EP2655824B1 - Systeme de motorisation et actionneur electromagnetique a refroidissement ameliore - Google Patents

Systeme de motorisation et actionneur electromagnetique a refroidissement ameliore Download PDF

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EP2655824B1
EP2655824B1 EP11801778.9A EP11801778A EP2655824B1 EP 2655824 B1 EP2655824 B1 EP 2655824B1 EP 11801778 A EP11801778 A EP 11801778A EP 2655824 B1 EP2655824 B1 EP 2655824B1
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EP
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engine
actuator
electronic circuit
drive system
housing
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EP11801778.9A
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English (en)
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EP2655824A1 (fr
Inventor
François Machet
Dominique Dupuis
Emmanuel Talon
Danilo Falchi
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Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/12—Arrangements for cooling other engine or machine parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2050/00—Applications
    • F01P2050/30—Circuit boards

Definitions

  • the invention relates to a motorization system used for example for a motor vehicle.
  • the invention also relates to an electromagnetic valve actuator.
  • the most common motorization systems generally comprise an internal combustion engine comprising an engine block delimiting combustion chambers having one end closed by a cylinder head and an opposite end closed by a piston slidably received in the engine block.
  • the pistons are connected by a connecting rod to a crankshaft arranged to convert the reciprocating sliding movement of the pistons into a continuous rotational movement communicated to the driving wheels of the vehicle via the clutch and the gearbox.
  • the cylinder head includes connecting pipes of the combustion chambers to an air supply circuit and a exhaust gas exhaust system.
  • these connecting means comprise valves movable between a closed position of the ducts and an open position of the ducts.
  • radiators or fans active or passive dissipators
  • the radiators are bulky and heavy. Fans, even small ones, also increase the area and volume occupied by the electronic circuit.
  • the invention proposes to remedy at least in part these disadvantages.
  • the invention relates to a motorization system comprising an internal combustion engine associated with at least one electromagnetic actuator controlled by an electronic circuit, the system comprising a thermal connection means connecting the electronic circuit to the motor in such a way that the motor constitutes a radiator. cooling circuit.
  • the calories generated by the electronic circuit are evacuated to the engine which thus acts as a radiator.
  • the applicant has found that, contrary to what one might think, it turns out that the engine is hotter than the electronic circuit in operation.
  • the motor given its mass, its external surface and cooling means which are usually attached thereto will therefore be an effective means of dissipating the calories produced during operation of the electronic circuit.
  • the drive system comprises an actuator cooling circuit connected to a cooling circuit of the engine.
  • the electronic circuit of the actuators is connected thermally to the engine by a cooling circuit. This makes it possible to use the motor as a radiator for the electronic components, the cooling circuit making it possible to transfer the calories produced to the motor in a particularly efficient manner.
  • the cooling circuit of the actuators is connected to the engine cooling circuit to benefit from the efficiency of the latter.
  • the invention also relates to an electromagnetic valve actuator, comprising a casing having at least one baseplate on a motor on which the actuator is intended to be fixed.
  • the actuator comprises at least one face on which is fixed an electronic circuit and thermal conduction means between said face and the sole.
  • the figure 1 illustrates a motorization system comprising a four-stroke internal combustion thermal engine 1.
  • the engine 1 is formed of an engine block (not shown) and a cylinder head 2 mounted on the engine block and covered with a cylinder head cover 5 defining with the cylinder head 4 a housing for a group of valve actuators 3 .
  • the actuators 3 are fixed to the yoke 4 and rest on it each by a sole 4.
  • the cylinder head cover 5 is here shown transparent to give a glimpse of the actuators 3.
  • the general structure and operation of such a heat engine are known in themselves and will not be more detailed here.
  • Valve actuators 3 allow the actuation of the intake and exhaust valves to replace a camshaft. It is thus possible to control each valve individually and to achieve complex and optimized combustion cycles.
  • the actuators are made as autonomous units. They comprise in addition to the valve displacement members, an integrated electronic circuit controlling and powering the valve displacement members.
  • the figure 2 illustrates more particularly one of the actuators seen on the figure 1 .
  • the actuator comprises a housing 9, metal, enclosing the displacement members of the valves. Further, on a lower face 10 of the casing there is a valve 11 which protrudes from the casing 9 and which is intended to be inserted into the cylinder head 2.
  • the actuator 3 also comprises a connection socket 8 arranged on the front panel and which allows to connect the actuator 3 to a power source and an engine management unit or ECU (Engine Control Unit).
  • an electronic circuit 14 comprising a support 15, split into a first support portion 17 and a second support portion 18, and electronic components distributed on each support portion.
  • the support portions are each fixed on one face of the casing 9, here the front faces 20 and upper 21.
  • the electronic circuit 14 thus comprises two parts which are electrically connected to each other by metal connectors.
  • Each part of the electronic circuit 14 is fixed on the casing 9 and each part is thermally connected to the casing 9 so that the calories produced by the electronic components are transmitted to the casing 9.
  • the first support portion 17 is disposed on the upper face 21 of the housing and comprises a metal tab 22 thermally connecting the components fixed on the first support portion 17 to the housing 9.
  • the support can thus be made of a non-thermally conductive material.
  • the second support portion 18 is disposed on the front face 20 of the housing 9, in direct contact with the housing. It is made of metal so that the calories produced by the electronic components fixed on this second support portion 18 are diffused to the support portion and then to the housing.
  • the lower face 10 of the actuator housing forms a sole and is fixed directly on the cylinder head 2.
  • the contact between the metal case 9 and the cylinder head 2 allows the heat generated by the electronic circuit 14 to be transferred to the cylinder head 2 through the metal housing 9.
  • the casing 9 is preferably made of a good thermal conductor metal material such as steel or aluminum so that thermal conduction is provided between the faces 19 and 20 on the one hand and the lower face 10 on the other hand .
  • thermal connection between the electronic circuit 14 and the motor 1 can be achieved by other means.
  • the means may comprise a thermal conductor, preferably metal, which extends between the electronic circuit and the motor.
  • This conductor may take the form of a copper tab fixed at one end to the electronic circuit 14 and at another second end to the motor 1.
  • the thermal connection between the electronic circuit 14 and the motor 1 can be provided by a support portion.
  • the support portion is then arranged to be fixed on the one hand on the casing 9 of the actuator 3 and on the other hand on the engine 1. More simply, the portion support is a connecting piece between the housing 9 and the motor 1, said part being made of a thermally conductive material. The calories produced by the electronic components of the circuit 14 are then transmitted to the support portion and then directly to the engine 1.
  • This arrangement of the electronic circuit is particularly advantageous because it does not require any additional thermal bonding part and allows the use of a housing made of a non-metallic material, for example plastic.
  • the thermal connection between the electronic circuit and the motor can also be performed by a cooling circuit.
  • the engine 1, and in particular the engine block, comprises a cooling circuit in which circulates a coolant.
  • This cooling circuit makes it possible to evacuate the calories produced by the engine 1 towards a radiator of the engine system disposed for example behind the radiator grille of the vehicle equipped with the engine system.
  • the engine cooling circuit comprises an actuator cooling circuit arranged so that the calories produced by the electronic circuits of the actuators are transmitted to the engine.
  • the cooling circuit of the actuators is disposed in the cylinder head cover 5 and is connected to the engine cooling circuit.
  • the cylinder head cover 5 further comprises means for thermal connection of the electronic circuits 14 of the actuators 3 with the cooling circuit of the actuators.
  • These thermal connection means may comprise metal tongues, heat pipes or an arrangement of the supports of the electronic circuits so that the electronic circuits are in direct contact with the cooling circuit. actuators or with the cylinder head cover 2.
  • the electronic circuit 14 it is also possible to fix the electronic circuit directly on the motor 1 provided that the support of the electronic circuit 14 ensures thermal conduction of the circuit to the motor 1, or directly on the cylinder head or the motor. breech cover.
  • the electromagnetic actuator 3 of the present example is an actuator directly controlling the movement of the valve
  • the invention also applies to an electromagnetic actuator cylinder deactivation adapted to temporarily cut the link between the cam and the valve.

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Description

  • L'invention concerne un système de motorisation utilisable par exemple pour un véhicule automobile. L'invention a également pour objet un actionneur électromagnétique de soupape.
    • ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
  • Les systèmes de motorisation les plus répandus comprennent généralement un moteur thermique à combustion interne comportant un bloc moteur délimitant des chambres de combustion ayant une extrémité fermée par une culasse et une extrémité opposée fermée par un piston reçu à coulissement dans le bloc moteur. Les pistons sont reliés par une bielle à un vilebrequin agencé pour transformer le mouvement de coulissement alternatif des pistons en un mouvement de rotation continu communiqué aux roues motrices du véhicule via l'embrayage et la boite de vitesses. La culasse comprend des conduits de raccordement des chambres de combustion à un circuit d'alimentation en air et à un circuit d'échappement des gaz brûlés. Dans les moteurs thermiques à quatre temps, ces moyens de raccordement comprennent des soupapes mobiles entre une position d'obturation des conduits et une position d'ouverture des conduits.
  • Dans le domaine automobile, les moteurs intègrent de nombreux composants électroniques. En effet, afin d'optimiser le rendement du moteur, les organes mécaniques d'actionement des soupapes sont fréquemment associés ou même remplacés par des actionneurs électromagnétiques contrôlés par un circuit électronique. Ces circuits électroniques sont implantés au plus près des actionneurs. Or l'environnement proche du moteur constitue un milieu agressif pour les composants électroniques, accentué par la température élevée et la présence d'un brouillard d'huile. Il est donc nécessaire de protéger et de refroidir les circuits électroniques.
  • Ainsi, il est connu d'ajouter au circuit électronique des dissipateurs actifs ou passifs comme des radiateurs ou des ventilateurs. Toutefois, les radiateurs sont encombrants et lourds. Les ventilateurs, même de petite taille, augmentent également la surface et le volume occupés par le circuit électronique.
  • Toutes ces solutions impliquent une augmentation du volume occupé par le circuit électronique ainsi que des coûts et une complexité de mise en oeuvre élevés.
  • L'invention propose de remédier au moins en partie à ces inconvénients.
    • BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
  • L'invention concerne un système de motorisation comportant un moteur à combustion interne associé à au moins un actionneur électromagnétique commandé par un circuit électronique, le système comprenant un moyen de liaison thermique reliant le circuit électronique au moteur de telle manière que le moteur constitue un radiateur de refroidissement du circuit.
  • Ainsi, les calories dégagées par le circuit électronique sont évacuées vers le moteur qui joue ainsi le rôle de radiateur. En effet, le demandeur s'est aperçu que, contrairement à ce qu'on pourrait penser, il s'avère que le moteur est moins chaud que le circuit électronique en fonctionnement. Le moteur, compte tenu de sa masse, de sa surface externe et des moyens de refroidissement qui lui sont d'ordinaire attachés va dès lors constituer un moyen efficace de dissipation des calories produites lors du fonctionnement du circuit électronique.
  • Avantageusement, le système de motorisation comporte un circuit de refroidissement des actionneurs relié à un circuit de refroidissement du moteur.
  • Le circuit électronique des actionneurs est relié thermiquement au moteur par un circuit de refroidissement. Cela permet d'utiliser le moteur comme radiateur pour les composants électroniques, le circuit de refroidissement permettant de transférer de manière particulièrement efficace les calories produites vers le moteur. De plus, le circuit de refroidissement des actionneurs est relié au circuit de refroidissement du moteur afin de bénéficier de l'efficacité de ce dernier.
  • L'invention a également pour objet un actionneur électromagnétique de soupape, comportant un carter ayant au moins une semelle d'appui sur un moteur sur lequel l'actionneur est destiné à être fixé. L'actionneur comporte au moins une face sur laquelle est fixé un circuit électronique et des moyens de conduction thermique entre ladite face et la semelle.
    • BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
    • la figure 1 est une vue d'un système de motorisation selon l'invention,
    • la figure 2 est une vue d'un actionneur, représenté en figure 1 sans son capotage selon l'invention
    DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
  • La figure 1 illustre un système de motorisation comprenant un moteur 1 thermique à combustion interne à quatre temps. Le moteur 1 est formé d'un bloc moteur (non représenté) et d'une culasse 2 montée sur le bloc moteur et recouverte d'un capot de culasse 5 délimitant avec la culasse 4 un logement pour un groupe d'actionneurs 3 de soupapes. Les actionneurs 3 sont fixés à la culasse 4 et reposent sur celle-ci chacun par une semelle 4. Le capot de culasse 5 est ici représenté transparent pour laisser entrevoir les actionneurs 3. La structure générale et le fonctionnement d'un tel moteur thermique sont connus en eux-mêmes et ne seront pas plus détaillés ici.
  • Les actionneurs 3 de soupapes permettent l'actionnement des soupapes d'admission et d'échappement en remplacement d'un arbre à cames. Il est ainsi possible de commander chaque soupape individuellement et de réaliser des cycles de combustion complexes et optimisés. Les actionneurs sont réalisés comme des organes autonomes. Ils comportent outre les organes de déplacement des soupapes, un circuit électronique intégré commandant et alimentant en puissance les organes de déplacement des soupapes.
  • La figure 2 illustre plus particulièrement un des actionneurs vus sur la figure 1.
  • Dans cet exemple de réalisation, l'actionneur comporte un carter 9, métallique, renfermant les organes de déplacement des soupapes. On distingue en outre sur une face inférieure 10 du carter une soupape 11 qui dépasse du carter 9 et qui est destinée à être insérée dans la culasse 2. L'actionneur 3 comporte également une prise 8 de connexion disposé sur la face avant et qui permet de relier l'actionneur 3 à une source de puissance et à une unité de gestion du moteur ou ECU (de l'anglais « Engine Control Unit »).
  • Sur ce carter 9 est fixé un circuit électronique 14 comprenant un support 15, scindé en une première portion de support 17 et une seconde portion de support 18, et des composants électroniques répartis sur chaque portion de support. Les portions de support sont chacune fixées sur une face du carter 9, ici les faces avant 20 et supérieure 21. Le circuit électronique 14 comprend ainsi deux parties qui sont reliées électriquement entre elles par des connecteurs métalliques.
  • Chaque partie du circuit électronique 14 est fixée sur le carter 9 et chaque partie est reliée thermiquement au carter 9 de sorte que les calories produites par les composants électroniques sont transmises au carter 9.
  • Ainsi, la première portion de support 17 est disposée sur la face supérieure 21 du carter et comporte une patte métallique 22 reliant thermiquement les composants fixés sur cette première portion 17 de support au carter 9. Le support peut ainsi être réalisé dans un matériau non conducteur thermiquement.
  • La deuxième portion de support 18 est disposée sur la face avant 20 du carter 9, en contact direct avec le carter. Elle est réalisée en métal de sorte que les calories produites par les composants électroniques fixés sur cette deuxième portion 18 de support sont diffusées à la portion de support puis au carter.
  • En référence maintenant à la figure 1, la face inférieure 10 du carter de l'actionneur forme une semelle et est fixée directement sur la culasse 2. Le contact entre le carter métallique 9 et la culasse 2 permet aux calories dégagées par le circuit électronique 14 d'être transférées à la culasse 2 par l'intermédiaire du carter métallique 9.
  • Le carter 9 est de préférence réalisé dans un matériau métallique bon conducteur thermique comme l'acier ou l'aluminium de sorte qu'une conduction thermique est assurée entre les faces 19 et 20 d'une part et la face inférieure 10 d'autre part.
  • Bien entendu, la liaison thermique entre le circuit électronique 14 et le moteur 1 peut être réalisée par d'autres moyens.
  • En particulier, les moyens peuvent comprendre un conducteur thermique, de préférence métallique, qui s'étend entre le circuit électronique et le moteur. Ce conducteur peut prendre la forme d'une languette de cuivre fixée par une première extrémité au circuit électronique 14 et par une autre deuxième extrémité au moteur 1.
  • La liaison thermique entre le circuit électronique 14 et le moteur 1 peut être assurée par une portion de support. La portion de support est alors agencée pour être fixée d'une part sur le carter 9 de l'actionneur 3 et d'autre part sur le moteur 1. Plus simplement, la portion de support est une pièce de liaison entre le carter 9 et le moteur 1, ladite pièce étant en un matériau thermiquement conducteur. Les calories produites par les composants électroniques du circuit 14 sont alors transmises à la portion de support puis directement au moteur 1.
  • Cette disposition du circuit électronique est particulièrement avantageuse, car elle ne requiert aucune pièce de liaison thermique supplémentaire et permet d'utiliser un carter réalisé dans un matériau non métallique, par exemple en plastique.
  • La liaison thermique entre le circuit électronique et le moteur peut en outre être réalisée par un circuit de refroidissement.
  • Le moteur 1, et en particulier le bloc moteur, comporte un circuit de refroidissement dans lequel circule un fluide caloporteur. Ce circuit de refroidissement permet d'évacuer les calories produites par le moteur 1 vers un radiateur du système de motorisation disposé par exemple derrière la calandre du véhicule qu'équipe le système de motorisation.
  • Selon un aspect de l'invention, le circuit de refroidissement du moteur comporte un circuit de refroidissement des actionneurs agencé pour que les calories produites par les circuits électroniques des actionneurs soient transmises au moteur. Avantageusement, le circuit de refroidissement des actionneurs est disposé dans le capot de culasse 5 et est relié au circuit de refroidissement du moteur. Le capot de culasse 5 comporte en outre des moyens de liaison thermique des circuits électroniques 14 des actionneurs 3 avec le circuit de refroidissement des actionneurs. Ces moyens de liaison thermique peuvent comporter des languettes métalliques, des caloducs ou un agencement des supports des circuits électroniques de sorte que les circuits électroniques soient en contact direct avec le circuit de refroidissement des actionneurs ou avec le capot de culasse 2.
  • Pour simplifier l'implantation du circuit électronique 14, il est également possible de fixer le circuit électronique directement sur le moteur 1 pourvu que le support du circuit électronique 14 assure une conduction thermique du circuit vers le moteur 1, ou directement sur la culasse ou le capot de culasse.
  • Bien que l'actionneur électromagnétique 3 du présent exemple soit un actionneur commandant directement le mouvement de la soupape, l'invention s'applique également à un actionneur électromagnétique de désactivation de cylindre adapté à couper temporairement le lien entre la came et la soupape.

Claims (12)

  1. Système de motorisation comportant un moteur (1) à combustion interne associé à au moins un actionneur (3) électromagnétique commandé par un circuit électronique (14), caractérisé en ce que le système comprend un moyen de liaison thermique (22, 15, 9) reliant le circuit électronique (14) au moteur (1) de telle manière que le moteur (1) constitue un radiateur de refroidissement du circuit (14), le moyen de liaison thermique comportant un carter (9) de l'actionneur (3).
  2. Système de motorisation selon la revendication 1, dans lequel le moteur (1) comporte un bloc moteur auquel le circuit électronique (14) est relié thermiquement.
  3. Système de motorisation selon la revendication 1, dans lequel le moteur comporte une culasse (2) à laquelle le circuit électronique (14) est relié thermiquement.
  4. Système de motorisation selon la revendication 1, comportant un capot de culasse (5) auquel le circuit électronique (14) est relié thermiquement.
  5. Système de motorisation selon l'une des revendications 1 à 4, comportant un circuit de refroidissement des actionneurs relié à un circuit de refroidissement du moteur.
  6. Système de motorisation selon la revendication 5, dans lequel le moteur comprend une culasse recouverte par un capot de culasse définissant avec la culasse un logement pour les actionneurs et le circuit de refroidissement des actionneurs est connecté audit logement.
  7. Système de motorisation selon la revendication 1, dans lequel le circuit électronique (14) est disposé sur l'actionneur (3) qu'il commande, l'actionneur (3) comportant en outre des moyens de conduction thermique du circuit électronique au moteur (22, 15, 9).
  8. Système de motorisation selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'actionneur (3) comporte un boîtier (9) métallique sur lequel est fixé le circuit électronique (14) et qui est agencé pour relier thermiquement le circuit électronique (14) au moteur (1).
  9. Système de motorisation selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'actionneur (3) est un actionneur de soupape.
  10. Actionneur électromagnétique de soupape (3), comportant un carter (9) ayant au moins une semelle d'appui (4) sur un moteur sur lequel l'actionneur (3) est destiné à être fixé, caractérisé en ce que la semelle permet la conduction thermique entre le carter et le moteur et en ce que l'actionneur (3) comporte au moins une face sur laquelle est fixé un circuit électronique (14) et des moyens de conduction thermique entre ladite face et la semelle (4).
  11. Actionneur selon la revendication 10 dans lequel le carter (9) est métallique.
  12. Actionneur selon l'une des revendications 10 ou 11 dans lequel le circuit électronique comporte un support (15) conducteur thermique fixé sur le carter (9).
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