Brevet FR2927590A1 — publié le 20090821

� SYSTEME D'ECRAN ACOUSTIQUE POUR VEHICULE AUTOMOBILE �. [0001] La présente invention concerne un système de type écran acoustique dont une des fonctions recherchées est d'atténuer le bruit engendré par une source acoustique située typiquement dans le compartiment moteur d'un véhicule automobile. [0002] Les bruits émis par les moteurs à combustion interne dans des applications automobiles font l'objet de travaux de plus en plus importants, que ce soit pour améliorer le confort des passagers ou pour abaisser le niveau sonore des véhicules automobiles vers l'extérieur. Ces travaux se poursuivent essentiellement selon deux axes. Un premier est de rechercher des solutions qui permettent d'atténuer le plus possible l'intensité des sources de bruit et un deuxième est de mettre en place des systèmes d'écrans acoustiques qui vont absorber par voie aérienne le bruit rayonné par la source. [0003] Ainsi, de nombreux bruits engendrés par les moteurs à combustion interne sont traités par des artifices acoustiques passifs, tels que des tubes quart d'ondes et des résonateurs combinés avec des caches, et par extension tous les milieux et matériaux absorbants classiques. L'étendue de leur domaine d'efficacité peut varier considérablement d'une conception à une autre. Ainsi, les artifices acoustiques passifs classiques sont souvent accordés au voisinage d'une fréquence à laquelle la plus grande atténuation du bruit est obtenue. Les matériaux comme les mousses acoustiques traitent souvent des bandes de fréquences plus étendues. [0004] De nombreux concepts existent pour réaliser un système d'écran acoustique. On en utilise notamment pour atténuer les bruits émanant de la partie haute d'un moteur à combustion interne, appelée � haut-moteur �, qui se trouve en regard de la tôle d'un capot moteur d'un véhicule automobile. Parmi ces concepts, on trouve par exemple des écran multi-couches qui utilisent un effet acoustique lié à la cavité formée par une couche d'air et/ou une couche d'un matériau absorbant disposé(s) entre une première paroi perforée et une seconde paroi non perforée. De nombreuses variantes existent, selon lesquelles on ajoute, par exemple, des cloisons pour former des alvéoles ou selon lesquelles il y a, par exemple, absence de matériau insonorisant ou absence de plaque perforée. Par exemple, pour absorber le bruit en provenance du haut-moteur on utilise souvent deux systèmes d'écrans, qui se superposent dans le sens de la hauteur. L'un est fixé sur le haut-moteur et assure sa prestation acoustique de manière autonome et l'autre est le capot muni ou non d'une matière insonorisante, optimisé, lui aussi, de manière autonome. [0005] Un dispositif allant dans le sens de cette démarche de superposition est proposé dans le document FR-A-2 882 540. Il s'agit d'un dispositif multi-couches visant à traiter les bruits émis par le haut-moteur. Ce dispositif insonorisant comprend un couvercle encapsulant fixé sur le haut-moteur, un corps insonorisant disposé entre ledit couvercle et le capot moteur, et le capot moteur lui-même. Aussi bien le couvercle encapsulant que le composant insonorisant sont formés en au moins deux couches, dont l'une constitue respectivement un couvercle ou un support et dont l'autre est réalisée en un matériau insonorisant. Cette solution utilise beaucoup de constituants différents mis en série pour obtenir une insonorisation. [0006] Le but de la présente invention est, en revanche, d'obtenir une atténuation significative du bruit engendré par une source acoustique telle un moteur thermique dans le compartiment moteur d'un véhicule automobile, avec le moins de matériaux et éléments constitutifs insonorisants possible au sein du compartiment moteur et en utilisant des couplages entre sous-ensembles ou entre couches, au lieu de les superposer simplement en série les uns des autres. [0007] Le but de l'invention est atteint avec un système d'écran acoustique atténuant le bruit engendré par une source acoustique disposée dans le compartiment moteur d'un véhicule automobile. [0008] Selon l'invention, le système d'écran acoustique comprend trois sous-ensembles. Le premier est constitué par une paroi du compartiment moteur, appartenant à la structure du véhicule. Le deuxième est la couche d'air comprise entre ce premier sous-ensemble et le troisième sous-ensemble, ce dernier étant la paroi ou écran perforé(e) qui est solidaire du moteur. [0009] La présente invention propose donc de limiter l'émissivité acoustique d'un moteur thermique en associant deux composants disjoints, mais existant déjà dans le compartiment moteur d'un véhicule automobile, à savoir le premier et le troisième sous-ensemble précédemment définis. L'association, ou couplage, entre ces deux sous-ensembles est réalisé par le deuxième, à savoir la couche d'air, et l'existence d'une certaine porosité du troisième sous-ensemble. Le système d'écran acoustique résultant de cette association n'est donc pas d'un seul tenant, contrairement à un certain nombre d'inventions déjà existantes, mais utilise à dessein le couplage acoustique entre le premier et le troisième sous-ensemble via la couche d'air qui les sépare. [0010] Une caractéristique majeure de l'invention est ainsi que la lame d'air très souvent présente dans les concepts d'écrans acoustiques multi-couches est celle existant entre une paroi ou écran lié à la structure du véhicule et une paroi ou écran lié au moteur. 4 [0011] Le système d'écran acoustique selon l'invention peut avoir aussi l'une au moins des caractéristiques ci-après, considérées isolément ou selon toute combinaison techniquement possible : •. le premier sous-ensemble porte, sur une face orientée vers la source acoustique, une couche d'un matériau insonorisant ; • le troisième sous-ensemble est une paroi ou écran perforé(e), réalisé(e) par exemple en matière plastique, ayant une épaisseur prédéterminée ; • le troisième sous-ensemble est composé de deux parois, ou plus, 1 o espacées par de l'air ; • les évidements ou perforations réalisé(e)s dans ce troisième sous-ensemble comportent des rebords faisant saillie sur une des faces ou sur les deux faces où elles débouchent, les ouvertures n'étant pas nécessairement en vis-à-vis dans le cas de parois multiples ; 15 le troisième sous-ensemble est composé de deux parois ou coques perforées ou plus, ayant des caractéristiques pouvant être différentes, comportant entre elles une ou plusieurs lames d'air et des cloisonnements, ces cloisonnements pouvant être eux-aussi perforés et/ou acoustiquement poreux. 20 le troisième sous-ensemble comprend, sur tout ou partie des faces des parois perforées, un tissu ; • les parois perforées composant le troisième sous-ensemble ont un taux de perforation compris entre 0,5 % et 20 % ; • les évidements des parois perforées composant le troisième sous-25 ensemble ont un rayon moyen inférieur à 3 mm ; • l'épaisseur de la couche d'air formant le deuxième sous-ensemble est de l'ordre de 1 à 20 cm. [0012] Le but de l'invention est atteint aussi avec un véhicule automobile 3 0 comprenant un système d'écran acoustique tel que défini et décrit ci-avant. [0012] Sans que cela limite l'étendue des applications de la présente invention, on évoquera dans la suite un mode de réalisation parmi d'autres de l'invention, où le premier sous-ensemble du système d'écran acoustique est le capot du véhicule portant un éventuel matériau insonorisant et où le troisième sous-ensemble est une paroi perforée fixée sur le haut-moteur, réalisée typiquement en matière polyamide comme le sont les écrans dits � cache-style � utilisé avant l'invention. [0013] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation de l'invention. La description est faite en référence aux dessins dans lesquels : • la figure 1 représente la face interne d'un écran acoustique haut-moteur classique, vu du côté du matériau absorbant revêtant une paroi réalisée en polyamide ; • la figure 2 représente en coupe un concept fréquent d'écran acoustique multi-couches comportant une cavité acoustique ; • la figure 3 représente, sous la forme d'une vue éclatée, un exemple de réalisation d'un système d'écran acoustique selon l'invention, appliqué à un véhicule automobile ; • la figure 4 représente, en une coupe transversale, la disposition d'un système d'écran acoustique selon l'invention, appliquée au haut- moteur d'un véhicule automobile; • la figure 5 représente en coupe deux exemples de modes de réalisation du premier sous-ensemble du système selon l'invention ; • la figure 6 représente en coupe cinq exemples de modes de réalisation du troisième sous-ensemble du système selon l'invention ; et • la figure 7 représente des courbes d'absorption 5 acoustique possibles selon différents modes de réalisation de l'invention. [0014] Une idée qui est à la base de l'invention est donc (i) de pourvoir d'évidements la ou les parois formant écran et lié(e)s au moteur et d'utiliser 10 celle(s)-ci comme la première paroi d'un système d'écran acoustique standard souvent appelé � perforé à double paroi � qui utilise des effets de résonateurs de Helmholtz ; (ii) d'utiliser le capot moteur lui-même, souvent revêtu d'un matériau acoustiquement absorbant, 15 comme seconde paroi de ce système d'écran acoustique et (iii) d'utiliser comme couche d'air celle qui sépare ces deux parois, à savoir l'air ambiant du compartiment moteur existant nécessairement entre les deux autres couches, pour établir à dessein un couplage acoustique 20 entre celles-ci et créer par ce biais une dissipation d'énergie acoustique, avec des mécanismes similaires à ceux agissant dans les résonateurs de Helmholtz classiques, à savoir des mécanismes de dissipation dus aux mouvements et vibrations de l'air vers la surface du 25 col des perforations faites dans les parois. [0015] La figure 1 représente un exemple de système d'écran acoustique utilisé avant l'invention pour atténuer les bruits émanant d'un haut-moteur. Il est composé d'une paroi Cl sur laquelle est fixée un 30 absorbant acoustique C2. La paroi Cl est réalisée en polyamide (PA6) et ne présente pas de perforations. L'absorbant C2 est une mousse polyuréthane, fixée en quelques points par soudage thermique. L'écran est accroché sur le haut-moteur, qui regarde la face traitée 35 par l'absorbant C2. [0016] La figure 2 représente un concept générique d'écran � perforé à double paroi �, vu en coupe transversale. Il est composé d'une première paroi rigide et non perforée P1 éventuellement recouverte d'une couche sur une de ses faces, d' une [0017] La figure 3 représente un mode de réalisation selon les dispositions de l'invention sous la 10 forme d'une vue éclatée dans laquelle on retrouve : le capot du véhicule (a) portant une couche insonorisante (b), par exemple en feutre ; une couche d'air (c) ; une paroi rigide (d) comportant des perforations (e), fixée sur le haut- moteur (m). 15 [0018] Comme cela est représenté sur la figure 4, la paroi rigide (d) pourvue de perforations (e) est fixée sur le haut-moteur par des plots de fixation (f). [0019] Les paramètres importants à prendre en compte pour la mise au point de ce mode de réalisation de 20 la présente invention sont notamment : • l'épaisseur, la rigidité, la masse et la capacité d'amortissement structural des parois rigides utilisées dans le premier et le troisième sous-ensemble ; 25 • les dimensions de la couche d'air comprise entre les deux parois du système ; • la présence d'absorbants acoustiques additionnels sur les parois et leurs caractéristiques (ex. . pour un feutre ou une mousse, son coefficient 30 d'absorption) ; • l'aire de chacun des éléments ; • la proximité du système avec la source acoustique, comme le haut-moteur ; de matériau couche d'air P4. absorbant P2 P3 et d'une seconde paroi rigide perforée • les tailles, formes et densité des perforations ou évidements (e) pratiqués dans le troisième sous-ensemble (d). [0020] Un avantage parmi d'autres du système d'écran acoustique proposé dans cette invention est la possibilité de traiter des plages de fréquences plus basses que celles habituellement traitées par des écrans simples, par exemple de type � cache-style �. [0021] Un autre avantage parmi d'autres de l'invention proposée est de réduire le nombre d'éléments composant le système d'écran et donc potentiellement de diminuer sa masse, son coût, son encombrement. [0022] Un paramètre important est l'épaisseur D de la couche d'air séparant la capot (a) de la paroi perforée (d). Généralement cette épaisseur est de l'ordre de quelques centimètres (entre 3 et 10 cm typiquement). [0023] Les figures 5 et 6 détaillent différents modes de réalisation respectivement du capot (a) et de la paroi (d) du système d'écran acoustique selon l'invention. [0024] Pour le capot (a), on peut envisager par exemple : • un capot nu, c'est-à-dire une plaque mince de 25 tôle ou d'aluminium (a) (figure 5a) ou • un capot formé d'une plaque mince de tôle ou d'aluminium (a) garni sur sa face intérieure d'une couche (b) d'un insonorisant de type feutre, mousse, ou laine de verre (figure 5b). 30 • Et pour la paroi rigide perforée (d), on peut envisager par exemple : • une paroi de type plaque ou coque perforée réalisée en matière plastique d'épaisseur moyenne E, dont la surface comprend un certain nombre de perforations de rayon moyen R, séparés en d'une distance moyenne B et conférant une certaine porosité acoustique à cette paroi (figure 6a) ; • une paroi comme décrit précédemment, dont les évidements (e) (trous allongés, trous coniques, pavillons, etc. : toutes les formes et sections de trous peuvent convenir) débouchent dans des excroissances (g,h) de la surface de l'écran regardant le moteur (figures 6b et 6c) ; • un assemblage de deux parois perforées du type de celles décrites précédemment, comportant entre elles une lame d'air et dont les distributions et types de perforations peuvent différer sur chacune des parois (figure 6d) ; • une plaque perforée du type de celles décrites précédemment recouverte d'un tissu (k), ayant une porosité pré-déterminée, sur sa surface supérieure et/ou inférieure (figure 6e). [0025] La distribution et le type des perforations pratiquées sur les parois rigides font partie des 25 paramètres importants, qui vont influer sur la mise au point acoustique du système d'écran et vont définir notamment son domaine fréquentiel d'efficacité. De nombreuses distributions et variantes sont possibles, tous types d'évidements, de perforations et d'espacements 30 et tous types de distributions surfaciques sont envisageables. [0026] D'autres paramètres sont influents sur la mise au point et l'efficacité de l'invention, notamment 10 15 20 les niveaux d'absorption maximum et les largeurs de bandes fréquentielles traitées. [0027] Ainsi, suivant les architectures choisies pour le capot (a), les parois rigides (d) et l'épaisseur de la couche d'air (c) les séparant, on peut obtenir un écran qui atténuera le bruit avec une efficacité maximum sur une bande plus ou moins large de fréquences. [0028] A titre d'exemple, voici deux dimensionnements (au ler ordre) possibles pour la partie écran haut-moteur en supposant une distribution assez uniforme des trous sur l'écran : Configuration 1 : R = 0,5 mm B tel que taux perforation = 2,5 % E = 2 mm D = 5 cm Configuration 2 : R = 1 mm de B tel que taux de perforation = 10 % E= 5 mm D= 5 cm [0029] La figure 7 donne un exemple de courbes d'absorption réalisables avec un écran acoustique selon l'invention. Les courbes représentent le coefficient d'absorption en fonction de la fréquence en Hertz du bruit. Selon les différents paramètres utilisés, on peut notamment cibler certaines plages fréquentielles à traiter. [0030] Notons que pour certains dimensionnements la présence d'un matériau insonorisant sur le capot moteur a du véhicule n'est pas indispensable. Cela peut par exemple être le cas de la configuration 1 du tableau ci avant. [0031] La présente invention améliore les concepts existants en permettant de : • dégager du volume fonctionnel en face supérieure, où les contraintes sont particulièrement sévères à cause par exemple des règles des crash tests ; • avoir un système insonorisant globalement plus économique ; • réduire potentiellement la masse des traitements acoustiques embarqués sur le véhicule ; • traiter des gammes de fréquences que les traitements actuels n'atteignent pas nécessairement. • L'originalité de l'invention est en effet : • d'éviter d'employer des matériaux absorbants supplémentaires dans le véhicule, par rapport aux architectures classiques existantes ; • de coupler acoustiquement plusieurs composants existant déjà dans une automobile et ayant chacun leur fonction propre, pour leur faire remplir, dans leur ensemble et par couplage, une nouvelle fonction d'atténuation acoustique, c'est-à-dire réaliser une association entre deux ou éventuellement trois composants. 20 REVENDICATIONS 1. Système d'écran acoustique pour atténuer le bruit engendré par une source acoustique disposée dans le 5 compartiment moteur d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend, comme premier sous-ensemble, une paroi ou ensemble solidaire de parois du compartiment moteur (a,b) rattachés à la structure du véhicule ; comme deuxième sous-ensemble, une couche d'air 10 (c) ambiante couplant acoustiquement le premier sous-ensemble à, troisième sous-ensemble, une paroi perforée ou ensemble solidaire de parois perforées (d), avec des perforations (e), rattachés au moteur installé dans le compartiment moteur du véhicule. 15 2. Système d'écran acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier sous-ensemble est composé du capot véhicule refermant le compartiment moteur et des parois à fonction 20 insonorisantes lui étant éventuellement rattachées, et en ce que le troisième sous-ensemble est rattaché au haut-moteur. 3. Système d'écran selon la revendication 1 ou 2, 25 caractérisé en ce que le troisième sous-ensemble est une plaque ou une coque perforée, réalisée en matière plastique, ayant une rigidité, une masse, un amortissement structural, une épaisseur moyenne et un taux moyen de perforation prédéterminés. 30 4. Système d'écran selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le troisième sous-ensemble est composé plus, de deux parois ou coques perforées (dl,d2) ou ayant des caractéristiques pouvant être 35 différentes, comportant entre elles une ou plusieurs lames d'air (d3) et des cloisonnements, cescloisonnements pouvant être eux-aussi perforés et/ou acoustiquement poreux. 5. Système d'écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les perforations (e) pratiquées sur les parois du troisième sous-ensemble comportent des rebords (g,h) faisant saillie sur une des faces ou sur les deux faces de tout ou partie des parois perforées. 6. Système d'écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le troisième sous-ensemble comprend comme parois une matière tissée (k) ayant une certaine porosité, éventuellement placée à proximité d'une face d'une autre paroi du même sous- ensemble. 7. Système d'écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les perforations (e) des parois du troisième sous-ensemble représente un taux de perforation moyen compris entre 0,5 et 20 8. Système d'écran selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le rayon moyen (R) des évidements (e) est inférieur à 3 mm. 9. Système d'écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'épaisseur 30 (D) de la couche d'air (c) séparant le premier sous-ensemble (a) et le troisième sous-ensemble (d) est comprise entre 1 cm et 20 cm. 10. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il 35 comprend un système d'écran acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.