Brevet FR2784222A1 — publié le 20000407

I ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIQUE DE SOUPAPE L'invention concerne les actionneurs électromagnétiques destinés à déplacer en translation une soupape pour l'amener alternativement dans une position d'ouverture et une position de fermeture. Elle trouve une application particulièrement importante dans la commande des soupapes d'un moteur à combustion interne, à allumage par étincelles ou par compression. A l'heure actuelle, les soupapes de la plupart des moteurs à combustion interne sont actionnées par un arbre à cames entraîné par le moteur. Les vitesses d'ouverture et de fermeture des soupapes commandée par l'arbre à cames sont faibles lorsque le moteur est à bas régime, notamment au démarrage, ce qui est défavorable au remplissage des chambres de combustion. On a également déjà proposé (US-A-4 614 170) des actionneurs électromagnétiques permettant de réduire les inconvénients ci- dessus, ayant une palette en matériau ferromagnétique fixée à la queue de soupape, des moyens de rappel élastiques prévus pour maintenir au repos la soupape dans une position médiane entre les position d'ouverture complète et de fermeture, et des moyens électromagnétiques permettant d'amener alternativement les soupapes dans les deux positions. Les moyens électromagnétiques décrits dans le document US-A-4 614 170 ont un premier électro- aimant à noyau ferromagnétique placé d'un côté de la palette et dont l'excitation attire la palette dans un sens tendant à fermer la soupape et un second électro-aimant, placé de l'autre côté de la palette, dont l'excitation tend à amener la soupape dans la position de pleine ouverture. L'ensemble soupape-ressort constitue un système oscillant excité par alimentations périodiques alternées des électro- aimants. L'électro-aimant agissant sur la palette dans le sens de l'ouverture de la soupape commence à être alimenté alors que la palette approche d'un emplacement o elle vient se coller sur le noyau de l'électro-aimant. L'invention vise notamment à fournir un actionneur électromagnétique répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, en particulier du fait qu'il a un encombrement et une connectique réduits. Pour cela, les moyens électromagnétiques comprennent une bobine unique montée sur un circuit ferromagnétique de constitution telle qu'il présente, en combinaison avec la palette, deux cheminements stables de flux magnétique correspondant l'un et l'autre à une valeur faible (généralement nulle) d'entrefer. L'une des configurations correspond à l'ouverture complète et l'autre à la fermeture. Dans son état initial, en position médiane, la palette présentera en général un léger déséquilibre de position ou de circuit magnétique qui fait que le sens dans lequel elle sera attirée à la première mise sous tension de la bobine est prédéterminé. Ce déséquilibre peut être délibérément provoqué. Lorsque par exemple les moyens élastiques de rappel sont constitués de deux ressorts placés chacun d'un côté de la palette, ces deux ressorts peuvent être tels qu'ils donnent à la palette au repos une position dans laquelle la force résultant de l'alimentation de la bobine s'exerce dans un sens déterminé et qu'ils présentent la même énergie potentielle de compression dans les positions de fermeture et de pleine ouverture. Une autre façon de déséquilibrer les forces magnétiques exercées vers le haut et le bas est de dessymétriser les flux dans la partie centrale en jouant sur un profil d'encoche de tôle. L'actionneur, ayant une seule bobine, est plus compact que les actionneurs antérieurs. Son circuit électrique et sa commande sont plus simples et moins coûteux. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres, avantageusement utilisables en liaison avec les précédentes mais pouvant l'être indépendamment, apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la figure 1 montre un actionneur de soupape selon un mode de réalisation, en coupe suivant un plan passant par l'axe de la soupape; les figures 2 et 3 sont des coupes partielles de la partie électromagnétique suivant les lignes II-II et III-III. L'actionneur 10 montré en figures 1 à 3 est constitué d'un ensemble destiné à être monté sur la culasse 12 d'un moteur. Il comporte un boîtier constitué de plusieurs pièces 14 et 16 empilées et assemblées par des moyens non représentés, tels que des vis. Ces pièces sont en matériau non ferromagnétique, par exemple en alliage léger. Le boîtier peut être fixé sur la culasse 12 par l'intermédiaire d'une cale 20 également en matériau non ferromagnétique. L'actionneur comporte une palette 22 en matériau ferromagnétique, avantageusement feuilleté pour réduire les pertes, fixée sur une tige 24 d'entraînement de la soupape 25. En général, plusieurs soupapes sont montées côte-à-côte et on ne dispose que d'une largeur faible pour chaque actionneur dans la direction perpendiculaire à celui de la figure 1. Cela conduit à donner à la palette une forme rectangulaire. La palette ne peut pas tourner dans la pièce 16. La tige 24 peut être fixée à la palette par soudure et guidée par une autre bague 26 fixée à un prolongement annulaire de la pièce 16. Dans le mode de réalisation illustré, la queue de la soupape est séparée de la tige 24. Elle est guidée par une bague fixée à la culasse et peut tourner dans celle-ci. Deux ressorts de rappel 28a et 28b sont prévus pour maintenir la soupape au repos dans une position sensiblement médiane entre la position de fermeture et la position de pleine ouverture. Un des ressorts 28a est comprimé entre un plateau 30 fixé à la tige 24 et le prolongement de la pièce 16. L'autre ressort 28b est comprimé entre un plateau 31 fixé à la queue de soupape et le fond du puits de soupape ménagé dans la culasse. Le jeu de distribution entre la tige levée et la soupape fermée garantit l'étanchéité. L'actionneur peut tout aussi bien être utilisé avec un ressort unique travaillant en traction/compression et complété d'un amortisseur élastique assurant l'étanchéité à la fermeture de la soupape, comme indiqué dans le brevet français No. 98 11 670. La tige peut être alors d'une seule pièce avec la soupape. Le boîtier contient un noyau en matériau ferromagnétique 36, avantageusement feuilleté, délimitant un circuit ferromagnétique avec la palette, et une bobine 38 placée dans le noyau. Le noyau représenté peut être en deux parties complémentaires, en appui l'une contre l'autre dans un plan 40 ou d'un seul tenant. Les tôles constitutives de chaque moitié du noyau sont en forme de E (figures 2 et 3). Les branches supérieures 42 s'engagent dans la bobine 36 qu'elles supportent par l'intermédiaire d'un mandrin 44. Les deux autres branches de chaque moitié délimitent un volume de débattement de la palette. L'appui de la palette contre le fond 46 du volume définit la position de pleine ouverture de la soupape. Le plafond 48 du volume est à un emplacement par rapport au siège de soupape tel que l'entrefer soit pratiquement nul lorsque la soupape est fermée. Une encoche médiane 49, correspondant à la position de repos de la palette 22, peut être prévue dans la chambre, de longueur légèrement supérieure à l'épaisseur de la palette. En-dessus et en-dessous de l'encoche, la paroi du volume ne laisse que le jeu nécessaire au débattement. Le noyau peut aussi bien être d'une seule pièce et bobiné sur machine automatique, ce qui évite la présence d'un entrefer et garantit la précision des encoches 49. L'ensemble constitué par la palette, la soupape et le ressort constitue un système oscillant ayant une fréquence propre. Au cours d'une phase initiale de fonctionnement, l'équipage mobile constitué par la soupape et la palette est alternativement attiré vers le haut et vers le bas, par application à la bobine d'impulsions électriques à une fréquence proche de la fréquence propre du système. La bobine 38 est initialement alimentée pendant une durée correspondant avantageusement au quart de la fréquence propre, ce qui provoque un déplacement de faible amplitude de la palette. Si le système présente une légère dissymétrie dans le placement des encoches 49, le sens de déplacement initial de la palette est imposé. Dans le cas contraire, les vibrations toujours présentes écartent légèrement la palette de sa position médiane, de sorte qu'une force apparaîtra dans tous les cas. Pour provoquer un mouvement en sens inverse de la palette, l'alimentation de la bobine est coupée. Elle est rétablie au bout d'un quart de période, c'est-à-dire à partir du moment o la force électromagnétique exercée sur la palette s'inverse. On obtient ainsi une augmentation de l'élongation. Le processus est poursuivi jusqu'à ce que l'amplitude du mouvement soit tel que la palette vient pratiquement se coller contre la culasse. A partir de ce moment, et en régime permanent, il suffira d'alimenter la bobine à pleine puissance uniquement pendant le temps nécessaire pour ramener l'équipage mobile dans sa position extrême puis sous un courant de maintien plus faible, jusqu'à ce qu'on provoque le déplacement de l'équipage mobile dans l'autre sens. Lorsque le sens initial de déplacement de la palette est indéterminé, un capteur est prévu pour indiquer ce sens à un calculateur 50 qui commande l'alimentation de la bobine 38 par un amplificateur 54. Ce capteur 52 peut être porté par le boîtier 16 et faire saillie vers le bas, de façon à détecter le rapprochement du plateau 30, constitué à cet effet en matériau magnétique. A partir du signal de sortie du capteur 52, le calculateur 50, qui peut être le calculateur de contrôle moteur, détermine quelle position extrême est atteinte par l'équipage mobile et si elle correspond à l'état ouvert ou fermé de la soupape. Il peut alors envoyer une dernière impulsion, si nécessaire pour que toutes les soupapes du moteur soient dans l'état permettant le lancement du moteur. Le capteur 50 permet également, par la variation du signal qu'il fournit, de déterminer l'instant auquel l'équipage mobile arrive dans sa position externe. L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. Les ressorts 28a et 28b peuvent être placés par exemple l'un dans l'autre du boîtier pour réduire l'encombrement. REVENDICATIONS 1. Actionneur électromagnétique de soupape ayant une palette (22) en matériau ferromagnétique d'entraînement de la queue de soupape, des moyens de rappel élastiques (28a,28b) prévus pour maintenir au repos la soupape dans une position médiane entre des positions d'ouverture complète et de fermeture et des moyens électromagnétiques permettant d'amener alternativement les soupapes dans les deux positions, caractérisé en ce que les moyens électromagnétiques comprennent une bobine unique (38) montée sur un circuit ferromagnétique de constitution telle qu'il présente, en combinaison avec la palette, deux cheminements stables de flux magnétique correspondant l'un et l'autre à une valeur faible d'entrefer et correspondant l'un à l'ouverture complète et l'autre à la fermeture. 2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit ferromagnétique est tel que les valeurs faibles d'entrefer sont sensiblement nulles. 3. Actionneur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit ferromagnétique est constitué par un noyau (36) feuilleté en deux moitiés en appui l'une contre l'autre, présentant des encoches (49) à mi-course. 4. Actionneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les tôles constitutives de chaque moitié de culasse sont en forme de E ayant une branche supérieure qui s'engage dans la bobine (36) et dont les branches inférieures délimitent un volume de débattement de la palette. 5. Actionneur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le volume présente un chambrage médian correspondant à la position de repos de la palette. 6. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un capteur (52) de position de l'équipage constitué par la palette et la soupape. 7. Actionneur selon l'une quelconque des revendications différentes, caractérisé en ce que les moyens de rappel élastiques sont prévus pour donner à la palette une position légèrement dissymétrique dans le circuit ferromagnétique. 8. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les circuits ferro-magnétiques présentent des encoches (49) médianes décalées dans le sens de l'ouverture ou de la fermeture pour rendre les circuits ferro- magnétiques asymétriques et définir un sens de déplacement initial de la palette. 9. Actionneur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit ferromagnétique est constitué par un noyau monobloc, présentant des encoches (49) à mi-course. 10. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de rappel élastiques comportent deux ressorts placés de part et d'autre d'un plateau fixé sur la queue de soupape.