Appareil pour amortir les bruits â l'échappement des moteurs. On sait qu'il est possible d'amortir les sons, par exemple, par l'emploi de résonateurs acous tiques, par le procédé de l'interférence acous tique, du déphasage, de l'absorption des sons, etc., à condition toutefois que le procédé em ployé s'adapte à la nature du son et, en parti eulier, à la fréquence qui domine dans le son en question.
Etant donné que le bruit d'échappement d'un moteur est composé d'une gamme de fré quences très étendue, il est. apparu nécessaire de construire un appareil capable d'amortir tous les sons dont la. gamme de fréquences est comprise entre des limites très larges.
Si on emploie un seul procédé d'amortisse ment acoustique, le résultat. obtenu n'est pas suffisant, car un appareil de silencieux conte nant par exemple uniquement de la matière absorbante n'est capable d'amortir que des sons de hautes fréquences, celui renfermant des résonateurs ne peut amortir que des basses ou moyennes fréquences, et celui qui contient (les éléments ayant trait à l'interférence acous tique ne peut. amortir que le sons sur les quels il a été accordé. Enfin, un dispositif de déphasage des ondes sonores ne peut donner satisfaction que lorsque le chemin parcouru < < l'intérieur de celui-ci est suffisamment long.
En résumé, chacun de ces moyens, pris isolément, ne peut permettre d'amortir qu'une gamme très étroite de fréquences et reste pra tiquement sans influence sur les autres. La plupart des éléments constitutifs du silencieux, objet de l'invention, sont en soi connus, comme le conduit hélicoïdal à pas va riable, les chambres de résonance et la ma tière absorbante, mais pour les raisons expo sées précédemment, chacun de ces moyens pris isolément n'est pas en mesure d'apporter une solution totale. C'est pourquoi, pour amortir parfaitement toutes les fréquences constitu- tives-d'un bruit d'échappement, il est apparu nécessaire de combiner entre eux les éléments destinés à amortir les fréquences différentes.
L'invention a pour objet un appareil pour amortir les bruits d'échappement d'un moteur, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il com prend, à la fois-, au moins un dispositif pour l'amortissement des hautes fréquences, par le passage des gaz d'échappement le long d'une face de parois à petits trous dont la. face opposée est garnie de matière absorbante, un dispositif pour amortir les moyennes fré quences à l'aide de conduits hélicoïdaux par courus au moins par une fraction des gaz et un dispositif pour amortir les basses fré quences par des chambres fermées formant résonateurs acoustiques et communiquant avec le passage traversé par les gaz.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'appareil faisant l'objet de l'invention.
Les fig. 1 et 2 sont des coupes transver sales d'un conduit hélicoïdal et montrent l'effet de déphasage obtenu par un tel conduit. Les fig. 3 à 6 montrent, en coupe axiale, quatre formes d'exécution de l'appareil.
A la fig. 1, on a indiqué en 1 et 2 des tubes concentriques contenant une paroi en hélice 3 pour y délimiter un conduit héli coïdal et on a indiqué par les flèches 4 le front, radial d'une onde pénétrant dans un conduit hélicoïdal et progressant suivant des trajectoires en hélices de rayons différents; au bout d'un certain parcours, le front de l'onde peut être représenté par les flèches 5 qui, par rapport à la direction radiale passant par la pointe de la flèche la plus voisine de l'axe, présentent des retards de plus en plus grands à mesure qu'on s'écarte de la périphé rie; le retard s'accentue à mesure que l'onde progresse, comme . le montrent les flèches 6.
Après quelques tours, deux filets de gaz très voisins du tube 1 sont par exemple en 7 et 8, tandis que deux filets très voisins du tube 2 sont par exemple en 9 et 10: l'onde est deve nue à peu près parallèle à l'axe du conduit. Dans le silencieux, suivant la fig. 3, une enveloppe extérieure 21 contient vers l'entrée un tube perforé 22 avec matière absorbante 23 entre l'enveloppe 21 et le tube 22; dans celui-ci est disposé un autre tube perforé 24 avec paroi hélicoïdale 25 entre les tubes 22 et 24.
Une chambre de résonance 26 communique en regard de l'extrémité du tube 22 par une tubu lure 27 et elle communique, d'autre part, avec une deuxième chambre de résonance 28 par une tubulure 29; les gaz se dirigent vers la sortie par le passage 30, rencontrent la ma tière absorbante 19 et s'échappent par la tubu lure 20. Les chambres 26-28 sont. destinées à amortir deux basses fréquences. Ce dispo sitif peut amortir à la fois deux fréquences différentes, la première synchronisée avec la fréquence propre du résonateur 26, et la deuxième accordée avec la fréquence dont la période de pulsations est égale à la somme des périodes des deux résonateurs composants 26-28.
L'élément 25 pourra amortir des fré quences moyennes, et le tampon 19 ainsi que la matière absorbante 23 servent à l'amortisse ment-de fréquences élevées. Le silencieux suivant la fig. 4 ressemble au précédent, mais il est à passage libre des gaz d'échappement à travers un prolongement perforé 31 du tube 22, et ce prolongement est.
entouré d'un tube 32 débouchant dans une chambre de résonance 33 qui communique avec -une deuxième chambre de résonance 34 par un conduit annulaire 35 autour du tube 32. Dans le cas de cette figure, le double réso nateur 33-34 est disposé extérieurement au conduit 31 de passage libre des gaz d'échappe ment et, par conséquent, pour obtenir un fonctionnement correct, il doit être disposé à l'endroit des points nodaux des deux fré quences en question ou tout au moins à proxi mité de ceux-ci; par exemple, il peut être utilisé pour amortir le troisième et le neuvième harmonique d'une onde stationnaire dont. les points nodaux se confondent.
Il peut. égale ment être adopté pour amortir deux harmo niques impairs voisins, par exemple les neu vième et septième ou les septième et cinquième.
Le silencieux suivant la fig. 5 comprend une enveloppe extérieure 36 contenant. un tube perforé 37 avec, entre les deux, une paroi en hélice 38 à pas croissant à l'entrée et décrois sant à la sortie. Le tube 37 contient un tube intérieur perforé 39 qui communique avec l'entrée du silencieux et. débouche dans une petite chambre de résonance 40 où aboutit son extrémité 41; des tampons 42-43 sont prévus pour amortir les hautes fréquences. Le con duit hélicoïdal est susceptible d'amortir simul tanément par le déphasage et par interférence acoustique une gamme très large de basses fréquences, tandis que la petite chambre de résonance 40 peut amortir une seule fréquence moyenne.
Le conduit hélicoïdal communique vers son extrémité à pas décroissant avec la chambre axiale 44 du silencieux à travers une paroi perforée 45. La. chambre 44 communique avec la tubulure de sortie 46 du silencieux.
Dans l'exemple de réalisation représenté à la. fig. 6, le silencieux comprend une enve loppe extérieure 51 dont l'entrée est prolongée par une tôle perforée 52 garnie extérieurement de matière absorbante 53. En regard de la sortie du conduit formé par cette tôle 52 est disposé un tampon central 54 autour duquel passent les gaz avant de pénétrer dans le tube 55 disposé en aval du tampon à l'intérieur de l'enveloppe 51. Ce tube 55 contient un tube intérieur perforé 56 avec paroi hélicoïdale 57 entre les deux tubes 55, 56. L'extrémité du tube 55 communique avec la sortie du silen cieux.
Le tube 55 est percé de trous 58 dans sa région amont et est entouré d'une paroi hélicoïdale 59 qui est prévue dans l'espace annulaire entre le tube 55 et l'enveloppe 51 pour délimiter un conduit qui forme résona teur.
L'amortissement des ondes sonores par dé phasage est obtenu par deux méthodes- La . première consiste à faire circuler le courant gazeux soumis à des vibrations sonores dans un conduit hélicoïdal entourant un tube cylindrique.
Comme on l'a expliqué ci-dessus en référence aux fig. 1. et 2, le front d'une onde qui, au début, est perpendiculaire à la direction de propagation, s'incline au fur et à mesure du chemin parcouru pour devenir à la fin presque parallèle à cette direction, car les fractions extérieures de ce front ont plus de chemin à parcourir que les fractions inté rieures voisines du tube central, ce qui produit un déphasage progressif au fur et à mesure de l'éloignement du point de départ de l'onde.
La deuxième méthode particulièrement efficace pour amortir les basses et. moyennes fréquences consiste en ceci: des orifices de passage sont aménages dans le tube 37 (fig. 5) entre un cylindre central et un conduit héli coïdal extérieur à pas variable formé par la paroi 38 et cela, sur la majeure partie de la longueur dudit conduit. De cette façon, les fractions d'une onde de pression, qui pénè trent. dans le conduit. hélicoïdal par les orifices disposées à l'entrée du silencieux, auront plus de chemin à parcourir que les fractions ayant pénétré dans le conduit un peu phis loin. Ainsi, l'onde de pression sera divisée en autant de fractions de valeurs sensiblement égales qu'il y aura d'orifices de passage, chaque frac tion ayant un chemin différent à parcourir.
Le déphasage peut être total si la. longueur du conduit hélicoïdal, le long duquel sont disposés les orifices, est égale à la longueur de l'onde sonore à amortir.
L'amortissement par interférence acousti que est également obtenu à l'aide de deux conduits de longueurs différentes, comme dans le cas précédent, par un conduit central à l'intérieur d'un tube 24 ou 39 et un conduit hélicoïdal entourant. le premier, mais, dans ce cas, il n'est pas absolument nécessaire que le tube central soit perforé et que le conduit hélicoïdal soit de section variable. La diffé rence de longueur des deux conduits est, dans ce cas, égale à la. moitié de l'onde sonore à amortir.
Cette onde se divise à l'entrée du dispositif en deux fractions d'importance sen siblement égale, de sorte que la dépression de la fraction ayant passé par le centre sera com blée par la pression ayant emprunté le chemin allongé et vice versa.
Un résonateur est constitué par une eham- bre de résonance 40 jouant le rôle d'un mate las d'air qui fonctionne comme un ressort et d'un tuyau de résonance 41 jouant le rôle d'un cylindre à l'intérieur duquel se déplace, d'un mouvement alternatif, une masse de gaz en vibration jouant le rôle d'un piston. Le mouvement du piston fictif est entretenu par les vibrations sonores et, notamment, une onde de pression pousse le piston vers l'intérieur de la chambre de- résonance en comprimant les gaz enfermés à l'intérieur de celle-ci, puis les gaz se détendent, repoussent le piston vers l'extérieur, ce qui provoque une dépression dans ladite chambre; cette dépression aspire à son tour la pression, et ainsi de suite.
Le mouvement d'oscillation s'amortit de lui-même par le frottement après quelques mouvements aller et retour mais, lorsqu'il est entretenu par la vibration sonore continue, il se poursuit. sans arrêt, à condition toutefois que la, fré quence propre du résonateur soit la même que la fréquence de vibration du son excitateur.
Le double résonateur (fig. 3) fonctionne d'une façon analogue, mais il peut. amortir simultanément deux fréquences et., notamment., l'onde de pression qui pénètre dans la pre mière chambre se divise en deux fractions dont la première en ressort aussitôt et la deuxième pénètre dans la deuxième chambre et revient vers son point de départ en traver sant la première chambre.
Enfin, il est à noter que, pour obtenir le maxi mum d'efficacité, il ne faut pas disposer les éléments d'amortissement acoustique au hasard, mais il faut les arranger dans un ordre bien déterminé suivant le résultat à obtenir, et notamment: avant toute chose, il faut amortir les ondes de hautes fréquences à l'entrée du silencieux; ceci sera réalisé en agissant soit sur les ventres, soit sur les naeuds de pression acoustique. On régularise la vitesse des gaz dans les ventres en faisant passer les gaz d'échappement à travers les parois perforées doubles 39-37 ou même triples 39-37-45 (fig. 5).
Quant à l'amortissement par l'action sur les noeuds, on peut le réaliser facilement, en garnissant les parois intérieures des cham bres de détente, traversées par les gaz d'échappement, ou des chambres de résonance, lesquelles ne le sont pas, d'une garniture en matière absorbant le son, comme par exemple la soie de verre, maintenue par une feuille en tôle perforée, comme indiqué en 23. On peut également absorber les variations de pression dans les naeuds acoustiques par l'emploi de tampons 43 (fig. 5).
Lorsque les hautes fréquences sont conve nablement amorties, on s'attaque alors à des fréquences moyennes et basses.
Dans certains cas, l'amortissement de fré quences moyennes petit se faire avec une cer taine avance, par exemple il se fera en même temps que celui des hautes fréquences (fig. 3 et 4).
Dans certains cas, les sons de hautes fré quences à amortir à l'entrée du silencieux peuvent se reformer par le frottement ou par des chocs de gaz contre la paroi intérieure du silencieux, ce qui se traduit par un son aigu, et parfois même par un sifflement.. Dans ce cas, il est nécessaire de disposer un deuxième dispositif d'amortissement de hautes fré quences, soit aussitôt après l'endroit où ces sons ont été engendrés, soit à la sortie du silencieux.
Apparatus for damping engine exhaust noise. We know that it is possible to dampen sounds, for example, by the use of acoustic resonators, by the process of acoustic interference, phase shift, sound absorption, etc., provided however, that the method employed adapts to the nature of the sound and, in part, to the prevailing frequency in the sound in question.
Since the exhaust noise of an engine is made up of a very wide frequency range, it is. appeared necessary to build a device capable of damping all sounds including the. frequency range is between very wide limits.
If one employs only one method of acoustic damping, the result. obtained is not sufficient, because a silencer device containing, for example, only absorbent material is only capable of damping high-frequency sounds, that containing resonators can damp only low or medium frequencies, and that which contains (the elements relating to the acoustic interference can. dampen only the sounds to which it has been tuned. Finally, a device for phase-shifting sound waves can only give satisfaction when the path traveled <<l The interior of it is long enough.
In summary, each of these means, taken in isolation, can only allow a very narrow range of frequencies to be damped and remains practically without influence on the others. Most of the constituent elements of the silencer, object of the invention, are known per se, such as the helical duct with variable pitch, the resonance chambers and the absorbent material, but for the reasons explained above, each of these means taken in isolation is not able to provide a total solution. This is why, in order to perfectly damp all the constituent frequencies of an exhaust noise, it has appeared necessary to combine together the elements intended to damp the different frequencies.
The invention relates to an apparatus for damping the exhaust noise of an engine, this apparatus being characterized in that it comprises, at the same time, at least one device for damping high frequencies, by the passage of the exhaust gases along a face of walls with small holes including the. the opposite face is lined with absorbent material, a device for damping the medium frequencies using helical ducts by running at least a fraction of the gases and a device for damping the low frequencies by closed chambers forming acoustic resonators and communicating with the passage crossed by the gases.
The appended drawing represents, by way of example, some embodiments of the apparatus forming the subject of the invention.
Figs. 1 and 2 are dirty cross sections of a helical duct and show the phase shift effect obtained by such a duct. Figs. 3 to 6 show, in axial section, four embodiments of the device.
In fig. 1, concentric tubes containing a helical wall 3 have been indicated at 1 and 2 to delimit a helical duct therein and the arrows 4 have indicated the radial front of a wave penetrating into a helical duct and progressing along helical trajectories of different radii; at the end of a certain distance, the front of the wave can be represented by the arrows 5 which, with respect to the radial direction passing through the tip of the arrow closest to the axis, exhibit more and more delays. larger as one moves away from the periphery; the delay becomes more pronounced as the wave progresses, like. the arrows show 6.
After a few turns, two threads of gas very close to tube 1 are for example at 7 and 8, while two very close threads of tube 2 are for example at 9 and 10: the wave has become bare approximately parallel to l axis of the duct. In the silencer, according to fig. 3, an outer casing 21 contains towards the inlet a perforated tube 22 with absorbent material 23 between the casing 21 and the tube 22; in this is arranged another perforated tube 24 with helical wall 25 between the tubes 22 and 24.
A resonance chamber 26 communicates opposite the end of tube 22 via a tube 27 and it communicates, on the other hand, with a second resonance chamber 28 via a tube 29; the gases flow to the outlet through passage 30, meet absorbent material 19 and escape through tubing 20. Chambers 26-28 are. intended to damp two low frequencies. This device can dampen two different frequencies at the same time, the first synchronized with the natural frequency of the resonator 26, and the second tuned with the frequency whose pulse period is equal to the sum of the periods of the two component resonators 26-28.
The element 25 will be able to damp medium frequencies, and the buffer 19 as well as the absorbent material 23 serve for damping high frequencies. The silencer according to fig. 4 looks like the previous one, but there is free passage of the exhaust gases through a perforated extension 31 of the tube 22, and this extension is.
surrounded by a tube 32 opening into a resonance chamber 33 which communicates with a second resonance chamber 34 by an annular duct 35 around the tube 32. In the case of this figure, the double resonator 33-34 is arranged externally to the duct 31 for the free passage of the exhaust gases and, consequently, to obtain correct operation, it must be placed at the location of the nodal points of the two frequencies in question or at least close to them. this; for example, it can be used to damp the third and ninth harmonics of a standing wave including. the nodes merge.
He can. also be adopted to damp two neighboring odd harmonics, for example the ninth and seventh or the seventh and fifth.
The silencer according to fig. 5 comprises an outer envelope 36 containing. a perforated tube 37 with, between the two, a helical wall 38 with increasing pitch at the inlet and decreasing at the outlet. The tube 37 contains a perforated inner tube 39 which communicates with the inlet of the silencer and. opens into a small resonance chamber 40 where its end 41 ends; buffers 42-43 are provided to damp the high frequencies. The helical duct is capable of damping simultaneously by phase shifting and by acoustic interference a very wide range of low frequencies, while the small resonance chamber 40 can damp a single medium frequency.
The helical duct communicates towards its end in decreasing pitch with the axial chamber 44 of the silencer through a perforated wall 45. The chamber 44 communicates with the outlet pipe 46 of the silencer.
In the exemplary embodiment shown in. fig. 6, the silencer comprises an outer casing 51, the inlet of which is extended by a perforated sheet 52 lined on the outside with absorbent material 53. Opposite the outlet of the duct formed by this sheet 52 is arranged a central buffer 54 around which the tubes pass. gas before entering the tube 55 disposed downstream of the buffer inside the casing 51. This tube 55 contains a perforated inner tube 56 with a helical wall 57 between the two tubes 55, 56. The end of the tube 55 communicates with the exit of the silence of the heavens.
The tube 55 is pierced with holes 58 in its upstream region and is surrounded by a helical wall 59 which is provided in the annular space between the tube 55 and the casing 51 in order to define a duct which forms a resonator.
Damping of sound waves by phasing is obtained by two methods - La. first consists in making circulate the gas current subjected to sound vibrations in a helical duct surrounding a cylindrical tube.
As explained above with reference to Figs. 1. and 2, the front of a wave which, at the beginning, is perpendicular to the direction of propagation, inclines as the distance traveled to become at the end almost parallel to this direction, because the outer fractions of this front have more distance to travel than the neighboring internal fractions of the central tube, which produces a progressive phase shift as the starting point of the wave moves away.
The second particularly effective method of damping bass and. medium frequencies consists of the following: passage orifices are arranged in the tube 37 (fig. 5) between a central cylinder and an external helical duct with variable pitch formed by the wall 38 and this, over most of the length of said led. In this way, the fractions of a pressure wave, which penetrate. in the duct. helical by the orifices arranged at the inlet of the silencer, will have more distance to travel than the fractions having entered the duct a little phis far. Thus, the pressure wave will be divided into as many fractions of substantially equal values as there will be passage orifices, each fraction having a different path to travel.
The phase shift can be total if the. length of the helical duct, along which the orifices are arranged, is equal to the length of the sound wave to be damped.
Damping by acoustic interference is also obtained using two ducts of different lengths, as in the previous case, by a central duct inside a tube 24 or 39 and a surrounding helical duct. the first, but, in this case, it is not absolutely necessary that the central tube be perforated and that the helical duct is of variable section. The difference in length of the two conduits is, in this case, equal to. half of the sound wave to be damped.
This wave is divided at the input of the device into two fractions of substantially equal importance, so that the depression of the fraction which has passed through the center will be filled by the pressure which has taken the elongated path and vice versa.
A resonator is made up of a resonance chamber 40 playing the role of an air mate which functions as a spring and a resonance pipe 41 playing the role of a cylinder inside which moves , with a reciprocating motion, a vibrating mass of gas playing the role of a piston. The movement of the fictitious piston is maintained by the sound vibrations and, in particular, a pressure wave pushes the piston towards the interior of the resonance chamber, compressing the gases trapped inside it, then the gases are relax, push the piston outwards, which causes a vacuum in said chamber; this depression in turn draws pressure, and so on.
The oscillating movement dampens itself by friction after a few back and forth movements, but when maintained by the continuous sound vibration, it continues. without stopping, provided however that the natural frequency of the resonator is the same as the frequency of vibration of the exciter sound.
The double resonator (fig. 3) works in a similar way, but it can. simultaneously damping two frequencies and., in particular., the pressure wave which enters the first chamber is divided into two fractions, the first of which immediately emerges from it and the second enters the second chamber and returns to its starting point across sant the first room.
Finally, it should be noted that, to obtain the maximum efficiency, the acoustic damping elements must not be placed at random, but they must be arranged in a well-determined order according to the result to be obtained, and in particular: first of all, the high frequency waves at the input of the silencer must be damped; this will be achieved by acting either on the bellies or on the acoustic pressure nodes. The velocity of the gases in the bellies is regulated by passing the exhaust gases through the perforated double 39-37 or even triple 39-37-45 walls (fig. 5).
As for the damping by the action on the nodes, it can be easily achieved by lining the inner walls of the expansion chambers, through which the exhaust gases pass, or of the resonance chambers, which are not, a lining of sound-absorbing material, such as for example glass silk, held by a sheet of perforated sheet metal, as indicated in 23. The pressure variations in the acoustic nodes can also be absorbed by the use of buffers 43 (fig. 5).
When the high frequencies are suitably damped, then the medium and low frequencies are attacked.
In some cases, the damping of small medium frequencies is done with a certain advance, for example it will be done at the same time as that of the high frequencies (fig. 3 and 4).
In some cases, the high frequency sounds to be damped at the inlet of the silencer can be reformed by friction or by gas impacts against the interior wall of the silencer, which results in a high-pitched sound, and sometimes even in a whistling .. In this case, it is necessary to have a second high-frequency damping device, either immediately after the place where these sounds were generated, or at the exit of the silencer.