FR3109970A1 - « Dispositif de filtration de particules de frein à disque, frein à disque comprenant ledit dispositif de filtration » - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un dispositif de filtration (1) de frein à disque (100) pour véhicule automobile, agencé pour emprisonner les poussières de freinage émises du fait de l’action de freinage. Le dispositif comprend : - un boîtier (10) disposé le long de la circonférence du disque de frein (2) et dans le prolongement de l’étrier de frein (3), ledit boîtier formant une enceinte (11) et présentant une ouverture d'entrée (13) de flux d’air chargé de poussières, et au moins une fenêtre de filtration agencée pour laisser s'échapper le flux d’air, - au moins un filtre (15) agencé pour retenir les poussières de freinage, disposé à l’intérieur du boîtier, et - au moins un capteur de surveillance de pression qui mesure la différence de pression entre l’intérieur de l’enceinte du boîtier et l’extérieur de ce dernier, pour réaliser ainsi un détecteur de bouchage du filtre. Figure pour l’abrégé : Fig.2.
Description
L'invention se rapporte à un dispositif de filtration de particules et/ou de poussières émises par des garnitures de freinage d’un frein à disque lors du frottement desdites garnitures sur un disque de frein. L’invention se rapporte également à un frein à disque comprenant ledit dispositif de filtration. Le dispositif de filtration est agencé pour emprisonner les poussières de freinage émises du fait de l’action de freinage. Le dispositif comprend :
- un boîtier disposé le long de la circonférence du disque de frein et dans le prolongement de l’étrier de frein, ledit boîtier formant une enceinte et présentant une ouverture d'entrée de flux d’air chargé de poussières, et au moins une fenêtre de filtration agencée pour laisser s'échapper le flux d’air,
- au moins un filtre agencé pour retenir les poussières de freinage, disposé à l’intérieur du boîtier, et
- au moins un capteur de surveillance de pression qui mesure la différence de pression entre l’intérieur de l’enceinte du boîtier et l’extérieur de ce dernier, pour réaliser ainsi un détecteur de bouchage du filtre.
Etat de la technique
Les freins à disque d’un véhicule automobile réalisent la fonction de frein de service qui consiste à ralentir le véhicule et obtenir son arrêt.
Les freins à disque de véhicule automobile comprennent généralement :
- un disque de frein qui s'étend dans un plan transversal à l'axe d'orientation axiale de rotation dudit disque, une orientation "axiale" signifiant ici une orientation qui est parallèle à l'axe de rotation de la roue et du disque,
- un support de frein, appelé chape, fixe en rotation par rapport à un châssis du véhicule, et en général fixé sur un élément non suspendu du véhicule,
- un organe fixe en rotation, appelé étrier, qui est maintenu en rotation par la chape et qui coiffe la tranche du disque sur une portion de sa périphérie,
- au moins une paire de patins de freinage, appelés aussi plaquettes de frein, les patins étant disposés de chaque côté du disque et dont chacun comporte une garniture de friction, dont une face de friction appuie sur et coopère par friction avec une piste de freinage associée, qui est portée par l'une des faces du disque.
Lors des opérations de freinage, le frottement des garnitures sur la piste du disque entraîne une augmentation de la température du disque et des garnitures mais aussi une usure de celles-ci, ce qui provoque l’émission de poussières de freinage. Lors d’utilisation très intensive des freins à disque d’un véhicule, il peut arriver que le frottement des garnitures sur la piste du disque ne provoque quasiment plus aucun ralentissement par exemple si la température est trop élevé. En outre, concernant des freins à disque usagés en particulier grippés, il peut arriver que des garnitures de friction frottent en permanence, ou de manière résiduelle, contre le disque de frein malgré le non-actionnement de l’utilisateur. Les garnitures de friction subissent ainsi une usure non fonctionnelle prématurée, augmentant les bruits et les émissions de poussières. De plus, ce frottement permanent est susceptible de provoquer un échauffement dommageable pour certains organes du frein à disque. Ce frottement permanent produit aussi un couple résiduel qui s'oppose à la rotation du disque. Ceci augmente la consommation du véhicule en carburant, tout en diminuant ses performances.
Or, il est désirable aussi de limiter l’émission de particules et/ou de poussières de freinage en particulier pour des questions environnementales.
Le but de la présente invention est de proposer un frein à disque limitant ou supprimant l’émission des particules et/ou des poussières de freinage.
Un autre but de l’invention est de proposer un frein à disque offrant une mesure accrue de l’état d’utilisation et/ou l’état d’usure des freins à disque.
Elle cherche en outre à proposer un dispositif économique, fiable et présentant un nombre de pièces réduit, une facilité et une économie de fabrication et/ou d'assemblage et/ou de maintenance.
Elle cherche en outre à permettre une souplesse, une variété et une facilité d'adaptation de ce dispositif dans un véhicule et une souplesse d'intégration dans un processus de montage d'un tel véhicule.
Encore un autre de but de l'invention est de permettre une meilleure fiabilité de fonctionnement d'un tel frein et un suivi de cette fiabilité, dans tout ou partie de ses performances et en particulier ses performances de ralentissement et environnementales.
Selon un premier aspect de l'invention, on atteint au moins l’un des buts précités avec un dispositif de filtration de frein à disque pour véhicule automobile, du type comprenant un disque de frein, un étrier de frein, un support de frein et au moins une garniture de freinage, ledit frein à disque provoquant un couple de freinage entre l’au moins une garniture de freinage et une piste de frottement du disque de frein en mouvement de rotation l'un par rapport à l'autre. Le dispositif de filtration est agencé pour emprisonner les poussières ou particules de freinage émises du fait de l’action de l’au moins une garniture de freinage sur la piste de frottement du disque de frein.
Selon l’invention, le dispositif de filtration comprend :
- un boîtier ou une armature disposé le long de tout ou partie de la circonférence du disque de frein et dans le prolongement tangentiel de l’étrier de frein, ledit boîtier formant une enceinte et présentant au moins une ouverture d'entrée disposée en vis-à-vis de l’étrier de frein de façon que le flux d’air sortant de l’étrier de frein et comprenant les poussières de freinage puisse entrer dans ledit boîtier, le boîtier comprenant au moins une fenêtre de filtration agencée pour laisser s'échapper le flux d’air,
- au moins un filtre agencé pour retenir les poussières de freinage, disposé à l’intérieur du boîtier entre l'ouverture d'entrée et l’au moins une fenêtre de filtration de façon à laisser échapper le flux d’air en retenant lesdites poussières, et
- au moins un capteur de surveillance de pression qui mesure la différence de pression entre l’intérieur de l’enceinte du boîtier et l’extérieur de ce dernier, fournissant un signal qui représente la perméabilité dudit filtre et est traité pour réaliser ainsi un détecteur de bouchage du filtre.
Le dispositif de filtration selon l’invention permet de proposer un frein à disque offrant une meilleure fiabilité de fonctionnement, un suivi de cette fiabilité, dans tout ou partie de ses performances et en particulier ses performances de ralentissement et environnementales. Le dispositif de filtration permet de limiter ou supprimer l’émission des particules et/ou des poussières de freinage, tout en proposant un nombre de pièces réduit, une facilité et une économie de fabrication et/ou d'assemblage et/ou de maintenance.
Selon des perfectionnements optionnels de l’invention :
- le boîtier s’étend le long des deux faces du disque de frein le long des pistes de frottement dudit disque de frein et en ce que l’au moins un filtre comprend au moins deux parties filtrantes, à raison d'au moins une par face du disque de frein,
- le boîtier est fixé à l’étrier de frein ou au support de frein,
- le boîtier chevauche la tranche du disque de frein sur une partie de sa périphérie disposée immédiatement à la sortie de l'étrier de frein dans le sens principal de rotation du disque de frein, le boîtier présentant sur chaque face une paroi entourant un volume qui recouvre la piste de frottement de ladite face pour l'isoler de l'atmosphère extérieure de façon à ce que ledit volume ne communique avec l'extérieur que par l'ouverture d'entrée et l'au moins une fenêtre de filtration, ledit boîtier coopérant ainsi avec la face du disque de frein pour former un conduit qui contient un filtre et canalise l'air depuis la sortie de l'étrier de frein vers ladite fenêtre de filtration, chaque conduit comprenant un filtre,
- l’au moins un filtre étant un bloc ou une feuille filtrante,
- l’au moins un filtre est disposé de manière perpendiculaire par rapport au disque de frein,
- l’au moins un filtre est disposé de manière perpendiculaire par rapport au disque de frein et s’étend le long d’une piste de frottement de manière à former une ou plusieurs vagues ou un ou plusieurs plis,
- le dispositif de filtration comprend un filtre agencé pour retenir les poussières :
- de deux conduits adjacents le long de la même face du disque de frein, le filtre étant disposé le long d’une seule piste de frottement sans chevaucher le disque de frein, ou
- de deux conduits disposés de manière symétrique par rapport au disque de frein, le filtre étant disposé de manière à chevaucher le disque de frein, ou
- de tous les conduits du dispositif de filtration ou de l’enceinte du dispositif de filtration,
- le dispositif de filtration comprend trois filtres agencés pour retenir les poussières : un filtre agencé pour retenir les poussières de deux conduits de l’enceinte disposés de manière symétrique par rapport au disque de frein, le filtre étant disposé de manière à chevaucher le disque de frein, et deux parties filtrantes, chaque partie filtrante étant agencé pour retenir les poussières d’un seul conduit de l’enceinte,
- le dispositif de filtration comprend un capteur de surveillance de poussières réalisant une mesure de la quantité et/ou de la taille des poussières qui pénètrent dans le dispositif de filtration,
- le dispositif de filtration comprend un capteur de surveillance de température réalisant une mesure de la température du frein à disque et/ou de l'air qui pénètre dans le dispositif de filtration,
- le dispositif de filtration comprend un capteur de surveillance d’humidité réalisant une mesure de l’humidité sur le frein à disque et/ou de l'air qui pénètre dans le dispositif de filtration, de préférence le capteur de surveillance d’humidité réalise une mesure de l’humidité sur le disque de frein.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est prévu un frein à disque pour véhicule automobile comprenant un dispositif de filtration selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect.
De préférence, le frein à disque comprend en outre un module électronique de surveillance du frein à disque qui est connecté et communique avec un ou plusieurs capteurs de surveillance de l'état dudit frein, dont au moins le capteur de surveillance de pression du filtre. Le module de surveillance réalise une mémorisation des informations recueillies par lesdits capteurs de surveillance ou une synthèse desdites informations, ou une transmission desdites informations ou de leur synthèse à une unité de gestion électronique du véhicule, ou une combinaison de ces opérations.
Selon un troisième aspect de l’invention, il est prévu un véhicule automobile, ou un sous-ensemble de véhicule automobile, comprenant un frein à disque conforme au deuxième aspect.
Liste des figures
D’autres particularités et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés où :
Description des figures et modes de réalisation
Ces modes de réalisation n’étant nullement limitatifs, on pourra notamment réaliser des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.
Les figures 1 et 5 illustrent un frein à disque 100 comprenant :
- un disque de frein 2 qui s'étend dans un plan transversal à l'axe de rotation A dudit disque,
- un support de frein 4, appelé chape, fixe par rapport à un châssis du véhicule (non représenté),
- un étrier de frein 3, qui est maintenu par le support de frein 4, qui est fixe en rotation et qui coiffe le disque de frein 2 sur une portion de sa périphérie,
- au moins une paire de patins de freinage dont chacun comporte au moins une garniture de freinage 5 dont une face de friction coopère avec une piste de frottement portée par l'une des faces du disque de frein 2.
Pour la suite de la description et en références aux figures 1, 2, 4 et 5, le disque de frein 2 est prévu pour être monté tournant autour d’un axe de rotation d’orientation axiale A dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, voir figure 4, la flèche indiquant le sens de rotation du disque de frein en marche avant du véhicule automobile. Le disque de frein est solidaire en rotation avec une roue du véhicule automobile.
Le frein à disque 100 comprend un dispositif de filtration 1 agencé pour emprisonner les poussières et/ou particules de freinage émises du fait de l’action de l’au moins une garniture de freinage sur la piste de frottement dudit disque.
Le dispositif de filtration 1 comprend un boîtier 10 disposé le long d’une partie de la circonférence du disque de frein 2 et dans le prolongement de l’étrier de frein 3 dans la direction tangentielle, voir figures 1 et 2. Le boîtier 10 comprend deux branches latérales ou transversales en vis-à-vis destinées à enjamber un secteur de disque de frein avec une branche de chaque côté dudit disque. Le boîtier 10 comporte une voûte 12 qui s’étend axialement en enjambant le disque de frein et relie les deux branches. La voûte 12 s’étend en outre de manière tangentielle au disque de frein de sorte que la voûte présente la forme d’un arc de cercle, voir figures 1 et 2. Lorsque le boîtier 10 est mis en place sur le disque de frein 2, ledit boîtier forme une enceinte 11 comprenant deux conduits principaux 11a, 11b, chaque conduit étant formé par une branche du boîtier et la piste de frottement du secteur du disque, voir figure 2. Le boîtier 10 est mis en place relativement au disque de frein 2 et est fixé au support de frein 4 ou à l’étrier 3 si ce dernier n’est pas un étrier flottant. Le boîtier 10 est fixé par l’intermédiaire de moyens de fixation, non représentés. Par exemple les moyens de fixation sont des vis. En référence aux figures 2 et 4, le dispositif de filtration comprend une ouverture d’entrée 13 disposée en vis-à-vis de l’étrier de frein 3 de façon que le flux d’air sortant de l’étrier de frein et comprenant des poussières P de freinage puisse entrer dans les conduits de l’enceinte dudit boîtier. Le boîtier 10 comprend des fenêtres de filtration 14 agencées pour laisser s'échapper le flux d’air. En référence aux figures 1 et 3, les fenêtres de filtration 14 sont ménagées sur la voûte 12 du boîtier 10. De préférence les fenêtres de filtration 14 présentent une forme rectangulaire. Par exemple le côté longitudinal des fenêtres est sensiblement parallèle l’axe de rotation A du disque de frein 2, voir figure 1.
Le dispositif de filtration 1 comprend au moins un filtre 15 agencé pour retenir les poussières de freinage. Il est disposé à l’intérieur du boîtier 10 entre l'ouverture d'entrée 13 et les fenêtres de filtration 14 de façon à laisser échapper le flux d’air en retenant lesdites poussières. Par exemple, le dispositif de filtration comprend un filtre 15 disposé le long de la face interne de la voûte 12, voir figures 2 et 3.
Selon le mode de réalisation représenté par la figure 2, le dispositif de filtration comprend en outre deux parties filtrantes 15a (seule la partie 15a est représentée sur la figure 2), chaque partie étant appliquée contre le filtre 15 et disposée de part et d’autre du disque de frein 2. La partie filtrante 15a est appliquée sous le filtre 15. Les parties filtrantes présentent des plis ou des vagues de manière à emprisonner davantage de poussières.
En référence à la figure 4, le dispositif de filtration comprend un capteur de surveillance de pression 16 qui mesure la différence de pression entre l’intérieur de l’enceinte 11 du boîtier et l’extérieur de ce dernier, fournissant un signal qui représente la perméabilité du ou des filtres et est traité pour réaliser ainsi un détecteur de bouchage du filtre.
De préférence, le dispositif de filtration 1 comprend un capteur de surveillance 17 de poussières P réalisant une mesure de la quantité et/ou de la taille des poussières qui pénètrent dans le dispositif de filtration. En référence à la figure 5, le capteur de surveillance 17 de poussières est du type optique, utilisant un ou plusieurs faisceaux lasers. Par exemple, le capteur de surveillance 17 de poussières est disposé sur une paroi d’une branche du boîtier.
En outre, les capteurs de surveillance de température et d’humidité sont par exemple disposés sur une paroi d’une branche du boîtier.
En outre, en référence à la figure 6, il est prévu un module électronique de surveillance 20 du frein à disque 100 qui est connecté et communique avec un ou plusieurs des capteurs de surveillance, le capteur de surveillance de pression 16, le capteur de surveillance de poussières 17, le capteur de surveillance de température 18, le capteur de surveillance d’humidité 19 afin de mesurer et contrôler l’état dudit frein. Ledit module électronique de surveillance 20 réalise une mémorisation des informations recueillies par lesdits capteurs de surveillance ou une synthèse desdites informations, ou une transmission desdites informations ou de leur synthèse à une unité de gestion électronique 30 du véhicule 200, ou une combinaison de ces opérations.
Nomenclature
1 dispositif de filtration
2 disque de frein
3 étrier de frein
4 support de frein
5 garniture de freinage
10 boîtier
11 enceinte
11a conduit
11b conduit
13 ouverture d’entrée
14 fenêtre de filtration
15 filtre
15a partie filtrante
16 capteur de surveillance de pression
17 capteur de surveillance de poussières
18 capteur de surveillance de température
19 capteur de surveillance d’humidité
20 module électronique de surveillance
30 unité de gestion électronique
100 frein à disque
200 véhicule automobile
A axe de rotation du disque de frein
P poussières
Claims (10)
- Dispositif de filtration (1) de frein à disque (100) pour véhicule automobile, du type comprenant un disque de frein (2), un étrier de frein (3), un support de frein (4) et au moins une garniture de freinage (5), ledit frein à disque provoquant un couple de freinage entre l’au moins une garniture de freinage et une piste de frottement du disque de frein (2) en mouvement de rotation l'un par rapport à l'autre,
ledit dispositif de filtration étant agencé pour emprisonner les poussières de freinage émises du fait de l’action de l’au moins une garniture de freinage sur la piste de frottement,
caractérisé en ce qu’il comprend :
- un boîtier (10) disposé le long de tout ou partie de la circonférence du disque de frein (2) et dans le prolongement tangentiel de l’étrier de frein (3), ledit boîtier formant une enceinte (11) et présentant au moins une ouverture d'entrée (13) disposée en vis-à-vis de l’étrier de frein (3) de façon que le flux d’air sortant de l’étrier de frein et comprenant les poussières de freinage puisse entrer dans ledit boîtier, le boîtier comprenant au moins une fenêtre de filtration (14) agencée pour laisser s'échapper le flux d’air,
- au moins un filtre (15) agencé pour retenir les poussières de freinage, disposé à l’intérieur du boîtier entre l'ouverture d'entrée (13) et l’au moins une fenêtre de filtration (14) de façon à laisser échapper le flux d’air en retenant lesdites poussières, et
- au moins un capteur de surveillance de pression (16) qui mesure la différence de pression entre l’intérieur de l’enceinte du boîtier et l’extérieur de ce dernier, fournissant un signal qui représente la perméabilité dudit filtre (15) et est traité pour réaliser ainsi un détecteur de bouchage du filtre. - Dispositif de filtration (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (10) s’étend le long des deux faces du disque de frein le long des pistes de frottement dudit disque de frein et en ce que l’au moins un filtre (15) comprend au moins deux parties filtrantes (15a), à raison d'au moins une partie par face du disque de frein.
- Dispositif de filtration (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le boîtier (10) est fixé à l’étrier de frein (3) ou au support de frein (4).
- Dispositif de filtration (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (10) chevauche la tranche du disque de frein (2) sur une partie de sa périphérie disposée immédiatement à la sortie de l'étrier de frein (3) dans le sens principal de rotation du disque de frein (2), en ce qu'il présente sur chaque face une paroi entourant un volume qui recouvre la piste de frottement de ladite face pour l'isoler de l'atmosphère extérieure de façon à ce que ledit volume ne communique avec l'extérieur que par l'ouverture d'entrée (13) et l'au moins une fenêtre de filtration (14), ledit boîtier (10) coopérant ainsi avec la face du disque pour former un conduit qui contient un filtre (15) et canalise l'air depuis la sortie de l'étrier vers ladite fenêtre de filtration (14).
- Dispositif de filtration (1) selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend un capteur de surveillance de poussières (17) réalisant une mesure de la quantité et/ou de la taille des poussières qui pénètrent dans le dispositif de filtration (1).
- Dispositif de filtration (1) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend un capteur de surveillance de température (18) réalisant une mesure de la température du frein à disque et/ou de l'air qui pénètre dans le dispositif de filtration (1).
- Dispositif de filtration (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend un capteur de surveillance d’humidité (19) réalisant une mesure de l’humidité sur le frein à disque et/ou de l'air qui pénètre dans le dispositif de filtration (1).
- Frein à disque (100) pour véhicule automobile comprenant un dispositif de filtration (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- Frein à disque (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un module électronique de surveillance dudit frein qui est connecté et communique avec un ou plusieurs capteurs de surveillance de l'état dudit frein, dont au moins le capteur de surveillance de pression (16) de l’au moins un filtre (15),
ledit module de surveillance réalisant une mémorisation des informations recueillies par lesdits capteurs de surveillance ou une synthèse desdites informations, ou une transmission desdites informations ou de leur synthèse à une unité de gestion électronique du véhicule, ou une combinaison de ces opérations. - Véhicule automobile comprenant un frein à disque selon la revendication 8 ou 9.
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