FR2693524A1 - Piston à clapet flottant perfectionné pour amortisseur hydraulique, notamment le type monotube pressurisé. - Google Patents

Abstract

Le piston à clapet selon l'invention comporte sur la face du corps de piston 16, opposée à celle supportant le clapet flottant 13, un deuxième clapet 17 apte à prendre une position d'obturation, lors de la phase de compression, dans laquelle la section s de l'ouverture 23 est limitée à une fraction de la section totale de passage S du fluide dans le tube 1, ainsi qu'une position d'ouverture 17D, lors d'un déplacement du fluide dans la phase d'extension, obtenue par un fléchissement de la plaque 17 formant ce deuxième clapet.

Description

Piston à clapet flottant peffectionné pour amortisseur hydraulique, notamment de type monotube pressurisé.

L'invention concerne les pistons d'amortisseurs hydrauliques, notamment ceux de type monotube pressurisés.

Un amortisseur hydraulique comporte un piston apte à coulisser à l'intérieur d'un tube pour séparer l'espace interne de celui-ci en deux chambres remplies de fluide. Un passage traversant est prévu au sein du piston pour mettre en communication les deux chambres, et coopère avec un système de clapet régulant l'ouverture du passage en fonction du sens d'écoulement du fluide qui dépend du fait que l'amortisseur se trouve dans une phase d'extension ou de compression.

On peut habituellement caractériser une suspension à partir d'une courbe donnant la force exercée sur l'amortisseur en fonction de la vitesse d'écoulement du fluide à l'intérieur de celui-ci. Dans les amortisseurs classiques, alors que dans la phase d'extension de la suspension, la courbe tend généralement à s'écarter progressivement de la droite théonque d'amortissement, en restant en deçà de celle-ci, cette courbe s'infléchit rapidement dans la phase de compression pour aboutir à une relative stabilisation de la force quelque soit la valeur de la vitesse.

Or une telle caractéristique en phase de compression peut conduire dans certains types de véhicules, tels que certaines voitures de sport ou les véhicules tous terrains, et plus généralement ceux dont la suspension est très limitée en débattement, à des chocs occasionnés par la venue en butée de la suspension.

L'invention vise à apporter une solution à ce problème.

Un tel problème est particulièrement accru dans le cas des amortisseurs dont le piston est équipé d'un clapet flottant, bien connu de l'homme du métier, dans lequel les mêmes voies de passage servent à l'écoulement du fluide dans les deux sens, alors que dans d'autres types d'amortisseurs hydrauliques, sont prévues des voies d'écoulement séparées pour la phase de compression pour la phase d'extension.

Un but de l'invention est d'obtenir, dans la phase de compression, une force augmentant (en valeur absolue) en fonction de la vitesse, à partir d'un seuil de vitesse, pour se rapprocher notamment de la droite théorique d'amortissement.

En d'autres termes, ceci vise à obtenir un amortisseur de caractéristique divergente en compression à partir d'une certaine vitesse, sans modifier sensiblement les caractéristiques d'amortissement en deça de cette vitesse en phase de compression, ni en phase d'extension.

L'invention a encore pour but d'obtenir un tel effet de manière très simple et sans requérir de modification substantielle sur les pistons d' amortisseurs existants.

L'invention propose donc un piston à clapet pour tube d'amortisseur hydraulique, comprenant un corps de piston destiné à être monté à coulissement dans le tube, et possédant un passage de fluide débouchant de part et d'autre du corps par une première et une deuxième ouvertures et coopérant au niveau de la première ouverture avec un premier clapet pour contrôler dans les deux sens le débit de fluide à travers le passage; selon une caractéristique générale de l'invention, ce piston comporte un deuxième clapet coopérant au niveau de la deuxième ouverture pour prendre, lors d'un déplacement de fluide depuis la deuxième ouverture vers la première ouverture, une position d'obturation dans laquelle la section de la deuxième ouverture est limitée à une fraction de la section totale de passage du fluide dans le tube, ainsi qu'une position d'ouverture lors d'un déplacement du fluide depuis la première vers la deuxième ouverture.

La fraction peut être comprise entre environ 1 % et environ 5 %, avantageusement de l'ordre de 2 ou 3 %.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le deuxième clapet comporte au moins une plaque flexible disposée en appui contre la face du corps du piston qui possède la deuxième ouverture; cette plaque obture partiellement la deuxième ouverture pour en limiter la section à ladite fraction de la section totale; son bord libre est apte à fléchir dans le sens de la première ouverture vers la deuxième ouverture.

Lorsque le passage à l'intérieur du corps de piston comporte une pluralité d'alvéoles axiales réparties au sein de ce corps de piston, le deuxième clapet comporte de préférence une plaque circulaire fixée en son centre en appui contre le corps du piston, et dont le bord libre avoisine le bord extérieur des alvéoles, ce qui en obture la majeure partie en limitant la section de passage.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après et des dessins annexés sur lesquels:
- la figure 1 est une coupe longitudinale d'un tube d'amortisseur équipé d'un piston à clapet flottant selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe plus détaillée du piston à clapet flottant de la figure 1,
- la figure 3 illustre les caractéristiques de la suspension ainsi obtenue, et
les figures 4 à 7 illustrent d'autres variantes d'exécution de l'invention.

Tel qu'il est illustré sur la figure 1, l'amortisseur hydraulique télescopique monotube comprend un cylindre 1 fixé à l'une de ses extrémités par un oeillet 2. Un piston séparateur gaz/liquide 3, monté libre à coulissement dans le cylindre 1, est muni d'un joint torique d'étanchéité 4 et sépare le cylindre en deux portions.Une portion 5 contient un gaz sous pression et l'autre portion 6 est remplie de fluide hydraulique. Un autre piston 7 est fixé à l'extrémité d'une tige 8 dont le déplacement dans le cylindre 1 est guidé par le guide 9 fixé au cylindre et associé à un autre joint d'étanchéité 10.

L'extrémité extérieure de la tige 8 est fixée à un goujon de fixation.

L'amortisseur est complété par un protecteur 1 1 solidaire de la tige 8 et venant coiffer une partie du cylindre 1.

Pour assurer le fonctionnement de l'amortisseur, le piston 7 comporte des passages permanents 12 pour le fluide hydraulique, coopérant avec un premier clapet, dit flottant, 13.

Tel qu'illustré sur la figure 2, le piston 7 comporte un corps de piston 16, de forme générale cylindrique, apte à coulisser à l'intérieur du tube 1, et comportant une pluralité d'alvéoles de section ici trapézoïdale, par exemple au nombre de huit, débouchant de part et d'autres au corps de piston par des ouvertures respectives supérieures 22 et inférieures 23. Ces alvéoles définissent le passage permanent 12 pour le fluide hydraulique entre la chambre supérieure 20 et la chambre inférieure 6.

La partie gauche de cette figure est une section longitudinale dans le plan de symétrie d'une alvéole tandis que la partie droite est une section longitudinale effectuée entre deux alvéoles. Bien que chaque alvéole constitue une voie de passage bidirectionnelle pour le fluide, la partie gauche de la figure illustre, à des fins de simplification, la configuration des éléments dans la phase de compression tandis que la partie droite illustre la configuration dans la phase de détente.

Un clapet 13, dit flottant, est disposé sur la face supérieure 24 du corps de piston 16 et comporte, de façon classique, une plaque annulaire centrale entourée d'une couronne 15 reposant en appui d'une part sur un épaulement 21 du corps de piston, et d'autre part contre le bord libre d'une autre plaque 14 située sur la plaque centrale et débordant légèrement celle-ci. La couronne 15 définit avec la plaque centrale un espace 29. Cette couronne 15 est apte à fléchir selon la position 15c dans la phase de compression de l'amortisseur pour se décoller de l'épaulement 21 du piston et autoriser le passage du fluide selon la flèche FC. Dans la phase d'extension, la couronne 15 s'oriente selon la position 15D en se décollant de la plaque supérieure 14 pour autoriser le passage du fluide selon la flèche FD.

Outre ce premier clapet 13, dit flottant, il est prévu un deuxième clapet comportant une plaque annulaire 17 plaquée contre la face inférieure 25 du corps de piston et maintenue en sa partie centrale, solidaire de celui-ci, par l'intermédiaire d'une rondelle 18 serrée à l'aide d'un écrou 19 coopérant avec le filetage de la tige 8.

Cette plaque annulaire 17 avoisine ici le bord extérieur des alvéoles 12 en limitant la section de passage s de l'ouverture inférieure 23 de ces alvéoles, à une fraction choisie de la surface totale S de passage du fluide, qui est dans le cas présent la différence entre la surface de la section droite du tube 1 et de la section droite de la tige 8.

Cette plaque annulaire 17, ne peut pas fléchir dans le sens de l'ouverture 23 vers l'ouverture 22 car elle est en appui contre la face inférieure du piston. Par contre, un fléchissement est possible dans le sens contraire comme illustré en tiretés par la référence 17D.

D'une manière générale, le rapport de la surface s sur la surface S est compris entre 0,01 environ et 0,05 environ. Des essais ont montré qu'il était avantageux d'ajuster ce rapport aux environs de 0,02 ou 0,03.

Dans un mode de réalisation nullement limitatif, il est prévu d'utiliser une plaque annulaire 17 ayant un diamètre de 36 mm pour un corps de piston 16 ayant un diamètre extérieur de 46 mm adapté pour être fixé sur une tige d'un diamètre de 11,5 mm. La plaque annulaire est fixée par l'intermédiaire d'une rondelle 18 d'un diamètre de 17 mm.

Le matériau utilisé pour la plaque annulaire 17 est avantageusement un acier à très haute limite élastique, par exemple de l'ordre de 1400 Newton par mm2, ayant une haute résistance à la fatigue, typiquement un acier suédois. L'épaisseur d'une telle plaque est comprise généralement entre 0,1 et 0,3 mm et permet d'obtenir un fléchissement limité de la plaque.

Dans la phase de compression, le fluide s'écoule depuis la chambre 6, vers la chambre 20 en passant à travers la section de l'ouverture 23 et ressort par l'ouverture supérieure 22 entre l'épaulement 21 et la couronne 15 du clapet flottant 13 (flèche FC).

Dans la phase d'extension ou de détente, le fluide s'écoule depuis la chambre supérieure 20, au travers du clapet flottant 13 et ressort du corps du piston par l'ouverture 23 des alvéoles libérée par le fléchissement 17D de la plaque 17 du deuxième clapet (flèche FD).

L'invention permet d'obtenir une caractéristique d'amortissement illustrée sur la figure 3. La référence 28 désigne la droite théorique d'amortissement illustrant le caractère proportionnel de la force par rapport à la vitesse d'écoulement du fluide. La caractéristique habituelle. de convergence (selon le vocabulaire employé par l'homme du métier) de la courbe 26, dans la phase d'extension, par rapport à cette droite théorique n'est pas sensiblement modifiée par l'adjonction du deuxième clapet. Par contre, cette courbe s'infléchit nettement dans la phase de compression (référence 27) à partir d'un certain seuil de vitesse, ce qui la distingue nettement d'une courbe classique 30 illustrée en tiretés.

Cet effet de divergence dans la phase de compression à partir de ce seuil de vitesse est obtenu à l'aide d'une section de passage calibrée sur la face opposée à celle munie du clapet flottant. Bien que cette section de passage calibrée soit obtenue, dans le mode de réalisation illustré ci-dessus, par l'écart entre le bord interne des alvéoles le plus éloigné de l'axe longitudinal, et le bord libre extérieur de la plaque 17, on peut également obtenir une telle section de différentes manières.

Ainsi il est possible de prévoir des crans 31 ménagés sur le pourtour de cette plaque (figure 4) ou bien des trous calibrés traversants 32 dans la plaque annulaire 17 (figure 5). On peut également ménager des crans 33 dans le corps du piston 16 au niveau de sa face inférieure 25 et débouchant dans les alvéoles (figure 6), ou bien encore réaliser des orifices auxiliaires 34 dans le corps de piston, reliant la face inférieure 25 où l'intérieur des alvéoles 12 (figure 7).

Dans tous ces modes de réalisation, la plaque annulaire 17 peut, ou non, recouvrir intégralement les ouvertures inférieures 23 de ces alvéoles 12.

Bien entendu, toutes ces variantes d'exécution ne sont pas limitatives et peuvent être envisagées isolément, ou en combinaison, pour autant que la section de passage désirée s soit obtenue.

Par ailleurs, on peut également prévoir un deuxième clapet comportant plusieurs plaques flexibles superposées, ce qui permet notamment une meilleure tenue en fatigue.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Piston à clapet pour tube d'amortisseur hydraulique, comprenant un corps de piston (16) destiné à être monté à coulissement dans le tube (1), et possédant un passage de fluide (12) débouchant de part et d'autre du corps par une première (22) et une deuxième ouvertures (23) et coopérant au niveau de la première ouverture (22) avec un premier clapet (13) pour contrôler dans les deux sens le débit de fluide à travers le passage (12), caractérisé par le fait qu'il comporte un deuxième clapet (17) coopérant au niveau de la deuxième ouverture (23) pour prendre lors d'un déplacement du fluide depuis la deuxième ouverture (23) vers la première (22), une position d'obturation dans laquelle la section (s) de la deuxième ouverture (23) est limitée à une fraction de la section totale (S > de passage du fluide dans le tube (1), ainsi qu'une position d'ouverture (17D) lors d'un déplacement du fluide depuis la première ouverture (22) vers la deuxième (23).

2. Piston selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite fraction est comprise entre environ 0,01 et environ 0,05.

3. Piston selon la revendication I ou 2, caractérisée par le fait que le deuxième clapet comporte au moins une plaque flexible (17) disposée en appui contre la face (25) du corps de piston possédant la deuxième ouverture (23), obturant partiellement la deuxième ouverture pour en limiter la section (s) à ladite fraction de la section totale (S), et dont le bord libre est apte à fléchir dans le sens de la première ouverture vers la deuxième ouverture.

4. Piston selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le passage comporte une pluralité d'alvéoles axiales (12) réparties au sein du corps du piston (16), et par le fait que le deuxième clapet comporte une plaque circulaire (17) fixée en son centre en appui contre le corps du piston (16), et dont le bord libre avoisine le bord interne des alvéoles (12) le plus éloigné de l'axe longitudinal du tube.

5. Piston selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que la plaque flexible (17) comporte des passages calibrés (32) traversants.

6. Piston selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que la plaque flexible (17) comporte des crans (31) ménagés sur son pourtour.

7. Piston selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que le passage comporte une pluralité d'alvéoles axiales (12) réparties au sein du corps du piston (16), et par le fait que le corps de piston (16) comporte des crans (33) ménagés au niveau de sa face (25) possédant la deuxième ouverture et débouchant dans les alvéoles.

8. Piston selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé par le fait que le passage comporte une pluralité d'alvéoles axiales (12) réparties au sein du corps du piston (16), et par le fait que le corps de piston comporte des orifices auxiliaires traversants (34) reliant sa face (25) possédant la deuxième ouverture à l'intérieur des alvéoles.