Brevet FR2767887A1 — publié le 19990305

L'invention concerne un amortisseur pour véhicules automobiles, comprenant un piston de travail déplaçable dans un cylindre de travail, fixé à une tige de piston et partageant le cylindre de travail en deux chambres remplies de fluide hydraulique qui communiquent entre elles à travers au moins un canal de transfert d'une soupape de transfert, un segment de piston disposé coulissant dans une gorge annulaire du piston de travail formant un logement de segment, ainsi qu'un bipasse de transfert prévu en plus du canal de transfert et communiquant avec ce logement de segment, bipasse qui offre une plus faible résistance à l'écoulement de fluide hydraulique et est disposé entre les deux chambres du cylindre de travail. Un tel amortisseur à gaz comprimé est connu par le document DE 39 13 912 A1. L'amortisseur selon ce document comprend un cylindre de travail dans lequel est disposé axialement coulissant un piston de travail fixé à une tige de piston. L'intérieur du cylindre contient un espace de travail rempli d'huile hydraulique et que le piston de travail partage en deux chambres. Lorsque le piston est déplacé axialement, de l'huile hydraulique s'écoule entre les deux chambres à travers un canal de transfert et la résistance opposée à cet écoulement d'huile agit à l'encontre du mouvement du piston. A la suite de l'espace de travail, entre l'une des chambres et une extrémité du cylindre, l'intérieur de ce dernier contient une capacité de pression remplie de gaz, qui est nécessaire à la compensation de volume et séparée par un piston séparateur - monté coulissant - de la chambre directement adjacente, formant la chambre côté piston de travail. Une variation de pression dans cette chambre côté piston, provoquée par un mouvement du piston de travail, entraîne également un déplacement du piston séparateur, jusqu'à ce que les pressions entre la capacité remplie de gaz et la chambre côté piston soient égalisées. Afin que l'amortisseur soit entièrement fonctionnel, la capacité de pression doit être isolée de façon étanche au gaz et au liquide, par rapport à la chambre côté piston, dans toute la plage des pressions se produisant pendant le fonctionnement. Cet isolement étanche requiert une garniture d'étanchéité de fabrication coûteuse dans la zone du piston séparateur, garniture qui doit être appliquée sous une forte pression contre la paroi interne du cylindre de travail pour obtenir l'étanchéité nécessaire. Pour que le piston séparateur puisse être déplacé axialement, il faut d'abord que le frottement de la garniture d'étanchéité de ce piston soit vaincu; le résultat est que des efforts de déplacement relativement faibles n'entraînent pas de déplacement du piston séparateur, de sorte qu'il n'y a pas de compensation de volume. Cela signifie que l'amortisseur réagit seulement lorsque les efforts qui lui sont appliqués sont relativement grands et qu'il possède une raideur relativement importante. L'une des conséquences est que surtout des efforts de fréquence relativement élevée et d'amplitude relativement petite, engendrés par exemple lors de mouvements verticaux des roues de véhicules automobiles, sont seulement amortis insuffisamment. A côté d'un important reflux d'énergie indésiré, affectant le confort de roulement, les composants de l'amortisseur sont soumis à une usure accrue en raison des efforts relativement grands agissant sur eux. Un autre inconvénient est que la caractéristique d'amortissement de l'amortisseur dépend de la direction de mouvement de la tige de piston. A la détente, c'est-à-dire à l'extension de l'amortisseur, un amortissement ne doit pas avoir lieu; l'amortisseur doit agir par contre lors du retour à la position médiane. On obtient ce résultat par un obturateur chargé par ressort d'une soupape de compression qui, suivant la direction de mouvement, ouvre un premier canal de transfert dont la traversée par du fluide hydraulique ne s'accompagne pas d'un amortissement, ou un second canal de transfert dont la traversée par du fluide hydraulique s'accompagne d'un amortissement. Cet amortisseur, dont les propriétés d'amortissement dépendent de la direction de mouvement, n'est cependant pas applicable de manière universelle. De plus, sa construction est compliquée et sa structure est sensible aux dérangements. Il s'y ajoute qu'il ne résout pas le problème consistant à amortir efficacement des efforts d'ampleurs et de fréquences différentes. L'invention vise à réaliser un amortisseur à gaz comprimé, du type générique indiqué au début, de manière qu'il amortisse efficacement aussi bien des oscillations de basse fréquence que des oscillations de fréquence plus élevée. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par le fait que le bipasse de transfert s'étend radialement et relie le logement de segment au canal de transfert, le segment de piston étant déplaçable par coulissement entre une position d'ouverture du bipasse de transfert et une position de fermeture de ce bipasse. Grâce à l'utilisation d'un accumulateur de gaz séparé à paroi élastique, on peut se dispenser du piston séparateur avec sa garniture d'étanchéité dispendieuse. Lors d'une sollicitation de l'amortisseur à la compression et de la variation de volume ainsi produite de l'accumulateur de gaz, des forces de frottement ne sont pratiquement pas produites puisque seulement la forme de cet accumulateur élastique est changée, sa position à l'intérieur du cylindre ne changeant pratiquement pas. En raison de la suppression des forces de frottement, l'amortisseur peut également mieux amortir des amplitudes d'oscillation relativement petites. Le mode de réponse de l'amortisseur est ajustable à la charge prévue par le choix approprié du matériau de la paroi de l'accumulateur de gaz et de sa pression interne. La suppression des forces de frottement dans la zone de la capacité de pression réduit globalement le niveau des forces à l'intérieur de l'amortisseur. Ainsi sont évitées des déformations élastiques supplémentaires des éléments d'étanchéité, lesquelles ont un effet de raidissement dans le cas de petites activations de l'amortisseur. L'usure est en outre réduite et la durée de service de l'amortisseur est prolongée. Il est opportun que la paroi de l'accumulateur de gaz soit réalisée comme une membrane en caoutchouc ayant la forme d'un tore. Une telle membrane permet de grandes déformations élastiques et assure une haute étanchéité. Un accumulateur torique se laisse loger particulièrement bien dans une partie de l'intérieur du cylindre située du côté d'une extrémité de celui-ci Une caractéristique avantageuse prévoit l'utilisation d'un anneau de serrage dans le cylindre, entre l'accumulateur de gaz et le piston de travail, pour fixer la position de l'accumulateur. Afin d'améliorer plus encore la caractéristique d'amortissement, on peut prévoir des dispositions supplémentaires, comme par exemple la fixation du piston de travail à la tige de piston par l'intermédiaire d'un appui axial élastique, et l'utilisation de soupapes de transfert ayant particulièrement peu de frottement. La prévision, en supplément au canal de transfert, d'un bipasse de transfert offrant une plus faible résistance à l'écoulement de fluide hydraulique que ce canal, permet également d'améliorer le comportement d'amortissement. Au début d'un mouvement ou lors de petits mouvements du piston de travail, le fluide hydraulique s'écoule d'abord seulement à travers le bipasse de transfert prévu en supplément. Du fait que la résistance à l'écoulement est alors amoindrie, le mouvement est peu amorti. Le bipasse communique avec le logement de segment formé entre la surface latérale du piston et la paroi interne du cylindre. Le segment de piston, monté dans ce logement, est déplaçable en coulissement entre une position d'ouverture du bipasse de transfert et une position de fermeture de ce bipasse. Lors de petits mouvements, le segment de piston occupe d'abord sa position d'ouverture, de sorte que du fluide hydraulique peut s'écouler à travers le bipasse en rencontrant seulement peu de résistance. Le trajet principal d'écoulement par le canal de transfert n'est pas utilisé initialement en raison de la plus grande résistance opposée à l'écoulement, laquelle est due aux éléments d'obturation sollicités par une force et fermant le canal de transfert. Dès que les mouvements du piston de travail s'amplifient du fait que les efforts agissant sur la tige de piston sont plus grands, la résistance opposée par les éléments d'obturation fermant le canal de transfert est vaincue et le fluide hydraulique peut s'écouler à travers le canal de transfert. Le segment de piston est déplacé à sa position de fermeture, dans laquelle le bipasse est fermé et ne peut plus être parcouru par le fluide. Celui-ci doit à présent prendre le trajet à travers le canal de transfert. Grâce à ces dispositions, des activations de l'amortisseur de fréquence relativement élevée sont amorties efficacement, sans que soient affectées les propriétés d'amortissement de mouvements de plus grandes amplitudes et de plus faible fréquence. Il devient possible d'obtenir des amortisseurs sélectifs en fréquence en de grandes plages de réglage, qui stabilisent la carrosserie - surtout s'il s'agit de véhicules automobiles - dans le cadre nécessaire à la sécurité et opposent en même temps les plus faibles raideurs possibles aux mouvements verticaux des roues, au bénéfice du confort de roulement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexé, qui est une coupe axiale d'un amortisseur a gaz comprimé selon l'invention. L'amortisseur 1 à gaz comprimé représenté, à utiliser en particulier dans des véhicules automobiles, comprend un cylindre de travail 2, dans lequel peut coulisser axialement un piston de travail 4 fixé à une tige de piston 3. Le piston 4 partage l'intérieur du cylindre 2 en deux chambres 5, 6, formant une chambre côté tige 5 et une chambre côté piston 6. Les deux chambres 5 et 6 sont remplies d'un fluide hydraulique, en particulier d'huile hydraulique. Un mouvement de la tige de piston 3, provoqué par une force F agissant sur elle, produit immédiatement un déplacement axial du piston 4 dans le cylindre 2. Dans ce piston sont formées des soupapes de transfert 15 et 16, coordonnées respectivement à la phase d'extension ou de détente et à la phase de compression de l'amortisseur, dont l'une ou l'autre est traversée d'huile hydraulique lors d'un mouvement du piston. La résistance opposée à cet écoulement amortit le mouvement du piston 4, donc aussi celui de la tige de piston 3. Une capacité de pression 10 est prévue sous la forme d'un composant séparé à l'intérieur du cylindre, entre le piston 4, plus exactement la chambre côté piston 6, et l'extrémité 21 du cylindre. La capacité 10, remplie de gaz, se trouve à proximité immédiate de la chambre côté piston 6 et est réalisée pour former un accumulateur de gaz 20 étanche à la pression. Cet accumulateur possède une paroi élastique 11, constituée en particulier par une membrane en caoutchouc. L'accumulateur de gaz 20 affecte la forme d'un tore et est appliqué directement contre la surface interne de l'extrémité 21 du cylindre 2. Un anneau de serrage 12 entre l'accumulateur 20 et le piston 4 fixe l'accumulateur dans sa position à l'intérieur du cylindre 2. Une variation de pression dans la chambre côté piston 6 entraîne une variation de volume de l'accumulateur de gaz 20. La paroi 11 élastique et étanche à la pression, constituée par une membrane en caoutchouc, de l'accumulateur de gaz 20, s'expanse ou se contracte sous l'effet d'une variation de pression produite par le changement du volume de gaz. La membrane en caoutchouc est résistante et son usure est faible. Des forces de frottement ne sont pratiquement pas à vaincre lors d'un changement de forme de l'accumulateur sous l'effet d'une variation de pression dans la chambre côté piston 6. Au lieu de sous une forme en tore, l'accumulateur de gaz est réalisable aussi comme un ellipsoide ou comme un coussin de pression rempli de gaz ayant une autre forme quelconque. Les soupapes de transfert 15 et 16 dans le piston de travail 4 comprennent chacune un canal de transfert 7 ou 8 et plusieurs plaques 17 ou 18 appliquées l'une contre l'autre, constituant des éléments obturateurs et formant les clapets des soupapes. Le fonctionnement des soupapes de transfert 15 et 16 est à sélectivité directionnelle. Plus exactement, lorsque le piston 4 est déplacé en direction de l'extrémité 21 fermée du cylindre 2, du fluide hydraulique traverse la première soupape de transfert 15 dont le canal de transfert 7 est ouvert du côté dirigé vers la chambre côté piston 6. Du côté opposé du canal 7, se trouvent les plaques 17, lesquelles sont déplacées axialement, sous la pression du fluide hydraulique, en direction de la position d'ouverture, libérant ainsi le trajet pour l'écoulement de fluide depuis la chambre côté piston 6 dans la chambre côté tige 5. Le canal de transfert 8 de la seconde soupape de transfert 16 est fermé par les plaques 18 lors de ce mouvement. Quand le piston 4 est déplacé en sens inverse, donc de manière qu'il s'éloigne de l'extrémité 21 du cylindre, du fluide hydraulique de la chambre côté tige 5 s'écoule dans la chambre côté piston 6 à travers le canal 8 de la seconde soupape de transfert 16 dont les plaques 18 sont ainsi amenées à la position d'ouverture. Les plaques 17 de la première soupape 15, montées du côté dirigé vers la chambre 5 du piston 4, sont amenées à la position de fermeture; le trajet d'écoulement à travers le canal 7 de la première soupape de transfert 15 est ainsi fermé. Dans le but de réduire la résistance opposée à l'ouverture des plaques obturatrices discordes 17 et 18, celles-ci sont pourvues d'une couche de surface diminuant le frottement, de préférence de polytétrafluoroéthylène. Des plaques appliquées directement l'une contre l'autre, peuvent ainsi être amenées sous un faible effort de leur position de fermeture à leur position d'ouverture de l'embouchure du canal de transfert. En plus d'une couche de surface diminuant le frottement, ou à la place de celle-ci, il est possible aussi de disposer une rondelle intercalaire entre chaque fois deux plaques obturatrices voisines. Cette disposition a pour conséquence que l'épaisseur du jeu de passage d'huile à la position de fermeture des plaques est agrandie et que la résistance s'opposant à l'ouverture est diminuée. Ce résultat peut être obtenu aussi, selon un autre mode de réalisation, par un profil convexe, en section droite, des plaques formant clapet. Le piston 4 est fixé à la tige de piston 3 par l'intermédiaire d'appuis axiaux élastiques 13, 14. Ces appuis sont prévus sur les deux extrémités du piston 4. Chacun d'eux se compose de deux disques d'appui convexes 22 et 23 qui dirigent leurs concavités l'une vers l'autre et sont élastiquement déformables axialement. Les appuis axiaux ont pour conséquence que des amplitudes d'activation relativement petites de l'amortisseur sont principalement amorties par des déformations, se produisant en souplesse, de ces appuis. Ainsi est évité que l'amortisseur répond exclusivement ou principalement à ces amplitudes d'activation relativement petites par son comportement d'amortissement plus dur de base. Un jeu axial peut éventuellement être prévu en plus entre le piston 4 et la tige de piston 3. Une autre disposition prévoit que le joint 27 de la tige de piston, par lequel la chambre côté tige 5 est étanchée vis-à-vis de l'extérieur, possède des lèvres d'étanchéité prolongées radialement, ceci afin de réduire la raideur axiale effective, sans que l'efficacité de l'étanchéité soit changée. On peut prévoir aussi des flexibilités axiales supplémentaires, des profils de tube ondulé par exemple, dans ce but. A chaque canal de transfert 7, 8 est coordonné en plus un bipasse de transfert. Ce dernier est réalisé comme une soupape anti-retour 25 ou 26 orientée pour l'essentiel radialement et se trouvant dans le piston 4 entre le canal de transfert 7 ou 8 et le logement de segment 9. Une gorge annulaire du piston, formant un logement de segment 9 qui est élargie radialement et axialement et se trouve entre la surface latérale du piston 4 et la paroi interne 19 du cylindre 2, forme un bipasse de transfert supplémentaire. Le segment de piston 24, situé dans ce logement de segment 9, a pour fonction de maintenir le bipasse de transfert ouvert ou de le fermer en fonction de l'ampleur du mouvement du piston 4. Au début d'un mouvement de ce piston, en particulier lors d'une inversion du sens de mouvement de la tige 3, la résistance opposée à l'écoulement du fluide à travers le bipasse de transfert est nettement plus petite que la résistance opposée à l'écoulement du fluide devant les plaques 17, 18 des soupapes de transfert 15, 16. De ce fait, le fluide hydraulique s'écoule par le bipasse et les forces d'amortissement sont très petites. Le segment de piston 24 ne constitue pas un obstacle sur le trajet d'écoulement à travers le bipasse. Des mouvements d'une plus grande ampleur demandent des forces d'amortissement augmentées en conséquence. Ces forces sont obtenues du fait que le segment 24 occupe une position de fermeture dans laquelle le bipasse est fermé. Le segment 24, resté initialement, au début du mouvement du piston, sans bouger à sa position de départ en raison de son frottement sur la paroi, vient s'appliquer, pendant la poursuite du mouvement, contre la paroi latérale de la gorge formant le logement de segment 9 et est entraîné par cette paroi à l'encontre de la résistance opposée par le frottement du segment. Celui-ci occupe dès lors sa position de fermeture du bipasse; le fluide hydraulique est alors obligé de suivre le trajet passant par la soupape de transfert 15 ou 16 et opposant une plus grande résistance à l'écoulement. Par son dimensionnement et sa forme en section droite, de préférence rectangulaire, le segment de piston 24 convient particulièrement pour fermer le bipasse de transfert. La largeur axiale du segment 24 est petite par rapport à la largeur axiale du logement de segment 9, ceci afin que le segment ait suffisamment de mobilité dans la première phase de petits mouvements. D'un autre côté, la largeur axiale ou l'épaisseur radiale du segment de piston 24 est suffisamment grande pour que le segment puisse fermer à la fois l'orifice d'écoulement de la soupape anti-retour 25 ou 26, orientée radialement, et le passage axial d'écoulement du logement de segment 9. Les soupapes anti-retour 25 et 26, formant le bipasse, permettent seulement un écoulement dans un sens. Plus exactement, elles s'ouvrent et permettent donc seulement le passage du fluide hydraulique à travers le canal 7 ou 8 concerné vers le logement de segment 9. Dans ce but, chacune des soupapes anti-retour 25 et 26 comporte une bille chargée en direction du canal de transfert 7 ou 8, bille qui est maintenue dans un rétrécissement du canal coordonné à la soupape 25 ou 26 et peut seulement être déplacée en direction du logement de segment 9 pour l'ouverture du canal concerné. R E V E N D I C A T I O N S 1. Amortisseur pour véhicules automobiles, comprenant un piston de travail (4) déplaçable dans un cylindre de travail (2), fixé à une tige de piston (3) et partageant le cylindre de travail (2) en deux chambres (5, 6) remplies de fluide hydraulique qui communiquent entre elles à travers au moins un canal de transfert (7, 8) d'une soupape de transfert (15, 16), un segment de piston (24) disposé coulissant dans un logement de segment (9) du piston de travail (4), ainsi qu'un bipasse de transfert (25, 26) prévu en plus du canal de transfert (7, 8) et communiquant avec ce logement de segment (9), bipasse qui offre une plus faible résistance à l'écoulement et est disposé entre les deux chambres (5, 6) du cylindre de travail (2), caractérisé en ce que le bipasse de transfert (25, 26) s'étend radialement et relie le logement de segment (9) au canal de transfert (7, 8), le segment de piston (24) étant déplaçable par coulissement entre une position d'ouverture du bipasse de transfert (25, 26) et une position de fermeture de ce bipasse. 2. Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bipasse de transfert (25, 26) est réalisé comme une soupape anti-retour disposée radialement dans le piston de travail (4) entre le canal de transfert (7, 8) et le logement de segment (9). 3. Amortisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la soupape anti-retour (25, 26) s'ouvre en direction du logement de segment (9). 4. Amortisseur selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le logement de segment (9) forme un bipasse de transfert supplémentaire et est réalisé comme une gorge annulaire de piston qui est élargie radialement et axialement. 5. Amortisseur selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une capacité de pression (10), remplie de gaz et constituant un composant séparé, est disposée entre le piston de travail (4) et l'une des extrémités (21) du cylindre de travail (2), capacité qui est réalisée comme un accumulateur de gaz (20) étanche à la pression et possédant une paroi élastique (11). 6. Amortisseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la paroi (11) de l'accumulateur de gaz (20) est réalisée comme une membrane en caoutchouc. 7. Amortisseur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'accumulateur de gaz (20) possède une forme torique. 8. Amortisseur selon une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'un anneau de serrage (12) est placé entre l'accumulateur de gaz (20) et le piston de travail (4). 9. Amortisseur selon une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le piston de travail (4) est fixé à la tige de piston (3) par l'intermédiaire d'un appui axial élastique (13, 14). 10. Amortisseur selon une des revendications à 9, caractérisé en ce que le canal de transfert (7, 8) fait partie d'une soupape de transfert (15, 16) à sélectivité directionnelle, qui est coordonnée à la phase de détente (d'extension) et/ou à la phase de compression de l'amortisseur et qui comporte plusieurs plaques (17, 18) formant un clapet pour fermer le canal de transfert (7, 8) et possédant une couche de surface diminuant le frottement, en particulier en polytétrafluoroéthylène.