Brevet FR2959566A1 — publié le 20111104

La présente invention se rapporte à un dispositif de ligne d'échappement pour banc d'essai de moteur à combustion interne, en particulier de véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement une ligne d'échappement pour l'étude de moteurs monocylindres dont le comportement de l'échappement est représentatif d'un moteur multicylindre. Un tel banc comprend pour l'essentiel un moteur à combustion interne, un circuit d'admission d'air pour le moteur avec tous les éléments permettant d'obtenir une qualité d'air d'admission, tel qu'un air suralimenté, et une ligne d'échappement dans laquelle circule les gaz d'échappement résultant de la combustion d'un mélange carburé dans le moteur. Cette ligne d'échappement comprend un conduit raccordé par une de ses extrémités à la sortie des gaz d'échappement de la culasse du moteur, une canalisation connectée, d'une part, à l'autre des extrémités du tube et, d'autre part à un premier récipient, dit petite bonbonne. La sortie de cette petite bonbonne est reliée par une conduite à un autre récipient creux, dénommé grande bonbonne, cette grande bonbonne étant de plus grand volume que la petite bonbonne. La sortie de cette grande bonbonne porte un tuyau qui permet d'évacuer les gaz d'échappement vers tous dispositifs de traitement de ces gaz et/ou vers d'autres dispositifs d'analyse. De plus, une multiplicité de capteurs (température, pression,...) sont placés sur le moteur et/ou sur les différents éléments de la ligne. Ces capteurs sont reliés à un système d'acquisition et de traitement des données reçues par ces capteurs. Un tel banc est plus particulièrement utilisé avec un moteur monocylindre qui offre une meilleure flexibilité quant à la variabilité des configurations envisageables en fonction des essais à réaliser. L'utilisation d'un monocylindre permet également d'isoler un cylindre unique afin de ne pas récupérer des perturbations en provenance des cylindres adjacents, comme c'est le cas pour un moteur multicylindre. Par cela, la compréhension des phénomènes physiques en est facilitée et à moindre coût. Il a été déterminé que les pressions de l'échappement d'un cylindre d'un moteur multicylindre se compose généralement d'un pic de pression au voisinage du point mort bas échappement du moteur pour ce cylindre, suivi d'une oscillation de pression d'amplitude décroissante sensiblement régulièrement en aval de chaque pic jusqu'aux environs du point mort haut de ce cylindre. Cette oscillation se termine au début d'un nouveau pic de pression généré par un autre cylindre en phase d'échappement. Pour un moteur monocylindre, à l'ouverture de la soupape d'échappement, la pression d'échappement présente un pic de pression suivi d'oscillations de grande amplitude. Ces oscillations sont dues à la résonance de l'onde de pression initiale dans la ligne d'échappement. Lorsque cette soupape est fermée, cette pression à l'échappement présente encore des fluctuations de pression mais dont l'amplitude décroît jusqu'à l'ouverture suivante de la soupape d'échappement créant un nouveau pic de pression. Ceci est mieux illustré par la courbe 2 de la figure 2 qui sera mieux explicitée dans la suite de la description. Pour l'exploitation concrète des résultats d'essai obtenus sur un moteur monocylindre pour des moteurs multicylindres, il est nécessaire de valider ces résultats sur un moteur multicylindre. Du fait des oscillations de pression différentes généralement observées entre moteur monocylindre et multicylindre, la transposition des résultats d'essai obtenus sur un moteur monocylindre vers un moteur multicylindre n'est pas directement possible. Il est notoire que la représentativité des pressions à l'échappement est 30 très importante car elle conditionne la quantité de gaz brûlés résiduels enfermée dans le cylindre. Ceci a un impact fort sur le fonctionnement de ce moteur, en particulier au niveau du déroulement de la combustion et/ou de l'apparition du cliquetis. Par cela, la forte différence de comportement en terme de pression d'échappement lors de transposition des résultats d'essais du moteur monocylindre vers le moteur multicylindre entraine des déterminations de paramètres du moteur, notamment la PMI et l'avance à l'allumage, qui sont imprécises, voire fausses. Ceci a pour effet de perturber le bon déroulement du fonctionnement de ce moteur en provoquant par exemple une consommation excessive de carburant ou une puissance insuffisante par rapport à la demande du conducteur. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients ci-dessus par la disposition sur la ligne d'échappement de dispositifs simples qui permettent une adaptation facile sur un moteur multicylindre des résultats obtenus à partir du moteur monocylindre. A cet effet, la présente invention concerne une ligne d'échappement pour banc d'essai de moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, comprenant deux récipients de volumes différents placés en série l'un par rapport à l'autre et à distance du moteur, un tube de liaison entre l'un des récipients et les moyens d'échappement du moteur, une conduite de raccordement entre les deux récipients, et un tuyau de sortie des gaz d'échappement de l'autre des récipients, caractérisée en ce que la ligne d'échappement comprend au moins un dispositif atténuateur des fluctuations de pression des gaz d'échappement. Au moins un dispositif atténuateur de pression peut être placé entre les moyens d'échappement du moteur et le récipient situé le plus près du moteur. Deux dispositifs atténuateur de pression peuvent être placés sur le tube de liaison. Dans le cas où le tube de liaison comprend un conduit raccordé à une canalisation de plus grande section que le conduit, l'un des dispositifs atténuateurs de pression peut être placé sur le conduit alors que l'autre de ces dispositifs peut être placé sur la canalisation. Avantageusement, le dispositif atténuateur de pression peut comprendre 10 un résonateur de Helmholtz. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître maintenant à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : 15 - La figure 1 qui illustre schématiquement la ligne d'échappement pour un banc d'essai d'un moteur monocylindre selon l'invention et - la figure 2 qui montre les différentes courbes de pression à l'échappement en fonction de l'angle de vilebrequin [°V] pour un moteur monocylindre selon l'invention (Courbe 1) et un moteur monocylindre selon l'art 20 antérieur (Courbe 2). Sur la figure 1, le banc d'essai est illustré uniquement avec les éléments nécessaires à la bonne compréhension de l'invention et plus particulièrement avec le moteur à combustion interne 10, ici de type essence à allumage 25 commandé, et avec la ligne d'échappement 12. Pour la clarté de la description qui suit, les éléments du banc d'essai, tel que le châssis du banc, les capteurs ainsi que le système d'acquisition/traitement des données reçues par ces capteurs, et le circuit 30 d'admission d'air ont été omis sur cette figure. Le moteur 10 est un moteur monocylindre avec un bloc carter 14 comportant un cylindre dans lequel coulisse un piston et une culasse 16 fermant le haut du cylindre. Cette culasse porte au moins un moyen d'échappement 18 avec une tubulure d'échappement 20 contrôlée par une soupape d'échappement 22 et au moins un moyen d'admission 24 avec une tubulure associée à une soupape d'admission. La ligne d'échappement 12 comprend un conduit 26, de préférence de section circulaire, avec une de ses extrémités raccordée à la tubulure d'échappement 20 et l'autre de ses extrémités connectée à une canalisation 28. La canalisation 28, également de préférence de section circulaire, aboutit à l'entrée 30 d'un premier récipient 34, dit petite bonbonne. Cette petite bonbonne vise à atténuer l'amplitude des ondes de pression créée par l'ouverture de la soupape d'échappement du moteur et se propageant dans le reste de la ligne d'échappement. Sur la figure 1, la canalisation 28 est de plus grand diamètre que le conduit 26 en étant raccordée à celui-ci par un cône de liaison 32 mais il peut être envisagé que la canalisation et le conduit soient de même diamètre. Ainsi, le conduit 26 raccordé par le cône 32 à la canalisation 28 forme un tube de liaison entre les moyens d'échappement du moteur et la petite bonbonne. La sortie 36 de cette petite bonbonne est reliée à l'entrée 38 d'un deuxième récipient 40, dénommée grande bonbonne, par une conduite 42, avantageusement de section circulaire. La grande bonbonne 40 possède la particularité d'avoir un volume plus grand que celui de la petite bonbonne de manière à assurer un noeud de pression à l'échappement. La sortie 44 de la grande bonbonne est raccordée à un tuyau 46 qui permet d'évacuer les gaz d'échappement vers tous dispositifs de traitement de ces gaz et/ou vers d'autres dispositifs d'analyse (non représentés). Dans cette configuration, un capteur de pression (non représenté) a été 30 placé à la sortie de la tubulure d'échappement et a permis d'obtenir les résultats comme illustré par la courbe 2 de la figure 2. Comme visible sur cette figure, l'ouverture de la soupape d'échappement 22 entraine une brusque variation de pression Pp à l'entrée de la ligne d'échappement 12. Cette variation de pression Pp est suivie d'oscillations de pression de grande amplitude sur une zone d'angle de vilebrequin Pg correspondant à la phase durant laquelle la soupape d'échappement est ouverte. Puis, sur une zone d'angle de vilebrequin Pf où la soupape d'échappement est fermée, l'oscillation de la pression d'échappement persiste, même si son amplitude est atténuée, avec des fréquences qui dépendent de la géométrie de la ligne d'échappement. Pour pouvoir atténuer les oscillations indésirables de pression avant et après le pic de pression à l'échappement, il est prévu de placer au moins un dispositif atténuateur de pression 48, 50 sur la ligne d'échappement et en particulier entre la tubulure d'échappement et la petite bonbonne 30, comme cela est illustré sur la figure 1. Plus particulièrement, il est prévu de placer au moins un résonateur de Helmholtz en dérivation sur le conduit 26 et/ou sur la canalisation 28. De manière avantageuse, deux résonateurs de Helmholtz 48, 50 sont placés à distance l'un de l'autre, l'un 48 des résonateurs sur le conduit 26 et l'autre 50 de ces résonateurs sur la canalisation 28. Les résonateurs de Helmholtz permettent de gommer les oscillations de pression à une fréquence particulière, dite fréquence de résonance, qui apparaissent en entrée de ces résonateurs 48 et 50, soit donc certaines des oscillations de pression se propageant dans les conduits 26 et 28. La fréquence de résonance des résonateurs de Helmholtz est à choisir en fonction des fréquences de résonance de la ligne d'échappement. Les dimensions des résonateurs de Helmholtz dépendent de leur fréquence de résonance (correspondant à la fréquence des oscillations de pression parasites dans la ligne d'échappement qui serait gommée). Par conséquent, les dimensions des résonateurs de Helmholtz dépendent directement de la géométrie de la ligne d'échappement et peuvent varier a priori dans de larges proportions. Au moins deux fréquences parasites sont observées dans la ligne d'échappement. Par conséquent, ces deux fréquences de résonance sont à atténuer et, dès lors, deux jeux de dimensions différents sont utilisés pour les résonateurs de Helmholtz. Grâce à cette disposition de deux résonateurs l'une à la suite de l'autre sur les conduits 26 et 28, la courbe de pression obtenue, pour un moteur monocylindre, est très proche de celle induite par la bouffée de pression due à chaque cylindre d'un moteur multicylindre, comme cela est illustré par la courbe 1 de la figure 2. En effet, les oscillations de pression dans la zone Pf sont amorties quand la soupape échappement est fermée et la courbe de pression est sensiblement plane. Lorsque la soupape d'échappement est ouverte, la pression atteint un pic Pp' et décroît de manière sensiblement uniforme sur la zone Pg jusqu'à la fermeture de cette soupape en générant des pulsations de pression sensiblement décroissant régulièrement. REVENDICATIONS1) Ligne d'échappement pour banc d'essai de moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, comprenant deux récipients (34, 40) de volumes différents placés en série l'un par rapport à l'autre et à distance du moteur, un tube de liaison (26, 28) entre l'un (34) des récipients et les moyens d'échappement du moteur (18), une conduite de raccordement (42) entre les deux récipients, et un tuyau de sortie des gaz d'échappement (46) de l'autre (40) des récipients, caractérisée en ce que la ligne d'échappement comprend au moins un dispositif atténuateur des fluctuations de pression (48, 50) des gaz d'échappement. 2) Ligne d'échappement pour banc d'essai selon la revendication 1, caractérisée en ce que au moins un dispositif atténuateur de pression (48, 50) est placé entre les moyens d'échappement (18) du moteur et le récipient (34) situé le plus près du moteur. 3) Ligne d'échappement pour banc d'essai selon la revendication 1 ou 2, 10 caractérisée en ce que deux dispositifs atténuateur de pression (48, 50) sont placés sur le tube de liaison. 4) Ligne d'échappement pour banc d'essai selon la revendication 3 dans laquelle le tube de liaison comprend un conduit (26) raccordé à une canalisation 15 (28) de plus grande section que le conduit, caractérisée en ce que l'un (48) des dispositifs atténuateurs de pression est placé sur le conduit (26) alors que l'autre (50) de ces dispositifs est placé sur la canalisation (28). 5) Ligne d'échappement pour banc d'essai selon l'une des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce que le dispositif atténuateur de pression comprend un résonateur de Helmholtz.