FR3135497A1 - Dispositif de protection pour un disque de frein - Google Patents

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Abstract

Dispositif de protection pour un disque de frein Dispositif de protection (4) pour un disque de frein (2), caractérisé en ce qu'il comprend une plaque (5) en forme de portion de couronne, ladite plaque étant destinée à s'étendre le long d'une surface de friction du disque de frein, ladite plaque comprenant un ensemble de reliefs (10) saillant en direction opposée du disque de de frein (2), chaque relief comprenant une ouverture (8) d'aération, chaque ouverture étant orientée de sorte qu'un flux d'air sortant depuis un volume compris entre le disque de frein et ladite plaque soit orienté sensiblement parallèlement à la surface de friction du disque de frein. Figure pour l’abrégé : figure 1

Description

Dispositif de protection pour un disque de frein Domaine Technique de l'invention
L’invention concerne un dispositif de protection pour un disque de frein. L’invention porte aussi sur un système de freinage comprenant un tel dispositif de protection. L’invention porte encore sur un véhicule automobile comprenant un tel système de freinage et/ou un tel dispositif de protection.
 Etat de la technique antérieure
Les disques de frein des véhicules automobiles sont généralement équipés d'un dispositif de protection recouvrant au moins partiellement le disque de frein pour le protéger des projections. Un tel dispositif de protection forme une barrière contre les projections de particules solides et/ou liquides qui pourraient percuter le disque et ainsi l'endommager. Elles se présentent généralement sous la forme d'une plaque s'étendant à proximité d'une face interne du disque de frein.
Si de tels dispositifs de protection protègent bel et bien le disque de frein, en revanche ils limitent la circulation d'air autour du disque de frein et empêchent donc un refroidissement efficace de ce dernier. Les disques de frein équipés d'un tel dispositif de protection sont donc susceptibles d'atteindre des températures plus élevées, ce qui engendre des dysfonctionnements du système de freinage et finalement, des performances de freinage dégradées.
Pour remédier à ces inconvénients, il est connu de sur-dimensionner le système de freinage, en prévoyant des disques de frein de plus grand diamètre, toutefois cela engendre une augmentation importante des coûts de production et de la masse du système de freinage. On connaît également l'utilisation de dispositifs de protection ajourés : des lumières formées dans la plaque du dispositif de protection laissent passer de l'air pour refroidir le disque de frein. Les dispositifs de protection ajourés connus de l'état de la technique n'améliorent que faiblement la capacité du disque de frein à se refroidir et le protègent moins efficacement contre les projections.
 Présentation de l'invention
Le but de l’invention est de fournir un dispositif de protection pour un disque de frein remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les dispositifs de protection connus de l’art antérieur.
Plus précisément, un premier objet de l’invention est un dispositif de protection permettant un refroidissement efficace du disque de frein tout en conservant une protection optimale du disque de frein.
L'invention se rapporte à un dispositif de protection pour un disque de frein, le dispositif de protection comprenant une plaque en forme de portion de couronne, ladite plaque étant destinée à s'étendre le long d'une surface de friction du disque de frein, ladite plaque comprenant un ensemble de reliefs saillant en direction opposée du disque de de frein, chaque relief comprenant une ouverture d'aération, chaque ouverture étant orientée de sorte qu'un flux d'air sortant depuis un volume compris entre le disque de frein et ladite plaque soit orienté sensiblement parallèlement à la surface de friction du disque de frein.
Chaque ouverture peut être orientée de sorte qu'un flux d'air sortant depuis le volume compris entre le disque de frein et ladite plaque soit orienté sensiblement parallèlement à une tangente du disque de frein, dans le sens de rotation du disque de frein.
Chaque ouverture peut être formée dans un unique côté d'un relief, ledit côté s'étendant suivant un rayon de la portion de couronne.
La hauteur desdits reliefs peut être comprise entre 2mm et 10mm inclus.
Chaque ouverture peut occuper un secteur angulaire distinct de la portion de couronne.
Ladite couronne peut s'étendre sur un secteur angulaire supérieur ou égal à 180°.
Ledit ensemble d'ouvertures peut comprendre entre huit et vingt ouvertures inclus.
Le dispositif de protection peut comprendre au moins un déflecteur agencé à une extrémité de la portion de couronne, ledit déflecteur étant configuré pour guider un flux d'air entrant entre le dispositif de protection et le disque de frein, notamment le dispositif de protection peut comprendre deux déflecteurs agencés chacun à une extrémité de la portion de couronne, chaque déflecteur étant configurés pour guider un flux d'air entrant entre le dispositif de protection et le disque de frein.
Le dispositif de protection peut être formé d'une seule pièce dans une feuille de métal emboutie.
L'invention se rapporte également à un système de freinage pour un véhicule automobile, comprenant un disque de frein, un étrier de frein, et un dispositif de protection tel que défini précédemment, l'étrier de frein étant positionné entre deux extrémités de la portion de couronne.
L'invention se rapporte également à un véhicule automobile comprenant un dispositif de protection tel que défini précédemment et/ou un système de freinage tel que défini précédemment.
Présentation des figures
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La est une vue de face d'un disque de frein équipé d'un dispositif de protection selon un mode de réalisation de l'invention.
La est une vue en perspective du dispositif de protection.
La est une vue de face du dispositif de protection.
La est une première vue partielle et en perspective du dispositif de protection.
La est une deuxième vue partielle et en perspective du dispositif de protection.
 Description détaillée
La illustre schématiquement un système de freinage 1 d'un véhicule automobile selon un mode de réalisation de l'invention. Le véhicule automobile peut être par exemple un véhicule particulier, un véhicule utilitaire, un camion ou même un bus. Le système de freinage 1 comprend un disque de frein 2, un étrier de frein 3, et un dispositif de protection 4 pour le disque de frein 2. Le disque de frein 2 est solidaire d'une roue du véhicule, mobile en rotation autour d'un axe de rotation Y. L'étrier de frein 3 est un organe pourvu d'une mâchoire apte à serrer le disque de frein 2 pour freiner la rotation de la roue. Notamment, l'étrier de frein 3 comprend un jeu de plaquettes de frein aptes à être pressées contre des surfaces de friction du disque de frein 2. Le dispositif de protection 4 peut être fixé directement ou indirectement sur un porte-fusée supportant un axe de rotation de la roue.
Selon le mode de réalisation présenté, le dispositif de protection 4 équipe le disque de frein 2 d'une roue avant droite du véhicule. Il recouvre une surface de friction interne du disque de frein, c’est-à-dire une surface de friction tournée vers le véhicule. L'étrier de frein 3 est positionné du côté avant du disque de frein, c’est-à-dire du côté du disque de frein 2 vers lequel le véhicule se déplace en marche avant. Selon le point de vue de la , l'avant se situe à gauche de la figure et l'arrière se situe à droite de la figure. Selon ce même point de vue, le sens de rotation du disque de frein 2, lorsque le véhicule progresse en marche avant, correspond au sens antihoraire et est représenté par un flèche F1.
Bien sûr, le dispositif de protection selon l'invention pourrait équiper toute autre disque de frein du véhicule, notamment le disque de frein d'une roue avant gauche, et/ou d'une roue arrière gauche, et/ou d'une roue arrière droite. En variante, l'étrier de frein 3 pourrait aussi être positionné du côté arrière du disque de frein. Le dispositif de protection pourrait aussi recouvrir une face externe du disque de frein.
Le dispositif de protection 4 est illustré plus en détail sur la . Le dispositif de protection 4 est un organe destiné à protéger le disque de frein 2 de tout type de projections qui pourraient l'endommager, notamment des projections de particules solides telles que des gravillons, des cailloux, du sable ou de la boue ou des projections de liquide. A cet effet, le dispositif de protection 4 comprend une plaque 5 couvrant au moins une partie d'une surface de friction du disque de frein. Cette plaque 5 s'étend globalement dans un plan P1 sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation Y, le long d'une surface de friction du disque de frein 2.
La plaque 5 présente une forme de portion de couronne dont le centre correspond à l'axe de rotation Y. Le diamètre extérieur de la portion de couronne peut être légèrement supérieur au diamètre extérieur du disque de frein. La portion de couronne comprend deux extrémités 6A, 6B : une première extrémité 6A est positionnée plutôt vers le bas, dans une moitié inférieure du dispositif de protection, et une deuxième extrémité 6B est positionnée plutôt vers le haut, dans une moitié supérieure du dispositif de protection. En remarque, le haut et le bas sont définis en relation avec un axe vertical et on considère que le véhicule repose sur un sol horizontal. L'étrier de frein 3 est positionné entre les deux extrémités 6A et 6B de la portion de couronne. De préférence, la plaque 5 s'étend sur un secteur angulaire supérieur ou égal à 180°.
Contrairement au disque de frein 2 qui est mobile en rotation, le dispositif de protection 4 est fixe par rapport au véhicule. Notamment, le dispositif de protection 4 peut être fixé à un porte-fusée du véhicule. A cet effet, il comprend trois trous de fixations 7 répartis au niveau d'un contour interne de la couronne. La plaque 5 s'étend parallèlement au disque de frein sans contact avec ce dernier. La distance séparant la plaque 5 du disque de frein peut être supérieure ou égale à 1mm, de préférence comprise entre 3mm et 10mm. La plaque 5 peut s'étendre globalement dans un plan P1 unique, ou en variante, dans plusieurs plans parallèles entre eux et reliés entre eux par des portions de raccordement. La plaque 5 peut aussi éventuellement former un léger angle, par exemple de l'ordre de 1° ou 2°, avec le disque de frein afin d'éviter un conflit avec tout autre organe du véhicule situé à proximité du disque de frein. La plaque 5 peut aussi comprendre des nervures de rigidification et/ou des reliefs sans ouverture. La plaque 5 peut ainsi comprendre des portions plus ou moins proches du disque de frein.
La plaque 5 comprend un ensemble d'ouvertures 8 d'aération. Ces ouvertures 8 sont des ouvertures traversant la plaque 5 et permettent l'établissement d'un flux d'air qui améliore le refroidissement du disque de frein 2. En particulier, les ouvertures 8 permettent à l'air chaud contenu entre le disque de frein 2 et la plaque 5 de s'évacuer. Chaque ouverture 8 est formée dans un relief 10 distinct de la plaque 5, le relief étant saillant en direction opposée du disque de frein 2. Autrement dit, la plaque 5 comprend un ensemble de reliefs 10 saillant en direction opposée du disque de de frein 2, et chaque relief comprend une unique ouverture 8 d'aération. Chaque ouverture 8 est orientée de sorte qu'un flux d'air sortant depuis le volume compris entre le disque de frein 2 et la plaque 5 soit principalement orienté parallèlement à une tangente du disque de frein, autrement dit parallèlement à un vecteur vitesse de rotation du disque de frein 2. Une telle direction est notamment identifiée par les flèches F3 sur le .
Comme cela est illustré sur l'ensemble des figures, chaque ouverture 8 est de préférence orientée dans le sens de rotation du disque de frein 2. C'est-à-dire que chaque ouverture 8 est orientée de sorte qu'un flux d'air sortant depuis un volume compris entre le disque de frein 2 et la plaque 5 soit orienté dans le sens de rotation du disque de frein, c’est-à-dire dans le sens des flèches F3. On obtient ainsi un refroidissement optimal du disque de frein. Selon une variante de réalisation non représentée, tout ou partie des ouvertures 8 pourrait être orientée de sorte qu'un flux d'air sortant depuis un volume compris entre le disque de frein 2 et la plaque 5 soit orienté dans le sens opposé au sens de rotation du disque de frein, c’est-à-dire dans le sens opposé par rapport à l'orientation représentée sur les figures.
Les ouvertures 8 peuvent être de type "persienne". Ce type d'ouverture est aussi parfois dénommé d'après l'anglicisme "louver". Il s'agit d'ouvertures sensiblement inclinées par rapport à l'axe perpendiculaire au plan P1 dans lequel s'étend la plaque 5. En référence à la , l'orientation d'une ouverture 8 peut être définie comme l'orientation d'un vecteur V, perpendiculaire à un plan P2 dans lequel s'étend le contour 9 de l'ouverture. Le vecteur V forme avec l'axe Y un angle A1 non nul. Cet angle A1 peut être par exemple compris entre 20° et 90°, notamment entre 45° et 90°. L'angle A1 peut être par exemple compris entre 30° et 80°. En remarque, le contour 9 s'étend de préférence dans un plan, toutefois, dans l'hypothèse où le contour 9 de l'ouverture 8 ne s'étendrait pas parfaitement dans un plan, le plan P2 peut est défini mathématiquement comme le plan pour lequel la distance moyenne des points du contour 9 audit plan P est minimale.
En référence à la , pour chaque ouverture 8 on peut définir un repère de Frenet comprenant un axe radial R et un axe tangentiel T. L'axe radial R est parallèle à un rayon de la couronne et orienté vers l'extérieur de la couronne (orientation centrifuge). L'axe tangentiel T est parallèle à un vecteur vitesse du disque de frein passant au niveau de cette ouverture. Les axes R et T sont perpendiculaires entre eux et tous les deux perpendiculaires à l'axe de rotation Y. Les axes Y, R et T forment un repère orthogonal. Le vecteur V, définissant l'orientation de l'ouverture, s'étend dans un plan parallèle aux axes Y et T. Autrement dit, le vecteur V comprend uniquement une composante tangentielle et une composante parallèle à l'axe de rotation Y. Il ne comprend donc pas de composante radiale. La composante tangentielle est non nulle.
Le vecteur V est orienté dans le sens d'un flux sortant depuis un volume défini entre le disque de frein 2 et la plaque 5. Autrement dit, le vecteur V est orienté de sorte à s'éloigner du disque de frein. La composante du vecteur vitesse selon l'axe tangentiel T est orienté dans le même sens que le vecteur vitesse du disque de frein au niveau de cette ouverture.
Les reliefs 10 peuvent avoir une forme sensiblement rectangulaire ou trapézoïdale, ou même plus généralement toute forme polygonale, les côtés de la forme polygonale étant reliés ou non par des arrondis. Chaque relief 10 peut comprendre un unique côté 11 s'étendant suivant un rayon de la portion de couronne et dans lequel est formé une des ouvertures 8. Les autres côtés du relief 10 peuvent être dépourvus d'ouverture. Les reliefs 10 comprennent aussi une surface plane 12 parallèle au plan P1 mais décalée par rapport à ce dernier. La surface plane 12 est reliée par des parois 13 au plan P1. Les parois 13 peuvent former des plis à environ 45° avec la surface plane 12 et avec le plan P1. Le contour 9 de chaque ouverture 8 comprend au moins un segment appartenant à la surface plane 12 et un segment appartenant au plan P1. En outre les parois 13 reliant la surface plane 12 à la plaque 5 bordent aussi l'ouverture 8.
La distance selon l'axe Y séparant la surface plane 12 du P1 définit la hauteur des reliefs. Cette hauteur peut être par exemple comprise entre 2mm et 10mm inclus. Cette plage de hauteur constitue un bon compromis entre une augmentation de l'encombrement du dispositif de protection et l'amélioration de la ventilation du disque de frein 2.
Le dispositif de protection 4 est de préférence une pièce métallique. Il peut être intégralement formé par emboutissage, c’est-à-dire par un procédé de fabrication consistant à plier et un découper une feuille de métal. Le dispositif de protection est simple à fabriquer. Il ne requiert pas plus de matériau que les dispositifs de protection connus de l'état de la technique. Avantageusement, les formes des ouvertures 8 et des reliefs 10 sont des formes compatibles avec une fabrication par emboutissage. Avantageusement, les reliefs 10 augmentent aussi la rigidité du dispositif de protection 4.
De préférence, chaque ouverture 8 occupe un secteur angulaire distinct de la portion de couronne. Par exemple la portion de couronne peut être décomposée en secteurs d'environ 15° chacun, chaque secteur comprenant une ouverture 8. Avantageusement, le dispositif de protection peut comprendre un nombre d'ouvertures 8 supérieur ou égal à huit, par exemple compris entre huit et vingt. Les ouvertures 8 peuvent être régulièrement espacées. La longueur L1 des ouvertures 8 suivant l'axe radial R peut être au moins égale à 30% de la largeur L2 de la couronne, de préférence au moins égale à 70% de la largeur L2 de la couronne.
La plaque 5 peut comprendre une zone 14 dépourvue d'ouverture 8, ce qui permet d'éviter un conflit entre le dispositif de protection et un autre composant du véhicule. En l'espèce, la plaque 5 est dépourvue d'ouverture dans une zone inférieure en raison de la proximité du dispositif de protection avec une rotule inférieure de suspension
Par ailleurs, le dispositif de protection 4 comprend deux déflecteurs 15A, 15B agencé à aux extrémités 6A, 6B de la portion de couronne. Chaque déflecteur 15A, 15B est configuré pour guider un flux d'air entrant entre le disque de protection 4 et le disque de frein 2. A cet effet, chaque déflecteur 15A, 15B s'étend en oblique du côté opposé au disque de frein. Par conséquent, chaque déflecteur 15A, 15B s'étend dans un plan P3 formant avec le plan P1 un angle non nul, par exemple un angle compris entre 10° et 60°. En variante, le dispositif de protection pourrait ne pas comprendre de tels déflecteur ou ne comprendre qu'un seul des deux déflecteurs.
Lorsque le véhicule avance vers l'avant un flux d'air frais, identifié par la flèche F2 sur la , s'engouffre entre le disque de frein et le dispositif de protection en passant au niveau de l'extrémité 6A. Le flux d'air entrant est globalement uniforme et pénètre entre le disque de frein et le dispositif de protection depuis l'avant du véhicule. Le déflecteur 15A dévie le flux d'air incident en direction du volume compris entre le disque de frein 2 et le dispositif de protection 4. Le flux d'air frais au contact des disques de frein est ainsi augmenté. Cet air frais s'échauffe en refroidissant les disques de frein puis s'échappe hors du volume défini entre le disque de frein 2 et le dispositif de protection 4 en passant par les ouvertures 8. L'orientation des ouvertures 8 dans le sens de rotation du disque de frein facilite l'évacuation de l'air chaud. En effet, l'air réchauffé au contact du disque de frein est également mis en rotation par ce dernier. Ce flux d'air sortant est représenté par les flèches F3 sur la . Le flux d'air sortant est donc globalement circulaire. L'air sortant par les ouvertures positionnées en partie supérieure du dispositif de protection est orienté globalement de l'arrière vers l'avant du véhicule. De manière surprenante, le dispositif de protection permet d'atteindre d'excellentes performances de refroidissement du disque de frein.
Les performances du dispositif de protection ont pu être quantifiées par simulation. Lorsqu'un disque de frein est dépourvu de dispositif de protection, il atteint une capacité de refroidissement de 41W/m2K, soit une constante de temps de refroidissement de 285s. Ce même disque de frein équipé d'un dispositif de protection selon l'état de la technique verrait sa capacité de refroidissement réduite à 21W/m2K, soit une constante de temps de refroidissement de 340s. Le dispositif de protection selon l'invention permet d'atteindre une capacité de refroidissement 36W/m2K, soit une constante de temps de refroidissement de 296s. Le dispositif de protection selon l'invention permet d'atteindre des performances de refroidissement très proche de celles qui sont atteintes en l'absence de tout dispositif de protection.
En outre, des ouvertures 8 permettent une meilleure protection contre les projections que les autres dispositifs de protection ajourés connus de l'état de la technique. Les ouvertures forment des chicanes qui rendent plus improbable l'intrusion de particules entre le dispositif de protection et le disque de frein. En particulier, le dispositif de protection fournit une excellente protection contre les projections incidentes parallèlement à l'axe de rotation Y. En effet, les ouvertures 8 possèdent une surface nulle ou sinon très faible lorsqu'elles sont observées en projection selon l'axe Y.

Claims (11)

  1. Dispositif de protection (4) pour un disque de frein (2), caractérisé en ce qu'il comprend une plaque (5) en forme de portion de couronne, ladite plaque étant destinée à s'étendre le long d'une surface de friction du disque de frein, ladite plaque comprenant un ensemble de reliefs (10) saillant en direction opposée du disque de de frein (2), chaque relief comprenant une ouverture (8) d'aération, chaque ouverture étant orientée de sorte qu'un flux d'air sortant depuis un volume compris entre le disque de frein et ladite plaque soit orienté sensiblement parallèlement à la surface de friction du disque de frein.
  2. Dispositif de protection (4) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque ouverture est orientée de sorte qu'un flux d'air sortant depuis le volume compris entre le disque de frein et ladite plaque soit orienté sensiblement parallèlement à une tangente du disque de frein, dans le sens de rotation du disque de frein.
  3. Dispositif de protection (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque ouverture (8) est formée dans un unique côté (11) d'un relief, ledit côté s'étendant suivant un rayon de la portion de couronne.
  4. Dispositif de protection (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur desdits reliefs (10) est comprise entre 2mm et 10mm inclus.
  5. Dispositif de protection (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque ouverture (8) occupe un secteur angulaire distinct de la portion de couronne.
  6. Dispositif de protection (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couronne s'étend sur un secteur angulaire supérieur ou égal à 180°.
  7. Dispositif de protection (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit ensemble d'ouvertures (8) comprend entre huit et vingt ouvertures inclus.
  8. Dispositif de protection (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un déflecteur (15A, 15B) agencé à une extrémité de la portion de couronne, ledit déflecteur étant configuré pour guider un flux d'air entrant entre le dispositif de protection (4) et le disque de frein (2), notamment en ce qu'il comprend deux déflecteurs (15A, 15B) agencés chacun à une extrémité de la portion de couronne, chaque déflecteur étant configurés pour guider un flux d'air entrant entre le dispositif de protection (4) et le disque de frein (2).
  9. Dispositif de protection (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est formé d'une seule pièce dans une feuille de métal emboutie.
  10. Système de freinage (1) pour un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un disque de frein (2), un étrier de frein (3), et un dispositif de protection (4) selon l'une des revendications précédentes, l'étrier de frein (3) étant positionné entre deux extrémités (6A, 6B) de la portion de couronne.
  11. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de protection (4) selon l'une des revendications 1 à 9 et/ou un système de freinage (1) selon la revendication précédente.

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