Brevet FR2718488A1 — publié le 19951013

L'invention concerne un silencieux à caractéristique d'amortissement variable, pour des gaz en régime pulsatoire,comprenant : - un carter, - un tube d'amenée de gaz allant au carter, - des tubes intégrés dans le carter, - une tête de soupape, destinée à ouvrir et fermer un tube, - une capsule d'actionnement, avec une membrane, un ressort, une tige de piston et un raccordement de pression, - et une conduite de pression. Une construction très simple d'un silencieux, avec une caractéristique d'amortissement modifiable, pour des moteurs à combustion interne, est décrite dans le périodique allemand "MTZ Motortechnische Zeitschriftl', 53 (1992), page 356 et suivantes. Il s'agit d'un silencieux à deux tubes d'extrémité. Dans un premier tube d'extrémité est inséré un clapet rotatif, à l'aide duquel le tube d'extrémité peut être obturé. Pour l'actionnement du clapet de soupape est prévue une capsule à dépression, qui est actionnée, au moyen d'une électrovanne, d'un accumulateur de vide et d'un clapet anti-retour, par le vide produit dans le collecteur d'alimentation. L'électrovanne est actionnée par un appareil de commande qui exploite la vitesse de rotation du moteur et la position du clapet d'étranglement. La construction du silencieux est très coûteuse et est simultanément d'un effet limité, du fait que des bruits de gaz renforcés se produisent lorsque le clapet tournant est fermé. Dans le document "SAE Technical Paper Series", édité à l'occasion du congrès international de Detroit (USA), qui s'est tenu du 27.02. au 03.03.1989, est décrit au paragraphe "Characteristics of Dual Mode Mufflers" un silencieux à caractéristique d'amortissement modifiable, qui utilise également un clapet rotatif monté dans l'un des deux tubes d'extrémité. Derrière le clapet rotatif, un tube de dérivation relie cependant les deux tubes d'extrémité, de sorte que les gaz d'échappement sont finalement répartis sur les deux tubes d'extrémité, même lorsque le clapet tournant est fermé, ce qui fait que le bruit des gaz est limité de manière correspondante. L'actionnement du clapet tournant s'effectue à la main dans le modèle d'essai décrit. L'actionnement des clapets tournants est quelque peu complexe, du fait que le mouvement de course linéaire de la capsule de dépression doit être converti en un mouvement de rotation par l'intermédiaire d'un mécanisme à manivelle. Le DE-U 89 08 244 décrit un silencieux ayant deux tubes d'extrémité. Dans un premier tube d'extrémité est utilisée une tête de soupape mobile de façon linéaire. Le tube d'extrémité lui-même est, de plus, équipé d'un siège de soupape conique adapté. Comme entraînement pour la tête de soupape est utilisé un soufflet, dont l'espace intérieur est relié, par une conduite de pression, au tube d'entrée du carter de silencieux. La pression intérieure du carter de silencieux agit sur la face extérieure du soufflet. Cette construction n'a cependant pas fait ses preuves pour différentes raisons. Par exemple, les forces nécessaires pour obtenir l'ouverture et la fermeture de la tête de soupape ne pouvaient pas être obtenues, le siège de soupape conique spécial rendait la construction compliquée et chère, etc. La présente invention a pour objet un silencieux à caractéristique d'amortissement variable qui fonctionne sans appareil de commande et qui n'a qu'un seul mécanisme simple, et d'un fonctionnement sûr. Le silencieux suivant l'invention est caractérisé en ce que la capsule d'actionnement est une capsule à surpression, la conduite de pression dirige la contre pression des gaz sur le côté surpression de la membrane, le côté basse pression de la membrane est sollicité par la pression ambiante et par un ressort, et un joint d'étanchéité isole la tige de piston de façon étanche au gaz vis-à-vis du carter. L'avantage essentiel de la présente invention réside dans l'utilisation d'une capsule de surpression, la totalité de la contre-pression des gaz d'échappement, qui s'établit devant le silencieux, étant disponible comme pression de commande. Cette pression est directement dépendante de la quantité de gaz d'une part et de la résistance à l'écoulement du silencieux d'autre part, la résistance à l'écoulement étant supérieure lorsque la tête de soupape est fermée par rapport à ce qu'elle est lorsqu'elle est ouverte. L'ouverture et la fermeture de la tête de soupape ne s'effectuent pas par à-coups mais de façon continue, de sorte que les propriétés d'amortissement acoustique du silencieux varient aussi de façon continue et non pas par à-coups. Lors de l'utilisation comme silencieux de gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, on utilise avantageusement la propriété que l'on a, sur les commandes de moteurs modernes, en fonctionnement sur frein moteur , de couper aussi bien l'arrivée de carburant que l'arrivée d'air au moteur : l'arrêt du débit de gaz provoque alors la disparition de la pression de commande, la fermeture de la tête de soupape et l'augmentation de l'effet d'amortissement du bruit. Selon un premier perfectionnement de l'invention, on prévoit une conduite de pression externe qui débouche devant le carter de silencieux dans la conduite d'amenée de gaz. Ici la chute de pression dans le silencieux lui-même sert de pression de commande. Selon une autre variante, la conduite de pression externe débouche directement dans le collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne. Cette variante est à recommander particulièrement lorsqu'il s'agit, concernant le silencieux selon l'invention, d'un silencieux intermédiaire ou final, du fait qu'alors la contre-pression des gaz d'échappement de la totalité du système de gaz d'échappement est disponible comme pression de commande, de sorte que l'on peut également produire des efforts élevés avec de petites capsules à surpression. De préférence, la conduite de pression est intégrée dans la tige de piston, la tige de piston pouvant présenter en plus un prolongement dans lequel pénètre l'extrémité de tube pouvant être obturée au moyen de la tête de soupape. Dans cette version il y a disparition de la conduite de pression séparée. Une éventuelle diminution de pression de commande peut être compensée sans problème par un agrandissement correspondant de l'aire de la surface de la membrane dans la capsule à surpression. La forme de la tête de soupape peut être modifiée dans de larges limites. Par exemple, on peut guider l'écoulement des gaz suivant des trajectoires déterminées. En particulier, on a la possibilité de jouer sur la dépendance entre la course et la section de passage de la soupape. Il est évident que la possibilité de variation offerte par la tête de soupape ne prend sa pleine efficacité du point de vue acoustique que lorsque également le reste des détails de construction du silencieux sont adaptés. Selon un premier complément, au moins une paroi intermédiaire étanche au bruit acoustique est disposée dans le carter. Cette paroi intermédiaire est traversée, tant par le tube pouvant être obturé par la tête de soupape, qu'également par un autre tube ayant une section transversale réduite par rapport au premier. Ceci permet d'exploiter l'effet d'amortissement connu du son provenant des écarts importants de section dans l'écoulement des gaz d'échappement, de sorte que le silencieux présente l'efficacité maximale pour les petites puissances, ainsi qu'en fonctionnement sur frein moteur . Ceci est encore appuyé par le fait que l'intérieur du carter de silencieux est subdivisé au moyen de parois intermédiaires en plusieurs chambres qui sont conçues comme chambres à absorption, à expansion, à réflexion ou à résonance. L'invention va être expliquée plus en détails à l'aide du dessin, sous forme d'exemples de réalisation. Dans le dessin la figure 1 est une représentation schématique d'un silencieux à caractéristique d'amortissement variable, la figure 2 est une coupe partielle d'une partie d'une première forme de réalisation concrète, la figure 3 est une coupe partielle d'une partie d'une deuxième forme de réalisation concrète, la figure 4 est une coupe longitudinale suivant la ligne IV-IV de la figure 5, à travers un silencieux de gaz d'échappement ayant une caractéristique d'amortissement variable, la figure 5 est une coupe transversale suivant la ligne V-V du silencieux de la figure 4, et les figures 6 et 7 représentent une coupe longitudinale, respectivement transversale, d'un autre silencieux à caractéristique d'amortissement variable. La figure 1 représente schématiquement un silencieux à caractéristique d'amortissement variable pour des gaz en régime pulsatoire. Une conduite d'amenée de gaz 1 débouche dans un carter de silencieux 2 dans lequel sont intégrés par exemple deux tubes de silencieux 3.1, 3.2. L'extrémité 4 du tube de silencieux 3.1 reliée au tube d'amenée de gaz 1 est susceptible d'être obturée au moyen d'une tête de soupape 5. L'autre tube de silencieux 3.2 est relié à un tube 7 évacuant les gaz. L'actionnement de la tête de soupape 5 s'effectue au moyen d'une tige de piston 13, au moyen d'une membrane 11 dans une capsule de surpression 10. Le côté basse pression de la membrane 11 est relié à l'atmosphère par un perçage 16. Un ressort de pression 12 pousse la membrane 11, la tige de piston 13 et la tête de soupape 5 sur l'extrémité de tube 4. Le côté surpression de la membrane 11 est relié par un raccordement de pression 15 à une conduite de pression 6, qui débouche devant le carter de silencieux 2 dans le tube d'amenée de gaz 1. De cette manière, l'ensemble de la chute de pression produite dans le silencieux est disponible comme pression de commande, de sorte que la capsule de surpression 10 peut être réalisée avec des dimensions relativement petites. Un joint d'étanchéité 14 résistant à la température isole de façon étanche aux gaz la tige de piston 13 vis-à-vis du carter 2. On évite ainsi le risque, lorsque l'extrémité de tube 4 est fermée, que des gaz, par exemple des gaz d'échappement chauds, s'écoulent depuis le tube d'amenée de gaz 1 par la conduite de pression 6, dans la capsule de pression 10 et, de là, dans le passage de piston dans le carter 2. La figure 2 représente à plus grande échelle une première forme de réalisation du principe expliqué à l'aide de la figure 1. On voit en coupe partielle la capsule de surpression 10 avec la membrane 11, le ressort 12, la tige de piston 13, le raccordement de pression de commande 14 et l'ouverture de décharge de pression 16, montés sur le carter de silencieux 2. La tête de soupape 5' montée à l'extrémité de la tige de piston 13 est configurée aérodynamiquement en cloche et obture plus ou moins pression de commande. La pression de commande due à la résistance à l'écoulement rencontrée dans le silencieux résistance qui dépend de la position de la tête de soupape 5 ' - ouvre et ferme la tête de soupape 5' non pas par à-coups mais progressivement, de sorte qu'il y a variation progressive également de la caractéristique d'amortissement. La figure 3 représente une autre forme de réalisation. Dans ce cas, la conduite de pression 6' est intégrée dans la tige de piston 13 qui, de son côté, a un prolongement 13' pénétrant loin dans le tube de silencieux 3.1. Grâce à cette construction, il y a disparition d'une conduite de pression externe. Une réduction éventuelle de la différence de pression disponible comme pression de commande est compensée par un agrandissement correspondant de l'aire de la surface de la membrane. Les figures 4 et 5 représentent une coupe longitudinale ou transversale dans un silencieux de gaz d'échappement destiné à des moteurs à combustion interne, silencieux dont la caractéristique d'amortissement varie automatiquement à l'aide de la capsule de surpression 10 et de la tête de soupape 5. L'intérieur du carter 2 est subdivisé en trois chambres 21, 23, 25, au moyen de deux parois intermédiaires 22, 24. Une paroi intermédiaire 22 est étanche au bruit, l'autre paroi intermédiaire 24 est perforée. Sur le tube de silencieux 3.1 relié au tube d'amenée de gaz 1 et pouvant être obturé à son extrémité au moyen de la tête de soupape 5, est branché un court tube 3.3. Celui-ci a une section transversale réduite et débouche dans la première chambre 21 qui est dimensionnée comme chambre à expansion. Un tube de gaz d'échappement 3.4 à section transversale réduite traverse, parallèlement au tube 3.1 pouvant être obturé au moyen de la tête de soupape 5, la paroi intermédiaire 22 étanche acoustiquement et débouche dans la troisième chambre 25. 5, la paroi intermédiaire 22 étanche acoustiquement et débouche dans la troisième chambre 25. Si, comme représenté sur le dessin, le tube 3.1 est obturé par la tête de soupape 5, les gaz d'échappement s'écoulent par le tube 3.3 dans la chambre à expansion 21, dans le tube 3.4, dans la troisième chambre 25, à travers la paroi intermédiaire perforée 24, dans la chambre médiane 23, pour entrer ensuite dans un tube 3.2 et quitter le carter de silencieux 2 par le tube d'extrémité 7. Si la tête de soupape 5 est ouverte, les gaz d'échappement s'écoulent par le tube 3.1 dans la troisième chambre 25, passent à travers la paroi intermédiaire perforée 24, passent dans la chambre médiane 23 et quittent le carter de silencieux 2 de nouveau par le tube 3.2 et le tube d'extrémité 7. Les figures 6 et 7 représentent de nouveau une coupe longitudinale ou transversale d'un autre silencieux destiné à des moteurs à combustion interne avec une caractéristique d'amortissement variant automatiquement. Ici est prévu un total de trois parois intermédiaires 32, 34, 36, qui subdivisent l'intérieur du carter 2 en quatre chambres 31, 33, 35, 37. Les deux chambres 31, 37 situées côté extrémité sont réalisées comme chambres à expansion, les deux chambres médianes 33, 35 comme chambres à absorption et, sont donc remplies d'un matériau absorbant le bruit. La tête de soupape 5 n'obture pas ici le tube 3.4 relié au tube d'amenée de gaz d'échappement 1, mais un tube 3.1 intégré. Parallèlement à celui-ci est de nouveau placé un tube 3.3 intégré, ayant une section transversale réduite et qui augmente l'effet d'amortissement du son pour les faibles puissances du moteur, ainsi qu'en fonctionnement en frein moteur . Cette forme de réalisation convient en particulier pour des capsules de surpression 10, ayant une conduite de pression externe 6. REVENDICATIONS 1. Silencieux à caractéristique d'amortissement variable, pour gaz en régime pulsatoire, comprenant un carter (2), un tube d'amenée de gaz (1) allant au carter (2), des tubes (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) intégrés dans le carter (2), une tête de soupape (5, 5'), destinée à ouvrir et fermer un tube (3.1, 3.2, 3.3, 3.4), une capsule d'actionnement (10), avec une membrane (11), un ressort (12), une tige de piston (13, 13') et un raccordement de pression (15), et une conduite de pression (6, 6'), caractérisé en ce que la capsule d'actionnement (10) est une capsule à surpression, la conduite de pression (6, 6') dirige la contre-pression des gaz sur le côté surpression de la membrane (11), le côté basse pression de la membrane (11) est sollicité par la pression ambiante et par un ressort (12), et un joint d'étanchéité (14) isole la tige de piston (13) de façon étanche au gaz vis-à-vis du carter (2). 2. Silencieux selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prévoit une conduite de pression externe (6), qui débouche dans le tube d'amenée de gaz (1). 3. Silencieux selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prévoit une conduite de pression externe (6), qui débouche dans le collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne. 4. Silencieux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite de pression (6') est intégrée dans la tige de piston (13). 5. Silencieux selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tige de piston (13) a un prolongement (13') pénétrant dans le tube pouvant être obturé au moyen de la tête de soupape (5, 5'). 6. Silencieux selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tête de soupape (5') est réalisée sous forme d'élément de guidage d'écoulement. 7. Silencieux selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, dans le carter (2), se trouve au moins une paroi intermédiaire (22, 32) étanche au bruit, cette paroi intermédiaire (22, 32) étant traversée par le tube (3.1) pouvant être obturé à laide de la tête de soupape (5, 5') et un autre tube (3.3) à section transversale réduite. 8. Silencieux selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que au moins deux chambres (21, 23 31, 33 ; 35, 37) sont prévues dans le carter (2), et au moins l'une des chambres (33, 35) est remplie d'un matériau d'absorption. 9. silencieux selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que au moins deux chambres (21, 23 ; 31, 33, 35) sont prévues dans le carter (2), et au moins l'une des chambres (21) située dans le carter (2) est conçue comme chambre d'expansion, à réflexion ou à résonance.