Bibliographie & annexes
Présentation
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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Auteur(s)
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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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Présentation
Efforts d’inertie2. Rayonnement acoustique du groupe motopropulseur (GMP)
L’enveloppe du groupe motopropulseur représente la majeure partie des surfaces rayonnantes du moteur. Si l’on omet le bruit d’accessoires généralement fixés sur le carter cylindres (alternateur, pompes, courroies, turbocompresseur, système d’injection), il représente la voie de transfert des efforts d’inertie et de combustion qui passent par l’attelage mobile et qui viennent solliciter les paliers du vilebrequin. La culasse est aussi directement excitée par la pression de combustion. Enfin, le carter cylindres l’est par le piston lorsque celui-ci, dans son mouvement transversal, vient s’appuyer dessus. On parle alors, en employant un anglicisme, de piston slap lorsque, à cause du jeu fonctionnel existant, le piston crée un choc sur le haut des chemises. La boîte de vitesses génère elle aussi un bruit propre, bruit d’engrènement principalement lié aux chocs entre dentures.
Comme toute enveloppe vibrante, le GMP est alors une source acoustique relativement complexe, puisque excitée comme on vient de le voir en de multiples points. La caractérisation acoustique d’un GMP peut s’effectuer en cellule semi-anechoïque. Le moteur est monté au banc et peut être mis en charge en couplant le moteur à un frein. On mesure alors soit la pression acoustique, soit la puissance acoustique par face et en global. L’intérêt de la mesure de puissance est qu’elle représente un indicateur global, contrairement à la pression qui reste dépendante de la distance et de la position relative d’écoute par rapport au moteur. La mesure de puissance, quant à elle, reste plus lourde à effectuer et est la plupart du temps limitée aux basses fréquences (inférieures à 2 000 Hz), du fait des critères de maillage spatial contraignants (maillage en demi-longueur d’onde acoustique, soit à 2 000 Hz une mesure tous les 8 cm).
On montre que puissance acoustique W et vitesse quadratique moyenne <v 2> sont reliées par la formule faisant intervenir le coefficient de rayonnement σ :
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Rayonnement acoustique du groupe motopropulseur (GMP)
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).
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(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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