Brevet FR2761435A1 — publié le 19981002

i L'invention se rapporte à une unité à piston-et-cylindre, comportant un piston qui est guidé de façon axialement mobile avec une tige de piston et qui divise un cylindre en deux chambres de travail, et comportant une soupape d'obturation qui obture une liaison d'écoulement entre les deux chambres de travail dans un état de fonctionnement stationnaire, dans laquelle la soupape d'obturation présente un élément de soupape constitué par un anneau d'étanchement axialement mobile et étanchant en direction radiale, en association avec un siège de soupape. On connaît du document DE 33 01 544 A1 une unité à piston-et- cylindre comportant un piston qui est guidé de façon axialement mobile avec une tige de piston et qui divise un cylindre en deux chambres de travail, et comportant une soupape d'obturation qui obture une liaison d'écoulement entre les deux chambres de travail dans un état de fonctionnement stationnaire, la soupape d'obturation présentant un élément de soupape constitué par un anneau d'étanchement axialement mobile et étanchant en direction axiale en association avec un siège de soupape. Dans cette unité à piston-et-cylindre, se pose le problème que l'étanchéité de la soupape d'obturation exige une fabrication très précise. On a agencé un ressort sur la face arrière du disque d'étanchement, qui met sous précontrainte le disque d'étanchement vers un siège de soupape. Le ressort est réalisé de sorte que sa spire d'extrémité est meulée. C'est pourquoi la force de sollicitation du ressort sur le disque de soupape est dans certaines circonstances irrégulière, de sorte qu'il peut se produire une légère mise en oblique du disque d'étanchement. La conséquence en est un taux de fuite de l'on doit éviter. Il se pose des difficultés structurelles du fait qu'il doit exister une fente annulaire notable (voir chiffre de référence 13), et en supplément un orifice de soupape (voir chiffre de référence 18), pour assurer un fonctionnement parfait. Le petit espace structurel radial restreint les sections d'écoulement possibles desdites liaisons entre les chambres de travail. On connaît du document DE 44 31 626 Ai une unité à piston-et- cylindre qui présente une soupape d'obturation, dans laquelle des surfaces sollicitées en pression et présentant différentes tailles, en association avec une pression dynamique, maintiennent la soupape d'obturation dans une position ouverte. La raison de cette réalisation de la soupape consiste en ce que la soupape d'obturation demeure dans la position ouverte avec application de la force la plus faible possible. Une unité à piston-et-cylindre présentant un gaz précomprimé est en permanence déployée une fois que la soupape d'obturation est ouverte, jusqu'à ce l'on amène à l'arrêt l'unité à piston-et-cylindre à la main et que l'on établisse une compensation de pression qui annule la pression dynamique. L'idée fondamentale de cette soupape d'obturation diffère tout à fait de celle dans le document DE 33 01 544. L'objectif sous-jacent à la présente invention est de développer une unité à piston-et-cylindre qui présente une soupape d'obturation avec un taux de fuite le plus faible possible. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par le fait que le siège de soupape est soutenu sur sa face arrière par un poussoir et que le poussoir forme conjointement avec le siège de soupape une chambre d'évacuation qui présente un orifice d'évacuation dimensionné de telle sorte qu'il permet une évacuation sans étranglement et qu'il empêche l'établissement d'une pression dynamique dans la chambre d'évacuation. Le poussoir guide à force l'élément de soupape, qui est formé par un anneau d'étanchement, de façon régulière et sans mise en oblique, d'une position de la soupape à l'autre. Avantageusement, l'orifice d'évacuation assure qu'aucune pression ne puisse s'établir dans la chambre d'évacuation, qui aurait une influence sur le comportement de commutation de la soupape. Dans une autre réalisation avantageuse, le poussoir est constitué par une douille de guidage et par une surface de poussoir en forme d'anneau circulaire, la surface de poussoir présentant l'orifice d'évacuation. Dans cette région, on peut réaliser des sections d'évacuation particulièrement élevées. Dans un mode de réalisation avantageux, le cylindre présente au moins une gorge de by-pass vers la soupape d'obturation, de sorte que l'unité à piston-et-cylindre effectue un mouvement de déploiement lorsque le piston est dans une position à l'intérieur de la gorge de by-pass, indépendamment de la position de commutation de la soupape d'obturation en raison de la précompression d'un gaz dans le cylindre. Dans la région o n'existe aucune gorge de by-pass, la vitesse de déploiement se réduit en dépendance du niveau de pression et de la charge momentanée, le cas échéant, jusqu'à l'arrêt. Afin d'augmenter néanmoins la longueur de déploiement de la tige de piston, en direction de déploiement de la tige de piston, la soupape d'obturation est déplacée jusque dans la position d'ouverture, en dépendance de la pression. Dans un mode de réalisation en variante, que l'on utilise de préférence dans le cas de forces de maintien particulièrement élevées, dans la direction de rétraction de la tige de piston, la soupape d'obturation est déplacée jusque dans la position d'ouverture en dépendance de la pression. Grâce au fait que l'anneau d'étanchement de la soupape d'obturation est capable d'occuper trois positions de commutation, c'est-à-dire qu'en partant d'une position de commutation médiane dans laquelle la soupape d'obturation est fermée, il occupe dans une direction une position d'ouverture dépendante de la pression et dans l'autre direction une position d'ouverture dépendante de la course, le trajet d'écoulement à travers la soupape d'obturation est identique pour les deux directions d'écoulement. Par conséquent, on peut choisir particulièrement grande la section de l'un des trajets d'écoulement. L'invention sera expliquée plus en détail en se rapportant aux figures. Celles-ci montrent: figure 1 une soupape d'obturation en tant qu'unité structurelle; figure 2 la soupape d'obturation dans une unité à pistonet-cylindre à force de rétraction accrue; figure 3 un schéma de la courbe caractéristique; et figure 4 la soupape d'obturation dans une unité à piston-et-cylindre à force de déploiement réduite. La figure 1 montre une soupape d'obturation 1 en tant qu'unité structurelle, l'illustration comportant deux positions de commutation. Dans la moitié supérieure de la figure, la soupape d'obturation est fermée, tandis qu'elle est ouverte dans la moitié inférieure. La soupape d'obturation est fixée sur un tenon 3 de la tige de piston et elle est constituée entre autres par une douille de guidage fixe 5 qui présente du côté extrémité une bordure périphérique 7 pour un ressort de fermeture 9. Le ressort de fermeture met sous précontrainte un poussoir 11 qui se centre avec sa douille de poussoir 13 sur la douille de guidage 5. Dans ce cas, le ressort de fermeture attaque une surface de poussoir 15 en forme d'anneau circulaire dont l'extrémité axiale coopère avec un anneau d'étanchement 17. L'anneau d'étanchement représente un élément de soupape axialement mobile qui est capable d'occuper différentes positions de commutation sur un anneau de soupape 19. Sur la surface enveloppe de l'anneau de soupape 19 est réalisé un contour qui permet trois positions de commutation. Vu en partant depuis la gauche, l'anneau de soupape possède des surfaces de siège de soupape sous forme d'au moins une surface oblique 1l9a, une surface de coincement horizontale 1l9b et une autre surface oblique 19c. L'ensemble de la soupape d'obturation est serré au moyen d'une butée annulaire 21. Un joint d'étanchement 23 de l'anneau de soupape empêche une fuite entre le tenon de la tige de piston et la soupape d'obturation. L'anneau de soupape et le poussoir forment une chambre d'évacuation 25. Cette chambre d'évacuation dispose constamment d'un orifice d'évacuation 27 ouvert vers la chambre de travail 29 dans laquelle se trouve le ressort de fermeture 13. Dans la moitié supérieure de la figure, aucun fluide ne peut parvenir hors d'une chambre de travail 31 voisine de la butée annulaire via la surface de coincement jusque dans la chambre d'évacuation. Cette position de commutation est occupée lorsqu'une tige de piston 33 comportant le tenon 3 est arrêtée. Lors d'un mouvement de la tige de piston vers la gauche, une force de friction agit entre l'anneau d'étanchement 17 et un cylindre 35, laquelle s'oppose au mouvement de la tige de piston. L'anneau d'étanchement est déplacé vers la droite au maximum jusqu'à la butée annulaire 21. Le fluide, par exemple du gaz, peut parvenir depuis la chambre de travail à travers la fente formée par l'autre surface oblique 19c et par l'anneau d'étanchement jusque dans la chambre d'évacuation 25. Depuis celle- ci, le chemin d'écoulement peut s'échapper pratiquement sans aucun étranglement via l'orifice d'évacuation 27 jusque dans la chambre de travail 29. Aucune pression dynamique ne s'établit dans la chambre d'évacuation grâce au dimensionnement de l'orifice d'évacuation, laquelle exercerait une force d'ouverture sur le poussoir. Lorsque la tige de piston 33 est déplacée vers la droite, l'anneau d'étanchement 17 s'appuie contre l'extrémité de la surface de poussoir 15. L'anneau d'étanchement est pressé contre le poussoir par la pression dans la chambre de travail 31 et par la force de friction entre le cylindre 35 et l'anneau d'étanchement. Lorsque la somme de la force de friction et de la force de pression est supérieure à la force de fermeture du ressort de fermeture 9, le poussoir se déplace conjointement avec l'anneau d'étanchement dans la position illustrée dans la moitié inférieure de la figure. En correspondance de l'écoulement de gaz illustré, il existe alors une liaison entre les chambres de travail 29 et 31. C'est le même chemin d'écoulement qui est utilisé pour les deux directions de passage de l'écoulement de la soupape d'obturation. La figure 2 montre une utilisation de la soupape d'obturation 1 conforme à l'invention dans une unité à piston-et-cylindre présentant la forme structurelle d'un ressort à gaz. La soupape d'obturation correspond exactement à la position de montage telle que décrite en se rapportant à la figure 1. En considérant le mode de fonctionnement, on notera que la force de fermeture du ressort de fermeture 9 est constamment opposée à la force du gaz. Quant à la force de friction de l'anneau d'étanchement 17, on prendra en compte la direction de déplacement. La figure 3 montre la courbe caractéristique de la force du ressort en direction de rétraction et en direction de déploiement. On a illustré au-dessous des abscisses qui déterminent la course de la tige de piston la position associée de l'unité à piston-et-cylindre. La force fournie par l'unité à piston-et-cylindre est visible sur les ordonnées. Une courbe montant progressivement représente à titre d'exemple le tracé de la force exercée par le poids d'un capot arrière d'un véhicule. L'effet d'étanchement de la soupape d'obturation est annulé en direction de déploiement. En partant du point de fonctionnement I, l'unité se déploie selon la courbe caractéristique A. La soupape d'obturation est "court-circuitée", car l'anneau d'étanchement 17 s'appuie contre la butée annulaire 21 et il existe donc une liaison entre les chambres de travail, de sorte que l'unité fonctionne comme un ressort à gaz traditionnel qui n'est pas susceptible d'être bloqué. A partir du point de section II avec la courbe de la force exercée par le poids du capot arrière du véhicule, la tige de piston se déplace de façon autonome sans force additionnelle à la main. Dans une position de déploiement maximum de la tige de piston, le point de fonctionnement III est atteint. La force de friction et la force verticale sont à surmonter en direction de rétraction. Ces deux forces, ajoutées à la force de pression exercée par le remplissage de gaz dans l'unité à piston-et- cylindre donnent la force de maintien au point de fonctionnement IV. La force de maintien dépendante de la course est décrite par la courbe caractéristique B. Ce type d'appareil est utilisé de préférence là o de grandes charges doivent être retenues de façon sûre. La réalisation d'une unité à piston-et-cylindre selon la figure 4 travaille différemment. Les raisons principales en sont que le cylindre 35 présente au moins une gorge, en règle générale plusieurs gorges 37a; 37b qui sont séparées l'une de l'autre par au moins une région 37c sans gorge. De plus, la soupape d'obturation 1 est fixée de telle sorte sur la tige de piston 33, qu'elle est peut être ouverte en direction de déploiement de la tige de piston en dépendance de la pression, ou bien qu'elle est fermée. En partant également du point de fonctionnement I, le capot du véhicule est soulevé en appliquant une force additionnelle dont l'intensité correspond à la différence des valeurs de force F par rapport à la valeur actuelle de l'abscisse. A partir du point de fonctionnement II, l'unité à piston-et-cylindre soulève indépendamment le capot du véhicule. A l'extrémité de la gorge 37a, la tige de piston demeure au point de fonctionnement IIa, car la soupape d'obturation 1 est en action. La force de maintien FH est illustrée. La région sans gorge doit intentionnellement empêcher le mouvement de déploiement, car on doit appliquer une force additionnelle à la main Fz pour ouvrir la soupape d'obturation, afin de faire effectuer un mouvement de déploiement commandé par l'utilisateur. Dès que l'extrémité de la région sans gorge au point de fonctionnement IIb sur la courbe caractéristique C est atteinte, l'unité à piston-et-cylindre continue à se déployer jusqu'au point de fonctionnement III. La force de maintien de l'unité à piston-et- cylindre ressort de la courbe caractéristique D, également entre les points de fonctionnement IIa et IIb. La force de fermeture de la soupape d'obturation est inefficace sur toute la course en direction de rétraction, car l'anneau d'étanchement s'appuie alors contre la butée annulaire 21. Revendications 1. Unité à piston-et-cylindre, comportant un piston qui est guidé de façon axialement mobile avec une tige de piston (33) et qui divise un cylindre (35) en deux chambres de travail (29; 31), et comportant une soupape d'obturation (1) qui obture une liaison d'écoulement entre les deux chambres de travail dans un état de fonctionnement stationnaire, dans laquelle la soupape d'obturation présente un élément de soupape constitué par un anneau d'étanchement (17) axialement mobile et étanchant en direction radiale en association avec un siège de soupape (19a; 19b; 19c), caractérisée en ce que ledit siège de soupape (19a; l9b; 19c) est soutenu sur sa face arrière par un poussoir (11), et en que le poussoir forme conjointement avec le siège de soupape une chambre d'évacuation (25) qui présente un orifice d'évacuation (27) dimensionné de telle sorte qu'il permet une évacuation sans étranglement et qu'il empêche l'établissement d'une pression dynamique dans la chambre d'évacuation. 2. Unité à piston-et-cylindre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le poussoir (11) est constitué par une douille de guidage (5) et par une surface de poussoir (15) en forme d'anneau circulaire, la surface de poussoir présentant l'orifice d'évacuation (27). 3. Unité à piston-et-cylindre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le cylindre (35) présente au moins une gorge de by-pass (37a; 37b) vers la soupape d'obturation (1), de sorte que l'unité à piston-etcylindre effectue un mouvement de déploiement lorsque le piston est dans une position à l'intérieur de la gorge de by-pass, indépendamment de la position de commutation de la soupape d'obturation en raison de la précompression d'un gaz dans le cylindre. 4. Unité à piston-et-cylindre selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans la direction de déploiement de la tige de piston (33), la soupape d'obturation (1) est déplacée jusque dans la position d'ouverture en dépendance de la pression. 5. Unité à piston-et-cylindre selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans la direction de rétraction de la tige de piston (33), la soupape d'obturation (1) est déplacée jusque dans la position d'ouverture en dépendance de la pression. 6. Unité à piston-et-cylindre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'anneau d'étanchement (17) de la soupape d'obturation (1) est capable d'occuper trois positions, c'est-à-dire qu'en partant d'une position de commutation médiane dans laquelle la soupape d'obturation est fermée, il occupe dans l'une des directions une position d'ouverture dépendante de la pression et dans l'autre direction une position d'ouverture dépendante de la course.