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(11) | EP 1 460 243 B1 |
| (12) | FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
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Système d'atténuation acoustique Schalldämpfungsanlage Acoustic silencing system |
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| Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen). |
[0001] L'invention se rapporte à un système d'atténuation acoustique pour un tube servant à l'écoulement de gaz et plus particulièrement pour un conduit d'échappement de moteur à combustion interne, voir DE 20003519 U1.
[0002] Les constructeurs automobiles tendent à améliorer les qualités acoustiques de leurs véhicules. Ainsi parmi les nuisances sonores les plus importantes, figurent les bruits émis par le moteur au niveau du correcteur du conduit d'échappement. En effet, la ligne d'échappement coopère avec le moteur et conduit la plupart des ondes acoustiques de ce dernier. Ces ondes provoquent en sortie du pot d'échappement un bruit de forte intensité nuisible pour l'ouie des personnes présentes dans le véhicule.
[0003] Il est connu de monter en série sur le conduit d'échappement un « silencieux » pour absorber une partie de ces ondes. Il est en général constitué d'un tube de grand diamètre par rapport au conduit d'échappement et recouvre partiellement ce dernier. L'intérieur est vide et communique avec ledit conduit par des perçages réalisés dessus ou est composé de chicanes. Ces deux structures internes ont pour but de réfléchir et d'absorber les ondes acoustiques. Cependant, un silencieux à lui seul n'atténue pas suffisamment les ondes générées par le moteur.
[0004] Il est également connu de monter, en parallèle dudit conduit d'échappement et en amont dudit silencieux, un « résonateur ». Il comporte généralement un tube qui relie ledit conduit à une cavité fermée qui permet la réflexion des ondes pour encore les atténuer. Cependant, un « résonateur » est très efficace seulement pour une faible plage de fréquences (la plage étant optimisée par le choix des dimensions dudit résonateur) et peut en dehors de cette plage modifier la structure du bruit sur le reste de la plage de la fréquence.
[0005] Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment en proposant un système d'atténuation acoustique qui, suivant la fréquence des ondes présentes dans le conduit d'échappement, change de configuration pour globalement améliorer l'atténuation sur une large plage de fréquences.
[0006] A cet effet, l'invention se rapporte à un système d'atténuation acoustique notamment pour conduit d'échappement de moteur à combustion interne comportant un moyen du type silencieux monté en série sur ledit conduit, au moins un moyen du type résonateur monté en parallèle dudit conduit et constitué d'un tube qui, communicant avec ledit conduit, relie ce dernier à une cavité fermée caractérisé en ce qu'il comporte de plus un dispositif de dérivation accouplé à chaque moyen du type résonateur qui permet, suivant une fréquence seuil des ondes acoustiques présentes dans ledit conduit, de sélectivement dévier le flux dudit conduit pour transformer ledit moyen du type résonateur en un moyen du type silencieux.
[0007] Le dispositif de dérivation comporte, selon l'invention, un deuxième tube reliant ladite cavité fermée pour chacun desdits moyens du type résonateur et ledit conduit, un premier moyen de fermeture d'un desdits tubes et un deuxième moyen de fermeture dudit conduit compris entre les ouvertures desdits deux tubes permettant de sélectivement obturer ledit conduit pour forcer la déviation de son flux vers un desdits tubes.
[0008] Selon l'invention, les deux moyens de fermeture sont, avantageusement, des vannes du type électromagnétique.
[0009] Chaque tube, contenant ledit moyen de fermeture, comporte, avantageusement selon l'invention, à son extrémité contenue dans ladite cavité des trous pour permettre l'amélioration de l'absorption acoustique.
[0010] Selon une première variante de l'invention, ledit système d'atténuation comporte, de plus, des moyens de détection du régime dudit moteur permettant d'en déduire la fréquence des ondes dans ledit conduit d'échappement afin de piloter l'actionnement dudit dispositif de dérivation.
[0011] Selon une deuxième variante de l'invention, ledit système d'atténuation comporte, de plus, des moyens de détection de la fréquence des ondes dans ledit conduit pour piloter l'actionnement dudit dispositif de dérivation.
L'invention se rapporte également à un procédé d'utilisation du dispositif de dérivation précédemment cité, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
- Comparer la fréquence des ondes dans ledit conduit par rapport à ladite fréquence seuil ;
- Si elle est inférieure :
- Fermer le premier moyen de fermeture ;
- Ouvrir le deuxième moyen de fermeture afin de faire fonctionner le dispositif de dérivation en mode résonateur.
- Si elle est supérieure ou égale :
- Ouvrir le premier moyen de fermeture ;
- Fermer le deuxième moyen de fermeture afin de faire fonctionner le dispositif de dérivation en mode silencieux.
[0012] D'autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue générale schématique du système d'atténuation ;
- la figure 2 est une vue schématique du dispositif de dérivation ;
- les figures 3a et 3b sont respectivement la vue schématique dudit dispositif en mode « résonateur » et sa courbe de perte de transmission associée ;
- les figures 4a et 4b sont respectivement la vue schématique dudit dispositif en mode « silencieux » et sa courbe de perte de transmission associée.
[0013] Dans l'exemple illustré à la figure 1, on peut voir que le système d'atténuation acoustique 1 comporte un conduit 2 qui peut, par exemple, être une ligne d'échappement de moteur à combustion interne, un moyen du type silencieux 3 tel qu'expliqué ci-dessus et un ensemble acoustique 4.
[0014] Comme illustré dans l'exemple de la figure 2, ledit ensemble acoustique comporte un premier tube 5 et un deuxième tube 6 qui tous deux communiquent avec le conduit 2 par respectivement les trous 7 et 8 pratiqués à la surface de ce dernier. Pour des raisons d'étanchéité, ces tubes 5 et 6 peuvent, par exemple, être soudés à même le conduit 2.
[0015] Dans l'exemple illustré à la figure 2, les tubes 5 et 6 communiquent également avec une cavité fermée 9. Préférentiellement, une partie 10 et 11 de chacun des tubes 5 et 6 pénètre à l'intérieur de la cavité 9. Cela permet notamment de pouvoir ajouter, comme dans l'exemple de la figure 2, un tronçon troué 12 en prolongement de l'extrémité 11 d'un des tubes 6 de façon à mieux absorber les ondes acoustiques présentes dans la cavité 9.
[0016] Les dimensions de la cavité 9, du conduit 2, du moyen silencieux 3 et des tubes 5 et 6 sont choisis en fonction du lieu d'implantation mais surtout en fonction des ondes transmises dans le conduit 2. Ainsi ci-après, l'efficacité d'atténuation présentée dans l'exemple des figures 3a et 4a est directement dépendante des dimensions des éléments du système d'atténuation acoustique 1.
[0017] Dans l'exemple de la figure 2, on peut voir que le tube 6 et le conduit 2 comportent chacun un moyen de fermeture respectivement 13 et 14. Ainsi, ces moyens permettent l'obstruction pilotée du conduit 2 et/ou du tube 6. Préférentiellement, les moyens de fermeture 13 et 14 sont des vannes électromagnétiques capables d'être pilotées par un ou plusieurs calculateurs (non représentés).
[0018] Le moyen de fermeture 14 est placé dans le conduit 2 entre les deux trous 7 et 8 de manière à ce que lorsque qu'il obstrue le conduit 2, le flux A s'écoulant dans ce dernier soit contraint à continuer sa course vers le tube 5.
[0019] Comme on peut le voir, l'ensemble tube 5 - cavité 9 forme un moyen du type résonateur comme expliqué ci-dessus. Dès lors un système de dérivation 15, comportant les moyens de fermeture 13 et 14 ainsi que le tube 6, permet de faire fonctionner l'ensemble acoustique 4 soit comme un moyen du type silencieux soit comme un moyen du type résonateur. Ainsi suivant la fréquence des ondes acoustiques principales dans le conduit 2, les moyens de fermeture 13 et 14 sont activés pour changer de configuration.
[0020] A titre d'exemple, les dimensions pour les figures 3a et 4a sont :
- Conduit 2 :
- longueur = 3 m
- diamètre = 50 mm
- silencieux 3 :
- longueur = 350 mm
- diamètre = 200 mm
- ensemble acoustique 4 :
- volume cavité 9 = 3 dm3
- diamètre tubes 5 et 6 = 30 mm
[0021] Dans l'exemple de la figure 3a, le moyen de fermeture 13 est fermé et le moyen de fermeture 14 est ouvert. L'ensemble acoustique 4 est donc dans sa configuration du type résonateur. La courbe 3b représente la perte par transmission en sortie du conduit par rapport à celui entrant en fonction de la fréquence d'émission des ondes. On voit très nettement que pour les fréquences jusqu'à 400 Hertz l'atténuation est comprise sensiblement entre 40 et 50 dB et au-dessus de 400 Hertz sensiblement stabilisée à 30 dB.
[0022] Dans l'exemple de la figure 4a, le moyen de fermeture 13 est ouvert et le 14 est fermé. L'ensemble acoustique 4 est donc dans sa configuration du type silencieux. La courbe 4b représente la perte par transmission en sortie du conduit 2 par rapport à celui entrant en fonction de la fréquence d'émission des ondes. On voit que pour les fréquences jusqu'à environ 700 Hertz l'atténuation est comprise sensiblement autour de 30 dB et atteint au-dessus de 700 Hertz au moins sensiblement 40 dB.
[0023] En comparant ces deux courbes 3b et 4b qui sont fonction des dimensions citées ci-dessus, on voit de façon très nette que l'ensemble acoustique 4 est pour des fréquences d'ondes :
- Inférieures à 400 Hertz, plus performant en mode résonateur ;
- entre 400 Hertz et 700 Hertz, sensiblement aussi performant en mode résonateur qu'en mode silencieux ;
- supérieures à 700 Hertz, plus performant en mode silencieux.
[0024] Ainsi dans l'exemple des figures 3a et 3b, la fréquence seuil des ondes principales à prendre en compte pour passer d'une configuration à l'autre paraît être sensiblement 700 Hertz. Ainsi pour les basses fréquences (dans l'exemple en-dessous de 700 Hertz), il est préférable d'utiliser l'ensemble acoustique 4 dans son mode résonateur comme représenté à la figure 3a et pour les autres fréquences (dans l'exemple au-dessus de 700 Hertz), dans son mode silencieux comme représenté à la figure 4a.
[0025] Ainsi, on obtient un système d'atténuation acoustique 1 meilleur sur une large plage de fréquence en pilotant le dispositif de déviation 15 en fonction de la fréquence seuil qui, elle-même, est fonction de la géométrie globale du conduit 2.
[0026] La fréquence des ondes présentes dans le conduit 2 peut être comparée à la fréquence seuil par un calculateur via un capteur, mais par exemple si le conduit 2 est une ligne d'échappement de moteur à combustion interne, la fréquence des ondes présentes dans le conduit 2 peut être estimée à partir du régime dudit moteur qui lui est sensiblement proportionnel.
[0027] Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l'exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la section du conduit 2 n'est pas limitée quant à sa forme. De même, il convient bien évidemment de tester la fréquence seuil caractéristique pour une configuration différente de conduit 2 afin d'obtenir les meilleures atténuations possibles. Egalement, le tronçon troué 12 peut par exemple être remplacé par un tube coudé, ou en forme de U, comportant des trous et qui relie l'extrémité 11 du tube 6 à l'extrémité 10 du tube 5 à l'intérieur de la cavité 9. Cela peut permettre de former un ensemble monobloc 5, 12, 6 qui serait un tube non rectiligne comportant des trous au niveau de la partie comprise dans la cavité 9. Enfin, les moyens de fermeture 13 et 14 peuvent aussi être des moyens de type pneumatique, électromécanique ou mécanique.
1. Système d'atténuation acoustique (1) notamment pour conduit d'échappement (2) de moteur
à combustion interne comportant un moyen du type silencieux (3) monté en série sur
ledit conduit (2), au moins un moyen du type résonateur (4) monté en parallèle dudit
conduit (2) et constitué d'un tube (5) qui, communicant avec ledit conduit (2), relie
ce dernier à une cavité fermée (9), un dispositif de dérivation (6, 13, 14) accouplé
à chaque moyen du type résonateur qui permet, suivant une fréquence seuil des ondes
acoustiques présentes dans ledit conduit (2), de sélectivement dévier le flux dudit
conduit pour transformer ledit moyen du type résonateur en un moyen du type silencieux
le dispositif de dérivation comporte un deuxième tube (6) reliant ladite cavité fermée
pour chacun desdits moyens du type résonateur et ledit conduit (2) un premier moyen
de fermeture (13) d'un desdits tubes (56) caractérisé en ce que un deuxième moyen de fermeture (14) dudit conduit (2) est compris entre les ouvertures
(7, 8) desdits deux tubes (5,6) permettant de sélectivement obturer ledit conduit
pour forcer la déviation de son flux vers un desdits tubes (5,6).
2. Système d'atténuation acoustique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, des moyens de détection de la fréquence des ondes dans ledit
conduit pour piloter l'actionnement dudit dispositif de dérivation.
3. Système d'atténuation acoustique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, des moyens de détection du régime dudit moteur permettant d'en
déduire la fréquence des ondes dans ledit conduit d'échappement afin de piloter l'actionnement
dudit dispositif de dérivation.
4. Système d'atténuation acoustique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux moyens de fermeture (13, 14) sont des vannes du type électromagnétique.
5. Système d'atténuation acoustique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tube (6), contenant ledit moyen de fermeture, comporte à son extrémité (12)
contenue dans ladite cavité des trous pour permettre l'amélioration de l'absorption
acoustique.
6. Procédé d'utilisation du dispositif de dérivation selon l'une des revendications 1
à 5, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
- Comparer la fréquence des ondes dans ledit conduit par rapport à ladite fréquence seuil ;
- Si elle est inférieure :
- Fermer le premier moyen de fermeture (13) ;
- Ouvrir le deuxième moyen de fermeture (14) afin de faire fonctionner le dispositif de dérivation en mode résonateur.
- Si elle est supérieure ou égale :
- Ouvrir le premier moyen de fermeture (13) ;
- Fermer le deuxième moyen de fermeture (14) afin de faire fonctionner le dispositif de dérivation en mode silencieux.
1. Sound attenuation system (1) in particular for an exhaust pipe (2) of an internal
combustion engine comprising a silencer-type means (3) mounted in series on said pipe
(2), at least one means of the resonator type (4) mounted parallel to said pipe (2)
and constituted by a tube (5) which, communicating with said pipe (2), connects the
latter to a closed cavity (9), a bypass device (6, 13, 14) coupled with each resonator-type
means which, depending on a threshold frequency of the acoustic waves present in said
pipe (2), makes it possible selectively to divert the flow from said pipe in order
to transform said resonator-type means into a silencer-type means, the bypass device
comprises a second tube (6) connecting said closed cavity for each of said resonator-type
means and said pipe (2), a first means (13) for closing one of said tubes (5, 6),
characterised in that a second means (14) for closing said pipe (2) is comprised between the openings (7,
8) of said two tubes (5, 6) making it possible selectively to seal said pipe in order
to force its flow to be diverted towards one of said tubes (5, 6).
2. Sound attenuation system (1) according to Claim 1, characterised in that it further comprises means for detecting the frequency of the waves in said pipe
to control the actuation of said bypass device.
3. Sound attenuation system (1) according to Claim 1, characterised in that it further comprises means for detecting the speed of said engine making it possible
to deduce therefrom the frequency of the waves in said exhaust pipe in order to control
the actuation of said bypass device.
4. Sound attenuation system (1) according to one of the preceding claims, characterised in that the two closing means (13, 14) are valves of the electromagnetic type.
5. Sound attenuation system (1) according to one of the preceding claims, characterised in that each tube (6), containing said closing means, comprises, at its end (12) contained
in said cavity, holes to allow the improvement of acoustic absorption.
6. Method of using the bypass device according to one of Claims 1 to 5, characterised in that it comprises the steps consisting in:
- comparing the frequency of the waves in said pipe compared with said threshold frequency:
- if it is lower:
- closing the first closing means (13);
- opening the second closing means (14) in order to make the bypass device function in resonator mode.
- if it is higher or equal:
- opening the first closing means (13);
- closing the second closing means (14) in order to make the bypass device function in silencer mode.
1. Schalldämpfungsanlage (1) insbesondere für die Abgasleitung (2) eines Verbrennungsmotors
mit einer Schalldämpfeinrichtung (3) in Reihenschaltung an der Leitung (2), mit mindestens
einer Resonatoreinrichtung (4) in Parallelschaltung zur Leitung (2), bestehend aus
einem Rohr (5), das mit der Leitung (2) in Verbindung steht und diese mit einem geschlossenen
Hohlraum (9) verbindet, mit einer Abzweigungsvorrichtung (6, 13, 14), die mit jeder
Resonatoreinrichtung gekoppelt ist und es ermöglicht, den Fluss der Leitung selektiv
nach der Grenzfrequenz der akustischen Wellen in der Leitung (2) umzuleiten, um die
Resonatoreinrichtung in eine Schalldämpfeinrichtung zu verwandeln, wobei die Abzweigungsvorrichtung
ein zweites Rohr (6) aufweist, das den geschlossenen Hohlraum für jede Resonatoreinrichtung
mit der Leitung (2) verbindet, und mit einem ersten Mittel zum Verschließen (13) eines
der Rohre (5, 6), dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Mittel zum Verschließen (14) der Leitung (2) zwischen den Öffnungen (7,
8) der beiden Rohre (5, 6) vorgesehen ist und es erlaubt, die Leitung selektiv zu
verschließen, um die Abzweigung ihres Flusses zu einem der Rohre (5, 6) zu bewirken.
2. Schalldämpfungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem Mittel zum Erfassen der Frequenz der Wellen in der Leitung umfasst,
um die Betätigung der Abzweigungsvorrichtung zu steuern.
3. Schalldämpfungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie darüber hinaus Mittel zum Erfassen der Drehzahl des Motors aufweist, die es ermöglichen,
daraus die Frequenz der Wellen in der Abgasleitung abzuleiten, um die Betätigung der
Abzweigungsvorrichtung zu steuern.
4. Schalldämpfungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mittel zum Verschließen (13, 14) elektromagnetische Ventile sind.
5. Schalldämpfungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rohr (6), welches das Mittel zum Verschließen enthält, an seinem im Hohlraum
befindlichen Ende (12) Löcher aufweist, was die Schallabsorption verbessert.
6. Verfahren zum Verwenden der Abzweigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte aufweist:
- Vergleichen der Frequenz der Wellen in der Leitung mit der Grenzfrequenz
- wenn sie kleiner ist:
- Schließen des ersten Mittels zum Verschließen (13)
- Öffnen des zweiten Mittels zum Verschließen (14), um die Abzweigungsvorrichtung im Resonatormodus zu betreiben
- wenn sie größer ist:
- Öffnen des ersten Mittels zum Verschließen (13)
- Schließen des zweiten Mittels zum Verschließen (14), um die Abzweigungsvorrichtung im Schalldämpfungs-Modus zu betreiben.