Brevet FR2894283A1 — publié le 20070608

La présente invention concerne un silencieux d'échappement, notamment pour véhicule automobile, du type comportant : - une enceinte délimitant un volume d'échappement ; - un conduit d'entrée pénétrant à l'intérieur de l'enceinte jusqu'à une extrémité de délivrance ; et - un conduit de sortie connecté au volume d'échappement. Les silencieux d'échappement ont pour but d'atténuer les nuisances acoustiques engendrées par le moteur et l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement. Les silencieux connus actuellement sont des silencieux dits à ré- flexion ou à absorption. Les silencieux à réflexion comportent dans l'enceinte plusieurs chambres communiquant au travers de coupelles partiellement ajourées. Les gaz d'échappement sont acheminés dans une chambre d'entrée par l'intermédiaire d'un conduit d'entrée débouchant axialement à une extrémité. Ce conduit présente éventuellement des ouvertures latérales. De même, un conduit de même type est prévu dans la chambre de sortie pour permettre l'évacuation des gaz d'échappement hors du silencieux. De tels silencieux fonctionnent de manière satisfaisante mais ils provoquent une perte de charge importante sur la ligne d'échappement, ce qui peut être nuisible aux performances du moteur. Les silencieux à absorption comportent une enceinte délimitée par une enveloppe et traversée par une conduite de gaz d'échappement. Une partie au moins de la conduite traversant l'enceinte est munie de perfora- tions et est entourée par un matériau fibreux permettant d'atténuer les nui- sances acoustiques. S'ils font preuve de performances satisfaisantes en terme de perte de charge, ces silencieux restent cependant perfectibles du point de vue de leurs performances acoustiques. Ainsi, il ressort de la comparaison des silencieux connus dans l'état de la technique que le compromis perte de charge / performances acoustiques reste à optimiser. L'invention a pour but de proposer un silencieux d'échappement ayant de bonnes propriétés d'atténuation acoustique et occasionnant une perte de charge réduite dans la ligne d'échappement. A cet effet, l'invention a pour objet un silencieux d'échappement du type précité, caractérisé en ce que le conduit d'entrée comporte à son extrémité de sortie une boucle tubulaire refermée sur elle-même, laquelle boucle comporte des perforations de libération des gaz d'échappement dans l'enceinte et un conduit d'introduction des gaz débouchant dans la boucle. Suivant des modes particuliers de réalisation, le silencieux d'échappement comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les perforations sont ménagées seulement suivant le pourtour intérieur de la boucle ; - la section de passage offerte aux gaz par les perforations suivant le pourtour de la boucle augmente du point d'entrée des gaz d'échappement dans la boucle jusqu'au point auquel la boucle se referme sur elle-même ; - la boucle se referme sur elle-même suivant une direction sensible-ment tangentielle au tronçon du conduit d'introduction des gaz dans la boucle ; - la section de passage des gaz au travers de la boucle diminue jus- qu'au point auquel la boucle se referme sur elle-même ; - il comporte une restriction de section au point où le conduit d'introduction débouche dans la boucle ; - il comporte une coupelle perforée de support de la boucle ; - la boucle s'étend dans le plan de la coupelle ; et - la boucle est délimitée au moins partiellement par la coupelle et par un flasque annulaire rapporté sur la coupelle. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux des-sins sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un silencieux d'échappement selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du silencieux de la figure 1; - la figure 3 est une coupe longitudinale décalée angulairement de 90 par rapport à celle de la figure 2 du même silencieux d'échappement ; et - la figure 4 est une vue partielle en perspective d'une variante de réalisation d'un silencieux selon l'invention. Le silencieux d'échappement 10 selon l'invention comporte une en-ceinte 12 délimitant un volume d'échappement. L'enceinte 12 est délimitée comme connu en soi par deux demi-coques 14A, 14B, chacune en forme de cuvette présentant autour de leur pourtour un rebord d'assemblage 15. Le volume d'échappement est séparé en deux chambres adjacentes 16A, 16B par une coupelle 16 disposée entre les deux demi-coques 14A, 14B. Le silencieux comporte un conduit d'entrée 18 émergeant à l'intérieur du volume d'échappement de manière étanche entre les deux demi-coques 14A, 14B. De même, il comporte un conduit de sortie 20 émergeant hors des deux demi-coques 14A, 14B et présentant deux coudes inversés 21, 22 visibles sur la figure 2 de sorte que le conduit de sortie 20 s'ouvre dans l'une des chambres, dite chambre de sortie 16B située entre la coupelle 16 et la demi-coque inférieure 14B. L'extrémité du conduit de sortie 20 débouchant à l'intérieur du volume est positionnée sensiblement au centre de la boucle 26. Dans un mode de réalisation alternatif, l'extrémité du conduit de sortie 20 est positionnée au droit de l'intersection du conduit d'entrée 18 et de la boucle 26. Le conduit d'entrée 18 est formé d'un tube d'introduction 24 prolongé à son extrémité par une boucle tubulaire 26 refermée sur elle-même pour former un contour fermé. Elle forme un anneau sensiblement circulaire. La longueur de la boucle est comprise entre 400 et 2000 mm et le diamètre du tube la constituant est compris entre 30 et 70 mm. Comme représenté sur la Figure 3, le conduit d'introduction 24 et la boucle 26 sont généralement coplanaires et s'étendent dans le plan de la coupelle 16. Le conduit d'introduction 24 débouche tangentiellement dans la boucle 26. La section du conduit d'introduction 24 est constante et un déflecteur 28 provoquant une réduction de section est disposé au point 29 où le conduit d'introduction 24 débouche dans la boucle 26. La boucle 26 se referme sur elle-même tangentiellement au niveau du conduit 24 d'introduction des gaz. Ainsi, le déflecteur 28 est disposé en- tre le conduit d'introduction 24 et le point 29 de piquage de la boucle 26 sur elle-même au niveau du conduit 24. Avantageusement, la boucle 26 est sensiblement circulaire et le conduit la délimitant est également de section circulaire. Avantageusement, la section du tube formant la boucle permettant la circulation des gaz suivant la boucle diminue progressivement du point d'entrée des gaz d'échappement dans la boucle depuis le conduit d'introduction 24 jusqu'au point 29 auquel la boucle se referme sur elle-même. Ainsi, la section du tube formant la boucle diminue sur la longueur de la boucle dans un rapport compris entre 1 et 1/100 et de préférence entre '/2 et '/4. La boucle 26 est percée de perforations 30 permettant au gaz d'échappement issu du conduit d'entrée 18 de pénétrer dans le volume d'échappement. Avantageusement, ces perforations 30 sont disposées seulement suivant le pourtour intérieur de la boucle au voisinage de son plan équatorial. Dans le mode de réalisation envisagé, les perforations débouchent avantageusement pour partie d'un côté de la coupelle 16 et pour partie de l'autre côté de cette même coupelle. De préférence, la section de passage offerte au gaz par les perforations 30 suivant le pourtour de la boucle augmente du point d'entrée des gaz d'échappement dans la boucle jusqu'au point auquel la boucle se referme sur elle-même. La variation de la section de passage offerte au gaz par les perfora-tions 30 est comprise entre un et quatre suivant la longueur de la boucle. De préférence, la porosité du tube formant la boucle est comprise suivant la longueur de la boucle suivant les zones entre 4 et 50%. Elle est obtenue à partir de trous ronds, oblongs ou rectangulaires de diamètres équivalents à de trous ronds de 2 à 20 mm de diamètre. Dans le mode de réalisation décrit ici, le conduit d'introduction 24 et la boucle 26 sont délimités partiellement par la coupelle 16. Ainsi, la coupelle 16 présente un canal 32 délimitant pour moitié le conduit d'introduction 24 et une empreinte annulaire 34 en forme de canal délimitant partiellement la boucle 26 prolongeant le canal 32. Le conduit d'entrée 18 est en outre délimité par un flasque 36 rappor- té sur la coupelle 16 et présentant un tronçon semi-cylindrique 38 prolongé par une couronne en forme de canal de section semi-cylindrique 38. Le flasque est soudé à sa périphérie à la coupelle 16. Les perforations 30 sont délimitées partiellement dans la coupelle 16 et partiellement dans le flasque 36. Sur l'ensemble de sa surface, à l'exception de l'empreinte délimitant les canaux et annulaires 34, la coupelle 16 présente des lumières traversantes 42 permettant la circulation des gaz entre les deux chambres. De préférence, la chambre d'entrée délimitée entre la coupelle 16 et la demi-coque 14A, c'est-àdire la chambre située du côté opposé de la coupelle par rapport à la chambre dans laquelle émerge le conduit de sortie 20 est emplie d'un matériau absorbant tel que de la fibre de verre. Compte tenu de l'enroulement du conduit d'entrée sur lui-même suivant la boucle 26, une grande surface de perforation 30 peut être obtenue associée à une faible densité. Ainsi, il est possible d'obtenir une contre-pression faible tout en ayant un étalement de la transmission acoustique. En effet, l'écoulement ne subit qu'une faible restriction de passage et le changement de direction de l'écoulement se fait à basse vitesse du fait de la grande surface de perforation. Une telle architecture est bien adaptée pour des silencieux ayant une forme relativement plate. On constate avec un tel silencieux de faibles pertes de charge pour une atténuation acoustique très satisfaisante. Ces bons résultats résultent notamment de l'existence de la restriction 28 à l'entrée de la boucle 26 qui constitue un convertisseur de pulsation. Cet agencement est particulière- ment adapté à un écoulement fortement pulsé comme constaté, à bas régime, sur des moteurs ayant au plus quatre cylindres. Cette restriction assure une conversion de la part d'énergie de l'onde acoustique incidente associée à la pression instantanée sous forme de vi-tesse instantanée. L'énergie cinétique est alors susceptible de ne pas être transmise au volume d'échappement grâce au dispositif centrifuge formé par la boucle assurant une mise en rotation des gaz d'échappement suivant un contour fermé. Cet agencement permet d'étaler la réflexion de l'onde incidente en amont pour réduire le retour des ondes acoustiques qui est à l'origine des phénomènes de résonance dans le conduit d'entrée. La présence de nombreuses perforations suivant la boucle 26 permet de créer des interférences entre les différents chemins acoustiques, ces ondes étant déphasées entre elles du fait de la différence de longueur de chemin parcouru. L'augmentation progressive de la perméabilité de la boucle, compte tenu de l'augmentation de la section offerte au gaz le long de sa circonférence conduit à créer une terminaison anéchoïque permettant d'étaler la ré-flexion amont pour minimiser le retour des ondes. De plus, les ondes acoustiques sont susceptibles de se propager à l'infini dans la boucle 26. En outre, la transmission graduelle ainsi obtenue de la pression de l'onde transmise de la boucle vers les chambres du volume d'échappement a pour effet d'étaler la montée en pression du volume d'échappement donc d'atténuer le profil de variation de pression et donc de réduire le bruit. La diminution de la transmission acoustique est également améliorée par l'effet bouchage aérolique des perforations compte tenu des différences de vitesse entre les gaz circulant dans la boucle et ceux présents dans le volume d'échappement. Enfin, la pression centrifuge dans la boucle résultant de la vitesse d'entrée des gaz d'échappement assure sur les perforations 30 une pression réduite tendant vers la pression statique de l'écoulement, réduisant la transmission de la pression dynamique liée à la vitesse instantanée des gaz d'échappement associée aux ondes de pression s'y propageant. La perte de charge dans le volume d'échappement est inférieure à celle constatée dans les silencieux à réflexion dans lesquels l'écoulement change plusieurs fois de direction et de section d'écoulement ayant pour conséquence que l'énergie cinétique des gaz d'échappement est perdue à plusieurs reprises. Une variante de réalisation du silencieux selon l'invention est illustrée sur la Figure 4. Dans ce mode de réalisation, la boucle 26 est formée par quatre cou-des 50A, 50B, 50C, 50D emboîtés les uns dans les autres pour former une couronne. Chaque coude définit un secteur angulaire de 90 . Le tronçon d'entrée 24 se relie sensiblement tangentiellement à l'un des coudes par un tronçon de connexion évasé 52. Les perforations ménagées sur la boucle 26 sont formées par des matrices de trous de petite section répartis sur le pourtour intérieur de la boucle. Dans cette variante de réalisation, la boucle 26 est maintenue en porte-à-faux à l'intérieur du silencieux sans être retenue par une coupelle intermédiaire. Ainsi, la boucle 26 est retenue seulement par le tronçon d'entrée 24. Bien évidemment, l'invention ne se limite pas à un silencieux dont l'enveloppe est formée par deux demi-coques mais comprend également les silencieux dont l'enveloppe est réalisée à partir d'un flan de tôle roulé et ser- ti. REVENDICATIONS 1.- Silencieux d'échappement comportant : - une enceinte (12) délimitant un volume d'échappement ; - un conduit d'entrée (18) pénétrant à l'intérieur de l'enceinte (12) jus- qu'à une extrémité de délivrance (26) ; et - un conduit de sortie (20) connecté au volume d'échappement, caractérisé en ce que le conduit d'entrée (18) comporte à son extrémité de sortie une boucle tubulaire (26) refermée sur elle-même, laquelle boucle (26) comporte des perforations (30) de libération des gaz d'échappement dans l'enceinte (12) et un conduit d'introduction (24) des gaz débouchant dans la boucle (26). 2.- Silencieux d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les perforations (30) sont ménagées seulement suivant le pourtour intérieur de la boucle (26). 3.- Silencieux d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la section de passage offerte aux gaz par les perforations (30) suivant le pourtour de la boucle (26) augmente du point d'entrée des gaz d'échappement dans la boucle (26) jusqu'au point auquel la boucle (26) se referme sur elle-même. 4.- Silencieux d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle (26) se referme sur elle-même suivant une direction sensiblement tangentielle au tronçon du conduit (24) d'introduction des gaz dans la boucle (26). 5.- Silencieux d'échappement selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la section de passage des gaz au travers de la boucle (26) diminue jusqu'au point (29) auquel la boucle (26) se referme sur elle-même. 6.- Silencieux d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une restriction (28) de section au point (29) où le conduit d'introduction (24) débouche dans la bou- cle (26). 7.- Silencieux d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une coupelle (16) perforée de support de la boucle (26). 8.- Silencieux d'échappement selon la revendication 7, caractérisé en 5 ce que la boucle (26) s'étend dans le plan de la coupelle (16). 9.- Silencieux d'échappement selon la revendication 8, caractérisé en ce que la boucle (26) est délimitée au moins partiellement par la coupelle (16) et par un flasque (36) annulaire (40) rapporté sur la coupelle (16).