Brevet FR2808859A1 — publié le 20011116

ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIQUE DE SOUPAPE La présente invention concerne des perfect' - nements apportés aux actionneurs électromagnétiques destinés à déplacer en translation axiale une soupape pour l'amener alternativement dans une position d'ouverture dans une position de fermeture. Elle trouve une application particulièrement importante dans la commande des soupapes d'un moteur à combustion interne, à allumage soit par étincelles soit par compression. Des actionneurs du type visé par l'invention sont décrits notamment dans les documents FR 2 784 222 et FR 99 05203. En se reportant à la figure 1 de ces documents, 'actionneur 10 est constitué d'un ensemble destiné à être monté sur la culasse 12 d'un moteur. I1 peut comporter un boîtier constitué de plusieurs pièces 14 et 16 empilées et assemblées par des moyens non représentés, tels que des 's. Ces pièces sont en matériau non ferromagnétique, par exemple en alliage léger. Le boîtier peut être fixé culasse 12 par l'intermédiaire d'une cale 20 également matériau non ferromagnétique. L'actionneur comporte une palette 22 en materiau ferromagnétique, avantageusement feuilleté pour réduire pertes, fixée sur une tige d'actionneur 24 destinée à l'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 d'actionneur 24 peut être fixée à la palette par soudure et être guidée par une bague 26 fixée à un prolongement annulaire de la pièce 16. Dans le mode de réalisation illustré, la queue 32 de la soupape 25 est distincte de la tige 24 et située coaxialement dans le prolongement de celle- '. Elle est guidée par une bague 29 fixée à la culasse et peut tourner dans celle-ci. Deux ressorts de rappel 28a et 28b sont prévus pour maintenir la tête 34 de la soupape 25 repos dans une position sensiblement médiane entre la position de fermeture et la position de pleine ouverture. Un des ressorts 28a est associé à la tige d'actionneur 24 et est comprimé entre un plateau ou coupelle 30 fixé à la tige 24 et le prolongement de la pièce 16. L'autre ressort 28b est comprimé entre un plateau ou coupelle 31 fixe à la queue de soupape 32 et le fond du puits de soupape 33 ménagé dans la culasse. Le jeu de distribution entre la tige 24 levée et la queue 32 de la soupape 25 fermée garantit l'étanchéité. La constitution détaillée de l'actionneur 10 et le fonctionnement de l'ensemble du dispositif sont exposés en détail dans les documents FR 2 784 222 et 99 05203 précités, auxquels on pourra se reporter. Un inconvénient présenté par le dispositif qui vient d'être décrit en regard de la figure 1 réside dans le fait que chaque coupelle 30, 31 est montée rigidement respectivement sur la tige d'actionneur 24 et la queue de soupape 32. Par exemple, comme illustré à la figure 1, chaque coupelle présente un alésage conique 35 divergeant vers l'extrémité de la tige 24 et de la queue 32 et est emmanchée à force sur une bague conique 36 solidaire de la t' 24 et de la queue 32 (par exemple formée de deux demi-bagues assemblées de part et d'autre de la tige 24, respectivement de la queue 32 et retenue, sur celle-ci, par un ensemble de gorges et nervures annulaires mutuellement emboîtées). Or, les ressorts 28a et 28b sont constitués sous forme de ressorts hélicoïdaux, notamment de ressorts hélicoïdaux en volute dont l'extrémité de petit diamètre est en appui sur la coupelle correspondante 30, 31 respectivement. De ce fait, l'appui de chaque ressort sur la coupelle associée n'est pas rigoureusement identique sur toute la périphérie de la coupelle en raison même de la géométrie de la spire d'extrémité du ressort. I1 en résulte que l'effort d'appui du ressort n'est pas rigoureusement symétrique sur le pourtour de la coupelle. La conséquence en est que l'effort du ressort sur coupelle se décompose en une composante de poussée axiale et en une composante transversale qui est communiquée, la coupelle, à la tige. Cette composante transversale varie avec la compression du ressort et tend à appliquer la tige d'actionneur 24 et la queue de soupape 32 contre la bague de guidage respective 26, 29. Ce frottement asymétrique à intensité variable au rythme des compression et dilatat' des ressorts (environ 50 fois par seconde pour une vitesse du moteur de l'ordre de 3000 tours minute) générateur de vibration, de bruit et d'usure des pièces frottantes. invention a essentiellement pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un agencement perfectionné qui donne mieux satisfaction aux exigences de la pratique, sans pour autant que sa mise en oeuvre se révèle trop onéreuse et n'entraîne de modification substantielle dans l'ensemble du dispositif. A ces fins, dans un actionneur électromagnétique de soupape ayant une palette solidaire d'une tige d'actionneur mobile sensiblement axialement pour coopérer fonctionnellement avec une queue de soupape qui est sensiblement dans le prolongement et coaxiale ' ladite tige actionneur et mobile sensiblement axialement, des moyens de rappel élastiques comprenant des ressorts hélicoïdaux associés coaxialement respectivement a ladite tige actionneur et à ladite queue de soupape étant agences pour maintenir au repos ladite soupape dans une posit' médiane entre des positions d'ouverture complète et de fermeture, lesdits ressorts hélicoïdaux étant, du côté des extrémités coopérantes de ladite tige d'actionneur et de ladite queue de soupape, en appui sur des coupelles solidaires respectivement desdites tige d'actionneur et queue de soupape, l'invention propose que les moyens de liaison mécanique entre au moins une desdites tige d'actionneur et queue de soupape et la coupelle correspondante soient des moyens d'accouplement à deux degrés de liberté en rotation autour de deux axes perpendiculaires à ladite tige d'actionneur ou queue de soupape. Grâce à cet agencement, on désolidarise partie la tige d'actionneur ou la queue de soupape et sa coupelle associée, de sorte que celle-ci peut, sous l'action de la composante d'effort transversale communiquée par le ressort, prendre toute inclinaison souhaitée par rapport à son support. Cette inclinaison peut varier en angle et en direction radiale au rythme de la variation de compression du ressort. Finalement la tige d'actionneur ou la queue de soupape n'est plus rigidement solidaire du ressort et n'est plus soumise à la composante d'-effort transversale générée par celui-ci, de sorte qu'elle coulisse dans la bague de guidage correspondante de façon parfaitement coaxiale. on écarte ainsi une cause d'usure rapide des pieces en glissement relatif et on élimine une-source de vibration et de bruit. Bien que différentes solutions techniques soient offertes à l'homme du métier pour réaliser concrètement la liaison envisagée, la relative petitesse des pièces à accoupler et la vitesse de fonctionnement alternatif très élevée de l'équipage mobile conduisent à réaliser les moyens de liaison mécanique sous forme d'un accouplement sphérique. De plus, du fait que le problème se pose identiquement pour la tige d'actionneur et la queue de soupape, il est souhaitable que les deux coupelles soient accouplées respectivement à la tige d'actionneur et à la queue de soupape par un accouplement sphérique. Dans un mode de réalisation concret chaque coupelle présente une cavité centrale axiale en forme de calotte sphérique propre à recevoir une rotule calotte sphérique de forme complémentaire qui est solidaire de la t d'actionneur ou de la queue de soupape et, de préférence, la cavité centrale axiale de la coupelle est tournée vers l'extrémité libre de la tige d'actionneur ou respectivement de la queue de la soupape. On peut envisager un exemple de realisation structurellement simple selon lequel la rotule forme de calotte sphérique est une partie élargie radialement de la tige d'actionneur ou de la queue de soupape. Toutefois, telle réalisation monobloc nécessite usinage particulier de la soupape. Pour éviter cela, on aura plutôt recours à un autre exemple de réalisation selon lequel rotule en forme de calotte sphérique est une bague rapportée coaxialement sur l'extrémité de la tige d'actionneur ou de queue de soupape, avec dans ce cas la possibilité que la bague formant rotule en forme de calotte-sphérique présente un alésage central conique et soit bloquée sur l'extrémité de la tige d'actionneur ou de la queue de soupape par une virole conique elle-même emboîtée sur ladite extrémité. Ou bien encore, on pourra avoir recours à autre exemple de réalisation selon lequel la rotule en forme de calotte sphérique est constituée sous forme de deux demi-bagues assemblées, avec blocage axial, part et autre de l'extrémité de la tige d'actionneur de la queue de soupape. I1 est avantageux, quelle que soit la réalisation pratique retenue, que la surface en calotte sphérique de la cavité de la coupelle et/ou de la rotule soit creusée de gorges radiales séparant des secteurs de calotte sphérique, de sorte qu'un agent de lubrification puisse être amené facilement entre les surfaces sphériques en mouvement relatif. L'invention trouve une application particulière ment intéressante lorsque les ressorts hélicoïdaux sont des ressorts en volute dont l'extrémité de petit diamètre d'enroulement est en appui sur les coupelles respectives, car c'est dans le cas de tels ressorts hélicoldaux en volute que la composante transversale est la plus importante. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels - les figures 2 à 4 sont des vues partielles, en coupe et à échelle agrandie, montrant respectivement trois modes de réalisation d'un accouplement articulé d'une coupelle et d'une tige d'actionneur, conformément à 'invention, et - la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un mode de réalisation avantageux de la surface externe d'une rotule susceptible d'être mise en #uvre dans les agencements des figures 2 à 4. Aux figures 2 à 4 a été représenté plus particulièrement l'accouplement articulé conformément à 'invention entre la coupelle 30 et la tige d'actionneur 24. Il est toutefois entendu qu'un accouplement de même nature peut, et de préférence doit être mis en #uvre entre la coupelle 31 et la queue de soupape 32 eu égard au fait que la queue de soupape 32 est soumise aux mêmes effets que la tige d'actionneur 24 pour les mêmes causes. Conformément à l'invention, on remplace l'accouplement rigide, par bague conique 36 illustré à la figure 1, entre la coupelle 30 et la tige d'actionneur 24 par une liaison articulée faisant appel à moyens d'accouplement à deux degrés de liberté en rotat' autour de deux axes perpendiculaires à ladite tige d'actionneur 24. Différentes solutions techniques s'offrent à l'homme du métier pour réaliser un tel accouplement iculé. Notamment, il pourrait être fait appel à un accouplement du type cardan. Toutefois, la petitesse des pieces à accoupler ainsi que les vitesses de fonctionnement alternatif très élevées qui génerent des efforts inertiels importants rendent cette solution délicate à mettre en #uvre, surtout pour obtenir une grande durée de vie. En outre, dans un accouplement à cardan les efforts ne sont rigoureusement symétriquement repartis pour toutes les directions d'inclinaison mutuelle pièces accouplées. De ce fait, à cette solution technique susceptible de résoudre partiellement les problèmes posés par l'accouplement rigide antérieur, peut être préférée la solution technique de l'accouplement à rotule sphérique qui présente l'avantage d'une symétrie rigoureuse dans toutes les directions d'inclinaison mutuelle des pièces accouplées et également l'avantage d'une structure robuste avec des pièces massives et sans assemblages délicats et fragiles. Comme illustré à la figure 2, on prévoit, conformément à l'invention, de terminer la tige d'actionneur 24 par une partie terminale 37 dont la surface 38 tournée vers l'actionneur 10 est en forme de calotte sphérique (surface convexe). La coupelle 30, quant à elle, présente une cavité centrale axiale 39, ouverte en direction de queue de soupape, dont la surface 40 est en forme calotte sphérique (surface concave) complémentaire de surface convexe de la partie terminale 37 de la tige d'actionneur 24. La coupelle 3.O,est maintenue en appui sur la partie terminale massive 37 simplement par le ressort 28a, et la rotule ainsi constituée autorise un 'battement rotatif omnidirectionnel de la coupelle 30 rapport à tige 24, libérant ainsi celle-ci des effets de la composante transversale due au ressort 28a. L'agencement illustré à la figure 2 conduisant à usinage complexe de la tige d'actionneur 24 et à un montage délicat de l'ensemble, on pourra en pratique avoir recours à l'exemple de réalisation illustré à la figure 3. La coupelle 30 est, comme à la figure 2, munie d'une cavité ' surface 40 en calotte sphérique concave, tandis que la surface en forme de calotte sphérique convexe 38 est prévue sur une bague annulaire 41 qui est solidarisée à l'extrémité de la tige d'actionneur 24 par l'intermédiaire d'une bague conique selon le même type montage qu'illustré à la figure 1 pour la solidarisation de la coupelle 30 directement à la tige 24. A cet effet la bague 41 comporte un alésage conique 42 par lequel elle est emmanchée à force sur une bague ou virole conique solidaire de la tige d'actionneur 24. Comme indiqué plus haut, bague conique 36 peut être formée de deux demi- bagues assemblées autour de la tige 24 et bloquée axialement sur celle-ci par un ensemble de gorge (s) saillie (s) prévues sur les faces respectives coopérantes et mutuellement emboîtées. On peut également envisager, comme illustré à figure 4, de combiner structurellement les deux bagues 41 et 36. A cette fin, la bague 41 à surface externe sphérique convexe 38 est remplacée par une bague 42 constituée de deux demi-bagues 43 qui présentent un évidemment central munie d'un ensemble de gorge (s) et/ou saillie (s) propres à coopérer par emboîtement avec ceux complémentaires de la tige d'actionneur 24. De préférence, comme illustré à la figure 5, la surface externe sphérique convexe 38 est creusée de saignées 44 d'étendue radiale qui facilitent l'amenée de lubrifiant entre les surfaces frottantes 38 et 40. En outre, la présence de telles saignées 44 réduit l'aire de contact des surfaces frottantes qui sont réduites à des secteurs de calotte 45, et réduit donc les frottements. Bien entendu, des saignées peuvent être prévues dans la surface sphérique concave 40 de la coupelle 30. REVENDICATIONS 1. Actionneur électromagnétique de soupape (34) ayant une palette (22) solidaire d'une tige actionneur (24) mobile sensiblement axialement pour coopérer fonctionnellement avec une queue de soupape ) qui est sensiblement dans le prolongement et coaxiale à ladite tige d'actionneur (24) et mobile sensiblement axialement, des moyens de rappel élastiques (28a, 28b) comprenant des ressorts hélicoïdaux associés coaxialement respectivement à ladite tige d'actionneur (24) et à ladite queue de soupape (32) et étant agencés pour maintenir au repos ladite soupape (34) dans une position médiane .entre des positions d'ouverture complète et de fermeture, lesdits ressorts hélicoïdaux étant, du côté des extrémités coopérantes de ladite tige d'actionneur et de ladite queue de soupape, en appui sur des coupelles (30, solidaires respectivement desdites tige d'actionneur (24) queue de soupape (32) caractérisé en ce que des moyens liaison mécanique entre au moins une desdites tige d'actionneur (24) queue de soupape (32) et la coupelle correspondante (30, 31), sont des moyens d'accouplement (38, 4 à deux degrés de liberté en rotat' autour de deux axes perpendiculaires à ladite tige d'actionneur ou queue soupape, ce grâce à quoi la tige d' ionneur ou la queue de soupape et la coupelle associée sont susceptibles de subir une inclinaison relative. 2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison mécanique comprennent un accouplement sphérique (38, 40). 3. Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux coupelles (30, 31) sont accouplées respectivement à la tige d'actionneur-(24) et à la queue de soupape (32) par un accouplement sphérique (38, 40). 4. Actionneur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque coupelle 0, 31) présente une cavité centrale axiale en forme de calotte sphérique (40) propre à recevoir une rotule en calotte sphérique de forme complémentaire (38) qui est solidaire de la tige actionneur (24) ou de la queue de soupape (32). 5. Actionneur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cavité centrale axiale (40) de la coupelle (30, 31) est tournée vers l'extremité libre de la ige d'actionneur (24) ou respectivement de la queue de la soupape (32). 6. Actionneur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la rotule en forme de calotte sphérique est une partie (37) élargie radialement de la tige d'actionneur (24) ou de la queue de soupape (32). 7. Actionneur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la rotule en forme de calotte sphérique est une bague (41) rapportée coaxialement sur 1 extrémité de la tige d'actionneur (24) ou de la queue de soupape (32). 8. Actionneur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la bague (41) formant rotule en forme de calotte sphérique (38) présente un alésage central conique (42) et est bloquée sur l'extrémité de la tige d'actionneur (24) ou de la queue de soupape (32) par virole conique (36) elle-même emboîtée sur ladite extrémité. 9. Actionneur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la rotule en forme de calotte sphérique (42) est constituée sous forme de deux demi- bagues ) assemblées, avec blocage axial de part et d'autre l'extrémité de la tige d'actionneur (24) ou de la queue soupape (32). Actionneur selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que surface en calotte sphérique de la cavité de la coupel et/ou de la rotule est creusée de gorges radiales (44) séparant des secteurs ) de calotte sphérique. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ressorts hélicoïdaux (28a, 28b) sont des ressorts en volute dont l'extrémité de petit diamètre d'enroulement est en appui sur les coupelles respectives (30, 31).