Brevet FR2744191A1 — publié le 19970801

VOLANT MOTEUR POUR VEHICULE ROUTIER La présente invention se rapporte à un volant moteur pour chaîne de transmission de puissance de véhicule routier, permettant notamment d'amortir les vibrations générées par le moteur du véhicule, et transmises à la chaîne cinématique de celui-ci. Les vibrations perçues par le conducteur et les passagers d'un véhicule ont principalement pour origine les acyclismes générés par son moteur d'entraînement, et transmises par la chaîne de transmission de puissance. Dans le cas d'un véhicule muni d'un moteur à explosion interne, la fréquence vibratoire de la chaîne de transmission est déterminée par l'intervalle de temps séparant deux explosions successives du moteur, au nombre de deux par tour dans le cas d'un moteur à quatre cylindres. Cette fréquence est donc par exemple de 23,33 Hz pour un moteur tournant à 700 tours par minute. En l'absence de dispositions particulières, les vibrations du moteur sont amplifiées par la résonance en torsion de la chaîne de transmission de puissance du véhicule. Par la publication FR 2 670 856, on connaît un système d'amortissement d'oscillations pour chaîne de transmission de véhicule routier, dit "double volant amortisseur" ou "volant bimasse", comportant deux masses accouplées respectivement au moteur et à l'embrayage, et reliées entre elles par un système de ressort-amortisseur. Ce système assure un amortissement satisfaisant des oscillations, grâce à la répartition des masses d'inertie de la transmission, de part et d'autre du ressort. Son intégration entraîne toutefois une modification importante de la transmission, notamment, car elle ne permet pas de monter l'embrayage sur le volant moteur. La publication FR 2 705 749, au nom du demandeur, propose d'amortir les vibrations d'une chaîne de transmission de puissance de véhicule, en ajoutant à celle-ci un batteur en torsion, monté en extrémité d'un arbre de la boîte de vitesses. Cette disposition, adaptable sans difficulté particulière sur toute boîte de vitesses, permet d'amortir efficacement les oscillations correspondant à la propre réponse vibratoire de la chaîne cinématique aux sollicitations du moteur. En d'autres termes, cette publication propose un moyen performant pour résorber les oscillations se développant à l'intérieur de la chaîne cinématique "selon ses modes propres", mais qui ne permettent pas de réduire à la source, c'est-à-dire directement en sortie du moteur, l'excitation acyclique de la transmission par celuici. La présente invention vise à lisser les oscillations transmises par le moteur à la chaîne cinématique d'un véhicule. Elle concerne un volant moteur fixé sur le vilebrequin du moteur d'entraînement d'un véhicule routier et directement relié à la chaîne de transmission de puissance de celui-ci. Ce volant moteur est caractérisé en ce qu'il porte un élément pouvant osciller élastiquement en rotation autour de lui-même en réponse aux vibrations du moteur et indépendamment de la chaîne de transmission de puissance, de façon à amortir lesdites vibrations avant leur transfert à cette dernière. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'élément d'amortissement est constitué par un disque rigide centré sur le volant moteur en disposant d'une certaine liberté de rotation vis-à-vis de celui-ci, et par la couronne du démarreur solidaire dudit disque. Dans ce cas, le volant moteur peut présenter des organes assurant automatiquement le verrouillage du disque sur le volant, lorsque le régime du moteur est inférieur à une valeur déterminée. Selon un second mode de réalisation de l'invention, l'élément d'amortissement est constitué seulement par un disque rigide centré sur le volant moteur. La couronne du démarreur est alors directement fixée sur le volant moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de celle-ci, en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1, regroupant deux demi-coupes transversales distinctes, illustre un premier mode de réalisation de l'invention dans sa partie supérieure, et un second mode de réalisation de celle-ci, dans sa partie inférieure, - les figures 2A et 2B sont des coupes longitudinales selon A et B du premier mode de réalisation, - la figure 2B' illustre une variante de ce premier mode de réalisation, sur une coupe analogue à celle de la figure 2B, - la figure 2C est une coupe longitudinale selon C du second mode proposé, - les figures 3A et 3C présentent respectivement une modélisation de la chaîne cinématique d'un véhicule classique, et d'un véhicule équipé du volant moteur de l'invention. Les volants moteurs la et lb, représentés partiellement sur chaque partie de la figure 1, sont fixés rigidement sur le vilebrequin 2 d'un moteur au moyen de vis 3. Chaque volant la, lb, porte un disque rigide, par exemple métallique 4a, 4b, qui n'apparaît pas dans les plans de coupe de la figure 1 (sauf au niveau de secteurs rabattus 14 du disque 4a, dans la partie supérieure de la figure), mais uniquement dans ceux des figures 2A à 2C. Conformément à l'invention, le disque 4a, 4b est centré sur le volant la, lb à l'aide d'un élément de guidage, tel qu'un roulement 7, autorisant sa rotation autour de celui-ci (cf. figures 2A, 2B 2C) ou à l'aide d'une bague lisse (non représentée). Enfin, la figure 1 signale la présence de la couronne de démarreur 6, autour du volant la, lb. Sur la figure 2A, on voit que le roulement 7 est maintenu axialement sur le volant par une rondelle 8, épaulée par des vis 9, mais on peut bien entendu envisager d'autres modes de fixation, ou tout simplement superposer plusieurs rondelles 8 sous les vis 9, sans sortir du cadre de l'invention. En variante (cf. figure 2B'), l'élément de guidage du disque 4a peut être constitué par une couronne élastique 17, fixée d'une part sur le volant la, et d'autre part sur le disque 4a, de façon à limiter leur déplacement relatif à ses propres capacités de déformation. Sur les trois figures 2A, 2B et 2B', on remarque que la couronne de démarreur 6 est fixée sur le disque 4a, alors que sur la figure 2C, elle est fixée directement sur le volant moteur lb. Selon les deux modes de réalisation proposés, le disque 4a, 4b, dispose d'une certaine liberté de rotation par rapport au volant la, lb. Cette liberté est contrôlée de la façon suivante. Sur une face du volant la, lb, sont ménagés des évidements 1 1 en forme d'arc de cercle, répartis régulièrement autour de celui-ci, au nombre de trois sur la figure 1, cependant dépourvue de tout caractère limitatif quant au nombre des évidements.Chaque évidement 1 1 présente une partie médiane 1 la, plus large que ses extrémités 1 lb, et reçoit un ressort hélicoïdal 13, en appui par ses deux extrémités sur des coupelles 12 pouvant se déplacer à l'intérieur desdites parties médianes 1 la en comprimant les ressorts 13, sous la poussée de secteurs rabattus 14 du disque ou d'ergots 22 rapportés sur celui-ci, dès que le disque 4a, 4b tourne autour du volant la, lb. Le disque 4a, 4b a en effet la possibilité de s'écarter élastiquement, dans certaines circonstances, de sa position d'équilibre sur le volant, telle qu'illustrée par la figure 1. Au repos, les deux coupelles de chaque évidement 1 1 sont maintenues élastiquement par le ressort 13 contre un secteur rabattu 14 du disque 4a (cf. partie supérieure de la figure 1), ou un ergot 22 rapporté sur le disque 4b (cf. partie inférieure de la figure 1). En revanche, si le disque 4a, 4b tourne par rapport au volant la, lb, une des deux coupelles 12 de chaque évidement 1 1 est repoussée vers le centre de celui-ci par un élément 14 ou 22 en saillie par rapport au disque 4a, 4b et engagé à l'intérieur de l'évidement en question. Chaque ressort 13 repousse donc par ses extrémités les coupelles 12 qui lui sont associées contre des éléments d'arrêt 14 ou 22 solidaires du disque 4a, 4b, de façon à rappeler élastiquement ce dernier dans une position d'équilibre vis-à-vis du volant. Les évidements 11 présentent dans ce but une partie médiane 1 la renfermant le ressort 13 et les deux coupelles 12, prolongée par deux parties latérales I lb plus étroites que ladite partie médiane 1 la et que les coupelles 12, tout en autorisant le passage des éléments d'arrêt 14, 22.Enfin, pour éviter que les ressorts 13 puissent être comprimés jusqu'à ce que leurs spires ne se rejoignent, ont peut avantageusement placer entre les coupelles 12 un ou plusieurs plots en élastomère 16, limitant la course des coupelles 12, dans la partie médiane 1 la de chaque évidement 11. La partie supérieure de la figure 1 fait cependant apparaître des organes de verrouillage 18, qu'on ne retrouve pas dans sa partie inférieure. Ces organes, tels que des pions (se retrouvant sur les figures 2B et 2B') sont retenus radialement vers l'extérieur par une frette 19 solidaire du volant la, et repoussés radialement vers l'intérieur par des ressorts de verrouillage 21. Comme indiqué cidessus, la couronne de démarreur 6 n'est pas fixée sur le volant la, mais sur le disque 4a lui-même. Conformément à ce premier mode de réalisation de l'invention, les organes de verrouillage 18 assurent l'immobilisation du disque 4a par rapport au volant moteur la à l'arrêt, tout en autorisant le débattement angulaire relatif de ces deux éléments, dès que le moteur atteint un certain régime. Ce déverrouillage est autorisé grâce à l'escamotage automatique des pions 18 sous l'action de la force centrifuge, à l'encontre des ressorts 21. Le régime de déverrouillage, déterminé par le tarage des ressorts 21, pourra avantageusement être compris entre le régime de démarrage du moteur et son régime de ralenti. Enfin, lorsque le moteur s'arrête, le disque 4a retrouve sa position d'équilibre par rapport au volant la, et redevient solidaire de celui-ci par l'intermédiaire des pions 18. La couronne de démarreur 6 est donc à nouveau solidaire du volant la, et le démarrage du moteur est possible. Selon le second mode de réalisation préférentiel de l'invention, (cf. partie inférieure de la figure 1 et figure 2C), le disque 4b, plus épais que précédemment ne présente pas de secteurs rabattus, mais est pourvu des ergots 22 mentionnés ci-dessus. Par ailleurs, la couronne de démarreur 6 n'est pas solidaire du disque 4b, mais du volant lb, de sorte que la présence de moyens de solidarisation particuliers du disque et du volant en vue du démarrage du moteur n'est plus nécessaire. La liberté de rotation du disque 4b autour du volant lb est contrôlée de façon similaire au premier mode de réalisation, à ceci près que la rotation du disque 4b par rapport au volant lb est autorisée en toute circonstance. Comme on l'aura compris, mis à part la phase de démarrage du moteur, le fonctionnement des deux volants décrits ci dessus est analogue. Plus précisément, ce fonctionnement est alors le suivant. Etant donné qu'à chaque régime du moteur, la vitesse de rotation réelle de celui-ci oscille autour d'une vitesse moyenne selon une fréquence égale au nombre d'explosions par seconde (deux par tour de moteur dans le cas d'un moteur à quatre cylindres), le disque (associé ou non à la couronne de démarreur) est sollicité en permanence par les vibrations du moteur. I1 peut donc osciller selon la même fréquence vibratoire que le moteur, et en opposition de phase, par rapport à celui-ci dès lors qu'il sollicité sur sa propre fréquence vibratoire.Dans une telle situation de résonance, l'absorption et la restitution d'énergie par le disque à chaque oscillation du moteur atténuent les répercussions de son acyclisme dans la chaîne de transmission de puissance du véhicule, de sorte que l'ensemble volant-disque constitue un véritable amortisseur de vibrations pour celle-ci. Les figures 3A et 3B présentant respectivement une modélisation de la chaîne cinématique d'un véhicule classique et d'un véhicule équipé d'un volant moteur conforme à l'invention, mettent en évidence que le comportement vibratoire d'un véhicule classique (cf. figure 3A), dépend essentiellement de l'inertie I1 du moteur, du volant moteur, et de l'embrayage, ainsi que de la raideur torsionnelle de la friction de l'embrayage K1 de l'inertie de la boîte de vitesses I2, de la raideur torsionnelle K2 des autres éléments de la chaîne cinématique du véhicule, et de l'inertie du reste du véhicule I3. Conformément à l'invention (cf. figure 3B), l'inertie du moteur, du volant moteur et de l'embrayage I'1 est réduite (I'1 L'élément d'inertie supplémentaire I" î, relié par une troisième raideur torsionnelle K3 (dépendant du tarage des ressorts 13) à I'1, ces trois éléments constituent un amortisseur de vibrations, susceptible de réduire les acyclismes transmis à la chaîne cinématique I'1, K1, I2, K2, I3 par le moteur, pour autant que cet amortisseur "résonne", c'est à dire que les vibrations du moteur correspondent à son régime vibratoire propre, dépendant de K3 et de I"1, selon l'équation élémentaire suivante Comme indiqué ci-dessus, lorsque cette résonance est effective, le disque (associé ou non à la couronne de démarreur), vibre en opposition de phase et à la même fréquence que le moteur.Cette oscillation élastique autour du volant moteur, en réponse aux vibrations du moteur, s'effectue indépendamment de la chaîne de transmission de puissance, de sorte qu'elle assure l'amortissement des vibrations du moteur, avant leur transfert à cette dernière. I1 est donc possible de fixer le régime auquel on souhaite bénéficier de l'amortissement des vibrations transmises par le moteur à la chaîne cinématique du véhicule, en choisissant un rapport - inertie sur raideur - (K3 sur I' 1) approprié. Si le régime choisi est le régime de ralenti du moteur, l'application de l'invention permet de réduire l'excitation de la chaîne cinématique et de réduire sa bruyance au point mort ou en roulage sur le régime du ralenti, de façon à limiter l'excitation de l'ensemble des composants mécaniques du véhicule. Il est également possible de caler la résonance de l'amortisseur sur une "fréquence propre" de la chaîne cinématique, à laquelle l'amplification des vibrations du moteur dans celle-ci devient particulièrement désagréable pour les occupants du véhicule. Dans ce cas, les dispositions proposées par l'invention permettront d'atténuer des phénomènes vibratoires particuliers liés à la chaîne cinématique elle-même. En conclusion, il faut souligner que ces dispositions, ne suppriment pas la cause de tels phénomènes, pour la simple raison qu'elles n'ont pas d'action directe sur les "modes propres" de la chaîne cinématique du véhicule. Elles permettent cependant d'atténuer considérablement son niveau d'excitation REVENDICATIONS [1] Volant moteur, fixé sur le vilebrequin (2) du moteur d'entraînement d'un véhicule routier et directement relié à la chaîne de transmission de puissance de celui-ci, caractérisé en ce qu'il porte un élément (4a, 4b) pouvant osciller élastiquement en rotation autour dudit volant moteur (la, lb) en réponse aux vibrations du moteur et indépendamment de la chaîne de transmission de puissance, de façon à amortir ces vibrations, avant leur transfert à cette dernière. [2] Volant moteur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'amortissement est constitué par un disque rigide (4a) centré sur le volant moteur (la) en disposant d'une certaine liberté de rotation vis-à-vis de celui-ci, et par la couronne du démarreur (6), solidaire dudit disque (4a). [3] Volant moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'amortissement est constitué par un disque rigide (4b) centré sur le volant moteur (lb), et disposant d'une certaine liberté de rotation vis-à-vis de celui-ci. [4] Volant moteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il présente plusieurs évidements (11) en forme d'arc de cercle renfermant chacun un ressort (13) qui repousse par ses extrémités deux coupelles (12) contre des éléments d'arrêt (14, 22) solidaires du disque (4a, 4b), de façon à rappeler élastiquement ce dernier dans une position d'équilibre vis-à-vis du volant (la, lb). [5] Volant moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque évidement (11) présente une partie médiane (1 la) renfermant le ressort (13) et les coupelles (12), et deux parties latérales (1 lb) plus étroites que les coupelles (12), mais autorisant le passage des éléments d'arrêt (14, 22), lorsque le disque (4a, 4b) s'écarte de sa position d'équilibre. [6] Volant moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque (4a, 4b) est centré sur le volant (la, lb) par un élément de guidage (7) ne limitant pas sa rotation autour de celui-ci. [7] Volant moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément de guidage est constitué par un roulement (7) maintenu axialement sur le volant par au moins une rondelle épaulée (8) et des vis de fixation (9). [8] Volant moteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le disque (4a) est centré sur le volant (la) par l'intermédiaire d'une couronne élastique (17), fixée sur chacun de ces deux éléments (4a, la). [9] Volant moteur selon l'une des revendications 1, 2 ou 4 à 7, caractérisé en ce qu'il présente des organes (18) assurant automatiquement le verrouillage du disque (4a) sur le volant (la) lorsque le régime du moteur est inférieur à une valeur déterminée. [10] Volant moteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les organes de verrouillage sont constitués par des pions (18) repoussés élastiquement par des ressorts de verrouillage (21) en direction des éléments d'arrêt (14, 22) du disque, tout en pouvant se dégager de ces derniers sous l'action de la force centrifuge. [11] Volant moteur selon l'une des revendications 1, 3, ou 4 à 7, caractérisé en ce que la couronne de démarreur (6) est fixée directement sur le volant moteur (lb).