Brevet FR2688844A1 — publié le 19930924

Perfectionnements aux dispositifs antivibratoires hydrau- liques. L'invention est relative aux dispositifs an- tivibratoires hydrauliques destinés à être interposés aux fins d'amortissement et de liaison, voire de support, entre deux éléments rigides tels qu'un châssis de véhicule et que le moteur de ce véhicule. Elle concerne plus particulièrement, parmi ces dispositifs, ceux qui présentent la forme générale d'un boîtier d'axe vertical et comprennent: une armature rigide annulaire solidarisable avec l'un des deux éléments à réunir, une tête rigide supérieure solidarisable avec l'autre élément, une paroi annulaire en élastomère évasée vers le bas, de préférence tronconique, offrant une bonne résistance à la compression axiale et reliant de façon étanche l'armature à la tête, une membrane flexible étanche portée par l'armature annulaire et définissant avec elle, avec la paroi et avec la tête, une enceinte étanche, une cloison rigide et étanche portée par l'armature à l'intérieur de l'enceinte et séparant cette dernière en une chambre de travail, du côté de la paroi et une chambre de compensation, du côté de la membrane, un passage étranglé, de préférence évidé dans la cloison rigide, faisant communiquer en permanence les deux chambres entre elles, une masse de liquide remplissant les deux chambres et le passage étranglé, un piston rigide délimitant en partie la chambre de travail et monté sur l'armature de façon à pouvoir se déplacer avec une amplitude de débattement limitée par rapport à cette armature, et un organe excitateur électrique monté sur ladite armature et propre à appliquer sur le piston des forces alternatives tendant à atténuer les vibrations de ce piston. Comme on le sait, avec un tel dispositif les oscillations de relativement grande amplitude (savoir supérieure à 0,5 mm) et de relativement basse fréquence (savoir de l'ordre de 5 à 15 Hz) telles que celles dues au "hachis" engendré sur le véhicule par les cahots de la route ont pour effet de refouler le liquide de l'une des deux chambres dans l'autre et inversement à travers le passage étranglé, avec mise en résonance de la masse liquide ainsi refoulée lorsque la fréquence desdites oscillations atteint une valeur prédéterminée qui est fonction du rapport entre la longueur axiale et la section droite du passage étranglé, cette mise en résonance assurant un excellent amortisse- ment des oscillations concernées, les vibrations de relativement petite amplitude (inférieure à 0,5 mm) et de relativement haute fréquence (généralement comprise entre 20 et 200 Hz), telles que celles dues au fonctionnement du moteur se traduisent par des vibrations "naturelles" du piston susceptibles d'atténuer ou filtrer la transmission des vibrations en cause, 1 'application des forces électriques d'atténua- tion sur le piston est effectuée de façon telle que ces forces font subir à ce piston des "contre-vibrations" artificielles déphasées par rapport à ses vibrations naturelles et tendant à annuler ces dernières en sup- primant en définitive toute vibration au niveau de l'armature: cet effet atténuateur ou filtrant des vibrations est parfois désigné sous l'appellation "atté- nuation active". Dans les modes de réalisation connus des dis- positifs du genre en question, le piston est généralement agencé et monté de façon telle que, toutes choses égales par ailleurs, un accroissement de la pression hydraulique dans la chambre de travail est obtenu lorsque le clapet est repoussé vers le haut par l'organe excitateur. Dans ces conditions, si l'on considère la force globale appliquée sur l'armature par chaque déplacement du piston dû à l'excitateur électrique, on constate que la force d'inertie due au déplacement de ce piston vient en permanence en déduction de la force de pression développée pour repousser le liquide et que, pour une valeur donnée f O de la fréquence des oscillations imposées au piston, la résultante de ces deux forces est nulle. En d'autres termes, pour cette valeur fo, on observe un zéro d'efficacité au niveau de l'armature: aucune atténuation active au sens défini ci-dessus ne peut être réalisée à l'aide de l'excitateur sur cette armatu- re. Il en est différemment au niveau de la tête et, par conséquent, pour rendre possible et efficace une telle atténuation active même pour la fréquence fo, il faudrait que celui, des deux éléments rigides, dans lequel on désire supprimer les vibrations, soit celui qui est solidarisé avec la tête de l'amortisseur et non pas celui qui est solidarisé avec son armature annulaire. Mais dans le cas le plus général des constructions ci-dessus décrites, c'est l'inverse que l'on observe, l'élément rigide dans lequel on désire supprimer les vibrations étant en général la carrosserie du véhicule solidarisée avec l'armature annulaire. Une telle situation peut présenter un grave inconvénient. C'est ainsi que si l'on désire remplacer, sur un véhicule donné, par un support antivibratoire perfectionné du genre ci-dessus, un support classique pour lequel la portion à protéger des vibrations est l'armature an- nulaire, il faut "retourner" le support perfectionné et étudier de nouvelles liaisons. La présente invention a pour but, surtout, de remédier à ces inconvénients en inversant le sens de' déplacement du piston mobile afin de changer le signe du terme d'inertie dû au déplacement de ce piston. De la sorte, la force d'inertie du piston s'addi- tionne à la force de la pression hydraulique au lieu de venir en déduction de celle-ci et l'on n'observe plus de zéro d'efficacité. Pour obtenir ce résultat, on agence et monte le piston de façon telle que la pression hydraulique dans la chambre de travail augmente non plus pour un déplacement vers le haut dudit clapet, mais pour un déplacement de celui-ci vers le bas. Plus précisément, les dispositifs antivibratoires hydrauliques du genre en question selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comprennent, immergée dans la chambre de travail, une capsule solidaire de l'armature et divisée de façon étanche en deux compar- timents par le piston, savoir un premier compartiment inférieur disposé du côté de l'excitateur et communiquant avec la chambre de travail de façon à être rempli du liquide, et un second compartiment supérieur constituant une poche d'air. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: la poche d'air est mise à l'air libre, la capsule est constituée par un disque rigide plein central entouré par une entretoise annulaire rigide perforée solidaire de l'armature et la zone annulaire de liaison entre le disque et l'entretoise est raccordée de façon étanche au pourtour du piston, alors constitué lui- même par un plateau rigide plein, à l'aide d'un joint annulaire étanche et déformable, l'entretoise annulaire est une rondelle plate, l'entretoise annulaire est une bague cylindri- que, la capsule comporte, juxtaposées axialement, au moins deux paires de compartiments du type ci-dessus défini, les deux compartiments de chaque paire étant séparés de façon étanche par un piston lié à une tige axiale centrale comprise par l'excitateur électrique, l'excitateur électrique est logé dans un second compartiment 1 L'invention comprend, mises à part ces disposi- tions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire quelques modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limita- tive. Les figures 1 et 2, de ce dessin, montrent respectivement en coupe axiale et en coupe transversale partielle selon II-II figure 1, un support antivibratoire hydraulique établi selon l'invention. La figure 3 montre en coupe axiale partielle une variante d'un tel support conforme également à l'inven- tion. D'une façon connue en soi, le support considéré schématisé sur la figure 1 comprend: une tête rigide 1 constituée par un plot central prolongé vers le haut par un goujon de fixation 2 en attente, un anneau rigide 3 prolongé vers l'extérieur par deux pattes 4 elles-mêmes perforées par des trous de fixation 5, une paroi tronconique épaisse en caoutchouc 6 évasée vers le bas et présentant une bonne résistance à la compression axiale de façon à jouer un rôle de "support", ladite paroi reliant de façon étanche l'anneau 3 à la tête 1, un soufflet mince mince et flexible 7 relié de façon étanche à l'anneau 3 et délimitant un boîtier fermé avec cet anneau, la paroi 6 et la tête 1, une cloison rigide 8 divisant ledit boîtier en deux chambres, savoir une chambre de travail A du côté de la paroi 6 et une chambre de compensation B du côté du soufflet 7, un passage étranglé 9 reliant les deux chambres A et B entre elles, passage ici évidé dans la périphérie de la cloison 8, et une masse de liquide L remplissant les deux chambres et le passage étranglé. Dans les modes de réalisation auxquels l'invention s'applique de préférence et qui seront choisis à titre d'exemples non limitatifs pour le présent exposé, l'ensem- ble du support est de révolution ou sensiblement dé révolution autour d'un axe X, la tête rigide 1 supporte un moteur à combustion interne 10 de véhicule et l'anneau rigide 3 est monté sur le châssis 11 de ce véhicule. Comme on le sait, les oscillations de relativement basse fréquence et grande amplitude appliquées entre l'anneau 3 et la tête 1 se traduisent par un refoulement alternatif à la même fréquence du liquide L de l'un des deux compartiments A et B dans l'autre et inversement à travers le passage 9 et la colonne de liquide oscillante contenue dans ce passage est le siège d'un phénomène de résonance lorsque ladite fréquence atteint une valeur prédéterminée qui dépend des cotes dudit passage, ce phénomène ayant pour effet d'amortir la transmission des oscillations d'origine entre la tête et l'anneau. D'une façon également connue en soi, le support considéré comprend en outre un piston 12 dont une face F baigne dans la chambre de travail A, piston solidarisé avec l'organe mobile 13 d'un excitateur électrique 14. Cet excitateur est agencé de façon à exercer sur le piston 12 une "atténuation active" au sens défini ci- dessus et comprend à cet effet: un élément ferromagnétique 15, de préférence feuilleté, solidaire de l'organe mobile 13, ici constitué par une tige d'axe X, au moins une bobine électrique 16 reliée à des circuits d'excitation appropriés (non représentés) et montée dans une carcasse 17 solidaire de la cloison 8 de façon à créer un circuit magnétique se refermant à travers l'élément 15 et des entrefers e de faible épaisseur, et des moyens, tels que des joints d'étanchéité 18, interposés entre la tige 13 et des paliers appropriés, pour rendre possibles les déplacements axiaux de ladite tige tout en isolant du liquide L l'élément fer- romagnétique 15. Dans les modes de réalisation actuellement connus des supports du genre décrit ci-dessus, la face, du piston actionnable par l'excitateur, qui est en contact avec le liquide, est sa face supérieure (voir le document EP-A 1- 0 440 536). Il faut donc le soulever pour comprimer le liquide contenu dans la chambre de travail. Dans ces conditions, la force globale appliquée sur l'anneau 3 par tout déplacement forcé du piston dû à l'excitateur est proportionnelle: d'une part, au déplacement dudit piston, et, d'autre part, à la force hydraulique H due à la compression du liquide diminuée de la force d'inertie I due à la masse du piston et de l'équipage lié à ce piston (tige et élément ferromagnétique de 1 'excitateur). Ladite force d'inertie I est liée à la fréquence d'oscillation du piston et, pour une valeur donnée fo de cette fréquence, les deux forces H et I sont égales. En d'autres termes, pour cette fréquence fo, même si le piston se déplace encore effectivement, les résul- tats des efforts dus à ces déplacements sur l'armature 3 sont nuls et il n'est pas possible d'exercer une atténua- tion active efficace. Pour écarter cet inconvénient, selon l'invention, on inverse le sens de déplacement des masses mobiles afin de changer le signe de la force d'inertie. De cette manière, cette force s'ajoute à la force de pression hydraulique au lieu de s'en soustraire et il n'y a plus de zéro d'efficacité. La pression hydraulique dans la chambre de travail doit donc augmenter non plus pour un déplacement du piston vers le haut, mais pour un déplacement de ce piston vers le bas. A cet effet, comme bien visible sur la figure 1, le piston 12 est encore monté à l'extrémité supérieure de la tige 13, mais sa face F en contact avec le liquide L de la chambre de travail A est maintenant sa face infé- rieure. Pour -obtenir un tel montage, on a recours à une capsule immergée dans la chambre de travail A et com- prenant deux compartiments C et D séparés de façon étanche l'un de l'autre par le piston 12 lui-même, le compartiment C, inférieur, étant mis librement en communication avec la chambre A et donc rempli du liquide L, alors que l'autre compartiment D, supérieur, constitue une poche à air. La capsule 19 est délimitée supérieurement par une paroi horizontale rigide 20 en forme de disque plein solidarisée avec l'anneau 3 par l'intermédiaire de bras appropriés ou d'une rondelle périphérique 21 évidée par une couronne de lumières 22 en forme de haricots. Le piston 12 est lui-même constitué par un plateau circulaire dont la périphérie est reliée de façon étanche à la rondelle 21 par l'intermédiaire d'un joint souple annulaire 23. Si le volume intérieur de la poche D est petit, comme c'est le cas dans le mode de réalisation illustré, il est avantageusement mis à l'air libre, à travers un canal 27 évidé par exemple dans la tige 13, comme repre- senté, ou dans successivement la paroi fixe de la capsule' 19 et son entourage: cette mesure empêche que les déplacements du piston créent dans le volume d'air contenu dans la poche D des variations de pression susceptibles d'altérer le fonctionnement. Avec un tel mode de réalisation, comme bien visible sur la figure 1, les déplacements du piston 12 qui se traduisent par une augmentation de la pression hydrau- lique régnant dans la chambre A sont ceux qui sont orientés vers le bas. Dans ces conditions, toute sollicitation ar- tificielle du piston 12 vers le bas tend à augmenter là pression hydraulique régnant dans la chambre A et appli- quée sur l'anneau 3 et la force d'inertie I due aux masses mobiles s'ajoute alors à ladite force hydraulique H au lieu de venir en déduction de celle-ci comme dans les réalisations de l'art antérieur. Il n'existe donc plus de zéro d'efficacité: on peut engendrer une atténuation active efficace pour n'importe quelle valeur de la fréquence des contre- vibrations imposées au piston. Cet effet bénéfique peut être multiplié en multipliant le nombre des capsules 19. Dans le mode de réalisation schématisé sur la figure 3, on a prévu deux telles capsules superposées 191 et 192 à chacune desquelles correspond un piston 121,122 séparant la capsule en deux compartiments, l'un inférieur Ci C 2 mis en libre communication avec la chambre de travail A et rempli de liquide L, et l'autre, supérieur D 1,D 2 constituant une poche à air isolée. Les deux pistons 12, et 122 sont alors tous les deux solidarisés avec la même tige 13 d'actionneur électrique. Cette tige 13 traverse la paroi supérieure 201 de la capsule inférieure 191 d'une manière étanchée à l'aide d'un joint 24. Dans ce mode de réalisation, les deux parois 201 ' et 202 en forme de disques qui délimitent supérieurement les deux capsules 191 et 192 sont reliées à la cloison 8 par l'intermédiaire d'une jupe cylindrique 25 perforée en 26 et les deux compartiments D 1 et D 2 sont tous deux mis à l'air libre à travers un canal 27 évidé axialement dans la tige 13. Avec un tel mode de réalisation, tout déplacement de la tige 13 vers le bas se traduit par une poussée commune des deux pistons 12, et 122 sur le liquide contenu dans les chambres Cl et C 2, c'est-à-dire en définitive sur le liquide contenu dans la chambre de travail A. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient un dispositif anr tivibratoire hydraulique dont la constitution et le fonctionnement résultent suffisamment de ce qui précède. Ce dispositif présente un certain nombre d'avanta- ges par rapport à ceux antérieurement connus et en particulier celui de rendre possible une atténuation active à toutes les fréquences envisageables, avec des dispositifs antivibratoires montés dans le même sens que les dispositifs comparables usuels. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celles o l'excitateur 14 serait logé lui-même à l'intérieur d'un second compartiment (D,D 1,Dl) d'une capsule ( 19,191,192) au lieu d'être monté à l'extérieur de cette capsule, comme dans les modes de réalisation illustrés. il REVENDICATIONS 1 Dispositif antivibratoire hydraulique à interposer entre deux éléments rigides ( 10,11) comprenant une armature rigide annulaire ( 3) solidarisable avec l'un des deux éléments, une tête rigide supérieure ( 1) solida- risable avec l'autre élément, une paroi annulaire en élastomère ( 6) évasée vers le bas offrant une bonne résistance à la compression axiale et reliant de façon étanche l'armature à la tête, une membrane flexible étanche ( 7) portée par l'armature annulaire et définissant avec elle, avec la paroi et avec la tête, une enceinte étanche, une cloison rigide et étanche ( 8) portée par l'armature à l'intérieur de l'enceinte et séparant cette dernière en une chambre de travail (A), du côté de la paroi et une chambre de compensation (B), du côté de la membrane, un passage étranglé ( 9) faisant communiquer en permanence les deux chambres entre elles, une masse de liquide remplissant les deux chambres et le passage étranglé, un piston rigide ( 12) délimitant en partie la chambre de travail et monté sur l'armature de façon à pouvoir se déplacer avec une amplitude de débattement limitée par rapport à cette armature, et un organe ex- citateur électrique ( 14) monté sur ladite armature et propre à appliquer sur le piston des forces alternatives tendant à atténuer les vibrations de ce piston, caractéri- sé en ce qu'il comprend, immergée dans la chambre de travail, une capsule solidaire de l'armature ( 3) et divisée de façon étanche en deux compartiments (C,D) par le piston ( 12), savoir un premier compartiment inférieur (C) disposé du côté de l'excitateur ( 14) et communiquant avec la chambre de travail (A) de façon à être rempli du liquide, et un second compartiment supérieur (D) constituant une poche d'air. 2 Dispositif antivibratoire selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la poche d'air (D) est mise à l'air libre. 3 Dispositif antivibratoire selon l'une quelcon- que des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la capsule est constituée par un disque rigide plein central ( 20) entouré par une entretoise annulaire rigide ( 21,25) perforée (en 22,26) solidaire de l'armature ( 3) et en ce que la zone annulaire de liaison entre le disque et l'entretoise est raccordée de façon étanche au pourtour du piston ( 12), alors constitué lui-même par un plateau rigide plein, à l'aide d'un joint annulaire étanche et déformable ( 23). 4 Dispositif antivibratoire selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que l'entretoise annulaire est une rondelle plate ( 21). 5 Dispositif antivibratoire selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que l'entretoise annulaire est une bague cylindrique ( 25). 6 Dispositif antivibratoire selon l'une quelcon- que des précédentes revendications, caractérisé en ce que la capsule comporte, juxtaposées axialement, au moins deux paires de compartiments (C 1,D 1;C 2,D 2) du type ci- dessus défini, les deux compartiments de chaque paire étant séparés de façon étanche par un piston ( 121,122) lié à une tige axiale centrale ( 13) comprise par l'excita- teur électrique ( 14). 7 Dispositif antivibratoire selon l'une quelcon- que des précédentes revendications, caractérisé en ce que l'excitateur électrique est logé dans un second comparti- ment (D,D 1,D 2).