Brevet FR2604747A1 — publié le 19880408

La présente invention concerne un silencieux dissipa- tif de type perfectionné pour flux gazeux susceptible, en particulier, d'être monté le long du collecteur d'échappement d'un moteur à explosion. Les silencieux dissipatifs connus, qui sont constitués d'un ou de plusieurs tubes de section circulaire, percés ra- dialement et disposés à l'intérieur d'une enveloppe en tôle pleine de matériau absorbant les sons, présentent l'inconvé- nient de ne pas être capables d'assurer simultanément de bonnes performances d'amortissement acoustique et de bonnes performances fluidodynamiques, telles qu'une faible perte de charge par exemple; dans le cas d'un emploi sur le tuyau d'échappement des moteurs à explosion, cet inconvénient pro- duit en particulier une perte nette de puissance du moteur, avec des inconvénients évidents tels que baisse des perfor- mances et augmentation de la consommation. L'objet de l'invention est celui de réaliser un silen- cieux dissipatif exempt de ces inconvénients, susceptible d'assurer un amortissement acoustique égal ou supérieur à celui des amortisseurs connus, mais avec des pertes de char- ge limitées dans le flux de gaz qui traverse le silencieux, de manière à ne pas produire de perte de puissance notable dans le cas d'une application sur des moteurs à explosion de véhicules. Ledit objet est atteint dans l'invention en ce qu'elle concerné un silencieux dissipatif pour flux gazeux, prévu en particulier pour être incorporé le long du collecteur d'échap- pement du moteur à explosion d'un véhicule, du type compre- nant une carcasse remplie d'un matériau absorbant les sons et un tuyau traversant ladite carcasse, immergé dans le ma- tériau absorbant les sons et pourvu d'une pluralité d'orifi- ces radiaux reliant l'intérieur dudit tuyau à l'intérieur de ladite carcasse, caractérisé en ce que ledit tuyau est con- formé le long de son propre axe longitudinal, dans le sens de 2 2604747 l'avancement dudit flux gazeux, selon des sections transver- sales de géométrie elliptique, présentant un rapport entre la longueur de ses propres axes principaux, grand et petit respectivement, variable en continu entre un maximum égal à l'unité, correspondant aux sections d'entrée et de sortie respectives circulaires de ce tuyau et un minimum correspon- dant à une partie centrale de section constante de ce der- nier; cette partie centrale de section constante du tuyau étant raccordée sans solution de continuité à ladite section d'entrée par une première section dudit tuyau délimitée, dans le plan passant par le grand axe de la section de ladite partie centrale de celui-ci, par un profil conformé dans le sens longitudinal en Venturi divergent et, dans le plan pas- sant par le petit axe de la section de ladite partie centra- le de celui-ci, par un profil conformé dans le sens longi- tubinal en Venturi convergent; ladite partie centrale de sec- tion constante du tuyau étant en outre raccordée sans solu- tion de continuité à ladite section de sortie au moyen d'une seconde section dudit tuyau délimitée, dans le plan passant par le grand axe de la section de cette partie centrale de celui-ci, par un profil conformé dans le sens longitudinal en Venturi convergent et, dans le plan passant par le petit axe de la section de ladite partie centrale de celui-ci par un profil conformé dans le sens longitudinal en Venturi di- vergent. Pour une meilleure compréhension de l'invention, il va être maintenant donné une description non limitative d'un de ses exemples de réalisation en faisant référence aux des- sins annexés dans lesquels: Fig.l illustre une vue transversale en coupe médiane d'un silencieux réalisé selon l'invention, Fig.2 illustre une vue longitudinale en coupe suivant un plan de tracé II-I'I du silencieux de la Fig.l, et Fig.3 illustre une vue longitudinale en coupe suivant un plan de tracé III-III du silencieux de la Fig.l. 3 2604747 En faisant référence aux Figs.l, 2 et 3, on désigne sur celles-ci d'une façon générale par 1, un silencieux de type dissipatif, apte à être traversé longitudinalement dans la direction des flèches par un flux gazeux pour absorber et(ou) amortir les ondes sonores générées par ce flux et par- ticulièrement apte à être monté en série le long du tuyau d'échappement de moteur à explosion d'un véhicule de type quelconque connu et non représenté pour plus de simplicité; le silencieux 1 comprend une carcasse 2, de préférence cylin- drique et construite en tôle métallique, une tuyauterie rec- tiligne 3 disposée au travers de la carcasse 2, coaxialement à celle-ci et pourvue des sections, respectivement, d'entrée 4 et de sortie 5, aptes à être reliées de façon connue audit tuyau d'échappement du moteur non représenté par des rac- cords correspondants 4a et 5a, et un garnissage de matériau absorbant les sons 6,'représenté schématiquement par des ti- rets, qui remplit totalement la carcasse 2 et dans lequel le tuyau 3 est immergé; le matériau amortissant les sons 6 est de type connu et, dans le cas o le. silencieux 1 est uti- lisé sur des moteurs à explosion, il doit être également ré- sistant à la chaleur et, dans ce but, on emploie de préféren- ce de la laine minérale retenue, conformément à l'invention, par un grillage métallique à mailles fines 6a, d'un type con- nu quelconque, afin de prévenir les phénomènes de dépression dûs au flux gazeux. Le tuyau 3 est, de préférence, réalisé également en tôle et est pourvu le long de toute la surface latérale même d'une pluralité de trous radiaux débouchants 8 reliant l'intérieur du tuyau 3 à l'intérieur de la carcasse 2, de manière à mettre le matériau absorbant les sons 6 en communication avec la section de passage à la disposition du flux gazeux et dont les côtés entrée et sortie sont indiqués schématiquement par des flèches en regard des sections 4 et (Fig.2); selon l'invention, le tuyau 3, au lieu d'être cy- lindrique comme dans les silencieux connus, présente une géo- métrie tout à fait particulière et qui s'est révélée étonnam- ment capable de fournir une absorption acoustique extrêmement élevée, tant de type normal que de type tangentiel, de même 4 2604747 qu'une absorption élevée également dans le domaine des bruits à basse fréquence. En particulier, le tuyau 3 est conformé, le long de son propre axe longitudinal, dans le sens d'avance- ment du flux gazeux indiqué par les flèches, suivant des sec- tions transversales (Fig.l) de géométrie variable, étant donné qu'il comprend une partie'centrale 10 ayant une section-ellip- tique de profil constant, dont la longueur n'est pas critique en vue de satisfaire aux buts de l'invention et qui peut donc être dimensionnée par un technicien du métier suivant des pa- ramètres connus (évidemment, plus la longueur du tuyau 3 aug- mente, plus l'absorption et la perte de charge du flux gazeux augmentent) et deux sections opposées de raccordement 11 et 12, de section elliptique variable en continu, reliant la partie centrale 10, respectivement à la sectiond'entrée 4 et à la section de sortie 5 du tuyau 3 qui présentent réciproquement, selon l'invention, une forme circulaire et peuvent être ainsi raccordées facilement sans aucun problème, par exemple au moyen desdits raccords 4a et 5a, à un tuyau d'échappement quel conque existant, qui est notoirement connu de forme circulaire. Etant donné que, du point de vue strictement géométrique, le profil circulaire est un cas particulier de profil elliptique (en fait, comme on le sait, une circonférence n'est rien d'au- tre qu'une ellipse dont les axes principaux sont de longueur égale ou dont le rapport réciproque est égal à 1), le tuyau 3 est caractérisé, selon l'invention, par le fait qu'il est conformé dans le sens de l'avancement du flux gazeux, suivant des sections transversales ayant toutesune géométrie ellipti- que, mais présentant un rapport entre la longueur de ses pro- pres axes principaux, petit et'grand respectivement (désignés respectivement par les lettres X et Y sur la Fig.1)), variable en continu entre un maximum égal à l'unité en regard des sec- tions 4 et 5 qui, en fait sont circulaires, et un minimum en regard de la partie centrale 10, de section constante; celle- ci étant donc raccordée, selon l'invention, sans solution de continuité avec les sections d'entrée et de sortie 4 et 5, par des sections de raccordement 11 et 12 qui, selon l'invention, 2604747 présentent des sections rétrécies en sens opposé, le long des axes X et Y; en particulier, comme représenté sur la Fig.2, la section de tuyau ll est délimitée, dans le plan passant par le grand axe X de la section elliptique de la partie 10, par un profil 14 symétrique, conformé dans le sens longitudinal en Venturi divergent et, dans le plan passant par le petit axe Y de la section elliptique de la partie 10, par un profil 15 sy- métrique, conformé dans le sens longitudinal en Venturi con- vergent. Réciproquement, comme bien représenté sur la Fig.3, la section de tuyau 12 est délimitée, dans le plan passant par le grand axe X, par un profil 16 symétrique conformé,dans le sens longitudinal, en Venturi convergent et, dans le plan passant par le petit axe Y, par un profil symétrique 18, coLfor- mé dans le sens longitudinal en Venturi divergent. Il se présente donc en fait, dans le tuyau 3, des par- ties convergentes et divergentes suivant le plan de la section longitudinale considéré, parties qui, appartenant à la surface latérale du tuyau 3, sont évidemment pourvues de trous 8 et qui, par suite, permettent de définir des portions de surface per- cée disposées de telle façon que le matériau absorbant les sons 6 est frappé simultanément par le front des ondes acous- tiques qui se propagent avec le flux gazeux traversant longi- tudinalement le silencieux 1, tant normalement, en regard des sections d'entrée et de sortie 4 et 5, que tangentiellement, en regard des sections.rétrécies de raccordement 11 et 12, de manière à réaliser, conformément à l'invention, l'absorption des ondes acoustiques à angle d'incidence variable, par rap- port à la position axiale du front du flux gazeux, le long de l'axe longitudinal du silencieux 1; en regard des sections 4 et 5 et des sections rétrécies successives 11 et 12, l'ab- sorption sera effectuée tant dans le sens normal, parallèlement à l'axe du tuyau 3, que dans le sens tangentiel, perpendicu- lairement à l'axe du tuyau 3, tandis que le long de la section elliptique de la partie à section constante 10 du tuyau 3, l'absorption ne se fera que dans le sens tangentiel, selon les modalités connues, mais à travers des sections de passage du flux gazeux de'forme elliptique fortement rétrécie, au 6 2604747 moyen desquelles on obtient le profil maximum possible entre le périmètre du profil transversal du tuyau 3 et la section de passage à la disposition du flux gazeux, délimitée par celui- ci; toutefois, même dans cette zone centrale, on obtient selon les essais expérimentaux effectués par-les demandeurs, une absorption acoustique élevée, supérieure à celle que l'on ob- tient dans les silencieux connus. Lesdits essais expérimentaux ont en outre fait apparai- tre que pour obtenir les meilleurs résultats d'absorption acoustique avec une perte de charge minimale dans le flux ga- zeux, il est bon que non seulement les sections de raccorde- ment rétrécies soient délimitées par des profils en Venturi qui, comme on le sait sont des profils qui permettent de mi- nimiser les pertes de charge mais qu'en outre, la section 11 du tuyau 3 ait une longueur supérieure à celle de la section 12 et, en particulier, qu'elle soit telle que les profils de raccordement 14 et 16 présentent un développement en longueur supérieur de 50 % environ à celui des profils de raccordement et 18. Il est connu en fait que l'absorption sonore, en particulier dans le domaine des basses fréquences, est pro- portionnelle à la longueur des sections de raccordement 11 et 12 et, évidemment, à l'épaisseur du revêtement de matériau absorbant les sons 6, contenu dans l'enveloppe 2. Celle-ci, bien qu'elle soit de préférence réalisée dans une section de forme circulaire, peut également être construite selon une variante possible non illustrée pour plus de simplicité, dans une forme de section également elliptique, ayant ses axes principaux disposés de façon quelconque par rapport aux axes principaux X et Y de la section elliptique de la partie 10; ceci permet de réaliser l'absorption de préférence dans le domaine de certaines fréquences moyennes et basses et d'obtenir également des avantages sur le plan de l'encombrement exté- rieur du silencieux 1, dans son ensemble. Enfin, le tuyau 3 est réalisé, selon l'invention, de manière à présenter des sections transversales qui toutes ont la même surface de passage pour le flux gazeux ou qui présentent des surfaces constantes bien qu'ayant un profil variable et, afin de per- mettre une construction rapide et économique du silencieux 1, 7 2604747 l'enveloppe 2 aussi bien que le tuyau 3 sont réalisés par agrafage desdemi-éléments spéculaires correspondants 22, 23 en tôle. Les avantages inhérents à l'invention résultent de fa- çon évidente de la description qui précède; grâce à la géo- métrie décrite, on réalise un rapport optimal entre le péri- mètre de la section absorbant les sons et la surface de passa- ge du front gazeux entraînant les ondes sonores à absorber et, par conséquent, une absorption acoustique maximale compatible avec une perte de charge minimale; en outre, le silencieux décrit est de réalisation facile et économique et présente une efficacité d'absorption acoustique supérieure en direction des basses fréquences, absorption qui comparativement est relativement réduite dans le cas des silencieux dissipatifs existant actuellement sur le marché. 8 2604747 REVENDICATIONS 1. Silencieux dissipatif (1) pour un flux gazeux, en particulier pour incorporation le long du tuyau d'échappement d'un moteur à explosion d'un véhicule, du type comprenant une carcasse (2) remplie de matériau absorbant les sons (6) et un tuyau (3) traversant ladite carcasse (2) immergé dans le ma- tériau absorbant les sons et pourvu d'une pluralité de trous radiaux (8) reliant l'intérieur dudit tuyau à l'intérieur de ladite carcasse, caractérisé par le fait que ledit tuyau (3) est conformé le long de son propre axe longitudinal, dans le sens d'avancement dudit flux gazeux, selon des sections trans- versales de géométrie elliptique présentant un rapport entre la longueur de leurs propres axes principaux, respectivement grand (X) et petit (Y) variable en continu entre un maximum égal à l'unité en regard des sections respectives d'entrée (4) et de sortie (5),circulaires, dudit tuyau (3) et un mi- nimum en regard d'une partie centrale (10-) de section constan- te de ce dernier; cette partie centrale (10) de section cons- tante du tuyau étant raccordée, sans solution de continuité; à ladite section d'entrée (4) par une première section (11) dudit tuyau délimitée, dans le plan passant par le grand axe (X) de la section de ladite partie centrale de celui-ci, par un profil (14) conformé dans le sens longitudinal en Venturi divergent et, dans le plan passant par le petit axe (Y) de la section de ladite partie centrale de celui-ci par un profil (15) conformé dans le sens longitudinal en Venturi convergent; ladite partie centrale (10) de section constante du tuyau étant en outre raccordée, sans solution de continuité, à ladite section de sortie (5) par une seconde section (12) dudit tu- yau délimitée dans le plan passant par le grand axe (X) de la section de ladite partie centrale de celui-ci par un profil (16) conformé dans le sens longitudinal en Venturi conver- gent et, dans le plan passant par le petit axe (Y) de la section de ladite partie centrale de celui-ci par un profil (18) conformé dans le sens longitudinal en Venturi conver- gent. 9 2 6 42604747 *2. Silencieux (1), selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ladite première section (11) du tuyau (3) a une longueur supérieure à celle de ladite seconde section (12) du tuyau et est telle que les profils de raccordement (14, 16) entre ladite section d'entrée (4) , circulaire, et ladite par- tie centrale (10), elliptique, du tuyau (3) présentent un dé- veloppement en longueur supérieur de 50 % environ à celui des profils de raccordement (15, 18) entre la partie centrale elliptique (10) et ladite section de sortie (5), circulaire, du tuyau (3). 3. Silencieux (1) selon la revendication 2, caracté- risé en ce qu'il présente, en regard des sections d'entrée (4) et de sortie (5) du tuyau, une absorption acoustique de type normal ainsi que de type tangentiel. 4. Silencieux (1) selon la revendication 2 ou 3, ca- ractérisé en ce que l'absorption acoustique dans le champ des basses fréquences est proportionnelle à la longueur desdites première (11) et seconde (12) sections de raccordement. 5. Silencieux (1) selon l'une quelconque des précéden- tes revendications, caractérisé par le fait que les sections transversales dudit tuyau (3) sont conformées de manière à présenter une surface de passage pour ledit flux gazeux essen- tiellement constante. 6. Silencieux (1) selon l'une quelconque des précé- dentes revendications, caractérisé par le fait que ledit ma- tériau absorbant les sohs (6) qui remplit l'enveloppe (2) comprend de la laine minérale retenue en position par une toile'métallique correspondante (6a) à mailles fines. 7.- Silencieux (1) selon l'une quelconque des précé- dentes revendications, caractérisé en ce que ladite envelop- pe (2) et le tuyau (3) sont réalisés par agrafage des demi- éléments correspondants (22, 23), en tôle.