Brevet FR2959289A1 — publié le 20111028

DISPOSITIF D'AMORTISSEMENT, EN PARTICULIER POUR SUSPENSION DE VEHICULE AUTOMOBILE. La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'amortissement, du type de ceux qui sont utilisés en particulier dans les suspensions de véhicules automobiles. A titre d'exemple, un dispositif d'amortissement de type « bi-tube » pour suspension automobile comprend, de façon générale, un cylindre de travail dans lequel coulisse un piston, et un corps extérieur qui délimite avec le cylindre une chambre annulaire additionnelle appelée chambre de compensation. Dans le cylindre de travail, le piston, lié à sa tige, délimite deux chambres, à savoir une chambre de détente, qui est située entre le piston et le palier supérieur de la tige du piston et est comprimée en phase de détente, et une chambre de compression, qui est située ente le piston et la chambre de compensation et qui est comprimée en phase de compression. De plus, des mécanismes sont prévus pour permettre de réaliser une perte de charge en compression et en détente. Chaque dispositif d'amortissement ou amortisseur doit garantir le respect d'une loi d'amortissement, exprimée sur un graphique représentant l'évolution de l'effort de tige en fonction de la vitesse de débattement de la tige en phase de compression et en phase de détente. De manière générale, cette garantie est obtenue en ajustant des éléments de réglage sur des mécanismes portés par le piston, et dans une moindre mesure, par la compensation des amortisseurs. Des solutions techniques existent pour modifier ces lois d'amortissement et d'écoulement des fluides. A titre d'exemple, le document FR 2 811 729 décrit un dispositif pour amortir des oscillations de pression s'exerçant entre deux volumes de fluide hydrauliques. Ce dispositif comprend un séparateur à deux faces, qui est interposé entre les volumes de fluide. Ce séparateur est percé de deux séries de canaux et porte deux obturateurs élastiquement sollicités vers ses faces respectives. Les faces axiales sont creusées pour définir des chambres respectives bordées par des sièges annulaires de clapet respectifs, sur lesquels s'appuient respectivement les obturateurs. Les canaux de chaque série relient respectivement les chambres formées par l'un des obturateurs à des interstices radiaux ou à un interstice annulaire s'ouvrant dans le volume de fluide opposé, entre l'autre obturateur et un palier de séparation des volumes. Le but de la présente invention est de fournir un nouveau dispositif d'amortissement, dont l'architecture permette, de manière économique, le réglage fin des lois d'amortissement. Un autre but de la présente invention est de fournir un tel dispositif perfectionné permettant des réglages supplémentaires modifiant les lois d'amortissement, en particulier, d'une part, une perte de charge plus faible en compression qu'en détente dès les plus faibles vitesses de tige, et d'autre part, une limitation des efforts de tige pour les débits les plus importants en détente. Un autre but de la présente invention est de fournir un tel dispositif, qui utilise un élément unique pour réaliser une perte de charge en compression et en détente, là où les dispositifs connus de l'art antérieur utilisent des éléments distincts pour les mêmes fonctions. Enfin, c'est également un but de la présente invention de fournir un tel dispositif, qui, tout en présentant des moyens de réglage nombreux, soit de conception et de réalisation simple, présente une bonne tenue en fatigue, soit précis, fiable et économique. Pour parvenir à ces buts, la présente invention conçoit un nouveau dispositif d'amortissement, utilisé notamment dans une suspension de véhicule automobile, du type comprenant un cylindre de travail dans lequel coulisse un piston, le piston délimitant dans ledit cylindre une chambre de détente et une chambre de compression, et dans ce nouveau dispositif d'amortissement il est prévu un mécanisme dit « à clapet d'orifice », composé d'un empilage de deux diaphragmes annulaires, à savoir un premier diaphragme tourné vers la chambre de compression, et un second diaphragme, tourné vers la chambre de détente et jouant le rôle de clapet anti-retour pour contrôler l'accès à au moins un trou de fuite ménagé dans ledit premier diaphragme. De cette façon, le mécanisme à clapet d'orifice permet, d'une part, de générer une fuite additionnelle de passage de fluide en compression pour assurer une fonction désignée dans la suite du texte « fonction de différentiation basse vitesse » et, d'autre part, une limitation des efforts de tige pour les débits les plus importants en détente, appelée « Blow Off » en détente dans la suite du présent texte. Selon le principe de l'invention, le choix du diamètre et du nombre de trous de fuite ménagés dans le premier diaphragme permet le réglage de ladite fonction de différentiation basse vitesse, et le « Blow Off » en détente est réglé principalement en jouant sur la raideur de l'empilage des deux diaphragmes du mécanisme. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le mécanisme à clapet d'orifice est monté en appui externe sur un siège solidaire en translation du piston et en appui interne sur une pièce centrale de guidage également solidaire en translation du piston. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention également, la distance axiale entre la surface d'appui du siège et la surface d'appui de la pièce centrale de guidage est prédéterminée de façon à définir une précontrainte de l'empilage des deux diaphragmes, et par conséquent un réglage du « Blow Off » en détente. Le siège et la pièce centrale de guidage forment avantageusement un empilement axial, qui est directement ou indirectement, relié rigidement au piston. De préférence, les deux diaphragmes annulaires 35 composant le mécanisme à clapet d'orifice sont réalisés en acier trempé et revenu. Le mécanisme à clapet d'orifice peut avantageusement être positionné sur une face du piston, en particulier sur la face du piston tournée vers la chambre de compression. Selon une variante de réalisation du dispositif de l'invention, l'autre face du piston peut comporter un système de diaphragme flottant, connu en soi, ledit mécanisme à clapet d'orifice constituant alors un mécanisme additionnel audit système de diaphragme flottant permettant plus de réglages. La présente invention a également pour objet une suspension de véhicule, en particulier une suspension de véhicule automobile de type à amortisseur « bi-tube », qui comporte un dispositif d'amortissement perfectionné conforme à celui décrit ci-dessus dans ses grandes lignes. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'exemples de réalisation, non limitatifs de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un amortisseur bi-tube de suspension de véhicule automobile, - la figure 2 représente, de manière très schématique, l'emplacement d'un mécanisme à clapet d'orifice selon l'invention sur le piston de l'amortisseur de la figure 1, - la figure 3 représente, de manière schématique, le mécanisme à clapet d'orifice de l'invention en position de repos, - la figure 4 représente, de manière schématique, le mécanisme à clapet d'orifice de l'invention en 30 fonctionnement « basse vitesse », - la figure 5 représente, de manière schématique, le mécanisme à clapet d'orifice de l'invention en fonctionnement du « Blow Off » en détente, et - la figure 6 est un graphe illustrant les résultats 35 sur les lois d'amortissement de la mise en oeuvre de la présente invention. En référence au dessin de la figure 1, on a représenté, à titre d'exemple d'application de la présente invention, la structure générale d'un amortisseur bi-tube de suspension automobile. L'amortisseur, de forme générale sensiblement cylindrique d'axe longitudinal XX', est composé d'un cylindre de travail 2, dans lequel coulisse un piston 1, et d'un corps extérieur 4 qui délimite avec le cylindre 2 une chambre annulaire additionnelle appelée « chambre de compensation » et référencée 5. Dans le cylindre de travail 2, le piston 1, lié à sa tige 3, délimite deux chambres, à savoir une chambre de détente 8, qui est située entre le piston 1 et un palier supérieur 6 de la tige 3 et est comprimée en phase de détente, et une chambre de compression 9, qui est située entre le piston 1 et la chambre de compensation 5 et qui est comprimée en phase de compression. En phase de compression, la chambre de compression 9 est comprimée, et le fluide est forcé au travers du piston 1 d'une part, et de la compensation 7, d'autre part. On considère que la section annulaire entre la tige 3 et le cylindre de travail 2 pousse le fluide au travers du piston, et que la section de tige 3 pousse le fluide au travers de la compensation 7. Le volume de gaz ménagé dans la chambre de compensation 5 permet d'accueillir le volume de fluide lié au déplacement de la tige 3. La chambre de détente 8 se retrouve alors en dépression, et il convient de garantir que son niveau de pression ne chutera pas trop bas (risque de cavitation). Dans ce but, la compensation 7 impose une perte de charge suffisante au débit de tige pour garantir que la pression dans la chambre de détente 8 ne chute pas au dessous de la pression moyenne dans la chambre de compensation 5. En phase de détente, la chambre de détente 8 est mise en pression, et le fluide est forcé au travers du piston 1 vers la chambre de compression 9. Le volume d'huile aspiré par le déplacement de la tige 3 est prélevé dans la chambre de compensation 5, et alimente la chambre de compression 9 au travers de la compensation 7. Cette dernière doit alors imposer le moins de perte de charge possible au fluide de façon à ne pas mettre en dépression la chambre de compression 9. L'amortisseur doit garantir le respect d'une « loi d'amortissement », illustrée sur un graphique présentant l'évolution de l'effort de tige « F » exprimé en daN (décanewton), en fonction de la vitesse « V », exprimée en m/s (mètres par seconde), de débattement de la tige 3. On représente habituellement deux courbes (voir figure 6) . - une courbe en compression, la tige rentrant dans le corps du cylindre, qui est la courbe « C » généralement plus faible en efforts, et - une courbe en détente, la tige sortant du corps du cylindre, qui est la courbe « D » généralement plus importante en efforts. Dans les amortisseurs de type standard, connus de l'art antérieur, ces deux courbes « C » et « D » sont obtenues en ajustant des éléments de réglage sur des mécanismes portés par le piston, et dans une moindre mesure, par la compensation des amortisseurs. Selon le principe de la présente invention, il est prévu un mécanisme d'amortissement des oscillations de pression, qui permet de réaliser des réglages fins supplémentaires de la loi d'amortissement illustrée par les courbes décrites ci-dessus en regard de la figure 6. Comme représenté sur la figure 3, le mécanisme de l'invention, dit mécanisme « à clapet d'orifice », de référence générale 20, est composé d'un empilage de deux diaphragmes annulaires 21 et 22, à savoir un premier diaphragme 21, tourné vers la chambre de compression, et un second diaphragme 22, tourné vers la chambre de détente et jouant le rôle de clapet anti-retour pour contrôler l'accès à un trou de fuite 23 ménagé dans le premier diaphragme 21. Les deux diaphragmes 21 et 22 peuvent être, par exemple, réalisés en acier de haute qualité, trempé et revenu, c'est-à-dire une acier dont les caractéristiques sont améliorées par trempe, puis cuisson et refroidissement lent. Le mécanisme 20, de forme générale annulaire, est monté « flottant », c'est-à-dire non pincé mais en appui simple par son bord circulaire externe sur le bord annulaire périphérique 31A d'une pièce formant siège désignée par la référence générale 31, solidaire en translation du piston. Il est également monté en appui simple par son bord circulaire interne sur une pièce centrale de guidage 32 également solidaire en translation du piston. Le siège 31 comporte, d'une part, une partie 31B transversale à la direction du fluide, largement ouverte en 31C pour le passage de ce dernier, et, d'autre part, la partie 31A mentionnée précédemment formant appui externe du mécanisme 20. Le siège 31 et la pièce centrale de guidage forment, avec une pièce intermédiaire 33, un empilement de cylindres ou anneaux de diamètres différents, lequel empilement est lié directement ou indirectement, rigidement, au piston de l'amortisseur, et par conséquent solidaire en translation avec ce dernier. La distance axiale « h » (figure 3) entre la surface d'appui du bord annulaire périphérique 31A du siège 31 et la surface d'appui de la pièce centrale de guidage 32 est prédéterminée de façon à définir une précontrainte de l'empilage des deux diaphragmes 21 et 22, et de façon par conséquent à permettre un réglage de la fonction de « Blow Off » en détente. Le choix du diamètre et du nombre de trous de fuite 23 ménagés dans le premier diaphragme 21 permet d'assurer le réglage de la fonction de différentiation basse vitesse. Le « Blow Off » en détente est avantageusement réglé en jouant sur la raideur de l'empilage des deux diaphragmes 21 et 22. Le fonctionnement du mécanisme à clapet d'orifice 20 est décrit ci-après, en référence aux figures 4 et 5. Comme illustré sur la figure 4, en compression, pour les pertes de charge faibles, le fluide passe par le trou de fuite 23 ménagé dans le diaphragme 21 en soulevant le diaphragme 22. Les flèches indiquent le sens du passage du fluide. En détente, le diaphragme 22 obture le passage de fluide par le trou d'orifice 23. Il y a, par conséquent, différentiation de la fuite entre la compression et la détente. On notera que le diaphragme 22 faisant fonction de clapet d'obturation du trou 23 peut présenter une forme différente de la forme annulaire. Le diaphragme 22 peut, en variante, prendre toute forme susceptible de lui donner la meilleure souplesse possible et d'assurer la fermeture et l'étanchéité du trou 23, par exemple une forme en spirale, à plusieurs branches, etc. Comme illustré sur la figure 5, pour les fortes pertes de charge, l'empilage des deux diaphragmes 21 et 22, appuyé sur la pièce centrale de guidage 32 et centré sur la pièce 33, pivote et dégage une section de passage par rapport au bord annulaire périphérique 31A du siège 31. Les flèches indiquent le sens du passage du fluide. Le mécanisme à clapet d'orifice 20 décrit ci-dessus peut avantageusement être utilisé en parallèle avec un mécanisme à diaphragme flottant, de type connu en soi, de référence 10, comme représenté sur le dessin de la figure 2. Le mécanisme 20 permet ainsi d'augmenter le nombre de réglages possibles. Toujours en référence à la figure 2, le mécanisme à clapet d'orifice 20 est avantageusement positionné sur la face libre du piston 1, à savoir la face non occupée par le mécanisme conventionnel à diaphragme flottant 10, qui est ici la face tournée vers la chambre de compression. Le mécanisme à clapet d'orifice 20 décrit ci-dessus permet, d'une part, de générer une fuite additionnelle de passage de fluide en compression pour assurer une fonction dite de « différentiation basse vitesse » et, d'autre part, un « Blow Off » du passage de fluide en détente permettant de limiter les efforts pour les débits les plus importants. L'intérêt de ces deux prestations supplémentaires est illustré sur le graphe de la figure 6. La différentiation basse vitesse est illustrée par la portion de courbe en traits interrompus courts désignée « DBB ». Elle permet de faire, au piston, une perte de charge plus faible en compression qu'en détente dès les faibles vitesses de tige (V à 0,1 m/s), ce qui a pour résultat de permettre, sur le véhicule automobile, une amélioration du compromis entre le confort et le comportement. Le « Blow Off » est illustré par la portion de courbe en traits mixtes désignée « B-0 ». Elle permet, comme déjà exposé précédemment, de limiter les efforts pour les débits les plus importants (F reste en dessous d'un seuil de 325 daN environ). On obtient ainsi, pour les gros débits, une loi d'amortissement sensiblement proche de l'horizontale. Le « Blow Off » a pour résultat sur le véhicule d'améliorer substantiellement le confort. L'invention décrite ci-dessus présente l'avantage d'offrir plus de réglages des lois d'amortissement avec moins de complexité technologique. Elle présente aussi l'avantage d'être de conception simple, de bonne tenue en fatigue, fiable et économique. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS1. Dispositif d'amortissement, utilisé notamment dans une suspension de véhicule automobile, du type comprenant un cylindre de travail (2) dans lequel coulisse un piston (1), le piston délimitant dans ledit cylindre une chambre de détente (8) et une chambre de compression (9), caractérisé en ce qu'il est prévu un mécanisme dit « à clapet d'orifice » (20), composé d'un empilage de deux diaphragmes annulaires (21, 22), à savoir un premier diaphragme (21), tourné vers la chambre de compression, et un second diaphragme (22), tourné vers la chambre de détente et jouant le rôle de clapet anti-retour pour contrôler l'accès à au moins un trou de fuite (23) ménagé dans ledit premier diaphragme (21), de telle sorte que ledit mécanisme (20) permet, d'une part, de générer une fuite additionnelle de passage de fluide en compression pour assurer une fonction dite de « différentiation basse vitesse » et, d'autre part, un « Blow Off » du passage de fluide en détente permettant de limiter les efforts pour les débits les plus importants. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le choix du diamètre et du nombre de trous de fuite (23) ménagés dans le premier diaphragme (21) permet le réglage de ladite fonction de différentiation basse vitesse. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit « Blow Off » en détente est réglé en jouant sur la raideur de l'empilage des deux diaphragmes (21, 22). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mécanisme à clapet d'orifice (20) est monté en appui externe sur un siège (31) solidaire en translation du piston et en appui interne sur une pièce centrale de guidage (32) également solidaire en translation du piston. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la distance axiale (« h ») entre la surface d'appui du mécanisme (20) sur le siège (31) et la surface d'appui dudit mécanisme (20) sur la pièce centrale de guidage (32) est prédéterminée de façon à définir une précontrainte del'empilage des deux diaphragmes (21, 22), et par conséquent un réglage de ladite fonction de « Blow Off » en détente. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le siège (31) et la pièce centrale de guidage (32) forment un empilement axial relié, directement ou indirectement, rigidement, au piston (1). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deux diaphragmes annulaires (21, 22) sont réalisés en acier trempé et revenu. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le mécanisme à clapet d'orifice (20) est positionné sur une face du piston (1) . 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le mécanisme à clapet d'orifice (20) est positionné sur la face du piston (1) tournée vers la chambre de compression. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que l'autre face du piston (1) comporte un système de diaphragme flottant (10), connu en soi, le mécanisme à clapet d'orifice (20) constituant alors un mécanisme additionnel audit système de diaphragme flottant (10). 11. Suspension de véhicule, en particulier de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'elle comporte un dispositif d'amortissement perfectionné conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Suspension de véhicule selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle est de type à amortisseur bitube.