RÉPUBLIQUE FRANÇAISE INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS © N° de publication lA n utiliser que pour le classement et les commandes de reproduction. ) 2.035.850 (2j) N" d'enregistrement national 70.10486 (A utiliser pour les paiements d'annuités. les demandes de copies officielles et toutes autres correspondances avec I I.N.P.I ) DEMANDE DE BREVET D'INVENTION 1" PUBLICATION (22) Date de dépôt 24 mars 1970, à 14 h 37 mn. (4m Date de la mise à la disposition du public de la demande B.O.P.I. — « Listes » n° 47 du 24-12-1970. (Vl) Classification internationale Ont Cl.) B 60 t 13/00/B 60 t 15/00. Q) Réposant : Société dite : THE BENDIX CORPORATION, résidant aux États-Unis d'Amérique. Mandataire : 54) Servo frein pour véhicules automobiles. 72) Invention : Frederick George Grabb. (33) (32) @ Priorité conventionnelle : Demande de brevet déposée aux États-Unis d'Amérique le 24 mars 1969, n° 809.860 au nom de Frederick George Grabb. Vente cles fascicules à l IMPRIMERIE NATIONALE, 27. rue de la Convention - PARIS (15*) 70 10486 1 2035850 La présente invention est relative à un servo-frein pour véhicules automobiles, et plus précisément à un servo-frein du type comprenant un amplificateur pneumatique et un maitre cylindre hydraulique, contenant au moins un piston pour la mise en pression 5 des circuits de freinage du véhicule, ledit amplificateur pneumatique comportant lui-même une paroi mobile montée de façon étanche à l'intérieur d'un boîtier, une valve de commande agencée dans la partie centrale de ladite paroi et actionnée par un poussoir relié à la pédale de frein pour établir et contrôler une différence de pression 10 motrice de part et d'autre de la paroi, et un organe transmetteur d'effort interposé entre l'ensemble formé par la paroi et la valve et le piston du maitre cylindre pour transmettre à ce dernier, par l'intermédiaire d'une chambre emplie d'un fluide hydraulique, l'effort total de freinage qui résulte de la poussée créée par ladite 1 5 paroi mobile et de celle qu'exerce le conducteur du véhicule sur ledit poussoir d'actionnement. Il est connu, dans les équipements du type précité, de réaliser l'organe transmetteur d'effort non pas d'une seule pièce,mais sous forme de deux éléments coaxiaux dont chacun est soumis à l'une des poussées composantes et agit indépendan-20 ment de l'autre sur le fluide contenu dans la chambre hydraulique ; ces deux poussées contribuent ainsi à la mise en pression de ce dernja" par l'intermédiaire de surfaces distinctes de la face terminale de l'organe transmetteur. En choisissant convenablement le rapport desdites surfaces, il devient ainsi possible d'opposer 25 au déplacement du poussoir d'actionnement, donc de la pédale de frein, un effort de réaction égal à une fraction seulement de celui qui prend naissance dans le maître cylindre, mais suffisant toutefois pour donner au conducteur du véhicule une sensation concrète de l'action de freinage réellement exercée. 30 Les servo-freins du type rappelé ci-dessus présentent néanmoins l'inconvénient d'un brutal accroissement de l'effort de réaction transmis à la pédale en cas de saturation de 1'ampli f i cate u r pneumatique. Lorsqu'en effet se trouve atteinte la poussée maximale que celui-ci est susceptible de produire, tout accroissement supplé-35 mentaire de l'effet de freinage obtenu ne peut plus résulter que d'une pression accrue sur la pédale de frein, laquelle s'exerce alors sur la totalité et fton plus sur une fraction de la face ter- 70 10486 2 2035850 minale de l'organe transmétteur. Le supplément d'effort nécessaire pour engendrer un résultat tant soit peu appréciable excède généralement les cépacités physiques du conducteur, ce qui risque évidemment d'entraîner de graves conséquences. Les mêmes constations 5 s'imposent, par ailleurs, en cas de défaillance accidentelle de l'amplificateur pneumatique laissant le conducteur du véhicule sans autre ressource que le freinage par effort musculaire. La présente invention a pour objet un perfectionnement aux servo-freins du type rappelé ci-dessus, grâce auquel l'inconvénient 10 précité est évité et une meilleure transition obtenue lors du passage du fonctionnement assisté au fonctionnement non-assisté. Ce perfectionnement est essentiellement caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour provoquer automatiquement une variation du rapport des surfaces de transmission de poussée constituant la 15 face terminale de l'organe transmetteur d'effort lorsque l'enfoncement du poussoir d'actionnaient par rapport à la paroi mobile de l'amplificateur pneumatique excède la valeur nécessaire au fonctionnement de la valve de commande, ainsi que cela se produit en cas de saturation ou de défaillance de l'amplificateur pneumatique. 20 Préférablement, l'organe transmetteur d'effort comprend trois éléments en forme de pistons coaxiaux, à savoir un élément extérieur fixé par une extrémité à la paroi mobile et reçu en coulissement à son autre extrémité dans l'alésage de la chambre à fluide hydraulique, un élément intermédiaire coulissant dans l'alésage dudit 25 élément extérieur, et un élément intérieur assujetti à se déplacer avec le poussoir d'actionnement de la valve de commande et reçu en coulissement dans 1'alésage^dudit élément intermédiaire, et des moyens sont en outre prévuç pour limiter les déplacements axiaux dudit élément intermédiaire dans une seule direction par rapport 30 audit élément extérieur et dans les deux directions par rapport audit élément intérieur. Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode préférentiel de réalisation, donné à simple titre 35 d'exemple et en se référant aux dessins ci-annexés, en lesquels : La Figure 1 montre en coupe longitudinale un servo frein comportant le perfectionnement de l'invention ; La Figure 2 est une vue de détail en coupe transversale agrandie, suivant la ligne 2-2 de la Figure 1. 40 Les Figures 3 et 4 représentent à échelle agrandie l'organe 10486 3 2035850 transmetteur d'effort du servo-frein de la Figure 1, dans deux conditions différentes de fonctionnement qui seront précisées ci-après . Les Figures 5 et 6 sont des graphiques représentatifs de la 5 pression obtenue dans les circuits de freinage en fonction respectivement de la pression exercée sur la pédale de frein et de la course de cette dernière. Le servo-frein représenté à la Figure 1 des dessins se compose d'un amplificateur pneumatique 10 actionné à partir d'une pédale •jq de frein 12, et d'un maître cylindre hydraulique tandem 14, que des circuits de freinage indépendants 16 et 17 relient respectivement aux cylindres d'actionnement des freins avant 18 et arrière 20 du véhicule. L'amplificateur pneumatique 10 est contenu dans un boîtier 15 constitué de deux demi-coquilles 22 et 24 maintenues assemblées par un verrouillage à baïonnette 26. Une paroi mobile 28 jouant le rôle de piston pneumatique est montée calissante à l'intérieur de ce boîtier qu'elle divise en deux chambres à volume variable 30 et 32. Elle se compose d'une partie œntrale ou moyeu 34-, d'une membrane 2q élastique 36 et d'une armature 38 servant à supporter la membrane. Le moyeu 34 est centré et guidé en coulissement par un joint d'étanchéité 40 faisant office de palier 42 qui est serré lors de l'assemblage entre deux épaulements en regard 44, 46 des demi-coquilles du boîtier ; elle possède également -un bourrelet central 25 48 qui est rabattu par dessus le bord d'une ouverture centrale 50 del'armature 38. Des griffes 52 portées par l'armature 38 maintiennent celle-ci serrée centre la partie radiale du moyeu 34, assurant ainsi par pression 1'étanchéité nécessaire entre membrane et moyeu. 2Q Au moyeu 34 de la paroi mobile 28 est fixé par une de ses extrémités un élément tubulaire 58 faisant partie de l'organe transmetteur d'effort 54, lequel comprend trois éléments 58,60,62 en forme de pistons coaxiaux emboîtés l'un dans l'autre. L'élément intérieur 62 est lié par une connexion à rotule au poussoir 64, lui-même relié à la pédale de frein 12 et servant à 1'actionnement de la valve de commande 66. Celle-ci qui est d'un type de construction connu, a pour rôle d'établir et de contrôler une différence de pression motrice de part et d'autre de la paroi mobile 28. On voit en effet que, la chambre 30 de l'amplificateur pneumatique 40 10 communiquant de façon permanente avec une source de vide ou de 70 10486 4 2035850 dépression par l'intermédiaire d'un clapet unidirectionnel 68, la chambre 32 est normalement soumise à la même pression que la chambre 30 avec laquelle elle communique dans la position de repos de la valve illustrée par la Figure 1, par l'intermédiaire de passages 31 5 et 33. Cette communication est interrompue par la valve 66 lorsque le poussoir 64 est enfoncé vers la gauche, tandis que de l'air atmosphérique est admis à pénétrer dans la chambre 32, créant ainsi une différence de pression de part et d'autre de la paroi mobile 28 qui met celle-ci en mouvement vers la gauche. Lorsque cesse la 10 pression exercée par1b conducteur sur la pédale 12, un ressort de rappel 70 interposé entre le moyeu 34 et la demi-coquille 22 renvoit la paroi mobile 28 vers sa position de repos; pareillement, un ressort 72 comprimé entre la valve 66 et un collier 76 du poussoir d'entraînement 64 ramène ce dernier vers sa position rétractée 15 Le maitre cylindre 14 s'engage par une de ses extrémités dans une ouverture 78 du boîtier de l'amplificateur pneumatique 10, et il reçoit en coulissement dans son alésage 80 l'extrémité libre de l'élément extérieur 58 de l'organe transmetteur d'effort 54; l'é-tanchéité entre les deux pièces est assurée par vin joint annulaire 20 85 logéé dans une gorge 82 de l'alésage 80. De même, un joint annulaire 88 disposé dans une gorge extérieure 86 du maître cylindre 14 assure 1*étanchéité de sa liaison avec l'ouverture 78 de l'amplificateur pneumatique 10. Une bride d'arrêt annulaire 90 fixe la position axiale relative du maitre cylindre et de l'amplificateur. 25 Revenant à présent à la description de l'organe transmetteur d'effort 54 auquel s'applique le perfectionnement objet de l'invention, l'élément ou piston intermédiaire 60 est reçu en coulissement dans l'alésage de l'élément extérîair 58, le mouvement axial relatif des deux éléments étant toutefois limité dans une direction par 30 l'application en butée d'un# extrémité 92 du premier sur un épaule-ment prévu à cet effet à l'extrémité de l'alésage du second; dans une gorge 94 de l'élément intermédiaire est logé un joint annulaire 96 aux fins d'étanchéité. L'élément ou piston intérieur 62 est pareillement reçu en coulissement dans l'alésage de l'élément intermédiaire 35 60; 1'étanchéité étant assurée par un joint annulaire 106 logé dans une gorge 104 de l'élément intérieur; toutefois, le mouvement axial relatif de ces deux éléments est limité dans les deux directions par des organes de butée constitué par une collerette 98 formée à une extrémité de l'élément intérieur 62 et par une rondelle 40 d'arrêt 102 encastrée dans une gorge 100 ménagée à son autre extré 70 10486 5 2035850 mité ; un certain jeu axial est cependant prévu entre les deux éléments, dont la valeur doit être au moins égal à la course d'actionnement de la valve 66 par rapport à la paroi mobile 28. L'élément intérieur 62 comporte enfin une projection axiale 108 formant 5 cône de soupape, laquelle pénétre dans une chambre hydraulique 110 délimitée par la face terminale de l'organe transmetteur 54, l'alésage 80 du maître cylindre 14, et la face postérieure de son piston primaire 112. Comme bien visible sur la Figure 3, cette face postérieure du piston 112 présente en son centre un orifice de soupape 10 144 défini par un siège élastique 116, une cuvette conique 118, et une rondelle d'arrêt 120 engagée dans une gorge 122 du piston ; cet orifice de soupape met normalement la chambre 110 en communication avec une succession de passages 123, 124, 125 aboutissant au réservoir de fluide hydraulique 126; toutefois, il se trouve obturé par 15 la projection 108 de l'élément intérieur 62 dès le début de la cotose d'actionnement du poussoir 64 et de la valve 66, en sorte que la chambre 110 peut être alors considérée comme équivalente à une chambre fermée. L'étanchéité de cette dernière est complétée par un joint annulaire 130 disposé dans une gorge 128 du piston 112. Un 20 orifice latéral 132 normalement obturé par un bouchon fileté 134 permet le purgeage de la chambre 110 lors des opérations d'assemblage ou d'entretien du servo-frein. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus estle suivant : 25 La pédale de frein 12 étant initialement relevée, la paroi mobile 28 de l'amplificateur pneumatique 10 occupe la position représentée sur la Figure 1 où elle s'adosse contre la demi-coquille 24 du boîtier par l'intermédiaire de bossages de butée 136 formés air la membrane 36. La communication est normalement établie entre les 30 chambres 30 et 32 de l'amplificateur, ainsi qu'entre la chambre à fluide 110 et le réservoir 126. Pour actionner les freins du véhicule, le conducteur presse sur la pédale 12 et provoque ainri l'enfoncement vers la gauche du poussoir 64, ce qui a pour effet de fermer l'orifice de soupape 114 35 puis d'actionner la valve de commande bb comme précédemment décrit. La différence de pression qui s'établit de part et d'autre de la paroi mobile 28 en provoque le déplacement vers la gauche, comme indiqué sur la Figure 3. La goussée ainsi créée est transmise au fluide hydraulique contenu dans la chambre 110 par l'élément extérieur 58 40 de l'organe transmetteur 54, ainsi que par l'élément intermédiaire 70 10486 6 2035850 60 entraîné par le précédent, en sorte que ces deux éléments agissent comme un piston unique. Quant à la poussée exercée par le conducteur sur la pédale de frein, elle est transmise indépendamment de la précédente à la chambre 110 par le seul élément intérieur 62. La somme 5 des deux poussées est ainsi reportée sur le piston 112 pour la mise en pression des circuits de freinage du véhicule. En sens inverse, la mise en pression du fluide contenu dans la chambre 110 donne naissance à un effort de réaction qui s'exerce sur la face terminale de l'organe trams-metteur 54, effort qui se répartit proportionnellement au rapport des 10 surfaces frontales des éléments composants et dont la majeure partie est reçue par le moyeu 34 de la paroi mobile et le reste par le poussoir d'actionnement 64. Il y a ainsi tant que 1'amplificateur pneumatique 10 n'est pas saturé, proportionnalité entre la pression hydraulique obtenue dans les circuits de freinage du véhicule et l'ef-1 5 fort exercé par le conducteur sur la pédale de frein; ce domaine de fonctionnement du servo-frein, qui correspond au freinage assisté proprement dit, est représenté par le segment de caractéristique 138 sur le graphique illustratif de la Figure 5, où cette pression et cet effort sont portés respectivement en ordonnées et en abscisses. 20 Lorsqu'est atteinte la saturation de l'amplificateur pneumatique 10 (état correspondant au point 140 de la Figure 5), seule l'action exercée par le conducteur sur la pédale 12 et transmise par le poussoir 64 peut encore renforcer si nécessaire l'effet de freinage obtenu. Ce faisant, l'élément intérieur 62 mû par le poussoir 64 25 poursuit son déplacement vers la gauche, entraînant avec lui l'éïment intermédiaire 60 par l'intermédiaire de la collerette de butée 98. L'effort d'actionnement musculaire s'exerce dès lors sur le fluide de la chambre 110 par l'intermédiaire d'une surface égale à la somme des sections des pistons élémentaires 60 et 62, tandis que la poussée 30 provenant de la paroi mobile 28 ne s'exerce plus que par celui d'une surface égale à la section du seul piston extérieur 58. La variation ainsi obtenue du rapport dts surfaces de transmission de poussée entraîne un accroissement sans doute sensible de la réaction transmise à la pédale de frein, mais moindre cependant que si l'effort 35 musculaire devait s'exercer jar l'intermédiaire de la surface totale de l'organe transmetteur 54, ainsi que cela est généralement le cas dans les réalisations connues à ce jour, Cette condition de fonctionnement du servo-frein est représentée par le segment de caractéristique 142, sur le graphique de la Figure 5. 40 Le graphique de la Figure 6 illustre de son côté la variation de la pression dans les circuits de freinage, portée en ordonnées, en 70 10486 7 2035850 fonction de la course d'enfoncement de la pédale de frein portée en abscisses. La courbe désignée par le repère 144 est représentative des conditions de fonctionnement ci-dessus décrites, avant et après saturation de l'amplificateur pneumatique, 10. 5 Lorsque le conducteur relâche la pédale de frein 12, la détente des divers ressorts de rappel ramène les éléments mobiles du servo frein à leurs positions de repos respectives telles qu'illustrées à la Figure 1. La Figure 4 montre enfin le fonctionnement du servo frein en 10 cas de défaillance de l'amplificateur pneumatique 10 résultant, par exemple, de l'élimination de la source de vide ou de dépression à laquelle il est raccordé. L'actionnement de la valve 66 reste en pareil cas sans effet et seul l'effort musculaire fourni par le conducteur est opérant pour mettre en pression les circuits de 15 freinage du véhicule. Cet effort est transmis, comme le montre la figure, par les deux pistons élémentaires 60 et 62 au fluide contenu dans la chambre 110, qui le reporte lui-même sur le piston 112 du maître cylindre 14 avec l'effet amplificateur résultant du rapport de leuis surfaces respectives. Le conducteur peut ainsi obte-20 nir l'arrêt du véhicule au prix d'une course allongée de la pédale de frein, mais sans avoir cependant à déployer un effort physique exagéré. Les caractéristiques 146 et 148 des gi^ihiques des Figures 5 et 6, sont représentatives de ce mode exceptionnel de fonctionnement du servo-frein. 25 II va de soi que la portée de l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, lequel n'a qu'une valeur d'exemple illustratif, mais s'étend au contraire à toute variante facile à concevoir, notamment par substitution de moyens équivalents. 70 10486 8 2035850 REVENDICATIONS 1. Servo-frein pour véhicules automobiles du type comprenant un amplificateur pneumatique et un maitre cylindre hydraulique contenant au moins Tin piston pour la mise en pression des circuits de freinage du véhicule, ledit amplificateur pneumatique comportant 5 lui-même une paroi mobile montée de façon étanche à 1'intérieur d'un boîtier, une valve de commande agencée dans la partie centrale de ladite paroi et actionnée par un poussoir relié à la pédale de frein pour établir et contrôler une différence de pression motrice de part et d'autre de la paroi, et un organe transmetteur d'effort 10 interposé entre l'ensemble formé par la paroi et lavalve et le piston du maitre cylindre pour transmettre à ce dernier, par l'intermédiaire d'une chambre emplie d'un fluide hydraulique, l'effort total de freinage résultant de la poussée créée par ladite paroi mobile et de celle exercée par le conducteur du véhicule sur ledit poussoir 15 d'actionnement, lesdites poussées s'exerçant sur le fluide contenu dansladite chambre par l'intermédiaire de surfaces distinctes de la face terminale didit organe transmetteur, caractérisé par des moyens provoquant automatiquement une variation du rapport desdites surfaces de transmission de poussée lorsque l'enfoncement du poussoir d'ac-20 tionnement par rapport à laparoi mobile excède la valeur nécessaire au fonctionnement de la valve de commande, notamment en cas de saturation ou de défaillance de l'amplificateur pneumatique. 2. Servo-frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe transmetteur d'effort comprend trois éléments en 25 forme de pistons coaxiaux, à savoir un élément extérieur fixé par une extrémité à la paroi mo'bile et reçu en coulissement à son autre extrémité dans l'alésage de la chambre à fluide hydraulique, un élément intermédiaire coulissant dans l'alésage dudit élément extérieur, et un élément intérieur assujetti à se déplacer avec le 30 poussoir d'actionnement de la valve de commande et reçu en coulissement dans l'alésage dudit élément intermédiaire, des moyens étant en outre prévus pour limiter les déplacements axiaux dudit élément intermédiaire dans une seule direction par rapport audit élément extérieur et dans les deux directions par rapport audit élément 35 intérieur. 3. Servo-frein selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un épaulement interne formé à l'une des extrémités de l'alâsage de l'élément extérieur et cons 70 10486 9 2035850 tituant une butée vis-à-vis de l'élément intermédiaire dont il n'autorise le déplacement relatif qu'en direction de la chambre à fluide hydraulique. 4. Servo-frein selon la revendication 2 ou la revendication 5 3» caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent en outre des surfaces de butée formées aux extrémités de l'élément intérieur et constituées par exemple par une col]erette et une rondelle d'arrêt, lesdites surfaces de butée encadrant l'élément intermédiaire avec un jeu axial au moin égal à la course normale d'actionnement de 10 la valve de commande par le poussoir associé. 5. Servo-frein selon la revendication 2, 3 ou 4 et dans lequel la chambre à fluide hydraulique communique au repos avec un réservoir de fluide par un orifice de compensation, caractérisé en ce que l'élément intérieur comporte une projection axiale conçue 15 pour assurer la fermeture dudit orifice dès le début de la course d'actionnement de la valve de commande.