Brevet FR2867234A1 — publié le 20050909

La présente invention concerne un dispositif d'atténuation acoustique d'un conduit de circulation de gaz d'un moteur thermique ainsi que des systèmes d'admission d'air et d'échappement 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 bruit au niveau des bouches ou orifices des lignes d'admission d'air et d'échappement qui peut être gênant pour le confort acoustique général des occupants du véhicule. En effet, il se crée dans les conduits, un système d'ondes stationnaires générées par la superposition des ondes incidentes et réfléchies aux différentes extrémités. La fréquence de ces ondes est fonction des dimensions des éléments et des conditions aux limites. De part la géométrie de la ligne d'admission d'air par exemple, il existe des fréquences pour lesquelles l'amplitude des pulsations de pression est maximale, c'est le cas des résonances de col d'entrée d'air. A cet effet, il est fréquemment fait appel à des dispositifs d'atténuation acoustique pour traiter les bruits et notamment pour traiter en partie des bruits dits "bruits de bouche d'admission". En plus du problème de bruit, les conduits de circulation de gaz d'un moteur thermique, c'est à dire la ligne d'admission d'air et la ligne d'échappement, sont généralement soumis à d'autres contraintes issues de l'environnement proche, comme la température élevée et les projections d'eau. En particulier, la ligne d'amission d'air doit être le plus étanche possible de façon à éviter les aspirations d'air chaud, ainsi que les éventuelles projections d'eau, qui peuvent nuire fortement au bon fonctionnement du moteur thermique. Pour tenter de résoudre ces problèmes, on connaît des conduits de circulation de gaz pour des moteurs thermiques qui sont équipés de dispositifs de dissipation d'énergie acoustique formés par des orifices ménagés dans la paroi dudit conduit. Mais, ce type de dispositif présente l'inconvénient majeur de ne pas être étanche si bien qu'il peut se produire des aspirations d'eau et/ou d'air chaud. Pour résoudre le problème des bruits, des conduits de circulation de gaz dans un moteur thermique, il est également connu d'utiliser des conduits poreux en fibre de polymère. Les problèmes d'aspiration d'eau et d'air chaud sont résolus en ajoutant sur ce conduit une enveloppe de type "chaussette". Ce type de conduit présente l'inconvénient d'être coûteux du fait du produit en lui-même et de son procédé de fabrication et il crée une perte de charge supplémentaire par rapport à un conduit étanche. De plus, le bruit rayonné par ce type de conduit est supérieur au bruit rayonné par un conduit étanche. On connaît également l'utilisation d'un résonateur de type quart d'onde qui est calé sur la fréquence de résonance à traiter. Ce système présente l'inconvénient d'être particulièrement encombrant si bien qu'il n'est pas toujours aisé de l'implanter dans le compartiment moteur d'un véhicule automobile dans le cas d'une utilisation sur un conduit d'admission d'air. De plus, dans le cas d'une telle utilisation, il crée des anti- résonances qui augmentent le bruit au niveau de l'orifice d'entrée d'air dit "bruit de bouche d'admission" à certaines fréquences autour de leur fréquence de résonance. La présente invention a pour but de proposer un dispositif d'atténuation acoustique d'un conduit de circulation de gaz d'un moteur thermique qui évite les inconvénients précédemment mentionnés et qui est simple à mettre en oeuvre et d'un encombrement réduit. L'invention a donc pour objet un dispositif d'atténuation acoustique d'un conduit de circulation de gaz d'un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte des ouvertures ménagées dans au moins une zone du conduit et une enceinte étanche d'expansion de volume déterminé et recouvrant cette zone, le positionnement de ladite zone sur la longueur du conduit étant déterminé en fonction de la fréquence de résonance de ce conduit à traiter pour créer une rupture d'impédance. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - ladite zone est formée par une zone disposée sensiblement au milieu de la longueur du conduit pour traiter la première fréquence de résonance de ce conduit, - ladite zone est formée par trois zones indépendantes disposées respectivement sensiblement au quart, à la moitié et au trois quarts de la longueur du conduit pour traiter les deux premières fréquences de résonance de ce conduit, - les ouvertures sont centrées par rapport à l'enceinte, - les ouvertures comprennent au moins deux fentes s'étendant parallèlement ou perpendiculairement à l'axe longitudinal du conduit, - les fentes ont une longueur comprise entre 20 et 40 mm et une largeur comprise entre 1 et 4 mm et sont séparées les unes des autres d'une distance comprise entre 10 et 20 mm, - les ouvertures sont formées par des trous circulaires de diamètre compris entre 2 et 6 mm et sont au moins au nombre de six répartis sur au moins deux rangées parallèles, - l'enceinte est en un matériau rigide, - la hauteur de l'enceinte est supérieure à 15 mm et la distance entre le bord de l'enceinte et les ouvertures est supérieure à 15 mm, - l'enceinte a une longueur supérieure d'au moins 30 mm à la distance séparant deux fentes ou deux rangées de trous et une largueur supérieure d'au moins 20 mm à la longueur des fentes ou des rangées de trous. L'invention a également pour objet un système d'échappement et un système d'admission d'air d'un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'atténuation 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 est une vue schématique en élévation d'un système d'admission d'un moteur thermique équipé d'un dispositif d'atténuation acoustique conforme à l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique en perspective d'un premier mode de réalisation du dispositif d'atténuation acoustique conforme à l'invention, - la Fig. 3 est une vue de dessus du dispositif d'atténuation acoustique de la Fig. 2, - la Fig. 4 est une vue schématique en perspective d'un deuxième mode de réalisation du dispositif d'atténuation acoustique conforme à l'invention, - la Fig. 5 est une vue schématique de dessus du dispositif d'atténuation acoustique de la Fig. 4, - la Fig. 6 est une vue schématique de dessus d'un troisième mode de réalisation du dispositif d'atténuation acoustique conforme à l'invention, et - la Fig. 7 représente un graphique des performances mesurées du dispositif d'atténuation acoustique conforme à l'invention. Sur la Fig. 1, on a représenté schématiquement un système d'admission d'air d'un moteur thermique 1 qui comporte, de manière classique, un conduit d'entrée d'air 2 sensiblement cylindrique muni à une extrémité d'un orifice 3 d'entrée d'air et raccordé à l'extrémité opposée à un filtre à air 4. Ce conduit 2 est également appelé "col d'entrée d'air". Le filtre à air 4 est relié au moteur 1 par un raccord 5 muni, de manière classique, d'un boîtier papillon 6 ou d'un doseur. Le conduit d'entrée d'air 2 est équipé d'un dispositif d'atténuation 20 acoustique désigné dans son ensemble par la référence 10. D'une manière générale et ainsi que montré sur les Figs. 1 à 6, le dispositif d'atténuation acoustique 10 comporte des ouvertures 11 ménagées dans au moins une zone du conduit 2 et une enceinte étanche d'expansion 12 de volume déterminé et recouvrant cette zone. Le positionnement sur la longueur "L" du conduit 2 de la zone comportant les ouvertures 11 et l'enceinte étanche 12 est déterminé en fonction de la fréquence de résonance du conduit 2 à traiter pour créer une rupture d'impédance, comme on le verra ultérieurement. Selon un premier mode de réalisation représenté sur les Figs. 2 et 3, les ouvertures 11 sont formées par au moins deux fentes 13 s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du conduit 2. Selon un deuxième mode de réalisation représenté sur les Figs. 4 et 5, les ouvertures 11 comprennent au moins deux fentes 14 s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal du conduit 2. Comme montré sur les Figs. 3 et 5, les fentes 13 ou 14 ont une longueur "Lf' comprise entre 20 et 40 mm et une largeur comprise entre 1 et 4mm. Par ailleurs, les fentes 13 ou 14 sont séparées les unes des autres d'une distance "Df' comprise entre 10 et 20 mm. Selon un troisième mode de réalisation représenté à la Fig. 6, les ouvertures 11 sont formées par des trous 15 circulaires de diamètre compris entre 2 et 6 mm. Ces trous 15 sont au moins au nombre de six répartis sur au moins deux rangées parallèles. D'une manière générale, les ouvertures 11 constituées par les fentes 13 ou 14 ou par les trous 15 sont centrées par rapport à l'enceinte 12. Les ouvertures 11 sont obtenues par perçage du conduit 2, soit directement lors du soufflage ou de l'injection dans le cas où ce conduit 2 est en un matériau thermoplastique, soit par usinage ultérieur dans le cas où ce conduit 2 est en métal. L'enceinte 12 formant un couvercle au-dessus des ouvertures 11 est réalisée en un matériau rigide et est rapportée et soudée sur le conduit 2 de façon à recouvrir complètement la zone comportant les ouvertures 11 La hauteur de cette enceinte 12 est supérieure à 15 mm et la distance "De" (Figs. 3 et 5) entre le bord de ladite enceinte 12 et les ouvertures 11 est supérieure à 15 mm. Enfin, l'enceinte 12 a une longueur "Le" supérieure d'au moins 30 mm à la distance séparant deux fentes 13 ou 14 ou deux rangées de trous 15 et une largeur "le" supérieure d'au moins 2 mm à la longueur des fentes 13 ou 14 ou des rangées de trous 15. Au cours du fonctionnement du moteur thermique, le mouvement alternatif des soupapes du moteur thermique provoque des pulsations de pression au niveau de celles-ci et ces pulsations se propagent notamment dans le conduit 2. La propagation de ces ondes de pression est une source de bruit qui peut-être gênante pour le confort acoustique général des occupants du véhicule automobile. Pour cela, la localisation de la zone comportant les ouvertures 11 sur la longueur "L" du conduit 2 permet d'agir directement sur la résonance traitée. A cet effet, pour traiter la première fréquence de résonance du conduit 2, la zone comportant les ouvertures 11 est formée par une zone disposée sensiblement au milieu de la longueur L du conduit 2. Pour traiter les deux premières fréquences de résonance du conduit 2, la zone comportant des ouvertures 11 est formée par trois zones indépendantes comportant chacune des ouvertures 11 disposées sensiblement au quart, à la moitié et au trois quarts de la longueur "L" dudit conduit 2. Sur la Fig. 7, on a représenté une première courbe en traits mixtes qui montre le niveau de bruit de l'orifice d'entrée 3 du conduit 2 dit "bruit de bouche" sans dispositif d'atténuation et une seconde courbe en trait plein qui montre le niveau du bruit au niveau de cet orifice 3 pour le même conduit 2 équipé d'un dispositif selon l'invention. Le conduit a une longueur de 560 mm environ. La courbe en traits mixtes montre un pic de bruit à la fréquence 305 Hz environ, qui est dû à la première résonance. Les harmoniques 2, 3, 4 et 5, situées aux fréquences respectives de 610 Hz, 915 Hz, 1220 Hz et 1525 Hz ont une amplitude beaucoup plus faible que celle de la première résonance. Un dispositif d'atténuation acoustique, conforme à l'invention, a été disposé sur ce conduit 2 avec deux fentes 14 transversales de longueur de 35 mm chacune, espacées de 20 mm et recouvertes d'une enceintes étanche 12 ayant une longueur de 60 mm, une largeur de 60 mm et une hauteur de 15 mm. La courbe représentée en trait plein sur cette Fig. 7 qui correspond à la courbe de bruit de bouche avec le dispositif d'atténuation acoustique conforme à l'invention montre que la première résonance est bien supprimée, puisque le bruit de bouche est réduit d'environ 20 décibels en moyenne, voire 40 décibels à quelques fréquences, par rapport au conduit sans dispositif d'atténuation acoustique conforme à l'invention. Le dispositif de l'invention s'applique à tout conduit de circulation de gaz et a pour avantage de présenter un encombrement réduit et des performances d'atténuation de bonnes qualités. Le dispositif de l'invention peut ainsi être intégré dans un système 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, c'est à dire dans un environnement dit "sous châssis" en permettant un gain notable de place. Il présente par ailleurs l'avantage d'aspirer ni eau, ni air chaud. De plus, la présence de l'enceinte étanche empêche le rayonnement acoustique du conduit par les ouvertures. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'atténuation acoustique d'un conduit (2) de circulation de gaz d'un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte des ouvertures (10) ménagées dans au moins une zone du conduit (2) et une enceinte étanche d'expansion (12) de volume déterminé et recouvrant cette zone, le positionnement de ladite zone sur la longueur du conduit (2) étant déterminé en fonction de la fréquence de résonance du conduit à traiter pour créer une rupture d'impédance. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone est formée par une zone disposée sensiblement au milieu de la longueur du conduit (2) pour traiter la première fréquence de résonance de ce conduit (2). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone est formée par trois zones indépendantes disposées respectivement sensiblement au quart, à la moitié et au trois quarts de la longueur du conduit (2) pour traiter les deux premières fréquences de résonance de ce conduit (2). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures (11) sont centrées par rapport à l'enceinte (12). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les ouvertures (11) comprennent au moins deux fentes (13; 20 14). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les fentes (13; 14) s'étendent parallèlement ou perpendiculairement à l'axe longitudinal du conduit (2). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que 25 les fentes (13; 14) ont une longueur comprise entre 20 et 40 mm et une largeur comprise entre 1 et 4 mm. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les fentes (13; 14) sont séparées les unes des autres d'une distance comprise entre 10 et 20 mm. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les ouvertures (11) sont formées par des trous (15) circulaires de diamètre compris entre 2 et 6 mm. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les trous (15) sont au moins au nombre de six répartis sur au moins deux rangées parallèles. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'enceinte (12) est en un matériau rigide. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la hauteur de l'enceinte (12) est supérieure à 15 mm. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la distance entre le bord de l'enceinte (12) et les ouvertures (11) est supérieure à 15 mm. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'enceinte (12) a une longueur supérieure d'au moins 30 mm à la distance séparant deux fentes (13; 14) ou deux rangées de trous (15) et une largeur supérieure d'au moins 20 mm à la longueur des fentes (13; 14) ou des rangées de trous (15). 15. Système d'admission d'air de moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14. 16. Système d'échappement thermique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.