FR2598176A1 - SILENT FOR GAS CURRENT - Google Patents
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Abstract
Description
1 La présente invention concerne les silencieux pour courant gazeuxThe present invention relates to silencers for gaseous current
comportant des moyens d'atténuation des with means of attenuation
bruits provoqués par la détente des gaz. noises caused by gas expansion.
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 In the case of internal combustion engines fitted to vehicles, gaseous currents or exhaust gases created by the combustion of an air-fuel mixture are expelled into the atmosphere through
un pot d'échappement.an exhaust pipe.
Ce dernier est constitué principalement d'un collecteur raccordé au moteur et d'un silencieux relié d'une 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 The latter consists mainly of a manifold connected to the engine and a muffler connected on the one hand, to this manifold and on the other hand, to an exhaust pipe. These gases are obviously dangerous since they arrive in the collector at high temperatures and
des pressions notamment acoustiques importantes. particularly important acoustic pressures.
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 20 maintenant un niveau sonore extérieur acceptable, malgré The muffler and especially the muffler prevent the gases are released into the atmosphere with such physical criteria. The muffler is the predominant element in which the gases relax and cool during their journey indoors while maintaining an acceptable external noise level, despite
la détente de ces gaz.the relaxation of these gases.
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 1 extrémités de l'enveloppe, ce qui nuit à l'efficacité d'atténuation du bruit puisque celui-ci est transféré directement de l'entrée vers la sortie du silencieux. De plus, l'emploi de tels silencieux diminue la puissance du moteur. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus mentionnés et concerne un silencieux pour courant gazeux, par exemple issu d'un moteur thermique, turbine, compresseur, etc. The known silencers consist of an elongate envelope provided with an inlet orifice and a gas outlet orifice, which are respectively provided at its ends and on which are connected on the one hand, the collector and the on the other hand, the exhaust manifold. One or more tubes, most often drilled with radial orifices, are arranged in the casing and may also be surrounded by a fibrous coating thus lowering the sound level. The path of the exhaust gas is, despite everything, substantially direct between the two 1 ends of the envelope, which affects the noise attenuation efficiency since it is transferred directly from the inlet to the outlet of the silencer. In addition, the use of such silencers decreases the power of the engine. The present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks and relates to a muffler for a gas stream, for example from a heat engine, turbine, compressor, etc.
, qui permet d'optimiser la détente des gaz en optimisant sa fonction de transfert. De plus la réalisation pratique d'un tel silencieux est mécaniquement très simple et peu coûteuse. A cet effet, selon l'invention, le silencieux pour courant gazeux, comportant une enveloppe allongée pourvue d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie des gaz respectivement prévus à ses extrémités et des moyens de détente des gaz disposés à l'intérieur de ladite enveloppe, est remarquable en ce que lesdits moyens de 20 détente sont constitués d'une part, par une virole comprenant une cloison transversale la partageant en deux chambres, l'une tournée vers l'orifice d'entrée des gaz et l'autre tournée vers l'orifice de sortie des gaz, ladite virole ménageant un passage avec la paroi interne 25 de ladite enveloppe et s'étendant sur la majeure partie de la longueur de ladite enveloppe et d'autre part, au moins du côté de la sortie des gaz, par une tubulure solidaire dudit orifice et s'étendant jusque dans ladite..DTD: chambre en regard de ladite virole. , which optimizes the expansion of gases by optimizing its transfer function. Moreover, the practical realization of such a silencer is mechanically very simple and inexpensive. For this purpose, according to the invention, the muffler for gaseous current, comprising an elongate envelope provided with an inlet orifice and a gas outlet orifice respectively provided at its ends and means for expansion of the gases arranged at the inside of said casing is remarkable in that said detent means are constituted firstly by a shell comprising a transverse partition dividing it into two chambers, one facing the gas inlet orifice. and the other turned towards the gas outlet orifice, said ferrule forming a passage with the inner wall 25 of said envelope and extending over most of the length of said envelope and on the other hand, at least of the the gas outlet side, by a tubular integral with said orifice and extending into said D.DTD: chamber facing said ferrule.
Ainsi, les moyens de détente de l'invention évitent le Thus, the relaxation means of the invention avoid the
transfert direct des gaz de l'entrée vers la sortie du silencieux et permettent d'atténuer fortement le bruit. direct transfer of gases from the inlet to the outlet of the silencer and can greatly reduce the noise.
1 Selon un mode préféré de réalisation, l'enveloppe, la virole et la tubulure sont de forme de révolution et sont According to a preferred embodiment, the casing, the ferrule and the tubular are of revolution form and are
coaxiales entre elles.coaxial between them.
Avantageusement, la cloison transversale, séparant la virole en deux chambres adjacentes, est disposé 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 Advantageously, the transverse partition, separating the ferrule into two adjacent chambers, is disposed in a plane perpendicular to the axis of said ferrule. Both rooms can have an identical volume. In order to eliminate certain frequencies, the ferrule comprises, at least in the first chamber facing the orifice
d'entrée des gaz, une pluralité de perforations radiales. gas inlet, a plurality of radial perforations.
Diverses variantes de réalisation présentant 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 Various embodiments also having advantages in terms of acoustic efficiency. For example, a fibrous coating may be arranged at least in the chamber of said ferrule facing the gas inlet. The ends of said ferrule may also have a conical shape or the like. Also, the axis of the ferrule may be eccentric with respect to the axis
de l'enveloppe.of the envelope.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Des références The figures of the appended drawing will make it clear how the invention can be realized. References
identiques désignent des éléments semblables. identical designates similar elements.
La figure 1 représente schématiquement un système d'échappement, comportant le silencieux de l'invention FIG. 1 schematically represents an exhaust system comprising the silencer of the invention
adapté par exemple à un moteur thermique. adapted for example to a heat engine.
La figure 2 représente une coupe du silencieux selon un FIG. 2 represents a section of the silencer according to a
mode préféré de réalisation.preferred embodiment.
Les figures 3, 4 et 5 représentent également en coupe, Figures 3, 4 and 5 also show in section,
des variantes de réalisation dudit silencieux. embodiments of said silencer.
1 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 10 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 FIG. 1 shows a combustion engine 1 of the internal combustion type, to which is connected a muffler 2 consisting mainly of a manifold 3 connected to the exhaust ports of the engine, a 4 and an exhaust manifold 5. The passage of the gas stream from the engine 1 is effected through the various elements mentioned muffler 2. With reference to Figure 2, the muffler 4 for current 10 gaseous according to the invention, comprises a casing 7 of substantially elongated shape, provided with a gas inlet port 8 at one end 9 of the casing and a gas outlet port 10 at the other end 11 of the envelope. The gas inlet port 8 receives an end 12 of the manifold manifold 3 and the gas outlet port 10 receives an end 15 of the exhaust manifold 5. The gas stream flowing in the silencer 4 is
représenté symboliquement par des flèches 16. symbolically represented by arrows 16.
A l'intérieur de l'enveloppe 7 sont disposés les moyens Inside the casing 7 are arranged the means
de détente des gaz de l'invention.for relaxing the gases of the 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 grace à des pattes de fixation 20 et d'autre part, par l'extrémité 15 de la According to the invention, these detent means consist on the one hand, by a ferrule 18 held against the inner wall 19 of the casing 7 by means of fixing lugs 20 and on the other hand, by the end 15 of the
tubulure d'échappement 5.exhaust manifold 5.
Plus précisément, la virole 18 comprend une cloison transversale 23 qui partage le volume intérieur de cette More specifically, the ferrule 18 comprises a transverse partition 23 which shares the interior volume of this
virole en deux chambres 24 et 25 adjacentes. ferrule into two adjacent chambers 24 and 25.
1 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 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 1 The chamber 24 is a view of the gas inlet port 8 while the chamber 25 is facing the gas outlet orifice. A communication passage 27 is provided between the outer wall 28 of the ferrule 18 and the inner wall 19 of the casing 7 thus enabling the transfer and evacuation of the gases from the chamber 24 receiving the gases coming from the collector, to the room 25
en communication avec la tubulure de sortie des gaz. in communication with the gas outlet manifold.
Avantageusement, la longueur L de la virole 18 s'étend Advantageously, the length L of the ferrule 18 extends
sur la majeure partie de la longueur L1 de l'enveloppe 7. over most of the length L1 of the envelope 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 In this embodiment of the invention, the ferrule 18 and the casing 7 are in the form of a revolution and are coaxial about an axis 30. Likewise, the end 12 of the
collecteur et l'extrémité 15 de la tubulure d'échappement 15 5 sont coaxiales à cet axe 30. manifold and the end 15 of the exhaust manifold 15 5 are coaxial with this axis 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 The two chambers 24 and 25 of the shell 18, defined by the transverse partition 23 arranged perpendicular to the axis 30 common to the shell and to
l'enveloppe, ont un volume identique. the envelope, have an identical volume.
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 The ferrule 18 also has in the first chamber 24, radial perforations 31 which are intended to reduce eigenfrequencies due to the coupling of the two
chambres adjacentes.adjacent rooms.
Les moyens de détente selon l'invention sont constitués également par l'extrémité 15 de la tubulure d'échappement agencée en saillie dans la chambre 25 de la virole de façon que la face 34 de ladite extrémité 15 soit en regard de la cloison 23. L'agencement de l'extrémité 15 dans la chambre 25 présente alors une impédance supplé30 mentaire à l'encontre des gaz avant leur éjection dans l'atmosphère. 1 Le fonctionnement du silencieux fera apparaître très The expansion means according to the invention are also constituted by the end 15 of the exhaust pipe 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. 1 The operation of the silencer will make it appear very
nettement les avantages qu'il procure. clearly the benefits it provides.
Les gaz 16 issus du collecteur à une pression acoustique et température importantes débouchent dans la chambre 24 o ils subissent une détente. Les gaz ressortent de la première chambre 24 de la virole 18 et se dirigent dans le passage annulaire 27 o ils The gases 16 from the collector at a high acoustic pressure and temperature open into the chamber 24 where they undergo relaxation. The gases emerge from the first chamber 24 of the shell 18 and move into the annular passage 27 where they
circulent avec une vitesse élevée. move with a high speed.
Une faible partie des gaz traverse également les perforations radiales 31 pratiquées dans la première A small portion of the gas also passes through the radial perforations 31 made in the first
chambre 24 de la virole.chamber 24 of the shell.
Les pertes acoustiques sont d'autant plus importantes, pour une section de passage 27 donnée, que la longueur de The acoustic losses are all the more important for a passage section 27 given that the length of
ce passage 27 est importante.this passage 27 is important.
Cet objectif est atteint par l'invention grâce à la longueur de la virole L qui est la plus proche possible This object is achieved by the invention thanks to the length of the ferrule L which is as close as possible
de la longueur de l'enveloppe L1.the length of the envelope L1.
Les gaz 16 se propagent alors vers la cloison 23, puis s'orientent vers la tubulure d'échappement 5, o 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 The gases 16 then propagate towards the partition 23, then move towards the exhaust pipe 5, where they rush to their ejection into the atmosphere. The acoustic level achieved by the gases being further lowered by the end 15 projecting in the second chamber 25 since the end 15 increases.
l'impédance de sortie des gaz.the impedance of gas output.
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 The sound level obtained at the outlet of the exhaust pipe then provides particularly satisfactory results. The silencer of the invention based on the acoustic coupling between two chambers defined by
la virole, permet d'obtenir une atténuation acoustique du 30 bruit importante. the ferrule, provides an acoustic attenuation of the large noise.
1 Les diverses réalisations, ci-dessous décrites, présentent des améliorations au niveau de l'efficacité 1 The various achievements, described below, show improvements in efficiency
acoustique du silencieux.acoustics of the silencer.
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 passebas à deux degrés de liberté, c'est-à-dire que toutes les fréquences situées au-dessus de sa fréquence de coupure sont fortement The explanation of the attenuation of this silencer can be summed up by the fact that the transfer function of this silencer is that of a low-pass filter with two degrees of freedom, that is to say that all the frequencies located above its cutoff frequency are strongly
atténuées et que les fréquences situées au-dessous le 10 sont faiblement. attenuated and that frequencies below 10 are weak.
Il est donc nécessaire de placer la plus basse fréquence It is therefore necessary to place the lowest frequency
à atténuer au-dessus de cette fréquence de coupure. to attenuate above this cutoff frequency.
La figure 3 illustre une variante de réalisation pour FIG. 3 illustrates an embodiment variant for
laquelle les extrémités 35 et 36 de la virole 18 ont été 15 modifiées. Elles se présentent sous une forme conique. which ends 35 and 36 of the ferrule 18 have been modified. They are in a conical form.
Grâce à ces extrémités coniques 35 et 36, les pertes de charge des gaz sont moins importantes et l'efficacité With these conical ends 35 and 36, the pressure losses of the gases are less important and the efficiency
acoustique du silencieux est accrue. acoustics of the silencer is increased.
La figure 4 illustre une autre variante de réalisation 20 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 Figure 4 illustrates another alternative embodiment 20 for which the chamber 24 facing the opening 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
contre la virole 18 et la cloison 23. Ce traitement 25 favorise l'amortissement des fréquences propres. against the ferrule 18 and the partition 23. This treatment 25 promotes the damping of the eigenfrequencies.
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 30 45 de la virole 18 est décalé par rapport à l'axe 30 de l'enveloppe. Une autre variante, représentée en pointillés sur la figure 3, consiste à agencer l'extrémité 12 de la tubulure du collecteur 3 en saillie dans la chambre 24, à une distance nettement plus éloignée de la cloison 23 que la distance séparant l'extrémité 15 de la tubulure 5 FIG. 5 illustrates an alternative embodiment, which consists of offsetting the ferrule 18 of the casing 7. The ferrule is secured to the casing by means of, for example, a weld. Thus, the new geometric axis 45 of the ferrule 18 is offset with respect to the axis 30 of the envelope. Another variant, shown in dashed lines in FIG. 3, consists of arranging the end 12 of the manifold manifold 3 projecting in the chamber 24, at a distance much farther from the partition 23 than the distance separating the end 15 of the tubing 5
vis-à-vis de la cloison 23.vis-à-vis the partition 23.
Le fonctionnement du silencieux en regard de ces diverses The operation of the silencer with regard to these various
variantes de réalisation est similaire à celui précédemment décrit en regard de la figure 2. embodiments is similar to that previously described with reference to FIG.
D'autres variantes et combinaisons possibles entre les divers exemples proposés sont également possibles sans Other possible variations and combinations between the various examples proposed are also possible without
sortir pour cela du cadre de l'invention. to get out of the scope of the invention.
II
Les applications d'un tel sliencieux concernet leo moteurs à combustion interne de tous types (essence, diesel, gaz), les turbines à gaz, les compresseurs, etc.... The applications of such a serious concern are the internal combustion engines of all types (petrol, diesel, gas), gas turbines, compressors, etc.
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