Brevet FR2542373A1 — publié le 19840914

L'invention concerne un procédé pour le démarrage de dispositifs de réglage à fonctionnement électromagnéti- que pour machines volumétriques, en particulier pour les soupapes de moteurs à combustion interne réglés par quanti- té, qui peuvent être maintenues dans au moins deux positions extrêmes. Des dispositifs de réglage de ce genre conviennent en particulier à l'actionnement de soupapes et tiroirs pour moteurs à combustion interne et autres machines volu- métriques Ils offrent la possibilité de commander la durée de séjour dans les positions de manoeuvre par une durée quelconque d'excitation des électro-aimants. Dans les machines de ce genre, une difficulté qui se produit est que le processus de démarrage des disposi- tifs de réglage, qui doivent exécuter des courses relative- ment grandes et en même temps à une haute fréquence de manoeuvre, ne peut être réalisé que par des mesures spécia- les. Dans l'objet du DE A 23 35 150, il est question de résoudre ce problème en donnant à deux aimants la constitution d'aimants à noyau plongeur, ce qui donne une construction lourde avec des forces magnétiques effectives relativement faibles par unité de masse des noyaux, de sorte qu'on ne peut atteindre que des fréquences de manoeu- vre relativement basses Une autre possibilité consiste à exécuter le processus de démarrage au moyen de très grandes intensités de courant Toutefois, cela entraîne, pour le processus de démarrage, de très hautes tensions qui sont très supérieures aux tensions normales de service L'appli- cation d'une très haute tension, aussi bien pour le proces- sus de démarrage que pour le fonctionnement, oblige à limi- ter l'intensité de courant en service par une résistance en série Il en résulte de grandes pertes de puissance en service Selon le DE A 30 24 109, on obtient le pro- cessus de démarrage au moyen d'un dispositif de polarisation supplémentaire. L'invention a pour but de permettre le processus de démarrage sans utilisation de mesures supplémentaires du genre décrit et sans limitation de la course de travail ni 2 2542373 des fréquences de manoeuvre qui peuvent être atteintes. Ce problème est résolu, selon l'invention, par le fait que, dans le cas o un dispositif de réglage est conçu sous forme de système ressort-masse pouvant osciller, on applique au système ressort-masse, se trouvant en posi- tion initiale ou en position statique de repos, des forces agissant périodiquement ou des excitations de course dont la caractéristique d'impulsions ou la fréquence sont voisi- nes de la fréquence propre de ce système ou égales à celle- ci, de sorte que le dispositif de réglage est excité en oscillations d'amplitude croissante et par suite, amené à la position o il est prêt à fonctionner Le système ressort- masse est ainsi excité, par une force agissant avec varia- tion périodique, avec une fréquence voisine de la fréquence propre du système ressort-masse, en oscillations d'amplitu- de croissante jusqu'à ce que la déviation hors de la posi- tion statique de repos soit si grande qu'au moins un des électro-aimants soit en mesure de-maintenir le système ressort-masse dans l'une des positions de manoeuvre, de sorte que le dispositif de réglage atteint l'état o il est prêt à fonctionner. Pour terminer avec succès le processus de démarra- ge, on peut envisager, dans le cadre de l'invention, plusieurs possibilités Lorsque l'amplitude maximale, fixée par la course maximale de travail, est atteinte, le noyau cause une variation de l'intensité du courant dans les bobines des électro-aimants Celle-ci convient, comme signal de commande, pour mettre fin à l'excitation pério- dique et pour maintenir le noyau dans l'une des positions de manoeuvre désirées lorsque cette variation de l'intensité de courant se produit pour la première fois ou plus tard. Une autre possibilité avantageuse consiste à effec- tuer un nombre prédéterminé et suffisamment grand d'excita- tions périodiques pour atteindre avec certitude l'amplitude maximale et de maintenir alors le noyau dans une position de manoeuvre désirée. Dans des dispositifs de démarrage de l'espèce prévue selon l'invention, des forces alternant périodiquement sont exercées par l'intermédiaire des électro-aimants dans l'un 3 2542373 des sens de mouvement ou dans les deux sens de mouvement du système ressort-masse, les forces agissant sur le noyau dans la position statique de repos du système ressort-masse de telle sorte que le système peut être excité à la fréquen- ce propre. Si l'on utilise de tels dispositifs de réglage pour commander le changement de gaz dans des machines volumétri- ques, il faut tenir compte du fait que lorsque les pistons de la machine volumétrique se meuvent, contrairement à des pistons fixes, il se produit sur les tiroirs ou les soupa- pes, par suite du mouvement des pistons, des différences de pression qui peuvent gêner le processus de démarrage Pour ce cas, on peut, pour la mise en service des deux soupapes, laisser une soupape dans la position statique de repos de sorte que le volume de gaz peut, dans la position à moitié ouverte, entrer et sortir conformément au mouvement des pistons et qu'il ne se produit pas de différences notables de pression, tandis que la deuxième soupape, de la façon conforme à l'invention, est amenée à l'état o elle est prête à fonctionner, en position ouverte Par suite, l'échange de gaz reste libre de sorte qu'ensuite, la pre- mière soupape peut également être amenée, de la façon conforme à l'invention, à l'état o elle est prête à fonctionner Si une soupape sp trouve déjà dans l'état o elle est prête à fonctionner, il faut qu'elle soit amenée à la position ouverte avant que la deuxième soupape ne puisse être amenée, de la façon conforme à l'invention, à l'état o elle est prête à fonctionner. Les avantages d'un tel dispositif de démarrage rési- dent dans la réduction des moyens de construction du dispo- sitif de réglage sans que la puissance soit restreinte, en ce qui concerne les courses réalisables, la fréquence de manoeuvre et les forces que peuvent atteindre les électro- aimants. A propos des dessins, on décrira des exemples d'exécution de la solution du processus de démarrage selon l'invention: la figure 1 est une vue en coupe partielle d'une culasse de cylindre d'un moteur à combustion interne, avec un schéma 4 2542373 par blocs du système électrique d'actionnement des soupa- pes; la figure 2 montre des graphiques de variation des signaux à l'entrée d'amplificateur du système électrique et de variation du courant dans les bobines des électro-aimants servant à actionner les soupapes; la figure 3 est un graphique représentant la variation d'oscillation des masses en mouvement du système ressort- masse en fonction du temps; la figure 4 est une vue en coupe partielle d'une culasse de cylindre d'un moteur à combustion interne, dans lequel le système ressort-masse de la soupape de fermeture se trouve en position de repos; la figure 5 est une vue en coupe partielle correspondant à la figure 4, la soupape étant fermée, de sorte que l'état de préparation au fonctionnement est atteint. Sur la figure 1, le dispositif de démarrage selon l'invention est représenté schématiquement à propos de l'exemple d'un moteur à combustion interne Un dispositif de commande 1, par exemple un microprocesseur présentant une entrée 2 pour l'ordre de démarrage, commande un généra- teur de fréquence 3 servant à engendrer les fréquences néces- saires. En outre, il commande un commutateur 4, qui trans- met les fréquences du générateur de fréquence 3 à un ampli- ficateur ou applique à celui-ci un signal d'arrêt L'ampli- ficateur 5 alimente, depuis une source d'énergie 6, des électro-aimants 7 et 8 du dispositif de réglage de la soupa- pe Les électro-aimants 7 et 8 agissent sur des noyaux 10 avec une-énergie électrique correspondant aux signaux de commande du commutateur 4 Un capteur 9 transmet au dispo- sitif de commande 1 une information sur la variation du courant dans les bobines des électro-aimants 7 et 8. La figure 2 montre la variation des signaux à l'entrée de l'amplificateur 5 et la variation du courant dans les bobines des deux électro-aimants 7 et 8 La ligne 11 reproduit la variation du signal transmis du commutateur 4 à l'amplificateur 5 pour commander l'électro-aimant 7. Avant le moment t O du démarrage, l'étage amplificateur adjoint aux électro-aimants 7 n'est pas commandé Le pro- cessus de démarrage s'amorce par le fait qu'à partir du moment to du démarrage, l'électro-aimant 7 est excité pen- dant environ un quart de la durée d'oscillation T du systè- me ressort-masse du dispositif de réglage. Ensuite viennent, avec la moitié de la durée d'oscil- lation T, la commande et la non-commande alternatives de l'étage amplificateur adjoint à l'électro-aimant 7, tel qu'il est représenté par la suite de la ligne 11 La ligne 13 indique la variation du courant dans la bobine de l'électro-aimant 7, telle qu'elle résulte de la commande selon la ligne 11 et de l'inductance de l'électro-aimant 7 Un peu avant le moment t 1, la variation du courant dans la bobine de l'électro-aimant 7 se modifie relativement aux cycles précédents sous l'action du noyau 10, qui touche pour la première fois l'électro-aimant, parce que les amplitudes d'oscillation du système ressort-masse arrivent jusque dans la région des positions de manoeuvre. L'intensité du courant diminue pendant peu de temps en vertu de la plus forte teneur en énergie de l'électro- aimant Cette diminution de l'intensité est interprétée par le microprocesseur du dispositif de commande 1 comme une amplitude d'oscillation suffisante Alors, l'excitation périodique des électroaimants 7 et 8 est arrêtée et le noyau 10 est retenu sur l'électro-aimant 7 qui, temporaire- ment, est constamment excité Ainsi, le dispositif de réglage est rendu prêt à fonctionner de sorte que la commande de l'amplificateur 5 peut ensuite être effectuée selon les nécessités du fonctionnement du dispositif de réglage. La description ci-dessus est valable pour l'exécu- tion du processus de démarrage avec utilisation exclusive de l'électroaimant 7 S'il y a lieu de faire aussi appel à l'électro-aimant 8 pour exécuter le processus de démarrage, une allure de signal supplémentaire selon la ligne 14 est transmise à l'amplificateur, qui alimente l'électroaimant 8 en énergie électrique, de sorte qu'il s'établit dans l'électroaimant 8 une variation de courant selon la ligne L'allure de signal servant à commander l'électro-aimant 6 2542373 8 est décalée de la moitié de la durée d'oscillation T rela- tivement à l'allure de signal servant à commander l'électro- aimant 7 A partir du moment t 1, la commande de l'électro- aimant peut s'effectuer selon les nécessités du fonctionne- ment du dispositif de réglage. Les fonctions décrites des électro-aimants 7 et 8 sont interchangeables. La figure 3 montre l'allure de l'oscillation des masses en mouvement du système ressort-masse, par la couche 16, en fonction du temps, en commençant par l'état de non- préparation au fonctionnement avec to et en passant par la phase de démarrage de t à t 1 jusqu'à l'état de préparation au fonctionnement, après tl, en vertu de l'excitation selon la figure 2. Pendant la phase de démarrage, les amplitudes d'oscillation du système ressort-masse, sous l'action de la force des électro-aimants, augmentent sur le temps t jusqu'à ce que l'écart relativement à la position statique de repos, représentée par le pointillé 17, soit si grand que les écarts maximaux possibles, représentés par les pointil- lés 18 et 19, soient atteints dans un sens A partir de ce moment, le système ressort-masse peut être retenu au choix par les électro-aimants 7 ou 8, par l'intermédiaire du noyau 10, par maintien de l'intensité de courant Le nombre d'oscillations avant que l'amplitude maximale ne soit atteinte pour la première fois dépend du dispositif de ré- glage dont il s'agit et il est représenté à titre d'exem- ple, sur les figures 2 et 3, par un nombre d'oscillations supposé arbitrairement. La figure 4 montre le dispositif de réglage à fonctionnement électromagnétique dans la position statique de repos du système ressortmasse Les électro-aimants 7 et 8 sont maintenus dans leur position par le boîtier 20. Les ressorts 21 et 22 agissent sur les masses en mouvement et s'appuient sur le boîtier 20 Le noyau 10 et la soupape 23 se trouvent dans la position statique de repos. La figure 5 montre le dispositif de réglage à fonctionnement électromagnétique dans l'état prêt à' fonctionner, la soupape étant fermée après un processus 7 2542 W 73 de démarrage achevea avec succès. Par la figure 4, on peut voir que lorsque le système ressort-masse est dans la position statique de re- pos, la soupape 20 se trouve en position à demi-fermée et c'est aussi le cas des autres soupapes, par exemple dans un moteur à combustion interne à distribution par soupapes. L'inconvénient en est qu'en cas de longues interruptions de fonctionnement, il peut s'établir des phénomènes de corrosion indésirables C'est pourquoi, selon l'invention, dans le système d'aspiration et/ou d'expulsion se trouve un élément de blocage, qui est, par exemple, commandé par le dispositif de commande 1 de telle sorte qu'il se ferme lors de l'arrêt de la machine et s'ouvre lors de la mise en service. L'invention n'est pas limitée aux exemples d'exécu- tion représentés et décrits Ainsi, elle peut aussi s'appli- quer aux distributions à tiroir ou à d'autres distributions et elle offre des avantages notables non seulement dans le cas de moteurs, mais encore de compresseurs De façon générale, elle convient avantageusement à la mise en service de machines, dans lesquelles au moins un élément fonction- nel peut être déplacé par des forces ou des excitations de course, contre l'action de moyens élastiques, entre au moins deux positions extrêmes, en partant d'une position initiale ou position statique de repos située entre ces positions extrêmes. Au lieu de forces périodiques, on peut aussi exercer sur le système des excitations périodiques de course, qui sont indépendantes des forces de réaction du système oscillant ressort-masse, par exemple par des moyens mécaniques tels que des excentriques ou des cames, qui tournent à une vitesse appropriée, ou par des moyens hydrauliques correspondants. 8 2542373 -R E V E N D I C A T I O N S- 1 Procédé pour le démarrage de dispositifs de ré- glage pour machines volumétriques, en particulier pour les soupapes de moteurs à combustion interne réglés par quantité, qui peuvent être maintenues dans au moins deux positions ex- trêmes, procédé caractérisé en ce que, dans le cas o un dispositif de réglage est conçu sous forme de système ressort-masse pouvant osciller, on applique au sys- tème ressort-masse, se trouvant en position initiale ou en position statique de repos, des forces agissant périodique- ment ou des excitations de course dont la caractéristique d'impulsions ou la fréquence sont voisines de la fréquence propre de ce système ou égales à celle-ci, de sorte que le dispositif de réglage est excité en oscillations d'amplitude croissante et par suite, amené à la position o il est prêt à fonctionner. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la caractéristique d'impulsions ou la fréquence des forces ( 7,8) agissant périodiquement ou des excitations de course sont tout d'abord éloignées de la fréquence propre du système oscillant ( 10,21,22,23) et s'en rapprochant pendant le processus de démarrage. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lors du démarrage de dispositifs de réglage à fonctionnement électromagnétique, qui peuvent être maintenus dans au moins deux positions extrêmes par des élec- tro-aimants ( 7,8), des forces électromagnétiques périodiques ou des excitations de course sont exercées sur le système oscillant ressort-masse ( 10,21,22,23). 4 Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que des forces périodiques sont exercées par l'un des élec- tro-aimants ( 7,8), le ou les autres aimants étant excités ou non. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que des forces périodiques sont exercées par deux ou plu- sieurs des électro-aimants ( 7,8), d'autres électro-aimants éventuellement prévus étant excités ou non. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que des forces périodiques ou excitations de course en nombre, suffisant pour que le dispositif de ré- glage considéré ( 10,21,22,23) atteigne l'amplitude maximale d'oscillation sont appliquées au système oscillant et ensui- te le système est maintenu dans l'une des positions extrêmes. 7 Procédé selon L'une des revendications 3 à 6 caractérisé en ce que l'on suit en la mesurant, la variation du courant de l'excitation électrique de la force exercée périodiquement, en tant que critère de l'état du mouvement du système oscillant ( 10,21,22,23), pour prendx des déci- sions logiques en vue de maintenir le dispositif de réglage dans l'une des positions extrêmes. 8 Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que pour la mise en service de deux ou plusieurs dispositifs de réglage, dans le cas de corps de déplacement ou pistons en mouvement de la machine volumétri- que, on met tout d'abord un dispositif de réglage, par des forces appliquées périodiquement ou des excitations de cour- se, dans la position o il est prêt à fonctionner, tandis que les autres restent dans la position initiale ou position statique de repos et qu'ensuite, on met d'autres ou les au- tres dispositifs de réglage dans la position o ils sont prêts à fonctionner. 9 Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que le ou les dispositifs de réglage, qui se trouvent déjà dans la position o ils sont prêts à fonctionner, sont main- tenus dans la position affectée à la position ouverte du dispositif d'ouverture ou de fermeture de la machine volumé- trique. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que dans une machine volumétrique, les dis- positifs d'ouverture et de fermeture ( 23) se trouvent, à l'é- tat de repos, dans la position statique de repos entre les positions extrêmes, en position à demi-ouverte, et dans cet état, un élément de blocage du système d'aspiration et/ou d'expulsion est commandé de telle sorte qu'il se ferme. 11 Procédé de mise en service de machines, dans les- quelles au moins un élément fonctionnel ( 23) est amené à au moins deux positions extrêmes contre l'action de moyens élas- tiques, ( 21,22)caractérisé en ce que l'élément fonctionnel ( 23) constitue une partie d'un système oscillant ressort-mas- se ( 10,21,22,23), et sur ce système sont exercées, en partant de la position initiale ou de la position statique de repos, des forces ou des excitations de course, dont la caractéris- tique d'impulsions ou la fréquence sont proches de la fréquen- ce propre du système oscillant ou égales à celle-ci. 12 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé se- lon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par une armature reliée à un dispositif d'ouverture ou de fermeture d'une machine volumétrique, par exemple à une sou- pape, à un tiroir, ou analogue, et qui est attirée par des électroaimants ( 7,8) contre l'action de moyens élastiques lorsqu'un ou plusieurs électro-aimants ( 7,8) sont convenable- ment excités, et un ou plusieurs émetteurs d'impulsions ser- vant à alimenter le ou les,électro-aimants ( 7,8) en énergie électrique dans le sens d'une action périodique de force adap- tée à la fréquence propre du système oscillant ( 10,21,22,23).