FR2924747A1

FR2924747A1 - Actionneur electromagnetique de soupape de moteur thermique.

Info

Publication number: FR2924747A1
Application number: FR0708182A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Gelez
Original assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Current assignee: Valeo Electrification SAS
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2009-06-12
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: FR2924747B1

Abstract

L'invention concerne un actionneur électromagnétique de soupape de moteur thermique.L'actionneur électromagnétique (18) comprend des électroaimants (41) pour déplacer cette soupape entre une position d'ouverture et une position de fermeture. L'actionneur (18) comprend des moyens (44, 45) pour ramener la soupape en position fermée lorsque les électroaimants (41) sont inactivés.L'invention s'applique aux moteurs thermiques.

Description

1 L'invention concerne un actionneur électromagnétique de soupape de moteur thermique ainsi qu'un système comprenant un tel actionneur et une soupape.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Une telle soupape et son actionneur électromagnétique sont destinées à être montés sur une culasse de moteur thermique, l'actionneur étant piloté pour déplacer la soupape alternativement entre une position ouverte et une position fermée. En position ouverte, cette soupape met en communication l'intérieur d'un cylindre du moteur avec l'extérieur, par exemple pour admettre dans ce cylindre un mélange de combustion. En position fermée, le cylindre est isolé de l'extérieur, par exemple pour comprimer le mélange qu'il renferme. Un tel ensemble comprenant une soupape et son actionneur est représenté en figure 1 de façon partielle et schématique, en y étant repéré par 1. L'actionneur com- prend un corps fixe non représenté, renfermant un organe mobile 2, apte à déplacer une soupape 3 entre une position fermée et une position ouverte. L'organe mobile 2 comprend essentiellement une palette 4 et une tige 6 rigidement solidaires l'une de l'autre aptes et coulissant dans le corps fixe. Ce corps fixe comprend des électroaimants non représentés pour repousser et attirer la palette afin de déplacer l'organe mobile entre les positions d'ouverture et de fermeture. La soupape 3 comprend une tête de soupape 7 apte à venir en appui sur un siège de soupape 8 lorsqu'elle est fermée, comme dans la figure 1, cette tête étant pro-longée par une queue de soupape 9. La queue de soupape 9 et la tige 6 de l'organe mobile de l'actionneur présentent chacune une extrémité libre, ces deux extrémités libres étant situées en vis-à- 2 vis l'une de l'autre, l'extrémité de la tige 6 pouvant ainsi venir en appui sur l'extrémité de la queue de sou-pape 9 pour la déplacer. En fonctionnement, la soupape est animée d'un mouvement oscillant entre sa position de fermeture correspondant à la figure 1, et sa position d'ouverture dans laquelle la tête 7 est espacée du siège 8. Cet ensemble comprend encore un ressort 11 de rappel de l'organe mobile, et un ressort 12 de rappel de la soupape, hélicoïdaux, et entourant respectivement la tige 6 et la queue de soupape 9. Le ressort 11 est interposé entre une butée d'extrémité 13 de la tige 6 et une partie fixe, pour tendre continûment à ramener l'organe mobile 2 en position de fermeture. Le ressort 12 est quant à lui interposé entre une butée d'extrémité 14 de la queue de soupape 8 et une autre partie fixe pour tendre continûment à ramener la soupape en position fermée. L'ensemble constitue un système mécanique oscil- lant qui est excité par les électroaimants pour être animé d'un mouvement alternatif dont la fréquence correspond au régime courant du moteur. En position fermée de l'ensemble, comme en figure 1, la soupape est en appui sur le siège, mais l'organe mobile est également en appui sur une butée non représentée. Compte tenu de la dilatation différentielle intervenant dans le moteur, on prévoit un jeu fonctionnel 16, appelé jeu de distribution, qui correspond à l'écart entre l'extrémité de la queue de soupape 9 et celle de la tige 6, lorsque l'ensemble est en position fermée. Ce jeu de distribution assure que lorsque l'organe mobile occupe une position fermée, la tête de sou-pape 7 est bien en appui sur le siège 8 pour le fermer 3 correctement, malgré les variations de la température de l'eau de refroidissement du moteur et de la culasse. Mais ce jeu de distribution 16, qui vaut entre 0,2 et 0,4 mm, introduit un choc entre les extrémités de la queue de soupape et de la tige, à l'ouverture de sou-pape, c'est à dire à chaque cycle de fonctionnement du moteur. Pour réduire l'intensité de ces chocs, on inter-pose entre l'extrémité de la tige 6 et l'extrémité de la queue de soupape 9, une pastille 17 portée par l'extrémité de la queue de soupape. Cette pastille 17, encore appelée grain, a une épaisseur ajustée pour ramener le jeu de distribution à une valeur minimale. Mais malgré cet ajustement précis, le bruit généré par l'ensemble reste trop important. Il a donc été envisagé d'interposer une butée hydraulique entre l'organe mobile et la soupape pour ajuster continûment la longueur de l'ensemble formé par l'organe mobile et la soupape par modification du volume va- riable d'une cavité interne d'une telle butée. Cette solution qui est satisfaisante pour le ni-veau de bruit acoustique reste cependant problématique lors du démarrage du moteur. En effet, avant redémarrage, la butée est vide, de sorte que l'ensemble formé par l'organe mobile et la soupape a une longueur minimale. La longueur de la butée doit alors rapidement augmenter pour être compatible avec les conditions de fonctionnement du moteur. Ceci est relativement long lors des démarrages à froid, où l'huile est très visqueuse, de sorte qu'elle ne peut remplir le volume de la chambre in-terne de la butée hydraulique que très lentement. Cette situation complique singulièrement la procédure de démarrage du moteur, et tend, de manière générale à réduire sa durée de vie par le fait qu'elle impose aux soupapes des chocs importants. 4 OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est de proposer un actionneur permettant d'utiliser un organe de rattrapage de jeu du type butée hydraulique sans pénaliser la procédure de démarrage. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un actionneur électromagnétique destiné à déplacer une soupape de moteur thermique entre une position d'ouverture et une position de fermeture, cet actionneur comportant un corps fixe et un organe mobile coulissant dans ce corps fixe entre une positon d'ouverture et une position de fermeture, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour maintenir l'organe mobile en position de fermeture lors- que l'actionneur est inactivé. Avec cette solutions, l'organe mobile est amené à occuper une position d'arrêt connue et systématique per-mettant une initialisation sûre avant l'activation de l'actionneur.

Selon une caractéristique préférée, l'actionneur comporte un ressort de rappel tendant continûment à ramener l'organe mobile en position d'ouverture, les moyens pour maintenir l'organe mobile sont alors adaptés à main-tenir ce dernier en position de fermeture à l'encontre du ressort de rappel de l'organe mobile, lorsque l'actionneur est inactivé. Selon cette caractéristique, une butée hydraulique interposée entre l'organe mobile et la soupape est dans un état relaxé lorsque l'actionneur est inactivé, au lieu d'être comprimée entre les deux ressorts de rappel. Sa longueur s'adapte aux conditions thermiques y compris lorsque le moteur est arrêté, de sorte qu'elle n'a pas à s'ajuster lors du démarrage du moteur.

Selon une autre caractéristique préférée, les moyens pour maintenir l'organe mobile en position de fermeture comportent au moins un aimant permanent. L'invention concerne également un système tel que 5 défini ci-dessus, dans lequel l'aimant permanent est intégré à une armature du corps fixe de l'actionneur. L'invention concerne également un système tel que défini ci-dessus, dans lequel l'aimant permanent est dimensionné pour maintenir l'organe mobile en position de fermeture lorsqu'un contact magnétique entre l'aimant permanent et l'organe mobile est établi par plaquage de l'organe mobile à une face de l'armature. L'invention concerne également un système tel que défini ci-dessus, comprenant un organe de rattrapage de jeu dynamique solidarisé à l'organe mobile. L'invention concerne également un système tel que défini ci-dessus, dans lequel l'organe de rattrapage de jeu dynamique est une butée hydraulique incluant une chemise et un piston coulissant dans cette chemise, le pis- ton ou la chemise étant rigidement solidarisé à l'organe mobile. L'invention concerne également un système tel que défini ci-dessus, dans lequel l'organe mobile comprend un canal d'alimentation de la butée hydraulique.

L'invention concerne également un système tel que défini ci-dessus, ainsi qu'une soupape. L'invention concerne également un système tel que défini ci-dessus, comprenant une butée hydraulique incluant une chemise et un piston coulissant dans cette chemise, et dans lequel le piston et la chemise sont solidarisés respectivement à l'organe mobile et à la sou- pape ou inversement. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES - La figure 1 est une vue représentant de façon schématique et partielle un système connu ; 6 - La figure 2 est une représentation schématique montrant l'accouplement entre la soupape et l'organe mobile du système selon l'invention ; - La figure 3 est une vue en coupe d'une portion de l'actionneur selon l'invention ; - La figure 4 est une vue latérale avec arrache-ment partiel montrant une butée hydraulique. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'idée à la base de l'invention réside dans le constat selon lequel dans les dispositifs connus pourvus d'une butée hydraulique entre la soupape et l'organe mobile, cette butée se vide lorsque l'actionneur est inactivé parce qu'elle est comprimée entre les ressorts de rappel de l'organe mobile et de la soupape, du fait que l'ensemble formé par la soupape et l'organe mobile se place en position médiane lorsque l'actionneur est inactivé. L'actionneur selon l'invention qui est représenté en figure 2 en y étant repéré par 18, comprend un corps fixe 19 dans lequel coulisse un organe mobile 20 formé d'une palette 21 et d'une tige 22. Il est associé à une soupape 23 comprenant une queue de soupape 24 portant une tête de soupape 26 venant en appui sur un siège de sou-pape 27 pour le fermer.

L'ensemble comprend encore un ressort de rappel de la soupape, non représenté, tendant à la ramener en position fermée, ainsi qu'un ressort de rappel de l'organe mobile, non représenté, et tendant à la ramener en position d'ouverture.

Ces ressorts sont par exemple montés comme dans les dispositifs connus, le ressort de l'organe mobile entourant la tige 22 en étant interposé entre une butée terminale de cette tige et une partie fixe, de manière à exercer sur l'organe mobile un effort tendant à le rame- ner en position ouverte. 7 Le ressort de fermeture est monté de manière analogue en entourant la queue de soupape pour exercer sur celle-ci un effort tendant à la ramener en position fermée.

Ces ressorts agissent l'un pour ouvrir le système et l'autre pour le fermer, de sorte qu'au repos, c'est à dire lorsque l'actionneur n'est pas alimenté électrique-ment, ils tendent à ramener l'ensemble dans une position médiane située à mi-distance entre la position d'ouver- ture et la position de fermeture de cet ensemble. La butée hydraulique, repérée par 28, comprend une chemise 29 rigidement solidarisée à l'extrémité libre 30 de la queue de soupape 24, et un piston 31 engagé dans cette chemise et rigidement solidarisé à l'extrémité li- bre 32 de la tige 22. La chemise et le piston, qui sont orientés selon une direction AX correspondant à la direction de coulissement de la soupape et de l'organe mobile, délimitent un espace interne 33, rempli d'huile, et qui a une longueur 34 le long de l'axe AX, qui est supérieure ou égale au jeu de distribution minimal. Dans cette butée 28, la possibilité de fuite et d'entrée d'huile hors et dans l'espace interne 33 est calibrée de façon précise, pour que la longueur de l'ensem- ble formé par l'organe mobile et la soupape s'ajuste en cours de fonctionnement de manière à compenser les effets de dilatation différentielle. Concrètement, lorsque l'ensemble a une longueur trop faible, la soupape subit de la part du siège un ef- fort de réaction important à chaque fermeture, ce qui fait diminuer la pression moyenne interne de la chambre 33. Cette pression interne est alors inférieure à la pression externe, ce qui provoque une entrée d'huile dans cette chambre. La longueur de l'ensemble augmente alors en conséquence. 8 De manière analogue, lorsque la longueur de l'en-semble est trop importante, le ressort de fermeture exerce sur la soupape des efforts importants se traduisant par une augmentation de la pression moyenne interne de la chambre 33, provoquant une fuite d'huile, et donc une diminution de la longueur. L'actionneur 18 comprend une partie supérieure 35, de forme générale parallélépipédique, représentée en coupe dans la figure 3, comprenant une armature 36 formée 10 par une cuvette 37 prolongée dans sa zone centrale par un noyau central 38. L'espace situé entre le noyau central 38 et la cuvette 37 comporte une cavité 39 entourant ce noyau et débouchant sur une face interne de l'armature située en 15 regard de la palette 21, et repérée par 40. Un bobinage électrique 41 est enroulé dans la cavité 39 de manière à entourer le noyau 38, pour former un électroaimant apte à attirer et repousser la palette 21. Le noyau 38 est engagé dans une cavité centrale 20 42 située en fond de cuvette, et il dépasse jusqu'au ni-veau de la face 40 qu'il complète ainsi. Cette cavité a une section transversale en V, et le noyau 38 présente lui-même une extrémité 43 complémentaire en forme de V. Des moyens pour maintenir l'organe mobile sont 25 prévus et comportent, dans le présent exemple, deux aimants permanents 44 et 45, parallélépipédiques, intégrés à l'armature 36. Ils sont engagés dans la cavité 42 en étant interposés entre la cuvette 37 et le noyau 38 en étant orientés comme les deux branches d'un V lorsque vus 30 en coupe comme dans la figure 3. Ces aimants permanents sont dimensionnés pour retenir la plaquette 21 en position lorsqu'elle est plaquée à la face interne 40 de l'armature 36, c'est à dire lors-qu'un contact magnétique est établi entre ces aimants et 35 l'organe mobile, par l'intermédiaire du corps de l'arma- 9 ture 36 interposé entre ces éléments, lorsque le ou les électroaimants de l'actionneur ne sont plus alimentés. Ainsi, lorsque l'organe mobile et la soupape sont placés en position de fermeture et que l'actionneur est inactivé, l'action des ressorts de rappel qui tendent à ramener le tout en position médiane, à mi-distance entre fermeture et ouverture, est contrecarrée par les aimants permanents 44 et 45 qui retiennent au contraire le système en position de fermeture complète, la plaquette 21 plaquée contre la face 40. En maintenant l'ensemble en position fermée, les aimants permanents assurent que la butée hydraulique ne se vide pas lorsque le moteur est arrêté, et qu'au contraire, elle s'ajuste à une longueur optimale vis à vis des conditions thermiques courantes, de façon à être prête pour le prochain démarrage. Ainsi, ces aimants sont dimensionnés pour générer un flux magnétique suffisant pour maintenir l'organe mobile 20 plaqué ou collé contre la face interne 40, à l'encontre du ressort de rappel de l'organe mobile 20. L'ensemble formé par la partie supérieure 35 qui est un empilement de tôles et les aimants permanents 44 et 45 constituant un pôle magnétique. Lors de l'arrêt du moteur thermique, l'actionneur est d'abord piloté pour ramener la soupape en position fermée, en plaçant la palette 21 en appui sur la face in-terne 40, et il est inactivé, les aimants permanents retiennent alors seuls la plaquette 21 plaquée sur la face 40.

En effet, la butée hydraulique 28 qui est représentée plus en détail dans la figure 4 tend, de par son fonctionnement, à se vider dès lors qu'elle est comprimée entre les deux ressorts du système, par exemple si celui-ci occupait la position médiane pendant un temps impor- tant. Mais grâce à l'aimant permanent, la butée est dans 10 un état relaxé lorsque l'actionneur est inactif, de sorte qu'elle ne se vide pas lors de l'arrêt du moteur. Le piston 31 de cette butée 30, est monté de façon étanche en extrémité 32 de la tige 22 grâce à un joint torique 46. Cette tige comporte un canal central 47 d'alimentation hydraulique de la cavité 33, le piston étant lui-même pourvu d'une ouverture centrale 48 de pas-sage d'huile. Le piston porte également un siège 49 dans lequel est monté une bille 51 plaquée contre cette ouverture par un ressort 52 interposé entre la bille et son siège. Un autre ressort 53 est monté dans la chambre 33 en ayant une extrémité en appui sur le fond de la chemise 29 et son autre extrémité en appui sur la tête du piston 31, pour faciliter l'entrée d'huile dans la chambre 33. Une couronne en tôle 54 entoure la chemise et le cylindre pour optimiser encore leur étanchéité. Une telle butée hydraulique 30 adapte continûment sa longueur à la longueur nécessaire, cette longueur va- riant néanmoins très peu durant chaque cycle du fait que le transfert d'huile vers la chambre 33 est calibré pour se faire relativement lentement. On peut encore conserver la pastille dans un tel montage de manière à compenser d'éventuelles dispersions de fabrication.

Cette butée permet de compenser les usures et de supprimer le jeu de distribution en fonctionnement, pour améliorer l'acoustique et la commandabilité du système : à l'ouverture la trajectoire de la palette est très peu perturbée par le choc sur la soupape ; et en fermeture il n'y a pas de discontinuité des efforts exercés par les ressorts sur la palette. La combinaison d'un organe de rattrapage de jeu dynamique, tel que la butée hydraulique, avec un actionneur linaire polarisé en position de fermeture permet un fonctionnement optimal en assurant que cet organe de rat- 11 trapage de jeu est dans un état relaxé à l'arrêt du mo- teur. Lorsque le moteur est arrêté, l'organe mobile et la soupape sont en appui sur leurs butées hautes respec- tives pour déstresser l'organe de rattrapage de jeu. Ceci facilite significativement un redémarrage ultérieur du moteur puisque l'ensemble formé par la sou-pape et l'organe mobile a alors la longueur optimale avant même ce redémarrage.

A contrario, si l'ensemble se plaçait en position médiane lors de l'arrêt du moteur, l'organe de rattrapage de jeu serait comprimé entre les ressorts, et prendrait alors une longueur minimale complètement inadaptée à un redémarrage ultérieur du moteur.15

Claims

REVENDICATIONS

1. Actionneur électromagnétique (18) destiné à déplacer une soupape (23) de moteur thermique entre une position d'ouverture et une position de fermeture, cet actionneur comportant un corps fixe (19) et un organe mobile (20) coulissant dans ce corps fixe (19) entre une positon d'ouverture et une position de fermeture, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (44, 45) pour maintenir l'organe mobile (20) en position de fermeture lorsque l'actionneur (18) est inactivé.

2. Actionneur selon la revendication 1, dans le-quel lesdits moyens pour maintenir l'organe mobile (20) en position de fermeture comportent au moins un aimant permanent (44, 45).

3. Actionneur selon la revendication 2, dans le-quel l'aimant permanent (44, 45) est intégré à une armature (36) du corps fixe (19) de l'actionneur (18).

4. Actionneur selon la revendication 3, dans le-quel l'aimant permanent (44, 45) est dimensionné pour maintenir l'organe mobile (20) en position de fermeture lorsqu'un contact magnétique entre l'aimant permanent (44, 45) et l'organe mobile (20) est établi par plaquage de l'organe mobile à une face (40) de l'armature (36).

5. Actionneur selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant un organe de rattrapage de jeu dynamique (28) solidarisé à l'organe mobile (20).

6. Actionneur selon la revendication 5, dans le-quel l'organe de rattrapage de jeu dynamique (28) est une butée hydraulique incluant une chemise (29) et un piston (31) coulissant dans cette chemise (29), le piston (31) ou la chemise (21) étant rigidement solidarisé à l'organe mobile (20).

7. Actionneur selon la revendication 6, dans le-quel l'organe mobile (20) comprend un canal (47) d'ali- mentation de la butée hydraulique (28). 13

8. Système comprenant un actionneur selon l'une des revendications 1 à 6, ainsi qu'une soupape (23).

9. Système selon la revendication 8, comprenant une butée hydraulique (28) incluant une chemise (29) et un piston (31) coulissant dans cette chemise (29), et dans lequel le piston (31) et la chemise (29) sont solidarisés respectivement à l'organe mobile (20) et à la soupape (23) ou inversement.