ES2214547T3 - Silenciador. - Google Patents

Abstract

Silenciador de reflexión para tuberías que pueden ser recorridas por gas, cuyo silenciador de reflexión puede disponerse en un canal de aspiración de aire de un motor de combustión interna, con una entrada, una salida y una cámara situada entre éstas, en la cual están dispuestas, transversalmente a la dirección del flujo, unas pantallas que reducen la sección transversal de flujo de la cámara, caracterizado por una sucesión axial de pantallas a manera de placas que reducen en todos los lados la sección transversal de la cámara, de tal manera que entre la entrada (*03) y la salida (*04) queda definida una vía de flujo continua con un trazado constante, sin paredes reflectantes del sonido, cambios de dirección de más de 90º ni decalajes superiores a la sección transversal de flujo en o través de las pantallas, sin recubrimiento de cantos de estas pantallas.

Description

Silenciador.

La invención concierne a un silenciador de reflexión según el preámbulo de la reivindicación 1, así como a un uso de un silenciador de reflexión según la reivindicación 9.

En vehículos automóviles se utilizan sistemas silenciadores diferentes. Según la clase de generación de ruido, se pueden utilizar silenciadores de absorción o silenciadores de reflexión, también combinaciones de ellos y en algunos casos también amortiguadores de estrangulación con capas porosas atravesadas por el flujo. El silenciador sirve para reducir la propagación del sonido en canales, tuberías y aberturas, sin suprimir el transporte de medios fluidos. En el vehículo automóvil se produce la utilización especialmente para aminorar ruidos de escape y ruidos de aspiración de motores de combustión y compresores. Para aminorar los ruidos del escape se utilizan aquí silenciadores de reflexión en los que unos saltos de sección transversal y unos resonadores en serie constituyen los medios de amortiguación esenciales. La mayor resistencia al flujo que aquí se presenta conduce a una pequeña merma de la potencia y tiene que ser aceptada. Esto es más difícil en los canales de entrada de aire del motor de combustión interna o bien en la zona de ventilación. Dado que aquí una mayor resistencia al flujo conduce generalmente a enormes mermas de la potencia, se amortigua aquí especialmente con materiales de absorción (esterillas aislantes, fibras minerales).

El documento US 2,012,331 describe un silenciador con una entrada y una salida y una cámara situada entre éstas. En la cámara están dispuestas unas pantallas una tras otra. Delante de las pantallas se encuentra una disposición de paletas que arremolina el flujo de gas entrante a manera de vórtice en dirección radial hacia fuera. En las aberturas centrales de las pantallas se genera un máximo de velocidad del flujo, provocándose una deflexión del flujo de más de 90º en dirección radial hacia dentro por medio de la disposición de las pantallas.

Se conoce por el documento US 5,014,816 un resonador con un canal de flujo de aire que se extiende por delante de una disposición de laberinto. La disposición de laberinto tiene varias aberturas que llevan a un conducto laberíntico cerrado.

Se conoce por el documento FR 945.632 un resonador de graves de \lambda/4 que presenta al menos dos tubos concéntricamente dispuestos. Un tubo interior tiene hendiduras a través de las cuales se genera un acceso a cámaras. Las cámaras están limitadas por el lado exterior del tubo interior y por el lado interior del tubo exterior, así como por tabiques. La frecuencia a amortiguar puede ser establecida por medio del tamaño de las hendiduras.

El documento WO 80/02304 describe un resonador en el que está previsto un canal de flujo que discurre oblicuamente a través del resonador. El canal de flujo está definido por chapas paralelas opuestas. Cada chapa presenta un tramo extremo largo, un tramo extremo corto y un tramo de canal perforado a través del cual las ondas acústicas llegan a cámaras huecas acústicas. Las chapas están curvadas en la zona de entrada. Las cámaras están limitadas por tabiques que se extienden transversalmente a los tramos de canal perforados y paralelamente a los tramos extremos.

El documento FR 1.085.907 concierne a un silenciador de absorción y reflexión combinado.

El cometido de la presente invención es un silenciador de reflexión para vehículos automóviles que deberá tener una resistencia al flujo lo más pequeña posible, junto con una reducción del sonido que, en caso deseado, será de banda relativamente ancha.

Este objetivo se alcanza mediante el silenciador descrito al principio con las particularidades caracterizantes de la reivindicación 1. Respecto del uso, el problema se resuelve con las características de la reivindicación 9.

Los silenciadores de reflexión aminoran el paso del sonido en el canal por retroproyección (reflexión) de las ondas acústicas hacia la fuente del sonido. De este modo, se puede aumentar también el nivel del sonido antes del silenciador, de modo que su eficacia puede depender del lugar de montaje. Tales silenciadores son tanto más eficaces cuanto más numerosos son los puntos de retroproyección, empleándose usualmente como puntos de retroproyección saltos de sección transversal, cambios de dirección y resonadores en serie en derivación que sean eficaces respecto del sonido. Sin embargo, según la clase de generación y propagación del sonido, hay que tener en cuenta que los saltos de sección transversal y los cambios de dirección en sistemas de canales pueden conducir a su vez ellos mismos a ruidos no deseados, de modo que, en principio, se desea también una reducción de la velocidad del flujo. Sin embargo, precisamente en el vehículo automóvil esto no puede materializarse debido a los limitados espacios que están disponibles, por lo que las disminuciones del sonido representan aquí un problema difícil.

Según la invención, se ha encontrado ahora que los silenciadores de reflexión con varias pantallas directamente consecutivas y eficaces frente al sonido son adecuados en el vehículo automóvil para reducir el sonido en tuberías. Directamente quiere decir aquí que las pantallas se siguen una a otra respecto de la propagación del sonido, es decir que, por ejemplo, no está dispuesto entre ellas ningún tabique reflectante del sonido, cambio de dirección mayor de 90º o decalaje superior a la sección transversal de flujo. Por tanto, el silenciador según la invención utilizado en vehículos automóviles es un silenciador de reflexión con una entrada y una salida para una corriente de gas y, situada entre ellas, una cámara en la que están dispuestas pantallas transversales a la dirección del flujo que reducen la sección transversal de flujo de la cámara y sobre cuyos cantos (no enrasados con la cámara) pasa la vía de flujo del gas. "Sobre" significa contacto directo con la vía de flujo. La cámara está construida preferiblemente como una tubería, para cuyo trazado existen múltiples posibilidades de configuración. Ventajosamente, la sección transversal de la cámara es de construcción redonda u ovalada. Las pantallas son elementos que reducen la sección transversal por todos los lados. Como pantallas están previstas estructuras a manera de placas, por ejemplo chapas, también chapas de plástico, que reflejan el sonido. Empleando pantallas, el agujero de éstas puede estar configurado en forma redonda o con otra geometría y encontrarse en posición centrada o descentrada en la cámara.

Preferiblemente, están previstas tres a veinte y especialmente cuatro a quince pantallas que de preferencia se siguen directamente una a otra en la cámara. La vía de flujo que pasa por las pantallas puede presentar una sección transversal sustancialmente constante o bien una sección transversal variable, por ejemplo una sección transversal que se ensancha o se estrecha, y tiene preferiblemente una anchura interna de al menos la de la entrada y la salida de la cámara. La cámara puede estar construida también en la dirección de flujo con una sección transversal idéntica o con una sección transversal variable.

Además, especialmente en el caso de una sección transversal constante de la vía de flujo y de la cámara, las pantallas pueden estar construidas con distancias diferentes de una a otra. Mediante estas configuraciones geométricas diferentes descritas en el párrafo anterior (diferentes alturas de pantalla en la vía de flujo) se alcanzan volúmenes diferentes entre pantallas consecutivas, con lo que se obtienen resonancias diferentes. Es así posible diseñar el silenciador (también: silenciador tubular) con banda ancha, de modo que en una gama de 0,5 a 8 kHz a lo largo de un rango de frecuencia coherente de al menos 500 Hz se consiga en éste una amortiguación resultante de al menos 15 dB (A). Preferiblemente, se proporciona esta amortiguación a cada frecuencia en el rango de frecuencia. En las formas de ejecución preferidas el intervalo de frecuencia está entre 1 y 5 kHz y en formas de ejecución especialmente preferidas el rango de frecuencia se extiende sobre al menos 1 kHz y especialmente sobre al menos 3 kHz y está preferiblemente en el intervalo de frecuencia de 2 kHz a 5 kHz. Con tales amortiguadores de banda ancha se consigue según la invención que el silenciador reduzca de manera eficaz especialmente emisiones de ruido individuales de un vehículo, es decir, emisiones de ruido que se presentan de un vehículo a otro a frecuencias diferentes debido a, por ejemplo, tolerancias.

En otra forma de ejecución preferida el recorrido del flujo a través de las pantallas se desarrolla sin cambios de dirección en éstas, es decir que las pantallas están dispuestas sin importantes solapamientos mutuos respecto del recorrido del flujo. De este modo, se consigue una resistencia al flujo especialmente baja, en particular comparado con silenciadores dotados de cámaras de resonancia, que tienen sólo pequeñas aberturas de entrada y de salida, casi siempre tramos de tubo, para la corriente de gas.

Preferiblemente, el silenciador según la invención se utiliza en tuberías de vehículos automóviles en las que existe en funcionamiento una presión de gas de al menos 0,3 bares de sobrepresión, especialmente al menos 0,6 bares de sobrepresión. El silenciador según la invención puede instalarse especialmente en el lado de aspiración, es decir, también en tuberías en las que existe una pequeña depresión. El gas que circula por el silenciador fluye dependiendo de un estado de funcionamiento del vehículo automóvil, por ejemplo una carga del motor o una potencia de ventilador. Ventajosamente, pueden disponerse varias tuberías en paralelo y especialmente pueden preverse varias vías de flujo en una cámara. Precisamente en la última forma de ejecución resulta posible que dos o más vías de flujo tengan pantallas comunes entre las cuales sea posible un intercambio de gas de una vía de flujo a otra (y viceversa).

Preferiblemente, el silenciador está previsto para conducir aire a su través y sirve especialmente como canal de entrada de aire (amortiguador de ruidos de aspiración) para un motor de combustión interna del vehículo automóvil. Esta forma de ejecución se utiliza de manera especialmente ventajosa con un alimentador, especialmente un turboalimentador. El silenciador según la invención sirve aquí especialmente para amortiguar ruidos del alimentador que son provocados por desequilibrios en el rotor del alimentador. El ruido molesto que se presenta aquí depende no sólo del número de revoluciones del alimentador, sino que depende aún más de tolerancias de fabricación, de modo que es necesaria una reducción de sonido de banda ancha en el tubo situado entre el alimentador y el motor de combustión interna, ya que las frecuencias perturbadoras que se presentan son individuales, es decir que no pueden especificarse con exactitud.

La invención concierne también al uso del silenciador anteriormente descrito, especialmente un silenciador tubular, en un vehículo automóvil o como tubo de entrada de aire de un motor de combustión interna, especialmente un motor de combustión interna que funciona con un alimentador.

El silenciador según la invención trabaja con varios resonadores de Helmholtz que están conectados en serie. Variando las dimensiones de los resonadores (volumen) entre las pantallas, el diámetro del canal de flujo o la abertura de las pantallas, la longitud y diámetro de los tubos de entrada y de los tubos de salida, se pueden sintonizar éstos uno con otro para obtener la deseada reducción del sonido de banda ancha.

Se describe seguidamente la invención con más detalle ayudándose de dibujos y ejemplos de ejecución.

Muestran:

la figura 1, un silenciador tubular de banda estrecha;

la figura 2, un primer silenciador tubular de banda ancha;

la figura 3, un segundo silenciador tubular de banda ancha;

la figura 4, un espectro de amortiguación de un silenciador tubular de banda ancha media;

la figura 5, un tubo de flujo que no cae bajo el objeto de la reivindicación 1 y que incluye dos vías de flujo que se comunican una con otra;

la figura 6, un diagrama con el comportamiento de amortiguación del silenciador tubular de la figura 5; y

la figura 7, un amortiguador del ruido de aspiración que no cae bajo el objeto de la reivindicación 1.

El silenciador tubular 1 representado en la figura 1 está constituido por una cámara tubular 2 que está provista de un racor de entrada 3 en uno de sus extremos y de un racor de salida 4 en su extremo opuesto. En la cámara 2 están fijados cinco pantallas anulares 5 que están unidas mediante sus cantos exteriores 6 con la pared interior 7 de la cámara tubular 2. Las aberturas 8 de las pantallas anulares 5 tienen aproximadamente la misma anchura interna que los racores 3 y 4 y están dispuestas en coincidencia con éstos. Se obtiene así una vía de flujo 9 (flecha) a través del silenciador tubular 1 sin cambios de dirección en las pantallas 5. En el caso de un flujo de gas a través del silenciador tubular 1, los espacios intermedios 10 entre las pantallas tubulares 5 y la primera o la última pantalla anular y las paredes laterales 11 de la cámara 2 forman unas cámaras de resonancia que, de conformidad con la geometría del silenciador tubular 1, conducen en este silenciador tubular 1 a una reducción del sonido dentro de un intervalo de frecuencia determinado.

Para ampliar el intervalo de frecuencia dentro del cual tiene lugar la atenuación del sonido, se puede variar el volumen de los espacios intermedios 10 mediante una variación de la distancia entre las pantallas anulares 5, una variación del tamaño de las aberturas 8 y/o una variación del diámetro exterior de las pantallas anulares 5. Las dos últimas posibilidades están ilustradas en las figuras 2 y 3. (Números de decena iguales representan partes del mismo tipo). El silenciador tubular 101 está construido en principio de la misma forma que el silenciador tubular 1 con la diferencia de que las aberturas 108 tienen sólo en la primera pantalla 105, visto en la dirección de flujo (flecha), la anchura interna del racor de entrada 103 o del racor de salida 104. Las restantes pantallas anulares 105a tienen, visto en la dirección de flujo, un diámetro creciente 108, de modo que los espacios intermedios 110 tienen volúmenes decrecientes en la dirección de flujo. Además, en la pared lateral 111, que se corresponde con el racor de salida 104, resulta un salto de sección transversal que sirve también para la amortiguación de vibraciones. A diferencia de esto, el silenciador tubular 201 de la figura 3 tiene aberturas de pantalla 208 que presentan todas ellas aproximadamente la misma anchura interna que los racores 203 y 204. Sin embargo, dado que la cámara 202 está estrechada en forma de embudo en la dirección de flujo (flecha), resultan nuevamente, al igual que en la figura 2, volúmenes decrecientes de los espacios intermedios 210a, visto en la dirección de flujo. También se consigue así, al igual que en la figura 2, un rango de difusión más amplio con menores valores absolutos de la amortiguación.

En la figura 4 se representa otra forma de ejecución de un silenciador tubular 301 que se compara con un tubo 401 de pared lisa. La estructura del silenciador tubular 301 se asemeja a la mostrada en la figura 2, con la diferencia de que sólo están dispuestas dos aberturas de pantalla diferentes, pero éstas se van alternando - visto desde el centro en dirección a la entrada o la salida. Se obtiene así frente al tubo 401 comparable en paso y longitud, entre 2000 y 4500 Hz, una reducción del nivel acústico de un promedio de 25 dB, con lo que se consigue una considerable reducción del ruido.

El silenciador tubular 501 representado en la figura 5 tiene frente a los silenciadores tubulares anteriormente descritos una estructura claramente diferente, pero en principio igual. Ya puramente en el exterior llama la atención el que el silenciador tubular 501 está curvado en forma de plátano y tiene una sección transversal ovalada. La sección transversal ovalada es sustancialmente constante en todo el recorrido del silenciador tubular. En el interior, el silenciador tubular 501 contiene una vía de flujo superior 519 y una vía de flujo inferior 529. Entre estas vías de flujo 519 y 529 está instalada un alma cruciforme 512 cuyos cuatro brazos 513 a 516 están unidos con la pared interior 507 del silenciador tubular 501. De este modo, el espacio interior del silenciador tubular 501 es subdividido en cuatro espacios parciales axiales, de los cuales el superior forma la vía de flujo superior 519 y el inferior forma la vía de flujo inferior 529. En los espacios parciales restantes 517 y 518, que están uno frente a otro, están instaladas al comienzo del silenciador tubular 501, así como en su extremo y a distancias irregulares también en todo su recorrido, unos tabiques 520 que subdividen los espacios parciales 517 y 518 en segmentos individuales 521 con volúmenes contiguos diferentes (pero con volúmenes opuestos iguales). En el alma cruciforme 512 se han practicado unos agujeros 522 en los brazos 513 a 516, de modo que la vía de flujo superior 519 se comunica con los espacios parciales 517 y 518 y éstos a su vez se comunican con la vía de flujo inferior 529. Se consigue así que las corrientes de gas parciales (flechas) que circulan por las vías de flujo 519 y 529 y sobre los cantos 523 de los tabiques 520 tengan solamente una pequeña resistencia al flujo, mientras que los brazos 513 a 516 son permeables para el sonido, de modo que para estos brazos los tabiques 520 son correderas entre las cuales existen espacios de resonancia para el sonido. Esta configuración tiene también la ventaja de que los componentes no gaseosos contenidos en la corriente de gas, como, por ejemplo, gotitas de aceite, cuando no se separen de la vía de flujo superior 519, llegan a través de los agujeros 522, los segmentos 521 y nuevamente los segmentos 522 a la vía de flujo inferior 529, que entonces arrastra nuevamente estos componentes y los descarga. Se evita así la deposición de hollín en los segmentos 521.

La acción de amortiguación está representada en la figura 6, en donde la línea de trazos reproduce el nivel de presión acústica después del silenciador tubular 501 y la línea de trazo continuo reproduce la presión acústica para un tubo de estructura correspondiente sin los tabiques 520 y sin el alma cruciforme 512. Entre aproximadamente 800 Hz y 6 kHz se consigue en todo el intervalo una atenuación del sonido de al menos 25 dB (A), y algunas frecuencias individuales están incluso aún netamente por encima de esto. En todo el espectro se ha alcanzado también un neto descenso del nivel acústico (parte derecha del diagrama) tanto en valor absoluto (L) como también para la percepción auditiva humana (A).

El amortiguador 601 del ruido de aspiración ilustrado en la figura 7 representa una combinación de los silenciadores tubulares anteriormente descritos. La estructura de principio es como en el silenciador tubular de la figura 3, es decir que una cámara tubular 602 contiene once pantallas 605 que rodean a una vía de flujo 609. Las pantallas 605 están unidas mediante sus cantos exteriores 606 con la pared interior 607 de la cámara tubular 602, de modo que dos pantallas contiguas 605 definen, junto con el segmento correspondiente de la pared interior 607, un espacio intermedio 610 similar a un anillo a través de cuya abertura anular pasa la vía de flujo 609. Análogamente a lo que ocurre en la figura 5, la vía de flujo 609 está provista de una cubierta 612 que presenta agujeros 622, de modo que se puede conducir, sin una resistencia importante, un flujo de gas a través de la vía de flujo 609, pero las ondas sonoras se pueden expandir a través de los agujeros 622 hasta dentro de los espacios intermedios 610, en los que se consigue, por reflexión, una reducción del
sonido.

A diferencia del silenciador tubular 201, el amortiguador 601 del ruido de aspiración no sólo está provisto de una vía de flujo 609 con curvaturas múltiples, sino que ésta se encuentra dispuesta también en posición descentrada en la cámara 602. A esto se añade el que la pared 607 de la cámara 602 presenta zonas de diámetro constante, saltos de diámetro y también zonas con una variación de diámetro continua, variando, además, las distancias entre las pantallas 605. Se consigue así una amortiguación del ruido de banda especialmente ancha.

Además, en el amortiguador 601 del ruido de aspiración el racor de entrada 603 está provisto de una orejeta de fijación 630.

La invención hace posible una sencilla y barata atenuación del sonido en tubos de conducción de gas, especialmente en tuberías recorridas por aire.

Claims (10)

1. Silenciador de reflexión para tuberías que pueden ser recorridas por gas, cuyo silenciador de reflexión puede disponerse en un canal de aspiración de aire de un motor de combustión interna, con una entrada, una salida y una cámara situada entre éstas, en la cual están dispuestas, transversalmente a la dirección del flujo, unas pantallas que reducen la sección transversal de flujo de la cámara, caracterizado por una sucesión axial de pantallas a manera de placas que reducen en todos los lados la sección transversal de la cámara, de tal manera que entre la entrada (*03) y la salida (*04) queda definida una vía de flujo continua con un trazado constante, sin paredes reflectantes del sonido, cambios de dirección de más de 90º ni decalajes superiores a la sección transversal de flujo en o través de las pantallas, sin recubrimiento de cantos de estas pantallas.

2. Silenciador de reflexión según la reivindicación 1, caracterizado porque la vía de flujo está curvada.

3. Silenciador de reflexión según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por secciones transversales de flujo variables en pantallas consecutivos (*05; 520) bajo sección transversal constante de la cámara (*02) o secciones transversales variables bajo secciones transversales de flujo constantes en pantallas consecutivos.

4. Silenciador de reflexión según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por vías de flujo (519, 529) en la cámara (502) que, sin cambios de dirección, discurren paralelas una a otra en cuanto a su acción.

5. Silenciador de reflexión según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por una sucesión axial de pantallas con profundidades radiales variables y distancias axiales variables de una a otra.

6. Silenciador de reflexión según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por variaciones discontinuas de la sección transversal de la cámara, referido a la dirección de flujo tomada como abscisa.

7. Silenciador de reflexión según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por una disposición de al menos dos silenciadores de reflexión (*01) conectados en paralelo uno con otro en el canal de aspiración de aire del motor de combustión interna.

8. Silenciador de reflexión según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por una disposición del silenciador de reflexión (*01) entre un motor de combustión interna, que funciona con sobrealimentación, y el sobrealimentador.

9. Uso de un silenciador de reflexión con características según una de las reivindicaciones 1 a 8 para amortiguar ruidos de aspiración en vehículos automóviles con un sobrealimentador o con un compresor.

10. Uso según la reivindicación 9 empleando un silenciador de reflexión que está ajustado por medio de una configuración y dimensionamiento de sus pantallas (*05; 520) y su cámara (*02) de tal manera que en el intervalo comprendido entre 500 Hz y 8 kHz se puede obtener en una anchura de banda de al menos 500 Hz una amortiguación resultante de al menos 15 dB (A).