EP3014081B1 - Silencieux destine a equiper une ligne d'echappement d'un moteur thermique - Google Patents

Silencieux destine a equiper une ligne d'echappement d'un moteur thermique Download PDF

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EP3014081B1
EP3014081B1 EP14731755.6A EP14731755A EP3014081B1 EP 3014081 B1 EP3014081 B1 EP 3014081B1 EP 14731755 A EP14731755 A EP 14731755A EP 3014081 B1 EP3014081 B1 EP 3014081B1
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muffler
upstream
envelope
downstream
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Technoboost SAS
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    • F01N13/02—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate silencers in series
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    • F01N2470/00—Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/22—Inlet and outlet tubes being positioned on the same side of the apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a silencer intended to equip an exhaust line of a heat engine.
  • the invention also relates to an exhaust line of the type comprising such a silencer, as well as the vehicle that embodies it.
  • Vehicles powered by a combustion engine also called internal combustion, have at least one exhaust line of the combustion gases.
  • the exhaust line comprises in known manner a silencer. It is fixed under the vehicle body and terminates at one of its ends by a discharge pipe, also called cannula, which sometimes slightly exceeds the rear bumper when it comes to vehicles powered solely by a heat engine .
  • the vehicle is also powered by a second power unit using an energy other than heat, such as an electric machine (hybrid electric vehicle) or a hydraulic motor (hybrid-air vehicle), or when the heat engine is connected to a compressed air tank (pneumatic hybrid vehicle), or when the heat engine also uses gaseous fuel of the natural gas type, it is necessary to house one or more additional tanks / devices in the vehicle, in particular under the box.
  • the line can then be shortened in such a way that the exhaust pipe which terminates it, at the outlet of the silencer, is under the body, at the front of the rear axle of the vehicle, for example at the second row of the vehicle.
  • the object of the invention is then the development of an improved engine exhaust system silencer.
  • These include designing a muffler more compact, or at least more adaptable dimensionally, while having acoustic performance at least as good.
  • the invention firstly relates to a silencer intended to equip an exhaust line of a heat engine, silent which comprises one or more envelope (s) which delimits (s) three volumes, said upstream, intermediate and downstream , successively arranged and traversed by a plurality of ducts, of which: a supply duct bringing the exhaust gases from the engine into the intermediate volume through the upstream volume, a so-called “go" duct leading the gases exhaust from the intermediate volume in the downstream volume, - a so-called “return” path conduit leading the exhaust gas from the downstream volume to the upstream volume through the intermediate volume, and - an evacuation pipe arranged predominantly outside the envelope or envelopes and opening upstream volume along the upstream volume of the muffler out of said envelope or envelopes.
  • the silencer therefore has the particularity of having a discharge duct which is disposed substantially outside the casings, which is very interesting in terms of dimensioning: one can thus maintain a sufficient level of free volume in the envelopes to ensure the attenuation acoustically required, by "exiting" the exhaust duct, which, in fact, can then be dimensioned more free, in terms of length, shape (rectilinear or not) and orientation, according to, for example, that it runs along the envelope or envelopes "down” towards the downstream or being oriented upstream of the silencer, in "Going up” to the exhaust line on the engine side.
  • upstream and downstream are understood by reference to the general direction of flow of the exhaust gases from the exhaust manifold of the engine to the outside of the vehicle. In the same way, “successively” is to be understood according to this direction of general flow. All the present text includes “low”, “high” and “vertical” spatial positioning indications such as the indications relating to the positioning of the muffler once mounted in the vehicle, itself positioned at a standstill. horizontal plane.
  • the silencer has three volumes divided into one, two or three envelopes.
  • the volumes of the silencer are distributed in several envelopes delimited by lateral walls and transverse end walls called cups, said envelopes being connected to each other by at least two ducts passing through at least two cups next to two successive envelopes.
  • the exhaust gases will go back and forth via predefined ducts (as detailed below), the ducts then fulfilling their usual role of guiding the exhaust gases in closed volumes so to reduce the sound impact. But these conduits, or at least some of them, also play a mechanical role of linking the two envelopes together. This ensures the consistency of the whole without having to foresee (in any case more so mandatory) specific mechanical means to maintain correct relative positioning of the envelopes relative to each other.
  • the exhaust duct runs along the intermediate volume and also possibly also the downstream volume over at least part of their length.
  • the evacuation duct opens out of the upstream end transverse wall of the upstream envelope.
  • This choice proved to be the most advantageous from the dimensional point of view, even if it may be surprising, since, in fact, the duct "leaves" the silencer in its most upstream part, before, for example, to follow towards the downstream, the silencer on an appropriate length.
  • the exhaust duct opens from the upstream cup of the envelope defining the upstream volume of the silencer.
  • the silencer according to the invention may comprise several, in particular two exhaust ducts, in particular parallel to each other over at least part of their lengths. They may follow symmetrically the upstream envelope, on each side thereof, for example in the lower part.
  • the silencer according to the invention may also comprise several, in particular two, "go” path conduits, and / or more, in particular two "return” path conduits.
  • each of the muffler ducts in particular to give more flexibility in the sizing of the muffler as a whole.
  • the ducts thus split will have a smaller section than a unit duct, so as to keep the same gas channeling capacity at a given flow rate, and to maintain a similar pressure drop.
  • the intermediate volume of the silencer according to the invention is substantially equal to or close to the downstream volume thereof.
  • the upstream volume of the silencer according to the invention is substantially twice as large as the intermediate volume and / or the downstream volume thereof. It is thus preferably equal to the sum of the intermediate and downstream volumes.
  • the so-called “go" path duct is of a length less than that of the so-called “return” path duct, itself of shorter length than that of the evacuation duct.
  • This choice (according to the conventions of acoustic diagrams) is optimal in terms of acoustic performance for the proposed silencer architecture.
  • the invention also relates to the body structure of a motor vehicle comprising a cockpit floor having a tunnel, such that said tunnel houses at least a portion of the silencer described above.
  • the muffler thus has a configuration where the single envelope or the successive envelopes can be aligned longitudinally along the axis of the tunnel, which is coincident with or parallel to the longitudinal axis of the vehicle.
  • a great advantage of the silencer according to the invention is that it can easily be arranged in the tunnel.
  • the space between the two envelopes, in the configuration with several envelopes, which makes, in fact, in this zone the quieter muffler in its section (its bulk was defined only by the section of the ducts which connect the two envelopes) can be exploited to house for example internal mechanical reinforcements of the tunnel, for example. And it is compact enough to occupy only part of the length of the tunnel available, which makes it possible to consider also housing in the tunnel other organs, such as gas tanks or electrical machines.
  • the invention also relates to any motor vehicle, comprising the body structure described above, and a heat engine associated with another mode of propulsion such as an electric machine, a hydraulic motor, or a hybrid heat-pneumatic engine or an engine operating on gaseous fuel.
  • a heat engine associated with another mode of propulsion such as an electric machine, a hydraulic motor, or a hybrid heat-pneumatic engine or an engine operating on gaseous fuel.
  • the figure 1 and the figure 2 represent a first example of a silencer S according to the invention integrated in an exhaust line L of a heat engine M of a hybrid vehicle having another means of non-thermal propulsion, and these two figures will be described together.
  • the arrow F indicates the direction general flow of the exhaust gas from the engine M, the terms "upstream” and “downstream” referring to said general direction of flow.
  • the silencer according to the invention incorporates what is generally referred to in the field of mufflers under the terms of intermediate silencer and rear silencer.
  • the invention is not limited to an application to hybrid vehicles, and is also advantageously applicable for vehicles only equipped with a heat engine.
  • the silencer S according to this example 1 comprises two envelopes: an upstream envelope E1 and a downstream envelope E2, both substantially aligned and arranged along the longitudinal axis X of the vehicle.
  • the upstream envelope E1 comprises a side wall 5 which defines a substantially parallelepipedal volume, and which is closed at its transverse ends (along the transverse Y axis, perpendicular to the X axis) by upstream end transverse partitions 3 and downstream 4, also called cups.
  • the Z axis is the vertical.
  • the downstream envelope E2 is disposed at a distance from the upstream envelope E1, it has a substantially frustoconical cross section. It comprises a side wall 6 and transverse end bulkheads or cups upstream 7 and downstream 8 and defines a volume 2. For mechanical strength issues, an intermediate cup strongly perforated and without acoustic role can be installed to maintain the end of the tubes "go" and "return" in the middle of the envelope E2.
  • the upstream envelope E1 is partitioned by an intermediate partition 9, so as to delimit an upstream volume 1a and an intermediate volume 1b.
  • the envelopes E1, E2 of the silencer thus define three volumes: the volume 1a and the intermediate volume 1b of the upstream envelope E1, and the volume 2 of the downstream envelope E2.
  • the silencer S comprises an exhaust gas supply duct 10, which is connected upstream to the exhaust line L, and which opens into the volume 1b through the volume 1a through the cup 3 and the 9.
  • the duct portion 10 in the volume 1b is provided with perforations 11 distributed throughout its substantially cylindrical periphery.
  • This duct 10 is extended by a "go" duct 12 which passes through the downstream cup 4 of the upstream casing E1 and which then passes through the downstream casing E2 through an opening in its upstream end wall 7. It opens at the end interior of the volume 2 of the downstream envelope E2 to approximately half of its length.
  • the muffler also comprises two "return" conduits 13, 13 ', arranged side by side, parallel to the longitudinal axis X, and under the conduit "go" 12. They open, downstream, in the volume 2 of the envelope downstream E2 approximately to half or two thirds of its length, similarly to the conduit 12. They open, upstream side, in the upstream volume 1a of the upstream envelope E1 (approximately half or one third of the length of the 1a), passing through the volume 1b and the intermediate partition 9. They therefore cross the intermediate partition 9 and the downstream partition 4 of the upstream envelope E1 and the upstream partition 4 of the downstream envelope E2 by openings made in those -this.
  • the silencer S comprises two evacuation conduits 14, 14 ', arranged symmetrically on either side of the envelopes E1, E2. They open at their first ends in the volume 1a of the upstream envelope E1 through an opening in the partition 3. (They can extend or not in said volume 1a, without crossing the intermediate partition 9).
  • the partition 3 is thus provided with two symmetrical openings for these evacuation conduits, and with an opening for the supply duct 10.
  • the openings for the evacuation ducts 14, 14 ' are at above the opening for the supply duct 10.
  • the ducts 14, 14 ' make an elbow at the outlet of the partition 3 and along each side the upstream envelope E1 then at least a portion of the downstream envelope E2 , to open on either side of the downstream envelope E2 approximately in the middle of its length. They can also open upstream, or at the level of the cup 8 or beyond.
  • the ducts 10, 12, 13, 13 ', 14, 14' are here all cylindrical, but their section could be of different shape, oval for example.
  • the section of conduits 10 and 12 is greater than that of each of the other conduits 13,13 ', 14, 14', and this, to maintain substantially constant passage sections throughout the path of the gas.
  • Other dimensional or positioning choices or number of conduits can be made while remaining within the scope of the invention.
  • the section of the evacuation duct 14 (or the sum of the ducts) sections of the ducts 14 and 14 'when they are two) may be greater than that of the supply ducts, "go" and "return" 10,12,13, in order to reduce the speed of the gases and therefore the associated blast noise .
  • the duct 12 is in the extension of the duct 1, beyond the perforations 11 of which the supply duct 10 is provided.
  • the two ducts can be one. They can be attached to each other by any known technique (welding %) by direct contact or at a distance from each other.
  • the path of the exhaust gases in the silencer is more particularly illustrated in the figure 2 the gases enter the silencer S through the supply duct 10 in a direction represented by the arrow f1, then follow the duct "go 12 disposed in the extension of the duct 10. They therefore cross the volume 1a and open into the volume 1b in the duct 10, then the duct 12 brings them into the volume 2 of the downstream envelope E2 in a first "go" path. Then, as indicated by the arrow f2, they start in the opposite direction, according to a second path "return” in the conduits "return” 13,13 'arranged above the ducts 10 and 12 in a direction represented by the arrow f3 and open into the volume 1a of the upstream envelope E1.
  • the shape of the envelopes may vary, and adapt flexibly both to the size of the conduits that must pass through, but also to the environment of the exhaust line.
  • the silencer is located in the tunnel of a vehicle underbody, and the zone between the two envelopes, less congested, of the silencer will be able to be, in the tunnel, exploited for example so that the ceiling or the sides Tunnel interiors accommodate mechanical reinforcements.
  • the figure 3 represents the acoustic scheme of the silencer according to the invention, with the usual conventions of this type of representation. It is optimal when the total volume corresponding to 1a + 1b + 2 is divided in three according to the approximate distribution where the volume 1a is about 3 liters, the volume 1b about 3 liters also, and the volume 2 about 6 liters, with therefore preferably the relation 1a substantially equal to 1b and 2 greater than 1a and 1b and approximately corresponding to the sum 1a + 1b.
  • the ducts 12, 13 and 13 ', 14 and 14' are arranged in such a way that their lengths increase when the flow of exhaust gas is followed: the length of the "go" duct 12 is less than that of the "return” ducts 13, 13 ', themselves lower than those of the exhaust ducts 14, 14'.
  • This distribution makes it possible to obtain resonance frequencies of the Helmholtz resonators resulting from the coupling of the ducts (masses) and volumes (stiffness) given, with the duct lengths 12, 13 and 13 ', 14 and 14' minimum for one section. given.
  • the volume is thus maximally used for the desired function of the noise filtering by these volumes, above the selected resonant frequencies.
  • This architecture is particularly favorable when the silencer is intended to be housed at least partly in the tunnel of the vehicle body, because the available volume under the tunnel is extended, as the general form of the silencer of the invention. It can be viewed with the figure 4 , which represents a vehicle body structure C seen from below at its tunnel T, with the silencer S of Example 1 housed in the tunnel (the downstream envelope E2 is truncated in its downstream part, and the simplified representation to be clearer).
  • FIG. 5 corresponds to an example 2 which differs from Example 1 in that the volumes 1a, 1b and 2 are distributed differently in the two envelopes.
  • the figure 6 corresponds to an example 3, which differs from Example 1 in that the volumes 1a, 1b and 2 are delimited by a single envelope E.
  • This single envelope E then has two intermediate partitions 9 and 9 'which partition it into three.
  • the figure 7 corresponds to an example 4, which differs from Example 1 in that the volumes 1a, 1b and 2 are each delimited by an envelope E1 ", E2" and E3.
  • the invention has defined an acoustic scheme allowing a great flexibility of realization, which makes it possible to adapt the external dimensioning of the silencer to environments, in particular under tunnel, varied.
  • the particularity of the path of the exhaust gases that make a return trip in the ducts passing through the envelope or envelopes, then a final one-way trip through the out-of-envelope exhaust ducts contributes to this flexibility, and, overall, to a remarkable compactness. of the muffler given the acoustic performance provided by its acoustic scheme.

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Description

  • La présente invention concerne un silencieux destiné à équiper une ligne d'échappement d'un moteur thermique. L'invention concerne aussi une ligne d'échappement du type comportant un tel silencieux, ainsi que le véhicule qui l'embarque.
  • Les véhicules propulsés par un moteur thermique, dit aussi à combustion interne, comportent au moins une ligne d'échappement des gaz de combustion. Afin de diminuer la pollution sonore et répondre aux règles d'homologation acoustique des véhicules, la ligne d'échappement comporte de façon connue un silencieux. Elle est fixée sous la caisse du véhicule et se termine à l'une de ses deux extrémités par une conduite d'évacuation, appelée aussi canule, qui dépasse parfois légèrement du parechoc arrière quand il s'agit de véhicules propulsés uniquement par un moteur thermique.
  • Notamment dans le cas où le véhicule est également propulsé par un deuxième groupe propulseur utilisant une énergie autre que thermique, comme une machine électrique (véhicule hybride électrique) ou un moteur hydraulique (véhicule hybride-air), ou quand le moteur thermique est connecté à un réservoir d'air comprimé (véhicule hybride pneumatique), - ou quand le moteur thermique utilise aussi du carburant gazeux du type du gaz naturel - , il est nécessaire de loger un ou plusieurs réservoirs/dispositifs supplémentaires dans le véhicule, notamment sous caisse. On cherche alors à raccourcir, à compacter la ligne d'échappement et les organes du type silencieux qu'elle intègre. La ligne peut alors être raccourcie de telle manière que la conduite d'évacuation qui la termine, en sortie de silencieux, se trouve sous la caisse, à l'avant de l'essieu arrière du véhicule, par exemple au niveau du second rang de sièges de l'habitacle du véhicule. On s'assure que les gaz d'échappement ne remontent pas dans l'habitacle de par le fait qu'à l'arrêt, avec les véhicules de type hybride, le moteur thermique ne fonctionne pas et de fait n'émet pas de gaz d'échappement, et qu'en conditions de roulage, la vitesse fait que les gaz d'échappement circulent sous caisse et s'évacuent sans difficultés vers l'arrière du véhicule.
  • Cependant, raccourcir, compacter la ligne d'échappement peut s'avérer délicat, dans la mesure où le dimensionnement de la ligne d'échappement a un impact sur le fonctionnement du moteur thermique, notamment sur son remplissage en mélange air/carburant, et qu'il apparaît souhaitable de ne pas avoir à modifier trop significativement le contrôle commande du moteur thermique selon qu'il est le seul moyen de propulsion du véhicule ou pas. Il est également important de conserver le même type de réflexion acoustique pour le silencieux, notamment la portion habituellement désignée sous le terme de silencieux intermédiaire. Un tel silencieux est connu du document US5726397 .
  • Le but de l'invention est alors la mise au point d'un silencieux de ligne d'échappement de moteur thermique amélioré. Il s'agit notamment de concevoir un silencieux plus compact, ou à tout le moins plus adaptable dimensionnellement, tout en ayant des performances acoustiques au moins aussi bonnes. Accessoirement, on cherche à de concevoir un silencieux aux performances acoustiques améliorées pour une ligne d'échappement raccourcie, par rapport aux performances d'un silencieux d'une ligne d'échappement classique, la source acoustique avec une ligne d'échappement raccourcie étant plus proche des oreilles des occupants.
  • L'invention a tout d'abord pour objet un silencieux destiné à équiper une ligne d'échappement d'un moteur thermique, silencieux qui comprend une ou plusieurs enveloppe(s) qui délimite(nt) trois volumes, dits amont, intermédiaire et aval, disposés successivement et traversés par une pluralité de conduits, dont : - un conduit d'alimentation amenant les gaz d'échappement depuis le moteur dans le volume intermédiaire en traversant le volume amont, - un conduit de trajet dit « aller » conduisant les gaz d'échappement depuis le volume intermédiaire dans le volume aval, - un conduit de trajet dit « retour » conduisant les gaz d'échappement depuis le volume aval vers le volume amont en traversant le volume intermédiaire, et - un conduit d'évacuation disposé majoritairement à l'extérieur de la ou des enveloppes et débouchant du volume amont en longeant le volume amont du silencieux hors de ladite ou lesdites enveloppes.
  • Le silencieux présente donc la particularité d'avoir un conduit d'évacuation qui est disposé substantiellement hors des enveloppes, ce qui est très intéressant en termes de dimensionnement : on peut maintenir ainsi un niveau de volume libre suffisant dans les enveloppes pour assurer l'atténuation acoustique requise, en « sortant » le conduit d'évacuation, qui, de fait, peut alors être dimensionné de façon plus libre, en termes de longueur, de forme (rectiligne ou pas) et d'orientation, selon, par exemple qu'il longe la ou les enveloppes en « descendant » vers l'aval ou en étant orienté en amont du silencieux, en « remontant » vers la ligne d'échappement côté moteur.
  • Et contrairement à ce qu'on aurait pu craindre, un tel positionnement du conduit d'évacuation n'a apporté aucun désavantage ou problème, tant sur le plan acoustique que mécanique.
  • On comprend dans tout le présent texte les termes « amont » et « aval » en référence au sens d'écoulement général des gaz d'échappement depuis le collecteur d'échappement du moteur jusqu'à l'extérieur du véhicule. De la même manière, « successivement » est à comprendre en fonction de ce sens d'écoulement général. On comprend dans tout le présent texte des indications de positionnement spatial du type « bas », « haut », « vertical » comme les indications relatives au positionnement du silencieux une fois monté dans le véhicule, lui-même positionné à l'arrêt sur un plan horizontal.
  • De préférence, le silencieux présente trois volumes répartis en une, deux ou trois enveloppes.
  • Selon un mode de réalisation, les volumes du silencieux sont répartis dans plusieurs enveloppes délimitées par des parois latérales et des cloisons transversales d'extrémité dites coupelles, lesdites enveloppes étant reliées l'une à l'autre par au moins deux conduits traversant au moins deux coupelles en regard de deux enveloppes successives.
  • Avec un tel mode de réalisation à plusieurs enveloppes, les gaz d'échappement vont faire des allers retours via des conduits prédéfinis (comme détaillé plus loin), les conduits remplissant alors leur rôle habituel de guidage des gaz d'échappement dans des volumes fermés afin d'en atténuer l'impact sonore. Mais ces conduits, ou tout au moins certains d'entre eux, jouent aussi un rôle mécanique de liaison des deux enveloppes entre elles. On assure ainsi la cohérence de l'ensemble sans plus avoir à prévoir (en tout cas plus de façon obligatoire) des moyens mécaniques spécifiques au maintien en positionnement relatif correct des enveloppes les unes par rapport aux autres.
  • De préférence, le conduit d'évacuation longe le volume intermédiaire et également éventuellement aussi le volume aval sur une partie au moins de leur longueur.
  • Plusieurs variantes sont possibles : il peut longer l'ensemble de la ou des enveloppes pour déboucher au voisinage de la partie la plus aval du silencieux, ou au-delà, il peut aussi ne longer qu'une partie de la ou des enveloppes, et déboucher au niveau du volume intermédiaire ou du volume aval par exemple.
  • On adapte son dimensionnement (longueur, section) pour qu'il remplisse correctement son rôle, il peut ainsi déboucher sous caisse, par exemple au voisinage du niveau des sièges de rang deux de l'habitacle du véhicule.
  • De préférence, le conduit d'évacuation débouche de la cloison transversale d'extrémité amont de l'enveloppe amont. Ce choix s'est avéré le plus avantageux sur le plan dimensionnel, même s'il peut surprendre, puisque, de fait, le conduit « sort » du silencieux dans sa partie la plus amont, avant, par exemple, de longer vers l'aval, le silencieux sur une longueur appropriée.
  • Selon un mode de réalisation préféré, le conduit d'évacuation débouche de la coupelle amont de l'enveloppe définissant le volume amont du silencieux.
  • Le silencieux selon l'invention peut comprendre plusieurs, notamment deux conduits d'évacuation, notamment parallèles entre eux sur au moins une partie de leurs longueurs. Ils peuvent longer de façon symétrique l'enveloppe amont, de chaque côté de celle-ci, par exemple en partie basse.
  • Le silencieux selon l'invention peut aussi comprendre plusieurs, notamment deux, conduits de trajet « aller », et/ou plusieurs, notamment deux conduits de trajet « retour ».
  • On peut en effet dédoubler chacun des conduits du silencieux, notamment pour se donner plus de flexibilité dans le dimensionnement du silencieux dans son ensemble. Les conduits ainsi dédoublés auront une section moindre qu'un conduit unitaire, de façon à garder la même capacité de canalisation des gaz à débit donné, et à garder une perte de charge similaire.
  • De préférence, le volume intermédiaire du silencieux selon l'invention est sensiblement égal à ou voisin du volume aval de celui-ci.
  • De préférence encore, le volume amont du silencieux selon l'invention est substantiellement deux fois plus important que le volume intermédiaire et/ou que le volume aval de celui-ci. Il est ainsi, de préférence sensiblement égal à la somme des volumes intermédiaire et aval
  • Selon la construction proposée, de préférence, le conduit de trajet dit « aller » est d'une longueur inférieure à celle du conduit de trajet dit « retour », lui-même de longueur inférieure à celle du conduit d'évacuation. Ce choix (selon les conventions des schémas acoustiques) est optimal en termes de performances acoustiques pour l'architecture de silencieux proposé.
  • L'invention a également pour objet la structure de caisse d'un véhicule automobile comprenant un plancher d'habitacle présentant un tunnel, telle que ledit tunnel loge au moins une partie du silencieux décrit précédemment. Le silencieux présente ainsi une configuration où l'unique enveloppe ou les enveloppes successives peuvent se trouver alignées longitudinalement selon l'axe du tunnel, qui est confondu avec ou parallèle à l'axe longitudinal du véhicule.
  • Un grand avantage du silencieux selon l'invention est qu'il peut facilement être disposé dans le tunnel. L'espace entre les deux enveloppes, dans la configuration à plusieurs enveloppes, qui de fait, rend dans cette zone le silencieux moins encombrant dans sa section (son encombrement n'était plus défini que par la section des conduits qui relient les deux enveloppes), peut être exploité pour y loger par exemple des renforts mécaniques intérieurs du tunnel, par exemple. Et il est suffisamment compact pour n'occuper qu'une partie de la longueur du tunnel disponible, ce qui permet d'envisager de loger également dans le tunnel d'autres organes, comme des réservoirs de gaz ou des machines électriques.
  • L'invention a également pour objet tout véhicule automobile, comprenant la structure de caisse décrite plus haut, et un moteur thermique associé à un autre mode de propulsion comme une machine électrique, un moteur hydraulique, ou un moteur hybride thermique-pneumatique ou un moteur fonctionnant au carburant gazeux.
  • D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures suivantes :
    • la figure 1 représente en perspective un premier exemple de silencieux selon l'invention ;
    • la figure 2 présente une coupe longitudinale du silencieux selon la figure 1 ;
    • la figure 3 représente le schéma acoustique correspondant au silencieux des figures 1 et 2 ;
    • la figure 4 est une vue de dessous d'une portion de tunnel de structure de caisse de véhicule, logeant le silencieux selon les figures 1 et 2 ;
    • les figures 5,6 et 7 sont des coupes longitudinales de variantes du silencieux selon le premier exemple représenté aux figures 1,2, 3.
  • Ces figures sont schématiques, et ne respectent pas nécessairement l'échelle. D'une figure à l'autre, les mêmes références correspondent aux mêmes composants.
  • La figure 1 et la figure 2 représentent un premier exemple de silencieux S selon l'invention intégré dans une ligne d'échappement L d'un moteur thermique M d'un véhicule hybride ayant un autre moyen de propulsion non thermique, et ces deux figures seront décrites conjointement. La flèche F indique le sens d'écoulement général des gaz d'échappement depuis le moteur M, les termes « amont » et «aval » faisant référence audit sens d'écoulement général. Le silencieux selon l'invention intègre ce qu'on désigne généralement dans le domaine des silencieux sous les termes de silencieux intermédiaire et de silencieux arrière.
  • Naturellement, l'invention ne se limite pas à une application aux véhicules hybrides, et trouve aussi avantageusement application pour les véhicules uniquement équipés d'un moteur thermique.
  • Le silencieux S selon cet exemple 1 comprend deux enveloppes : une enveloppe amont E1 et une enveloppe aval E2, toutes deux sensiblement alignées et disposées selon l'axe X longitudinal du véhicule. L'enveloppe amont E1 comprend une paroi latérale 5 qui définit un volume sensiblement parallélépipédique, et qui est fermée à ses extrémités transversales (selon l'axe Y transversal, perpendiculaire à l'axe X) par des cloisons transversales d'extrémité amont 3 et aval 4, appelées aussi coupelles. L'axe Z est la verticale.
  • L'enveloppe aval E2 est disposée à distance de l'enveloppe amont E1, elle présente une section transversale sensiblement tronconique. Elle comprend une paroi latérale 6 et des cloisons transversales d'extrémité ou coupelles amont 7 et aval 8 et délimite un volume 2. Pour des questions de résistance mécanique, une coupelle intermédiaire fortement perforée et sans rôle acoustique peut être installée afin de maintenir l'extrémité des tubes « aller » et « retour » au milieu de l'enveloppe E2.
  • L'enveloppe amont E1 est partitionnée par une cloison intermédiaire 9, de façon à délimiter un volume amont 1a et un volume intermédiaire 1b.
  • Les enveloppes E1,E2 du silencieux définissent ainsi trois volumes : le volume 1a et le volume 1b intermédiaire de l'enveloppe amont E1, et le volume 2 de l'enveloppe aval E2.
  • Le silencieux S comporte un conduit d'alimentation 10 en gaz d'échappement, qui est raccordé en amont à la ligne d'échappement L, et qui débouche dans le volume 1b en traversant le volume 1a par la coupelle 3 puis la coupelle 9. La portion de conduit 10 se trouvant dans le volume 1b est munie de perforations 11 réparties sur tout son pourtour sensiblement cylindrique.
  • Ce conduit 10 est prolongé par un conduit « aller » 12 qui traverse la coupelle aval 4 de l'enveloppe amont E1 et qui traverse ensuite l'enveloppe aval E2 par une ouverture pratiquée dans sa cloison d'extrémité amont 7. Il débouche à l'intérieur du volume 2 de l'enveloppe aval E2 approximativement à la moitié de sa longueur.
  • Le silencieux comporte également deux conduits «retour » 13,13', disposés côte à côte, parallèlement à l'axe longitudinal X, et sous le conduit « aller » 12. Ils débouchent, côté aval, dans le volume 2 de l'enveloppe aval E2 environ à la moitié ou aux deux tiers de sa longueur, de façon analogue au conduit 12. Ils débouchent, côté amont, dans le volume amont 1a de l'enveloppe amont E1 (approximativement à la moitié ou au tiers de la longueur du volume 1a), en traversant le volume 1b et la cloison intermédiaire 9. Ils traversent donc la cloison intermédiaire 9 et la cloison aval 4 de l'enveloppe amont E1 et la cloison amont 4 de l'enveloppe aval E2 par des ouvertures pratiquées dans celles-ci.
  • Enfin, le silencieux S comporte deux conduits d'évacuation 14,14', disposés symétriquement de part et d'autre des enveloppes E1,E2. Ils débouchent à leurs premières extrémités dans le volume 1a de l'enveloppe amont E1 par une ouverture pratiquée dans la cloison 3. (ils peuvent se prolonger ou pas dans ledit volume 1a, sans traverser la cloison intermédiaire 9). La cloison 3 est donc munie de deux ouvertures symétriques pour ces conduits d'évacuation, et d'une ouverture pour le conduit d'alimentation 10. Dans l'exemple représenté, les ouvertures pour les conduits d'évacuation 14,14' sont au-dessus de l'ouverture pour le conduit d'alimentation 10. Les conduits 14,14' font un coude en sortie de la cloison 3 et longent de chaque côté l'enveloppe amont E1 puis une partie au moins de l'enveloppe aval E2, pour déboucher de part et d'autre de l'enveloppe aval E2 approximativement au milieu de sa longueur. Ils peuvent également déboucher plus en amont, ou au niveau de la coupelle 8 ou au-delà.
  • Les conduits 10, 12,13,13',14,14' sont ici tous cylindriques, mais leur section pourrait être de forme différente, ovale par exemple. Ici, la section des conduits 10 et 12 est supérieure à celle de chacun des autres conduits 13,13',14, 14', et ce, afin de maintenir des sections de passage sensiblement constantes tout le long du trajet des gaz. D'autres choix dimensionnels ou de positionnement ou de nombre de conduits peuvent être faits tout en restant dans le cadre de l'invention. Ainsi, on pourrait choisir de remplacer les deux conduits intermédiaires 13,13' par un seul. De même, on peut n'utiliser qu'un conduit d'évacuation, avec une section plus grande, afin de pouvoir évacuer les gaz d'échappement avec la même perte de charge. On peut aussi choisir de positionner le conduit d'alimentation 10 et/ou le conduit « aller » 12 en dessous des conduits 13,13' et/ou les conduits d'évacuation 14,14' au-dessus du conduit 10 ou du conduit 12. On pourrait également dédoubler le conduit d'alimentation 10 et/ou le conduit « aller » 12. On peut aussi ne faire qu'un conduit des conduits 10 et 12. La section du conduit d'évacuation 14 (ou la somme des sections des conduits 14 et 14' quand ils sont deux) peut être supérieure à celle des conduits d'alimentation, « aller » et « retour » 10,12,13, afin de réduire la vitesse des gaz et donc le bruit de souffle associé.
  • On a indiqué que le conduit 12 est dans le prolongement du conduit 1, au-delà des perforations 11 dont est muni le conduit 10 d'alimentation. Différentes variantes sont possibles : les deux conduits peuvent ne faire qu'un. Ils peuvent être fixés l'un à l'autre par toute technique connue (soudage ...) par contact direct ou à distance l'un de l'autre.
  • Le cheminement des gaz d'échappement dans le silencieux est plus particulièrement illustré à la figure 2 : les gaz entrent dans le silencieux S par le conduit d'alimentation 10 selon une direction représentée par la flèche f1, puis suivent le conduit « aller 12 disposé dans le prolongement du conduit 10. Ils traversent donc le volume 1a et débouchent dans le volume 1b dans le conduit 10, puis le conduit 12 les amène dans le volume 2 de l'enveloppe aval E2 selon un premier trajet « aller ». Ensuite, comme indiqué par la flèche f2, ils repartent en sens inverse, selon un deuxième trajet « retour » dans les conduits « retour » » 13,13' disposés au-dessus des conduits 10 et 12 selon une direction représentée par la flèche f3 et débouchent dans le volume 1a de l'enveloppe amont E1. De là, ils sont évacués par les conduits d'évacuation 14,14' en repartant selon un troisième trajet « aller » (flèche f4) pour sortir à l'extrémité des conduits 14,14' selon la direction symbolisée par la flèche f5, de même orientation que la direction f1 avec laquelle les gaz étaient entrés dans le silencieux S.
  • Il est à noter que l'on prévoit une étanchéité entre les ouvertures pratiquées dans les coupelles et le pourtour extérieur des conduits qui les traversent, tout particulièrement au niveau d'au moins l'une des coupelles d'extrémité 4,7 qui sont en regard. On peut cependant prévoir, pour les conduits 12, 13,13', soit au niveau de la coupelle 4 soit au niveau de la coupelle 7 une étanchéité non parfaite, qui permet à l'ensemble enveloppes et conduits de connaître des légères modifications dimensionnelles en usage, notamment dues à la dilatation thermique, sans que l'ensemble ne soit trop sollicité mécaniquement.
  • On voit donc que dans cet exemple, ce sont les conduits 12, 13, 13' qui assurent la solidarisation mécanique des enveloppes amont E1 et aval E2 entre elles.
  • On voit aussi que la forme des enveloppes peut varier, et va s'adapter avec souplesse à la fois à la taille des conduits qui doivent les traverser, mais également à l'environnement de la ligne d'échappement. Ici, le silencieux se trouve logé dans le tunnel d'un bas de caisse de véhicule, et la zone entre les deux enveloppes, moins encombrée, du silencieux va pouvoir être, dans le tunnel, exploitée par exemple pour que le plafond ou les côtés intérieurs du tunnel accueillent des renforts mécaniques.
  • On peut utiliser différents procédés pour fabriquer les enveloppes et les conduits du silencieux, qui sont en métal: on peut utiliser la technique d'emboutissage, ou la technique dite « roulé-serti ».
  • La figure 3 représente le schéma acoustique du silencieux selon l'invention, avec les conventions habituelles de ce type de représentation. Il est optimal lorsque le volume total correspondant à 1a + 1b + 2 est partagé en trois selon la répartition approximative où le volume 1a est d'environ 3 litres, le volume 1b d'environ 3 litres également, et le volume 2 d'environ 6 litres, avec donc de préférence la relation 1a sensiblement égal à 1b et 2 supérieur à 1a et à 1b et correspondant approximativement à la somme 1a + 1b.
  • Ici, les conduits 12, 13 et 13', 14 et 14' sont organisés de telle sorte que leurs longueurs vont en croissant lorsque l'on suit le flux de gaz d'échappement : la longueur du conduit « aller » 12 est inférieure à celle des conduits « retour » 13,13', elles-mêmes inférieures à celles des conduits d'évacuation 14,14'. Cette répartition permet d'obtenir des fréquences de résonance des résonateurs de Helmholtz issus du couplage des conduits (masses) et des volumes (raideur) donnés, avec les longueurs de conduit 12, 13 et 13', 14 et 14' minimales pour une section donnée. On utilise ainsi de façon maximale le volume pour la fonction recherchée du filtrage du bruit par ces volumes, au-dessus des fréquences de résonance choisies. Cette organisation des volumes et des conduits permet de séparer significativement les trois fréquences de résonance de Helmholtz associées, permettant le cumul des effets de filtrage de chacun des résonateurs, procurant ainsi un niveau de performance acoustique élevé. Néanmoins, la fréquence de résonance de Helmholtz la plus élevée doit rester inférieure à la première résonance acoustique du conduit d'évacuation 14 (premier mode acoustique du conduit ouvert-ouvert).
  • Cette architecture est particulièrement favorable quand le silencieux est destiné à être logé au moins en partie dans le tunnel de la caisse du véhicule, car le volume disponible sous le tunnel est allongé, comme la forme générale du silencieux de l'invention. On peut le visualiser avec la figure 4, qui représente une structure de caisse C de véhicule vue de dessous au niveau de son tunnel T, avec le silencieux S de l'exemple 1 logé dans le tunnel (l'enveloppe aval E2 est tronquée dans sa partie la plus aval, et la représentation simplifiée pour être plus claire).
  • Les figures 5 à 7 sont des variantes de l'exemple 1 : La figure 5 correspond à un exemple 2 qui se distingue de l'exemple 1 par le fait que les volumes 1a, 1b et 2 sont répartis différemment dans les deux enveloppes. Ici, l'enveloppe amont E1' ne délimite que le volume amont 1a, et l'enveloppe aval E2', plus importante, délimite les volumes intermédiaire 1b et aval 2. C'est donc l'enveloppe aval E2' qui a la cloison intermédiaire 9 permettant de la partitionner en deux.
  • La figure 6 correspond à un exemple 3, qui se distingue de l'exemple 1 par le fait que les volumes 1a, 1b et 2 sont délimités par une unique enveloppe E. Cette enveloppe unique E présente alors deux cloisons intermédiaires 9 et 9' qui la partitionnent en trois.
  • La figure 7 correspond à un exemple 4, qui se distingue de l'exemple 1 par le fait que les volumes 1a, 1b et 2 sont chacun délimités par une enveloppe E1", E2" et E3.
  • On voit de ces différents exemples que l'invention a défini un schéma acoustique permettant une grande flexibilité de réalisation, qui permet d'adapter le dimensionnement extérieur du silencieux à des environnements, notamment sous tunnel, variés. La particularité du cheminement des gaz d'échappement qui font un aller-retour dans les conduits traversant la ou les enveloppes, puis un dernier trajet aller par les conduits d'évacuation hors enveloppe contribue à cette flexibilité, et, globalement, à une compacité remarquable du silencieux compte-tenu des performances acoustiques que procurent son schéma acoustique.

Claims (10)

  1. Silencieux (S) destiné à équiper une ligne d'échappement (L) d'un moteur thermique (M), comprenant une ou plusieurs enveloppe(s) qui délimite(nt) trois volumes (1a,1b,2), dits amont (1a), intermédiaire (1b) et aval (2), disposés successivement et traversés par une pluralité de conduits, dont : - un conduit d'alimentation (10) amenant les gaz d'échappement depuis le moteur (M) dans le volume intermédiaire (1b) en traversant le volume amont (1a), - un conduit de trajet dit « aller » (12) conduisant les gaz d'échappement depuis le volume intermédiaire (1b) dans le volume aval (2), - un conduit de trajet dit « retour » (13) conduisant les gaz d'échappement depuis le volume aval (2) vers le volume amont (1a) en traversant le volume intermédiaire (1b), et - un conduit d'évacuation (14,14') disposé majoritairement à l'extérieur de la ou des enveloppes et débouchant du volume amont (1a) en longeant le volume amont (1a) du silencieux hors de ladite ou lesdites enveloppes.
  2. Silencieux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les trois volumes (1a,1b,2) sont répartis en une, deux ou trois enveloppes.
  3. Silencieux selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les volumes sont répartis dans plusieurs enveloppes délimitées par des parois latérales et des cloisons transversales d'extrémité dites coupelles, lesdites enveloppes étant reliées l'une à l'autre par au moins deux conduits traversant au moins deux coupelles en regard de deux enveloppes successives.
  4. Silencieux (S) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le conduit d'évacuation (14,14') longe également le volume intermédiaire (1b) et également éventuellement aussi le volume aval (2) sur une partie au moins de leur longueur.
  5. Silencieux (S) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit d'évacuation (14,14') débouche de la coupelle amont (3) de l'enveloppe définissant le volume amont (1a) du silencieux.
  6. Silencieux (S) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs, notamment deux conduits d'évacuation (14,14'), notamment parallèles entre eux sur au moins une partie de leurs longueurs.
  7. Silencieux (S) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs, notamment deux, conduits de trajet « aller » (12,12'), et/ou plusieurs, notamment deux conduits de trajet « retour » (13,13').
  8. Silencieux (S) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume intermédiaire (1b) est sensiblement égal à ou voisin du volume aval (2).
  9. Silencieux (S) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume amont (1a) est substantiellement deux fois plus important que le volume intermédiaire (1b) et/ou que le volume aval (2).
  10. Silencieux (S) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit de trajet dit « aller » (12) est d'une longueur (L1) inférieure à celle (L2) du conduit de trajet dit « retour » (13), lui-même de longueur inférieure à celle (L3) du conduit d'évacuation (14,14').
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