DISPOSITIF D'ATTÉNUATION ACOUSTIQUE POUR UNE LIGNE D'ADMISSION D'UN MOTEUR À COMBUSTION THERMIQUE ÉQUIPÉE D'UN TURBOCOMPRESSEUR

Abstract

 La présente invention concerne un dispositif d'atténuation acoustique (10) pour une ligne d'admission d'un moteur à combustion thermique équipée d'un turbocompresseur, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un conduit (2) d'acheminement de gaz possédant une paroi périphérique (3) munie d'au moins une ouverture traversante (4), ladite ouverture traversante (4) servant de logement à un élément de séparation (7), et
- au moins une chambre périphérique (5) disposée autour du conduit (2) de manière à entourer totalement ou partiellement l'élément de séparation (7),
dans lequel l'élément de séparation (7) est formé dans un matériau poreux de manière à permettre une circulation de gaz entre le conduit (2) et la chambre périphérique (5), et dans lequel la chambre périphérique (5) est au moins partiellement remplie avec un élément d'absorption acoustique (8).

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif d'atténuation acoustique pour une ligne d'admission d'un moteur à combustion thermique équipée d'un ou plusieurs turbocompresseurs.

[0002] Les moteurs à combustion interne présentent une composante acoustique basse fréquence allant de 30Hz à 1kHz. Cette composante est générée par l'ouverture et la fermeture des soupapes, ainsi que par la résonance des différentes cavités du moteur (chambres de combustion, conduits, ...).

[0003] En outre, dans le cas des moteurs suralimentés par turbocompresseur, il existe une composante acoustique haute fréquence allant de 800 Hz à 15kHz. Cette composante acoustique est générée par le turbocompresseur et peut se propager et rayonner à travers les conduits d'admission d'air.

[0004] Les solutions classiques, pour atténuer les bruits propagés par le turbocompresseur le long des conduits d'admission d'air, comprennent notamment l'utilisation de résonateurs, de silencieux, de dispositifs quarts d'onde et de chambres d'expansion. Ces solutions s'avèrent toutefois insuffisantes pour réduire le bruit généré par le turbocompresseur.

[0005] Dans le document FR 2 824 383, il est par ailleurs décrit un dispositif d'atténuation acoustique mettant en oeuvre des cavités ouvertes sur un conduit principal dans lequel circule le fluide gazeux. Ces cavités ouvertes peuvent être remplies totalement ou partiellement d'un matériau poreux ou fibreux de manière à modifier les caractéristiques d'atténuation de bruit des cavités. Etant donné que ces cavités sont ouvertes, le matériau poreux ou fibreux qu'elle contient est soumis au flux de fluide gazeux circulant dans le conduit principal. Il peut donc se détériorer avec le temps du fait de l'effet érodant du fluide gazeux. La solution envisagée jusqu'à présent pour éviter cette détérioration consiste à utiliser des matériaux qui résistent mieux à l'érosion. En particulier, des matériaux du type mousse métallique s'avèrent particulièrement efficaces à ce niveau. Ces matériaux présentent toutefois l'inconvénient d'être chers et de posséder un pouvoir d'absorption acoustique relativement faible.

[0006] En conséquence, l'invention a pour but de proposer un dispositif d'atténuation des bruits, qui permette d'atténuer efficacement les bruits propagés dans les conduits d'admission d'air tout en limitant le coût de fabrication desdits conduits.

[0007] Selon une définition générale, l'invention concerne un dispositif d'atténuation acoustique pour une ligne d'admission d'un moteur à combustion thermique équipée d'un turbocompresseur. Le dispositif d'atténuation acoustique comprend :

• un conduit d'acheminement de gaz possédant une paroi périphérique munie d'au moins une ouverture traversante, ladite ouverture traversante servant de logement à un élément de séparation, et
• au moins une chambre périphérique disposée autour du conduit de manière à entourer totalement ou partiellement l'élément de séparation,

dans lequel l'élément de séparation est formé dans un matériau poreux de manière à permettre une circulation de gaz entre le conduit et la chambre périphérique, et dans lequel la chambre périphérique est au moins partiellement remplie avec un élément d'absorption acoustique.

[0008] Ainsi configuré, le dispositif d'atténuation acoustique de l'invention permet de séparer l'espace intérieur de la chambre périphérique, dans lequel est logé l'élément d'absorption acoustique, de l'espace intérieur du conduit, dans lequel circule le fluide gazeux. L'élément d'absorption acoustique n'est donc plus au contact du fluide gazeux. Il en résulte une érosion moindre, qui permet l'utilisation de matériau fibreux ou poreux moins cher et possédant un pouvoir d'absorption acoustique supérieur à celui des matériaux de type mousse métallique.

[0009] Le dispositif d'atténuation acoustique de l'invention peut également comprendre les caractéristiques suivantes prises de manière isolée ou combinée :

• l'élément d'absorption acoustique est formé dans un matériau choisi parmi les mousses polymères, notamment les mousses polyuréthane ou les mousses polyurétane recouverte d'un film laminé en polypropylène ou polyéthylène, et les matériaux comprenant des fibres polymères, notamment comprenant des fibres polypropylène et des fibres polyéthylène, et de préférence comprenant 30% de fibres polypropylène et 70% de fibres polyéthylène.
• l'élément de séparation est formé dans un matériau poreux comprenant des fibres polymères.
• l'élément de séparation est formé dans un matériau poreux comprenant des fibres métalliques.
• le matériau poreux présente une perméabilité comprise entre 650 l/m²/s et 1200 l/m²/s.
• la chambre périphérique est remplie totalement avec l'élément d'absorption acoustique.
• la chambre périphérique est remplie partiellement avec l'élément d'absorption acoustique.
• l'élément d'absorption acoustique possède un profil annulaire ou sensiblement annulaire.
• l'élément d'absorption acoustique comprend au moins deux parties adjacentes, à savoir une première partie et une deuxième partie, la première partie possédant un diamètre externe inférieur au diamètre externe de la deuxième partie.
• l'élément d'absorption acoustique comprend au moins deux parties adjacentes, à savoir une première partie et une deuxième partie, la première partie possédant un diamètre interne supérieur au diamètre interne de la deuxième partie.
• l'élément d'absorption acoustique possède un diamètre externe constant et un diamètre interne décroissant de manière continue sur toute sa longueur.

[0010] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un ensemble d'admission d'air d'un véhicule, comprenant un turbocompresseur présentant une entrée d'air et une sortie d'air et un dispositif d'atténuation acoustique tel que décrit précédemment.

[0011] Selon une configuration avantageuse, le dispositif d'atténuation acoustique est positionné en amont du turbocompresseur.

[0012] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront clairement de la description détaillée ci-après de plusieurs modes de réalisation d'un dispositif d'atténuation acoustique selon l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels :

• les figures 1 et 2 sont des vues schématiques en coupe de deux dispositifs d'atténuation acoustique selon l'art antérieur ;
• la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un dispositif d'atténuation acoustique selon un premier mode de réalisation d'un dispositif d'atténuation acoustique selon l'invention ;
• la figure 4 est une vue schématique en coupe d'un dispositif d'atténuation acoustique selon un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'atténuation acoustique selon l'invention ;
• la figure 5 est une vue schématique en coupe d'un dispositif d'atténuation acoustique selon un troisième mode de réalisation d'un dispositif d'atténuation acoustique selon l'invention ;
• la figure 6 est une vue schématique en coupe d'un dispositif d'atténuation acoustique selon un quatrième mode de réalisation d'un dispositif d'atténuation acoustique selon l'invention ;
• la figure 7 est une vue schématique en coupe d'un dispositif d'atténuation acoustique selon un cinquième mode de réalisation d'un dispositif d'atténuation acoustique selon l'invention ;
• la figure 8 représente des courbes Atténuation/Fréquence des dispositifs représentés sur les figures 1 à 3 ;
• la figure 9 représente des courbes Atténuation/Fréquence des dispositifs représentés sur les figures 1, 3 et 4.

[0013] En référence à la figure 1, il est représenté une configuration connue d'un dispositif d'atténuation acoustique pour une ligne d'admission d'un moteur à combustion thermique équipée d'un turbocompresseur. Ce dispositif 1 comprend notamment un conduit principal 2 à travers lequel circule l'air ou le mélange gazeux selon le sens de circulation S, ledit conduit 2 s'étendant selon un axe directeur ZZ'. Le conduit 2 possède une géométrie sensiblement cylindrique. Il est défini par une paroi périphérique 3 possédant un diamètre interne D1. La paroi périphérique 3 est munie d'une ouverture traversante 4, ladite ouverture traversante 4 débouchant dans une chambre périphérique 5 de forme annulaire. La chambre périphérique 5 est délimitée par les parois internes d'une cloche 6 de forme cylindrique qui est disposée coaxialement autour du conduit 2 de manière à recouvrir entièrement l'ouverture traversante 4. La cloche 6 est notamment définie par un diamètre externe D2 et une longueur L.

[0014] En référence à la figure 2, il est représenté une autre configuration connue d'un dispositif d'atténuation acoustique pour une ligne d'admission d'un moteur à combustion thermique équipée d'un turbocompresseur. Ce dispositif 1' se distingue du dispositif 1 représenté sur la figure 1 par la présence d'une paroi de séparation 7 au niveau de l'ouverture traversante 4. Cette paroi de séparation 7 est formée par une bande de matériaux poreux disposée dans le prolongement de la paroi périphérique 3 de manière à fermer la chambre périphérique 5. La bande constitutive de la paroi 7 possède une certaine perméabilité, notamment comprise entre 650 l/m²/s et 1200 l/m²/s, et est généralement constituée d'un textile en fibres polymères ou en fibres métalliques. La paroi 7 assure ainsi un écoulement sensiblement dépourvu de perte de charge tout en permettant une atténuation acoustique.

[0015] En référence à la figure 3, il est représenté un dispositif d'atténuation acoustique 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif 10 se distingue du dispositif 1' représenté sur la figure 2 par la présence d'un élément d'absorption acoustique 8 à l'intérieur de la chambre périphérique 5. L'élément d'absorption acoustique 8 possède un profil annulaire et remplit partiellement, en particulier à moitié, la chambre périphérique 5. Il pourra avantageusement être fixé sur la cloche 6, par exemple par soudure ou par clipsage, de manière à laisser un espace libre entre la paroi de séparation 7 et l'élément d'absorption acoustique 8. L'élément d'absorption acoustique 8 pourra avantageusement être formé dans un matériau choisi parmi les mousses polymères, notamment les mousses polyuréthane ou les mousses polyurétane recouverte d'un film laminé en polypropylène ou polyéthylène, les mousses possédant de préférence une densité comprise entre 8 et 55 kg/m³, ou parmi les matériaux comprenant des fibres polymères, notamment comprenant 30% de fibres polypropylène et 70% de fibres polyéthylène.

[0016] En référence à la figure 8, il est représenté un graphique permettant de comparer les performances acoustiques du dispositif 10 selon l'invention de celles des dispositifs 1 et 1' de l'art antérieur. Ce graphique résulte de mesures d'atténuation acoustique (exprimée en dB et portée en ordonnée) en faisant varier la fréquence (exprimée en Hz et portée en abscisse) de l'onde acoustique traversant le conduit principal 2. L'exemple 1 correspond à la configuration représentée sur la figure 1, dans laquelle le diamètre D1 est de 56 mm, le diamètre D2 est de 90 mm et la longueur L est de 90 mm. L'exemple 2 correspond à la configuration représentée sur la figure 2, dans laquelle le diamètre D1 est de 56 mm, le diamètre D2 est de 90 mm et la longueur L est de 90 mm, et dans laquelle la paroi de séparation 7 est formée dans un matériau textile en fibres polymères comprenant 30 % de fibres polypropylène et 70 % de fibres polyéthylène et possède une perméabilité de 850 l/m²/s. L'exemple 3 correspond à la configuration représentée sur la figure 3, dans laquelle le diamètre D1 est de 56 mm, le diamètre D2 est de 90 mm et la longueur L est de 90 mm, dans laquelle la paroi de séparation 7 est formée dans un matériau textile en fibres polymères comprenant 30 % de fibres polypropylène et 70 % de fibres polyéthylène et possède une perméabilité de 850 l/m²/s et dans laquelle l'élément d'absorption acoustique 8 est formé dans un matériau en mousse poluréthane tranchée à cellules ouvertes recouverte d'un film laminé en polypropylène ou polyéthylène et possédant une densité de 25 kg/m³. L'élément d'absorption acoustique 8 est disposé de telle manière que le film laminé est dirigé vers le conduit principal 2. On constate donc que l'atténuation acoustique du dispositif de l'exemple 3 est supérieure d'au moins 5 dB à celle des dispositifs des exemples 1 et 2, notamment dans la plage de fréquences comprise entre 1500 et 2500 Hz, ce qui correspond aux fréquences généralement associées aux moteurs turbocompressés.

[0017] En référence à la figure 4, il est représenté un dispositif d'atténuation acoustique 11 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif 11 se distingue du dispositif 10 représenté sur la figure 3 par le fait que l'élément d'absorption acoustique 8 remplit totalement la chambre périphérique 5, de telle sorte que l'élément d'absorption acoustique 8 et la paroi de séparation 7 sont en contact.

[0018] En référence à la figure 9, il est représenté un graphique permettant de comparer les performances acoustiques du dispositif 11 selon l'invention de celles du dispositif 1 de l'art antérieur et du dispositif 10 selon l'invention. Les exemples 1 et 3 correspondent à ceux définis précédemment pour la figure 8 et l'exemple 4 correspond à la configuration représentée sur la figure 4, dans laquelle le diamètre D1 est de 56 mm, le diamètre D2 est de 90 mm et la longueur L est de 90 mm, dans laquelle la paroi de séparation 7 est formée dans un matériau textile en fibres polymères comprenant 30 % de fibres polypropylène et 70 % de fibres polyéthylène et possède une perméabilité de 850 l/m²/s et dans laquelle l'élément d'absorption acoustique 8 est formé dans un matériau en mousse poluréthane. On constate donc que l'atténuation acoustique du dispositif de l'exemple 4 est supérieure à celle des dispositifs des exemples 1 et 3 dans la plage de fréquences comprise entre 2000 et 2500 Hz. Le dispositif de l'exemple 4 pourra donc être utilisé préférentiellement dans le cas où les fréquences émises par le moteur turbocompressé se situeraient dans cette plage spécifique.

[0019] En référence aux figures 5 à 7, il est représenté plusieurs variantes de réalisation du dispositif d'atténuation acoustique selon l'invention. Dans ces variantes, l'élément d'absorption acoustique 8 est formé dans un matériau comprenant des fibres polypropylène et des fibres polyéthylène, de préférence dans la proportion de 30% de fibres polypropylène et 70% de fibres polyéthylène. Ce type de matériau présente en effet l'avantage d'être facilement compressible, comme illustré sur la figure 7.

[0020] Le dispositif 12 représenté sur la figure 5 se distingue du dispositif 10 représenté sur la figure 3 par le fait que l'élément d'absorption acoustique 8 comporte une première partie 81 et une deuxième partie 82 contiguë à la première partie 81. Les première et deuxième parties 81, 82 possèdent toutes deux une forme annulaire définie par un diamètre externe d1, respectivement d2, et un diamètre interne d1', respectivement d2'. Les diamètres externes d1 et d2 sont égaux, tandis que le diamètre interne d1' de la première partie 81 est supérieur au diamètre interne d2' de la deuxième partie 82, de telle sorte que, dans la première partie 81, un espace libre est présent entre la paroi de séparation 7 et l'élément d'absorption acoustique 8 et, dans la deuxième partie 82, l'élément d'absorption acoustique 8 et la paroi de séparation 7 sont en contact. Ce dispositif 12 présentera donc des caractéristiques d'atténuation acoustique différentes de celles du dispositif 10.

[0021] Le dispositif 13 représenté sur la figure 6 se distingue du dispositif 10 représenté sur la figure 3 par le fait que l'élément d'absorption acoustique 8 possède une forme annulaire définie par un diamètre externe d constant et un diamètre interne d' décroissant de manière continue sur sa longueur, selon le sens de circulation S, de telle sorte que, à au moins une première extrémité, l'élément d'absorption acoustique 8 et la paroi de séparation 7 sont en contact, et, à au moins une deuxième extrémité, un espace libre est présent entre la paroi de séparation 7 et l'élément d'absorption acoustique 8. Ce dispositif 13 présentera donc des caractéristiques d'atténuation acoustique différentes de celles du dispositif 10.

[0022] Le dispositif 14 représenté sur la figure 7 se distingue du dispositif 10 représenté sur la figure 3 par le fait que la cloche 6 possède une section croissante dans le sens de circulation S, le diamètre externe D2 croissant par paliers. L'élément d'absorption acoustique 8 possède également une section croissante dans le sens de circulation S de manière à remplir totalement la chambre périphérique 5. Il possède en particulier trois parties contiguës 83, 84 et 85, dont les diamètres internes d3', d4' et d5' sont égaux et dont les diamètres externes d3, d4 et d5 sont définis par la relation d3<d4<d5. Ce dispositif 14 présentera donc des caractéristiques d'atténuation acoustique différentes de celles du dispositif 10.

[0023] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés sur les dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Revendications

1. Dispositif d'atténuation acoustique (10) pour une ligne d'admission d'un moteur à combustion thermique équipée d'un turbocompresseur, caractérisé en ce qu'il comprend :

- un conduit (2) d'acheminement de gaz possédant une paroi périphérique (3) munie d'au moins une ouverture traversante (4), ladite ouverture traversante (4) servant de logement à un élément de séparation (7), et

- au moins une chambre périphérique (5) disposée autour du conduit (2) de manière à entourer totalement ou partiellement l'élément de séparation (7),

dans lequel l'élément de séparation (7) est formé dans un matériau poreux de manière à permettre une circulation de gaz entre le conduit (2) et la chambre périphérique (5), et dans lequel la chambre périphérique (5) est au moins partiellement remplie avec un élément d'absorption acoustique (8).

2. Dispositif d'atténuation acoustique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'absorption acoustique (8) est formé dans un matériau choisi parmi les mousses polymères, notamment les mousses polyuréthane ou les mousses polyurétane recouverte d'un film laminé en polypropylène ou polyéthylène, et les matériaux comprenant des fibres polymères, notamment comprenant des fibres polypropylène et des fibres polyéthylène, et de préférence comprenant 30% de fibres polypropylène et 70% de fibres polyéthylène.

3. Dispositif d'atténuation acoustique (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de séparation (7) est formé dans un matériau poreux comprenant des fibres polymères.

4. Dispositif d'atténuation acoustique (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de séparation (7) est formé dans un matériau poreux comprenant des fibres métalliques.

5. Dispositif d'atténuation acoustique (10) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau poreux présente une perméabilité comprise entre 650 l/m²/s et 1200 l/m²/s.

6. Dispositif d'atténuation acoustique (10) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre périphérique (5) est remplie totalement avec l'élément d'absorption acoustique (8).

7. Dispositif d'atténuation acoustique (10) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre périphérique (5) est remplie partiellement avec l'élément d'absorption acoustique (8).

8. Dispositif d'atténuation acoustique (10) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément d'absorption acoustique (8) possède un profil annulaire ou sensiblement annulaire.

9. Dispositif d'atténuation acoustique (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément d'absorption acoustique (8) comprend au moins deux parties adjacentes, à savoir une première partie (83) et une deuxième partie (84), la première partie (83) possédant un diamètre externe (d3) inférieur au diamètre externe (d4) de la deuxième partie (84).

10. Dispositif d'atténuation acoustique (10) selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément d'absorption acoustique (10) comprend au moins deux parties adjacentes, à savoir une première partie (81) et une deuxième partie (82), la première partie (81) possédant un diamètre interne (d1') supérieur au diamètre interne (d2') de la deuxième partie (82).

11. Dispositif d'atténuation acoustique (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément d'absorption acoustique (8) possède un diamètre externe (d) constant et un diamètre interne (d') décroissant de manière continue sur toute sa longueur.

12. Ensemble d'admission d'air d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un turbocompresseur présentant une entrée d'air et une sortie d'air et un dispositif d'atténuation acoustique (10) selon l'une des revendications 1 à 11.

13. Ensemble d'admission selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif d'atténuation acoustique (10) est positionné en amont du turbocompresseur.

Dessins