Brevet FR2942998A1 — publié le 20100917

DISPOSITIF DE SUSPENSION D'UN GROUPE MOTOPROPULSEUR DANS UNE CAISSE DE VEHICULE La présente invention concerne un dispositif de suspension d'un groupe motopropulseur dans une caisse de véhicule, et notamment de véhicule automobile, ainsi qu'un véhicule équipé d'un tel dispositif de suspension du groupe motopropulseur. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de suspension d'un groupe motopropulseur adapté à un moteur ne comportant que trois cylindres. De façon générale, un groupe motopropulseur équipant un véhicule et notamment un véhicule automobile, comprend un moteur à combustion interne multicylindre, un embrayage et une boîte de vitesses. Ce groupe motopropulseur est lié mécaniquement à la caisse du véhicule par un dispositif de suspension constitué de plusieurs éléments de fixation antivibratoires implantés d'une manière adaptée entre le groupe motopropulseur et la caisse du véhicule. Ces éléments et leurs implantations dépendent notamment du type de motorisation, essence ou diesel, du cycle du groupe motopropulseur, du nombre de cylindres, de leur agencement en ligne, en V ou encore à plat, et de l'implantation transversale ou longitudinale de ce groupe motopropulseur dans la caisse. Généralement, chacun des éléments de fixation antivibratoire est constitué d'une ou d'un assemblage plus ou moins complexe de pièces en élastomère, tel que du caoutchouc, et de pièces métalliques permettant de lier la pièce ou l'assemblage de pièces en élastomère, d'une part, au groupe motopropulseur et, d'autre part, à la caisse du véhicule. Le principal rôle du dispositif de suspension du groupe motopropulseur est le maintien de ce groupe motopropulseur dans la caisse du véhicule, notamment sous le poids propre dudit groupe motopropulseur et sous le couple de réaction exercé par les transmissions transversales sur le groupe motopropulseur lorsqu'il y a transmission de puissance du groupe motopropulseur vers les roues du véhicule, et la filtration de l'excitation vibratoire de ce groupe en fonctionnement générée par les masses en mouvement et les forces d'explosions du moteur thermique, tout en limitant les débattements du groupe en réaction au couple qui entraîne les roues notamment. La suspension du groupe motopropulseur doit être suffisamment souple pour filtrer au mieux les vibrations liées à son fonctionnement et les transmettre le moins possible à la caisse du véhicule. La grande souplesse des éléments de fixation antivibratoires par rapport au groupe motopropulseur et aux supports métalliques, entraine l'existence de modes propres de suspension de ce groupe motopropulseur où ce dernier demeure rigide et où se sont les éléments de fixation qui se déforment. Ces modes de suspension sont généralement placés très bas en fréquence, de préférence entre 5 et 20 Hertz. Ces modes de suspension sont au nombre de six, trois en translation et trois en rotation dans un repère orthonormé XYZ où X est l'axe longitudinal du véhicule, Y l'axe transversal du véhicule et Z l'axe vertical. Ces modes sont couramment appelés: - mode de Tamis : translation selon l'axe X ; - mode de Ballant : translation selon l'axe Y ; - mode de Hachis : translation selon l'axe Z ; - mode de Galop : rotation autour de l'axe X ; - mode de Roulis : rotation autour de l'axe Y ; - mode de Lacet : rotation autour de l'axe Z. Le placement en fréquence de chacun de ces modes est réglé de façon très précise, en particulier vis-à-vis des fréquences caractéristiques de l'excitation du moteur thermique. Dans le cas d'un moteur à trois cylindres en ligne, le mode de Lacet joue un rôle important vis à vis de la réponse du groupe motopropulseur sur sa suspension aux différentes excitations mécaniques qui le sollicitent et est à même, de générer des niveaux vibratoire et sonore inacceptables. On connaît plusieurs types de dispositifs de suspension des groupes motopropulseurs, dont les deux plus courants sont la suspension dite pendulée ou pendulaire, pour les groupes motopropulseurs implantés transversalement et la suspension dite posée pour les groupes motopropulseurs implantés longitudinalement ou transversalement. Le document FR2731184 illustre une telle conception. La suspension dite pendulée est particulièrement bien adaptée aux groupes motopropulseurs implantés transversalement. Elle est composée de trois éléments de fixation antivibratoires dont deux sont placés plus haut que le centre de gravité du groupe motopropulseur aux deux extrémités longitudinales du groupe motopropulseur et dont le troisième est situé plus bas que le centre de gravité de ce groupe motopropulseur. Les deux premiers éléments assurent une fonction de portage et de positionnement vertical du groupe motopropulseur dans la caisse du véhicule. Ces éléments qui portent respectivement l'un le moteur et l'autre la boîte, ont des raideurs importantes dans la direction Z de façon à supporter le poids du groupe motopropulseur. Ces deux éléments ont par ailleurs une fonction de reprise de couple et de limitation des rotations du groupe motopropulseur sous couple, ce qui a pour conséquence pour chacun de ces éléments de présenter un niveau de raideur élevé dans la direction X et implique la présence de moyens de limitation de déplacement dans cette même direction X, généralement cette fonction de limitation étant assurée par des butées en élastomère. De façon préférée, ces deux éléments sont réalisés sous la forme de cales filtrantes. Parfois l'élément de fixation antivibratoire portant le moteur est formé de deux pièces distinctes : une cale droite uniquement porteuse et un élément de reprise de couple sous la forme d'une biellette constituée de 2 articulations filtrantes reliées par un corps métallique. Le troisième élément disposé au-dessous plus bas que le centre de gravité n'est pas porteur et ne nécessite donc pas un niveau de raideur conséquent dans la direction verticale selon l'axe Z. Il assure une fonction de reprise de couple inférieur et de limitation des rotations du groupe motopropulseur sous couple, ce qui a pour conséquence de présenter un niveau de raideur élevé dans la direction X et implique la présence de moyens de limitation de déplacement dans cette même direction X, généralement cette fonction de limitation étant assurée par des butées en élastomère. Ce troisième élément est généralement réalisé sous la forme d'une biellette constituée de deux articulations filtrantes reliées à un corps métallique L'architecture de suspension du groupe motopropulseur dite pendulée, présente l'avantage de permettre un réglage indépendant des fréquences des modes de Hachis et de Roulis, par contre, la fréquence des modes de Galop et de Lacet est résultante. La non maîtrise des fréquences des modes de Galop et de Lacet peut être pénalisante dans le cadre de motorisation présentant des excitations en Galop et en Lacet, comme les motorisations trois cylindres en ligne ou les six cylindres disposés en V. Dans le cas particulier des motorisations trois cylindres en ligne le traitement de l'excitation en Galop et en Lacet passe généralement par l'adjonction d'un arbre d'équilibrage. Cette solution présente l'inconvénient d'être coûteuse et génère une surconsommation de carburant. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un dispositif de suspension facile à mettre en oeuvre et économique et qui permet de caler les six modes de suspension du groupe motopropulseur pratiquement indépendamment les uns des autres et à des fréquences relativement basses. L'invention a donc pour objet un dispositif de suspension d'un groupe motopropulseur dans une caisse de véhicule, et notamment de véhicule automobile, au moyen d'éléments de fixation antivibratoires reliant le groupe motopropulseur à la caisse. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend quatre éléments de fixation antivibratoire, un premier et un second éléments supérieurs porteurs s'étendant plus haut que le centre de gravité du groupe motopropulseur et sensiblement aux deux extrémités longitudinales du groupe motopropulseur, un troisième élément inférieur de reprise de couple s'étendant plus bas que le centre de gravité du groupe motopropulseur et un quatrième élément supérieur s'étendant plus haut que le centre de gravité du groupe motopropulseur et sensiblement à l'aplomb dudit troisième élément. Selon une autre caractéristique de l'invention, les troisième et quatrième éléments sont reliés à ce groupe motopropulseur sensiblement dans le même plan XZ que le centre de gravité du groupe motopropulseur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le troisième élément comporte des moyens de limitation de déplacement dans la direction X de façon à opérer une limitation des rotations du groupe motopropulseur sous couple, lors de déplacements importants du groupe motopropulseur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le quatrième élément a une fonction de reprise de couple et donc présente un niveau de raideur élevé dans la direction X. Selon une autre caractéristique de l'invention, le quatrième élément comporte des moyens de limitation de déplacement dans la direction X de façon à opérer30 une limitation des rotations du groupe motopropulseur sous couple, lors de déplacements importants du groupe motopropulseur. Selon une autre caractéristique de l'invention, les premier et second éléments porteurs supérieurs présentent des raideurs faibles en direction X, de façon à assurer un placement du mode de lacet bas en fréquence. L'invention a également pour objet un véhicule et notamment un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de suspension du groupe motopropulseur tel que précédemment décrit. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de suspension d'un groupe motopropulseur, conforme à l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique de dessus du groupe motopropulseur représenté à la Fig. 1, - la FIG. 3 illustre une cale porteuse, et - la FIG.4 montre une biellette de reprise de couple. Le référentiel orthonormé XYZ représenté à la figure 1 est le référentiel classique où X est l'axe longitudinal du véhicule, Y l'axe transversal du véhicule et Z l'axe vertical. Sur la Fig. 1, on a représenté schématiquement un groupe motopropulseur destiné à équiper un véhicule et notamment un véhicule automobile. Ce groupe motopropulseur, désigné par la référence générale 1, est formé par un moteur à combustion interne à trois cylindres en ligne accouplé à une boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un embrayage. Le groupe motopropulseur, du type transversal en ce qu'il s'étend dans le compartiment moteur selon la direction Y, est désigné par la référence générale 1. Le groupe motopropulseur 1 est supporté par la structure de caisse 2 du véhicule automobile définissant le compartiment moteur et plus particulièrement par les brancards s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal X du véhicule, par une traverse s'étendant en Y qui se reprend sur les brancards et par le berceau moteur. Ces différentes pièces de la caisse 2 n'ont pas été figurées pour accroître la lisibilité du dessin. Le groupe motopropulseur 1 est suspendu dans la caisse 2 par un dispositif de suspension similaire dans son principe à une architecture pendulée qui comporte quatre éléments de fixation antivibratoires appelés éléments filtrants et qui sont désignés respectivement par les références 10, 11, 12 et 13. Ces éléments de fixation antivibratoires 10, 11, 12 et 13 ont été représentés schématiquement sur les figures 1 et 2. Ils sont de types connus comprenant chacun une pièce ou un assemblage de pièces en élastomère supporté par des pièces métalliques permettant de lier la ou les pièces en élastomère, d'une part, au groupe motopropulseur 1 et, d'autre part, à la caisse 2. Ainsi la figure 3 décrit un exemple de cale porteuse 30 avec fonction de reprise de couple réalisée par des butées et la figure 4 montre un exemple d'élément de reprise de couple de type biellette 40. Les premier et second éléments de fixation 10 et 11, appelés éléments filtrants supérieurs porteurs en ce qu'ils reprennent chacun une partie substantielle du groupe motopropulseur 1, sont reliés chacun au groupe motopropulseur 1 en un point situé plus haut, selon l'axe Z, que le centre de gravité G de ce groupe motopropulseur 1 et solidarisent ledit groupe motopropulseur 1 à la caisse du véhicule automobile 2 de préférence aux brancards non figurés. Ces éléments de fixation antivibratoires 10 et 11 sont placés chacun de part et d'autre du groupe motopropulseur 1, c'est-à-dire aux deux extrémités longitudinales du groupe motopropulseur 1. Ces éléments de fixation antivibratoires 10 et 11 n'ayant pas de fonction de reprise de couple, leur raideur dans la direction X véhicule peut être choisie librement. En particulier, dans le cas d'un moteur thermique à trois cylindres, ils peuvent être choisis très souples en direction X, afin de permettre un placement en fréquence du mode de lacet inférieur à la plus basse fréquence d'excitation du moteur. Le troisième élément de fixation 12, appelé élément filtrant inférieur de reprise de couple, est situé plus bas, selon l'axe Z, et sensiblement dans un même plan XY que le centre de gravité G du groupe motopropulseur 1. Cet élément filtrant inférieur de reprise de couple 12 assure la solidarisation de ce groupe motopropulseur 1 à la caisse 2 du véhicule, de préférence par le berceau moteur non figuré. Le quatrième élément de fixation antivibratoire 13, appelé élément filtrant supérieur de reprise de couple, est situé plus haut, selon l'axe Z, que le centre de gravité G du groupe motopropulseur 1, sensiblement à l'aplomb de l'élément filtrant inférieur de reprise de couple 12. Ce quatrième élément présente un niveau de raideur élevé dans la direction X. Il assure la solidarisation du groupe motopropulseur 1 à la caisse 2 du véhicule de préférence par une traverse non figurée qui se reprend sur les brancards. Pour un moteur 3 cylindres, il serait profitable de placer le mode de Lacet à une fréquence inférieure à la plus basse fréquence d'excitation du moteur thermique, typiquement 12,5 Hertz pour un régime de ralenti à 750 tours par minute, de façon à ne pas amplifier l'excitation en couple de lacet du moteur lorsqu'il tourne à son régime le plus bas, en général le ralenti. La fréquence du mode de Lacet étant pilotée par les raideurs en direction X des éléments filtrants supérieurs porteurs 10 et 11, un placement bas en fréquence nécessite une raideur faible en direction X véhicule des éléments filtrants supérieurs porteurs 10 et 11. Dans le cas d'une suspension pendulée, la faible raideur des éléments 10 et 11 entraîne un mode de roulis placé bas en fréquence, ce qui n'est pas souhaitable, et peut notamment engendrer des à-coups moteur. Les éléments filtrants inférieur et supérieur de reprise de couple 13 et 14 permettent de compenser le manque de raideur des éléments filtrants supérieurs porteurs 10 et 11 en direction X et d'avoir un mode de Roulis à la fréquence souhaitée, tout en gardant le mode de Lacet bas en fréquence. En effet, ces éléments filtrants inférieur et supérieur de reprise de couple 13 et 14 étant placés à une cote Y proche de celle du centre de gravité, leur raideur en direction X véhicule contribue peu à la fréquence du mode de Lacet. Le dispositif de suspension selon l'invention permet de régler les fréquences des six modes de suspension du groupe motopropulseur quasiment indépendamment les uns des autres et notamment de placer ces six modes à des fréquences relativement basses. Ce dispositif présente les mêmes avantages qu'un dispositif de suspension de type pendulé. Il a l'avantage de permettre, de plus, le réglage indépendant des modes de Roulis et de Lacet. Ce réglage indépendant est particulièrement intéressant pour des motorisations de type trois cylindres en ligne qui présentent des excitations en mode de Galop et en Lacet à des fréquences inférieures à 20 Hertz. En effet, il est important alors de savoir placer les modes de Roulis et de Lacet suffisamment bas en fréquence, tout en gardant un positionnement en fréquence classique pour les autres modes. De façon générale, le dispositif de suspension conforme à l'invention convient parfaitement aux motorisations excitant le mode Lacet comme les motorisations de type trois cylindres en ligne ou de type six cylindres en V.