Brevet FR2508972A1 — publié le 19830107

SILENCIEUX La présente invention concerne un silencieux comprenant une ou plusieurs parties absorbant les sons, en matière céramique. Sous sa forme la plus simple, un silencieux d'échappement comporte seulement une partie dite réactive réalisée sous forme de chambres de dimensions différentes reliées ensemble par des tubes de longueurs variables. Les tubes et les cloisons entre les chambres peuvent aussi être perforés Dans ce cas, le silencieux est normalement réalisé entièrement en t'le métallique. Pour satisfaire aux demandes de réduction d'émission des bruits, de plus en plus de silencieux snt également prévus avec une partie dite d'absorption Diffé- rents types de matières fibreusessont utilisées dans la partie d'absorption pour obtenir l'effet voulu d'absorp- tion des sons. Mais la matière fibreuse est sujette à de sevères contraintes chimiques, thermiques et mécaniques en raison des gaz qui circulent et de la température élevée. Il s'est avéré que les fibres de verre et les fibres minérales actuellement utilisées dans les silen- cieux ne conviennent pas en raison de l'usure rapide à la- quelle elles sont soumises et à la décomposition chimique de la matière Dans le cas d'une matière à base de fibres, la surface libre ou spécifique est extrêmement grande par rapport au volume Il résulte de cette grande surface spé- cifique que la matière devient rapidement cassante sous l'effet de l'attaque chimique, entre autre chose par des échanges d'ions qui unt lieu, par exemple dans le verre en environnement acide et particulièrement à une tempéra- ture élevée Les ions d'hydrogène, facilement mobiles, peuvent remplacer les ions alcalins et de terres alcalines dans la structure amorphe, non cristalline, du verre. Cet échange d'ions est particulièrement nuisible dans le cas de petites dimensions, comme les fibres minérales et les fibres de verre Il résulte de cette réduction de rigidité que les fibres sont désintégrées et accompagnent les gaz d'échappement à l'extérieur, dans l'environnement. Cela conduit à une réduction de l'absorption des sons dans le silencieux, dont il résulte un niveau de bruit plus élevé Le risque supplémentaire existe également que les fibres entrainées par les gaz d'échappement soient respi- rées par des humains et des animaux Les mauvaises proprié- tés chimiques et mécaniques des matières fibreuses dans ce domaine d'application ont obligé les fabricants de si- lencieux à protéger mécaniquement la matière fibreuse. Cela se fait souvent à l'aide de tubes en tôles perforées. Mais ces dispositifs de protection mécanique ne peuvent empêcher la matière fibreuse de se casser en une courte période et d'être éjectées par le système d'échappement lorsqu'il est utilisé d'une manière parfaite- ment normale Des essais pratiques ont montré que la ma- tière fibreuse dans un silencieux de véhicule pour passa- gers, fabriqué en grande série, a pratiquement complète- ment disparu après 10 000 km de conduite, ce qui veut dire que dans la plus grande partie de sa durée d'utilisation, le silencieux fonctionne sans matière d'absorption des sons Le silencieux produit donc davantage d'émissions de bruits que ce qui était prévu lorsqu'il a été fabriqué. Le problème est encore plus marqué dans les cas o il est désiré réaliser les silencieux de grande longévité. Un autre problème que posent les matières fi- breuses préalablement tassées, actuellement utilisées, est qu'elles acquièrent des propriétés semblables à celles du feutre et par conséquent, l'eau qui s'y condense dans 3 O des conditions défavorables de température est facilement absorbée L'eau possède souvent des propriétés acides. Par conséquent, l'absorbant et son enveloppe sont sérieu- sement attaqués dans cet environnement. L'invention a donc pour objet de résoudre les problèmes précités et de proposer un silencieux comprenant une ou plusieurs parties absorbant les sons en matière céramique. Ce silencieux se caractérise par le fait que la matière céramique est poreuse et que les parties absor- bant les sons se supportent d'elles-mêmes et ont une ré- sistance spécifique à la circulation de l'air de 103 à 107 Pa/m 2, de préférence de 104 à 106 Pa/m 2 et une résis- tance à la compression d'au moins 40 k N/m 2, de préfé- rence d'au moins 400 k N/m 2 La résistance spécifique à la circulation de l'air mentionnée est suffisamment élevée pour que les gaz en circulation ne puissent pénétrer dans une certaine mesure dans les parties précitées. La matière céramique absorbant les sons doit pré- senter un système poreux régulier avec des alvéoles qui communiquent Les pores ou alvéoles sont normalement d'une dimension moyenne de 0,05 à 20 mm, de préférence de 0,5 à 7 mm et doivent communiquer entre eux par des ouvertures dans leur paroi Ces ouvertures ont souvenir une forme cir- culaire. Le volume total des alvéoles (porosité) de la ma- tière est 50 à 95 %, de préférence 70 à 9 eo' Le volume des alvéoles -et leur dimension peuvent être réglés de diffé- rentes manières Par exemple, un procédé par fermentation, consistant à additionner un agent de fermentation peut être utilisé D'autres procédés concevables sont ceux dans lesquels un gaz est soufflé dans la matière ou dans les- quels la matière est fouettée en combinaison avec un agent de formation de mousse Il est bien entendu, qu'une agita- tion mécanique peut être effectuée dans tous les cas. Après le moulage et le séchage de la matière, une matière céramique fortement poreuse, se supportant d'êlle- même, est obtenue. La matière sèche est souvent soumise à un traite- ment à haute température, à une température d'au moins 500 WC. Les parties absorbant les sons peuvent aussi être obtenues par frittage de matières céramiques solides, po- reuses ou non poreuses à une température par exemple de 900 à 1300 WC. La densité de la matière céramique est de 100 à 2500 kg/m, de préférence de 100 à 1650 kg/m Les parties absorbant les sons ont une résistance à la flexion dépassant 10 k N/m 3, de préférence dépassant 100 k N/m 3 et un coefficient de dilatation linéaire thermi- que d'au plus 20 10 K 1 Le silencieux selon l'invention est destiné géné- ralement à être utilisé conjointement avec des gaz en cir- culation. Les parties absorbant les sons peuvent être mises en forme de différentes manières Ainsi, elles peuvent être prévues avec un ou plusieurs trous qui les traversent pour le passage des gaz en circulation Par exemple, les trous peuvent avoir un diamètre de 5 à 300 mm, généralement de 10 à 200 mm Mais les trous peuvent aussi être beaucoup plus grands. Les parties absorbant les sons peuvent aussi avoir une forme et êtremontées à l'intérieur du silencieux de manière que les gaz en circulation passent à leur exté- rieur. En général, les parties absorbant les sons sont des pièces encastrées dans un silencieux de tole métal- lique Le silencieux convient particulièrement pour des moteurs à combustion interne Des essais pratiques ont montré que la matière céramique ci-dessus résiste aux contraintes thermiques,mécaniques et chimiques auxquelles elle est soumise lorsqu'elle est incorporée dans un si- lencieux de moteur à combustion interne Par exemple, la matière céramique poreuse incorporée dans un silencieux de véhicule à passagers, n'est pratiquement pas affecté après 10 000 km de conduite. Le système poreux régulier de la matière sert également de drains pour des condensats d'échappement présents Cela réduit également les risques de corrosion dans le silencieux. Les propriétés de résistance thermique, mécanique. et chimique de la matière éliminent la nécessité de dispositifs de protection ou de supports par exemple sous la forme de tubes, perforés ou autres entre le courant des gaz d'échappement ou la matière. Contrairement aux matières fibreuses, il s'est également avéré possible d'utiliser des matières céra- miques fortement poreuses comme des imatières de co nstruc- tion se supportant elles-mêmes, dans le but d'augmenter l'absorption du son dans différents types de silencieux. Cela donne une liberté beaucoup plus grande et davantage de possibilités de variantes dans la réalisation du silencieux que ce n'est le cas actuellement en utilisant les matières fibreuses Les propriétés de la matière cé- ramique hautement poreuse sont généralement si bonnes qu'elles permettent au silencieux d'être placé près du moteur (la source des bruits) Comme cela a été indiqué ci-dessus, la matière céramique s'est avérée posséder une très haute résistance pour son utilisation dans les si- lencieux. Mais si une partie de la matière absorbant le son accompagne le courant des gaz d'échappement, l'environne- ment extérieur y compris les humains et les animaux, n'en est pas affecté Cela résulte du fait que la matière n'est pas fibreuse De plus, la composition de la matière peut être comparée à celle des mineraux naturel s. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La Figure 1 montre des courbes illustrant la ma- nière dont le coefficient c d'absorption des sons varie avec la fréquence du son dans l'air pour deux matières céramiques différentes utilisées selon l'invention, la Figure 2 est une courbe de comparaison montrant comment le coefficient e d'absorption des sons varie avec la fréquence du son dans l'air dans une feuille de laine minérale, les Figures 3 a-bg 4 a-b, 5 a-b, 6 a-b illustrent diff 4- rents modes de réalisation d'un silencieux selon l'inventions la Figure 7 montre des courbes illustrant les résul- tats d'essais de lixiviation sur une matière céramique selon l'invention, et un essai comparatif utilisant une laine minérale, la Figure 8 montre des courbes qui illustrent la réduction de poids d'une partie encastrée de céramique dans un silencieux selon l'invention, et d'une laine miné- rale connue, par rapport au nombre de kilomètres de conduite dans un véhicule dans lequel le silencieux est monté, et les Figures 9 a-bp l Oab illustrent deux autres modes de réalisation d'un silencieux selon l'invention. Exemple 1 Une plaque de matière céramique expansée d'une épaisseur de 30 mm et d'une résistance spécifique à la circulation d'air de 3 104 Pa/m 2 et d'une densité de 520 kg/m 3 a été montée contre une surface réfléchissant les sons et l'absorption du son dans l'air a été mesurée Le résultat est représenté par la courbe en traits pleins sur la Figure 1. Exemple 2 Une feuille de matière céramique expansée d'une épaisseur de 30 mm et d'une résistance spécifique à la circulation de l'air de 1,9 105 Pa/m 2 et d'une densité de 340 kg/m 3 a été montée contre une surface réfléchissant les sons et l'absorption du son dans l'air a été mesurée. Le résultat est indiqué par la courbe en pointillés, sur la Figure 1. Exemple 3 Une feuille de laine minérale d'une épaisseur de mm, d'une résistance spécifique à la circulation de l'air de 6,7 10 Pa/m 2 et d'une densité de 140 kg/m 3 a été montée contre une surface réfléchissant les sons et l'ab- sorption des sons dans l'air a été mesurée Le résultat est indiqué sur la Figure 2. Exemple 4 La matière céramique poreuse peut avoir la même forme que la matière fibreuse courante lorsqu'elle est uti- lisée dans un silencieux. Les Figures 3 et 9 illustrent cette réalisation. (bntrairement aux matières poreuses, la matière céramique n'a pas besoin d'être protégée par des plaques de recouvre- ment et des tubes en métal perforé. Exemple 5 En raison de sa résistance mécanique, la matière céramique permet de réaliser des silencieux d'une façon complètement différente que celles qui peuvent être obte- nues en utilisant des matières fibreuses courantes Les Figures 4, 5, 6 et 12 illustrent un certain nombre de ces modes de réalisation. Exemple 6 Une matière céramique cellulaire selon l'invention a été soumise à un essai de lixiviation dans un condensat artificiel de gaz d'échappement La solution de lixiviation étant utilisée avait la composition sui- vante: Pb C 12 328 mg/l Cu C 12 2 H 20 2,95 mg/l dans de l'eau Fe C 3 6 H 20 9,2 mg/l distillée NH 4 Ci 153 mg/l Le p H a été réglé à 2,3 avec HCI chaque jour pen- dant l'essai. Chacune de trois pièces échantillons d'un volume d'environ 20 cm 3 a été placée dans deux litres de la so- lution et emmagasinée dans une chambre chauffante à une température de + 900 C Avant d'être placés dans la solu- tion, les échantillons ont été pesés, lavés et séchés, puis pesés à nouveau après 1, 3, 10 et 30 jours La valeur moyenne du changement de poids des pièces échantillons est représentée sur la Figure 7 sous forme d'une diminu- tion relative de poids par rapport au temps de lixivia- tion, à une échelle logarithmique. Exemple 7 L'essai de l'exemple 6 a été répété avec une laine minérale Le résultat apparaît sur la Figure 7. Exemple 8 Une pièce à encastrer absorbant les sons a été fabriquée en matière céramique cellulaire et montée dans un silencieux destiné à un'%éhicule à passagers, à essence. La pièce àEncastrer a été pesée avant d'être montée dans le silencieux, puis lorsque le véhicule a été conduit pen- dant 1000, 4000 et 8000 km Le résultat apparait sur la Figure 8 sous forme d'un changement relatif de poids par rapport à la distance couverte. Exemple 9 Une pièce à encastrer absorbant les sons faite en laine minérale a été montée dans un silencieux destiné à un véhicule à passagers à essence. La laine minérale a été protégée contre le courant des gaz d'échappement par un tube de tôle métallique per- forée La pièce à encastrer a été pesée avant d'être montée dans le silencieux et à nouveau lorsque le véhicule a par- couru 1000, 4000 et 8000 km Le résultat apparait sur la Figure 8 sous forme d'un changement relatif de poids par rapport à la distance couverte. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits et illus- trés à titre d'exemples nullement limitatifs sans sortir :0 du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Silencieux comprenant une ou plusieurs parties absorbant les sons, faites en matière céramique, carac- térisé en ce que la matière céramique est poreuse et que les pa rties absorbant les sons se supportent elles-mêmes et ont une résistance spécifique à la circulation de l'air de 103 à 107 pa/m 2, de préférence de 104 à 106 Pa/ m 2 et une résistance à la compression d'au moins 40 k N/m 2 de préférence d'au moins 400 k N/m 2 Silencieux selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la matière céramique comporte des pores qui communiquent. 3 Silencieux selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les pores dans la matière céramique ont une dimension moyenne de 0,05 à 20 mmn, de préférence de 0,5 à 5 mm. 4 Silencieux selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que les parties absorbant les sons ont été soumises à un traitement à haute tempé- rature, à une température d'au moins 500 QC. 5 Silencieux selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que la porosité totale de la matière céramique est de 50 à 95 %, de préférence de 70 à 90 %. 6 Silencieux selon l'une quelconque des revendi- cations l à 5, caractérisé en ce que la matière céramique a une densité de 100 à 2500 kg/m 3, de préférence de 200 à 1650 kg/m 7 Silencieux selon l'une quelconque des revendi- cations l à 6, caractérisé en ce que la matière céramique poreuse est cellulaire. 8 Silencieux selon la revendication 7, caractéri- sé en ce que la matière céramique cellulaire est expansée en la soumettant à un processus de fermentation. 9 Silencieux selon la revendication 7, caracté- risé en ce que la matière céramique cellulaire est ex- pansée par agitation. Silencieux selon la revendication 7, carac- térisé en ce que la matière céramique cellulaire est ex- pansée en y injectant un gaz. 11 Silencieux selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 10, caractérisé en ce que les parties poreuses absorbant les sons sont obtenues par frittage d'une matière céramique, solide, poreuse ou non poreuse - le Silencieux selon l'une quelconque des re- vendications l àll, caractérisé en-ce que les parties ab- sorbant les sons ont une résistance à la flexion dépassant 2 -2 k N/m, dépassant de préférence 100 k N/m 13 Silencieux selon l'une quelconquedes reven- dications 1 à 12, caractérisé en ce que les parties ab- sorbant les sons ont un coefficient de dilatation thermi- -6 -1 que linéaire d'au plus 20 10 K 1 14 Silencieux selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 13, caractérisé en ce qu'ilest destiné à être utilisé avec des gaz en circulation. 15 Silencieux selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il est destiné à des moteur à combustion interne. 16 Silencieux selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que les parties absorbant les sons en matière céramique poreuse ont une résistance spécifique élevée à la circulation d'air, pour que les gaz en circu- lation ne les pénètrent pas dans une certaine mesure. 17 Silencieux selon l'une quelconque des reven- dications 14 à 16, caractérisé en ce que les parties absorbant les sons sont prévues avec un ou plusieurs trous qui les traversent pour laisser passer des gaz en circula- tion. 18 Silencieux selon l'une quelconque des reven- dications 14 à 16, caractérisé en ce que les parties ab- sorbant les sons ont une forme telle et sont installées à l'intérieur du silencieux de manière que les gaz en cir- 25089 T 2 culation passent àl'extérieur de ces parties. 19 Silencieux selon l' une quelconque des reven- dications i à 18, caractérisé ence que les parties absor- bant les sons constituent des éléments encastrés dans un silencieux en tôle métallique.