Brevet FR2757242A1 — publié le 19980619

L'invention concerne un dispositif pour déterminer les instants d'ouverture et de fermeture d'une soupape pouvant être ouverte par la levée d'un obturateur à partir d'un siège de soupape et fermée par l'application de l'obturateur contre ce siège. S'agissant de soupapes ouvertes par la levée d'un obturateur à partir d'un siège et fermées par l'application de l'obturateur contre ce siège, la détermination des instants d'ouverture et de fermeture et par suite des temps de distribution (d'admisssion, d'échappement, d'injection ou analogue) revêt une grande importance dans la plupart des applications de la soupape. Par son contrôle de l'écoulement à travers elle d'un fluide, la soupape participe de façon décisive à la commande de processus de travail, industriels ou autres. Des influences externes, comme par exemple des températures variables de pièces ou aussi la dynamique du système d'actionnement de la soupape, changent les instants de distribution (de changement de position de l'obturateur) et les temps de distribution de la soupape et provoquent une influence - éventuellement nuisible - sur le processus contrôlé par la soupape. Habituellement, le réglage de la soupape est commandé sur la base de valeurs empiriques; des déviations par rapport à la valeur de consigne réglée ou établie, ne peuvent pas être détectées et des influences exercées sur la soupape par suite du fonctionnement, peuvent agir de façon illimitée sur le cycle de mouvements de la soupape, c'est-à-dire aussi sur les instants de distribution. Surtout dans le cas de soupapes pour moteurs à combustion interne, le cycle réel de mouvements de la soupape et les instants de distribution qui en résultent, influencent de nombreux paramètres de fonctionnement du moteur, tels que la puissance délivrée, l'émission de polluants et la consommation de carburant. Une commande de soupape règle la soupape selon des paramètres préalablement connus en chaque point de fonctionnement pendant la marche du moteur. Cette commande de soupape variable, utilisant des temps de distribution pouvant être modifiés, s'effectue sur la base de valeurs empiriques qui sont déterminées avant la mise en service du moteur, par exemple sur un banc d'essai. Les changements des temps et instants de distribution de la soupape, apparaissant de plus en plus à mesure que la durée de service du moteur croit et ayant une influence nuisible sur les paramètres de fonctionnement du moteur, peuvent seulement être compensés difficilement après coup, en respectant en particulier de longs intervalles lors d'une intervention d'entretien, du fait qu'une telle compensation est seulement réalisable, comme la conception exacte du système d'actionnement de la soupape pour l'application considérée, sur la base de valeurs empiriques. L'invention vise par conséquent à créer un dispositif pour déterminer les instants réels d'ouverture et de fermeture d'une soupape, dispositif qui tienne compte de toutes les influences exercées sur les temps de distribution. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par le fait que la soupape forme un interrupteur à contact dans un circuit électrique et au moins une grandeur électrique de ce circuit peut être saisie par une unité d'exploitation. Selon l'invention, la soupape, constituée d'un obturateur et d'un siège de soupape, forme donc un interrupteur à contact dans un circuit électrique, interrupteur qui est fermé à la fermeture de la soupape par l'application de l'obturateur contre le siège. Une unité d'exploitation est capable de saisir au moins une grandeur électrique du circuit et de déterminer, à partir du changement de la grandeur, l'instant d'ouverture et/ou l'instant de fermeture du circuit. A partir de l'allure dans le temps de la grandeur électrique, présentant de brusques changements lors des événements d'ouverture ou de fermeture du circuit électrique, l'unité d'exploitation détermine les instants d'ouverture et de fermeture de la soupape d'après une relation de dépendance directe de ces brusques changements. L'unité d'exploitation est capable de générer, en fonction des grandeurs électriques du circuit, une grandeur réglante qui peut être envoyée, selon un mode de mise en oeuvre avantageux, à une unité de régulateur. Cette dernière peut réguler tous les processus ou dispositifs pour lesquels la connaissance exacte des instants d'ouverture et de fermeture réels d'une soupape est importante. Il est particulièrement avantageux à cet égard que l'unité de régulateur puisse régler la soupape ou, plus exactement, les instants et temps de distribution de la soupape, ce qui permet, dans toutes les conditions de fonctionnement, un réglage optimal et variable de la soupape. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'une soupape d'admission dans la culasse d'un moteur à combustion interne; et - la figure 2 est une coupe axiale d'un injecteur d'un moteur à combustion interne à injection de carburant. La soupape d'admission 1 représentée sur la figure 1 (le terme "soupape" désigne ici l'ensemble constitué d'un obturateur et d'un siège de soupape) contrôle un canal d'admission 19 dans la culasse 14 d'un moteur à combustion interne. Le canal d'admission 19 peut être ouvert par la levée d'un obturateur 3 d'un siege de soupape 4 formé dans la portion terminale de ce canal. Le siège 4 est formé sur le corps de la culasse 14. L'obturateur 3 (normalement désigné à lui seul par "soupape d'admission") possède une tige 11 se terminant par une queue portant un poussoir en godet 6. Par l'actionnement adéquat du poussoir 6, l'obturateur 3 peut être levé du siège 4 en vue de l'ouverture du canal d'admission 19. Dans le but de garantir une application exacte de l'obturateur 3 contre le siège 4 à la fermeture de la soupape 1, la tige 11 est guidée longitudinalement et peut coulisser dans une douille de guidage 8. En vue de la détermination des instants exacts d'ouverture et de fermeture de la soupape 1, l'obturateur 3 et le siège 4 forment un interrupteur dans un circuit électrique. A l'obturateur 3 est appliqué à cet effet un potentiel électrique, tandis que le siège 4 forme, par le corps de la culasse 14, un contact de masse 13 du circuit. La tension électrique est appliquée par un contact 10 à la douille de guidage 8, laquelle est faite d'un matériau conducteur électrique. La douille 8 entoure la tige de l'obturateur par une surface de guidage 21, de sorte que le contact 10 est connecté à l'obturateur 3. La douille de guidage 8 est elle-même reçue dans une douille isolante 9 en matériau non conducteur électrique et est de ce fait montée électriquement isolée dans le corps de la culasse 14. De plus, le poussoir en godet 6, servant à l'actionnement de l'obturateur 3, est également isolé électriquement vis-à-vis du corps 14 puisqu'il est fait d'un matériau non conducteur électrique, de sorte que le contact de l'obturateur 3 avec la masse est seulement possible par son application contre le siège de soupape 4. Le contact 10 et le contact de masse 13 sont raccordés à une source de tension, de sorte qu'une tension électrique, de préférence faible, de quelques volts, est appliquée entre l'obturateur 3 et le siège 4. A la fermeture de la soupape 1 par application de l'obturateur 3 contre le siège, il se produit une brusque chute de tension, alors qu'une brusque montée de tension se produit à l'ouverture de la soupape 1. L'allure dans le temps de la tension électrique du circuit, avec deux niveaux de potentiel différents et de brusques variations de tension aux ouvertures et fermetures de la soupape 1, est directement exploitable numériquement par une unité d'exploitation 5 qui saisit la variation de la tension électrique du circuit. Un flanc descendant dans la courbe de tension désigne une fermeture de la soupape 1, produite par l'application de l'obturateur 3 contre le siège 4, et un flanc montant désigne de façon analogue une montée de la tension produite par l'ouverture de la soupape 1 par la levée de l'obturateur 3. A partir de l'allure dans le temps de la tension du circuit électrique, l'allure dans le temps d'une courbe de montée/descente de l'obturateur 3 peut être déterminée directement et cette courbe permet de déterminer exactement, à chaque instant, si l'on connait la cinématique du système d'actionnement de la soupape, la distance qui sépare l'obturateur 3 du siège 4. L'unité d'exploitation 5 détermine, par exploitation de l'allure de tension mesurée, les instants d'ouverture et de fermeture exacts ainsi que les temps de distribution de la soupape 1, et produit, à partir des résultats d'exploitation, une grandeur réglante 17 corrélative. Une unité de régulateur 15, à laquelle peut être envoyée la grandeur réglante 17, règle le positionnement de la soupape 1 en envoyant à une commande de soupape, en vue de l'actionnement du poussoir en godet 6, des paramètres de soupape 18 qui peuvent être produits de façon optimisée suivant le point de fonctionnement du moteur à combustion interne. L'unité de régulateur compare la grandeur réglante 17, renseignant sur les instants de distribution réels de la soupape 1, avec une grandeur de référence pouvant être préfixée, et génère des paramètres de soupape 18 réglés en conséquence. Le circuit de réglage pour optimiser les instants de distribution de la soupape 1 est ainsi fermé. La régulation par la saisie des instants de distribution réels pendant la marche du moteur tient compte de toutes les influences exercées sur le cycle de mouvements de la soupape, telles que des températures fluctuantes de certaines pièces et l'usure ou la déformation de pièces sous l'effet de forces, et permet ainsi une marche du moteur avec des paramètres de fonctionnement optimaux. La figure 2 représente un injecteur pour un moteur à combustion interne à injection de carburant, dans le corps 14 duquel est formée une chambre de carburant 20. Le corps 14 est traversé d'un obturateur 3 qui coopère avec un siège de soupape 4 formé dans la portion terminale de la chambre 20 sur le corps de l'injecteur, et qui contrôle une buse d'injection 16. A la levée de l'obturateur 3 du siège 4, l'injecteur 2 s'ouvre du fait que la liaison fluidique entre la chambre de carburant 20 et la buse d'injection 16 est établie en vue de l'éjection de carburant. La marche du moteur sous des conditions optimales d'injection, donc de combustion, demande des temps et des instants d'injection exacts. Afin d'exclure l'influence de la déformation de pièces sur les instants de levée et d'application de l'obturateur 3 contre le siège 4 par suite de l'injection de carburant sous haute pression, on a prévu une régulation des temps d'injection. Une unité de régulateur 15 génère des paramètres d'injecteur 18, lesquels sont optimaux pour chaque point de fonctionnement, sur la base d'une grandeur réglante 17 qui renseigne sur les temps de distribution réels de l'injecteur 2. La grandeur réglante 17 est envoyée à l'unité de régulateur 15 par une unité d'exploitation 5 qui détermine les instants d'ouverture et de fermeture réels de l'injecteur 2. L'unité d'exploitation 5 saisit l'allure dans le temps de la tension dans un circuit électrique, dans lequel l'obturateur 3 et le siège de soupape 4 coopérants forment un interrupteur. Un élément d'actionnement 7 de l'obturateur 3 et une douille 8 pour le montage coulissant et le guidage de l'obturateur 3 dans le corps 14 de l'injecteur 2, sont faits d'un matériau non conducteur électrique, de céramique par exemple, de sorte que la fermeture du circuit électrique est seulement possible par application de l'obturateur 3 contre le siège 4 au moment de la fermeture de l'injecteur. Un contact de masse 13 du circuit est disposé dans le corps 14, lequel présente le siège 4. Le potentiel est appliqué à l'obturateur 3 par des contacts frottants 12 fixes à la douille de guidage 8 et s'appliquant contre la surface de l'obturateur 3. En variante ou parallèlement avec les contacts frottants 12, on peut prévoir un contact 10 dans l'élément d'actionnement 7 de l'obturateur 3, étant entendu que la connexion en parallèle de plusieurs contacts augmente la sûreté de fonctionnement du circuit électrique sur lequel s'effectue la mesure. Pendant l'injection, c'est-à-dire lorsque l'injecteur 2 est ouvert et l'obturateur 3 est levé du siège 4, une faible tension électrique, de quelques volts, correspondant par exemple à la tension à vide d'une source de tension, est appliquée à l'obturateur 3. Lorsque celui-ci se pose sur le siège 4 au moment de la fermeture de l'injecteur 2, la mise en court-circuit du circuit électrique produit un abaissement de la tension. Au moment de l'ouverture, à la levée de l'obturateur 3 du siège 4 en vue de l'éjection de carburant, le circuit électrique est de nouveau interrompu et la tension mesurable s'élève brusquement au niveau plus élevé. A partir de l'allure dans le temps de la tension électrique, l'unité d'exploitation 5 détermine les instants d'application et de levée de l'obturateur du siège 4 et, par suite, les instants réels d'ouverture et de fermeture de l'injecteur 2. Comme il y a fondamentalement deux niveaux de tension seulement, l'allure dans le temps de la tension électrique est exploitable directement, numériquement, par l'unité d'exploitation 5, étant entendu qu'un flanc descendant dans l'allure en fonction du temps désigne, puisque ce flanc correspond à un abaissement de la tension, l'application de l'obturateur 3 contre le siège 4, tandis qu'un flanc montant désigne la levée de l'obturateur 3. Par l'exploitation de l'allure de la tension en fonction du temps, l'unité d'exploitation 5 détermine les instants réels d'ouverture et de fermeture de l'injecteur et en plus les temps de distribution et la courbe de montée/descente de l'obturateur 3, courbe à partir de laquelle cette unité génère la grandeur réglante 17 dont a besoin l'unité de régulateur 15. Outre la régulation des temps et instants de distribution d'une soupape, le dispositif selon l'invention permet la régulation de processus industriels de toutes sortes et d'autres processus qui présupposent la connaissance exacte des instants réels d'ouverture et de fermeture des soupapes qui y participent. R EVENDICATIONS 1. Dispositif pour déterminer les instants d'ouverture et de fermeture d'une soupape (1, 2) pouvant être ouverte par la levée d'un obturateur (3) à partir d'un siège de soupape (4) et fermée par l'application de l'obturateur (3) contre ce siège, caractérisé en ce que la soupape (1, 2) forme un interrupteur à contact dans un circuit électrique et au moins une grandeur électrique de ce circuit peut être saisie par une unité d'exploitation (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'exploitation (5) est capable de générer, en fonction de la grandeur ou des grandeurs électriques du circuit, une grandeur réglante (17) envoyée à une unité de régulateur (15). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la soupape (1, 2) est réglable par l'unité de régulateur (15). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des éléments de guidage (8) et d'actionnement (6, 7) de l'obturateur (3) sont isolés électriquement vis-à-vis d'un corps (14) présentant le siège de soupape (4). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments d'actionnement (6, 7) sont faits d'un matériau non conducteur électrique. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les éléments de guidage (8) sont faits d'un matériau non conducteur électrique. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'obturateur (3) est intégré dans le circuit électrique au moyen d'éléments de contact (10, 12, 13) agencés sur un élément de guidage (8) et/ou un élément d'actionnement (6, 7) et appliqués contre la surface de l'obturateur (3). 8. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'élément de guidage (8) est une douille de guidage (8) qui entoure l'obturateur (3), lequel peut coulisser en elle, et qui est raccordée au circuit électrique. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la douille de guidage (8) est entourée d'une douille isolante (9) faite d'un matériau non conducteur électrique et est disposée avec celle-ci dans le corps (14). 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité d'exploitation (5) saisit la variation de la tension électrique du circuit.