Brevet FR2517749A1 — publié le 19830610

L'invention concerne la construction des moteurs et a notamment pour objet des filtres à air pour des moteurs à combustion interne. L'invention peut trouver une application, de préférence, dans des systèmes d'épuration d'air alimentant en air tous les moteurs à combustion interne des moyens de transport tels que: véhicules automobiles navires, locomotives ou analogues ainsi que dans des moteurs d'installations fixes, par exemple des génératrices, des compresseurs ou analogues aussi bien que dans les cas o on a besoin de réduire le bruit émis dans le milieu environnant. A l'heure actuelle, pratiquement, tous les moteursd' automobile sont munis de dispositifs qui diminuent le bruit produit par les gaz d'échappement Dans le cas idéal, ces dispositifs doivent assurer, simultanément, un rayonnement acoustique minimal et les conditions auxquelles doivent satisfaire le remplissage et la répartition quantitative et qualitative de la charge entre les cylindres. L'une des méthodes connues consiste à apporter, sur les éléments du corps du filtre à air du moteur à combustion interné, le plus souvent sur le couvercle, un revêtement poreux insonorisant, sous forme d'une couche d'un matériau poreux absorbeur acoustique, par exemple, un feutre, une ouate ou un matériau en matière plastique. Toutefois, les qualités de l'insonorisation de ce revêtement sont, selon les résultats des essais, médiocres car avec ce revêtement on ne baisse le niveau de bruit que de 1 à 3 d B (cf, par exemple, le livre de V N. Loukanin "Réduction du bruit d'un véhicule automobile" M., Machinostroénié, 1981, pages 81 à 82). Des résultats notablement meilleurs peuvent être obtenus à l'aide d'une chambre de résonnance utilisée comme dispositif absorbeur acoustique En règle générale, on réunit, dans un système d'admission les résonateurs avec des filtres à air (cf, par exemple, le livre de V.N Loukanin "Réduction du bruit d'un véhicule automobile", M., Machinostroénié, 1981, fig 34, page 83) Comme il ressort des essais, des résultats particulièrement bons sont obtenus dans le cas o la fréquence de résonance coincide avec la fréquence des oscillationspropres de la tubulure d'admission La forme de la chambre de résonance est assez compliquée alors que le volume de la chambre est notable. L'inconvénient d'un filtre à air connu réside en ce que la chambre de résonance est reliée non à la tubu- lure de prise d'air qui transporte la charge d'air vers la chambre du filtre à air et qui est un émetteur immédiat du son à l'espace environnant (dans la conception décrite, la tubulure est exécutée sous forme d'une fente circulaire) et en ce qu'on effectue de cette manière 1 'amortissement des oscillations non pas de l'élément terminal du système d'admission qui émet directement le son mais de l'élément intermédiaire, dont le spectre et le niveau sont, ensuite, transformés tant par la chambre du filtre à air que par la tubulure d'admission d'air émettrice de son. On connaît un filtre à air comprenant une tubulure lisse relativement longue (cf, par exemple, le certificat d'auteur soviétique No 392264, cl FO 2 M 35/12) Toutefois, cette conception du filtre à air aboutit à la formation de résonances nombreuses propres et donc à l'accroissement considérable du rayonnement acoustique à ces fréquences de résonance. On connaît un filtre à air avec une chambre de résonance, liée immédiatement à la tubulure de prise d'air. Dans ce cas, la chambre de résonance est mise en communication avec la tubulure de prise d'air, d'une part, à l'aide des orifices et, d'autre part, au moyen d'un espacement circulaire entre le-tube extérieur et intérieur (cf, par exemple, le brevet de la France NL 2163938 cl RO 2 M 35/00). Cependant, dans ce cas, la résonance de la colonne d'air engendrée dans la tubulure de prise d'air ne peut être atténuée de manière efficace car en premier lieu, les orifices sont liés à la tubulure de prise d'air dans la zone des pressions minimales et, en deuxième lieu, pour améliorer l'efficacité du fonctionnement du résonateur comme un dispositif inosonorisantleur disposition mutuelle avec la tubulure de prise d'air doit être réalisée d'une manière appropriée, le volume de la chambre de résonance, le nombre d'orifices et leur disposition doivent être coordonés entre eux. On s'est donc proposé de mettre au point une conception d'un filtre à air pour moteur à combustion interne qui permettrait d'atténuer d'une manière efficace et sûre le bruit à l'admission engendré aux fréquences de résonance dans la tubulure de prise d'air au moyen d'une modification de la conception de la tubulure de prise d'air. Le problème posé est résolu à l'aide d'un filtre à air comportant un corps avec une tubulure de prise d'air qui s'élargit à partir de la tranche d'admission et est pourvu d'orifices radiaux et avec une chambre de résonance qui l'entoure, caractérisé, selon l'invention en ce que les orifices sont disposés sous forme de deux rangées, dont l'une de cellesci est disposée à une distance égale à ( 0,1 à 0,2)Let la deuxième se trouve à une distance égale à ( 0,4 à 0,6)à partir de la tranche de la tubulure, les surfaces des orifices de chaque rangée constitue ( 0,02 à 0, 1 x"S et le volume de la chambre de résonance est égal à ( 0,25 à 0,7)x V, o L est la longueur de la tubulure de prise d'air; S est la surface de la section de la tubulure à l'endroit o sont pratiqués les orifices; V est le volume de la tubulure. Grâce à ces paramètres géométriques coordonés des orifices du résonateur et de la tubulure de prise d'air, on a obtenu une atténuation efficace des résonances de la colonne d'air dans la tubulure de prise d'air et, par 2517749- conséquent, une baisse du niveau de bruit à l'admission. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre des modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels la figure 1 représente un filtre à air pour moteur à combustion interne; la figure 2 montre les épures de répartition de la pression et des vitesses dans les formes de résonance inférieures propres des oscillations du volume d'air dans la tubulure de prise d'air; la figure 3 donne un spectrogramme du bruit illustrant l'effet obtenu par l'invention revendiquée. Le filtre à air du moteur à combustion interne conforme à l'invention illustré à la figure 1 comprend un corps 1, pourvu d'un couvercle 2 et d'un élément filtrant 3. Le corpé 1 est réalisé avec une ouverture d'admission 4 et une ouverture d'échappement 5 Dans l'ouverture d'admission 4 est montée une tubulure de prise d'air 6,-pourvue de deux rangées 7 et 8 (figure 2), d'orifices calibrés 9, 10 (figures 1 et 2) Un capot, dont l'enceinte intérieure forme une chambre de résonance 11, est monté sur la tubulure de prise d'air 6. Le filtre à air du moteur à combustion interne, représenté sur la figure 1, fonctionne de la manière suivante. Pendant le fonctionnement du moteur, au moment de l'ouverture des soupapes d'admission, l'air est aspiré à travers la tubulure de prise d'air 6 dans le corps 1 du filtre à air et, puis, arrive à travers un système de tuyauteries dans les cylindres du moteur La composante variable du débit volumique d'air résultant de la variation des volumes des cylindres à l'ouverture des soupapes d'admission s'affaiblit dans le corps 1 du filtre à air et,-ensuite, cette composante sensiblement affaiblie est rayonnée à travers l'extrémité ouverte de la tubulure de prise d'air 6 (figure 2) et est émise sous forme d'un son au milieu environnant Aux fréquences déterminées par la relation suivante: f =fk = CK o fk est la fréquence des oscillations; C est la vitesse de son; L est la longueur de la tubulure K = 1, 2, 3 (nombres d'une série naturelle) des oscillations dues à la résonance sont engendrées dans la tubulure de prise d'air 6 (aux fréquences propres d'un tube ouvert des deux côtés) intensifiant le rayonnement acoustique produit par l'extrémité ouverte de la tubulure de prise d'air 6 et émis dans le milieu environnant. Pour les supprimer, on a branché, parallèlement à-la tubulure de prise d'air 6 par l'intermédiaire des orifices 9 et 10 groupés dans deux sections de la tubulure de prise d'air 6, une chambre de résonance 11, formée par le capot qui entoure intimement de l'extérieur la tubulure de prise d'air 6 et par la surface extérieure de la tubulure de prise d'air 6 Aux oscillations de résonance établies aux fréquences fk' il se forment des ondes stagnantes avec des antinoeuds et des noeuds fortement prononcés des pressions suivant la longueur de la tubulure de prise d'air 6 (Les formes de résonance inférieures des oscillations la première (K= 1) , la deuxième (K= 2) et la troisième (K= 3), sont illustrées sur la figure 2) La disposition des orifices 9 et 10 dans les sections suivant la longueur L de la tubulure de prise d'air 6 est choisie de manière à assurer une poussée la plus efficace de l'air dans la chambre de résonance 11 o l'énergie acoustique est dissipée en se transformant en énergie thermique Ainsi, la chambre de résonance 11 amortit les oscillatior Sde résonance aux fréquences fk en diminuant leur amplitude. La plage des surfaces des orifices 9 et 10 de chaque rangée 7 et 8 égale à ( 0,02 à 0,1)S (S étant la surface de la section de la tubulure de prise d'air 6 à l'endroit o sont pratiqués les orifices 9 et 10) comprend la zone des fréquences du spectre sonore du rayonnement de résonance aux formes propres inférieures des volumes d'air fixés dans les tubulures de prise d'air 6 des filtres à air utilisés dans des véhicules automobiles moderne que l'on peut supprimer d'une manière assez efficace à l'aide du filtre à air revendiqué Dans ce cas, lorsque la surface (F) des orifices est inférieure à 0,02 S l'amortissement est faible mais on assure une "poussée" efficace de l'air de la tubulure de prise d'air 6 dans la chambre de résonance 11 Lorsque la surface des orifices est supérieure à 0,1 S,les vitesses (V) du gaz poussé pour une même quantité (Q) d'air poussé, déterminée par le volume de la chambre de résonance 11 et par l'amplitude des oscillations des pressions, deviennent très petites et la dissipation de l'énergie diminue proportionnellement au carré de la vitesse; du fait que V = Q; o F est la surface des orifices. Pour la poussée des premières formes de résonance à basses fréquences des oscillations le volume de la chambre 11 doit être compris entre 0,25 et 0, 7 du volume V de la tubulure de prise d'air 6 Pour les rapports des volumes inférieurs à 0,25, le volume d'air renfermé dans la chambre de résonance sera petit et insuffisant pour assurer un fonctionnement du résonateur 8 Lorsque les volumes sont supérieurs à 0,7 V pour les rapports optimaux imposés de la surface des orifices 9 et 10, les facteurs importants qui influent sur l'efficacité de la diminution du bruit sont les résistances dans les orifices calibrés 9 et 10 Lorsque les volumes sont supérieurs à 0,7 la quantité consommée de métal et l'encombrement de la chambre de résonance 11 augmentent et la résistance de la liaison de la tubulure de prise d'air 6 avec le corps 1 diminue En comparaison avec les dispositifs connus, on élève la fiabilité de la suppression du bruit de la chambre de résonance 11 grâce à quoi le son est "poussé" d'une manière efficace dans le volume de la chambre de résonance 11 indépendamment de la disposition soit de l'antinoeud des oscillations des pressions dans la tubulure de prise d'air 6 ("bonne poussée") soit du noeud dans la zone des orifices calibrés 9 et 10 On obtient cet effet par le fait que la tubulure de prise d'air 6 est exécutée conique et les orifices calibrés 9 et 10 sont groupés en deux rangées 7 et 8 se trouvant par rapport à la tranche de la tubulure 6 à la distance ( 0,1 à 0,2)y(L et(O,4 à 0,6)x L respectivement. Dans ce cas, si dans la zone de l'une des rangées 7 ou 8 des orifices calibrés 9 ou 10 il se forme, par exemple, non un antinoeud mais un noeud de pression, autrement dit, l'antinoeud de la vitesse oscillatoire (pressions et vitesse oscillatoires sont déplacées en phase de Y 1/2), la "poussée" de l'air dans la chambre de résonance 11 et la circulation des courants d'air de la tubulure de prise d'air 6 dans la chambre de résonance 11 depuis la chambre de résonance 11 dans la tubulure de prise d'air 6 à travers les orifices 9 et 10 dans les rangées 7 et 8 s'effectuera à cause de la différence existant entre les valeurs des amplitudes des pressions dans les différentes sections de la tubulure de prise d'air 6 Même dans ce cas, la chambre-de résonance 11 fonctionne et assure une suppression stable du bruit, (voir par exemple, les épures pour le mode K= 2 d'après la pression P et la vitesse V illustrées dans la figure 2). En même temps, comme-il ressort des analyses des épures des pressions aux formes de résonance propres inférieures des oscillations du volume d'air dans la tubulure de prise d'air d'un dispositif connu, "les orifices de liaison" entre la tubulure et le volume de la chambre de résonance sont disposés au voisinage des noeuds (zones nulles) des pressions ce qui diminue l'efficacité de la"poussée" desdites pressions de résonance dans le volume de la chambre. L'efficacité de la suppression du bruit produit par la tubulure de prise d'air à l'aide du dispositif revendiqué est illustrée dans la figure 3 Sur cette figure, le trait continu (a) correspond au spectre du bruit émis à travers la tubulure de prise d'air 6 réalisée selon l'antériorité la plus proche, la ligne pointillée (b) désigne ce spectre pour le cas du filtre à air reven- diqué pour les moteurs à combustion interne. Comme il ressort du spectrogramme de bruit représenté pendant le fonctionnement d'un moteur équipé d'un système d'admission avec une régulation thermique de l'air à l'admission, aux vitesses d'un couple moteur maximal développé par le moteur, l'application du dispositif reven- diqué permet de supprimer le rayonnement acoustique dans la plage des fréquences entre 315 à 500 Hz jusqu'à 9 d B (graphique b), La plage de 315 à 500 Hz caractérise le rayonnement de résonance aux formes propres inférieures des oscillations du volume d'air de là tubulure du filtre à air. Ainsi on atteint totalement le but visé de l'inven- tion. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. REVENDICATION R E V E N D I C A T I O N Filtre à air du moteur à combustion interne, comportant un corps ( 1) sur lequel est montée une tubulure de prise d'air ( 6) s'évasant à partir de la tranche de l'admission et pourvue d'orifices radiaux et une chambre de résonance ( 11) qui embrasse ledit corps caractérisé en ce que les orifices ( 9, 10) sont disposés sous forme de-deux rangées ( 7, 8), dont l'une est disposée à une distance égale à ( 0,1 à O,2)WL et la deuxième est disposée à une distance égale à ( 0,4 à O,6 b)L par rapport à la tranche de la tubulure de prise d'air ( 6); les surfaces des orifices ( 9, 10) de chaque rangée( 7, 8) sont égales à ( 0,02 à O,1 i)S et le volume de la chambre de résonance ( 11) est égal à ( 0,025 à O,7)x V, o L est la longueur de la tubulure de prise d'air ( 6), S est la surface de la section de la tubulure de prise d'air ( 6) aux endroits o sont pratiqués les orifices ( 9 et 10), V est le volume de la tubulure de prise d'air ( 6),