Brevet FR2653717A1 — publié le 19910503

La présente invention concerne un dispositif de suspension agencé entre une structure et le bloc-moteur d'un moteur à combustion interne comportant au moins un piston alternatif dont la chambre de combustion est reliée à un collecteur d'admission et à un collecteur déchappement. L'invention est plus particulièrement adaptée pour la suspension des moteurs à pistons alternatifs sur la caisse des véhicules automobiles. Dans un moteur à combustion interne à pistons alternatifs, on distingue deux catégories de masses en mouvement, d'une part les masses dites tournantes telles que l'arbre à cames, le vilebrequin et une partie des bielles, et d'autre part les masses dites alternatives qui sont soumises à un mouvement de translation telles que les pistons, les axes de bielles et les secondes parties des bielles. Les masses en mouvement alternatif, qui le plus souvent n'est pas sinusoïdal, produisent dans les moteurs des forces qui ne peuvent pas être équilibrées de manière simple, de sorte qu'il subsiste des torseurs d'effort possédant un spectre caractéristique de raies en fréquence et qui produit des vibrations à l-intérieur du moteur qui sont transmises à la structure par les dispositifs de suspension et d'amortissement disposés entre le bloc-moteur et la structure Dans le cas des moteurs à combustion interne à pistons, la combustion n'est pas continue et le volume d'air dans le collecteur d'admission est soumis à des variations de pression cycliques qui correspondent aux cycles d'aspiration des différents pistons.Cette pression dynamique se caractérise également par un spectre de raies en fréquence, certaines raies étant communes avec celles du torseur d'effort cité précédemment, ces raies étant le fondamen tal ou les harmoniques du régime de rotation de l'arbre à cames lorsque le moteur en est équipé. Des remarques identiques peuvent etre formulées à l'égard de la pression régnant dans le circuit d'échappement et notamment dans le collecteur d'échappement Pour certains moteurs, les harmoniques de niveau le plus élevé du torseur d'effort et de la pression dans le collecteur d'admission ou d'échappement se correspondent.C'est notamment le cas des moteurs mono-cylindriques à deux temps, bi-cylindriques en ligne à quatre temps, et surtout des moteurs à quatre cylindres en ligne à quatre temps qui sont les moteurs les plus utilisés en construction automobile et dans lesquels les harmoniques de niveaux les plus élevés sont d'ordure deux pour les masses en mouvement alternatif et pour la pression dans le collecteur. La présente invention a pour but de proposer un dispositif de suspension qui permet de contrôler les forces que lui-même introduit dans la structure. Dans ce but l'invention propose un dispositif de suspension du type mentionné plus haut, caractérisé en ce qu'il comporte un vérin disposé entre la structure et le bloc-moteur et dont la chambre de commande est reliée au collecteur d'admission ou d'échappement du moteur pour appliquer à la structure une force variable dont au moins un des harmoniques est sensiblement en opposition de phase par rapport à l'harmonique correspondant de la force vibratoire produite par les masses en mouvement alternatif du moteur et transmise au dispositif de suspension. Le dispositif selon l'invention permet donc d'utiliser la pression régnant dans le collecteur d'admission ou d'échappement pour produire des efforts en opposition de phase par rapport à ceux transmis au dispositif de suspension par les masses en mouvement alternatif. I1 se caractérise essentiellement par l'utilisation d'un vérin capable de transformer les pressions régnant dans le collecteur d-admission ou d'échappement pour appliquer un effort entre le blocmoteur et la structure. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le vérin est un vérin pneumatique dont la chambre de commande est reliée directement au collecteur d'admission ou d'échappement - le dispositif est du type constitué par un support élastique à deux armatures sensiblement de révolution et coaxiales reliées entre elles par un bloc en matériau élastomère, la chambre de commande du vérin étant délimitée au moins en partie par une première armature et par le bloc en matériau élastomère, ce dernier faisant fonction de piston du vérin auquel est reliée la seconde armature - le support est sensiblement de révolution autour d'un axe qui est sensiblement parallèle à la direction de déplacement du piston du vérin, ce dernier comportant une tige reliée à la seconde armature et qui s'étend à l intérieur de la chambre de commande par une de ses extrémités libres à laquelle sont fixés des moyens de butée qui coopèrent avec une surface en vis-àvis de la première armature pour limiter la course du vérin dans le sens correspondant à son allongement - le support comporte une chambre de travail délimitée par le bloc en matériau élastomère et par une face d'une cloison mobile, et une chambre d'expansion délimitée par l'autre face de la cloison mobile et par une face d'une paroi souple, ces deux chambres étant au moins partiellement remplies d'un liquide qui peut passer de l'une à l'autre par un conduit qui les relie, la chambre de commande du vérin étant délimitée par la première armature et par l'autre face de la paroi souple - la chambre de commande du vérin peut salement être délimitée par une face de révolution du bloc en matériau élastomère, par une portion de la première armature, par une portion de la seconde armature et par une paroi annulaire en matériau élastomère concentrique au bloc en matériau élastomère et qui relie également entre elles les deux armatures. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 est une vue schématique qui représente une partie de la structure d'un véhicule automobile à moteur à combustion interne dont la suspension est assurée à l'aide d'au moins un dispositif selon l'invention , - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de suspension selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de suspension ; et - la figure 4 est une vue en coupe axiale d'un troisième mode de réalisation. On reconnaît sur la figure 1 une traverse 10 reliée à la structure de caisse 12 d'un véhicule automobile équipe d'un moteur à combustion interne 14 à quatre cylindres recevant chacun un piston alternatif (non représenté) Sur la figure 1 on voit également une roue 16 reliée à la traverse 10 par un bras 18 et à la structure 12 par un combiné ressort-amortisseur 20. Un dispositif de suspension suivant l'in- vent ion 22 est agencé entre le bloc-moteur 23 et l'élément de structure 10. Le dispositif de suspension présente une silhouette extérieure sensiblement de révolution hors de laquelle fait saillie latéralement un raccord 24 qui est relié par un tuyau 26 au collecteur d'admission 28 du moteur 14. Le tuyau 26 est de préférence un tuyau souple conçu pour résister aux pressions internes, tel que par exemple un tuyau en caoutchouc armé de fibres textiles. On décrira maintenant le premier mode de réalisation le plus simple d'un dispositif de suspension selon l'invention tel qu-il est représenté à la figure 2. Le dispositif 22 comporte une première armature cylindrique en métal 30 et une seconde armature 32 présentant la forme d'un disque en métal. Les deux armatures 30 et 32 sont reliées entre elles et maintenues sensiblement coaxiales autour de I'axe X-X du support par un bloc en matériau élastomère 34 présentant un profil conique. La liaison aux armatures 30 et 32 du bloc 34 est réalisée par exemple par adhérisation lors du processus de fabrication. La première armature cylindrique 30 est fermée à sa partie inférieure par un couvercle 36 qui lui est soudé latéralement en 38. Le couvercle 36 et la première armature 30 comportent des pattes 40 et 42 qui font saillie radialement et qui comportent des trous de fixation du support 22, par exemple sur l'élément de structure 10 de la figure 1. La première armature 30, le couvercle 36 et la face conique interne 44 du bloc 34 tournée vers le couvercle 36 délimitent une chambre 46 reliée au tuyau 26 par le raccord 24 qui débouche radialement dans la première armature 30. Du fait de l'adhérisation du matériau élastomère du bloc 34 sur la partie supérieure libre 48 de la première armature 30, la chambre 46 est étanche et constitue la chambre de commande d'un vérin dont le piston est formé par le bloc en matériau élastomère 34. La disposition relative des armatures 30, 32 et la forme du bloc en matériau élastomère reprennent les principes, déjà connus dans les supports hydroélastiques, selon lesquels tout déplacement relatif des armatures parallèlement à l'axe de révolution X-X provoque une variation de volume de la cavité ou chambre interne 46 et, réciproquement, toute variation de volume ou de pression dans la chambre 46 provoque un déplacement axial relatif, ou une force, entre les deux armatures 30 et 32 L'ensemble représenté à la figure 2 se comporte donc comme un vérin pneumatique qui est capable en particulier de produire une force axiale sensiblement parallèle à l'axe X-X sous effet de la pression régnant dans la cavité 46 et transmise par le raccord 24 La liaison de la chambre de commande 46 avec le collecteur d'admission 28 permet de produire une force dont le module et la phase varient en fonction de la pression régnant dans le collecteur d'admission 28.Le module et la phase de cette force sont également fonction d'autres paramètres ajustables telles que la longueur et la section du tuyau 26 et la section du piston équivalent du support, cette section étant définie par la relation S = 8F/ôP, c'est-à-dire la section d'un piston fournissant un même effort 8F pour une même variation de pression 8?. On peut donc, en agissant sur les dif férents paramètres disponibles, produire une force qui s'oppose à la force vibratoire créée par le déplacement du bloc-moteur sous effet des masses en mouvement alternatif. Comme on peut le voir à la figure 2, I'axe 50 de liaison de la seconde armature 32 au bloc-moteur 24 est constitué par une tige coaxiale 52 dont le corps est noyé dans le bloc 34 et qui fait saillie par une première extrémité libre filetée 54 vers I'ext-ieur pour être reliée au bloc 23 par exemple par un écrou de fixation 56 (voir figure 1). La tige 52 se prolonge axialement à l'intérieur de la chambre 46 et sa seconde extrémité libre 58 est équipée d'une coupelle axiale de butée 60 qui lui est fixée par sertissage. La coupelle 60 possede un diamètre et un profil extérieur concus de manière à venir en butée contre un épaulement radial interne 62 de la première armature 30 pour limiter l'élongation axiale maximale du bloc en matériau élastomère 34. c'est-à-dire pour limiter la course axiale du vérin dans le sens de son allongement. Pour éviter les bruits dûs au choc de la coupelle 60 contre l'épaulement 62, on constate que le matériau élastomère du bloc 34 se prolonge avantageusement vers l'intérieur pour épouser la forme de l'épaule- ment radial interne 62 et procurer un effet d'amortissement. On décrira maintenant le deuxième mode de réalisation représenté à la figure 3 dans lequel les éléments identiques ou similaires à ceux du support représenté à la figure 2 sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Le -support représenté à la figure 3 est un support moteur hydro-élastique d'un type connu qui comporte une chambre de travail 64 délimitée par la face conique interne 44 du bloc 34 et par une face en vis-àvis 66 d'une cloison 68 reliée par son pourtour extérieur à l'armature cylindrique 30. Le support comporte également une chambre d'expansion 70 qui est délimitée d'une part par la face 72 de la cloison mobile 68 opposée à la face 66 et d'autre part par la face en vis-à-vis 74 d"une paroi souple 76. Les chambres 64 et 70 sont remplies d'un liquide et sont reliées entre elles par un canal d'amortissement. La cloison 67 est mobile sur une course axiale prédéterminée. La chambre de commande 46 du vérin est agencée de manière similaire à celle représentée à la figure 2 mais elle est délimitée, non plus directement par le bloc en matériau élastomère 34, mais par la face 78 de la paroi souple 76 qui est tournée vers le couvercle 36. Dans le domaine des faibles amplitudes vibratoires, le fonctionnement du support représenté à la figure 3 est identique au cas de la figure 2. Toutefois une partie de la force produite par la pression régnant dans la chambre de commande 46 sert à déplacer la paroi souple 76'et la cloison mobile 67 qui de ce fait doivent nécessairement posséder une rigidité faible par rapport à la rigidité du corps en matériau élastomère 34. On décrira maintenant le troisième mode de réalisation du dispositif selon l-invention représenté à la figure 4. Sur cette figure les mêmes chiffres de référence sont utilisés pour désigner les éléments identiques ou similaires à ceux des figures 2 et 3. Le support représenté à la figure 4 est également un support hydro-élastique comportant une chambre de travail 64 et une chambre dJexpansion 70 séparees par une cloison 68 et délimitées axialement vers le bas par une paroi souple 76. Bien que I'on ait représenté une cloison mobile 67, la présence de cette dernière n'est pas nécessaire dans ce mode de réalisation. Un second bloc en matériau élastomère 80 est agencé coaxialement au premier bloc en matériau élastomère 34 entre la première armature cylindrique 30 et la seconde armature 32. Outre la partie en forme de disque commune au second mode de réalisation, la seconde armature 32 comporte une coupelle superieure 82 en forme de plateau qui s'évase radialement vers l'extérieur pour être reliée à la face supérieure 84 du second bloc 80 qui présente sensiblement la forme d'une paroi annulaire cylindrique dont la face annulaire intérieure 86 est adhérisée sur une plaque de renfort 88 solidaire d'une patte radiale extérieure 90 de la première armature 30 Dans ce mode de réalisation la chambre de commande 46 du vérin est ici délimitée par la paroi conique 92 du bloc 34, par la paroi cylindrique interne 94 de la première armature 30, par la face annulaire interne 96 du second bloc en matériau élastomère 80 et par la face interne 98 de la coupelle 82 de la seconde armature 32 Le raccord 24 débouche bien entendu dans une portion supérieure de la première armature 30. La chambre 46 constitue avec les deux ensembles d'armatures 30, 32 et les blocs en matériau élastomère 34, 80, un piston différentiel, le signe de la relation force/pression dépendant du signe de la différence (S1 - S2) dans laquelle S1 et S2 sont les surfaces de pistons équivalents des deux corps en matériau élastomère, ces surfaces devant être différentes pour qu'une force soit produite On dispose donc ainsi d'un moyen simple pour inverser de 180" la phase de la force produite par le vérin par rapport à celle de l'onde de pression qui pénètre dans la chambre. Le contrôle de la phase de la force produite par le vérin est également possible en agissant sur les caractéristiques acoustiques de la liaison entre l'admission et la chambre de commande Au lieu dJun simple tuyau 26 il est par exemple possible d'utiliser une liaison acoustique, ou guide d'ondes de pression, comportant des volumes agencés en sérine, ou des volumes agencés en parallèle ou encore des résonateurs du type de Helmholtz ainsi que toute autre combinaison connue dans le domaine de I'acoustique. Deux ou plusieurs cavités distinctes peuvent être raccordées en un même point sur l'admis- sion, ou en des points distincts de la liaison acoustique qui a été ici décrite pour une seule cavité. Tout ce qui vient d'être exposé concernant la pression à l'admission du moteur s'applique bien entendu également à la pression régnant à l'échappement. Un tel dispositif peut en effet fonctionner également en utilisant une au moins, ou une combinaison de plusieurs, des sorties d'échappement des cylindres du moteur. Comme cela est représenté à la figure 1, il est également possible d'équiper le tuyau 26 d'un dispositif d'obturation asservi au régime du moteur. Dans l'exemple représenté à la figure 1, ce dispositif est situé à l'extrémité amont du tuyau 26, c'est-à-dire du côté du collecteur d'admission 28. Le dispositif d'obturation est constitué par un papillon 100 qui peut pivoter autour d'un axe perpendiculaire à celui du tuyau 26. Le pivotement du papillon 100 est commandé par une biellette 102 reliée à une capsule à dépression 104 qui comporte un ressort (non représenté) taré de telle sorte que le passage de la position fermée à la position ouverte, ou inversement, se fasse pour un régime prédéterminé de rotation du moteur. Grâce à un tel dispositif d'obturation, on peut ne rendre le vérin opérant que pour une plage déterminée du régime du moteur. REVENDICATION$ 1. Dispositif de suspension (22) agencé entre une structure (10-12) et le bloc-moteur (23) d'un moteur à combustion interne (14) comportant au moins un piston alternatif dont la chambre de combustion est reliée à un collecteur d'admission (28) et à un collecteur d"échappement, caractérisé en ce qu'il comporte un vérin (22) dispose entre la structure (10) et le bloc-moteur (23) et dont la chambre de commande (46) est reliée au collecteur d'admission (28) ou d'échappement du moteur (14) pour appliquer à la structure une force variable dont au moins un des harmoniques est sensiblement en opposition de phase par rapport à l'harmonique correspondant de la force vibratoire produite par les masses en mouvement alternatif du moteur et transmise au dispositif de suspension (22). 2. Dispositif de suspension selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vérin est un vérin pneumatique dont la chambre de commande (46) est reliée directement au collecteur d'admission (28) ou d'échappement. 3. Dispositif de suspension selon l'une des revendications 1 ou 2, du type constitué par un support élastique à deux armatures sensiblement de révolution et coaxiales reliées entre elles par un bloc en matériau élastomère (34), caractérisé en ce que la chambre (46) du vérin est délimitée au moins en partie par une première armature (30) et par le bloc en matériau élastomère (34), ce dernier faisant fonction de piston du vérin auquel est reliée la seconde armature (32). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support (22) est sensiblement de révolution autour d'un axe (X-X) qui est sensiblement parallèle à la direction de déplacement du piston du vérin, ce dernier comportant une tige (50) reliée à la seconde armature (32) et qui s'étend à l'intérieur de la chambre de commande (46) par une de ses extrémités libres (58) à laquelle sont fixés des moyens de butée (60) qui coopèrent avec une surface en vis-à-vis (62) de la première armature (30) pour limiter la course du vérin dans le sens correspondant à son allongement. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support élastique comporte une chambre de travail (64) délimitée par le bloc en matériau élastomère (34) et par une face (66) d'une cloison (68), et une chambre d'expansion (70) délimitée par l'autre face (72) de la cloison (68) et par une face (74) dzune paroi souple (76), ces deux chambres (64, 70) étant au moins partiellement remplies d'un liquide qui peut passer de I'une à l'autre par un conduit qui les relie, la chambre de commande (46) du vérin étant délimitée au moins en partie par la première armature (30) et par l'autre face (78) de la paroi souple (76). 6. Dispositif de suspension selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre de commande (46) du vérin est délimitée par une face de révolution (92) du bloc en matériau élastomère, par une portion de la première armature (30), par une portion (82) de la seconde armature (32) et par une paroi annulaire souple (80) concentrique au bloc en matériau élastomère (34) qui relie également entre elles les deux armatures (30, 32).