Brevet FR3038346A1 — publié le 20170106

DISPOSITIF DE REDUCTION DE BRUIT POUR FILTRE A AIR D'UNE LIGNE D'ADMISSION DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE [0001] La présente invention porte sur un dispositif de réduction de bruit pour filtre à air d'une ligne d'admission de moteur à combustion interne suralimenté de véhicule automobile. [0002] De façon connue en soi, la ligne d'admission d'air d'un moteur suralimenté comporte un filtre à air muni d'un carter, un compresseur de turbocompresseur, et une vanne de dosage de l'air disposés sur une branche principale. La ligne d'admission comporte en outre un conduit de décharge qui est situé en dérivation de la branche principale entre un point aval et un point amont du compresseur. A cet effet, une extrémité du conduit de décharge est reliée à la branche principale au travers d'un piquage réalisé dans le carter du filtre à air. La ligne d'admission comporte également une valve de décharge apte à interdire ou permettre une circulation d'un fluide à l'intérieur du conduit de décharge. [0003] Dans le cas où le moteur à combustion interne est suralimenté, et lors d'une phase de décélération du véhicule automobile, un volet papillon, que comporte la ligne d'admission, 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. [0004] Le compresseur, 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 du turbocompresseur. Il en résulte éventuellement une détérioration du compresseur. [0005] Le conduit de décharge met en communication la ligne d'admission en aval et en amont du compresseur, selon un sens de circulation d'air à l'intérieur de la ligne d'admission. Lors de la phase de décélération, une telle mise en communication, modulée par la valve de décharge, permet de minimiser le phénomène de pompage. 3038346 2 [0006] Toutefois, lors de l'ouverture de la valve, des nuisances sonores, tel qu'un bruit de décharge éventuellement amplifiées par le filtre à air, sont susceptibles d'être entendues par un utilisateur du véhicule automobile, ce qu'il est souhaitable d'éviter. [0007] L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un 5 dispositif de réduction de bruit destiné à être installé dans un filtre à air d'une ligne d'admission de moteur à combustion interne suralimenté, caractérisé en ce qu'il comporte: - une source principale de bruit de décharge par laquelle de l'air de décharge est destiné à être éjecté dans ledit filtre à air, et - un écran fluide configuré pour produire un rideau d'air antibruit devant ladite source 10 principale de bruit de décharge. [0008] L'invention permet ainsi de faire barrière à la propagation et au rayonnement des ondes acoustiques issues d'un bruit de décharge tout en réduisant la perte de charge. [0009] Selon une réalisation, ladite source principale de bruit de décharge se présente sous la forme d'au moins un diffuseur circulaire. 15 [0010] Selon une réalisation, ladite source principale de bruit de décharge se présente sous la forme de deux diffuseurs circulaires positionnés côte à côte. [0011] Selon une réalisation, un rapport entre un rayon d'un diffuseur circulaire et une somme du rayon et d'un écart entre deux diffuseurs adjacents est sensiblement égal à 0,75. 20 [0012] Selon une réalisation, ledit écran fluide présente une forme rectangulaire. [0013] Selon une réalisation, ledit écran fluide rectangulaire présente une longueur sensiblement égale à une largeur de cavité du filtre à air dans laquelle ledit dispositif de réduction de bruit est installé et une largeur dépendante de la longueur en vérifiant qu'un rapport entre une surface dudit écran fluide et une surface de ladite source principale de 25 bruit de décharge est sensiblement égal à 0,15. [0014] Selon une réalisation, ledit écran fluide présente des irrégularités. [0015] Selon une réalisation, lesdites irrégularités sont réparties sur un bord longitudinal le plus éloigné de la source principale de bruit de décharge. 3038346 3 [0016] Selon une réalisation, la source principale de bruit de décharge et l'écran fluide sont réalisées dans une même plaque positionnée contre une face d'un bloc de mousse. [0017] L'invention a également pour objet un filtre à air comprenant un dispositif de réduction de bruit tel que précédemment défini. 5 [0018] 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'a titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0019] La figure 1 est une représentation schématique d'une ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion interne muni d'un filtre à air, 10 [0020] La figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif de réduction de bruit selon la présente invention placé à l'intérieur d'un filtre à air; [0021] Les figures 3a et 3b sont respectivement des vues en perspective d'un bloc de mousse installé dans une cuve du filtre à air et du bloc de mousse seul; [0022] Les figures 4a et 4b sont respectivement une vue en perspective du filtre à air 15 muni d'un silencieux à interaction turbulente muni d'une mousse et une cartographie des vitesses d'écoulement de la plaque horizontale de ce silencieux; [0023] La figure 5 est une vue schématique d'une plaque du dispositif de réduction de bruit selon la présente invention; [0024] La figure 6 est une représentation graphique des coefficients de transmission de 20 l'écran fluide pour une surface libre ou après réflexion sur une paroi du filtre à air; [0025] La figure 7 est une représentation graphique d'un spectre acoustique lors d'une décharge respectivement pour une ligne d'admission fonctionnant seule, munie d'un dispositif de réduction de bruit selon la présente invention, ou munie d'un silencieux à interaction turbulente; 25 [0026] La figure 8 représente un tableau des niveaux sonores mesurés pour les configurations de la figure 7; [0027] La figure 9 est une vue en perspective d'une première variante de réalisation d'un dispositif de réduction de bruit selon la présente invention placé à l'intérieur d'un filtre à air; 3038346 4 [0028] La figure 10 est une représentation schématique d'une interaction entre deux jets suivant le principe de l'invention; [0029] La figure 11 est une représentation schématique du paramètre a définissant l'écartement entre deux diffuseurs du dispositif de réduction de bruit selon 5 la présente invention; [0030] La figure 12 est une vue en perspective d'une deuxième variante de réalisation d'un dispositif de réduction de bruit selon la présente invention placé à l'intérieur d'un filtre à air; [0031] La figure 13 est une vue en perspective d'une troisième variante de réalisation 10 d'un dispositif de réduction de bruit selon la présente invention placé à l'intérieur d'un filtre à air; [0032] La figure 14 est une représentation graphique d'un spectre acoustique lors d'une décharge respectivement pour une ligne d'admission fonctionnant avec un dispositif de réduction de bruit de la figure 2 ou avec un dispositif de réduction de bruit de la figure 13; 15 [0033] La figure 15 représente un tableau des niveaux sonores mesurés pour les configurations de la figure 14. [0034] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0035] La figure 1 montre un moteur à combustion interne 1 suralimenté équipant un 20 véhicule automobile et pourvu d'une ligne d'admission d'air 2. La ligne d'admission 2 est destinée à approvisionner en air le moteur 1. [0036] A cet effet, la ligne d'admission 2 comporte une branche principale 3 d'arrivée d'air comprenant successivement selon un sens d'écoulement 4 de l'air à l'intérieur de la ligne d'admission 2 lors du fonctionnement normal du moteur à combustion interne 1 : un 25 filtre à air 6; un compresseur 7 d'un turbocompresseur et une vanne de dosage 8 de l'air, telle qu'un boîtier papillon. Le filtre à air 6 est prévu pour retenir des impuretés véhiculées par l'air circulant à l'intérieur de la ligne d'admission 2. Le compresseur 7 est apte à compresser l'air préalablement à son admission à l'intérieur du moteur à combustion interne 1. La vanne de dosage 8 est destinée à contrôler et réguler un débit d'air admis à l'intérieur du moteur à combustion interne 1. 3038346 5 [0037] La ligne d'admission 2 comporte en outre un conduit de décharge 11 disposé en dérivation de la branche principale 3 d'arrivée d'air. Le conduit de décharge 11 s'étend entre un point aval 14 situé en aval du compresseur 7 et un point amont 15 correspondant à un piquage du filtre à air 6 auquel est relié le conduit 11. 5 [0038] Une valve de décharge 18 permet sélectivement d'interdire ou d'autoriser la circulation d'air à l'intérieur du conduit de décharge 11. La valve de décharge 18, communément dénommée selon la terminologie anglo-saxonne "dump valve", permet de décharger vers un point de la ligne d'admission 2 en amont du compresseur 7 une surpression trop importante qui est susceptible de se créer en aval du compresseur 7, 10 notamment lors d'une fermeture brutale de la vanne de dosage 8. [0039] Plus précisément, le filtre à air 6 comporte un média filtrant 21 situé à l'intérieur d'un carter 20 formé notamment par une cuve inférieure 22, une cuve intermédiaire 23, et une cuve supérieure (non visible). Une entrée d'air 24 est située en amont du média filtrant 21 et une sortie d'air 25 est située en aval du média filtrant 21. 15 [0040] Le filtre à air 6 comporte en outre un dispositif 30 de réduction du bruit de décharge, appelé aussi "silencieux", comprenant une source principale de bruit de décharge 36 par laquelle l'air de décharge est éjecté dans le filtre à air 6 et un écran fluide 37 configuré pour produire un rideau d'air antibruit devant la source principale de bruit de décharge 36. 20 [0041] Comme cela est bien visible sur la figure 2, le dispositif de réduction du bruit de décharge 30 comprend une première plaque 31, dite plaque horizontale 31, sensiblement parallèle au fond de la cuve inférieure 22, et une deuxième plaque 32, dite plaque verticale 32 sensiblement perpendiculaire au fond de la cuve inférieure 22 et donc à la plaque horizontale 31. La plaque horizontale 31 comporte la source principale du bruit 36 et 25 l'écran fluide 37. L'autre plaque 32 comporte une pluralité d'ouvertures traversantes 33. Les ouvertures 33 sont configurées pour diviser le jet primaire d'air issu du conduit de décharge 11 en jets multiples de manière à réduire l'intensité turbulente par interaction des jets entre eux. [0042] En outre, un bloc de mousse poreuse 34 montré en détail sur les figures 3a et 3b 30 est placé à l'intérieur d'une cavité 26 du filtre à air 6. Le bloc de mousse 34 traversé par l'air issu du conduit de décharge 11 est au contact des plaques 31, 32 de manière à réduire par absorption l'énergie acoustique de l'air comprimé issu du conduit de décharge 3038346 6 11. De préférence, le bloc de mousse 34 présente une résistivité à l'écoulement calibrée en fonction de la perte de charge admissible. Le diamètre d'une cellule du bloc de mousse 34 est compris entre 520 et 720pm. [0043] Par ailleurs, le bloc de mousse 34 présente des dimensions correspondant aux 5 dimensions de la cavité 26 de manière à épouser la forme de cette cavité 26. Cela permet d'éviter l'amplification sonore liée à l'excitation de la cavité 26 par un écoulement cisaillé. En l'occurrence, comme cela est visible sur la figure 3b, le bloc de mousse 34 comporte une portion parallélépipédique 41 ainsi qu'un talon 42. Dans un exemple de réalisation, la portion parallélépipédique 41 possède des dimensions de hauteur, de largeur, et de 10 profondeur égales respectivement à 50mm, 65mm, et 45mm. Le talon 42 possède des dimensions hauteur, largeur, profondeur égales respectivement à lOmm, 80mm et 60mm. [0044] Comme cela est illustré sur la figure 2, la plaque horizontale 31 repose sur le talon 42 en mousse de manière à comprimer le talon 42 contre une bordure de la cuve intermédiaire 23. Cela permet d'assurer l'étanchéité acoustique du silencieux 30 et le 15 maintien en position du bloc de mousse 34 lors des décharges d'air comprimé successives. Lorsque le talon 42 est comprimé par la plaque horizontale 31, sa hauteur passe de lOmm (hauteur au repos) à 2mm. [0045] La source principale de bruit de décharge 36 se présente sous la forme d'une ouverture tronconique appelée diffuseur circulaire 36 et dont les diamètres intérieur et 20 extérieur valent dans un exemple de réalisation respectivement environ 11mm et 13mm. Ces valeurs permettent de maximiser l'atténuation acoustique et de réduire au maximum la perte de charge produite par le silencieux 30. Comme illustré en figure 4a et 4b, le diffuseur 36 est positionné de préférence dans une zone Z où la vitesse d'écoulement est proche de la moitié de la valeur rencontrée à l'aplomb de l'éjection du gaz pour un 25 silencieux à interaction turbulente 30'. On rappelle que le silencieux à interaction turbulente 30' comprend deux plaques 31, 32 comportant chacune une pluralité d'orifices 33 traversant et entourant un bloc de mousse 34 (Cf. figure 4a). Pour définir au mieux cette zone Z, on a utilisé une cartographie des vitesses moyennes de l'écoulement obtenue à partir d'un procédé ultrasonore sur le silencieux à interaction turbulente 30'. Ce 30 procédé ultrasonore consiste à mesurer le niveau ultrasonore d'un écoulement d'air généré par une décharge puis à transformer cette mesure en une cartographie du champ de vitesses. 3038346 7 [0046] L'écran fluide 37, visible en figure 5, se présente avantageusement sous la forme d'une ouverture rectangulaire de façon à produire un rideau d'air antibruit. La longueur I de l'écran fluide 37 est sensiblement égale à la largeur Lc de la cavité 26 du filtre à air 6 dans laquelle le dispositif de réduction du bruit 30 est installé. La largeur L de l'écran fluide 37 5 est déduite de la longueur I de l'écran fluide 37 en vérifiant qu'un rapport entre la surface de l'écran fluide Se et la surface de la source principale du bruit de décharge 36 Sd est égal à 0,15. Il s'avère que cette forme particulière permet de maximiser l'atténuation acoustique. [0047] Pour éviter une baisse trop importante de la vitesse d'écoulement d'air issu d'un 10 phénomène de décharge dans la longueur I de l'écran 37, un convergent pourra être intégré sur l'épaisseur de la plaque horizontale 31 du côté de la source principale du bruit de décharge 36. De cette façon, la baisse de la vitesse d'écoulement d'air avec la distance est compensée par l'accélération de l'air produite par la diminution de taille qu'implique le convergent. 15 [0048] Le principe de l'écran fluide 37 repose sur le fait que des ondes acoustiques pénétrant dans une région de cisaillement sont réfractées par des gradients de vitesse et de température et que dans certaines conditions, il en résulte une réduction de l'intensité acoustique transmise. [0049] Un coefficient de transmission associé à l'écran fluide 37 dépend fortement des 20 caractéristiques de la source principale du bruit de décharge 36 matérialisée par le diffuseur 36 et en particulier de la répartition spatiale du champ acoustique initial. Ce phénomène peut être interprété sur la base de la théorie de la diffraction pour la formation du champ lointain. Il apparaît que le champ acoustique exprimé dans le domaine d'observation sous la forme d'une intégrale de Rayleigh-Sommerfeld subit une forte 25 diminution seulement lorsque l'énergie acoustique incidente est réfléchie par l'écran fluide 37 (région aval). [0050] La figure 6 montre que pour maximiser l'atténuation produite par l'écran fluide 37, la position de l'éjection de l'air de décharge sur la plaque 31, 32 du silencieux 30 est telle que la source principale du bruit de décharge 36 subit successivement une réflexion 30 directe sur l'écran fluide 37 et indirecte après s'être réfléchie sur une paroi du filtre à air 6 (courbe 062) par rapport à une surface libre (courbe 061). 3038346 8 [0051] Ainsi, lorsque la source principale du bruit de décharge 36 rayonne dans une direction aval, l'atténuation acoustique augmente avec la vitesse de l'écoulement produit par l'écran fluide 37. [0052] Les performances du dispositif de réduction de bruit 30 de la figure 2 monté sur 5 une ligne d'admission 2 ont été respectivement comparées à un circuit seul et à un circuit muni d'un silencieux à interaction turbulente 30' de la figure 4a. [0053] La figure 7 représente une courbe 071 correspondant à l'utilisation du circuit seul, une courbe 072 correspondant à l'utilisation du dispositif à écran fluide de la figure 2, et une courbe 073 correspondant à l'utilisation du dispositif à interaction turbulente de la 10 figure 4a. Sur la figure 8, la référence F81 correspond au circuit testé, la référence F82 correspond au circuit seul, la référence F83 correspond au dispositif à écran fluide de la figure 2, la référence F84 correspond au dispositif à interaction turbulente de la figure 4a. En outre, la référence F85 correspond au niveau global entre 50Hz et 10kHz, la référence F86 correspond à l'écart par rapport à la configuration d'origine, la référence F87 15 correspond au niveau global entre 1250Hz et 5000Hz, la référence F88 correspond à l'écart par rapport à la configuration d'origine. D'après les résultats de la figure 7 retranscrits dans le tableau de la figure 8, on observe des atténuations supérieures à 15dB par rapport au circuit seul. Néanmoins, les performances d'un tel dispositif 30 sont légèrement en retrait (+3 dB) par rapport à un silencieux à interaction turbulente 30' mais 20 présente l'avantage d'avoir une perte de charge 20% plus faible que celles du silencieux à interaction turbulente 30' de la figure 4a. [0054] Selon une variante de réalisation illustrée par la figure 9, la plaque horizontale 31 comporte deux diffuseurs circulaires 36 positionnés côte-à-côte et un écran fluide 37. Comme montré en figure 10, lorsque deux jets J1, J2 côte-à-côte interagissent, la 25 turbulence contenue dans le volume en intersection A présente des caractéristiques proches de celles présentes dans la région de turbulence pleinement développée B. De cette façon, la contribution énergétique du volume en interaction A à la puissance acoustique totale rayonnée par le jet J1, J2 est nulle. En dehors de la zone d'intersection A, les jets J1, J2 n'ont aucun effet l'un sur l'autre. 30 [0055] Le positionnement d'un diffuseur 36 par rapport à un autre est établi à partir d'un paramètre a (figure 11), correspondant au rapport entre le rayon R d'un diffuseur 36 et la somme du rayon R et de l'écart E entre deux diffuseurs 36 adjacents. Le paramètre a est 3038346 9 de préférence de l'ordre de 0,75. Le nombre et le dimensionnement des diffuseurs 36 sont déterminés de façon à conserver la perte de charge initiale du dispositif 30 de la figure 2. [0056] Selon une autre variante de réalisation visible en figure 12, des irrégularités 38 sont placées le long de l'écran fluide 37. Plus particulièrement, les irrégularités 38 sont 5 positionnées régulièrement sur le bord longitudinal 45 de l'écran fluide 37 qui est le plus éloigné de la source principale de bruit 36. Dans un exemple de réalisation, les irrégularités 38 prennent la forme de chevrons 38 répartis régulièrement le long du bord longitudinal 45 le plus éloigné du diffuseur 36. Les chevrons 38, par exemple au nombre de quatre, possèdent chacun une forme triangulaire dont la base et la hauteur sont 10 respectivement égales à 1/8 et 1/4 de la largeur L de l'écran fluide 37. Dans ce mode de réalisation particulier, la perte de charge reste inchangée par rapport au silencieux 30 dans sa configuration de la figure 2. [0057] Selon une autre variante de réalisation illustrée par la figure 13, la plaque horizontale 31 comporte deux diffuseurs circulaires 36 et des chevrons 38 sur le bord 15 longitudinal 45 de l'écran fluide 37. La figure 14 représente une courbe 0141 correspondant à l'utilisation du dispositif à écran fluide de la figure 2, et une courbe 0142 correspondant à l'utilisation du dispositif à écran fluide de la figure 13. Sur la figure 15, la référence F151 correspond au circuit testé, la référence F152 correspond au circuit seul, la référence F153 correspond au dispositif à écran fluide de la figure 2, la référence F154 20 correspond au dispositif à interaction turbulente de la figure 13. En outre, la référence F155 correspond au niveau global entre 50Hz et 10kHz, la référence F156 correspond à l'écart par rapport à la configuration d'origine, la référence F157 correspond au niveau global entre 1250Hz et 5000Hz, la référence F158 correspond à l'écart par rapport à la configuration d'origine. 25 [0058] La figure 14 et le tableau de la figure 15, comparent les performances d'un tel silencieux 30 à celles du silencieux 30 de la figure 2. Les résultats montrent une baisse du niveau global de 1 dB et des baisses de 3 dB environ sur les tiers d'octave les plus énergétiques du spectre, tout en conservant la perte de charge du silencieux 30 dans sa configuration de la figure 2. 30 REVENDICATIONS1. Dispositif de réduction de bruit (30) destiné à être installé dans un filtre à air (6) d'une ligne d'admission (2) de moteur à combustion interne (1) suralimenté, caractérisé en ce qu'il comporte : - une source principale de bruit de décharge (36) par laquelle de l'air de décharge est destiné à être éjecté dans ledit filtre à air (6), et - un écran fluide (37) configuré pour produire un rideau d'air antibruit devant ladite source principale de bruit de décharge (36). 2. Dispositif de réduction de bruit selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite source principale de bruit de décharge (36) se présente sous la forme d'au moins un diffuseur circulaire (36). 3. Dispositif de réduction de bruit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite source principale de bruit de décharge (36) se présente sous la forme de deux diffuseurs circulaires (36) positionnés côte à côte. 4. Dispositif de réduction de bruit selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un rapport (a) entre un rayon (R) d'un diffuseur circulaire (36) et une somme du rayon (R) et d'un écart (E) entre deux diffuseurs (36) adjacents est sensiblement égal à 0,75. 5. Dispositif de réduction de bruit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit écran fluide (37) présente une forme rectangulaire. 6. Dispositif de réduction de bruit selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit écran fluide (37) rectangulaire présente une longueur (I) sensiblement égale à une largeur (Lc) de cavité du filtre à air (26) dans laquelle ledit dispositif de réduction de bruit (30) est installé et une largeur (L) dépendante de la longueur (I) en vérifiant qu'un rapport entre une surface dudit écran fluide (Se) et une surface de ladite source principale de bruit de décharge (Sd) est sensiblement égal à 0,15. 7. Dispositif de réduction de bruit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit écran fluide (37) présente des irrégularités (38). 3038346 11 8. Dispositif de réduction de bruit selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites irrégularités (38) sont réparties sur un bord longitudinal (45) le plus éloigné de la source principale de bruit de décharge (36). 9. Dispositif de réduction de bruit selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 5 caractérisé en ce que la source principale de bruit de décharge (36) et l'écran fluide (37) sont réalisées dans une même plaque (31, 32) positionnée contre une face d'un bloc de mousse (34). 10. Filtre à air (6) comprenant un dispositif de réduction de bruit (30) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.