Studio teorico sperimentale di un silenziatore innovativo per lo scarico di motori a combustione interna

I silenziatori per lo scarico dei motori a combustione interna alternativi rappresentano solitamente un compromesso tra la necessità di attenuare al massimo il rumore in uscita e di ridurre al minimo le perdite di carico, gli ingombri, i pesi ed i costi del dispositivo. Un’elevata attenuazione del livello di rumore infatti è quasi sempre accompagnata da un incremento delle perdite di carico e quindi un aumento della pressione media di uscita dei gas dal motore, con una riduzione significativa del rendimento ed un incremento dei consumi energetici. Nelle marmitte tradizionali, quando il flusso dei gas da espellere è rilevante, come nel caso dei motori diesel di grossa cilindrata, le dimensioni della marmitta assumono valori ragguardevoli. La riduzione degli ingombri della marmitta risulta piuttosto difficile poiché i tentativi in questo senso si traducono spesso in un decadimento delle prestazioni acustiche del silenziatore. Nel presente lavoro viene studiata dal punto di vista teorico e sperimentale una nuova tipologia di marmitta la cui particolare geometria, spiraliforme, consente di ridurre drasticamente gli ingombri e, a parità di pressione media allo scarico del motore, garantisce prestazioni di abbattimento acustico uguali o superiori a quelle delle tradizionali marmitte. L’ingresso dei fumi avviene al centro di una spirale mentre l’uscita avviene da tratti di alcune spire più esterne della spirale stessa; in tal modo i flussi di gas che hanno percorso diversi cammini si sommano all’uscita del dispositivo, dando luogo ad interferenze acustiche distruttive. Il nuovo dispositivo presenta il vantaggio di una uniforme evacuazione ed un minor raffreddamento dei fumi; nei silenziatori tradizionali, invece, la presenza di cavità di espansione determina la condensazione parziale dei gas che costituisce un potenziale pericolo per la corrosione del silenziatore stesso. L’elemento fondamentale della nuova marmitta è una spirale, che può essere facilmente realizzata anche per estrusione con materiale ceramico, ciò fa prevedere ridotti costi di realizzazione in vista di un impiego su larga scala. Nello studio della nuova marmitta si è fatto ricorso alle analogie tra circuiti acustici e circuiti elettrici a costanti concentrate; le tecniche di analisi e sintesi dei filtri elettrici sono state utilizzate unitamente ai risultati di prove sperimentali. In particolare, dalla misura delle prestazioni acustiche di un prototipo reale, è stata individuata la funzione di trasferimento del dispositivo e da questa è stata fatta la sintesi del circuito acustico equivalente a costanti concentrate. Il modello circuitale ottenuto ha consentito di interpretare i principali parametri costruttivi che influenzano la risposta del dispositivo ed ha permesso di ottimizzare le prestazioni acustiche della marmitta.