EP0047678A1 - Exhaust silencer with internal resonance chamber for combustion engines - Google Patents

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EP0047678A1
EP0047678A1 EP81401055A EP81401055A EP0047678A1 EP 0047678 A1 EP0047678 A1 EP 0047678A1 EP 81401055 A EP81401055 A EP 81401055A EP 81401055 A EP81401055 A EP 81401055A EP 0047678 A1 EP0047678 A1 EP 0047678A1
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N2490/00—Structure, disposition or shape of gas-chambers
    • F01N2490/15—Plurality of resonance or dead chambers
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    • F01N2490/15—Plurality of resonance or dead chambers
    • F01N2490/155—Plurality of resonance or dead chambers being disposed one after the other in flow direction

Definitions

  • the field concerned by this invention is that of exhaust silencers intended to equip internal combustion engines.
  • FIG. 1 attached shows a known silencer comprising an envelope. Separated by a transverse partition C into two parts: a first, located on the left in the drawing, in which are arranged the means fulfilling the functions of reflection and interference, and a second. located on the right, which is the Helmholtz resonator.
  • This known arrangement has the disadvantage of shortening, for a given total length of silencer, the length of 1 "reflection and interference stage of the length of the resonator stage.
  • the attenuation of the components of medium frequencies whose energy lies midway between those of the bass and treble, obtained in the reflection and interference stage is all the more effective the longer this stage is.
  • the object of this invention is therefore to produce a silencer of the type comprising a reflection and interference stage and at least one resonator of Helmholtz, which, with equal total dimensions, offers improved attenuation characteristics.
  • an exhaust silencer for internal combustion engine comprising an envelope formed by a side wall and two end walls defining at least a first attenuation stage with reflection and / or interference and at least a second stage constituting a Helmholtz resonator, formed by an enclosure and a neck constituting a pressure tap communicating with the first stage, characterized in that the pressure tap of the second stage is carried out from a wall end of the envelope by means of a neck located at least partially outside the envelope and the enclosure of the resonator is arranged inside the first stage.
  • the latter relates to a silencer comprising an envelope 1 closed at its two ends by two walls 2 and 3. Furthermore, this envelope is separated by three partitions 4, 5 and 6 into four chambers respectively bearing the references 7, 8, 9 and 10. It is completed by three tubes or pipes, a tube of inlet 11, an intermediate tube 12 and an outlet tube 13 which are provided, in a conventional manner, with orifices or openings as designated for example by the references 14, 15 and 16.
  • the orifices 14 constitute with a section of outer tube 17 a high frequency resonator, the set of three tubes 11, 12, 13, with their orifices and the volumes which surround them further constituting a reflection and interference attenuation stage.

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Abstract

Le silencieux comporte une prise de pression (18) du résonateur basse fréquence (9) disposée dans une paroi d'extrémité (3) de l'enveloppe (1), et un col (19) de ce résonateur (9) placé en partie à l'extérieur de cette enveloppe (1), la capacité associée du résonateur (9) se trouvant à l'intérieur de l'étage d'atténuation par réflexion et interférence constitué par l'ensemble des tubes (11, 12, 13) avec leurs orifices (15, 16) et les volumes (7, 8, 10) qui les entourent.The silencer comprises a pressure tap (18) of the low frequency resonator (9) disposed in an end wall (3) of the casing (1), and a neck (19) of this resonator (9) placed in part outside this envelope (1), the associated capacity of the resonator (9) located inside the attenuation stage by reflection and interference constituted by the set of tubes (11, 12, 13) with their orifices (15, 16) and the volumes (7, 8, 10) which surround them.

Description

Le domaine concerné par cette invention est celui des silencieux d'échappement destinés à équiper les moteurs à combustion interne.The field concerned by this invention is that of exhaust silencers intended to equip internal combustion engines.

On sait que les spectres de bruit d'échappement de ces moteurs se caractérisent notamment par la prépondérance des composantes graves par rapport aux autres (moyennes et aiguës). Les exigences d'insonorisation devenant de plus en plus sévères, l'adoption de résonateurs incorporés aux silencieux s'est généralisée dans les cas difficiles, sachant que seul le principe du résonateur basse fréquence (BF)(résonateur de Helmholtz à. col ou résonateur quart d'onde) est susceptible de faire face au problème de l'atténuation des graves, qu'il s'agisse d'empêcher ces composantes graves de contribuer au niveau de bruit intérieur du véhicule ou de réduire le niveau sonore du bruit de bouche (bruit extérieur).We know that the exhaust noise spectra of these engines are characterized in particular by the preponderance of the serious components compared to the others (medium and acute). As soundproofing requirements become more and more stringent, the adoption of resonators incorporated into silencers has become generalized in difficult cases, knowing that only the principle of low frequency resonator (LF) (Helmholtz resonator with neck or resonator) quarter wave) is likely to face the problem of bass attenuation, whether it is preventing these serious components from contributing to the interior noise level of the vehicle or reducing the noise level of the mouth noise (outside noise).

Il est donc devenu courant d'associer, dans un même silencieux, plusieurs principes acoustiques d'atténuation: réflexion, interférence, absorption afin de couvrir au mieux la plage des fréquences du spectre en fonction de l'importance relative des différentes composantes. Tout silencieux moderne destiné à atténuer les composantes correspondant à une bande de fréquences s'étendant des aiguës aux graves en passant par les moyennes, comporte ainsi plusieurs étages d'atténuation.It has therefore become common to associate, in the same silencer, several acoustic attenuation principles: reflection, interference, absorption in order to best cover the frequency range of the spectrum as a function of the relative importance of the different components. Any modern silencer intended to attenuate the components corresponding to a frequency band extending from high to low through to medium, thus has several stages of attenuation.

C'est ainsi que la Fig. 1 annexée représente un silencieux connu comprenant une enveloppe.E séparée par une cloison transversale C en deux parties: une première, située à gauche sur le dessin, dans laquelle sont disposés les moyens remplissant les fonctions de réflexion et d'interférence, et une deuxième située à droite, qui constitue le résonateur de Helmholtz. Cette disposition connue présente l'inconvénient de raccourcir, pour une longueur totale de silencieux donnée, la longueur de 1" étage à réflexion et à interférence de la longueur de l'étage résonateur. Or, il se trouve que l'atténuation des composantes de fréquences moyennes dont l'énergie se situe à mi-chemin entre celles des graves et des aiguës, obtenue dans l'étage à réflexion et à interférence, est d'autant plus efficace que la longueur de cet étage est plus importante.This is how Fig. 1 attached shows a known silencer comprising an envelope. Separated by a transverse partition C into two parts: a first, located on the left in the drawing, in which are arranged the means fulfilling the functions of reflection and interference, and a second. located on the right, which is the Helmholtz resonator. This known arrangement has the disadvantage of shortening, for a given total length of silencer, the length of 1 "reflection and interference stage of the length of the resonator stage. However, it turns out that the attenuation of the components of medium frequencies whose energy lies midway between those of the bass and treble, obtained in the reflection and interference stage, is all the more effective the longer this stage is.

En effet, l'étage en question se compose d'au moins deux tuyaux perforés franchissantune capacité et dont la disposition permet de superposer deux principes d'atténuation; la réflexion et l'interférence.

  • - La réflexion est obtenue par les jeux de perforations dont les tubes sont munis, chacune des ouvertures étant associée à la fraction correspondante de la capacité et constituant avec celle-ci un résonateur de Helmholtz élémentaire. Pour des raisons de perte de charge globale d'une part et d'efficacité acoustique d'autre part, on retient habituellement une somme d'ouvertures par tube de l'ordre de la section débitante de celui-ci. Ainsi, pour une perforation donnée, la fréquence de coupure est d'autant plus basse que la capacité traversée est plus importante, d'où l'intérêt, pour une section de silencieux donnée, d'une longueur maximale.
  • .- L'interférence est obtenue par les différences de marche réalisées. La bande de fréquence intéressée par ce type d'atténuation est d'autant plus large que l'éventail des différences de marche obtenu est plus important. Compte tenu des ordres de grandeur mis en oeuvre (spectre et dimension du silencieux), les composantes moyenne fréquence (MF) sont d'autant mieux atténuées que la longueur caractéristique .est plus importante.
Indeed, the floor in question consists of at least two perforated pipes crossing a capacity and whose arrangement allows two superimposing principles to be superimposed; reflection and interference.
  • - The reflection is obtained by the sets of perforations with which the tubes are provided, each of the openings being associated with the corresponding fraction of the capacity and constituting therewith an elementary Helmholtz resonator. For reasons of overall pressure drop on the one hand and acoustic efficiency on the other hand, a sum of openings per tube is usually retained on the order of the flow section thereof. Thus, for a given perforation, the cutoff frequency is all the lower the higher the capacity crossed, hence the interest, for a given muffler section, of a maximum length.
  • .- The interference is obtained by the differences in walking achieved. The wider the frequency band interested in this type of attenuation, the wider the range of path differences obtained. Given the orders of magnitude used (spectrum and size of the silencer), the medium frequency (MF) components are all the better attenuated as the characteristic length is greater.

Le but de cette invention est en conséquence de réaliser un silencieux du type comprenant un étage à réflexion et interférence et au moins un résonateur de Helmholtz, qui,à encombrement total égal, offre des caractéristiques d'atténuation améliorées.The object of this invention is therefore to produce a silencer of the type comprising a reflection and interference stage and at least one resonator of Helmholtz, which, with equal total dimensions, offers improved attenuation characteristics.

A cet effet, elle a pour objet un silencieux d'échappement pour moteur à combustion interne, comprenant une enveloppe formée d'une paroi latérale et de deux parois d'extrémité délimitant au moins un premier étage d'atténuation à réflexion et/ou interférence et au moins un deuxième étage constituant un résonateur de Helmholtz, formé par une enceinte et un col constituant une prise de pression communiquant avec le premier étage, caractérisé en ce que la prise de pression du deuxième étage s'effectue à partir d'une paroi d'extrémité de l'enveloppe au moyen d'un col situé au moins en partie à l'extérieur de l'enveloppe et l'enceinte du résonateur est disposée à l'intérieur du premier étage.To this end, it relates to an exhaust silencer for internal combustion engine, comprising an envelope formed by a side wall and two end walls defining at least a first attenuation stage with reflection and / or interference and at least a second stage constituting a Helmholtz resonator, formed by an enclosure and a neck constituting a pressure tap communicating with the first stage, characterized in that the pressure tap of the second stage is carried out from a wall end of the envelope by means of a neck located at least partially outside the envelope and the enclosure of the resonator is arranged inside the first stage.

L'invention va être décrite plus en détail ci-dessous en se. référant au dessin annexé sur lequel:

  • la Fig. 1 représente comme on l'a déjà indiqué ci-dessus une vue en coupe développée d'un silencieux d'échappement constituant l'art antérieur;
  • la Fig. 2 est une vue analogue d'un silencieux perfectionné selon l'invention;
  • la Fig. 3 est une vue également en coupe développée d'une variante; et
  • les Fig. 4 et 5 sont deux vues de détail à plus grande échelle d'une partie du silencieux de la Fig. 3.
The invention will be described in more detail below in se. referring to the attached drawing in which:
  • Fig. 1 shows, as already indicated above, a developed sectional view of an exhaust silencer constituting the prior art;
  • Fig. 2 is a similar view of an improved silencer according to the invention;
  • Fig. 3 is a view also in developed section of a variant; and
  • Figs. 4 and 5 are two enlarged detail views of part of the silencer of FIG. 3.

On ne décrira pas en détail le silencieux de l'art antérieur représenté à la Fig. 1 qui servira cependant de référence lors de l'énoncé des avantages qu'offre l'invention.The silencer of the prior art shown in FIG. Will not be described in detail. 1 which will however serve as a reference when the advantages offered by the invention are stated.

Cette dernière, dont une première variante est représentée à la Fig. 2, porte sur un silencieux comprenant une enveloppe 1 fermée à ses deux extrémités par deux parois 2 et 3. Par ailleurs, cette enveloppe est séparée par trois cloisons 4, 5 et 6 en quatre chambres portant respectivement les références 7, 8, 9 et 10.Il est complété par trois tubes ou tuyaux, un tube d'entrée 11, un tube intermédiaire 12 et un tube de sortie 13 qui sont munis, de façon classique, d'orifices ou d'ouvertures tels que désignés par exemple par les références 14, 15 et 16. Les orifices 14 constituent avec un tronçon de tube extérieur 17 un résonateur haute fréquence, l'ensemble des trois tubes 11, 12, 13, avec leurs orifices et les volumes qui les entourent constituant par ailleurs ûn étage d'atténuation à réflexion et interférence.The latter, a first variant of which is shown in FIG. 2, relates to a silencer comprising an envelope 1 closed at its two ends by two walls 2 and 3. Furthermore, this envelope is separated by three partitions 4, 5 and 6 into four chambers respectively bearing the references 7, 8, 9 and 10. It is completed by three tubes or pipes, a tube of inlet 11, an intermediate tube 12 and an outlet tube 13 which are provided, in a conventional manner, with orifices or openings as designated for example by the references 14, 15 and 16. The orifices 14 constitute with a section of outer tube 17 a high frequency resonator, the set of three tubes 11, 12, 13, with their orifices and the volumes which surround them further constituting a reflection and interference attenuation stage.

Suivant l'invention, la chambre 9 qui est traversée par les tubes 11, 12 et 13 constitue un résonateur basse fréquence ou résonateur de Helmholtz, dont la prise de pression se trouve dans la paroi d'extrémité 3, dans: l'alignement axial du tube d'entrée 11. Le col 19 du résonateur basse fréquence s'étend à partir de cette prise de pression, et comporte une partie incurvée 19a située à l'extérieur de l'enveloppe, et une partie rectiligne 19b qui pénètre à nouveau à l'intérieur de cette enveloppe et débouche dans la chambre 9 à une relativement faible distance de la cloison 5. Si l'on compare cette disposition à celle de la Fig. 1, qui représente un silencieux- de dimensions identiques (la différence apparente de diamètre entre les Fig. 1 et 2 ne résulte que du développement de la section), on peut faire ressortir en faveur de l'invention les avantages suivants:

  • - en ce qui concerne l'atténuation par interférence, l'agencement suivant l'invention permet d'utiliser toute la longueur du silencieux qui, dans l'art antérieur est écourté de la longueur du volume du résonateur basse fréquence. Ceci résulte de la disposition de la prise de pression et du col de ce résonateur et au fait que la chambre 9 qui est utilisée comme capacité du résonateur basse fréquence est située dan l'étage de réflexion et d'interférence et est traversée par les tubes qui font partie de cet étage.
  • - en ce qui concerne l'atténuation par réflexion, l'agencement suivant l'invention permet de bénéficier, pour une même fréquence de coupure du résonateur basse fréquence, d'une capacité accrue par rapport à la disposition connue.
  • - en ce qui concerne le résonateur basse fréquence lui-même, l'agencement suivant l'invention permet d'accroître notablement la longueur du col sans pour autant raccourcir la longueur caractéristique de l'étage de réflexion et d'interférence, et d'abaisser la fréquence de coupure, pour un volume égal de la capacité. Par ailleurs, à fréquence de coupure et section de la capacité égales, le volume nécessaire de la capacité peut être réduit.
According to the invention, the chamber 9 which is crossed by the tubes 11, 12 and 13 constitutes a low frequency resonator or Helmholtz resonator, the pressure tap of which is located in the end wall 3, in: the axial alignment of the inlet tube 11. the collar 19 of the low frequency resonator extends from the pressure outlet, and includes a curved portion 19a located outside of the envelope, and a rectilinear portion 19b which penetrates again inside this envelope and opens into the chamber 9 at a relatively short distance from the partition 5. If this arrangement is compared to that of FIG. 1, which represents a silencer of identical dimensions (the apparent difference in diameter between FIGS. 1 and 2 only results from the development of the section), the following advantages can be emphasized in favor of the invention:
  • - as regards attenuation by interference, the arrangement according to the invention makes it possible to use the entire length of the silencer which, in the prior art is shortened by the length of the volume of the low frequency resonator. This results from the arrangement of the pressure tap and the neck of this resonator and in fact that the chamber 9 which is used as the capacitor of the low frequency resonator is located in the reflection and interference stage and is crossed by the tubes which form part of this stage.
  • - as regards the attenuation by reflection, the arrangement according to the invention makes it possible to benefit, for the same cut-off frequency of the low frequency resonator, from an increased capacity compared to the known arrangement.
  • - as regards the low frequency resonator itself, the arrangement according to the invention makes it possible to significantly increase the length of the neck without shortening the characteristic length of the reflection and interference stage, and lower the cutoff frequency, for an equal volume of capacity. Furthermore, at equal cut-off frequency and cross-section of the capacity, the required volume of the capacity can be reduced.

Ces avantages sont par conséquent substantiels, si l'on considère qu'ils sont obtenus sans modification de l'encombrement du silencieux et sans augmentation de son coût.These advantages are therefore substantial, if we consider that they are obtained without modifying the size of the silencer and without increasing its cost.

La variante de réalisation représentée à la Fig. 3 illustre lé fait que l'application de l'invention peut être mise en oeuvre dans des silencieux de diverses constructions. Dans cette variante ,le silencieux comporte une enveloppe 31, deux parois d'extrémité 32, 33 et des cloisons intermédiaires 34,35,36,37,38, délimitant des chambres 39,40,41,42,43,44. Trois tubes sont également prévus, un tube d'entrée 45, une tube intermédiaire 46 et un tube de sortie 47. Le résonateur basse fréquence est ici constitué par la chambre 42 et par un col 48 s'étendant a partir de la paroi, d'extrémité 33 et constituant une prise de pression disposée dans l'alignement du tube d'entrée 45. Par ailleurs, les différents moyens prévus dans l'étage de réflexion et d'interférence sont les suivants, en considérant l'ordre de passage des gaz:

  • - une sourdine 49 constituant un résonateur très haute fréquence contribuant à la suppression du bruit de coupure;
  • - un étage à réflexion et à interférence, haute fréquence et moyenne fréquence constitué par des orifices à persiennes 50 prévus sur les tubes 45 et 46. Un exemple de ces persiennes est représenté plus en détail aux Fig. 4 et 5;
  • - un second étage à réflexion et interférence 51;
  • - une perforation spéciale dite de référence, 52;
  • - un étage de sortie haute fréquence 53, à réflexion ou à absorption.
The variant embodiment shown in FIG. 3 illustrates the fact that the application of the invention can be implemented in mufflers of various constructions. In this variant, the silencer comprises an envelope 31, two end walls 32, 33 and intermediate partitions 34,35,36,37,38, delimiting chambers 39,40,41,42,43,44. Three tubes are also provided, an inlet tube 45, an intermediate tube 46 and an outlet tube 47. The low frequency resonator is here constituted by the chamber 42 and by a neck 48 extending from the wall, d end 33 and constituting a pressure tap arranged in alignment of the inlet tube 45. Furthermore, the various means provided in the reflection and interference stage are as follows, considering the order of passage of the gases:
  • - a mute 49 constituting a very high frequency resonator contributing to the suppression of the cut-off noise;
  • a high frequency and medium frequency reflection and interference stage constituted by louver orifices 50 provided on the tubes 45 and 46. An example of these louvers is shown in more detail in FIGS. 4 and 5;
  • - a second reflection and interference stage 51;
  • - a special perforation called reference, 52;
  • - a high frequency output stage 53, reflection or absorption.

Bien entendu, les mêmes avantages sont obtenus que dans l'exemple précédent et il est bien clair que l'invention peut s'appliquer à des silencieux de structure et de construction différentes de celles qui ont été représentées.Of course, the same advantages are obtained as in the previous example and it is quite clear that the invention can be applied to silencers of structure and construction different from those which have been shown.

Claims (2)

1.- Silencieux d'échappement pour moteur à combustion interne, comprenant une enveloppe formée d'une paroi latérale (1; 31) et de deux parois d'extrémité (2,3; 32,33) délimitant au moins un premier étage d'atténuation à réflexion et/ou interférence et au moins un deuxième étage constituant un résonateur de Helmholtz, formé par une enceinte et un col constituant une prise de pression communiquant avec le premier étage, caractérisé en ce que la prise de pression du deuxième étage s'effectue à partir d'une-paroi d'extrémité (3; 33) de l'enveloppe au moyen d'un col (19;48) situé au moins en partie à l'extérieur de l'enveloppe, et l'enceinte (9;42) du résonateur est disposée à l'intérieur du premier étage.1.- Exhaust silencer for internal combustion engine, comprising a casing formed by a side wall (1; 31) and two end walls (2,3; 32,33) delimiting at least a first stage d attenuation with reflection and / or interference and at least one second stage constituting a Helmholtz resonator, formed by an enclosure and a neck constituting a pressure tap communicating with the first stage, characterized in that the pressure tap of the second stage s '' made from an end wall (3; 33) of the envelope by means of a neck (19; 48) located at least partially outside the envelope, and the enclosure (9; 42) of the resonator is arranged inside the first stage. 2.- Silencieux suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la prise de pression du résonateur est située dans la paroi d'extrémité (3; 33) de l'enveloppe opposée à l'entrée de gaz et dans l'alignement d'un tube d'entrée (11; 45).2.- Silencer according to claim 1, characterized in that the resonator pressure tap is located in the end wall (3; 33) of the casing opposite the gas inlet and in alignment with an inlet tube (11; 45).
EP81401055A 1980-09-08 1981-07-01 Exhaust silencer with internal resonance chamber for combustion engines Expired EP0047678B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8019339A FR2489881A1 (en) 1980-09-08 1980-09-08 INCORPORATED RESONATOR EXHAUST MUFFLER, FOR COMBUSTION ENGINE
FR8019339 1980-09-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0047678A1 true EP0047678A1 (en) 1982-03-17
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EP81401055A Expired EP0047678B1 (en) 1980-09-08 1981-07-01 Exhaust silencer with internal resonance chamber for combustion engines

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US (1) US4381832A (en)
EP (1) EP0047678B1 (en)
DE (1) DE3166018D1 (en)
FR (1) FR2489881A1 (en)

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