Brevet FR2803894A1 — publié le 20010720

L'invention concerne un entraînement de réglage de position de type électromagnétique, notamment pour une soupape de changement de gaz d'un moteur à combustion interne, comprenant une tige d'armature mobile à action d'entraînement sur laquelle est fixée une armature mobile qui est située entre un premier et un second électro- aimants. On connaît des entraînements de réglage de position de type électromagnétique pour soupapes de changement de gaz pour moteurs à combustion interne. Contrairement à des soupapes à actionnement par arbre à cames, ces entraînements de réglage de position sont commandés, pour l'ouverture et la fermeture, en fonction de la position angulaire du vilebrequin. L'entraînement de réglage de position doit être en mesure d'exercer des forces élevées, notamment lors de l'ouverture d'une soupape d'échappement, et de parvenir rapidement dans l'autre position extrême chaque fois considérée et atteindre celle-ci d'une manière sûre lors de l'ouverture ou de la fermeture. Un tel entraînement de réglage de position de type électromagnétique est par exemple connu par DE 197 35 375 C2. Il comprend une armature mobile qui est maintenue par deux ressort dans une position centrale entre deux électro- aimants. Une application de courant sur l'un des électro- aimants permet à l'armature mobile d'être tirée dans la position extrême chaque fois considérée, associée à l'électro-aimant, et d'y être maintenue. Pour faire passer d'une position extrême à l'autre l'entraînement de réglage de position et donc la soupape de changement de gaz entraînée par celui-ci, il est mis fin à l'application de courant sur l'électro-aimant qui maintient et le courant est appliqué sur l'autre, de sorte que l'armature mobile est déplacée dans l'autre position extrême sous l'effet de la force des ressorts et de l'électro-aimant mis en circuit. La force devant être exercée par l'entraînement de réglage de position a la plus grande valeur possible à l'instant de l'ouverture. I1 convient par exemple que soit produite, lors de l'ouverture d'une soupape d'échappement, une force qui puisse vaincre la pression régnant dans la chambre de combustion. C'est pourquoi l'agencement connu par DE 197 35 375 C2 prévoit deux ressorts qui repoussent l'entraînement de réglage de position dans une position centrale. Ainsi, lors du passage d'une position extrême à l'autre, la force permettant de quitter la première position extrême est essentiellement exercée par ces ressorts. Toutefois, la dureté de ces ressorts est limitée vers le haut, étant donné qu'après le passage par la position centrale, l'électro-aimant de la position extrême devant être prise doit être en mesure de vaincre la force croissante des ressorts et de saisir l'armature mobile. Par ailleurs, cette saisie devrait se dérouler avec le moins de bruit possible, ce qui nécessite ce qu'il est convenu d'appeler une régulation de fin de course de l'électro aimant, laquelle est relativement complexe, notamment rend inévitable une mesure très exacte de la position de l'armature mobile. L'invention a pour but de fournir un entraînement de réglage de position de type électromagnétique qui, lorsqu'une position extrême est quittée, peut exercer une force élevée sans que soit imposée la coopération essentielle de ressorts. Ce but est atteint au moyen d'un entraînement de réglage de position, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce qu'il est prévu, entre l'armature mobile et le premier électro-aimant et montée coulissante sur la tige d'armature mobile, une première armature mobile auxiliaire qui ne peut exécuter, au moyen d'un premier guidage, qu'un coulissement limité, le guidage maintenant la première armature mobile auxiliaire dans la zone d'action du premier électro-aimant, et en ce que la tige d'armature mobile comporte un premier épaulement sur lequel la première armature mobile auxiliaire s'applique lorsque la tige d'armature mobile est dans la position de fermeture et la première armature mobile auxiliaire est à la distance maximale vis-à-vis du premier électro-aimant. L'idée de base de l'invention consiste à accélérer les masses à déplacer, au moyen d'une armature mobile auxiliaire disposée très près de l'électro-aimant, d'une manière telle que l'énergie cinétique alors créée suffit pour réaliser la totalité de la course de réglage de l'entraînement de réglage de position. On met à profit le fait physique que, lorsque la proximité vis-à-vis de l'électro-aimant croît, la force magnétique augmente d'une manière plus que proportionnelle. C'est pourquoi, conformément à l'invention, il est prévu, entre l'armature mobile et au moins un électro-aimant, une armature mobile auxiliaire qui coopère avec un épaulement associé prévu sur la tige d'armature mobile d'une manière telle que, lorsqu'une position d'extrémité est quittée, l'armature mobile auxiliaire se trouve près de l'électro-aimant de la nouvelle position extrême devant être prise. Si cet électro-aimant est mis en circuit, l'armature mobile auxiliaire accélère la tige d'armature mobile au moyen de l'épaulement, du fait de sa grande proximité vis-à-vis de l'électro-aimant, d'une manière telle que le dispositif de réglage de position quitte rapidement la position extrême et l'armature mobile fixée à demeure sur la tige d'armature mobile parvient dans la zone d'action de l'électro-aimant mis en circuit. Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, il est prévu une seconde armature auxiliaire qui est montée d'une manière coulissante sur la tige d'armature mobile entre l'armature mobile et le second électro-aimant, un second guidage, qui maintient la seconde armature mobile auxiliaire dans la zone d'action du second électro-aimant, et un second épaulement, situé sur la tige d'armature mobile, sur lequel la seconde armature mobile auxiliaire est appliquée lorsque la tige d'armature mobile est en position d'ouverture et que la seconde armature mobile auxiliaire est à une distance maximale vis-à-vis du second électro-aimant. Ainsi, pour freiner l'armature mobile lorsqu'elle vient reposer en fin de course sur l'électro-aimant de la position extrême devant être prise, la seconde armature mobile auxiliaire coopère avec le second épaulement, d'une manière telle que la tige d'armature mobile doit vaincre une certaine force pour séparer cette armature mobile auxiliaire de l'électro-aimant de la position extrême quittée. Donc, d'une manière simple, une fin de course sans bruit dans la nouvelle position extrême devant être prise est assurée sans régulation complexe. Cet entraînement de réglage de position amélioré conforme à l'invention offre en outre l'avantage que même des positions intermédiaires sont possibles moyennant une application appropriée de courant sur les électro-aimants. Il est ainsi possible de régler le degré d'ouverture d'une soupape de changement de gaz actionnée par l'entraînement. L'entraînement de réglage de position de type électromagnétique conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - la tige d'armature mobile est sollicitée par un ressort en direction de la position de fermeture, - le premier guidage comprend une première gorge ménagée dans le boîtier de l'entraînement de réglage de position et le second guidage comprend une seconde gorge ménagée dans le boîtier de l'entraînement de réglage de position, - l'armature mobile et les armatures mobiles auxiliaires sont en forme de plaquette, - l'armature mobile et les armatures mobiles auxiliaires présentent des rainures radiales sur leur surface de couverture, afin de réduire à un minimum l'adhérence lors d'une application mutuelle dans un état enduit d'huile, - il est prévu un élément d'amortissement hydraulique qui amortit, dans au moins une position extrême, la fin de course de la tige d'armature mobile. L'invention est exposée ci-après en détail à l'aide d'un exemple de réalisation en regard des dessins. Aux dessins, on voit . à la figure 1, une représentation schématique d'un entraînement de réglage de position avec une soupape de changement de gaz d'un moteur à combustion interne, à la figure 2, le dispositif de réglage de position lors du déclenchement de l'opération de fermeture, à la figure 3, le dispositif de réglage de position pendant l'opération de fermeture peu avant le freinage, à la figure 4, le dispositif de réglage de position dans la position de fermeture, à la figure 5, le dispositif de réglage de position lors du déclenchement de l'opération d'ouverture, à la figure 6, le dispositif de réglage de position pendant l'opération d'ouverture peu avant le freinage et, à la figure 7, les positions de valve de deux valves d'admission qui peuvent être réalisées. La figure 1 représente un entraînement de réglage de position de type électromagnétique qui entraîne un obturateur d'une soupape de changement de gaz, dans le cas présent d'une soupape d'admission. L'obturateur de soupape 6 est monté dans une culasse 9 et respectivement ouvre et ferme le conduit de changement de gaz 10 en obturant ou libérant un siège de soupape 17. L'obturateur 6 est guidé dans un guidage de soupape 7. Un boîtier il de l'entraînement de réglage de position de type électromagnétique est fixé à la culasse 6. Dans le boîtier 11, il est prévu un électro-aimant supérieur la et un électro-aimant inférieur lb qui, d'une manière connue, sont constitués de bobines et de noyaux de tôle feuilletée. Le boîtier 11 maintient les électro-aimants la, lb et évacue la chaleur sur la culasse 9. Une tige d'armature mobile 5 est montée sur l'obturateur de soupape 6 au moyen d'une fixation 18. La fixation 18 fixe la tige d'armature mobile 5 d'une manière telle qu'elle ne doit pas être guidée d'une manière indépendante. En variante, il est également possible d'imaginer une fixation 18 simplement axiale avec un guidage approprié de la tige d'armature mobile 5. La tige d'armature mobile 5 et l'obturateur de soupape 6 sont repoussés en position de fermeture par un ressort 8 qui prend appui entre la culasse 9 et une coupelle de ressort fixée sur l'obturateur 6. Le ressort 8 est juste suffisamment puissant pour empêcher une ouverture de l'obturateur 6 à l'état non actionné du dispositif de réglage de position. Un tel état peut par exemple se présenter lors du remorquage d'un véhicule. Cela empêche ainsi que l'obturateur 6 puisse actionner un piston du moteur à combustion interne. Une armature mobile 3 en forme de plaquette est fixée à la tige d'armature mobile 5, cette armature mobile 3 étant située entre l'électro-aimant inférieur lb et l'électro-aimant supérieur la. Une armature auxiliaire inférieure 4 se trouve disposée entre l'armature mobile 3 et l'électro-aimant inférieur lb. L'armature mobile auxiliaire 4 est montée coulissante sur la tige d'armature mobile 3 dans le sens de la longueur, sa course de coulissement étant limitée, au moyen d'un guidage inférieur réalisé sous forme d'une gorge 15 ménagée dans le boîtier 11, d'une manière telle qu'elle reste constamment dans la zone d'action de l'électro-aimant lb. D'une manière analogue, une armature mobile auxiliaire supérieure 2, qui est montée coulissante sur la tige d'armature mobile 5 entre l'armature mobile 3 et l'électro-aimant supérieur la, est guidée dans une gorge 14. La tige d'armature mobile 5 comporte un épaulement supérieur 13 et un épaulement inférieur 12 dont la fonction sera encore exposée ci-après. Les armatures mobiles auxiliaires 2, 4 et l'armature mobile 3 sont carrées et en forme de plaquette et sont constituées d'une matière appropriée sur le plan magnétique. Les armatures mobiles auxiliaires 2, 4 servent en premier lieu à accélérer la tige d'armature mobile 5, ainsi que cela sera encore exposé, en vue de vaincre les forces des gaz lors de l'actionnement de l'obturateur de soupape 6 et d'amener l'armature mobile 3 à portée de l'électro-aimant 1a ou lb concerné dans chaque situation. Une autre fonction des armatures mobiles auxiliaires 2, 4 est un freinage, encore à exposer, lorsque l'armature mobile 3 vient reposer en fin de course dans une position extrême. La figure 1 représente le dispositif de réglage de position avec l'obturateur de soupape 6 dans la position d'ouverture. I1 n'est appliqué à l'électro-aimant inférieur lb qu'un faible courant, ce qui est représenté par le pointillés. I1 lui suffit de vaincre la force du ressort 8 relativement peu dur, conçu d'une manière la plus dégressive possible, pour maintenir l'armature mobile 3 en position attirée. Il est encore important que, dans cette position d'ouverture, l'armature mobile auxiliaire supérieure 2 soit appliquée sur l'épaulement supérieur 13 de la tige d'armature mobile 5. La figure 2 illustre le déclenchement de l'opération de fermeture à partir de la position d'ouverture. A cet effet, un courant est appliqué à l'électro-aimant supérieur 1a et celui-ci attire l'armature mobile auxiliaire supérieure 2 qui est appliquée sur l'épaulement supérieur 13 de la tige d'armature mobile 5 et qui attire donc cette tige 5 vers le haut. Ainsi, l'inertie de masse est vaincue. Du fait de la grande proximité de l'armature mobile auxiliaire 2 vis-à-vis de l'électro-aimant supérieur la, il se produit une accélération rapide de la tige d'armature mobile 5. Dans le cas d'une conception, présentée à titre d'exemple, de l'électro-aimant supérieur la avec un courant appliqué de 30 ampères et 100 spires, il se présente une force de 50 N/200 N/500 N/1200 N à une distances de 4 mm/2 mm/1 mm/0,2 mm vis-à-vis de l'électro-aimant. Au moyen d'une augmentation rapide convenable du courant dans l'électro-aimant la, il se présente, en raison de la rigidité mécanique de l'armature mobile auxiliaire 2, une force qui croît rapidement lorsqu'on se rapproche de l'électro-aimant la et, accompagnant celle-ci, une accélération rapide de la tige d'armature mobile 5 vers le haut. L'énergie cinétique alors communiquée à la tige d'armature mobile 5 et la force du ressort 8 agissant avec un même effet amènent rapidement l'armature mobile 3 dans la zone d'action de l'électro-aimant supérieur la et celui- ci prend alors en charge la suite de l'action d'attraction. Dès que, ainsi que cela est représenté à la figure 3, l'épaulement inférieur 12 de la tige d'armature mobile 5 commence à être appliqué sur l'armature mobile auxiliaire inférieure 4, un courant est appliqué à l'électro-aimant 1b, de sorte qu'une certaine force est nécessaire pour séparer l'armature mobile auxiliaire inférieure 4 de l'électro-aimant inférieur lb. Bien entendu, cette application de courant peut également avoir déjà lieu légèrement plus tôt. Une mesure exacte de position de l'armature mobile n'est pas nécessaire à cet effet. Cette force exerce sur l'épaulement inférieur 12 un freinage de la tige d'armature mobile 5 lorsque l'armature mobile 3 parvient dans la position extrême supérieure. Etant donné que le courant appliqué à l'électro-aimant supérieur la peut être ramené pendant cette mesure à un courant de maintien assez faible, il est avantageux, pour des raisons d'énergie, de dévier sur l'électro-aimant inférieur 1b le courant différentiel qui n'est plus nécessaire dans l'électro-aimant la. Un dosage exact du courant appliqué à l'électro-aimant inférieur lb permet d'obtenir un soulèvement de l'armature mobile auxiliaire inférieure 4 et l'armature mobile 3 vient reposer en fin de course sans bruit dans la position extrême supérieure qui est illustrée à la figure 4. Dans cette position de fermeture, il n'est encore appliqué un courant qu'à l'électro-aimant supérieur la. L'armature mobile 3 n'a alors pas besoin d'être appliquée totalement sur l'armature mobile auxiliaire 2, mais peut être espacée de celle-ci d'un certain jeu de soupape. La force de l'électro-aimant supérieur 1a et la force du ressort 8 maintiennent alors l'obturateur de soupape 6 sur le siège de soupape 17. Si on met alors l'électro-aimant supérieur la hors circuit, la force du ressort 8 maintient l'entraînement de réglage de position et l'obturateur de soupape 6 dans la position de fermeture. Cela correspond à l'état hors tension du dispositif de réglage de position. I1 est encore important dans la position de fermeture qu'au moyen de l'épaulement 12, la tige d'armature mobile maintienne l'armature mobile auxiliaire 4 soulevée vis-à- vis de l'électro-aimant inférieur lb. L'opération d'ouverture de l'entraînement de réglage de position à partir de la position de fermeture de la figure 4 est illustrée à la figure 5. A cet effet, un courant maximal est appliqué à l'électro-aimant inférieur 1b. De ce fait, l'armature mobile auxiliaire inférieure 4 est accélérée vers l'électro-aimant inférieur lb et transmet cette accélération à la tige d'armature mobile 5 au moyen de l'épaulement 12. L'énergie cinétique ainsi communiquée a pour effet que la tige d'armature mobile 5 se déplace avec l'armature mobile 3 vers le bas, de sorte que cette armature mobile 3 parvient dans la zone d'action de la bobine inférieure lb. Cet état est illustré à la figure 6. Peu avant que l'armature mobile ne soit venue reposer en fin de course dans la position extrême inférieure, l'épaulement supérieur 13 vient en appui sur l'armature mobile auxiliaire supérieure 2 lorsque celle-ci est tirée vers le haut, pour le freinage, au moyen de l'application d'un faible courant sur l'électro-aimant supérieur la. La force qui est nécessaire pour séparer l'armature mobile auxiliaire supérieure 2 de l'électro-aimant supérieur la exerce, au moyen de l'épaulement 13, un freinage de la tige d'armature mobile 5 et, accompagnant celui-ci, une fin de course en douceur de l'armature mobile 3 dans la position extrême inférieure, sur l'électro-aimant inférieur lb. La force la plus grande se présente, dans un entraînement de réglage de position, à l'ouverture d'une soupape d'échappement avec une faible température d'huile et une vitesse de rotation élevée à pleine charge, étant donné qu'il convient alors d'ouvrir à l'encontre d'une pression intérieure de cylindre élevée et de la force du ressort 8. I1 est alors avantageux que, comme représenté à la figure 1, l'entraînement de réglage de position soit conçu de façon que la tige d'armature mobile 5 ne comporte pas de moyen de portée. Cela réduit le frottement. En outre, l'armature mobile 3 et les armatures mobiles auxiliaires 2, 4 sont avantageusement pourvues de rayures radiales afin de réduire, dans le cas d'une lubrification de l'entraînement de réglage de position à l'huile, un "collage" mécanique. I1 convient de souligner le fait que le freinage de l'armature mobile lorsqu'elle vient reposer en fin de course dans la position extrême chaque fois considérée est assuré par une application appropriée de courant à l'autre électro-aimant correspondant. Il est possible de renoncer à cette application de courant lorsqu'un freinage n'est pas nécessaire. Cela pourrait par exemple être le cas dans le domaine des vitesses de rotation élevées. Renoncer au freinage dans ce domaine aurait l'avantage qu'il serait possible d'obtenir un passage plus rapide d'une position extrême à l'autre. D'une manière facultative, il est possible d'amortir la tige d'armature mobile 5 également en utilisant un élément amortisseur hydraulique (non représenté) connu qui fait par exemple saillie à travers l'électro-aimant la, qui vient en action par en haut sur la tige d'armature mobile 5 dès que celle-ci se trouve dans un voisinage déterminé vis-à-vis de l'électro-aimant supérieur la et qui prend appui sur le boîtier il. La figure 7 illustre une autre utilisation avantageuse de l'entraînement de réglage de position de type électromagnétique. Une application appropriée de courant aux électro-aimants la, lb permet de réaliser des positions intermédiaires. La figure 7a est une représentation schématique de deux obturateurs de soupape 6, 16 dans la position de fermeture où ils sont appliqués sur le siège de soupape 17. La figure 7b illustre une position légèrement ouverte qui correspond à la position de la figure 3. L'application de courant a alors lieu d'une manière telle que l'armature mobile auxiliaire 4 ne peut pas se séparer de la bobine lb et qu'en même temps l'armature mobile 3 de l'entraînement de réglage de position ne puisse pas parvenir dans la position extrême supérieure. La figure 7c illustre une large ouverture qui correspond à la position de la figure 6. L'application de courant a alors lieu d'une manière telle que l'armature mobile auxiliaire 2 ne peut pas se séparer de l'électro aimant la, ce qui empêche que l'armature mobile 3 atteigne la position extrême inférieure. La figure 7d illustre l'ouverture totale de la figure 1. Les figures 7e à 7g illustrent des variations possibles dans le cas d'un moteur à combustion interne comportant deux soupapes d'admission ou deux soupapes d'échappement. Ainsi, au moyen d'une commande appropriée des électro-aimants la, lb, il est possible de réaliser dans l'ensemble sept positions d'ouverture différentes. REVENDICATIONS 1. Entraînement de réglage de position de type électromagnétique, notamment pour une soupape de changement de gaz d'un moteur à combustion interne, comprenant une tige d'armature mobile (5) à action d'entraînement sur laquelle est fixée une armature mobile (3) qui est située entre un premier et un second électro-aimants (lb, la), caractérisé en ce qu'il est prévu, entre l'armature mobile (3) et le premier électro-aimant (lb) et montée coulissante sur la tige d'armature mobile (5), une première armature mobile auxiliaire (4) qui ne peut exécuter, au moyen d'un premier guidage (15), qu'un coulissement limité, le guidage maintenant la première armature mobile auxiliaire (4) dans la zone d'action du premier électro-aimant (lb), et en ce que la tige d'armature mobile (5) comporte un premier épaulement (12) sur lequel la première armature mobile auxiliaire (4) s'applique lorsque la tige d'armature mobile (5) est dans la position de fermeture et la première armature mobile auxiliaire (4) est à la distance maximale vis-à-vis du premier électro-aimant (1b). 2. Entraînement de réglage de position suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu une seconde armature auxiliaire (2) qui est montée d'une manière coulissante sur la tige d'armature mobile (5) entre l'armature mobile (3) et le second électro-aimant (la), un second guidage (15), qui maintient la seconde armature mobile auxiliaire (2) dans la zone d'action du second électro-aimant (la), et un second épaulement (13), situé sur la tige d'armature mobile (5), sur lequel la seconde armature mobile auxiliaire (2) est appliquée lorsque la tige d'armature mobile (5) est en position d'ouverture et que la seconde armature mobile auxiliaire (2) est à une distance maximale vis-à-vis du second électro-aimant (la). 3. Entraînement de réglage de position suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tige d'armature mobile (5) est sollicitée par un ressort (8) en direction de la position de fermeture. 4. Entraînement de réglage de position suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le premier guidage comprend une première gorge (15) ménagée dans le boîtier (11) de l'entraînement de réglage de position et le second guidage comprend une seconde gorge (14) ménagée dans le boîtier (11) de l'entraînement de réglage de position. 5. Entraînement de réglage de position suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'armature mobile (3) et les armatures mobiles auxiliaires (2, 4) sont en forme de plaquette. 6. Entraînement de réglage de position suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'armature mobile (3) et les armatures mobiles auxiliaires (2, 4) présentent des rainures radiales sur leur surface de couverture, afin de réduire à un minimum l'adhérence lors d'une application mutuelle dans un état enduit d'huile. 7. Entraînement de réglage de position suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est prévu un élément d'amortissement hydraulique qui amortit, dans au moins une position extrême, la fin de course de la tige d'armature mobile (5).