Brevet FR2843999A1 — publié le 20040305

*14. 2843999 DISPOSITIF ACTIF D'ATTENUATION DU BRUIT DE BOUCHE AU NIVEAU D'UN CONDUIT D'ECHAPPEMENT OU D'ADMISSION Domaine technique: L'invention se rattache au domaine de la réduction des émissions acoustiques. L'invention vise à réduire les bruits de bouche générés par des écoulements pulsés tels que par exemple l'échappement ou l'admission d'un moteur alternatif, ou bien encore l'admission d'un compresseur alternatif. Elle trouve une application toute particulière sur les véhicules à moteur thermique, et 10 notamment les véhicules automobiles, utilitaires ainsi que les engins stationnaires. Technique antérieure: De façon générale, il est reconnu que les bruits de bouche générés par l'écoulement des gaz d'échappement sont une des principales sources de 15 nuisances sonores d'un véhicule équipé d'un moteur à explosion. Les autres sources de nuisances sonores résident dans le bruit des pièces mécaniques au sein du moteur lui-même, le bruit de combustion, le bruit aérodynamique, le bruit de roulement, etc... Plus précisément, les bruits de bouche générés par les gaz d'échappement ou l'air admis peuvent s'analyser en une onde sonore se 20 propageant à partir de l'extrémité du conduit. Différentes solutions ont été proposées pour réduire l'intensité sonore générée par ces bruits de bouche. Dans une première approche, il a été proposé d'équiper le conduit d'échappement d'un papillon mobile, dont le déplacement est 25 commandé pour faire varier les pertes de charge du conduit d'échappement. Cette variation instantanée de pertes de charge du conduit est commandée selon un signal élaboré à partir d'un capteur mesurant la variation de pression à l'entrée du conduit d'échappement, de façon à minimiser les fluctuations de débit et de pression en sortie de la ligne, responsables du bruit émis par la bouche. Un tel 30 dispositif présente certains inconvénients, notamment en ce qui concerne la motorisation nécessaire pour assurer le déplacement du papillon, car elle exige des temps de réponse suffisamment courts. En outre, le papillon s'opposant au flux d'échappement doit présenter une rigidité suffisante qui se traduit généralement par une augmentation de sa masse et donc une plus grande difficulté à en commander le déplacement. Par ailleurs, ce type de dispositif présente des limitations dans son bon fonctionnement lorsque le conduit d'échappement est équipé de dispositifs tels qu'un filtre à particules, générant de fortes pertes de charges, et notamment une perte de charge variable. En effet, et en particulier sur les véhicules à moteur 10 diesel, les réglementations imposent de mettre en place des filtres à particules dont le principe consiste à accumuler les particules entraînées par les gaz d'échappement, au sein du conduit d'échappement. Au fur et à mesure de l'encrassement de ce filtre à particules, les pertes de charge qu'il génère, sont variables, et typiquement dans un rapport de 1 à 4 ou plus. Ces pertes de charge 15 supplémentaires variables perturbent fortement la régulation des placements du déplacement du papillon à mettre en oeuvre. Dans une autre approche, il a été également proposé d'injecter une onde de contre-bruit au niveau du conduit d'échappement et typiquement au sein du 20 dispositif de silencieux formant une cavité disposée sur le parcours des gaz d'échappement. Une telle solution est par exemple décrite dans le document WO-00/05489. La source de contre-bruit implantée dans le silencieux est commandée à partir d'un signal issu d'un capteur disposé en amont sur le conduit d'échappement. Un des inconvénients de ce type de dispositif réside, d'une part, 25 dans le fait que la source de contre-bruit subit la pression moyenne qui règne dans le silencieux et qui peut atteindre des valeur élevées lorsqu'il s'agit du filtre à particules colmaté. D'autre part, la source de contre-bruit se trouve directement exposée aux températures très élevées produites par la régénération du filtre. Une autre inconvénient majeur réside dans le fait que le filtre à particules présente 30 des caractéristiques acoustiques très variables en fonction de son état de colmatage. Ainsi, parmi les ondes mesurées par le capteur placé à son entrée, la part de celles qui se propagent vers la bouche de sortie et la part de celles qui sont réfléchies vers l'amont sont variables ce qui nécessite une évolution ad hoc de la stratégie de correction, faute de quoi le résultat obtenu est loin d'être optimal. Un problème que se propose de résoudre l'invention est celui de permettre une atténuation du bruit de bouche qui soit efficace, et ce malgré l'emploi d'un filtre à particules dont l'influence sur les caractéristiques du flux d'échappement est par principe variable. Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est celui de fournir un système robuste qui ne subisse pas les influences de la température des gaz d'échappement ainsi que la variation de température. Un autre problème que cherche à résoudre l'invention est celui de fournir 15 une onde de contre-bruit qui soit toujours le plus strictement possible opposée au bruit émis par la bouche, malgré la variation de colmatage d'un filtre à particules. Exposé de l'invention: L'invention concerne donc un dispositif d'atténuation du bruit de bouche 20 généré au niveau de l'extrémité d'un conduit d'échappement ou d'admission relié à une source d'écoulement pulsé, tel qu'un moteur thermique, ou un compresseur alternatif par exemple. Conformément à l'invention, ce dispositif se caractérise en ce qu'il 25 comporte: - au moins deux capteurs disposés à l'intérieur du conduit, entre la bouche du conduit et la source d'écoulement pulsé, et décalés spacialement les uns par rapport aux autres, - des moyens électroniques de traitement des signaux issus desdits capteurs, 30 aptes à générer des signaux correspondants à une onde de contre-bruit, 4. - au moins une source électro-acoustique, disposée à proximité directe de la bouche du conduit, et commandée par les signaux correspondants de l'onde de contre-bruit. Autrement dit, le dispositif conforme à l'invention assure la captation de l'onde de pression qui se propage le long du conduit d'échappement par l'intermédiaire de plusieurs capteurs décalés spacialement, ce qui permet de déterminer non seulement la forme et l'amplitude, mais également le moment o cette onde de pression se présentera à la bouche, en analysant le décalage 10 entre les signaux issus de capteurs différents. En outre, ces capteurs sont placés suffisamment en amont de l'extrémité du conduit, et donc de la source de contre-bruit pour permettre une élaboration précise et fidèle de l'onde de contre-bruit en compensant les temps de réponse de la source électroacoustique. Enfin, la source électroacoustique est disposée non pas l'intérieur 15 du conduit d'échappement mais à l'extérieur de ce dernier, ce qui fait qu'elle n'est pas soumise aux fortes températures des gaz d'échappement, et au contact de substances éventuellement corrosives. Cette source électro-acoustique est disposée de telle manière que l'onde de contre-bruit qu'elle émet provient d'un point qui est très proche du point d'émission de l'onde de bouche, de façon que 20 la stricte opposition de phase entre bruit et contre bruit obtenue à la bouche se conserve dans tout l'espace o ces deux ondes se propagent. En pratique, lorsque le conduit est équipé d'une cavité jouant le rôle de silencieux, ou de filtre à particules notamment, les capteurs sont disposés entre 25 cette cavité et l'extrémité du conduit. De la sorte, on s'affranchit des perturbations pouvant affecter l'onde de pression lorsqu'elle se propage à l'intérieur de ce type de cavité. Dans une forme particulière de réalisation, le dispositif peut également 30 comprendre un capteur additionnel, disposé à proximité de l'extrémité du conduit, et relié aux moyens de traitement. Un tel capteur permet de constater, à l'extérieur du conduit et en un point représentatif du volume extérieur à protéger, les erreurs de correction, de manière à corriger en conséquence les paramètres qui interviennent dans l'algorithme de calcul des signaux de commande des sources de contre- bruit. Un tel capteur permet notamment d'adapter cet algorithme vis à 5 vis des paramètres extérieurs variant de façon lente, tels que la température, ou la pression atmosphérique. En pratique, on considère qu'il est préférable que les capteurs soient éloignés de l'extrémité du conduit d'une distance de l'ordre du mètre. Cette 10 distance, pour les fréquences de l'ordre du kiloHertz permet un temps de traitement suffisant avec des moyens électroniques conventionnels du type microprocesseurs de traitement du signal (DSP). En pratique également, on préfère que les capteurs soient éloignés les uns 15 des autres d'une distance de l'ordre du décimètre, ce qui permet de discriminer sans difficultés la phase de l'onde de pression pour une ganmme de fréquences allant jusqu'au kiloHertz environ. Dans une forme particulière, particulièrement avantageuse de réalisation, les 20 sources électro-acoustiques peuvent être disposées dans une virole annulaire, concentrique avec l'extrémité du conduit, de sorte que l'onde de contre-bruit est émise à partir d'une zone centrée sur l'axe du conduit. Le maintien de la stricte opposition entre l'onde de bruit et de l'onde de contre-bruit lors de la propagation de celles-ci à toute distance de la bouche en est donc favorisée. 25 Toutefois, d'autres architectures peuvent être employées dans lesquelles les sources de contre-bruit sont simplement disposées à proximité de l'extrémité du conduit, de préférence, dans le cas ou elles sont multiples avec une répartition équilibrée autour du conduit. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description des modes d'exécution qui suivent, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: - La figure 1 est un schéma illustrant la disposition des différents organes du dispositif conformément à l'invention, équipant un conduit d'échappement. - La figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif conformément à l'invention appliquée à un conduit d'admission. Manières de réaliser l'invention Comme évoqué, l'invention concerne un dispositif d'atténuation des nuisances sonores engendrées par les bruits de bouche d'un conduit d'échappement, de véhicule automobiles notamment. L'application à un tel circuit d'échappement est illustrée à la figure 1. Le dispositif actif (1) objet de la présente 15 invention est placé en sortie de la ligne d'échappement (3) située elle-même en sortie du moteur (2). La ligne d'échappement (3) comprend différentes tubulures (4,7) permettant de canaliser les gaz d'échappement (5) jusqu'à un ensemble composé par exemple d'un silencieux (6) et d'un filtre à particules (8) agencé pour retenir une fraction des particules solides entraînées par les gaz d'échappement 20 (5). Toutefois, la présente invention couvre également l'application du dispositif d'atténuation actif décrit à des lignes d'échappement de tous types, comprenant un simple silencieux, ou un volume de détente relié à un silencieux par une tubulure, ou bien encore un filtre anti-particules utilisé seul, des volumes additionnels, quel que soit l'agencement de ces composants. 25 Conformément à l'invention, le dispositif d'atténuation (1) comprend au moins deux capteurs (15,16) disposés sur la tubulure (9), directement en aval de la ligne d'échappement (3). Ces capteurs de pression, peuvent être du type microphone à membrane capacitif ou inductif, microphone piézoélectrique ou de 30 tout autre type. Ces deux capteurs (15) (16) élaborent des signaux électriques représentatifs de l'onde de pression se propageant dans le conduit (9). Ces signaux électriques sont acheminés à destination d'un calculateur (17) équipés de moyens de traitement et de calcul, pouvant notamment inclure des processeurs de traitement du signal (DSP). Ces moyens de traitement (17) sont 5 programmés pour déterminer l'amplitude de l'onde qui se présentera à la bouche et l'instant o elle s'y présentera, à partir de chaque signal élaboré par les capteurs (15,16), compte tenu de la distance (d) séparant les deux capteurs le long du chemin de propagation des gaz. Ce calcul repose sur la détermination de la vitesse de propagation de cette onde à partir du déphasage entre les signaux des capteurs (15) et (16). Il pourra séparer les ondes incidentes se propageant depuis les capteurs vers la bouche des ondes réfléchies se propageant depuis la bouche vers les capteurs. Cette élaboration peut tenir compte de différents paramètres et notamment de la forme du conduit en aval des capteurs (15,16) et des pertes de charge correspondantes. D'autres paramètres tels que la température ou autre peuvent être également pris en compte. En fonction, de l'évaluation de cette onde de bouche, les moyens de traitement (17) élaborent un signal de contre-bruit correspondant à l'onde qui combinée avec l'onde de bouche est destinée à réduire l'intensité sonore émise en étant le plus strictement possible opposée à celle-ci. En fonction du temps de propagation estimé de l'onde dans les des gaz d'échappement, les moyens de traitement (17) commandent avec le décalage temporel nécessaire à la compensation des temps de réponse des sources électroacoustiques (20,21) situées à proximité de l'extrémité (10) du conduit (9). Ces sources électro-acoustiques peuvent être de type très variées et notamment être 30 formées par des hauts-parleurs, des chambres de compression, ou autres. Les moyens de traitement sont également programmés pour tenir compte des temps de montée de ces différentes sources électro-acoustiques, correspondant au décalage entre l'émission d'une onde sonore par la source électro-acoustique par rapport au signal électrique de commande. Dans la forme préférable illustrée, les sources électro-acoustiques (20, 21) sont disposées en périphérie d'une virole annulaire (22) disposée concentriquement avec le conduit (9). Le centre de symétrie de cette virole (22) correspond donc au centre de l'extrémité (10) du conduit (9), de sorte que le point virtuel correspondant au centre d'émission de l'onde de contre bruit est confondu 10 avec le point d'émission de l'onde de bouche. Dans la forme illustrée, la virole annulaire (22) est équipée de deux sources électro-acoustiques (20) (21) qui débouchent à l'intérieur de la virole (22). Toutefois, un nombre supérieur des sources peut être envisagé sans sortir du cadre 15 de l'invention. De même, les sources électro-acoustiques de contre-bruit peuvent être disposées non pas dans une virole (22) concentrique, mais présenter une ou plusieurs chambres de sortie orientées parallèlement à la sortie du conduit (9). Les sources électro- acoustiques de contre-bruit peuvent aussi être disposées à proximité de la sortie (10) en les fixant sur tout support approprié. 20 De façon optionnelle, un capteur supplémentaire (25) est disposé à proximité de l'extrémité (10) du conduit dans une zone o l'onde de bouche et l'onde de contre-bruit se combinent. Ce capteur (25) est relié aux moyens de traitement (17), ce qui permet d'effectuer une contre- réaction permettant de 25 corriger certaines erreurs de traitement. En pratique, ces erreurs de correction permettent de modifier certains paramètres de l'algorithme de calcul des signaux de commande des sources de contre-bruit qui varient de façon lente dans le temps tels que notamment la 30 température extérieure ou la pression atmosphérique. En pratique, les capteurs (15,16) sont éloignés des sources de contrebruit d'une distance (D) de l'ordre du mètre, ce qui autorise un décalage temporel de quelques millisecondes à partir de la captation, pour l'élaboration du signal de contre-bruit et la commande de la source électro-acoustique, en prenant en compte son temps de montée. Comme déjà évoqué, l'invention est également adaptée pour le traitement des ondes de bouche générées dans un conduit d'admission et ce comme illustré à la figure 2. Dans ce cas, l'onde de bouche a été mise au niveau de l'extrémité (30) 10 d'entrée du conduit (39). Deux capteurs (35,36) sont disposés en amont du filtre à air (38). Les moyens de traitement (37) effectuent le même type de calcul pour l'élaboration de l'onde de contre-bruit qui sera émise par les sources électroacoustiques (40) (42). Il ressort de ce qui précède que le dispositif conforme à l'invention présente de multiples avantages et notamment celui d'estimer avec anticipation le bruit qui sera émis par la bouche du conduit, de façon à pouvoir effectuer les corrections nécessaires pour prédéterminer le signal de commande de l'émetteur de contrebruit. En outre, les capteurs de pression ne subissent par de pressions moyennes 20 élevées dans le cas o le filtre à particules ou le filtre à air sont colmatés. Par ailleurs, les fonctions de transfert plus ou moins complexes des silencieux, et variables lorsqu'un filtre est utilisé, ne sont pas à prendre en compte dans l'algorithme de traitement des signaux. -10 REVENDICATIONS -1- Dispositif d'atténuation du bruit de bouche généré au niveau d'un conduit d'échappement (9) ou d'admission (39) relié à une source d'écoulement pulsée (2) 5 tel qu'un moteur thermique (2) ou un compresseur alternatif caractérisé en ce qu'il comporte: - au moins deux capteurs (15) (16) disposés à l'intérieur du conduit, entre la bouche (10) dudit conduit (9) et la source d'écoulement pulsée (2) et décalés spacialement l'un par rapport à l'autre; - des moyens électroniques de traitement (17) des signaux issus desdits capteurs (15) (16), aptes à générer des signaux correspondant à une onde de contre-bruit; - au moins une source électro-acoustique (20,21) disposée à l'extérieur et à proximité directe de l'extrémité (10) du conduit (9), et commandée par les 15 signaux correspondant à l'onde de contre-bruit -2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit est équipé d'une cavité (8), jouant le rôle de silencieux ou du filtre à particules notamment, et en ce que les capteurs (15,16) sont disposés entre ladite cavité (8) et l'extrémité 20 (10) du conduit. -3- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte également au moins un capteur additionnel (24), disposé à proximité de l'extrémité (10) du conduit (9), et relié aux moyens de traitement (17). 25 -4- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les capteurs (15,16) sont éloignés de l'extrémité (10) du conduit d'une distance (D) de l'ordre du mètre. -5- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs (15,16) sont écartés les uns des autres d'une distance (d) de l'ordre du décimètre. 11- -6- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sources électroacoustiques (20) (21) sont disposées dans une virole annulaire (22) concentrique avec l'extrémité (10) du conduit (9). Déposant: Mandataire: COMPTOIR DE LA TECHNOLOGIE Cabinet LAURENT et CHARRAS