Le principal objectif de cette étude est de mettre en place une méthodologie de conception prédictive du produit. Le premier sous objectif est donc de comprendre et modéliser les phénomènes acoustiques dans les circuits d’air. Le manque de données bibliographiques sur l’acoustique du moteur 2 temps ne nous permet pas d’anticiper quel modèle physique doit être privilégié. Pour mettre à jour les principales problématiques, nous avons testé l’acoustique des circuits d’air de référence et analysé la littérature des motoristes. Cette démarche se trouve dans la première partie du chapitre 2. La description des phénomènes et la définition des ordres de grandeur vont nous permettre d’écrire les équations de l’écoulement pulsé et de poser les hypothèses s’y rattachant. Si l’on considère les problèmes de propagation, de convection et de transfert de chaleur dans leur globalité, la résolution des équations passe par une approche numérique. Nous présenterons sommairement celle qui est mise en œuvre dans le code de calcul utilisé pour notre étude. L’objectif est aussi de présenter les avantages et les limites de cette approche. L’autre méthode consiste à extraire la partie non stationnaire des équations, en la supposant infinitésimale, on obtient les équations de l’acoustique linéaire. Nous allons présenter les principaux modèles, développements et analyses qui peuvent s’avérer utiles à notre étude. Commençant par les équations de l’acoustique guidée avec écoulement et frottement pariétal. En fonction de la complexité de l’interaction entre l’onde et la géométrie de l’élément à modéliser, on peut utiliser une résolution analytique 1D (Matrice de transfert) ou numérique comme les éléments finis. Le calcul du bruit de bouche demande la modélisation du circuit d’air intégrant la source et le rayonnement. La source peut être caractérisée, à l’aide d’une méthode expérimentale. Nous allons en exposer le principe ainsi que les développements réalisés sur les moteurs à combustion interne. Le rayonnement correspond à la réflexion de l’onde à l’extrémité du circuit ainsi qu’à la structure de l’onde rayonnée. Dans notre cas la problématique principale est de prendre en compte l’interaction de l’onde avec l’écoulement sortant ou entrant. Parler d’acoustique linéaire, alors que la pulsation de pression qui arrive sur le silencieux peut atteindre 1 bar, peut sembler un peu suicidaire! Cependant nous allons exposer comment certains effets non linéaires peuvent être intégrés dans un modèle linéaire. L’acoustique linéaire permet de prédire les phénomènes mais aussi de les analyser. Nous présenterons par la suite une analyse du comportement acoustique des circuits d’air constitués de tubes et de chambres ainsi que les principes d’atténuation utilisés
dans ce domaine. Nous verrons par la suite comment ces outils nous aident à interpréter les courbes d’atténuation et de bruit de bouche.
Disposant des éléments de base, nous allons construire la démarche dans le chapitre 3. Celle-ci est réalisée en 5 étapes :
- A l’aide du cycle en V [86], définir les étapes de la conception et les livrables associées. On en déduit les paramètres dimensionnant ainsi que les outils prédictifs, analytiques ou expérimentaux à mettre en place.
- Concernant les outils prédictifs, nous avons d’abord mené une démarche d’évaluation, à partir d’essais sur banc acoustique, des deux approches concurrentes utilisées dans les codes commerciaux. Si l’approche temporelle est supposée intégrer l’ensemble des phénomènes, nous avons testé sa capacité à modéliser certaines problématiques acoustiques. Concernant l’approche fréquentielle, les codes disponibles n’intègrent que la modélisation du filtre acoustique. Nous avons mis au point une méthode pour caractériser la source et défini un modèle pour intégrer le rayonnement. Nous allons exposer la démarche de définition et de validation sur banc acoustique, puis sur banc moteur. Disposant de l’ensemble des paramètres nous avons pu présenter par la suite le modèle fréquentiel global.
- La troisième étape, concerne la définition d’un outil d’analyse, complémentaire à la modélisation. L’objet de cette approche est de pouvoir définir à l’aide d’un modèle simplifié, la disposition optimale des volumes. Le nombre de configurations à considérer étant tellement élevé, cette démarche n’est pas envisageable par une approche globale.
- La quatrième étape concerne la mise au point des méthodes expérimentales, permettant de caractériser les systèmes sur banc moteur ainsi que les composants sur banc acoustique.
- La principale finalité de cette étude est de mettre au point et comparer les deux modèles prédictifs à partir d’essais sur banc moteur. Cette étape se décompose en 2 parties: Validation séparée du modèle de certains composants de la partie primaire, de certains silencieux ou acquisition des paramètres de source. Ensuite on assemble le modèle global, que l’on va comparer avec les essais de bruit de bouche sur banc moteur.
L’objectif de cette démarche est principalement d’arriver à l’aide de calculs et d’essais, à concevoir de meilleurs produits plus rapidement. Elle a été menée en parallèle avec un projet
industriel, qu’elle a supporté et dont elle s’est nourrie. Ainsi sur l’admission d’air, l’analyse acoustique du silencieux de référence, nous a amené à définir les pistes d’amélioration. Nous avons apporté une solution alternative très tôt dans le projet, qui a débouché sur une application série. Cependant le principal de notre étude s’est porté vers un concept proche, qui nous semblait avoir encore plus de potentiel. Le principe de base est de positionner des résonateurs calés à différentes fréquences, le long d’un conduit de façon à obtenir une atténuation optimale. On peut aussi partir d’un encombrement défini, que l’on va partitionner, de façon à former des résonateurs concentriques en série. Nous présentons dans le chapitre 4, une approche utilisant du calcul FEM couplé avec un algorithme d’optimisation, permettant de mettre au point ce type de concept. Sur l’échappement, du fait de la complexité de plusieurs problématiques couplées, il nous a fallu beaucoup plus de temps pour commencer à maitriser le sujet. L’examen du silencieux de référence a mis à jour le rôle primordial du couplage entre les chambres sur sa performance acoustique. Dans le chapitre 5 nous présentons l’étude qui a été menée, pour analyser et réduire les effets de ce problème, liés en partie à l’assemblage du silencieux. Suite à notre démarche d’optimisation, nous avons rencontrés une deuxième problématique, qui est le comportement non linéaire du couplage par des perforations. Même, s’il nous reste encore à trouver une solution technologique réduisant le problème, nous avons pu proposer une alternative au silencieux série pour le projet dSkiBel.
Comme une image vaut 1000 mots, voici un schéma visuel présentant la décomposition de notre démarche [Figure 1.2]
Rayonnement Source acoustique Silencieux Solutions technologiques Intégration véhicule
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