Brevet FR2808563A1 — publié le 20011109

Dispositif de commande la rotation d'un papillon motorisé et asservi pour contrôle du débit d'un mélange comburant alimentant un moteur à combustion interne. La présente invention concerne un dispositif de commande de la rotation d'un papillon entraîné par un moteur et asservi pour le contrôle du débit d'un mélange comburant alimentant un moteur à combustion interne, par exemple à injection. L'entraînement du papillon peut se faire par exemple par l'intermédiaire d'une barre de commande du papillon, excentrée par rapport à l'axe de pivotement de ce dernier. Habituellement dispositifs de ce type ,; comprennent, sur un même de rotation, d'une part une cinématique d'asservissement composée principalement d'un moteur-couple à attaque directe ou d'un moto-réducteur, et d'un capteur de position à potentiomètre (multipistes pour validation de signal par test de cohérence entre pistes), d'autre part un mécanisme de rappel par ressort, activé en permanence et assurant en de panne le retour sur une position angulaire prédéterminée dite de "limp-home", à savoir une position permettant le retour du véhicule au garage avec une valeur prédéterminée de charge moteur. La figure 1 du dessin ci-annexé montre l'allure du couple C de rappel du ressort en fonction de l'angle d'ouverture a du papillon. on comprend que l'effort élastique du ressort de rappel peut constituer une perturbation significative l'asservissement, non- linéaire et discontinue, notamment pour les positions angulaires correspondant à régimes de fonctionnement habituels du moteur. Il en resulte des difficultés, bien connues des automaticiens, qui nécessitent des techniques de compensation délicates à mettre au point et souvent endurantes . - compensation "feed-forward" du couple de rappel qui doit être modélisé; - calibrage et auto-adaptation de la mesure position en permanence, avec risque d'une inversion du signe du couple modélisé; - ilisation de correcteurs non linéaires. Ce problème est encore plus critique pour les asservissements à moteur-couple à attaque directe, qui sont limites en couple par rapport à des moto-réducteurs classiques. Le rapport couple perturbateur/couple maxi est plus élevé ce qui limite la performance d'asservissement. En outre, on constate un impact sur la consommation électrique ainsi que sur le coût et la fiabilité de l'électronique de pilotage, du fait que le moteur d'asservissement doit compenser en permanence la force de rappel élastique du papillon vers la position "limp-home". Le but de la présente invention est par suite d'éviter tous ces inconvénients de la technique antérieure, et de permettre au véhicule de rentrer garage en cas de panne de l'asservissement en maintenant alors automatiquement le papillon de contrôle des gaz dans une position d'ouverture minimale dite de "limp-home , mais sans perturbation de l'asservissement de position papillon motorisé en cas de fonctionnement normal. A cet effet, un dispositif conforme à l'invention du type mentionné ci-dessus, est caractérisé en ce qu' comporte d'une part deux branches de pince sollicitées par une force de rappel élastique en rotation l'une par rapport à l'autre de sorte qu'elles puissent venir dans une position de fermeture pour laquelle elles bloquent le papillon dans une position d'ouverture partielle permettant une alimentation minimale du moteur, et d'autre part un organe de blocage disposé entre une première pièce d'une des branches de la pince et une seconde pièce de l'autre branche, l'actionnement dudit organe après rotation des branches vers une position d'ouverture l'encontre ladite force de rappel élastique, permettant le maint' dans une position rapprochée desdites pièces par ledit organe, position pour laquelle la mise et maintien position relative écartée desdites branches permet la manceuvre normale du papillon entre ses positions de pleine ouverture et de pleine fermeture, sans intervention de ladite force de rappel élastique. Avantageusement, un tel dispositif peut encore être caractérisé en ce que la mise en rotation desdites branches la pince vers une position d'ouverture a l'encontre de ladite force de rappel élastique assurée, en phase initiale d'armement, par le moteur d'asservissement du papillon. Avantageusement encore, lesdites branches de pince sont constituées par deux disques parallèles et coaxiaux pourvus chacun d'une lumière ou d'une encoche arquée, la fermeture de- cette pince correspondant à une position des disques pour laquelle les extrémités desdites lumières ou encoches viennent en appui de part et d'autre d'une butée principale, laquelle peut être constituée par une barre perpendiculaire au plan des disques et traversant lesdites lumières, ou par une barre de portique extérieur, occupant lesdites encoches. Un dispositif conforme à l'invention peut encore être caractérisé dans la position de fermeture de pince, le papillon est bloqué, par l'intermédiaire d' barre de commande excentrée par rapport à son axe de pivotement dans une position d'ouverture partielle permettant une alimentation minimale du moteur, cette barre de commande étant bloquée entre une premiere butée appartenant à l'un des disques et une seconde butée appartenant à l'autre disque. Selon une autre disposition avantageuse de l'invent , le dispositif peut encore être caractérisé en ce que ledit organe de blocage est un électroaimant disposé entre une première pièce polaire du disque qui porte première butée et une seconde pièce polaire du disque qui porte la seconde butée, l'alimentat' dudit électroaimant, après mise en rotation des disques vers une position d'ouverture à l'encontre de ladite force de rappel élastique, permettant le maintien dans une position rapprochée desdites pièces par ledit électroaimant, position pour laquelle la mise et le maintien en position relative écartée desdites butées permet la manceuvre normale du papillon entre ses positions de pleine ouverture et de pleine fermeture, sans intervention de ladite force de rappel élastique. Cette force de rappel élastique peut être assurée par un seul ressort agissant entre les branches de ladite pince, le cas échéant lés disques précités. Le fonctionnement et les avantages 'un tel dispositif seront mieux compris à la lecture de la description de deux modes d'exécution de l'invention, description qui va maintenant être faite à titre 'exemple nullement limitatif, avec référence aux autres figures du dessin ci-annexé dans lequel - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif conforme à l'invention, en position de fermeture des disques, correspondant au "limp-home"; - la figure 3 est une vue analogue en position d'ouverture des disques, correspondant au fonctionnement normal; - la figure 4 est une vue de profil simplifiée de ce dispositi - figure 5 est une vue en perspective plus complète d un mode de réalisation de l'invention, montrant comme la figure 2 une position de "limp-home" du papillon; - la figure 6 est une vue en perspective analogue en fonctionnement normal avec papillon fermé; et - la figure 7 est une vue analogue à la précédente, avec papillon ouvert. Sur les figures schématiques 1 à 4, une barre commande du papillon (non représenté) a été référencée , et est excentrée par rapport à l'axe de pivotement de papillon, référencé pour mémoire en 2 sur la figure 4. Le dispositif proprement dit comporte deux disques coaxiaux et parallèles 3 et 4 pourvus chacun d'une lumière arquée, respectivement 5 et 6, ayant le même rayon de courbure et préférentiellement la même extension angulaire. Ces disques sont sollicités en rotation l'un par rapport à l'autre par la force de rappel élastique d'un ressort spiral 7, de telle sorte qu'ils puissent venir en cas panne dans la position dite de fermeture de la figure , pour laquel les extrémités des lumières 5 et 6 viennent en appui part et d'autre d'une butée principale, par exemple barre fixe 8 perpendiculaire au plan des disques (ou autre butée analogue). Conformément à l'invention, cette position dite fermeture est telle que la barre de commande 1 est alors bloquée entre une première butée 9 du disque 3 et seconde butée 10 du disque 4, position correspondant à une ouverture partielle du papillon d'admission des gaz, dite de "limp-home". Le dispositif comporte par ailleurs un électroaimant il dont le noyau 12 est disposé entre une première pièce polaire 13 du disque 3 et une seconde pièce polaire 14 du disque 4. Les butées, ressort, électroaimant et pièces polaires n'ont pas été représentés la figure 4 dans le but de simplifier le dessin. Au démarrage, on utilise le moteur (non représenté sur les figures 2 à 4) d'asservissement de commande d'ouverture du papillon pour amener les disques 3 et 4 dans la position relative de la figure 3, pour laquelle les pièces polaires 13 et 14 viennent en butée sur le noyau 12 de l'électroaimant, lequel est alimenté en courant et bloque alors les disques dans cette position, qui est la position de fonctionnement normal du dispositif. Cette opération initiale, qui peut 'identifier à une opération d'armement du dispositif, est très rapide (quelques dizaines de ms), et imperceptible pour le conducteur. On voit que le résultat visé par 'invention est atteint, puisque la barre de commande 1 peut ensuite, sous l'action du moteur d'asservissement, se déplacer entre les butéés alors espacées 9 et 10, sans que ressort 7 soit sollicité, ce qui évite radicalement les inconvénients mentionnés plus haut. En cas de panne, l'électroaimant 11 n'est plus inventé et libère les pièces polaires 13 14. Sous l'action de rappel du ressort 7, les disques viennent alors dans la position de la figure 2, pour laquelle la barre de commande 1 se trouve bloquée entre butées 9 et 10, dans la position de "limp-home" déjà décrite. Il est à noter qu'un seul ressort de rappel et un seul électroaimant sont nécessaires au fonctionnement du dispositif, ce qui permet d'atteindre une grande fiabilité, de simplifier la construction et de réduire l'encombrement. Dans les figures 5 à 7 montrant moins schématiquement un mode de réalisation complet de l'invention, on a repris les mêmes références que précédemment pour désigner les mêmes organes des organes jouant le même rôle que dans la représentation simplifiée des figures 2 à 4. Les éléments ajoutes sont les suivants . représente le moteur d'asservissement du papillon P monté dans la conduite de gaz C. référence l' désigne un disque calé sur l'arbre 2 du moteur M et portant la barre de commande 1, l'arbre 2 entraînant ici directement le papillon P. butée principale ou barre fixe 8 est constituée par la branche horizontale d'un portique fixé une embase Les lumières arquées 5 et 6 des disques et 4 sont ici remplacées par de simples encoches 5a et 6a recevant la barre 8. Dans la position de la figure 5, l'électroaimant 11 n'étant pas alimenté., on comprend que le ressort de rappel 7 monté entre les disques 3 et 4 sur l'arbre 2 du moteur M sollicite ces disques dans une position de blocage sur la barre fixe 8, par l'intermédiaire des extrémités correspondantes des encoches, respectivement 5a et 6a, venant buter de part et d'autre de cette barre. La barre commande 1 du disque l' est alors elle-même bloquée entre ces deux extrémités d'encoches (jouant ici en même temps le rôle des butées 9 et 10 mentionnées plus haut), bloquant ainsi le papillon P dans une position de "limp-home", avec un angle d'ouverture de l'ordre de 5 , ce qui permet de rentrer au garage en cas de panne. Dans la position de la figure 6, le moteur M a amené le papillon P en position de fermeture, et les pièces polaires 13 et 14 fixées respectivement sur les disques 3 et 4, amenés dans la position appropriée par la barre de commande 1, sont maintenues collées sur le noyau 12 de l'électroaimant 11 alors alimenté, ce qui autorise ensuite la rotation du papillon P, entraîné par le moteur M, entre sa position de pleine fermeture figure 6) et sa position de pleine ouverture (figure 7), barre 11 étant alors libre de se déplacer entre extrémités des encoches 5a et 6a des deux disques 3 et En cas de panne, l'électroaimant il cesse d'être . alimenté, et le ressort 7 rappelle les pièces mobiles dans la position de "limp-home" de la figure 5. REVENDICATIONS Dispositif de commande de la rotation d'un papillon entraîné par un moteur (M) et asservi pour contrôle du débit d'un mélange comburant alimentant moteur a combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part deux branches de pince (3, 4) sollicitées par une force de rappel élastique (7) en rotation l'une par rapport à l'autre de sorte qu'elles puissent venir dans une position de fermeture pour laquelle elles viennent bloquer le papillon (P) dans position d'ouverture partielle permettant une alimentation minimale du moteur, et d'autre part un organe de blocage (11) disposé entre une première pièce (13) d'une branches (3) de la pince et une seconde pièce (14) de l'autre branche (4), l'actionnement dudit organe (11) après rotation des branches (3, 4) vers une position d'ouverture à l'encontre de ladite force de rappel élastique (7), permettant le maintien dans une position rapprochée desdites pièces (13, 14) par ledit organe (11) position pour laquelle la mise et le maintien en position relative écartée desdites branches (3, 4) permet manoeuvre normale du papillon (P) entre ses positions pleine ouverture et de pleine fermeture, sans internent' de ladite force de rappel élastique (7). 2. Dispositif selon la revendication 1, caracte- risé en ce que ladite mise en rotation des branches , 4) vers une position d'ouverture à l'encontre de ladite force de rappel élastique (7) est assurée, en phase initiale d'armement, par le moteur (M) d'asservissement papillon (P). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites branches de la pince sont constituées par deux disques parallèles et coaxiaux (3, 4) pourvus chacun d'une lumière ou encoche arquée (5,6; 6a), la fermeture de cette pince correspondant à une position des disques pour laquelle les extrémités desdites lumières ou encoches (5,6; 5a, 6a) viennent appui de part et d'autre d'une butée principale (8). 4. Dispositif selon la revendication 3, caracté risé en ce que ladite butée principale (8) est une barre perpendiculaire au plan des disques (3, 4) et traversant lesdites lumières (5,6). 5. Dispositif selon la revendication , caracté risé en ce que ladite butée principale (8) est une barre portique extérieur, occupant lesdites encoches (5a,6a). 6. Dispositif selon l'une quelconque revendi cations 3 à 5, caractérisé en ce que dans la position de fermeture de la pince, le papillon est bloqué, par l'intermédiaire d'une barre (1) de commande excentrée par rapport à son axe de pivotement (2), dans position d'ouverture partielle permettant une alimentation minimale moteur, cette barre de commande (1) étant bloquée entre première butée (9) appartenant à l'un (3) disques et une seconde butée (10) appartenant à l'autre disque 7. Dispositif selon la revendication 6, caracté risé en ce que ledit organe de blocage (11) est un électroaimant disposé entre une première pièce polaire ( du disque (3) qui porte la première butée (9) et une seconde pièce polaire (14) du disque (4) qui porte la seconde butée (10), l'alimentation dudit électroaimant, après mise en rotation des disques (3, 4) vers une position d'ouverture à l'encontre de ladite force de rappel élastique (7), permettant le maintien dans une position rapprochée desdites pièces (13, 14) par ledit électroaimant, position pour laquelle la mise et le maintien en position relative écartée desdites butées (9, 10) permet la man#uvre normale du papillon entre ses positions de pleine ouverture et de pleine fermeture, sans intervention de ladite force de rappel élastique (7). 8. Dispositif selon lune quelconque des revendi cations précédentes, caractérisé en ce que ladite force de rappel élastique est assuree par un seul ressort (7) agissant entre les branches , 4) de ladite pince.