Brevet FR3032763A1 — publié le 20160819

- 1 - VOLANT D'AMORTISSEMENT MOTEUR A MASSES PENDULAIRES La présente invention concerne l'atténuation des vibrations de torsion d'un moteur thermique, par un volant d'inertie. Elle a pour objet un volant moteur à masses pendulaires pour chaîne de traction de véhicule automobile, composé d'un seul flasque d'inertie rigide couplé directement au vilebrequin du moteur thermique du véhicule et à sa chaîne de traction, et d'au moins deux masses d'amortissement pendulaires, articulées sur le flasque rigide. Les dispositifs d'amortissement pendulaires sont des systèmes inertiels qui prélèvent et restituent de l'énergie à une source motrice. Ils sont ainsi capables de calmer un ensemble vibrant, à condition qu'ils soient accordés. Pour être efficaces, ils doivent être agencés au plus près du système d'excitation, par exemple sur un élément lié rigidement au vilebrequin du moteur thermique d'un véhicule. Par la publication EP 2 719 920, on connaît un dispositif d'amortissement pendulaire associé à un double volant amortisseur. Le double volant amortisseur comprend un volant primaire couplé à un arbre moteur et un ensemble secondaire comprenant un voile présentant un corps annulaire et une masse pendulaire fixée au voile. Un ensemble de masselottes sont réparties autour du volant secondaire. Chaque masselotte comporte des roulements de guidage sur une piste solidaire de la masselotte, et sur une piste portée par un moyen de support s'étendant axialement entre le corps annulaire du voile et la masse secondaire. La présente invention vise à simplifier le montage de masses pendulaires d'amortissement sur un volant moteur. Dans ce but, elle propose que chaque masse pendulaire soit articulée sur un flasque d'inertie rigide couplé 35 directement au vilebrequin du moteur thermique d'un véhicule 3032763 - 2 - et à sa chaîne de traction, autour d'un axe de rotation unique déporté par rapport à l'axe de rotation du volant. De préférence, les axes de rotation des masses pendulaires sont sertis dans le flasque volant. 5 Dans un premier mode de réalisation de l'invention, toutes les masses pendulaires sont identiques et accordées sur la même fréquence de combustion du moteur. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, le volant porte deux catégories de masses pendulaires, 10 accordées sur des harmoniques différents de la fréquence de rotation du moteur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le volant est en fonte, - les masses pendulaires sont de forme sensiblement 15 triangulaire, - les masses pendulaires sont équipées de plots en élastomère, sensiblement aux deux coins éloignés de l'axe de rotation qui interdisent les chocs métal contre métal des masselottes dans les phases de démarrage et d'arrêt moteur, 20 - les plots sont introduits dans des évidements parallèles ou perpendiculaires à l'axe de rotation, - les masses pendulaires ont des angles de déviation limités par des butées en élastomère rapportés sur un cylindre tôle centré sur le volant, qui interdisent les 25 chocs métal contre métal des masses sur le volant, lors des débattements en saturation, - la tôle support des plots en élastomère possède autant de rabats que de masses, qui maintiennent la tôle en position, et offrent une face de frottement aux masses, 30 - le second type de masse pendulaire est un disque, et son axe support est excentré, - il y a le même nombre ou un nombre différent de masses de chaque catégorie. 3032763 - 3 - La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un volant 5 moteur conventionnel, - la figure 2 est une vue en coupe d'un volant équipé de masses pendulaires, - la figure 3 est une vue de face d'un volant équipé de masses pendulaires identiques en situation de 10 rotation sans irrégularité de vitesse, la figure 4 est une vue de détail des plots en élastomère implantés parallèlement à l'axe de rotation, la figure 5 est une vue de face d'un volant équipé de masses pendulaires identiques en situation de 15 déviation quelconque, - la figure 6 est une vue de face d'un volant équipé de masses pendulaires identiques en situation de déviation maximale, - la figure 7 est une vue de face d'un volant 20 de masses équipé à l'arrêt, moteur pendulaires identiques en situation de - la figure 8 est une vue de face d'un volant équipé de masses pendulaires identiques en situation de rotation sans irrégularités de vitesse et pourvues de plots 25 élastomères implantés perpendiculairement à l'axe de rotation, la figure 9 est une vue de la butée de débattement des masses pendulaires, la figure 10 est une vue en coupe d'un volant 30 équipée de masses pendulaires de 2 types, la figure 11 est une vue de face d'un volant équipé de masses pendulaires de deux types en situation de rotation sans irrégularité de vitesse, 3032763 - 4 - - la figure 12 est une vue de face d'un volant équipé de masses pendulaires de deux types en situation de déviation maximale en opposition de phase, - la figure 13 est une vue de face d'un volant 5 équipé de masses pendulaires de deux types en situation de déviation maximale en phase, et - la figure 14 est une vue de face d'un volant équipé de masses pendulaires de deux types en situation de moteur à l'arrêt. 10 Nomenclature Repères Désignations 1 Ensemble volant moteur 10 Volant nu 11 Couronne de démarreur 12 Silhouette de disque d'embrayage 20 Masse pendulaire du premier type 20,a Evidement d'accueil des plots élastomère 21 Bague antifriction 22 Axe de la masse pendulaire 23 Plot en élastomère 30 Butée de débattement de masses pendulaires 31,a Rabat d'appui des masses pendulaires 31 Cylindre en tôle 40 A - axe de rotation du volant 41 B et B1 - Axe de rotation de la masse pendulaire de premier type 41, a B2 - Axe de rotation de la masse pendulaire cylindrique 42 G et G1 - centre de gravité de la masse pendulaire de premier type 42, a G2 - centre de gravité de la masse pendulaire cylindrique 43 R et R1 - rayon de rotation de G et G1 3032763 - 5 43,a R2 - rayon de rotation de G2 44 1 et 11 - longueur pendulaire de G et G1 44,a 12 - longueur pendulaire de G2 45 fc - force centrifuge agissant sur la masselotte 46 fr - force de rappel de la masse pendulaire (projection de fc) 47 a - angle de déviation du centre G 48 p- angle de projection de Fc 49 L - bras de levier du couple de rappel (longueur AD) 50 Masse pendulaire cylindrique Sur la figure 1, est représenté en coupe un volant conventionnel 1, constitué d'un volant nu 10, ou flasque, par exemple en fonte. Il est entouré en périphérie 5 extérieure d'une couronne dentée de démarreur 11. Sur une zone plane intérieure, il présente une face d'appui de la friction d'un disque d'embrayage 12. Le volant représenté en coupe sur la figure 2 est conforme à l'invention. Le flasque 10 est modifié pour 10 supporter des masses pendulaires 20 logées dans un évidement circulaire creusé dans la face opposée à celle du disque d'embrayage. Chaque masse pendulaire 20 est supportée par un axe 22, autour duquel elle peut pivoter. Une bague épaulée 21 antifrictions est emmanchée dans chaque masse 15 pendulaire. Les axes de rotation des masses pendulaires 20, sont sertis dans le flasque. Avant de mettre en place les axes 22 et les masses pendulaires 20 sur le volant nu 10, on place sur le flasque 10, des butées de débattement 30 des masses pendulaires, en élastomère, qui apparaissent sur la 20 figure 9. Les butées 30, portées par le volant, interdisent les chocs métal contre métal des masses sur le volant, lors des débattements de saturation. Elles sont rapportées sur un cylindre en tôle 31 centré sur le volant. La tôle 31 porte autant de rabats 31,a, que de masses qui maintiennent la 3032763 - 6 - tôle en position et offrent une face de frottement aux masses. Les rabats 30,a permettent d'une part d'orienter angulairement les butées 30, et d'autre part de servir d'appui axial aux masses pendulaires. 5 Dans un premier mode de réalisation de l'invention, toutes les masses pendulaires sont identiques, et accordées sur la même fréquence de combustion du moteur. La vue de face de la figure 3 montre un volant équipé de masses pendulaires 20 identiques, tournant à une vitesse 10 régulière. Sous l'effet de la force centrifuge, les masses adoptent une position particulière qui correspond à l'alignement des points A, axe de rotation 40 du volant, B, axe de rotation 41 des masses 20 et G, centre de gravité 42 des masses 20. Dans cette situation, deux dimensions sont 15 remarquables : la distance R (43) entre l'axe de rotation A du volant et le centre de gravité G de la masse et, la distance 1 (44), entre l'axe de rotation B de la masse 20 et son centre de gravité G. Le choix du rapport entre ces deux dimensions permet de faire osciller les masses pendulaires 20 en accord avec un mode de vibration ou bien sur un harmonique fort du moteur, et sur un seul. En revanche, l'accord est acquis quel que soit le régime de rotation du moteur. Lorsque le régime de rotation est établi, les 25 masses 20, qui sont toutes identiques, ont des comportements semblables, et oscillent en phase. Mais lors des phases de démarrage et d'arrêt du moteur, elles sont soumises à la gravité, font l'effet est supérieur. Dans ces conditions, les masses peuvent avoir des déviations désordonnées, et 30 s'entrechoquer.Pour éviter que les chocs soient audibles, on ajoute sur chaque masse des plots en élastomères 23, qui sont insérés dans les évidements 20,a, parallèlement à l'axe de rotation B, comme sur les figures 3, 4 ou perpendiculairement, comme la figure 8. Les masses 20 sont donc équipées de plots en élastomères 23, sensiblement aux deux coins éloignés de leur axe de rotation, orientés 3032763 - 7 - parallèlement ou perpendiculairement à l'axe B. Les plots 23 interdisent les chocs métal contre métal, dans les phases de démarrage et d'arrêt du moteur. Lorsqu'elles sont soumises à des irrégularités de 5 vitesse du volant, les masses pendulaires 20 dévient de leur position d'équilibre. Avec un angle de déviation quelconque a (47), comme sur la figure 5, les axes 40, 41 et 42 ne sont plus dans le même plan. La force centrifuge s'applique toujours au centre de gravité 42, selon la direction A-G. La 10 force développée, fc (45) est proportionnelle à la distance A-G qui s'est raccourcie du fait de la déviation, en fonction du carré du régime de rotation. Par projection selon l'angle p (48) sur la ligne B-G qui fait office de bielle, la force centrifuge fc, exerce une force de rappel 15 fr (46). Cette force crée un couple de rappel, qui s'oppose à la déviation et à l'irrégularité de régime du volant, dont l'intensité est le produit de fc par le bras de levier L (49). Les masses pendulaires exercent ainsi un effet stabilisant sur le volant moteur. 20 Les masses pendulaires, 20 de forme générale triangulaire ou trapézoïdale, concourent à une occupation maximum du volume disponible. Elles, ne peuvent dévier au-delà d'un certain angle. Sur la figure 6 elles sont représentées dans leur positon de déviation maximale, où 25 elles entrent en contact avec les plots en élastomère 30 qui sont en mesure d'estomper tout bruit de contact entre les masses 20 et le volant 10, ainsi que de contact des masses 20 en elles. Sur la figure 7, le volant est représenté l'arrêt. Les 30 masses sont soumises uniquement à la pesanteur, qui est négligeable lors de la rotation. Les masses adoptent des déviations différentes et entrent en contact entre elles. Les plots en élastomères 23 jouent pleinement leur rôle d'atténuateur de bruit. 35 Certains moteurs peuvent avoir des niveaux vibratoires élevés non seulement sur la fréquence de 3032763 - 8 - combustion, dites H2 pour un moteur à 4 cylindres et H1,5 pour un moteur à 3 cylindres, mais aussi sur le première harmonique H4 pour le premier et H3 pour le second. Si ces harmoniques ont un niveau trop élevé et excitent la chaîne 5 cinématique ou la structure du véhicule de manière gênante, elles peuvent aussi être traitées par le volant à masses pendulaires proposé. Dans un mode de réalisation de l'invention, les masses sont réparties à cet effet en deux catégories, en nombre égal ou non. Conformément aux figures 10 10 à 14, le volant peut porter deux catégories de masses pendulaires 20, 50, accordées sur des harmoniques différents de la fréquence de rotation du moteur. Les premières masses sont par exemple accordées sur la fréquence de combustion du moteur elle-même, tandis que les secondes sont accordées sur 15 un harmonique de celle-ci. Les deux catégories de masses pendulaires apparaissent sur la coupe de la figure 10. Les premières masses 20 peuvent être de forme quelconque. Elles sont par exemple similaires à celles qui sont décrites ci-dessus, ou 20 peuvent présenter des évidements latéraux permettant d'éviter toute percussion avec les secondes. Les secondes masses pendulaires 50 sont par exemple cylindriques et décentrées par rapport à leur axe de rotation. Elles ont des valeurs géométriques remarquables R et 1 très différentes 25 des premières. Les deux types de masses pendulaires 20 et 50, sont fixées au volant de manière similaire par des axes individuels 22 épaulés, et sertis dans le flasque du volant 10. Le volant peut porter le même nombre de masses de chaque catégorie, ou un nombre différent. 30 Sur la vue de face de la figure 11, le volant, équipé des deux types de masses pendulaires 20, 50, tourne à vitesse régulière. Les dimensions géométriques R1, 11 et R2, 12 sont différentes, de même que les ratios R2/12 et R1/11. Sur cette figure, les masses 20 sont accordées sur le H2, 35 avec un ratio R1/11 de (2)2. Les masses 50 sont accordées sur le H4, avec un ratio R2/12 de (4)2.Les masses engagées 3032763 - 9 - sont réduites par rapport à celles du premier mode de réalisation décrit plus haut, car elles se partagent en deux catégories, dont les débattements ne sont pas en phase. Les deux catégories de masses sont accordées sur des fréquences 5 qui évoluent toujours dans le rapport deux. Elles sont cycliquement en phase et en opposition de phase. Leur forme est adaptée pour éviter toute possibilité de percussion lorsqu'elles sont en opposition de phase. Les masses 50 sont de forme cylindrique avec un axe de rotation excentré. Les 10 masses 20, présentent des évidements latéraux. Sur la figure 11, on a représenté, en traits interrompus, l'espace total maximal que peut occuper la masse 50. Sur la figure 12, les masses 20 et 50 sont en opposition de phase. Sur la figure 13, elles sont en phase. 15 Sur la figure 14, le moteur est à l'arrêt. Les masses adoptent des positions en rapport avec l'influence de la gravité. Ces différents constats montrent que dans le deuxième mode de réalisation de l'invention proposé, les plots 23 en élastomère portées par les masses 20 ne sont 20 plus nécessaires, que les masses 50 n'ont pas besoin de butée, et que seules les butées 30 doivent être maintenues. Enfin, les espaces entre les masses 20 et 50 sont relativement importants par rapport au premier mode de réalisation décrit. L'augmentation des écarts est toutefois 25 préjudiciable à la performance du volant, en ce qui concerne l'atténuation des vibrations de torsion du moteur sur chaque accord. En résumé, le volant d'amortissement moteur à masses pendulaires proposé pour chaîne de traction de véhicule 30 automobile est composé (à la différence des doubles volants amortisseurs), d'un seul flasque d'inertie rigide couplé directement au vilebrequin du moteur thermique du véhicule et à sa chaîne de traction, et d'au moins deux masses d'amortissement pendulaires articulées sur le flasque 35 rigide. Son fonctionnement est le suivant. 3032763 - 10 - Chaque masse pendulaire est articulée sur le flasque autour d'un axe de rotation unique déporté par rapport à l'axe de rotation du volant. Elle constitue un système pendulaire, parce que son centre de gravité est capable de 5 se mouvoir autour d'un centre de rotation. Ce système obéit à la loi du pendule ; sa période d'oscillation dépend de l'accélération y à laquelle est soumise la masse et à la distance / entre son centre de gravité et son centre de rotation. La période d'un pendule simple est T=2;turr .1-1 avec 10 [la longueur du pendule etyl'accélération. Dans le cas d'un pendule sous l'effet de la pesanteur, la période est g 7= 2x1rx Dans le cas particulier d'un pendule centrifuge, la période est variable selon l'accélération centrifuge, autrement dit selon la vitesse de rotation. En effet, Dans 15 le cas d'un pendule centrifuge, on néglige la gravité, et l'accélération à considérer est centripète: , avec cola vitesse de rotation en rad/s et R le rayon de rotation du centre de gravité de la masse pendulaire. Ainsi, la période I- du pendule est T=7a-nrx La fréquence 20 d'oscillation, inverse de la période, est proportionnelle à la vitesse de rotation. Par conséquent, si le pendule est accordé (oscillation à amplitude maximale) sur un régime moteur, alors il est accordé sur tous les régimes moteurs. Considérons un moteur 25 thermique à 4 cylindres, dont l'acyclisme le plus fort est le H2, (2 combustions par tour). En accordant le pendule sur le H2, on établit une relation géométrique remarquable entre e et p. La fréquence ,f2correspondant au H2 étant 2f, la relation s'écrit R = (2)2x 1 . L'acyclisme le plus fort d'un 30 moteur 3 cylindres à combustion interne est le H1,5 , soit 1,5 combustions par tour. L'accord du pendule sur le H 1,5 conduit à la relation R = (1,5)2 x 1. 3032763 En situation de rotation régulière, les masses pendulaires adoptent une position d'équilibre selon laquelle l'axe de rotation du volant, l'axe de rotation de la masse pendulaire, et son centre de gravité, sont alignés. On peut 5 considérer que le bras de liaison des axes de rotation du volant et de la masse pendulaire est une manivelle, et que le bras de liaison entre l'axe de rotation de la masse et son centre de gravité est une bielle. En s'écartant de la position d'équilibre, la force centrifuge fc exerce, par 10 projection sur la direction de la bielle, une force de rappel fr à la position d'équilibre, et un couple de rappel Cr selon un bras de levier L proportionnel à la déviation de la masse pendulaire de sa position d'équilibre. La force centrifuge Fc dépend de la masse m de chaque élément 15 pendulaire, de la distance radiale R' (correction due à la déviation) du centre de gravité et de la vitesse de rotation co: fc = m x (02 x R'. Pour un angle de déviation ade la manivelle, la bielle a un angle de déviation I. La relation entre les angles a et p 20 dépend du choix géométrique : sinP= (R/l) x sina La force de rappel vaut Fr = Fc / cos ((3). Le couple de rappel Cr qui s'oppose en permanence aux irrégularités de vitesse de rotation de son support vaut alors fr x L. REVENDICATIONS1. Volant moteur à masses pendulaires pour chaîne de traction de véhicule automobile, composé d'un seul flasque 5 d'inertie (10) rigide couplé directement au vilebrequin du un moteur thermique du véhicule et à sa chaîne de traction, et d'au moins deux masses d'amortissement pendulaires (20, 50) articulées sur le flasque rigide, caractérisé en ce que chaque masse pendulaire est articulée sur le flasque (10) 10 autour d'un axe de rotation unique déporté par rapport à l'axe de rotation du volant. 2. Volant moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes de rotation des masses pendulaires (20, 50) sont sertis dans le flasque (10) du 15 volant. 3. Volant moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que toutes les masses pendulaires (20) sont identiques et accordées sur la même fréquence de combustion du moteur. 20 4. Volant moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les masses pendulaires (20) ont une forme générale triangulaire. 5. Volant moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les masses pendulaires (20) sont 25 équipées de plot en élastomères (23) sensiblement aux deux coins éloignés de leur axe de rotation, qui interdisent leurs chocs métal contre métal dans les phases de démarrage et d'arrêt du moteur. 6. Volant moteur selon la revendication 5, 30 caractérisé en ce que les plots (23) sont introduits dans des évidements des masses pendulaires, parallèles à l'axe de rotation du volant. 7. Volant moteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que les plots (23) sont introduits dans 35 des évidements des masses pendulaires, perpendiculaires à l'axe de rotation du volant. 3032763 - 13 - 8. Volant moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volant porte des butées (30) en élastomère, qui interdisent les chocs métal contre métal des masses sur le volant, lors des débattements de saturation. 9. Volant moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les butées en élastomère (30) sont rapportés sur un cylindre (31) en tôle centré sur le volant. 10. Volant moteur selon la revendication 9, 10 caractérisé en ce que la tôle (31) de support des butées (30) possède des rabats (31,a) qui maintiennent la tôle en position et offrent une face de frottement aux masses. 11. Volant moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le volant porte deux catégories de 15 masses pendulaires (20, 50), accordées sur des harmoniques différents de la fréquence de rotation du moteur. 12. Volant moteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les premières masses sont accordées sur la fréquence de combustion du moteur, et les secondes 20 sur un harmonique de celle-ci. 13. Volant moteur selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que les premières masses (20) sont de forme quelconque et en ce que les deuxièmes masses (50) sont de forme cylindrique et décentrées par rapport à leur axe de 25 rotation. 14. Volant moteur selon la revendication 11, 12 ou 13, caractérisé en ce que les premières masses (20) présentent des évidements latéraux permettant d'éviter toute percussion avec les secondes masses (50), lorsqu'elles sont 30 en opposition de phase. 15. Volant moteur selon l'une des revendication 11 à 14, caractérisé en ce qu'il porte le même nombre de masses de chaque catégorie. 16. Volant moteur selon l'une des revendications 11 à 35 14, caractérisé en ce qu'il porte un nombre différent de masses de chaque catégorie.