Brevet FR2796200A1 — publié le 20010112

L'invention concerne une commande électromagnétique, en particulier pour une soupape de distribution d'un moteur à combustion interne, comprenant une armature qui, montée sur une tige d'armature, est animée d'un mouvement axial par au moins un électro-aimant à travers lequel passe la tige d'armature. On connaît des commandes pour soupapes de distribution de moteurs à combustion interne. A la différence des soupapes actionnées par des arbres à cames, les soupapes à commande électromagnétique sont commandées, pour l'ouverture et la fermeture, en fonction de la position angulaire du vilebrequin. Dans ce cas, la commande doit nécessairement être en mesure de développer des forces importantes, en particulier lors de l'ouverture d'une soupape d'échappement, chaque position extrême de la soupape de distribution doit être atteinte avec sécurité lors de l'ouverture et de la fermeture, et le processus d'ouverture et de fermeture devrait s'effectuer aussi rapidement que possible. Une commande électromagnétique est connue, par exemple par le document DE 197 35 375 C2. Elle comprend une armature qui est maintenue dans une position médiane entre deux électro-aimants au moyen de deux ressorts. Par l'alimentation de l'un des électro-aimants, l'armature peut être attirée dans la position extrême correspondante, associée à cet électroaimant et y être maintenue. Pour faire passer la commande et, avec elle, la soupape de distribution qu'elle entraîne, d'une position extrême à l'autre, on interrompt l'alimentation de l'enroulement qui assure le maintien et on alimente l'autre enroulement, de sorte que l'armature est repoussée dans l'autre position extrême par la force des ressorts et celle de l'électro-aimant mis en circuit. La précision de l'ajustement de chaque surface de l'armature par rapport à la surface frontale correspondante de son électro-aimant respectif est d'une importance décisive pour le fonctionnement de l'électro- aimant. Dans le cas d'une armature en forme de plaque, il était donc jusqu'à présent indispensable de réaliser un usinage fin de l'armature aussi bien que des surfaces frontales des électro-aimants, pour assurer un parallélisme suffisant des plans des surfaces correspondantes. Afin qu'en fonctionnement, les surfaces de l'armature soient aussi placées avec certitude parallèlement aux surfaces frontales des électro-aimants, la tige d'armature, qui porte l'armature, est habituellement guidée longitudinalement par des moyens compliqués. Pour cela, il est connu de prévoir un guidage longitudinal à chacun des passages de la tige d'armature à travers le boîtier de l'électro-aimant. Dans la fabrication, ces guidages longitudinaux doivent nécessairement être montés avec une précision suffisante pour qu'une armature en forme de plaque soit disposée exactement parallèlement aux plans des surfaces frontales des électro-aimants. Le but de la présente invention consiste à créer une commande électromagnétique dans laquelle cette fabrication de haute précision et coûteuse soit simplifiée. Ce problème est résolu par l'invention, par le fait que la tige d'armature est guidée axialement sur un côté de l'électro-aimant, dans le boîtier de ce dernier, au moyen d'un guidage longitudinal, tandis que, de l'autre côté, elle est réunie à la partie entraînée par la commande sans autre guidage. Selon l'invention, l'un des deux guidages longitudinaux présents dans l'état de la technique est supprimé, et la tige d'armature est reliée à la partie entraînée. Cette liaison peut être réalisée, par exemple, par une douille en H lorsque la partie entraînée est une tige, par exemple, la tige d'une soupape de distribution. La construction selon l'invention ne conduit pas seulement à une simplification de l'organisation mais elle a aussi le surprenant avantage de simplifier la lubrification du guidage longitudinal restant. En effet, elle peut être configurée, par exemple, de telle manière que, dans un moteur à combustion interne, elle soit lubrifiée automatiquement par le brouillard d'huile présent dans la culasse. On n'a plus à se soucier d'assurer une lubrification, habituelle selon l'état de la technique, pour un deuxième guidage longitudinal qui, dans le cas d'un moteur à combustion interne, est plus difficile à lubrifier en raison de sa position dans la culasse. Si l'on réalise le guidage longitudinal sous la forme d'un joint à rotule et qu'on choisit les dimensions de la tige d'armature et des perçages pratiqués à travers les électro-aimants et leur boîtier de telle manière que la tige de l'armature ait un petit jeu radial, on peut en - outre choisir une valeur plus large pour les tolérances avec lesquelles une commande électromagnétique doit être fixée à la culasse d'un moteur à combustion interne. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la tige d'armature est pressée sur la partie entraînée par un ressort qui est comprimé entre une coupelle inférieure d'appui de ressort d'armature, appuyée sur la tige d'armature, et une coupelle supérieure d'appui de ressort d'armature, qui est fixée au moyen d'un chapeau au boîtier de l'électro-aimant, le guidage longitudinal étant fixé au chapeau; - le guidage longitudinal est constitué par un joint à rotule comprenant une rotule qui est logée dans une cuvette de joint formée dans le chapeau et présente un perçage dans lequel la tige d'armature ou une tige de joint reliée axialement à celle-ci peut coulisser axialement; - la rotule est retenue dans la cuvette de joint par un couvercle de joint; - le chapeau peut être déplacé axialement par rapport au boîtier pour le réglage de la précontrainte du ressort; - le guidage longitudinal présente des perçages pour de l'huile servant à la lubrification du guidage longitudinal; - la partie entraînée étant une tige d'actionnement, la tige d'armature et la tige d'actionnement sont assemblées par un manchon en H; - la partie entraînée étant une tige d'actionnement, la tige d'armature et la tige d'actionnement sont réunies par un tourillon prévu sur une tige et un perçage prévu sur l'autre tige; - la tige d'armature a du jeu radial dans l'électro-aimant ou dans son boîtier. L'invention est décrite de façon plus détaillée ci- après en référence à plusieurs exemples de réalisation. Sur les dessins: la Fig. 1 est une représentation en coupe d'une commande électromagnétique avec une culasse et une soupape de distribution commandée, la Fig. 2 est une représentation agrandie du joint à rotule de la Fig. 1 et la Fig. 3 est une représentation éclatée de quelques éléments du joint à rotule. Sur la Fig. 1, on a représenté en coupe une commande électromagnétique pour une soupape de distribution d'un moteur à combustion interne. La commande électromagnétique est fixée à la culasse 60 d'un moteur à combustion interne et elle entraîne une soupape de distribution. A cet effet, la commande présente, à l'intérieur d'un boîtier, une armature 10 en forme de plaque qui est montée sur une tige d'armature 9 qui, à son tour, est appuyée sur une tige de soupape 64. La tige d'armature 9 est engagée dans une cavité 63 de la culasse , dans laquelle est montée la soupape de distribution, laquelle comprend une tête de soupape 62 et un siège de soupape 61. La tête de soupape 62 est repoussée vers le haut, dans une position extrême dans laquelle le siège de soupape 61 ferme la soupape de distribution, par un ressort 68 qui est comprimé entre une rondelle 69, laquelle est appuyée sur la culasse 60 dans la cavité 63 et une coupelle d'appui de soupape 67 fixée à la tige de soupape 64. Le ressort 68 agit aussi sur la tige d'armature 9 et sur l'armature 10. Pour exercer une action antagoniste vis à vis de ce ressort 68, un ressort 12 est comprimé entre une coupelle inférieure d'appui d'armature 13, qui prend appui sur la tige d'armature 9 par l'intermédiaire d'un épaulement 19, et une coupelle supérieure d'appui de ressort d'armature 27 fixée au boîtier par l'intermédiaire d'un chapeau 22, et ce ressort 12 repousse la tige d'armature 9 vers le bas (voir Fig. 2). L'armature 10 se trouve entre deux électro-aimants dans le boîtier, lequel est composé d'une partie inférieure de boîtier 3, d'une partie supérieure de boîtier 1 et d'une partie centrale de boîtier 2. L'électro-aimant inférieur est composé d'un noyau de bobine inférieur 6 et d'un enroulement inférieur 8, l'électro-aimant supérieur est composé d'un noyau de bobine supérieur 5 et d'un enroulement supérieur 7. Les parties du boîtier sont assemblés entre elles par boulonnage. Les enroulements 7, 8 sont alimentés, par l'intermédiaire d'un raccordement 20, par des circuits d'attaque appropriés qui sont commandés par un circuit de commande (non représenté). Les surfaces frontales des noyaux de bobines 5, 6 sont des butées pour l'armature 10 et définissent les positions extrêmes de cette dernière. Lorsque les enroulements 7, 8 ne sont pas alimentés, les ressorts 12, 68 maintiennent l'armature 10 dans une position de repos entre ces positions extrêmes et dont cette armature peut être écartée au moyen des électro-aimants 5, 7; 6, 8. Le boîtier en trois parties est fabriqué en fonte d'aluminium. Les parties 1, 2, 3 du boîtier sont maintenues assemblées par des vis 16 qui s'étendent de la face supérieure du boîtier jusqu'à la face inférieure 15 du boîtier, en passant dans des perçages 17, et qui sont vissées dans la culasse 60 (ce qui n'est pas représenté). Le noyau de bobine 6 est fixé dans la partie inférieure 3 du boîtier et l'enroulement 8 y est retenu. De façon analogue, le noyau de bobine 5 est fixé dans la partie supérieure 1 du boîtier et l'enroulement 7 y est retenu. Entre ces deux parties 1, 3 du boîtier, est disposée la partie centrale 2 du bottier laquelle présente des éléments de guidage pour le guidage longitudinal de l'armature 10. Grâce à ce guidage longitudinal, on peut supprimer un blocage angulaire séparé puisque l'armature n'accompagne plus la rotation qui est provoquée par les ressorts 12, 68, et qui se produit au moment de leur compression. Dans une variante de réalisation, le boîtier est fabriqué en deux pièces. Dans ce cas, il est tout d'abord fabriqué en une seule pièce et on forme une amorce de rupture au moyen d'une rainure. Ensuite, le bottier est brisé en une partie supérieure et une partie inférieure au niveau de cette amorce de rupture. Ensuite, les noyaux de bobines, les enroulements et la tige d'armature munie de son armature y sont introduits. Ensuite, la partie supérieure et la partie inférieure sont de nouveau réunies et la surface de rupture assure l'obtention d'une très haute précision des cotes. Finalement, les étapes d'usinage sur les surfaces de contact sont supprimées, ce qui abaisse le coût de fabrication du boîtier. Le perçage à travers l'électro-aimant supérieur 5, 7 et l'électro-aimant inférieur 6, 8 et à travers la partie supérieure 1 du boîtier ainsi qu'à travers la partie inférieure 2 du boîtier a un diamètre légèrement supérieur à celui de la tige d'armature 9. De cette façon, la tige d'armature 9 a du jeu radial. Dans la partie supérieure 1 du boîtier, une tige de joint 18 est réunie à la tige d'armature 9, par exemple par un ajustement à force 19. En variante, la tige de joint 18 est réalisée en une seule pièce avec la tige d'armature 9. La coupelle inférieure d'appui de ressort 13 de l'armature s'appuie sur l'épaulement ainsi obtenu. D'un autre côté, la tige de joint 18 est guidée longitudinalement dans un joint à rotule 21 qui est représenté à plus grande échelle sur la Fig. 2. Comme on peut le voir sur cette figure, la partie supérieure 1 du boîtier présente un évidement 11 qui est fermé par un chapeau 22. La coupelle supérieure d'appui de ressort 27 de l'armature prend appui contre le chapeau 22. Le chapeau 22 présente une cuvette de joint 2 percée d'un trou 29 à travers lequel passe la tige de joint 18. Une rotule 23 qui peut coulisser longitudinalement sur la tige de joint 18 est montée sur cette tige de joint 18 par un perçage 26. Un couvercle de joint 24 complète le joint à rotule. Un lubrifiant, présent dans la culasse, en majeure partie sous la forme d'un brouillard d'huile, peut assurer une lubrification du guidage longitudinal de la tige de joint 18 dans le perçage 26 de la rotule 23 en passant à travers des perçages appropriés 28, 25 et à travers l'ouverture de la cuvette de joint 32. De cette façon, il n'est pas indispensable de réaliser une lubrification séparée de ce guidage longitudinal. La tige de joint ne sert qu'au guidage longitudinal et n'a pas à absorber de forces pour assurer l'appui du ressort 12. Pour cette raison, elle peut être réalisée avec une section transversale plus petite que celle de la tige d'armature 9, ce qui a une influence positive sur la masse des éléments mobiles. Etant donné que le ressort 12 se trouve plus loin entre l'électro- aimant supérieur 5, 7 et le joint à rotule 21 qui forme un guidage longitudinal, la tige d'armature peut en outre être limitée à une longueur plus courte que dans les constructions connues, qui ont le ressort placé en dehors du guidage longitudinal. Ceci réduit encore la masse des éléments mobiles. Cette réduction de masse conduit à une plus haute fréquence de résonance de la commande, laquelle représente en fait un oscillateur ressort/masse, ce qui réduit les temps d'ouverture et de fermeture. Le chapeau 22 est muni d'un filetage extérieur approprié qui se visse dans un filetage intérieur prévu sur l'évidement 11 de la partie supérieure 1 du boîtier. En vissant et en dévissant le chapeau 22 sur la partie supérieure 1 du boîtier, on peut ainsi régler la précontrainte du ressort 12. Pour le blocage du chapeau 22, est prévu un ergot fileté 31 avec lequel le chapeau 22 est coincé dans une rainure 30 de la partie supérieure 1 du boîtier, de sorte que le chapeau 22 y est verrouillé (voir Fig. 2) Le guidage longitudinal réalisé au moyen du joint à rotule 21 est complété, sur le côté dirigé vers la culasse 60, par une liaison assemblant la tige d'armature 9 à la tige de soupape 64, par exemple au moyen d'un manchon en H 40. Etant donné que cette tige de soupape 64 de la soupape de distribution est elle aussi guidée dans un guidage longitudinal 4, on obtient grâce à cette liaison un guidage longitudinal bilatéral des deux tiges 64 et 9. Etant donné que la tige de soupape peut ou devrait pouvoir tourner en fonctionnement, la liaison devrait fixer la position des deux tiges dans la direction radiale mais permettre une rotation des deux tiges l'une par rapport à l'autre. En même temps, grâce au jeu radial de la tige d'armature 9 dans le boîtier et au degré de liberté d'oscillation du joint à rotule 21, on est certain que, même en cas de fabrication insuffisamment précise, le parallélisme des plans entre l'armature 10 et les surfaces frontales des électro-aimants 5, 7; 6, 8 sera garanti. La complexité de fabrication est ainsi non seulement réduite par la suppression du deuxième guidage longitudinal. En remplacement du joint à rotule décrit ici, on peut naturellement prévoir aussi un autre guidage longitudinal, par exemple au moyen d'une douille lisse qui peut aussi être montée dans une plaque guidée mobile en translation radiale. En remplacement du manchon en H, on peut aussi prévoir pour la liaison rigide entre la tige de soupape 64 et la tige d'armature 9 d'autres moyens, par exemple un perçage dans une tige et un tourillon sur l'autre. REVENDICATIONS 1. Commande électromagnétique, en particulier pour une soupape de distribution d'un moteur à combustion interne, comprenant une armature (10) qui, montée sur une tige d'armature (9), est animée d'un mouvement axial par au moins un électro-aimant (5, 7; 6, 8) à travers lequel passe la tige d'armature (9), caractérisé en ce que la tige d'armature (9) est guidée axialement sur un côté de l'électro-aimant (5, 7; 6, 8), dans le boîtier (1, 2, 3) de ce dernier, au moyen d'un guidage longitudinal (22, 23, 24), tandis que, de l'autre côté, elle est réunie à la partie (64) entraînée par la commande sans autre guidage. 2. Commande électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tige d'armature (9) est pressée sur la partie entraînée (64) par un ressort (12) qui est comprimé entre une coupelle inférieure d'appui de ressort d'armature (13), appuyée sur la tige d'armature (9), et une coupelle supérieure d'appui de ressort d'armature (27), qui est fixée au moyen d'un chapeau (22) au boîtier (1) de l'électro-aimant (5, 7; 6, 8), le guidage longitudinal (32, 23, 24) étant fixé au chapeau (22). 3. Commande électromagnétique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le guidage longitudinal est constitué par un joint à rotule comprenant une rotule (23) qui est logée dans une cuvette de joint (32) formée dans le chapeau (22) et présente un perçage (26) dans lequel la tige d'armature (9) ou une tige de joint (18) reliée axialement à celle-ci peut coulisser axialement. 4. Commande électromagnétique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la rotule (23) est retenue dans la cuvette de joint (32) par un couvercle de joint (24). 5. Commande électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le chapeau (22) peut être déplacé axialement par rapport au boîtier (1) pour le réglage de la précontrainte du ressort (12) . 6. Commande électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le guidage longitudinal (32, 23, 24) présente des perçages (25, 28) pour de l'huile servant à la lubrification du guidage longitudinal (32, 23, 24). 7. Commande électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la partie entraînée est une tige d'actionnement (64), caractérisée en ce que la tige d'armature (9) et la tige d'actionnement (64) sont assemblées par un manchon en H (40). 8. Commande électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la partie entraînée est une tige d'actionnement (64), caractérisée en ce que la tige d'armature (9) et la tige d'actionnement (64) sont réunies par un tourillon prévu sur une tige et un perçage prévu sur l'autre tige. 9. Commande électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tige d'armature (9) a du jeu radial dans l'électro-aimant (5, 7; 6, 8) ou dans son boîtier (1, 2, 3).