Brevet FR2813919A1 — publié le 20020315

La présente invention concerne des dispositifs pour générer un bruit d'admission et/ou d'échappement riche en fréquences harmoniques et à la sonorité sportive avec des moteurs à quatre temps, auxquels est associé un système d'admission et/ou une installation d'échappement. On sait que les véhicules équipés de moteurs à six, huit ou douze cylindres génèrent un bruit d'échappement que l'utilisateur considère comme particulièrement sportif. On sait également que les véhicules qui sont équipés par exemple d'un moteur à quatre cylindres ne génèrent pas un tel bruit d'échappement sportif. Comme il est impossible pour des raisons de coût et d'autres raisons d'équiper chaque véhicule sportif d'un moteur à six, huit ou douze cylindres, on n'a pas manqué d'essais pour modifier l'installation d'échappement de véhicules équipés de moteurs qui ont moins de six cylindres, en particulier avec des moteurs à quatre cylindres, de telle façon qu'ils génèrent un bruit sportif. La majorité de ces mesures revient cependant seulement à élever l'amplitude du bruit à l'embouchure dans le cas de faibles régimes et en particulier au ralenti, en déconnectant sur un plan acoustique des parties du silencieux d'échappement. Par ces mesures, le bruit d'échappement devient certes plus intense, mais il ne correspond toujours pas au bruit d'échappement connu et apprécié de moteurs à six, huit et douze cylindres. Les moteurs à combustion génèrent non seulement des bruits d'échappement, mais également des bruits d'admission. Pour les véhicules destinés à une utilisation normale sur route, ces bruits sont amortis avec un silencieux d'aspiration qui est conçu sur le même principe que le silencieux d'échappement. Certains véhicules sportifs ont donc également des silencieux d'admission qui génèrent des bruits d'admission sportifs. Chez de nombreux conducteurs de véhicules de série, on note maintenant le désir de générer un tel bruit d'admission sportif. Cependant, les mesures connues n'ont comme seule conséquence également dans la plage d'admission que le bruit d'admission devient encore plus bruyant, mais ne correspond toujours pas au bruit d'admission connu et apprécié des moteurs à six, huit et douze cylindres. Si l'on analyse les bruits d'échappement de moteurs à quatre cylindres par exemple, on constate qu'ils contiennent le deuxième, le quatrième, le sixième, le huitième, etc., harmoniques de la fréquence de base déterminée par le régime moteur. Si l'on analyse de la même manière les bruits d'échappement de moteurs à six, huit et douze cylindres, on constate qu'ils contiennent également le premier, le troisième, le cinquième, le septième, etc., harmoniques, et également, selon le type de moteur, le 0, Sème, le 1, Sème, le 2, Sème, etc., harmoniques. Ces harmoniques avec des chiffres impairs et/ou des chiffres non entiers, qui sont générés par le nombre de cylindres plus élevé, sont complètement absents sur un moteur à quatre cylindres. La présente invention a donc pour objectif de fournir un procédé à l'aide duquel il est possible de générer, même avec des moteurs à quatre cylindres avec un faible nombre de cylindres, un bruit d'admission et/ou un bruit d'échappement qui est riche en fréquences harmoniques, et qui est dit sportif, naturellement dans la mesure du possible sans augmenter l'amplitude cumulée des bruits. Ce problème est résolu par un procédé pour générer un bruit d'admission et/ou d'échappement riche en fréquences harmoniques et à la sonorité sportive avec des moteurs à quatre temps, auxquels est associé un système d'admission et/ou une installation d'échappement, caractérisé en ce que la caractéristique d'ouverture d'au moins une soupape d'admission et/ou d'au moins une soupape d'échappement est modifiée par rapport à la caractéristique d'ouverture des autres soupapes. La présente invention repose ainsi sur le principe de modifier le bruit régulier avec les moteurs classiques, prédéfini par la commande de soupape régulière et constante, en particulier par l'utilisation d'un arbre à cames mécanique, en un bruit irrégulier en modifiant la caractéristique d'ouverture d'au moins une soupape d'entrée et/ou d'une soupape de sortie par rapport à la caractéristique d'ouverture des autres soupapes correspondantes. Par la commande de soupape modifiée, le ou chaque cylindre concerné génère un bruit modifié par rapport aux bruits identiques et réguliers des autres cylindres, ce qui génère les harmoniques avec des chiffres impairs et/ou des chiffres non entiers, qui manquent habituellement dans le spectre de fréquences ou sont marqués par un faible niveau sonore. Dans le cas présent, il est particulièrement avantageux qu'on utilise à cet effet l'énergie acoustique que le moteur à combustion génère de toute façon. Compte tenu du fait que le moteur à combustion ne génère qu'une certaine puissance mécanique et donc également seulement une certaine puissance sonore, de sorte que le niveau cumulé de toutes les fréquences harmoniques reste pratiquement inchangé, les amplitudes des autres harmoniques existants sont réduites en conséquence lorsqu'on augmente l'amplitude des harmoniques à chiffres non pairs et à chiffres non entiers. Grâce à cette conséquence opposée sur les amplitudes des différents harmoniques, on obtient des variations acoustiques nettement audibles de la sonorité lorsqu'on intervient même légèrement sur la commande des soupapes. Selon des formes de réalisation avantageuses de l'invention, il est possible de modifier l'instant d'ouverture, la durée d'ouverture, la course d'ouverture et/ou la courbe d'ouverture ou la courbe de fermeture d'au moins une soupape. Selon un perfectionnement de l'invention, on modifie la caractéristique d'ouverture d'une soupape seulement une fois sur deux ou sur trois ou sur quatre, etc. Il est aisé de comprendre qu'une telle caractéristique d'ouverture, différente de la normale, d'une ou de plusieurs soupapes, suppose une commande de soupapes particulière. C'est pour cette raison qu'il est ici proposé d'actionner les soupapes avec la caractéristique d'ouverture modifiée à l'aide d'une commande électrodynamique. La génération des harmoniques supplémentaires à chiffres impairs ou non entiers peut être renforcée ou atténuée, selon ce qu'on souhaite, par d'autres mesures. Selon un autre perfectionnement de l'invention, la longueur et/ou la section d'au moins l'une des tubulures, par lesquelles l'air de combustion est amené au moteur ou les gaz brûlés sont évacués du moteur, est (sont) modifiée(s) par rapport à la longueur et/ou la section des autres tubulures. De cette façon, on arrive à ce que les bruits, qui sont guidés par les tubulures modifiées, atteignent le silencieux d'admission ou d'échappement plus ou moins tôt, de telle sorte qu'on superpose aux signaux acoustiques uniformes et réguliers à nouveau un signal acoustique modifié qui aboutit à la formation des harmoniques souhaités avec des chiffres impairs ou non entiers. Selon une alternative, le même résultat peut être obtenu en couplant un résonateur à au moins l'une des tubulures. Selon une troisième variante, on intègre pour le même objectif une buse, un obturateur, une soupape ou un autre corps actif au niveau de l'écoulement dans au moins l'une des tubulures. L'invention va être maintenant expliquée plus en détail à l'aide du dessin. Sur ce dessin, les figures 1 à 23 montrent les variations de niveau de divers harmoniques à chiffres pairs, impairs et non entiers pour la fréquence de base prédéfinie par le régime moteur, dans le cas de variations définies plus précisément cidessous de la caractéristique d'ouverture d'une ou de deux soupapes d'échappement, et la figure 24 représente sous une forme purement schématique, un moteur à combustion à quatre temps et quatre cylindres avec système d'admission, installation d'échappement et ses tubulures véhiculant les gaz. La figure 24 montre sous une forme purement schématique un moteur 1 à quatre temps avec quatre cylindres 2.1, ... 2.4, deux soupapes d'admission 3.11, ... 3.42 et deux soupapes d'échappement 4.11, ... 4.42 étant attribuées à chaque cylindre. L'air de combustion est amené au moteur 1 par un système d'aspiration 5 et des tubulures d'admission de gaz 6.1, ... 6.4. Les gaz brûlés générés dans le moteur 1 sont véhiculés par quatre tubulures coudées 8.1, ... 8.4 d'une installation d'échappement 7, en aval de laquelle les gaz brûlés s'échappent dans l'environnement. A cet endroit est disposé un capteur acoustique S, avec lequel sont effectuées les analyses des bruits d'échappement qui sont présentées sur les figures 1 à 23. Le résultat de cette analyse des bruits d'échappement est présenté sur les figures 1 à 23 pour le 0,5ème harmonique H0,5, le 1,Oème harmonique H1,0, le 1,5ème harmonique H1,5, le 2,Oème harmonique H2,0, le 2,5ème harmonique H2,5, le 3,Oème harmonique H3,0, le 3,5ème harmonique H3,5, le 4,Oème harmonique H4,0 et le niveau cumulé (0A) de la fréquence de base prédéfinie par le régime moteur. Dans le cas présent, les séries de mesures décrites ci-dessous ont été effectuées sur un moteur à combustion 1 à quatre temps, quatre cylindres et seize soupapes. La mesure du bruit s'est effectuée sur un moteur 1 avec structure symétrique. Toutes les tubulures d'admission 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 sont de même longueur et ont le même diamètre. Toutes les tubulures coudées 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 ont également la même longueur et sont réalisées avec une configuration de quatre en un. Série de mesures 0 Toutes les soupapes d'admission 3.11, 3.12, 3.21, 3.22, 3.31, 3.32, 3.41, 3.42 et les soupapes d'échappement 4.11, 4.12, 4.21, 4.22, 4.31, 4.32, 4.41, 4.42 ont des caractéristiques d'ouverture identiques entre elles. Les courbes de niveau des harmoniques qui en résultent sont désignées par "a0" sur les diagrammes. Série de mesures 1 Pour la série de mesures 1, l'instant d'ouverture de la soupape d'échappement 4.11 du premier cylindre 2.1 a été avancé de 5 . La durée d'ouverture n'a pas été modifiée. Les courbes de mesure sont désignées par "al" sur les diagrammes. Série de mesures 2 Pour la série de mesures 2, les instants d'ouverture des deux soupapes d'échappement 4.11 et 4.12 du premier cylindre 2.1 ont été avancés de 5 . La durée d'ouverture n'a pas été modifiée. Les courbes de mesure sont désignées par "a2" sur les diagrammes. Série de mesures 3 Pour la série de mesures 3, les instants d'ouverture des deux soupapes d'échappement 4.11, 4.12, 4.21, 4.22 du premier et du deuxième cylindres 2.1, 2.2 ont été avancés de 5 . La durée d'ouverture n'a pas été modifiée. Les courbes de mesure sont désignées par "a3" sur les diagrammes. Série de mesures 4 Pour cette série de mesures, l'instant d'ouverture de la soupape d'échappement 4.11 du premier cylindre 2.1 a été avancé de 10 . De plus, la durée d'ouverture a été allongée de 10 . Les courbes de mesure sont désignées par a4 sur les diagrammes. Série de mesures 5 Pour la série de mesures 5, les instants d'ouverture des deux soupapes d'échappement 4.11, 4.12 du premier cylindre 2.1 ont été avancés de 10 . La durée d'ouverture a été allongée de 5 . Les courbes de mesure sont désignées par "a5" sur les diagrammes. Série de mesures 6 Pour la série de mesures 6, les instants d'ouverture des deux soupapes d'échappement 4.11, 4.12 du premier cylindre 2.1 ont été avancés de 10 . La durée d'ouverture a été allongée de 10 . Les courbes de mesure sont désignées par "a6" sur les diagrammes. Série de mesures 7 Pour la série de mesures 7, les courbes caractéristiques d'ouverture des deux soupapes d'échappement 4.11, 4.12 du premier cylindre 2.1 ont été modifiées. La durée d'ouverture et l'instant d'ouverture n'ont pas été modifiés. Les courbes de mesure sont désignées par "a7" sur les diagrammes. Série de mesures 8 Pour la série de mesures 8, les instants d'ouverture des deux soupapes d'échappement 4.11, 4.12, 4.21, 4.22 du premier et du deuxième cylindres 2.1, 2.2 ont été avancés de 10 . La durée d'ouverture n'a pas été modifiée. Les courbes de mesure sont désignées par "a8" sur les diagrammes. Série de mesures 9 Pour la série de mesures 9, les instants d'ouverture des deux soupapes d'échappement 4.11, 4.12, 4.21, 4.22 du premier et du deuxième cylindres 2.1, 2.2 ont été avancés de 10 . La durée d'ouverture a été allongée de 10 . Les courbes de mesure sont désignées par "a9" sur les diagrammes. Série de mesures 10 Pour la série de mesures 10, les instants d'ouverture des deux soupapes d'échappement 4.11 et 4.12 du premier cylindre 2.1 ont été retardés de 5 . La durée d'ouverture n'a pas été modifiée. Les courbes de mesure sont désignées par "a10" sur les diagrammes. Série de mesures 11 Pour la série de mesures 11, les instants d'ouverture des deux soupapes d'échappement 4.11, 4.1, 4.21, 4.22 du premier et du deuxième cylindres 2.1, 2.2 ont été avancés de 5 . La durée d'ouverture a été allongée de 5 . Les courbes de mesure sont désignées par "a11" sur les diagrammes. Série de mesures 12 Pour la série de mesures 12, les instants d'ouverture des deux soupapes d'échappement 4.11, 4.12, 4.21, 4.22 du premier et du deuxième cylindres 2.1, 2.2 ont été avancés de 10 . La durée d'ouverture n'a pas été modifiée. Les courbes de mesure sont désignées par "a12" sur les diagrammes. Les figures 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17 montrent que les niveaux des harmoniques respectifs changent en partant de la courbe 0 lorsque les modifications décrites plus haut sont effectuées sur la caractéristique d'ouverture (temps) des deux soupapes d'échappement 4.11, 4.12 du premier cylindre 2.1. La plus grande augmentation du niveau est obtenue dans la série de mesures 8. Ici, la variation de niveau (amplification) est en moyenne de 31 dB environ pour la plage de régime et tous les harmoniques. Certains harmoniques subissent une amplification jusqu'à 50 dB. Les figures 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 montrent que les niveaux des harmoniques concernés varient en partant de la courbe 0 lorsque les modifications décrites plus haut ont été effectuées sur la caractéristique d'ouverture (temps) des soupapes d'échappement 4.11, 4.12, 4.21, 4.22 des deux premiers cylindres 2.1, 2.2. L'augmentation maximale du niveau est obtenue dans la série de mesures 12. Ici, la variation de niveau (amplification) est en moyenne d'environ 24 dB sur la plage de régime et pour tous les harmoniques. Certains harmoniques subissent une amplification jusqu'à 50 dB. Pour toutes les modifications des séries de mesures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, on n'aperçoit pas d'amplification du niveau cumulé sur les figures 17 et 18. Les variations de celui-ci sont inférieures à ldB. Pour toutes les modifications des séries de mesures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, on n'aperçoit pas d'amplification des harmoniques H2 et H4 sur les figures 7, 8, 15, 16. Les variations de fréquence et de niveau, qui sont obtenues par les temps d'ouverture modifiés des soupapes, sont dues aux causes physiques suivantes. Les moteurs à quatre temps ont une périodicité de 720 selon le déroulement de cycle "admission, compression, combustion, expulsion". Pendant cet angle de 720 , les soupapes d'admission et d'échappement s'ouvrent et se ferment régulièrement. I1 n'y a pas de différences entre les cylindres. De ce fait, on obtient une périodicité des bruits de 720 divisés par 8 = 90 pour un moteur à huit cylindres, une périodicité des bruits de 720 divisés par 6 = 120 pour un moteur à six cylindres, une périodicité des bruits de 720' divisés par 5 = 144' pour un moteur à cinq cylindres, une périodicité des bruits de 720 divisés par 4 = 180 pour un moteur à quatre cylindres, une périodicité des bruits de 720 divisés par 3 = 240 pour un moteur à trois cylindres et une périodicité des bruits de 720 divisés par 2 = 360 pour un moteur à deux cylindres. Si la caractéristique d'ouverture d'une soupape est modifiée, la périodicité et éventuellement la phase des bruits sont modifiées. On peut aussi dire qu'un bruit supplémentaire avec une autre périodicité est superposé au bruit régulier. Si un seul cylindre est modifié, le bruit superposé a une périodicité de 720 . Si deux soupapes sont modifiées, deux bruits supplémentaires sont superposés au bruit régulier, de sorte qu'on obtient d'autres interférences qui entraînent la formation d'autres harmoniques à chiffres non entiers, avec une commande de soupapes adaptée. Si l'on modifie la caractéristique d'ouverture de la soupape seulement une fois sur deux, une fois sur trois, une fois sur quatre, etc., il en résulte d'autres fréquences supplémentaires et déphasages qui aboutissent également à la formation d'harmoniques supplémentaires. Dans toutes les séries de mesures, on a utilisé seulement la puissance sonore générée par le moteur 1 pour former les harmoniques, de sorte que l'application de dispositions supplémentaires dévoreuses d'énergie telles que des haut-parleurs, des soupapes d'inversion, etc., s'avère totalement superflue. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. En particulier, les modifications de la caractéristique d'ouverture d'au moins une soupape peuvent n'être activées que dans certaines plages de régime, ou que dans certaines plages de charge du moteur. REVENDICATIONS 1. Procédé pour générer un bruit d'admission et/ou d'échappement riche en fréquences harmoniques et à la sonorité sportive avec des moteurs à quatre temps (1), auxquels est associé un système d'admission (5) et/ou une installation d'échappement (7), caractérisé en ce que la caractéristique d'ouverture d'au moins une soupape d'admission (3.11) et/ou d'au moins une soupape d'échappement (4.11) est modifiée par rapport à la caractéristique d'ouverture des autres soupapes (3.12, 3.21, 3.22, 3.31, 3.32, 3.41, 3.42, 4.12, 4.22, 4.31, 4.32, 4.41, 4.42). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'instant d'ouverture d'au moins une soupape (3.11, 4.11) est modifié. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la durée d'ouverture, la course d'ouverture, la courbe d'ouverture et/ou la courbe de fermeture d'au moins une soupape (3.11, 4.11) est modifiée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la caractéristique d'ouverture d'une soupape (3.11, 4.11) est modifiée seulement une fois sur deux ou sur trois ou sur quatre, etc. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une commande de soupapes électrodynamique est utilisée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la longueur et/ou la section d'au moins l'une des tubulures (6.1 8.1), par lesquelles l'air de combustion est amené au moteur (1) ou les gaz brûlés sont évacués du moteur (1), sont modifiées par rapport à la longueur et/ou la section des autres tubulures (6.2, 6.3, 6.4 ; 8.2, 8.3, 8.4) parallèles. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un résonateur est couplé à au moins l'une des tubulures (6,1 ; 8.1), par lesquelles l'air de combustion est amené au moteur (1) ou les gaz brûlés sont évacués du moteur (1). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une buse, un obturateur, une soupape ou un autre corps actif au niveau de l'écoulement est monté dans au moins l'une des tubulures (6.1, 8.1), par lesquelles l'air de combustion est amené au moteur (1) et les gaz brûlés sont évacués du moteur (1). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les modifications de la caractéristique d'ouverture d'au moins une soupape (3.11, 4.11) sont activées seulement dans certaines plages de régime. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les modifications de la caractéristique d'ouverture d'au moins une soupape (3.11, 4.11) ne sont activées que dans certaines plages de charge.