Brevet FR2769061A1 — publié le 19990402

Arrière-plan de l'invention Les ressorts à gaz sont largement utilisés afin d'équilibrer les capots du compartiment moteur, les hayons ou couvercles de coffre, les fenêtres arrière, et les portes arrière des automobiles, des breaks, et des petites camionnettes afin de faciliter leur ouverture et de les retenir en position ouverte ou pratiquement totalement ouverte. I1 est bien connu que la force fournie par des ressorts à gaz varie avec la température du gaz (loi de Boyle) ; à basse température, un ressort à gaz produit une force qui est notablement plus faible que la force qu'il produit à haute température. Il est par conséquent nécessaire de concevoir le ressort à gaz de telle façon qu'il produise une force suffisante pour retenir le capot, le couvercle, ou similaire (que l'on désignera dans ce qui suit par "la charge"), en position ouverte à une température basse choisie de manière convenable, par exemple -30 C. (De manière traditionnelle le ressort à gaz est conçu pour produire une force d'environ 0,5 à 2,5 daN sur la charge dans la position ouverte de la charge à une température de par exemple -30 C). A haute température, l'augmentation de la force de sortie dans la position ouverte peut être aussi élevée que par exemple 25 daN, ce qui signifie que la force nécessaire pour déplacer la charge depuis la position ouverte vers la position fermée ("charge à la poignée") est de 25 daN. De grandes variations de charge à la poignée sont déconcertantes pour de nombreux utilisateurs. Le brevet US 5 106 065 (délivré au nom de Staton, le 21 avril 1992), aux droits du cessionnaire de la présente invention, décrit et montre un ressort à gaz qui incorpore un by-pass ayant une soupape à ressort qui empêche au fluide de s'écouler au-delà du piston depuis l'extrémité fermée jusqu'à l'extrémité du joint de tige de la chambre jusqu'à ce qu'une force prédéterminée due à une pression différentielle soit appliquée de part et d'autre du piston, et un by-pass possédant une valve thermostatique qui s'ouvre à une température prédétenninée et qui permet au fluide dans la chambre de s'écouler au-delà du piston depuis l'extrémité fermée jusqu'à l'extrémité du joint de tige de la chambre. Quand la valve thermostatique est fermée, la valve à ressort fournit une force d'ouverture qui est combinée avec la force due à la pression du gaz afin de maintenir le ressort à gaz à l'encontre d'une charge (charge à la poignée). Quand la valve thermostatique est ouverte, la force de maintien en ouverture du ressort à gaz est celle qui est due à la pression du gaz seule, dans la mesure où le fluide s'écoule au-delà de piston via le by-pass avec la valve thermostatique. Les ressorts à gaz décrits dans le brevet US 5 106 065 fournissent un perfectionnement significatif par rapport aux ressorts à gaz de l'art antérieur en ce que la variation de la charge à la poignée en raison des changements de température est considérablement réduite. D'autre part, ils n'éliminent pas les variations de la charge à la poignée, dans la mesure où ils n'empêchent pas les changements de la charge à la poignée en fonction de la température, mais où ils établissent uniquement deux plages de charge à la poignée, une plage à basse température dans laquelle la valve thermostatique est fermée et la valve à ressort fournit un incrément de force qui s'oppose à la charge à la poignée, et une plage à haute température dans laquelle cet incrément de force n'est pas appliqué, le fluide s'écoulant au-delà du piston via le by-pass avec la valve thermostatique qui est alors ouverte. Dans chaque plage, la force sur la tige en raison de la pression du gaz varie en fonction des changements de pression du gaz qui sont dûs à des changements de la température. À l'extrémité supérieure de chacune des deux plages, la force du ressort à gaz qui s'oppose à la charge à la poignée est considérablement plus élevée que celle à l'extrémité inférieure. Un autre brevet aux droits du cessionnaire de la présente invention, US 5 404 972 (au nom de Popjoy et al., 11 avril 1995), propose un ressort à gaz dans lequel on assure une compensation de température généralement linéaire vis-à-vis des changements dans la force du ressort à gaz qui sont dûs à des variations de température, en prévoyant un ressort bimétallique qui réagit à la température et qui est fonctionnellement associé à une valve de by-pass à passage direct qui permet l'écoulement du fluide lorsque l'on pousse le piston. Le ressort bimétallique exerce une force sur la valve de by-pass qui varie en fonction de la température du gaz dans la chambre et qui compense des variations de la pression du gaz qui sont dues à des changements dans la température du gaz, et minimise grâce à ceci des variations de la force qui agit sur la tige de piston dans une direction qui s'oppose au mouvement de la tige de piston vers l'intérieur du cylindre lorsqu'on applique une charge sur la poignée. Un autre by-pass avec une valve à passage direct, dont le rôle est d'empêcher l'écoulement au-delà du piston lorsque la tige est poussée vers l'intérieur mais de permettre l'écoulement au-delà du piston lorsque la tige se déplace vers l'extérieur, permet à la force du ressort d'agir sur la charge de la manière habituelle lorsque le ressort à gaz se déploie afin de déplacer ou d'aider à déplacer la charge. Les ressorts à gaz des deux brevets mentionnés ci-dessus fournissent des solutions tout à fait utiles pour un problème gênant. Les exigences de prévoir de multiples by-pass, chacun avec une valve, de maintenir un bon contrôle de qualité et des tolérances étroites pour plusieurs composants, spécialement les ressorts, impliquent de fabriquer un grand nombre de pièces et d'exécuter de nombreuses opérations d'assemblage, ce qui rend alors coûteux et compliqués les ressorts à gaz avec compensation en température de la charge à la poignée qui sont basés sur les solutions précédemment connues. SOMMAIRE DE L'INVENTION Un objectif de la présente invention est de minimiser les variations de la charge à la poignée qui sont dues à des variations de la force fournie par le ressort à gaz en résultat des changements de température du gaz, avec un piston qui présente un seul by-pass, qui est commandé par une valve unique, en éliminant ainsi de nombreux composants des ressorts à gaz précédemment connus avec de multiples by-pass et les valves associées, et en réduisant les coûts de manière significative. Un autre objectif est de proposer un ressort à gaz dans lequel le piston et les éléments associés qui forment le by-pass et une valve qui commande l'écoulement à travers le by-pass occupent un faible volume. Encore un autre objectif est de proposer une structure de ressort à gaz dans laquelle on peut changer les caractéristiques de performances en faisant varier uniquement un seul composant. De plus, c'est un objectif de l'invention d'améliorer la constance des caractéristiques de performances désirées obtenues en utilisant un seul composant, plutôt que plusieurs composants, pour commander ces caractéristiques. En accord avec la présente invention, les objectifs précédents sont atteints par un ressort à gaz qui comprend un élément cylindrique définissant une chambre, une fermeture à une extrémité de l'élément cylindrique, et une tige de piston reçue en relation d'étanchéité vis-à-vis de l'élément cylindrique à l'autre extrémité de l'élément cylindrique et mobile en rapprochement et en éloignement de la fermeture. Un piston est fixé à la tige de piston à l'intérieur de la chambre et il porte un joint de piston qui sépare la chambre en un compartiment intérieur adjacent à l'extrémité fermée du cylindre et un compartiment extérieur adjacent à l'extrémité du cylindre côté tige, les volumes des compartiments variant en accord avec la position du piston. Une masse de liquide est contenue dans une partie de la chambre, et une masse de gaz sous une pression supérieure à la pression atmosphérique est contenue dans la partie restante de la chambre. Un seul by-pass permet au liquide et au gaz de s'écouler dans une direction ou l'autre entre le compartiment extérieur et le compartiment intérieur en réponse aux forces qui sont imposées sur la tige dans une direction ou l'autre. L'écoulement à travers le by-pass est commandé par un élément de soupape en matériau élastomère qui est porté par le piston et en relation d'étanchéité, et qui possède un orifice afin de conduire le gaz et le liquide entre le compartiment intérieur et le compartiment extérieur en réponse à une pression différentielle de part et d'autre de l'élément de soupape. L'élasticité et la configuration de l'élément de soupape sont telles que la pression différentielle nécessaire pour amener le gaz et le liquide à s'écouler depuis le compartiment intérieur jusque dans le compartiment extérieur à travers l'orifice varie en fonction inverse de la température de l'élément de soupape. De façon caractéristique, les matériaux élastomères ne se dilatent et se contractent pas en fonction de la température, mais ils ont aussi une élasticité qui varie considérablement avec la température, en devenant beaucoup plus élastiques tandis que les températures augmentent. Les propriétés élastiques du matériau de l'élément de valve, ensemble avec sa forme, permettent à l'élément de valve de présenter une résistance croissante vis-à-vis de l'écoulement à travers l'orifice, en fonction inverse de la température de l'élément de valve. Ainsi, lorsque la charge à la poignée augmente en raison de l'augmentation de la force élastique du ressort à gaz à des températures élevées, la pression différentielle de part et d'autre du piston nécessaire pour ouvrir le by-pass et permettre au fluide de s'écouler à travers l'orifice dans l'élément de valve diminue, principalement en raison de l'augmentation de l'élasticité du matériau avec lequel il est réalisé, mais aussi en raison de la dilatation thermique de l'élément de valve et de l'agrandissement résultant de l'orifice. Inversement, à des températures plus basses, l'élément de valve est moins élastique et l'orifice est plus petit, ce qui exige alors une différence de pression plus élevée de part et d'autre de l'élément de valve pour forcer le fluide à s'écouler à travers l'orifice. Ainsi, un élément de valve unique en matériau élastomère avec un orifice rend possible d'augmenter la partie de la charge à la poignée qui est due à la différence de pression de part et d'autre du piston tandis que les températures sont réduites, et de la diminuer tandis que les températures augmentent, en compensant grâce à ceci au moins partiellement le changement de charge à la poignée qui est dû au changement de la force fournie par le ressort à gaz en raison des variations de température. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, le piston inclut une partie de base qui est fixée à la tige de piston et une partie de corps qui s'étend depuis la partie de base en direction du compartiment intérieur. La partie de corps reçoit le joint de piston et présente à l'intérieur une cavité. Le by-pass inclut la cavité et au moins un trou dans le piston, qui fait communiquer la cavité avec le compartiment extérieur. L'élément de valve est un disque circulaire qui est supporté le long de son périmètre dans une ouverture circulaire dans la partie de corps du piston, et l'orifice est coaxial avec le centre du disque. La forme circulaire de l'élément de valve et le centrage de l'orifice facilitent la fabrication et assurent une symétrie à la dilatation/contraction et aux déformations qui sont dues aux changements de température et à la pression différentielle de part et d'autre de celui-ci. En variante, l'élément de valve peut être conçu sous une configuration elliptique, avec une section non circulaire, d'une autre manière, de telle façon que lorsqu'il est placé dans un évidement circulaire, il va imposer une charge préliminaire dans une direction sur la valve. La partie de l'élément de valve qui est disposée à l'intérieur de l'ouverture peut avoir une surface concave tournée vers le compartiment extérieur, et une surface convexe tournée vers le compartiment intérieur. Cette géométrie réduit les effets de la valve sur la force de sortie et la vitesse de l'extension de la tige lorsque le ressort à gaz est en cours de déploiement. Quand la tige de piston est en cours de rétractation en lui appliquant une charge à la poignée, la géométrie de l'élément de valve tend à produire une fermeture de l'orifice, et le mécanisme d'ouverture de l'orifice pour permettre l'écoulement à travers le by-pass devient l'inversion de la forme en "coupelle" par compression de l'élément de valve, comme expliqué ci-dessus. La partie de corps du piston peut avoir une partie en forme de bride circonférentielle qui s'étend vers l'intérieur, et l'élément de valve peut présenter une gorge circonférentielle qui reçoit la partie de bride du corps. Une telle conception est aisément adaptée à un usage répandu dans une gamme de ressorts à gaz présentant des propriétés variables mais impliquant uniquement la substitution d'éléments de valve avec des caractéristiques différentes. Pour une meilleure compréhension de l'invention, on pourra se référer à la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, prise en combinaison avec des dessins ci-joints. DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue en élévation latérale du mode de réalisation dans lequel une partie du tube est arrachée et on a montré en section transversale un piston et un ensemble de valve de by-pass; les figures 2, 3 et 4 sont des vues fragmentaires et en coupe axiale du piston et de l'ensemble de valve de by-pass du mode de réalisation de la figure 1, qui montrent respectivement le mode stationnaire, le mode de déploiement de la tige, et le mode de rétractation de la tige. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION En se référant à la figure 1, le ressort à gaz 10 comprend un tube cylindrique circulaire (cylindre) 12 qui est fermé à une extrémité par un élément de fermeture terminal 16 obtenu par tournage et soudé. Une tige de piston 18 s'étend jusque dans le cylindre 12 à travers un ensemble formant joint de tige (non représenté) dans l'extrémité 20 du cylindre côté tige. Des raccords 22 et 24 sont fixés sur l'élément de fermeture 16 du cylindre et sur la tige de piston 18, respectivement, afin de connecter le ressort à gaz à un dispositif, comme une carrosserie du véhicule, et une charge, comme un capot, un couvercle de coffre, ou similaire, mobile par rapport à la carrosserie. Un ensemble de piston 26 est fixé à l'extrémité de la tige de piston 18 à l'intérieur du cylindre 12 il inclut un joint et un by-pass commandé par une valve, qui divise la chambre à l'intérieur du cylindre en deux compartiments, dont les volumes varient en accord avec la position du piston. On observe un compartiment intérieur IC entre le piston et la fermeture 16 du cylindre et un compartiment extérieur OC entre le piston et l'ensemble formant joint de tige 20. La surface périphérique du piston 26 présente un jeu par rapport à la paroi intérieure du cylindre 12. Une gorge annulaire 28 reçoit une plaque d'étanchéité élastomère 30 qui coulisse en engagement étanche contre la paroi du cylindre 12. La majeure partie du volume libre de la chambre cylindrique contient de l'air ou de l'azote sous une pression comprise entre environ 21 et 315 bars. Le reste contient un liquide, comme du liquide de freinage hydraulique, ou une huile minérale. L'ensemble formant piston est constitué par une plaque de base ronde 32 en forme de disque, qui présente un trou, lequel reçoit un bossage de diamètre réduit 181 sur l'extrémité de la tige de piston 18. Le bossage est travaillé à froid après avoir installé la plaque de façon à réaliser une tête de retenue de plaque 182. Un corps de piston annulaire 34 est attaché à la plaque de base 32 au moyen de broches rabattues 341 intégrales avec le corps est reçu dans des trous dans la plaque de base. Le corps définit une cavité dans laquelle s'étend une partie de bride ayant un perçage central circulaire 344. Le perçage reçoit un élément de valve 36 en matériau élastomère souple qui présente un très petit orifice 361 (voir les figures 3 et 4) à son centre. La cavité, l'orifice, et un ou plusieurs trous 345 dans le corps de valve 34 (ou tout aussi bien dans la plaque de base) forment un by-pass autour du piston, à travers lequel le gaz et le liquide dans la chambre cylindrique peuvent traverser dans une direction ou l'autre entre le compartiment intérieur et le compartiment extérieur IC et OC. En se référant à la vue à plus grande échelle de la figure 3, l'élément de valve 36 possède une gorge 362 dans sa paroi périphérique, qui accepte la partie de bride 343 du corps de piston 34, dans une relation étanche et de retenue. La surface 363 tournée vers le compartiment intérieur (vers la droite dans les figures 3 et 4) est convexe. Une cavité centrale 364 en forme d'ogive qui s'étend axialement jusque dans l'élément de valve depuis la surface tournée vers le compartiment extérieur OC rend cette surface grossièrement concave. Une surface tronconique 365 diverge depuis l'extrémité proche de la plaque de base et constitue une surface de came qui permet à l'élément de valve d'être forcé jusqu'en place à travers le trou 344 formé par la bride 343. L'élément de valve 36 est moulé avec un matériau élastomère souple, un caoutchouc EPDM mélangé avec de l'huile comme agent assouplissant étant approprié. Le mécanisme prédominant qui commande le débit d'écoulement à travers l'élément de valve, c'est son élasticité, laquelle est fonction inverse de la température de l'élément de valve. L'écoulement à travers l'élément de valve est aussi influencé par la contraction et la dilatation thermique et par sa configuration. Quand la tige de piston 18 se déplace hors du cylindre sous la force de sortie du ressort à gaz, et d'une force quelconque appliquée à la charge par un utilisateur (vers la gauche dans la figure 3), le gaz et le liquide ("fluides") dans le compartiment extérieur OC de la chambre cylindrique s'écoulent à travers le trou 345, la cavité 342, et l'orifice 361 ("le by-pass") jusque dans le compartiment intérieur IC, le trajet d'écoulement étant indiqué par les lignes F-OI fléchées. La forme générale en coupe ou en coupelle de l'élément de valve 36 à l'intérieur d'une surface limite cylindrique circulaire qui inclut la paroi du trou 344 formé par la partie de bride 343 du corps de piston 34 favorise un bombement de l'élément de valve en direction du compartiment intérieur IC et un agrandissement de l'orifice 361. À des températures relativement basses, l'orifice 361 est relativement petit en raison de la contraction thermique de l'élément de valve. L'élément de valve est également relativement moins élastique qu'à des températures plus élevées. Par conséquent, l'élément de valve présente une résistance relativement élevée vis-à-vis de l'écoulement du fluide à travers le bypass. La conséquence principale de cette résistance, c'est un ralentissement de la vitesse du déploiement de la tige, par comparaison à la vitesse à des températures plus élevées. La forme de coupelle et l'élasticité de l'élément de valve sous toutes les conditions de température, sont telles qu'elles permettent l'écoulement à travers le bypass par un bombement de l'élément de valve, le bombement étant augmenté en fonction de la force appliquée à la tige de piston et d'une augmentation correspondante de la différence de pression de part et d'autre de l'élément de valve. L'élément de valve, dans le mode de déploiement de tige de la figure 3, présente ainsi une très faible influence sur le fonctionnement normal du ressort à gaz, autre qu'un retardement de la vitesse du déploiement. Quand une charge à la poignée est appliquée au ressort à gaz par un utilisateur de façon à comprimer le ressort à gaz (la tige se déplaçant en rentrant dans le cylindre, vers la droite à la figure 4), il se produit une pression de fluide augmentée dans le compartiment intérieur IC par rapport à la pression dans le compartiment extérieur OC. La différence de pression tend à refermer l'orifice, indépendamment de sa taille au repos pour une température donnée, en ce qu'elle tend à aplatir la partie bombée grossièrement en forme de coupelle à l'intérieur de la surface cylindrique circulaire qui limite l'ouverture 344. À des températures relativement élevées, l'orifice est relativement grand, en raison de la dilatation thermique de l'élément de valve. L'augmentation de la taille de l'orifice et l'augmentation de l'élasticité (plus grande souplesse) de l'élément de valve conduit à l'inversion de l'élément de valve vers une condition de bombement vers l'intérieur, en agrandissant ainsi l'orifice et facilitant l'écoulement à travers le by-pass, comme indiqué par les lignes fléchées F-IO dans la figure 4. A des températures élevées, l'élément de valve a par conséquent un faible effet sur la charge à la poignée. À des températures plus basses, l'orifice est plus petit et l'élément de valve est plus raide qu'à des températures plus élevées, ce qui exige alors une force plus élevée pour produire l'inversion de la partie en forme de coupelle. Initialement, la pression différentielle ferme l'orifice en déformant l'élément de valve jusqu a ce que la pression différentielle soit suffisamment élevée pour forcer l'inversion, auquel point le by-pass s'ouvre et permet au fluide de s'écouler à travers le by-pass. L'incrément de force exigé pour inverser l'élément de valve et ouvrir l'orifice à l'écoulement augmente la force de sortie du ressort à gaz. Plus faible est la température de l'élément de valve, plus élevée est la force exigée pour ouvrir le by-pass. Par ailleurs, plus faible est la température du ressort à gaz, plus faible est la force de sortie et ainsi la charge à la poignée dans le mode de rétraction qui est due à la force de sortie seule. La présente invention procure une force qui est due à une différence de pression de part et d'autre du piston qui compense la réduction de la force de sortie du ressort à gaz en raison d'une diminution de température, de sorte que la charge à la poignée est maintenue plus uniforme à toutes les températures. Revendications 1. Ressort à gaz (10) comprenant: un élément cylindrique (12) définissant une chambre, une fermeture (16) à une extrémité de l'élément cylindrique, une tige de piston (18) reçue en relation d'étanchement par rapport à l'élément cylindrique (12) à l'autre extrémité de l'élément cylindrique et mobile en rapprochement et en éloignement de la fermeture (16), un piston (26) fixé à la tige de piston (18) à l'intérieur de la chambre et possédant un joint de piston (30) qui sépare la chambre en un compartiment intérieur (IC) adjacent à ladite extrémité du cylindre et un compartiment extérieur (OC) adjacent à l'autre extrémité du cylindre, les volumes des compartiments variant en accord avec la position du piston (26), caractérisé par: une masse de liquide contenue dans une partie de la chambre, une masse de gaz sous une pression plus élevée que la pression atmosphérique contenue dans la partie restante de la chambre, et des moyens définissant un by-pass (36, 342, 344, 361, 345) pour permettre au liquide et au gaz de s'écouler dans une direction ou l'autre entre le compartiment extérieur (OC) et le compartiment intérieur (IC) en réponse aux forces qui sont imposées sur la tige (18) dans une direction ou l'autre, lesdits moyens (36, 342, 344, 361, 345) incluant un élément de valve (36) en matériau élastomère porté par le piston (26) en relation d'étanchement et possédant un orifice (361) pour conduire le gaz et le liquide entre le compartiment intérieur (IC) et le compartiment extérieur (OC) en réponse à une pression différentielle de part et d'autre de l'élément de valve (36), l'élasticité et la configuration de l'élément de valve étant choisies de telle façon que la pression différentielle exigée pour amener le gaz et le liquide à s'écouler depuis le compartiment intérieur jusque dans le compartiment extérieur à travers l'orifice (361) varie en fonction inverse de la température de l'élément de valve (36). 2. Ressort à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (26) inclut une partie de base (32) fixée à la tige de piston (18) et une partie de corps (34) qui s'étend depuis la partie de base (32) en direction du compartiment intérieur (IC), la partie de corps (34) recevant le joint de piston (30) et présentant une cavité (342) à l'intérieur, les moyens définissant un by-pass (36, 342, 344, 361, 345) incluant la cavité et au moins un trou (345) qui fait communiquer la cavité avec le compartiment extérieur (OC), l'élément de valve (36) étant un disque circulaire supporté le long de son périmètre dans une ouverture circulaire (344) dans la partie de corps du piston (34), et l'orifice (361) étant coaxial avec le centre du disque. 3. Ressort à gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie de l'élément de valve (36) disposée à l'intérieur de l'ouverture (344) possède une surface généralement concave (364) tournée vers le compartiment extérieur (OC) et une surface généralement convexe (363) tournée vers le compartiment intérieur (IC). 4. Ressort à gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie de corps du piston (34) possède une partie de bride circonférentielle (343) qui s'étend vers l'intérieur, et l'élément de valve (36) possède une gorge circonférentielle (362) qui reçoit la partie de bride du corps (343). 5. Ressort à gaz selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie de bride (343) définit une ouverture axiale (344) et la partie de l'élément de valve (36) disposée à l'intérieur de l'ouverture présente une surface généralement concave (364) tournée vers le compartiment extérieur (OC) et une surface généralement convexe (363) tournée vers le compartiment intérieur (IC).