Brevet FR2576636A1 — publié le 19860801

La présente invention concerne la construction des moteurs et a notamment pour objet un système d'amenée d'air secondaire dans le collecteur d'éch-appement- d'un moteur. L'invention peut être utilisée notamment dans la construction des moteurs de voitures de tourisme, afin de réduire le bruit provoqué par l'air secondaire amené au collecteur d'échappement du moteur pour diminuer la toxicité des gaz brûlés. On connaît un système d'amenée d'air secondaire au collecteur d'échappement d'un moteur (demandes de brevet japonais NNO 56-7490, 56-12692, classe FOI N 3/34, déposées le 14 Avril 1977) utilisant un silencieux à réso nance du type à chambre servant à atténuer le bruit émis par le système d'amenée d'air secondaire. Les inconvénients de ce système résident en ce qu'il est de construction compliquée, qu'il nécessite une quantité importante de métal pour sa fabrication, qu'il a un grand encombrement, ce qui limite les possibilités d'agencement du système dans la voiture. On connaît aussi un système d'amenée d'air secondaire au collecteur d'échappement d'un moteur ( par exemple, demande de brevet japonais NO 55-27212, classe FOI N 3/30, publiée le 18.07.1980 dans le NO 5-681), comprenant une conduite d'amenée d'air secondaire ayant une longueur déterminée et communiquant avec la cavité intérieure d'un épurateur d'air placé sur le carburateur, ladite conduite étant logée partiellement dans l'épurateur d'air et sa bouche d'admission étant disposée du côté opposé à celui de l'ouverture d'admission de l'épurateur d'air. L'inconvénient de ce système connu consiste en ce que le fait que la bouche de la conduite soit située dans la chambre de l'épurateur d'air ne constitue pas une solution optimale. Ladite ouverture se situe à proximité de la zone des amplitudes maximales des oscillations tangentielles du volume d'air qui ont lieu dans la chambre de l'épurateur d'air. L'excitation intense du volume d'air de la chambre de l'épurateur d'air, surtout à ses propres basses fréquences (excitation due à la pénétration du son à bass-e fréquence provenant du système d'échappement) se traduit par un niveau élevé du bruit d'admission et par un niveau global élevé du bruit du véhicule automobile. On connaît également un système d'amenée d'air secondaire au collecteur d'échappement d'un moteur ( par exemple, brevet- USA N0 4319549, classe 123-198 E), comportant un épurateur d'air réalisé sous forme d'un cylindre circulaire et d'un fond pourvus respectivement d'une ouverture d'admission et d'une ouverture échappement ainsi que d'un orifice communiquant avec une conduite d'amenée d'air secondaire, munie d'une soupape anti-retouret assurant la communication entre la cavité de l'épurateur d'air et le collecteur d'échappement.La conduite d'amenée d'air secondaire comporte un premier silencieux qui réduit le bruit des gaz d'échappement dans la gamme des moyennes et hautes fréquences. A l'intérieur de l'épurateur d'air est forme une boîte ou chambre à résonance munie d'un deuxième silencieux destiné à atténuer le bruit des gaz d'échappement dans la gamme des basses fréquences. Ces dispositifs permettent d'obtenir une atténuation efficace de celle des composantes du niveau global du bruit d'admission qui est due à la pénétration du son émis par le système d'échappement. Toutefois, ce sytème connu présente une série d'inconvénients. On sait que les qualités acoustique de tout le système d'admission sont d'autant meilleures que le volume de la chambre de l'épurateur d'air est plus grand (Schuppel Dämpfung des Ansauggeräuschs bei Dieselmotoren, KFT NO 11, 1971). Ainsi, une augmentation de 1 dm3 du volume de la chambre de l'épurateur d'air assure un affaiblissement de 3 dB du bruit d'admission. Dans le dispositif connu considéré, la chambre de l'épurateur d'air contient deux silencieux pour le bruit provoqué par le système d'échappement, ces silencieux étant sous forme d'une tubulure conique courbée épousant la forme de la chambre et dont la longueur est approximativement égale aux 3/4 de la circonférence du corps de cylindre.Ceci diminue notablement le volume de la chambre de l'épurateur d'air, d'où le niveau élevé du bruit d'admission dû au cycle de fonctionnement du moteur, qui, dans le cas considéré, constitue la principale composante du niveau global du bruit émis par le système d'admission. De plus, le fait que le silencieux soit disposé dans la cavité de l'épurateur d'air complique sensiblement sa construction, réduit les possibilités d'agencement de l'élément filtrant et augmente la quantité de métal et la main d'oeuvre nécessaires à la fabrication du dispositif. On s'est donc proposé de créer un système d'amenée d'air secondaire au collecteur d'échappement d'un moteur, qui serait conçu de manière à réduire à un minimum -le bruit émis par lui, et ce, en modifiant la disposition relative des centres géométriques des ouvertures d'admission et d'échappement et de celui de l'orifice de l'épurateur d'air. Ce problème est résolu du fait que le système d'amenée d'air secondaire au collecteur d'échappement d'un moteur, du type comprenant un épurateur d'air dont le corps a la forme d'un cylindre circulaire au fond duquel sont ménagés une ouverture dléchappement et un orifice communiquant avec le collecteur d'échappement par llin- termédiaire d'une conduite munie d'une soupape antiretour, et dont la surface latérale présente une ouverture d'échap- pement, est caractérisé, selon l'invention, en ce que la disposition relative de l'ouverture d'admission, de l'ouverture d'échappement et dudit orifice est telle que le plan dans lequel se trouvent ledit orifice, l'axe ducorps de lsépurateur d'air et l'ouverture d'échappement soit perpendiculaire au plan passant par le centre de l'ouverture d'admission et l'axe du corps de l'épurateur d'air, les centres de l'orifice et de l'ouverture d'échappement étant diamétralement opposés. par rapport au plan passant par le centre de l'ouverture d'admission et par l'axe du corps de l'épurateur d'air. Il est avantageux que les centres dudit l'orifice et de l'ouverture d'échappement soient disposés, par rapport au plan passant par le centre de l'ouverture d'admission et l'axe du corps de l'épurateur d'air, a une distance de 0,58 R à 0,68R, où R est le rayon du corps de l'épurateur d'air. Une telle disposition de l'ouverture d'admission, de l'ouverture d'echappement et dudit orifice de llépura- teur d'air du système d'amenée d'air secondaire au collecteur d'échappement du moteur assure un niveau minimal du bruit émis par le système, permet de simplifier sa construction et de réduire la quantité de métal nécessaire à sa fabrication par comparaison avec les constructions connues. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lecture de la description-explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schematique du système d'amenée d'air secondaire au collecteur d'échappement d'un moteur, conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en plan de l'épurateur d'air, le couvercle de ce dernier étant déposé; - la figure 3 représente la forme tangentielle la plus basse des pressions du volume-d'air dans le corps de l'épurateur d'air; ; - la figure 4 représente la forme radiale propre la plus basse des pressions du volume d'air dans le corps de l'épurateur d'air - la figure 5 illustre les résultats de mesure du bruit émis par le système, pour différentes dispositions des orifices au fond de llépurateur d'air; - la figure 6 illustre la variation du bruit émis par le système en fonction de l'endroit où sont disposés l'orifice et l'ouverture d'échappement au fond de l'épurateur d'air; - la figure 7 illustre l'efficacité de l'atténuation du bruit dans le système revendiqué d'amenée d'air secondaire au collecteur d'échappement, par comparaison avec les systèmes connus. Le système d'amenée d'air secondaire au collecteur d'échappement d'un moteur, conforme à l'invention, comporte un épurateur d'air 1 (figure 1) dont le corps est réalisé sous forme d'un cylindre circulaire dans le fond 2 duquel sont ménagés une ouverture d'échappement 3 et un orifice 4 diamètralement opposés. L'orifice 4 communique avec le collecteur d'echappement 5 par l'intermédiaire d'une conduite 6 munie d'une soupape antiretour 7. La surface latérale de l'épurateur d' air comporte une ouverture d'admission 8. L'ouverture d'échappement 3 et le collecteur d'échappement 5 sont directement reliés au moteur 9. L'ouvertur-e d'admission 8 communique avec une tubulure d'admission 10. Le centre A (figure 2) de l'orifice 4, le centre B de l'ouverture d'échappement 3 et l'axe d-d (figure 1) se trouvent dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan passant par le centre C de l'ouvèrture d'admission 8 et par l'axe d-d (figure 1) du corps de l'épurateur d'air. Il est à noter que les centres A et B (figure 2) de l'-orifice 4 et de l'ouverture d'échappement 3, respectivement, sont diamétralement opposés l'un à l'autre de part et d'autre de ce dernier plan et sont disposés, par rapport à ce plan, à une distance r = 0,58 R à 0,68 R, où R est le rayon du corps de l'épurateur d'air 1. Le système d'amenée d'air secondaire au collecteur d'échappement du moteur fonctionne comme suit. Pendant le fonctionnement du moteur, des ondes de pression et de dépression sont engendrées dans le collecteur d'échappement 5 du moteur 9 et la conduite 6 sous l'action des processus ondulatoires ayant lieu dans le système d'échappement des gaz d'échappement. Lorsqu'une dépression se crée dans le collecteur d'échappement 5 (figure 1), la pression dans la conduite de raccordement 6 décroît et la soupape antiretour 7 s'ouvre. L'air contenu dans l'espace situé sous le capot du véhicule est aspiré et arrive dans le collecteur d'échappement 5 du moteur 9 en passant par l'ouverture d'admission 8, l'épurateur d'air 1, l'orifice 4, la conduite 6 et la soupape antiretour 7. L'air ainsi aspiré participe à la postcombustion du combustible, ce qui réduit la toxicité des gaz d'échappement. Lorsque la pression dans le collecteur d'échappement 5 augmente, la soupape antiretour 7 se ferme et 1, arrivée d'air dans le collecteur d'échappement 5 cesse. Le courant pulsatoire d'air dans la conduite 6 provoque dans le corps de l'épurateur d'air 1 des fluctuations de pression qui à travers l'ouverture d'admission 8 et la tubulure d'admission 10, sont transmises à l'atmosphère. De plus, le bruit produit dans le système d'échappement des gaz passe du collecteur d'admission 10 à l'atmosphère en passant par la conduite 6, l'orifice 4 de l'épurateur d'air 1, l'ouverture d'admission 8 et la tubulure d'admission 10. Les pulsations et le bruit engendrés sont partiellement affaiblis dans l'épurateur d'air 1 fonctionnant en tant que silencieux du type à chambre. L'inconvénient principal de l'épurateur d'air 1 en tant que silencieux réside dans les oscillations de résonance qui y sont créées et la transmission accrue de bruit aux fréquences de résonance. La répartition des pressions acoustiques pour les formes d'oscillations de résonance des fréquences les plus basses est illustrée par les figures 3 et 4. La figure 3 illustre la répartition des pressions pour la première forme tangentielle des oscillations amorcées lors du "balancement" de l'air pa.r les masses oscillantes d'air aspirées alternativement dans l'ouverture d'échappement 3 (figure 1) et l'orifice 4. Afin de réduire le rayonnement de ce bruit à l'atmosphère, le centre de l'ouverture d'admission 8 et l'axe d-d du corps de l'épurateur d air 1 sont disposés. dans un plan perpendiculaire au plan passant par l'axe d-d du corps de l'épurateur d'air 1 et par les centres A et B de l'ouverture d'échappement 3 et de l'orifice 4, respectivement.Dans ce plan, les fluctuations de la pression P pour la forme tangentielle de résonance ont une valeur nulle et le bruit n'est plus émis à l'atmosphère à travers l'ouverture d'admission a et la tubulure d'admission 10, L'efficacité de différentes dispositions de l'orifice 4 est illustrée à l'aide de la figure 5- qui représente les résultats de la mesure du bruit, emis par la tubulure d'admission 10, à l'aide d'un microphone 11 placé à 0,06 m de la tranche de la tubulure d'admission 10 La figure 5 représente les différents endroits 12 à 19 où sont disposés les orifices 4. Le moteur du véhicule automobile a fonctionné à pleine charge, à une fréquence de rotations du vilebrequin de 5600 tours/min. Les résultats des mesures des niveaux globaux du bruit (en dB) enregistrés à ladite distance de 0,06 m par rapport à la tranche de la tubulure d'admission 10 pour différentes positions de l'orifice 4 éloignées l'une de l'autre de 450 suivant une -circonférence de rayon 0,63 R (R étant le rayon du corps de l'épurateur vair) sont réunis dans le tableau 1 ci-dessous. Tableau 1 Positions de l'orifice 4 12 13 14 15 16 17 18 - 19 Niveau global du bruit, dB 107 109 110,5 108,5 106 107 112 108 L'analyse des résultats représentés au tableau 1 et sur la figure 5 montre que le niveau minimal du bruit a été constaté lorsque l'orifice 4 de la tubulure d'amenée d'air secondaire se trouvait placé à l'endroit 16 et qu'il était maximal lorsque ledit orifice se trouvait aux endroits 14 et 18. Afin de réduire la transmission du bruit de la première forme radiale d'oscillations, dans laquelle la répartition des pressions est celle représentée sur la figure 4, les centres de l'ouverture d'échappement 3 et de l'orifice 4 sont disposés à une distance de 0,58 R à 0,68R de l.'axe d-d du corps de l'épurateur d'air 1 ( R étant le rayon du corps de l'épurateur d'air)-. Cette disposition correspond à la ligne d'oscillations minimales de la pression dans la première forme radiale d'oscillations. Les masses d'air oscillant dans l'ouverture d'échappement 3 et dans l'orifice 4 ne rencontrent aucune résistance et n'émettent pas de son dans le volume de l'épurateur d'air 1. La gamme de 0,58 R à 0,68 R a été trouvée e-xpérimentalement en se basant sur les mesures du bruit pour les différentes positions (suivant le rayon) de l'orifice 4 et de l'ouverture d'échappement 3. Le schéma de l'expérience et les résultats des essais sont représentés sur la figure 6. Le centre de l'orifice 4 et celui de l'ouverture d'échappement 3 ont été déplacés de l'axe d-d vers la périphérie du corps de l'épurateur d'air 1. La figure 6 représente la relation existant entre le bruit mesuré au microphone 11 et la disposition de l'orifice 4 et de l'ouverture d'échappement 3. Comme la montre la figure 6, le déplacement de l'ouverture 3 et de l'orifice 4 au-delà des limites de la gamme revendiquée, aussi bien vers l'axe d-d du corps de -l'épurateur d'air que vers sa périphérie, entraîne un accroissement -considérable du bruit (jusqu'à 10 dB) émispar la tubulure d'admission 10. De ce fait, il est plus rationnel, du point de vue de l'acoustique, de disposer l'orifice 4 et l'ouverture d'échappement 3 à une distance r = 0,58 R à 0,68 R, où R est le rayon du corps -de l'épurateur d'air 1. Pour illustrer l'efficacité de la solution technique faisant l'objet de l'invention, on a représenté sur la figure 7 les spectres du bruit rayonné par le système d'admission revendiqué par comparaison avec la construction dans laquelle la disposition del'orifice 4 n'est pas optimal. Sur les spectrogrammes annexés, les caractéristiques du système revendiqué sont représentées par des lignes continues, et celles du système utilisé pour la comparaison, par des lignes discontinues. L'effet positif de l'invention se manifeste d'une façon stable dans une large bande du spectre acoustique (de 250 à 2000 Hz) où l'abaissement du niveau du bruit peut atteindre 8 dB. Cet effet est obtenu tout en simplifiant considérablement le système d'amenée en comparaison de l'état de le technique, grâce à la suppression du silencieux d'admission spécial utilisé dans la technique antérieure. La mise en oeuvre du système revendiqué ne présente aucune difficulté technique et ne nécessite pas de dépenses importantes. Au contraire, la quantité de métal et la main d'oeuvre nécessaires à sa fabrication sont diminuées. REVENDICATIONS =========================== 1. Système d'amenée d'air secondaire au collecteur d'échappement d'un moteur, du type comprenant un épurateur d'air (1) dont le corps a la forme d'un cylindre circulaire au fond (2) duquel sont ménagés une ouverture d'échappement (3) et un orifice (4) qui communique avec le collecteur d'echappement (5) par l'intermédiaire d'une conduite (6) munie d'une soupape antiretour (7), la surface latérale dudit épurateur d'air (1) présentant une ouverture d'admission (8), caractérisé en ce que l'ouverture d'admission (8), l'ouverture d'échappement (3) et l'orifice (4) sont disposés de telle sorte que le plan dans lequel se trouvent l'orifice (4), l'axe d-d du corps de l'épurateur d'air et l'ouverture d'échappement (3) soit perpendiculaire au plan passant par le centre (C) de l'ouverture d'admission (8) et l'axe (d-d) du corps de l'épurateur d'air (1), les centres (A) et (B), respectivement de l'orifice (4) et de l'ouverture d'échappement (3) étant diamétralement opposés de part et d'autre du plan passant par le centre (C) de l'ouverture d'admission (8) et de l'axe (d-d) du corps de l'épurateur d'air (1). 2. Système d'amenée d'air secondaire au collecteur d'un moteur, suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les centres (A) et (B), respectivement de l'orifice (4) et de l'ouverture d'échappement (3) sont disposés, par rapport au plan passant par le centre (C) de l'ouverture d'admission (8) et par l'axe (d-d) du corps de l'épurateur d'air (1), à une distance dè 0,58 R à 0,68 R, où R est le rayon du corps de l'épurateur d'air (1).