Brevet FR2599805A1 — publié le 19871211

25198C5 Dispositif de réglage de clapet d'étranglement L'invention concerne un dispositif de réglage de clapet d'étranglement, en particulier pour un clapet d'étranglement qui limite le débit d'air apporté à un moteur à combustion interne, avec un clapet d'étrangle5 ment tournant autour d'un axe situé à l'intérieur d'une tubulure de clapet d'étranglement. De tels dispositifs de réglage trouvent le plus souvent application dans les moteurs à combustion interne et sont déjà connus dans des réalisations diverses: le document DE-OS 29 42 433 décrit par exemple un dispositif de réglage pour la marche à vide,.dans lequel le réglage de marche à vide du clapet d'étranglement est déterminé au moyen d'un servo-moteur disposé à l'extérieur du tuyau d'aspiration. Le document DE-OS 29 40 545 montre égale15 ment une disposition semblable. Le point commun aux constructions connues est que l'organe déterminant le réglage de marche à vide du clapet -d'étrangIement est lié à une butée sur laquelle vient toujours s'appuyer le clapet d'étranglement, lorsque la pédale de l'accé20 lérateur du moteur à combustion interne n'est pas actionnée. Dans leur principe même, les dispositifs de réglage de marche à vide présentent l'inconvénient de ne pouvoir influencer le réglage de clapet d'étranglement 25 que dans leur position de marche à vide, alors qu'une influence sur le réglage de clapet d'étranglement est devenue impossible, si le clapet est ouvert partiellement ou bien complètement. On trouve surtout pour organe de réglage dans les précédents systèmes des servomoteurs tels que des électrovannes, lesquelles toutefois grossissent le volume de construction d'un dispositif de réglage de marche à vide, de par leur forme de construction importante et relativement lourde. En dehors de cela, ces systèmes présentent un temps de réponse relativement 10 long aux signaux électriques. On connaît selon EP 01 04 036, un dispositif de réglage pour un clapet d'étranglement dont l'angle de rotation est réglé de manière unique par un rotor fixé rigidement sur l'arbre du clapet. Ce mode d'action sur le clapet peut se résumer 15 sous le terme d'"accélérateur électronique", il n'y a à cette occasion aucune sorte de transmission mécanique entre la pédale d'accélérateur actionnée par le conducteur et le clapet d'étranglement. L'inconvénient de ce dispositif réside dans le fait qu'en cas de défaut de 20 l'appareil électronique, le clapet d'étranglement, soumis à une force correspondante provenant d'un ressort, prend sa position de fermeture - le fonctionnement de secours d'un véhicule ainsi équipé n'est, de ce fait, plus possible. L'installation décrit selon le document EP 01 54 036 vient ainsi en contradiction avec la tendance à déterminer des systèmes à commande électronique de telle sorte qu'en cas de défaillance de fonctionnement, on obtienne automatiquement un réglage permettant 30 d'assurer un fonctionnement de secours. Le dispositif de réglage pour clapet d'étranglement selon l'invention est caractérisé en ce qu'un induit est fixé rigidement avec le clapet d'étranglement, à l'intérieur d'un stator, guidé en rotation selon le 35 même axe que le clapet d'étranglement, et relié à une pédale d'accélérateur, cet induit peut tourner sous l'action d'une force électromagnétique induite dans le stator, relativement au stator et contre l'action d'un ressort et présente, d'autre part, du fait de sa cons5 truction petite et plate, l'avantage de permettre un volume de construction limité et bien adapté à la forme de la tubulure du clapet de laminage. La forme de réalisation proposée, pour laquelle un dispositif de réglage rotatif commandé par une unité électronique de commande produit sur le clapet d'étranglement le couple de réglage de manière semblable à celle d'un instrument à bobine de rotation, se distingue en plus par une réponse rapide aux signaux électriques. Ceci permet une adaptation précise et rapide du comportement en marche à vide en 15 utilisant le dispositif de réglage dans un moteur à combustion interne; la vitesse de rotation à vide du moteur à combustion interne peut être notablement réduite, la consommation de carburant étant de ce fait maintenue peu élevée. Par rapport aux systèmes précédents, le dispositif de réglage selon l'invention présente, en outre, l'avantage de pouvoir réaliser un mouvement d'oscillation du clapet d'étranglement au voisinage du réglage de marche à vide. De ce fait, est offerte, par exemple, la 25 possibilité d'actionner mécaniquement le clapet d'étranglement par la tige d'accélérateur pour ne produire qu'un angle d'ouverture partielle par rapport au réglage à 90 de la pleine charge, de réaliser toutefois l'angle restant par oscillation sur le dispositif de réglage. Du fait 30 qu'il est difficile à linéariser la cinématique d'un mouvement d'oscillation à 90 du clapet de laminage en utilisant les tiges d'accélérateur connues, une telle diminution de la plage angulaire transmise par la tige de l'accélérateur va très au devant des exigences du 35 technicien. Au contaire du dispositif de réglage pour un clapet d'étranglement qui est présenté dans le document DE 01 54 036, un fonctionnement du moteur à combustion interne est possible même en cas de défaillance de l'unité de commande électronique. D'autres avantages de l'invention sont caractérisés en ce que le stator entoure l'induit sous la forme d'un anneau et qu'une partie du stator forme un noyau de bobine entouré d'un enroulement de bobine, dans 10 lequel la force électromagnétique est induite par passage de courant électrique dans l'enroulement de la bobine; la plage de rotation de l'induit dans le stator est limitée dans les deux sens de rotation par des butées; la position d'au moins une des butées est réglable en fonction de la température de l'air s'écoulant à l'intérieur de la tubulure de clapet de laminage; l'enroulement de bobine est parcouru par un courant électrique, lorsque la pédale d'accélérateur n'est pas actionnée; le courant électrique parcourant la bobine 20 est variable et l'intensité de courant est déterminée par une unité de commande électronique en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne. Le dessin représente de manière simplifiée un 25 mode de réalisation -de l'invention et la description est donnée plus en détail dans ce qui suit. Le dispositif de réglage pour clapet d'étranglement représenté sur le dessin, se situe à l'intérieur d''une tubulure de clapet d'étranglement 1 qui est avantageusement cylindrique. A l'intérieur de la tubulure de clapet d'étranglement 1 se trouve le clapet d'étranglement 2, lequel est avantageusement réalisé sous la forme d'un disque circulaire. L'appui du clapet d'étranglement 2 à l'intérieur de la tubulure du clapet d'étranglement 1 peut être réalisé sur un côté ou bien également sur les deux côtés, cet appui pouvant à cette occasion s'effectuer à l'intérieur du plan diamétral de la tubulure de clapet d'étrangement 1 ou bien extérieurement. Un appui qui est situé à I'intérieur du plan diamétral de la tubulure de clapet d'étranglement 1 présente l'avantage que lors de l'écoulement traversant dans la tubulure de clapet de laminage 1, il ne se produit qu'un couple résultant limité sur le clapet d'étranglement 2. A l'une de ses extrémités, le clapet d'étrangle10 ment 2 tourne dans un arbre creux, lequel, d'une manière qui n'est pas représentée sur le dessin, est disposé à l'intérieur de la tubulure de clapet d'étranglement 1 ou bien sur un support 4 fixé rigidement à la tubulure de clapet de laminage I. Dans la direction opposée au clapet 15 d'étranglement a, l'arbre creux décrit se termine dans un induit 5. L'induit 5 est orienté coaxialement à l'arbre creux décrit et est englobé coaxialement par un stator 7. D'une manière non représentée sur le dessin, le stator 7 est guidé à l'intérieur de l'arbre creux décrit par un 20 arbre ou bien un tourillon, de telle sorte que l'induit et le stator 7 puissent exécuter l'un par rapport à l'autre un mouvement de rotation relatif. La forme de base du stator 7 est celle d'un anneau ayant, par exemple, une section rectangulaire. Le stator 7 possède deux talons conducteurs 9, 10 disposés face à face radialement et vers l'intérieur. Les talons conducteurs s'étendent radialement vers l'intérieur, tant que subsiste un entrefei 11 entre-eux et un rayon extérieur de l'induit 5. Les contours de talon conducteur 9, 10 ainsi que l'induit 5, qui forment l'entrefer 11, sont à cette occasion de telle forme que les surfaces qui se déplacent l'une par rapport à l'autre restent à distance constante, de telle sorte que l'entrefer 11 présente une section constante. Ceci est avantageusement obtenu par le fait 35 que les contours des talons conducteurs 9, 10 et de l'induit 5, qui forment l'entrefer 11, se situent sur des cercles coaxiaux, que l'on peut s'imaginer être situés entre l'arbre creux décrit et l'enveloppe inférieure du stator 7. Il n'est toutefois pas indispensable pour le fonctionnement du dispositif de réglage que l'entrefer 11 présente une section constante. Un entrefer conique est également possible. Les longueurs des contours de talon conducteur 9, 10 et de l'induit 5, qui forment l'entrefer 11, peuvent être dimensionnées de telle sorte que dans une certaine position de l'induit 5 à l'intérieur 'du stator 7, lesdits contours n'aient pas seulement un écart cons- tant entre deux, mais aussi qu'ils se recouvrent entièrement. L'entrefer 11 atteint dans ce cas sa dimen15 sion maximale. Partant de cette position, plus l'induit et le stator 7 se déplacent en tournant l'un par rapport à l'autre, plus court sera l'entrefer 11. La longueur de l'entrefer ll dépend ainsi de la position angulaire entre l'induit 5 et le stator 7. L'induit 5 peut être de forme à peu près rectangulaire, avec une section également rectangulaire, les extrémités extérieures étant à cette occasion découpées de telle sorte que le contour décrit ci-dessus est engendré et que l'on peut se le représenter comme un 25 cercle coaxial. Les talons conducteurs 9, 10 formés sur le stator 7, qui s'étendent radialement vers l'intérieur, présentent dans le mode de réalisation la forme d'un trapèze, dont la base (la plus large) de trapèze se rapport à l'enveloppe intérieure du stator 7 et le côté 30 supérieur (le plus étroit) formé dans le contour de la manière décrite, constitue l'entrefer 11 entre lui-même et le contour extérieur de l'induit 5. La forme des talons conducteurs 9, 10 ne doit pas être obligatoirement trapézoidale, d'autres configurations sont ici possibles. 35 I1 est toutefois obligatoire qu'aussi bien le stator 7 que les talons conducteurs 9, 10 soient réalisés en un matériau magnétique conducteur. Une partie du stator 7 en forme d'anneau forme un noyau de bobine 12, lequel est entouré d'un enroule5 ment de bobine 13. L'enroulement de bobine 13 est relié à une unité de commande électronique 15 au moyen de câbles de raccordement électriques 14. Comme il doit être ici établi une fonction de transmission électrique entre une partie tournante (le stator 7) et une partie fixe 10 (le support 4), le support 4 possède des contacts de frottement 16 qui se déplacent sur des collecteurs 17, qui de leur c8té sont en liaison avec les deux extrémités de l'enroulement de bobine 13 et qui sont fixées rigidement au stator 7. Les contacts de frottement 16 sont de 15 leur c6té en liaison avec l'unité de commande électronique 15. Le stator 7 est déplacé au moyen d'une tige d'accélérateur ou encore d'une tringlerie d'accélérateur 18, probablement par l'action d'une pédale d'accéléra20 teur 19 contre l'action antagoniste d'un ressort de rappel 20. Un potentiomètre de clapet d'étranglement 22 est, en outre, relié au stator 7 ou à la tringlerie d'accélérateur 15, délivrant un signal de commande pour certaines positions du clapet de laminage (par exemple 25 la pleine charge, la marche à vide). Un ressort 24 saisit, d'un c8té, l'induit 5 et, de l'autre c6té, le stator 7, la force du ressort 24 étant appliquée de telle sorte qu'agisse un couple de rotation sur l'induit 5 et ainsi sur le clapet d'étran30 glement 2, lequel couple s'efforce à mettre en position de fermeture, le clapet d'étranglement dans la tubulure de clapet d'étranglement 1. On limite à cette occasion le déplacement de l'induit 5 à l'intérieur du stator 7, du fait de la force exercée par le ressort, à l'aide d'une butée d'ouverture minimale 25. Une butée d'ouver- ture maximale 26 sert à limiter le mouvement en sens inverse de l'induit 5, c'est-à-dire un mouvement par réaction à la force du ressort 24, cette butée étant liée avec le stator 7, comme la butée d'ouverture mini5 male 25. Un mouvement de rotation de l'induit 5 à l'intérieur du stator 7 n'est ainsi possible que dans les limites de l'espace définies par la butée d'ouverture minimale 26. Une deuxième butée maximale réglable 28 peut se trouver sur le stator 7 limitant le mouve10 ment de rotation de l'induit 5, dans le même sens que ne le fait la butée d'ouverture maximale 26. La butée maximale réglable 28 peut être réalisée sous la forme d'un bilame métallique et limiter par exemple en fonction de la température de l'air s'écoulant dans la 15 tubulure de clapet d'étranglement 1 l'angle maximal d'ouverture de l'induit 5 relativement au stator 7. Une came peut se trouver sur le bord extérieur du stator 7 et fermer un contact 30 lorsque le stator 7 se trouve dans une position non chargée, c'est-à-dire si la pédale d'accélérateur n'est pas actionnée. Du fait que l'information concernant le stator 7 est transmise au potentiomètre du clapet d'étranglement 22, il est également possible de monter le contact 30 dans le potentiométre de clapet d'étranglement 22. Dans le cas de cette alternative, la came 29 sur le stator 7 disparaît. I1 ressort de la description précédente que le dispositif de réglage selon l'invention se compose de trois composants: Une pièce liée rigidement avec le moteur à 30 combustion interne, composée de la tubulure de clapet d'étranglement 1 ainsi que du support 4, lequel peut également faire partie de la tubulure du clapet d'étranglement 1. Une première pièce mobile qui peut exécuter 35 un mouvement de rotation par rapport à la tubulure de clapet d'étranglement 1. Cette première pièce mobile est formée du stator 7, des talons conducteurs 9 et 10, de la butée d'ouverture minimale 25, de la butée d'ouverture maximale 26 ainsi que de la butée réglable d'ouver5 ture maximale 28. Une deuxième pièce mobile est mobile relativement à la première pièce mobile et ainsi également mobile relativement à la tubulure de clapet d'étranglement 1 et se compose ainsi du clapet d'étranglement 2 et de 10 l'induit 5. Afin de donner une représentation plus e-xacte du mode de fonctionnement du dispositif de réglage selon l'invention, nous allons dans la suite désigner par a l'angle formé par le stator 7 et la tubulure de clapet 15 d'étranglement 1 et par As l'angle formé par l'induit 5 par rapport au clapet d'étranglement 2 et au stator 7. Pour une meilleure compréhension, les deux angles sont représentés sur le dessin. Dans une allure normale d'un moteur à combus20 tion interne pourvu du'dispositif de réglage selon l'invention, c'est-à-dire sous charge partielle ou bien à pleine charge, l'enroulement de bobine 13 n'est pas soumis a un courant de la part de l'unité de commande électronique, de ce fait, il n'est induit aucun flux magnétique dans le noyau de bobine 12 du stator 7 qui est inclus dans l'enroulement de bobine 13, dans les talons 9, 10, il n'y est exercé aucune force magnétique sur l'induit 5, l'induit 5 s'appuie, sous la seule action du ressort 24, sur la butée d'ouverture minimale 25; 30 l'angle de rotation La entre induit 5 et stator 7 est égal à zéro. L'angle d'incidence du clapet d'étranglement 2 à l'intérieur de la tubulure de clapet d'étranglement 1 est identique à l'angle d'incidence " entre le stator 7 et la tubulure du clapet de laminage 1, l'angle 35 d'incidence du clapet d'étranglement 2 est de ce fait 259980O uniquement dépendant de la position de la pédale d'accélérateur 19 par rapport à la tige 18 d'accélérateur. Ce mode de commande du clapet d'étranglement seulement par l'intermédiaire de la tige d'accélérateur 18 correspond ainsi au mode courant. Par contre, en marche à vide d'un moteur à combustion interne pourvu d'un dispositif de réglage selon l'invention, la pédale d'accélérateur 19 n'est pas actionnée, l'angle a entre stator 7 et tubulure de clapet 10 d'étranglement 1 est de ce fait égal à 0. Dans ce cas, c'est-à-dire dans le réglage de la marche à vide de la pédale d'accélérateur 19, l'enroulement de la bobine 13 est alimenté avec un courant électrique d'une certaine intensité par l'unité de commande électronique 15. Un 15 flux magnétique est de ce fait induit à l'intérieur du noyau de bobine 12 du stator 7 qui est entouré par l'enroulement de la bobine 13, lequel parcourt les talons conducteurs 9 et 10 ainsi que l'entrefer 11 et l'induit 5. De manière analogue à ce qui se passe dans un instru20 ment à bobine tournante, l'induit 5 est sollicité par l'accroissement du flux magnétique, de telle sorte que la longueur de l'entrefer s'agrandisse également; il régne toujours un équilibre de force entre l'action exercée par le ressort 24 et la force du flux magnétique 25 s'exerçant sur l'induit 5. Sous l'action du flux magnétique, l'induit 5 quitte la butée d'ouverture et tourne pour prendre une position à l'intérieur du stator 7, telle qu'elle corresponde à l'intensité du courant dans l'enroulement de bobine 13. L'intensité du signal 30 électrique délivré par l'unité de commande électronique à l'enroulement de bobine 13 détermine ainsi la valeur de l'angle de rotation La compris entre l'induit 5 et le stator 7. Dans le cas le plus souvent observé du réglage de marche à vide de la pédale d'accélérateur 19, le contrôle électrique de la bobine d'enroulement 13 produit ll ainsi une oscillation limitée du clapet d'étranglement 2 à l'intérieur de la tubulure de clapet d'étranglement 1 et ainsi une ouverture de la section de libre passage ouverte par le clapet d'étranglement 2 dans la tubulure de clapet d'étranglement 1. Un ecoulement d'air est ainsi rendu possible à l'intérieur de la tubulure d'étranglement 1, le moteur à combustion interne se trouve alimenté avec un débit d'air, qui suffit à garantir une marche à vide sans problème. Dans le cas de fonctionne10 ment décrit en dernier, l'angle de rotation a = O, l'angle La détermine ainsi l'angle global du clapet d'étranglement 2 à l'intérieur de la tubulure de clapet d'étranglement 1. La puissance électrique délivrée par l'unité 15 de commande électronique 15 sur l'enroulement de bobine 13 peut dépendre de différents facteurs. On peut ainsi assigner à l'unité de commande électronique des données telles que concernant la vitesse de rotation du moteur combustion, interne 32, la température 33 et l'angle 20 d'incidence du clapet d'étranglement 2 (au moyen du potentiomètre du clapet de laminage 22). On trouve dans les différents domaines de la régulation de vitesse en marche à vide, des possibilités d'applications pour le dispositif de réglage décrit. Par 25 exemple, le dispositif de réglage peut servir à créer une compensation par augmentation de l'angle de rotation La lorsqu'il se produit des encrassements de la zone de la tubulure de clapet d'étranglement 1 balayée par le clapet d'étranglement 2 produisant ainsi une diminution 30 de l'interstice de passage d'air (ce qui est détecté par la vitesse de rotation du moteur à combustion interne 32). Il est également possible de compenser en accroissant La les modifications dans la vitesse de rotation en marche à vide, dues à des variations de charge 35 en marche à vide (du fait de servomoteurs, passages de 2599B0O; vitesse dans les automatismes de boîtes de vitesses). Dans le mode de fonctionnement tel que décrit pour le dispositif de réglage, l'enroulement de bobine 13 ne fait l'objet d'une commande et ainsi il n'est pro5 duit un angle de rotation a que si le contact 30 est fermé, c'est-à-dire lorsque la pédale d'accélérateur 19 se trouve dans sa position à vide. Toutefois, il est également possible de déterminer l'unité de commande électronique de telle sorte qu'il se produise une com10 mande de l'angle La dans un cas de réglage de charge partielle ou bien de pleine charge de la pédale d'accélérateur 19. Ceci pourrait, par exemple, se produire afin de ne pas laisser devenir trop important l'angle de rotation a balayé par le stator 7. Du fait de la fonction 15 de commande exercée sur l'enroulement de bobine 13, l'angle de rotation La induit s'ajoute à l'angle de rotation a du stator 7, l'angle de commande du clapet d'étranglement 2 à l'intérieur de la tubulure de clapet d'étranglement 1 s'élève ainsi à a + Ata. le but de la butée d'ouverture maximale 26 est de limiter à une valeur maximale le mouvement d'oscillation de l'induit 5 à l'intérieur du stator 7, en cas d'un contact défectueux à l'intérieur de l'unité de commande électronique 15 et de ce fait d'empêcher un emballement à vide du moteur à combustion interne. Cette valeur maximale de l'angle de rotation La est déterminée par ajustement de la butée d'ouverture maximale 26. Par contre, la position de la butée d'ouverture minimale 25 est fixée de telle sorte qu'en cas de défail30 lance de l'unité de commande 15 ou bien d'un autre composant, la commande électronique de l'induit 5 et ainsi le clapet d'étranglement 2 prennent une position telle que la marche du moteur à combustion interne soit garantie, lorsque la pédale d'accélérateur n'est pas actionnée. 35 R E V E ND I CATI 0 N S 1 ) Dispositif de réglage pour un clapet d'étranglement, en particulier, pour un clapet d'étranglement qui limite le débit d'air apporté à un moteur à 5 combustion interne, avec un clapet d'étranglement tournant autour d'un axe situé à l'intérieur d'une tubulure de clapet d'étranglement, caractérisé en ce qu'un induit (5) est fixé rigidement avec le clapet d'étranglement (2), à l'intérieur d'un stator (7), guidé en rotation 10 selon le même axe que le clapet d'étranglement (2) et relié à une pédale d'accélérateur (19), cet induit peuttourner sous l'action d'une force électromagnétique induite dans le stator (7), relativement au stator (7) et contre l'action d'un ressort (24). 2 ) Dispositif de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (7) entoure l'induit (5) sous la forme d'un anneau et qu'une partie du stator (7) forme un noyau de bobine (12) entouré d'un enroulement de bobine (13), dans lequel la force électro20 magnétique est induite par passage de courant électrique dans l'enroulement de la bobine (13). ) Dispositif de réglage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la plage de rotation de l'induit (5) dans le stator (7) est limitée 25 dans les deux sens de rotation par des butées (25, 26, 28). 4 ) Dispositif de réglage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la position d'au moins une des butées (25, 26, 28) est réglable en fonction de la température de l'air s'écoulant à l'intérieur de la tubu30 lure de clapet de laminage (1). ) Dispositif de réglage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enroulement de bobine (13) est parcouru par un courant électrique, lorsque la pédale d'accélérateur n'est pas actionnée. 6 ) Dispositif de réglage selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que le courant électrique parcourant la bobine (13) est variable et que l'intensité de courant est déterminée par une unité de commande électronique (15) en fonction des paramètres de fonction5 nement du moteur a combustion interne.