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" FILTRES POUR COURANTS PULSATOIRES DE GAZ"
La présente invention est relative aux filtres destinés aux courants de gaz pulsatoires, tels que les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne, et plus particulièrement des perfectionnements apportés aux silencieux destinés à des systèmes de gaz pulsatoires de ce genre.
L'invention peut être appliquée utilement à la suppression des bruits occasionnés par les gaz pulsatoires en général, entr!autres les gaz d'admission et de refoulement des compresseurs, par exemple, mais le problème le plus difficile à résoudre est de supprimer le bruit occasionné par l'échappement des moteurs à combustion interne, et c'est pour cette raison qu'on décrira l'invention en se référant à cette application particulière.
On avait déjà utilisé des silencieux de constructions très diverses pour atténuer le bruit résultant du fonctionnement des moteurs à combustion interne. Quels que soient les organes utilisés par les silencieux de ce genre (chicanes, chambres
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de résonance, chambres d'égalisation ou d'expansion,etc), l'a- nalyse de leur fonctionnement a révélé que celui-ci dépend entièrement des fluctuations de pression du courant de gaz de sorte qu'une condition de leur efficacité est leur rapprochement de points de maximum de variation de pression du système d'échappement.
Ainsi, une chambre de résonance accordée pour atténuer une fréquence particulière est sans effet lorsqu'elle est située à un "noeud" (vitesse) de l'onde acoustique particulière qu'elle est destinée à atténuer.On verra par la description détaillée qui suit que lprésente invention est basée sur un principe entièrement différent des principes sur lesquels sont basés les silencieux connus jusqu'à ce jour, pour cette raison que son fonctionnement est basé sur l'inertie communiquée aux gaz lorsque ceux-ci sont éjectés hors du cylindre moteur et dans le système d'échappement.
Le présent silencieux comporte comme un dispositif uniformisant la vitesse et n'est subordonné à la pression qu'en tant que l'inertie des gaz d'échappement est tributaire d'une pression statique régnant dans le cylindre du moteur au moment de l'ouverture de la soupape d'échappement.
La distinction fondamentale indiquée dans le paragraphe précédent sera mise en évidence au cours dela description qui.cuit:
L'objet de l'invention est d'empêcher les bruits occasionnés par des courants de gaz pulsatoires à l'aide d'un dispositif qui avec une efficacité égale, peut être placé en un point quelconque du tuyau dans lequel psse le courant de gaz ; ainsi que de diminuer la contre-pression et de supprimer les bruits dits "périodiques".
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Conformément à la présente invention, un silencieux d'admission ou d'échappement comportant une chambre d'étouffement fermée dans laquelle des gaz pulsatoires peuvent être projetés et un passage ou chambre de by-pass non-rétréci- par lequel une portion des gaz peut passer directement à l'orifice d'échappement du silencieux sans passer par la chambre d'étouffement , et caractérisé par le fait que la chambre d'étouffement est pourvue d'un dispositif de freinage servant à amortir les pulsations de gaz qui y pénètrent et à provoquer la dissipation de l'énergie desdites impulsions avant de ramener les gaz au passage en vue de leur transfert à l'orifice d'échappement du silencieux.
Seule la portion des gaz qui possède une inertie suffisante pour traverser l'espace libre existant à l'orifice de la chambre d'étouffement et qui fait partie du passage non-rétréci traversant le silencieux peut pénétrer dans la chambre, le reste des gaz passant directement à l'orifice d'échappement du silencieux.
Sur les dessins annexés:
La fig.l est une coupe longitudinale représentant les éléments d'un dispositif établi conformément à l'invention.
La fig. 2 est une coupe longitudinale d'un silencieux suivant l'invention.
La fig. 3 est une coupe transversale de ce silencieux par la ligne 3-3 de la fig.2.
L'échappement d'un moteur à combustion interne est principalement composé d'une série de pulsations ou "bouffées" de gaz à haute pression animées d'un mouvement rapide. Une pointe de vitesse élevée ou"bouffée" de gaz, se forme chaque fois qu'une soupape d'échappement s'ouvre. Il semble que les ondes sonores soient occasionnées par le choc à vitesse élevée de ces bouffées de gaz avec l'atmosphère. Ce sont ces
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bruits secs qui caractérisent l'échappement lorsque celui-ci n'est pas convenablement amorti par le silencieux. Un bruit sourd ou grave est émis continuellement entre les explosions consécutives. On peut supprimer ces bruits en dissipant les pointes de vitesse de façon à uniformiser l'écoulement des gaz passant par le système d'échappement avant leur mise en liberté dans l'atmosphère.
En plus de ces bruits, des bruits dits "périodiques" sont occasionnés sous certaines fréquences d'explosion du moteur. Ces bruits périodiques interviennent lorsque la fréquence des explosions coïncide sensiblement avec la fréquence résonante naturelle du système d'échappement ou avec un harmonique de cette fréquence, la répétition réglée des pulsations tendant à mettre le système d'échappement en vibration. Des bruits périodiques peuvent aussi se produire lorsque les bouffées de gaz d'échappement renforcent toutes les deux (ou toutes les trois etc..) condensations d'ondes sonores sans qu'il existe de bouffées de gaz neutralisantes intermédiaires. Le bruit du système d'échappement dû à la résonance du tuyau dépend en grande partie de la mesure dans laquelle le choc atmosphérique est réfléchi dans le système.
Le présent silencieux empêche les chocs de ce genre et supprime par suite à la fois les bruits directs et les bruits périodiques.
Le dispositif représenté sur la fig.l comprend une chambre d'enveloppement 1 dans laquelle pénètre un organe de freinage perforé 2, ce dernier étant disposé en alignement avec le tuyau d'entrée 1 et pouvant présenter une section. transversale ronde ou ovale. Un tuyau de sortie 4 communique avec une chambre de by-pass 4a. La seule entrée dans la chambre 1 s'effectue par l'organe de freinage 2. L'air de l'intervalle "b" compris entre les extrémités contigües du tuyau 2 et de
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l'organe 2, c'est-à-dire l'air de la surface engendrée en meulant des lignes allant de points de la périphérie de l'ex- trémité intérieure du tuyau 3 aux points les plus rapprochés de la périphérie de l'orifice del'organe 2, ne doit pas être sensiblement inférieur à la section de passage du tuyau d'en- trée 3.
En d'autres termes, et à titre d'exemple, si le tuyau 1 et l'organe de freinage'2 sont circulaires en section et ont le même diamètre, "b" ne doit pas être sensiblement infé- rieur au quart de "a". Avec cette relation, on voit qu'il existe un passage sensiblement non-rétréci par lequel les gaz peuvent passer comme indiqué par les flèches sans pénétrer dans la chambre d'étouffement 1 du silencieux. Ce passage non-rétréci est la chambre de by-pass dont il a été ques- tion plus haut.
Dans le fonctionnement du dispositif, les bouffées de gaz sont projetées par le tuyau d'admission 3¯ vers la chambre d'é- touffement 1. Le chemin de moindre résistance serait le che- min direct du tuyau d'entrée 3 au tuyau de sortie 4 en pas- sant par la chambre de by-pass 4a, mais une portion de chaque "bouffée" possède suffisamment d'inertie, qui lui est communiquée par les conditions de pression extrêmement éle- vées régnant dans le cylindre du moteur au moment où s'ouvre la soupape d'échappement, pour obliger cette portion de la "bouffée" à pénétrer dans la chambre d'étouffement 1 par l'in- termédiaire de l'organe perforé 2.
L'énergie de vitesse de la "bouffée" est convertie en pression statique à l'intérieur de la chambre de freinage 2 au moment où la bouffée est arrê- tée d'une façon amortie, la pression étant dissipée par une expansion des gaz pénétrant dans l'espace de la chambre 1 qui entoure 1"organe 2 par les perforations de ce dernier.Lorsque
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l'énergie de vitesse de la "bouffée" de gaz a été dissipée de cette manière, les conditions de pression régnant dans la chambre 1 ont pour effet de ramener les gaz à la chambre de by-pass en passant par les trous de l'organe de freinage 2.
Comme il a été suggéré précédemment, le rôle de l'organe 2 est de freiner ou contrecarrer la pénétration des gaz dans la chambre 1 et d'empêcher la "bouffée" de rebondir sans obstacle hors de la chambre 1, le résultat étant une tendance à l'introduction relativement graduelle des gaz dans la chambre 1 et à un retour relativement graduel des gaz de cette chambre à la chambre de by-pass 2. Un effet d'étouffement est ainsi obtenu qui diminue les pointes de vitesse-'des gaz pulsatoires, alors qu'une chambre ne comportant pas le dispositif de freinage décrit aurait uniquement pour effet de réfléchir et peut être même d'agraver les pulsations.
En outre, il y a lieu de noter que le décalage dans le temps occasionné par le freinage et le refroidissement ( et par,conséquent la contraction) des gaz d'expansion favorise notablement l'opération d'étouffement en diminuant la grandeur des pointes de vitesse.
La demanderesse ne prétend pas que le dispositif décrit cidessus soit seul capable d'empêcher ou d'atténuer les bruits dus aux gaz pulsatoires à un degré considéré comme satisfaisant dans l'art excepté dans certains cas. Ce dispositif effectue d'une manière efficace l'uniformisation du courant de gaz, et, par conséquent, l'élimination de la cause du bruit. En particulier, il empêche les sons des échelle(de fréquence inférieures. Toutefois, le présent dispositif est destiné à être utilisé conjointement avec des moyens permettant d'atténuer les sons à haute fréquence. Une chambre d'expansion simple ou un silencieux "garni" établi conformément au brevet anglais n 312.937 du 2 juin 1928 peut être utilisé à cet effet.
Un dispositif de ce genre peut être intercalé soit sur la tuyauterie 3, soit sur la tuyauterie 4.
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Les figures 2 et 3-représentent une construction dans laquelle le dispositif d'étouffement décrit ci-dessus est combiné avec une chambre d'expansion simple. Une enveloppe cylindrique 2 est pourvue de fonds extrêmes 6 et 7 présentant intérieurement une ouverture d'entrée 8 et une ouverture de sortie 9, respectivement. La buse d'entrée 10 est montée dans l'ouverture 8 du fond 6 et la buse de sortie 11 est montée dans l'ouverture 9 du fond 7. Une cloison 12, qui présente une ouverture 13 à l'alignement de l'ouverture 8 et une ouverture 14 qui n'est pas en alignement avec ladite ouverture 8, est disposée transversalement à l'intérieur de l'enveloppe 5, à un certain écartement du fond 6, de façon à constituer une chambre de by-pass 15.
Un corps cylindrique 16, comportant un couvercle 17, constitue la chambre d'étouffement 18 dans laquelle fait saillie un organe de freinage constitué par un tube perforé 19 à extrémité fermée. Le tube 19 débouche dans la chambre de by-pass 15 par l'ouverture 13.
La chambre d'étouffement 18 est partiellement fermée, de sorte que les gaz ne peuvent y pénétrer qu'en passant par l'ouverture 3.3'et les trous 20. Les gaz sont obligés de sortir de cette chambre par le même chemin. Un tuyau perforé 21 fait communiquer la chambre de by-pass 15 avec l'ouverture de sortie 9, ce tuyau pouvant être d'une seule pièce'avec la buse de sortie 11, comme représenté. Les trous ou perforations de la partie du tuyau 21 permettent aux gaz passant dans ce tuyau d'effectuer leur expansion dans la chambre 22.
Le fonctionnement du dispositif d'étouffement de l'appareil représenté par les figures 2 et 3 a été décrit ci-dessus. La portion à vitesse élevée d'une bouffée de gaz pénétrant dans l'appareil par la buse d'entrée 10 franchit l'intervalle "c" et est étouffée dans la chambre d'étouffement 16. Le reste des gaz passe directement de l'ouverture 8 au tuyau 21 et est mis en liberté dans l'atmosphère. Les gaz qui pénètrent dans le
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dispositif d'étouffement et qui sont soumis à l'action de ce dispositif sont graduellement ramenés à la chambre de by-pass 15, d'où ils passent par le tuyau 21 dans l'atmosphère.La chambre d'expansion 22 coopère avec le dispositif d'étouffement pour supprimer ou empêcher sensiblement tous les bruits qui seraient autrement occasionnés par les gaz pulsatoires.
Il faut que l'intervalle "c" soit suffisamment large pour permettre aux gaz de passer sensiblement sans obstacle à travers l'appareil, en passant par les ouvertures 8, 14 et.2.
Bien que le degré de perforation des organes de freinage 19 et 2 (fig.l) ne soit pas critique, ces organes doivent être suffisamment ajourés pour permettre le degré d'expansion convenable des gaz qui y pénètrent dans l'espace environnant.
Une perforation excessive aurait comme résultat la perte du freinage qui doit être exercé sur le courant de gaz pénétrant dans la chambre d'étouffement et le rebondissement de pulsations hors de cette chambre. Des recherches empiriques ont montré que l'organe de freinage doit être suffisamment perforé pour offrir une section ajourée totale comprise entre 5% et le quadruple de la section transversale de la buse d'entrée ou tuyau d'échappement aboutissant au silencieux. La chambre d'étouffement elle-même doit être suffisamment grande pour permettre une expansion sensible des gaz de l'organe de freinage dans ladite chambre.
Sans qué ceci limite l'invention, on indiquera à titre d'exemple qu'un silencieux établi essentiellement comme représenté sur les figs 2 et 3 et possédant les dimensions suivantes a supprimé à un degré satisfaisant le bruit d'échappement d'un moteur à essence monocylindrique, à quatre
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temps, de 2 Cv, tournant à 1800 tours par minute et dont le cylindre avait un alésage de 66,6 mm et une course de 66,6 mm: enveloppe 482,6 mm de longueur et 101,6 mm de,diamè- tre ; intervalle "c" 38 mm; organe de freinage 406,4 mm de longueur et 25,4 mm de diamètre, cet organe étant suffisamment perforé pour donner des parois ajourées à raison de 4%; diamètre de la chambre d'étouffement 69,8 mm.
Cette invention peut être adaptée en vue de sa réalisation sous diverses formes qui n'ont pas été représentées ou décrites en détail mais sont conformes à ses principes.Par exemple, la chambre d'étouffement intérieure 16 peut être concentrique au tuyau perforé 21 , de telle sorte qu'elle occupe le volume entier de l'enveloppe extérieure 5 à l'ex- . ception du volume enveloppé par le corps cylindrique intérieur non-perforé. Le terme "perforé" couvre toutes les constructions équivalentes dans lesquelles l'organe peut être percé d'ouvertures autrement que par le découpage de petites portions rondes du métal. Quoique l'organe de freinage soit allongé et tubulaire, il est évident que cet organe peut affecter d'autres formes appropriées.