Brevet FR2883943A1 — publié le 20061006

VOLANT t?'INERTTE MOTEUR AJOURE La présente if'LVention concerne un Valant d'inertie de moteur â combustion interne, destiné à être monté entre un moteur d combustion :5 interne, notamment à plusieurs cylindres en ligne, et une transmission de véhicule automobile. Plus précisément, cette invention a pour objet un volant d'inertie, comprenant une masse erunülCaire et un1 dilue centrai assurent la fixation de l'ensemble sur le vilebrequin du moteur. Il) Selon une disposition connue, illustrée notamment par le publiratian FR 2844 566, [a plupart des volants d'inertie, notamment les volants souple, sont composés de deux éléments, dont un premier élément relativement épais, qui est cupubte d'entrer en contact de friction avec un élément d'un e#nbraya9e. Ce premier élément est rapporté sur un deuxième élément plus mince, par exemple un disque de tale plus ou moins flexible, venant se fixer sur l'arbre de sortie du moteur_ Lorsqu'un moteur est en fonctionnement, le volant moteur se déforme en flexion en oscillant autour d'axes perpendiculaires a sain axe de rotation, sous l'excitation d'impulsions liées â chaque phase de combustion et 2c des forces centrifuges de l'attelage mobile. Les déformations du volant excitent en retour le vilebrequin et peuvent avoir un impact non negl igecbl e sur les vibrations du moteur. Plus le votant est aide en flexion, plus cet impact est important, A l'inverse, plus le volant est souple en flexion, plus son rr rverr nt est découplé du vilebrequin, donc moins il a d'impact sur les s vibrations du moteur. Un valant moteur rigide présente en fonctionnement des modes de. flexion principaux se développant principalement au niveau du disque central. On distingue en particulier un premier mode de flexion du volant, dit vertical , autour d'un premier axe parallèle au plat de symétrie du vilebrequin, et un second mode de flexion dit perpendiculaire *, autour d'un deuxième axe perpendiculaire au précédent. Ces deux modes de flexion principaux sont distincts, car la raideur du vilebrequin 'dons son plan de symétrie est en 4néraE inférieure à sa raideur dans un plan perpendiculaire à celui-ci_ L'écart entre les deux modes de flexion principaux dépend ainsi de lo différence de raideur du vilebrequin dans ces deux plans en situation encastrée, c' est-à-dire lorsqu'il est fixé. par des paliers au niveau de ses tourillons. m Ces modes de flexion ont une inftuence importante non seulemesrt sur les amplitudes de mouvement dynamique du valant, donc sur la déformation du valant et celle du vilebrequin, mais aussi sur les vibrations du moteur dans son ensemble. lie plus, l'écart entre les deux modes de flexion du volant n égaiement une influence si gnificati ue sur son mouvement dynamique, et sur les vibrations du moteur. Ainsi, lorsque les deux modes de flexion du volant situent sur des fréquences très proches, il y a un effet de couplage qui amplifie les amplitudes de mouvement dynamique du volant et dégrade les niveaux de vibration du moteur. Le risque de couplage entre le mode de flexion vertical et le r. > mode de flexion perpendiculaire* existe clams les zoos de figure suivants: - lorsque le vilebrequin (en particulier la partie extrême liée au volent) présente une raideur de flexion dans son plan de symétrie proche de celle dans le pie@ perpendiculaire, et - lorsque la raideur de flexion du vilebrequin (en condition encastrée) est élevée par rapport celle du valant, per exemple, Lorsque le vilebrequin présente une géométrie rigide, et est fixé par* des paliers rigides, -s - Les w0101'1ts Mot r souples, tek qUe décrits dans la publication WO 2004/065807r sont formés le plus souvent d'une couronne en fonte, fixée par des vis $ la périphérie d'une tôle annulaire flexible dont la périphérie interne comporte des trous de passage de vis de fixation sur le vilebrequin. La tôle annulaire flexible une épaisseur très faible (environ deux d trois millimètres)_ Elle est fabriques généralement en acier traité é haute résistance mécanique. Cette tôle doit être contrôlée après découper éventuellement redressée et assemblée avec sain à la masse annulaire en fonte. En plus, en vue de réduire l'amplitude de déformation de cette tale de to faible épaisseur, il est nécessaire d'insérer une rondelle ci'omortissement entre la tôle et la masse. annula re. Pour aes raisDrtg, Ull tel valant flexible est relativement çoôteux_ Un premier objectif de 'invention et de limiter les risques de coupiage entre les anodes de flexion d'un volant d'inertie rigide_ Lu présente invention vise aussi à réaliser un volant d'inertie flexible de conception particulièrement simple, Elle propose d Cet effet que des trous cl'allé eurent soient ménagés dans la matière du disque central selon une disposition particulière par rapporté l'axe de symétrie longitudinal du vilebrequin, de manière de réduire Li) t raideur du valant selon au moins une direction privilégiée, Cette disposition permet soit de découpler les deux modes de, flexion principaux d'un volant d'inertie rigide. soit de réaliser un valant d'inertie flexible monobloc, donc plus simple en conception et moins co Ite'ux que les valants d'inertie flexibles connus. Conformément à l'invention, les trous d'allégement sont au mains au nombre de deux, et de préférence diamétralement apposés sur le disque_ -4 - Ils peuvent gtre alignés sur te plan de symétrie du vilebrequin, ou selon unie direction perpendiculaire eau plan de symétrie. du vilebrequin_ Une disposition particulière des trous d'allégement rapport à tue de symétrie longitudinal du vilebrequin permet de réduire kt raideur du s volent autour de deux directions privilégiées b'autres caractéristiques et avantages de la présente invention opparcii trant clairement a ta lecture de la description suivante d'un mode de réalisation ror lirnitafif de celui-ci, en se reparta,nt aux dessins annexés, sur Lesquels ltiti - la figure 1 est une vue extérieure du 'rotant d'inertie proposé, en position sur le vilebrequin, - la figure 2 rrrarrtre en perspective le volant dams un premier mode de réalisation de l'invention, et - les figures 3 à 7 illustrent cinq autres modes de réAliSatian, Le volant d'inertie 2 apparaissant sur les figures est constitué d'une rnasse annuaire 3 relativement épaisse, et d'un disque de fixation 4 plus mince_ Le valant 2 est fixé â l'extrémité du vilebrequin 1 de la figure 1, purs des vis (non représentées) introduites dans les trous de fixation 5. Selon la disposition connue rappelée ci-dessus, un tei valant présente une symétrie de r évolution (mise â part dans certains cos la disposition des trous de fixation). Pour sa part, le vilebrequin 1 ne présente pas de symétrie de révolution, mais un plan de symétrie défini par sen axe de rotation et par l'axe d'alignement des maneton, Gamme indiqué précédemment, un tel valant d'inertie présente deux modes de flexion principaux, respectivement autour d'un axe contenu dans le plan de symétrie du vilebrequin (vertical sur les schémas>, et d'un axe perpendiculaire au plan de symétrie du vilebrequin (horizontal sur les -5 - schémas), appelés respectivement mode de flexion verticei , et mode de flexion,e perpendiculaire. Les modes de flexion du volant dépendent non seulement de sa propre raideur mais pour une part importante, de celle du vilebrequin t. Les deux modes de flexion du volant sont différent,, car la raideur du vilebrequin dans son plan de symétrie est en général inférieure celle de san plan pe.rpendiculaire. L'écart entre ces deux modes de flexion dépend ainsi de Io différence de raideur du vilebrequin dans les deux plans en condition encastrée, c'est,d-dire vilebrequin fixé par des paliers au nieeau de ses taurillons Conformément ô l'invention, des trous d'allêgement sont rnén:es dans le disque central 4 du volant d'inertie, de manière augmenter l'éeert entre ses deux modes de flexion principaux en fonction de ceux du vilebrequin., en réduisant le raideur propre du volortt autour d'axes privilégiés. Sur la figure 2, les deux trous d'allégement 6 sont diamétralement opposés sur l'axe Y, contenu dans le plan de symétrie du vilebrequin. Ceci permet de réduire la raideur de flexion du volant dam ce plan de symétrie, et donc de déplacer le made de flexion vertical du volant vers le bas en 2u abaissement ses fréquences de vibration au tour de cet axe. Dans ces conditions, l'écart entre lei deux modes de flexion principaux du volant est augmenté, et le risque du couplage entre ces deux modes est réduit ou annulé., Lee dimensions de ces trous sont adaptées en fonction du niveau de e.5 risque d'epprachement des deux modes de flexion du volant cités ci-dessus et en fonction des contraintes dimensionnelles dans le volant, Ainsi, plus Fos trous sent importants, plus la fréquence propre du mode de flexion concerné -6 - est faible, de sorte que le risque de couplage grec le made de f l exi oti Apposé diminue_ faux trous d'allégement sent nécessaires au minimum. bains k cas de la, figure. 2, les trous d'ell ment 6 sont diamétralement opposés dans le plan de symétrie du vilebrequin. Cette disposition permet donc d'augmenter l'écart entre les deux ruades de flexion principaux du violant par un abaissement de sen mode de flexion vertical . Les trous d'all ement 6 peuvent être circulaires ou ovales_ Ils peuvent égaiement prendre d'autres formes particulières (croissant de lunes ie lentille. etc,). comme. illustré de façon non limitative par la figure 3. Les trous d'ielègement 6 peuvent Aussi être peeitiann e dans un One perpendiculaire ou plan de. symétrie du vilebrequin (cf. figure 4)_ Cette disposition permet de réduire le mode de f Iecian perpendiculaire du valant, Elle peut être intéressante lorsque le made de flexion 15 perpendiculaire se situe soit â un niveau trop élevé soit û un niveau qui risque de coupler avec un mode de structure moteur, Le figure 5 illustre un autre mode de réelisatian'avec quatre. trous d'allégement, positionné la fois dons les deux plans cités_ Doris ce ces, taus les trous n'ont pas nécessairement les mêmes dimensions. Celte solution 2' permet de réduire non seulement le mode de flexion perpendiculaire du volant mis aussi sort mode de flexion vertical , tout en gardant la possibilité d'augmenter l'art entre ces deux rodes, peur cela, il suffit que les trous dams les deux plans noient pas ir même dimension, Selon la variante de. la figure b, on o aussi quatre trous d'ell ment positionnés dans deux plans intermédiaires entre les deux plans de référence cités, ette solution permet d'obtenir le mite résultat gare la précédente, Les ongles d'orientation de ces deux plans dans lequel les trous d'arlègetnent -7 sont positionnés sont prédéterminés en fonction des voleurs cible â atteindre respectivement pour le made de flexion vertical et pour le made de flexion perpendiculaire . La disposition de Ica, figure 7 est particulièrement adaptée. la réalisation d'un valant flexible monobloc ajouré_ bans ce, le disque central et la masse annulaire constituent aine seule et rname pièce formant un ensemble flexible monobloc. Selon la disposition non limitative du schéma, les trous 6 peuvent constituer des fenétres allongées orientées selon des arcs de cercle concentriques, par exemple centrées sur deux vices respectivement I? parallèle et perpendiculaire au plan de symétrie du vilebrequin. En conclusion, la disposition iltustrée par la figure 2 (abaissant le rade de flexion vertical ), permet de limiter, voire d'annuler tout risque de couplage entre les deux modes de flexion du volant, avec pour effet, d'une part de réduire les amplitude de mouvement dynamique du volant (jusqu'à - s 507.) et d'autre port de réduire les vibrations du moteur (jusqu'à 2 dB dans l'octave 25Q l-{ ). La disposition de la figure 4 (deux trous d'all eurent dans un plan perpendiculaire au plan de symétrie clu vilebrequin), permet pour Sa part, d'abaisser le mode de flexion perpendiculaire du volant. Cette solution (1 peut apporter des gains vibratoires trias appréciables, lorsque le made de flexion * perpendiculaire du volant se situe soit A un niveau trop élevé soit iï un niveau qui risque de coupler avec un mode de structure moteur, Les solutions des figures 5 et 6, â quatre trous d'allégement positionnés dans deux plans prédéterminés permettent de cumuler les avantages des solutions 2. précédentes, Enfin, la disposition de la figure 7 ecnvierrt particulièrement pour un volant flexible, et sans sortir du cadre de l'invention, on peut encore -8 - envisager d'autres modes de réalisation, en variant la forme ales troua d'allégement (avale, rectangle, lentille etc.) ou leur nombre; 4, 6, etc. -9 - 1 FVFNtelCAT1ONS 1, Volant d'inertie (2) , composé d'une masse annulaire (3) et d'un disque central (4) qui assure la fixation de l'ensemble sur le vilebrequin (1) du moteur, caractérise. en ce que des trous d'allégement (6) sont ménagés dans la matière du disque central (4) selon urne disposition particulière par rapport à faxe de symétrie longitudinal du vilebrequin (U 'permettent cle réduire la raideur du volant (2) selon au moins une direction privilégiée.. 2, Volant d'inertie (2) selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il to présente au moins deux trous d'allégement (6) diamétralement opposés_ 3. Volant d'inertie selon la re enclication 1 ou 2. caractérisé en ce. que les trous d'allègement (6) sont alignés sur le plan de symétrie du vitebrequin (1), 4, Volant d'inertie selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce 15 que les trous d'allégement (6) sont alignés selon une direction perpendiculaire au plan de symétrie du vile requin (1) . 5. Volant d'inertie, selon l'une des revendications 'précédentes, caractérisé en ce qu'il présente au moins quatre trous d'allégement (6). 6, Volant d'inertie selon la revendication 5, caractérisé en ce que les Loo trous d'allégement (6) sont alignés sur deux diamètres distincts du disque (4). 7. Volant d'inertie selon la revendication 6, car+octérisé en ce. que les deux diamètres sont respectivement alignés sur le plan de symétrie du vilebrequin et sur un ace perpendiculaires à ce pion. S. Valant d'inertie selon la revendication b, caractérisé en ce que les deux diamètres sont décalés en position intermédiaire, par rapport au *ri de symétrie du vilebrequin (1) et d s4 perpendiculaire. -10 - 9, Volant d'inertie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque central et la masse annulaire constituent une seule et même pi êce formant un ensemble flexible monobloc. Volant d'inertie, selon b revendication 9, caractérisé en ce que 5 tous les trous (6) constituent des feutres allongées orientées selon des gros de cercle concentriques. 11, Volant d'inerte selon lu revendication 10, caractérisé en ce que tes fenêtres sont centrées sur cieux axes respectivement parallèle et perpendiculaire vu pion de symétrie du vîlebrequin,