Brevet FR2862339A1 — publié le 20050520

La présente invention concerne un dispositif de dissipation d'énergie acoustique dans un moteur thermique ainsi que des systèmes d'échappement et d'admission d'air dans des moteurs thermiques utilisant de tels dispositifs. Dans les moteurs thermiques, le mouvement alternatif des soupapes provoque des pulsations de pression qui se propagent aussi bien dans les lignes d'admission d'air que dans les lignes d'échappement. La propagation de ces ondes de pression est source de bruits au ni-veau des bouches ou orifices des lignes d'admission d'air et d'échappement. A cet effet, il est fréquemment fait appel à des dispositifs de dissipation d'énergie acoustique pour traiter les bruits et notamment pour traiter en partie des bruits dits "bruits de bouche d'amission". Il existe, dans de tels environnements, des dispositifs de dissipation d'énergie acoustique comportant des conduits de passage des gaz qui présentent des orifices débouchant dans des enceintes étanches d'expansion. Ces dispositifs, couramment désignés par l'expression silencieux à trous , permettent de dissiper l'énergie acoustique dans des bandes de fréquence déterminées par le volume de l'enceinte d'expansion, la dimension, le nombre et la répartition des orifices. L'utilisation d'enceintes étanches permet en outre de satisfaire aux exigences de contrôle du flux d'air dans le moteur thermique, ainsi que d'étanchéité par rapport à l'environnement et notamment aux projections d'eau. Cependant, un ensemble prévu avec des orifices et une enceinte d'expansion donnés, permet d'atténuer les bruits dans une plage de fréquences relativement réduite. Ainsi, pour atténuer les bruits dans une large bande de fré- quences s'étendant par exemple de 50 à 1000 Hz, les dispositifs de l'état de l'art comportent un nombre important de conduits présentant chacun des caractéristiques différentes et dont on commande les raccordements en fonction, par exemple, du régime du moteur thermique. De tels dispositifs sont décrits notamment dans les documents US-Al 30 2002-0033302 et US-A-5 739 483. L'utilisation d'une pluralité de conduits aboutit à des dispositifs présentant un encombrement général important, ce qui pose des problèmes d'intégration, notamment dans les véhicules automobiles. Le but de la présente invention est de résoudre ce problème en définissant un dispositif de dissipation d'énergie acoustique capable d'atténuer les bruits dans une large bande de fréquence sonore et d'un encombrement réduit. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de dissipation d'énergie acoustique dans un moteur thermique comprenant au moins un conduit de pas-sage de gaz relié audit moteur thermique, et comportant une pluralité d'orifices débouchant dans une enceinte étanche d'expansion, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'obturation variable de tout ou partie desdits orifices, et des moyens de pilotage desdits moyens d'obturation variable en fonction de paramètres de fonctionnement dudit moteur thermique. Ainsi, grâce à l'utilisation d'un conduit comportant une pluralité d'orifices et des moyens d'obturation variables, le dispositif de l'invention permet l'atténuation de fréquences sonores dans une large bande tout en présentant un encombrement réduit. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - lesdits moyens d'obturation variable comportent un élément d'obturation de forme générale conjuguée à la forme dudit au moins un conduit et mobile par rapport à celui-ci, le positionnement relatif dudit élément d'obturation par rapport audit conduit permettant l'obturation variable desdits orifices. - l'élément d'obturation comporte une partie principale dont la surface correspond sensiblement à la surface de la partie du conduit comportant les orifices et une partie radiale d'extrémité présentant une forme générale pyramidale dont chaque côté présente un profil en marche d'escalier, - lesdits paramètres de fonctionnement dudit moteur thermique corn-25 prennent au moins un paramètre sélectionné dans le groupe de paramètres suivants: - le régime dudit moteur thermique; - la charge dudit moteur thermique; - la température des gaz; - le débit des gaz; et - la consigne moteur. L'invention a également pour objet un système d'échappement et un système d'admission d'air du moteur thermique, caractérisé en ce qu'ils comportent un dispositif de dissipation d'énergie acoustique tel que précédemment mentionné. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 représente une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un dispositif selon'l'invention; et - la Fig.2 représente un graphique théorique des performances du dispositif de la figure 1. Dans le mode de réalisation décrit, le dispositif comporte un conduit 2 sensiblement cylindrique de passage des gaz, s'étendant selon un axe de référence désigné X-X. Ce conduit 2 s'étend d'une entrée de gaz 4 à une sortie de gaz 6, et permet l'écoulement d'un gaz, de manière classique. Il est relié à un moteur thermique, indifféremment en amont sur la ligne d'admission d'air ou en aval, sur la ligne d'échappement. Dans l'exemple, le conduit 2 présente un diamètre D de l'ordre de 65 mm et une épaisseur E de l'ordre de quelques millimètres. Le conduit 2 présente en outre une section comportant une pluralité d'orifices désignés par la référence numérique générale 8 dont le nombre, les dimensions et la répartition sont connus. Par exemple, les orifices 8 sont disposés à intervalles réguliers sur une partie seulement de la périphérie du conduit 2, le long de génératrices du conduit 2 et alignés perpendiculairement à ces génératrices. Dans l'exemple, les orifices 8 sont au nombre de vingt répartis en quatre lignes de cinq et présentent tous la même épaisseur correspondant à l'épaisseur E du conduit soit préférentiellement de 1,5 mm pour un conduit 2 en acier et 2,5 mm pour un conduit 2 réalisé en matériau thermoplastique. Les orifices 8 ont tous le même diamètre de l'ordre de 2 à 10 mm et préférentiellement de 6 mm. Les orifices 8 débouchent dans une enceinte 10 étanche d'expansion, au travers de laquelle le conduit 2 s'étend. Dans le mode de réalisation décrit donné à titre non limitatif, l'enceinte 10 a une forme générale de parallélépipède rectangle s'étendant le long de l'axe X-X, traversée en son milieu et dans sa plus grande longueur par le conduit 2 et présente un volume total utile d'expansion de 2,2 L correspondant à son volume total diminué du volume traversant du conduit 2. Chaque jonction entre l'enceinte 10 et le conduit 2 est rendue étanche à l'aide de techniques classiques telles que la mise en place de joints à lèvres ou toute autre technique équivalente. Dans le cadre de l'invention, le dispositif comporte des moyens d'obturation variable des orifices 8 qui sont formés par un élément d'obturation 12 de forme générale conjuguée à la forme du conduit 2. De préférence, l'élément d'obturation est constitué par un coulis-seau 12 en forme générale de section de cylindre ouvert, c'est à dire avec des extrémités radiales non jointives. Ce coulisseau 12 est monté en rotation sur le conduit 2 autour de l'axe X-X au niveau de la section comportant les orifices 8. Ainsi que montré à la figure 1, le coulisseau 12 comporte une partie principale 13 en forme de portion de cylindre et dont la surface correspond sensiblement à la surface de la partie du conduit 2 comportant les orifices 8. Le coulis-seau 12 comporte également une partie radiale d'extrémité 14 ménagée sur une extrémité longitudinale de la partie principale 13. La partie radiale 14 présente une forme générale pyramidale dont chaque côté 14a présente un profil en marche d'escalier s'étendant entre une extrémité longitudinale de la partie principale 13 et une extrémité distale 16 de la partie radiale 14. L'espacement longitudinal et radial de ces marches d'escalier, correspond sensiblement à l'espacement longitudinal et radial des orifices 8. Le guidage en rotation du coulisseau d'obturation 12 est assuré de manière classique à l'aide par exemple d'ergots ou de rainures de guidage non représentés. Les frottements entre les conduits 2 et le coulisseau 12 et les bruits résultant, sont minimisés par l'utilisation de matériaux adéquats tels que des ma- tériaux plastiques ou encore l'interposition de roulements à billes. Le coulisseau d'obturation 12 est en outre solidaire d'une crémaillère 18 disposée autour du conduit 2 et également réalisée en matière plastique pour limiter les frottements et les bruits. La crémaillère 18 engrène avec une roue dentée 20 disposée à l'extérieur du conduit 2 et d'axe parallèle à l'axe X-X. La roue dentée 20 est entraînée par un moteur pas à pas 22, tous deux étant disposés à l'intérieur de l'enceinte 10 et à l'extérieur du conduit 2 et 5 étant fixés à l'aide de moyens classiques non représentés. Le moteur pas à pas 22 est relié pour sa commande et son alimentation à un dispositif de commande 24, par exemple un calculateur moteur, grâce à un câble 26 traversant la paroi de l'enceinte 10 de manière étanche. Le dispositif de commande 24 est prévu pour recevoir une pluralité de paramètres de fonctionnement du moteur thermique afin de générer une commande d'obturation transmise au moteur pas à pas 22 au travers du câble 26. Par exemple, cette commande d'obturation prend en compte des paramètres de régime moteur, de charge de moteur, de température des gaz, de débits de gaz, de consigne d'accélération, ou encore de tout autre paramètre intervenant pour la régulation du fonctionnement du moteur thermique et de l'admission ou de l'échappement des gaz. Avantageusement, le dispositif de commande 24 intègre une cartographie liant entre eux des paramètres de fonctionnement des moteurs et une commande d'obturation. Diverse méthodes, classiques dans leur mise oeuvre, peuvent être utilisées indifféremment pour générer une telle commande d'obturation. En fonctionnement, le dispositif de commande reçoit un certain nombre de paramètres de fonctionnement du moteur thermique et délivre une commande d'obturation en fonction. A la réception de la commande d'obturation, le moteur pas à pas 22 commande la rotation de la roue dentée 20, de manière à entraîner en rotation le coulisseau d'obturation 12 grâce à la crémaillère annuaire 18. Le coulisseau d'obturation 12 est donc déplacé en rotation, de manière à obturer tout, partie ou aucun des orifices 8 du conduit 2. Dans le mode de réalisation décrit, la commande du moteur pas à pas 22 est faite de manière à ce qu'un pas du moteur entraîne la rotation de la roue dentée 20 pour un déplacement du coulisseau 12 de manière radiale d'une dis-tance correspondant à l'espacement entre deux orifices 8. Ainsi les orifices 8 du conduit 2 se trouvent soit dans un état ouvert soit dans un état obturé. La variation du nombre d'orifices dégagés et permettant l'écoulement des gaz entre l'intérieur du conduit 2 et l'enceinte 10, permet d'obtenir une atténuation des bruits dans des plages de fréquences variables. Le dispositif de l'invention permet ainsi de commander un ensemble donné enceinte 10 et conduit 2 à orifices 8 pour permettre l'atténuation des bruits dans diverses bandes de fréquence, de sorte que le dispositif est piloté en fonction de la fréquence sonore à atténuer. Sur la figure 2, des graphiques représentant des courbes calculées d'atténuation des bruits dans un dispositif de l'invention en fonction de la fré- quence des bruits et du nombre d'orifices ouverts, sont représentées. Ces courbes sont obtenues par simulation et représentent le niveau d'atténuation en ordonnée, en fonction de la fréquence sonore, représentée en abscisse. Chaque courbe différente correspond à un nombre donné d'orifices dégagés qui est indiqué sur la figure 2. Par exemple, l'ouverture de deux orifices sur vingt, permet d'obtenir une atténuation de l'ordre de 9 décibels à 110 Hz, l'ouverture de six orifices sur vingt permet d'obtenir une atténuation de l'ordre de 9 décibels à 190 Hz, l'ouverture de onze orifices sur vingt permet d'obtenir une atténuation de 9 décibels à 250 Hz, l'ouverture de seize orifices sur vingt, permet d'obtenir une atté- nuation de 9 décibels à 300 Hz et l'ouverture des vingt orifices permet d'obtenir une atténuation de l'ordre de 9 décibels à 330 Hz. Le dispositif de l'invention permet donc, grâce à la commande du nombre d'orifices dégagés et obturés, d'obtenir une courbe globale du dispositif correspondant au maximum de toutes les courbes d'atténuation. Il apparaît ainsi que le dispositif de l'invention présente un encombrement réduit et des performances d'atténuation de bonne qualité dans une large bande de fréquence et notamment dans la bande de fréquences, s'étendant entre 150 et 800 Hz environ. Le dispositif de l'invention peut ainsi être intégré dans une ligne d'admission d'air, c'est-à-dire dans un environnement dit sous capot d'un véhicule automobile ou encore dans un système d'échappement, soit dans un environnement dit sous châssis en permettant un gain notable de place. Bien entendu, dans le cas où le dispositif est placé dans un système d'échappement, il convient de prendre en compte les contraintes liées aux risques de projection ainsi qu'aux températures élevées. D'autres variantes de l'invention peuvent être envisagées et notam- ment, les formes et déplacements de l'élément d'obturation peuvent varier. Par exemple, cet élément est de forme cylindrique et se déplace de manière axiale le long du conduit 2. De plus, l'élément d'obturation peut présenter divers profils d'extrémité d'obturation en fonction de la répartition des orifices sur le conduit. Par ailleurs, la commande de déplacement de l'élément d'obturation peut être électrique, mécanique, pneumatique ou hydraulique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de dissipation d'énergie acoustique dans un moteur thermique comprenant au moins un conduit (2) de passage de gaz relié audit moteur thermique, et comportant une pluralité d'orifices (8) débouchant dans une en- ceinte étanche d'expansion (10), caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (12, 14, 16) d'obturation variable de tout ou partie desdits orifices (8), et des moyens (20, 22, 24) de pilotage desdits moyens (12, 14, 16) d'obturation variable en fonction de paramètres de fonctionnement dudit moteur thermique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation variable comportent un élément d'obturation (12, 14, 16) de forme générale conjuguée à la forme dudit au moins un conduit (2) et mobile par rapport à celui-ci, le positionnement relatif dudit élément d'obturation (12, 14, 16) par rapport audit conduit (2) permettant l'obturation variable desdits orifices (8). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément d'obturation (12) comporte une partie principale (13) dont la surface correspond sensiblement à la surface de la partie du conduit (2) comportant les orifices (8) et une partie radiale d'extrémité (14) présentant une forme générale pyramidale dont chaque côté (14a) présente un profil en marche d'escalier. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits paramètres de fonctionnement dudit moteur thermique comprennent au moins un paramètre sélectionné dans le groupe de paramètres suivants: - le régime dudit moteur thermique; - la charge dudit moteur thermique; - la température des gaz; - le débit des gaz; et - la consigne moteur. 5. Système d'échappement de moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Système d'admission d'air de moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.