FR2816247A1 - Suspension pneumatique avec systeme d'air comprime ferme - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une suspension pneumatique pour un véhicule, comportant au moins un amortisseur (50) par roue sur au moins un essieu de véhicule, une pompe (20), au moins un réservoir d'accumulation (40) et un circuit reliant ces éléments, le côté de la pompe étant relié à l'accumulateur (40) ou aux amortisseurs (50). A cet effet, le côté aspiration de la pompe (20) est relié au réservoir d'accumulation (50) ou aux amortisseurs (50) via au moins une soupape (11) en formant un système d'air comprimé fermé avec un capteur de pression (13) intégré, et au moins les espaces intérieurs de pompe menant l'air, situés entre le côté aspiration et le côté pression de la pompe (20), sont réalisés étanches à la pression. L'invention permet de développer un système de suspension pneumatique qui permet une consommation en énergie comparativement faible et un volume de construction réduit, tout en ayant un rendement élevé.
Description
L'invention concerne une suspension pneumatique pour un véhicule,
comportant au moins un amortisseur pneumatique par roue sur au moins un essieu du véhicule, une pompe, au moins un réservoir d'accumulation et un circuit reliant ces éléments, le côté pression de la
pompe étant relié à l'accumulateur ou aux amortisseurs.
Une telle suspension pneumatique est connue du document "Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik" (manuel technique automobile), édition EuropaLehrmittel, 42781 Haan-Gruiten, 25e édition, page 420. La suspension pneumatique représentée est basée sur un système d'air comprimé ouvert, c'est-à-dire un réservoir d'accumulation est rempli via une pompe avec de l'air frais aspiré depuis l'atmosphère et maintenu à une pression minimum. L'air comprimé dont on n'a plus besoin dans les ressorts à gaz est évacué vers l'atmosphère via une
soupape. En évacuant de l'air comprimé, on perd souvent de l'énergie.
Il s'agit entre autre de l'énergie qui a été nécessaire pour comprimer la quantité d'air libérée ainsi que l'énergie qui a été nécessaire pour le
traitement de l'air.
La présente invention a pour objectif de développer un système de suspension pneumatique qui nécessite une consommation en énergie comparativement faible et un volume de construction réduit, tout en ayant un rendement élevé. Par ailleurs, le système de suspension pneumatique doit avoir des temps de régulation et de réaction courts et
ne présenter qu'une faible émission de bruits.
Cet objectif est atteint grâce fait que: - le côté aspiration de la pompe est relié au réservoir d'accumulation ou aux amortisseurs via au moins une soupape en formant un système d'air comprimé fermé avec un capteur de pression intégré, - au moins les espaces intérieurs de pompe menant l'air, situés entre le côté aspiration et le côté pression de la pompe, sont réalisés étanches à
la pression.
A cet effet, le côté aspiration de la pompe est relié au réservoir d'accumulation ou aux amortisseurs via au moins une soupape en formant un système d'air comprimé fermé, et au moins les espaces intérieurs de pompe menant l'air situés entre le côté aspiration et le
côté pression de la pompe sont réalisés étanches à la pression.
A l'intérieur d'un système d'air comprimé fermé, la pompe constitue une sorte de soupape étanche à la pression de gaz et augmentant la pression, qui refoule jusque dans le réservoir à accumulation l'air comprimé qui n'est plus nécessité par les amortisseurs au lieu de l'évacuer vers l'atmosphère. On ne perd ainsi pas d'air comprimé traité dans ce système exception faite des fuites éventuellement habituelles - et la pompe peut être conçue pour des montées de pression relativement faibles puisque, à l'exception de la compensation de
pertes d'air, seul de l'air préalablement comprimé est déplacé.
Les processus de régulation du système se font entre le réservoir à accumulation et les amortisseurs presque toujours avec l'assistance de la pompe. De l'air frais n'est aspiré depuis l'extérieur que si l'on constate, par l'appareil de commande, la chute au-dessous d'une masse d'air déterminée dans le système. Dans ce cas, sans interrompre le pompage alimenté par exemple jusqu'à présent depuis le réservoir d'accumulation, on aspire de l'air frais depuis l'atmosphère. A cet effet, le raccordement d'air frais, dont la conduite d'aspiration montée en aval possède par exemple une soupape antiretour à ouverture automatique, est agencé entre le côté aspiration de la pompe et la ou les soupapes qui relie(nt) le côté aspiration de la pompe soit avec le réservoir
d'accumulation soit avec les amortisseurs.
La quantité d'air manquante, aspirée depuis l'atmosphère, est traitée par
filtrage, séchage et, le cas échéant, par déshuilage ou par huilage.
L'assistance par pompe est superflue lorsque la pression d'air comprimé requise est considérablement inférieure à la pression momentanée du réservoir d'accumulation. Dans ce cas, l'air s'écoulant vers les amortisseurs passe via des soupapes devant la pompe, lors de
la commutation en position haute.
Les avantageuses dispositions suivantes sont de préférence mises en oeuvre: - l'air frais est aspiré entre le côté aspiration de la pompe et la soupape, - l'air frais est aspiré via une soupape antiretour s'ouvrant en direction d'aspiration ou via une soupape de vidage, - le système d'air comprimé est prérempli avec une pression de base correspondant à un chargement moyen du véhicule, - la soupape est une soupape à 4 voies/2 positions qui relie dans la position zéro de débit le côté pression de la pompe au réservoir d'accumulation et les amortisseurs au côté aspiration de la pompe tandis que dans la position de débit à actionnement extérieur, le réservoir d'accumulation est relié au côté aspiration de la pompe et le côté pression de la pompe est relié aux amortisseurs, - la pompe est intégrée à un réservoir de pression, et -entre le côté aspiration et le côté pression de la pompe est agencée une conduite de liaison avec une soupape de court-circuit intégrée qui ouvre au moins temporairement la conduite de liaison
pendant les processus d'accélération de l'entraînement de la pompe.
D'autres détails de l'invention ressortent de la description qui suit de
deux modes de réalisation représentés de manière schématique.
La figure 1 montre une vue d'ensemble sur les états de commutation de la régulation de niveau; la figure 2 montre un circuit pour réaliser les états de commutation esquissés à la figure 1;
la figure 3 montre un circuit avec une autre conception de séchoir.
La figure 1 montre une pompe 20, un réservoir d'accumulation 40 et par exemple quatre amortisseurs 50 pratiquement exempts de perte d'air, comme ils sont montés en règle générale entre le châssis et la carrosserie de véhicules à suspension. Les trois unités 20, 40, 50 sont toutes reliées les unes aux autres dans un système fermé au moyen d'un circuit pneumatique représenté sous forme de "boîte noire" 90. La "boîte noire" 90 imaginaire a cinq raccordements 1 à 5 dont deux 1, 2 sont reliés à la pompe 20, un raccordement 3 étant relié au réservoir d'accumulation 40 et un raccordement 4 étant relié à une conduite de distribution 51 menant aux amortisseurs 50. Un cinquième
raccordement 5 débouche dans l'atmosphère.
Le fonctionnement de la suspension pneumatique peut être décrit par l'intermédiaire de quatre différents états de commutation. Dans un premier état de commutation, les amortisseurs 50 sont alimentés en air comprimé au niveau du raccordement 2 via la sortie côté pression de la pompe 20, pour amortir ceux-ci par exemple au départ du véhicule ou lors de variations des charges statiques et dynamiques des roues. A cet effet, les raccordements 2 et 4 ainsi que 3 et 1 sont raccordés
respectivement les uns aux autres dans la boîte noire 90.
Dans un deuxième état de commutation, les raccordements 4 et 1 ainsi que 2 et 3 sont entre autres reliés respectivement les uns aux autres
pour décharger et pour vider les amortisseurs 50 dans la boîte noire 90.
Le raccordement 1 mène ici vers l'entrée côté aspiration de la pompe 20. Pour remplir le réservoir d'accumulation 40 avec de l'air provenant de l'atmosphère ou avec de l'air frais, les raccordements 2 et 3 ainsi que 5 et 1 sont commutés de manière interne, dans un troisième état de commutation, pour relier le côté pression de la pompe 20 au réservoir
d'accumulation 40.
Dans un quatrième état de commutation, les raccordements 3 et 5 sont court-circuités pour vidager et décharger le réservoir d'accumulation
dans la boîte noire 90.
Lorsque le véhicule roule, les quatre états de commutation sont
sollicités individuellement ou en combinaison.
Les flèches de liaison fonctionnelles des raccordements idéaux 1 à 5, esquissées dans la boîte noire 90 selon la figure 1, sont représentées aux figures 2 et 3 sous forme de circuits discrets. A cet effet, les conduites, soupapes, capteurs, filtres, séchoirs et similaires, sont répartis du point de vue fonctionnel sur un circuit de variation de
pression 30 et sur un circuit de distribution de pression 10.
Via le circuit de variation de pression 30, on réalise en combinaison avec la pompe 20 par exemple d'une part l'aspiration, la mise à l'air, le filtrage et le séchage de l'air comprimé et, d'autre part, l'air à pression plus faible amené au circuit est amené à la pompe 20 pour être, en cas de besoin, mis à disposition à la limite de commutation avec augmentation de pression. Pour engendrer de l'air comprimé, la pompe aspire d'une part de l'air frais depuis l'atmosphère, sur son entrée côté aspiration 21 via un raccordement d'air frais 41, un filtre 33, une conduite d'aspiration 44 et une soupape antiretour 37. D'autre part, au niveau de la conduite d'aspiration 45 menant à la pompe 20 se trouve de l'air de retour ou de l'air usé provenant du réservoir d'accumulation ou des amortisseurs 50, comprimé au niveau du raccordement d'air de retour 42. Pour éviter que l'air de retour se trouvant au niveau du raccordement de retour 42 s'échappe vers l'atmosphère, la soupape antiretour 37 se ferme en direction du filtre 33 et en direction du
raccordement d'air frais 41, respectivement.
L'air comprimé par la pompe 20 est alimenté dans le circuit de variation de pression 30 via la sortie côté pression. Là, il est fourni à un raccordement d'air comprimé 43 d'une part via un séchoir 31 et une soupape antiretour 34 commandée par ressort. La soupape antiretour 34 se ferme en direction du séchoir 31. Parallèlement à la soupape antiretour 34, une soupape d'étranglement ou d'obturation 35 est
agencée entre le séchoir 31 et le raccordement d'air comprimé 43.
Le raccordement d'air comprimé 43 est additionnellement relié à la conduite d'aspiration 45 via une soupape antiretour 36. La soupape antiretour 36 commandée par ressort se ferme en direction de la conduite d'aspiration 45. Grâce à cet agencement, on peut réaliser des opérations de régulation en cas de chute de pression sans apport d'énergie ou fonctionnement de la pompe, respectivement. Une assistance additionnelle par la pompe est ici aussi possible (par
exemple raccord à détachement rapide).
Entre la sortie côté pression 22 de la pompe 20 et le séchoir 31 est raccordée une conduite d'aération 46 qui, guidée via une soupape de vidage 32, débouche dans la conduite d'aspiration 44 entre le filtre 33 et la soupape antiretour 37. La soupape de vidage 32 est une soupape à 2 voies/2 positions qui est maintenue en position respective de blocage ou de repos à l'aide d'un ressort de rappel mécanique. Lors de l'actionnement, l'organe de la soupape est déplacé dans la position d'écoulement par la voie électromagnétique et/ou par commande de pression et sert de soupape de surpression. La conduite de commande nécessaire à la commande de pression débouche dans la conduite
d'aération 46, entre le séchoir 31 et la soupape 34.
Le circuit de distribution 10 relie avec ses raccordements les amortisseurs 50, le réservoir d'accumulation 40 et le circuit de variation de pression 30. Un composant central du circuit de distribution 10 est une soupape à 4 voies/2 positions 11 commandée par ressort de rappel, avec deux positions de passage et un actionnement électromagnétique. Cette soupape est aussi appelée
soupape principale 11.
Dans une position de repos A de la soupape principale 11, la conduite de distribution 51 venant des amortisseurs 50 est directement reliée au raccordement 22 côté aspiration via la conduite d'aspiration 45. D'autre part, le raccordement d'air comprimé 43 alimenté entre autres par le côté pression de la pompe 20 est relié au réservoir d'accumulation de
pression 40 via les conduites de réservoir 47 et 48.
Dans la position d'actionnement B de la soupape principale 11, le réservoir d'accumulation 40 est relié au côté aspiration de la pompe 20 tandis que les amortisseurs 50 sont appliqués au côté pression de la
pompe 20.
Dans la conduite d'accumulation 48 entre la soupape principale 11 et le réservoir d'accumulation 40 se trouve une soupape dite de charge d'accumulation 12 qui est réalisée sous forme de soupape à 2 voies/ 2 positions à actionnement électromagnétique avec position zéro de
blocage et avec rappel mécanique par ressort.
Dans la conduite d'accumulation 47 s'étendant entre le raccordement de pression 43 et la soupape principale 11 est agencé un capteur de
pression 13.
A la figure 2, une soupape à 2 voies/2 positions 52 réalisée en position zéro de blocage est agencée dans la conduite de liaison 51 en amont de chaque amortisseur 50. Les soupapes 52 commandées par exemple par ressort ont un actionnement électromagnétique. Les soupapes à positionnement 52 peuvent être agencées individuellement par exemple directement au niveau des amortisseurs 50. En alternative, elles peuvent aussi être agencées dans la conduite de liaison 51, individuellement ou rassemblées en un bloc de soupapes. Bien entendu, les soupapes à positionnement 52 peuvent aussi être intégrées
dans le circuit de distribution 10.
Le système dans son ensemble, c'est-à-dire les amortisseurs, le réservoir d'accumulation, les conduites, les soupapes et la pompe sont préremplis d'air comprimé. Le niveau de pression moyen correspondant (pression de base) est par exemple d'environ 6 à 9 bar dans le cas des amortisseurs habituels utilisés dans des véhicules automobiles et des voitures toutterrains. Dans un véhicule neuf, le préremplissage est effectué en atelier de montage à l'aide d'une source d'air comprimé externe. En cas d'entretien ou de réparation, ceci peut être effectué éventuellement aussi avec un compresseur propre au véhicule. Lors du préremplissage du système, l'organe de la soupape de charge d'accumulation 12 - incité par une commande électrique non
représentée ici - est déplacé dans la direction d'écoulement.
La pompe 20 alimentée à cet effet au moins presque en même temps aspire de l'air frais depuis l'atmosphère via le filtre 33 et la soupape antiretour 37. Au niveau du raccordement d'air de retour 42 n'est alors appliqué aucun air de retour propre au système puisque les soupapes à 2 voies/2 positions 52 montées en amont des amortisseurs 50 sont fermées. La pompe 20 refoule l'air frais aspiré via le séchoir 31 et les soupapes 11, 12 jusque dans le réservoir d'accumulation 40. Le réservoir d'accumulation 40 est rempli jusqu'à ce que le capteur de pression 13 dans la conduite d'accumulation 47 ait annoncé à la commande que le niveau de haute pression nécessaire est atteint. Après avoir atteint le niveau de haute pression, la soupape de charge d'accumulation 12 est fermée. L'organe de soupape de la soupape principale 11 est déplacé jusque dans la position d'actionnement B. En même temps, les soupapes 52 montées en amont des amortisseurs 50
sont amenées par voie électromagnétique dans une position de passage.
La pompe 20 remplit maintenant les amortisseurs 50 jusqu'à ce que la pression systémique y soit atteinte. Après avoir atteint la pression
systémique, les soupapes 11, 52 et la pompe 50 sont arrêtées.
L'opération de remplissage préalable décrite est aussi utilisée entièrement ou partiellement pour compenser des pertes d'air ou de pression. Pour soulever le véhicule à l'aide des amortisseurs 50, tout d'abord la soupape de charge d'accumulation 12 et les soupapes 11, 52 sont respectivement amenées brièvement les unes après les autres dans la position de fonctionnement, c'est-à-dire ouvertes. La pression d'accumulation et la pression d'amortissement sont ici détectées chacune au niveau du capteur de pression 13 central, et séparément dans le temps. Tandis que l'organe de soupape de la soupape principale 11 est dans la position de fonctionnement B et que les soupapes 52
sont ouvertes, la soupape de charge d'accumulation 12 est ouverte.
Dans la mesure o, à présent, la pression dans le réservoir d'accumulation 40 est supérieur à celle qui règne dans les amortisseurs , l'air du réservoir d'accumulation s'écoule sans assistance par pompe jusque dans les amortisseurs 50 via le raccordement de retour 42, la soupape antiretour 36, le raccordement d'air comprimé 43, la conduite
d'accumulation 47 et la conduite de distribution 51.
Si toutefois, la pression du réservoir d'accumulation est trop faible pour une opération de régulation précalculée par un appareil de commande ou si la pression dans les amortisseurs 50 est plus élevée que dans le réservoir d'accumulation 40, la commande connecte la pompe 20 et refoule de l'air aspiré depuis le réservoir d'accumulation via le séchoir 31 et la soupape antiretour 34 jusque dans les
amortisseurs 50.
Si le niveau de pression de consigne est atteint, toutes les soupapes 12,
52 sont fermées et la pompe 20 est arrêtée.
Si l'on doit abaisser le véhicule, on amène après l'opération de mesure de la pression pour le réservoir d'accumulation 40 et les amortisseurs 40, l'organe de soupape de la soupape principale 11 dans la position de repos. Si la pression dans le réservoir d'accumulation 40 est plus élevée que dans les amortisseurs 50, la pompe 20 refoule - avec la soupape de charge d'accumulation 12 ouverte - l'air aspiré depuis les amortisseurs 50 jusque dans le réservoir d'accumulation 40 via le séchoir 31, la soupape antiretour 34 et la soupape 12. Si le capteur de pression 13 central détermine une pression systémique défavorablement élevée, de l'air peut être évacué hors de l'accumulateur 40 ou des amortisseurs 50 via l'étranglement 35, le
séchoir 31 et la soupape de vidage 32.
Si la pression dans le réservoir d'accumulation 40 est plus faible que dans les amortisseurs 50, l'air comprimé s'écoule jusqu'à l'équilibrage de pression via la soupape principale 11, la soupape antiretour 36 et les conduites d'accumulation 47, 48 jusque dans le réservoir d'accumulation 40. Juste avant l'équilibrage de pression, la commande démarre la pompe 20 pour refouler l'air d'évacuation hors des amortisseurs 50 jusque dans le réservoir d'accumulation 40, dans la mesure o l'algorithme de commande pour des opérations de régulation
ne prévoit pas toujours le refoulement de la pompe.
Les pompes représentées dans les figures 1 à 3 doivent avoir un boîtier étanche à la pression vis-à-vis de l'extérieur puisqu'elles se trouvent sous la pression du système tant au niveau du raccordement d'aspiration 21 qu'au niveau du raccordement de pression 22. Pour éviter un boîtier étanche complexe, toute la pompe 20 peut être intégrée dans un réservoir de pression 80. Comme représenté par des tirets à la figure 1, seuls le raccordement d'aspiration 21, le raccordement de pression 22 et la conduite pour le câble de courant et de signaux sont sortis hors du réservoir de pression 80. Le réservoir de pression 80 amortit en outre vers l'extérieur les bruits qui sont causés
par l'entraînement de la pompe et l'écoulement intérieur de l'air.
Un autre abaissement des émissions de bruits peut être atteint en régulant le régime de la pompe. Par exemple, on peut réguler le régime vers le bas via la commande, dans le cas d'un arrêt du véhicule ou si
celui-ci roule lentement.
La figure 3 montre un mode de réalisation avec un circuit de séchoir simplifié. Le circuit de variation de pression 30 et le circuit de distribution 10 sont assemblés en un bloc, le filtre et le séchoir étant situés en dehors du bloc respectivement dans la conduite d'aération et d'aspiration 41. En vue de la régénération, le séchoir 31 peut être équipé d'un chauffage 38 qui est par exemple commandé en cas de besoin. Le cas échéant, on peut renoncer dans le séchoir à un chauffage 38 si le séchoir 31 absorbe par un dimensionnement adéquat la totalité de l'humidité sur toute la durée de vie ou bien si le séchoir 31 a des raccordements pour une régénération externe que l'on peut effectuer régulièrement lors de travaux d'entretien. Le cas échéant, on peut déterminer via la commande le nombre des opérations de remplissage ultérieur d'air et respectivement le courant volumique de remplissage
ultérieur pour déterminer ainsi le degré de saturation du séchoir.
Indépendamment de cela, on trouve à la figure 3 au niveau de la pompe 20 une conduite de liaison 62 avec une soupape de court-circuit 61 entre le raccordement d'aspiration 21 et le raccordement de pression 22. Cette soupape 61 est par exemple une soupape à 2 voies/2 positions à actionnement électromagnétique et à commande par ressort de rappel, avec une position zéro de débit. A l'aide de cette soupape 61, on peut courtcircuiter les raccordements 21 et 22, par exemple lors de la mise en marche et/ou à la mise hors circuit, pour atténuer ainsi la secousse de mise en marche ou de mise hors circuit. La soupape 61 peut - dans le cas d'une réalisation ouverte sans courant - être alimentée par exemple en même temps que le moteur de la pompe. Un pilotage dépendant d'autres conditions auxiliaires est également
concevable via la commande du système.
Dans la totalité du système, on peut, à la place de l'air comprimé,
utiliser aussi d'autres gaz qui conviennent pour le but respectif.
Liste des numéros de référence 1 raccordement sur le côté aspiration de la pompe 2 raccordement sur le côté pression de la pompe 3 raccordement au réservoir d'accumulation 4 raccordement aux amortisseurs raccordement de la conduite de mise à l'air circuit de distribution 1 1 soupape principale 12 soupape de charge d'accumulation 13 capteur de pression pompe, compresseur 21 raccordement d'aspiration de pompe 22 raccordement de pression de pompe circuit de variation de pression 31 séchoir 32 soupape de vidage 33 filtre 34 soupape antiretour, commandée par ressort étranglement 36 soupape antiretour, commandée par ressort 37 soupape antiretour, commandée par ressort 38 chauffage réservoir d'accumulation 41 raccordement d'air frais, raccordement d'aspiration et d'aération 42 raccordement d'air de retour 43 raccordement d'air sous pression 44 conduite d'aspiration conduite d'aspiration 46 conduite d'aération 47 conduite d'accumulation 48 conduite d'accumulation amortisseurs 51 conduite de distribution 52 soupapes à 2 voies/2 positions 61 soupape de court-circuit 62 conduite de liaison réservoir de pression pour (20) "boîte noire"
Claims (7)
1. Suspension pneumatique pour un véhicule, comportant au moins un amortisseur par roue sur au moins un essieu de véhicule, une pompe, au moins un réservoir d'accumulation et un circuit reliant ces éléments, le côté pression de la pompe étant relié à l'accumulateur ou aux amortisseurs, caractérisée en ce que - le côté aspiration de la pompe (20) est relié au réservoir d'accumulation (50) ou aux amortisseurs (50) via au moins une soupape (11) en formant un système d'air comprimé fermé avec un capteur de pression (13) intégré, - au moins les espaces intérieurs de pompe menant l'air, situés entre le côté aspiration et le côté pression de la pompe (20), sont réalisés
étanches à la pression.
2. Suspension pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'air frais est aspiré entre le côté aspiration de la pompe (20) et la
soupape (11).
3. Suspension pneumatique selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'air frais est aspiré via une soupape antiretour (37) s'ouvrant en
direction d'aspiration ou via une soupape de vidage.
4. Suspension pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système d'air comprimé est prérempli avec une pression de base
correspondant à un chargement moyen du véhicule.
5. Suspension pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la soupape (11) est une soupape à 4 voies/2 positions qui relie dans la position zéro de débit le côté pression de la pompe au réservoir d'accumulation (40) et les amortisseurs (50) au côté aspiration de la pompe tandis que dans la position de débit à actionnement extérieur, le réservoir d'accumulation (40) est relié au côté aspiration de la pompe
et le côté pression de la pompe est relié aux amortisseurs (50).
6. Suspension pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe (20) est intégrée à un réservoir de pression (80).
7. Suspension pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'entre le côté aspiration et le côté pression de la pompe (20) est agencée une conduite de liaison (62) avec une soupape de court-circuit (61) intégrée qui ouvre au moins temporairement la conduite de liaison (62) pendant les processus d'accélération de l'entraînement de la pompe.
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