Brevet FR2854856A1 — publié le 20041119

I La présente invention concerne, de façon générale, les systèmes de direction des véhicules automobiles. Cette invention se rapporte, plus particulièrement, aux directions assistées hydrauliques, dans lesquelles un vérin, alimenté en fluide hydraulique, permet d'exercer sur la crémaillère un 5 effort qui amplifie la force exercée manuellement par le conducteur sur le volant. Encore plus particulièrement, I'invention s'intéresse à la structure du piston du vérin hydraulique d'assistance, et des moyens d'étanchéité prévus à la périphérie de ce piston. Il est rappelé que dans une direction assistée hydraulique de 10 véhicule automobile, d'une manière généralement connue, le mouvement de translation de la crémaillère, commandé par la rotation du volant, est soutenu par l'action d'un vérin à double effet alimenté en fluide hydraulique sous pression au moyen d'une pompe, et par l'intermédiaire d'une valve d'assistance liée à la colonne de direction. Le corps du vérin hydraulique d'assistance se 15 confond avec le carter de la direction, dans lequel la crémaillère est montée coulissante, tandis que la tige de ce vérin n'est autre qu'une portion de la crémaillère, sur laquelle est monté un piston qui divise le corps du vérin en deux chambres. Des conduits hydrauliques relient la valve d'assistance aux deux chambres ainsi délimitées, de manière à alimenter le vérin hydraulique 20 d'assistance et à déplacer son piston dans un sens ou dans l'autre. Dans les réalisations habituelles, le piston du vérin hydraulique d'assistance et les moyens d'étanchéité prévus à la périphérie de ce piston, sont constitués par un "empilage" d'un certain nombre de composants coaxiaux, ce qui rend l'ensemble relativement complexe et coûteux, en raison 25 du nombre de pièces nécessaires, et de la complication correspondante du procédé d'assemblage de toutes ces pièces. De plus, les montages de piston actuels n'acceptent que difficilement des flexions importantes de la crémaillère, qui constitue aussi la tige de vérin. La présente invention vise à éliminer ces inconvénients, en 30 fournissant un ensemble piston de coût réduit, grâce à une diminution du nombre des pièces constitutives et une simplification des opérations de montage, mais qui assure toutefois très convenablement ses fonctions notamment d'étanchéité vis-à-vis du fût du vérin, et qui accepte en outre des flexions plus importantes de la crémaillère. A cet effet, I'invention a pour objet un ensemble piston de vérin de direction assistée hydraulique, cet ensemble étant monté sur une tige constituée par une portion de la crémaillère de la direction, et étant essentiellement caractérisé par le fait qu'il se compose, d'une part, d'un corps de piston en tôle, comprenant une première partie en forme de manchon prévue pour être fixée par roulage sur la tige ou crémaillère, et une seconde 5 partie en forme de voile annulaire, qui s'étend dans un plan perpendiculairement à l'axe de la première partie, et d'autre part, d'un joint annulaire à double lèvre d'étanchéité, le joint étant solidarisé par surmoulage avec la périphérie de la seconde partie en forme de voile annulaire du corps de piston en tôle. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le joint annulaire est de section symétrique et il possède une zone centrale surmoulée, qui traverse des ouvertures ménagées vers la périphérie de la partie en forme de voile du corps de piston en tôle, et deux lèvres annulaires symétriques, dirigées vers l'extérieur, situées de part et d'autre de la zone centrale. Si nécessaire, I'ensemble piston objet de l'invention comprend aussi deux bagues anti-extrusion, disposées symétriquement de part et d'autre de la partie en forme de voile annulaire du corps de piston en tôle, autour de la zone centrale du joint annulaire et entre les deux lèvres de ce joint. Dans une variante, la zone centrale du joint annulaire s'étend 20 autour du bord extérieur de la partie en forme de voile annulaire de corps de piston en tôle, la périphérie de ladite zone centrale présentant des lèvres secondaires ou des nervures, qui forment des chicanes présentes entre les deux lèvres annulaires précitées. On obtient ainsi un ensemble piston de structure simple, se limitant 25 à deux composants principaux réunis par surmoulage, le corps de piston étant en particulier une simple pièce en tôle, formée par emboutissage et fixée par roulage sur la crémaillère, sans aucun organe d'assemblage. Les opérations de montage sont ainsi limitées, et l'on obtient globalement une réduction sensible des coûts. Le joint annulaire peut comporter toutes formes et tous 30 aménagements, pour optimiser les fonctions d'étanchéité, de raclage, de guidage et de reprise d'effort sur le fût du vérin, tout en acceptant des flexions relativement importantes de la crémaillère de la direction. De toute façon, I'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, 35 à titre d'exemples, deux formes d'exécution de cet ensemble piston de vérin de direction assistée hydraulique: Figure 1 est une représentation très schématique d'une direction assistée hydraulique, dont le vérin est pourvu d'un ensemble piston conforme à la présente invention; Figure 2 est une vue partielle, en demi-coupe longitudinale, du 5 vérin hydraulique d'assistance de la direction selon la figure 1, montrant le détail de l'ensemble piston; Figure 3 est une vue similaire à la figure 2, illustrant une variante de cet ensemble piston. La figure 1 représente, sous la forme d'un schéma de principe, une 10 direction assistée hydraulique de véhicule automobile. La direction comprend un volant de conduite 2 lié à une colonne de direction 3, dont l'extrémité éloignée du volant 2 porte un pignon 4 qui vient en prise avec la denture 5 d'une crémaillère 6. Les deux extrémités opposées de la crémaillère 6 sont munies de rotules, respectivement 7 et 8, pour 15 I'articulation de biellettes de direction (non représentées) qui sont associées, respectivement, aux roues directrices gauche et droite du train avant du véhicule concerné, et qui commandent l'orientation de ces roues. S'agissant ici d'une direction assistée hydraulique, celle-ci comprend un vérin hydraulique d'assistance 9, dont le corps 10 est constitué 20 par une portion du carter de direction, et dont la tige 11 est constituée par une portion non dentée de la crémaillère 6. La tige 11 porte un ensemble piston 12, qui coulisse avec cette tige 11 à l'intérieur du corps 10 du vérin 9, I'ensemble piston 12 divisant l'intérieur du vérin 9 en deux chambres 13 et 14. Le système hydraulique d'assistance comprend une pompe 15, qui 25 alimente une valve d'assistance 16 liée à la colonne de direction 3, à partir d'un réservoir 17 de fluide hydraulique, un accumulateur 18 pouvant compléter ce circuit hydraulique. Deux conduits hydrauliques 19 et 20 relient la valve d'assistance 16, respectivement, aux deux chambres 13 et 14 du vérin hydraulique d'assistance 9. La valve d'assistance 16 envoie sélectivement le 30 fluide hydraulique sous pression, par le conduit 19 ou 20, vers la chambre 13 ou 14, selon que le conducteur du véhicule commande, par le volant 2, un braquage à gauche ou un braquage à droite. La figure 2 représente, en demi-coupe, le détail de l'ensemble piston 12, porté par la tige 11 du vérin hydraulique d'assistance 9, dans une 35 première forme de réalisation. L'ensemble piston 12 comprend un corps de piston 21 en tôle, à symétrie de révolution autour de l'axe central A de la tige 11. Le corps de piston 21 en tôle se divise en une première partie 22 en forme de manchon, montée autour de la tige 11, et une seconde partie 23 en forme de voile 5 annulaire, qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe A, en prolongeant la première partie 22 à l'une de ses extrémités, les deux parties 22 et 23 se raccordant par un arrondi 24. La première partie 21 en forme de manchon est fixée par roulage, comme indiqué en 25, dans une gorge annulaire 26 de la tige 11. L'ensemble piston 12 comprend aussi, à sa périphérie, un joint annulaire 27 à double lèvre d'étanchéité, en matière synthétique ou en caoutchouc, solidarisé par surmoulage avec la seconde partie 23 en forme de voile annulaire du corps de piston 21. Le joint annulaire 27, de section symétrique, possède une zone centrale 28, qui traverse des ouvertures 29 15 ménagées vers la périphérie de la partie 23 en forme de voile annulaire. De part et d'autre de sa zone centrale 28, le joint annulaire 27 possède deux lèvres annulaires symétriques 30 et 31, dirigées vers l'extérieur. Si nécessaire, les deux lèvres annulaires 30 et 31 sont pressées, par des éléments annulaires élastiques respectifs 32 et 33, contre la paroi intérieure cylindrique 34 du corps 20 10 du vérin 9. Dans certains cas, les deux lèvres 30 et 31 peuvent être appliquées contre la paroi 34 sous l'effet de la seule pression. Facultativement, I'ensemble piston 12 selon la figure 2 comprend encore deux bagues anti-extrusion 35 et 36, disposées symétriquement de part et d'autre de la partie 23 en forme de voile annulaire, autour de la zone 25 centrale 28 du joint annulaire 27 à double lèvre, et entre les deux lèvres 30 et 31 de ce joint. La figure 3, sur laquelle les éléments correspondant à ceux décrits précédemment (en référence à la figure 2) sont désignés par les mêmes repères, montre une variante de l'ensemble piston 12. Cet ensemble comprend 30 d'une part un corps de piston 21 en tôle, analogue à celui décrit ci-dessus, et lui aussi fixé par roulage dans une gorge annulaire 26 de la tige 11, et d'autre part un joint annulaire 27 en matière synthétique ou en caoutchouc, solidarisé par un surmoulage avec la partie 23 en forme de voile annulaire du corps de piston 21. Le joint annulaire 27 diffère en partie de celui précédemment décrit: 35 il comprend ici encore une zone centrale 28, traversant des ouvertures 29 de la partie 23, et deux lèvres annulaires symétriques 30 et 31, auxquelles sont associés si nécessaire des éléments annulaires élastiques respectifs 32 et 33. Aucune bague anti-extrusion n'entoure ici la zone centrale 28 du joint annulaire 27, et cette zone centrale 28 s'étend autour du bord extérieur de la partie 23 en forme de voile annulaire. La zone centrale 28 peut présenter, à sa périphérie, 5 des lèvres annulaires secondaires 37, qui forment des chicanes entre les deux lèvres annulaires principales 30 et 31. Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cet ensemble piston de vérin de direction assistée hydraulique qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples; elle en embrasse, au 10 contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe, quels que soient notamment: le détail des formes de l'ensemble piston, qu'il s'agisse du corps de piston en tôle ou du joint annulaire, par exemple: adjonction d'empreintes ou de nervures disposées de manière à rigidifier la tôle du piston dans sa partie 15 en forme de voile annulaire, ou modification du profil des lèvres du joint; - les matériaux constitutifs de cet ensemble piston, en particulier de son joint annulaire; - les dispositions complémentaires prévues, par exemple pour la réduction des efforts de coulissement du piston; - les particularités de la direction assistée hydraulique à laquelle est appliqué cet ensemble piston. REVENDICATIONS 1. Ensemble piston de vérin de direction assistée hydraulique, cet ensemble (12) étant monté sur une tige (11) constituée par une portion de la 5 crémaillère (6) de la direction, caractérisé en ce qu'il se compose, d'une part, d'un corps de piston (21) en tôle, comprenant une première partie (22) en forme de manchon prévue pour être fixée par roulage (25) sur la tige (11) ou crémaillère (6), et une seconde partie (23) en forme de voile annulaire, qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe central (A) de la première partie 10 (22), et d'autre part, d'un joint annulaire (27) à double lèvre d'étanchéité (30, 31), le joint (27) étant solidarisé par surmoulage avec la périphérie de la seconde partie (23) en forme de voile annulaire du corps de piston (21) en tôle. 2. Ensemble piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 le joint annulaire (27), de section symétrique, possède une zone centrale (28) surmoulée, qui traverse des ouvertures (29) ménagées vers la périphérie de la partie (23) en forme de voile annulaire du corps de piston (21) en tôle, et deux lèvres annulaires symétriques (30, 31), dirigées vers l'extérieur, situées de part et d'autre de la zone centrale (28). 3. Ensemble piston selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux bagues anti-extrusion (35, 36), disposées symétriquement de part et d'autre de la partie (23) en forme de voile annulaire du corps de piston (21) en tôle, autour de la zone centrale (28) du joint annulaire (27) et entre les 25 deux lèvres (30, 31) de ce joint (27). 4. Ensemble piston selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone centrale (28) du joint annulaire (27) s'étend autour du bord extérieur de la partie (23) en forme de voile annulaire du corps de piston (21) en tôle, la 30 périphérie de ladite zone centrale (28) présentant des lèvres secondaires (37) ou des nervures, qui forment des chicanes présentes entre les deux lèvres annulaires précitées (30, 31).