FR2460797A1

FR2460797A1 - Telescopic motorcycle front suspension fork - contains additional gas damping valve above oil level in stanchion

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Publication number: FR2460797A1
Application number: FR7918164A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-07-12
Filing date: 1979-07-12
Publication date: 1981-01-30

Abstract

The telescopic front suspension fork for a motorcycle is made up of two tubes (1,2) containing oil (8), sliding one inside the other, and may contain a metal spring (4) and an hydraulic damper rod (5). The volume above the oil level (9) is occupied by air and is divided into two compartments (12,13) connected to each other by a jet (15) with a calibrated orifice (16), which constricts the passage of gas from one compartment to the other. This provides additional damping.

Description

La présente invention concerne les suspensions avant de motocycles par
fourche télescopique.The present invention relates to front suspensions of motorcycles by
telescopic fork.

Une fourche télescopique est essentiellement constituée de deux tubes,
disposés symétriquement par rapport au plan médian de la roue, et sur lesquels
est fixé l'axe de la roue, coulissant sur deux tubes solidaires de la partie
"suspendue" du motocycle.A telescopic fork essentially consists of two tubes,
arranged symmetrically with respect to the median plane of the wheel, and on which
is fixed the axis of the wheel, sliding on two tubes integral with the part
"suspended" from the motorcycle.

Chaque ensemble tube fixe-tube coulissant, appelé "bras de fourche", comprend
en outre un dispositif amortisseur hydraulique, situé à l'intérieur de ces
tubes, et un dispositif élastique, constitué le plus souvent par un ressort
hélicoidal. Each fixed tube-sliding tube assembly, called "fork arm", includes
furthermore a hydraulic damping device, located inside these
tubes, and an elastic device, most often constituted by a spring
helical.

Ces différents éléments assurent les trois fonctions nécessaires à une
suspension : guidage de la roue, élasticité, amortissement.These different elements provide the three functions necessary for a
suspension: wheel guidance, elasticity, damping.

La figure i montre, à titre d'exemple, une coupe schématique d'un bras
de fourche représentatif de la disposition qu'on retrouve sur la plupart des
fourches télescopiques de motocycles produites actuellement.Figure i shows, by way of example, a schematic section of an arm
fork representative of the arrangement found on most
telescopic forks of motorcycles currently produced.

On reconnait le tube fixe 1 et le fourreau coulissant 2 avec l'alésage
3 destiné à recevoir l'axe de la roue. Le déplacement du fourreau sur le tube
fixe est contrôlé par le ressort 4 et par un dispositif amortisseur hydraulique
constitué essentiellement d'un piston 5, se déplaçant à l'intérieur du tube
fixe, d'un clapet 6, et d'un ou plusieurs orifices calibrés 7 ; ces dernières
pièces étant complètement immergées dans de l'huile 8 qui agit, à la fois,
comme fluide d'amortissement et comme lubrifiant.We recognize the fixed tube 1 and the sliding sleeve 2 with the bore
3 intended to receive the axis of the wheel. The displacement of the sheath on the tube
fixed is controlled by spring 4 and by a hydraulic shock absorber
essentially consisting of a piston 5, moving inside the tube
fixed, a valve 6, and one or more calibrated orifices 7; these last
parts being completely immersed in oil 8 which acts, at the same time,
as a damping fluid and as a lubricant.

On remarque que, suivant la position relative du fourreau et du tube
fixe, le niveau 9 de l'huile varie, faisant varier le volume de l'air 10
emprisonné dans la partie supérieure du tube. I1 en résulte que cet air voit sa pression /varier lors des mouvements de suspension, et qu'il agit comme un ressort
pneumatique.Note that, depending on the relative position of the sleeve and the tube
fixed, oil level 9 varies, varying air volume 10
trapped in the upper part of the tube. It follows that this air sees its pressure / vary during the suspension movements, and that it acts as a spring.
pneumatic.

L'influence de ce ressort pneumatique est d'autant plus grande que la
pression de l'air s'applique à une surface relativement importante : l'analyse
du fonctionnement montre que la surface à prendre en considération pour calcu
ler l'effet de ressort produit par les variations de pression de cet air est
celle de l'alésage du tube coulissant. Cette surface est nettement plus impor
tante que, par exemple, celle du piston de l'amortisseur hydraulique.The influence of this air spring is all the greater as the
air pressure applies to a relatively large area: the analysis
of operation shows that the area to be taken into consideration for calculation
The spring effect produced by the variations in pressure of this air is
that of the bore of the sliding tube. This surface is much larger
as much as, for example, that of the piston of the hydraulic shock absorber.

Cet effet de ressort pneumatique existe même lorsque la pression ini
tiale, c'est-à-dire la pression régnant à l'intérieur de la fourche lorsque
celle-ci est en extension complète, est égale à la pression atmosphérique.This pneumatic spring effect exists even when the pressure ini
tiale, i.e. the pressure prevailing inside the fork when
this is in full extension, is equal to atmospheric pressure.

Mais il peut être renforcé considérablement si l'on dispose d'un système
permettant de faire en sorte que cette pression initiale soit supérieure à la
pression atmosphérique. But it can be strengthened considerably if you have a system
allowing this initial pressure to be greater than the
atmospheric pressure.

Cette propriété est exploitée sur un certain nombre de fourches télescopiques perfectionnées, qui disposent d'une valve de gonflage située, le plus souvent, sur le bouchon il obturant le tube supérieur. This property is exploited on a certain number of improved telescopic forks, which have an inflation valve located, more often than not, on the plug closing the upper tube.

L'emploi de cette valve permet, d'une part, d'utiliser une pression d'air initiale supérieure à la pression atmosphérique, et, d'autre part, de régler cette pression initiale à la valeur choisie. Ce qui permet, d'une part, de soulager, voire de supprimer, le ressort hélicoïdal en acier 4, et, d'autre part, de disposer d'un moyen simple de réglage de la fonction "élasticité". The use of this valve makes it possible, on the one hand, to use an initial air pressure greater than atmospheric pressure, and, on the other hand, to adjust this initial pressure to the chosen value. This allows, on the one hand, to relieve, or even eliminate, the steel coil spring 4, and, on the other hand, to have a simple means of adjusting the "elasticity" function.

Le dispositif objet de l'invention a pour but d'adjoindre aux avantages du système connu de fourche télescopique munie d'une valve de gonflage (avantages qui concernent la fonction "élasticité"), la possibilité de renforcer l'amortissement et de le régler facilement,
Pour cela, dans une fourche télescopique conforme a'à l'invention, le volume situé au-dessus de la surface de l'huile est divisé en, au moins, deux capacités reliées entre elles par un ou plusieurs orifices calibrés, ou par tout autre moyen connu capable de freiner le passage de l'air entre ces capacités (parmi ces moyens connus, citons, en particulier, les clapets élastiques et les clapets tarés au moyen de ressorts).The object of the invention is to add to the advantages of the known system of a telescopic fork fitted with an inflation valve (advantages which relate to the "elasticity" function), the possibility of strengthening the damping and of adjusting it. easily,
For this, in a telescopic fork according to the invention, the volume located above the surface of the oil is divided into, at least, two capacities connected together by one or more calibrated orifices, or by all other known means capable of slowing the passage of air between these capacities (among these known means, let us quote, in particular, the elastic valves and the valves calibrated by means of springs).

La figure 2 représente, à titre d'exemple nullement limitatif, une réalisation conforme à l'invention. Figure 2 shows, by way of non-limiting example, an embodiment according to the invention.

Le volume situé au-dessus du niveau de l'huile se trouve divisé en deux volumes 12 et 13 ; ce dernier se trouvant, dans cet exemple, situé à 1 'inté- rieur du bouchon 14 obturant le tube fixe. Un gicleur 15, muni d'un orifice calibré 16, contrôle le passage de l'air entre les volumes 12 et 13. The volume above the oil level is divided into two volumes 12 and 13; the latter being, in this example, located inside the plug 14 closing the fixed tube. A nozzle 15, provided with a calibrated orifice 16, controls the passage of air between volumes 12 and 13.

Lors des mouvements de compression, le niveau d'huile remonte, comprimant l'air contenu dans le volume 12. L'augmentation de pression dans le volume 12 a pour effets de s'opposer à la force provoquant la compression de la four che et de provoquer un flux d'air vers la chambre 13. Toutefois, le passage de l'air à travers l'orifice calibré 16 provoque une chute de pression de sorte que, lors des mouvements de compression de la fourche, la pression régnant dans la chambre 13 est inférieure à la pression régnant dans le volume 12. A la fin du mouvement de compression, l'énergie élastique stockée, sous forme d'air comprimé, dans la chambre 13 est donc plus faible que l'énergie qu'il a fallu dépenser pour vaincre la résistance provoquée par la pression de l'air régnant dans la chambre 12. During compression movements, the oil level rises, compressing the air contained in volume 12. The increase in pressure in volume 12 has the effect of opposing the force causing compression of the fork and causing an air flow towards the chamber 13. However, the passage of air through the calibrated orifice 16 causes a pressure drop so that, during the compression movements of the fork, the pressure prevailing in the chamber 13 is less than the pressure prevailing in volume 12. At the end of the compression movement, the elastic energy stored, in the form of compressed air, in chamber 13 is therefore lower than the energy it has had to spend to overcome the resistance caused by the air pressure prevailing in the chamber 12.

Lors du mouvement d'extension suivant ce mouvement de compression, le flux d'air de la chambre 13 vers la chambre 12 à travers l'orifice calibré 16 provoque une chute de pression. De sorte que la pression régnant dans la chambre 12, pression produisant une force tendant à repousser le fourreau vers sa position d'équilibre, est inférieure à la pression régnant dans la chambre 13. During the extension movement following this compression movement, the air flow from the chamber 13 to the chamber 12 through the calibrated orifice 16 causes a pressure drop. So that the pressure prevailing in the chamber 12, pressure producing a force tending to push the sheath towards its equilibrium position, is less than the pressure prevailing in the chamber 13.

Ainsi, l'énergie restituée est-elle plus faible que l'énergie stockée (qui, elle-même était plus faible que l'énergie qu'il avait fallu dépenser pour la stocker).Thus, the energy returned is weaker than the stored energy (which itself was weaker than the energy that had to be spent to store it).

Le raisonnement ci-dessus a été établi en supposant que la fourche était d'abord soumise à un mouvement de compression, avant de revenir vers sa position d'équilibre. Un raisonnement analogue, effectué dans le cas où la fourche est d'abord soumise à un mouvement d'extension, à partir de sa position d'équilibre, avant de revenir vers cette dernière, aboutit à un résultat analogue : tout mouvement, dans un sens ou dans l'autre, du tube coulissant par rapport au tube fixe, provoque une variation de pression dans le volume 13 et un flux d'air à travers l'orifice calibré 16, qui déterminent un déphasage de la réaction élastique de l'air contenu dans la fourche et une absorption d'énergie mécanique. The above reasoning was established by supposing that the fork was first subjected to a compression movement, before returning to its equilibrium position. An analogous reasoning, carried out in the case where the fork is first subjected to an extension movement, from its equilibrium position, before returning to the latter, leads to an analogous result: any movement, in a in either direction, of the sliding tube relative to the fixed tube, causes a pressure variation in the volume 13 and an air flow through the calibrated orifice 16, which determine a phase shift of the elastic reaction of the air in the fork and mechanical energy absorption.

Il en résulte un amortissement supplémentaire, qui vient s'ajouter à l'amortissement dû au système hydraulique classique. This results in additional damping, which is added to the damping due to the conventional hydraulic system.

Les caractéristiques de cet amortissement supplémentaire sont particulièrement intéressantes dans la mesure où elles complètent de façon heureuse les caractéristiques du système d 'amortissement hydraulique que l'on rencontre habituellement sur les fourches télescopiques, et dans la mesure où elles sont particulièrement bien adaptées aux besoins d'une suspension avant de motocycle. The characteristics of this additional damping are particularly interesting insofar as they happily complement the characteristics of the hydraulic damping system which one usually meets on telescopic forks, and insofar as they are particularly well adapted to the needs of '' a motorcycle front suspension.

Dans la réalisation représentée par la figure 2, on remarque que 1 'ori- fice calibré 16 est situé sur une pièce 15 munie d'un filetage. Une telle disposition, analogue au système utilisé sur les carburateurs, où il porte le nom de "gicleur", pour régler le débit d'essence, permet de modifier très facilement le calibrage de l'orifice aux fins de réglage de l'amortissement. In the embodiment shown in FIG. 2, it is noted that the calibrated orifice 16 is located on a part 15 provided with a thread. Such an arrangement, analogous to the system used on carburetors, where it is called "nozzle", for adjusting the fuel flow rate, makes it very easy to modify the calibration of the orifice for the purpose of adjusting the damping.

On note également que ce gicleur 15 est vissé à la partie supérieure d'un tube long et étroit 17. Cette disposition, outre le fait qu'elle facilite l'accès au gicleur, est destinée à augmenter la hauteur du matelas d'air existant entre l'orifice du gicleur et le niveau de l'huile lorsque la fourche est comprimée au maximum t de façon à réduire les risques de voir des projections d'huile atteindre cet orifice et pénétrer dans la chambre 13, ce qui aurait pour conséquence néfaste de modifier la répartition des volumes déterminée pour les chambres 12 et 13. We also note that this nozzle 15 is screwed to the upper part of a long and narrow tube 17. This arrangement, in addition to the fact that it facilitates access to the nozzle, is intended to increase the height of the existing air mattress between the nozzle orifice and the oil level when the fork is compressed to the maximum t so as to reduce the risk of oil splashes reaching this orifice and entering the chamber 13, which would have the harmful consequence to modify the distribution of the volumes determined for rooms 12 and 13.

Du reste, il est possible de renforcer l'efficacité de cette disposition en introduisant dans le tube 17 un système de chicanes tel, par exemple, que celui représenté (18) sur la figure 3. Moreover, it is possible to reinforce the effectiveness of this arrangement by introducing into the tube 17 a system of baffles such as, for example, that shown (18) in FIG. 3.

Outre la possibilité déjà mentionnée de régler l'amortissement en changeant le gicleur 15, il en existe une deuxième permise par la présence de la valve 19. En augmentant la pression initiale (pression regnant dans la fourche lorsque celle-ci est en extension complète), ce qui revient à augmenter la quantité d'air contenue dans le système, on augmente la densité de l'air, et par suite, le freinage provoqué par l'orifice calibré. Cette propriété est particulièrement intéressante, puisqu 'une mêne opération (gonflage ou dégonflage) permet de faire varier simultanément, et dans le sens souhaité, la raideur élastique de la suspension et son amortissement. In addition to the already mentioned possibility of adjusting the damping by changing the nozzle 15, there is a second one enabled by the presence of the valve 19. By increasing the initial pressure (pressure prevailing in the fork when the latter is in full extension) , which amounts to increasing the amount of air contained in the system, the air density is increased, and consequently, the braking caused by the calibrated orifice. This property is particularly advantageous, since a same operation (inflation or deflation) makes it possible to vary simultaneously, and in the desired direction, the elastic stiffness of the suspension and its damping.

I1 va de soi que la réalisation décrite ci-dessus et illustrée par la figure 2 n'est donnée qu'a' titre d'exemple non limitatif, et qu'il est possible de concevoir d'autres formes de réalisation tout en restant conforme à 1 'in- vention. It goes without saying that the embodiment described above and illustrated by FIG. 2 is given only by way of nonlimiting example, and that it is possible to design other embodiments while remaining conforming to the invention.

C'est ainsi qu'il est possible de remplacer l'air par un autre gaz présentant l'avantage de ne pas oxyder l'huile et d'être plus facile à étancher (azote, par exemple). This is how it is possible to replace the air with another gas, which has the advantage of not oxidizing the oil and of being easier to seal (nitrogen, for example).

Il est également possible, tout en restant conforme à l'invention, de replacer I 'orifice calibré 16 par tout autre système connu permettant de freiner le passage de l'air ou du gaz entre les deux chambres 12 et 13. It is also possible, while remaining in accordance with the invention, to replace the calibrated orifice 16 by any other known system making it possible to slow the passage of air or gas between the two chambers 12 and 13.

On peut, par exemple, utiliser le jeu existant entre deux pièces cylindriques. On peut, également, utiliser une aiguille conique pénétrant dans un logement conique ou cylindrique ; la profondeur de pénétration dans son logement déteninant le degré de freinage du système. Ou encore, on peut faire appel à un ou plusieurs clapets tarés par des ressorts ou un ou plusieurs clapets élastiques, analogues à ceux qui sont utilisés pour contrôler le passage de l'huile dans certains amortisseurs hydrauliques. One can, for example, use the clearance existing between two cylindrical parts. It is also possible to use a conical needle penetrating a conical or cylindrical housing; the depth of penetration into its housing determining the degree of braking of the system. Or, one can use one or more valves calibrated by springs or one or more elastic valves, similar to those used to control the passage of oil in certain hydraulic shock absorbers.

Le système décrit ci-dessus fait appel à deux chambres, 12 et 13. Il est également possible, tout en restant conforme à l'invention, d'utiliser plus de deux chambres, conuniquant entre elles par des moyens assurant le freinage des flux de gaz, et disposee/it "en série", soit "en parallèle", Le fonctionnement, dans ce cas, ne diffère pas fondamentalement de celui qui a été décrit plus haut dans le cas de deux chambres :tout mouvement de la suspension se traduisant par un flux d'air à travers les systèmes de freinage, produisant 1 'amortissement recherché. The system described above uses two chambers, 12 and 13. It is also possible, while remaining in accordance with the invention, to use more than two chambers, communicating with one another by means ensuring the braking of the flows of gas, and dispose / it "in series", ie "in parallel", The operation, in this case, does not differ fundamentally from that which was described above in the case of two chambers: any movement of the suspension being by an air flow through the braking systems, producing the desired damping.

L'invention s'applique principalement aux suspensions avant de motocycles par fourche télescopique. Mais elle peut également s'appliquer à tout élément de suspension dont la technologie est voisine de celle des fourches télescopiques ; c 'est-à-dire tout élément de suspension constitué de deux tubes coulissant l'un sur l'autre et contenant de 1 'huile, de telle sorte que ce niveau d'huile varie de façon appréciable en fonction de la position d 'enfon- cément des deux tubes. The invention applies mainly to the front suspensions of motorcycles by telescopic fork. But it can also be applied to any suspension element whose technology is similar to that of telescopic forks; that is to say any suspension element consisting of two tubes sliding one on the other and containing one oil, so that this oil level varies appreciably depending on the position of sinking of the two tubes.

Claims

1 - Telescopic suspension element consisting of two tubes sliding one on the other and containing oil (and possibly, but not necessarily, containing a metal spring and a hydraulic shock absorber system), characterized in that the volume located above the oil level, and occupied by air or any other gas, is divided into several capacities communicating with each other by devices allowing air or gas to pass from one to the other, while slowing down this passage.

2 - Suspension element according to claim 1, characterized in that the volume located above the oil level is divided into two capacities communicating with each other by devices allowing air or gas to pass from the to one another while slowing down this passage.

3 - Suspension element according to claim 2 characterized in that the device allowing air or gas to pass while braking this passage is constituted by one or more calibrated orifices.

4 - suspension element according to claim 3 characterized in that at least one of the calibrated orifices is located on an interchangeable nozzle.

5 - suspension element according to claim 2 characterized by

or gas the fact that the device allowing air / to pass while braking its passage is constituted by two cylindrical or conical parts assembled with a small clearance.

6 - Suspension element according to claim 5 characterized in that the clearance of the air or gas passage system can be changed for adjustment.

7 - Suspension element according to claim 2 characterized in that the device ensuring the passage and braking of air or gas is a valve calibrated by a spring or an elastic valve.

8 - suspension element according to claim 1 or claim 2 characterized in that the device ensuring the passage and braking of air or gas is a combination of two or more of the devices mentioned in claims 3, 4, 5, 6 and 7.

9 - suspension element according to claim 1 or claim 2 characterized in that the device allowing the passage and braking of air or gas between the chamber in contact with the oil level and the next chamber is located at the upper end of a long and narrow tube, intended to prevent the said device from being reached by oil splashes.

10 - suspension element according to claim 9 characterized by the presence of baffles inside the long and narrow tube.

11 - Suspension element according to any one of the preceding claims, characterized by the presence of a valve making it possible to increase and regulate the amount of air or gas that it contains.

12 - Suspension element according to any one of the preceding claims, characterized in that it constitutes one of the two arms of a telescopic fork of a motorcycle.