FR3130913A1 - Piston separateur pour amortisseur hydraulique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un piston séparateur (100) pour un amortisseur comportant un tube (10) présentant une surface interne cylindrique. Ce piston séparateur comprend : - un corps (110) de forme générale circulaire d’axe X présentant une partie radialement externe (111) apte à être montée mobile axialement à l’intérieur du tube suivant l’axe du corps et au moins un orifice traversant le corps suivant l’axe X, - une membrane flexible élastomère (120) dont le pourtour (121) est monté de manière étanche sur la partie radialement externe (111), la membrane s’étendant d’un seul côté du corps par rapport à un plan médian du corps perpendiculaire à l’axe X, - un élément de maintien (130) de la membrane solidaire du corps, s’étendant du même côté du corps que la membrane et présentant une extrémité libre (131) en contact avec la membrane située à distance du corps dans la direction de l’axe X. Figure pour l’abrégé : figure 5
Description
L’invention se rapporte au domaine des systèmes d’amortissement, notamment pour véhicule automobile.
En particulier, l’invention concerne un piston séparateur pour un amortisseur hydraulique permettant notamment d’améliorer le confort à haute fréquence.
Les amortisseurs hydrauliques monotubes du type télescopique comprennent essentiellement un cylindre étanche, aussi appelé tube, dans lequel se déplace un piston solidaire d'une tige. Ce cylindre étanche est ainsi divisé en deux compartiments séparés par le piston et remplis d'un fluide possédant une certaine viscosité, typiquement un liquide tel que de l’huile, un ou plusieurs orifices de faible diamètre ménagés dans le piston ainsi que des clapets mettant les deux compartiments en communication et permettant au liquide de circuler d'un compartiment à l'autre. Toutefois, pour que cette circulation puisse se produire effectivement lorsque le piston se déplace dans le tube, il est nécessaire de compenser la partie de la variation de volume dans le compartiment contenant la tige du piston due à la présence de cette tige. Cette compensation est réalisée au moyen d'une chambre étanche disposée dans le fond du compartiment non occupé par la tige et remplie d'un gaz comprimé.
Dans certains amortisseurs bitubes, la chambre remplie de gaz peut être située dans un deuxième cylindre étanche extérieur au premier et communiquant avec lui par le fond du compartiment non occupé par la tige du piston. Ce deuxième cylindre, aussi appelé bonbonne, comprend ainsi un compartiment en communication de fluide avec le premier cylindre et un compartiment de gaz (typiquement de l’air ou de l’azote bien que d’autres gaz soient possibles).
Sur les amortisseurs monotubes, il est nécessaire de prévoir une séparation physique entre les compartiments de gaz et de liquide. Il faut en effet éviter que le gaz ne se mélange au liquide (fonctionnement de l’amortisseur non prévu pour des fluides diphasiques ou émulsions). De même, sur les amortisseurs bitubes reliés à un circuit de pressurisation, il faut faire de même pour éviter des remontées du liquide vers une mise à l’air éventuelle, en particulier vers les organes proches de l’amortisseur qui pourraient être situés sur le circuit de pressurisation (électrovannes, pompes, etc. …).
Une solution représentée schématiquement consiste à utiliser un piston séparateur 1a, aussi appelé piston flottant, comprenant un corps de piston 2a pourvu d’un joint périphérique 3a destiné à séparer l’huile H du gaz G tout au long de la vie de l’amortisseur. Ce joint 3a peut être logé à l’intérieur d’une gorge 4a du corps ou surmoulé sur le corps. Ce piston séparateur 1a est monté mobile axialement à l’intérieur d’un tube 5a d’amortisseur. Cependant, le joint 3a, par son exigence de durabilité, est relativement frottant, de sorte que lorsque la tige de l’amortisseur se déplace, il résiste et crée un frottement même sur de faibles déplacements. La est un graphe représentant les forces de frottement F subies par le piston flottant en fonction du déplacement d de la tige de l’amortisseur et montre que ces forces de frottement sont du même ordre de grandeur quelque soit le déplacement de la tige. Ce frottement a été quantifié sur certains amortisseurs à près de 30N. Un tel frottement n’est pas très gênant sur des déplacements de plusieurs centimètres pour lesquels il est assimilable à un surcroit d’amortissement (courbes C2et C3 ). En revanche, sur des faibles déplacements (de l’ordre de quelques millimètres, typiquement inférieurs à 10mm, courbe C1 ), il est assimilable à un frottement sec, ce qui est préjudiciable lorsque le véhicule roule sur une bonne route où la suspension reste figée, et comme le piston flottant doit se déplacer pour tous les mouvements de suspension, cela provoque une usure prématurée du joint du piston.
Une première contremesure consiste à utiliser un piston séparateur muni d’une membrane travaillant axialement tel que représenté schématiquement . On connait ainsi des pistons flottants 1b comprenant un corps annulaire 2b équipé d’une membrane 6b en forme de disque assurant l’étanchéité au fluide du piston flottant qui peut débattre axialement (traits pointillés sur la ). Ce piston 1b se déplace à l’intérieur d’un tube 5b. Il est également équipé d’un joint d’étanchéité 3b logé dans une gorge 4b. La est un graphe représentant les forces de frottement F subies par le piston flottant en fonction du déplacement d de la tige de l’amortisseur : on observe un déplacement élastique de la membrane sur un faible déplacement de la tige, (courbe C1 ) mais les forces de frottement restent élevées sur de petits cycles de déplacement (Courbe C2 ). Cette solution ne permet pas non plus de réduire les déplacements du piston flottant (Courbes C1, C2, C3, ) et par conséquent son usure, susceptible d’engendrer une fuite d’huile vers le compartiment de gaz.
Le document EP3112720 décrit un piston flottant représenté schématiquement . Ce piston flottant 1c comprenant également un corps en forme d’anneau 2c sur lequel est montée une membrane 6c formée d’un matériau élastomère assurant l’étanchéité au fluide du piston flottant. Ce piston 1c se déplace à l’intérieur d’un tube 5c. Il est également équipé d’un joint d’étanchéité 3c logé dans une gorge 4c. La forme de la membrane 6c est ici plus complexe, permettant un débattement axial (traits pointillés sur la ) plus important qu’une simple membrane en forme de disque. Cette configuration permet d’éviter un déplacement du piston flottant pour des déplacements de l’ordre de 2 à 4 cm, tel qu’on peut le voir sur la (courbe C1), graphe représentant les forces de frottement F subies par le piston flottant en fonction du déplacement d de la tige de l’amortisseur. Pour des déplacements plus grands de la tige (Courbes C2, C3, ), le piston flottant se déplace. Il serait toutefois préférable pour des questions de confort que le piston se déplace pour des déplacements encore plus grands. En outre, la membrane passe de part et d’autre du plan médian du corps lors des déplacements de la tige, ce qui engendre des changements de courbures importants susceptibles de l’user.
Le piston flottant du type de celui décrit dans le document DE102008060515A1 souffre des mêmes inconvénients.
Une autre solution consiste à remplacer le piston séparateur par une membrane fixe, solidaire du tube de l’amortisseur, tel que décrit dans le document US20030178267. La membrane qui y est décrite subit toutefois également des changements de courbure importants en fonctionnement susceptibles de l’user prématurément. En outre, la fixation de la membrane à l’intérieur du tube est relativement complexe et difficile à mettre en œuvre.
On connait enfin des amortisseurs bitubes, du type à deux tubes séparés entièrement distincts, comportant une membrane fixe, positionnée en fond du deuxième cylindre, cette membrane étant déployée lorsque l’amortisseur est débattu vers une de ses fins de courses et repliée sur elle-même lorsque l’amortisseur est vers son autre fin de course. Cette membrane reste ainsi toujours du même côté par rapport à son cercle de jonction avec les éléments qui la fixent au cylindre de l’amortisseur. Un tel agencement est toutefois difficile à mettre en œuvre au fond d’un amortisseur monotube, et requiert, pour un volume de déplacement similaire, une taille de deuxième cylindre supérieure à celle d’un deuxième cylindre recevant un piston flottant.
La présente invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités. La présente invention propose notamment une séparation physique huile/gaz pour amortisseur permettant de minimiser les effets de frottement et par conséquent d’améliorer la durabilité de l’amortisseur.
L’invention a ainsi pour objet un piston séparateur pour un amortisseur, notamment un amortisseur hydraulique, comportant un tube présentant une surface interne cylindrique, caractérisé en ce qu’il comprend :
- un corps de forme générale circulaire d’axe X présentant une partie radialement externe apte à être montée mobile axialement à l’intérieur du tube suivant l’axe du corps et au moins un orifice traversant le corps suivant l’axe du corps,
- une membrane flexible élastomère dont le pourtour est monté de manière étanche sur la partie radialement externe du corps, la membrane s’étendant d’un seul côté du corps par rapport à un plan médian du corps perpendiculaire à l’axe du corps,
- un élément de maintien de la membrane solidaire du corps, s’étendant du même côté du corps que la membrane, et présentant une extrémité libre en contact avec la membrane située à distance du corps dans la direction de l’axe X.
La membrane flexible est typiquement déformable entre deux états extrêmes : un état rétracté (membrane repliée sur elle-même) définissant avec le corps un volume minimal et un état déployé définissant avec le corps un volume maximal. L’élément de maintien permet que la membrane passe d’un état à l’autre sans être chassée de l’autre côté du corps à l’état rétracté, ce qui ferait varier de manière importante le volume de liquide déplacé et provoquerait des changements de courbure susceptibles de l’user prématurément, et sans prendre des formes susceptibles de la faire frotter sur la surface interne cylindrique du tube lorsque le piston séparateur est monté à l’intérieur de ce dernier.
L’élément de maintien de la membrane, plus précisément son extrémité libre, peut notamment être en permanence en contact avec la membrane, limitant ainsi le mouvement de la membrane axialement lorsqu’elle passe de l’état déployé à l’état rétracté et par conséquent les volumes minimal et maximal définis entre la membrane et le corps, mais aussi l’usure de la membrane. Dit autrement, la dimension de l’élément de maintien selon l’axe X du corps, ou la distance séparant l’extrémité libre de l’élément de maintien au corps suivant cet axe X, peut être identique à la dimension maximale de la membrane à l’état déployé dans cette même direction. On pourrait toutefois prévoir que cette dimension de l’élément de maintien soit inférieure à la dimension maximale de la membrane à l’état déployé, mais de préférence pas inférieure à 70%, voire à 80%, de cette dimension maximale afin d’éviter des changements de courbure trop importants de la membrane lors de son passage entre les états déployé et rétracté et/ou d’éviter qu’elle ne prenne des formes susceptibles de la faire frotter sur la surface interne cylindrique du tube. Ainsi, la dimension de l’élément de maintien suivant l’axe X peut être de 70 à 100% ou de 80% à 100% de la dimension maximale de la membrane à l’état déployé.
Typiquement, l’extrémité libre de l’élément de maintien peut être centrée sur l’axe X du corps.
Le corps peut comprendre une partie radialement interne s’étendant à l’intérieur radialement de la partie radialement externe. Le ou les orifices de passage de fluide du corps peuvent alors avantageusement être ménagés au travers de la partie radialement interne.
Avantageusement, le pourtour de la membrane peut être fixé sur le corps à proximité de sa périphérie, afin de positionner la membrane au plus près du tube de l’amortisseur lorsque le piston séparateur est monté dans celui-ci.
Le pourtour de la membrane peut indifféremment être fixé à la partie radialement externe, à la partie radialement interne du corps lorsqu’elle est présente, ou entre les deux.
Avantageusement, le corps peut présenter une gorge périphérique ouverte radialement vers l’extérieur et recevant le pourtour de la membrane, par exemple en pincement ou en emboîtement. Ceci permet de fixer de manière simple et rapide la membrane au corps. Cette gorge peut ainsi être ménagée dans la partie radialement externe, dans la partie radialement interne lorsqu’elle est présente ou entre les deux.
Ainsi, la partie radialement externe et la partie radialement interne peuvent être des pièces distinctes assemblées définissant entre elles une gorge périphérique ouverte radialement vers l’extérieur et recevant le pourtour de la membrane, par exemple en pincement ou en emboîtement.
Avantageusement, la membrane peut être pourvue sur toute sa périphérie d’une lèvre d’étanchéité située à proximité de son pourtour, s’étendant radialement vers l’extérieur du corps, et optionnellement s’étendant radialement au niveau de la gorge périphérique recevant le pourtour de la membrane, par exemple au niveau de l’ouverture de cette gorge. Cette lèvre peut être apte à assurer l’étanchéité du corps avec la surface interne cylindrique du tube, totalement ou en partie seulement. Dans ce dernier cas, le corps, en particulier sa partie radialement externe, peut être pourvue d’un joint périphérique apte à assurer l’étanchéité du corps avec la surface interne cylindrique du tube, par exemple logé à l’intérieur d’une gorge périphérique dédiée ouverte radialement vers l’extérieur du corps.
Les parties radialement interne et externes du corps peuvent être réalisées d’une pièce ou de deux pièces distinctes assemblées entre elles, par exemple par emboîtement ou par tout autre moyen de fixation, de préférence réversible.
Avantageusement, l’élément de maintien peut être solidaire de la partie radialement interne du corps lorsqu’elle est présente.
Avantageusement, l’extrémité libre de l’élément de maintien en contact avec la membrane peut présenter une forme arrondie, ce qui permet de limiter l’usure susceptible d’être provoquée par le frottement de l’élément sur la membrane.
Avantageusement, l’élément de maintien peut présenter une forme d’axe de symétrie l’axe X du corps, par exemple une tige s’étendant suivant l’axe du corps, ou toute autre forme.
Avantageusement, l’élément de maintien peut comprendre au moins trois éléments de structure solidarisés les uns aux autres en au moins un point situé sur l’axe du corps et répartis régulièrement autour de l’axe du corps. Chacun des éléments de structure peut alors présenter une extrémité ou un bord en contact avec la membrane de forme arrondie. Un tel élément de structure peut être une paroi présentant par exemple un bord arrondi, ou une tige en forme d’arc de cercle dont l’extrémité libre opposée au corps est solidarisée aux autres éléments de structure en un point situé sur l’axe X du corps.
Typiquement, le centre de gravité du piston séparateur est ainsi situé sur l’axe du corps, ceci afin de faciliter un déplacement axial du piston à l’intérieur du tube. Les formes du corps et de l’élément de maintien peuvent être choisies à cet effet.
Le piston séparateur selon l’invention peut être monté à l’intérieur d’un amortisseur hydraulique de type monotube ou du deuxième cylindre d’un amortisseur hydraulique bitubes à deux cylindres entièrement distincts (les deux cylindres ne sont pas montés coulissant l’un dans l’autre, mais le deuxième cylindre est entièrement séparé du premier cylindre dans lequel se trouve le piston et sa tige, et les deux cylindres sont en communication de fluide).
Ainsi, l’’invention concerne également un amortisseur, notamment de véhicule automobile, comprenant au moins un tube comportant un compartiment de liquide et un compartiment de gaz, et comprenant un piston séparateur selon l’invention monté à l’intérieur du tube entre les compartiments de liquide et de gaz.
Notamment, les dimensions de la membrane et la longueur de l’élément de maintien peuvent être telles que le volume déplacé lors d’une déformation de la membrane entre ses états déployé et rétracté correspond à au moins un tiers du volume déplacé par un mouvement d’amplitude maximale de la tige de l’amortisseur, par exemple un volume correspondant au tiers jusqu’à la moitié du volume déplacé par un mouvement d’amplitude maximale de la tige de l’amortisseur.
Enfin, l’invention concerne également un véhicule automobile équipé d’au moins un amortisseur selon l’invention.
L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels :
Les , , représentent schématiquement en coupe axiale des tubes d’amortisseur pourvus d’un piston flottant selon l’art antérieur et les , , représentent chacune le graphe de la force de frottement F subie par le piston flottant en fonction du déplacement d de la tige d’amortisseur pour chacun des arts antérieurs des , et respectivement.
Les et représentent schématiquement en coupe axiale un tube d’amortisseur pourvu d’un piston séparateur selon un mode de réalisation de l’invention, la membrane du piston étant respectivement dans un état déployé et rétracté.
La représente schématiquement en coupe axiale un tube d’amortisseur pourvu d’un piston séparateur selon un autre mode de réalisation de l’invention, la membrane du piston étant dans un état déployé.
Les et représentent des vues en perspectives d’éléments de maintien du piston séparateur selon deux modes de réalisation différents de l’invention.
La est un graphe de la force de frottement F subie par un piston séparateur selon l’invention en fonction du déplacement d de la tige d’amortisseur.
Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
La représente un piston séparateur 100 pour amortisseur hydraulique. Ce piston séparateur 100 est situé à l’intérieur d’un tube 10 de l’amortisseur présentant une surface interne cylindrique 11. Ce tube 10 forme ici un tube distinct de celui dans lequel le piston de l’amortisseur est positionné, cet amortisseur étant ainsi du type bitubes. L’invention n’est toutefois pas limitée à un amortisseur de ce type et le séparateur de l’invention peut également être disposé à l’intérieur du tube d’un amortisseur monotube (donc dans le même tube que la tige d’amortisseur et son piston).
De manière classique, le tube 10 est fermé à l’une de ses extrémités par un couvercle 12 pourvu d’une ouverture 13 pouvant être obturée. Le tube 10 comporte à son extrémité opposée une conduite 14 en communication de fluide avec le tube principal de l’amortisseur (non représenté). Le piston séparateur 100 sépare le volume du tube 10 en deux compartiments : un compartiment rempli de liquide 15 communiquant avec le tube principal de l’amortisseur et un compartiment rempli de gaz 16.
Le piston séparateur 100 comprend un corps 110 de forme générale circulaire d’axe X. Ce corps 110 présente une partie radialement externe 111 apte à être montée mobile axialement à l’intérieur du tube 10 suivant l’axe X du corps et une partie radialement interne 112 pourvue d’au moins un orifice 113 traversant le corps suivant l’axe X du corps. Le ou les orifices 113 assurent le passage du gaz ou du liquide de part et d’autre du piston séparateur 100. On pourra prévoir un, deux ou plusieurs orifices à cet effet.
Le piston séparateur 100 comprend également une membrane flexible élastomère 120 dont le pourtour 121 est monté de manière étanche sur la partie radialement externe 111 du corps. La membrane 120 s’étend d’un seul côté du corps par rapport à un plan médian du corps perpendiculaire à l’axe X du corps.
Cette membrane peut par exemple être formée d’un matériau élastique tel que du caoutchouc, généralement imperméable et insensible aux fluides employés. On pourra par exemple utiliser un caoutchouc naturel ou synthétique, tel qu’un copolymère styrène-butadiène, un fluoroélastomère, un caoutchouc nitrile, l'épichlorhydrine ou tout autre matériau élastomère approprié. Le corps du piston séparateur peut être en acier, aluminium ou en matériau polymère, par exemple en nylon.
Enfin, le piston séparateur 100 comprend un élément de maintien 130 de la membrane. Cet élément de maintien 130 est solidaire du corps 110 du piston et s’étend du même côté du corps que la membrane 120. Cet élément de maintien 130 présente en outre une extrémité libre 131 en contact avec la membrane 120 distante du corps 110 suivant l’axe X.
Ainsi, dans l’état déployé du mode de réalisation représenté , la membrane 120 présente une forme concave dont la concavité est dirigée vers le corps 110 du piston séparateur, l’extrémité libre 131 de l’élément de maintien 130 étant en contact avec le fond de la membrane déployée. Dans l’état rétracté représenté , on constate que la membrane épouse cette extrémité libre 131 de l’élément de maintien et se déforme de part et d’autre de ce dernier en se rapprochant de lui. La membrane, repliée sur elle-même, ne présente plus de forme concave mais reste entièrement située d’un même côté du plan médian du corps précédemment défini, et même du plan contenant son pourtour. Ainsi, lorsqu’elle passe de l’état déployé à l’état rétracté, la membrane reste toujours du même côté d’un plan contenant son pourtour et ne subit donc pas des déformations importantes susceptibles de nuire à son intégrité.
Le pourtour 121 de la membrane est de préférence fixé sur la partie radialement externe 111 à proximité de la périphérie de celle-ci, notamment au plus proche de cette périphérie. Ceci permet de réaliser une membrane occupant un volume maximal dans son état déployé.
Bien qu’envisageable, la fixation par surmoulage du pourtour de la membrane sur le corps n’est pas préférée car cela nécessiterait le recours à des tiroirs de moule compliqués à l’intérieur de la membrane, et créerait une surface de membrane avec de mini arêtes irrégulières défavorables à son endurance. On préfèrera ainsi fixer la membrane au corps mécaniquement.
Les figures 4 à 6 représentent quelques exemples de fixation de la membrane 120 au corps 110. Ainsi, , le pourtour 121 de la membrane est emboîté à l’intérieur d’une gorge périphérique 114 formée dans la partie radialement externe 111. Cette gorge périphérique 114 est ouverte radialement vers l’extérieur du corps 110 et s’étend ici uniquement dans la direction radiale. Le pourtour 121 de la membrane peut former un épaississement ou bourrelet pouvant faciliter son maintien à l’intérieur de la gorge. Dans l’exemple de la , la gorge périphérique 114 est ouverte radialement vers l’extérieur du corps mais présente une section transversale sensiblement en forme en L. Dans les exemples des figures 4 et 5, la gorge périphérique 114 est réalisée d’une pièce avec le corps du piston. Dans l’exemple de la , la gorge périphérique 114 est définie par la partie radialement externe 111 et la partie radialement interne 112 dont une portion s’étend le long de la partie radialement externe 111. On pourrait également envisager que la gorge périphérique 114 soit entièrement réalisée dans une partie radialement interne similaire à celle représentée .
Les parties radialement interne et externe du corps peuvent être réalisées de diverses manières pourvu que le corps du piston puisse être déplacé suivant son axe X à l’intérieur du tube de l’amortisseur.
Typiquement, la partie radialement externe 111 présente ainsi une forme générale circulaire complémentaire de la surface interne cylindrique du tube. Dans les exemples représentés, la partie radialement externe 111 présente une forme annulaire. Elle est en outre généralement pourvue d’une gorge périphérique 115 ouverte radialement vers l’extérieur recevant un joint périphérique 116 apte à assurer l’étanchéité du corps avec la surface interne du tube.
Cette fonction d’étanchéité au fluide pourrait toutefois être réalisée uniquement au moyen d’une lèvre 122 de la membrane s’étendant radialement vers l’extérieur, par exemple située radialement au niveau de la gorge périphérique recevant le pourtour de la membrane, cette lèvre 122 étant apte à venir en appui étanche contre la surface interne cylindrique 11 du tube lorsque ce dernier reçoit le piston séparateur (voir ). La partie radialement externe 111 peut alors présenter une forme plus simple, avec uniquement une gorge périphérique 114 recevant le pourtour de la membrane.
On peut néanmoins envisager la présence de cette lèvre 122 en plus de la présence du joint périphérique 116, comme représenté . La lèvre 122 participe alors également à l’étanchéité du piston séparateur et peut aussi participer au maintien du pourtour 122 de la membrane à l’intérieur de la gorge périphérique en venant prendre appui contre la surface interne du tube radialement en regard de la gorge périphérique 114.
La partie radialement interne 112 s’étend radialement à l’intérieur de la partie radialement externe111. Elle peut par exemple se présenter sous la forme d’un disque, percé d’un ou plusieurs orifices 113 pour le passage de liquide.
Quel que soit le mode de réalisation, les parties radialement interne et externe du corps peuvent être réalisées d’une pièce (figures 4 et 5) ou être deux pièces distinctes assemblées entre elles ( ), par exemple par emboîtement ou tout autre système de fixation, de préférence réversible.
Ainsi, dans l’exemple de la , la partie radialement interne 112 présente une forme générale de cuvette dont le fond 112a percé des orifices 113 s’étend radialement à l’intérieur de la partie radialement externe 111 et dont le côté 112b vient épouser en partie la partie radialement externe 111 pour définir avec celle-ci la gorge périphérique 114 recevant le pourtour de la membrane. La partie radialement interne peut être emboitée en force à l’intérieur de la partie radialement externe, ce qui peut permettre de pincer le pourtour 121 de la membrane entre les parties radialement externe et interne, pour un meilleur maintien. Dans l’exemple de la , cet emboîtement peut être réalisé en tirant sur la partie radialement interne 112 dans une direction opposée à l’élément de maintien 130. A cet effet, on peut par exemple introduire un outil dans les orifices 113 ou prévoir des ergots sur la face de la partie radialement interne 112 opposée à l’élément de maintien 130, ces ergots pouvant servir à tenir la partie radialement interne 112.
Dans les exemples représentés, l’élément de maintien 130 est solidaire de la partie radialement interne 112 ce qui permet de simplifier sa fabrication et son montage dans la mesure où il s’étend au moins en partie le long de l’axe X du corps. Selon la forme de l’élément de maintien, on peut toutefois également envisager de le solidariser à la partie radialement externe.
Quel que soit le mode de réalisation, l’élément de maintien 130 peut ainsi être réalisé d’une pièce avec le corps, notamment avec sa partie radialement interne ou sa partie radialement externe, ou être fixé au corps (à l’une de ses parties ou aux deux) de manière réversible ou non, par emboîtement ou autre.
Dans l’exemple représenté figures 4 à 7, l’élément de maintien 130 a une forme d’axe de symétrie confondu avec l’axe X du corps, ici une simple tige, solidaire de la partie radialement interne du corps. Dans cet exemple, l’extrémité libre 131 de la tige arrondie est sphérique, centrée sur l’axe X.
Dans l’exemple représenté , l’élément de maintien 130 comprend trois éléments de structure 132, 133, 134 solidarisés les uns aux autres en au moins un point de l’axe du corps, ici tout le long de l’axe X, et répartis régulièrement autour de l’axe du corps. L’élément de maintien 130 présente ainsi une forme trilobée. Chaque élément de structure 132, 133, 134 est formé d’une paroi présentant un bord 132a, 133a arrondi et dont la base 132b, 133b est solidaire de la partie radialement interne du corps. On pourrait bien entendu prévoir plus d’éléments de structure pourvu qu’ils soient répartis régulièrement autour de l’axe X. On préfèrera toutefois limiter leur nombre afin de ne pas augmenter notablement la masse du piston séparateur et conserver une importante variation de volume entre membrane rétractée et déployée.
En variante, des éléments de structure en forme de d’arc de cercle pourraient être envisagés, ce qui permettrait d’alléger le piston séparateur et permettrait aussi de fixer les éléments de structure à la partie radialement externe du corps. On peut alors s’affranchir d’une partie radialement interne.
Le piston séparateur 100 selon l’invention est ainsi monté mobile à l’intérieur d’un tube d’amortisseur.
Pour chaque amortisseur, le dimensionnement des chambres du tube recevant le piston séparateur selon l’invention et le dimensionnement de la membrane du piston séparateur sont avantageusement choisis de sorte que la membrane compense les volumes d’enfoncement de la tige de l’amortisseur sur une demi-course de cette tige. Le volume déplacé lors d’une déformation de la membrane entre ses états déployé et rétracté peut ainsi correspondre au tiers jusqu’à la moitié du volume déplacé par un mouvement d’amplitude maximale de la tige de l’amortisseur.
Typiquement, pour un amortisseur de véhicule automobile, cette demi-course correspond à une course de roue de 80mm à 100mm environ (pour une course totale de 160mm à 200mm environ). L’homme du métier pourra toutefois adapter ces dimensions à tout autre amortisseur en fonction de la course totale de déplacement de la tige d’amortisseur et des volumes déplacés.
La représente la force de frottement subie par un piston séparateur selon l’invention en fonction du déplacement d de la tige d’amortisseur. On constate que pour un déplacement entre les points A et B, correspondant à une course de roue de 80 à 100mm environ, aucun effort de frottement n’est exercé sur le piston séparateur qui ne se déplace donc pas (course C1 sur la ). Le volume de liquide déplacé sur le reste de la course de la tige est compensé par le déplacement du piston séparateur, et uniquement pour des cycles excédant la première moitié de la course déjà compensée par la membrane (courbe C2, puis courbe C3 en très grand cycles sur la ).
Ainsi, lors du déplacement de la tige de l’amortisseur sur la première moitié de sa course, le piston séparateur ne se déplace pas, la membrane se déforme en créant un écart de pression presque nul entre l’huile et le gaz au-dessus. Ainsi, seul le volume défini par la membrane varie afin de compenser le volume de liquide déplacé par la tige. Puis, lorsque la membrane arrive en position proche de la situation complètement rétractée ou déployée, la tige de l’amortisseur continuant à se déplacer sur la deuxième moitié de sa course, la pression différentielle augmente, la force nécessaire au déplacement du piston est atteinte et le piston se met en mouvement. Le volume déplacé par la tige est alors compensé par le déplacement du piston séparateur. Par ailleurs, Il est préférable que la membrane se déforme jusqu’à la mise en mouvement du piston pour ne pas créer une situation proche de la situation combattue, à savoir une augmentation de pression importante pour de petits mouvement de tige, qui serait perçue comme un frottement sec. Cette déformation pourra être obtenue par un dimensionnement approprié de la membrane et du volume qu’elle peut déplacer.
En général, pour un amortisseur de véhicule automobile, les cycles dépassant la mi-course totale de la tige étant rares en usage de tous les jours, le piston séparateur sera peu déplacé. Il s’en suit que les joints du piston séparateur vont peu s’user, comparativement à une situation de piston séparateur dépourvu de membrane offrant un grand volume de compensation. Par ailleurs, le déplacement du piston séparateur de l’invention n’intervenant que sur des amplitudes élevées, l’effort de déblocage du piston séparateur ne sera pas perceptible parce qu’inclus dans des mouvements pour lesquels l’usager du véhicule est peu sensible à ces petits frottements « secs ». Ces mises en mouvement étant rares, elles sont d’autant moins influentes sur le confort du véhicule.
De préférence, quel que soit le mode de réalisation, la quantité de liquide et la longueur du tube pourront être adaptées de sorte que ni la membrane, ni le piston séparateur n’atteignent les butées internes au tube lors des débattements et conditions thermiques extrêmes. Ceci permet d’augmenter la durée de vie du piston séparateur et de sa membrane.
Contrairement au fonctionnement d’une membrane radiale classique (du type de celle décrite dans le document EP3112720) laquelle ne déplace pas de composant, la membrane du piston séparateur selon l’invention permet, lorsque la tige de l’amortisseur sort à fond, de ramener le piston séparateur vers le bas (si celui-ci avait subit avant un cycle qui l’avait mis en position « haute »). De même, lorsque la tige de l’amortisseur rentre sur des courses importantes, la membrane vient pousser le piston séparateur vers le haut (si l’amortisseur vient d’une position proche de son extension maximale), une fois qu’elle s’est rétractée sur elle-même.
L’invention a été décrite en référence à des exemples dans lesquels la surface externe de la membrane est dans le compartiment de liquide et la surface interne de la membrane (dirigée vers le corps du piston) est dans le compartiment de gaz. L’invention n’est toutefois pas limitée à cette position particulière du piston séparateur et les compartiments pourraient être inversés. Le piston séparateur selon l’invention présente ainsi les avantages suivants :
- un déplacement peu fréquent limitant l’usure du ou des joints de piston,
- pas de frottement ou raideur parasite pour les petites et moyennes amplitudes de déplacement,
- ne nécessite pas l’usage d’une membrane dont les courbures du dessin sont propices à la fatigue du matériau de celle-ci,
- permet une longueur de tube limitée en raison du grand volume possible de la membrane,
- un montage facile.
Claims (10)
- Piston séparateur (100) pour un amortisseur comportant un tube (10) présentant une surface interne cylindrique (11), caractérisé en ce qu’il comprend :
- un corps (110) de forme générale circulaire d’axe X présentant une partie radialement externe (111) apte à être montée mobile axialement à l’intérieur du tube suivant l’axe du corps et au moins un orifice (113) traversant le corps suivant l’axe du corps,
- une membrane flexible élastomère (120) dont le pourtour (121) est monté de manière étanche sur la partie radialement externe du corps, la membrane s’étendant d’un seul côté du corps par rapport à un plan médian du corps perpendiculaire à l’axe du corps,
- un élément de maintien (130) de la membrane solidaire du corps, s’étendant du même côté du corps que la membrane et présentant une extrémité libre (131) en contact avec la membrane située à distance du corps dans la direction de l’axe X. - Piston séparateur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pourtour (121) de la membrane (120) est fixé sur le corps (110) à proximité de sa périphérie.
- Piston séparateur (100) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps (110) présente une gorge périphérique (114) ouverte radialement vers l’extérieur et recevant le pourtour (121) de la membrane.
- Piston séparateur (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la membrane (120) est pourvue sur toute sa périphérie d’une lèvre d’étanchéité (122) située à proximité de son pourtour et s’étendant radialement vers l’extérieur du corps, et optionnellement s’étendant radialement au niveau de la gorge périphérique (114) recevant le pourtour (121) de la membrane.
- Piston séparateur (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps (110) comprend une partie radialement interne (112) s’étendant à l’intérieur radialement de la partie radialement externe (111), et en ce que la partie radialement externe (111) et la partie radialement interne (112) sont des pièces distinctes assemblées définissant entre elles une gorge périphérique (114) ouverte radialement vers l’extérieur et recevant le pourtour (121) de la membrane.
- Piston séparateur (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le corps (110) comprend une partie radialement interne (112) s’étendant à l’intérieur radialement de la partie radialement externe (111) et en ce que l’élément de maintien (130) est solidaire de la partie radialement interne du corps.
- Piston séparateur (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’extrémité libre (131) de l’élément de maintien en contact avec la membrane présente une forme arrondie.
- Piston séparateur (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l’élément de maintien est choisi parmi :
- un élément de maintien (130) présentant une forme d’axe de symétrie l’axe X du corps,
- un élément de maintien (130) comprenant au moins trois éléments de structure (132, 133, 134) solidarisés les uns aux autres en au moins un point situé sur l’axe du corps et répartis régulièrement autour de l’axe du corps. - Amortisseur, notamment de véhicule automobile, comprenant au moins un tube (10) comportant un compartiment de liquide (15) et un compartiment de gaz (16), caractérisé en ce qu’un piston séparateur (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes est monté à l’intérieur du tube entre les compartiments de liquide et de gaz.
- Véhicule automobile équipé d’au moins un amortisseur selon la revendication 9.
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