Brevet FR2867243A1 — publié le 20050909

Etrier de frein à disque L'invention concerne un étrier de frein à disque. Elle vise plus particulièrement un joint de rappel d'un piston de frein, situé dans l'étrier. L'invention a pour but d'améliorer le rappel, à la fin d'un freinage, d'un piston de frein logé dans un étrier de frein à disque. Elle a également pour but de permettre un rattrapage de jeu tel qu'une course morte d'une commande de frein est la plus courte possible. C'est à dire que l'actionnement de la pédale de frein est suivi, quasi immédiatement, d'un freinage. L'invention a pour but supplémentaire d'augmenter la durée de vie d'une plaquette de frein. Un système de freinage de véhicule automobile comprend généralement une pédale de frein qui commande, directement ou indirectement, des freins. Les freins, en contact avec des roues d'un véhicule, vont s'opposer à la rotation des roues, c'est-à-dire à l'avancement du véhicule, lorsque la pédale de frein est actionnée. D'une manière générale, le ralentissement des roues est obtenu par frottement d'un élément fixé à un châssis, sur un élément solidaire d'une roue en rotation. Deux catégories de systèmes de freins sont communément utilisées. Les freins à tambours, et les freins à disques. L'invention concerne les freins à disques. Un étrier de frein à disque est solidaire d'un châssis de véhicule. L'étrier est généralement muni d'un cylindre hydraulique, dans lequel est monté un piston coulissant. Une chambre hydraulique, remplie du liquide hydraulique, et à volume variable, est située entre un fond du cylindre hydraulique et le piston. L'augmentation du volume de la chambre hydraulique pousse le piston en direction de plaquettes de frein. Un joint d'étanchéité permet d'éviter toute fuite du liquide de frein de la chambre hydraulique vers l'extérieur. Le piston de frein est installé dans un alésage ménagé dans l'étrier. Un espace est ménagé entre le piston de frein et un nez de l'étrier. Dans cet espace sont logées deux plaquettes: une plaquette externe et une plaquette interne. Les deux plaquettes délimitent un espace dans lequel est logé un disque. Le disque est solidaire d'une roue. Les plaquettes sont montées fixes, tandis que le disque est monté en rotation et tourne en même temps que la roue du véhicule. Lorsque la pédale de frein du véhicule est actionnée, du liquide de frein est envoyé vers le système de freinage. Le liquide de frein arrive dans la chambre hydraulique. Le volume de la chambre hydraulique augmente. Le piston de freinage est poussé, dans une direction opposée au fond du cylindre hydraulique. Une avancée du piston entraîne une avancée des plaquettes interne et externe respectivement contre une face interne et une face externe du disque. Le disque est pris en sandwich entre les deux plaquettes. La force de frottement s'exerçant sur le disque en rotation vient s'opposer à la rotation du disque et donc de la roue. Si l'action sur la pédale de frein est maintenue, l'action des plaquettes sur le disque aboutit à un freinage du véhicule. Lorsque la pédale de frein est relâchée, donc lorsque le conducteur n'a plus l'intention de freiner, il est nécessaire que le système de freinage retourne en position repos. C'est-à-dire qu'il faut que les plaquettes de frein retournent dans une position telle qu'elles laissent libre la rotation du disque et de la roue. Pour cela, il est nécessaire que le relâchement de la pédale de frein s'accompagne d'un rappel du piston de frein en position repos. Si le rappel du piston de freinage n'est pas complet, des forces de freinage résiduelles continuent de s'exercer sur le disque. En effet, si les plaquettes ne sont pas situées à une distance minimale permettant la rotation libre du disque, un frottement parasite des plaquettes de frein sur le disque a lieu, alors même qu'aucun freinage n'est demandé. II s'ensuit une usure importante des plaquettes de frein. Pour permettre un rappel rapide du piston de frein, lors de la cessation du freinage, il est connu d'utiliser un joint de rappel. Le joint de rappel subit une déformation, à l'intérieur d'une gorge située dans l'alésage, lors de l'avancée du piston. La gorge accueillant le joint est telle qu'une déformation importante du joint est possible. La déformation du joint est due d'une part à la pression hydraulique appliquée sur le joint, et d'autre part au mouvement de translation du piston. Lorsque la pédale de frein est relâchée, et que la pression hydraulique 35 diminue, le joint reprend sa forme initiale. En reprenant sa forme initiale, le joint rappelle le piston. Le système de freinage retrouve alors sa position initiale. Cependant un tel système comporte des inconvénients. En effet, compte tenu de l'ajustement du piston dans l'alésage, qui doit être très précis, il est possible que la pression appliquée sur le joint lors de l'avancée du piston soit quasiment nulle. Ce phénomène résulte d'une perte de charge, qui elle-même résulte du faible jeu entre l'alésage et le piston. II en découle une déformation insuffisante du joint. Le rappel du piston, lorsque le joint reprend sa forme initiale, est alors inexistant, ou au moins insuffisant. Par ailleurs, il est également possible, lorsque la montée en pression est trop brutale, que le piston glisse par rapport au joint. C'est-à-dire que le piston avance sans que le joint se déforme. Là encore le rappel du piston est quasiment inexistant. Aussi, lors d'un second freinage, l'avancée du piston est pratiquement nulle. II est même nécessaire de procéder à plusieurs actionnements rapides et successifs de la pédale de frein, afin de ramener petit à petit le piston en position repos, par déformations successives et faibles du joint. Dans l'invention, on cherche à résoudre le problème de rappel insuffisant d'un piston de frein lors d'un relâchement d'une pédale de frein. On cherche également à favoriser la déformation d'un joint à chaque déplacement du piston de frein. Pour cela, on loge le joint dans une gorge particulière. Cette gorge, ménagée dans un corps d'un cylindre hydraulique, est telle qu'une pression hydraulique, exercée sur le piston, s'exerce également sur le joint, favorisant sa déformation. La forme de la gorge, préconisée par l'invention, organise l'arrivée facile du liquide de freinage sur le joint. Ainsi, la moindre pression hydraulique faisant coulisser le piston, déforme également le joint. Le rappel du piston, par le retour en position initiale du joint, est toujours possible. L'invention a donc pour objet un étrier de frein à disque comprenant - un cylindre hydraulique, - un piston coulissant dans le cylindre hydraulique, - une chambre hydraulique à volume variable, ménagée entre un fond du cylindre et le piston, - une gorge ménagée dans un corps du cylindre hydraulique, côté lumière du cylindre hydraulique, un joint logé dans la gorge, caractérisé en ce que le corps du cylindre hydraulique est muni d'au moins une rainure qui va de la chambre à la gorge. Dans un exemple de réalisation particulier de l'invention, le corps du cylindre est muni de six rainures. Les six rainures sont par exemples réparties régulièrement sur toute la circonférence de la gorge. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - Figure 1: Une représentation générale d'un étrier de frein à disque de l'état de la technique, adaptable à l'invention; - Figure 2: une vue en coupe d'une gorge d'un joint selon l'état de la technique et du joint logé dans la gorge. - Figures 3 a, b, c: Une vue en coupe d'une gorge d'un joint, selon l'invention, et du joint logé dans la gorge, à différentes étapes d'un freinage. - Figure 4: Une vue en coupe transversale partielle selon un axe A-A d'un cylindre hydraulique de l'invention. - Figures 5a et 5b: Une modélisation numérique d'un phénomène de rappel d'un piston de frein par un joint respectivement selon l'état de la technique et selon l'invention. La figure 1 montre un étrier 1 de frein à disque du type à étrier coulissant. L'invention s'applique également aux étriers de freins à disques du type à étriers fixes. Une chape 2 maintient l'étrier 1 sur le véhicule à freiner, au niveau d'une roue (non représentée). Une plaquette interne 3 et une plaquette externe 4 sont logées au moins partiellement à l'intérieur de l'étrier 1. Les deux plaquettes 3 et 4 délimitent un espace 5 dans lequel est logé un disque (non représenté). Le disque est donc encadré d'un côté par une face interne de la plaquette externe 4, et d'un autre côté par une face externe de la plaquette interne 3. Par interne on entend dirigé vers un piston 7, et par externe on entend dirigé vers un nez 10 de l'étrier 1. Le disque est lié en rotation à une roue de véhicule (non représentés). L'étrier 1 est muni d'un cylindre hydraulique 6. Le piston de frein 7 coulisse dans un alésage ménagé dans le cylindre hydraulique 6. Une chambre hydraulique 8, à volume variable, est ménagée entre un fond 9 du cylindre hydraulique 6 et le piston 7. L'étrier 1 se termine à une des ses extrémités, par un nez 10 d'étrier. Un espace 11 est ménagé entre le nez 10 de l'étrier 1 et le piston 7. C'est dans cet espace 11 que sont logées les plaquettes. Le nez 10 est ainsi en appui contre la plaquette externe 4, tandis que la plaquette interne 3 est en appui contre le piston 7. Au repos, c'est-à-dire lorsque le système de freinage n'est pas actionné, les plaquettes interne 3 et externe 4 sont distantes du disque d'une distance telle que les plaquettes de frein 3 et 4 ne frottent pas sur le disque. Lorsqu'un conducteur souhaite freiner, il appuie, par exemple, sur une pédale de frein. La pédale de frein actionne, directement ou indirectement, le piston 7, en envoyant du liquide de frein dans la chambre hydraulique 8. Le volume de la chambre hydraulique 8 augmente, poussant le piston 7 et le nez 10 en direction du disque. Un joint 12, logé dans une gorge 13, se déforme à l'intérieur de sa gorge 13 lors de l'avancée du piston 7. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, le joint de rappel est carré. De plus, le joint de rappel sert également de joint d'étanchéité. C'est-à-dire que le joint 12 interdit toute fuite du liquide de freinage, depuis la chambre 8 hydraulique vers le disque et les plaquettes 3 et 4. Le joint 12 n'est pas nécessairement carré. Il peut être rectangulaire. Plus généralement, il possède une forme propice à sa déformation dans la gorge 13 sous l'effet du frottement du piston 7 et de la pression hydraulique qui le comprime. II est également possible de prévoir un joint supplémentaire jouant uniquement le rôle de joint d'étanchéité. On évite ainsi de façon certaine toute fuite de liquide. Dans ce cas, le joint d'étanchéité est placé après le joint 12 de rappel. Le joint 12 de rappel est donc dans ce cas disposé entre le joint d'étanchéité et le fond du cylindre. La figure 2, représente une gorge 22 de l'état de la technique. Dans la gorge 22 est logé un joint 18. La gorge 22 suit partiellement des contours du joint 18 et se prolonge par un chanfrein 19. Le chanfrein 19 est situé d'un côté opposé à un fond d'un cylindre 20. Le chanfrein 19 autorise une déformation du joint 18 dans une même direction qu'une avancée du piston 21. Lors d'un freinage, un liquide de freinage est injecté dans la chambre hydraulique (non représentée), poussant le piston 21 vers les plaquettes. Cependant, le joint 18, dans la gorge 22, n'est pas soumis à une pression hydraulique suffisante pour permettre une bonne déformation. En effet, un ajustement du piston 21 dans l'alésage est tel qu'un espace insuffisant est ménagé entre le piston 21 et une paroi interne du cylindre 20. Une quantité faible de liquide hydraulique peut s'infiltrer dans cet espace. Aucune partie du joint 18 n'est en contact avec le liquide de freinage. La pression hydraulique qui s'exerce sur le joint 18 est donc insuffisante pour lui permettre une bonne déformation. La déformation du joint 18 dans la gorge 22 est principalement due à un frottement du piston 21. Ainsi, si le déplacement du piston 21 est tel qu'une déformation du joint 18 est faible ou nulle, le rappel du piston 21 est quasiment inexistant, entraînant les problèmes exposés ci-dessus. Sur les figures 3a à 3c, on peut voir la déformation subie par un joint 12 de l'invention, lors d'un freinage. Sur la figure 3a, est représenté le joint 12, à l'état repos dans sa gorge 13. La gorge 13 est ménagée dans un corps 17 du cylindre hydraulique 6. La gorge 13 suit partiellement les contours du joint 12. Cependant, la gorge 13 a un volume légèrement supérieur à un volume du joint 12. Ainsi, le joint 12 peut se déformer à l'intérieur de la gorge 13. Une rainure 14 selon l'invention est ménagée dans la circonférence de l'alésage 17. La rainure 14 est orientée de la gorge 13 vers le fond 9 du cylindre 6. La rainure 14 met en communication hydraulique, efficace et facile, la gorge 13 avec la chambre 8. La rainure 14 permet notamment de guider l'huile, ou liquide de freinage, vers le joint 12, afin d'optimiser la déformation du joint (figures 3b et 3c). Ainsi la déformation du joint 12 est permise par la pression exercée par le liquide hydraulique sur le joint 12, ainsi que par le déplacement du piston 7. La déformation, qui commence à la figure 3b, est maximum sur la figure 3c. C'est-à-dire qu'une forme de joint 12 épouse partiellement un contour de la gorge 13. La déformation du joint 12 se fait dans la direction de l'avancée du piston 7. A cette fin, la gorge 13 est munie d'un chanfrein 15 du côté opposé au fond 9. Le chanfrein 15 autorise la déformation du joint 12 d'une manière privilégiée dans la direction de l'avancée du piston 7. Lorsque la pédale de frein est relâchée, et que la pression diminue, le joint 12 reprend sa position initiale, rappelant le piston 7 en position repos. Le rappel du piston 7 permet le retour des plaquettes interne 3 et externe 4 en position repos. C'est-à-dire que les plaquettes 3 et 4 se dégagent du disque 5, afin de lui permettre à nouveau la rotation. L'inconvénient d'un frein à disque est notamment l'existence d'un couple résiduel de freinage. C'est-à-dire que, au cours d'utilisations répétées du frein à disque, une résistance parasite continue de s'opposer à la rotation de la roue, alors même que le frein n'est pas sollicité. Cette résistance parasite est due, entre autre, à un mauvais rappel des plaquettes de freins, donc à un mauvais rappel du piston. Ce couple résiduel de freinage, non nul, provoque une dépense d'énergie qui se traduit notamment, pour le véhicule, par une surconsommation de carburant, et par une usure précoce des plaquettes. La forme de la gorge 13, telle que proposée dans l'invention, permet d'optimiser le rappel du piston 7 dans tous les cas. Ainsi les plaquettes 3 et 4 du frein, rappelées par le rappel du piston 7, vont se décoller du disque de manière suffisante pour empêcher tout frottement résiduel. En effet, la rainure 14 permet une bonne application de la pression hydraulique sur le joint 12. La déformation du joint 12 est donc totale au moment du freinage. Sur la figure 4, on peut voir un exemple de réalisation particulier de l'invention. La figure 4 représente une coupe transversale selon un axe AA d'un étrier de la figure 1. Six rainures 14 sont ménagées tout autour de la gorge 13 (non visible). Les rainures 14 sont régulièrement reparties dans la circonférence de la gorge 13. Chaque rainure 14 conduit le liquide hydraulique sur le joint 12 lors de l'avancée du piston 7. En outre, de préférence, une largeur de la gorge 13, mesurée dans le sens du coulissement du piston, est plus grande qu'une largeur du joint 12, d'un écart 16. Cet écart 16 permet une circulation du fluide hydraulique sur tout le pourtour du joint 12. Cette bonne répartition circulaire favorise le bon rappel ultérieur. La présence de rainures 14 sur toute la circonférence de la gorge 13 assure une application uniforme de la pression hydraulique sur le joint 12, et donc une déformation uniforme du joint 12. Par ailleurs, du fait de la présence de ces rainures 14, un ajustement du piston 7 dans l'alésage est toujours bon. Dans un exemple de réalisation particulier de l'invention, le joint 12 a des dimensions de 3 mm par 3 mm. La rainure 14 a, par exemple, une profondeur de 1,5 mm. La rainure 14 a donc une profondeur égale à une demi épaisseur du joint 12. En agissant ainsi, on s'assure qu'une bonne part du joint 12 (soit la moitié de son épaisseur) contribue, par sa déformation, au rappel du piston 7. II est possible, alors même que des rainures 14 dans l'alésage optimisent la déformation du joint 12, que le piston 7 glisse par rapport au joint 12, sans aucune déformation de celui-ci. Cela arrive notamment lors d'un freinage trop brutal. Dans ce cas là, comme dans l'état de la technique, le rappel du piston 7 est quasiment nul. Cependant, contrairement à l'état de la technique, une seule montée en pression, par la suite, permet au piston 7 de retrouver sa position initiale. En effet, lors d'un deuxième freinage normal, la pression hydraulique s'exerce totalement sur le joint 12. La déformation du joint 12 est de nouveau maximale. Lorsqu'on relâche la pédale de frein de ce deuxième freinage, le joint 12 reprend sa forme initiale, en rappelant avec lui le piston 7. Sur la figure 5a, on peut voir une modélisation numérique d'un rappel de piston par un joint selon l'état de la technique. Sur la figure 5b, on peut voir une même modélisation numérique d'un rappel d'un piston par un joint, le joint étant dans une gorge de l'invention. En abscisse, est représenté le temps, en ms. En ordonné, est représenté le déplacement du piston, en mm. Dans la modélisation représentée sur la figure 5a comme dans la modélisation représentée sur la figure 5b, la pression exercée sur le piston est de 1 à 10 Mega Pascal. Sur la figure 5a, qui représente l'état de la technique, aucune pression n'est exercée sur le joint. Sur la figure 5b, conforme à l'invention, une pression équivalante à une pression hydraulique est exercée sur le joint. La position 0, en ordonnée, représente une position du piston telle, que le piston est collé aux plaquettes. En position 0 mm, il y a donc un couple résiduel de freinage. Sur la figure 5a, la position repos initiale du piston est à -2mm. Au bout de quatre freinages successifs, c'est-à-dire à t=80 ms, le rappel du piston ne va plus au-delà de 0 mm. Le piston reste collé aux plaquettes. D'où une usure importante des plaquettes, ainsi qu'une surconsommation de carburant. Sur la figure 5b, la position 0 en ordonnée représente également une position du piston telle qu'il est collé aux plaquettes. La position repos initiale du piston est approximativement à -3 mm. On remarque bien que le rappel du piston, même après plusieurs freinages successifs, est quasiment total. Après quatre freinages, le piston se retrouve approximativement en position - 2,5 mm. Au bout du neuvième freinage, la position de rappel du piston est encore - 2,5 mm. Ainsi, contrairement à l'état de la technique, le rappel du piston selon l'invention est quasiment total à la fin de chaque freinage. On a un rattrapage de jeu minimum environ constant. Dans un exemple de réalisation préféré, le joint 12 est en caoutchouc. REVENDICATIONS 1- Etrier (1) de frein à disque, comprenant - un cylindre hydraulique (6), - un piston (7) coulissant dans le cylindre hydraulique, - une chambre hydraulique (8) à volume variable, ménagée entre un fond (9) du cylindre et le piston, - une gorge (13) ménagée dans un corps (17) du cylindre hydraulique, côté lumière du cylindre hydraulique, - un joint (12) logé dans la gorge, caractérisé en ce que le corps du cylindre hydraulique est muni d'au moins une rainure (14) qui va de la chambre à la gorge. 2- Etrier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge a un volume supérieur à celui du joint. 3- Etrier selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la gorge est munie de six rainures (14) dans sa circonférence. 4- Etrier selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la rainure a une profondeur approximativement égale à une demi épaisseur du joint. 5- Etrier selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le joint est carré. 6- Etrier selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le joint est en caoutchouc.