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RÉSUMÉ
Le contrôle du bruit des moteurs d’automobiles est certainement un des problèmes vibro-acoustique les plus difficiles à résoudre, ceci est dû entre autres à la complexité de la structure et des phénomènes d’excitation, aux contraintes environnementales sur les gaz d’échappement et à la recherche des performances en consommation de carburant et en puissance disponible. Les phénomènes en jeu dans la vibro-acoustique des groupes motopropulseurs sont décrits, notamment les sources internes, le comportement dynamique de la structure et le rayonnement acoustique de l’enveloppe externe du moteur. Sont passés en revue ensuite les efforts d’inertie, les bruits de combustion, des systèmes d’injection, de distribution et d’alimentation.
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Quentin LECLÈRE : LVA, Bâtiment Saint-Exupéry, INSA de Lyon
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Laurent POLAC : Renault DM, Rueil Malmaison
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Bernard LAULAGNET : LVA, Bâtiment Saint-Exupéry, INSA de Lyon
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Jean-Louis GUYADER : LVA, Bâtiment Saint-Exupéry, INSA de Lyon
INTRODUCTION
Ce dossier donne une description de la vibro-acoustique des groupes motopropulseurs d’automobiles. Une présentation des phénomènes à l’origine du bruit émis est effectuée, on décrit ainsi, les sources internes, le comportement dynamique de la structure et le rayonnement acoustique de l’enveloppe externe du moteur.
La complexité des moteurs d’automobiles conduit à la multiplicité des sources. Celles-ci sont décrites, analysées et quantifiées, puis les solutions techniques en vue de leurs réductions sont exposées. Ce document détaille successivement les efforts d’inertie, les bruits de combustion, des systèmes d’injection, de distribution et d’alimentation. Les présentations du phénomène de « piston slap », puis finalement du bruit des boîtes de vitesse terminent cet exposé assez exhaustif malgré la largeur du sujet traité.
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4. Bruit de combustion
Le bruit de combustion représente la part du bruit d’un moteur, générée par les explosions dans les cylindres. Ce bruit est déterminé, d’une part, par les variations de pression à l’intérieur du cylindre, qui représentent l’effort dynamique injecté à la structure, et, d’autre part, par le transfert vibro-acoustique depuis les chambres de combustion vers l’extérieur du bloc.
4.1 Pression cylindre
L’évolution de la pression dans le cylindre est couramment mesurée à l’aide de capteurs de pression insérés dans la chambre de combustion au travers de la culasse. La combustion du mélange génère une brusque augmentation de température et, par conséquent, une forte augmentation de pression dans le cylindre. Ce phénomène se traduit par un effort assimilable à un impact réparti sur les surfaces exposées : piston, cylindre et culasse. Cet impact, appliqué au bloc moteur, est comparable à un coup de marteau excitant la structure sur une large bande de fréquence. Le contenu fréquentiel de la pression cylindre est primordial car il va caractériser l’énergie injectée au bloc moteur en fonction de la fréquence. Le spectre d’un signal de pression cylindre est discret de part la nature périodique de l’évolution temporelle. Dans un cylindre, des explosions se produisent une fois par cycle à la fin de la phase de compression, c’est-à-dire tous les deux tours de vilebrequin pour les moteurs 4 temps. L’espacement des raies du spectre de pression cylindre est, par conséquent, égal à la vitesse de rotation en tours/s divisée par deux, c’est-à-dire environ 8 Hz pour une vitesse de 1 000 tr/min, ou 33 Hz pour une vitesse de 4 000 tr/min. Le faible espacement entre les raies amène à observer le spectre de pression cylindre comme un bruit large bande.
HAUT DE PAGE4.2 Vitesse de montée en pression
La rapidité avec laquelle la pression augmente lors de la combustion est un paramètre du premier ordre du bruit de combustion. Plus elle est importante, plus l’impact généré va être dur, occasionnant des excitations en hautes fréquences. Si la montée en pression est lente, le choc résultant sera « mou », c’est-à-dire essentiellement limité...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GUYADER (J.L.), LAULAGNET (B.) - Structural acoustic radiation prediction : expanding the vibratory response on a functional basis. - Applied Acoustics (43), p. 247-269 (1994).
-
(2) - LAULAGNET (B.) - Sound radiation by a simply supported unbaffled plate. - J. Acoust. Soc. Am. 103(5), pp. 2451-2462 (1998).
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(3) - PIERCE (A.D.) - Acoustics : An introduction to its physical principles and applications. - Mc Graw-Hill, 642 p. (1981).
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(4) - ROUQUET (F.), HEROULT (P.) - Caractérisation Vibro-acoustique de groupes motopropulseurs. - Rapport INSA-LVA (1999).
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(5) - SWOBODA (B.) - Mécanique des moteurs alternatifs. - Technip, Paris (1984).
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(6) - PARIZET (E.) - Acoustique automobile. - Cours du Master Acoustique de l’INSA de Lyon.
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