Brevet FR2711186A1 — publié le 19950421

l Moteur à combustion interne à jupes amorties et à grande cuvette La présente invention concerne un moteur à combustion inter- ne destiné notamment à équiper des véhicules routiers, aussi bien au- tomobiles que poids lourds. Actuellement, par soucis de préserver l'environnement et d'augmenter le confort des usagers, les constructeurs de véhicules cherchent de plus en plus à utiliser des moteurs aussi peu polluants que possibles pour l'environnement. Les recherches portent essentiel- lement sur la réduction d'émissions de gaz nocifs à l'échappement (mo- teurs propres) et la réduction des niveaux d'émissions sonores (mo- teurs silencieux). Pour diminuer le niveau d'émissions sonores des moteurs, un certain nombre de solutions techniques ont été proposées par la réduc- tion des vibrations transférées depuis les pistons du moteur jusqu'au carter du moteur. Une solution consiste à rigidifier les paliers de vile- brequin du moteur en reliant mécaniquement les chapeaux des paliers de vilebrequin entre eux. Une autre solution consiste à augmenter la surface couverte par le carter d'huile selon le principe de "cuvette en- veloppante" en découplant le carter d'huile du bloc cylindre pour dimi- nuer son coefficient de rayonnement sonore. On connaît également par le brevet européen n 0 435 847 (AVL) un moteur à combustion interne qui présente une structure exté- rieure rigide entourant latéralement le bloc cylindre et les paliers de vilebrequin. La partie supérieure de la structure extérieure est fixée à la culasse du moteur. La partie inférieure de la structure extérieure est rigidifiée par un cadre sous forme d'échelle placé horizontalement en dessous des paliers de vilebrequin. Un carter d'huile sous forme de cu- vette est fixé sur des brides latérales de la structure extérieure. Ce do- cument prévoit un joint d'étanchéité entre la culasse, le bloc cylindre et la structure extérieure afin de les découpler acoustiquement pour les hautes fréquences et de réduire le niveau de vibrations de la structure extérieure. Le carter d'huile fixé sur la structure extérieure permet de réduire d'avantage le rayonnement sonore de l'ensemble du moteur. Cette conception du moteur vise à dissiper l'énergie vibratoi- re de la structure interne rigide par une structure extérieure rapportée et rigidifiée en vue d'agir sur tous les chemins de propagation vibra- toire vers l'extérieur. Or, l'énergie vibratoire des pièces est bien supé- rieure à l'énergie acoustique rayonnée par ces pièces due à leurs vibra- tions. De ce point de vue, la structure du moteur décrite dans le docu- ment AVL précité n'est pas une solution optimale et efficace pour ré- duire le niveau d'émissions sonores du moteur. La présente invention a pour objet de proposer une structure de moteur avec les performances vibroacoustiques améliorées, c'est à dire avec une réduction importante des niveaux d'émissions sonores vers l'extérieur. L'invention a également pour objet de simplifier la structure du moteur nécessaire à la réduction d'émissions sonores en privilégiant des chemins particuliers de propagation des vibrations pour effectuer un amortissement efficace. L'invention a en outre pour objet de proposer un moteur avec une structure interne rigide pour la tenue des efforts, et une structure externe intégrant la fonction de cuvette d'huile qui est découplée mé- caniquement de la structure interne, de façon à offrir un traitement ef- ficace aussi bien au niveau acoustique qu'au niveau mécanique des vi- brations du moteur. Le moteur à combustion interne comprend une culasse montée au dessus d'un bloc cylindre allongé, et des paliers de vilebrequin montés en dessous et le long du bloc cylindre. Selon l'invention, le bloc cylindre présente deux jupes pendantes latérales qui prolongent vers le bas les côtés latérales du bloc cylindre. Les jupes pendantes s'écartent légèrement en allant vers le bas afin de ne pas entrer en contact mécanique direct avec les paliers de vilebrequin. Chaque pa- lier de vilebrequin présente un chapeau de palier amovible par rapport à l'embase du palier. Les chapeaux de palier sont reliés entre eux par deux barres de rigidification parallèles pour rendre rigide l'ensemble des paliers de vilebrequin. Un carter d'huile sous forme d'une grande cuvette est fixé en suspension sur deux brides latérales longitudinales du bloc cylindre situées au dessus des jupes pendantes. De cette manière, les vibrations du bloc cylindre se propagent le long d'un chemin privilégié constitué par les deux jupes pendantes qui rayonnent par leur extrémité libre inférieure. n est alors possible d'amortir les vibrations des extrémités inférieures des jupes pendantes par un moyen d'amortissement approprié. Une solution simple consiste à relier, à l'aide d'éléments amortissants, l'extrémité inférieure des jupes pendantes aux paliers de vilebrequin qui sont renforcés par les barres de rigidification. Les éléments amortissants peuvent être constitués par des amortisseurs visqueux, non linéaires de préférence, pour permettre une meilleure efficacité d'amortissement sans augmenter de manière im- portante la raideur de l'amortisseur en fonctionnement. De tels amor- tisseurs travaillent dynamiquement pour amortir les vibrations des ju- pes pendantes. L'expérience montre que le résultant d'amortissement est satisfaisant avec un film d'huile au repos ayant une épaisseur infé- rieure ou égale à 50 fois l'amplitude des déplacements latérales de l'extrémité inférieure des jupes pendantes dûs aux vibrations. On peut ainsi amortir mécaniquement de façon efficace les vibrations du mo- teur. La grande cuvette qui est montée découplée de la structure ri- gide du moteur est de préférence souple afin de permettre un bon amortissement des vibrations du moteur. Cette cuvette est de préféren- ce réalisée en matériaux composites et constitue un écran acoustique pour les bruits vis-à-vis de l'extérieur du moteur. Grâce à l'invention, on peut réduire sensiblement le niveau d'émissions sonores du moteur à l'aide d'un traitement mécanique des vibrations au moyen des jupes pendantes et les amortisseurs dynami- ques, et aussi d'un traitement acoustique par la grande cuvette d'huile souple, découplée de la structure rigide du moteur. On peut augmenter encore l'efficacité du traitement mécani- que des vibrations en créant des poches internes dans les jupes pen- dantes. Dans ces poches internes, on introduit un matériau granulaire qui par frottement sec entre les grains permet un amortissement des vi- brations. Ainsi, les vibrations sont d'abord amorties dans la structure rigide au niveau des jupes pendantes avant d'être amorties une seconde fois par les amortisseurs dynamiques aux extrémités des jupes pendan- tes. Il est également possible, dans certains cas, de supprimer les élé- ments amortissants et de ne garder que l'amortissement par inclusion d'un matériau granulaire dans les jupes pendantes, si un tel amortisse- ment est suffisant pour l'utilisation du moteur. Selon une variante de l'invention, les jupes pendantes sous forme de plaques peuvent être remplacées par une succession de pou- tres pendantes. Ces poutres pendantes présentent de préférence des ca- ractéristiques différentes les unes des autres (longueur, section), de fa- çon à constituer autant d'absorbeurs dynamiques accordés. Il convient alors d'amortir suffisamment les poutres pendantes pour couvrir tout le spectre de fréquences (vibrations) à traiter avec un nombre raisonnable de poutres. Cet amortissement peut être apporté par autant d'amortis- seurs dynamiques que de poutres pendantes montés aux extrémités li- bres de ces poutres, et/ou par introduction de matériaux granulaires dans les poches internes des poutres pendantes. L'utilisation des amor- tisseurs distincts associés individuellement à chaque poutre pendante présente l'intérêt supplémentaire de diminuer fortement le coefficient de rayonnement acoustique des jupes pendantes réduisant ainsi le transfert du bruit par voie aérienne. Selon une autre variante de l'invention, on peut réaliser des jupes pendantes ajourées de façon à réduire les surfaces rigides de transfert de vibrations et de réduire en conséquence le coefficient de rayonnement acoustique des jupes pendantes. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatif et illustrés par des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un mo- teur à combustion interne avec la jupe pendante selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale du moteur selon la figure 1, la figure 3 est une vue en perspective du moteur selon un se- cond mode de réalisation de l'invention, et la figure 4 est une vue schématique en perspective du moteur selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Pour simplifier la représentation, le carter d'huile du moteur n'est pas illustré sur les figures 1, 3 et 4. Les moteurs à combustion in- terne sont bien connus de l'homme du métier (voir par exemple le bre- vet européen n 0 435 847 précité) et ne seront pas décrits en détails. Par la suite on se contentera de décrire la structure du moteur directe- ment concernée par la présente invention. Comme illustré sur les figures 1 et 2, le moteur à combustion interne comprend une culasse 1 montée au dessus d'un bloc cylindre allongé 2. Le bloc cylindre comprend plusieurs cylindres 2a dans les- quels coulissent des pistons non représentés. Le bloc cylindre 2 pré- sente des canaux intérieurs 2b dans lesquels circule un liquide de re- froidissement du bloc cylindre. En dessous du bloc cylindre 2 se trou- vent plusieurs paliers 3 de vilebrequin alignés le long du bloc cylindre 2. Chaque palier 3 est sous forme d'une plaque verticale en deux par- ties: une embase 3a solidaire du bloc cylindre 2 et un chapeau 3b monté de façon amovible sur l'embase 3a. Un vilebrequin non repré- senté est supporté par les paliers de vilebrequin 3 et entraîné par les pistons non représentés du moteur en vue d'actionner une boîte de vi- tesse non représentée du véhicule. Les côtés latéraux du bloc cylindre 2 sont prolongés vers le bas par deux jupes pendantes 4 sous forme de plaque. Les jupes pen- dantes 4 font corps avec le bloc cylindre 2 et s'écartent légèrement vers le côté en vue de ne pas entrer directement en contact avec les pa- liers de vilebrequin 3. Les jupes pendantes 4 peuvent présenter des po- ches internes 4a dans lesquelles est introduit un matériau granulaire 5 (pierre ponce, sable, etc...) dont l'utilité sera décrite par la suite. Deux barres de rigidification 6 parallèles et longitudinales sont montées sur les chapeaux 3b de palier 3 de vilebrequin au moyen par exemple de boulons 7. Les chapeaux 3b de palier présentent une forme sensiblement en U inversé dont les extrémités des branches sont solidaires des barres de rigidification 6. Ainsi, on obtient deux fais- ceaux de rigidification pour les paliers 3 de vilebrequin. Le bloc cylindre 2 présente latéralement deux brides longitu- dinales 2c pour permettre la fixation d'un carter d'huile 8 sous forme d'une grande cuvette en matériau souple. L'huile 9 dans le carter d'hui- le 8 est destinée à la lubrification du moteur, et est recyclée au moyen d'un circuit approprié non représenté. Au niveau des brides latérales 2c se présentent quatre éléments d'accrochage latéraux 10 permettant l'accrochage du moteur dans le chassis du véhicule non représenté. La structure interne du moteur constituée par la culasse 1, le bloc cylindre 2, les paliers de vilebrequin 3, les jupes pendantes 4 et les barres de rigidification 6 est rigide. La structure externe du moteur constituée par la grande cuvette 8 est souple et découplée mécanique- ment de la structure interne rigide. Les barres de rigidification 6 per- mettent de raidir les paliers de vilebrequin 3 en un bloc solide pour empêcher leurs vibrations provoquées par le fonctionnement du moteur (mouvement des pistons dans les cylindres et mouvement du vilebre- quin). Les vibrations du bloc cylindre 2 sont propagées mécanique- ment par les jupes pendantes 4 dont l'extrémité inférieure libre rayon- ne. Le matériau granulaire 5 contenu dans les poches internes 4a des jupes 4 permet d'amortir les vibrations par frottement sec entre les grains du matériau. Des éléments amortissants 11 sont prévus entre les chapeaux 3b de paliers 3 de vilebrequin et l'extrémité inférieure des jupes pen- dantes 4, en vue d'amortir les vibrations rayonnées par lesdites extré- mités libres. Les éléments amortissants 11l sont des amortisseurs dyna- miques, par exemple visqueux à caractère non linéaire. Ainsi, la struc- ture interne rigide du moteur assure une bonne réduction des vibra- tions, sources directes des émissions sonores. La grande cuvette 8 est découplée mécaniquement de la struc- ture interne rigide afin que les vibrations de la structure interne du moteur ne soient pas transférées au milieu extérieur. La grande cuvette 8 est de préférence réalisée en matériau souple, par exemple en com- posite, et constitue un écran acoustique qui enferme la structure inter- ne avec leurs vibrations mécaniques et émissions sonores. Il est possible d'améliorer d'avantage les performances vi- broacoustiques du moteur en modifiant la structure des jupes pendan- tes 4. Une solution consiste à remplacer les jupes sous forme de pla- que par plusieurs poutres pendantes 4b (figure 3). Ces poutres 4b pré- sentent des dimensions différentes pour constituer des absorbeurs dy- namiques des vibrations accordés en fréquence. L'amortissement de ces poutres 4b devrait tenir compte des caractéristiques de chaque poutre en vue de couvrir efficacement tout le spectre de vibrations à traiter. Les solutions d'inclusion de matériaux granulaires dans les ju- pes 4 et/ou d'amortisseurs dynamiques aux extrémités des poutres 4b peuvent être utilisées. Le fait d'avoir des poutres accordées et amorties dynamiquement, ont réduit fortement le coefficient de rayonnement acoustique des jupes 4 dans l'ensemble. Une autre solution (figure 4) consiste à prévoir des ouver- tures latérales 4c dans les jupes pendantes 4. Cela permet également de diminuer le coefficient de rayonnement acoustique des jupes pen- dantes 4. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne comprenant une culasse (1), un bloc cylindre (2) allongé, des paliers (3) de vilebrequin en dessous du bloc cylindre, et un carter d'huile (8), caractérisé en ce que le bloc cylindre se prolonge vers le bas par deux jupes latérales pendantes (4) qui n'entrent pas directement en contact avec les paliers de vilebre- quin, que les paliers de vilebrequin présentent des chapeaux de paliers (3b) qui sont reliés mécaniquement les uns aux autres par deux barres de rigidification (6) parallèles, et que le carter d'huile (8) est sous for- me d'une grande cuvette fixée en suspension sur deux brides latérales (2c) le long du bloc cylindre au dessus des jupes pendantes. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités inférieures libres des jupes pendantes (4) sont reliées au chapeau de palier 3b) par l'intermédiaire des éléments amortissants (1 1). 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments amortissants sont constitués par des amortisseurs visqueux non linéaires 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaisseur du film d'huile des amortisseurs est inférieure ou égale à 50 fois l'amplitude des déplacements de l'extrémité libre des jupes pen- dantes dûs aux vibrations. 5. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caracté- risé en ce que les jupes pendantes comportent des poches internes (4a) contenant un matériau granulaire (5). 6. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caracté- risé en ce que les jupes pendantes sont constituées par plusieurs pou- tres pendantes (4b) le long du bloc cylindre. 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les poutres pendantes (4b) sont de dimensions différentes les unes aux au- tres et constituent des absorbeurs dynamiques accordés en fréquence, de façon à couvrir le spectre des vibrations transférées depuis le bloc cylindre aux jupes pendantes. 8. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les jupes pendantes (4) présentent des ouvertures latérales (4c). 9. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caracté- risé en ce que le carter d'huile (8) est réalisé en matériau souple. 10. Moteur selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que le carter d'huile (8) est réalisé à partir d'un matériau composite. 11. Moteur selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que le carter d'huile (8) est mécaniquement découplé de la structure du bloc.