PT96244A

PT96244A - Saida de escape com tubo de venturi

Info

Publication number: PT96244A
Application number: PT96244A
Authority: PT
Inventors: Paul Deville
Original assignee: Devil
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1990-12-18
Publication date: 1991-09-30
Also published as: FR2656038A1; EP0434578A1; ES2023619A4; US5174113A; DE434578T1; JPH03290013A

Description

DEVIL "SAlDA DE ESCAPE COM TUBO DE VENTURI" A presente invenção diz respeito às saídas de escape destinadas a formar a zona de extremidade de uma linha de escape de motor de combustão interna.

As saídas de escape destinam-se geralmente a ser ligadas na saída de uma canalização de condução de gases de escape, por exemplo a saída de um silencioso, e compreendem um orifício de entrada provido de meios de ligação à referida canalização de condução dos gases de escape, e um orifício aberto para o ar livre, para a saída dòs gases, assegurando meios de condução dos gases a passagem dos gases desde o orifício de entrada atê ao orifício de saída.

Na sua forma mais simplificada, as saídas de escape são formadas por um simples tubo cilíndrico.

Numa forma de realização específica descrita no documento WO-A-8 905 394, a saída de escape compreende um tubo interior envolvido por um invólucro exterior cilíndrico. O tubo interior compreende uma parte de montante que estreita e se liga a uma parte de jusante que se alarga, para formar um espaço anular entre o tubo interior e o invólucro exterior. Os fumos produzidos no cárter do motor sao introduzidos no espaço anular onde são queimados pelo calor libertado pelos gases de escape através do tubo interior. A froma estreitada e depois alargada do tubo in-

terior, associada à forma cilíndrica do invólucro exterior, tem como efeito aumentar as permutas térmicas entre os gases de escape e os fumos. A forma representada nos desenhos, não precisada na descrição, ê tal que a relação entre a secção da parte estreitada e a secção da parte de jusante cilíndrica é de cerca de 0,25. Esta forma ê desfavorável para o rendimento do motor e modifica desvantajosamente a sonoridade do escape, por um desvio para os agudos.

Procurou-se sempre reduzir o ruído produzido pelo escape de um motor de combustão interna, em especial colocando um ou vários dispositivos silenciadores na conduta de escape. O ruído de um sistema de escape pode ser medido facilmente, para diversos regimes do motor de combustão interna e para regimes contínuos, bem como para regimes transitórios. Tem sido definidos ensaios normalizados para a homologação de escapes para veículos com motores de combustão interna.

Devem em especial distinguir-se, por um lado, o ruído do escape produzido em regime contínuo do motor, estando então o motor em vazio, em regime estabilizado e, por outro lado, o ruído de raspagem. 0 ruído de raspagem corresponde à elevação muito breve do nível sonoro de um escape quando se liberta brutalmente o acelerador. Trata-se de um pico de ruído de frequênciasrre-lativamente baixas, da ordem de 100Hz, que se segue ao ruído contínuo produzido pelo escape quando o motor está em regime contínuo, e que precede a diminuição ulterior de ruído que se segue â diminuição do regime do motor. A medição do ruído de •κ

-3- raspagem faz parte dos ensaios normalizados de homologação dos escapes.

Paralelamente, constatou-se que uma redução de ruído de escape arrasta consigo muitas vezes uma redução da potência que pode desenvolver o motor de combustão interna ao qual está ligado o escape. Assim, para um mesmo regime do motor, um primeiro escape ligado ao motor e produzindo um ruído relativamente fraco conduzirá geralmente a uma diminuição da potência do motor relativamente a um escape que visa um ruído mais elevado. A presente invenção tem em especial por objectivo reduzir o ruído produzido por uma saída de escape e, mais particularmente, o ruído de raspagem, sem perturbar o funcionamento do motor e, em especial, sem diminuir sensivelmente a potência que ele pode fornecer.

Uma forma de realização particular da presente invenção permite além disso reduzir muito sensivelmente os depósitos de partículas sólidas ou líquidas na vizinhança do orifício de saída do escape. Evita-se assim que partículas líquidas transportadas pelos gases de escape se escoem pelo orifício de saída e que partículas sólidas se depositem em torno do orifício de saída, produzindo uma degradação do aspecto estético da saída de escape.

Segundo a presente invenção, os efeitos atrás referidos sao obtidos conservando as qualidades internas de escoamento dos gases da saída de escape, isto é, sem perturbar a potência desenvolvida pelo mòtor de combustão interna a que está ligada a -4-

saída de escape.

Uma outra vantagem da presente invenção é a de modificar ligeiramente a sonoridade da saída de escape, produzindo uma sonoridade ligeiramente mais grave, por eliminação de certas componentes de frequências elevadas. Para atingir estes objectivos, bem como outros, a saída de escape segundo a presente invenção compreende: - um orifício de entrada, provido de meios de ligação a uma canalização de condução de gases de escape, - um orifício de saída aberto para o ar livre para a saída dos gases, - uma canalização tubular axial que assegura a passagem dos gases desde o orifício de entrada até ao orifício de saída. A canalização tubular axial compreende uma parte de montante de canalização axial em forma de tubo de Venturi, limitada por paredes de montante do tubo de Venturi convergentes, de ângulo aberto, que se ligam, numa parte estreitada, a paredes de jusante do tubo de Venturi divergentes, de ângulo mais reduzido, compreendendo a canalização tubular axial além disso uma parte de jusante cilíndrica de canalização axial ligada de maneira contínua às paredes de jusante do tubo de Venturi. A relação entre a secção da parte estreitada do tubo de Venturi e a secção da parte de jusante cilíndrica da canalização tubular axial está compreendida entre cerca de 0,35 e 0,70. Obtiveram-se bons resultados em particular para uma relação igual a cerca de 0,50. -5-

Uma tal estrutura de tubo de Venturi reduz muito sensivelmente o ruído de raspagem. Este efeito de diminuição sensível do ruído de raspagem é provavelmente devido ao facto de a zona de estreitamento constituir um obstáculo para as ondas acústicas provenientes do orifício de saída e que se propagam para o orifício de entrada, e constitui igualmente um obstáculo para as ondas acústicas provenientes da canalização de escape e que se dirigem para o orifício de entrada. Tudo se passa como se se reduzisse assim o volume da coluna gasosa situada depois do orifício de saída no sentido do silencioso de saída. Esta re dução de volume faz desaparecer certas frequências de ressonância baixa correspondentes ao ruído de raspagem. A forma de tubo interior descrita .ou-.desenhada-.no documento WO-A 8 905 394 não se adapta à obtenção de um tal efeito de diminuição do ruído de raspagem sem perturbar o funcionamento do motor.

De acordo com uma forma de realização particular, a par te de jusante cilíndrica de canalização tubular axial liga-se a uma câmara intermédia de expansão, que por sua vez se liga a um tubo de saída que conduz os gases até ao orifício de saída. A zona central da parede de câmara intermédia de expansão compreende pelo menos um orifício de evacuação de poeiras e de líquidos na sua parte inferior. A câmara intermédia de expansão tem por efeito captar as partículas sólidas ou líquidas que são arrastadas pelos gases de escape, sendo estas partículas vantajosamente evacuadas pelo orifício de evacuação de poeiras e de lí

quidos. Deste modo, a saída de escape mantêm ao máximo a sua limpeza na vizinhança do orifício de saída.

De acordo com uma forma de realização vantajosa, o tubo colector compreende furos distribuídos na periferia da sua parede e prevê-se uma entrada de ar para admissão de ar exterior através dos furos. O ar reaspirado pelos furos é recirculado e dilui os gases de escape. Além disso, esta recirculação de ar fresco melhora o escoamento dos gases e produz uma camada periférica de ar fresco ao nível do orifício de saída, que protege a zona do orifício de saída em relaçao aos gases quentes e poluídos .

Outros objectos, características e vantagens da presente invenção evidenciar-se-ão na descrição seguinte de formas de realização particulares, feita com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam: A fig. 1, um corte longitudinal de uma saída de escape segundo uma primeira forma de realização da presente invenção; e A fig. 2, um corte longitudinal de uma saída de escape segundo uma outra forma de realização da presente invenção.

Como as figuras representam, a saída de escape segundo a presente invenção compreende um orifício de entrada (1), com uma configuração para ser ligado a uma canalização de condução dos gases de escape, não representada nas figuras, e um orifício de saída (2), aberto para o ar livre, para a saída dos gases. A saída de escape conduz os gases desde o orifício de entrada (1) até ao orifício de saída (2), por uma canalizaçao tubular axial,

que compreende uma parte de montante (18) em forma de tubo de Venturi, e uma parte de jusante (3) cilíndrica ligada à referida parte de montante (18). A parte de montante (18) em forma de tubo de Venturi e limitada por paredes de montante (16) convergentes, com ângulo (A) aberto, e ligando-se, numa parte estreitada (15), a paredes de jusante (17) e divergentes, de ângulo (B) menor do que o ângulo (A). O ângulo aberto (A) das paredes de montante (16) está vantajosamente compreendido entre 60° e 90°, aproximadamente. O ângulo (B) das paredes de jusante (17) está vantajosamente compreendido entre 7o e 30°, aproximadamente. O tubo de Venturi é caracterizado pela relação entre a secção de passagem mínima (S1), ou secção da parte estreitada (15), e a secção de passagem máxima (S2), ou secção da parte de jusante cilíndrica (3). A relação entre a secção (S1) da parte estreitada e a secção (S2) da parte de jusante cilíndrica está compreendida entre 0,35 e 0,70, aproximadamente, vantajosamente igual a 0,50, aproximadamente .

Nas formas de realização representadas, as paredes de montante (16) de.tubo de Venturi ligam-se ao orifício de entrada (1), e a secção do orifício de entrada é maior do que a secção (S2) da parte cilíndrica de jusante.

Na forma de realização representada na fig. 1, a parte de jusante cilíndrica (3) segue atê ao orifício de saída (2) e termina por um rebordo (10) arredondado virado para fora.

Um invólucro exterior (12) cobre a totalidade das faces laterais da parte de montante (18) em forma de tubo de Venturi e da parte de jusante cilíndrica (3). Na zona do orifício de entrada (1), o invólucro exterior (12) liga-se às paredes de montante (16). Pelo contrário, na zona do orifício de saída (2), a periferia do rebordo (10), que forma o orifício de saída (2), não se une ao bordo extremo (13) do invólucro exterior (12), definindo uma passagem anular (14). O invólucro exterior (12), pode, por exemplo, ser cilíndrico, ou cónico alargando-se no sentido do orifício de saída (2).

Na forma de realização da fig. 2, a parte de montante de saída de escape é idêntica à da fig. 1. Pelo contrário, nesta forme de realização, a parte de jusante cilíndrica (3) liga-se a uma câmara intermédia de expansão (4). Um tubo de saída (5) conduz os gases de escape desde a câmara intermédia de expansão (4) até ao orifício de saída (2). A câmara intermédia de expansão (4) compreende uma primeira parte (6) de paredes divergentes no sentido do escoamento dos gases de escape, adjacente à junção com a parte de jusante cilíndrica (3), e compreende uma segunda parte (7) de paredes convergentes no sentido do ^escoamento dos gases de escape, adjacente â junção com o tubo de saída (5).

As paredes divergentes da primeira parte (6) formam sensivelmente um cone cujo ângulo no vértice pode vantajosamente estar compreendido entre 70° e 100°, aproximadamente, por exemplo próximo dos 90°. 0 mesmo sucede para as paredes convergentes da segunda parte (7) da câmara de expansão.

Obtiveram-se bons resultados prevendo uma câmara de ex- -9- pansão (4) cuja secção máxima, na zona de ligação entre a primeira parte (6) e a segunda parte (7), e pelo menos 50% maior do que a secção da parte de jusante cilíndrica (3).

Na forma de realização representada na fig. 2, a parte de jusante cilíndrica (3) apresenta vantajosamente uma secção menor do que a secção do tubo de saída (5).

As paredes da primeira parte (6) da câmara intermédia de expansão ligam-se vantajosamente às paredes da segunda parte (7) segundo uma zona central (8) de parede de câmara intermédia de expansão que apresenta um perfil arredondado. Na forma de realização da fig. 2, a zona central (8) de parede de câmara intermédia de expansão compreende vantajosamente pelo menos um orifício de evacuação (9), na sua parte inferior, para a evacuação das poeiras e dos líquidos transportados pelos gases de escape na parte de jusante cilíndrica (3) e capturados na câmara de expansão (4).

Um invólucro exterior (12) cobre igualmente a totalidade das faces laterais da parte de montante (18) em forma de tubo de Venturi, da parte de jusante cilíndrica (3), da câmara intermédia de expansão (4) e do tubo de saída (5), como se representa na figura.

Para comodidade do desenho, representou-se esta saída de escape segundo um eixo longitudinal (I-I) na direcção vertical. Naturalmente, na posição de utilização, esta saída de escape destina-se a ser usada de preferência na posição horizontal, isto é, com o seu eixo longitudinal (I-I) disposto horizontal- -10 mente ou segundo uma pequena inclinação em relação a horizontal. A parede inferior do invólucro exterior (12) pode vantajosamente ser divergente, ou inclinada para baixo, para facilitar a evacuação das poeiras e líquidos provenientes da câmara intermédia de expansão (4) e evacuando-se pelo orifício de evacuação (9). O tubo de saída (5) é cilíndrico e termina pelo rebordo (10) arredondado :virado para fora, formando o orifício de saída (2). O tubo de saída compreende vantajosamente furos (11), distribuídos na periferia da sua parede, por exemplo furos alongados inclinados em relação ao eixo longitudinal (I-I).

Em funcionamento, num e no outro dos modos de realização das fig. 1 e 2, as saídas de escape segundo a presente invenção, devido à presença da parte de montante (18) em forma de tubo de Venturi, permitem reduzir sensivelmente o ruído de raspagem. Ensaios comparativos foram feitos, em banco de ensaios, num mesmo veículo equipado com uma conduta de escape especial compreendendo apenas dispositivos silenciadores de passagem directa. Um primeiro ensaio foi feito equipando o veículo com um tubo de saída cilíndrico sem tubo de Venturi. Um segundo ensaio foi feito equipando o veículo com um tubo de saída de acordo com a forma de realização da fig. 1. Um terceiro ensaio foi efectuado equipando o veículo com um tubo de saída segundo a forma de realização da fig. 2. Nos segundo e terceiro ensaios, puderam ensaiar-se dimensões diferentes dos tubos de Venturi, com relações das secções compreendidas entre 0,35 e 0,70 aproximadamente.

Para cada ensaio, efectuaram-se medidas de: nível sonoro quando o motor está em regime estabilizado; nível sonoro de raspagem, no momento em que se liberta bruscamente o acelerador do motor; potência máxima desenvolvida pelo motorj estas medidas foram efectuadas a várias velocidades de rotação do motor.

As medições mostraram que a presença do tubo de Venturi (18) na saída de escape permite diminuir pelo menos de um dB o ruído de raspagem estática em regime normalizado do motor para os ensaios de homologação dos sistemas de escape, e isso sem afectar de maneira sensível a potência do motor, mantendo-se a potência máxima constante a menos de cerca de 1 %.

Na forma de realização da fig. 2, depois da passagem pelo tubo de Venturi (18), os gases de escape escoam-se na parte de jusante cilíndrica (3). Na câmara de expansão (4), a primeira parte (6) da câmara de expansão encontra-se fortemente em depressão relativamente ao resto da câmara e capta partículas em suspensão nos gases de escape. Estas partículas depositam-se na parte inferior da câmara de expansão (4) e são evacuadas por gravidade pelo orifício de evacuação inferior (9).

Devido â diminuição de secção do tubo de saída (5) em relação à secção máxima da câmara de expansão (4), a primeira parte do tubo de saída (5) está em depressão ligeira, e é aspirado ar do exterior pelos furos (11) e a passagem anular (14) de entrada de ar. 0 ar aspirado que penetra pelos furos (11) dilui os gases de escape. Esta circulação de ar melhora o escoamento dos gases e realiza uma camada periférica de ar que prote- -12- / ge o rebordo (10) dos depósitos de partículas sólidas ou líquidas ainda em suspensão nos gases de escape. Esta circulação de ar melhora além disso o comportamento da saída de escape relativamente ao escoamento dos gases e evita perturbar a potência do motor de explosão, apesar da presença da câmara de expansão (4). 0 invólucro exterior (12) assegura a protecção da conduta tubular axial. A sua função é igualmente a de criar um volume em torno das partes centrais da saída de escape, volume que dá uma sonoridade mais grave características do escape, por eliminação de certas componentes de frequências elevadas.

Nas formas de realização que foram representadas, as diferentes partes tubulares da saída de escape podem ser cilíndricas ou cónicas de revolução, isto é, apresentar uma secção ~l'v. transversal circular.

Em alternativa, as diferentes partes tubulares podem apresentar uma secção transversal oval, poligonal ou outra. A presente invenção não se limita aos modos de realização que foram descritos explicitamente, incluindo sim as diversas variantes e generalizações contidas no domínio das reivindi cações anexas.

Claims

^-13- / REIVINDICAÇÕES 1.- Salda de escape, destinada a formar a zona da extre midade de um.tubo de escape de motor de combustão interna, gue compreende um orlficio de entrada (1) provido de meios de liga ção a uma canalização· de condução dos gases de escape, e um orifício de salda. (2) aberto para o ar livre para a saída dos gases, assegurando uma canalização tubular axial a passagem dos gases desde o orifício de .entrada (1) até ao orifício de saída (2), caracterizada por a canalização tubular axial compreender: - uma parte de montante (18) de canalização axial em for ma de tubo de Venturi, limitada por paredes de montante (16) do tubo de Venturi convergentes com um ângulo aberto (A) gue se ligam, numa parte mais estreita (15), a paredes de ju- -14 sante (17) do tubo de Venturi divergentes com um ângulo (B) mais reduzido,· - uma parte de jusante (3) cilíndrica de canalização axial ligada de maneira contínua âs paredes de jusante (17) do tubo de Venturi, - estando a relação entre a secção (Sl) da parte mais es treita (15) e a secção (S2) da parte de jusante cilíndrica (3) compreendida entre 0,35 e 0,70 aproximadamente.
2.- Saída de escape de acordo com a reivindicação 1, ca racterizada por o ângulo aberto (A) das paredes de montante (16) estar compreendido entre 60° e 90° aproximadamente.
3.- Saída de escape de acordo com uma qualquer das reivindicações 1. ou 2, caracterizada por o ângulo (B) das paredes de jusante (17) estar compreendido entre 7° e 30°, aproximadamente .
4. - Saída de escape de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizada por as paredes de montante (16) se ligarem ao orifício de entrada (1).
5. - Saída de escape de acordo com a reivindicação 4, ca racterizada por a secção do orifício de entrada (1) ser maior do que a secção (S2) da parte de jusante cilíndrica (3).
6.- Saída de escape de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizada por a parte de jusante cilíndrica (3) se.ligar a uma câmara intermédia de expansão (4) que se liga por sua vez a um tubo de saída (5) que conduz os gases até ao orifício de saída (2).
7. - Saída de escape de acordo com a reivindicação 6, ca racterizada por o. tubo de saída (5) apresentar uma secção maior do que a secção (S2) da parte de jusante cilíndrica (3) .
8. - Saída de escape de acordo com uma qualquer das reivindicações 6 ou 7, caracterizada por a zona central (8) de pa rede da câmara intermédia de expansão (4) compreender pelo menos um orifício de evacuação (9) de poeiras e de líquidos na sua parte inferior.
9. - Saída de escape de acordo com uma qualquer das reivindicações 6 a 8, caracterizada por o tubo de saída (5) compreender furos (11) distribuídos na.periferia da sua parede, associados a uma entrada de ar (14) para a admissão de ar exte rior através dos furos (11) para o interior do tubo de saída (5) .
10.- Saída de escape de acordo.com una qualquer, das.reivindicações 1 a 9, caracterizada por compreender um invólucro exte- -16-

rior (12) que cobre as faces laterais da canalização tubular axial desde o orifício de entrada (1) até ao orifício de saí da (2).
11,- Saída de escape de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por o invólucro exterior (12) ser cónico, alargando-se no sentido do orifício de saída (2). Lisboa, 18 de Dezembro de 1990 O Agente Oficial da Propriedade Industrial 4Γ