Brevet FR2533265A1 — publié le 19840323

L'invention concerne le domaine de la construc- tion de moteurs et a notamment pour objet des épurateurs d'air des moteurs à combustion interne. Il est plus efficace d'utiliser l'invention dans les épurateurs d'air des systèmes d'alimentation des moteuw à combustion interne destinés aux moyens de transport tels que: véhicules automobiles, navires, locomotives diesel, etc et des moteurs fixes: générateurs, compresseurs, etc surtout dans les cas o il est nécessaire de réduire le bruit rayonnant dans le milieu ambiant. Chaque moteur d'automobile nouvellement créé com- porte un dispositif assurant une atténuation du bruit d'adi sion Les résultats des recherches sur le bruit d'admissioi démontrent qu'il est possible de commander ce bruit en créant des tubulures de prise d'air de construction conve- nable En règle générale, les épurateurs d'air comportent des tubulures de prise d'air de petite longueur qui S nt fixées-rigidement à la paroi extérieure du corps de l'épu- rateur d'air (cf, par exemple, le brevet d'invention de la RFA N O 2641679, classe F 02 M 35/02, publié en 1978). L'inconvénient de la construction décrite réside danslenivuàLevé du bruit d'admission de l'air, ce qui est conditionné par la petite longueur de la tubulure de prise d'air. L'une des méthodes de réduction du niveau du brui d'admission consiste dans la fabrication de tubulures de prise d'air allongées La construction de l'é- purateur d'air à tubulure de prise d'air allongée est dé- crite dans le brevet d'invention de la RFA N O 2714100, - classe FO 2 M 35/14 rendu public en 1978 Le dispositif-conni utilise une tubulure de prise d'air droite fixée rigidement à la paroi extérieure du corps de l'épurateur d'aire Lau E mentation de la masse gazeuse dans la tubulure permet d'ob- tenir une réduction supplémentaire du niveau sonore de l'admission. L'inconvénient de la construction donnée réside dans le bruit élevé sur les fréquences moyennes, lié aux phénomènes de résonance dans la tubulure allongée. On connatt un épurateur d'air, dont le corps est munid'ne iubb 2 ure depr Loe d'air allongée qui présente -une rangée d'orifices disposés radialement par rapport à l'axe de la tubulure (cf, par exemple, Biussinen R "Guide d'auto- mobile ", volume 2, page 273, Moscou 1959) Il faut-signa- ler que les orifices sont équidistants suivant toute la longueur de la tubulure. L'inconvénient important de ce dispositif consis- te en ce que les orifices se trouvant à proximité du corps "réduisent" la longueur de la tubulure de prise d'air et, par cela même, augmentent la première fréquence de réso- nance des oscillations du volume gazeux renfermé dans le corps de l'épurateur d'air et dans la tubulure, ce qui em- pire l'atténuation du bruit dans la gamme de basses fréquen- ces La pratique des grandes sociétés de construction auto- mobile prouve que dans le cas des moteurs à quatre temps à combustion interne, et du point de vue obtention de meil- leurs paramètres du niveau sonore de l'admission, il est préférable d'utiliser des tubulures de prise d'air ayant une longueur de 300 à 500 mm et une conicité voisine de 60. Ce sont précisément ces-valeurs qui constituent les para- mètres optimaux du point de vue de l'atténuation du bruit d'admission. L'inconvénient de l'épurateur d'air à tubulure allongée réside aussi dans la réduction de la solidité du raccordement de cette dernière au corps de l'épurateur d'air et dans l'augmentation de l'encombrement, ce qui complique grandement la disposition des équipements du moteur dans le compartiment moteur du moyen de transport. On s'est donc proposé de créer un épurateur d'air destiné à un moteur à combustion interne qui assurerait une atténuation suffisamment efficace du bruit d'admission, augmenterait la solidité du raccordement de la tubulure de prise d'air au corps et aurait une construction plus ramassée par suite de la modification de la construction de la tubulure de prise d'air. Le problème posé est résolu à l'aide d'un épura- teur d'air destiné à un moteur à combustion interne com- prenant un corps avec une tubulure de prise d'air dans la- quelle sont pratiqués des orifices disposés radialement par rapport à l'axe de la tubulure de prise d'air, carac- térisé, suivant l'invention, en ce que les orifices forment deux rangées distantes, respectivement de la tranche d'ad- mission de la tubulure de prise d'air, de 14/100 à 26/100 et de 34/100 à 42/100 de la longueur totale de)a tubulure de prise d'air. Il est rationnel que chaque rangée comporte au moins deux orifices et que l'aire totale des orifices de chacune des rangées soit égale à 2/100 à 4/100 de l'aireamoyenne de la section de la tubulure de prise d'air. Cette construction assure une réduction assez efficace, sûre et simple du niveau du bruit d'admission. Il est souhaitable de réaliser la tubulure de prise d'air avec un axe géométrique incurvé reproduisant partiellement le contour du corps de l'épurateur d'air. Ce mode de réalisation de la tubulure de prise d'air permet d'assurer sa fixation fiable à la chambre d'épurateur d'air. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaî- tront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés unique- ment à titre d'exemples non limitatifs,-avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: la figure 1 représente une partie du corps de l'épurateur d'air et la tubulure de prise d'air avec deux rangées d'orifices; la figure 2 est une coupe suivant II-II sur la figure 1; la figure 3 représente les caractéristiques de répartition des formes des oscillations barométriques d'ordre inférieur dans la tubulure de prise d'air de l'épurateur d'air; la figure 4 représente 1/3 du spectre d'octa- ves des niveauxsoeores del'éprteurd'air selon l'invention et du matériel porteur, illustrant d'une manière spectaculaire l'effet obtenu; et la figure 5 représente une variante de réalisa- tion de la tubulure de prise d'air permettant d'obtenir les meilleurs résultats pour la solidité de son raccordement au corps. L'épurateur d'air, destiné à un moteur à combus- tion interne (figures 1, 2), suivant l'invention, comprend un corps 1 auquel est fixée une tubulure conique 2 de prise d'air avec une tranche 3 et des orifices 4 et 5 formant deux rangées 6 et 7, et distants respectivement de la tran- d'admission 3 de la tubulure 2 de prise d'air de 14/100 à 26/100 et de 34/100 à 42/100 de sa longueur totale. L'épurateur d'air, destiné à un moteur à combus- tion interne et représenté sur la figure 1 fonctionne com- me suit. L'air est aspiré dans l'épurateur d'air tant à travers la tranche 3 de la tubulure 2 de prise d'air qu'à travers les orifices calibrés 4 et 5 groupés en deux ran- gées 6 et 7 distantes de la tranche 3 de 14/100 à 26/100 et 34/100 à 42/100 de la longueur totale de la tubulure 2 de prise d'air La composante variable du débit volumé- trique d'air conditionnéear la variation des volumes des cylindres du moteur lorsque les soupapes d'admission sont ouvertes, est réduite dans le corps 1 de l'épurateur d'air et, considérablement atténuée, est rayonnée tant à travers la tranche 3 de la tubulure 2 de prise d'air qu'à travers les orifices 4 et 5 des deux rangées 6 et 7 Aux fréquences, déterminées par la relation f K C S -1 dans laquelle: K = 1, 2, 3 est la série des nombres naturel C est la vitesse du son, m/s; t est la longueur de la tubulure 2 de prise d'aii m, il apparait des oscillations de résonance dans la tu- bulure 2 de prise d'air. Comme cela est démontré expérimentalement, lors de l'élaboration pratique des mesures visant à l'atténua- tion du bruit, il arrive bien souvent qu'on a besoin de réduire l'intensité du rayonnement sonore sur les fréquen- ces dela résonance de la tubulure 2 de prise d'air pour les six premières fréquences propres d'ordre inférieur (K _ 1 6) Les épures des pressions dans la tubulure 2 de prise d'air sur ces fréquences de résonance (les for- mes des oscillations des ondes stationnaires qui naissent) obtenues expérimentalement et compte tenu de la forme con- crète et des dimensions de la tubulure 2 de prise d'air, principalement de sa valeur de conicité (de l'ordre de 4,5 à 60) et l'effet des masses liées aux extrémités de la tu- bulure 2 sont représentées sur la figure 3 La figure 3 a illustre la répartition des pressions pour la première forme des oscillations (K = 1), la figure 3 b pour la deu- xième forme et les figures So, d, e, f, pour les troisième, quatrième, cinquième et sixième formes respectivement des oscillations de la colonne de gaz dans la tubulure 2 de prise d'air De l'analyse des formes des oscillations ba- rométriques dans la tubulure 2 de prise d'air découle que la voie la plus efficace pour réduire le rayonnement émis par la tubulure 2 de prise d'air sur les fréquences Xk avec K = 1 6 consiste à ménager les orifices calibrés 4, 5 en deux sections de la tubulure 2 de prise d'air (rangées 6 et 7 d'orifices 4 et 5) distantes, par rapport à sa tranche 3, de 14/100 à 26/100 et 34/100 à 42/100 dela longueur totale de la tubulure 2 de prise d'air Le meilleur effet est obtenu dans le cas o l'aire totale des orifices 4, 5 de chacune des rangées 6 et 7 est de 2/100 à 4/100 de l'aire moyenne de la section de la tubu- lure 2 de prise d'air Les valeurs de l'aire inférieures à 2/100 n'assurent pas l'extrusion efficace des impulsions de pressions Dans le cas des valeurs dépassant 4/100, la tubulure 2 de prise d'air se conduit comme si son tronçon d'extr 4 mité n'existait pas (tronçon compris entre la rangée 7 d'orifices 5 et la tranche 3) ce oui fait diminuer le taux d'atténuation du bruit à basse fréquence La dis- position des rangées 6 et 7 d'orifices 4 et 5 dans les zo- nes indiquées permet de supprimer efficacemeût les oscil- lations de résonance des pressions dans la tubulure 2 de prise d'air pour les formes d'ordre inférieur des ondes stationnaires et d'assurer une atténuation bonne et s Ore du bruit d'admission, ce qui est illustré concrètement par la figure 4 sur laquelle la ligne continue (m) repré- sente le spectre du bruit d'admission pour un épurateur d'air ayant une tubulure 2 de prise d'air sans orifices 4, et la ligne discontinue (n), un épurateur d'air, dont la tubulure est percée d'orifices en conformité avec la présente demande On voit que les orifices réduisent le bruit d'admission de 3 à 10 d B dans la gamme de fréquences de 315 à 1600 Hz Comme il ressort des expériences, l'aug- mentation du nombre de rangées 6, 7 d'orifices 4, 5 sur la tubulure 2 de prise d'air aooutit à une atténuation non efficace de la première forme des oscillations de résornan- ce d'ordre inférieur du système renfermant le volume du corps I de l'épurateur d'air et de la tubulure 2 de prise d'air à cause de l'augmentation dela fréquence propre des oscillations d'ordreinférieur En outre, ceci fait augmen- ter la quantité de travail nécessaire pour la fabrication des épurateurs d'air. Afin d'augmenter la solidité de raccordement de la tubulure 2 de prise d'air au corps I de l'épurateur d'air et de créer une construction plus ramassée, il est rationnel de réaliser la tubulure 2 de prise d'air non pas droite mais courbée de façon que son axe reproduise approxi- mativement les formes du corps 1 de l'épurateur d'air A cette fin, comme le montre la figure 5, la tubulure 2 de prise d'air est conventionnellement divisée en deux:partie d'entrée 8 et partie de raccordement 9 Dans ce cas, il est le plus préférable que la partie d'entrée 8 soit réa- lisée de façon que son axe géométrique se situe suivant une circonférence, dont le rayon est égal à 1,2 2,5 fois le rayon du fond de cylindre du corps 1, le centre de la circonférence étant en coïncidence avec le centre du fond de cylindre du corps 1 La partie de raccordement 9, liant la partie d'entrée 8 au corps 1 de l'épurateur d'air est réalisée de façon que son axe géométrique se situe suivant une circonférence, dont le centre se trouve à l'intersec- tion de la directrice du cylindre rond du corps 1 et de la ligne a-a de la jonction des parties-d'entrée 8 et de raccordement 9 passant par le centre du fond du corps 1. Le moteur étant en marche, il communique des vibrations au corps 1 de l'épurateur d'air et à la tubulure 2 de pri- se d'air La solidité est déterminée par les moments d'ex- citation à la section de raccordement, qi# dépendent des distances entre les points-de la tubulure 3 de prise d'air à la section et par la résistance de la section elle-même. Comme on peut le voir sur la figure 1, si la tubulure 2 ' de prise d'air est droite, la section n'accomplit que le travail de flexion auquel participent uniquement les fi- bres supérieures et inférieures de la section Dans le cas de la construction représentée sur la figure 5, la majo- rité des moments sont transmis au corps 1 de l'épurateur d'air par les moments de rotation La section effectue un travail de torsion auquel participent toutes ses fibres. Pour des caractéristiques pondérales identiques et des longueurs égales des tubulures 2 et 2 ' de prise d'air, cela permet d'obtenir une contrainte plus faible à l'endroit de raccordement de la tubulure 2 ' de prise d'air au corps 1 de l'épurateur d'air. Toutes les conditions exposées ci-dessus permet- tent de réduire le niveau du bruit d'admission et d'élever la résistance du système à l'excitation vibratoire due au moteur En plus,ceci assure une compacité maximale du dis- positif. REVENDI C A T I O N S 1 Epurateur d'air destiné à un moteur à combus- tion interne comprenant un corps ( 1) et une tubulure ( 2) de prise d'air dans laquelle sont ménagés des orifices ( 4, 5), disposés radialement par rapport à l'axe de la tu- bulure ( 2) de prise d'air, caractérisé en ce que les orifi- ces ( 4,5) de la tubulure ( 2) de prise d'air forment deux rangées ( 6 et 7) distantes respectivement de la tranche d'admission ( 3) de la tubulure ( 2) de prise d'air de 14/100 à 26/100 et de 34/100 à 42/100 de la longueur totale de la tubulure ( 2) de prise d'air. 2 Epurateur d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune desrangées ( 6 et 7) comporte deux orifices ( 4 et 5) au moins. 3 Epurateur d'air selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aire totale des orifices ( 4 et 5) de chacune des rangées ( 6 et 7) est de 2/100 à 4/100 de l'aire moyenne dela section de la tubulure ( 2) de prise d'air. 4 Epurateurd'airseinllne quelconque des reven- dications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la tubulure ( 2) de prise d'air a une forme courbée, dont l'axe géométrique reproduit partiellement le contour du corps ( 1) de l'épu- rateur d'air.