xO) du flux d'entrée ainsi que la chambre du milieu (K1), met en communication, en sens inverse (xl et x2), les deux tubes de résonateur (roi, R2), la chambre du milieu (K1) et la troisième chambre (K2) rencontrée dans le sens (x) du flux d'entrée, avec la première chambre (K3) rencontrée dans ce même sens, le tube de sortie (R3) du silencieux traversant la deuxième chambre (K1) et la troisième chambre (K2) rencontrée dans le sens (xO) du flux d'entrée. 10 - Silencieux à réflexion selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que les chambres de résonateurs (K1, K2) des résonateurs montés en parallèle (K1/R1, K2 /R2) sont raccordés à leurs tubes de résonateurs correspondants (R1, R2) par des sections d'étranglement. 11 - Silenceux à réflexion selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les sections d'étranglement sont constituées par des perforations (20,22) pratiquées dans les cloisons des tubes de résonateurs (Rl R2). 12 - Silencieux à réflexion selon l'une des revendications 9, 10 ou 11, caractérisé par le fait que les tubes de résonateurs (R1, R2) sont fermés à leurs extrémités tour nées vers les chambres de résonateurs correspondantes (K1, K2) lorsqu'existent des sections d'étranglement latérales (perforations 20,22 par exemple), ou encore partiellement fermés en l'absence de sections d'étranglement latérales ou en complément de l'effet de sections d'étranglement latérales existantes. 13 - Silencieux à réflexion selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé par le fait que l'intérieur du tube d'entrée (Ro) du silencieux et l'intérieur du tube (R1) associé comme tube de résonateur à la chambre du milieu (K1) sont en communication par des cloisons perforées de tubes (perforations 17 et 22), avec la chambre du milieu 14 - Silencieux à réflexion selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé par le fait que le tube de résonateur (R1) associé à la chambre du milieu (K1) pénètre dans la première chambre (K3) rencontrée dans le sens d'entrée (xO) du flux et/ou que le tube de résonateur (R2) associé à la troisième chambre (K2) rencontrée dans le sens d'entrée (xO) du flux (tube de résonateur pourvu de préférence de perforations 20) pénètre dans cette chambre (K2) et, le cas échéant, également dans la première chambre (K3). 15 - Silencieux à réflexion selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que le tube d'entrée (Rg) des gaz brûlés ainsi que le tube de sortie (R3) ne sont pas pourvus de perforations dans les chambres (K3, K2) voisines des cloisons terminales (12,13) du silencieux.