Brevet FR2653726A1 — publié le 19910503

L'invention concerne un servomoteur pneumatique d'assistance au freinage et s'applique avantageusement à tous les véhicules automobiles dont le circuit de freinage est équipé d'un tel servomoteur. Dans le document FR-A-2 597 821, on a décrit un servomoteur d'assistance au freinage de conception classique. Ce servomoteur comprend notamment une enveloppe extérieure dans laquelle une chambre avant et une chambre arrière sont formées de part et d'autre d'une membrane souple, fixée de façon étanche sur un piston creux mobile selon l'axe du servomoteur. La chambre avant est reliée en permanence à une source de vide, alors que la chambre arrière communique par l'intermédiaire de deux valves contrôlées par un clapet commun, soit avec la chambre avant, soit avec l'atmosphère extérieure. Les positions occupées par ces valves dépendent de la position d'une tige de commande reliée à la pédale de frein et disposée selon l'axe du servomoteur, à l'intérieur du piston creux.Plus précisément, l'extrémité avant de la tige de commande porte un plongeur qui dispose d'un jeu axial prédéterminé à l'intérieur du piston. Ce jeu est tel que le claplet commun aux deux valves est en appui étanche sur un siège de valve formé sur le plongeur et dégagé d'un siège de valve formé sur le piston lorsque la tige de commande occupe sa position arrière de repos. La chambre arrière communique alors avec la chambre avant et le piston est appliqué contre une surface de butée arrière formée sur l'enveloppe extérieure, sous l'action d'un ressort de rappel. Au contraire, le clapet commun aux deux valves est en appui étanche sur le siège de valve formé sur le piston et espacé du siège de valve formé sur le plongeur lorsque la tige de commande est déplacée vers l'avant sous l'effet d'un actionnement de la pédale de frein. La communication entre les chambres avant et arrière est alors interrompue et cette dernière est mise en communication avec l'atmosphère extérieure. Le piston du servomoteur se déplace donc vers l'avant sous l'effet de la différence de pression entre les chambres arrière et avant, entraînant dans son mouvement une tige de sortie du servomoteur, qui actionne le piston d'un maître-cylindre du circuit de freinage. L'assistance au freinage est ainsi assurée. La description qui précède fait apparaître que c'est la course dont dispose le plongeur à l'intérieur du piston du servomoteur qui détermine successivement, lors de l'actionnement de la pédale de frein, la fermeture de la première valve par laquelle les chambres avant et arrière communiquent entre elles au repos, puis l'ouverture de la deuxième valve par laquelle la chambre arrière est ensuite mise en communication avec l'atmosphère extérieure. Dans le document précité, cette course est effectuée sous l'effet de l'actionnement de la pédale de frein, sur laquelle il faut d'abord exercer un effort important avant que le maître-cylindre soit lui-même actionné et que l'action de freinage proprement dite intervienne. L'effort sur la pédale de frein est principalement destiné à vaincre la force du ressort de rappel en position de repos de la tige de commande. L'invention a donc pour objet un servomoteur pneumatique d'assistance au freinage dans lequel l'effort à exercer sur la tige de commande pour actionner la tige de sortie soit réduit au minimum. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un servomoteur pneumatique d'assistance au freinage comprenant une enveloppe extérieure d'axe X-X donné, dans laquelle sont montés de façon mobile selon ledit axe, un piston creux d'assistance divisant l'enveloppe en une chambre avant et une chambre arrière, une tige de commande portant un plongeur logé dans un alésage du piston, et une tige de poussée, des moyens d'assistance logés dans ladite enveloppe étant commandés par un déplacement du plongeur vers l'avant et ayant pour effet de déplacer le piston vers l'avant, un disque de réaction en un matériau déformable étant interposé entre une face avant annulaire du piston et une face arrière de la tige de poussée, de telle sorte qu'un jeu est normalement formé au repos entre une face avant du plongeur et ce disque de réaction, caractérisé par le fait que des moyens sont prévus pour assister le déplacement du plongeur dans le piston. Un mode particulier de réalisation de l'invention va maintenant être décrit, à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé dans lequel - la Figure unique est une vue de côté en coupe longitudinale, représentant la partie centrale d'un servomoteur pneumatique d'assistance au freinage réalisé conformément à l'invention. La Figure représente une partie d'un servomoteur d'assistance au freinage prévu pour être placé de façon habituelle entre la pédale de frein d'un véhicule et le maître-cylindre commandant le circuit de freinage hydraulique de ce véhicule. Par convention, on appelle avant du servomoteur la partie de ce dernier tournée vers le maître-cylindre et arrière du servomoteur la partie tournée vers la pédale de frein. Le servomoteur de la Figure comprend une enveloppe extérieure 10 en forme de coquille, présentant une symétrie de révolution autour d'un axe X-X. Seule la partie centrale arrière de cette enveloppe 10 est représentée sur la Figure. Une membrane souple en élastomère 12, renforcée dans sa partie centrale par un disque support métallique 14, définit à l'intérieur de l'espace délimité par l'enveloppe 10 une chambre avant 16 et une chambre arrière 18. Le bord périphérique extérieur (non représenté) de la membrane 12 est fixé de façon étanche sur l'enveloppe extérieure 10. Le bord périphérique intérieur de cette même membrane se termine par un bourrelet reçu de façon étanche dans une gorge annulaire formée sur la surface périphérique extérieure d'un piston creux d'assistance 20 disposé selon l'axe X-X du servomoteur. Ce piston creux 20 se prolonge vers l'arrière sous la forme d'une partie tubulaire qui traverse de façon étanche la paroi arrière de l'enveloppe 10.L'étanchéité de cette traversée est assurée par un joint d'étanchéité annulaire armé 22 qui est fixé par une bague 24 dans une partie centrale tubulaire prolongeant vers l'arrière la paroi arrière de l'enveloppe 10. Un ressort de compression (non représenté) interposé entre le piston 20 et la paroi avant (non représentée) de l'enveloppe extérieure 10 maintient normalement le piston dans une position arrière de repos illustrée sur la Figure, dans laquelle la chambre arrière 18 présente son volume minimal et la chambre avant 16 son volume maximal. Dans sa partie centrale située entre la partie arrière tubulaire et la partie avant dans laquelle est fixée la membrane 12, le piston 20 présente un alésage étagé 26 dans lequel est reçu en coulissement un plongeur 28 présentant également une symétrie de révolution autour de l'axe X-X. L'extrémité avant d'une tige de commande 30 du servomoteur, disposée également selon l'axe X-X, est montée rotulante dans le plongeur 28. L'extrémité arrière (non représentée) de cette tige 30, qui fait saillie à l'extérieur de la partie tubulaire du piston 20, est commandée directement par la pédale de frein du véhicule. L'espace annulaire délimité entre la tige de commande 30 et la partie tubulaire du piston 20 débouche vers l'extérieur, à l'arrière du servomoteur. Vers l'avant, ce même espace annulaire peut communiquer avec la chambre arrière 18 au travers d'un passage radial 32 formé dans la partie centrale du piston, lorsque des moyens d'assistance commandés par le plongeur 28 sont actionnés. De façon classique, ces moyens d'assistance comprennent une valve trois voies comportant un clapet annulaire 34 monté dans la partie tubulaire du piston et deux sièges de valve annulaire 20a et 28a formés respectivement sur la partie centrale du piston 20 et sur le plongeur 28. Le clapet 34 constitue l'extrémité avant, de plus petit diamètre, d'un manchon souple en élastomère dont l'extrémité arrière se termine par un bourrelet monté de façon étanche à l'intérieur de la partie tubulaire du piston 20. Ce bourrelet est maintenu en place par une coupelle métallique 36, sur laquelle prend appui un ressort de compression 38 tendant à déplacer le clapet 34 vers l'avant. Le siège de valve annulaire 28a est formé sur la face d'extrémité arrière du plongeur 28. De façon comparable, le siège de valve annulaire 20a est formé sur la face d'extrémité arrière de la partie centrale du piston 20, autour du siège 28a. Selon la position du plongeur 28 à l'intérieur du piston 20, cet agencement permet au clapet 34 d'être constamment en appui étanche avec l'un au moins des sièges de valve 28a et 20a sous l'action du ressort 38. Un second passage 33 est formé dans la partie centrale du piston 20, approximativement parallèlement à son axe X-X, pour faire communiquer la chambre avant 16 du servomoteur avec une chambre annulaire formée autour du clapet 34, à l'intérieur de la partie tubulaire du piston. Lorsque le plongeur 28 occupe sa position arrière de repos illustrée sur la Figure, dans laquelle le clapet 34 est en appui étanche sur le siège 28a du plongeur et écarté du siège 20a du piston, les chambres avant 16 et arrière 18 du servomoteur communiquent ainsi entre elles par les passages 33 et 32. D'une manière en elle-même connue, au moins un organe de butée 40 monté dans la partie centrale du piston 20 délimite la course axiale du plongeur 28 à l'intérieur de ce dernier. Le plongeur 28 est normalement maintenu dans la position arrière de repos définie par l'organe 40 au moyen d'un ressort de compression 42 interposé entre la coupelle 36 et une rondelle 44 elle-même en appui sur un épaulement formé sur la tige de commande 30. Dans sa partie centrale, le piston 20 comprend une face avant annulaire 20b au centre de laquelle débouche l'alésage 26. Cette face avant annulaire 20b du piston 20 agit sur une face arrière 46a d'une tige de poussée 46, au travers d'un disque de réaction 48 en un matériau déformable tel qu'un élastomère. De façon plus précise, la tige de poussée 46 et le disque de réaction 48 sont disposés selon l'axe X-X du servomoteur, dans le prolongement de la tige de commande 30 et du plongeur 28. Le fonctionnement du servomoteur va maintenant être décrit. Lorsque le servomoteur est installé sur un véhicule, la chambre avant 16 communique en permanence avec une source de vide. Dans un premier temps, l'actionnement de la pédale de frein par le conducteur a pour effet de rattraper la course morte existant initialement entre le clapet 34 et le siège de valve 20a formé sur le piston 20. Les chambres avant 16 et arrière 18 du servomoteur sont alors isolées l'une de l'autre. Dans cette première phase de l'actionnement du servomoteur, la force exercée sur la tige de commande 30 n'engendre aucune force sur la tige de poussée 46 à la sortie du servomoteur, et n'a pour seul effet que de comprimer le ressort 42 jusqu'à ce que le plongeur 28 ait suffisamment avancé pour que le clapet 34 vienne se poser sur le siège 20a du piston 20. En contrepartie de la force qu'il faut exercer pour comprimer le ressort 42, il faut noter que l'ensemble formé par le clapet 34 et le plongeur 28 est soumis sur sa face arrière à la pression atmosphérique et sur sa face avant à la dépression régnant dans les chambres 16 et 18. Ils ont donc tendance à se mouvoir vers l'avant, cette tendance étant contrariée par le ressort 42 qui doit donc exercer au repos une force suffisante, mais fournissant une certaine assistance à l'actionnement de la tige de commande 30. Dans une deuxième phase de l'actionnement du frein, le plongeur 28 est déplacé suffisamment vers l'avant pour que le clapet 34 soit en contact étanche avec le siège 20a du piston et avec le siège 28a du plongeur. Dans ces conditions, la chambre arrière 18 du servomoteur est isolée de la chambre avant 16. Dans cette position, l'ensemble formé par le clapet 34 et le plongeur 28 est toujours soumis sur sa face arrière à la pression atmosphérique, et il n'est soumis à la dépression que sur la surface délimitée par le siège 20a, et non plus sur sa surface totale. Il y a donc diminution de la force avec laquelle le clapet 34 et le palpeur 28 sont attirés vers l'avant, et corrélativement, il faudra exercer sur la tige de commande 30 une force plus grande pour continuer de la faire avancer, l'assistance fournie par la pression différentielle étant moindre. Dans une troisième phase de l'actionnement du frein, le plongeur 28 est encore déplacé vers l'avant de façon à ce que le clapet 34 soit en contact étanche avec le siège 20a du piston et espacé du siège 28a du plongeur. Dans ces conditions, la chambre arrière 18 du servomoteur est isolée de la chambre avant 16 et communique avec l'atmosphère. Une force d'assistance est donc engendrée qui tend à déplacer le piston 20 vers l'avant. Ce déplacement est transmis à la tige de poussée 46 par le disque de réaction 48 jusqu'à ce que ce dernier remplisse totalement l'espace correspondant au jeu qui le sépare initialement de la face avant du plongeur, phénomène connu sous le nom de "saut" du servomoteur. Durant cette troisième phase, il est bien clair qu'aussi bien le clapet 34 que le plongeur 28 sont soumis sur leurs deux faces à la pression atmosphérique, et que donc l'assistance qui existait dans les deux premières phases de fonctionnement a disparu, ce qui se traduit par une nouvelle augmentation de l'effort à exercer sur la tige de commande 30. On comprend donc que, lors du commencement d'une action de freinage, il faut exercer sur la tige de commande 30 une force constamment croissante, d'une part pour comprimer de plus en plus le ressort 42, et d'autre part pour compenser la diminution constante de l'assistance à l'avancement de la tige de commande, pour qu'enfin la course morte et le jeu J soient rattrapés et que le servomoteur commence à fournir l'assistance au freinage et actionne le maître-cylindre. Pour remédier à cette situation, il est prévu, conformément à l'invention, de procurer une assistance au déplacement de la tige de commande 30 par rapport au piston 20, jusqu'à ce que l'assistance procurée par le piston 20 entre en action, c'est à dire pendant les deuxième et troisième phases décrites plus haut, de façon à pouvoir utiliser un ressort 42 de raideur plus faible, et donc rendre l'effort initial d'actionnement moindre. Dans l'exemple représenté, cette assitance est pneumatique, et elle est obtenue par la différence entre la pression atmosphérique et la pression régnant dans la chambre 16. Pour ce faire, le coulissement du palpeur 28 dans l'alésage étagé 26 est réalisé de façon étanche grâce à un joint 27. On détermine donc ainsi entre l'alésage 26, le plongeur 28 et le disque de réaction 48 un volume 29, qui est mis en communication avec la chambre 16 au moyen d'une ouverture 31 pratiquée dans le piston 20 et qui débouche dans le passage 33. Ainsi, grâce à ce volume 29, constituant une chambre auxiliaire, le fonctionnement du servomoteur se trouve amélioré. En effet, dans la première phase de fonctionnement, l'assistance au déplacement de la tige de commande 30, et donc du palpeur 28, par rapport au piston 20, est maximale, comme précédemment, puisque la différentielle de pression s' applique sur la totalité de la surface du clapet 34 et du plongeur 28. Par contre, dans les phases de fonctionnement suivantes, le plongeur 28 sera toujours soumis, sur sa face arrière, à la pression atmosphérique et sur sa face avant, au vide présent en permanence dans la chambre avant 16. Le déplacement du plongeur 28 dans le piston 20 se trouve donc toujours assisté jusqu'à ce que le piston 20 lui-même se mette en mouvement. On a pu mesurer que grâce à cette disposition, la force qu'il est nécessaire d'appliquer à la tige de commande 30 pour actionner le servomoteur se trouvait réduite de plus de 2 daN. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais en couvre toutes les variantes. Ainsi, on comprendra aisément que l'invention s'applique à tous les servomoteurs d'assistance au freinage existants, quelle que soit leur structure particulière. On pourra par exemple prévoir des rainures sur la partie avant du plongeur pour assurer une meilleure communication entre la chambre avant et l'espace situé entre le plongeur et le disque de réaction. REVENDICATIONS 1. Servomoteur d'assistance au freinage comprenant une enveloppe extérieure (10) d'axe (X-X) donné, dans laquelle sont montés de façon mobile selon ledit axe, un piston creux d'assistance (20) divisant l'enveloppe en une chambre avant (16) et une chambre arrière (18), une tige de commande (30) portant un plongeur (28) logé dans un alésage (26) du piston, et une tige de poussée (46), des moyens d'assistance (34, 20a, 28a) logés dans ladite enveloppe étant commandés par un déplacement du plongeur vers l'avant et ayant pour effet de déplacer le piston vers l'avant, un disque de réaction (48) en un matériau déformable étant interposé entre une face avant annulaire (20b) du piston et une face arrière (46a) de la tige de poussée, de telle sorte qu'un jeu est normalement formé au repos entre une face avant (28b) du plongeur et ce disque de réaction, caractérisé par le fait que des moyens (27, 31) sont prévus pour assister le déplacement du plongeur (28) dans le piston (20). 2. Servomoteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le plongeur (28) coulisse de façon étanche dans le piston (20) par l'intermédiaire d'un joint (27). 3. Servomoteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le joint (27) délimite dans l'alésage (26) un volume (29). 4. Servomoteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le volume (29) est mis en communication avec la chambre avant (16) par un passage (31) dans le piston (20). 5. Servomoteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le volume (29) communique avec l'espace formé entre la face avant (28b) du plongeur et le disque de réaction.