EP0243559B1 - Silencieux pour courant gazeux - Google Patents

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EP0243559B1
EP0243559B1 EP86401886A EP86401886A EP0243559B1 EP 0243559 B1 EP0243559 B1 EP 0243559B1 EP 86401886 A EP86401886 A EP 86401886A EP 86401886 A EP86401886 A EP 86401886A EP 0243559 B1 EP0243559 B1 EP 0243559B1
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EP
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envelope
sleeve
orifice
gas
chamber
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EP86401886A
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EP0243559A1 (fr
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Jean-Paul Boet
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Sa Andre Boet SA
Original Assignee
Sa Andre Boet SA
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/10—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling in combination with sound-absorbing materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/084—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling the exhaust gases flowing through the silencer two or more times longitudinally in opposite directions, e.g. using parallel or concentric tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2470/00—Structure or shape of exhaust gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/24—Concentric tubes or tubes being concentric to housing, e.g. telescopically assembled

Definitions

  • the present invention relates to silencers for gas streams comprising means for attenuating the noises caused by the expansion of the gases.
  • the latter consists mainly of a manifold connected to the engine and a silencer connected on the one hand, to this manifold and on the other hand, to an exhaust manifold.
  • the muffler and especially the silencer prevent gases from being released into the atmosphere with such physical criteria.
  • the muffler is the predominant element in which the gases relax and cool during their journey inside while maintaining an acceptable external noise level, despite the relaxation of these gases.
  • the known silencers consist of an elongated casing provided with an inlet orifice and a gas outlet orifice, which are respectively provided at its ends and to which are connected on the one hand, the manifold and on the other hand, the exhaust manifold.
  • One or more tubes, most often pierced with radial orifices, are arranged in the envelope and can also be surrounded by a fibrous coating thus lowering the noise level.
  • the path of the exhaust gases is nevertheless, substantially direct between the two ends of the casing, which affects the noise attenuation efficiency since it is transferred directly from the inlet to the outlet of the muffler.
  • the use of such mufflers reduces the power of the engine.
  • the object of the present invention is to optimize the expansion of gases in such silencers by maximizing the volume into which said gases open.
  • the silencer of the type described above is characterized in that the end of the gas intake manifold opens into said elongated casing at the level of said inlet orifice formed in said casing.
  • the end of said ferrule located in the chamber facing the inlet orifice may have a conical shape or the like.
  • the end of said ferrule located in the chamber facing the outlet orifice may have a conical shape or the like.
  • the envelope, the ferrule and the tubing are of the shape of revolution and are coaxial with one another.
  • the transverse partition dividing the shell into two adjacent chambers, is arranged in a plane perpendicular to the axis of said shell.
  • the two rooms can have an identical volume.
  • the ferrule comprises, at least in the first chamber facing the gas inlet orifice, a plurality of radial perforations.
  • a fibrous coating can be arranged at least in the chamber of said shell facing the gas inlet orifice.
  • the ends of said ferrule may also have a conical or similar shape.
  • the axis of the ferrule can be offset from the axis of the envelope.
  • a heat engine 1 of the internal combustion type to which is connected an exhaust 2 consisting mainly of a manifold 3 connected to the exhaust ports of the engine, a silencer 4 and an exhaust manifold 5.
  • the passage of the gas stream from the engine 1 takes place through the various elements mentioned in the exhaust pipe 2.
  • the silencer 4 for the gas stream according to the invention comprises a casing 7, of substantially elongated shape, provided with an orifice 8 for the entry of gases at a end 9 of the casing and a gas outlet orifice 10 at the other end 11 of the casing.
  • the gas inlet port 8 receives one end 12 of the manifold manifold 3 and the gas outlet port 10 receives one end 15 of the exhaust manifold 5.
  • the gas stream flowing in the silencer 4 is shown symbolically by arrows 16.
  • these expansion means consist on the one hand, by a ferrule 18 held against the internal wall 19 of the casing 7 by means of fixing lugs 20 and on the other hand, by the end 15 of the exhaust manifold 5.
  • the ferrule 18 comprises a transverse partition 23 which divides the interior volume of this ferrule into two adjacent chambers 24 and 25.
  • the chamber 24 is a view of the gas inlet orifice 8 while the chamber 25 is opposite the gas outlet orifice 10.
  • a communication passage 27 is formed between the outer wall 28 of the shell 18 and the inner wall 19 of the casing 7 thus allowing the transfer and evacuation of the gases from the chamber 24 receiving the gases from the manifold, at the chamber 25 in communication with the gas outlet pipe.
  • the length L of the ferrule 18 extends over most of the length L1 of the casing 7.
  • the ferrule 18 and the casing 7 are of the shape of revolution and are coaxial around an axis 30. Similarly, the end 12 of the manifold and the end 15 of the tubing exhaust 5 are coaxial with this axis 30.
  • the ferrule 18 also comprises in the first chamber 24, radial perforations 31 which have the purpose of reducing natural frequencies due to the coupling of the two adjacent chambers.
  • the expansion means according to the invention also consist of the end 15 of the exhaust pipe 5 arranged projecting in the chamber 25 of the shell so that the face 34 of said end 15 is opposite the partition 23
  • the arrangement of the end 15 in the chamber 25 then has an additional impedance against the gases before their ejection into the atmosphere.
  • a small part of the gases also passes through the radial perforations 31 formed in the first chamber 24 of the shell.
  • the gases 16 then propagate towards the partition 23, then orient themselves towards the exhaust pipe 5, where they rush in until they are ejected into the atmosphere.
  • the acoustic level reached by the gases being further lowered by virtue of the end 15 protruding in the second chamber 25 since the end 15 increases the gas output impedance.
  • the noise level obtained at the outlet of the exhaust manifold then gives particularly satisfactory results.
  • the silencer of the invention based on the acoustic coupling between two chambers defined by the shell, makes it possible to obtain a significant acoustic attenuation of the noise.
  • this silencer can be summarized by the fact that its transfer function is that of a low-pass filter with two degrees of freedom, that is to say that all frequencies above its cutoff frequency are strongly attenuated and the frequencies below it are weakly attenuated.
  • FIG. 3 illustrates an alternative embodiment for which the ends 35 and 36 of the shell 18 have been modified. They are presented in a conical shape.
  • Figure 4 illustrates an alternative embodiment ature for which the chamber 24 facing the orifice 8 of the gas inlet is covered with a fibrous coating 40 such as a mineral wool mattress.
  • a metal casing 41 pierced with orifices 42, maintains the fibrous coating 40 against the shell 18 and the partition 23. This treatment promotes the damping of the natural frequencies.
  • FIG. 5 illustrates an alternative embodiment, which consists in off-centering the shell 18 of the envelope 7.
  • the shell is integral with the envelope by means, for example, of a weld.
  • the new geometric axis 45 of the shell 18 is offset with respect to the axis 30 of the envelope.

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Description

  • La présente invention concerne les silencieux pour courant gazeux comportant des moyens d'atténuation des bruits provoqués par la détente des gaz.
  • Dans le cas des moteurs thermiques à combustion interne équipant les véhicules, les courants gazeux ou gaz d'échappement créés par la combustion d'un mélange air-carburant sont expulsés dans l'atmosphère à travers un pot d'échappement.
  • Ce dernier est constitué principalement d'un collecteur raccordé au moteur et d'un silencieux relié d'un part, à ce collecteur et d'autre part, à une tubulure d'échappement. Ces gaz sont évidemment dangereux puisqu'ils arrivent dans le collecteur à des températures élevées et des pressions notamment acoustiques importantes.
  • Le pot d'échappement et surtout le silencieux permettent d'éviter que les gaz soient rejetés dans l'atmosphère avec de tels critères physiques. Le silencieux constitue l'élément prépondérant dans lequel les gaz se détendent et se refroidissent durant leur parcours à l'intérieur en maintenant un niveau sonore extérieur acceptable, malgré la détente de ces gaz.
  • Les silencieux connus sont constitués d'une enveloppe allongée pourvue d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie des gaz, qui sont respectivement prévus à ses extrémités et sur lesquels se raccordent d'une part, le collecteur et d'autre part, la tubulure d'échappement. Un ou plusieurs tubes, le plus souvent percés d'orifices radiaux, sont disposés dans l'enveloppe et peuvent être entourés également d"un revêtement fibreux abaissant ainsi le niveau sonore. Le trajet des gaz d'échappement est malgré tout, sensiblement direct entre les deux extrémités de l'enveloppe, ce qui nuit à l'efficacité d'atténuation du bruit puisque celui-ci est transfére directment de l'entrée vers la sortie du silencieux. De plus, l'emploi de tels silencieux diminue la puissance du moteur.
  • Pour remédier à ces inconvénients, les brevets US-A-3 651 888 et FR-A-1 226 438 décrivent des silencieux pour courant gazeux du type comportant:
    • une enveloppe allongée aux extrémités de laquelle sont ménagés respectivement un orifice d'entrée auquel est raccordée une tubulure d'admission des gaz et, un orifice de sortie auquel est raccordée une tubulure d'échappement des gaz; et
    • des moyens de détente des gaz disposés à l'intérieur de ladite enveloppe et consititués par une virole comprenant une cloison transversale la partageant en deux chambres, l'une tournée vers l'orifice d'entrée de ladite enveloppe et l'autre tournée vers l'orifice de sortie de ladite enveloppe, ladite, virole ménageant un passage avec la paroi interne de ladite enveloppe et s'étendant sur la majeure partie de la longueur de ladite enveloppe.
  • Ainsi, de tels moyens de détente évitent le transfert direct des gaz de l'entrée vers la sortie du silencieux et permettent d'atténuer fortement le bruit.
  • La présente invention a pour objet d'optimiser la détente de gaz dans de tels silencieux en augmentant au maximum le volume dans lequel débouchent lesdits gaz.
  • A cette fin, selon l'invention, le silencieux du type décrit ci-dessus est caractérisé en ce que l'extrémité de la tubulure d'admission des gaz débouche dans ladite enveloppe allongée au niveau dudit orifice d'entrée ménagé dans ladite enveloppe.
  • L'extrémité de ladite virole située dans la chambre tournée vers l'orifice d'entrée peut présenter une forme conique ou analogue. De même, l'extrémité de ladite virole située dans la chambre tournée vers l'orifice de sortie peut présenter un forme conique ou analogue.
  • Selon un mode préféré de réalisation, l'enveloppe, la virole et la tubulure sont de forme de révolution et sont coaxiales entre elles.
  • Avantageusement, la cloison transversale, séparant la virole en deux chambres adjacentes, est disposée dans un plan perpendiculaire à l'axe de ladite virole. Les deux chambres peuvent avoir un volume identique. Dans le but d'éliminer certaines fréquences, la virole comporte, au moins dans la première chambre tournée vers l'orifice d'entrée des gaz, une pluralité de perforations radiales.
  • Diverses variantes de réalisation présentent également des avantages au niveau de l'efficacité acoustique. Par exemple, un revêtement fibreux peut être agencé au moins dans la chambre de ladite virole tournée vers l'orifice d'entrée des gaz. Les extrémités de ladite virole peuvent également présenter une forme conique ou analogue. Aussi, l'axe de la virole peut être excentré par rapport à l'axe de l'enveloppe.
  • Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Des références identiques désignent des éléments semblables.
    • La figure 1 représente schématiquement un système d'échappement comportant le silencieux de l'invention adapté par exemple à un moteur thermique.
    • La figure 2 représente un coupe de silencieux selon un mode préféré de réalisation.
    • Les figures 3, 4 et 5 représentent, également en coupe, des variantes de réalisation dudit silencieux.
  • On a représenté, sur la figure 1, un moteur thermique 1 du type à combustion interne, sur lequel est raccordé un pot d'échappement 2 constitué principalement d'un collecteur 3 raccordé sur les orifices d'échappement du moteur, d'un silencieux 4 et d'une tubulure d'échappement 5. Le passage du courant gazeux issu du moteur 1 s'effectue au travers des divers éléments mentionnés du pot d'échappement 2.
  • En regard de la figure 2, le silencieux 4 pour courant gazeux selon l'invention, comprend une enveloppe 7, de forme sensiblement allongée, pourvue d'un orifice 8 d'entrée des gaz à une extrémité 9 de l'enveloppe et d'un orifice 10 de sortie des gaz à l'autre extrémité 11 de l'enveloppe.
  • L'orifice 8 d'entrée des gaz reçoit une extrémité 12 de la tubulure du collecteur 3 et l'orifice 10 de sortie des gaz reçoit une extrémité 15 de la tubulure d'échappement 5. Le courant gazeux circulant dans le silencieux 4 est représenté symboliquement par des flèches 16.
  • A l'intérieur de l'enveloppe 7 sont disposés les moyens de détente des gaz de l'invention.
  • Selon l'invention, ces moyens de détente sont constitués d'une part, par une virole 18 maintenue contre la paroi interne 19 de l'enveloppe 7 grâce à des pattes de fixation 20 et d'autre part, par l'extrémité 15 de la tubulure d'échappement 5.
  • Plus précisément, la virole 18 comprend une cloison transversale 23 qui partage le volume intérieur de cette virole en deux chambres 24 et 25 adjacentes.
  • La chambre 24 est un regard de l'orifice 8 d'entrée des gaz tandis que la chambre 25 est en regard de l'orifice 10 de sortie des gaz. Un passage de communication 27 est ménagé entre la paroi extérieure 28 de la virole 18 et la paroi intérieure 19 de l'enveloppe 7 permettant ainsi le transfert et l'évacuation des gaz de la chambre 24 recevant les gaz en provenance du collecteur, à la chambre 25 en communication avec la tubulure de sortie des gaz.
  • Avantageusement, la longueur L de la virole 18 s'étend sur la majeure partie de la longueur L1 de l'enveloppe 7.
  • Dans ce mode de réalisation de l'invention, la virole 18 et l'enveloppe 7 sont de forme de révolution et sont coaxiales autour d'un axe 30. De même, l'extrémité 12 du collecteur et l'extrémité 15 de la tubulure d'échappement 5 sont coaxiales à cet axe 30.
  • Les deux chambres 24 et 25 de la virole 18, délimitées par la cloison transversale 23 agencée perpendiculairement par rapport à l'axe 30 commun à la virole et à l'enveloppe, ont un volume identique.
  • La virole 18 comporte également dans la première chambre 24, des perforations radiales 31 qui ont pour but de réduire des fréquences propres dues au couplage des deux chambres adjacentes.
  • Les moyens de détente selon l'invention sont constitués également par l'extrémité 15 de la tubulure d'échappement 5 agencée en saillie dans la chambre 25 de la virole de façon que la face 34 de ladite extrémite 15 soit en regard de la cloison 23. L'agencement de l'extrémité 15 dans la chambre 25 présente alors une impédance supplémentaire à l'encontre des gaz avant leur éjection dans l'atmosphère.
  • Le fonctionnement du silencieux fera apparaître très nettement les avantages qu'il procure.
  • Les gaz 16 issus du collecteur à une pression acoustique et température importants débouchent dans la chambre 24 où ils subissent une détente.
  • Les gaz ressortent de la première chambre 24 de la virole 18 et se dirigent dans le passage annulaire 27 où ils circulent avec une vitesse élevée.
  • Une faible partie des gaz traverse également les perforations radiales 31 pratiquées dans la première chambre 24 de la virole.
  • Les pertes acoustiques sont d'autant plus importantes, pour une section de passage 27 donnée, que la longueur de ce passage 27 est importante.
  • Cet objectif est atteint par l'invention grâce à la longueur de la virole L qui est la plus proche possible de la longueur de l'enveloppe L1.
  • Les gaz 16 se propagent alors vers la cloison 23, puis s'orientent vers la tubulure d'échappement 5, où ils s'engouffrent jusqu'à leur éjection dans l'atmosphère. Le niveau acoustique atteint par les gaz étant encore abaissé grâce à l'extrémité 15 agencée en saillie dans la seconde chambre 25 puisque l'extrémité 15 augmente l'impédance de sortie des gaz.
  • Le niveau sonore obtenu à la sortie de la tubulure d'échappement procure alors des résultats particulièrement satisfaisants. Le silencieux de l'invention basé sur le couplage acoustique entre deux chambres définies par la virole, permet d'obtenir une atténuation acoustique du bruit importante.
  • Les diverses réalisations, ci-dessous décrites, présentent des améliorations au niveau de l'efficacité acoustique du silencieux.
  • L'explication de l'atténuation de ce silencieux peut être résumée par le fait que la fonction de transfert de celui-ci est celle d'un filtre passe-bas à deux degrés de liberté, c'est-à-dire que toutes les fréquences situées au-dessus de sa frequence de coupure sont fortement atténuées et que les fréquences situées au-dessous le sont faiblement.
  • Il est donc nécessaire de placer la plus basse fréquence à atténuer au-dessus de cette fréquence de coupure.
  • La figure 3 illustre une variante de réalisation pour laquelle les extrémités 35 et 36 de la virole 18 ont été modifiées. Elles se perésentent sous une forme conique.
  • Grâce à ces extrémités coniques 35 et 36, les pertes de charge des gaz sont moins importantes et l'efficacité acoustique du silencieux est accrue.
  • La figure 4 illustre un ature variante de réalisation pour laquelle la chambre 24 tournée vers l'orifice 8 d'entrée du gaz est recouverte d'un revêtement fibreux 40 tel qu'un matelas de laine minérale. Un carter métallique 41, percé d'orifices 42, maintient le revêtement fibreux 40 contre la virole 18 et la cloison 23. Ce traitement favorise l'amortissement des fréquences propres.
  • La figure 5 illustre une variante de réalisation, qui consiste à excentrer la virole 18 de l'enveloppe 7. La virole est solidaire de l'enveloppe au moyen, par exemple, d'une soudure. Ainsi, le nouvel axe géométrique 45 de la virole 18 est décalé par rapport à l'axe 30 de l'enveloppe.
  • Le fonctionnement du silencieux en regard de ces diverses variantes de réalisation est similaire à celui précédemment décrit en regard de la figure 2.
  • Les applications d'un tel silencieux concernent les moteurs à combustion interne de tous types (essence, diesel, gaz), les turbines à gaz, les compresseurs, etc ...

Claims (8)

1. Silencieux pour courant gazeux du type comportant:
une enveloppe allongée (7) aux extrémités (9 et 11) de laquelle sont ménagés respectivement un orifice d'entrée (8) auquel est raccordée une tubulure d'admission (3) des gaz, et, un orifice de sortie (10) auquel est raccordée une tubulure d'échappement (5) des gaz; et
des moyens de détente des gaz disposés à l'intérieur de ladite enveloppe (7) et consititués par une virole (18) comprenant une cloison transversale (23) la partageant en deux chambres (24, 25), l'une (24) tournée vers l'orifice d'entrée (8) de ladite enveloppe et l'autre (25) tournée vers l'orifice de sortie (10) de ladite enveloppe, ladite,virole (18) ménageant un passage (27) avec la paroi interne (19) de ladite enveloppe (7) et s'étendant sur la majeure partie de la longueur de ladite enveloppe, caractérisé en ce que l'extémité (12) de la tubulure d'admission (3) des gaz débouche dans ladite enveloppe allongée (7) au niveau dudit orifice d'entrée (8) ménagé dans ladite enveloppe.
2. Silencieux selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité (35) de ladite virole (18) située dans la chambre (24) tournée vers l'orifice d'entrée (8) présente une forme conique ou analogue.
3. Silencieux selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'extrémité (36) de ladite virole (18) située dans la chambre (25) tournée vers l'orifice de sortie (10) présente une forme conique ou analogue.
4. Silencieux selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite enveloppe (7) et lesdites virole (18) et tubulure (5) sont de forme de révolution et sont coaxiales entre elles.
5. Silencieux selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite cloison transversale (23) séparant ladite virole en deux chambres adjacentes (24, 25) est disposée dans un plan perpendiculaire à l'axe (30) de ladite virole.
6. Silencieux selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la virole (18) comporte, au moins dans la première chambre (24) tournée vers l'orifice d'entrée, une pluralité de perforations radiales (31).
7. Silencieux selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un revêtement fibreux (40) est agencé au moins dans la chambre (24) de ladite virole.
8. Silencieux selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les deux chambres (24, 25) de ladite virole ont un volume identique.
EP86401886A 1986-04-30 1986-08-27 Silencieux pour courant gazeux Expired - Lifetime EP0243559B1 (fr)

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EP0243559A1 EP0243559A1 (fr) 1987-11-04
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