Brevet FR2773842A1 — publié le 19990723

La présente invention est relative à la commande de soupapes électromagnétiques d'admission et d'échappement d'un moteur thermique. Des moyens à double électroaimants pour la commande d'une soupape 1 électromagnétique sont représentés sur la figure 1. Ces moyens de commande comportent deux électroaimants 2 et 3 dont les séquences d'alimentation déplacent un noyau mobile 5 fixé sur la queue la de la soupape 1. L'électroaimant 2 est constitué d'une carcasse 2b en matériau magnétique, réalisée en une seule ou en plusieurs pièces, et d'une bobine 2a. Il permet la fermeture de la soupape 1. L'électroaimant 3, constitué de manière analogue (carcasse 3b, bobine 3a), , assure l'ouverture de la soupape 1. Deux ressorts 4 qui prennent appui sur le noyau mobile 5 et qui sont disposés de part et d'autre de celui-ci, rappellent la soupape en position intermédiaire lorsque les électroaimants 2 et 3 ne sont pas alimentés. L'ensemble de ces éléments est contenu dans un boîtier 6. L'alimentation des bobines des électroaimants 2 et 3 se fait de façon séquentielle de façon à ouvrir et fermer successivement la soupape en synchronisation avec le cycle du moteur thermique. Un exemple d'une séquence d'alimentation classique est donné par les figures 2a et 2b, sur lesquelles on a représenté respectivement en fonction du temps les tensions d'alimentation appliquées aux bobines 2a et 2b. Dans une première phase permettant d'obtenir le passage de la soupape 1 de l'état fermé à l'état ouvert, l'électroaimant 3 qui était jusqu'alors en fonctionnement est désactivé et les ressorts de rappel commencent à produire le déplacement de la soupape. Sensiblement au même moment, l'électroaimant 2, qui était au repos, est dans un premier temps alimenté sous une tension U21 élevée, ce qui a pour effet de créer une force d'appel conséquente malgré l'importance de l'entrefer qui existe avant le déplacement de la soupape (phase d'appel). Puis, lorsque cet entrefer est suffisamment faible, la tension d'alimentation du bobinage de l'électroaimant 2 est réduite et prend une valeur U22, ce qui permet d'économiser de la puissance et de limiter l'échauffement des bobinages (phase de maintien). A la fin de la phase de maintien, l'alimentation de la bobine 2a est désactivée, tandis que la bobine 3a est alimentée avec un courant d'appel, puis un courant de maintien (tensions U31 et U32). Lors du fonctionnement à régime élevé, les mouvements de la soupape doivent être très rapides. Or, le système est à cet égard limité du fait d'une part de l'inertie mécanique due à la masse des pièces mobiles (qui nécessite d'augmenter les forces magnétiques d'appel et les forces de rappel des ressorts, ce qui implique un dimensionnement plus important du circuit magnétique) et d'autre part de l'inertie électrique due à l'inductance des bobines (le courant met un certain temps pour s'établir, ce qui produit un retard dans l'apparition des forces magnétiques d'appel). Un but de l'invention est de résoudre ce problème. A cet effet, l'invention propose un procédé pour la commande de l'alimentation des bobines de deux électroaimants qui actionnent une soupape d'admission ou d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile, selon lequel on applique aux bobines des séquences de tension qui comportent une phase d'appel, une phase de maintien et une phase de désactivation, caractérisé en ce qu'une bobine est alimentée à un niveau d'appel avant la fin de la phase de maintien de l'autre bobine. Ainsi, lorsque l'alimentation de l'autre bobine est désactivée, l'intensité du courant dans la bobine qui est alimentée à un niveau d'appel, a déjà atteint une valeur importante, de sorte que ledit courant exerce une force d'appel importante sur ladite soupape. Il en résulte une plus grande rapidité sur les mouvements de la soupape. Le procédé proposé par l'invention est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles - on applique sur les bobines, avant la fin de leur phase de maintien, une tension dont le niveau correspond à un niveau de tension d'appel - le temps pendant lequel la phase d'appel de l'une des bobines se superpose à la phase de maintien de l'autre des bobines est choisi pour que l'intensité du courant dans la bobine à laquelle est appliquée une alimentation d'appel soit pratiquement stabilisée - ce temps est choisi égal à une à trois fois la constante de temps du circuit électrique d'alimentation des bobines - le temps pendant lequel la phase d'appel de l'une des bobines se superpose à la phase de maintien de l'autre des bobines est fonction de la température - la durée de la phase d'appel est choisie pour assurer le déplacement complet de la soupape - la durée de la phase d'appel d'une bobine est choisie pour que le temps séparant la fin de la phase de maintien de l'autre bobine et la fin de ladite phase d'appel soit inférieur à la durée de déplacement de la soupape - on met en oeuvre une détection d'une variation de courant dans la bobine qui est alimentée à un niveau de tension d'appel et on termine la phase d'appel lorsqu'une telle variation de courant est détectée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1, déjà analysée, est une représentation en vue en coupe de la structure de commande d'une soupape électromagnétique de moteur thermique de véhicule automobile - les figures 2a et 2b, également déjà analysées, sont des graphes sur lesquels on a représenté en fonction du temps une séquence de tensions d'alimentation possible pour les bobinages des électroaimants de la structure de la figure 1 - les figures 3a et 3a sont des graphes semblables à ceux des figures 2a et 2a illustrant une séquence d'alimentation conforme à un mode de mise en oeuvre de l'invention et sur lesquels on a également représenté l'intensité du courant d'alimentation. Dans la séquence représentée sur les figures 3a et 3b, on s'intéresse dans un premier temps à la période pendant laquelle la bobine 2a de l'électroaimant 2 est alimentée par une tension de maintien. A la fin de cette phase de maintien, on applique aux bornes de la bobine 2a une hausse de tension, de façon à augmenter l'intensité I2 du courant dans ladite bobine 2a. La tension à laquelle la tension aux bornes de la bobine 2a est portée, est égale à la tension d'appel U21. La durée T21, pendant laquelle cette hausse de tension est appliquée, est choisie suffisamment longue pour permettre au courant d'atteindre une valeur proche de sa stabilisation. C'est ce qui apparaît sur la figure 3a sur laquelle l'évolution en fonction du temps de l'intensité I2 a été représentée en pointillés. En pratique, ce temps T21 est choisi égal à 1 à 3 fois la constante de temps du circuit électrique. L'accroissement du courant traversant la bobine 2a pendant cette durée T21 permet à l'électroaimant 2 de fournir au noyau 5 une force Fm de maintien maximale. Simultanément à cette hausse de la tension aux bornes de la bobine 2a, la tension aux bornes de la bobine 3a de l'électroaimant 3 est également passée à un niveau élevé. Notamment, le niveau de la tension appliquée sur la bobine 3a pendant le temps T21 est celui de la tension d'appel U31. A l'issue du temps T21, le courant dans ladite bobine 3a (intensité I3 sur la figure 3b)est pratiquement stabilisé. Par conséquent, à la fin de la phase de maintien de l'alimentation de la bobine 2a, l'intensité du courant d'appel dans la bobine 3a est à sa valeur maximale. Toutefois, du fait des entrefers respectifs des électroaimants 2 et 3, la force d'appel Fa exercée sur le noyau 5 par l'électroaimant 3 est nettement inférieure à la force de maintien Fm exercée par l'électroaimant 2 de telle sorte que l'action conjuguée de la force d'appel Fa et de la force de rappel des ressorts (appelée Fr par la suite) reste inférieure à la force de maintien Fm. La soupape 1 reste donc dans sa position fermée. Lorsque l'alimentation de l'électroaimant 2 se coupe, l'intensité du courant dans la bobine 2b, et par suite la force de maintien Fm, chutent très rapidement. Il en résulte un appel très puissant de la soupape 1 vers sa position d'ouverture, puisque seules restent alors la force d'appel Fa et la force de rappel Fr, qui exercent une effort dans le même sens et qui sont chacune alors au maximum de leurs valeurs. Ainsi, le mouvement obtenu sur la soupape 1 est un mouvement très rapide et par conséquent compatible avec un régime élevé du moteur thermique. Le courant d'appel est maintenu à ce niveau pendant une durée T31 au delà du temps T21. Puis, la tension aux bornes de la bobine 3a est réduite à son niveau de maintien pour limiter la consommation de courant et les échauffements qui s'ensuivent. Le temps T31 est avantageusement choisi pour assurer le déplacement complet de la soupape 1. En variante, le temps T31 peut aussi être choisi inférieur à la durée de déplacement de la soupape 1 de façon à réduire la vitesse d'impact de la soupape sur son siège. Le cycle d'alimentation se poursuit ensuite en inversant les rôles des électroaimants. La commande proposée par l'invention présente l'avantage de permettre de réduire le dimensionnement des électroaimants. D'autres variantes de mises en oeuvre sont bien entendu possibles. Notamment, le temps T21 peut être indéxé à la température de façon à tenir compte de l'évolution de la résistance des bobines. Egalement, le passage à la tension de maintien, au lieu de se faire après un temps prédéterminé, peut se faire par détection de la variation du courant dans la bobine qui est alimentée. En effet, tant que le noyau mobile 5 se déplace, une tension induite se développe dans la bobine qui est alimentée ; cette tension induite s'oppose à la tension d'alimentation. En fin de déplacement, le courant augmente car la tension induite disparaît suite à l'arrêt du noyau mobile. La détection d'une dérivée positive du courant par la commande électronique du système donne lieu au passage en tension de maintien. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la commande de l'alimentation des bobines (2a, 3a) de deux électroaimants (2, 3) qui actionnent une soupape (1) d'admission ou d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile, selon lequel on applique aux bobines (2a, 3a) des séquences de tension qui comportent une phase d'appel, une phase de maintien et une phase de désactivation, caractérisé en ce qu'une bobine (3a) est alimentée à un niveau d'appel avant la fin de la phase de maintien de l'autre bobine (2a) (temps T21). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on applique sur les bobines (2a, 3a), avant la fin de leur phase de maintien, une tension dont le niveau correspond à un niveau de tension d'appel. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le temps (T21) pendant lequel la phase d'appel de l'une des bobines (2a, 3a) se superpose à la phase de maintien de l'autre des bobines (2a, 3a) est choisi pour que l'intensité du courant dans la bobine à laquelle est appliquée une alimentation d'appel soit pratiquement stabilisé. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ce temps (T21) est choisi égal à une à trois fois la constante de temps du circuit électrique d'alimentation des bobines (2a, 3a). 5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le temps (T21) pendant lequel la phase d'appel de l'une des bobines (2a, 3a) se superpose à la phase de maintien de l'autre des bobines est fonction de la température. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée de la phase d'appel est choisie pour assurer le déplacement complet de la soupape (1) 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la durée de la phase d'appel d'une bobine est choisie pour que le temps séparant la fin de la phase de maintien de l'autre bobine et la fin de ladite phase d'appel soit inférieur à la durée de déplacement de la soupape (1). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre une détection d'une variation de courant dans la bobine qui est alimentée à un niveau de tension d'appel et on termine la phase d'appel lorsqu'une telle variation de courant est détectée.