Brevet FR2793597A1 — publié le 20001117

i L'invention concerne un dispositif de commande de position de type électromagnétique, notamment pour soupape de changement de charge d'un moteur à combustion interne, comprenant au moins un corps de bobine ferromagnétique, dans lequel un bobinage est disposé, et une armature mobile qui se déplace avec un axe d'armature mobile dans le corps de bobine, l'armature mobile se plaçant, dans au moins une position d'extrémité, en une position adjacente à la surface polaire du corps de bobine. Des dispositifs de commande de position pour soupapes de changement de charge de moteurs à combustion interne sont connus. Contrairement à des soupapes à actionnement par arbre à cames, des soupapes à actionnement électromagnétique sont commandées à l'ouverture et à la fermeture en fonction de la position angulaire du vilebrequin. Le dispositif de commande de position doit être en mesure d'appliquer des forces élevées, notamment lors de l'ouverture d'une soupape d'échappement, et les positions d'extrémité respectives de la soupape de changement de charge lors de l'ouverture et de la fermeture doivent être atteintes d'une manière sûre. Un dispositif de commande de position de type électromagnétique du type générique défini en introduction est connu par DE 197 35 375 C2. Un tel dispositif de commande de position comprend une armature mobile qui est maintenue par deux ressorts dans une position centrale entre deux électro-aimants. Une application de courant à l'un des électro-aimants permet de tirer l'armature mobile dans la position d'extrémité correspondante associée à l'électro-aimant et de l'y maintenir. Pour faire passer le dispositif de commande de position d'une position d'extrémité à l'autre, il est mis fin à l'application de courant sur la bobine entretenue et le courant est appliqué à l'autre bobine, de sorte que l'armature mobile est déplacée dans l'autre position d'extrémité sous l'effet de la force des ressorts et de l'électro-aimant mis en circuit. L'armature mobile, son axe, la soupape de changement de charge entraînée par ceux-ci et les ressorts constituent ensemble un résonateur ressortmasse. La fréquence propre ou fréquence de résonance de celui-ci est décisive pour la vitesse à laquelle l'armature mobile peut être déplacée entre les positions d'extrémité. Etant donné que, par nature, dans le dispositif de commande de position du type générique considéré, on aimerait avoir des temps de commutation minimaux d'une position d'extrémité à l'autre, ce qui est notamment important dans le cas de soupapes de changement de charge de moteurs à combustion interne, on doit choisir à une valeur aussi élevée que possible la fréquence propre ou fréquence de résonance de l'oscillateur ressort-masse. Une possibilité d'obtenir ce résultat consisterait à utiliser des ressorts de soupape plus durs. Toutefois, la dureté des ressorts est l'objet d'une limite due à la force pouvant être appliquée par l'électro-aimant, étant donné qu'avec un ressort trop dur, on ne pourrait plus avoir l'assurance que l'armature mobile soit tirée d'une manière sûre dans la position d'extrémité ou maintenue d'une manière sûre dans cette position d'extrémité. Un autre point de départ pourrait consister à réaliser l'armature mobile de la manière la plus légère possible. Toutefois, la surface de l'armature mobile est préfixée par la force à appliquer et l'épaisseur de l'armature mobile en forme de plaquette est soumise à des limites pour des raisons de résistance, étant donné qu'une armature trop mince pourrait fléchir lorsqu'elle est à l'état tiré. Il en résulterait qu'on n'aurait plus l'assurance que l'armature puisse s'appliquer "en douceur". Ainsi, l'invention a pour but de fournir un dispositif de commande de position de type électromagnétique qui, en comparaison de dispositifs de commande de position connus, possède une fréquence de résonance plus élevée et permette donc une commutation plus rapide. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de commande de position, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que le bobinage est disposé dans des encoches du corps de bobine et, aux emplacements qui font face à la zone des encoches, l'armature mobile comporte au moins une partie en retrait servant à réduire l'épaisseur de l'armature mobile en forme de plaquette. L'invention est basée sur la constatation du fait que, bien que l'armature mobile doive avoir une épaisseur minimale, afin que, dans la position d'extrémité, elle puisse fermer le circuit magnétique "sans résistance" et qu'en fonctionnement, elle ne fléchisse pas, il existe toutefois des emplacements de l'armature auxquels aucun flux magnétique n'est introduit dans l'armature par couplage magnétique. En particulier, l'armature mobile ne doit se placer bien à plat qu'à l'endroit du noyau de bobine d'électro-aimant, mais non pas à l'endroit o le bobinage est placé dans ce noyau de bobine. L'armature peut donc être pourvue d'un évidement ou d'une partie en retrait dans cette zone, afin d'obtenir un gain de matière et donc de poids. De ce fait, l'armature mobile présente une structure plus légère et la fréquence de résonance de l'oscillateur ressort-masse se trouve être plus élevée. Bien entendu, la partie en retrait doit être choisie seulement d'une manière telle que l'épaisseur de l'armature qui subsiste dans la zone de la partie en retrait est encore suffisamment grande pour qu'en fonctionnement, l'armature ne fléchisse pas. D'une manière avantageuse, l'armature mobile peut être réalisée de façon à aller en rétrécissant vers l'extérieur. La constatation qui est à la base de ce développement réside dans le fait qu'à l'endroit de sa zone périphérique, l'armature en forme de plaquette doit posséder une résistance s'opposant à une flexion. Si on réalise le noyau de bobine d'une manière telle qu'il présente une forme profilée négative correspondante, on a l'assurance que, même dans le cas d'une armature dont l'épaisseur diminue vers l'extérieur, cette armature se place à plat sur la surface polaire du noyau de bobine. Le dispositif de commande de position conforme à l'invention défini cidessus peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - dans la zone de la partie en retrait, l'épaisseur de l'armature mobile est suffisamment grande pour que l'armature mobile possède une résistance suffisante à la flexion, - la partie en retrait comprend deux rainures longitudinales respectives sur chaque face de l'armature mobile qui fait face à une surface polaire, - pour une armature mobile de 5 mm d'épaisseur, la partie en retrait a une profondeur comprise entre 0,5 et 2 mm. Dans le même but, l'invention a également pour objet un dispositif de réglage de position, du type générique considéré, caractérisé en ce que l'armature mobile comporte des structures profilées et le corps de bobine des structures profilées négatives correspondantes. D'une manière avantageuse, les structures profilées peuvent être des nervures. Dans l'un et l'autre cas, il peut être prévu que l'épaisseur de l'armature mobile diminue vers la périphérie et la surface polaire du corps de bobine comporte la forme profilée négative correspondante. L'invention est exposée ci-après en détail en regard des dessins. Aux dessins, on voit: à la figure 1, une vue en coupe d'un dispositif de commande de position de type électromagnétique, à la figure 2, une vue de détail de l'armature mobile, à la figure 3, une vue du corps de bobine avec le bobinage mis en place, à la figure 4, une vue éclatée du corps de bobine et du bobinage, à la figure 5, une vue en perspective d'une autre armature mobile et, à la figure 6, une vue en perspective de cette armature mobile avec le noyau de bobine associé. La figure 1 représente un dispositif de commande de position 1 de type électromagnétique, pour une valve à siège constituée d'un obturateur de valve à siège 2 comportant un siège de valve 3 et une tige de valve 4 qui est montée dans un guide 5 côté corps de valve et est pourvue, à l'extrémité supérieure, d'une partie conique 6. L'obturateur 2 peut être déplacé entre deux positions d'extrémité: dans une position d'extrémité supérieure, la valve est fermée et, dans une position d'extrémité inférieure, elle est ouverte. Un ressort 8 disposé entre le guide 5 côté corps de valve et le cône de valve 6 repousse l'obturateur 2 dans la position de fermeture. Le dispositif de commande de position 1 de type électromagnétique comprend un corps de bobine supérieur ferromagnétique et un corps de bobine inférieur 12 ferromagnétique dans chacun desquels est placé un bobinage respectif 14 ou 16. Un axe d'armature mobile 17 est monté coulissant dans le corps de bobine supérieur 10, cet axe d'armature comportant une armature mobile 18 en forme de plaquette qui est située entre les deux bobinages 14 et 16. Les faces frontales associées au disque d'armature mobile 18 sont les surfaces polaires 19 et 20 des deux corps de bobine 10 et 12. Elles constituent les butées pour l'armature mobile 18 et définissent ainsi la position d'extrémité supérieure et la position d'extrémité inférieure du dispositif 1 dans lesquelles la valve entraînée est respectivement fermée et ouverte. Un autre ressort 22 est disposé entre une coupelle de ressort fixée à l'axe d'armature 17 et une butée 24 côté corps de valve et repousse l'armature mobile 18 en direction de la position d'ouverture de l'obturateur 2. A la figure 1, l'armature mobile 18 est placée sur la tige de valve 4, mais d'autres structures sont également possibles. C'est ainsi que l'axe d'armature 17 peut être cylindrique, s'étendre des deux côtés de l'armature mobile 18 et passer dans les corps de bobine 10, 12. Tant que les bobinages 14 et 16 sont sans courant, l'armature mobile 18 est maintenue par les deux ressorts 8 et 22 dans la position centrale située entre les deux surfaces polaires 19 et 20, ainsi que cela est représenté à la figure 1. Les deux bobinages 14 et 16 sont alimentés chacun en courant par un circuit d'attaque 26, 27 respectif, ces circuits d'attaque étant commandés par un circuit de régulation 28. Pour pouvoir mesurer la position de l'armature mobile 18 et donc de l'obturateur de valve à siège 2, un élément piézoélectrique 30 est disposé entre l'appui 24 côté corps de valve et le ressort 22, cet élément piézoélectrique mesurant la force du ressort 22. Les figures 3 et 4 représentent d'une manière plus précise le corps de bobine supérieur 101 et le bobinage 14. La figure 4 représente une vue en perspective éclatée et la figure 3 le corps de bobine 10 avec le bobinage 14 mis en place. Le corps de bobine 10 est constitué d'une matière ferromagnétique, par exemple de "Vacoflux 17". Il comporte des encoches 38 dans lesquelles le bobinage 14 peut être placé d'une manière telle que ses bornes de connexion 37 font saillie hors du corps de bobine 10. L'axç d'armature mobile 17 passe dans un trou ménagé dans leÀ corps de bobine 10. La surface polaire 19 est constituée par les surfaces 19a, 19b et 19c. L'armature mobile 18 est appliquée sur cette surface polaire 19 lorsqu'elle est dans la position d'extrémité associée. Ainsi que le montre la figure 3, lorsque le bobinage 14 est placé dans le corps de bobine 10, il existe une zone 36 aux emplacements auxquels les encoches 38 sont situées dans ce corps de bobine. La surface polaire 19 est interrompue dans cette zone 36 et est ainsi divisée en formant les surfaces 19a, 19b et l9c. Le corps de bobine 12 comportant le bobinage 20 présente une structure analogue au corps de bobine 10 comportant le bobinage 14. L'armature mobile 18 est située entre les deux corps de bobine, cette armature étant représentée d'une manière plus précise à la figure 2. La figure 2 représente une armature mobile 18 qui est fixée sur un axe d'armature 17, lequel est constitué d'une tige cylindrique à section circulaire. Cette tige cylindrique passe dans un trou ménagé dans le corps de bobine 10 et dans un trou ménagé dans le corps de bobine 12 de structure analogue. L'armature mobile 18 est en une matière hautement ferromagnétique, par exemple du "Vacoflux 17", et comporte des parties en retrait 35 aux emplacements qui font face à la zone 36. Ces parties en retrait ne diminuent pas la force de l'électro-aimant, étant donné que, malgré cela, l'armature mobile est appliquée à plat sur les surfaces 19a, 19b, 19c de la surface polaire 19 par lesquelles le flux magnétique pénètre dans l'armature 18 par couplage magnétique. Les parties en retrait 35 ne diminuent donc pas la force pouvant être exercée par les électro-aimants du dispositif de commande de position de type électromagnétique, étant donné que, dans la zone 36 située au-dessus du bobinage 14 placé dans les encoches 38, aucun flux magnétique n'est introduit dans l'armature mobile par couplage magnétique. Pour une armature mobile 18 de 5 mm d'épaisseur, les parties en retrait 35 ont une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm. Elles peuvent également être plus profondes, par exemple de 2 mm, dans le cas d'un dispositif de commande de position de type électromagnétique qui ne comporte qu'un seul électro-aimant. De préférence, la profondeur des parties en retrait est comprise entre 0,6 et 1 mm et, mieux, vaut environ 0,8 mm. On a alors l'assurance que l'armature mobile 18 possède une résistance mécanique suffisante, plus précisément que l'épaisseur résiduelle dans la zone des parties en retrait est suffisante pour empêcher que l'armature ne fléchisse en fonctionnement. Les parties en retrait ne modifient ni les propriétés mécaniques, ni les propriétés électromagnétiques de l'armature mobile 18 et elle est malgré cela plus légère. Etant donné que, dans sa zone périphérique, l'armature mobile 18 ne doit pas posséder une résistance s'opposant à une flexion, elle peut être réalisée de façon à aller en rétrécissant vers l'extérieur, c'est-à- dire en direction des surfaces 19a et 19c. La surface polaire 19 du noyau de bobine 10 doit alors présenter la forme profilée négative correspondante, afin de donner l'assurance que, dans la position d'extrémité, l'armature mobile est appliquée à plat sur la surface polaire 19. Cette structure permet de réduire encore davantage le poids de l'armature mobile, de sorte que la fréquence propre de l'oscillateur ressort-masse augmente encore davantage. Les figures 5 et 6 représentent une variante de structure de l'armature mobile. L'armature 18 comporte des nervures 40, 41 de raidissement qui accroissent sa rigidité à la flexion, par exemple suivant la direction longitudinale dans le cas d'une armature présentant une forme de base qui n'est pas carrée. Etant donné que l'armature mobile 18 doit pouvoir être appliquée à plat sur la surface polaire 19 du noyau de bobine 12, ce noyau de bobine présente une forme profilée négative correspondante comportant des évidements 42, 43 correspondants. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de position de type électromagnétique, notamment pour soupape de changement de charge d'un moteur à combustion interne, comprenant - au moins un corps de bobine (10, 12) ferromagnétique, dans lequel un bobinage (14, 16) est disposé, et - une armature mobile (18) qui se déplace avec un axe d'armature mobile (17) dans le corps de bobine (10, 12), l'armature mobile (18) se plaçant, dans au moins une position d'extrémité, en une position adjacente à la surface polaire (19, 20) du corps de bobine (10, 12), caractérisé en ce que le bobinage (14, 16) est disposé dans des encoches (38) du corps de bobine (10, 12) et, aux emplacements qui font face à la zone (36) des encoches (38), l'armature mobile comporte au moins une partie en retrait (35) servant à réduire l'épaisseur de l'armature mobile (18) en forme de plaquette. 2. Dispositif de commande de position de type électromagnétique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans la zone de la partie en retrait (35), l'épaisseur de l'armature mobile (18) est suffisamment grande pour que l'armature mobile (18) possède une résistance suffisante à la flexion. 3. Dispositif de commande de position de type électromagnétique suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie en retrait (35) comprend deux rainures longitudinales respectives sur chaque face de l'armature mobile (18) qui fait face à une surface polaire (19, 20). 4. Dispositif de réglage de position de type électromagnétique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour une armature mobile (18) de 5 mm d'épaisseur, la partie en retrait (35) a une profondeur comprise entre 0,5 et 2 mm. 5. Dispositif de commande de position de type électromagnétique, notamment pour soupape de changement de charge d'un moteur à combustion interne, comprenant - au moins un corps de bobine (10, 12) ferromagnétique, dans lequel un bobinage (14, 16) est disposé, et - une armature mobile (18) qui se déplace avec un axe d'armature mobile (17) dans le corps de bobine (10, 12), l'armature mobile (18) se plaçant, dans au moins une position d'extrémité, en une position adjacente à la surface polaire (19, 20) du corps de bobine (10, 12), caractérisé en ce que l'armature mobile (18) comporte des structures profilées (40, 41) et le corps de bobine (10, 12) des structures profilées négatives correspondantes. 6. Dispositif de commande de position de type électromagnétique suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les structures profilées sont des nervures (40, 41). 7. Dispositif de commande de position de type électromagnétique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'armature mobile (18) diminue vers la périphérie et la surface polaire (19, 20) du corps de bobine (10, 12) comporte la forme profilée négative correspondante.