209
Macchine a combustione interna
Macchine
CONTROLLO DEL RUMORE GASDINAMICO
K
Motori come sorgenti di rumore. Il rumore prodotto dai motori può
essere suddiviso schematicamente in: a) rumore gasdinamico, irradiato principalmente dai terminali dei sistemi di aspirazione e scarico a causa del ciclico succedersi
dei processi di ricambio del fluido di lavoro nel cilindro, che produce onde di pressione nei condotti; b) rumore di combustione, dovuto agli alti gradienti di pressione
che si hanno durante la combustione, il cui impatto è trasmesso attraverso il pistone
e la biella alla struttura del motore, la quale vibra e irradia rumore nell’ambiente;
c) rumore meccanico, prodotto da vibrazioni della struttura eccitate dall’impatto
di parti in movimento (come: pistoni, valvole, iniettori, camme, ingranaggi ecc.) o
da forze d’inerzia non completamente equilibrate. Il primo è attenuato mediante
opportuni silenziatori inseriti nei sistemi di aspirazione e scarico, il secondo graduando il processo di combustione, l’ultimo controllando le leggi di moto delle parti
in movimento e i relativi giochi.
Silenziatori. Quelli usati in pratica sono in genere sistemi complessi, ottenuti riunendo più elementi silenzianti semplici, che schematicamente possono
essere classificati nei tipi mostrati in figura A. • Silenziatori reattivi: fanno uso di
elementi collegati al condotto principale in serie (1) o in parallelo aventi volume
consistente (2 = risonatore di Helmholtz) oppure sezione confrontabile con quella
del condotto (3 = risonatore a colonna). Essi attenuano le oscillazioni di pressione
che li attraversano perché introducono variazioni di capacità nel sistema percorso
dai gas e sfruttano la loro inerzia e comprimibilità. Questi elementi reagiscono cioè
in funzione della propria impedenza al passaggio di un’onda di pressione, assorbendone energia e restituendola sfasata nel tempo. • Silenziatori dissipativi: (4)
sono costituiti da volumi in parallelo con il condotto principale, ripieni di materiale elastico fonoassorbente capace di assorbire e dissipare parte dell’energia sonora
trasportata dall’onda incidente. • Silenziatori a elementi perforati: (5) presentano
sulla superficie laterale dei condotti interni tratti uniformemente forati che li mettono in comunicazione con le varie cavità del silenziatore. I fori vengono in parte
lambiti e in parte attraversati dal flusso medio dei gas. La resistenza fluidodinamica offerta dai fori esercita un’azione dissipativa sull’energia trasportata dalle onde
di pressione, mentre le capacità in serie e in parallelo hanno un effetto reattivo.
Dimensionamento silenziatori. Si supponga per esempio che un motore per autovettura (6 cilindri a V, a 4 tempi), al regime di massima coppia di
3000 giri/min = 50 giri/s, irradi dalla sezione di aspirazione rumore gasdinamico con componenti fastidiose alle frequenze di 150 Hz e 300 Hz (prima e seconda
armonica con cui si susseguono le aspirazioni). Per attenuare la componente a
150 Hz, si può usare
p un risonatore di Helmholtz, la cui frequenza di abbattimento
è: fH = (a/2π) S/LV . Supposta la velocità del suono a = 350 m/s (in aria a
30 ◦ C), si ricava S/LV = (150 × 2π/350)2 = 7,25 m2 . Fissato per il condotto di
collegamento una lunghezza L = 120 mm, un diametro d = 40 mm e quindi una
sezione S = π d2 /4 = 12,56 cm2 , si ricava per il volume del risonatore di Helmholtz
V = S/(L × 7,25) = 0,001256/(0,12 × 7,25) = 0,00144 m3 = 1440 cm3 (fig. B).
Per attenuare la componente alla frequenza di 300 Hz si può collegare al collettore
d’aspirazione un risonatore a colonna, le cui frequenze di taglio sono: la fondamentale fC = a/4L e le sue armoniche dispari. Assunto anche per esso d = 40 mm,
imponendo fC = 300 Hz, si ricava L = a/4fC = 350/(4 × 300) = 0,292 m.
Giancarlo Ferrari