Brevet FR2536810A1 — publié le 19840601

La présente invention se rapporte à un dispositif à cylindre et piston à amortissement par fluide, destiné, d'une manière générale, à maintenir ou à limiter'ou à assister l'ouverture ou la fermeture de différents capots ou portes, par exemple un hayon arrière de véhicule, un cou- vercle de coffre de véhicule ou une porte de malle arrière, ou un capot ou panneau avant d'automobile. Il est de pratique courante, dans l'industrie auto- mobile, d'utiliser des dispositifs à cylindre et piston à air ou à gaz afin d'accumuler de l'énergie lorsqu'un coffre ou un capot est fermé et fixé par un verrou, de sorte qu'ensuite, à la libération du verrou, l'énergie accumulée assiste au moins le déplacement du coffre ou du capot dans la position ouverte De tels cylindres à gaz ou àaair sont, cependant, d'une durée de vie notoirement courte, car, dans les conditions d'utilisation, les joints qu'ils comprennent sèchent rapidement dans une mesure suffisante pour que le gaz ou l'air comprimé puisse fuir, avec pour conséquence que l'accumulation de l'énergie est insuffisante pour soulever le composant désiré. Les dispositifs à cylindre et piston présentent une ressemblance générale avec les amortisseurs de chocs, qui équipent les véhicules, mais ces derniers sont nécessaires afin de remplir des tâches pénibles dans des conditions très défavorables, ce qui a pour conséquence que ces éléments sont en général relativement coûteux. Le problème à résoudre par la présente invention est de proposer un dispositif à cylindre et piston qui soit simple, peu coûteux mais efficace, et qui soit capable d'accumuler de l'énergie et de libérer cette énergie lorsque cela est nécessaire et dans la mesure o cela est nécessaire. Ce problème est résolu, conformément à la présente invention, par un dispositif à cylindre et piston capable d'accumuler de l'énergie et de libérer cette énergie afin de soulever un organe externe par rapport à un autre organe externe, ce dispositif se caractérisant en ce qu'il comprend un cylindre creux muni, à l'une de ses extrémités, d'un premier organe de fermeture d'extrémité comprenant un raccord servant à relier le dispositif à un organe externe, et, à l'autre extrémité du cylindre creux, un second organe de fermeture d'extrémité dans lequel est ménagé un orifice, un piston de commande, monté coulissant dans le cylindre et dans lequel est ménagé au moins un orifice de limitation d'écoulement, une tige de piston reliée au piston, la tige traversant l'orifice du second organe de fermeture d'extré- mité et étant montée coulissante dans cet orifice, ladite tige de piston portant, à son extrémité externe au cylindre, un second raccord servant à relier le dispositif à un autre organe externe, un piston libre monté coulissant dans le cylindre indépendamment du piston de commande et de la tige de piston, un ressort chargeant élastiquement le piston libre, et une charge d'un matériau non gazeux, capable de s'écouler dans le cylindre, ladite charge étant contenue dans une première chambre, d'un côté du piston de commande, et dans une seconde chambre, de l'autre côté du piston de commande, ledit piston libre servant de plus à délimiter l'une des chambres, ledit orifice de limitation d'écoulement servant à relier lesdites chambres pour un écoulement dans l'un ou l'autre sens, en fonction de la charge externe sur lesdits premier et second raccords, les longueurs axiales relatives des chambres étant ainsi modifiées, le ressort sollicitant le piston libre servant à s'opposer à l'écoulement, dans un sens, du matériau capable de s'écouler entre les chambres, la différence des longueurs axiales desdites chambres résultant du mouvement du piston de commande et de la tige de piston par rapport au cylindre entraînant un mouvement correspondant du piston libre, pro- portionnel au volume de fluide d'amortissement déplacé par la tige de piston. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation, et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une coupe axiale d'un dispositif à cylindre et piston représentant le dispositif dans sa posi- tion d'extension totale afin de maintenir un capot ou tout autre élément dans une position ouverte; la figure 2 est coupe axiale du dispositif de la figure 1 représentant le dispositif dans sa position de rétraction totale; la figure 3 est une coupe partielle d'un second mode de réalisation du dispositif à cylindre et piston; la figure 4 est une coupe axiale d'un troisième mode de réalisation du dispositif à cylindre et piston; la figure 5 est une coupe axiale d'un quatrième mode de réalisation du dispositif à cylindre et piston; et les figures Sa et 5 b sont des coupes axiales à plus grande échelle du pistonde commande du dispositif de la figure 5, tandis que la figure 5 c est une vue en bout du piston de com- mande. Comme représenté sur la figure 2, le dispositif à cylindre et piston comprend un cylindre 10 contenant un piston de commande 11, le piston étant monté sur l'extrémité interne au cylindre d'une tige de piston 12 qui-passe dans orifice central 13 a d'une paroi d'extrémité 13 du cylindre. Le cylindre est fermé à son extrémité opposée par une paroi d'extrémité 14 qui est fixée de manière permanente dans l'extrémité du cylindre et est solidaire d'un raccord tourillonnant 15 destiné au montage pivotant du cylindre par cette extrémité Un joint d'étanchéité 16 est disposé entre la paroi d'extrémité 14 et la partie adjacente du cylindre. Un piston libre 17, en forme de manchon, est monté coulissant sur la tige de piston Ce piston libre 17 vient au contact de la paroi du cylindre par l'intermédiaire d'une bague d'étanchéité 18 Un ressort à spires 20, monté entre le piston libre 17 et la paroi d'extrémité 13 du cylindre rappelle élastiquement le piston libre 17 vers le piston de commande. Le piston de commande divise ainsi l'intérieur du cylindre en une première chambre 21, sur l'avant du piston de commande, et en une seconde chambre 22, sur l'arrière du piston de commande, cette seconde chambre 22 entourant la tige de piston La première chambre 21 est fermée, à son extrémité opposée au piston de commande, par la paroi d'extrémité 14, et la seconde chambre 22 est fermée, à son extrémité opposée au piston de commande, par le piston libre 17. i O Un passage destiné à l'écoulement d'une graisse d'un c 8 té du piston de commande à l'autre est délimité par un ou plusieurs orifices lla ménagés dans le piston de com- mande, ou par une ou plusieurs fentes llb ménagées dans la périphérie du piston de commande. A son extrémité externe au cylindre, la tige de piston porte un second raccord tourillonnant 23 destiné au montage pivotant de l'extrémité opposée du dispositif à cylindre et piston. En fonctionnement, si les raccords tourillonnants 15, 23 sont déplacés l'un vers l'autre, par exemple par la fermeture du capot du coffre d'un véhicule, le piston de commande est déplacé dans un sens qui diminue la longueur de la première chambre 21, en comprimant la graisse contenue dans celle-ci, et qui fait sortir cette graisse de la pre- mière chambre 21, au travers du piston de commande, par les orifices lla, ou autour du piston de commande, par les fentes llb, la graisse chassée de la première chambre 21 pénétrant dans la seconde chambre 22 Comme le volume par unité de longueur dans la première chambre 21 est plus grand que le volume par unité de longueur dans la seconde chambre 22 (en raison de l'espace occupé par la tige de piston), le mouvement du piston de commande 11 a pour conséquence que le piston libre 17 est poussé et écarté du piston de commande 11, à l'encontre de la force de rappel élastique du ressort 20. La force appliquée entre les extrémités du dispo- sitif, afin de déplacer ces extrémités l'une vers l'autre, doit être suffisante afin de surmonter la force du ressort et la viscosité de la graisse La position de rétraction totale du dispositif est représentée sur la figure 2, sur laquelle le piston de commande est disposé à proximité de la paroi d'extrémité 14 du cylindre, et le ressort 20 est entièrement comprimé. Si, ensuite, la force utilisée pour déplace r les raccords tourillonnants l'un vers l'autre n'est plus exercée, et, éventuellement, dans le cas d'une application d'une force plus faible dans le sens opposé, l'énergie potentielle du ressort provoquera l'extension de ce dernier qui sollici- tera le piston libre 17 vers le piston de commande 11, et ceci entraînera que la graisse contenue dans la seconde chambre 22 sera chassée par les passages de restriction du piston de commande Il dans la première chambre 21. Si l'on suppose que le piston de commande a un diamètre D, et est monté sur une tige de piston d'un diamè- tre d, et si le piston de commande se déplace sur une distance L vers l'avant, en entraînant un déplacement vers l'arrière du piston libre sur une distance 1, alors 2 d 2 (d) d(D d))L 4 4 en gardant à l'esprit que le déplacement du piston libre résulte du déplacement vers l'arrière d'un volume de graisse égal au volume balayé par le mouvement vers l'avant de la tige de piston Le reste de la graisse, sur la distance L, est simplement transféré d'un côté du piston de commande à l'autre, sans affecter le déplacement du piston libre. De ce fait, le rapport de déplacement est L D 2 _ d 2 l d De plus, si la charge dans le ressort comprimé est P, la force agissant sur la tige de piston est Pl L Dans le mode de réalisation représenté, à titre d'exemple, pour un cylindre de 16 unités de diamètre interne et une tige de piston dont le diamètre est de 8 unités, le rapport de déplacement est de 3 à 1, ou, en d'autres mots, la quantité de graisse déplacée par une diminution de la longueur de la première chambre 21 de trois unités entrera dans la seconde chambre 22 et comprimera le ressort sur une distance d'une unité Ce rapport de déplacement peut, cepen- 1 O dant, Etre modifié conformément aux exigences particulières, en faisant varier le diamètre de la tige de piston et le diamètre du cylindre. Afin d'obtenir un écoulement de graisse au travers du piston de commande qui soit plus facile dans un sens que dans l'autre, un clapet flottant peut être monté sur un côté du piston de commande, afin de limiter davantage le passage au travers du piston de commande lorsque la pression est appliquée sur le clapet sur ce côté du piston de commande. Le piston de commande 11 représenté sur la figure 1 est muni d'un tel clapet flottant disposé sur le côté du piston de commande qui est opposé au piston libre 17, afin on de développer une résistance à l'écoulement de graisse qui est plus grande lorsque le dispositif est raccourci que lorsque le dispositif est allongé. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le piston de commande 11 est espacé par intervalles de la paroi du cylindre qui l'entoure, afin de délimiter des fents péri- phériques 19 destinées à l'écoulement de la graisse. Dans le mode de réalisation de la figure 4, le piston de commande est muni d'un clapet élastique 26, de forme cupulaire, disposé sur le côté du piston de commande opposé à la tige de piston afin de développer une résistance à l'écoulement de la graisse qui est plus grande lorsque le dispositif est raccourci que lorsque le dispositif est allongé Pendant le raccourcissement, la graisse s'écoule par des trous ménagés dans la base du piston de commande, tandis que pendant l'allongement, la graisse s'écoule par les mêmes trous et, en raison d'une déflection de la paroi élastique du piston, autour de la périphérie de ce dernier également. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le piston libre 117 a la forme d'un disque qui est situé entre le piston de commande Il et la paroi d'extrémité 14 du cylindre, de sorte que le piston libre 117 forme une paroi d'extrémité de la chambre 21, du côté opposé au piston de commande 11 Le ressort 20, dans ce mode de réalisation, est monté entre le piston libre 117 en forme de disque et la paroi d'extrémité 14 Sur les vues de détail des figures 5 a, 5 b et 5 c, on voit que le piston de commande- 11 présente des fentes péri- phériques lîb-et des orifices lia espacés vers l'intérieur, et que ce piston de commande 11 est équipé d'un clapet 27 annulaire et élastique Le clapet 27 est monté de manière à être déplacé par l'écoulement de graisse, au travers des orifices lia, du côté arrière du piston 11 vers le côté avant de ce dernier, mais de manière à fermer les orifices lia en réponse à un écoulement de graisse dans le sens opposé Ceci signifie, en conséquence,,qu'il se développe une plus grande résistance à l'écoulement dans ce dernier sens Cependant, les fentes périphériques llb sont constam- ment ouvertes. Lors du fonctionnement du mode de réalisation de la figure 5, un mouvement du piston de commande dans un sens correspondant à un raccourcissement de la longueur de la première chambre 21 entraîne le déplacement de la graisse par le piston vers la seconde chambre 22, sur l'arrière du piston de commande, en augmentant ainsi les longueurs combi- nées de la première et de la seconde chambre Cette augmen- tation totale de longueur est absorbée par le mouvement du piston libre 117 à l'encontre de la force de rappel du ressort 20 Après que le dispositif a été entièrement rétracté, la force potentielle du ressort 20 sollicitera le piston libre 117 vers le piston de commande 11, en forçant la graisse à s'écouler de la seconde chambre dans la première chambre, et ainsi en provoquant l'expansion du dispositif, dès que ce dernier est libre de s'allonger. En utilisant la même terminologie et les mêmes sym- boles que dans le cas de la figure 1, si le piston de com- mande se déplace vers l'avant sur une distance L, le piston libre est déplacé d'une distance 1, de sorte que 2 2 Ld = 1 D et le rapport de déplacement est L = D 1 d Si, comme précédemment, D est de 16 unités et d est de 8 unités, le rapport de déplacement du dispositif est de 4 à 1. Bien que le dispositif à cylindre et piston a été représenté et décrit comme contenant un ressort monté afin de rappeler le dispositif vers son état d'expansion, le res- sort pourrait être monté afin de rappeler le dispositif vers son état de rétraction. Le piston libre, muni d'un siège contre lequel s'appuie une extrémité du ressort 20, est également monté coulissant avec étanchéité autour de la tige 12 par une bague d'étanchéité 18, sur les figures 1,2,et 4 A l'intérieur du cylindre, la tige 12 présente une partie d'extrémité de diamètre réduit, autour de laquelle est monté le piston de commande 11, et une butée d'extrémité telle que 25 Sur les figures 1 et 2, le piston de commande 11 coulisse sur la partie de diamètre réduit de la tige 12, entre la butée d'extrémité 25 et l'épaulement formé entre la partie principale et la partie de diamètre réduit de la tige 12 Les orifices lla sont en forme de secteurs entourant la partie de diamètre réduit de la tige 12 et convergent vers le piston libre 170 Ainsi, lorsque le piston 11 vient contre la butée 25, un écoulement peut traverser les orifices lla alors que si le piston 11 est contre l'épaulement, aucun écoulement ne peut traverser les orifices lia, les fentes ilb restant ouvertes en permanence. REVENDICATIONS 1 Dispositif à cylindre et piston, capable d'accumuler de l'énergie et de libérer cette énergie afin de soulever un organe externe par rapport à un autre organe externe, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre creux ( 10) muni, à l'une de ses extré- mités, d'un premier organe de fermeture d'extrémité ( 14) comprenant un raccord ( 15) servant à relier le dispositif à un organe externe, et, à l'autre extrémité du cylindre creux, un second organe de fermeture d'extrémité dans lequel est ménagé un orifice, un piston de commande ( 11) monté coulis- sant dans le cylindre et dans lequel est ménagé au moins un orifice de limitation d'écoulement (la), une tige de piston ( 12) reliée au piston, la tige passant dans l'orifice du second organe de fermeture d'extrémité et étant montée coulissante dans cet orifice, ladite tige de piston portant, à son extrémité externe au cylindre, un second raccord ( 23) servant à relier le dispositif à un autre organe externe, un piston libre ( 17) monté coulissant dans le cylindre indépen- damment du piston de commande et de la tige de piston, un ressort ( 20) chargeant élastiquement le piston libre, et une charge d'un matériau non gazeux et capable de s'écouler dans le cylindre, ladite charge étant contenue dans une première chambre ( 21), d'un côté du piston de commande, et dans une seconde chambre ( 22), de l'autre c 8 té du piston de commande, ledit piston libre ( 17) servant de plus à délimiter l'une des chambres ( 21, 22), ledit orifice de limitation d'écoulement (lia) servant à relier lesdites chambres pour un écoulement dans l'un ou l'autre sens, en fonction de la charge externe sur lesdits premier et second raccords ( 15, 23), les longueurs axiales relatives des chambres ( 21, 22) étant ainsi modifiées, le ressort ( 20) sollicitant le piston libre ( 17) servant à s'opposer à l'écoulement, dans un sens, du matériau capable de s'écouler entre les chambres, la dif- férence de longueur axiale desdites chambres résultant-du mouvement du piston de commande ( 11) et de la tige de piston ( 12) par rapport au cylindre ( 10) entraînant un mouvement correspondant du piston libre ( 17) proportionnel au volume de fluide d'amortissement déplacé par la tige de piston. 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le piston libre ( 17) présente un orifice cen- tral et est monté coulissant sur la tige de piston ( 12), ledit piston libre étant muni de jointsd'étanchéité ( 18) coopérant avec la paroi interne du cylindre et avec la péri- phérie externe de la tige de piston, et ledit piston libre présentant un siège destiné-à recevoir une extrémité du ressort ( 20). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tige de piston présente une partie d'extrémité de diamètre réduit et une butée d'extré- mité ( 25), le piston de commande ( 11) étant monté coulissant sur ladite partie d'extrémité de diamètre réduit, et ledit piston de commande ( 11) présentant des fentes de restriction périphérique (ilb) qui sont ouvertes en permanence à l'écoulement du matériau non gazeux capable de s'écouler, ledit piston de commande ( 11) présentant également des ouvertures (lia) en forme de secteurs entourant ladite partie de diamètre réduit et convergents de sorte que lorsque le piston de commande vient en butée contre la butée d'extrémité ( 25), un écoulement peut traverser les ouver- tures (lia) en forme de secteurs, et que lorsque le piston de commande vient en butée contre l'épaulement formé entre la partie principale de la tige de piston et la partie d'extrémité de diamètre réduit, aucun écoulement ne peut se produire excepté par lesdites fentes (lib) dans la périphé- rie du piston. 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tige de piston ( 12) présente une partie d'extrémité de diamètre réduit et une butée d'extré- mité à l'extrémité libre de ladite partie d'extrémité de diamètre réduit, le piston de commande ( 11) comportant un disque rigide présentant des fentes périphériques (lib) ouvertes en permanence, et des orifices (lia) disposés il autour de ladite partie d'extrémité de la tige de piston, ainsi qu'un disque flexible et déformable ( 27) monté sur ladite partie d'extrémité, et qui coopère avec les orifices (la) du disque rigide afin d'empêcher l'écoulement du maté- riau non gazeux et capable de s'écoulerdans un sens de déplacement du piston de commande, et de permettre l'écou- lement dans le sens de déplacement opposé du piston de com- mande - Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le piston libre ( 17) présente un orifice cen- tral et est monté coulissant sur la tige de piston ( 12), ledit piston libre étant muni de joints d'étanchéité coopé- rant avec la paroi interne du cylindre et avec la périphérie externe de la tige de piston, et ce piston libre présentant un siège recevant une extrémité du ressortc( 20), le piston de commande ( 11) étant de forme cupulaire et muni d'une paroi latérale flexible ( 26) et la base de ce piston de com- mande présentant des orifices ouverts en permanence, la paroi latérale flexible ( 26) permettant le passage du maté- riau non gazeux capable de s'écouler, dans un sens de dépla- cement, et empêchant un tel écoulement dans le sens opposé, l'écoulement et donc le déplacement étant limités par le passage au travers des orifices ouverts en permanence. 6 Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le piston libre ( 117) est monté coulissant à l'intérieur de la première chambre ( 21) du cylindre ( 10). 7 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que, en fonctionnement, le ressort ( 20) est comprimé sur une distance d'une unité en réponse à un déplacement du piston de commande ( 11) et de la tige de piston ( 12) sur une distance allant de 3 à 4 unités.