Brevet FR2678681A1 — publié le 19930108

L'invention est relative à un silencieux pour moteur à explosion destiné à réduire les émissions sonores des gaz d'échappement. Elle trouvera notamment son application chez les constructeurs ou les utilisateurs de matériel d'insonorisation. Les nuisances créées par la pollution sonore sont extrêmement pénibles à supporter c'est pourquoi des normes sont apparues en matière d' émission sonore afin de limiter des bruits engendrés par le fonctionnement de certaines installations. C'est le cas notamment des moteurs à explosion quel que soit le combustible utilisé, qu'il s'agisse de gasoil, de gaz ou d'essence. Pour réduire les émissions sonores des gaz d'échappement, traditionnellement, on place dans la ligne du collecteur d'échappement un silencieux dont la conception est bien connue de l'homme de l'art. Pour les moteurs de faible puissance tels qu'on les rencontre sur les automobiles par exemple, il n'existe guère de difficulté et les solutions techniques adoptées actuellement sont satisfaisantes.Par contre, pour les unités de forte puissance telles que groupes électrogènes, moteurs marins ou autres, il est nécessaire de procéder à une étude détaillée pour trouver une solution satisfaisante. Il existe différents types de silencieux dont le plus courant fonctionne par absorption. Le passage du gaz s'effectue dans un conduit insonorisé constitué d'un matériau absorbant de haute efficacité acoustique protégé par une tale perforée. Surtout efficace pour les fréquences élevées, ce type de silencieux permet d'obtenir des atténuations par exemple de l'ordre de 25 dB pour une fréquence de 1.000 Hz. Lorsqu'il s'agit d'atteindre des performances supérieures avec par exemple une efficacité supérieure à 40 dB pour une plage de fréquences couvrant 250 Hz à 1.000 Hz, le seul type à absorption ne suffit plus. Certains constructeurs utilisent alors un silencieux constitué en deux parties, d'une part un élément réactif suivi d'un élément absorbant. L'élément réactif est composé de deux volumes couplés qui communiquent par un orifice ou mieux un dispositif venturi. La pression dans la chambre amont est en moyenne toujours supérieure à celle régnant dans la seconde chambre, ce qui justifie l'évacuation permanente des gaz de combustion.Par contre, l'écart de pression autour de cette pression moyenne qui correspond à la perturbation et au bruit fait que la pression instantanée dans la première chambre peut se trouver inférieure par moment à celle de la seconde chambre de sorte qu'en fonction de la longueur du venturi, les variations de pression de fréquences élevées ne transitent pas d'une chambre à l'autre et restent bloquées dans la chambre amont. Les deux chambres couplées constituent un filtre passe-bas qui bloque des émissions de fréquences élevées. La fréquence de coupure du filtre marque le début de l'efficacité du silencieux. L'efficacité de l'élément réactif est déjà très importante mais son action dans les basses fréquences est limitée notamment en raison des modes propres résonants du système couplé pour lesquels l'amortissement des bruits est quasi nul. Il faut également ajouter que pour repousser la fréquence de coupure vers les très basses fréquences, il est nécessaire de dimensionner très largement l'élément réactif ce qui n'est pas toujours compatible avec l'espace alloué. Le but principal de la présente invention est de présenter un silencieux pour moteur à explosion qui dispose d'une grande efficacité de fonctionnement malgré les dimensions réduites et ce même dans le cas des basses fréquences. L'aspect très compact du silencieux de la présente invention permet de le loger facilement mais dans des installations de dimension réduite. Selon la disposition préconisée, l'entrée et la sortie des gaz dans le silencieux se présentent sur un même côté ce qui, pour certaines configurations, constitue un avantage certain. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est cependant donnée qu'à titre indicatif. Le silencieux pour moteur à explosion destiné à réduire les émissions sonores des gaz d'échappement qui comprend un élément réactif à double chambre dans lequel les gaz de combustion subissent une première détente et un conduit absorbant d'insonorisation, est caractérisé par le fait que le conduit absorbant est intégré dans l'enveloppe englobant la double chambre. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée de dessins en annexe parmi lesquels - la figure 1 schématise en vue de coupe un premier mode de réalisation du silencieux de la présente invention, - la figure 2 représente en vue de coupe un second mode de réalisation de la présente invention. La présente invention vise un silencieux pour moteur à explosion destiné à réduire les émissions sonores des gaz d'échappement. Elle concerne principalement les constructeurs de matériel d'insonorisation. Les moteurs à combustion interne sont extrêmement bruyants au niveau de leur échappement car ils libèrent de façon brutale les gaz d'échappement contenus dans les chambres de combustion. L'aspect discontinu du phénomène s' ajoute à la nuisance sonore. Lorsqu'il s'agit de moteurs de faible puissance, la réduction sensible du bruit s'obtient facilement grâce à l'emploi d'un pot d'échappement doublé parfois d'un pot de détente comme cela se rencontre sur les véhicules. Par contre, pour les engins de forte puissance tels que les groupes électrogènes, les moteurs marins ou autres, le problème est plus complexe à résoudre car les puissances et débits mis en jeu demandent la mise au point de silencieux ayant des caractéristiques d'amortissement supérieures à 20 dB et ce dans le registre des fréquences graves. Le silencieux classique est de type à absorption. Dans ce type d'appareil, le passage du gaz s'effectue dans un conduit insonorisé constitué par un matériau absorbant de haute efficacité acoustique protégé par une tôle perforée. Particulièrement efficace dans les fréquences élevées, ce type de silencieux permet d'obtenir des atténuations de l'ordre de 20 dB à 1 kHz. L'un des moyens d'obtenir une atténuation allant jusqu'à 40 dB à lkHz est d'augmenter la quantité de matériau absorbant notamment sous la forme d'une présence d'élément interne dans le silencieux. Il s'agit là toutefois d'un maximum et l'efficacité de silencieux diminue également très rapidement lorsque la fréquence baisse. Lorsqu'il faut couvrir une large plage de fréquences notamment dans les basses fréquences, les spécialistes préconisent l'utilisation d'un silencieux de type réactif abosrbant. Ces appareils sont constitués en deux parties, tout d'abord un élément réactif composé de deux volumes couplés par un dispositif venturi, puis en aval sur la ligne d'échappement un conduit insonorisé absorbant de type classique. L'élément réactif fonctionne de manière analogue à un filtre passe-bas c' est-à-dire s'opposant au passage des variations de pression de fréquence élevée. Ceci permet d'obtenir un silencieux ayant une efficacité même dans le registre des graves jusqu'à environ 250 Hz. L'inconvénient de ce type de silencieux est qu'il est particulièrement encombrant du fait qu'il est constitué de deux parties distinctes et par cela même il est coûteux. La figure 1 représente un mode préférentiel de réalisation du silencieux de l'invention en vue de coupe. Ce silencieux 1 comporte un orifice 2 d'entrée des gaz de combustion destiné à être relié directement au collecteur d'échappement du moteur à explosion à insonoriser. Le silencieux 1 comporte une enveloppe 3 entièrement recouverte sur sa face interne d'un matériau abasorbant maintenu en place par une tôle perforée, qui englobe deux chambres respectivement 4 et 5 destinées à former un élément réactif. Pour cela, l'orifice d'entrée 2 communique avec la chambre primaire 4 qui elle-même communique avec la chambre secondaire 5 par l'intermédiaire d'un orifice 6 percé dans la paroi de séparation 7 des deux chambres 4 et 5. La chambre secondaire 5 communique avec un conduit absorbant d'insonorisation 8 qui sert à l'écoulement des gaz ae combustion vers un orifice ae sortie 9. Selon l'invention, le conduit absorbant 8 est intégré dans l'enveloppe 3 englobant la double chambre 4 et 5. Cette disposition procure de nombreux avantages outre la réduction sensible de l'encombrement. En effet, on assiste à une action combinée de l'élément réactif et de l'élément absorbant qui a pour effet d'accroître de façon sensible les performances acoustiques de l'ensemble. Dans un silencieux traditionnel, chaque élément joue un rôle individuel et aucune combinaison des effets n'est rencontrée. Dans le cas de la présente invention, le fait d'avoir intégré l'élément absorbant 8 dans l'élément réactif englobé par l'enveloppe 3, permet de combiner les actions respectives et aboutir à un amortissement renforcé des bruits notamment pour des fréquences plus hautes. Selon le mode préférentiel de réalisation du silencieux 1 tel qu'exposé à la figure 1, le conduit absorbant 8 traverse la première chambre 4 pour déboucher dans la seconde chambre 5. L'entrée 10 du conduit absorbant 8 débouche dans la chambre 5 au niveau de la paroi de séparation 7. Le conduit absorbant est formé d'une gaine rigide 11 doublée intérieurement par un matériau absorbant 12 de haute efficacité acoustique et l'intérieur du conduit est doublé par une tôle perforée 13. De préférence, le passage des gaz entre les chambres primaire 4 et secondaire 5 se fait à travers un venturi 14. Ainsi, les chambres 4 et 5 couplées par le venturi 14 constitue un filtre passe-bas à deux degrés de liberté avec une fréquence de coupure à partir de laquelle toutes les fréquences plus élevées seront fortement atténuées. Les gaz dans la chambre secondaire 5 débouchent directement à l'entrée 10 du conduit absorbant 8 ; il existe donc un amortissement des modes propres résonnants du système couplé précédent, ainsi les fréquences inférieures à la fréquence de coupure seront également atténuées ce qui constitue un avantage de ce silencieux 1. Les gaz passant à travers le conduit absorbant 8 seront atténués d'une façon additionnelle au phénomène précédent et constituera une atténuation complémentaire aux fréquences hautes dans le spectre d'atténuation acoustique. La gaine rigide 11 ne perturbe pas le rôle de la chambre primaire 4 et une variante peut être obtenue en recouvrant la dite gaine 11 d'un manchon absorbant qui permettrait un complément d'amortissement des modes propres internes dans la chambre primaire 4 la plus bruyante. Les essais montrent que l'on aboutit effectivement à une amélioration des performances du silencieux dans les basses fréquences par combinaison des effets de l'élément réactif et de l'élément absorbant. Il est possible d'améliorer les caractéristiques du silencieux en adoptant certaines dispositions telles qu'illustrées à la figure 2 qui peuvent par ailleurs être couplées avec celles décrites dans le cas de la figure 1. Le silencieux 1 comprend une enveloppe extérieure 3 qui englobe les deux chambres de détente couplées 4 et 5. Les gaz sont admis dans la chambre primaire 4 par l'intermédiaire d'une tubulure d'entrée 2 disposée radialement. Les chambres primaire 4 et secondaire 5 communiquent par l'intermédiaire d'un venturi 14 qui traverse la paroi de séparation 7. La tubulure 2 d'admission des gaz est située à proximité de l'entrée 15 du venturi 14. L'évacuation des gaz de la chambre secondaire 5 se fait à travers un conduit absorbant 8 qui traverse la chambre primaire 4. L'entrée 10 du conduit absorbant 8 est située à proximité de la sortie 16 du venturi 14. Selon la réalisation exposée à la figure 2, la paroi intérieure de l'enveloppe 3 est entièrement recouverte d'un matériau absorbant 17 lui-même recouvert d'une tôle perforée 18. De la sorte, l'élément réactif cumule également dans un premier temps les effets d'un élément absorbant. On aurait pu également adopter la mise en place d'un revêtement absorbant dans l'une ou l'autre des chambres 4 ou 5. On peut également renforcer le pouvoir absorbant du conduit 8 en disposant à l'intérieur un noyau 19 composé d'un élément absorbant recouvert d'une tôle perforée 20. La paroi de séparation des chambres primaire 4 et secondaire 5 était plane dans le cas de la figure 1, par contre cette paroi 7 est bombée dans le cas de la figure 2. Les deux dispositions peuvent être adoptées, la version bombée offrant une meilleure rigidité. D'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l'homme de l'art, auraient également pu être adoptées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Silencieux pour moteur à explosion destiné à réduire les émissions sonores des gaz d d'échappement qui comprend un élément réactif à double chambre (4 et 5) dans lequel les gaz de combustion subissent une première détente et un conduit absorbant (8) d'insonorisation, caractérisé par le fait que le conduit absorbant (8) est intégré dans l'enveloppe (2) englobant la double chambre (4 et 5). 2. Silencieux selon la revendication 1, qui comprend une enveloppe (2) définissant deux chambres (4 et 5) de détente séparées par une paroi (7) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le conduit absorbant (8) traverse la première chambre (4) pour déboucher dans la seconde chambre (5). 3. Silencieux selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'entrée (10) du conduit absorbant (8) débouche au niveau de la paroi de séparation (7). 4. Silencieux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux chambres (4 et 5) communiquent par l'intermédiaire d'un venturi (14). 5. Silencieux selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le conduit absorbant (8) est recouvert extérieurement d'un manchon absorbant. 6. Silencieux selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un noyau absorbant (9) est disposé à l'intérieur du conduit absorbant (8). 7. Silencieux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi intérieure de l'enveloppe (2) est recouverte d'un matériau isolant (17). 8. Silencieux selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la tubulure (2) d'entrée des gaz dans le silencieux (1) est située radialement à proximité de l'entrée (15) du venturi (14). 9. Silencieux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi de séparation (7) des chambres primaire et secondaire (4 et 5) est bombée.