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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.