Brevet FR2516179A1 — publié le 19830513

SERVOMOTEUR A FLUIDE SOUS PRESSION La présente invention s'applique à un servomoteur à fluide sous pression utilisable en particulier pour l'actionnement du levier de débrayage d'un véhicule automobile en commande directe à partir de la pédale d'embrayage du véhicule. Les embrayages des véhicules automobiles sont encore, pour la grande majorité des véhicules routiers, commandés par le conducteur du véhicule qui les amène, par pression sur une pédale d'embrayage, en position débrayee pendant le passage d'une vitesse à l'autre et avant le démarrage du véhicule. Cette dernière opération exige un réembrayage progressif et bien amorti pour éviter les chocs au démarrage ou le calage du moteur du véhicule. Le travail important que le pied et la jambe du conducteur doivent accomplir pour réaliser une opération de débrayage est dû à la course relativement importante de la butee d'embrayage à l'encontre du plein effort de réaction du (cas du ressort à diaphragme) ou des ressorts de serrage des plateaux d'embrayage.Pour les véhicules routiers lourds, l'effort de débrayage est réduit généralement avec un dispositif d'assistance ol.éopneumatique qui assure respectivement un débrayage rapide par action d'une pression pneumatique contrôlée par une pression hydraulique suiveuse emise à partir d'un maitre-cylindre hydraulique et son réembrayage progressif et bien amorti par détente de la pression pneumatique d'assistance et refoulement de la colonne du liquide hydraulique suiveur. Les systèmes hydropneumatiques de contrôle d'embrayage utilisés sur les véhicules routiers lourds donnent satisfaction aux usagers mais présentent un coût d'établissement et d'entretien relativement élevé car ils exigent l'installation d'un émetteur et d'un récepteur hydraulique à relativement grande course et sujetsaux fuites après un usage prolongé. Pour remédier à ces défauts de coût et d'usage on a déjà proposé pour les véhicules industriels routiers de moyen tonnage,de réaliser l'assistance de la commande d'embrayage par voie uniquement pneumatique avec une commande mécanique par câble à partir de la pédale d'embrayage dans le véhicule.L'un des modes de réalisation de ces systèmes d'assistance mécano-pneumatique comporte un cylindre d'assistance articulé au carter de l'embrayage et dont le piston mobile d'assistance est relie à une source d'air comprimé et comporte un détendeur d'air comprimé autorégulé par un piston de réaction et relié, à travers le piston, à la chambre du cylindre delimitée par le piston. L'actionnement du détendeur autorègulé s'effectue par un poussoir dont la tige centrale traverse la mise à l'échappement du détendeur et est reliée au câble de commande de l'embrayage.Un tel cylindre d'assistance procure une bonne sensibilité'de commande au conducteur du véhicule car la tige du détendeur suit la course du piston et du câble de commande tout en étant soumise à l'effort de réaction exercé par la pression d'assistance sur le piston de réaction et directement proportionnel a l'effort d'assistance aux frottements près des garnitures d'étanchéité des pistons d'assistance et de réaction. L'expérimentation de cylindres d'assistance à actionnement purement pneumatique et du type qui vient d'être décrit a mis en évidence certaines diffi cultés d'installation pour guider le mouvement oscillant du cylindre et des problèmes de fiabilité car le carter d'embrayage est le siège d'intenses vibrations qui tendent à dégrader les sièges de guidage du piston, ce qui ne se produisait pas avec les tiges d'actionnement hydrauliques immergees dans l'huile de commande. De plus l'effort de débrayage rapide et de réembrayage progressif et amorti que l'on obtenait aisément avec la commande oléo-pneumatique, paraît souvent s'inverser, en particulier avec les embrayages modernes a ressort à diaphragme et à butée à billes. La présente invention a précisément pour but de pallier ces difficultés d'insertion, de fiabilité et d'amortissement des cylindres d'assistance a air comprimé ou à huile basse pression pour la commande des embrayages des véhicules routiers, en particulier des véhicules industriels de gamme moyenne. A cet effet, le servomoteur à fluide sous pression, utilisable pour la commande assistée d'un organe rotatif mobile tel qu'un levier d'embrayage, du type comportant dans un corps de cylindre d'assistance: un piston d'assistance agissant sur ledit organe et susceptible d'être soumis à la pression du fluide sous pression délivré par un détendeur d'assistance autorégulé inclus dans le piston d'assistance, la liaison entre une pédale ou un levier d'actionnement manuel du servomoteur et le piston d'assistance étant constituée par une tige d'assistance montée à l'intérieur du piston d'assistance et constituant le poussoir d'actionnement du détendeur d'assistance, est caractérisé en ce que la tige d'assistance, mobile à I'intérieur du piston d'assistance sous l'action de la pédale est susceptible de venir en appui unilatéral par une collerette de butée sur une surface d'appui correspondante ménagée dans le piston d'assistance, lorsque le clapet du détendeur d'assistance est en position de pleine ouverture, pour suivre dans sa course le piston d'assistance qui vient en appui par une surface de portée extérieure sur la surface de butée du levier d'embrayage et est susceptible au cours de la rotation de ce levier de se débattre d'un angle important à l'intérieur du cylindre tout en étant protégé des pollutions extérieures par des moyens de liaison tels qu'un soufflet élastique étanche interposés entre la tige du piston et le corps du cylindre solidaire du carter de l'embrayage. Selon un mode de réalisation courant de l'invention, le détendeur d'assistance est alimenté en fluide sous pression par l'intermédiaire d'un conduit flexible d'alimentation qui est relié à une face du piston et qui est apte à suivre tous les déplacements du piston et l'échappement du détendeur s'effectue à l'intérieur de la chambre de respiration du cylindre d'assistance délimitée par les moyens de liaison étanches constitués par le soufflet élastique et raccordée à l'échappement ou à la décharge de manière à mieux proteger la chambre de respiration des pollutions extérieures. De maniere connue en soi, le soufflet d'échappement peut porter et/ou être traverse par la conduite d'échappement et/ou la conduite d'alimentation du detendeur de fluide sous pression. Selon un autre mode de réalisation, le passage d-'alimentation qui relie le détendeur à la chambre de pression du cylindre délimitée par le piston d'assistance présente moins de pertes de charge que le passage d'échappement qui relie le détendeur a la chambre de respiration du cylindre de manière à permettre un débrayage rapide et un réembrayage plus lent et bien amorti Pour les embrayages dotés d'une butée de débrayage à billes ou à rouleaux, le levier de débrayage peut avantageusement rester en contact avec cette butée pour mieux amortir les vibrations des billes ou des rouleaux pendant la marche normale du véhicule et pour cela, le piston d'assistance est constamment repoussé au contact de la butée du levier d'embrayage par un ressort interposé entre lui et le fond du cylindre et dont l'effort de réaction est inférieur à celui provoqué sur le levier par le ressort de rappel de ce levier et/ou par le ressort d'embrayage. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation de l'invention faite en regard du dessin annexé où la figure unique représente en coupe schématique le système de commande d'embrayage doté d'un servomoteur d'assistance de débrayage selon l'invention. Le système de commande d'embrayage représenté sur la figure est interposé entre un carter d'embrayage 1, fixé au moteur d'un véhicule, et une pédale de débrayage 2, articulée sur un axe 3 à l'intérieur de la cabine de conduite du véhicule. La pédale 2 présente une tête en forme de champignon ou de plaque sur laquelle le conducteur appuie avec-le pied pour provoquer un effort de pression P qui fait pivoter la pédale 2 autour de son axe 3 en entraînant en traction un câble 4 qui est loge dans une gaine souple 5 bloquée à ses deux extrémités et qui est relié à une tige d'actionnement et d'assistance 6 qui peut venir appliquer une portée d'actionnement 7 sur un levier de débrayage 8 articulé en 9 sur le carter d'embrayage pour venir s'appliquer sur une butée de débrayage 10, représentée en traits pointillés sur la figure et qui est susceptible de repousser le ressort principal de l'embrayage en position débrayée pour laquelle les plateaux de friction non représentés de l'embrayage ne sont plus soumis à une pression élastique capable d'engendrer un couple d'embrayage significatif. Selon l'invention, un cylindre d'assistance 11 est fixé au carter d'embrayage 1 par un corps monobloc 12 et par tout moyen tel qu'une patte de fixation 13 boulonnée respectivement sur la collerette de sortie 14 du corps de cylindre 12 réalisé par exemple en tôle mince emboutie et sur le carter de la boîte de vitesse 15 voisine du corps d'embrayage 1. Le levier 8 présente une partie inferieure 16 en forme de fourche chevauchant la tige 6 au contact de la butée 7-et est rappelle vers la position débrayée par un ressort spiral 17 enroulé autour de l'axe 9. Un piston d'assistance 18 qui porte la tige 6 est monté dans le corps de cylindre 12 et est relié par un ajutage d'admission 19 et un conduit flexible 20 à un réservoir de fluide sous pression 21 constitué généralement par un réservoir d'air comprimé alimenté par un compresseur d'air non representé. L'ensemble servomoteur constitué par le piston d'assistance 18 est monté coulissant dans l'alésage 22 du corps de cylindre 12,au contact duquel son étanchéité est assurée par un joint d'étanchéité annulaire 23 coopérant avec un anneau de friction 24. La tige 25 du piston 18 n'est pas guidée à l'extrémité de gauche du cylindre 12 et peut ainsi louvoyer ou se débattre d'un angle important à l'intérieur du cylindre. La tige 25 est reliée élastiquement à la collerette 14 par un soufflet en élastomère 26 qui forme avec l'espace annulaire tampon entre la surface extérieure de la tige 25 et l'alésage 22, une chambre de respiration 27 reliee à l'atmosphère exterieure par tout moyen tel qu'un tube ouvert 27a venu monobloc avec la gaine 26 ou rapporté et orienté vers le bas pour limiter l'entrée accidentelle de poussières ou de gouttes polluantes dans la chambre 27. La chambre de respiration 27 est reliée à la chambre d'échappement 28 de la valve du servomoteur par une conduite 29 étranglée en 30. Le piston d'assistance 18 réalisé de préférence dans un bloc de métal léger, comporte, pour réaliser la valve du servomoteur, diverses cavités fermées par des bouchons. Une cavité traversée par la tige 6 forme avec un bouchon 32 et un double clapet 33 une chambre d'alimentation 34 reliée par un conduit 35 au flexible d'alimentation 20. Une autre cavité délimitée par un piston de réaction 37 mobile dans un alésage 38 forme une chambre de détendeur 36 reliée par un conduit 31 qui traverse le piston d'assistance 18, à une chambre d'assistance 39 formée entre le fond de l'alésage 22 du cylindre 11 et le sommet du piston d'assistance 18 étanché par la garniture 23.Une paroi annulaire 40 sépare les chambres d'alimentation 34 et de détendeur 36 et porte le siège d'étanchéité d'admission sur lequel est appliqué la garniture élastomère du double clapet mobile 33 qui est repoussé au contact de ce siege par un ressort et peut coulisser à l'intérieur de la chambre d'admission 34 guidé par une portée etanche ménagée sur le bouchon 32. La tige 6 est reliée rigidement par une collerette de butée et un écrou 41 au piston de réaction 37 qui porte un poussoir annulaire 42 susceptible de venir en appui sur la garniture élastomère du clapet 33 pour obturer la communication de la chambre de détendeur 36 avec la chambre 28 reliée à l'échappement.Le corps du double clapet 33 est creux et traversé par la tige 6 qui présente à sa partie opposée à l'écrou 41 une collerette 43 susceptible de venir en appui sur une rondelle de fermeture 44 rendue solidaire de façon étanche de la tige 25 du piston 18 et qui comporte des moyens d'étanchéité et de guidage 45 de cette tige 6. La rondelle 44 présente une surface d'appui intérieure 46 pour la collerette 43 et une surface d'appui exterieure constituée par la portée exterieure 7 pour la fourche 16 du levier d'embrayage 8. En position de repos, le piston de réaction 37 est repoussé par un ressort de rappel disposé entre le fond du piston de réaction 37 et la paroi annulaire 40, en appui sur un bouchon étanche 48 de fermeture de l'espace entourant l'écrou 41. Cet espace est relié à l'atmosphère par un passage d'équilibrage 50 traversant le piston de réaction 37. Un ressort de rappel 49 est interposé entre le bouchon 48 et le fond du corps de cylindre 12 pour repousser le piston d'assistance 18 vers la gauche de la figure de manière à maintenir constamment la portée 7 au contact de la fourchette 16. Le fonctionnement du mode de réalisation de l'invention qui vient d'être décrit va maintenant être explicité en référence à la figure. Dans la position de repos, du servomoteur telle que représentée sur la figure, le moteur du véhicule est embrayé sur la transmission et le puissant ressort de serrage de l'embrayage repousse, par la butée 10, la fourchette 16 vers la droite de la figure au contact de la portée 7 et à l'encontre du ressort de rappel 49 du piston d'assistance 18. Le ressort de rappel de la pédale 2, non representé, relâche le câble 4 dans la position de la figure et libere la tige 6 qui est rappelée vers la droite de la figure par le ressort de rappel du piston de réaction 37.La chambre d'assistance 39 est ainsi reliée à l'atmosphère via le conduit 31, la chambre de détendeur 36, la conduite 29, la chambre de respiration 27 et le tube 27a ouvert vers le bas. Lorsque le conducteur du véhicule désire debrayer, il appuie sur la pédale 2 selon la flèche P et tire ainsi le câble 4 et la tige 6 vers la gauche de la figure. Le piston de réaction 37 se déplace également vers la gauche car la portée 7 est en appui relativement rigide sur la fourchette 16 du levier 8. En se déplaçant vers la gauche,le poussoir annulaire 42 du piston 37 vient en appui sur la garniture en élastomère du double clapet 33 et isole les chambres de détendeur 36 et d'assistance 39 de l'atmosphère. Le déplacement du piston 37 se poursuivant vers la gauche, la pression du poussoir 42 décolle la garniture élastomère du double clapet 33 du siège d'admission ménagé sur la paroi 40 et l'air comprimé du réservoir 21 s'écoule via le.flexible 20, le conduit 35, la chambre d'admission 34, le passage annulaire entre le clapet 33 ouvert et le siege de la paroi 40, la chambre de détendeur 36, le conduit 31, jusque dans la chambre d'assistance 39 pour repousser le piston d'assistance 18 vers la gauche au contact de la fourche 16 pour faire tourner le levier de débrayage 8 autour de son axe 9 et repousser la butée de débrayage 10 jusqu'à sa position de fin de course. Pendant toute la course du piston 18 vers la gauche le conducteur reçoit une information sur la pression d'assistance p & l'effort de réaction exercé par la pression d'assistance sur le piston de réaction 37. Si le conducteur relâche partiellement son effort P sur la pédale 2, la traction exercée vers la gauche sur la tige 6 diminue et n'est plus en mesure d'équilibrer l'effort de réaction exercé par la pression d'assistance sur le piston de réaction 37 qui se déplace alors légèrement vers la droite jusqu'à permettre au double clapet 33 de venir à nouveau obturer le passage annulaire ouvert entre sa garniture elastonwre et le siège d'admission de la paroi 40. La montée de la pression pneumatique dans la chambre d'assistance 39 s'arrête alors et si le conducteur relâche encore plus son effort P sur la pédale 2, par exemple pour commander une opération de réembrayage progressif, le piston 37 se déplace encore plus vers la droite et le siège annulaire d'échappemen 42 se décolle de la garniture élastomère du double clapet 33.La chambre 39 est alors reliée à l'échappement comme décrit précédemment et repré senté sur la figure. L'échappement de l'air comprimé contenu dans la chambre d'assistance 39 se produit de façon progressive car l'étranglement 30 interposé sur la conduite 29 limite le débit d'air vers l'atmosphère et évite que la pression de respiration régnant dans la chambre 27 n'atteigne des valeurs importantes qui risqueraient de déchausser la gaine 26 dont la resistance à la pression est limitée. La tige 25 présente de toute façon une section nettement plus faible que le piston d'assistance 18 et dès que la pression régnant dans la chambre d'assistance 39 est descendue à une valeur faible, le piston 18 se déplace vers la droite de la figure. On doit noter que le tube 27a présente une section de passage nettement plus importante que l'étranglement 30 qui est cependant capable de réalimenter la chambre de respiration 27 à une vitesse suffisamment rapide pour éviter qu'au cours du déplacement du piston 18 vers la droite, elle ne se trouve en dépression.Selon les applications les plus courantes du servomoteur selon l'invention, dans les systèmes de servo debrayage, l'effort mécanique exercé par le' câble 4 sur la tige 6 represente une part non négligeable de l'effort d'actionnement du levier 8, généralement entre 1/4 et 1/7 de l'effort total, cette part étant déterminée par le rapport entre les sections du piston de réaction 37 et du piston d'assistance 18. Le relâchement total de l'effort P du conducteur sur la pédale 2, dans le cas d'un réembrayage brutal après le passage d'une vitesse par exemple, produit une diminution rapide d'une partie significative de l'effort de débrayage exercé sur le levier 8 suivi d'une montee en pression de la chambre de respiration 27, ce qui permet un reembrayage relativement rapide. Lorsque le conducteur désire procéder à un réembrayage progressif du véhicule, par exemple au démarrage de celui-ci,notamment en côte, il relâche progressivement non pas l'effort P qui est difficile à doser mais la course de la pédale 2. Il s'ensuit une série de mises à l'échappement de la chambre de détendeur 36 suivies chaque fois d'une montée relativedela pression de la chambre de respiration 27 et d'une détente de cette pression par le tube 27a. A chaque détente de la pression de la chambre d'assistance 39, le piston d'assistance 18 est repoussé par le levier 8 un peu plus vers la droite de la figure et la pression du ressort principal d'embrayage sur les plateaux d'embrayage augmente ce qui permet d'obtenir une augmentation graduelle du couple exercé par les roues du véhicule au démarrage de celui-ci. Dans l'hypothèse où des vibrations,notamment de relaxation,apparaissent dans l'embrayage-par exemple par suite du broutement des garnitures d'embrayage sur leurs surfaces de friction, ces vibrations se transmettent difficilement au servomoteur par suite des diverses réactions de friction existant sur les pistons de réaction et d'assistance et de l'amortissement pneumatique causé par les pertes de charge des circuits de liaison entre les diverses chambres pneumatiques du servomoteur. Dans le cas où l'on dispose d'une gaine 26 relativement résistante, on peut placer l'étranglement 30 non plus sur la conduite 29 mais sur le tube 27a ou plus simplement on peut prévoir que le tube 27a produit une perte de charge plus importante que le circuit reliant la chambre de respiration 27 à la chambre d'assistance 39 lorsque le détendeur est à l'échappement. Dans une telle disposition, la chambre de respiration monte à des pressions relativement plus importantes au cours de l'échappement de la chambre 39 mais le retour du piston d'assistance 18 en position embrayée n'est que peu retardé car l'égalisation de la pression entre les chambres de respiration 27 et d'assistance 39 se produit rapidement. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. Ainsi, on doit comprendre que sur les véhicules où l'on ne dispose pas de source d'air comprimé mais seulement d'une source d'huile à basse pression telle que celle fournie par la pompe d'assistance de direction, on peut relier le flexible 20 à cette source d'huile sous pression et le tube 27a au retour vers la bâche ou le réservoir d'huile. Dans la disposition selon la figure, le servomoteur est fixé sur le côté de la boîte de vitesse 15 et une fuite d'huile d'assistance ne risquerait pas de produire des effets dommageables sur l'embrayage car cette fuite s'écoulerait directement sur le chemin de roulement du véhicule sans pénétrer dans l'embrayage. Dans un autre ordre d'idee, la tige d'assistance 6 est représentée sur la figure disposée concentriquement au piston 18 mais on peut envisager pour diverses raisons constructives de placer la tige 6 et le détendeur excentrés par rapport au piston d'assistance 18 qui agirait lui de façon sensiblement centrée sur le levier 8 qui se déplace en rotation autour de liaxe 9. REVENDICATIONS 1. Servomoteur à fluide sous pression, utilisable notamment pour la commande assistée d'un organe rotatif mobile tel qu'un levier d'embrayage, du type comportant dans un corps de cylindre d'assistance un piston d'assistance agissant sur ledit organe et susceptible d'être soumis à la pression du fluide sous pression délivré par un détendeur d'assistance autorégulé inclus dans le piston d'assistance, la liaison entre une pédale ou un levier d'actionnement manuel du servomoteur et le piston d'assistance étant constituée par une tige d'assistance montée à l'intérieur du piston d'assistance et constituant le poussoir d'actionnement du détendeur d'assistance, caractérisé en ce que la tige d'assistance (6), mobile à l'intérieur du piston d'assistance (18) sous l'action de la pédale (2) est susceptible de venir en appui unilateral par une collerette de butée (43) sur une surface d'appui correspondante (46) ménagée dans le piston d'assistance (18), lorsque le clapet (33) du détendeur d'assistance est en position de pleine ouverture, pour suivre dans sa course le piston d'assistance (18) qui vient en appui sur un levier d'embrayage (8) et est susceptible au cours de la rotation de ce levier (8) de se debattre d'un angle important à l'intérieur du cylindre (11) tout en étant protégé des pollutions extérieures par des moyens de liaison étanches (26) interposés entre la tige (25) du piston (18) et le corps (12) du cylindre solidaire du carter (1) de l'embrayage. 2. Servomoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston d'assistance (18) vient en appui unilatéral sur la surface de butée (16) du levier d'embrayage (8) par l'intermédiaire d'une surface de butée extérieure (7) 3. Servomoteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de liaison étanches entre la tige (25) du piston (18) et le corps (12) du cylindre (11) sont constitués par un soufflet élastique (26). 4. Servomoteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le détendeur d'assistance est alimenté en fluide sous pression par l'intermédiaire d'un conduit flexible d'alimentation (20) qui est relié à une face du piston (18) et qui est apte à suivre tous les déplacements de ce piston (18) et en ce que l'échappement du detendeur s'effectue à l'intérieur de la chambre de respiration (27) du cylindre d'assistance délimitée par les moyens de liaisot étanches constitués par le soufflet élastique (26) et raccordée à l'échappement (27a) ou à la décharge de manière à mieux protéger la chambre de respiration (27) des pollutions extérieures. 5. Servomoteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que, de manière connue en soi, le soufflet d'échappement (26) porte et/ou est traversé par la conduite d'échappement (27a) et/ou la conduite d'alimentation (20) du détendeur de fluide sous pression. 6. Servomoteur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le passage d'alimentation (31) qui relie le détendeur à la chambre de pression (39) du cylindre (11) délimitée par le piston d'assistance (18) présente moins de pertes de charge que le passage d'échappement (29) qui relie le détendeur à la chambre de respiration (27) du cylindre (11) de manière à permettre un débrayage rapide et un réembrayage plus lent et bien amorti. 7. Servomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le piston d'assistance (18) est constamment repoussé au contact de la butée (16) du levier d'embrayage (8) par un ressort (49) interposé entre ce piston (18) et le fond du cylindre (11) et dont l'effort de réaction est inférieur à celui provoqué sur le levier (8) par le ressort de rappel (17) de ce levier et/ou par le ressort d'embrayage.