Brevet FR2693505A1 — publié le 19940114

La présente invention est relative à une ligne d'admission ou d'échappement pour machine alternative Selon l'invention, on entend par machine alternative tout dispositif créant des pulsations de débit soit de manière provoquée, soit de manière spontanée, comme par exemple un moteur thermique, un compresseur, ou une pompe à chaleur. On sait que les pulsations des gaz d'admission ou d'échappement d'une machine alternative sont une source importante de bruits, notamment de bruits à basses fréquences. Il en est de même des sorties de toutes les machines alternatives (compresseurs, pompes à vide, pompes de chaleur, etc) et des admissions de ces machines. Ces pulsations sont très énergétiques à des fréquences précises liées au cycle de la machine, mais très faibles pour des fréquences intermédiaires différentes. L'analyse acoustique de ce bruit révèle en effet un spectre à raies discrètes très énergétiques. Pour diminuer le niveau de bruit généré par les pulsations d'un moteur thermique par exemple, on utilise des lignes d'échappement munies de silencieux. Cependant, Si ces silencieux permettent d'atténuer modérément les pulsations basses fréquences des gaz d'échappement, ils introduisent simultanément dans la ligne d'échappement des singularités qui se traduisent par des fluctuations et des turbulences de l'écoulement, donc par des bruits qui possèdent des moyennes et hautes fréquences. De plus, lorsqu'unie ligne d'échappement est installée sur un véhicule automobile, ses singularités géométriques sont d'autant plus importantes qu'elle doit s'adapter à l'espace disponible sous le véhicule. C'est ainsi qu'on constate fréquemment dans des lignes d'échappement que la section intérieure de la conduite varie plusieurs fois d'une extrémité à l'autre de la ligne d'échappement, laquelle comporte par ailleurs de nombreuses chicanes et autres obstacles propres à générer des bruits. I1 en résulte que les lignes d'échappement usuelles, qui sont constituées par des conduites tubulaires reliant des silencieux, sont relativement volumineuses et sont à l'origine de bruits de souffle supplémentaires ; en outre elles entralnent des pertes de charge assez notables. On connait également des dispositifs de réduction du bruit d'une ligne d'échappement qui génèrent, en direction de la ligne d'échappement, une onde acoustique qui est le plus rigoureusement possible égale à celle émise par cette dernière. Toutefois, de tels dispositifs sont très encombrants, nécessitent un appareillage électronique et acoustique très sensible, et sont par conséquent peu fiables dans les conditions d'utilisation particulièrement rigoureuses d'une ligne d'échappement automobile. En outre, du point de vue énergétique, de tels dispositifs sont peu satisfaisants dans la mesure où ils ne cherchent aucunement à diminuer l'énergie consacrée à la génération du bruit, mais au contraire dépensent une énergie supplémentaire d'une valeur au moins égale. Enfin, ces dispositifs mettent en oeuvre des techniques pour lesquelles la conception d'une ligne d'échappement adaptée à tel moteur et destinée à être installée sur tel équipement, nécessite des simulations complexes du comportement du fluide à l'intérieur de la ligne d'échappement, compte tenu des éléments dont elle sera constituée qui peuvent en outre interférer entre eux. On a également déjà tenté d'amortir les pulsations de débit d'un fluide dans une conduite à l'aide de dispositifs à géométrie variable qui tendent à modifier les fréquences de résonance dans la conduite en adaptant l'action d'un moyen de réstriction à une mesure globale du débit du fluide dans la conduite, et non aux pulsations propres du fluide. La présente invention vise à fournir une nouvelle ligne d'admission amis s in ou d ' d'échappement qui ne présente pas les inconvénients rencontrés dans la technique connue, et qui permet d'atténuer d'une façon subtantielle notamment le niveau sonore d'un moteur thermique, tout en étant d'une réalisation simple et économique. De plus, l'objet de la présente invention se révèle, de par sa structure, être d'une adaptabilité remarquable aux différentes machines alternatives et aux différentes formes géométriques qu'on peut lui imposer. La présente invention a pour objet une ligne d'admission ou d'échappement notamment pour machine alternative, caractérisée par le fait qu'elle est constituée par une tubulure de circulation de gaz, ladite tubulure étant munie d'au moins un capteur de mesure d'une grandeur physique caractéristique du débit instantané des gaz, la ligne d'échappement comportant en outre au moins un dispositif de restriction variable de sa section de passage des gaz, qui fait varier instantanément la perte d'énergie des gaz circulant dans la tubulure en fonction de la grandeur mesurée par le capteur, pour réduire principalement les pulsations basses fréquences des gaz et les composantes basses fréquences du bruit qui résultent de sa propre présence sur le passage des gaz, tandis que la paroi intérieure de la tubulure est garnie d'un matériau absorbant l'énergie acoustique pour atténuer principalement les pulsations hautes fréquences des gaz, ainsi que les composantes hautes fréquences du bruit généré dans la tubulure par le dispositif de restriction. Ainsi, la présente invention allie les avantages d'un dispositif de restriction variable, qui réalise le contrôle actif des pulsations de débit d'un gaz, à ceux du garnissage des parois d'une tubulure. Les inventeurs ont en effet remarqué que ces deux dispositifs, rassemblés dans une même ligne d'admission ou d'échappement, permettent d'obtenir des atténuations de bruits supérieures à celles obtenues en utilisant ces dispositifs séparément. La complémentarité du dispositif de restriction variable et du garnissage de la paroi intérieure de la tubulure tient au fait que le dispositif de restriction variable, qui constitue un obstacle placé sur le passage de gaz est lui-meme générateur de bruit. Or, le niveau sonore de ce bruit parasite se limite à des fréquences moyennes ou élevées du fait que, par construction, le dispositif de restriction variable élimine automatiquement les pulsations à basses fréquences des gaz, y compris celles dont il pourrait être à l'origine. Au contraire, le garnissage des parois est relativement peu efficace pour atténuer des bruits de basses fréquences, mais est particulièrement adapté à l'atténuation de bruits de hautes fréquences. Par conséquent, le garnissage des parois est indiqué pour éliminer les bruits hautes fréquences des gaz, ainsi que les composantes hautes fréquences du bruit généré par le dispositif de contrôle actif. Un autre rôle du garnissage est d'éviter toute réflexion importante des ondes acoustiques à l'intérieur de la tubulure. Dans le cas dtun moteur thermique, une ligne d'échappement selon l'invention peut se passer des silencieux de la technique antérieure. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de restriction de la section de la tubulure agit en partie de la tubulure éloignée de la machine génératrice des pulsations. Il est en effet préférable de contrôler activement les pulsations des gaz le plus loin possible de la machine alternative, c'est-à-dire en conservant un volume de fluide important en amont du dispositif de restriction, pour éviter de dégrader le rendement énergétique de ladite machine. Dans un autre mode de réalisation, la portion de tubulure située en amont du dispositif de restriction possède un diamètre plus important que celui de la portion de tubulure qui renferme ce dernier. Ainsi, la tubulure présente un volume relativement important comme dans le mode de réalisation précédent, ce qui limite la contre pression générée lors de la restriction. Cette disposition peut etre intéressante dans le cas où une telle ligne doit être installée dans un emplacement de dimensions réduites, par exemple à la sortie d'un moteur de certains véhicules ou de moteurs industriels. Une ligne d'admission ou d'échappement selon l'invention présente notamment l'avantage de n' occuper qu'un volume très réduit, en comparaison avec les lignes d'échappement de la technique antérieure. Il en découle une réduction de masse, puisque l'absence de silencieux le poids de la ligne d'admission ou d'échappement se résume sensiblement au poids de la tubulure. Ces avantages sont importants pour l'industrie automobile, puisque le logement d'une ligne d'échappement selon l'invention et son accrochage sous un véhicule ne soulèvent plus les problèmes d'encombrement et de masse rencontrés jusqu' ici. Etant garnie intérieurement, la ligne d'admission ou d'échappement selon l'invention présente en outre les deux avantages suivants - Les risques que la paroi de la tubulure entre en resonance avec les pulsations des gaz sont éliminés, - Les bruits rayonnés sont également pratiquement nuls puisque, d'une part, la paroi externe de la ligne d'admission ou d'échappement n'est plus soumise aux vibrations des gaz, et d'autre part, la surface émissive de la ligne d'admission ou d'échappement, est-à-dire sa surface externe globale, est considérablement réduite par rapport à celle d'une ligne d'échappement classique qui est plus longue et comporte des silencieux dont le diamètre externe est important. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la ligne d'admission ou d'échappement comporte un moyen de réglage du dispositif de restriction qui provoque l'atténuation d'une gamme préférentielle de fréquences de pulsations des gaz permettant l'obtention d'une sonorité particulière de la ligne. De cette manière, on peut accorder le "timbre" de la ligne d'admission ou d'échappement en fonction du bruit que l'on désire obtenir. Par exemple, sur une automobile, le constructeur ou l'acheteur du véhicule peut désirer que la ligne d'échappement émette soit un bruit à connotation sportive, soit un bruit plus atténué. Dans le meme ordre d'idée, une installation industrielle peut émettre un bruit à coloration désagréable résultant de combinaisons fréquentielles qui, même à niveau sonore assez faible peuvent être inconfortables à l'oreille humaine. Grâce à la ligne d'admission ou d'échappement selon l'invention, on peut choisir les fréquences à atténuer en réglant convenablement le dispositif de restriction. Par ailleurs, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la ligne d'admission ou d'échappement équipe un véhicule automobile et son dispositif de restriction integre la vitesse de déplacement du véhicule comme paramètre supplémentaire, pour atténuer au maximum les bruits d'échappement du moteur lorsque le véhicule se déplace à vitesse réduite et pour minimiser les pertes de charges des gaz d'échappement de manière à améliorer les performances du moteur thermique lorsque le véhicule se déplace à vitesse élevée. On comprend que ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour adapter le niveau de bruit d'un véhicule utilisé à la fois en ville, donc à vitesse réduite et sur route ou sur autoroute, c' est-à-dire à vitesse élevée. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la ligne d'admission ou d'échappement comporte un dispositif électronique pour analyser le signal issu du capteur de mesure en vue de détecter et éventuellement de diagnostiquer un dysfonctionnement de la machine alternative. Il suffit pour cela que ledit dispositif d'analyse compare les différentes périodes du signal acoustique mesuré avec des signaux de référence. Par exemple, pour un moteur thermique à quatre cylindres, le signal acoustique perçu présente un cycle de quatre périodes. Une irrégularité sur l'une de ces périodes par rapport aux trois autres peut révéler un dysfonctionnement de l'un des quatre cylindres. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire un mode de réalisation donné à titre d'exemple et sans aucun caractère limitatif en référence à la planche unique annexée sur laquelle on a représenté une ligne d'échappement constituée par une tubulure 1. La paroi la de la tubulure est réalisée en métal et présente une surface lisse continue. A l'intérieur de la tubulure, un matériau lb réticulé à larges mailles, tel qu'un grillage métallique maintient une garniture 2 plaquée contre la paroi externe la de la tubulure 1. A titre d'exemple, on a réalisé une ligne d'échappement selon l'invention possédant un diamètre extérieur de 95mm, une longueur totale de 0,60 mm, et qui est garnie intérieurement de laine de roche sur une épaisseur de 25mm, ce qui laisse une section intérieure de passage des gaz d'échappement de 45mm de diamètre. La garniture 2 est présente de bout-en-bout de la tubulure, sauf au voisinage d'un dispositif de restriction 3 dont on perçoit l'obturateur 4 en position semi fermée. Un organe de commande 5 contrôle le dispositif de restriction 3 en fonction du signal qu'il reçoit d'un capteur 6 logé dans l'épaisseur de la tubulure 1. Le fonctionnement d'un tel dispositif de restriction est décrit dans le document FR-A-2 613 089. Les gaz pulsés issus du moteur thermique s'écoulent dans la ligne d'échappement comme matérialisé par le flèche 7. On constate que de par sa forme générale, la ligne d'échappement selon 1 invention est peu encombrante et qu'elle présente une surface rayonnante sensiblement réduite. En outre, cette ligne d'échappement est par nature adaptable à tout type de moteur, l'adaptation du dispositif de restriction étant simplement basée sur la loi d'asservissement à laquelle il obéit. Du point de vue industriel, ceci constitue un avantage puisque le fabricant de lignes d'échappement n' est pas tenu de concevoir et de fabriquer une ligne d'échappement pour chaque moteur existant. I1 est bien entendu que le mode de réalisation qui vient d'être décrit ne présente aucun caractère limitatif et qu'il pourra recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Dans une variante, on pourrait en particulier prévoir une double paroi pour réduire encore sensiblement la capacité émissive de la tubulure. Outre qu'elle s'applique à toute tubulure d'entrée ou de sortie d'une machine alternative, la ligne d'admission ou d'échappement selon l'invention peut être intercalée dans une conduite de gaz ou dans une conduite de liquide ou d'un mélange de ces deux phase où elle permet d'atténuer les bruits et les fluctuations de pression et de débit générés par toute onde de pression plus ou moins accidentelle ou périodique s'y propageant. REVENDICATIONS 1. Ligne d'admission ou d'échappement notamment pour machine alternative, caractérisée par le fait qu'elle est constituée par une tubulure (1) de circulation de gaz, ladite tubulure étant munie d'au moins un capteur (6) de mesure d'une grandeur physique caractéristique du débit instantané des gaz, la ligne d'échappement comportant en outre au moins un dispositif de restriction variable (3) de sa section de passage des gaz, qui fait varier instantanément la perte d'énergie des gaz circulant dans la tubulure (1) en fonction de la grandeur mesurée par le capteur (6), pour réduire principalement les pulsations basses fréquences des gaz et les composantes basses fréquences du bruit qui résulte de sa propre présence sur le passage des gaz, tandis que la paroi intérieure (la) de la tubulure (1) est garnie d'un matériau (2) absorbant l'énergie acoustique, pour atténuer principalement les pulsations hautes fréquences des gaz, ainsi que les composantes hautes fréquences du bruit généré dans la tubulure (1) par le dispositif de restriction (3). 2. Ligne d'admission ou d'échappement selon la revendication-l, caractérisée par le fait que le dispositif de restriction (3) de la section de la tubulure (1) agit en partie de la tubulure (1) éloignée de la machine alternative. 3. Ligne d'admission ou d'échappement selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la partie de la tubulure (2) située en amont du dispositif de restriction (3) possède un diamètre plus important que celui de la partie de la tubulure qui renferme ce dernier. 4. Ligne d'admission ou d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte un moyen de réglage du dispositif de restriction qui provoque l'atténuation d'une gamme préférentielle de fréquences de pulsation des gaz permettant l'obtention d'une sonorité particulière de la ligne d'admission ou d'échappement. 5. Ligne d'admission ou d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte un dispositif électronique pour analyser le signal issu du capteur de mesure (6) en vue de détecter et éventuellement de diagnostiquer un dysfonctionnement de la machine alternative. 6. Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle équipe un véhicule automobile et que le dispositif de restriction intègre la vitesse de déplacement du véhicule comme paramètre supplémentaire pour atténuer au maximum les bruits d'échappement du moteur lorsque le véhicule se déplace à vitesse réduite et pour minimiser les pertes de charge des gaz d'échappement,de manière à améliorer les performances du moteur thermique, lorsque le véhicule se déplace à vitesse élevée.