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"PERFECTIONNEMENTS AUX SILENCIEUX "
Cette invention est: relative à des perfectionnements aux silencieux pour moteurs à combustion interne.
Un des buts de cette invention est de dissiper d'une manière efficace les pointes ou bouffées de pression du courant de gaz pulsatoire sortant des lumières d'échappement des moteurs à combustion interne sans augmenter,d'une façon appréciable, la contre-pression qui s'exerce sur le moteur, ce but étant réalisé à l'aide d'un silencieux de construction simple et légère. Un autre but de l'invention est d'établir un silencieux qui atténue efficacement les bruits d'échappement en diminuant la grandeur des fluctuations des vitesses de gaz et leurs pointes de pression et qui agit de façon à réduire au minimum des bruits dits "de périodes".
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L'élément essentiel d'un silencieux établi suivant l'invention est un récipient ou "tube amortisseur" dans lequel les gaz d'échappement,sortant des lumières d'échappement du moteur sont projetés à une vitesse élevée. Une partie des gaz d'échappement peut être dirigée directement vers l'orifice de sortie du silencieux sans avoir pénétré dans le'"tube amortisseur". La vitesse des gaz qui pénètrent dans le tube amortisseur diminue et les gaz ont la possibilité de se dissiper vers l'orifice de sortie du silencieux soit par des trous prévus dans'les parois du tube amortisseur, soit par l'intermédiaire de l'orifice d'entrée de ce tube.
Les pointes de pression-vitesse des gaz d'échap- pement pulsàtoires sont atténuées par cette opération et les gaz passent dans l'atmosphère sous forme d'un courant sensiblement régulier. Les bruits dûs au choc des impulsions contre l'air extérieur sont de ce fait supprimés.
Plusieurs modes de réalisation de l'invention sont représentés sur les dessins annexés sur lesquels:
La figure 1 est une coupe longitudinale de la forme la plus simple du silencieux suivant l'invention.
La figure 2 est une coupe longitudinale d'un silencieux du type "compound parallèle't, la coupe étant prise par la ligne 2-2 de la figure 4 ;
La figure 3 est une coupé longitudinale par la ligne 3-3 de la figure 4;
Les figures'4 et 5 sont des coupes transversales du silencieux des figures 2 et 3 par les lignes 4-4 et 5-5 respectivement de la figure 2 ;
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La figure 6 est une coupe longitudinale représentant un silencieux du type "compound série" établi suivant l'invention.
L'échappement d'un moteur à combustion interne est principalement composé d'une série de pulsations ou "bouffées" à mouvement rapide de gaz à haute pression. Ces "bouffées" se meuvent à une vitesse élevée dans le tuyau d'échappement. Il se forme une "pointe" ou "bouffée" à haute pression chaque fois que s'ouvre une soupape d'échappement. Des ondes sonores sont occasionnées par le choc de ces bouffées contre l'air extérieur et sont la cause des craquements aigus qui caractérisent un échappement de ce genre lorsqu'il n'a pas été convenablement amorti par un silencieux. Un grondement grave est produit entre les explosions. On peut supprimer les bruits résultants en dissipant les pointes de pression de façon à uniformiser le courant de gaz traversant le système d'échappement avant de passer dans l'atmosphère à une vitesse sensiblement constante.
En plus de ces bruits, des bruits dits "de périodes" sont occasionnés à certaines fréquences d'allumage du moteur. Ces périodes ont lieu lorsque la fréquence d'allumage coincide sensiblement avec la fréquence de résonance naturelle du système d'échappement ou une harmonique de cette fréquence, la répétition périodique des pulsations tendant à mettre le système d'échappement en état de vibration. Il peut aussi se produire des périodes lorsque les bouffées d'échappement renforcent les condensations d'ondes sonores, toutes les deux, trois etc... condensations, sans que des bouffées neutralisantes interviennent. On a imaginé de nombreux types de construction pour atténuer les bruits occasionnés par le choc des bouffées de gaz contre l'air
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extérieur.
Le présent silencieux réalise efficacement le but visé, outre qu'il supprime pratiquement les bruits de périodes appréciables.
Le silencieux représenté sur la figure 1 peut avan- tageusement être établi sous forme d'une virole cylindrique 10 munie de brides extrêmes 11 et 12 qui présentent respec- tivement des ouvertures d'admission 13 et d'échappement 14.
La buse d'admission 15 et la buse d'échappement 16 sont assujetties respectivément aux brides extrêmes 11 et 12 pour faciliter la fixation du silencieux au tuyau d'échap- pement du moteur et au tuyau de sortie. A l'intérieur de la virole du silencieux qui est sensiblement hermétique au gaz, à l'exception des ouvertures d'entrée et de sortie, sont disposées à un certain écartement des brides 11 et 12 . des cloisons 17 et 18 constituant par suite une chambre d'admission 19, une chambre d'échappement 20 et un espace intermédiaire 21. Entre les cloisons 17 et'18, sont montés deux tubes perforés. Le tube perforé 22, qui est monté dans une ouverture de'la cloison 17 sensiblement en'aligne.- mentfaxial de l'ouverture d'admission 13, débouche dans la chambre d'admission 19. L'extrémité opposée de ce tube est fermée.
Les bouffées de gaz d'échappement à grande vitesse pénètrent dans le silencieux par l'ouverture d'ad- . mission 13 et passent le long du tube 22;, dont les trous sont espaëés d'une assez grande distancé d'axe en axe.
En alignement sensiblement axial avec l'ouverture d'échappement 14, est monté, dans des ouvertures, des cloi- sons 17 et 18, un tube perforé 23 ouvert aux deux bouts.
Ce tubé fait communiquer.la chambre d'admission 19 avec la
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chambre d'échappement 20.
Dans un silencieux particulier de ce type vendu dans le commerce, la virole 10 possède 45cm de longueur d'une bride à l'autre et 15cm de diamètre. Les tubes perforés ont 5cm de diamètre et les cloisons sont à 3,75cm des brides extrêmes. Le tube 23 est perforé de trous de 2,3mm espacés de 2,5cm d'axe en axe, et le tube 22 est perforé de trous de 2,3mm espacés de 5cm d'axe en axé. Le nombre, l'espacement et le diamètre des trous sont variables et dépendent du caractère de l'échappement, qui varie avec chaque moteur.
En outre, il est bon de munie la virole du silencieux d'une double garniture d'amiante, ou au moins d'en garnir la paroi extérieure, pour empêcher le bruit dit "de virolë"
Les gaz d'échappement du moteur pénètrent par la buse 15 et l'ouverture 13. En raison de leur vitesse élevée, les bouffées de gaz à haute pression passent le long du tube perforé 22, leur entrée dans ce tube étant soumise à la résistance du Fgaz qui y est présent et qui est ainsi comprimé. La vitesse de ces bouffées diminue ou s'atténue à mesure que la pression augmente, une partie du gaz s'échappant du tube 22 par les perforations de ce tube et pénétrant dans l'espace 21.
En raison du fait que chacune des bouffées est suivie d'une dépression ou portion de gaz raréfié, une partie de chaque bouffée change de sens après avoir été amortie dans le tube 22, et revient dans la chambre 19. Le gaz qui revient ainsi dans la chambre 19 s'échappe de celle-ci et passe à l'atmosphère par le tube perforé ouvert 23, l'ouverture de sortie 14 et la buse 16.
Les gaz de faibie pression, tels que la dernière partie des bouffées, prennent ce chemin, en bifurquant ainsi directe-
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ment de l'ouverture d'entrée 13 au tube 23. Le gaz qui passe du tube 22 dans l'espace 21 par les"perforàtions du tube pénètre dans le tube 23 par les perforations de ce dernier, puis passe dans la'chambre 20 et s'échappe du silencieux par -l'ouverture 14. La chambre 20 n'est pas un* .partie essentielle du silencieux, maison a trouvé qu'elle est avantageuse à titre de chambre de détente.
Des trous 24 peuvent être prévus dans la cloison 18 pour permettre aux gaz de passer directement de l'espace 21 dans la chambre d'échappement 20. Celle des parties des gaz qui pénètrent dans la chambre 21¯par les trois du tube 22 s'échappe avec les gaz passant directement de la chambré dans ce tube. L'espace 21 constitué entre les cloisons 17 et 18 , se comporte à la façon d'une chambre de détente pour les bouffées de gaz sous pression passant dans les tubes 22 et 23.
-Sous certaines conditions, on améliore la qualité de l'action du silencieux en prévoyant dans la plaque d'extrémité du tube 22 un petit nombre de petits trous. Par exemple, dans le silencieux particulier décrit plus haut, des trous de 2,3mm ont été suffisants pour un moteur particulier. On peut utiliser deux ou plus de deux tubes perforés au lieu d'un seul tube perforé 23.
Un silencieux établi comme décrit éi-dessus est caractérisé par une faible contre-pression et par une excellente action de silencieux.
Le silencieux représenté par les figures 2 à 5 contient deux tubes amortisseurs.- Ces tubes sont disposés en parallèle et coopèrent de façonna uniformiser les pointes de pression et à assurer l'échappement d'un courant sensiblement régulier de gaz hors du silencieux. Cette construc-
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tion particulière du présent silencieux peut être appelée "silencieux à tubes amortisseurs compound parallèles".
Ce silencieux comprend une virole 25, qui peut être cylindrique, avec des brides extrêmes 26 et 27 présentant res- pectivement une ouverture d'entrée 28 et une ouverture de sortie 29. La buse d'entrée 30 et la buse de sortie 31 font saillie hors du silencieux à travers les ouvertures 28 et 29 et sont assujetties respectivement aux brides 26 ét 27.'Ces buses sont prévues en vue de faciliter le montagé du silencieux sur la tuyauterie d'échappement. A l'intérieur de la virole 25, qui est sensiblement hermétique aux gaz à l'exception'des ouvertures d'entrée et de sortie, sont disposées des cloisons 32 et 33 qui sont espacées de , l'extrémité d'entrée du silencieux et l'une de l'autre de distances propres à constituer une chambre de by-pass 34, une chambre de by-pass secondaire 35,et un espace 36.
Une cloison 37 est prévue pour supporter la buse 30. Cette cloison peut être perforée, cpmme représenté sur la figure 5, pour les buts et en vue des résultats qui seront expliqués plus loin. Trois tubes sont disposés longitudinalement dans la virole 25, ces tubes étant de préférence disposés symétriquement'par rapport à l'axe du silencieux, comme représenté sur la figure 4. Le tube 38, dit "tube amortisseur principal" est disposé sensiblement suivant le même axe que la buse d'entrée 30, son extrémité 39 étant fermée par la bride 27 et son orifice 40 débouchant comme représenté dans la chambre de by-pass 34. Ce tube peut être percé de trous espacés d'une assez grande distance
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d'axe en¯axe, une perforation suffisante pour ajourer 1,5% environ de la paroi du tube étant satisfaisante.
Le tube' - amortisseur secondaire 41 (figure 2) est analogue au tube
38, son extrémité étant'fermée par'la bride en 42, et ëe tube débouchant en 43 dans la chambre de by-pass secon- daire 35. Ce tube peut'aussi être percé de trous espacés d'une assez grande distance d'axe en axe. Un troisième tube 44, qui peut faire corps avec la buse de sortie 31, est prévu pour établir la communication entre la chambre de by-pass secondaire .22. et le tuyau de sortie auquel est raccordée la buse 31.
Les gaz d'échappement du moteur pénètrent dans le silencieux par la buse 40 et l'ouverture 28. Chacune des bouffées de gaz, se mouvant à une vitesse'élevée, est pro- jetée à l'intérieur du tube amortisseur principal 38.Comme on l'a dit plus haut, le rôle de ce tube. est de convertir l'énergie de vitesse'en pression'statique. A mesure que la pression s'établit dans le tube amortisseur, une proportion de plus en plus grande des gaz qui 'viennent à la suite de la bouffée (et dont la pression diminue progressivement) passe par l'orifice d'entrée 40 du tube 38 dans la cham- bre 34 et traverse un orifice'45. de la cloison 32.
Une grande partie des gaz refoulés à l'intérieur du tube a- mortisseur se dissipe par les trous du tube et passe soit directement dans le tube d'échappement 44, soit dans la chambre 35. Cette action a réalisé une atténuation ou amortissement-primaire, et les pointes de pression des gaz qui traversent l'orifice 45 ont une amplitude nettement inférieure à celles des gaz pénétrant dans le silencieux en 28. La même action d'atténuation est répétée dans le
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dispositif amortisseur secondaire, la bouffée modifiée étant projetée à l'intérieur du tube 41 (figure 2) et le reste des gaz passant directement dans le conduit 44 (figure 3) par la chambre 35.
Les gaz qui pénètrent dans le tube 41 se dissipent parles perforations des parois de ce tube dans la chambre 36, d'où ils passent dans le conduit 44 et s'échappent du silencieux. Cette action d'amortisse-' ment secondaire effectue une nouvelle atténuation des pulsations, de sorte que les gaz quittent le silencieux sans pointes de pression sensibles.Etant donné que les pointes de vitesse se traduisent sous forme de pointes de pression, les fluctuations restantes sont faibles, la pression augmentant et diminuant graduellement, contrairement à l'accroissement brusque de pression des bouffées à front plan introduites dans le système d'échappement à l'endroit des lumières d'échappement du moteur ; et l'accélaration des particules de gaz est relativement faible au moment où ces particules atteignent l'atmosphère.
Ces élévations graduelles de la pression n'occasionnent pas de sons parce qu'il n'y a pas de chocs entre les gaz en mouvement et l'atmosphère.
Dans un silencieux particulier du type "compound parallèle", établi pour un moteur à six cylindres dont l'alésage était 82,5mm, la course lll,lmm (cylindrée de 3570cm3) et la puissance au frein de 87 CVà 3.600 tours par minute, la virole avait 60cm de longueur entre les brides extrêmes et 16,5cm de diamètre. Le tube amortisseur principal avait 48,2cm de longueur et 5cm. de diamètre et le tube amortisseur secondaire avait'3,8cm de longueur et 5cm de diamètre. Les chambres de by-pass avaient
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chacune 10cm de profondeur. La distance d'axe en axe "a" était de 19mm et la distance'd'axe en axe "b" 12,7mm. Le conduit de sortie 44 possédait le 'même diamètre'que le tube de sortie du.système d'échappement, soit environ 41,2mm.
La cloison 37 peut être perforée de façon qu'une chambre de neutralisation soit constituée entre cette cloison et la bride 26. Cette chambre aide à atténuer les petites ondes acoustiques. Il est bon de prévoir un nombre suffisant de petits trous'pour obtenir une surface ajourée de 4% environ.
Le silencieux représenté sur la figure 6 diffère quelque peu, en ce qui concerne sa construction, du silencieux "compound parallèle" décrit plus haut, bien que son mode d'action soit analogue. La virole 46 peut posséder une section transversale cylindrique ou'ovale ou affecter toute autre forme appropriée. Des brides extrêmes 47 et 48 présentant des ouvertures 49'et 50 sont prévues respectivement pour recevoir les buses d'entrée 51 et de sortie 52. Le tube amortisseur primaire 53, qui constitue en quelque sorte un prolongement de la buse d'entrée 51 à l'intérieur du silencieux et qui s'étend jusqu'à la cloison 54, est percé de larges ouvertures 55 dans la partie du tube voisine de l'extrémité d'entrée du silencieux.
Il est bon que la section totale de ces ouvertures soit suffisante pour permettre aux gaz de passer par un courant sensiblement libre du tube 53 dans l'espace 56 entourant ce tube, mais il faut que ces ouvertures soiént suffisamment petites pour guider les bouffées vers l'intérieur du tube amortisseur. On a prévu un petit nombre de trous 57
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comme représenté, pour permettre à une partie des gaz pénétrant dans le tube 53 de passer directement de l'intérieur du tube amortisseur dans l'espace 56. Cinq trous de 1,5mm espacés de distances égales sur le pourtour du tube, à l'extrémité fermée de celui-ci,suffisent habituellement.
Le tube amortisseur secondaire 58 est analogue au tube amortisseur primaire. Il est disposé dans le silencieux avec son orifice d'entrée débouchant dans l'espace 56 au droit de la cloison 54 et avec son extrémité fermée, au droit de la bride 48. Des ouvertures 59 permettent aux gaz pénétrant dans le tube 58 de passer librement de la chambre 56 dans la chambre 60. Une seconde cloison 61 déterminé la profondeur de la chambre 60. Un conduit 62 fait communiquer la chambre 60 avec la buse d'échappement 52 et le. tuyau de sortie du sème d'échappement. La paroi du conduit 62 peut être perforée et l'espace 63 peut être garni d'une matière poreuse absorbant les sons, telle que la laine d'acier ou la soie de verre.
Les perforations de la paroi du conduit 62 permettent aux ondes acoustiques de traverser cette paroi et d'être absorbées par la matière poreuse entourant le conduit. L'atténuation des sons à haute fréquence est particulièrement effectuée par cette disposition.La matière absorbant les sons ne fait pas exagérément obstacle au passage des gaz d'échappement sortant du tube amortisseur 58 par les trous 64 de la paroi de ce tube pour pénétrer'dans le conduit 62 et passer de là, dans le tuyau de sortie du système d'échappement.
Une bouffée de gaz à haute pression émise par le moteur est projetée dans le tube amortisseur principal 53,
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une partie des gaz passant directement par les ouvertures
55 dans la chambre 56. La plupart des gaz qui pénètrent dans le tube amortisseur passent dans la chambre 56 par les perforations 57. La bouffée modifiée est refoulée du tube 53 dans la chambre 56. et dans le tube amortisseur se- condaire 58. En quittant ce point, une partie des gaz est déviée directement vers la chambre 60 et s'échappe du si- ; lencieux par le conduit 62, suivis des gaz arrivant du tube 58. Une partie des gâz qui pénètrent dans le tube amortisseur secondaire passe directement dans le conduit 62 par les perforations 64 et les perforations de la paroi dû conduit.
Le silencieux de la figure 6 peut être dit du type à tubes amortisseurs "compound série", étant donné'que c'est une simple disposition en série de deux silencieux du tube représenté par la figure 1. Il diffère du silen- cieux "compound parallèle" en ce que'la chambre de by-pass principale 56 est beaucoup plus grande, en comparaison avec les dimensions du reste du silencieux, que la chambre de by-pass 34. Les gaz ont la possibilité de se détendre dans une mesure'plus grande avant leur entrée dans le tube amortisseur secondaire. En outre, tous les gaz pénètrent dans chacune des chambres de by-pass du silencieux "com- pound série", alors que, dans le silencieux "compound pa- rallèle", une partie des gaz passe directement du tube a- mortisseur primaire dans le conduit d'échappement 44.
Chaque disposition présente certains avantages et reçoit des applications avantageuses sous différentes conditions d'action de silencieux. La construction des pièces du si-
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lencieux représenté sur la figure 6 présente certains avantages d'ordre constructif, mais les considérations qui déterminent les dimensions de l'ensemble du silencieux sont essentiellement les mêmes dans les deux cas.
Ainsi qu'on l'a dit précédemment, un moteur à combustion interne émet une série de pulsations périodiques dans le système d'échappement. A certaines vitesses du moteur, la fréquence de ces pulsations peut coïncider avec la fréquence résonante naturelle fondamentale, du système d'échappement ou une harmonique de cette fréquence. A ce moment, on constate que le tuyau est le siège de bruits dont le modèle acoustique est permanent. Quoique la colonne de gaz se meuve à une vitesse élevée, elle commence à effectuer une oscillation longitudinale violente qui occasionne des bruits périodiques et lorsque le système d'échappement est relié à la caisse d'une voiture, telle qu'une automobile par exemple, cette caisse obéit à ces vibrations.
Dans un système d'échappement dans lequel un silencieux compound a été monté, chaque "bouffée" exerce un choc sur les extrémités fermées des tubes amortisseurs successifs, en succession rapide, avant qu'elle s'échappe du silencieux. Le premier choc de la "bouffée" suivante intervient après un intervalle de temps. Il est évident que lorsque les tubes amortisseurs son convenablement disposés les uns par rapport aux autres, les chocs se succèdent à des intervalles irréguliers.
Bien que des chocs répétés régulièrement puissent être indésirables sous certaines fréquences, étant donné qu'ils aggraveraient la vibration longitudinale du système d'échappement; le silencieux à tubes amortisseurs compound n'aurait pas un tel effet indésirable, sa tendance étant, au contraire, de faire obstacle à une telle
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vibration et d'en diminuer l'amplitude. Les distances d'axe en axe "a" et "b" figure 2 et le degré de perforations des tubes amortisseurs doivent être réglés pour différents types et dimensions de moteurs. L'espacement le plus favorable équilibre le proportion d'uniformisation effectuée par chaque tube pour assurer le passage, du tuyau de sortie dans l'atmosphère, d'un courant de gaz dont les particules se meuvent sans accélaration brusque.
En général, cette distance d'axe en axe doit être aussi faible que possible sans occasionner- de contrepression regrettable.
Le degré de perforation de tubes amortisseurs détermine la proportionne gaz dont est composée chaque "bouffée" qui a la possibilité de passer directement dans le conduit d'échappement. Quoique tous les modes de réalisation représentés comportent des'tubes amortisseurs perforés, il y a lieu de noter que des,tubes amortisseurs non perforés a- issent de façon à diminuer l'amplitude des pointes de pression? Toutefois, on constate que la dissipation d'une partie de ces gaz améliore l'atténuation. Une perforation exagérée diminue l'efficacité du silencieux. Les exemples particuliers donnés plus haut sont des exemples de construction convenablement dimensionnés pour assurer les équilibres désirables.
On a représenté plusieurs modes de réalisation parti-' culiers de l'invention, mais il est bien entendu que celleci peut recevoir d'autres modes de réalisations et un grand nombre de modifications de détail sans s'écarter de son esprit. Dans les silencieux compound) les tubes amortisseurs peuvent être disposés autrement qu'en paral-
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lèle, et il n'est pas nécessaire qu'ils soient emprisonnés à l'intérieur d'une enveloppe unitaire. On peut utiliser plus de deux tubes en parallèle ou en série, si on le dési- re. Une chambre close de forme quelconque peut avoir le même effet qu'un tube amortisseur, et l'expression '*tube amortisseur" doit naturellement s'entendre comme comprenant des organes comportant des chambres allongées.
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"SILENCER PERFECTION"
This invention relates to improvements in silencers for internal combustion engines.
One of the objects of this invention is to effectively relieve pressure spikes or bursts from the pulsating gas stream exiting the exhaust ports of internal combustion engines without appreciably increasing the back pressure which is exerted on the engine, this object being achieved by means of a silencer of simple and light construction. Another object of the invention is to provide a silencer which effectively attenuates exhaust noises by reducing the magnitude of fluctuations in gas velocities and their pressure peaks and which acts in such a way as to reduce so-called "noise" to a minimum. periods ".
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The essential element of a silencer established according to the invention is a container or "damper tube" into which the exhaust gases, leaving the exhaust ports of the engine, are projected at a high speed. Part of the exhaust gases can be directed directly to the outlet of the silencer without having entered the "damper tube". The speed of the gases which enter the damper tube decreases and the gases have the possibility of dissipating towards the outlet of the silencer either through holes provided in the walls of the damper tube, or through the orifice. inlet of this tube.
The pressure-velocity peaks of the pulsating exhaust gases are attenuated by this operation and the gases pass through the atmosphere in a substantially regular stream. The noise due to the impact of the pulses against the outside air is thereby suppressed.
Several embodiments of the invention are shown in the accompanying drawings in which:
FIG. 1 is a longitudinal section of the simplest form of the silencer according to the invention.
FIG. 2 is a longitudinal section of a silencer of the "parallel compound 'type, the section being taken by line 2-2 of FIG. 4;
Figure 3 is a longitudinal section taken along line 3-3 of Figure 4;
Figures' 4 and 5 are cross sections of the silencer of Figures 2 and 3 by lines 4-4 and 5-5 respectively of Figure 2;
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FIG. 6 is a longitudinal section showing a silencer of the “compound series” type established according to the invention.
The exhaust of an internal combustion engine is primarily made up of a series of rapidly moving pulses or "puffs" of gas at high pressure. These "puffs" move at high speed in the exhaust pipe. A high pressure "spike" or "puff" forms each time an exhaust valve opens. Sound waves are caused by the impact of these puffs against the outside air and are the cause of the high-pitched crackles which characterize an exhaust of this kind when it has not been properly dampened by a silencer. A low rumble is produced between the explosions. The resulting noise can be suppressed by dissipating pressure peaks so as to even out the flow of gas through the exhaust system before passing through the atmosphere at a substantially constant rate.
In addition to these noises, so-called "period" noises are caused at certain engine ignition frequencies. These periods take place when the ignition frequency substantially coincides with the natural resonant frequency of the exhaust system or a harmonic of this frequency, the periodic repetition of the pulses tending to put the exhaust system into a state of vibration. There may also be periods when the exhaust puffs reinforce the condensations of sound waves, every two, three etc ... condensations, without neutralizing puffs intervening. Many types of construction have been devised to attenuate the noises caused by the impact of the gas puffs against the air
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outside.
The present silencer effectively achieves the intended purpose, in addition to virtually suppressing noise from appreciable periods.
The silencer shown in FIG. 1 can advantageously be established in the form of a cylindrical shell 10 provided with end flanges 11 and 12 which respectively have intake 13 and exhaust 14 openings.
The intake nozzle 15 and the exhaust nozzle 16 are respectively secured to the end flanges 11 and 12 to facilitate attachment of the silencer to the engine exhaust pipe and to the outlet pipe. Inside the silencer shell which is substantially gas-tight, with the exception of the inlet and outlet openings, are arranged at a certain spacing from the flanges 11 and 12. partitions 17 and 18 consequently constituting an intake chamber 19, an exhaust chamber 20 and an intermediate space 21. Between the partitions 17 and '18, two perforated tubes are mounted. The perforated tube 22, which is mounted in an opening of the partition 17 substantially in a axial alignment with the inlet opening 13, opens into the inlet chamber 19. The opposite end of this tube is closed. .
High velocity puffs of exhaust gas enter the muffler through the ad- opening. mission 13 and pass along the tube 22 ;, the holes of which are spaced a fairly large distance from axis to axis.
In substantially axial alignment with the exhaust opening 14, there is mounted, in the openings of the partitions 17 and 18, a perforated tube 23 open at both ends.
This tube communicates the intake chamber 19 with the
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exhaust chamber 20.
In a particular silencer of this type sold commercially, the ferrule 10 has 45cm in length from one flange to the other and 15cm in diameter. The perforated tubes are 5cm in diameter and the partitions are 3.75cm from the end flanges. The tube 23 is perforated with 2.3mm holes spaced 2.5cm from axis to axis, and the tube 22 is perforated with 2.3mm holes spaced 5cm from axis to axis. The number, spacing and diameter of the holes are variable and depend on the character of the exhaust, which varies with each engine.
In addition, it is good to provide the shell of the silencer with a double asbestos lining, or at least to line the outer wall, to prevent the so-called "ring" noise.
Engine exhaust gases enter through nozzle 15 and opening 13. Due to their high velocity, high pressure gas puffs pass along perforated tube 22, their entry into this tube being subjected to resistance. Fgaz which is present there and which is thus compressed. The speed of these puffs decreases or decreases as the pressure increases, part of the gas escaping from the tube 22 through the perforations of this tube and entering the space 21.
Due to the fact that each of the puffs is followed by a depression or portion of rarefied gas, a part of each puff changes direction after having been damped in the tube 22, and returns to the chamber 19. The gas which thus returns in the chamber 19 escapes therefrom and passes to the atmosphere through the open perforated tube 23, the outlet opening 14 and the nozzle 16.
The low pressure gases, such as the last part of the puffs, take this path, thus branching off directly-
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from the inlet opening 13 to the tube 23. The gas which passes from the tube 22 into the space 21 through the perforations of the tube enters the tube 23 through the perforations of the latter, then passes into the chamber 20 and escapes from the muffler through the opening 14. Chamber 20 is not an essential part of the muffler, house has found to be advantageous as a relaxation chamber.
Holes 24 may be provided in the partition 18 to allow the gases to pass directly from the space 21 into the exhaust chamber 20. That of the parts of the gases which enter the chamber 21 ¯ through the three of the tube 22 s' escapes with the gases passing directly from the chamber into this tube. The space 21 formed between the partitions 17 and 18 behaves like an expansion chamber for the puffs of pressurized gas passing through the tubes 22 and 23.
-Under certain conditions, the quality of the action of the silencer is improved by providing a small number of small holes in the end plate of the tube 22. For example, in the particular silencer described above, 2.3mm holes were sufficient for a particular engine. Two or more perforated tubes can be used instead of a single perforated tube 23.
A silencer established as described above is characterized by low back pressure and excellent silencing action.
The silencer shown in Figures 2 to 5 contains two damper tubes. These tubes are arranged in parallel and cooperate to form a uniform pressure peak and to ensure the escape of a substantially regular flow of gas out of the silencer. This construc-
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The particular aspect of this silencer may be called a "parallel compound damper tube silencer".
This silencer comprises a ferrule 25, which may be cylindrical, with end flanges 26 and 27 having respectively an inlet opening 28 and an outlet opening 29. The inlet nozzle 30 and the outlet nozzle 31 protrude. out of the silencer through the openings 28 and 29 and are secured respectively to the flanges 26 and 27. These nozzles are provided with a view to facilitating the mounting of the silencer on the exhaust pipe. Inside the ferrule 25, which is substantially gas-tight with the exception of the inlet and outlet openings, are arranged partitions 32 and 33 which are spaced from the inlet end of the silencer and one from the other of proper distances to constitute a bypass chamber 34, a secondary bypass chamber 35, and a space 36.
A partition 37 is provided to support the nozzle 30. This partition may be perforated, as shown in FIG. 5, for the purposes and in view of the results which will be explained later. Three tubes are arranged longitudinally in the shell 25, these tubes preferably being arranged symmetrically with respect to the axis of the silencer, as shown in FIG. 4. The tube 38, known as the “main damping tube” is arranged substantially along the same line. axis that the inlet nozzle 30, its end 39 being closed by the flange 27 and its orifice 40 opening out as shown in the bypass chamber 34. This tube can be pierced with holes spaced a fairly large distance
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from axis to axis, a perforation sufficient to perforate approximately 1.5% of the wall of the tube being satisfactory.
The tube '- secondary damper 41 (figure 2) is analogous to the tube
38, its end being 'closed by' the flange at 42, and the tube opening at 43 into the secondary bypass chamber 35. This tube can also be drilled with holes spaced apart by a fairly large distance of. axis to axis. A third tube 44, which can be integral with the outlet nozzle 31, is provided to establish communication between the secondary bypass chamber 22. and the outlet pipe to which the nozzle 31 is connected.
Engine exhaust gases enter the muffler through nozzle 40 and opening 28. Each of the gas puffs, moving at a high speed, is projected inside the main damper tube 38. as we said above, the role of this tube. is to convert the energy from velocity to static pressure. As the pressure builds up in the damper tube, an increasing proportion of the gases which follow the puff (and whose pressure gradually decreases) pass through the inlet port 40 of the tube. 38 in chamber 34 and passes through an orifice'45. of the partition 32.
A large part of the gases discharged inside the mortiser tube dissipates through the holes in the tube and passes either directly into the exhaust tube 44 or into the chamber 35. This action has achieved damping or primary damping. , and the pressure peaks of the gases passing through the orifice 45 have an amplitude markedly less than those of the gases entering the silencer at 28. The same attenuating action is repeated in the
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secondary damping device, the modified puff being projected inside the tube 41 (Figure 2) and the rest of the gases passing directly into the conduit 44 (Figure 3) through the chamber 35.
The gases which enter the tube 41 dissipate through the perforations of the walls of this tube in the chamber 36, from where they pass into the duct 44 and escape from the silencer. This secondary damping action performs a further damping of the pulsation, so that the gases leave the muffler without noticeable pressure peaks. Since the speed peaks translate into pressure peaks, the remaining fluctuations are weak, the pressure gradually increasing and decreasing, unlike the sudden pressure increase of the flat front puffs introduced into the exhaust system at the location of the engine exhaust ports; and the acceleration of the gas particles is relatively small when these particles reach the atmosphere.
These gradual increases in pressure do not cause sound because there is no shock between the moving gases and the atmosphere.
In a particular silencer of the "parallel compound" type, established for a six-cylinder engine with a bore of 82.5mm, stroke lll, lmm (displacement of 3570cm3) and brake power of 87 CV at 3,600 revolutions per minute, the ferrule was 60cm long between the end flanges and 16.5cm in diameter. The main shock absorber tube was 48.2cm in length and 5cm. in diameter and the secondary shock absorber tube was 3.8cm in length and 5cm in diameter. The bypass chambers had
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each 10cm deep. The axis-to-axis distance "a" was 19mm and the axis-to-axis distance "b" 12.7mm. The outlet duct 44 had the 'same diameter' as the outlet tube of the exhaust system, approximately 41.2mm.
The partition 37 may be perforated so that a neutralization chamber is formed between this partition and the flange 26. This chamber helps to attenuate small acoustic waves. It is advisable to provide a sufficient number of small holes to obtain a perforated surface of approximately 4%.
The silencer shown in Figure 6 differs somewhat in construction from the "parallel compound" silencer described above, although its mode of action is similar. The ferrule 46 may have a cylindrical or oval cross section or any other suitable shape. End flanges 47 and 48 having openings 49 ′ and 50 are provided respectively to receive the inlet 51 and outlet 52 nozzles. The primary damper tube 53, which in a way constitutes an extension of the inlet nozzle 51 to the interior of the silencer and which extends to the partition 54, is pierced with large openings 55 in the part of the tube adjacent to the inlet end of the silencer.
It is good that the total section of these openings is sufficient to allow the gases to pass through a substantially free flow of the tube 53 in the space 56 surrounding this tube, but these openings must be small enough to guide the puffs towards the tube. inside the damper tube. We have planned a small number of holes 57
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as shown, to allow a portion of the gases entering tube 53 to pass directly from inside the damper tube into space 56. Five 1.5mm holes spaced equal distances around the perimeter of the tube at the closed end of it, usually suffice.
The secondary damper tube 58 is analogous to the primary damper tube. It is arranged in the silencer with its inlet opening opening into the space 56 to the right of the partition 54 and with its closed end, to the right of the flange 48. Openings 59 allow the gases entering the tube 58 to pass. freely from chamber 56 to chamber 60. A second partition 61 determines the depth of chamber 60. A conduit 62 communicates chamber 60 with exhaust nozzle 52 and. exhaust semen outlet pipe. The wall of duct 62 may be perforated and the space 63 may be lined with a porous sound absorbing material, such as steel wool or glass silk.
The perforations in the wall of duct 62 allow acoustic waves to pass through this wall and be absorbed by the porous material surrounding the duct. The attenuation of high frequency sounds is particularly effected by this arrangement. The sound absorbing material does not unduly obstruct the passage of the exhaust gases exiting the damper tube 58 through the holes 64 in the wall of this tube to enter ' in duct 62 and pass from there to the outlet pipe of the exhaust system.
A high pressure burst of gas emitted by the engine is projected into the main damper tube 53,
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part of the gases passing directly through the openings
55 in chamber 56. Most of the gases which enter the damper tube pass into chamber 56 through the perforations 57. The modified puff is discharged from the tube 53 into the chamber 56 and into the secondary damper tube 58. As a result. leaving this point, part of the gas is diverted directly to the chamber 60 and escapes from the si-; lencieux through conduit 62, followed by the gases arriving from tube 58. Part of the gas which enters the secondary damper tube passes directly into conduit 62 through the perforations 64 and the perforations in the wall of the conduit.
The silencer in FIG. 6 can be said to be of the type with "compound series" damping tubes, since it is a simple arrangement in series of two silencers of the tube shown in figure 1. It differs from the "compound silencer". parallel "in that the main bypass chamber 56 is much larger, compared to the dimensions of the rest of the silencer, than the bypass chamber 34. The gases are allowed to expand to an extent. larger before they enter the secondary damper tube. In addition, all the gases enter each of the bypass chambers of the "series compound" silencer, whereas, in the "parallel compound" silencer, part of the gases pass directly from the primary silencer tube into the silencer. the exhaust duct 44.
Each arrangement has certain advantages and receives advantageous applications under different conditions of silencer action. The construction of the parts of the
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The silencer shown in Figure 6 has certain constructive advantages, but the considerations which determine the dimensions of the entire silencer are essentially the same in both cases.
As mentioned earlier, an internal combustion engine emits a series of periodic pulses in the exhaust system. At certain engine speeds, the frequency of these pulses may coincide with the fundamental natural resonant frequency of the exhaust system or a harmonic of that frequency. At this moment, we see that the pipe is the seat of noises whose acoustic model is permanent. Although the column of gas moves at a high speed, it begins to perform a violent longitudinal oscillation which causes periodic noises and when the exhaust system is connected to the body of a car, such as an automobile for example, this body obeys these vibrations.
In an exhaust system in which a compound silencer has been fitted, each "puff" exerts a shock on the closed ends of successive damper tubes, in rapid succession, before it escapes from the silencer. The first shock of the next "puff" occurs after a time interval. It is obvious that when the shock absorber tubes are suitably arranged with respect to each other, the shocks follow one another at irregular intervals.
Although regularly repeated shocks may be undesirable at certain frequencies, since they would aggravate the longitudinal vibration of the exhaust system; the compound shock absorber tube silencer would not have such an undesirable effect, its tendency being, on the contrary, to obstruct such an
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vibration and reduce its amplitude. The distances from axis to axis "a" and "b" figure 2 and the degree of perforation of the shock absorber tubes must be set for different types and sizes of motors. The most favorable spacing balances the proportion of uniformization effected by each tube to ensure the passage, from the outlet pipe to the atmosphere, of a stream of gas whose particles move without abrupt acceleration.
In general, this distance from axis to axis should be as small as possible without causing regrettable backpressure.
The degree of perforation of the shock absorber tubes determines the proportion of gas of which each "puff" is composed, which has the possibility of passing directly into the exhaust duct. While all of the embodiments shown include perforated damper tubes, it should be noted that unperforated damper tubes act to decrease the amplitude of the pressure peaks. However, it is found that the dissipation of a part of these gases improves the attenuation. Excessive perforation decreases the efficiency of the silencer. The specific examples given above are examples of construction suitably sized to ensure the desired balances.
Several particular embodiments of the invention have been shown, but it is understood that this can accommodate other embodiments and a large number of modifications of detail without departing from its spirit. In compound silencers) the shock absorber tubes can be arranged other than in parallel.
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lele, and they do not need to be imprisoned within a unitary envelope. More than two tubes can be used in parallel or in series, if desired. A closed chamber of any shape can have the same effect as a damper tube, and the expression "damper tube" should of course be understood as including members having elongated chambers.