EP2172640A1 - Procédé et dispositif d'atténuation des bruits de bouche d'un moteur thermique - Google Patents

Procédé et dispositif d'atténuation des bruits de bouche d'un moteur thermique Download PDF

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EP2172640A1
EP2172640A1 EP09170788A EP09170788A EP2172640A1 EP 2172640 A1 EP2172640 A1 EP 2172640A1 EP 09170788 A EP09170788 A EP 09170788A EP 09170788 A EP09170788 A EP 09170788A EP 2172640 A1 EP2172640 A1 EP 2172640A1
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EP
European Patent Office
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membrane
intake circuit
air
air intake
engine
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EP09170788A
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German (de)
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EP2172640B1 (fr
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Romain Bellet
Bruno Cochelin
Philippe Herzog
Pierre-Olivier Mattei
Zoran Dimitrijevic
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/12—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification
    • F02M35/1205—Flow throttling or guiding
    • F02M35/1222—Flow throttling or guiding by using adjustable or movable elements, e.g. valves, membranes, bellows, expanding or shrinking elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/12—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification
    • F02M35/1255—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using resonance
    • F02M35/1261—Helmholtz resonators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/14—Combined air cleaners and silencers

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for attenuating the noise of a heat engine.
  • the figure 1 schematically shows the air supply circuit of a heat engine 10.
  • the air injected into the cylinders 12 may come from the circuit 14 for supplying fresh air (air coming from outside the engine) and a circuit recirculation 16, the latter being equipped with an air cooling system 18.
  • the fresh air supply circuit 14 consists of an air inlet neck 20 comprising a scoop 22 through which the air enters. fresh air, followed by a connector 24 connected to the scoop 22 by a removable connection 26.
  • the connector 24 is connected to an air filter 28 provided with a filter itself 30 mounted on a stretcher.
  • a flow meter 32 measures the flow of fresh air passing through the air filter 28.
  • the air is then directed by a pipe 34 to a throttle body 36 connected to the air intake circuit 38 in the cylinders of the engine.
  • the housing 36 is also connected to the recirculation circuit 16, in order to determine the percentage of air recirculated and reinjected into the cylinders.
  • the closing and opening of the engine valves generates noises that propagate in the air supply circuit 14.
  • a standing wave system is established, the standing waves being generated by the superposition of the incident acoustic waves and reflected at different ends of the air intake circuit.
  • the frequency of these waves is a function of the dimensions of elements of the air intake system and boundary conditions.
  • These noises, coming out by the scoop 22, are the noises of mouth. They can be transmitted in the cabin of the vehicle, either by air or by radiation of elements of the vehicle body. These noises can also participate in external noise and their sound level must not exceed the thresholds set by standards (currently 74 dB (A)).
  • the air filter by its volume, creates a buffer effect (or tranquilization) for acoustic waves.
  • Noise attenuation devices such as resonators for example, are often placed in the air filter because their influence on the air filling of the engine cylinders is relatively negligible.
  • Increasing the volume of the air filter is not always possible for reasons of availability under the bonnet and increases the mass of the vehicle.
  • the resonator treatments are effective only over a narrow frequency range: several resonators are needed to cover several frequency ranges which leads to an increase in the volume and mass of the air intake circuit.
  • the patent FR 2 840 652 discloses a noise attenuation device from the operation of the internal combustion engine of a vehicle.
  • This device comprises a flexible membrane responding to a predetermined frequency range of vibrations when subjected to the stresses of the air flow flowing in the air intake circuit to modify the acoustic frequency resulting from this flow.
  • the membrane resonates with the noise to be attenuated. It can be likened to a mechanical oscillator.
  • the membrane has a natural frequency that depends on its mass and the tension imposed on the membrane.
  • the membrane is purported to match its natural frequency with the frequency of the noises to be attenuated. This solution requires tuning the resonant frequency of the membrane to the noises to be treated: it is therefore suitable only for noises having a relatively narrow frequency range.
  • the present invention proposes a solution using a robust acoustic device that can treat the various motor noise in a wide range of frequencies, neither penalizing the mass or the volume occupied under the hood by the intake circuit of the engine. air.
  • the invention proposes a method of attenuation of the noises generated by a heat engine and propagated by the engine air intake circuit, the method being characterized in that it consists in determining the the acoustic mode (s) of the noises, choose at least one physical characteristic of a flexible membrane according to the acoustic mode (s), and fix the membrane in the intake circuit so that the membrane can undergo a large deformation (non-linear behavior) under the action of the acoustic mode (s).
  • the physical characteristic of the membrane can be the stiffness, which depends on the thickness, the surface and the Young's modulus of the membrane.
  • the membrane is preferably fixed in the intake circuit substantially to a pressure belly of the acoustic mode (s).
  • a volume of air is reserved in the air intake circuit on the side of the face of the diaphragm opposite to the noise source and the pressure is advantageously equalized from and other of the membrane, for example using a pipe of small section and of great length.
  • This pipe can be a capillary.
  • the invention also relates to a noise attenuation device generated by a heat engine and propagating through the engine air intake circuit.
  • the device comprises a flexible membrane fixed in the air intake circuit and absorbing said noises by deforming non-linearly.
  • the flexible membrane is fixed without constraints (therefore not stretched) in the plane of the membrane.
  • the device comprises a dissipation chamber of the energy absorbed by the membrane, a wall of said chamber being constituted by the membrane.
  • the device may comprise means for equalizing the pressure prevailing on both sides of the membrane.
  • These pressure equalization means for example a pipe connecting one side of the membrane to the other side
  • the air filter of the air intake circuit may comprise means for fixing the membrane, which with said fixing means delimit a dissipation chamber of the acoustic energy absorbed by the membrane.
  • the embodiment described below and represented on the Figures 2 and 3 relates to a noise attenuation device forming part of the air filter.
  • the latter comprises an enclosure 40 of substantially rectangular parallelepiped shape, the filter element not being shown.
  • the enclosure 40 has an air inlet 42 and an outlet 44. The air sucked from the outside of the vehicle enters through the inlet 42, exits through the outlet 44 after being filtered and is directed to the collector. intake of the engine.
  • the wall 46 of the enclosure 40 has an opening 48, for example of circular shape, closed by a flexible membrane 50 and by means 52 for fixing the membrane.
  • These means 52 may be constituted by any appropriate means to maintain the membrane without constraints in the plane of the wall 46 or the plane of the membrane. In other words, the membrane is fixed without being stretched. For example, the membrane can simply be recessed.
  • a chamber 54 for dissipating the energy absorbed by the membrane 50 is added to the enclosure 40 of the air filter.
  • This chamber is disposed on the side of the face of the membrane not exposed to noise.
  • a wall of this chamber 54 consists mainly of the membrane 50 and the fixing means 52.
  • the air filter then consists of a filter element (not shown), a main chamber 56 delimited by the walls of the chamber. enclosure 40 and an energy dissipation chamber 54.
  • Means are used to equalize the pressures prevailing on either side of the membrane 50 and thus to equalize the pressures prevailing in the main chamber 56 and the 54.
  • These means may be constituted by a pipe 58 having one of its ends 60 opening into the main chamber 56 and its other end 62 opening into the chamber 54.
  • the pipe 58 has a high inertia, so it is of great length, and high resistivity, so it has a small section.
  • the pipe 58 may be for example a capillary (small section) around the chamber 54 (
  • the flexible membrane 50 must be able to deform non-linearly in order to absorb the acoustic energy. It has indeed been shown in the literature (see the article B. Cochelin, P. Herzog, PO Mattei, "Experimental evidence of energy pumping in acoustics” CR Mechanics 334, 639-644, 2006 ) that a flexible membrane can deform in large amplitude to pump the acoustic energy of an acoustic mode irreversibly over a wide frequency band. This acoustic energy pumping phenomenon is due to the non-linear behavior of the membrane (which can undergo large deformations) which can be tuned to the frequency of the acoustic mode to be absorbed, as long as it is sufficiently energetic.
  • the non-prestressed flexible membrane is thus placed in the air intake circuit at a location allowing it to pump the maximum energy to the acoustic wave, or in other words where it will be the most excited by the acoustic wave.
  • the membrane will therefore advantageously be placed at a pressure belly so that it can vibrate in large amplitudes.
  • the acoustic velocity is negligible (which is generally and approximately the case in the air filter)
  • the sound pressure can then be considered as spatially uniform and in this case the location of the membrane is little important.
  • the chamber 54 allows a large deformation of the membrane and a good dissipation of the energy pumped by the membrane.
  • the acoustic mode (s) In order to choose the characteristics of the membrane, it is necessary to know the acoustic mode (s) to absorb. When these modes are identified, the characteristics of the membrane can then be determined so as to obtain a nonlinear deformation behavior and a good energy coupling between the membrane and the acoustic mode (s) to be absorbed.
  • the desired stiffness for the membrane is mainly determined, which is a function of the thickness, the surface and the Young's modulus of the membrane.
  • the nonlinear stiffness is dimensioned according to the intensity of the frequency of the highest acoustic mode that is to be attenuated, which allows a possible attenuation over a wide frequency band.
  • ⁇ 3 32 / 3 ⁇ 1 - v 2 ⁇ ⁇ . E / ⁇ air VS . h 3 / R 4 . 1 / ⁇ . S t / S m in which v denotes the Poisson's ratio, E the Young's modulus of the membrane, ⁇ air density, C the velocity of the sound, h the thickness of the membrane, R the radius of the membrane (which is assumed to be circular), ⁇ the frequency of the acoustic standing wave system to be absorbed, S t the section of the outlet of the clean air in the air filter and S m the section of the membrane.
  • the preceding equation leads for example to a membrane radius of about 40 mm, a thickness of 0, 4 mm and a Young's modulus of 1.3 MPa.
  • the flexible membrane may be made of elastomer, and a surface of the order of 10 cm 2 may be sufficient to absorb an incident acoustic energy of the order of 130 dB.
  • the effect of nonlinear energy pumping is obtained by the present invention due to the high sound pressure level in the air filter and not to a preload of the membrane which can, according to the invention, deform in large amplitudes.
  • the described device is robust since it operates on the acoustic intensity over a wide range of frequencies and not on the frequency tuning of a single point. It avoids having to use several noise attenuation devices in the air intake circuit, resulting in space and weight savings.
  • the membrane could be placed at another place than in the air filter: it could for example be located on the intake neck of the air intake circuit.

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Abstract

L'invention concerne une procédé d'atténuation des bruits générés par un moteur thermique et se propageant par le circuit d'admission d'air (14) du moteur, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer le ou les mode(s) acoustique(s) des bruits, choisir au moins une caractéristique physique d'une membrane souple (50) en fonction du ou des mode(s) acoustique(s), et fixer la membrane (50) dans le circuit d'admission (14) de sorte que la membrane puisse subir une grande déformation sous l'action du ou des mode(s) acoustique(s). L'invention concerne aussi un dispositif d'atténuation des bruits générés par un moteur thermique (10) et se propageant par le circuit d'admission d'air (14) du moteur, le dispositif comportant une membrane souple (50) fixée dans le circuit d'admission d'air et absorbant lesdits bruits en se déformant de façon non linéaire.

Description

  • La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'atténuation des bruits de bouche d'un moteur thermique.
  • Les moteurs à combustion interne, encore appelés moteurs thermiques, comportent un circuit d'alimentation en air, l'air étant prélevé à l'extérieur du véhicule pour être conduit dans les cylindres du moteur. L'ouverture et la fermeture des soupapes créent des bruits, lesquels se propagent dans le circuit d'alimentation d'air et sortent par la bouche d'aspiration de l'air. Ces bruits sont généralement appelés les bruits de bouche.
  • La figure 1 montre schématiquement le circuit d'alimentation en air d'un moteur thermique 10. L'air injecté dans les cylindres 12 peut provenir du circuit 14 d'alimentation en air frais (air provenant de l'extérieur du moteur) et d'un circuit de recirculation 16, ce dernier étant équipé d'un système de refroidissement d'air 18. Le circuit 14 d'alimentation en air frais se compose d'un col d'entrée d'air 20 comprenant une écope 22 par laquelle rentre l'air frais, suivie d'un raccord 24 connecté à l'écope 22 par une liaison démontable 26. Le raccord 24 est connecté à un filtre à air 28 muni d'un filtre proprement dit 30 monté sur un brancard. Un débitmètre 32 permet de mesurer le débit d'air frais traversant le filtre à air 28. L'air est ensuite dirigé par une conduite 34 vers un boîtier papillon 36 relié au circuit d'admission d'air 38 dans les cylindres du moteur. Le boîtier 36 est également relié au circuit de recirculation 16, afin de doser le pourcentage d'air recirculé et réinjecté dans les cylindres.
  • La fermeture et l'ouverture des soupapes du moteur engendrent des bruits qui se propagent dans le circuit d'alimentation d'air 14. Un système d'ondes stationnaires s'établit, les ondes stationnaires étant générées par la superposition des ondes acoustiques incidentes et réfléchies aux différentes extrémités du circuit d'admission d'air. La fréquence de ces ondes est fonction des dimensions des éléments du circuit d'admission d'air et des conditions aux limites. Ces bruits, sortant par l'écope 22, sont les bruits de bouche. Ils peuvent être transmis dans l'habitacle du véhicule, soit par voie aérienne, soit par rayonnement d'éléments de la caisse du véhicule. Ces bruits peuvent également participer aux bruits extérieurs et leur niveau sonore ne doit pas dépasser des seuils fixés par des normes (actuellement 74 dB(A)).
  • Le filtre à air, par son volume, crée un effet de tampon (ou de tranquillisation) pour les ondes acoustiques. Les dispositifs d'atténuation des bruits, tels que les résonateurs par exemple, sont souvent placés dans le filtre à air car leur influence sur le remplissage en air des cylindres du moteur est relativement négligeable.
  • Diverses solutions ont déjà été proposées pour supprimer, complètement ou partiellement, les bruits de bouche. De manière générale, pour traiter les basses fréquences (de 0 à 200 Hz qui correspond à l'harmonique 2 du régime moteur) on impose des volumes importants au filtre à air. Pour traiter les moyennes et hautes fréquences, on utilise de la fibre polymère ou des résonateurs (1/4 d'onde, de Helmholtz ou des silencieux).
  • L'augmentation du volume du filtre à air n'est pas toujours possible pour des raisons de disponibilités sous le capot moteur et augmente la masse du véhicule. Les traitements par résonateurs sont efficaces uniquement sur une plage de fréquences étroite: plusieurs résonateurs sont nécessaires pour couvrir plusieurs plages de fréquences ce qui conduit à une augmentation du volume et de la masse du circuit d'admission d'air.
  • Le brevet FR 2 840 652 décrit un dispositif d'atténuation des bruits issus du fonctionnement du moteur à combustion interne d'un véhicule. Ce dispositif comporte une membrane souple répondant à une plage de fréquences de vibrations prédéterminée lorsqu'elle est soumise aux sollicitations du flux d'air circulant dans le circuit d'admission d'air pour modifier la fréquence acoustique issue de ce flux. La membrane entre en résonance avec les bruits à atténuer. Elle peut être assimilée à un oscillateur mécanique. La membrane possède une fréquence propre qui dépend de sa masse et de la tension imposée à la membrane. La membrane est prétendue de façon à accorder sa fréquence propre avec la fréquence des bruits à atténuer. Cette solution nécessite d'accorder la fréquence de résonance de la membrane aux bruits à traiter: elle ne convient donc que pour des bruits ayant une plage de fréquences relativement étroite.
  • La demande de brevet US 2004/0011011 A1 décrit une solution utilisant une ouverture pratiquée dans le filtre à air et composée d'orifices recouverts d'une toile. Comme précédemment, cette solution ne traite que des bruits compris dans une plage de fréquences relativement étroite.
  • La présente invention propose une solution faisant appel à un dispositif acoustique robuste pouvant traiter les différents bruits de bouche du moteur dans une large plage de fréquences, en ne pénalisant ni la masse ni le volume occupé sous le capot par le circuit d'admission d'air.
  • De façon plus précise, l'invention propose un procédé d'atténuation des bruits générés par un moteur thermique et se propageant par le circuit d'admission d'air du moteur, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer le ou les mode(s) acoustique(s) des bruits, choisir au moins une caractéristique physique d'une membrane souple en fonction du ou des mode(s) acoustique(s), et fixer la membrane dans le circuit d'admission de sorte que la membrane puisse subir une grande déformation (comportement non linéaire) sous l'action du ou des mode(s) acoustique(s).
  • La caractéristique physique de la membrane peut être la raideur, laquelle dépend de l'épaisseur, de la surface et du module d'Young de la membrane.
  • La membrane est de préférence fixée dans le circuit d'admission sensiblement à un ventre de pression du ou des mode(s) acoustique(s).
  • Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, on réserve un volume d'air dans le circuit d'admission d'air du coté de la face de la membrane opposée à la source des bruits et la pression est avantageusement égalisée de part et d'autre de la membrane, par exemple à l'aide d'un tuyau de petite section et de grande longueur. Ce tuyau peut être un capillaire.
  • L'invention concerne également un dispositif d'atténuation des bruits générés par un moteur thermique et se propageant par le circuit d'admission d'air du moteur. Selon l'invention, le dispositif comporte une membrane souple fixée dans le circuit d'admission d'air et absorbant lesdits bruits en se déformant de façon non linéaire.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la membrane souple est fixée sans contraintes (donc non tendue) dans le plan de la membrane.
  • De préférence, le dispositif comporte une chambre de dissipation de l'énergie absorbée par la membrane, une paroi de ladite chambre étant constituée par la membrane.
  • Le dispositif peut comporter des moyens d'égalisation de la pression régnant de part et d'autre de la membrane. Ces moyens d'égalisation de pression (par exemple une canalisation reliant un coté de la membrane à l'autre coté) présentent avantageusement une inertie importante (grande longueur) et une haute résistivité (petite section).
  • Selon un mode de réalisation, le filtre à air du circuit d'admission d'air peut comporter des moyens de fixation de la membrane, laquelle avec lesdits moyens de fixation délimitent une chambre de dissipation de l'énergie acoustique absorbée par la membrane.
  • D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemples non limitatif, en référence aux dessins annexés et sur lesquels :
    • la figure 1 (art antérieur) illustre schématiquement le circuit d'admission d'air d'un moteur thermique,
    • la figure 2 est une vue schématique, en coupe, d'un mode de réalisation de l'invention, et
    • la figure 3 est une vue schématique, en perspective du mode de réalisation de la figure 2.
  • Le mode de réalisation décrit ci-après et représenté sur les figures 2 et 3 concerne un dispositif d'atténuation des bruits faisant partie du filtre à air. Ce dernier comporte une enceinte 40 de forme sensiblement parallélépipédique rectangle, l'élément filtrant n'étant pas représenté. L'enceinte 40 comporte une entrée d'air 42 et une sortie 44. L'air aspiré de l'extérieur du véhicule pénètre par l'entrée 42, sort par la sortie 44 après avoir été filtré et est dirigé vers le collecteur d'admission du moteur thermique. La paroi 46 de l'enceinte 40 comporte une ouverture 48, par exemple de forme circulaire, obturée par une membrane souple 50 et par des moyens 52 de fixation de la membrane. Ces moyens 52 peuvent être constitués par tous moyens appropriés à maintenir la membrane sans contraintes dans le plan de la paroi 46 ou le plan de la membrane. En d'autres termes, la membrane est fixée sans être tendue. Par exemple, la membrane peut simplement être encastrée.
  • Selon une caractéristique de l'invention, une chambre 54 de dissipation de l'énergie absorbée par la membrane 50 est ajoutée à l'enceinte 40 du filtre à air. Cette chambre est disposée du coté de la face de la membrane non exposée aux bruits. Une paroi de cette chambre 54 est constituée principalement par la membrane 50 et par les moyens de fixation 52. Le filtre à air se compose alors d'un élément filtrant (non représenté), d'une chambre principale 56 délimitée par les parois de l'enceinte 40 et d'une chambre de dissipation de l'énergie 54. Des moyens permettent d'égaliser les pressions régnant de part et d'autre de la membrane 50 et donc d'égaliser les pressions régnant dans la chambre principale 56 et la chambre 54. Ces moyens peuvent être constitués par un tuyau 58 ayant l'une de ses extrémités 60 débouchant dans la chambre principale 56 et son autre extrémité 62 débouchant dans la chambre 54. Le tuyau 58 présente une grande inertie, il est donc de grande longueur, et une haute résistivité, il a donc une petite section. Le tuyau 58 peut être par exemple un capillaire (faible section) faisant le tour de la chambre 54 (grande longueur).
  • Selon l'invention, la membrane souple 50 doit pouvoir se déformer de façon non linéaire afin d'absorber l'énergie acoustique. Il a en effet été montré dans la littérature (voir l'article de B. Cochelin, P. Herzog, P.O. Mattei, "Experimental evidence of energy pumping in acoustics" C.R. Mécanique 334, 639-644, 2006) qu'une membrane souple peut se déformer en grande amplitude afin de pomper l'énergie acoustique d'un mode acoustique de manière irréversible sur une large bande de fréquences. Ce phénomène de pompage d'énergie acoustique est dû au comportement non linéaire de la membrane (pouvant subir de grandes déformations) qui peut s'accorder à la fréquence du mode acoustique à absorber, dès lors qu'il est suffisamment énergétique.
  • La membrane souple non précontrainte est donc placée dans le circuit d'admission d'air à un endroit lui permettant de pomper le maximum d'énergie à l'onde acoustique, ou en d'autres termes où elle sera le plus excitée par l'onde acoustique. La membrane sera donc avantageusement placée à un ventre de pression pour qu'elle puisse vibrer en grandes amplitudes. Cependant si l'on considère que la vitesse acoustique est négligeable (ce qui est généralement et approximativement le cas dans le filtre à air), la pression acoustique peut alors être considérée comme spatialement uniforme et dans ce cas l'emplacement de la membrane est peu important. La chambre 54 permet une grande déformation de la membrane et une bonne dissipation de l'énergie pompée par la membrane.
  • De façon à bien choisir les caractéristiques de la membrane, il est nécessaire de connaître le ou les mode(s) acoustique(s) à absorber. Lorsque ces modes sont identifiés, les caractéristiques de la membrane peuvent alors être déterminées de façon à obtenir un comportement en déformation non linéaire et un bon couplage énergétique entre la membrane et le ou les mode(s) acoustique(s) à absorber. On détermine principalement la raideur souhaitée pour la membrane, laquelle est fonction de l'épaisseur, de la surface et du module d'Young de la membrane. La raideur non linéaire est dimensionnée en fonction de l'intensité de la fréquence du mode acoustique la plus élevée que l'on veut atténuer, ce qui permet une atténuation possible sur une large bande de fréquences.
  • Pour choisir la raideur α3 de la membrane, on suppose que le déplacement transversal w(r,t) de la membrane est approchée par la fonction de forme parabolique w(r,t)= q(t) (1- r/R)2) où R est le rayon de la membrane (supposée de forme circulaire) et r la coordonnée radiale. On suppose également que la membrane se déforme en grandes amplitudes (ce qui est le but recherché). Cela conduit à pouvoir exprimer de manière analytique la raideur α3 de la membrane en fonction de son module d'Young E, de son épaisseur et de son rayon R
  • La raideur α3 peut alors s'exprimer à l'aide de l'équation suivante: α 3 = 32 / 3 ⁢ 1 - v 2 ⁢ π . E / ρ air C . h 3 / R 4 . 1 / ω . S t / S m
    Figure imgb0001
    dans laquelle v désigne le coefficient de Poisson, E le module d'Young de la membrane, ρ air la densité de l'air, C la vitesse du son, h l'épaisseur de la membrane, R le rayon de la membrane (laquelle est supposée circulaire), ω la fréquence du système d'ondes stationnaires acoustiques à absorber, St la section de la sortie de l'air propre dans le filtre à air et Sm la section de la membrane.
  • A titre d'exemple, dans le cas d'application d'un filtre à air de moteur Diesel de voiture automobile, l'équation précédente conduit par exemple à une membrane de rayon d'environ 40 mm, d'une épaisseur de 0,4 mm et d'un module d'Young de 1,3 MPa. La membrane souple peut être réalisée en élastomère, et une surface de l'ordre de 10 cm2 peut suffire pour absorber une énergie acoustique incidente de l'ordre de 130 dB.
  • L'effet de pompage énergétique non linéaire est obtenu par la présente invention grâce au niveau de pression acoustique élevé dans le filtre à air et non à une précontrainte de la membrane qui peut, selon l'invention, se déformer en grandes amplitudes.
  • Le dispositif décrit est robuste puisqu'il fonctionne sur l'intensité acoustique sur une large plage de fréquences et non sur l'accord en fréquence d'un seul point. Il permet de ne pas avoir à utiliser plusieurs dispositifs d'atténuation des bruits dans le circuit d'admission d'air, d'où un gain de place et de poids.
  • D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, la membrane pourrait être placée à un autre endroit que dans le filtre à air : elle pourrait par exemple être localisée sur le col d'admission du circuit d'admission d'air.

Claims (14)

  1. Procédé d'atténuation des bruits générés par un moteur thermique et se propageant par le circuit d'admission d'air (14) du moteur, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer le ou les mode(s) acoustique(s) des bruits, choisir au moins une caractéristique physique d'une membrane souple (50) en fonction du ou des mode(s) acoustique(s), et fixer la membrane (50) dans le circuit d'admission (14) de sorte que la membrane puisse subir une grande déformation sous l'action du ou des mode(s) acoustique(s).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite caractéristique physique de la membrane est la raideur, laquelle dépend de l'épaisseur, de la surface et du module d'Young de la membrane.
  3. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la membrane (50) est fixée dans le circuit d'admission sensiblement à un ventre de pression du ou des mode(s) acoustique(s).
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on réserve un volume d'air (54) dans le circuit d'admission d'air du coté de la face de la membrane (50) non exposée aux bruits.
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pression est égalisée de part et d'autre de la membrane.
  6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pression est égalisée à l'aide d'un tuyau (58) de petite section et de grande longueur.
  7. Dispositif d'atténuation des bruits générés par un moteur thermique (10) et se propageant par le circuit d'admission d'air (14) du moteur, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte une membrane souple (50) fixée dans le circuit d'admission d'air et absorbant lesdits bruits en se déformant de façon non linéaire.
  8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que la membrane souple (50) est fixée sans contraintes dans le plan de la membrane.
  9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8 caractérisé en ce qu'il comporte une chambre (54) de dissipation de l'énergie absorbée par la membrane (50), une paroi de ladite chambre étant constituée par la membrane.
  10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (58) d'égalisation de la pression régnant de part et d'autre de la membrane.
  11. Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que lesdits moyens d'égalisation de pression présentent une inertie importante.
  12. Dispositif selon la revendication 11 caractérisé en ce que lesdits moyens d'égalisation de la pression sont constitués par une canalisation (58) reliant un coté de la membrane à l'autre coté, la canalisation présentant une grande inertie et une haute résistivité.
  13. Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que ladite canalisation (58) est de grande longueur et de petite section.
  14. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 13 caractérisé ce que le filtre à air (40) du circuit d'admission d'air comporte des moyens (52) de fixation de la membrane, laquelle avec lesdits moyens de fixation délimitent une chambre (54) de dissipation de l'énergie acoustique absorbée par la membrane.
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