Brevet FR3006650A1 — publié le 20141212

MAITRE-CYLINDRE DE FREINAGE AVEC CLAPET A RETOUR LIMITE L'invention a trait au domaine du freinage de véhicule, plus particulièrement de véhicule automobile. Plus particulièrement encore, l'invention a trait au domaine du freinage hydraulique. Les dispositifs de freinage des véhicules automobiles utilisent un liquide pour transmettre aux récepteurs de freinage l'effort de freinage généré à la pédale de frein. La figure 1 illustre de manière schématique un tel dispositif de freinage, conforme à l'état de la technique. Le dispositif 2 comprend, essentiellement, un maître-cylindre 4 relié mécaniquement à une pédale de freinage 10 et un récepteur 12. Le maître-cylindre comprend un piston (non visible) apte à coulisser dans le corps du maître-cylindre et relié à la pédale 10. Un réservoir 6 de liquide de freinage est relié de manière hydraulique au maître-cylindre 4 de manière à l'alimenter en liquide. Le maître-cylindre 4 peut ailleurs comprendre un dispositif d'assistance d'effort 8. Le maître-cylindre 4 est relié de manière hydraulique 20 à un ou plusieurs récepteurs de freinage 12. La liaison hydraulique peut comprendre des moyens de modulation de la pression dans le cas d'un dispositif de freinage du type ABS. Le récepteur est en l'occurrence un étrier de frein supportant des plaquettes de freinage 22 disposées de part et d'autre d'un disque de frein 24 rigidement liée à la roue (non représentée). Le corps de l'étrier 12 est monté coulissant via la fixation 14 du moyeu de roue (non représenté). Il comprend un piston 16 monté coulissant de manière étanche de manière à ce qu'une de ses faces délimite une chambre 18 reliée de manière hydraulique au maître-cylindre 4. L'autre face du piston 16 est en contact mécanique avec une des plaquettes 22. Le récepteur 12 dispose de moyens automatiques de compensation d'usure afin d'offrir au conducteur des prestations constantes et insensibles à cette usure. Dans le cas du frein à disque illustré à la figure 1, les propriétés physiques du joint d'étanchéité du piston 16, à savoir essentiellement les forces de frottement avec son logement, sont utilisées pour adapter en permanence la position de repos (position hors freinage) dudit piston. Au final, au fur et à mesure de l'usure des plaquettes et du disque de frein, le piston se déplace de sorte que la distance à parcourir par ce piston pour engendrer un freinage reste sensiblement constante. Ce faisant, le volume de liquide de frein contenu dans l'étrier de frein augmente, comme l'illustre l'illustration de droite de la figure 1. Le maitre-cylindre 4 est conçu de sorte qu'il permette d'augmenter le volume de fluide interne au circuit hydraulique, sans quoi la pédale de frein s'abaisserait au fur et à mesure de l'usure des plaquettes et du disque. Pour cela, une réserve de liquide de frein, contenue dans un réservoir mis à la pression atmosphérique, est disposée à proximité du corps du maître-cylindre et est mis en communication avec le circuit de freinage hors phase de freinage, tandis qu'en phase de freinage, cette réserve est isolée du circuit de sorte à pouvoir générer de la pression dans le circuit. De tels systèmes de freinage ont pour objectif de convertir l'énergie cinétique du véhicule en énergie thermique. Lors de sollicitations sévères du système de freinage, les plaquettes et disques de frein peuvent atteindre des températures élevées, typiquement entre 500 et 1000°C, et le licpide de frein peut alors facilement atteindre 100°C. A l'issue de cet usage sévère du système de freinage, si le véhicule est stationné, la température du disque et des plaquettes va baisser mais les transferts d'énergie thermique depuis les plaquettes et disques de frein vers le liquide de frein vont se poursuivre et porter le liquide de frein à des températures de l'ordre de 200°C avant de redescendre. Cette situaton est illustrée à la figure 2 qui montre l'évolution de la température du disque ou des plaquettes, d'une part, et du liquide de frein, d'autre part, en fonction du temps, lors d'un freinage appuyé (phase I) et après ce freinage, en particulier en stationnement (phase II) où les échanges thermiques par convection sont au minimum. Le problème est que dans ces conditions, le liquide de frein est partiellement converti en vapeur (phénomène connu sous le nom de « vapour look »), ce qui lui fait perdre son caractère incompressible. Cette conversion liquide-*vapeur s'accompagne d'une augmentation de volume, donc d'un refoulement d'une partie du liquide de frein dans le réservoir disposé à proximité du maître-cylindre. Dans ces conditions, une application de freinage peut s'avérer alors partiellement, voire complètement, inefficace (phase III) dans la mesure où au moins une partie de la course du piston du maître-cylindre est utilisée pour comprimer cette phase vapeur. Le document de brevet publié DE 37 12 729 C2 aborde cette problématique et apporte comme solution la mise en place d'un clapet anti-retour au niveau de l'étrier. Le clapet en question présente toutefois la particularité de n'être actif que lorsque sa température dépasse un seuil compris entre 120° et 135°C. Lorsque la température de clapet est inférieure à ce seuil, le clapet est maintenu en position ouverte et lorsque la température dépasse ce seuil, le clapet devient actif en ce que le fluide peut s'écouler depuis la canalisation vers la chambre de l'étrier mais ne peut s'écouler dans l'autre sens. Cela signifie qu'en cas de freinage appuyé où le fluide dans l'étrier atteint des températures susceptibles de faire passer une fraction du liquide en phase gazeuse, le clapet se ferme et empêche le fluide de se dilater vers la canalisation. La production de phase gazeuse est ainsi limitée par le maintien d'une pression dans la chambre. Le freinage reste ainsi performant même dans ces conditions. Lorsque la température diminue, le clapet se rouvre. Entre la fermeture et l'ouverture du clapet, la pression présente dans le fluide dans la chambre exerce une pression sur les plaquettes et, partant, génère un freinage intempestif. De plus, la solution de cet enseignement requiert la mise en place d'un clapet sur chacun des étriers de frein. Le calibrage du clapet en fonction de la température peut par ailleurs occasionner des contraintes et de coûts importants. L'invention a pour objectif de proposer un dispositif de freinage palliant au moins un des inconvénients de l'état de l'art sus mentionné. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de proposer un dispositif de freinage palliant de manière simple, économique et performante le problème de perte de performance de freinage lié à la vaporisation de la fraction d'eau dans le liquide de frein. L'invention a pour objet un maître-cylindre d'un système de freinage hydraulique, comprenant: un corps avec une cavité cylindrique, au moins une entrée et au moins une sortie d'un fluide; au moins un piston monté coulissant dans la cavité cylindrique; un réservoir pour le fluide, relié à la cavité via la ou les entrées du corps; le ou au moins un des pistons et le corps étant configurés pour permettre le déplacement du fluide depuis le réservoir vers la sortie lors d'un déplacement du ou des pistons; remarquable en ce que le maître-cylindre comprend, en outre, au moins un clapet à retour limité disposé entre le réservoir et la cavité et configuré pour permettre l'écoulement du fluide du réservoir vers la cavité et pour limiter à un volume donné un écoulement opposé dit de refoulement. Selon un mode avantageux de l'invention, le ou chacun des clapets à retour limité 30 comprend un logement renfermant un siège coulissant sur une course donnée, un obturateur et des premiers moyens élastiques exerçant sur l'obturateur un effort élastique dirigé vers le siège. Le siège comprend au moins un passage qui peut être obstrué par l'obturateur. Selon un mode avantageux de l'invention, le logement du clapet renferme également des deuxièmes moyens élastiques exerçant sur le siège un effort élastique opposé à celui des premiers moyens élastiques. Selon un mode avantageux de l'invention, le siège est monté coulissant de manière étanche dans le logement, la course dudit siège correspondant au volume donné pour l'écoulement de refoulement du fluide. Selon un mode avantageux de l'invention, les premiers moyens élastiques sont configurés pour permettre le maintien de l'obturateur contre le siège sur toute la course du siège. Selon un mode avantageux de l'invention, les premiers moyens élastiques sont en appui, d'un côté, sur l'obturateur et, d'un autre côté opposé, sur le siège coulissant. Selon un mode avantageux de l'invention, l'obturateur s'éloigne du siège lorsque la pression côté réservoir est supérieure à la pression côté cavité, l'obturateur étant en contact étanche avec le siège lorsque la pression côté cavité est supérieure à la pression côté réservoir. Selon un mode avantageux de l'invention, le ou les clapets à retour limité s'ouvrent dans le sens d'écoulement du fluide du réservoir vers la cavité pour une différence de pression supérieure ou égale à 50 Pa, préférentiellement 100 Pa. Selon un mode avantageux de l'invention, le ou les pistons délimitent dans la cavité plusieurs chambres de travail distantes l'une de l'autre selon la direction principale de ladite cavité, le corps comprenant une entrée et une sortie pour chacune des chambres de travail, le maître-cylindre comprenant un clapet à retour limité entre le réservoir et chacune des entrées. L'invention a également pour objet un véhicule automobile équipé d'un dispositif de freinage hydraulique comprenant un maître-cylindre et des récepteurs de freinage connectés de manière hydraulique au maître-cylindre, remarquable en ce que le maître-cylindre est conforme à l'invention. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles permettent d'empêcher un défaut de fonctionnement du système de freinage dans la situation illustrée à la figure 2, à savoir après un freinage appuyé suivi de conditions de vie du véhicule peu favorables au refroidissement des éléments des freinage. La construction du ou des clapets à retour limité est plus simple que celle de l'état de l'art auquel il a été fait référence précédemment, essentiellement en raison du fait qu'ils ne sont pas dépendants de la température. Ils ne demandent par conséquent pas d'étalonnage, tarage ou ajustement que les clapets de l'état de l'art requièrent. De plus, la présence du volume de refoulement permet de ne provoquer la présence de pression intempestive dans le circuit de freinage que dans les situations les plus critiques. Pour des freinages appuyés où la production de phase gazeuse est limitée, par exemple en raison du fait que le liquide soit neuf et contienne très peu d'eau, il n'y aura pas d'augmentation de pression, ou, s'il y en a une, elle sera très limitée et liée à la raideur des deuxièmes moyens élastiques. Ce n'est que dans les cas où la dilatation du fluide et/ou la production de phase gazeuse est telle que le ou les clapets limitent le volume de liquide refoulé que la pression va augmenter et potentiellement générer une légère pression de freinage non désirée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : - La figure 1 est une illustration schématique d'un dispositif de freinage selon l'état de la technique, l'illustration de droite correspondant à celle de gauche après un certain degré d'usure des matériaux de friction ; - La figure 2 est un diagramme illustrant l'évolution de température au niveau du disque ou des plaquettes et au niveau du liquide frein dans le récepteur de freinage lors d'un freinage appuyé suivi d'une période où les conditions de refroidissement du disque ou des plaquettes sont défavorables ; - La figure 3 est une représentation schématique d'un clapet à retour limité destiné à être monté dans le maître-cylindre, conformément à l'invention ; - La figure 4 est une illustration d'un maître-cylindre conforme à l'invention dans une situation où les récepteurs de freinage sont froids ; - La figure 5 est une illustration du maître-cylindre conforme à l'invention et la figure 4, dans une situation où les récepteurs de freinage sont chauds ; - La figure 6 est une illustration du maître-cylindre conforme à l'invention et les figures 4 et 5, dans une situation où les récepteurs de freinage sont très chauds. Les figures 1 et 2 ont été décrites précédemment dans le cadre de l'analyse de l'état de la technique. La figure 3 est une représentation schématique d'un clapet à retour limité destiné à être monté sur le maître-cylindre conformément à l'invention. Le clapet à retour limité 130 comprend, outre un corps qui n'est pas représenté, une entrée 132, une sortie 134 et une cavité 136 servant de logement à des éléments mécaniques. Ces derniers comprennent, essentiellement, un siège 138, un obturateur 142, un premier ressort 144 et un deuxième ressort 148. Le siège 138 est monté coulissant dans le logement 136, et ce de manière étanche grâce à des moyens d'étanchéité 146. Le siège coulissant 138 comprend un passage 140, préférentiellement central, pour le fluide, ce passage 140 étant obstrué par un obturateur 142, en l'occurrence en forme de bille. L'obturateur 142 est situé du côté du siège qui correspond à la sortie 134. Le premier ressort 144 est disposé entre l'obturateur 142 et la paroi du logement 136 et est en face de l'obturateur, de manière à exercer un effort élastique sur l'obturateur 142 en direction du siège 138. Alternativement, le ressort 144 peut prendre appui sur le siège 138. Le deuxième ressort 148 est disposé sur la face opposée du siège 138, prenant appui sur une portion du logement 136 qui est en vis-à-vis de ladite face du siège 138. Le deuxième ressort 148 exerce ainsi un effort élastique sur le siège coulissant 138 qui est dirigé vers la sortie 134. Le clapet 130 tel qu'illustré à la figure 3 est au repos, à savoir que le fluide n'exerce aucun effort sur ses éléments dans son logement. On peut ainsi observer qu'au repos le siège coulissant 138 est en position basse, c'est-à-dire dans une position la plus proche de la sortie 134. On peut également observer qu'au repos le passage 140 du siège coulissant 138 est fermé par l'obturateur 142. Lorsque la pression sur l'obturateur 142 du côté de l'entrée 132 est supérieure à la pression sur l'obturateur du côté de la sortie 134, l'obturateur peut s'éloigner quelque peu du siège, contre l'effort élastique du premier ressort 144 et permettre le passage du fluide de l'entrée 132 vers la sortie 134. Inversement, en cas de refoulement du fluide de la sortie 134 vers l'entrée 132, la différence de pression sur l'obturateur qui contrecarre l'effort du premier ressort 144 au point de le maintenir en position décollée du siège disparait et s'inverse. L'obturateur 142 revient alors en position de fermeture du passage 140 par l'effort combiné du ressort 144 et de la différence de pression sur l'obturateur. Le siège coulissant 138 peut ensuite se déplacer sous l'effet de la pression sur sa face opposée à celle en contact avec le deuxième ressort 148, générant ainsi un volume de refoulement. Ce volume est toutefois limité par la course du siège 138. Ce dernier est en effet coulissant dans le logement selon une course déterminée, conditionnée par la taille du logement et des surfaces de butée dudit logement pour le clapet. Le clapet à retour limité 130 qui vient d'être décrit permet ainsi au fluide de s'écouler dans un sens d'écoulement, de l'entrée vers la sortie, et également dans le sens d'écoulement opposé mais seulement pour un volume limité et prédéterminé. La différence de pression nécessaire pour que l'obturateur libère le passage, pour un écoulement de l'entrée vers la sortie, peut être de 50 Pa, préférentiellement 100 Pa. Le deuxième ressort 148 peut présenter une raideur très faible, de manière à ce que la contre-pression nécessaire pour refouler le liquide dans le clapet soit minimale. A l'inverse, la raideur du deuxième ressort peut être choisie pour progressivement augmenter la pression nécessaire à l'expansion du volume de refoulement. Les figures 4 à 6 illustrent un maître-cylindre tandem conforme à l'invention, équipé de deux clapets à retour limité tels que celui qui vient d'être décrit précédemment. La figure 4 illustre le maître-cylindre au repos lorsque le ou les récepteurs de freinage sont dits « froids », alors qu'à la figure 5, les récepteurs sont dits « chauds » et à la figure 6, les récepteurs sont dits « très chauds ». Par « froid » on entend une température du fluide qui est inférieure ou égale à 50°C, par « chaud » on entend une température du fluide qui est comprise entre 50°C et 150°C et par « très chaud » on entend une température du fluide qui est comprise entre 150°C et 200°C et où la formation de phase gazeuse est présente. Ces valeurs sont purement illustratives. Le maître-cylindre 104 comprend essentiellement un corps 126 avec une cavité généralement cylindrique 156 dans laquelle sont montés coulissant deux pistons 128 disposés l'un derrière l'autre. Le corps comprend également deux entrées 150 et deux sorties 152, en communication avec la cavité 156. En l'occurrence, les pistons 128 délimitent deux chambres de travail 158 et 160 dans ladite cavité 156, chacune de ces chambres étant en communication avec une des sorties 152. Les pistons 128 présentent une forme complexe avec notamment deux clapets anti-retour 154, chacun de ces deux clapets étant disposé de manière à relier une des chambres de travail 158 et 160 à l'entrée 150 correspondante lorsque les pistons 128 sont en position de repos. Un clapet à retour limité 130 est disposé entre chacune des deux entrées 150 et le réservoir 106 de liquide de frein. Dans la position au repos et à froid illustrée à la figure 4, le liquide de frein remplit les chambres de travail 158 et 160 via les clapets à retour limité 130 ainsi que via les clapets anti-retour 154 logés dans les pistons. Le chemin du fluide est illustré par les deux flèches à la figure 4. Lorsque l'on actionne la pédale de frein, les pistons sont déplacés vers la gauche, ce qui a pour effet de diminuer les tailles respectives des chambres de travail 158 et 160 et, par voie de conséquence, de fermer les clapets anti-retour 154 embarqués sur les pistons. Après avoir opéré un ou plusieurs freinages, la température du fluide dans les récepteurs de freinage augmente pour atteindre des valeurs comprises, par exemple, entre 50°C et 150°C. Le liquide se dilatealors quelque peu et refoule dans les clapets à retour limité. Cette situation est illustrée à la figure 5 où on peut observer que les sièges coulissants 138 sont en position intermédiaire entre une position totalement relâchée, telle qu'illustrée à la figure 4, et une position en butée telle qu'illustrée à la figure 6. A la figure 5, le maître-cylindre 104 est en position de repos, à savoir qu'aucun effort mécanique de commande n'est exercé sur les pistons 128. Les clapets anti-retour 154 embarqués sur les pistons 128 sont ouverts, permettant ainsi progressivement le refoulement d'une partie du liquide vers les clapets 130. Il est à noter que les clapets anti-retour 154 sont configurés pour rester ouverts en position de repos et pour se fermer dés que les pistons 128 ne sont plus en position de repos de sorte de pouvoir créer une pression dans les chambres de travail. Ils permettent par conséquent le passage de fluide vers l'entrée pour autant que les débits en question soient faibles. La figure 6 illustre le maître-cylindre au repos après un freinage appuyé générant la formation gazeuse dans le liquide au niveau des récepteurs de freinage, tel qu'illustré à la figure 2. La quantité de liquide refoulée est plus importante qu'à la figure 5. En effet, les sièges coulissants 138 des clapets à retour limité sont en fin de course, limitant ainsi la quantité de fluide refoulé. Cela signifie que la formation de phase gazeuse est limitée par l'augmentation de pression qui résulte de la limite du volume de refoulement. La pression dans les chambres de travail, les conduites les reliant aux récepteurs et aussi dans les récepteurs dépasse la pression atmosphérique. Cette augmentation est toutefois limitée dans la mesure où elle ne commence véritablement que lorsque le ou les sièges coulissants sont en fin de course et limitent le volume de refoulement. Elle ne concerne par conséquent que les cas extrêmes. Lorsque la température du fluide redescend et la phase vapeur repasse en phase liquide, la pression diminue et le fluide se contracte. Les sièges coulissants peuvent alors, grâce à leurs ressorts, suivre progressivement la contraction de fluide. REVENDICATIONS1. Maître-cylindre (104) d'un système de freinage hydraulique, comprenant : - un corps (126) avec une cavité cylindrique (156), au moins une entrée (150) et au moins une sortie (152) d'un fluide ; - au moins un piston (128) monté coulissant dans la cavité cylindrique (156) ; - un réservoir (106) pour le fluide, relié à la cavité (156) via la ou les entrées (150) du corps ; le ou au moins un des pistons (128) et le corps (126) étant configurés pour permettre le déplacement du fluide depuis le réservoir (106) vers la ou les sortie (152) lors d'un déplacement du ou des pistons (128) ; caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, au moins un clapet à retour limité (130) disposé entre le réservoir (106) et la cavité (156) et configuré pour permettre l'écoulement du fluide du réservoir (106) vers la cavité (156) et pour limiter à un volume donné un écoulement opposé dit de refoulement. 2. Maître-cylindre (104) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou chacun des clapets à retour limité (130) comprend un logement (136) renfermant un siège (138) coulissant sur une course donnée, un obturateur (142) et des premiers moyens élastiques (144) exerçant sur l'obturateur (142) un effort élastique dirigé vers le siège (138). 3. Maître-cylindre (104) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le logement (136) du ou des clapets (130) renferme également des deuxièmes moyens élastiques (148) exerçant sur le siège (138) un effort élastique opposé à celui des premiers moyens élastiques (144). 4. Maître-cylindre (104) selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le siège (138) est monté coulissant de manière étanche dans le logement (136), la course dudit siège (138) correspondant au volume donné pour l'écoulement de refoulement du fluide. 5. Maître-cylindre (104) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les premiers moyens élastiques (144) sont configurés pour permettre lemaintien de l'obturateur (142) contre le siège (138) sur toute la course du siège (138). 6. Maître-cylindre selon la revendication 5, caractérisé en ce que les premiers moyens élastiques sont en appui, d'un côté, sur l'obturateur et, d'un autre côté opposé, sur le siège coulissant. 7. Maître-cylindre (104) selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'obturateur (142) s'éloigne du siège (138) lorsque la pression côté réservoir (106) est supérieure à la pression côté cavité (156), l'obturateur (142) étant en contact étanche avec le siège (138) lorsque la pression côté cavité (156) est supérieure à la pression côté réservoir (106). 8. Maître-cylindre (104) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le ou les clapets à retour limité (130) s'ouvrent dans le sens d'écoulement du fluide du réservoir (106) vers la cavité (156) pour une différence de pression supérieure ou égale à 50 Pa, préférentiellement 100 Pa. 9. Maître-cylindre (104) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le ou les pistons (128) délimitent dans la cavité (156) plusieurs chambres de travail (158, 160) distantes l'une de l'autre selon la direction principale de ladite cavité (156), le corps (126) comprenant une entrée (150) et une sortie (152) pour chacune des chambres de travail (158, 160) , le maître-cylindre comprenant un clapet à retour limité (130) entre le réservoir (106) et chacune des entrées (150). 10. Véhicule automobile équipé d'un dispositif de freinage hydraulique comprenant un maître-cylindre et des récepteurs de freinage connectés de manière hydraulique au maître-cylindre, caractérisé en ce que le maître- cylindre (104) est conforme à une des revendications 1 à 9.