Brevet FR2961273A1 — publié le 20111216

L'invention se rapporte à un vérin à course déclenchée. Un vérin à course déclenchée selon la présente invention est particulièrement adapté à un système de sécurité destiné à équiper un véhicule automobile et ayant pour fonction de soulever rapidement le capot du véhicule en 5 cas de collision avec un piéton. Le brevet FR 2 878 212 décrit un système de sécurité pour la protection d'un piéton lorsque celui-ci est percuté par un véhicule automobile. Ce système comprend un mécanisme permettant de soulever rapidement le capot du véhicule automobile en cas de collision. En effet, lorsqu'une telle collision se produit, la tête 10 du piéton heurte fréquemment le capot du véhicule. Ce choc de la tête sur le capot provoque des déformations du capot. Au-delà d'une certaine déformation, le capot entre en contact avec le bloc moteur et toutes les pièces rigides qui entourent le moteur. C'est à ce moment que la tête du piéton subit la plus forte décélération, pouvant causer de graves blessures. Le système mentionné précédemment est donc 15 conçu pour soulever rapidement le capot d'une certaine hauteur, de manière à éviter que le piéton et notamment sa tête, vienne heurter le bloc moteur après une déformation du capot. Le soulèvement du capot est effectué au niveau de l'arrière de celui-ci, du côté du pare-brise. Le capot reste fixé à l'avant du véhicule automobile. Ainsi, un tel système de sécurité, s'il est actionné à temps par des 20 moyens de détection appropriés, permet de soulever le capot de quelques dizaines de millimètres en quelques dizaines de millisecondes (100mm et 30 millisecondes sont des valeurs usuelles), c'est-à-dire dans un intervalle de temps très court après la détection d'un choc imminent. L'organe moteur d'un tel système comporte avantageusement un vérin à course déclenchée du type comprenant une charge 25 pyrotechnique, mise à feu électriquement. Les gaz engendrés par la combustion de la charge repoussent le piston du vérin lui-même lié à une tige actionnant le mécanisme de soulèvement du capot. En cas de non choc, il doit être possible de repositionner le capot dans sa position initiale, sous son propre poids ou avec un effort modéré, au bout d'un 30 certain temps après le déclenchement. En fin de course et après fonctionnement, les gaz ayant provoqué le déplacement du piston maintiennent une certaine pression dans la chambre d'expansion des gaz du vérin, Cette pression s'accroît significativement si l'on souhaite ramener le vérin dans sa position initiale, par exemple en refermant le capot 35 dans le cas d'un système protège piéton. Pour éviter la recompression dans la chambre d'expansion des gaz, une fuite calibrée doit être pratiquée de façon à évacuer les gaz ayant provoqué le déplacement du piston. On connaît la demande de brevet EP 0 550 321 qui décrit un vérin pyrotechnique équipé de moyens de passage pour les gaz ayant provoqué le déplacement du piston. Plus particulièrement, le vérin comprend une chambre de combustion communiquant avec une chambre de compression intermédiaire, ainsi qu'une chambre de contre-pression séparée de ladite chambre de compression intermédiaire par un piston. La vitesse de déplacement du piston est contrôlée par l'évacuation partielle des gaz depuis la chambre de compression intermédiaire vers la chambre de contre-pression. Selon une première variante, l'évacuation est réalisée via un conduit externe qui relie la chambre de compression intermédiaire à la chambre de contre-pression. Ce conduit externe complique l'assemblage du vérin et augmente son encombrement. Selon une seconde variante, l'évacuation des gaz est réalisée via une simple rainure réalisée dans la paroi interne du corps, ladite rainure assurant un passage des gaz d'une chambre à l'autre. L'usinage d'une telle rainure est une opération complexe dont la reproductibilité n'est pas assurée. Par ailleurs, quels que soit les moyens de passage prévus pour les gaz contenus dans la chambre de compression intermédiaire, aucun système n'est prévu pour le retour du piston dans sa position initiale après déclenchement. L'invention a pour objectif de fournir un vérin à course déclenchée comportant un piston et une tige et un générateur de gaz destiné à propulser ledit piston en réponse à une commande de déclenchement, et muni d'un mécanisme simple d'évacuation totale ou partielle des gaz contenus dans la chambre d'expansion des gaz afin de permettre un retour arrière du piston et de la tige de ce vérin sous leur propre poids ou avec un effort modéré, après le déclenchement. Cet objectif est atteint au moyen d'un vérin à course déclenchée comportant un corps abritant un piston et une tige, et un générateur de gaz monté dans ledit corps en regard dudit piston et apte à mettre en pression une première chambre définie entre ledit générateur de gaz et ledit piston, dans lequel le piston comporte, sur sa face externe, une gorge dans laquelle est logé un joint d'étanchéité avec ledit corps, caractérisé en ce que le piston comporte au moins une rainure formée dans ladite gorge et configurée pour former un passage calibré pour l'évacuation des gaz hors de ladite première chambre. Pendant et après fonctionnement du vérin, la rainure formée dans la gorge du piston constitue un orifice de fuite pour les gaz contenus dans la première chambre (ou chambre d'expansion des gaz) du vérin. Le vérin selon l'invention autorise donc un retour arrière du piston et de la tige du vérin. Par exemple, si la tige est liée à un mécanisme permettant de soulever le capot d'une automobile en cas de choc frontal avec un piéton, le vérin selon l'invention autorise un retour arrière de la tige en cas de non choc et le repositionnement du capot dans sa position initiale, sous son propre poids ou avec un effort modéré. Par ailleurs, la rainure est très facile et peu couteuse à réaliser. Elle est facilement reproductible, ne nécessite aucun apport de pièces supplémentaires, et n'impose pas d'assemblage particulier. On notera que, de manière connue, la première chambre du vérin (ou chambre d'expansion des gaz) peut être subdivisée en plusieurs chambres intermédiaires au moyen de parois de séparation ouvertes. Selon un aspect de l'invention, la gorge présente un fond et deux parois latérales s'étendant respectivement depuis une entrée de la gorge jusqu'au fond et depuis le fond jusqu'à une sortie de la gorge, et la rainure comporte un tronçon formé dans le fond de la gorge. Cette configuration permet la circulation des gaz hors de la première chambre du vérin, en formant un passage entre le joint d'étanchéité et le fond de la gorge du piston. Les gaz peuvent ainsi contourner localement, à faible débit, le joint d'étanchéité. Selon un autre aspect, la rainure comporte en outre un tronçon formé sur au moins l'une des parois latérales de ladite gorge. Cette disposition facilite le passage des gaz hors de la première chambre du vérin, notamment lorsque le taux de compression du joint d'étanchéité à l'intérieur de la gorge est relativement élevé. On notera que les tronçons de la rainure peuvent être pratiqués dans les parois de la gorge sans nécessairement se rejoindre. Selon un autre aspect, la rainure s'étend de manière continue sur tout le contour intérieur de la gorge. Cette configuration permet le passage des gaz hors de la première chambre du vérin, même dans les cas où la pression dans la chambre d'expansion n'est pas très élevée et où le taux de compression du joint dans la gorge du piston est très élevé. Selon un autre aspect, une seconde chambre, définie par la surface interne du corps de vérin, du côté du piston opposé à ladite première chambre, abrite au moins partiellement ladite tige, et la rainure formée dans la gorge du piston est configurée pour former un passage calibré pour les gaz entre la première chambre et cette seconde chambre du vérin. Selon un exemple de réalisation de l'invention, la deuxième chambre du vérin est ouverte vers l'extérieur, avant déclenchement. Selon un autre exemple de réalisation de l'invention, la deuxième 30 chambre est fermée vers l'extérieur, avant déclenchement, et s'ouvre lors du fonctionnement du vérin. En particulier, la deuxième chambre du vérin peut être isolée de l'extérieur par un moyen d'obturation en contact avec la surface interne du corps de vérin et porté par la tige de sorte que, lors du fonctionnement du vérin, il est déplacé 35 jusqu'à une position dans laquelle la deuxième chambre est ouverte vers l'extérieur. Selon un exemple de réalisation, moyen d'obturation est solidaire de la tige et positionné relativement à celle-ci de sorte que, lors du fonctionnement du vérin, le moyen d'obturation est déplacé hors dudit corps, ce par quoi la deuxième chambre est ouverte vers l'extérieur. Lorsque la deuxième chambre est fermée vers l'espace extérieur avant déclenchement, aucune corrosion n'est à craindre pendant toute la période où le vérin n'a pas été déclenché. Le générateur de gaz (et, dans le cas d'un générateur de gaz pyrotechnique, les charges pyrotechniques) sont à l'abri du milieu extérieur. Les éléments métalliques internes du vérin peuvent être réalisés dans des métaux peu coûteux sans nécessiter de traitement anticorrosion particulier. Lorsque la seconde chambre est ouverte vers l'espace extérieur, après fonctionnement, le passage des gaz de la première chambre vers l'extérieur permet la dépressurisation de ladite première chambre au bout d'un certain temps (long par rapport à celui du fonctionnement du vérin), et donc le retour quasi sans effort du vérin dans sa position initiale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation de l'invention donnés à titre illustratif et non limitatif. Cette description fait référence aux feuilles de dessins annexés sur lesquelles : - la figure 1A montre une vue partiellement en coupe axiale d'un vérin selon un premier mode de réalisation de la présente invention, avant déclenchement ; - la figure 1B montre le vérin de la figure 1A, après déclenchement ; la figure 2 est une vue partielle, en coupe axiale selon II de la figure 4, du vérin de la figure 1A ; la figure 3 est une vue en élévation du piston de la figure 2, selon III; - la figure 4 est une vue en coupe radiale selon IV-IV de la figure 3; la figure 5 est une vue en perspective du piston des figures 2 à 4, montrant la rainure ; les figures 6 et 7 illustrent un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et les figures 8 et 9 illustrent un troisième mode de réalisation de l'invention. Le vérin à course déclenchée 10 tel que représenté à la figure 1A comporte un corps 12, globalement cylindrique d'axe A, abritant un piston 14 lié à une tige 16 faisant saillie axialement à une extrémité 12a du corps 12. Ce dernier abrite aussi des moyens pour propulser le piston 14 en réponse à une commande de déclenchement. Dans l'exemple représenté, ces moyens sont constitués par un générateur de gaz pyrotechnique 18 monté dans le corps 12 en regard du piston 14. Le générateur de gaz 18 est serti à l'extrémité du corps 12b qui est opposée à celle 12a où la tige 16 fait saillie axialement. Une première chambre du vérin ou chambre d'expansion de gaz 20 est ainsi ménagée entre le générateur de gaz 18 et l'extrémité en regard du piston 14. Dans la présente demande, sauf précision contraire, une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe A du vérin 10 et coupant cet axe A. En outre, une direction axiale est une direction parallèle à l'axe A du vérin 10. Les adjectifs axial et radial sont utilisés en référence aux directions axiale et radiale précitées. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe A du vérin et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. Par ailleurs, dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport à la direction de déplacement du piston 14 et de la tige 16 à travers le corps 12 du vérin 10 (de l'amont vers l'aval). Comme mentionné ci-dessus, la tige 16 peut être liée à un mécanisme (non représenté) permettant de soulever le capot d'une automobile en cas de choc frontal avec un piéton. Comme représenté sur la figure 1, un élément d'étanchéité 22, solidaire de la tige 16, est disposé à l'extrémité 12a du corps 12 où la tige 16 fait saillie vers l'extérieur. Une deuxième chambre 24 du vérin 10, abritant une portion de la tige 16, est ainsi définie entre l'extrémité du piston 14 en regard de la tige 16 et l'élément d'étanchéité 22. Le piston 14 comporte, à sa périphérie, une gorge annulaire 30 dans laquelle est logé un joint d'étanchéité torique 40. Dans l'exemple, la gorge annulaire 30 présente une section sensiblement rectangulaire dans un plan axial. Comme illustré sur la figure 2, elle comprend un fond 32, une paroi latérale amont 34a définie dans un plan radial et s'étendant depuis une entrée 36a de la gorge 30 (en amont) jusqu'au fond 32, et une paroi latérale aval 34b définie également dans un plan radial et s'étendant depuis le fond 32 jusqu'à la sortie 36b de la gorge 30 (en aval). On définit la largeur 11 de la gorge 30, correspondant à la distance séparant ses parois latérales amont et aval 34a, 34b, et sa profondeur Hl, mesurée depuis la face externe du piston 14 jusqu'au fond 32. La compression du joint 40 dans la direction radiale, entre le fond 32 de la gorge 30 et la face interne du corps de vérin 12 assure l'étanchéité entre le piston 14 et le corps du vérin 12. Comme représenté plus en détail sur la figure 2, qui illustre un premier mode de réalisation de l'invention, une rainure 50 est pratiquée dans le fond 32 de la gorge 30. Dans l'exemple illustré, la rainure 50 comporte un unique tronçon 51 qui s'étend sur toute la largeur Il de la gorge 30. La rainure 50 peut présenter des formes très diverses. Elle est définie par sa longueur L2, sa largeur 12 et sa profondeur H2, qui sont dimensionnées de sorte que le taux de compression du joint n'est modifié que localement. La rainure 50 peut par exemple être obtenue par poinçonnage. Elle est alors réalisée en appliquant un outil avec une force donnée sur le fond 32 de la gorge 30. La forme de la rainure 50 dépend dans ce cas de la géométrie de l'outil et de la force appliquée. Dans l'exemple illustré, la rainure 50 présente une section transversale (i.e. prise dans un plan radial) en V, comme illustré en détail sur la figure 4. La rainure 50 peut encore être obtenue par usinage, notamment par 5 fraisage ou moletage. Dans l'exemple, la rainure 50 est globalement définie dans un plan axial. Selon d'autres variantes de réalisation, la rainure 50 pourra être agencée, dans la gorge 30, de manière différente. Le fonctionnement du vérin 10 va à présent être décrit plus en détail en 10 référence aux figures 1A et IB. Dans l'exemple de la figure 2, le taux de compression du joint 40 à l'intérieur de la gorge 30 est tel que l'étanchéité n'est pas parfaitement assurée entre le joint 40 et les parois latérales 34a, 34b de la gorge 30. Dans les cas où la pression à l'intérieur de la chambre d'expansion des gaz 20 est suffisante, des gaz peuvent 15 donc circuler (comme indiqué par les flèches de la figure 2) entre la paroi latérale amont 34a de la gorge 30 et le joint d'étanchéité 40, et entre le joint d'étanchéité 40 et la paroi latérale aval 34b de la gorge 30. La rainure 50 permet aux gaz provenant de la chambre d'expansion des gaz 20 de contourner le joint d'étanchéité 40 dans le fond de la gorge 30. 20 La rainure 50 peut présenter des formes et dimensions très diverses selon le débit de fuite souhaité, les dimensions et la forme du joint d'étanchéité 40, son taux de compression et sa dureté. De façon générale, la forme de la rainure 50, sa longueur L2 et sa largeur 12 sont choisies en fonction des dimensions et de la dureté du joint d'étanchéité 40, afin de permettre le passage des gaz de la chambre 25 d'expansion des gaz 20 à la deuxième chambre 24. La profondeur H2 de la rainure 50 est choisie selon le débit de fuite souhaité. Avant déclenchement du vérin 10, la première et la seconde chambre 20, 24 sont isolées de l'extérieur grâce à l'élément d'étanchéité 22. Par conséquent, même si la rainure 50 forme un passage entre les deux chambres 20, 24 du vérin 10, 30 le vérin 10 est protégé vis-à-vis de l'extérieur, notamment contre la corrosion, Les charges pyrotechniques du générateur de gaz 18 sont ainsi préservées. Lorsque le vérin 10 est actionné en réponse à une commande de déclenchement (par exemple des capteurs de collision), l'augmentation de pression dans la chambre d'expansion des gaz 20 entraîne le déplacement du piston 14 et de 35 la tige 16, et, de fait, le soulèvement du capot du véhicule. Les dimensions de la rainure 50 sont telles que le débit des gaz passant de la chambre d'expansion des gaz 20 (à gauche du piston sur la figure 1A) vers la seconde chambre 24 du vérin 10 (à droite du piston sur la figure 1A), en passant par la rainure 50, est faible voire très faible par rapport à celui du générateur de gaz 18. Par conséquent, les gaz produits par le générateur de gaz 18 augmentent efficacement la pression dans la chambre d'expansion des gaz 20 et assurent le fonctionnement du vérin 10 tout en fuyant à faible débit dans ladite deuxième chambre 24 pendant et après le fonctionnement du vérin 10. Comme le montre la figure 1B, l'élément d'étanchéité 22, qui est solidaire de la tige 16 et initialement positionné à l'extrémité 12a du corps de vérin 12, sort du corps de vérin 12 sous l'effet du déplacement de la tige 16. Dès lors, la deuxième chambre 24 du vérin 10 se retrouve ouverte vers l'extérieur. Lorsque le vérin a par exemple été déclenché par erreur (absence de choc) et doit revenir vers sa position initiale sous l'effet du poids propre du capot du véhicule ou d'un effort modéré appliqué par l'utilisateur, la rainure 50 constitue un orifice de fuite permettant l'évacuation vers l'extérieur des gaz ayant provoqué le déplacement du piston 14 (du fait de l'expulsion de l'élément d'étanchéité 22, voir figure 1B). Selon un autre exemple de réalisation (non représenté), la deuxième chambre 24 du vérin 10 peut être ouverte vers l'extérieur avant déclenchement du vérin 10. La deuxième chambre 24 est alors définie du côté du piston 14 opposé à la chambre d'expansion des gaz 20, entre la surface interne du corps de vérin 12 et la tige 16. Dans ce cas, l'étanchéité du vérin 10 n'est cependant pas assurée. Les figures 6 et 7 illustrent un deuxième mode de réalisation de l'invention. Les références numériques correspondant à des éléments communs avec le premier mode de réalisation restent identiques pour toute la suite de la description. Dans ce mode de réalisation, la rainure 50', qui comporte un premier 25 tronçon en fond de gorge 30, est en outre prolongée sur l'une des parois latérales de ladite gorge 30. Dans l'exemple illustré, la rainure 50' est constituée d'un premier tronçon 51' formé dans le fond 32 de la gorge 30 et s'étendant sur toute la largeur de la gorge, et d'un second tronçon 52' formé dans la paroi latérale aval 34b de la gorge 30 30, et s'étendant depuis ledit premier tronçon 51' jusqu'à la sortie 36b de la gorge 30. Dans l'exemple, la rainure 50' est définie globalement dans un plan axial. Selon un autre exemple (non représenté), la rainure 50', qui comporte un premier tronçon en fond de gorge, est prolongée, non plus sur la paroi latérale aval 34b mais sur la paroi latérale amont 34a de la gorge 30. La rainure 50' est alors 35 constituée d'un premier tronçon 51' formé dans le fond 32 de la gorge 30 et s'étendant sur toute la largeur de la gorge, et d'un second tronçon formé dans la paroi latérale amont 34a de la gorge 30 et s'étendant depuis ledit premier tronçon 51' jusqu'à l'entrée 36a de la gorge 30. Les figures 8 et 9 illustrent un troisième mode de réalisation de l'invention. Les références numériques correspondant à des éléments communs avec le premier mode de réalisation restent identiques pour toute la suite de la description. Selon ce mode de réalisation, la rainure 50" comporte un premier tronçon 53" formé dans la paroi latérale amont 34a de la gorge 30, un second tronçon 51" formé dans le fond 32 de la gorge 30, et un troisième tronçon 52" formé dans la paroi latérale aval 34b de la gorge 30. Dans l'exemple, la rainure 50" s'étend sur l'ensemble du contour de la gorge 30 du piston 14, c'est-à-dire selon une configuration en « U » telle qu'illustrée sur la figure 8. En d'autres termes, le premier tronçon 53" s'étend depuis l'entrée 36a de la gorge jusqu'au fond de gorge 32, le second tronçon 51", qui prolonge le premier tronçon 53", s'étend sur toute la largeur de la gorge 30, et le troisième tronçon 52", qui prolonge le second tronçon 51", s'étend depuis le fond 32 de la gorge 30 jusqu'à la sortie 36b de la gorge 30.