Brevet FR2830058A1 — publié le 20030328

DISPOSITIF AMPLIFICATEUR DE PRESSION POUR CIRCUIT HYDRAULIQUE L'invention se rattache au secteur technique des circuits de commande de freinage ou d'embrayage notamment, pour tout type de véhicule, notamment automobile et motocyclette. Comme indiqué, l'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour un circuit hydraulique de freinage de véhicule, en observant qu'une telle application ne doit pas être considérée comme limitative, étant donné que le dispositif trouve une application dans tout type de circuit hydraulique, où il est nécessaire d'exercer, sur un organe actionneur du type levier, pédale ou autre, un certain effort pour délivrer une certaine pression susceptible d'agir sur des organes à commander (étrier de frein, embrayage,...). Si l'on considère un circuit de frein, on rappelle que les organes de freinage, notamment les étriers, ont des plaquettes commandées par des pistons reliés hydrauliquement à un maître cylindre pour être commandés par un ou des organes actionneurs manoeuvrables à la main ou au pied, en fonction du type de véhicule considéré. Le choix d'un maître cylindre pour un circuit de frein donné résulte toujours d'un compromis entre le rapport effort-pression, qui doit être le plus faible possible à cause de l'organe actionneur dont la course doit être la plus réduite possible. Par exemple, si l'on choisit pour le maître cylindre un piston de petit diamètre, on obtient une forte pression dans le circuit pour un faible effort appliqué sur l'organe actionneur. Toutefois, un tel effort ne pourra compenser l'absorption de volume du circuit de frein sous pression générant une course trop longue de l'organe actionneur assujetti au maître cylindre. Pour tenter de résoudre ce problème, les véhicules sont de plus en plus équipés de systèmes d'assistance au freinage, permettant de diminuer l'effort sur l'organe actionneur. Une telle solution nécessite des moyens de mise en oeuvre relativement important, d'un coût élevé, et n'est pas toujours souhaitée pour certains types de véhicules, tels que les motos et voitures de course ou de compétition. On a observé par ailleurs que les étriers de freins à disque (ou les cylindres récepteurs dans le cas de freins à tambour) absorbent une grande partie du liquide de frein à basse pression pour simplement mettre en contact les différents éléments de friction qui se sont retirés lors du relâchement de l'organe actionneur. Il en résulte deux phases distinctes dans le fonctionnement des étriers de freins ou de cylindres récepteurs. La première phase est la mise en contact des éléments de friction qui s'effectue à basse pression, d'une valeur inférieure à 5 à 10 bars environ. Une telle mise en contact absorbe la majorité du volume total nécessaire de 50 à 75 %. On renvoie à cet égard aux courbes des figures 1,2, 3 et 4 qui montrent le volume nécessaire en fonction de la pression appliquée pour certains organes du circuit hydraulique de freinage considéré. Cette première phase (A) correspond à une course morte, ne participant pas directement à l'action de freinage en tant que telle. La seconde phase (B) correspond à la mise en pression des éléments de friction sur le disque ou tambour. Le fluide hydraulique absorbé correspond à la déformation des pièces (le carter de l'étrier par exemple) sous l'effet de la pression hydraulique. On renvoie, comme précédemment, aux figures 1,2, 3 et 4. Comme le montrent ces différentes courbes, il en résulte, en fonction de l'organe du circuit de freinage considéré, près de 25 à 50 % du volume de fluide hydraulique total. L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients, de manière simple, sûre, efficace et rationnelle. Le problème que se propose de résoudre l'invention est de diminuer l'effort exercé sur l'organe actionneur (levier ou pédale) tout en lui conservant une course identique, sans être obligé de faire appel à un système d'assistance au freinage. Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un dispositif amplificateur de pression pour circuit hydraulique. Ce dispositif comprend des moyens aptes à remplir le circuit jusqu'à une pression déterminée avec un gros débit et, au-delà de ladite pression, amplifier cette pression avec un faible débit. Pour résoudre le problème posé de remplir le circuit à basse pression avec un gros débit, en vue d'obtenir une haute pression avec un faible débit, les moyens sont constitués par un corps ou carter présentant deux chambrages internes coaxiaux de section différente en communication avec le circuit hydraulique, lesdits chambrages recevant, avec capacité de coulissement étanche, un piston épaulé délimitant deux portées de même section que celle des chambrages, le piston présentant des agencements pour le libre passage du fluide hydraulique ou son déplacement, en fonction de la valeur de la pression. Pour résoudre le problème posé de permettre le libre passage du fluide hydraulique ou le déplacement du piston en fonction de la valeur de la pression, les agencements du piston sont constitués par deux alésages coaxiaux de section différente en étant en communication entre eux et avec les chambrages, l'alésage de plus petite section recevant une bille assujettie à un ressort et coopérant avec un doigt que présente un organe d'obturation étanche du corps, de manière à permettre, en fonction de la pression, le libre passage du fluide ou le déplacement du piston, l'alésage de plus grande section recevant un organe élastique de rappel. Selon une autre caractéristique de l'invention, en basse pression, d'une valeur inférieure à celle exercée par l'organe élastique de rappel, les pressions d'arrivée et de sortie sont égales, le fluide hydraulique passe librement au travers des alésages du piston, la bille, en appui contre le doigt, libérant un siège formé en bout de l'alésage correspondant, tandis qu'en haute pression, lorsque la valeur de la pression d'entrée multipliée par la différence des sections du piston devient supérieure à la précontrainte de l'organe élastique de rappel, le piston est déplacé provoquant, d'une manière concomitante, l'obturation du siège par la bille. Comme indiqué, le dispositif trouve une application particulièrement avantageuse dans le cas d'un circuit de frein de véhicule intégrant un maître cylindre agissant sur des organes de freinage. Dans ce cas, le dispositif est positionné entre le maître cylindre et les organes de freinage. Le dispositif peut également, avantageusement, être utilisé dans le cas d'un circuit d'embrayage de véhicule. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre les courbes de volume et de pression dans le cas de différents éléments de circuit de freinage pour une moto ; - les figures 2 et 3 montrent les courbes de volume et de pression pour chacun des étriers du circuit de freinage de la moto ; - la figure 4 montre la courbe d'absorption réelle du volume en fonction de la pression, dans le cas d'un circuit hydraulique de freinage d'un véhicule de série ; - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une forme de réalisation du dispositif représenté en position de non fonctionnement, lorsque les pressions d'entrée et de sortie sont égales, correspondant au remplissage du circuit ; - la figure 6 est une vue correspondant à la figure 5 en position de déplacement du piston correspondant à l'amplification de la pression avec un faible débit ; - la figure 7 montre une courbe théorique du principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention ; - la figure 8 est une vue semblable à la figure 4, sur laquelle on a rajouté des points espacés représentant la courbe obtenue avec le dispositif amplificateur de pression selon l'invention correspondant à la course du maître cylindre. Le dispositif amplificateur de pression selon l'invention est constitué d'un ensemble compact et autonome, de dimensions réduites, susceptible d'être intégré ou rajouté à un circuit hydraulique pour la commande par exemple d'un organe de freinage, d'un embrayage,... Comme le montre la figure 5, le dispositif comprend un carter sous forme d'un corps cylindrique (1) présentant deux chambrages internes coaxiaux (la) et (1b) de section différente. L'alésage (la) présente une section (SI) supérieure à la section (S2) du chambrage (lob), les deux chambrages (la) et (1b) communiquant entre eux et avec l'extérieur pour être reliés au circuit hydraulique. Par exemple, le fond (1 c) du corps (1) présente un trou débouchant (Id) en communication avec le chambrage (1b) pour être relié par tout type d'organe de raccordement connu et approprié, au circuit hydraulique. A l'opposé, l'entrée ouverte du corps cylindrique (1) est obturée, d'une manière étanche, par un bouchon (2) vissé par exemple dans une portée taraudée (le) du corps (1). Le bouchon (2) présente un trou débouchant (2a) pour mettre en communication le chambrage (la) avec le circuit hydraulique au moyen de tout type d'organe de raccordement connu et approprié pour un homme du métier. A l'intérieur du corps (1) est monté, avec capacité de coulissement guidé et étanche, un piston épaulé (3). Ce piston présente une première portée cylindrique (3a), d'épaisseur réduite, prolongée par une autre portée cylindrique (3b). La section transversale de la portée (3a) correspond sensiblement à la section (SI) du chambrage (la), tandis que la section de la portée (3b) correspond sensiblement à la section (S2) du chambrage (lob). Chacune des portées (3a) et (3b) présente une gorge pour le montage de joints d'étanchéité (4) et (5). Le piston (3) présente deux alésages coaxiaux (3c) et (3d) de section différente, lesdits alésages étant en communication entre eux et avec les chambrages (la) et (1b) du corps (1). L'alésage (3c), de petite section, reçoit une bille (6) assujettie à un ressort (7) en appui par exemple sur une bague (8) en butée sur l'épaulement de raccordement entre les deux alésages (3c) et (3d). La bille (6) coopère avec un doigt coaxial (2b) formé en débordement de la face interne du bouchon (2). L'entrée de l'alésage (3c) forme un siège (3cl) susceptible d'être obturée par la bille (6), comme il sera indiqué dans la suite de la description. L'entrée de ce siège (3cl) est en communication avec l'alimentation en fluide (2a) par l'intermédiaire, par exemple, de canaux (2c). Enfin, l'alésage (3d), de section supérieure à celle de l'alésage (3c), reçoit un ressort de rappel (9), en appui, dans le fond (1 c) du corps (1) et contre la bague (8). Le corps (1) présente un orifice (If) pour l'évacuation de l'air, sous l'effet de déplacement du piston (3). On analyse ci-après le fonctionnement du dispositif selon l'invention, dans un exemple d'application à un circuit hydraulique de freinage. L'ensemble du boîtier (1) tel que défini, est positionné entre le maître cylindre et les étriers. A la sortie du maître cylindre, c'est-à-dire à l'entrée (2a) du dispositif, on a une pression (PI), tandis que du côté des étriers, c'est-à-dire de la partie (Id), la pression est (P2). Si l'on considère la première phase correspondant à la mise en contact des éléments de friction, cette dernière s'effectue à basse pression, par exemple inférieure entre 5 et 10 bars suivant le tarage du ressort (9). A ce niveau, la pression (PI) est égale à la pression (P2). Le fluide hydraulique passe librement au travers du piston selon le trajet (2a), (3c), (3d), (9), (lad). Dans cette phase, la bille (6) en appui sur le doigt (2b) du bouchon n'obture pas le siège (3cl) permettant la libre circulation du fluide hydraulique. Dans cette phase de fonctionnement, l'alimentation des étriers se fait d'une manière classique, le dispositif amplificateur n'étant pas activé. Si l'on considère la seconde phase correspondant à la mise en pression des éléments de friction sur le disque ou le tambour, cette dernière s'effectue à haute pression supérieure à 5 à 10 bars, suivant le tarage du ressort (9). Quand la valeur de la pression (PI) multipliée par la différence des sections (SI) et (S2) atteint une valeur supérieure à la précontrainte du ressort (9), le piston (3) se déplace selon la flèche (F), de sorte que la bille (6) n'est plus en appui sur le doigt (3c), mais vient en appui dans le fond du siège (3cl) obturant ainsi le trou de communication entre (PI) et (P2). Lorsque le piston (3) commence à se déplacer, (PI) est égal à la pression de déclenchement (Pd). Il en résulte une amplification de la pression suivant la relation : (P2) = () Pl-Pd On renvoie à la figure 7 qui illustre un exemple de relation que l'on peut obtenir entre les pressions (PI) et (P2), à savoir que PI = P2 jusqu'à 10 bars et que P2 = 2 fois PI après 10 bars. On renvoie à la figure 8 qui montre un exemple d'application du dispositif à un circuit de freinage d'une moto classique en comparant les courbes du maître cylindre en fonction de la pression obtenue dans le cas d'un circuit hydraulique selon l'état antérieur de la technique, c'est-à-dire sans dispositif amplificateur (courbe en traits pleins) avec le dispositif amplificateur de pression selon l'invention (courbe en pointillés). Le rapport choisi du maître cylindre est déterminé pour fournir une pression de 3 bars sous un effort de 1 daN appliqué sur l'organe actionneur. On peut avantageusement choisir un maître cylindre de rapport de 1 daN pour 2 bars et ainsi diminuer de 30 % la course morte de celui-ci, étant donné que le piston qui est plus gros, débite plus de liquide pour une même course. La course morte passe donc de 48 à 31 % de course totale. Si le dispositif est réglé à 9 bars par exemple, il déclenche à cette valeur et double la pression (PI) qui devient égale à deux fois la pression (P2). On a donc un rapport final de 1 daN pour 4 bars. Il en résulte qu'à course de levier égale et à pression de circuit égale, on peut donc, selon cet exemple, diminuer de 25 % l'effort nécessaire à appliquer sur le levier de frein ou autre organe actionneur. Comme indiqué, le dispositif permet donc de diminuer l'effort au niveau de l'organe actionneur, ce qui est particulièrement avantageux pour un circuit de freinage non assisté, comme c'est le cas pour les motos ou véhicules de compétition. Compte tenu des caractéristiques du dispositif amplificateur selon l'invention, ce dernier peut parfaitement être intégré dans un circuit d'embrayage hydraulique présentant des caractéristiques proches du circuit de freinage. En effet, l'effort ne devient dense que lorsqu'il faut comprimer les ressorts d'embrayage, ce qui ne représente qu'une faible partie de la course de l'organe actionneur, à savoir la pédale. Comme indiqué précédemment, un tel effort peut être diminué par le déclenchement du dispositif. Le dispositif amplificateur selon l'invention, peut également être rajouté à un circuit existant pour : - Profiter de la diminution de la course créée par le remplacement des durites en caoutchouc par des durites à faible dilatation. En effet, cette course supplémentaire disponible peut être convertie en pression supérieure par le dispositif. - Adapter un étrier à un maître cylindre (par exemple l'étrier a des pistons trop petits par rapport aux pistons du maître cylindre). - Changer la répartition d'un freinage avant/arrière sur une voiture de compétition en montant le dispositif, soit sur le circuit avant, soit sur le circuit arrière. Les avantages ressortent bien de la description. REVENDICATIONS - 1-Dispositif amplificateur de pression pour circuit hydraulique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (I, 2,3) aptes à remplir le circuit jusqu'à une pression déterminée avec un gros débit et, au-delà de ladite pression, amplifier cette pression avec un faible débit. - 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens sont constitués par un corps ou carter (1) présentant deux chambrages internes coaxiaux (la) et (lb) de section différente (SI) et (S2) en communication avec le circuit hydraulique, lesdits chambrages recevant, avec capacité de coulissement étanche, un piston épaulé (3) délimitant deux portées (3a) et (3b) de même section que celle des chambrages, le piston (3) présentant des agencements pour le libre passage du fluide hydraulique ou son déplacement en fonction de la valeur de la pression. - 3-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les agencements du piston (3) sont constitués par deux alésages coaxiaux (3c) et (3d) de section différente en étant en communication entre eux et avec les chambrages (la) et (lb), l'alésage de plus petite section (3c) recevant une bille (6) assujettie à un ressort (7) et coopérant avec un doigt (2b) que présente un organe d'obturation étanche (2) du corps (1), de manière à permettre, en fonction de la pression, le libre passage du fluide ou le déplacement du piston (3), l'alésage (3d) de plus grande section recevant un organe élastique de rappel (9). - 4-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en basse pression, d'une valeur inférieure à celle exercée par l'organe élastique de rappel (9), les pressions d'entrée (PI) et de sortie (P2) sont égales, le fluide hydraulique passe librement au travers des alésages du piston (3), la bille (6) en appui contre le doigt (2b) libérant un siège (3cl) formé en bout de l'alésage correspondant (3c), tandis qu'en haute pression, lorsque la valeur de la pression d'entrée, multipliée par la différence des sections du piston devient supérieure à la précontrainte de l'organe élastique de rappel (9), le piston (3) est déplacé provoquant, d'une manière concomitante, l'obturation du siège (3cl) par la bille (6). - 5-Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, à un circuit de frein de véhicule intégrant un maître cylindre agissant sur des organes de freinage, le corps (1) étant positionné entre le maître cylindre et lesdits organes. - 6-Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, à un circuit d'embrayage.