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,j Cette invention a. trait aux silencieux employés ,pat éc3ir8 le bruit résultant de 1' échappement de gaz et 'plua particulierement aux silencieux employés pour réduire , t. 'f.." e Ç1tt 'ujprimer le bruit produit par l'échappament pulsatoire de ;"p' éônmle par exemple dans les moteurs à combustion interne, ' "'v'-'' Ma construction du silencieux suivant l'invention ,H .Ff,^"-# ¯'i z .Y',Y ;ae"':'.d1&tinu.e très nettement de celle des silencieux appliqués ;,"1/J',; i; 'i{ ''' ''.t, ",'tf r è; jour.
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moteur à combustion interne crée dans ce cylindre une pres- sion énorme. La vapeur d'eau que renferme le cylindre d'une machine à vapeur est aussi soumise à une pression très éle- vée. Lorsqu'on ouvre la lumière d'échappement, le gaz s'é- chappe à une vitesse élevéem ce qui diminue très rapidement la pression régnant dans le cylindre. Par le mot -gaz. on entend ici à la fois lesgaz et vapeurs. Il en.résulte une succession d'échappements pulsatoires de gaz à haute pression passant à une vitesse élevée par le collecteur* tuyau ou dispositif d'échappement.
A l'arrivée du gaz à l'atmosphères, il acquiert probablement une impulsion de vitesse supplémen- taire en raison de l'expansion, et il en résulte un son per- çant, la vitesse est d'autant plua grande et le son d'au- tant plus perçant que la différence de pression entre la pul- sation de gaz et l'atmosphère est plus grande.. Pour suppri- mer les bruits d'échappement, il faut que le silencieux sup- prime les pointes de pression et égalise ainsi le courant des pulsations de gaz d'échappement jusqu'au point oÙ un son ces- se d'être créé. De plus,. on a trouvé qu'il importe de suppri- mer le son communiqué au silencieux ou engendré dans le silen- cieux.
Les silencieux actuels réalisent le résultat désiré par l'un quelconque ou plusieurs des procédés, suivants: En refroidissant les gaz d'échappement et diminuant leur volume; en permettant à ces gaz de se détendre et de diminuer de pres- sion pendant qu'ils sont confinés; en créant de& courants tourbillonnants et un frottement interne entre les gaz entre eux et avec les parois et conduits internes du silencieux; et en faisant obstacle à l'avancement des gaz par l'interposi- tion de chicanes.
Le silencieux typique actuellement en usa- courant est une douille métallique montée sur l'appareil d'échappement d'un moteur et pouvant préaenter un ou plusieurs des éléments. suivants: Une chambre d'expansion et de mélange
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suivie d'un petit orifice d'échappement; un conduit tortueux; une série d'obstacles ou chicanas disposés dans le conduit; une enveloppe dans laquelle on fait ,circuler un agent réfri- gérant.
Le silencieux, à enveloppe de refroidissement ne peut recevoir que des applications limitées. La. chambre. d'expansion seule ne donne pas satisfaction parce qu'elle se rapproche de.l'état de l'atmosphère et qu'un son est créé à l'intérieur de cette chambre, Les types comprenant des chemins tortueux. des obstacles et des chicanes retardent l'écoulement du gaz et, par cela même, créent une contre pression à l'intérieur du silencieux et diminuent le rende- ment du mateur. Il existe un silencieux qui seconde réelle- ment le balayage du cylindre. mais son application est limi- tée à des types spéciaux de moteurs à vitesse constante connue,.
L'invention a pour objet un silencieux qui est applicable pratiquement à tous les types usuels de moteurs à explosion et de machines à vapeur. aux armes à feu et aux dispositifs, d'admission et d'échappement d'air, par exemple des compresseurs d'air.
L'invention a en outre pour objet un silencieux présentant un ou plusieurs des avantages suivants: Il ne crée pas une contre pression suffisante pour diminuer d'une façon appréciable le rendement du moteur; il supprime lesbruits d'explosion d'une façon plus efficace que les silencieux employés: actuellement; sa construction est plus simple que celle des silencieux actuels.
D'autres buta et avantages de l'invention seront mis en évidence au cours de la description donnée ci-après en se référant aux dessins annexés dans lesquels:
Fig.1 est une coupe longitudinale d'un mode de réalisation de l'invention.
Fig.2 est une coupe transversale suivant 2-2 (fig.
1).
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Fig. 3 est une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation.
Fig. 4 est une coupe longitudinale d'un. autre mode de réalisation.
Fig. 5 est une vue en bout de fige 4.
Fig. 6 est une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation.
Fig. 7 est une coupe tranaversale suivant 7-7 (fig. 6).
Figs.8, 9 et 10 représentent en coupe longitudi- ne,le trois autres modes de réalisation, Fig. 11 est une coupe transversale suivant 11-11 (fig. 10) .
Fig. 12 et 13 sont des diagrammes représentant l'effet du silencieux sur des gaz d'échappement.
Dans la construction de silencieux pour moteurs à combustion interne représentée dans lea figs. 1 et 2, un cylindre externe 1 fait de métal en feuille et convenablement fixé par ses extrémités à des plateaux métalliques annulaires 5 et 6 enveloppe un espace annulaire intermédiaire 2 garni d'une matière poreuse absorbant les sana. laquelle matière appelée ci-après "absorbant acoustique.. peut être une fibre minérale, de la mousse d'acier, de cuivre ou d'un autre métal ou mélanges de métaux ou toute matière ininflammable et po- reuse absorbant les sons, par exemple des matières minérales broyées et triées à la même grosseur,, le mica, la vermiculite exfoliée telle que la zonolite, le laitier soufflé, le coke,
la pierre ponce ou d'autres agrégats ou.mélangea d'agrégats poreux de ce genre. Pour supprimer le bruit dea gaz de souf- filage, les bruits d'admission et d'échappement dea compres- seurs d'air et les bruita produits par des gaz à la tempé- rature ambiante, on peut faire usage d'absorbants acoustiques. inflammablea, comme par exemple de laine, de coton au d'autres
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fibres cellulosiques.
Etant donné Que toute matière qui ne réfléchit pas les sons d'une' façon parfaite les absorbe dans une certaine mesure, il serait bon de définir ce qu'on entend ici par "matière absorbant les- sons" ou "absorbant acoustique", Dans toutes les dosages acoustiques, le son transmis par une fenê- tre ouverte est employé comme étalon de comparaison. Le rap- port entre le .son. absorbé,, par unité de surface d'une matière et celui 'transmis par unité de surface d'une fenêtre ouverte est appelé. "coefficient d'absorption de cette matière". Si une matière possédant un mètre carré de surface absorbe le quart du son transmis par un mètre carré de fentre ouverte, on dit que* le coefficient d'absorption de cette matière est de. 25 %.
Dans. la présente description, chaque fois qu'on emploiera.. le terme "coefficient d'absorption des sons" au sujet d'une matière ou construction absorbante dans un silen- cieux, cela. s'entendra pour le coefficient obtenu de la ma- nière usuelle en mesurant l'absorption d'une telle matière ou construction à l'aide de tampons plats et organes analo- gues faits d'une matière (ou construction) identiques. Oeci est nécessaire parce qu'il est très difficile, sinon impossi- ble, de trouver le coefficient après le montage du silencieux.
Dans les. silencieux suivant l'invention, à mesure que le coef- ficient d'absorption des sons de l'absorbant acoustique dimi- nue, il faut augmenter les dimensions du silencieux, et un absorbant dont le coefficient ne dépasserait pas la $ exige.. rait probablement un silencieux de grandes dimensions. Par suite, dana la présente description, on n'envisage comme absor- banta acoustiques que des matières dont le coefficient d'ab- sorption est au moins de 10 % à 1024 vibrations doubles par seconde. Dans la description qui suit, tous les coefficients d'absorption sont basés sur 1024 vibrations doubles par secon- de.
Pour-la. plupart des applications, un excellent silencieux
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pourra être établi avec une matière ayant un coefficient d'absorption de 25 % ou davantage, Si l'on veut obtenir des résultats supérieurs., il sera préférable d'employer une ma- tière dont le coefficient d'absorption eat aupérieur à 45 %.
En vue des meilleurs résultats, l'absorbant acoustique devra posséder une épaisseur appréaiablo, Cette épaisseur devra être supérieure à 6 millimètres et'il est préférable qu'elle soit supérieure à 12 millimètres. Comme fibre minérale,. on envisage l'application de laine naturelle ou minérale, d'a- miante en fibres ou de toute autre matière minérale de la même nature générale.
Un cylindre interne, 1 en matière rigide- ajourée telle que la tôle perforée constitue un conduit central recti- ligne ouvert et inobstrué 4 s'étendant d'une extrémité à l'autre du silencieux. Le plateau ou disque 5 peut présenter une ouverture centrale taraudée pour recevoir le tuyau 7 qui admet les az d'échappement à l'intérieur du silencieux. Il est usuel, dans les silencieux pour automobiles, de prévoir un joint à glissement permettant au tuyau 7 de ae mouvoir librement dans le disque et cette construction peut être substituée au pas de vis représenta, Les flèches indiquent la direction du courant de gaz. Les gaz s'échappent finale- ment par le tuyau 9monté dans une ouverture à du disque 6.
Ainsi qu'il a été. expliqué précédemment. une série de pointes de gaz sous pression s'échappant à une vitesse' élevée du tuyau 7. Ces pointes tendent à se détendre dans toutes les directions, Le gaz et les ondea de pression pas- sent librement à travers le cylindre ajouré ou perforé 1 et pénètrent dans l'espace annulaire 2. La propriété que possè- de la tôle perforée de permettre au gaz et au son d'être transmis librement à travers elle et ses antres- avantagea font qu'elle constitue le matériau perforé préféré, pour un dispositif de ce genre, Les dimensions et formes des perfo-
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rations peuvent varier. Les trous circulaires sont préféra- bles, en vue de diminuer le prix de revient.
Le diamètre de ces troua peut avantageusement être compris entre 1,8 et
5,2 millimètres environ, mais l'invention n'est pas limitée à ces dimensions. Pour la plupart des applications, les trous seront distribués uniformément en tous les points de la sur- face de la. tôle, mais cette distribution uniforme n'est pas indispensable. On. pourra prévoir un nombre de trous suffi- sant pour que leur surface totale constitue jusqu'à 35 % de la surface du métal quoique de bons résultats puissent être obtenus avec des trous dont la surface constitue une propor- tion aussi faible que 1% de cette surface. La forme,,les dimensions et la distribution des trous sont des facteurs qui toua ont une influence sur la facilité avec laquelle les gaz. et le son traversent le métal en feuille.
Les trous doi- vent être assez petits pour éviter que l'absorbant acousti- que ne finisse par les traverser au cours de l'utilisation du silencieux. D'excellents résultats sont obtenus lorsque le rappart entre la partie pleine et la partie perforée de la tale de revêtement est tel qu'une surface sensiblement conti- nue est offerte aux ondes acoustiques et aux ondes de pres- sion du gaz, En pareils cas, les dimensions moyennes des ou- vertures individuelles seront usuellement inférieures à la distance qui sépare les bords desdites ouvertures.
Des es- saia ont démontré qu'un silencieux contenant un absorbant a- coustique revêtu d'une tôle perforée rigide dont la surface perforée est si faible qu'elle ne dépasse pas 25 de la sur- face du. métal et dont les trous ont 2 millimètres environ de diamètre absorbe autant de son et possède un rendement d'as- sourdissement aussi grand qu'un silencieux analogue non revê- tu de@ tôle perforée.
L'absorbant fibreux comprend des fibres, ininflamma- bles. distribuées d'une façon hétérogène de façon à constituer
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de très petits interstices, pores ou cellule de dimensions et distribution plus ou moins uniformes.. L'absorbant est comprimé assez faiblement pour que lea fibres. réelles n'occu- pent usuellement qu'un faible pourcentage ne dépassant pas 20% de l'espace annulaire 2, de sorte que 80 % au. moins de cet espace sont libres. Le poids des fibres. faiblement comprimées varie bien entendu selon leurs, propriétés, physi- ques.
Si elles sont trop libres, ellea aont sujettes à se tasser,sous l'influence des secousses,, et à se transformer en une masse plus compacte après une certaine période de ser- vice du silencieux, et si elles sont trop serrées, l'absorp- tion de la pression du gaz et des aona est moindre, ce qui diminue l'efficacité de l'appareil. L'absorbant est soumis à des cnocs et des vibrations violenta sous l'action oscil- lante des gaz d'échappement et il ne faut paa quil soit su- jet à se désagréger dans ces conditions.
La partie garnie du silencieux constitue donc une capacité d'expansion pour les pointes de pression, et la pression maximum de la pulsation de gaz diminue comme résultat de l'expansion, l'onde de pres- sion étant plus longue et son intensité plus faible, Les traits pleins de fige 12 sont une représentation schématique hypothétique de plusieurs impulsions de gaz-pénétrant dans le silencieux, et les traits pointillés de cette figure sont une représentation analogue des mêmes pulsations après que l'ex- pansion a eu lieu. La caractéristique de l'onde de pression s'est aplatie. Un second phénomène a lieu. aussi dans l'es- pace annulaire 2 pour aplatir encore cette caractéristique.
Le gaz animé d'un mouvement rapide pénètre dans la chambre an- nulaire sous forme d'une succession de compressions et raré- factions rapides, Les compressions sont supprimées et òn- dues ensemble par l'effet d'étranglement des parois des petits pores ou cellules, ce qui a pour effet de diminuer les raré-
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àctions intermédiaires.. Fig. 13 montre par des traits pleins la caractéristique d'onde de pression correspondant à, la cour- be en pointillé de fig. 12. Les lignes pointillées de fig.
13 représentent la caractéristique de l'onde de pression a- près. que le gaz a subi l'action d'étranglement de l'absorbant poreux, La matière poreuse n'offre pratiquement aucune ré- sistance à l'écoulement assez régulier du courant de gaz à travers. le conduit rectiligne et inobstrué 4, et cette ma- tière. surtout- ai le conduit 9 est fait de tôle perforée lisse, facilite 1'écoulement° d'OÙ- il résulte qu'aucune ré- sistance n'est pratiquement offerte à cet écoulement et que la contre preasion créée est très faible sinon nulle&
Un certain bruit est créé à l'extrémité du tuyau 7 ainsi. qu'iL a été expliqué précédemment au sujet des chambres d'exepansion.
(le bruit est supprimé ou diminué par l'absorbant acoustiques Il n'est pas projeté dans la direction longitudi- nale du. conduit!, étant donné que les sons ne se propagent pas dans une direction unique à la façon de rayons, Les sons ae propagent également dans toutes les directions, à moins qu'ils ne rencontrent des surfaces réfléchissantes. Le cylindre perforé 3 permet au susdit son de passer librement travers lui, et ce son est ensuite absorbé par la matière que renforme l'espace annulaire 2.
Comme la profondeur à laquelle les gaz pénètrent @ dans la matière que renferme la capacité dépend de la. pres- sion,, une pénétration plus grande devrait se produire à l'ex- trémité adjacente au tuyau 7. Pour cette raison, on peut don- ner au. silencieux la forme représentée dans la fig. 3, dans laquelle la. capacité annulaire L possède une section plus grande à. l'extrémité d'admission des gaz.
Une autre construction de silencieux qu'on a trouvé être très efficace est représentée par les figs. 4 et 50 Une botte métallique 10, qui peut être d'une seule pièce mais qui
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est préférablement composée de deux pièces assemblées par un pas de vis au milieu de la. boîte, présente latéralement une ouverture taraudée près d'une de ses extrémités, pour rece- voir tangentiellement le tuyau d'échappement 11. Une partie 12 de l'intérieur de la boite, près de l'ouverture d'entrée, ne contient pas d'absorbant. Un disque est fixé à l'in- térieur de la boite 10. Le tube de tôle perforée 14 peut être fixé par ses extrémités au disque 13 et à la botte 10, respectivement.
Le tube 14 limite la capacité annulaire 15 qui contient l'absorbant à un état faiblement comprimé, Le tuyau 16 peut être vissé ou autrement monté dans l'extré- mité d'échappement de la botte 10.
Les gaz d'échappement pénètrent par le tuyau tan- gentiel 11 dans la- chambre d'expansion puis passent par le tube 14 et le tuyau 16. L'expansion des gaz d'échappement a lieu dans la chambre 12 et effectue une diminution consi- dérable ae l'amplitude et de l'acuité des- pointes de pression.
Un bruit appréciable est certainement crié dans la. chambre 12 en raison de l'expansion du gaz, ce bruit étant supprimé ou diminué par l'absorbant acoustique que renferme la capa- cité annulaire 15. Ainsi qu'il a été dit précédemment, les pointes de pression subissent une nouvelle diminution comme résultat de l'expansion, qui a lieu dana L'absorbant acousti- que. La disposition tangentielle du tuyau.d'admission 11 semole être avantageuse, mais on pourrait aussi faire;pénétrer les gaz.par une ouverture axiale il*, représentée par des traits mixtes.
Fib. 6 et 7 représentent un autre mode de réalisa- tion de l'invention. Une botte cylindrique externe 17 est fixée à des disques 18 et 19 qui présentent des. ouvertures filetées recevant les tuyaux d'échappement et d'admission 20, 21, respectivemment. 22 désigne une botte perforée interne, qui peut être composée de sections fixées les, unes aux au-
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très par'des. rebords ou.nervures destites sections.. comme représentai dans la fig. 7, les rebords reposant sur la sur- face interne de l'enveloppe ou boite externe 17 et maintenant la batte 22 en place, La boîte 22 renferme l'absorbant ininflammable faiblement comprimé de la façon précédemment décrite,, les gaz passent sans obstruction à travers le conduit annulaire.
Le noyau central absorbant de fige 6 peut être subatitué à l'anneau absorbant de fige 4 et donne d'excellents résultats en combinaison avec la chambre d'ex- panaion à admission tangentielle.
Fig. 8 représente un autre mode de réalisation basé sur le principe de la chambre d'expansion ouverte. Une enveloppe cylindrique externe 23 est reliée à des plateaux de fermeture extrêmes 24 et 25 qui peuvent être taraudés pour recevoir des tuyaux d'échappement et d'admission 26 et 27. A l'intérieur et suivant l'axe de l'enveloppe 23 est fixée une botte conique 28 en tôle perforée ou matière équivalente dont la grande basa est voisine de l'extrémité d'entrée de gaz du silencieux. L'espace annulaire 29 compris entre le cône 28 et l'enveloppe externe est rempli de l'absorbant acoustique.
Les gaz admis peuvent se détendre librement dans une grande capacité, ouverte et rencontrent des quantités croissantes de l'absorbant dans lequel une nouvelle détente s'effectue pendant que les gaz continuent leur chemin vers l'ouverture d'échap- pement.. Si différente que paraisse cette construction de celle de fig. 3. les deux constructions sont basées sur le même principe. Un espace plus rand serait offert aux gaz admis au silencieux de fig. 3 en élargissant le silencieux à l'extrémité d'admission, tandis qu'on obtiendrait un espace plus grand-dans, le dispositif de fige 8 en donnant au silen- cieux les mêmes dimensions d'un bout à l'autre de sa longueur mais en retirant de l'extrémité d'entrée du gaz une partie encombrante de l'absorbant.
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Fig. 9 représente un autre mode de:réalisation qui combine les caractéristiques des figs.1 et 6. Une envelop- pe cylindrique métallique externe présente une ouverture 31 à l'une de ses extrémités et est reliée, à son autre ex- trémité, à un disque de fermeture extrême 32, qui peut présen- ter une ouverture taraudée pour recevoir le tuyau d'admission 33. Le cylindre externe 30 renferme un cylindre interne 34 en tôle perforée placé à un certain écartement et suivant l'axe du cylindre externe. La capacité d'expansion annulaire 35 est remplie d'un absorbant acoustique faiblement comprimé.
Au centre du cylindre interne 34 est disposé un noyau cylin- drique 36 en tôle perforée qui peut posséder une extrémité conique comme représenté et qui est aussi rempli d'absorbant 37. Le gaz pénètre et se détend dans la capacité 38, puis se rend par le canal annulaire 39, garni de chaque côté d'ab- sorbant acoustique, a l'ouverture d'échappement 31 qui peut déboucher directement à l'atmosphère ou communiquer avec un tuyau d'échappement. L'efficacité de ce silencieux est éle- vée eu égard à l'espace qu'il occupe,, et ce modèle convient particulièrementlorsqu'on a besoin d'un silencieux efficace n'occupant qu'un faible espace comme dana les. moteurs exté- rieurs pour canots automobiles.
Figs. 10 et 11 représentent un autre mode de réali- sation. Une enveloppe de tôle externe 12 est soudée, rive- tée ou autrement fixée à des. plateaux métalliques extrêmes 41 et 42, qui peuvent être rectangulaires, et présentent des ouverture taraudées pour recevoir des tuyaux d'échappement et d'admission 43,44, respectivement. L'enveloppe 40 ren- ferme une série de boîtes de tôle perforée 45 qui sont dis- Posées parallèlement et à un certain, écartement les unes des autres et remplies d'un absorbant accoustique faiblement com- primé. Ce silencieux possède aussi un rendement élevé eu égard à. l'espace qu'il occupe et confient particulièrement
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@ pour les moteurs extérieurs de canots automobiles et les mo- teurs analogues.
Des tôles perforées 46 peuvent être espacées appro- ximativement de l'épaisseur d'une des boîtes 45 à partir des cotés. de l'enveloppe externe 40, et l'espace 47 qui les sépare peut être rempli d'absorbante Les conduits intermédiaires 48 permettent aux gaz de traverser le silencieux.
Dea essais effectués avec des silencieux du type de fig. 1 ont donné des résultats surprenants, En maintenant constantes la.longueur du silencieux et l'épaisseur de la couche d'absorbant près de l'intérieur de l'enveloppe externe, on a trouvé que le fait de diminuer le diamètre du silencieux entre des limites raisonnables ne change pas d'une façon ap- préciable l'intensité finale (mesurée à l'aide d'un acousti- mètre) du son qui émane du'silencieux lorsque celui-ci est mon- té de la manière ordinaire sur l'appareil d'échappement d'un moteur à combustion interne.
Par contre, lorsque les bruits d-'échappement non assourdis furent séparés acoustiquement des gaz et conduits au. silencieux par un tuyau d'admission analo- gue à celui employé dans les essais antérieurs. on constata que l'intensité du son émanant du silencieux variait avec le diamètre du ailencieux,. Ceci fait ressortir le fait que si un silencieux de petit diamètre ne permet pas beaucoup d'ex- pansion et n'agit pas aussi efficacement sur les pulsations de gaz* il agit plus efficacement sur le bruit créé intérieu- rement et les assourdit finalement d'une façon égale ou supé- rieure à celle du dispositif plus volumineux qui permet au gaz de se détendre davantage et agit ainsi plus efficacement sur lui mais agit moins efficacement sur les bruits créés in- térieurement.
On n'a représenté et décrit qu'un petit nombre de modes de- réaiiaation. simples. mais il est bien entendu que l'invention est susceptible de recevoir de nombreux autres
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modes de réalisation basés sur le principe essentiel consis- tant à disposer un silencieux muni d'une matière absorbant la pression de gaz et les sons près du ch@min des gaz d.'échap- pement. Par exemple, on pourrait disposer un conduit courbe à l'intérieur du présent silencieux, les bottes internes pourraient être constituées par un treillis métallique ou par toute autre matière ajourée convenable., et la forme géné- rale du dispositif n'est pas nécessairement cylindrique.
Cette forme en section transversale pourrait être circulaire, rectangulaire, elliptique, etc. et le mode d'assemblage des éléments peut différer considérablement de celui précédem- ment décrit. Le présent silencieux est essentiellement cons- titué par un conduit garni d'une matière qui absorbe la pres- sion d'un gaz et les sons.. Il peut consister en une garniture fibreuse absorbant la pression d'un gaz et les sons en com- binaison avec une section ajourée ou perforée de tuyau d'é- chappement de moteur ou avec un conduit quelconque dans le- quel passent des gaz- produisant des bruits..
Dana le cas de gaz bruyants non pulsato ires du genre de ceuxqui intervien- nent dans l'admission des compresseurs d'air,. la diminution des pointes de pression n'intervient pas, ruelle que soit la forme donnée au- dispositif, il convient que la section transversale du conduit d'échappement soit assez grande pour ne pas créer de contre pression appré- ciable.
Un grand nombre de silencieux actuels secondent l'action d'assourdissement en rétrécissant considérablement la section transversale du conduit d'échappement de gaz, mais ceci entraîne nécessairement le développement d'une contre pression.. quoique la littérature n'offre guère de renseigne- ments relatifs à la production du bruit par les moteurs à combustion interne, la. demanderesse pense que les hypothèses et explications données précédemment sur la point de savoir
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somment le présent appareil effectue la suppression ou diminu- tion des bruits d'échappement ou d'explosion sont exactes.
celles que soient les théories, et explications, le fait reste que, bien qu'un chemin sensiblement rectiligne et inobs- trué soit offert aux gaz d'échappement, ceux-ci et leurs bruita subissent sur ce chemin des modifications qui ont comme résultat que les gaz émergent presque,, sinon complète- ment= sana bruit.
Des silencieux qui sont considérés comme satisfai- sants et employés par des constructeurs d'automobiles accu- sent. à l'acoustimètre, un rendement d'assourdissement total de 55% au moins lorsque les moteurs à combustion interne pour lesquels ces silencieux ont été construits tournent à pleine charge. Un silencieux de moteur d'automobile dont le rendement d'assourdissement à pleine charge est de 75 % est exceptionnels Bien que le rendement d'assourdissement de silencieux satisfaisants pour automobiles ne soit que de 55 % à pleine charge, il faut reconnattre que, dans les villes où il convient que ce rendement soit élevé, les moteurs d'au- tomobils ne travaillent pour ainsi dire jamais à pleine char- ge.
Aux faibles charges qui caractérisent la conduite en ville; le rendement peut dépasser 95 %. Même en pleine cam- pagne où des vitesses élevées peuvent être atteintes., les mo- teurs d'automobile sont rarement soumis à la pleine charge.
Par contre. les moteurs des canots automobiles, et spéciale- ment les moteurs extérieurs, travaillent très souvent à plei- ne charge, de sorte que si ces moteurs ne possèdent pas un rendement d'assourdissement éleva,, c'est-à-dire supérieur à 95%, leur bruit d'échappement est excessif. Ce bruit s'en- . tend. sur de grandes distances au-dessus de l'eau et constitue par conséquent un inconvénient* Quoiqu'il semble peu efficace, le silencieux ordinaire pour moteurs extérieurs possède un rendement de 75 à 90% aux dépens d'une certaine quantité
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d'énergie due. à la contre pression. Les moteurs: à combustion interne fixes et d'autres moteurs qui travaillent à une char- ga élevée doivent usuellement être munis de silencieux possé- dant un rendement élevé.
On détermine le rendement du. silencieux en mesurant le bruit produit par les gaz s'échappait à l'atmosphère, avec ou sans silencieux. Le rendement en pour-cent est le rapport de la, diminution que subit le son mesure, avec celui mesuré sans silencieux. Il est essentiel de déterminer le rendement du silencieux lorsque celui-ci eat employé avec le moteur pour lequel il a été établi, étant donné que les. dimensions, la forme, la quantité d'absorbant et d'autres facteurs va- ribles du silencieux sont déterminée pour les diverses di- mensions et types de moteurs.
Par l'application de l'invention de la façon préaé- demment décrite, il est possible de construire des silencieux de divers rendements compris entre 55% et une valeur nette- ment supérieure à 95% en modifiant la quantité et le type d'absorbant et en modifiant la construction de la façon pré- cédemment décrite. Des silencieux de ce genre peuvent être construit de façon qu'ils n'augmentant pratiquement pas la. contre pression exercée sur le moteur à pleine charge, abs- traction faite de celle due au frottement superficiel des parois du conduit, En outre, ces silencieux n'occupent qu'un faible espace, sont légers et de prix de revient beaucoup plus faiple que celui du silencieux actuel.
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, RETTO1FNEIViENTS TO THE MUFFLERS TOWER ENGINES A - * ".'-'-. -1lBUOX INTERNAL AND SIMILAR APPLICATIONS tt
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, j This invention a. With regard to the mufflers employed, by reducing the noise resulting from the exhaust gas and more particularly to the mufflers employed to reduce, t. 'f .. "e Ç1tt' ujprimer the noise produced by the pulsating exhaust of;" p 'emanates for example in internal combustion engines,' "'v'-' 'My construction of the silencer according to the invention, H .Ff, ^ "- # ¯'iz .Y ', Y; ae"': '. D1 & tinu.e very clearly from that of the applied silencers;, "1 / J' ,; i; 'i {' '' '' .t, ", 'tf r è; day.
:: << - .¯ .:,. .not; y Our, :::! '! 1 ") It explodes 10tl which produces in cylinder of µ.: -'% explosion which occurs in cylinder of z ': /:' ': 1 ;; èf ., -} ', "
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internal combustion engine creates enormous pressure in this cylinder. The water vapor contained in the cylinder of a steam engine is also subjected to a very high pressure. When the exhaust port is opened, gas escapes at a high speed, which very quickly decreases the pressure in the cylinder. By the word -gaz. here we mean both gases and vapors. This results in a succession of pulsating exhausts of high pressure gas passing at high speed through the manifold * pipe or exhaust device.
On arrival of the gas to the atmosphere, it probably acquires an additional impulse of speed due to the expansion, and the result is a piercing sound, the speed is all the greater and the sound d 'the more piercing the greater the pressure difference between the gas pulse and the atmosphere. To suppress exhaust noises, the silencer must suppress pressure peaks and thus equalizes the flow of the exhaust gas pulses to the point where a sound ceases to be created. Furthermore,. we have found that it is important to suppress the sound communicated to the silencer or generated in the silencer.
Current silencers achieve the desired result by any one or more of the following methods: By cooling the exhaust gases and decreasing their volume; allowing these gases to expand and decrease in pressure while they are confined; by creating & swirling currents and internal friction between the gases between them and with the walls and internal ducts of the silencer; and by obstructing the advancement of the gases by the interposition of baffles.
The typical silencer currently in use is a metal bush mounted on the exhaust apparatus of an engine and may include one or more of the components. following: An expansion and mixing chamber
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followed by a small exhaust port; a tortuous duct; a series of obstacles or chicanas arranged in the duct; an envelope in which a cooling agent is circulated.
The silencer, with cooling jacket, can only be used in limited applications. Bedroom. expansion alone is not satisfying because it gets closer to the state of the atmosphere and sound is created inside that chamber, Types comprising tortuous paths. obstacles and baffles retard the flow of gas and thereby create back pressure inside the muffler and reduce the efficiency of the duster. There is a silencer which actually assists the cylinder sweeping. but its application is limited to special types of motors with known constant speed.
The object of the invention is a silencer which is applicable to practically all the usual types of internal combustion engines and steam engines. firearms and air intake and exhaust devices, for example air compressors.
A further subject of the invention is a silencer having one or more of the following advantages: It does not create sufficient back pressure to appreciably reduce the efficiency of the engine; it suppresses explosion noise in a more efficient way than the silencers used: currently; its construction is simpler than that of current silencers.
Other aims and advantages of the invention will be demonstrated during the description given below with reference to the accompanying drawings in which:
Fig.1 is a longitudinal section of an embodiment of the invention.
Fig.2 is a cross section along 2-2 (fig.
1).
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Fig. 3 is a longitudinal section of another embodiment.
Fig. 4 is a longitudinal section of a. another embodiment.
Fig. 5 is an end view of rod 4.
Fig. 6 is a longitudinal section of another embodiment.
Fig. 7 is a tranaversal section along 7-7 (fig. 6).
Figs. 8, 9 and 10 show in longitudinal section the other three embodiments, FIG. 11 is a cross section on 11-11 (fig. 10).
Fig. 12 and 13 are diagrams showing the effect of the silencer on exhaust gases.
In the construction of silencers for internal combustion engines shown in figs. 1 and 2, an outer cylinder 1 made of sheet metal and suitably fixed at its ends to annular metal plates 5 and 6 envelops an intermediate annular space 2 lined with a porous material absorbing the sana. which material hereinafter referred to as "sound absorber .. may be mineral fiber, foam of steel, copper or another metal or mixtures of metals or any non-flammable and porous sound-absorbing material, for example mineral materials crushed and sorted to the same size, mica, exfoliated vermiculite such as zonolite, blown slag, coke,
pumice or other aggregates or such porous aggregates. To suppress the noise of blowing gases, the intake and exhaust noise of air compressors and the noise produced by gases at room temperature, use can be made of sound absorbers. flammable, such as wool, cotton or other
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cellulosic fibers.
Since any material which does not reflect sound perfectly absorbs sound to some extent, it would be useful to define what is meant here by "sound-absorbing material" or "sound-absorbent". In all acoustic determinations, the sound transmitted through an open window is used as a benchmark. The relationship between the .son. absorbed, per unit area of a material and that 'transmitted per unit area of an open window is called. "absorption coefficient of this material". If a material having a square meter of surface absorbs a quarter of the sound transmitted by a square meter of open window, we say that * the absorption coefficient of this material is. 25%.
In. In the present specification, whenever the term "sound absorption coefficient" is used in connection with an absorbent material or construction in a silencer, this is done. shall be understood as the coefficient obtained in the usual manner by measuring the absorption of such a material or construction with the aid of flat plugs and similar members made of an identical material (or construction). This is necessary because it is very difficult, if not impossible, to find the coefficient after mounting the silencer.
In the. silencer according to the invention, as the sound absorption coefficient of the sound absorber decreases, the dimensions of the silencer must be increased, and an absorber whose coefficient does not exceed the $ required. probably a large silencer. Therefore, in the present description, only materials whose absorption coefficient is at least 10% at 1024 double vibrations per second are considered as acoustic absorbers. In the following description, all absorption coefficients are based on 1024 double vibrations per second.
For the. most applications, an excellent silencer
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can be made with a material having an absorption coefficient of 25% or more. If better results are to be obtained, it will be preferable to use a material with an absorption coefficient greater than 45%. .
In view of the best results, the sound absorber should have an appropriate thickness. This thickness should be greater than 6 millimeters and it is preferable that it be greater than 12 millimeters. As mineral fiber ,. consideration is given to the application of natural or mineral wool, starter fibers or any other mineral material of the same general nature.
An internal cylinder, 1 of rigid-perforated material such as the perforated sheet constitutes an open and unobstructed rectilinear central duct 4 extending from one end of the silencer to the other. The plate or disc 5 may have a threaded central opening to receive the pipe 7 which admits the exhaust air inside the silencer. It is customary, in automobile mufflers, to provide a sliding joint allowing the pipe 7 to move freely in the disc and this construction can be substituted for the thread shown. The arrows indicate the direction of the gas flow. The gases finally escape through the pipe 9 mounted in an opening in the disc 6.
As it was. explained previously. a series of spikes of pressurized gas escaping at high velocity from the pipe 7. These spikes tend to expand in all directions. The gas and the pressure waves pass freely through the perforated or perforated cylinder 1 and penetrate the annular space 2. The property of the perforated sheet of allowing gas and sound to be freely transmitted through it and its other advantages makes it the preferred perforated material for a long time. device of this kind, The dimensions and shapes of the
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rations may vary. Circular holes are preferable, in order to reduce the cost price.
The diameter of these holes can advantageously be between 1.8 and
About 5.2 millimeters, but the invention is not limited to these dimensions. For most applications, the holes will be evenly distributed at all points on the surface of the. sheet, but this uniform distribution is not essential. We. may provide a number of holes sufficient for their total surface to constitute up to 35% of the surface of the metal, although good results can be obtained with holes whose surface area constitutes as little as 1% of this area. The shape, size and distribution of the holes are all factors which influence the ease with which gases are released. and sound pass through the sheet metal.
The holes should be small enough to prevent the sound absorber from passing through them during use of the silencer. Excellent results are obtained when the distance between the solid part and the perforated part of the coating plate is such that a substantially continuous surface is offered to the acoustic waves and to the pressure waves of the gas. , the average dimensions of the individual openings will usually be less than the distance between the edges of said openings.
Tests have shown that a silencer containing an acoustic absorber coated with a rigid perforated sheet having a perforated surface so small that it does not protrude from the surface of the. metal, the holes of which are about 2 millimeters in diameter, absorbs as much sound and has a damping efficiency as great as a similar silencer not covered with perforated sheet metal.
The fibrous absorbent comprises fibers, which are non-flammable. distributed in a heterogeneous way so as to constitute
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very small interstices, pores or cells of more or less uniform size and distribution. The absorbent is compressed weakly enough that the fibers. usually only a small percentage not exceeding 20% of the annular space 2, so that 80% au. less of this space is free. The weight of the fibers. weakly compressed, of course, varies according to their physical properties.
If they are too free, they are liable to settle down, under the influence of the tremors, and to transform into a more compact mass after a certain period of service of the silencer, and if they are too tight, the The absorption of gas pressure and aona is lower, which decreases the efficiency of the device. The absorbent is subjected to cnocs and violent vibrations under the oscillating action of the exhaust gases and it must not be liable to disintegrate under these conditions.
The filled part of the silencer therefore constitutes an expansion capacity for pressure peaks, and the maximum pressure of the gas pulsation decreases as a result of the expansion, the pressure wave being longer and its intensity lower. The solid lines of solid 12 are a hypothetical schematic representation of several pulses of gas entering the silencer, and the dotted lines in this figure are an analogous representation of the same pulses after the expansion has taken place. The characteristic of the pressure wave flattened. A second phenomenon takes place. also in the annular space 2 to further flatten this feature.
The gas animated by a rapid movement enters the annular chamber in the form of a succession of rapid compressions and rarefactions, The compressions are suppressed and òn- caused together by the constricting effect of the walls of the small pores or cells, which has the effect of reducing the rare
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intermediate functions .. Fig. 13 shows by solid lines the pressure wave characteristic corresponding to the dotted curve of FIG. 12. The dotted lines of fig.
13 represent the characteristic of the near pressure wave. that the gas has undergone the throttling action of the porous absorbent. The porous material offers virtually no resistance to the fairly smooth flow of the gas stream therethrough. the rectilinear and unobstructed duct 4, and this matter. above all- the conduit 9 is made of smooth perforated sheet, facilitates the flow ° hence- it results that no resistance is practically offered to this flow and that the counter preasion created is very low if not zero &
Some noise is created at the end of pipe 7 as well. that it was explained previously about expansion chambers.
(the noise is suppressed or reduced by the acoustic absorber It is not projected in the longitudinal direction of the. duct !, since the sounds do not propagate in a single direction like rays, The sounds ae also propagate in all directions, unless they meet reflective surfaces The perforated cylinder 3 allows the aforesaid sound to pass freely through it, and this sound is then absorbed by the material formed by the annular space 2.
As the depth at which gases penetrate @ into the matter contained in the capacitor depends on the. pressure, greater penetration should occur at the end adjacent to pipe 7. For this reason, the. silencer the form shown in fig. 3, in which the. annular capacity L has a section greater than. the gas inlet end.
Another silencer construction which has been found to be very effective is shown in Figs. 4 and 50 A metal boot 10, which may be in one piece but which
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is preferably composed of two parts assembled by a thread in the middle of the. box, laterally has a threaded opening near one of its ends, to tangentially receive the exhaust pipe 11. A part 12 of the interior of the box, near the inlet opening, does not contain absorbent. A disc is attached to the interior of the box 10. The perforated sheet tube 14 may be attached at its ends to the disc 13 and to the boot 10, respectively.
Tube 14 limits the annular capacity 15 which contains the absorbent to a weakly compressed state. Tube 16 may be screwed or otherwise fitted into the exhaust end of boot 10.
The exhaust gases enter through the tangential pipe 11 into the expansion chamber then pass through the tube 14 and the pipe 16. The expansion of the exhaust gases takes place in the chamber 12 and decreases considerably. - maple to the amplitude and acuity of pressure peaks.
An appreciable noise is certainly shouted in the. chamber 12 due to the expansion of the gas, this noise being suppressed or reduced by the sound absorber contained in the annular capacitor 15. As stated previously, the pressure peaks undergo a further reduction as a result expansion, which takes place in the sound absorber. The tangential arrangement of the intake pipe 11 semole be advantageous, but it would also be possible to make the gases enter through an axial opening 11 *, represented by phantom lines.
Fib. 6 and 7 show another embodiment of the invention. An outer cylindrical boot 17 is attached to discs 18 and 19 which have. threaded openings receiving the exhaust and intake pipes 20, 21, respectively. 22 denotes an internal perforated boot, which may be composed of sections attached to each other
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very par'des. edges or ribs of the sections .. as shown in fig. 7, the flanges resting on the inner surface of the outer casing or box 17 and holding the bat 22 in place. The box 22 contains the non-flammable absorbent weakly compressed in the manner previously described, the gases pass unobstructed through through the annular duct.
The rigid absorbent central core 6 can be substituted for the rigid absorbent ring 4 and gives excellent results in combination with the tangential inlet expansion chamber.
Fig. 8 shows another embodiment based on the principle of the open expansion chamber. An outer cylindrical casing 23 is connected to end closure plates 24 and 25 which can be threaded to receive exhaust and intake pipes 26 and 27. Inside and along the axis of the casing 23 is fixed a conical boot 28 of perforated sheet metal or equivalent material, the large base of which is close to the gas inlet end of the silencer. The annular space 29 between the cone 28 and the outer casing is filled with the sound absorber.
The admitted gases can expand freely into a large, open capacity and encounter increasing amounts of the absorbent in which a further expansion takes place as the gases continue their way to the exhaust opening. If different that this construction appears from that of fig. 3. both constructions are based on the same principle. A more rand space would be offered to the gases admitted to the silencer of fig. 3 by widening the silencer at the intake end, while a larger space would be obtained in the freezing device 8 by giving the silencer the same dimensions throughout its length but by removing a bulky part of the absorbent from the gas inlet end.
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Fig. 9 shows another embodiment which combines the characteristics of Figs. 1 and 6. An outer metallic cylindrical casing has an opening 31 at one of its ends and is connected, at its other end, to a end closure disc 32, which may have a threaded opening to receive the intake pipe 33. The outer cylinder 30 contains an inner cylinder 34 of perforated sheet placed at a certain distance and along the axis of the outer cylinder. The annular expansion capacity 35 is filled with a weakly compressed sound absorber.
In the center of the inner cylinder 34 is disposed a cylindrical core 36 of perforated sheet metal which may have a conical end as shown and which is also filled with absorbent 37. The gas enters and expands in the vessel 38, then passes through. the annular channel 39, lined on each side with sound absorber, has the exhaust opening 31 which can open directly to the atmosphere or communicate with an exhaust pipe. The efficiency of this silencer is high in view of the space it occupies, and this model is particularly suitable when there is a need for an efficient silencer that occupies only a small space like dana les. exterior motors for motor boats.
Figs. 10 and 11 represent another embodiment. An outer sheet metal casing 12 is welded, riveted or otherwise attached to. end metal plates 41 and 42, which may be rectangular, and have threaded openings for receiving exhaust and intake pipes 43,44, respectively. The casing 40 contains a series of perforated sheet boxes 45 which are arranged parallel and at a certain distance from each other and filled with a weakly compressed sound absorber. This silencer also has a high efficiency with regard to. the space it occupies and particularly entrusts
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@ for outboard motors of motor boats and similar motors.
Perforated sheets 46 may be spaced approximately the thickness of one of the boxes 45 from the sides. of the outer casing 40, and the space 47 which separates them can be filled with absorbent. The intermediate ducts 48 allow the gases to pass through the silencer.
Dea tests carried out with silencers of the type in fig. 1 gave surprising results. By keeping the length of the silencer and the thickness of the absorbent layer near the inside of the outer shell constant, it was found that decreasing the diameter of the silencer between reasonable limits does not appreciably change the final intensity (measured with an acoustimeter) of the sound which emanates from the silent when it is raised in the ordinary way to the exhaust system of an internal combustion engine.
On the other hand, when the unmuffled exhaust noises were acoustically separated from the gases and conducted to the. silenced by an inlet pipe similar to that used in previous tests. it was found that the intensity of the sound emanating from the silencer varied with the diameter of the silencer. This highlights the fact that while a small diameter silencer does not allow much expansion and does not act as effectively on the gas pulsations * it acts more effectively on the noise created internally and ultimately mutes them d equal to or better than the larger device which allows the gas to expand further and thus acts more effectively on it but acts less effectively on internally created noises.
Only a small number of embodiments have been shown and described. simple. but it is of course understood that the invention is capable of receiving many other
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Embodiments based on the essential principle of providing a silencer provided with a material absorbing gas pressure and sound near the exhaust gas path. For example, there could be a curved duct inside the present silencer, the internal boots could be made of a wire mesh or any other suitable perforated material., And the general shape of the device is not necessarily cylindrical. .
This cross-sectional shape could be circular, rectangular, elliptical, etc. and the method of assembling the elements may differ considerably from that previously described. The present silencer is essentially constituted by a duct lined with a material which absorbs the pressure of a gas and the sounds. It can consist of a fibrous lining absorbing the pressure of a gas and the sounds in com. - binaison with a perforated or perforated section of engine exhaust pipe or with any duct through which gases pass - producing noises ..
In the case of noisy non-pulsating gases of the kind which intervene in the intake of air compressors ,. there is no reduction in the pressure peaks, whatever the shape given to the device, the cross section of the exhaust duct should be large enough not to create appreciable back pressure.
A large number of current silencers assist the muffling action by considerably narrowing the cross section of the exhaust gas duct, but this necessarily results in the development of back pressure .. although the literature offers little information. ments relating to noise production by internal combustion engines, the. Applicant believes that the hypotheses and explanations given previously on the point of knowing
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How this device suppresses or reduces exhaust or explosion noises is accurate.
whatever the theories, and explanations, the fact remains that, although a substantially rectilinear and unobstructed path is offered to the exhaust gases, they and their noise undergo on this path modifications which have as a result that gas almost emerges, if not completely = soundless.
Mufflers which are considered satisfactory and used by vehicle manufacturers accuse. at the acoustimeter, a total muffling efficiency of at least 55% when the internal combustion engines for which these silencers have been built are running at full load. An Automobile Engine Muffler with Outstanding 75% Full Load Muffler Muffler Although the muffler performance of satisfactory automobile mufflers is only 55% at full load, it should be recognized that in In cities where this efficiency should be high, the auto- motive engines hardly ever work at full load.
The low loads that characterize city driving; the yield can exceed 95%. Even in the countryside where high speeds can be reached, automobile engines are seldom subjected to full load.
On the other hand. the motors of motor boats, and especially the outboard motors, very often work at full load, so that if these motors do not have a high muffling efficiency, that is to say greater than 95 %, their exhaust noise is excessive. This noise is-. tends. over great distances above water and therefore a disadvantage * Although it seems inefficient, the ordinary silencer for outboard motors has an efficiency of 75-90% at the expense of a certain amount
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due energy. against back pressure. Fixed internal combustion engines and other engines operating at a high load usually need to be fitted with high efficiency mufflers.
The yield of the. silencer by measuring the noise produced by gases escaping to the atmosphere, with or without silencer. The efficiency in percent is the ratio of the reduction undergone by the sound measured, with that measured without silencer. It is essential to determine the performance of the silencer when it is used with the engine for which it has been designed, since the. dimensions, shape, amount of absorbent and other variable factors of the silencer are determined for the various sizes and types of engines.
By applying the invention in the manner previously described, it is possible to construct silencers with various efficiencies ranging from 55% to a value significantly greater than 95% by varying the amount and type of absorbent. and modifying the construction in the manner previously described. Silencers of this kind can be constructed so that they hardly increase the. against pressure exerted on the engine at full load, abstracted from that due to the surface friction of the walls of the duct, In addition, these silencers occupy only a small space, are light and cost much more than that of the current silencer.