Brevet FR2686957A1 — publié le 19930806

La présente invention concerne une cale hydroélastique destinée à être interposée entre deux ensembles à suspendre l'un par rapport à l'autre. L'invention concerne plus particulièrement une cale pour la suspension d'un moteur dans un véhicule automobile. L'invention concerne un perfectionnement des cales dites à colonne et du type comportant, agencées sucessivement selon la direction générale de sollicitation de la cale, une armature supérieure, une masse en matériau élastomère reliée à l'armature supérieure, une chambre de travail délimitée latéralement au moins partiellement par la masse en matériau élastomère, une cloison inférieure qui délimite la chambre de travail, une chambre d'expansion délimitée par la cloison inférieure et par une membrane inférieure souple, et une armature inférieure reliée à la masse en matériau élastomère, les chambres de travail et d'expansion étant remplies au moins partiellement d'un liquide et étant reliées entre elles par au moins un passage de communication. Un tel type de cale hydroélastique peut éventuel le- ment comporter un clapet. Un tel agencement est alors par exemple conforme à ce qui est décrit dans le document FR A-2.467.724 qui est relatif à un support élastique assurant à la fois un bon filtrage des vibrations à haute fréquence et de faible amplitude émises par un moteur de véhicule automobile et un bon amortissement des vibrations à basse fréquence et de forte amplitude entre le moteur et la caisse du véhicule. Le passage de communication et le clapet sont par exemple réalisés sous la forme d'un ensemble commun constituant la cloison inférieure de la chambre de travail comportant deux disques qui sont conformés sur leurs faces en regard pour constituer un canal de grande longueur par rapport à sa section et conformés pour constituer des sièges d'appui pour une paroi mobile en élastomère formant clapet intercalée entre les disques à leur partie centrale. La paroi mobile et déformable placée entre les disques permet le filtrage des vibrations de faible amplitude et de fréquence élevée. L'invention vise à réduire la rigidité d'un tel type de cale, avec ou sans clapet, en réponse à des sollicitations provenant du moteur situées dans une plage de fréquence comprise notamment entre 100 Hz et 500 Hz. On constate en effet qu'une telle réduction de la rigidité est souhaitable dans cette plage de fréquence dans laquelle, dans les conceptions connues des cales hydroélastiques, apparaissent des phénomènes de rigidification dûs à divers modes de résonance tels que par exemple les modes de la masse en matériau élastomère ou du clapet, et dûs dans certains cas à des effets de colonne indésirables. Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention propose une cale hydroélastique du type mentionné précédemment, caractérisée en ce que la chambre de travail est délimitée par une cloison supérieure déformable élastiquement et reliée à l'armature supérieure, et en ce qu'elle comporte un élément intermédiaire qui partage la chambre de travail en deux parties supérieure et inférieure reliées entre elles par un conduit constituant une colonne d'amortissement. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'armature supérieure présente une symétrie de révolution autour d'un axe correspondant sensiblement à la direction générale de sollicitation de la cale et elle comporte une portion supérieure cylindrique fermée par la cloison supérieure déformable élastiquement et une portion inférieure cylindrique de plus petit diamètre constituant ledit conduit, les deux portions de l'armature étant reliées entre elles par une portion intermé diaire tronconique à la paroi extérieure de laquelle est reliée la masse en matériau élastomère - la partie supérieure de la chambre de travail est délimitée par la paroi interne de l'armature supérieure et par la cloison supérieure et la partie inférieure de la chambre de travail est délimitée par la masse en matériau élastomère et par la cloison inférieure ; - la masse en matériau élastomère est constituée par un élément de forme générale annulaire tronconique dont l'extrémité supérieure est reliée à la paroi extérieure de la portion intermédiaire de l'armature supérieure et dont l'extrémité inférieure est reliée à 1 ' armature inférieure - la portion de la masse en matériau élastomère qui s'étend axialement en regard de la paroi extérieure de la portion inférieure cylindrique de l'armature supérieure comporte une chambre latérale d'expansion qui communique avec la partie inférieure de la chambre de travail - la chambre latérale d'expansion est constituée par deux évidements diamétralement opposés formés dans l'épaisseur de ladite portion de la masse en matériau élastomère - la face supérieure de la cloison inférieure comporte une virole cylindrique qui s'étend axialement à l'intérieur de la portion inférieure cylindrique de l'armature supérieure de manière à délimiter entre les surfaces cylindriques en vis-à-vis de ces deux éléments un conduit annulaire qui relie les parties supérieure et inférieure de la chambre de travail - la virole comporte une portion déformable élastiquement de manière que la section de passage du conduit annulaire soit sensiblement constante - la virole comporte au moins un orifice de passage calibré qui met en communication l'intérieur de la virole avec la partie inférieure de la chambre de travail - la cloison supérieure est constituée par un disque en matériau élastomère comportant en son centre un lest de tarage - la cloison inférieure est du type à clapet. 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 en coupe axiale selon la ligne 1-1 de la figure 2 d'un premier mode de réalisation d'une cale hydroélastique conforme aux enseignements de l'invention ; invention - la figure 2 est une vue en section selon la ligne 2-2 de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un second mode de réalisation d'une cale hydroélastique conforme aux enseignements de l'invention ; et - la figure 4 est un diagramme représentant les variations des efforts transmis en fonction de la fréquence des sollicitations et permettant d'illustrer les avantages apportés par l'invention. On reconnaît sur la figure 1 une cale hydroélastique 10 de forme générale de révolution autour d'un axe X-X qui correspond sensiblement à la direction générale de sollicitation de la cale 10. Dans la suite de la description, on utilisera les termes supérieur(e) et inférieur(e) en se référant à la position verticale de la cale telle qu'elle est illustrée aux figures 1 et 3, et ceci dans un but de simplification de la description, mais sans que cela ne constitue en aucune manière une limitation quant à l'utilisation de la cale et notamment quant à son positionnement réel dans un véhicule automobile. La cale comporte une armature supérieure métallique 12 prévue pour être reliée par exemple au groupe motopropulseur par des liaisons filetées 14. L'armature supérieure 12 est reliée à une armature inférieure 16 par une masse en matériau élastomère 18. L'armature métallique inférieure 16 est par exemple prévue pour être reliée à la structure de la caisse d'un véhicule automobile par des liaisons filetées (non représentées) prévues pour être reçues dans des trous 20 formés dans la collerette radiale inférieure 22 de l'armature inférieure 16. L'armature supérieure 12 comporte une portion supérieure annulaire cylindrique 24 qui se termine par une collerette radiale supérieure 25 dans laquelle sont reçues les liaisons filetées 14. L'armature supérieure 12 comporte une portion inférieure cylindrique annulaire 26, de diamètre inférieur à celui de la portion supérieure 24 et qui est reliée à cette dernière par une portion intermédiaire 28 de forme tronconique annulaire. L'armature supérieure 12 est par exemple une pièce en tôle emboutie. L'extrémité supérieure de la portion supérieure 24 est fermée axialement par une cloison déformable élastiquement 30. La cloison 30 est constituée par un disque en matériau élastomère 32 qui comporte en son centre un lest métallique de tarage 34 sur lequel est surmoulée la partie annulaire en matériau élastomère 32. La cloison supérieure 30 comporte également une bague métallique extérieure 36 sur laquelle est adhérisêe la partie en matériau élastomère 32 et qui est emmanchée à force dans un alésage correspondant 38 de la paroi interne de la portion supérieure 24. La masse en matériau élastomère 18 présente une forme générale tronconique annulaire de révolution autour de l'axe X-X. Son extrémité supérieure est fixée par adhérisation sur la paroi externe 40 de la portion intermédiaire 28 de l'armature supérieure 12. La portion de la partie médiane principale de la masse en matériau élastomère 18 qui s 'étend axialement en regard de la paroi cylindrique externe 42 de la portion inférieure 26 de l'armature supérieure 12 comporte deux évidements 44 qui sont agencés symétriquement de part et d'autre de l'axe X-X comme on peut le voir à la figure 2. Dans cette zone, correspondant sensiblement au plan de la section 2-2 indiqué à la figure 1, la masse en matériau élastomère est donc constituée par des parties opposées massives 46 et par des parties opposées d'épaisseur réduite 48. L'extrémité inférieure 50 de la masse en matériau élastomère 18 est surmoulée sur le talon annulaire supérieur 52 de l'armature inférieure 16 qui est réalisée sous la forme d'une pièce cylindrique annulaire en tôle emboutie. Le talon 52 se prolonge axialement vers le bas par une portion cylindrique inférieure 54 de l'armature 16 qui reçoit une cloison inférieure 56. La cloison inférieure 56 est d'une structure connue par exemple du document FR-A-2.467.724 et constitue une cassette à colonne 58 et à clapet 60. La cassette 56 est maintenue en position par une bague cylindrique 62 emmanchée dans l'alésage interne de la portion cylindrique inférieure 54. Une membrane inférieure souple 64 en matériau élastomère est réalisée par surmoulage sur la bague inférieure 62. La cale hydroélastique qui vient d'être décrite comporte une chambre de travail divisée en deux parties A et B par l'élément 26. La partie supérieure A de la chambre de travail est délimitée latéralement par la paroi interne 66 de l'armature supérieure 12 et par la cloison supérieure 30. La partie inférieure B de la chambre de travail est délimitée latéralement par la paroi interne 68 de la masse en matériau élastomère 18 et par la face supérieure 70 de la cloison inférieure 56. Les évidements 44 constituent deux chambres latérales d'expansion E. La cale comporte également une chambre inférieure d'expansion D qui est délimitée par la face inférieure 72 de la cloison inférieure 56 et par la membrane souple 64. Les parties supérieure A et inférieure B de la chambre de travail sont reliées entre elles par la portion inférieure cylindrique 26 de l'armature supérieure 12 qui délimite un conduit de communication définissant une colonne d'amortissement de grande section. La partie inférieure B de la chambre de travail communique directement avec les chambres latérales d'expansion E et communique également, selon une technique connue, avec la chambre inférieure d'expansion D par la colonne classique de section réduite 58. L'ensemble des chambres est rempli d'un liquide incompressible. Le remplissage et la fermeture finale de la cale hydroélastique sont particulièrement aisés grâce à l'ensemble constituant la cloison supérieure 30 qui est emmanché serré dans l'armature supérieure 12, la cale ayant été préalablement immergée dans un bain de liquide de remplissage. La cloison supérieure 30 et son lest de tarage 34 assurent une fonction de piston par rapport au fluide contenu dans la partie supérieure A de la chambre de travail. On décrira maintenant le principe de fonctionnement de la cale hydroélastique selon l'invention en se reportant à la figure 4 dont la courbe en trait mixte C1 illustre le comportement d'une cale à clapet selon l'état de la technique, dont la courbe C2 illustre le comportement d'une cale réalisée conformément aux enseignements de l'invention et dont la courbe C3 indique la phase des sollicitations. Le liquide peut circuler entre les parties supérieure A et inférieure B de la chambre de travail par la colonne d'amortissement de grande section 26. Cet écoulement est régi conformément aux lois habituelles d'écoulement dans une colonne et permet donc de produire des effets de résonnance et d'anti-résonnance. La section du piston d'excitation constituée par la cloison supérieure déformable 30 et son lest de tarage 34 est sensiblement équivalente à celle de la colonne qui relie les parties A et B de la chambre de travail. Les pistons équivalents à la masse en matériau élastomère 18 et à la cloison supérieure 30 sont de sections et de rigidités au gonflement différentes ce qui provoque un écoulement de A vers B et produit l'effet de colonne. Cet effet de colonne peut être situé à une fréquence proche de la fréquence de résonnance du clapet (voir le point P1 du diagramme) qui, dans les conceptions selon l'état de la technique, augmente de manière nuisible la rigidité de la cale. Grâce à l'invention, la rigidification habituelle de la cale dans cette plage de fréquence est supprimée. D'autre part, les résonnances de la cloison supérieure 30, qui dépendent de la masse du lest de tarage 34, voient leurs battements modifiés en amplitude et en phase ce qui modifie la réponse dynamique de la colonne de liquide délimitée par la portion inférieure 26. Ces phénomènes de résonnance sont optimisés de manière que l'anti-résonnance de la colonne entre les parties A et B se prolonge pour réduire la rigidité dans une plage de de fréquence importante (voir le point P2) de la figure 4. Les différents effets de ces différents modes de fonctionnement peuvent être accentués en fonction du résultat recherché. La résonnance de la colonne qui relie les parties A et B de la chambre de travail permet de réduire la rigidité de la cale pour des fréquences données ou dans des plages importantes de fréquence, et de supprimer les rigidifications habituelles dues au phénomène de résonnance du clapet 60 et la masse en matériau élastomère 18. Les résultats obtenus dépendent principalement des paramètres suivants - section et longueur de la colonne A-B - rigidités de tenue au gonflement de la masse en matériau élastomère 18 et de la cloison supérieure 30 ; - sections des pistons équivalents de la masse en matériau élastomère 18 et de la cloison supérieure 30 et - des modes propres à la masse en matériau élastomère 18 et à la cloison supérieure 30. La multiplicité des paramètres sur lesquels on peut agir permet ainsi d'obtenir de nombreuses possibilités de tarage pour obtenir des réponses dynamiques adaptées à toute une gamme de problèmes particuliers. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 1 et 2, la fonction porteuse de la masse en matériau élastomère 18 est pour l'essentiel assurée par les parties de forte épaisseur 46 qui s'étendent chacune sensiblement sur une portion angulaire d'environ 90". Ces parties 46 ont un piston équivalent peu efficace et leur rôle dynamique vis-à-vis du liquide est peu important. Les deux parties d'épaisseur réduite 48 qui délimitent les deux chambres d'expansion latérale E ont une tenue à la pression qui est faible par rapport à celle du piston excitateur 30, ces parties 48 présentant toutefois une résistance suffisante pour permettre un bon fonctionnement du dispositif à colonne. L'agencement des chambres latérales E permet d'inverser le sens d'écoulement de la colonne qui peut alors se faire de B vers E. Les différences d'épaisseur entre les parties 46 et 48 permettent également d'obtenir des rigidités radiales différentes de la cale de manière à privilégier ainsi une direction en filtrage. On décrira maintenant la variante de réalisation illustrée à la figure 3 sur laquelle les éléments identiques ou équivalents à ceux des figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes chiffres de référence. La masse en matériau élastomère présente ici une symétrie parfaite de révolution autour de l'axe X-X et donc une épaisseur annulaire moyenne constante et importante. La face supérieure 70 de la cloison inférieure 56 est équipée d'une virole 74 qui s'étend axialement vers le haut à l'intérieur de la portion inférieure cylindrique annulaire 26 de la cloison supérieure 12. La paroi cylindrique externe 76 de la douille 74 et la portion cylindrique de la paroi interne 66 de l'armature supérieure 12 délimitent entre elles une colonne annulaire d'amortissement 78 qui relie les parties A et B de la chambre de travail. La partie inférieure 80 de la douille 74 comporte une série de trous calibrés 82 qui mettent en communication la chambre interne C de la virole 74 avec la partie inférieure B de la chambre de travail. La partie inférieure 80 de la virole 74 est emmanchée sur le collet cylindrique 84 de la face supérieure 70 de la cassette 56. La virole 74 peut être réalisée dans un matériau déformable élastiquement et possède une zone de pli 86 qui lui permet de se déformer en cas de débattement radial latéral de l'armature supérieure 12 par rapport à l'armature inférieure 16. Cette disposition avantageuse permet de définir un conduit annulaire 78 de section sensiblement constante quelles que soient les déflections de la cale 10. Les orifices 82 et les trous 88 de la cassette 56 permettent l'écoulement de A vers C. Les orifices 82, en fonction de leur nombre et de leur section, déterminent la perte de charge de A vers C et procurent ainsi une possibilité de réglage du fonctionnement du clapet 60. L'écoulement de B vers C permet également de contrecarrer la résonnance du clapet 60 et d'empêcher la rigidification de la cale dans cette plage de fréquence. REVENDICATIONS 1. Cale hydroélastique (10) destinée à être interposée entre deux ensembles à suspendre l'un par rapport à l'autre, notamment pour la suspension d'un moteur dans un véhicule automobile, du type comportant, agencées successivement selon la direction générale (X-X) de la sollicitation de la cale (10), une armature supérieure (12), une masse en matériau élastomère (18) reliée à l'armature supérieure (12), une chambre de travail (A, B) délimitée latéralement au moins partiellement par la masse en matériau élastomère (18), une cloison inférieure (56) qui délimite la chambre de travail, une chambre d'expansion (D) limitée par la cloison inférieure (56) et par une membrane inférieure souple (64), et une armature inférieure (16) reliée à la masse en matériau élastomère (18), les chambres de travail et d'expansion étant remplies au moins partiellement d'un liquide et étant reliées entre elles par au moins un passage de communication (58), caractérisée en ce que la chambre de travail (A, B) est délimitée par une cloison supérieure (30) déformable élastiquement et reliée à l'armature supérieure (12), et en ce qu'elle comporte un élément intermédiaire (24, 26, 28) qui partage la chambre de travail en deux parties supérieure (A) et inférieure (B) reliées entre elles par un conduit (26) constituant une colonne hydraulique d'amortissement. 2. Cale hydroélastique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'armature supérieure (12) présente une symétrie de révolution autour d'un axe correspondant sensiblement à la direction générale de la sollicitation de la cale (10) et comporte une portion supérieure cylindrique (24) fermée par la cloison supérieure déformable (30) et une portion inférieure cylindrique (26) de plus petit diamètre constituant ledit conduit, les deux portions (24, 26) étant reliées entre elles par une portion intermédiaire sensiblement tronconique (28) à la paroi extérieure (40) de laquelle (28) est reliée la masse en matériau élastomère (18). 3. Cale hydroélastique selon la revendication 2, caractérisée en ce que la partie supérieure (A) de la chambre de travail est délimitée par la paroi interne (66) de l'armature supérieure (12) et par la cloison supérieure (30), et en ce que la partie inférieure (B) de la chambre de travail est délimitée par la masse en matériau élastomère (18) et par la cloison inférieure (56). 4. Cale hydroélastique selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que la masse en matériau élastomère (18) est constituée par un élément de forme générale tronconique dont l'extrémité supérieure est reliée à la paroi extérieure (40) de la portion intermédiaire (28) de l'armature supérieure (12) et dont l'extrémité inférieure (50) est reliée à l'armature inférieure (16). 5. Cale hydroélastique selon la revendication 4, caractérisée en ce que la portion de la masse en matériau élastomère (18) qui s'étend axialement en regard de la paroi extérieure (42) de la portion inférieure cylindrique (26) de l'armature supérieure (12) comporte une chambre latérale d'expansion (E) qui communique avec la partie inférieure (B) de la chambre de travail. 6. Cale hydroélastique selon la revendication 5, caractérisée en ce que la chambre latérale d'expansion (E) est constituée par deux évidements (44) diamétralement opposés formés dans l'épaisseur de ladite portion de la masse en matériau élastomère (18). 7. Cale hydroélastique selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que la face supérieure (70) de la cloison inférieure (56) comporte une virole (74) cylindrique qui s'étend axialement à l'intérieur de la portion inférieure cylindrique (26) de l'armature supérieure (12) de manière à délimiter entre les surfaces cylindriques en vis-à-vis des deux éléments (74, 26) un conduit annulaire (78) qui relie les parties supérieure (A) et inférieure (B) de la chambre de travail. 8. Cale hydroélastique selon la revendication 7, caractérisée en ce que la virole (74) comporte une portion (86) déformable élastiquement de manière que la section de passage du conduit annulaire (78) soit sensiblement constante. 9. Cale hydroélastique selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que la virole (74) comporte au moins un orifice de passage calibré (82) qui met en communication l'intérieur (C) de la virole (74) avec la partie inférieure (B) de la chambre de travail. 10. Cale hydroélastique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cloison supérieure (30) est constituée par un disque en matériau élastomère (32) comportant en son centre un lest de tarage (34). 11. Cale hydroélastique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cloison inférieure (56) est du type à clapet (60).