Brevet FR2048000A1 — publié le 19710319

20^8000 La présente invention concerne les maîtres cylindres hydrauliques et, plus particulièrement, ceux du type à double rapport. On connaît depuis un certain temps des maîtres cylindres à double rapport. Le but principal de ces dispositifs est de- ré-5 pondre aux besoins existants sur le marché en dispositifs de freinage entre les dispositifs du typé assisté et les dispositifs de freinage manuel sans assistance. Ces systèmes visent à fournir un maître cylindre de frein qui nécessite moins d'efforts sur la pédale pour une même course que ce qui existe sur les maîtres cylindres 10 manuels et de fournir un effort au pédalage inférieur pour les dispositifs assistés lorsque le dispositif d'assistance ne" fonctionne pas. La propriété la plus précieuse pour un système de freinage est de pouvoir créer la pression maximum dans les canalisations 15 en utilisant le minimum de force à la pédale et le minimum de course. Dans les dispositifs du type manuel existants actuellement, les tentatives effectuées pour diminuer l'effort à la pédale entraînent, pour créer une même pression dans les canalisations, une augmentation de la course de la pédale, et toutes les tentatives 20 pour diminuer la course donnent une augmentation de l'effort à appliquer sur la pédale. Le but d'un maître cylindre à double rapport est de fournir une pression en deux étapes dans les canalisations. La première étape utilise le déplacement d'un piston de grande section pour 25 déplacer un grand volume de fluide à basse pression pour une course minimum. Cette étape enlève le jeu du dispositif, amène les patins de frein contre les tambours dans les dispositifs à tambours ou contre les disques dans les dispositifs à disques, et amène la pression de canalisation à une valeur prédéterminée. 30 A ce moment, appelé point de transition, on passe à la se conde étape en utilisant un piston de section plus faible de façon à déplacer un volume plus petit de fluide pour augmenter la pression et exercer l'effort de serrage. Les dispositifs antérieurs de ce type présentent de nom-35 breux défauts qui les ont fait rejeter par l'industrie automobile, et ils ne servent que pour certaines applications industrielles où on les utilise encore. Certains de ces inconvénients sont les suivants : 1- Le point de transition peut être décelé à la pédale, 40 ce qui est gênant pour le pied de l'opérateur. 70 23820 s 2048000 2- L'unité de commutation de la seconde étape placée en un point géométriquement défini amène l'application du frein lors de la première étape lorsque les freins sont trop serrés ou entraîne, au contraire, une course excessive lorsque les freins sont trop 5 lâches. 3- Les unités ne sont pas suffisamment sûres en ce qui concerne la baisse de pression, ce qui fait que le dispositif revient de la seconde étape à la première étape lorsque le dispositif de freinage ou le maître cylindre comportent une fuite sous pres- 10 sion. Du fait de ces inconvénients, les efforts pour introduire ce type de dispositif sur une grande échelle se sont révélés infructueux. La présente invention vise à fournir un maître cylindre à 15 double rapport utilisant un rapport élevé dans le maître cylindre pour créter la pression initiale de façon à supprimer le jeu dans le dispositif et à placer les patins sur les tambours. La seconde étape du fonctionnement utilise un surpresseur hydraulique de rapport inférieur qui fournit la pression complémentaire. La présente 20 invention fournit, de plus, un dispositif à retour de sécurité, ce qui assure que le maître cylindre revient à l'étape de haut rapport pour donner la pression au dispositif de freinage hydraulique si le second dispositif devient inopérant après une certaine course. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ap-25 paraîtront dans la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins ci-joints sur lesquels : La figure 1 est une coupe montrant un mode de réalisation de l'invention dans laq^lle les pièces mobiles sont placées dans leur position normale avant la manoeuvre du frein. 30 La figure 2 est une coupe représentant les mêmes pièces après la manoeuvre initiale de la pédale de frein dans l'étape à faible pression et grand volume. La figure 3 est une coupe montrant les pièces dans l'étape de haute pression à faible volume. 35 La figure 4 est une coupe montrant les pièces revenant à leur étape initiale. La figure 5 est une coupe d'un cylindre moteur en tandem comprenant les caractéristiques de la présente invention, et La figure 6 est une coupe d'un mode de réalisation diffé-40 rent de l'invention. 70 23820 3 2048000 La figure 1 représente un maître cylindre à double rapport 10 comprenant un carter 11. Un réservoir de fluide 12 est défini par le carter 11, ainsi qu'un alésage en gradin 14. L'alésage 14 comprend une partie de diamètre relativement grand 13 et une partie 5 de diamètre relativement petit 15. A une extrémité de l'alésage 14, se trouve une sortie de fluide 16 représentée sous la forme d'une soupape classique à pression résiduelle destinée à être reliée à tin dispositif de freinage hydraulique (non représenté). Une canalisation de fluide 17 et un orifice 18 relient le réservoir de 10 fluide 12 à la partie 13 de l'alésage 14. Un piston creux 20 peut coulisser dans la partie 13 de grand diamètre de l'alésage 14 dans le sens axial. Le piston 20 peut séparer l'alésage 14 du carter 11 en une chambre à basse pression A et une chambre à haute pression B qui seront mieux décrites 15 plus loin. Le piston 20 comporte un alésage intérieur 21. Une canalisation de fluide 22 est définie par le piston 20 et comporte un orifice d'entrée 24. Le piston 20 comporte deux portées 23 et 25 et un évidement périphérique 26. Un joint 27 est placé entre la portée 23 et la partie 13 de l'alésage 14. Un joint à lèvre 28 relie 20 la face d'extrémité 30 du piston 20 et un organe élastique, par exemple un ressort à boudin 31> est placé entre le joint à lèvre 28 et la sortie de fluide 16 et est destiné à repousser vers la gauehe le piston 20, comme montré dans la figure 1. Un piston 32 est placé dans la partie 15 de petit diamètre 25 de l'alésage 14, le piston ayant un diamètre extérieur inférieur au diamètre extérieur du piston 20, mais supérieur au diamètre intérieur de l'alésage 21. Le piston 32 définit un alésage interne 33 ayant une paroi d'extrémité 35. La chambre à haute pression précédemment citée sera mainte-30 nant définie comme le volume variable qui existe dans la partie 13 entre le joint à lèvre 28 après qu'il ait fermé l'orifice 18 et la sortie de fluide 16. La chambre à basse pression A est définie comme étant le volume variable existant dans l'alésage 14 entre la paroi 35 du piston 32 et l'orifice d'entrée 24 de la canalisation22. 35 Une liaison mécanique 36 associe le piston 32 et le piston 20 de façon à les repousser en permettant un déplacement axial relatif prédéterminé. La liaison mécanique 36 comporte une tige axiale 37 associée au piston 32. Une extrémité de la tige 37 possède une tête plus large 38. Un manchon 40 définit une cavité creuse 4l. 40 Le manchon 40 comporte un épaulement annulaire 42 extérieur. Une 70 23820 4 204800.0 rondelle 43 munie d'une ouverture est associée au piston 20 et sert à limiter le déplacement du manchon 40 vers la gauehe au contact de l'épaulement 42. La rondelle 43 permet l'écoulement du fluide entre le réservoir 12 et la chambre A. Inséré à une extrémité de la 5 cavité 4l, se trouve un clapet de valve 44 qui peut prendre siège contre l'orifice d'entrée 24. Le manchon 40 définit une ouverture 45 à l'autre extrémité que traverse la tige 37. Un organe élastique 46, par exemple un ressort à boudin, est disposé entre le piston 32 et le manchon 40 pour les éloigner l'un de l'autre. 10 Entre le piston 20 et le piston 32 se trouvent des moyens destinés à résister à une force de compression repoussant les pistons l'un vers l'autre. Ces moyens 48 peuvent, de plus, maintenir une distance prédéterminée entre les pistons jusqu'à une valeur prédéterminée de la force de compression, ces moyens permettant le 15 déplacement relatif entre les pistons au-dessus d'une valeur prédéterminée, la force de séparation restant sensiblement constante. Les moyens 48 sont représentés sous la forme d'un ressort de compression à boudin classique préchargé. Cependant, il faut noter qu'on peut utiliser plusieurs autres dispositifs fonctionnant de la 20 même manière pour remplacer le ressort 48 sans modifier les principes de l'invention. Le dispositif 32 définit une surface concave 51 à une de ses extrémités, qui peut recevoir une tige de poussée 53 associée à une tringlerie de frein non représentée. La tige de poussée 53 25 est maintenue en position par une bague à déclenchement ou cirelips 52. Un joint 55 est placé à la périphérie externe du piston 32 entre ce piston et l'alésage 14. Lors du fonctionnement du mode de réalisation des figures 1 à 4, lorsqu'on désire manoeuvrer le dispositif de freinage hydrau-30 lique, on applique une force à la pédale de frein (non représentée) qui, par l'intermédiaire de la tringlerie de frein, transmet la force à la tige de poussée 55. La tige 53 se déplace vers la droite sur la figure 1 en repoussant le piston 32. A ce moment, il n'existe qu'une pression relativement faible dans les canalisations 35 de frein pour agir sur le joint à lèvre 28. Le ressort 48 agit de façon à maintenir la distance axiale prédéterminée entre les pistons 20 et 32. La tringlerie mécanique 36 repousse les pistons 20 et 32 jusqu'à une certaine position axiale relative. Un léger déplacement du piston 20 vers la droite, comme 40 montré dans la figure 2, fait passer le joint à lèvre 28 sur l'ori- 23820 5 2048000 fice 18, ce qui isole la chambre de pression B et le reste du dispositif hydraulique de freinage du réservoir de fluide 12. Du fait de cet isolement, la pression commence à monter dans les canalisations et les patins de frein viennent au contact de leur tambour 5 respectif. Si on continue à repousser la tige 53 vers la droite, comme montré dans la figure 2, les pistons se déplacent aussi vers la droite et le jeu dans le dispositif est supprimé avec un rapport élevé du fait de la section relativement grande du piston 20 et, 10 en conséquence, du volume de fluide relativement grand qui est déplacé par le piston 20. Lorsqu'il n'y a plus de jeu, lè piston en se déplaçant augmente la pression dans le dispositif. A ce moment, il est clair qu'une force de compression s'exerce sur les moyens élastiques 48, qui tend à écraser ces moyens 15 élastiques et à permettre un mouvement relatif des pistons 20 et 32 pour les rapprocher les uns des autres. La force de compression est due à une composition de forces qui néglige les effets du frottement. Une telle force agit vers la gauche contre le joint à lèvre 28 et se trouve créée par la pression dans le dispositif de 20 freinage hydraulique agissant contre la surface de la face d'extrémité 30 du piston 20. L'autre force qui contribue à la compression des moyens élastiques 48 est la force appliquée par la tige 53 au piston 32 sur sa gauche. Les moyens élastiques 48 ne permettent aucun déplacement relatif des pistons jusqu'à ce que la force de 25 compression soit suffisante pour dépasser la charge initiale du ressort 48. Puisqu'il n'y a eu aucun déplacement relatif entre les pistons, le clapet 44 dégage la canalisation 22 en permettant la communication entre le réservoir 12 et l'alésage interne 21 du pis-30 ton 20 à travers la rondelle 43. Quand le piston 20 se déplace vers la droite,comme représenté sur la figure 2, il se crée un vide derrière le piston dans la section 13. Le fluide hydraulique s'écoule du réservoir de fluide 12 par la canalisation 17, le dégagement périphérique 26, la canalisation 22, l'orifice d'entrée 24 et 35 la rondelle 43 pour remplir ce volume qui augmente. Dès que la pression dans.le dispositif de freinage hydraulique atteint une valeur prédéterminée suffisante pour que la pression s'exerçant à la surface de l'extrémité 30 du piston 20 produise une force qui, combinée à la force exercée par la tige 53* dépas-40 se la force de charge initiale des moyens élastiques 48, la force 70 23820 6 2048000 de résistance du ressort est dépassée et celui-ci permet le déplacement relatif des pistons 20 et 32. De plus, les moyens élastiques 48 exercent une foree de séparation sur les pistons 20 et 32 qui est sensiblement constante. Pendant un court intervalle de temps, 5 le piston 20 reste fixe et le piston 32 se déplace vers lui. La liaison mécanique 36 repousse le manchon 40 et le clapet 44 vers la droite de façon que celui-ci s'appuie sur l'orifice d'entrée 24 de la canalisation 22, empêchant tout écoulement de fluide entre le réservoir 12 et la chambre à basse pression. Le fluide de la cham-10 bre à basse pression contenu.dans l'alésage interne 21, l'alésage interne 33 et la surface placée au-dessous de l'organe de piston20 dans la section 13 se trouve maintenant piégé. A ce moment, le fonctionnement du cylindre moteur atteint sa seconde étape, mieux représentée sur la figure 3. Puisque le 15 fluide est piégé, tous les mouvements du piston 32 vers le piston 20 entraînent un déplacement proportionnel du piston 20 puisque le fluide est pratiquement incompressible. Du fait de la différence de section des pistons 20 et 32 et, en conséquence, de la différence des volumes déplacés, le mouvement du piston 32 sur une distance 20 donnée donne un déplacement du piston 20 sur une plus courte distance. Le rapport des distances est égal à l'inverse du rapport des aires des pistons. Par exemple, si l'aire du piston 20 est trois fois celle du piston 32, tout mouvement du piston 32 de 7,6 mm donnera un déplacement correspondant du piston 20 de 2,5 mm. Le dé-25 placement du piston 20 crée dans le dispositif de freinage hydraulique une pression supplémentaire à la pression atteinte après la première étape, et cette pression serre les freins. S'il ne se produisait pas de fuite sous pression dans les dispositifs de la technique antérieure qui nécessitait le déplace-30 ment d'un grand volume de fluide pour appliquer les freins, une telle pression peut être créée dans l'étape à haute pression et faible volume en nécessitant une course excessive de la pédale. Pour empêcher de tels résultats, on inclut dans l'invention une caractéristique de sécurité qui se trouve mieux représentée sur la figure 35 4 qui représente une liaison mécanique entre les pistons 20 et 32 après un certain déplacement prédéterminé entre eux. Le diamètre extérieur du piston 32 est supérieur au diamètre intérieur de l'alésage 21 du piston 20. Après un déplacement donné des pistons, la partie extérieure du piston 32 vient en butée sur le piston 20 et 40 leur ensemble fonctionne comme un tout rigide, ce qui permet de re 70 23820 7 204800.0 venir à la première étape de l'opération dans laquelle tous les mouvements de la tige 53 donnent un mouvement correspondant du piston 20 qui est effectivement le même que dans la première étape. Lorsqu'on relâche la pression sur la pédale de frein> la 5 force des moyens élastiques 48 placés entre les pistons 20 et 32 déplace axialement les pistons en les éloignant. Le ressort 31 ramène le piston 20 vers' la gauche. Comme les pistons 20 et 32 s'éloignent l'un de l'autre, le piston 38 coopère avec une extrémité du manchon 40 et l'emmène vers la gauche en dégageant le clapet 44 10 de la conduite 22 et en rétablissant la communication entre le réservoir 12 et l'alésage 21. La figure 5 représente un maître cylindre en tandem 60 comprenant les caractéristiques de l'invention. Le fonctionnement de ce dispositif est, dans la pratique, identique à celui du dis-15 positif des figures 1 à 4. Au point de vue^de la structure, les seules différences principales résident dans Xp présence de deux réservoirs de fluide 6l et 62 séparés l'un de l'autre dans le carter 11 du maître cylindre 60. Deux sorties de fluide 63 et 65 communiquent avec l'alésage 13. Chaque sortie peut être associée à 20 une canalisation hydraulique menant à deux freins de roue. Un organe de piston supplémentaire 66 peut coulisser dans l'alésage 13 et l'organe de piston comprend deux joints à lèvre 67 et 68 qui sont fixés chacun à une extrémité du piston 66. Les canalisations 70 et 70' et les orifice# 71 et 71' relient chacun des réservoirs 25 61 et 62 à l'alésage 13. La figure 6 représente une variante d'un maître cylindre 75 comprenant les caractéristiques de l'invention. Le cylindre 75 comprend un carter 76 et un réservoir 77 dans le carter. Celui-ci comprend aussi un alésage 78 qui comporte à une de ses extrémités 30 une sortie de fluide 80 pouvant être reliée au dispositif de freinage. Une canalisation 8l relie le réservoir 77 à. l'alésage 78. Un orifice 82 relie le réservoir 77 à l'alésage 78. Un piston creux 83 peut coulisser dans l'alésage 78 dans le sens axial. Le piston 83 comporte un alésage interne 85 et une 35 pluralité d'orifices 86 qui forment une partie du circuit de fluide entre le réservoir 77 et l'alésage 85. Un joint à lèvre 87 relie le piston 83 à une de ses extrémités. Un second piston 88 peut fonctionner dans l'alésage 78 et il peut coulisser dans l'alésage interne 85 du piston 83. Le pis-40 ton 88 comprend un arbre tubulaire 89 qui peut être relié à la trin 23820 8 2048000 glerie de la pédale de frein. L'arbre 89 comporte un alésage interne 90 et une pluralité d'orifices 91. Entre le piston 83 et le piston 88 se trouvent des moyens 93 pouvant résister à une force de compression repoussant les pis-5 tons l'un vers l'autre. Ces moyens 93 peuvent aussi maintenir une distance prédéterminée entre les pistons jusqu'à une valeur prédéterminée de la force, permettant ensuite un mouvement relatif des pistons, la foree de séparation restant sensiblement constante. Les moyens 93 sont représentés ici sous la forme d'un ressort de compression à boudin classique initialement chargé. Le fonctionnement du dispositif de la figure 6 est sensiblement le même que celui du dispositif des figures 1 à 4. Lorsque l'arbre 89 se déplace vers la droite du fait de sa liaison avec la pédale de frein, le ressort 93 déplace le piston 83. Dès que 1 celui-ci dépasse l'orifice 82, la sortie de fluide 80 et le reste du dispositif de freinage sont isolés du réservoir 77. Quand le piston 83 se déplace vers la droite, le fluide est chassé par la sortie 80 et la pression croît dans le dispositif. En même temps que le piston 83 se déplace vers la droite, 1 le fluide hydraulique est aspiré par les orifices 8l et 86 de façon à remplir le volume qui augmente derrière le piston 83. Lorsqu'il n'y a plus de jeu dans le dispositif et que la pression a atteint une. valeur suffisante pour produire une foree supérieure à la charge du ressort 93* le piston 88 peut coulisser i axialement dans l'alésage 85 vers le piston 83. Lorsque le piston 88 dépasse les orifices 86, le fluide de la chambre comprise entre les pistons 83 et 88 se trouve piégé. Comme le piston88 continu à coulisser dans l'alésage 85, le fluide se trouve chassé par les orifices 91 et agit sur la face arrière du piston 83. Puisque la sec-1 feion efficace du piston 88 est inférieure à celle du piston 83, il existe un certain rapport entre elles. Si, pour une raison quelconque, il se produisait une fuite dans le système nécessitant le déplacement d'un grand volume de fluide pour appliquer les freins, le piston 88 viendrait buter contre i le piston 83 en établissant une liaison mécanique entre les pistons après un certain déplacement relatif. La présente invention n'est" pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'hom-► me de l'art. 70 23820 9 2048000 REVENDICATIONS 1 - Cylindre de pression pour dispositif de freinage hydraulique, qui comprend un carter comportant un alésage communiquant avec un réservoir de fluide et muni d'une sortie de fluide 5 associée pouvant être reliée à un dispositif de freinage hydraulique, caractérisé en ce qu'il comprend deux pistons fonctionnant dans l'alésage, une chambre de fluide définie par les pistons et l'alésage, un circuit de fluide pouvant faire communiquer le fluide du réservoir avec la chambre, des moyens élastiques placés en-10 tre les pistons et pouvant exercer une force pour résister à line force de compression repoussant les pistons l'un vers l'autre et pour maintenir entre ces pistons une distance prédéterminée jusqu'à une valeur prédéterminée de la force de compression, ces moyens élastiques pouvant être comprimés au-dessus d'une valeur pré-15 déterminée de façon à permettre un déplacement des pistons l'un vers l'autre, la force de compression restant sensiblement constante, et une valve associée à un des pistons et fonctionnant en réponse aux moyens élastiques de façon à fermer le circuit de fluide entre le réservoir et la chambre. 20 2 - Cylindre de pression selon la revendication 1, carac térisé en ce que les moyens élastiques comprennent un ressort préchargé ne pouvant être comprimé que lorsque la force appliquée dépasse la charge initiale. 3 - Cylindre de pression selon l'une des revendications 1 25 ou 2, caractérisé en ee que les pistons coopèrent avec l'alésage pour définir une chambre à basse pression et une chambre à haute pression. 4 - Cylindre de pression selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'alésage du carter comprend une par- 30 tie de diamètre relativement grand et une partie de diamètre relativement petit, et en ce que les pistons ont des dimensions correspondantes et sont disposés latéralement à une certaine distance, la force résistante des moyens élastiques s'exerçant entre les pistons. 5 - Cylindre de pression selon la ^Revendication 4, carac-35 térisé en ce que le piston qui peut coulisser dans l'alésage de plus grand diamètre comporte un alésage interne de diamètre fixé et en ce que l'autre piston possède un diamètre externe supérieur au diamètre de l'alésage du piston. 6 - Cylindre de pression selon-l'une des revendications 1 40 à 5, caractérisé en ce que, lors du déplacement relatif prédétermi 70 23820 10 2048000 né des pistons l'un vers l'autre, il s'établit une relation mécanique entre eux. 7 - Cylindre de pression selon l'une des revendications 3* 5 ou 6, caractérisé en ce que la valve associée à l'un des 5 pistons fonctionne en réponse aux moyens élastiques pour fermer le circuit de fluide entre le réservoir et la chambre à basse pression. 8 - Cylindre de pression selon la revendication 7» caractérisé en ce qu'il comprend un passage de fluide dans le circuit 10 de fluide défini par un des pistons, ce passage permettant au fluide d'aller du réservoir à la chambre à basse pression. 9 - Cylindre de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'un des pistons définit un alésage interne et en ce que l'autre des pistons peut coulisser 15 dans cet alésage. • 10 - Cylindre de pression selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un passage de fluide dans le circuit de fluide faisant passer le fluide du réservoir à la chambre à haute pression. 20 11 - Cylindre de pression selon l'une quelconque des re vendications 1 à 10, caractérisé en ee que le carter dû cylindre comprend deux réservoirs de fluide communiquant chacun avec l'alésage du cylindre et une paire de sorties de fluide communiquant avec l'alésage du cylindre et pouvant être reliées au dispositif de 25 freinage hydraulique, et en ce qu'il comporte un troisième piston pouvant coulisser dans 1'alésage du cylindre entre les sorties de fluide et les orifices associés faisant communiquer les réservoirs avec l'alésage du cylindre. 12 - Cylindre de pression selon l'une quelconque des re- 30 vendications 1 à 11, caractérisé en ce que la liaison mécanique associant les deux pistons repousse les pistons de façon à leur donner un écartement axial prédéterminé.