EP0781372B1 - Dispositif de silencieux pour moteurs a explosion - Google Patents

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EP0781372B1
EP0781372B1 EP96925789A EP96925789A EP0781372B1 EP 0781372 B1 EP0781372 B1 EP 0781372B1 EP 96925789 A EP96925789 A EP 96925789A EP 96925789 A EP96925789 A EP 96925789A EP 0781372 B1 EP0781372 B1 EP 0781372B1
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/16—Selection of particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/24—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using sound-absorbing materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2310/00—Selection of sound absorbing or insulating material
    • F01N2310/04—Metallic wool, e.g. steel wool, copper wool or the like

Definitions

  • FIG. 2 represents a variant of the device in which the nozzle has different counter cones (5), intended according to the applications to improve the relaxation of gases in the straw (4).

Description

La présente invention concerne un silencieux d'échappement pour moteur à explosion, notamment pour aéronef.
Il existe actuellement plusieurs systèmes de silencieux à chicanes, par absorption par détente, qui permettent d'atténuer le niveau de bruit émis pour le ramener aux normes en vigueur.
On connaít notamment le document FR 1 041 034, qui décrit un dispositif de silencieux pour pot d'échappement de véhicules à moteur à combustion interne. Ce dispositif comprend une enveloppe cylindrique comprenant des éléments tronconiques percés de trous et disposés pour former des chicanes les uns derrière les autres dans ladite enveloppe.
Ces systèmes présentent les inconvénients de créer des surchauffes et des pressions perturbatrices contre-directrices.
Pour palier ces inconvénients, l'invention propose un dispositif simple utilisant une géométrie particulière et secondairement des éléments en acier inoxydable austénitique. Outre une réduction notable du niveau de bruit émis par rapport aux systèmes existants, comme cela sera décrit plus loin dans un exemple d'application, le dispositif proposé est facile à installer et à déposer, sa maintenance est aisée et sa tenue dans le temps améliorée.
II n'était pas évident que la géométrie proposée et la sélection d'un acier inoxydable austénitique permette d'obtenir les avantages importants de l'invention, et notamment un gain supérieur à 5 db minimum par rapport aux silencieux de l'art antérieur. Il n'était pas non plus évident de renoncer aux dispositifs à chicanes souvent utilisés dans de nombreux types de silencieux, dans différents types d'industries.
Le silencieux selon l'invention est décrit dans la revendication 1.
Secondairement, selon un mode de réalisation préféré, le silencieux est réalisé en acier inoxydable austénitique. L'espace entre la tuyère et l'enveloppe est rempli d'une paille également en acier inoxydable austénitique.
Un avantage important de l'invention est d'autoriser le traitement d'un volume plus important de gaz, avec une plus grande surface de contact, l'ensemble réduisant le bruit de manière très notable, tout en autorisant, ce qui est surprenant, l'évacuation rapide de ce plus grand volume sans générer l'inconvénient majeur prévisible des contre-pressions.
La géométrie de l'invention sera comprise de l'homme de métier à la lecture des dessins annexés, sans qu'il soit nécessaire de l'expliquer plus en détail. L'homme de métier saura de plus envisager sans difficultés des variantes et des dérivés de cette géométrie, respectant le concept général ci dessus.
Il est également surprenant de constater que le bruit désagréable bien connu des professionnels utilisant l'acier inoxydable ( provoqué par des fréquences ultra-sonores ) n'est pas produit par le dispositif selon l'invention. On sait que par exemple l'emploi de cuivre donne un son " feutré " mais le cuivre est naturellement très lourd. Il est surprenant d'obtenir un son agréable avec un matériau recherché pour ses qualités mais également réputé pour son bruit désagréable.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaítront clairement dans la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent :
  • figure 1 : une coupe longitudinale d'un dispositif qui n'est pas selon l'invention,
  • figure 2 : une coupe longitudinale du dispositif selon l'invention.
  • figures 3 et 4 : coupes longitudinales de variantes du dispositif selon l'invention,
  • figures 5 et 6 : coupes transversales respectives des figures 3 et 4 selon A - A ( représentant les cloisons perforées (6 BIS) ),
  • figure 7 : détail d'un dispositif représenté en figure 2,
  • figures 8 et 9 : détails d'un dispositif représenté en figure 3 ou 4.
En référence à la figure 1, le dispositif comporte une tuyère (1 ) formée d'un cône et d'un cylindre d'un seul tenant en tôle perforée, trous alternés et de diamètres différents d'une rangée à l'autre, sur toute la longueur du silencieux. L'enveloppe extérieure est formée d'une partie avant (2), cylindrique et conique , et d'un embout conique (3) formant la partie arrière et se terminant par un tube de fuite en biais permettant l'évacuation des gaz vers le bas. La partie avant de l'enveloppe extérieure (2) est ici conique pour faciliter la pénétration dans l'air. Les bords de ces deux parties (2) et (3) destinées à être assemblées sont usinés par moulurage pour former deux gorges circulaires selon une technique connue. Selon une caractéristique préférée, les trois éléments (1), (2) et (3) sont en acier inoxydable austénitique (on rappelle que l'austénite est un composant de l'acier constitué d'une solution solide de fer et de carbone), ainsi que la garniture de paille (4).
Le montage du silencieux s'opère de la façon suivante :
  • soudage de la tuyère sur la partie avant au niveau du col (6),
  • remplissage de l'espace entre la tuyère et l'enveloppe avec de la paille en acier inoxydable austénitique (4),
  • mise en place de l'embout arrière (3) par emboítement et vissage.
Le nombre et la taille des perforations de la tuyère sont adaptés en fonction de la cylindrée du moteur. Le silencieux est connecté à la tubulure de l'échappement par un soufflet de dilatation qui est lui-même maintenu par deux colliers avec vis freinées.
La figure 2 représente une variante du dispositif dans laquelle la tuyère comporte différents contre-cônes (5), destinés suivant les applications à améliorer la détente des gaz dans la paille (4).
La figure 7 représente la partie arrière d'un dispositif décrit en figure 1 ou 2, sur laquelle est représenté l'emboítement (9) de l'embout conique (3) sur la tuyère (4).
Les figures 3 et 4 représentent d'autres variantes du dispositif selon l'invention.
Dans ces variantes, une cloison perforée (6 BIS) en forme de disque, se place perpendiculaire à l'axe de la tuyère pour maintenir la paille d'acier inoxydable en place et surtout faciliter l'évacuation des gaz, d'où le résultat d'une diminution des contre-pressions. La paille est maintenue de préférence à la partie arrière par cette plaque ou cloison perforée (6 BIS) livrant passage aux gaz à sa périphérie et, en son centre, à la sortie de tuyère.
Dans ces variantes, la tuyère est soudée sur la cloison perforée arrière (6 BIS) qui est elle-même vissée sur la partie arrière de l'enveloppe extérieure (2) et l'embout conique (3), et emboítée dans la partie avant de l'enveloppe extérieure (2) au col (6).
La figure 8 représente la partie avant d'un dispositif décrit en figure 3 ou 4, sur laquelle est représenté l'emboítement (9) de la tuyère (1) sur l'enveloppe extérieure (2) au col (6).
La figure 9 représente la partie arrière d'un dispositif décrit en figure 3 ou 4, sur laquelle est représenté la soudure (8) de la tuyère (1) sur la cloison perforée (6 BIS), et le vissage (7) de l'enveloppe extérieure (2), l'embout conique (3) et la cloison perforée (6 BIS).
Exemple de réalisation :
Suivant un exemple, on a réalisé un silencieux tel que décrit ici avec une tuyère d'épaisseur 10/10ème et une enveloppe d'épaisseur 8/10ème, les perforations ont des diamètres variables entre 8 mm et 10 mm. Le protocole d'essai a fourni les résultats suivants :
  • Point fixe - puissance maximum pour une vitesse affichée de 2350 tr/mm   64 db
  • Lâcher des freins - 2500 tr/mn pour une vitesse affichée au lâcher de 2300 tr/mn   74 db
  • Passage 300 ft stabilisé - 2500 tr/mn   73 db
  • Passage 1000 ft stabilisé - 2500 tr/mn   67 db
  • Vitesse au cabrage 60 kn pour temps de roulage obtenu en 20 sec    71 db
  • Passage 300 ft stabilisé - 2500 tr/mn pour vitesse affichée au passage de 120 km   70 db
  • Passage 1000 ft stabilisé - 2500 tr/mn pour vitesse affichée au passage de 112 kn   68 db
  • Montée initiale 80 kn pour une vitesse affichée de 2500 tr/mn   70 db
  • Passage 300 ft stabilisé - 2500 tr/mn   70 db
  • Passage 1000 ft stabilisé - 2500 tr/mn   65 db
  • Verticale montée initiale 80 kn pour une hauteur obtenue au passage de 500 ft   89 db
  • Passage 300 ft stabilisé - 2500 tr/mn   87 db
  • Passage 1000 ft stabilisé - 2500 tr/mn   78 db
En moyenne, le niveau est égal à 72,8 db.
A titre de comparaison, les mêmes mesures obtenues avec un silencieux classique sont les suivantes :
  • Point fixe - puissance maximum pour une vitesse affichée de 2350tr/mn   77db
  • Lâcher des freins - 2500 tr/mn pour une vitesse affichée au lâcher de 2300 tr/mn   74 db
  • Passage 300 ft stabilisé - 2500 tr/mn   80 db
  • Passage 1000 ft stabilisé - 2500 tr/mn   71 db
  • Vitesse au cabrage 60 kn pour temps de roulage obtenu en 20 sec    73db
  • Passage 300 ft stabilisé - 2500 tr/mn pour vitesse affichée au passage de 120 kn   75 db
  • Passage 1000 ft stabilisé - 2500 tr/mn pour vitesse affichée au passage de 112 kn   73db
  • Montée initiale 80 kn pour une vitesse affichée de 2500 tr/mn   77 db
  • Passage 300 ft stabilité - 2500 tr/mn   73 db
  • Passage 1000 ft stabilisé - 2500 tr/mn   70 db
  • Verticale montée initiale 80 kn pour une hauteur obtenue au passage de 500 ft   92 db
  • Passage 300 ft stabilisé - 2500 tr/mn   96 db
  • Passage 1000 ft stabilisé - 2500 tr/mn   86 db
En moyenne, le niveau est égal à 78,2 db.
Notes : kn = noeud ( " knot " )   1 ft # 33 cm
Le dispositif selon l'invention permet d'obtenir aujourd'hui un gain supérieur à 5 db minimum par rapport aux silencieux classiques actuels. Ce dispositif est particulièrement destiné à équiper des aéronefs d'une cylindrée de 4000 à 8000 m3,et plus particulièrement le Piper PA 28.
D'autres modes de réalisation apparaítront clairement à l'homme de métier et font partie de l'invention. Notamment, la forme et la dimension des constituants pourront être adaptées à la condition que le concept général de l'invention soit respecté, c.a.d. le choix de formes créant au moins un Venturi pour accélérer les gaz sur au moins une partie de leur trajet, et de formes générant le moins possible de turbulences à la sortie du Venturi. Notamment, les cônes pourront être " arrondis " et le Venturi remplacé par un dispositif accélérateur de même fonction. Les seules limites en ce domaine seront le coût et les impératifs de montage et de maintenance. De même, la paille (4) pourra être remplacée par toute matière de structure remplissant une fonction équivalente. Enfin, l'acier inoxydable austénitique pourra être remplacé par tout matériau capable de remplir la même fonction.

Claims (11)

  1. Dispositif silencieux pour échappement de moteur à explosion comprenant une tuyère perforée (1) sur toute sa longueur, cette tuyère étant entourée par une enveloppe coaxiale formée d'une partie avant (2) et d'une partie arrière conique (3), la tuyère formant une géométrie à plusieurs cônes dont la fonction est de former un volume important, de créer au moins un système pour accélérer le flux des gaz d'échappement au moins sur une partie de leur trajet, caractérisé par le fait que la partie avant (2) de l'enveloppe extérieure est cylindrique ou conique, et par le fait que la tuyère (1) et l'enveloppe (2), (3) forment un espace annulaire continu, du col (6) jusqu'à la partie arrière (3), et dans lequel passent les gaz, qui s'échappent par un tube de fuite permettant l'évacuation des gaz et évitant la formation de turbulences génératrices de contre-pressions.
  2. Dispositif silencieux pour échappement de moteur à explosion selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il ne comporte pas de chicanes, et que l'espace entre la tuyère et l'enveloppe est rempli d'une paille (4) maintenue à la partie arrière par une plaque ou cloison perforée (6 BIS) livrant passage aux gaz à sa périphérie par les perforations et, en son centre, à la sortie de tuyère.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la tuyère est formée d'un ou plusieurs cônes, contre-cônes (5) et cylindre d'un seul tenant.
  4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que le système pour accélérer le flux des gaz d'échappement est un système de type << Venturi >>.
  5. Dispositif selon rune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les perforations de la tuyère sont constituées de trous alternés et de diamètres différents d'une rangée à l'autre, le nombre et la taille des perforations étant adaptés selon la cylindrée du moteur à explosion.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'enveloppe est formée d'une partie avant soudée à la tuyère au col (6), d'une partie arrière conique amovible, les deux bords jointifs de ces deux parties étant moulurés, en deux gorges pour permettre un démontage et un remontage rapides.
  7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la tuyère est emboítée dans l'enveloppe extérieure avant (2) au col (6) et soudée sur une cloison perforée (6 BIS) elle-même vissée sur la partie avant (2) de l'enveloppe extérieure et sur la partie arrière(3) de l'enveloppe extérieure.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la partie arrière (3) de l'enveloppe coaxiale se termine par un tube de fuite en biais permettant l'évacuation des gaz vers le bas.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il est monté sur l'échappement d'un moteur d'avion, ou un autre type de moteur à explosion.
  10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par la fait que l'ensemble tuyère-enveloppe est réalisé en tôle d'acier inxoydable austénitique.
  11. Dispositif selon rune quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que l'espace entre la tuyère et l'enveloppe est rempli d'une paille en acier inoxydable austénitique.
EP96925789A 1995-07-17 1996-07-16 Dispositif de silencieux pour moteurs a explosion Expired - Lifetime EP0781372B1 (fr)

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FR9508838 1995-07-17
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EP0781372A1 EP0781372A1 (fr) 1997-07-02
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CA (1) CA2200078A1 (fr)
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