Brevet FR2698143A1 — publié le 19940520

-1- La présente invention concerne un ressort pneumatique comportant une chambre principale modifiant son volume lors d'excursions du ressort, par exemple un soufflet pneumatique et qui peut, pour faire varier la progressivité des forces élastiques du ressort pneumatique, être reliée à une chambre additionnelle, ayant un volume sensiblement constant, et qui peut être isolée de cette chambre additionnelle, par l'intermédiaire d'une soupape. Des ressorts pneumatiques sont installés sur des véhicules automobiles, notamment également sur des camions, lorsqu'on doit garantir un confort particulièrement grand et lorsqu'en outre il doit être possible le cas échéant de modifier la garde au sol du véhicule en adaptation à différentes conditions d'utilisation La modification de la garde au sol est effectuée d'une manière classique en introduisant de l'air additionnel dans le ressort pneumatique ou bien en évacuant de l'air de ce ressort L'introduction ou l'évacuation d'air sont utilisées habituellement également pour modifier la progressivité des forces élastiques, en opérant par exemple, dans le cas de fortes compressions du ressort, par augmentation de la pression d'air dans le ressort et, dans le cas d'expansions excessives du ressort, en diminuant cette pression. A cet égard, on doit obligatoirement tenir compte du fait que, pendant la marche d'un véhicule, relativement beaucoup d'énergie sera nécessaire. Pour réduire autant que possible cette dépense d'énergie, il est connu en principe de combiner, de la manière indiquée ci-dessus, une chambre principale du ressort pneumatique, modifiant son volume lors d'excursions du ressort, avec une chambre additionnelle, ayant un volume sensiblement constant, et de commander la liaison entre les deux chambres au moyen d'une soupape. -2- La chambre additionnelle, pouvant être isolée par rapport à la chambre principale, offre la possibilité de modifier le volume d'air efficace pour le ressort Lorsque la soupape précitée, disposée entre la chambre principale et la chambre additionnelle, occupe sa position limite d'ouverture, un grand volume total est disponible, ce volume variant relativement peu, lors d'excursions élastiques du ressort pneumatique, car la variation de volume a seulement une valeur relativement petite par rapport à la grandeur du volume total Cela signifie que la pression d'air, quand la soupape est ouverte, varie seulement relativement peu pendant les excursions du ressort et le ressort pneumatique a une caractéristique d'élasticité ayant une progressivité relativement faible. Il est ainsi possible d'obtenir en marche un comportement particulièrement confortable Si nécessaire par exemple lorsqu'une course de compression du ressort dépasse une valeur de seuil prédéterminée -, la chambre additionnelle peut être rapidement fermée par rapport à la chambre principale de telle sorte que seulement le volume d'air se trouvant dans la chambre principale exerce une action de ressort Cela est également important par le fait que le rapport entre les variations du volume d'air à effet de ressort qui se produisent lors d'excursions du ressort et le volume total d'air se trouvant dans la chambre principale atteint une valeur relativement grande et le ressort pneumatique opère en correspondance avec une progressivité sensiblement amplifiée, c'est-à-dire qu'avec une augmentation de la course d'élasticité, on obtient une force de soutien du ressort pneumatique qui est nettement augmentée. En outre, il est possible de modifier comparativement fortement la caractéristique d'élasticité du ressort, quand la soupape est fermée, au moyen d'une introduction ou d'une évacuation de quantités d'air -3- comparativement petites par rapport à la chambre principale Des ressorts pneumatiques correspondants ont été décrits par exemple dans les documents suivants: JP-A 61-180034, DE-A 40 18 712, DE-A 34 44 577, DE-B 10 81 780, DE-B 11 44 127, DE-A 15 30 632 et EP-A 01 66 702. D'après le document cité en dernier, la soupape peut être agencée soit sous la forme d'une simple soupape de commutation, soit sous la forme d'une soupape d'étranglement pouvant être commandée Dans le premier cas, il est possible de produire seulement une commutation comparativement rapide entre l'état complètement ouvert et l'état complètement fermé Dans le dernier cas, il est possible de commander le débit d'air de la soupape. Dans le cas d'une position d'ouverture étranglée de la soupape, il faut cependant tenir compte du fait que l'influence de la chambre additionnelle sur la progressivité de la caractéristique d'élasticité du ressort peut devenir très petite car les variations de pressions dynamiques se produisant dans la chambre principale lors d'excursions élastiques du ressort ne peuvent pratiquement plus être transmises à la chambre additionnelle Au contraire, la chambre additionnelle sera "désaccouplée" dynamiquement de la chambre principale dans le cas d'un étranglement de la voie de liaison. D'après le document US-A 48 44 428, il est connu un ressort pneumatique dans lequel une chambre principale et une chambre additionnelle sont constamment reliées par l'intermédiaire d'un conduit étranglé et il est prévu entre les deux chambres un piston mobile en translation, dont le déplacement engendre respectivement une augmentation du volume d'une des chambres et simultanément une diminution du volume de l'autre chambre. Egalement de cette manière, il est possible de modifier la progressivité de la caractéristique d'élasticité du ressort. -4- En ce qui concerne un bon confort de suspension, il est souhaitable de pouvoir commander asymétriquement la voie de liaison entre la chambre principale et la chambre additionnelle de telle sorte qu'on puisse obtenir d'une part une fermeture rapide de cette voie et d'autre part une ouverture retardée Au moyen d'une fermeture rapide, il est possible que la suspension devienne plus dure sans effet de chocs et sans absorption sensible de puissance car d'une part le volume d'air agissant comme un ressort varie rapidement et d'autre part, uniquement par la fermeture de la voie de liaison, il ne se produit aucune variation de pression dans la chambre principale Par l'ouverture retardée de la voie de liaison, on tiendra compte du fait que, quand la voie de liaison est fermée entre la chambre principale et la chambre additionnelle en fonction de la course de suspension il peut se produire des différences de pressions relativement grandes qui, lors d'une ouverture brutale et exempte d'étranglement de la voie de liaison, peuvent engendrer des forces analogues à des chocs. Pour une telle commande de la voie de liaison, il n'a pas été signalé jusqu'à maintenant des possibilités de construction qui soient simples. Apparemment, le document DE-C 35 44 474 décrit une soupape dans laquelle la courbe caractéristique définissant la section d'ouverture en fonction de la course de la soupape a un profil fortement incurvé de sorte que, lors d'un écartement à partir de la position de fermeture quand la course d'ouverture augmente, il se créera une section d'ouverture initialement seulement petite et augmentant légèrement mais qui augmentera fortement seulement après la phase initiale d'ouverture. Cependant, la commande d'une soupape, qui doit être utilisée de la manière indiquée ci-dessus dans la voie de liaison entre la chambre principale et la chambre additionnelle d'un ressort pneumatique, est difficile, et notamment indépendamment de la structure de la soupape. Cela est basé sur le fait que, quand la soupape est fermée, il peut se produire en fonction des courses de la suspension des différences de pressions variant très fortement entre la chambre principale et la chambre additionnelle Il en résulte que le comportement d'ouverture de la soupape peut être soumis en correspondance à de fortes fluctuations. Pour cette raison, un objet de l'invention est d'améliorer le comportement de fonctionnement d'un ressort pneumatique du type défini ci-dessus à l'aide de nouveaux moyens pour commander la liaison entre la chambre principale et la chambre additionnelle. Ce problème est résolu conformément à l'invention en ce que la soupape comporte un corps obturateur, sollicité dans la direction d'ouverture par la pression régnant dans la chambre additionnelle, ainsi qu'un piston, relié au corps obturateur par l'intermédiaire d'une tige et pourvu d'une surface active sollicitée par la pression régnant dans la chambre additionnelle et d'une autre surface active pouvant être sollicitée par une pression pneumatique pouvant être commandée, et la surface active du piston qui est sollicitée par la pression de la chambre additionnelle est plus grande que la section du corps obturateur sollicitée par la pression de la chambre additionnelle. Avec l'agencement conforme à l'invention, on obtient que la pression dans la chambre additionnelle exerce toujours sur la soupape une force de fermeture, et notamment indépendamment de ce que la pression dans la chambre principale soit plus grande ou plus petite que la pression dans la chambre additionnelle. Ainsi les états de fonctionnement fortement variables du ressort pneumatique, et notamment les -6- différences de pressions fortement variables entre la chambre principale et la chambre additionnelle ont, lors de la disposition d'une soupape commandée par son siège, seulement encore une influence tout à fait secondaire sur son comportement d'ouverture. Cela offre la possibilité de faire intervenir des moyens d'une construction très simple pour la commande de la soupape. A cet égard, il est prévu conformément à une forme avantageuse de réalisation de l'invention qu'une chambre de commande puisse être reliée, sur le côté du piston pouvant être sollicité par la pression pneumatique pouvant être commandée, à une source de pression pneumatique par l'intermédiaire d'une voie étranglée et à une sortie d'air par l'intermédiaire d'une voie non étranglée. La sortie d'air non étranglée permet une fermeture rapide de la soupape La liaison étranglée entre la chambre de commande et la source de pression permet d'une part, quand la soupape est fermée, une augmentation rapide de la pression dans la chambre de commande car son volume ne varie pas tant que la soupape se trouve encore dans la position de fermeture Ensuite aussitôt que, dans le cas o la pression de commande continue à augmenter, la soupape commence à s'ouvrir, il sera nécessaire, pour produire une augmentation additionnelle de pression dans la chambre de commande, de faire intervenir une quantité d'air comparativement grande car maintenant le volume de la chambre de commande augmente d'une façon analogue à la course d'ouverture de la soupape Dans ce cas, l'étranglement empêche maintenant une introduction rapide de grandes quantités d'air de sorte que la course d'ouverture de la soupape pourra s'effectuer seulement de façon retardée ou bien avec une petite vitesse. Ce comportement de fonctionnement de la soupape -7- s'établit obligatoirement, et notamment sans aucune régulation de la pression dans la chambre de commande Au contraire, il est suffisant que la chambre de commande soit reliée, pour la fermeture de la soupape, de façon non étranglée à la sortie d'air, et pour une ouverture lente de la soupape, de façon étranglée à la source de pression pneumatique. En outre, on peut judicieusement prévoir que la commande de la soupape soit effectuée fluidiquement, notamment pneumatiquement, et notamment de telle sorte que, pour la commande de la soupape, on utilise un dispositif fluidique de refoulement, qui soit sollicité par une pression fluidique pour l'ouverture de la soupape ou bien qui soit déchargé de la pression fluidique pour la fermeture de la soupape, la sollicitation en pression étant effectuée par l'intermédiaire d'un conduit étranglé et la décharge en pression étant effectuée par l'intermédiaire d'un conduit non étranglé De cette manière, le mouvement d'ouverture de la soupape sera ralenti mais il sera possible de maintenir une fermeture rapide. Selon encore d'autres caractéristiques du ressort pneumatique conforme à l'invention: La soupape peut être commandée pour s'ouvrir de façon pulsée. La soupape est agencée comme une soupape à siège et il est prévu sur le siège et sur le corps obturateur de la soupape des surfaces d'étanchéité ou des bagues d'étanchéité se recouvrant étroitement mutuellement et qui, au début d'une course d'ouverture, produisent initialement seulement l'ouverture d'un intervalle d'étranglement. Le piston forme une chambre de commande par rapport à la chambre additionnelle et la pression dans la chambre de commande peut être commandée de telle sorte que -8- la chambre de commande puisse être reliée, en vue d'une sollicitation en pression, à une source de pression par l'intermédiaire d'un conduit étranglé et, en vue d'une décharge de pression, à un orifice de sortie par l'intermédiaire d'un conduit non étranglé. La chambre additionnelle est disposée dans le piston d'un soufflet pneumatique ou dans des cavités pouvant être reliées ou communiquant avec le piston. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La Figure 1 est une vue en coupe schématisée d'un ressort pneumatique conforme à l'invention, la Figure 2 est une vue en coupe schématisée d'une soupape, commandée pneumatiquement, pour la liaison entre la chambre principale et la chambre additionnelle, la Figure 3 est une vue en coupe des surfaces d'étanchéité du siège et du corps obturateur de la soupape précitée, et la Figure 4 met en évidence, sous la forme d'un schéma de couplage, le système de commande de la soupape précitée. Conformément à la Figure 1, il est prévu, entre une masse suspendue 1, qui est constituée dans le cas d'un véhicule par la caisse de ce dernier, et une masse non suspendue 2, qui est constituée dans le cas d'un véhicule par des éléments de guidage de roues ou d'essieux et analogues, un ressort pneumatique 3, qui se compose dans l'essentiel, et d'un manière connue en principe, d'un soufflet élastique 4 installé sur la masse suspendue 1 et également d'un piston 5, pouvant s'engager dans le soufflet et qui est installé sur la masse non suspendue 2. Lors d'excursions de la suspension, le volume du soufflet élastique 4 varie de telle sorte que la -9- pression d'air dans le soufflet 4 augmente lors de mouvements de rentrée de la suspension et diminue lors de mouvements de sortie de la suspension. Par l'intermédiare d'une soupape de commande, non représentée, la pression d'air fournie par une source de pression, non représentée, par exemple un compresseur, peut être introduite dans le soufflet 4 ou bien évacuée de celui-ci vers l'extérieur De cette manière, il est possible d'obtenir une augmentation ou une diminution additionnelles de la pression dans le soufflet 4 du ressort pneumatique. Le volume intérieur du soufflet 4 forme une chambre principale, de volume variable, du ressort pneumatique 3 et il peut être relié, par l'intermédiaire d'une soupape 6 qui dégage une grande section de passage d'écoulement dans l'état complètement ouvert, avec une chambre additionnelle 7, comportant un volume sensiblement constant et qui est disposée dans des cavités du piston ou bien dans des cavités communiquantes de la masse non suspendue 2. Au moyen d'une autre soupape 8 de même genre, il est possible le cas échéant de faire intervenir encore une autre chambre additionnelle 9. Quand les deux soupapes 6 et 8 sont ouvertes, un grand volume d'air ayant l'efficacité d'un ressort est disponible et à cet égard le volume total, lors d'excursions de la suspension, sera modifié d'une façon relativement faible En correspondance, également les variations de pression, engendrées par les excursions de la suspension, de l'air enfermé dans le soufflet 4 et les chambres additionnelles 7 et 9 sont relativement petites, c'est-à-dire que le ressort pneumatique 3 fonctionne avec une faible progressivité Suivant que seulement la soupape 8 ou bien la soupape 6 est fermée, le volume d'air agissant comme un ressort peut être réduit plus ou moins fortement, avec pour conséquence que les variations, engendrées par des excursions de la suspension, du volume d'air agissant comme un ressort auront une grandeur correspondante par comparaison au5 volume d'air total agissant comme un ressort et que le ressort pneumatique fonctionnera avec une progressivité plus forte. Sur la Figure 2, seulement la soupape 6 est représentée de façon schématisée. Conformément à la Figure 2, la soupape 6 commande une ouverture 10 de grande section qui est prévue dans une paroi entre le volume intérieur F du soufflet de ressort 4 et le volume intérieur K de la partie de la chambre additionnelle 7 qui est située dans le piston roulant 5. La soupape 6 comporte un corps obturateur 11 en forme de plateau, qui s'appuie dans l'état de fermeture, représenté, sur un ciel 12 situé sur le bord de l'ouverture 10. Au moyen d'une tige 14, guidée en translation de glissement dans un guide 13, le corps obturateur 11 de la soupape est relié à un piston en forme de plateau, qui est guidé en translation de glissement dans un cylindre correspondant et qui est sollicité, sur son côté dirigé vers le corps obturateur 11, par la pression PK régnant dans la chambre additionnelle 7 et, sur son côté opposé au corps obturateur 11, par une pression de commande ps régnant dans une chambre de commande 17. La surface active, dirigée vers le corps obturateur 11 de la soupape, du piston 15 est plus grande que le côté frontal, dirigé vers le piston 15, du corps obturateur 11 qui, dans l'état fermé de la soupape 6, sera sollicité par la pression PK régnant dans la chambre additionnelle Ainsi la pression PK produit toujours une force orientée dans le sens de fermeture du corps -11- obturateur 11 de la soupape. L'autre côté du corps obturateur 11 est sollicité par la pression PF régnant à l'intérieur du soufflet 4 Cette pression PF est, lorsque la soupape 6 est complètement ouverte, pratiquement égale à la pression PKLorsque la pression de commande p S dans la chambre de commande 17 a une valeur suffisamment grande, le piston 15 et le corps obturateur 11 de la soupape sont soulevés à partir de la position représentée sur la Figure 2 de sorte que la soupape 6 s'ouvre Quand la pression dans la chambre de commande 17 diminue d'une valeur suffisante par rapport à la pression PK dans la chambre additionnelle 7 ou bien la pression PF dans le soufflet 4, la soupape 6 se ferme. Pour commander la pression dans la chambre de commande 17, il est prévu le circuit de commande représenté sur la Figure 4 En fonction de la position de commande d'une soupape de commutation 18, la chambre de commande 17 est reliée à une source de pression pneumatique ou à un compresseur 19 ou bien comme le montre la Figure 4 elle est reliée à une sortie d'air Entre la soupape de commutation 18 et la chambre de commande 17, il est prévu un étranglement 21 qui est disposé en parallèle à un clapet anti-retour 22, qui sera ouvert par la pression régnant dans la chambre de commande 17 aussitôt que la soupape de commutation 18 sera amenée dans la position représentée Ainsi la chambre de commande 17 peut être déchargée de la pression pneumatique pratiquement de façon exempte d'étranglement aussitôt que la soupape de commutation 18 est amenée dans la position représentée Par contre, quand la soupape de commutation 18 est amenée dans son autre position, le clapet antiretour 22 se ferme et l'air comprimé provenant de la source de pression 19 peut seulement pénétrer dans la -12- chambre de commande 17 par l'intermédiaire de l'étranglement 21 En correspondance, l'augmentation de la pression dans la chambre de commande 17 est retardée. En correspondance on obtient avec l'agencement représenté sur la Figure 4 que la soupape 6, lorsque la soupape de commutation 18 est amenée dans la position non représentée, s'ouvre relativement lentement alors que cependant, lorsque la soupape de commutation 18 est amenée dans la position représentée, la soupape peut se fermer rapidement. De cette manière on obtient d'une part une fermeture rapide et d'autre part une ouverture retardée de la soupape 6 au moyen d'une phase de préouverture dans laquelle le corps obturateur 11 dégage une section d'ouverture faible dans tous les cas de sorte qu'entre la chambre additionnelle 7 et la chambre principale 4, initialement seulement une liaison étranglée est ouverte et l'égalisation de pression entre les deux chambres précitées est possible seulement lentement. La commande de la soupape de commutation 18 est constamment contrôlée pour vérifier que le fonctionnement est correct Si un défaut de fonctionnement était détecté, alors la soupape de commutation 18 serait isolée de sa source d'énergie, par exemple une source de courant électrique, de telle sorte qu'elle serait amenée obligatoirement, par un ressort de rappel ou analogue, dans la position représentée, o la chambre de commande 17 reste pratiquement sans pression Ainsi la soupape 6 prend obligatoirement sa position de fermeture de sorte que, dans de tels cas, seulement le volume d'air se trouvant dans le soufflet 4 agit à la façon d'un ressort et que le ressort pneumatique 3 fonctionne avec une grande progressivité correspondante On est ainsi assuré d'obtenir dans tous les cas un comportement de fonctionnement sûr du ressort pneumatique 3 même -13- également avec une diminution du confort -. Conformément à la Figure 3, le corps obturateur 11 et le siège 12 de la soupape 6 peuvent comporter chacun des bagues d'étanchéité 23, 24, venant s'appliquer axialement l'une contre l'autre dans la position de fermeture de cette soupape 6 et qui sont agencées de telle sorte que, quand l'excursion d'ouverture du corps obturateur 11 commence, initialement seulement un intervalle très étroit, exerçant une forte action d'étranglement, soit ouvert De cette manière, on est assuré que, lors de l'ouverture de la soupape 6, seulement un équilibrage de pression retardé soit possible entre les volumes intérieurs F et K. Dans l'exemple représenté sur la Figure 3, la bague d'étanchéité 23, qui fait partie du siège de soupape 12, est agencée sous la forme d'une bague métallique, qui est vissée au moyen d'une partie formant support La bague d'étanchéité 24 prévue sur le corps obturateur 11 de la soupape se compose d'une matière élastomère et elle est engagée dans une rainure du corps 11 Pour le maintien ou la fixation de la bague d'étanchéité 24, il est prévu un disque annulaire 25 ainsi qu'un disque de blocage 26 Pour éviter que de l'air soit emprisonné par la bague d'étanchéité 24 à l'intérieur de la rainure réceptrice prévue dans le corps obturateur 11 de la soupape, et qui pourrait alors empêcher un engagement complet de la bague d'étanchéité 24 dans la rainure, il est prévu dans le corps obturateur 11 de la soupape plusieurs petits trous 27 pour assurer la désaération de la rainure précitée. -14- REVENDICATIONS 1 Ressort pneumatique comportant une chambre principale (F) modifiant son volume lors d'excursions du ressort, par exemple un soufflet pneumatique et qui peut, pour faire varier la progressivité des forces élastiques du ressort pneumatique, être reliée à une chambre additionnelle (K), ayant un volume sensiblement constant, et qui peut être isolée de cette chambre additionnelle, par l'intermédiaire d'une soupape ( 6), caractérisé en ce que la soupape ( 6) comporte un corps obturateur ( 11), sollicité dans la direction d'ouverture par la pression régnant dans la chambre additionnelle (K), ainsi qu'un piston ( 15), relié au corps obturateur par l'intermédiaire d'une tige ( 14) et pourvu d'une surface active sollicitée par la pression régnant dans la chambre additionnelle (K) et d'une autre surface active pouvant être sollicitée par une pression pneumatique (ps) pouvant être commandée, et la surface active du piston ( 15) qui est sollicitée par la pression de la chambre additionnelle (K) est plus grande que la section du corps obturateur ( 11) sollicité par la pression de la chambre additionnelle (K). 2 Ressort pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape ( 6) peut être commandée pour s'ouvrir de façon pulsée. 3 Ressort pneumatique selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la soupape ( 6) est agencée comme une soupape à siège et il est prévu sur le siège ( 12) et sur le corps obturateur ( 11) de la soupape des surfaces d'étanchéité ou des bagues d'étanchéité ( 23, 24) se recouvrant étroitement mutuellement et qui, au début d'une course d'ouverture, produisent initialement seulement l'ouverture d'un intervalle d'étranglement. 4 Ressort pneumatique selon une des -15- revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le piston ( 15) forme une chambre de commande ( 17) par rapport à la chambre additionnelle (K) et la pression (ps) dans la chambre de commande ( 17) peut être commandée de telle sorte que la chambre de commande ( 17) puisse être reliée, en vue d'une sollicitation en pression, à une source de pression ( 19) par l'intermédiaire d'un conduit étranglé ( 21) et, en vue d'une décharge de pression, à un orifice de sortie ( 20) par l'intermédiaire d'un conduit non étranglé ( 22). Ressort pneumatique selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la chambre additionnelle (K) est située dans le piston ( 5) d'un soufflet pneumatique ( 4) ou dans des cavités pouvant être reliées ou communiquant avec le piston ( 5).