Brevet FR2534630A1 — publié le 19840420

La présente invention concerne la technique de construction de moteurs et a notamment pour objet des fil- tres à air pour moteur à combustion interne. L'invention peut être appliquée de préférence, dans les systèmes d'admission de tous les moteurs à car- burateur, utilisés dans des engins divers de transport tels que: véhicules automobiles, navires, locomotives etc aussi bien que dans des moteurs fixes tels que gé- nératrices, compresseurs, etc, dans le cas o il est nécessaire de réduire le bruit d'admission émis dans le milieu environnant. Le temps d'admission dans un moteur à carbura- teur est caractérisé en ce qu'une chute de pression se produit entre le creux d'un cylindre et l'atmosphère et se trouve appliquée à la colonne d'air renfermée dans une tubulure d'admission Cette chute provoque des oscil- lations de la colonne de gaz ce qui fait nattre, à son tour, des résonnances dans le système et par conséquent, une émission élevée du bruit dansle milieu environnant. Le filtre à air connu, élaboré par la société italienne "A/0 FIAT", utilisé dans les automobiles FIAT- 124 et dans toutes les versions de VAZ,(marque commer- ciale),aussi bien qu'un grand nombre de dispositifs ana- logues comporte un corps réalisé sous forme d'un cylindre et muni d'une lumière d'admission recevant une tubulure de prise d'air, un fond avec une lumière pour le carbu- rateur, un élément filtrant et un couvercle L'air aspiré traverse une tubulure de prise d'air, entre dans le creux du corps, passe par l'élément filtrant et après avoir été épuré, arrive au carburateur A l'heure actuelle des exi- gences sévères sont imposées aux niveaux du bruit pro- duit par les véhicules dans la plupart du monde et, sur- tout, dans les grands pays capitalistes La construction décrite ne répond pas à ces exigences. Cela s'explique par le fait que la conception de ce dispositif connu ne prévoit pas de mesures efficoes visant à réduire le bruit d'admission. On connaît des filtres à air comprenant une tubulure de prise d'air allongée, par exemple, ceux de la firme FILTEPWERK MANN & HUMMEL Cette version avec tubulure permet de réduire d'une mnnière efficace le ni- veau de bruit, surtout sur la fréquence qui est propre au processus de fonctionnement du moteur. L'inconvénient principal de ce dispositif ré- side dans ce que la tubulure de prise d'air n'est pas dis- posée d'une manière optimale par rapport à l'orifice de communication avec le carburateur ce qui peut influencer défavorablement le niveau des composantes dans le spectre de bruits correspondant aux fréquences propres de résonan- ce de formes radiales et tangentielles des oscillations du volume d'air dans la chambre du filtre à air. On s'est donc proposé de mettre au point un fil- tre à air, qui permettrait d'obtenir une réduction du ni- veau de bruit d'admission en réduisant les niveaux des composantes dans le spectre de bruits correspondant aux fréquences propres de résonance de formes radiales et tangentielles des oscillations du volume d'air dans la diambre du filtre à air par modification de sa construc- tion de ce dernier. Ce problème est résolu à l'aide d'un filtre à air pour moteur à combustion interne comprenant un corps réalisé en un cylindre, muni d'une ouverture d'admission recevant une tubulure de prise d'air, un fond du corps comportant une ouverture d'échappement, un élément fil- trant et un couvercle du corps caractérisé, selon l'in- vention, en ce que les centres d'admission etébl'ouver- ture d'échappement sont disposés dans des plans perpen- diculaires l'un-à l'autre traversant l'axe du corps, le centre de l'ouverture d'admission étant déplacé par rapport à l'axe du corps. Ladite disposition réciproque des orifices per- met d'amortir sensiblement le niveau d'émission sonore, dû au fonctionnement du système d'admission, à des fré- quences propres inférieures de formes tangentielles des oscillations du volume d'air dans la chambre du filtre à air. Il est avantageux de déplacer le centre de l'ori- fice d'échappement par rapport à l'axe du corps d'une dis- tance de ( 0,58 à 0,68) R, o R est le rayon du corps. Ceci permet d'atténuer d'une façon efficace une émission sonore, produite par le système d'admission, à des fréquences propres inférieures de formes radiales des oscillations du volume d'air dans la chambre du filtre à air. 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 de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels la figure 1 est une vue de côté représentant de manière schématique un filtre à air pour moteur à combustion interne; la figure 2 est une vue de dessus représen- tant le filtre de la figure 1; la figure 3 représente des épures de réparti- tion de pressions dans la chambre du filtre à air sur des fréquences propres inférieures de formes tangentielles des oscillations du volume d'air dans la chambre du filtre à air; - la figure 4 représente les épures de réparti- tion de pressions dans la chambre du filtre à air sur des fréquences propres de formes radiales des oscillations du volume d'air dans la chambre du filtre à air; et la figure 5 donne unspectrogranme de bruits obtenu lors des essais comparatifs d'un dispositif anté- rieur et d'un dispositif faisant l'objet de l'invention. Le filtre à air d'un moteur à combustion interne représenté à la figure 1 comporte, selon l'invention, un corps 1 réalisé en un cylindre muni d'une ouverture d'admission 2 qui reçoit une tubulure de prise d'air 3 représentée à la figure 2 Le fond 4 du corps 1 est muni d'une ouverture d'échappement 5 Un élément filtrant 6 représenté à la figure 2 est placé à l'intérieur du corps 1 d'une façon coaxiale à ce cernier Au-dessus, le corps 1 est coiffé d'un couvercle 7 Les centres de l'ouverture d'admission 2 et de l'ouverture d'échappement 5 sont dis- posés dans des plans réciproquement perpendiculaires et traversant l'axe du corps 1, le centre de l'ouverture d'échappement 5 étant déplacé par rapport au corps 1-à une distance de ( 0,58 à 0,68) R, o R est le rayon de la base du cylindre du corps 1. Le filtre à air pour moteur à combustion interne, représenté dans les figures 1 et 2, fonctionne de la maniè- re suivante: Au moment de l'ouverture et de la fermeture des soupapes d'admission et durat le processus même de varia- tion des volumes dans les cylindres, une composante alter- native de consommation volumétrique de l'air apparait qui-rend plus intenses les oscillations des volumes d'air renfermés dans les éléments isolés de la tuyauterie aussi bien que d'autres volumes du système d'admission Les vo- lunes d'air renfermés dans les éléments isolés du système possèdent des caractéristiques fréquentielles déterminées, c'est-à-dire, des fréquences de leurs propres oscillations qui font changer l'influence imposée conformément à leurs' propres caractéristiques fréquentielles et qui, finalement, déterminent le niveau d'émission sonore produit par la tranche de la tubulure de prise d'air 3 Le volume de la colonne d'air renfermée dans le corps 1 peut être considé- ré comme une masse répartie (en volume) possédant certai- nes caractéristiques de dissipation, d'inertie et d'élas- ticité L'excitation de ladite masse se fait à travers l'ouverture d'échappement 5 A la suite de l'excitation 2534630 en question, le volume d'air se trouvant dans le corps 1 commence à osciller sur ces propres fréquences ce qui intensifie, sur les mêmes fréquences, les oscillations de la colonne d'air renfermée dans la tubulure de prise d'air 3 et rend plus intense l'émission sonore produite par la tranche de tubulure de prise d'air 3 dans le milieu ambiant. Comme il ressort des essais, les oscillations les plus in- tenses sont celles de la colonne d'air renfermée dans le corps 1 aux fréquences inférieures des oscillations de formes radiales et tangentielles caractérisées en ce que les oscillations en question ont des maxima (antinoeud) et des minima (noeud) de pression très prononcés La réalisation de l'ouverture d'échappement 5 à une distance 0,63 R du centre géométrique du cylindre correspond à sa disposition sur la ligne de noeud de la forme radiale in- férieure des oscillations, ce qui réduit le volume d'air sur lesdites fréquences La disposition-de l'ouverture d'admission 2 sur la ligne de noeud de la forme tangentiel- le rend impossible le transfert de l'énergie à la colonne d'air se trouvant dans la tubulure de prise d'air 5 ce qui empêche une transmission de ces oscillations, provenant du corps 1, à la tubulure 3 et exclut ainsi une intensifi- cation de l'émission sonore sur ladite fréquence. Les calculs et les essais relatifs à l'étude de la répartition des champs de pressions dans le corps 1 du filtre à air témoignent que les formes inférieures des oscillations propres pour les pressions volumétriques du corps 1 sont en cosinusoides, plus exactement elles ont un aspect des fonctions de Bessel (figure 3) o les maxi- ma des pressions se trouvent près des parois latérales du corps 1 du filtre à air dans le,' plan qui traverse l'axe du corps 1 (figure 2) et le centre de la lumière d'admis- sion 5 Comme il ressort de la figure 3, des points de noeud ( de zéro) se trouvent sur les rayons qui sont perpendiculaires à la droite unissant l'axe du corps 1 (figure 2) avec le centre de l'ouverture d'échappement 5. Ceci montre qu'il est plus avantageux de raccorder liou- verture d'admission 2 (figure 1) de la tubulure de prise d'air 3 (figure 2) juste à ces zones de valeur zéro (minimales) en vue d'assurer une transmission minimale des oscillations de pression apparaissant dans la cham- bre (sur les formes tangentielles inférieures des oscil- lations propres) à la tubulure de prise d'air 3 (figure 2), dont la tranche représente un radiateur d'énergie acous- tique. L'analyse des épures de répartition des pressions dans le corps 1 du filtre à air sur les formes radiales des oscillations propres (figure 4) fait apparaître que les zones de noeud sont disposées suivant une circonféren- ce dont le centre se trouve dans le centre géométrique du corps 1 du filtre à air et avec un rayon i= 0,63 R, o R est le rayon du corps cylindrique 1 du filtre à air, et. plus particulièrement le rayon de base du cylindre i. La répartition des champs de pressions dans le corps 1 du filtre à air avec une telle forme d'oscillation se fait d'après la fonction de Bessel du premier genre P,v J O ( 3,83-r) o P est la pression dans la forme radiale; Ir, le rayon actuel; R, le rayon du corps 1. Dans ce cas on obtient des valeurs zéro de pres- sion aux valeurs de Y(= 0,63 R (c'est-à-dire, les lignes de noeuds se forment pour ' = 0,63 R) Comme le montre l'épure de la figure 4, on garde des valeurs de pression suffisamment petites à g = ( 0,58 à 0,68) R, ce qui permet de tenir compte et de compenser une certaine "déformation" de l'épure de pression due à une disposition asymétrique de la lumière d'échappement 5 dans le fond 4 du filtre à air. La disposition de-deux ouvertures 2 et 5 dans 7 2534630 le corps 1 (figure 1 et 2) du filtre à air représente un facteur important Par exemple, on peut exclure, ou amor- tir sensiblement, les excitations et la transmission d'os- cillations de formes tangentielles inférieures pour n'im- porte quelle disposition de la tubulure de prise d'air 3 dans le corps 1 à condition que l'ouverture d'échappement soit disposée au centre géométrique du corps 1 Cepen- dant, ce cas est-caractérisé par une intensification ( excitation, transmission, émission) des oscillations de formes radiales inférieures, comme on le voit sur la figu- re 4. En conséquence, pour amortir les deux formes d'os- cillations, il est nécessaire de coordonner d'une façon rigoureuse la disposition réciproque des ouvertures 2 et 5 dans le corps 1 du filtre à air, comme on l'a noté pré- cédemment. Les résultats des études effectuées sont résu- més-dans la figure 5 qui fournit des données comparatives avec l'antériorité la plus proche. La courbe continue (a) correspond au spectre de brui 1 du prototype, tandis que la courbe discontinue (b) correspond à celui de la construction-revendiquée. La disposition de l'ouverture d'admission 2 (figure 1) sur la ligne de noeud des oscillations tangen- tielles de résonance du volume renfermé dans le corps 1 du filtre à air a permis d'interdire le passage de ces oscillations intenses à là tubulure de prise d'air 3 et d'éliminer une émission acoustique intense produite par ladite tubulure 3 sur une gamme de fréquence de 630 à 800 Hz dans les limites de 9 d B L'efficacité d'amortis- sement du bruit d'admission par le filtre à air revendiqué est marquée par une zone hachurée du spectre. Il s'ensuit qu'on a atteint parfaitement le but visé de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 Filtre à air pour moteur à combustion inter- ne comprenant un corps ( 1),réa 2 isé en un cylindre muni d'une ouverture d'admission ( 2) qui reçoit une tubulure de pri- se d'air ( 3), un fond ( 4) muni d'une ouverture d'échappe- ment ( 5), un élément filtrant ( 6) et un couvercle ( 7) du corps ( 1), caractérisé en ce que les centres de l'ouver- ture d'admission ( 2) et de l'ouverture d'échappement ( 5) sont disposés dans des plans réciproquement perpendiculai- res et traversant l'axe du corps ( 1), le centre del'ouver- ture d'échappement ( 5) étant déplacé par rapport à l'axe du corps ( 1). 2 Filtre à air selon la revendication 1, caractérisé en ce que le centre de l'ouverture d'échap- pement ( 5) est déplacé par rapport à l'axe du corps ( 1) d'une distance égale à ( 0,58 à 0,68) R, o R est le rayon de la base du cylindre. 3 Filtre à air selon la revendication 2, caractérisé en ce que le centre de l'ouverture d'échappe- ment ( 5) est déplacé par rapport à l'axe du corps ( 1) d'une distance égale à 0,63 R, o R est le rayon de la base du cylindre 1.