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BREVET d'INVENTION " Perfectionnements apportés à. la suspension élastique des groupes motopropulseurs, plus spécialement pour engins de transport (routiers, ferroviaires, aériens), notamment pour véhicules automobiles".
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tti.! 2'o( ,J'@u. ,kf4,,th -a1<V:Í d''f\lVC.IIITiol1l Cu FR9NCEZaWa.râu-.16M..,.t$. - ---------- - ---- AJ3. Monsieur JULIEN ( Maurice, François, Alexandre)
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12 et 14, rue de Madsgaaoar a TOULOUSE. (Hte Garonne ). FRANCE.
L'invention est relative à la suspension élastique des groupes motopropulseurs, tels que ceux comportés par les engins de transport, plus spécialement par les véhicules automobiles, c'est- à-dire comprenant essentiellement un moteur à combustion interne, une boite de vitesse et, facultativement, un renvoi de mouvement différentiel transversal de part et d'autre dudit groupe, suivant un axe sensiblement perpendiculaire au plan médian de symétrie de l'engin ou du véhicule.
Elle s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, au cas où le moteur à combustion interne comporte deux cylindres opposés situés dans le même plan (horizontal, par exemple) et dont les axes parallèles sont décalés entre eux d'une certaine quantité, et, plus généralement, au cas de tout moteur à combustion interne dont les conditions d'équilibrage annulent la résultante des forces d'inertie, mais laissent subsister des couples d'inertie d'or- dre primaire ou secondaire autour d'au moins deux axes de coordonnées.
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L'invention a pour but surtout d'éviter la transmission à la structure de l'engin, notamment au châssis et à la carrosserie du véhicule, des vibrations inhérentes au fonctionnement deadits groupes motopropulseurs (qui sont cause de bruit, de gène et de fatigue pour les occupants) et, ceci, tout en assurant une liaison robuste et permanente entre ledit groupe et ladite structure.
Elle consiste essentiellement, dans les systèmes du genre en question, à relier le groupe motopropulseur à la structure ( chassis, etc. ) par une fixation principale agence sous forme de support élastique et située au centre de gravité dudit groupe motopropulseur ou au voisinage immédiat dudit centre de gravité, ce support élastique étant pourvu d'une grande élasticité pour tous les déplacements relatifs angulaires du moteur autour de son centre de gravité et présentant, au contraire, une élasticité relativement faible pour tous les mouvements relatifs linéaires dudit centre de gravité par rapport à la structure.
Elle comprend, mise à part cette disposition principale, une autre disposition qui s'utilise de préférence en même temps et qui consiste à disposer entre le groupe motopr pulseur et la structure une deuxième fixation auxiliaire, assez éloignée du centre de gravité du groupe suspendu et disposée de préférence sur (ou au voisinage immédiat de) un axe principal d'inertie dudit groupe, ladite fixation présentant une grande élasticité pour tous les mouvements relatifs angulaires et transversaux autour d'une certaine position dudit axe, mais avec la possibilité d'une diminution rapide de ladite élasticité avec lesdits mouvements relatifs transversaux pour une direction au moins de ces derniers.
Elle vise plus particulièrement certains modes d'application (notamment celui pour lequel on l'applique aux suspensions élastiques pour moteurs de véhicules automobiles), ainsi que certains modes de réalisation, desdites dispositions ; et elle vise, plus particulièrement encore et ce à titre de produits industriels nouveaux, les suspensions du genre en question comportant application de ces mêmes dispositions, les éléments spéciaux propres à
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leur établissement, ainsi que les ensembles -- notamment les groupes motopropulseurs et les engins qu'ils entraînent -- comprenant de semblables suspensions.
Et elle pourxa, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessina ne sont, bien entendu, donnés surtout qu'à titre d'indication.
Les fig. I et 2. de ces dessins montrent schématiquement, respectivement en élévation et en plan, l'ensemble d'un châssis de véhicule montré partiellement et d'un groupe motopropulseur monté sur ce châssis, avec une suspension conforme à l'invention interposée entre moteur et châssis, le tout étant également conforme à l'invention*
Les fig. 3 et 4 montrent, respectivement en coupe axiale et en coupe transversale, un dispositif de support élastique à faire comporter à une tels suspension, en son centre de gravité, conformément aussi à l'invention.
Les fig. 5 à 7 montrent, semblablement à la fig. 3, un support élastique établi selon d'autres modes de réalisation de l'invention.
Les fig. 8 et 9 montrent, respectivement en élévation et en coupe par IX-IX fig. 8, un support élastique à prévoir à l'arrière du groupe motopropulaeur selon un autre mode de réalisation de l'invention, diverses positions dudit support étant indi- quées en pointillé.
Les fig. Io et 11 montrent, respectivement en élévation et en vue par l'arrière avec portions en coupe, un ensemble du genre de celui des fig. I et 2', pour une autre application, cet ensemble étant également conforme à l'invention.
Enfin, la fig. 12 montre en élévation un ensemble du mime genre, selon encore une autre application de l'invention.
Pour bien comprendre le principe de l'invention, il convient de rappeler les considérations théoriques suivantes.
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Lorsqu'un corps vibrant - moteur, par exemple - est agencé de telle manière qu'il ne soit soumis qu'à des couples pulsatoires en nombre quelconque, à l'exclusion de toute force résultante de nature pulsatoire, la dynamique théorique indique
1) que son centre de gravité reste rigoureusement immobile dans l'espace ;
2) que le corps tend à exécuter des mouvements oscillatoires de rotation autour de ses trois axes principaux d'inertie, suivant les sollicitations correspondant aux projections sur ces trois axes des venteurs représentant les couples pulsatoires appliques audit corps.
La mojorité des moteurs à piston et à combustion interne (moteurs en line, en étoile, en V et en W) possèdent en général une résultante d'inertie, parfois très faible, et ne rentrent pas, en principe, dans la catégorie des corps vibrants définis ci-dessus.
(Il peut cependant être avantageux, dans certains cas, comme on le verra, d'utiliser la présente suspension pour certains types de ces moteurs, notamment en ligne ou en V).
Au contraire, les moteurs plats à cylindres opposés et coplanaires rentrent dans la présente catégorie, si les manetons de chaque ensemble de deux cylindres opposés sont calés à 180 ,
Il est en effet facile de voir que, par raison de symétrie, les forces d'inertie appliquées à chaque groupe de pistons et bielles opposés sont rigoureusement égales et de sens contraires.
Leur résultante est donc nulle. Par contre, du fait du décalage longitudinal des manetons suivant l'axe du vilebrequin, ces forces d'inertie égales et opposées donnent naissance à un couple pulsatoire d'axe perpendiculaire au plan des cylindres et dont l'intensité *et, toutes choses égales, d'autant plus grande que le décalage des manetons est plus accentué.
Le type le plus connu de ces moteurs est le moteur à deux cylindres opposés et manetons à 180 , dit "flat-twin" (tel que représenté fig. I et 2).
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En utilisant un plus grand nombre de cylindres ainsi disposés (quatre, huit ou douze, par exemple), on peut arriver à annuler les couples d'inertie dus au décalage spacial de chaque paire de cylindres opposés; mais, encore faut-il choisir convenablement l'arrangement du vilebrequin et des cylindres opposés, car il est tout aussi facile d'additionner les couples d'inertie que de les annuler.
Ceci exposé, selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant par exemple d'établir la suspension élastique d'un groupe motopropulseur du type considéré sur un châssis de véhicule, on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
On va par exemple considérer un groupe motopropulseur (fig. I et 2.) comprenant :
1) un carter moteur 1 comportant deux cylindres horizontaux op- posés 2 et 3, dont les embiellages 2a-3a coagissent avec les manetons 5a-5b calés à 1800 sur le vilebrequin 5 d'axe A/A et présentant un décalage longitudinal D;
2) un carter de transmission 5 rassemblant lui-même : - un carter d'embrayage 7, ledit embrayage étant par exemple (comme décrit dans les demandes de brevet France déposées les 8 et 9 juin 1943. sous les titres "Perfectionnements apportés aux ensembles du genre des moteurs à combustion interne" et "Perfectionnements apportés aux systèmes de transmission du genre de ceux comportés par les véhicules automobiles") monté sur un arbre d'axe BB démultiplié par rapport au vilebrequin (arbre à cames) ;
- un carter de botte de vitesse 8 d'axes schématisés suivant BB et CC ; - un carter de renvoi différentiel de mouvement 9, d'axe EE avec sortie transversale des plateaux d'entraînement 10 pouvant euxmêmes conduits des transmissions transversales 12 à cardans 11.
Soit G le centre de gravité dudit groupe, GX-GY-GZ les axes principaux d'inertie et K (en trait interrompu) une figure
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de l'ellipsoïde d'inertie dudit groupe motopropulaeur.
En vertu des résultats énonces plus haut, le centre de gravité G de ce groupe, n'étant soumis à aucune force résultante pulsatoire de translation, tend à rester immobile (en mouvement relatif) par rapport au châssis 25.
En conséquence et suivant une disposition principale expresse de l'invention, une fixation élastique principale du moteur au châssis sera disposée en 13 au centre de gravité G ou, comme figuré, dans le voisinage immédiat dudit centre de gravité.
Ainsi disposée, cette fixation élastique pourra présenter une élasticité relativement faible pour tous les mouvements relatifs de translation de moteur par rapport au châssis et dans toutes les directions de l'espace ; au contraire, pour tous les mouvements d'oscillation angulaires quels qu'ils soient du moteur autour de son centre de gravité (ou, sensiblement, de ladite fixation), elle devra présenter une élasticité relativement grande afin d'obtenir un internent vibratoire correct du châssie par rapport au moteur, comme il est indiqué par la théorie des oscillations forcées et de la résonance en mécanique vibratoire.
Cette fixation devra donc présenter une mobilité de "cardan" ou de "rotule" pour tous les mouvements angulaires relatifs du moteur et du châssis, et une élasticité relativement faible dans les trois directions de translation,ce qui lui permettra ipso facto de réaliser une bonne connexion permanente du moteur au châssis, puisque son/entre de gravité ne pourra subir que des mouvements relatifs d'une amplitude extrêmement faible.
Bon nombre de fixations élastiques de types connus sont pourvues des caractéristiques élastiques ci-dessus définies. On en décrira ci-dessous un certain nombre, sans que cette énumération puisse être considérée en aucune façon comme limitative.
Les fig. 3 et 4 représentent un premier mode de réalisation (à une échelle agrandie par rapport aux fig 1 et 2), où le support élastique 13 est constitué par une nasse de matière élastique 14 annulaire comprise entre deux douilles cylindriqus
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15 et 16, solidaires respectivement du groupe motopropulseur 1 et de chapes de fixation 21 venues du bâti 25 ou d'une traverse 23 dudit bâti, à l'aide par exemple d'un boulon ou d'une broche 22.
La matière élastique 14 peut être forcée par déformation entre les surfaces en regard des douilles 15-16 ou adhérer avec celles-ci par collage, vulcanisation ou tout autre procédé.
Une telle articulation présente une souplesse suffi- sante pour les mouvements relatifs de rotation du groupe suspen- du autour de l'axe OY et, également, autour des axes OX et OZ, la douille 15 venant en.15.' en vertu de l'élasticité conique de ladite articulation.
Cette élasticité conique peut d'ailleurs être accrue à volonté en ménageant dans les tranches terminales de la matière élastique des évidements en forme de gorges, tels que 17.
On voit aussi que, pour les translations suivant OX et
OZ, la matière dastique, sollicitée en compression, présente une élasticité relativement faible.
L'élasticité est sensiblement plus grande suivant OY, où la nasse élastique travaille au cisaillement, On peut cepen- dant la réduire par tous moyens appropriés, par exemple en oppo- sant deux demi articulations d'un type connu, analogues aux pré- ce rentes, mais munies d'un bourrelet débordant 18 (fig.
5) en ma- tière élastique, fermant coussinet de butée progressive en coopé- rant avec les joues des chapes 21, les deux articulations opposées ayant déjà été montées avec une contrainte préalable de frettage dans le sens axial (sans des flèches f) et étant maintenues ainsi frottées par sertissage d'une fourrure tubulaire intérieure 19, sur les extrémités opposées des armatures 16, selon des disposi- tions faisant l'objet d'une demande de brevet déposée en France le 2 juin 1943 pour Perfectionnements apportés aux systèmes du genre de ceux comportant un élément de gomme travaillant entre deux armatures et aux procédés pour les établir".
On peut aussi (fig. 6) constituer cette articulation en forme de rotule véritable ou (fig. 7) par opposition, parles grandes bases, de deux bicônes frottée axialement, comme égale-
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mont décrit dans ladite demande de brevet français déposée le juin 1943.
Quel que soit le mode de réalisation adopte, on voit que les divers supports élastiques précités possèdent la propriété recherchée de maintenir en place le centre de gravité du groupe motopropulseur considéré, tout en laissant à celui-ci une grande mobilité engulaire autour dudit centre de gravité.
Si on analyse maintenant la forme et la nature des couples pulsatoires seule efforts, par hypothèse, auxquels le groupe motopropulseur est souris --, on va s'apercevoir qu'il convient de perfectionner et de compléter une telle suspension élastique qui, en théorie, paraîtrait suffisante.
Ces couples de fonctionnement sont en effet :
1) le couple de lacet pulsatoire d'axe vertical L (fig.I et 2). Il est égal au produit de la force d'inertie correspondant à l'embiellage d'un des cylindres par le décelage D des cylindres (et des manetons) correspondants.
Ce couple, d'inte/naité proportionnelle au carré de la vitesse de rotation et dont le terme principal est à la fréquence de la rotation du vilebrequin, tend à imposer au groupe une oscillation angulaire d'amplitude constante et d'assez grande importance qui se décompose, suivant les axes principaux d'inertie, en un lacet Lz important et un faible roulis Lx ;
2) un couple pulsatoire d'inertie du aux masses en mouvement alternatif d'axe horizontal et longitudinal, de même caractéristique que le précédent et ee décomposant en un roulis Jx et un faible lacet Jz ;
3) la réaction du couple moteur proprement dit sur les ar- bres de cardan, couple d'axe transversal R suivant GY et comportant un terme constant, mais différent suivant la démultiplication de la boite de vitesse et l'ouverture des gaz au moteur, ainsi que des termes pulsatoires dont le fondamental à la fié- quence de la rotation du vilebrequin (une explosion par tour).
Le terme constant peut âtre positif (marche avant), nul (point (mort) ou négatif (marcha arrière).
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Il tend à entraîner le moteur en rotation autour de GY (ou de sa fixation élastique 13), en sens inverse de la rotation de la transmission et des roues. L'importance de ce terme constant est telle, surtout aux grandes démultiplications de la botte, que l'unique fixation élastique 13 est, en général, incapable de l'équilibrer sans conduire à une rotation importante et un cabrage exagéré du groupe moteur autour de l'axe transversal GY (ouOY).
En conséquence et selon une deuxième disposition de l'invention, on prévoit une fixation supplémentaire distincte de la première et nécessairement éloignée du centre de gravité G du groupe (pour offrir un bras de levier suffisant), destinée à supporter élastiquement cette réaction du couple transmis.
Par raison de symétrie, cette fixation doit se trouver sensiblement dans un plan perpendiculaire à l'axe du couple considéré, c'est-a-dire, pour le cas particulier envisagé, dans le plan vertical médian ZGY du groupe. Parmi les diverses positions possibles dans ce plan, les positions suivant GZ ou GX semblent les plus avantageuses, comme s'opposant au minimum à l'une au moins des libertés d'oscillations angulaires accordées au groupe moteur (lacet, si cette fixation est sur GZ ; roulis, si elle est sur GX).
Dans l'exemple considéré, simplement en raison de la distribution des masses du système et de la position du châssis du véhicule - et sans que cela constitue une obligation,- on préférera disposer, comme figuré, cette fixation 30 sensiblement suivant GX, à l'extrémité de la boite de vitesses.
Touchant les caractéristiques élastiques de cette fixation ainsi disposée, il sera évidemment facile de lui donner une liberté de rotation élastique suivant GX (roulis). Les rotations autour de GZ (lacet) et de GY (réaction de couple) se traduisant par des déplacements horizontaux et verticaux de l'extrémité de la boita de vitesse.
Pour les mouvements horizontaux (lacet), dont l'amplitude est théoriquement constante et de valeur modérée, il conviendra de laisser une liberté à peu près complète d'évolution.
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Au contraire, en ce qui concerne la réaction de couple et, notamment, la partie constante (et souvent très importante) de cette réaction, il conviendra de réaliser un ancrage élastique suffisamment puissan/pour limiter à une valeur raisonnable les déplacements verticaux correspondants, mais suffisamment souple aussi pour assurer le filtrage correct des impulsions alternatives correspondant à la partie périodique de cette variation de couple. Il semble qu'il convienne plus spécialement d'utiliser une liaison élastique présentant une grande élasticité pour des petite déplacements de part et d'autre d'une certaine position moyenne, puis une rigidité rapidement croissante avec lesdits déplacements.
En résumé, la deuxième liaison élastique suivant l'invention sera de préférence très élastique en torsion suivant G^; très élastique en déplacement transversal parallèlement à GY ; suffisamment élastique, mais avec élasticité rapidement décroissante, en déplacements verticaux parallèlement à GZ, aussi bien vers le haut que vers le bas.
Suivant une forme possible, mais non exclusive, d'exécution, cette fixation 30 (fig. 8 et 9) comprendra une pièce plate rigide 3I solidaire du bloc moteur, embrassée par une chape 32 solidaire d'une traverse 24 du châssis 25 et deux blocs de matière élastique (telle que du caoutchouc) 33 a et 33 b reliant les faces adjacentes de ces armatures et adhérant aux faces en regard desdites armatures par collage, vulcanisation ou tout autre procédé;
Il est facile de voir qu'une telle fixation répond bien au but désiré : le roulis autour de GX correspondant à une rotation 31a (fig.
9) de la plaquette 31 et le lacet autour de GZ correspondant au cisaillement 31b de la matière élastique s'opèrent relativement librement. Au contraire, le cabrage autour de GY sous la réaction de couple produit un soulèvement (ou un abaissement) 3Ic de la pla- quette 31 faisant travailler les blocs 33 a et 33 b en traction et compression, c'est-à-dire, comme on le désirait, avec une élasticité @
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notablement plus faible et, surtout, rapidement décroissante avec le mouvement relatif des armatures 31-32.
Au cas où l'on voudrait accroître l'élasticité initiale dans ce mouvement relatif, on pourrait ménager dans l'épaisseur des blocs 33a-33b des ouvertures oblongues transversales telles que 34a-34b. En ne ménageant qu'une telle ouverture dans un seul des blocs précités, on peut même varier, si on le désire, l'élasticité initiale dans un sens ou dans l'autre.
A titre de variante du montage qui vient d'être décrit, on peut supposer (fig. 10 et 11) le cas d'un moteur tel que cidessus, mais où la sortie de mouvement, au lieu d'être transversale et double, serait longitudinale et simple, par exemple à l'arrière de la botta de vtesses, en 26, actionnant par un joint de cardan 27 un arbre longitudinal 28, En pareil cas, le couple de réaction R, au lieu d'être d'axe transversal suivant GY, deviendrait longitudinal et s'additionnerait au roulis d'inertie J. En pareil cas, il serait avantageux de transporter la fixation élastique auxiliaire 30 dans le plan YGZ, sensiblement perpendiculaire à l'axe découplé de réaction, et de disposer par exemple une ou deux fixations du même type en 30a et 30b, comme figuré, sensiblement suivant la direction de l'axe GY.
A titre de seconde variante et, cette fois-ci, concernant uniquement les conditions d'application, on peut étendre l'usage de la suspension ci-dessus décrite au cas de groupes motopropulseurs où la résultante d'inertie des efforts alternatifs, sans être identiquement nulle, reste cependant très faible en regard des couples non équilibrés d'inertie.
C'est le cas, par exemple, d'un moteur à deux cylindres en ligne avec manetons calés à 180 , solution fréquente, surtout en moteur à deux temps.
La résultante d'inertie est du deuxième ordre et de faible intensité (la moitié de celle du quatre cylindres bâti sur le même embiellage), tandis qu'apparaît un couple d'inertie important (produit de la force d'inertie d'un embiellage par l'entraxe des {eux cylindres) tendant à provoquer une oscillation de galop du
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groupe motopropulseur autour de l'axe d'inertie perpendiculaire au plan des cylindres (GY, si ceux-ci sont verticaux).
Les suspensions comme ci-dessus décrites sont, de toute évidence, éminemment applicables à ce cas particulier, qui a été représenté sur la fig. 12.
En suite de quoi, quel que soit le mode de réalisation adopté, on peut réaliser des groupes motopropulseurs dont la suspension vis-à-vis du châssis est effectuée de façon parfaitement rationnelle et dans des conditions telles que toutes les vibrations, aussi bien de basse fréquence que de haute fréquence, susceptibles d'être transmises audit châssis peuvent être pratiquement filtrées en totalité-
Comme il va de soi et comme il ressort d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.