Brevet FR3033406A1 — publié le 20160909

BANC D'ESSAI POUR LA CARACTERISATION DE BRUIT DE DECHARGE D'UN SYSTEME DE SURALIMENTATION DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE [0001] La présente invention porte sur un banc d'essai pour la caractérisation d'un bruit de décharge d'un système de suralimentation de moteur à combustion interne de véhicule automobile. [0002] Comme cela est illustré à la figure 1, une ligne d'admission d'air 1 d'un moteur 2 suralimenté comporte de façon connue en soi un filtre à air 3, un compresseur 5 de turbocompresseur, et une vanne de dosage 6 de l'air, prenant en général la forme d'un volet papillon, disposés sur une branche principale 7. La ligne d'admission 1 comporte en outre un conduit de décharge 10 qui est situé en dérivation de la branche principale 7 entre un point aval et un point amont du compresseur 5. A cet effet, une extrémité du conduit de décharge 10 est reliée à la branche principale 7 au travers d'un piquage 11 réalisé dans le carter du filtre à air 3. La ligne d'admission 1 comporte également une valve de décharge 12 apte à interdire ou permettre une circulation d'un fluide à l'intérieur du conduit de décharge 10. [0003] Dans le cas où le moteur thermique 2 est suralimenté, et lors d'une phase de décélération du véhicule automobile, le volet papillon 6 est placé en position fermée, c'est- à-dire dans une position diminuant un passage d'air à l'intérieur de la ligne d'admission 1. [0004] Le compresseur 5, qui possède une inertie propre, continue néanmoins de comprimer l'air d'admission. Il en découle une surpression temporaire qui est susceptible d'entraîner un phénomène d'inversion du flux appelé "pompage" à l'intérieur du compresseur 5. Il en résulte éventuellement une détérioration du compresseur 5. [0005] Le conduit de décharge 10 met en communication la ligne d'admission 1 en aval et en amont du compresseur 5, selon un sens de circulation d'air à l'intérieur de la ligne d'admission 1. Lors de la phase de décélération, une telle mise en communication, qui est modulée par la valve de décharge 12, permet de minimiser le phénomène de pompage. [0006] Toutefois, lors de l'ouverture de la valve 12, des nuisances sonores, éventuellement amplifiées par le filtre à air 3, sont susceptibles d'être entendues par un 3033406 2 utilisateur du véhicule automobile, ce qu'il est souhaitable d'éviter. Il est connu de calibrer le conduit de décharge 10 pour atténuer de telles nuisances sonores, ce qui présente l'inconvénient majeur de réduire les performances de la fonction de décharge. [0007] On préfère donc mettre en oeuvre d'autres solutions basées sur l'intégration d'un 5 dispositif de réduction du bruit de décharge, appelé aussi silencieux, intégré dans le filtre à air 3. Toutefois, il existe un grand nombre de paramètres (configuration du silencieux, positionnement du silencieux dans le filtre, technologie de silencieux utilisé, etc...) ayant un effet sur la performance acoustique du système. Il existe donc le besoin de développer un banc d'essai permettant de simuler le phénomène de décharge, afin de pouvoir 10 sélectionner le dispositif ayant des paramètres optimaux en termes de réduction du bruit de décharge. [0008] L'invention vise à répondre efficacement à ce besoin en proposant un banc d'essai pour la caractérisation de bruit de décharge d'un système de suralimentation de moteur à combustion interne suralimenté, caractérisé en ce que 15 ledit banc d'essai comporte: - un dispositif de production d'air comprimé, - une partie d'une ligne d'admission en relation avec ledit dispositif de production d'air comprimé comportant un filtre à air muni d'un dispositif de réduction du bruit de décharge dont les performances acoustiques sont à évaluer, et 20 - un dispositif de prise de son apte à mesurer un niveau sonore d'un bruit de décharge apparaissant lors d'une simulation d'un phénomène de décharge. [0009] L'invention permet ainsi d'évaluer les performances acoustiques de différents silencieux en simplifiant le phénomène de décharge, afin de sélectionner celui présentant les caractéristiques les mieux adaptées à la réduction du bruit de décharge 25 pour un type de moteur particulier. [0010] Selon une réalisation, ledit dispositif de production d'air comprimé comporte un réservoir dont le volume et la pression de départ correspondent à un volume et à une surpression susceptibles d'apparaître en aval d'un compresseur lors d'une fermeture d'une vanne de dosage pour des conditions de fonctionnement du moteur données. 30 [0011] Selon une réalisation, les conditions de fonctionnement du moteur données sont les plus sévères possibles vis-à-vis du bruit de décharge. 3033406 3 [0012] Selon une réalisation, pour des conditions de fonctionnement du moteur correspondant à un régime de l'ordre de 2000tr/min en pleine charge, ledit réservoir contient un volume de 4,5 Litres d'air comprimé sous 250 kilo Pascals à libérer en 0,1 seconde. 5 [0013] Selon une réalisation, ladite partie de ladite ligne d'admission comporte une vanne de décharge apte à s'ouvrir pour libérer l'air comprimé contenu dans ledit réservoir de manière à simuler un phénomène de décharge. [0014] Selon une réalisation, ladite vanne de décharge est à commande électrique. [0015] Selon une réalisation, ladite partie de ladite ligne d'admission comporte en outre 10 un tube de décharge assurant une communication entre une sortie de ladite vanne de décharge et ledit filtre à air. [0016] Selon une réalisation, ledit dispositif de prise de son comporte au moins un microphone situé en entrée d'un col d'entrée d'air dudit filtre à air. [0017] Selon une réalisation, ledit dispositif de prise de son comporte en outre: 15 - un microphone situé au niveau de ladite vanne de décharge, - un microphone situé au niveau d'un piquage du tube de décharge dans ledit filtre à air, et - un microphone situé à l'intérieur dudit filtre à air et sur un plan de joint extérieur dudit filtre à air. [0018] Selon une réalisation, ledit banc d'essai comporte des moyens informatiques de 20 hiérarchisation de différents dispositifs de réduction de bruit de décharge testés. [0019] L'invention a également pour objet un ensemble comprenant un véhicule automobile muni d'un moteur thermique sous le capot ayant une ligne d'admission d'air et d'un habitacle, et le banc d'essai décrit plus haut, tel que la ligne d'admission d'air du moteur thermique est couplée à la ligne d'admission du banc d'essai. 25 [0020] De préférence, cet ensemble comprend un dispositif de prise de son additionnel au dispositif de prise de son du banc d'essai, un des dispositifs de prise de son étant disposé sous le capot du véhicule et l'autre dans l'habitacle du véhicule. [0021] Avantageusement, les deux dispositifs de prise de son sont couplés l'un à l'autre. 3033406 4 [0022] En effet, coupler le véhicule muni de son groupe motopropulseur au banc d'essai de l'invention est très avantageux, car cela permet d'estimer le niveau sonore du bruit de décharge qui vient, en conditions de roulage réel d'un véhicule à moteur thermique, s'ajouter au niveau sonore en fonctionnement normal du moteur thermique en question. 5 Utiliser à la fois l'information du niveau sonore sous le capot mais aussi dans l'habitacle, rend l'estimation du niveau sonore de l'ensemble (bruit de décharge + bruit du moteur) très fiable et extrêmement proche de la réalité, ce qui permet de diminuer grandement les tests grandeur nature sur route, voire de n'en conserver qu'un seul, en tant de validation, après que les tests sur banc d'essai seul puis sur l'ensemble banc + véhicule aient donné 10 les résultats sonores attendus. [0023] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0024] La figure 1, déjà décrite, est une représentation schématique d'une ligne 15 d'admission d'air de moteur à combustion interne suralimenté; [0025] La figure 2 est une représentation schématique d'un banc d'essai pour la caractérisation d'un bruit de décharge selon la présente invention; [0026] La figure 3 est une représentation graphique des spectres de pression acoustique en tiers d'octave pour le circuit d'admission seul et pour 20 différentes configurations de silencieux; [0027] La figure 4 montre des représentations graphiques d'une source acoustique principale d'un moteur en fonctionnement pendant le phénomène de décharge pour des configurations avec et sans silencieux; [0028] La figure 5 montre des représentations graphique de l'émergence de puissance 25 acoustique entre une configuration de référence et une configuration avec silencieux à bloc de mousse, ainsi que des représentations de la source acoustique dans différentes bandes de fréquences correspondantes; [0029] La figure 6 est une représentation graphique de l'émergence d'une puissance acoustique pour différentes configurations de masquage du circuit d'admission. 30 [0030] La figure 2 montre un banc d'essai 20 pour la caractérisation de bruit de décharge d'un système de suralimentation de moteur à combustion interne suralimenté. 3033406 5 [0031] Ce banc d'essai 20 comporte un dispositif de production d'air comprimé 21 en relation avec une partie d'une ligne d'admission 22 comportant un filtre à air 25 muni d'un dispositif de réduction du bruit de décharge 26, dit aussi silencieux, dont les performances acoustiques sont à évaluer. En outre, un dispositif de prise de son 29 est apte à mesurer 5 le niveau sonore d'un bruit de décharge apparaissant lors de la simulation d'un phénomène de décharge. [0032] Plus précisément, le dispositif de production d'air comprimé 21 comporte un réservoir 32 de grande capacité, par exemple de l'ordre de 100 Litres, connecté d'une part au réseau d'air 33 par l'intermédiaire d'une vanne 34 de type quart de tour, et d'autre part 10 à un deuxième réservoir 35 dont l'air contenu est destiné à être déchargé dans le filtre à air 25. [0033] Le réservoir 35 contient de l'air dont le volume et la pression de départ correspondent à un volume et à une surpression susceptibles d'apparaître en aval d'un compresseur lors d'une fermeture d'une vanne de dosage pour des conditions de 15 fonctionnement du moteur données. Le volume et la pression d'air contenu dans le réservoir 35 pourront être adaptés respectivement via l'actionnement d'une vanne 38 de type quart de tour et d'un dispositif de réglage de pression 39. En outre, un filtre 40 est de préférence intercalé entre la vanne 38 et le réservoir 35. [0034] Les conditions de fonctionnement du moteur à simuler sont les plus sévères 20 possibles vis-à-vis du bruit de décharge. Pour des conditions de fonctionnement du moteur correspondant à un régime de l'ordre de 2000tr/min en pleine charge, le réservoir 35 contient un volume de 4,5 Litres d'air comprimé sous 250 kilo Pascals à libérer en 0,1 seconde. [0035] Par ailleurs, la partie de la ligne d'admission 22 comporte un tube de décharge 43 25 assurant une communication entre une sortie d'une vanne de décharge 44 et le filtre à air 25, via un piquage réalisé dans le carter du filtre à air 25 débouchant au niveau du silencieux 26 à tester. Cette vanne de décharge 44 est apte à s'ouvrir pour libérer l'air comprimé contenu dans le réservoir 35 de manière à simuler un phénomène de décharge. La vanne de décharge 44 est de préférence à commande électrique. 30 [0036] Le filtre à air 25 comporte un compartiment situé en amont d'un média filtrant ayant un col d'entrée d'air 47 communicant avec une bouche d'aspiration et un compartiment situé en aval du média filtrant communicant avec une entrée du compresseur. 3033406 6 [0037] Par ailleurs, le dispositif de prise de son 29 comporte un microphone 291 situé en entrée du col d'entrée d'air 47 du filtre à air 25. De préférence, le dispositif de prise de son 29 comporte en outre un deuxième microphone 292 situé au niveau de l'électrovanne de décharge 44, un troisième microphone 293 situé au niveau du piquage du tube de 5 décharge 43 dans le filtre à air 25, et un quatrième microphone 294 situé à l'intérieur du filtre à air 25 et sur un plan de joint extérieur du filtre à air 25. [0038] Le banc d'essai 20 comporte également des moyens informatiques 295 de hiérarchisation des différentes solutions évaluées, constitués notamment par un microprocesseur apte à traiter les signaux issus des microphones 291-294, une interface 10 homme-machine comportant par exemple un écran associé à un clavier, ainsi qu'un logiciel adapté permettant de générer des graphiques représentatifs des niveaux sonores mesurés. Le principal indicateur acoustique utilisé pour hiérarchiser les solutions entre elles est le microphone 291 placé dans le col d'entrée d'air 47 à partir du signal duquel le microprocesseur calcule le spectre en tiers d'octave. L'incertitude de mesure est égale à 15 0,3 dB. Ce microphone 291 simule le niveau de bruit à la bouche du véhicule. Les autres microphone aident à la compréhension du phénomène physique et garantissent la répétabilité des conditions d'essais. [0039] L'estimation des performances acoustiques de différents silencieux 26, en l'occurrence d'un premier type de silencieux (courbe S1) et d'un deuxième type de 20 silencieux basé sur l'utilisation d'un bloc de mousse poreuse et de plaques trouées mises en contact avec le bloc de mousse (courbe S2), est faite en comparaison de celles d'un circuit d'admission seul (courbe SO). [0040] Comme on peut le voir sur la figure 3, la réduction de niveau de bruit est visible dès le tiers d'octave de fréquence centrale 800Hz. Elle croît en fonction de la fréquence 25 pour être de l'ordre de 10dB uniquement à partir de 3000Hz. Cela met en évidence que le deuxième type de silencieux est la plus performante pour traiter le bruit de décharge. [0041] Par ailleurs, la localisation de la source acoustique principale dans le compartiment moteur est faite à partir de l'estimation du spectre de puissance acoustique en utilisant une antenne acoustique dont la référence est prise à l'intérieur de l'habitacle 30 par un microphone au niveau de la planche de bord. [0042] Comme on peut le voir sur la figure 4, le niveau global de puissance acoustique intégré entre 1000 Hz et 6500 Hz passe de 68 dB dans une configuration sans silencieux à 56 dB dans la configuration de silencieux à bloc de mousse. Indépendamment du niveau 3033406 7 acoustique, la localisation de la source acoustique principale évolue entre les deux configurations. La source acoustique principale se trouve à la bouche du circuit d'admission dans la configuration de référence, alors qu'elle est beaucoup plus éparse dans le compartiment moteur et 12 dB en dessous dans le cas du 5 silencieux à bloc de mousse. [0043] L'analyse comparative des deux configurations d'essais est faite au travers de l'émergence acoustique calculée sur la différence du spectre de puissance acoustique de la configuration de référence moins le spectre de puissance acoustique de la configuration du silencieux (cf. figure 5). 10 [0044] La localisation des sources acoustiques principales dans les bandes de fréquences A et B confirment les résultats obtenus sur les niveaux globaux. Quelle que soit la bande de fréquences, elle n'évolue pas dans la configuration d'origine, et est située à la bouche du circuit d'admission. Entre 3000Hz et 4000Hz, on ne distingue pas de localisation particulière avec le silencieux à bloc de mousse. Les deux sources 15 acoustiques qui semblent émergées entre 1000Hz et 2000Hz avec le silencieux à bloc de mousse se situent au niveau du carter compresseur du turbocompresseur et au niveau du tube de décharge 43. [0045] Afin de vérifier cela, on réalise des essais (cf. figure 6) où l'on masque physiquement avec un matériau lourd, dans un premier temps le tube de décharge 43 20 (courbe C1) et dans un second temps le tube de décharge 43 et le filtre à air 25 (courbe C2). Ces courbes sont données par référence à une configuration sans masquage (courbe CO). Ces résultats confirment qu'il existe bien entre 1000Hz et 2000Hz une source de bruit secondaire localisée sur le tube de décharge 43. [0046] Il est ainsi possible d'apporter une amélioration de la prestation de bruit de 25 décharge dans le véhicule si les atténuations apportées par le silencieux ne sont pas suffisantes par: - le masquage du filtre à air 25 si la gêne est encore perçue entre 4000Hz et 5000Hz, et - le masquage du tube de décharge 43 si la gêne est encore perçue entre 1000Hz et 2000Hz. 30 REVENDICATIONS1. Banc d'essai (20) pour la caractérisation de bruit de décharge d'un système de suralimentation de moteur à combustion interne suralimenté, caractérisé en ce que ledit banc d'essai comporte: - un dispositif de production d'air comprimé (21), - une partie d'une ligne d'admission (22) en relation avec ledit dispositif de production d'air comprimé (21) comportant un filtre à air (25) muni d'un dispositif de réduction du bruit de décharge (26) dont les performances acoustiques sont à évaluer, et - un dispositif de prise de son (29) apte à mesurer un niveau sonore d'un bruit de décharge apparaissant lors d'une simulation d'un phénomène de décharge. 2. Banc d'essai selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de production d'air comprimé (21) comporte un réservoir (35) dont le volume et la pression de départ correspondent à un volume et à une surpression susceptibles d'apparaître en aval d'un compresseur lors d'une fermeture d'une vanne de dosage pour des conditions de fonctionnement du moteur données. 3. Banc d'essai selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conditions de fonctionnement du moteur données sont les plus sévères possibles vis-à-vis du bruit de décharge. 4. Banc d'essai selon la revendication 3, caractérisé en ce que, pour des conditions de fonctionnement du moteur correspondant à un régime de l'ordre de 2000tr/min en pleine charge, ledit réservoir (35) contient un volume de 4,5 Litres d'air comprimé sous 250 kilo Pascals à libérer en 0,1 seconde. 5. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite partie de ladite ligne d'admission (22) comporte une vanne de décharge (44) apte à s'ouvrir pour libérer l'air comprimé contenu dans ledit réservoir (35) de manière à simuler un phénomène de décharge. 6. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite partie de ladite ligne d'admission (22) comporte en outre un tube de décharge (43) assurant une communication entre une sortie de ladite vanne de décharge (44) et ledit filtre à air (25). 3033406 9 7. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif de prise de son (29) comporte au moins un microphone (291) situé en entrée d'un col d'entrée d'air (47) dudit filtre à air (25). 8. Banc d'essai selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que ledit dispositif de 5 prise de son (29) comporte en outre: - un microphone (292) situé au niveau de ladite vanne de décharge (44), - un microphone (293) situé au niveau d'un piquage du tube de décharge (43) dans ledit filtre à air (25), et - un microphone (294) situé à l'intérieur dudit filtre à air (25) et sur un plan de joint 10 extérieur dudit filtre à air (25). 9. Ensemble comprenant un véhicule automobile muni d'un moteur thermique sous le capot ayant une ligne d'admission d'air et d'un habitacle, et le banc d'essai selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne d'admission d'air du moteur thermique est couplée à la ligne d'admission (22) du banc d'essai. 15 10. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de prise de son additionnel au dispositif de prise de son (29) du banc d'essai, un des dispositifs de prise de son étant disposé sous le capot du véhicule et l'autre dans l'habitacle du véhicule, .les deux dispositifs de prise de son étant de préférence couplés l'un à l'autre. 20