Brevet FR2155810A1 — publié le 19730525

L'invention est relative aux dispositifs de freinage équipant les véhicules de tourisme rapides dont l'arbre du moteur atteint une vitesse supérieure à 3.000 t/mn, de préférence supérieure à 5.000 t/mn, et dont I moteur est refroidi par circulation forcée d'eau dans un circuit comprenant en série une pompe, le moteur et un radiateur, dispositifs comportant un frein hydraulique dont le rotor est entrainé par l'arbre du moteur à une vitesse au moins égale à celle de cet arbre, ledit rotor étant de préférence monté sur ledit arbre. Dans ses modes de réalisation préférés, l'invention vise plus particulièrement encore, parmi les dispositifs de freinage du genre en question, ceux comportant en outre application de l'uné au moins des autres dispositions suivantes - le rotor du frein hydraulique a un diamètre inférieur à 20 cm, ce diamètre étant i préférence de l'ordre de 15 cm, - la commande du frein hydraulique est asservie automatiquement au lâcher de la pédale de l'accélérateur par le conducteur du véhicule, - le frein hydraulique est desservi par une canalisation d'entrée et une canalisation de sortie qui le montent en parallèle sur un tronçon du circuit de refroidissement du moteur ne comprenant pas le moteur, et une vanne à trois voies et à deux positions est montée en amont de ce tronçon par rapport au sens de circulation de l'eau de façon à envoyer la totalité de l'eau de refroidissement dans ledit tronçon pour sa première position (ou position de repos), le frein hydraulique étant alors hors service, et au contraire dans la canalisation d'entrée du frein pour sa deuxième position (ou position de travail), ledit tron çon étant alors hors circuit, - un étranglement dont la section d'ouverture croît automatiquement lorsque la pression de l'eau qui sort du frein hydraulique croit est monté sur la canalisation de sortie de ce frein, - la source d'énergie utilisée pour actionnt le frein hydraulique est la dépression qui règne dans la pipe d'admission du moteur, en aval du papillon des gaz, quand ce papillon est fermé. De tels dispositifs ont été décrits et revendiqués dans les brevets France de la demanderesse n" 1.595.589 du 17 sep tembre 1969, n" 69.07189 du 13 mars 1969 et n" 69.16401 du 20 mai 1969. Ces dispositifs rendent de grands services pour ralen tir les véhicules de tourisme aux vitesses élevées pour lesquel les les freins à friction sont peu efficaces et s'échauffent très rapidement. Dans certains cas toutefois, on peut trouver que le temps de réponse total de ces dispositifs, bien que déjà remarquable ment bas, est encore élevé. Ce temps de réponse total, qui est l'intervalle de temps séparant le début de perception par le conducteur de la nécessité d'un freinage et l'instant d'application sur le véhicule d'un effet décélérateur efficace, peut difficilement être abaissé à moins de 0,4-0,5 seconde. Ce temps de réponse est composé de deux fractions - la première t1, de l'ordre de 0,1 seconde, qui correspond au temps nécessaire pour que la perception du danger par le con ducteur se traduise par son lâcher de la pédale d'accélérateur, - et la deuxième t2, qui correspond à la durée de remplissa ge du frein hydraulique. La fraction t1 ne peut bien entendu pas être réduite. La fraction t2 est également difficile à réduire à moins de 0,3-0,4 seconde. Selon l'invention, on ne cherche pas spécialement à ré- duire davantage cette fraction de temps t2, mais on tient compte de son existence pour faire intervenir pendant celle-ci un frein à friction à réponse rapide dont le rotor est monté sur le même arbre que le rotor du frein hydraulique, ce frein à friction étant automatiquement mis hors service dès que le couple décélérateur d'origine hydraulique atteint sa valeur normale. Lors de l'actionnement d'un tel frein à friction, son ro tor est sujet à un échauffement très intense en raison de sa gran de vitesse d'entraînement, mais ce n'est pas un inconvénient véri table du fait que la durée de cet échauffement est très courte, étant inférieure à la seconde et même en général inférieure à la demi-seconde. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions sui vantes, bien que ce ne soit pas indispensable - le frein à friction est un frein à disque, - la source d'énergie utilisée pour actionner la vanne à trois voies et commander ainsi l'intervention du frein hydraulique est utilisée également pour actionner le frein à friction, - l'effort de serrage du frein à friction est transmis depuis un organe de commande de ce frein jusqu'aux éléments mobiles ou "mâchoires" dudit frein par l'intermédiaire d'un circuit hydraulique comprenant un vase d'expansion et, interposée entre ledit organe de commande et lesdits éléments mobiles, une capacité-tampon de volume constant qui est reliée au vase d'expansion au repos, est automatiquement isolée de ce vase au cours de la première phase d'actionnement du frein à friction, puis est automatiquement isolée de l'organe de commande et progressivement mise en communication avec le vase d'expansion quand le couple engendré par le frein hydraulique devient suffisant, - dans un dispositif de freinage conforme à l'alinéa pré cédent, la capacité-tampon est délimitée, à l'intérieur d'un cylindre, par la surface latérale de ce cylindre et par un tiroir monté de façon à pouvoir coulisser dans ledit cylindre, la position de ce tiroir étant sensible à la pression du liquide qui sort du frein hydraulique, - dans un dispositif de freinage conforme à l'alinéa pré- cément, le tiroir est constamment sollicité vers une position de repos par des moyens élastiques et la raideur de ces moyens est déterminée de façon telle que la somme des couples décelérateurs dus respectivement au frein à friction et au frein hydraulique demeure sensiblement constante à partir de l'instant où le premier a atteint sa valeur maximum, '- dans un dispositif de freinage conforme à au moins l'alinéa qui précède le précédent, le circuit hydraulique comprend, en plus du cylindre dans lequel coulisse le tiroir, lui-même composé de deux pistons coaxiaux de même diamètre reliés par une tige rigide, un deuxième cylindre dans lequel coulisse un piston de commande, une première conduite reliant le premier cylindre au deuxième, une deuxième conduite reliant le premier cylindre aux éléments mobiles du frein à friction, ure troisième conduite reliant le premier cylindre au vase d'expansion et une quatrième conduitc relial-lt ko deuxième cylindre au vase d'expansion, les dimensions et emplacements des embouchures de ces différentes conduites dans les cylindres étant tels : qu'au repos, la deuxième conduite communique avec le vase d'expansion à travers le premier cylindre, la première conduite, le deuxième cylindre et la quatrième conduite, la troisième conduite étant alors obturée par le tiroir ; que le coulissement du piston de commande dans le deuxième cylindre dans le sens de l'actionnement du frein à friction ait pour effet d'obturer la quatrième conduite ; et que le coulissement consécutif du tiroir dans le premier cylindre, dû à l'application extérieure sur ce tiroir de la pression du liquide sortant du frein hydraulique, se traduise par l'obturation de la première conduite puis par le dégagement progressif de la troisième conduite, - dans un dispositif de freinage conforme à l'alinéa précédent pour lequel la vanne à trois voies comprend un équipage mobile coulissant, le piston de commande du circuit hydraulique est rendu solidaire de cet équipage. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-ap. Dans ce qui suit l'on va décrire un mode de réalisation préféré du dispositif de freinage conforme à l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. La fig. 1,de ce dessin, est le schéma d'une partie de ce dispositif de freinage. Et la fig. 2 est un graphique permettant d'expliquer le fonctionnement de ce dispositif. D'une façon connue en soi - le dispositif de freinage en question comprend un frein hydraulique 1 dont le rotor, de diamètre relativement petit (par exemple de l'ordre de 15 cm), est monté sur arbre 2 du moteur du véhicule, arbre qui peut tourner à des vitesses supérieures à 3000 t/mn, de préférence supérieures à 5000 t/mn, - ce frein est desservi par une conduite d'entrée 3 et par une conduite de sortie 4 qui le montent en parallèle sur un tronçon 5 du circuit de refroidissement 6 du moteur du véhicule (circuit comprenant en sérine une pompe, ledit moteur et un radiateur non représentés), et une vanne 7 à trois voies et à deux positions est montée en amont de ce tronçon 5 par rapport au sens de circulation de l'eau de façon à envoyer la totalité de cette eau dans ledit tronçon pour sa première position ou position derepos (à droite comme représenté sur la fig. 1), le frein 1 étant alors hors service, et au contraire dans la conduite 3 pour sa deuxième position ou position de travail (à gauche par rapport à la fig. 1), le tronçon 5 étant alors mis hors circuit, - un étranglement 8 dont la section d'ouverture croît automatiquement lorsque la pression de l'eau qui sort du frein 1 croît est monté sur la conduite 4, - la vanne 7 est commandée par un capsulisme 9 comprenant une membrane 10 chargée par un ressort 11, capsulisme lui-même actionné par la dépression qui règne dans la zone 12, de la pipe d'admission 13 du moteur, située en aval du papillon des gaz, lorsque ce papillon est fermé par lâcher de la pédale de l'ac célérateur : ce lâcher commande en effet la fermeture d'un micro-interrupteur 15 monté sur le circuit d'alimentation électrique 16 d'une électrovanne 17 interposée entre une chambre intérieure du capsulisme 9 et la zone 12. Avec un tel dispositif, lorsque le conducteur du véhicule lâche la pédale de l'accélérateur, la membrane 1C est déplacée par la dépression du moteur, à l'encontre de l'effort de rappel du ressort 11, c'est-à-dire vers la gauche sur la fig. 1, ce qui a pour effet d'actionner la vanne 7 en envoyant la totalité du débit d'eau de refroidissement du véhicule dans la conduite 3 et le frein 1 et non plus dans le tronçon 5. Dès que le remplissage du frein 1 devient suffisant, il exerce un couple décélérateur sur l'arbre 2, et par suite, sur les roues du véhicule, par l'intermédiaire de la chaîne de transmission de ce véhicule. La durée du remplissage de ce frein n'est pas nulle. L présence de l'étranglement autoajustable 8 sur la conduite 4 réduit déjà fortement cette durée, mais ilest difficile de la faire descendre au-dessous de 0,3-0,4 seconde. Sur le graphique de la fig 2, où les temps t sont portés en abscisses et les couples décélérateurs C en ordonnées, on a désigné par H la courbe représentant les variations du couple décélérateur d au frein hydraulique seul à partir de l'ainsi tant 0 où le conducteur perçoit la nécessité du freinage. Le temps tl, d'environ 0, 1 seconde, correspond à la durée du réflexe du conducteur, durée qui sépare l'instant 0 de celui où la pédale de l'accélérateur est effectivement lâchée. A partir de ce lâcher, il s'écoule un temps t2 relativement court (de l'ordre de 0,3-0,4 seconde) avant que le couple décélérateur dû au frein hydraulique atteigne sa valeur maximum C M : ce temps correspond au remplissage du frein. Or un véhicule lancé à 150 km/h parcourt plus de 12 m en 0,3 s et il peut arriver que l'absence de décélération efficace pendant ce parcours présente un inconvénient : c'est à cet inconvénient que remédie le frein à friction de l'invention, lequel intervient précisément pendant la durée t2 d'établissement du couple décélérateur dû au frein hydraulique. Sur la fig. 2 on a désigné par F la courbe représentant les variations du couple décélérateur dû au frein à friction seul : on voit que la réponse de ce frein est très rapide, la valeur maximum du couple décélérateur engendré par celui-ci (valeur sensiblement égale à CM) étant atteinte quasi instantanément après le temps t1. Le desserrage du frein à friction est ensuite automatiquement commandé de façon telle que la somme des couples décélérateurs dus respectivement au frein hydraulique (H) et au frein à friction (F) demeure sensiblement égale au couple maximum C M comme représenté par la courbe S. Dans la réalisation schématisée sur la fig. 1, le frein à friction est un frein à disque dont le disque 18, de diamètre relativement petit (inférieur à 20 cm et de préférence de l'ordre de 15 cm ou même moindre), est monté sur l'arbre 2 et dont un patin est visible en 19. L'effort de serrage mécanique des patins 19 est transmis à ceux-ci, à partir d'un piston de commande 20 coulissant dans un cylindre 21, par l'intermédiaire d'un circuit hydraulique comprenant un vase d'expansion 22 et une capacité-tampon 23 définie par un cylindre 24 et par un tiroir 25 coulissant dans ce cylin dre, tiroir composé de deux pistons coaxiaux de même diamètre reliés par une tige rigide. Le cylindre 24 est relié aux patins 19 (ou plus précisément à des cylindres 26 dans lesquels coulissent des plongeurs 27 solidaires de ces patins) par une conduite 28, au cylindre 21 par une conduite 29 et au vase d'expansion 22 par une conduite 30 et ce vase d'expansion est relié au cylindre 21 par une conduite 31. Une face terminale 32 du tiroir 25 est soumise à la pression qui règne dans une chambre 33 communiquant avec la sortie 4 du ralentisseur, en amont de l'étranglement 8, et son autre face terminale 34 est chargée par un ressort 35. Les positions et dimensions respectives des organes mobiles (piston 20 et tiroir 25) et des embouchures des conduites dans les cylindres soit telles - qu'en position de repos (position représentée sur la fig. 1) le cylindre 21 communique à la fois avec le vase d'expansion 22 à travers la conduite 31 et avec les cylindres 26 à travers les conduites 28 et 29 et la capacité 23, le tiroir 25 obturant la conduite 30, - que lors de l'actionnement du frein à friction par coulissement du piston 20, ce dernier obture la conduite 31, - et qu'enfin l'actionnement du tiroir 25 par la pression de sortie du ralentisseur, lorsque celle-ci devient suffisante, se traduit par l'obturation de la conduite 29, puis par le dégagement progressif de la conduite 30. Dans le mode de réalisation de la fig. 1, pour lequel la vanne à trois voies 7 comprend un double clapet 36 déplaçable selon un segment de droite et commandé par la membrane 10 du capsulisme 9, le piston de commande 20 est rendu sOlidaire de la tige 37 de ce double clapet : bien entendu on donne alors à la membrane 10 un diamètre suffisant pour lui permettre de commander à la fois les déplacements du double clapet 36 et ceux du piston 20 et des masses liquides correspondantes du circuit hy draulique interposé entre ce piston et les patins 19. Ceci étant, le fonctionnement du dispositif est le suivant. Au repos, c'est-à-dire lorsque la pédale de l'accélérateur est enfoncée par le conducteur, le micro-interrupteur 15 est ouvert, l'électrovanne 17 est fermée et le ressort Il repousse la membrane 10 vers la droite sur la fig. 1 ainsi que le double clapet 36 et que le piston 20 : l'eau de refroidissement du moteur traverse donc le tronçon 5, le ralentisseur 1 est hors cir cuits le ressort 35 applique le tiroir 25 en sa position basse, les cylindres 21, 24 et 26 communiquententre eux et avec le vase d'expansion 22, aucune pression n'est exercée sur les patins 19 et le frein à friction n'est pas actionné. Le lacher de la pédale de l'accélérateur par le pied du conducteur se traduit par la suite des conséquences suivantes - il se crée une dépression dans la zone 12, - le micro-interrupteur 15 se ferme, ce qui ouvre l'électrovanne 17 et applique la dépression du moteur dans le capsulisme 9, ce qui repousse vers la gauche la membrane 10 et par suite le double clapet 36 et le piston de commande 20. Le déplacement du double clapet déclenche le remplissage du frein hydraulique en eau. Quant au déplacement du piston 20, il obture la conduite 31 en isolant ainsi le vase d'expansion 22 et il serre instantanément les patins 19. Lorsque le frein hydraulique est suffisamment rempli et que la pression de l'eau à la sortie de ce frein, pression appliquée dans la chambre 33,devient suffisante, elle repousse le tiroir 25 vers le haut, ce qui a pour effet d'abord d'isoler la capacité 23 du cylindre de commande 21, puis de faire communiquer progressivement cette capacité avec le vase d'expansion 22, assurant ainsi le desserrage des patins, notamment sous l'action de ressorts de rappel non représentés. La raideur du ressort 35, qui s'oppose au déplacement du tiroir 25 vers le haut (sur la fig. 1) est choisie de façon telle que la loi de ce desserrage des patins donne à la courbe F une forme complémentaire de celle de la courbe H en ce sens que la somme des deux couples décélérateurs exercés sur l'arbre 2 respectivement par le frein à friction et par le frein hydraulique demeure sensiblement égale à la valeur CM à chaque instant (courbe S). Si le conducteur enfonce à nouveau la pédale de l'accélérateur, tous les organes mobiles reprennent automatiquement leur position initiale et le dispositif, ainsi réarmé, est prêt à fonctionner à nouveau : en particulier le liquide contenu dans le vase d'expansion 22 remplit à nouveau le cylindre 21 dès le retour du piston 20 en sa position initiale. En suite de quoi et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement un dispositif de freinage dont le fonctionnement et la constitution résultent suffisamment de ce qui précède. Ce dispositif présente de nombreux avantages par rapport à ceux existant jusqu'à ce jour, notamment en ce qui concerne la simplicité de la commande due à l'automaticité, l'efficacité, et cependant la robustesse vu la brièveté de l'intervention, et donc de l'échauffement, du frein à friction. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de freinage pour véhicule de tourisme rapide dont l'arbre du moteur a une vitesse supérieure à 3000 t/mn et dont le moteur est refroidi par circulation forcée d'eau dans un circuit comprenant en série une pompe, le moteur et un radiateur, dispositif comportant un frein hydraulique dont le rotor est entraîné par l'arbre du moteur à une vitesse au moins égale à celle de cet arbre, la commande de ce frein hydraulique étant de préférence asservie au lâcher de la pédale de l'accélérateur du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un frein à friction dont le rotor est monté sur le même arbre que le rotor du frein hydraulique, des moyens pour déclencher automatiquement la mise en service de ce frein à friction en même temps que celle du frein hydraulique, et des moyens pour asservir la mise hors service dudit frein à friction à la création d'un couple décélérateur efficace par le frein hy hydraulique 2 - Dispositif de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mise hors service du frein à friction sont agencés de façon telle que, à partir de l'instant de mise en service de celui-ci, la somme des couples décélérateurs dus respectivement audit frein à friction et au frein hydraulique soit sensiblement constante. 3 - Dispositif de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le frein à friction est un frein à disque. 4 - Dispositif de freinage selon l'une quelconque des pré- cédentes revendications, caractérisé en ce que l'effort de serrage du frein à friction est transmis depuis un organe de commande de ce frein jusqu'aux patins dudit frein par l'intermédiaire d'un circuit hydraulique comprenant un vase d'expansion et, interposée entre ledit organe de commande et lesdits patins, une capacité tampon de volume constant qui est reliée au vase d'expansion au repos, est automatiauement isolée de ce vase au cours de la première phase d'actionnement du frein à friction, puis automatiquement isolée de l'organe de commande et progressivement mise en communication avec le vase d'expansion quand le couple engendré par le frein hydraulique devient suffisant. 5 - Dispositif de freinage selon la revendication 4, ca ractérisé en ce que la capacité-tampon est délimitée, à l'inté rieur d'un cylindre, par la surface latérale de ce cylindre et par un tiroir monté de façon à pouvoir coulisser dans ledit cy lindre, la position de ce tiroir étant sensible à la pression du liquide qui sort du frein hydraulique. 6 - Dispositif de freinage selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que le tiroir est constamment sollicité vers une position de repos par des moyens élastiques et en ce que la raideur de ces moyens est déterminée de façon telle que la somme des couples décélérateurs dus respectivement au frein à friction et au frein hydraulique demeure sensiblement constante à partir de l'instant où le premier a atteint sa valeur maximum. 7 - Dispositif de freinage selon l'une quelconque des re vendications 5 et 6, caractérisé en ce que le circuit hydraulique comprend, en plus du cylindre dans lequel coulisse le tiroir, lui-meme composé de deux pistons coaxiaux de même diamètre reliés par une tige rigide, un deuxième cylindre dans lequel coulisse un piston de commande, une première conduite reliant le premier cylindre au deuxième, une deuxième conduite reliant le premier cylindre aw éléments mobiles du frein à friction, une troisième conduite reliant le premier cylindre au vase d'expansion et une quatrième conduite reliant le deuxième cylindre au vase d'ex pansion, les dimensions et emplacements des embouchures de ces différentes conduites dans les cylindres étant tels : qu'au repos, la deuxième conduite communique avec le vase d'expansion à travers le premier cylindre, la première conduite, la deuxième cylindre et la quatrième conduite, la troisième conduite étant alors obturée par le tiroir ; que le coulissement du piston de commande dans le deuxième cylindre dans le sens de l'actionnement du frein à friction ait pour effet d'obturer la quatrième con duite ; et que le coulissement consécutif du tiroir dans le pre mier cylindre, dû à l'application extérieure sur ce tiroir de la pression du liquide sortant du frein hydraulique, se traduise par l'obturation de la première conduite puis par le dégagement pro gressif de la troisième conduite. 8 - Dispositif de freinage selon l'une quelconque des pré cédentes revendications pour lequel le frein hydraulique est des servi par une canalisation d'entrée et une canalisation de sortie qui le montent en parallèle sur un tronçon du circuit de refroi dissement du moteur ne comprenant pas le moteur,et par lequel ue vanne à tzDi S voies et à deux positions est montée en amont de ce tronçon par rapport au sens de circulation de l'eau de façon à envoyer la totalité de l'eau de refroidissement dans ledit tronçon pour sa première position (ou position de repos), le frein hydraulique étant alors hors service, et au contraire dans la canalisation d'entrée du frein pour sa deuxième position (ou position de travail), ledit tronçon étant alors hors circuit, caractérisé en ce que la source d'énergie utilisée pour actionner la vanne à trois voies est utilisée également pour actionner le frein à friction. 9 - Dispositif de freinage selon la revendication 8, ca ractérisé en ce que la source d'énergie est la dépression qui règne dans la pipe d'admission du moteur, en aval du papillon des gaz, quand ce papillon est fermé. 10 - Dispositif de freinage selon les revendications 7 et 8, pour lequel la vanne à trois voies comprend un équipage mobile coulissant, caractérisé en ce que le piston de commande du circuit hydraulique est rendu solidaire de cet équipage.