FR2479386A1

FR2479386A1 - Amortisseur hydraulique sous pression

Info

Publication number: FR2479386A1
Application number: FR8025752A
Authority: FR
Inventors: William Arthur Duckett; John Stanley Eckersley
Original assignee: Jonas Woodhead Ltd
Current assignee: Jonas Woodhead Ltd
Priority date: 1979-12-04
Filing date: 1980-12-04
Publication date: 1981-10-02
Also published as: IT8050311A0; GB2064710B; EP0030455A1; FR2479386B1; IT1146971B; BE886502A; GB2064710A; JPS5690140A

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN AMORTISSEUR HYDRAULIQUE SOUS PRESSION A DOUBLE ACTION. L'AMORTISSEUR SE COMPOSE D'UN RESERVOIR DE GAZ SOUS PRESSION 13A, D'UN PISTON 24 AVEC SOUPAPES DE DETENTE 29 ET DE COMPRESSION 27, ET D'UN PASSAGE DE DERIVATION FORME PAR UN ESPACE ANNULAIRE 14 ENTRE UN CYLINDRE INTERIEUR 12 ET UN CYLINDRE EXTERIEUR 11. LE PASSAGE DE DERIVATION EST RACCORDE A L'ESPACE 13B SOUS LE PISTON PAR UN ORIFICE 31 AU NIVEAU DUQUEL PASSE LE PISTON LORS DE SA COURSE DE COMPRESSION, ET A L'ESPACE 13C ENTOURANT LA TIGE DE PISTON 17 PAR DES ORIFICES 32 QUI SONT SUCCESSIVEMENT OBTURES PAR LE PISTON LORS DE SA COURSE DE DETENTE. APPLICATION AUX SUSPENSIONS DE VEHICULES.

Description

-1- L'invention concerne, d'une-manière générale, les amortisseurs de-

vibration du type hydraulique sous pression; elle a, plus particulièrement, trait

à des amortisseurs pour suspension de véhicules.

Selon un-aspect de l'invention, un amortisseur hydraulique sous pression comporte un cylindre, un piston monté dans le cylindre, une tige de piston solidaire du piston et se prolongeant hors d'une extrémité du cylindre, des orifices longitudinalement

espacés pratiqués dans la paroi du cylindre, des -

moyens constituant un passage de dérivation et rac-

cordant les orifices, les orifices étant disposés de telle sorte -qu'au moins l'un d'entre eux est obturé par le piston au cours du mouvement qui définit sa course pour modifier la résistance d'écoulement d'un côté du piston à l'autre à mesure que se modifie la position de ce piston, et des soupapes dans le piston et/ou dans le passage de dérivation, ces soupapes étant

les seules soupapes d'amortissement de l'amortisseur.

L'invention est notamment applicable aux amortisseurs dans lesquels la mise sous pression se fait par un gaz sous pression, ce gaz étant soit en contact-direct avec le fluide hydraulique, soit séparé de ce fluide par une paroi mobile pouvant être constituée par un piston flottant, mais la mise sous pression pouvant se faire en variante par une paroi mobile pouvant être constituée

par un piston flottant sollicité par un ressort méca-

nique. Une soupape d'amortissement est un orifice variable d'amortissement. Elle est généralement utilisée soit seule soit en combinaison avec une ou d'autres soupape(s) d'amortissement et/ou un ou des orifice(s) non-variable(s) d'amortissement pour établir un rapport prédéterminé pression/écoulement qui est différent du

rapport établi par un orifice non-variable d'amortisse-

- 2- ment. Un orifice d'amortissement permet l'écoulement d'un fluide, mais le réduit, afin de réduire, par f transformation-en chaleur, au moins une partie de la pression et de l'énergie cinétique du fluide, ce qui permet de contrôler le mouvement d'un dispositif et/ou les forces créées dans ce dispositif, lequel mouvement

provoque l'écoulement du fluide.

L'amortisseur conforme à l'invention peut être considéré comme ayant seulement deux volumes de fluide hydraulique qui sont raccordés l'un à l'autre par pas plus de-deux groupes de trajets d'écoulement, un groupe au travers ou autour du piston (soit les soupapes de compression du piston et de détente et tout trajet de fuite au travers et autour du piston) et un autre groupe contournant au moins une partie du cylindre dans laquelle peut entrer le piston. Dans une forme de réalisation recommandée, le passage de dérivation est sans soupape, et pour une position

quelconque donnée du piston, ce passage modifie l'é-

coulement de manière sensiblement égale tant au cours de la compression qu'au cours de la détente quoique les caractéristiques résistance hydraulique/vitesse soient différentes pour différentes positions de piston. Cela n'est pas le cas de l'amortisseur décrit dans le brevet britannique 1.125.104 dans lequel il y a un réservoir raccordé à l'une des dhambres de cylindre par un dispositif de base à soupapes, avec soupapes distinctes à l'entrée et à la sortie du

réservoir. Le circuit de dérivation dans cette struc-

ture aura toujours une influence relative plus

grande sur la caractéristique de détente de l'amor-

tisseur qu'à la compression; le dispositif doit

établir une résistance suffisamment élevée pour-

assurer le remplissage du cylindre sur le côté tige du piston en toutes positions de fonctionnement, y -3-

compris celles pour lesquelles la résistance à l'écou-

lement du dessous du piston au-dessus du piston, au travers et autour de ce piston, et dans le circuit de

dérivation, est maximale.

Comme on l'a dit ci-dessus, l'amortisseur conforme à l'invention peut être considéré comme ayant seulement deux volumes de fluide hydraulique qui sont raccordés l'un à l'autre par deux groupes de trajets d'écoulement. Chacun de ces volumes sera constitué, au moins en partie, par l'espace qui, dans le cylindre, est limité par un côté ou l'autre du piston, mais peut être augmenté par l'espace se trouvant à l'extérieur du cylindre raccordé à l'espace intérieur au cylindre par des moyens de passage sans soupapes. Un tel espace extérieur peut être formé

par une chambre annulaire entourant le cylindre.

Toutefois, il peut ne pas y avoir d'espace extérieur, et, selon un deuxième aspect de l'invention, un

amortisseur hydraulique comporte un cylindre inté-

rieur, un cylindre extérieur entourant le cylindre intérieur et constituant la surface extérieure de l'amortisseur, une chambre annulaire limitée par la partie extérieure du cylindre intérieur et la partie intérieure du cylindre extérieur, un piston dans-le cylindre intérieur avec des soupapes de compression

et de détente pour permettre en le réduisant l'écou-

lement au travers de ce piston, une tige de piston solidaire du piston et se prolongeant hors d'une extrémité du cylindre, un piston flottant dans le cylindre intérieur adjacent à l'autre extrémité de ce cylindre intérieur, une charge de gaz sous pression dans le cylindre intérieur du côté du piston flottant

éloignée du piston à soupapes, et des orifices lon-

gitudinalement espacés traversant la paroi du cylindre intérieur et disposés de telle sorte qu'au moins l'un - -4- d'entre eux est obturé par le piston à soupapes au cours du mouvement qui définit sa course pour modifier la résistance d'écoulement d'un côté de ce piston à soupapes à l'autre, par la chambre annulaire, au cours du mouvement précité. L'invention peut être mise en oeuvre de

différentes manières, mais la suite de la description

concerne deux amortisseurs, tous deux pour suspension arrière de véhicule, et se réfère aux dessins annexés qui représentent: * Figure 1, une vue schématique en coupe longitudinale du premier amortisseur, * Figure 2a, une représentation simplifiée de l'amortisseur de la Figure 1, le piston étant en position médiane, Figure 2b, un graphique de la résistance hydraulique en fonction de la vitesse de mouvement du piston alors que ce de mier se trouve dans la position illustrée Figure 2a,

20. Figures3a et 3b, des illustrations analo-

gues à celles des Figures 2a et 2b, l'amortisseur étant en position de compression pratiquement totale, Figures 4a et 4b, les mêmes illustrations,

mais avec l'amortisseur en position de détente prati-

quement totale, Figure 5, une vue schématique en coupe longitudinale du second amortisseur; et Figure 6, une vue schématique partielle

en coupe longitudinale d'un amortisseur, illustrant-

un passage de dérivation à soupape.

L'amortisseur 10 représenté Figure 1 comporte un cylindre extérieur il et un cylindre intérieur 12, frmant une chambre de cylindre 13 et une chambre annulaire 14 qui sont fermées, à une extrémité, par un raccord d'extrémité 15, ce dernier étant pourvu -5-

de moyens de fixation 16 permettant de monter l'amor-

tisseur sur la masse suspendue ou non d'un véhicule; à l'autre extrémité, un raccord d'extrémité 16 constitue un guide pour une tige de piston 17 dont l'extrémité extérieure est pourvue de moyens de fixation non représentés permettant de monter l'amortisseur sur la masse non suspendue ou suspendue du véhicule. La tige de piston 17 porte un capuchon de protection 18. La chambre de cylindre 13 est divisée par un piston flottant 19 en un espace de gaz 13a du côté adjacent au raccord d'extrémité 15, et en un espace d'huile de l'autre côté.Lthuile qui constitue le fluide hydraulique est introduit dans l'espace d'huile avant que soient montés le piston flottant 19 et le raccord d'extrémité 15. Le gaz sous pression est alors admis dans l'espace de gaz par la soupape

de retenue 21.

L'extrémité intérieure de la tige de piston 17 est pourvue d'un embout 23 sur lequel le piston 24 est fixé au moyen d'un écrou 25. Le piston divise l'espace d'huile en une première chambre 13b à l'opposé de la tige de piston et en une seconde chambre 13c entourant la tige de piston. Le piston comporte un premier anneau de passages 26 faisant communiquer les première et seconde chambres et qui

sont fermés par une soupape de compression 27 cons-

tituée par un empilage de rondelles élastiques. Le piston comporte également un deuxième anneau de passages 28 faisant communiquer la seconde chambre avec la première et qui sont fermés par une soupape de détente 29 également constituée par un empilage de rondelles élastiques. Comme il est classique, ces empilages peuvent comporter l'un et/ou l'autre de

petites encoches de fuite.

-6- La chambre annulaire 14, entre les cylindres intérieur et extérieur, constitue un passage de dérivation autour du piston 24-; elle est raccordée

à l'espace d'huile par un premier orifice 31 norma-

lement ouvert sur la première chambre d'huile 13b, et par une série de seconds orifices axialement espacés 32 (deux orifices dans le cas représenté) normalement

ouverts sur la seconde chambre d'hỉle 13c.

On se reportera maintenant au Figures 2a, 2b, 3a, 3b, la et 4b pour décrire le fonctionnement de l'amortisseur de la Figure 1. On remarquera que la chambre de gaz 13a (remplie d'azote sous une pression

comprise entre 10 et 30 bars selon la valeur d'anor-

tissement de la résistance à la compression requise pour le véhicule sur lequel l'amortisseur est monté) varie en volume en raison du mouvement du piston 19 dans le cylindre, lequel mouvement est en rapport avec le volume de tige de piston, mais le piston 19 ne se déplace jamais dans la chambre de cylindre jusqu'au niveau du premier orifice 31. Les graphiques des Figures 2b, 3b et 4b ne représentent que les forces de résistance hydraulique créées dynamiquement et qui; sur la course de compression, sont contrecarrées par la pression de gaz, les forces statiques créées par

cette pression étant ignorées.

On voit sur la Figure 2b que, le piston étant à mi-course, la résistance dans chaque sens est la même aux faibles vitesses. L'écoulement se fait par trajets de fuite dans le piston, par le passage de dérivation 14 et les orifices 31 et 32 qui ont les mêmes caractéristiques d'écoulement dans les deux sens. Aux vitesses plus élevées, l'écoulement se fait par les soupapes du piston, et, comme les orifices de compression 26 et la soupape 27 ont des caractéristiques différentes de celles des orifices de détente 28 et -7- de la soupape 29, la courbe de compression 33 se singularise de la courbe de, détente 34, l'écoulement

à travers les soupapes de piston s'ajoutant à l'écou-

lement dans le passage de dérivation 14 et les.trajets de fuite. Lorsque l'amortisseur se trouve en position de compression pratiquement totale, comme il est représenté Figure 3a, le piston 24 recouvre le

premier orifice 31 de sorte que son mouvement inter-

dit tout écoulement par le passage de dérivation 14.

Aux faibles vitesses, l'écoulement se fait par les passages de fuite dans le piston, et les résistmces sont celles indiquées dans la partie de gauche de la Figure 3b. Aux vitesses plus élevées, les soupapes soit de compression, soit de détente, du piston

s'ouvrent. Les résistances de détente et de compres-

sion cr ées, comme illustré Figure 3b par les courbes et 36 respectivement, sont analogues à celles indiquées Figure 2b, mais sont plus élevées en raison de l'absence d'écoulement par le passage de dérivation 14. Pour que la comparaison soit plus facile, on a représenté Ekure 3b les courbes 33 et 34 de la Figure

2b en lignes interrompues.

Lorsque l'amortisseur se trouve en position de détente pratiquement totale,- comme il est représenté Figure ia, le piston 24 atteint une position pour

laquelle il se trouve entre les deux orifices 32.

Dans le cas, le mouvement du piston 24 permet l'écou-

lement par le passage de dérivation 14, la résistance étant moindre que celle créée lorsque le piston se trouve dans la position illustrée Figure 2a pui que, au-dessus de ce piston, se trouve maintenant ouvert un orifice de la seconde série d'orifices 32 ainsi que le premier orifice 31, et le plus bas des orifices -8- de la seconde série d'orifices 32 est de section

relativement plus grande que le plus haut de ces ori-

fiees et que le premier orifice 31. Les caractéristi-

ques de compression et de détente sont illustrées par les courbes 37 et 38 de la Figure 4b, les courbes 33 et 34 étant représentées en lignes interrompues

pour faciliter la comparaison.

Si le piston 24 descend plus loin et ferme

le plus bas de la seconde série d'orifices 32, l'écou-

lement ne peut se faire par le-passage de dérivation 1i4, et les caractéristiques sont sensiblement les mêmes que celles illustrées Figures 3b, l'écoulement se faisant seulement par les soupapes de piston et les

passages de fuite. -

Si la seconde série d'orifices se compose de plus de deux orifices, ces orifices seront fermés successivement à mesure que le piston descend, et les caractéristiques sont intermédiaires entre celles représentées Figures 2b et celles représentées Figure

4b.

On notera que le courbe des Figures 2b, 3b et 4b sont quelque peu simplifiées et représentent les positions initiales du piston à partir desquelles

se font les mouvements limités donnant les caracté-

ristiques décrites. Bien que simplifiées, ces courbes démontrent que, si les résistances de compression et de détente sont différentes, par exemple aux vitesses plus élevées lorsque les soupapes du piston sont ouvertes, les variations de résistance engendrées

par l'écoulement qui se fait dans le passage de déri-

vation 14 sont dans le même sens. Si les résistances de compression et de détente sont identiques, soit aux

vitesses plus faibles, ces variations restent iden-

tiques. -9- L'amortisseur décrit peut être utilisé à diverses fins. On peut, par exemple, vouloir accroître l'effet d'amortissement à mesure que la charge du véhicule s'accroit, d'une charge nulle (Figures -a et 4b) à une charge totale (Figures 3a et 3b) en passant par une charge partielle (Figures 2a et 2b), si le véhicule est monté avec des ressorts à étalonnage variable. On peut également vouloir établir un

arrêt de compression hydraulique progressif.

Dans l'amortisseur décrit, le premier ori-

fice 31 est un petit orifice qui contribue à créer

une résistance à l'écoulement par le passage de déri-

vation 14, et, par suite, influence l'effet d'amor-

tissement, le plus bas des orifices 32 étant plus grand; mais, dans une variante, cet agencement peut

être inversé.

L'amortisseur représenté Figure 5 est un amortisseur à deux tubes sous pression présentant beaucoup de similitude avec l'amortisseur de la Figure 1; on a donc utilisé pour les composants similaires les mêmes chiffres de référence affectés de l'indice '. Le cylindre extérieur il' est entouré par un tube 51 définissant une chambre annulaire 52 qui communique avec l'espace d'huile 13'a par un alésage 53 du raccord d'extrémité 15'. Il n'y a pas d'espace de gaz distinct, l'huile et le gaz formant une sorte d'émulsion dans la chambre 52. Des encoches d'amorçage 54 sont pratiquées dans la fermeture d'extrémité 16', et tout gaz présent dans l'espace d'huile 13'c peut donc expulsé dans la chambre 52

pendant la course de l'amortisseur. Dans cet agence-

ment, il est nécessaire que la tige de piston 17' soit à la partie supérieure, mais l'amortisseur peut être modifié pour pouvoir être utilisé en toute position - 10- en montant, dans la chambre 52, un piston flottant séparant.un espace de gaz, à l'extrémité de la chambre

côté tige de piston, d'un espace d'huile.

Les caractéristiques de l'amortisseur repré-

senté Figure 5 sont analogues à celles de l'amortisseur

reprsenté Figure 1.

Dans les structures décrites, le passage de dérivation ne comporte pas de soupapes, et le piston comporte des soupapes de compression et de détente. Toutefois, il est en principe possible que le piston ne comporte pas de soupapes, les soupapes de compression et de détente se trouvant dans le

passage de dérivation, ou, pour obtenir une caracté-

ristique particulière, de prévoir des soupapes tant

dans le piston que dans le passage de dérivation.

On a représenté Figure 6, un passage de dérivation à soupape. La soupape se compose de deux organes de siège de soupape 61 et 63 avec les sièges de soupape correspondants 61a et 63a, d'un disque de soupape 62 servant tant à la compression qu'à la

détente, et d'un tube de blocage 64, tous ces compo-

sants étant de forme sensiblement annulaire. Lors d'un mouvement de détente créant une pression suffisante, la périphérie intérieure du disque est soulevée du siège de soupape 61a, tandis que, lors d'un mouvement de compression, la périphérie extérieure du disque est soulevée du siège de soupape 63a. Les sièges de soupapes 61a et/ou 63a peuvent être pourvus

d'encoches de fuite (non représentées).

Claims

REVENDICATIONS

1. - Amortisseur hydraulique sous pression -à double action, caractérisé en ce qu'il comporte

un cylindre (12), une tige de piston (17) se prolon-

geant hors d'une extrémité du cylindre, un piston (24), monté dans le cylindre, solidaire d'une extré- mité de la tige de piston (17), des soupapes de compression (27) et de détente (29) pour permettre en le réduisant l'écoulement au travers du piston, des orifices longitudinalement espacés (31, 32) traversant la paroi intérieure du cylindre et ouvert dans celui-ci, des moyens constituant un passage de dérivation (14), à parois rigides et de volume fixe, et raccordant les orifices, les orifices étant disposés de telle sorte qu'au moins l'un d'entre eux est obturé par le piston au cours du mouvement qui

définit sa course, pour modifier la résistance d'é-

coulement d'un côté du piston à l'autre à mesure que

se modifie la position de ce piston, les moyens cons-

tituant le passage de dérivation (14) étant soit sans soupapes soit avec des soupapes de compression et de détente, ces soupapes présentE dans le piston, et éventuellement dans le passage de dérivation, étant

les seules soupapes d'amortissement de l'amortisseur.

2. - Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage de dérivation (14)

ne comporte pas de soupape.

3. - Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston comporte des soupapes de compression (27) et de détente (29) qui permettent

en le réduisant l'écoulement à travers le piston.

4. - Amortisseur selon l'une des revendica-

tions 1 à 3, caractérise en ce qu'il contient du gaz -12-

sous pression (13a).

5. - Amortisseur selon la revendication 4,

caractérisé en ce que le gaz est séparé du fluide hydrau-

lique par un piston flottant (19).

6. - Amortisseur selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que le cylindre (12) est entouré par une chambre annulaire (14) raccordée à l'espace cylindre par des moyens de passage sans soupapes.

7. Amortisseur hydraulique caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre intérieur (12), un cylindre extérieur (11) entourant le cylindre intérieur et constituant la surface extérieure de l'amortisseur, une chambre annulaire (14) limitée par la partie

extérieure du cylindre intérieur et la partie inté-

rieure du cylindre extérieur, un piston (24) dans le cylindre intérieur avec des soupapes de compression (27) et de détente (29) pour permettre en le réduisant l'écoulement au travers du piston, une tige de piston (17) solidaire du piton et se prolongeant hors d'une extrémité du cylindre, un piston flottant (19) dans le cylindre intérieur adjacent à l'autre extrémité de ce cylindre intérieur, une charge de gaz sous pression (13a) dans le cylindre intérieur du côté du piston flottant éloigné du piston à soupapes, et

des orifices longitudinalement espacés (31,32) traver-

sant la paroi du cylindre intérieur et disposés de telle sorte qu'au moins l'un d'entre eux est obturé par le piston à soupapes au cours du mouvement qui

définit sa course, pour modifier la résistance d'écou-

lement d'un côté de ce piston à soupapes à l'autre,

par la chambre annulaire, au cours du mouvement pré-

cité.

8. - Amortisseur selon la revendication 7, -13-

caractérisé en ce que aucun des orifices longitudinale-

ment espacés (31,32) ne se trouve sur le côté du piston à soupapes (24) opposé à la tige de piston ( 17) lorsque ce piston est proche de sa position de compression totale.

9. - Amortisseur selon l'une des revendica-

tions 7 ou 8, caractérisé en ce que le piston à

soupapes (24) ferme au moins un des orifices longitudi-

nalement espacés (31,32), laissant ouvert un autre orifice proche de la première extrémité précitée de

cylindre, lorsqu'il se déplace de sa position à mi-

course vers sa position de détente totale.

10. - Amortisseur selon l'une des revendica-

tions 1 à 9, caractérisé par le fait que le passage de dérivation comprend une soupape d'amortissement formée de deux sièges de soupape (61, 63) et d'un disque de soupape (62) servant tant à la compression qu'à la détente.