Brevet FR2813703A1 — publié le 20020308

L'invention concerne un dispositif avec un actionneur électromagnétique pour la commande d'un organe de réglage, en particulier une soupape de changement des gaz d'un moteur à combustion interne, comprenant une unité électromagnétique, grâce à laquelle un induit, logé de manière mobile, peut être déplacé avec l'organe de réglage avec lequel il coopère et avec un dispositif de mesure qui comprend au moins un élément de mesure inductif pour au moins déterminer la position de l'induit et, plus particulièrement, un mécanisme à ressorts agissant sur l'organe de commande. On connaît, grâce à JP 07 224 624 A un actionneur réalisé de cette manière et servant à la commande d'une soupape de changement des gaz d'un moteur à combustion interne. L'actionneur électromagnétique comprend deux électro-aimants, un aimant d'ouverture et un aimant de fermeture, entre les surfaces polaires desquels se trouve placé un induit mobile coaxial avec l'axe de la soupape. L'induit agit sur la tige de la soupape de changement des gaz. Ensuite, un mécanisme à ressorts précontraints agit par l'induit sur la soupape de changement des gaz. Comme mécanisme à ressorts précontraints, on utilise deux ressorts à pression précontraints, dont le ressort de pression supérieur sollicite la soupape de changement des gaz vers la position ouverte et le ressort de pression inférieur sollicite la soupape de changement des gaz vers la position fermée. Lorsque l'électro-aimant n'est pas excité, I'induit se trouve, par l'effet du ressort de pression ou du ressort de soupape, en un état d'équilibre entre les électroaimants. Les électroaimants comportent chacun, à côté d'une bobine de commande, une bobine de mesure. Les bobines de mesure sont disposées dans la région radialement interne des bobines de commande. La position de l'induit entre les électro-aimants influe sur l'inductivité de la bobine de mesure et de ce fait, les valeurs de I'inductivité obtenues depuis les bobines de mesure permettent de déduire la position de l'induit. L'inductivité diminue rapidement et de manière non linéaire avec l'éloignement de l'induit par rapport aux bobines de mesure et les bobines de mesure sont exposées pendant la commande aux champs magnétiques forts des bobines de commande. Par ailleurs, on connaît, grâce à DE 196 28 860 A1, un actionneur électromagnétique pour la commande d'une soupape de changement des gaz d'un moteur à combustion interne avec un induit oscillant, qui est capable d'osciller autour d'un axe entre deux électroaimants. Le but de l'invention est de fournir un dispositif avec un actionneur pour la commande d'un organe de réglage, avec lequel on peut assurer un positionnement le plus précis possible et sur une plage large, de l'induit et/ou de l'organe de réglage, pendant le fonctionnement de l'actionneur. Ce but est atteint selon l'invention par le fait qu'au moins un élément de mesure inductif est fixé fermement à l'induit. Grâce à l'élément de mesure inductif fixé solidement à l'induit et donc mobile avec l'induit, on peut réduire le domaine mort, dans lequel, pendant la commande, aucun signal de mesure ne peut être saisi ou seulement un signal imprécis et faible. Contrairement à une unité de mesure inductive fixée sur un électroaimant de l'unité électromagnétique, l'élément de mesure fixé à l'induit n'est pas constamment exposé à un champ magnétique élevé, mais il se déplace dans le champ magnétique de l'électroaimant et hors de ce champ: grâce à cela, très tôt avant l'arrivée de l'induit sur une face polaire de l'électroaimant, on détecte un signal de mesure important et facilement exploitable. Grâce à la petite taille de la région morte, on peut réaliser un contrôle et un réglage efficaces du mouvement de l'induit. En plus, l'élément de mesure mobile avec l'induit permet de déterminer la position de l'induit par rapport aux deux électroaimants espacés l'un de l'autre, sans qu'il y ait besoin de fixer un élément de mesure inductif sur chaque électroaimant. A côté de l'élément de mesure inductif fixé à l'induit, il y a au moins un élément de mesure inductif additionnel fixé sur I'unité électromagnétique, de sorte qu'au moins deux signaux de mesure peuvent être saisis, ce qui permet de réaliser une mesure particulièrement précise pour l'obtention, en particulier, des valeurs de correction. Pour obtenir un signal de mesure aussi élevé que possible et qui soit facile à saisir et à exploiter, l'élément de mesure fixé à l'induit est réalisé sous la forme d'une bobine de mesure et, de manière particulièrement avantageuse, d'une bobine de mesure avec une pluralité de spires. Dans une autre variante d'exécution de l'invention, on prévoit que l'élément de mesure inductif est incorporé, au moins partiellement, dans l'induit. L'élément de mesure peut alors être protégé des influences externes et on peut éviter une diminution de la surface de contact de I'induit avec une construction d'un volume identique. Quand l'élément de mesure est incorporé à l'induit lors de la fabrication, par exemple par un procédé de moulage, cela permet de se passer d'éléments de fixation et de diminuer les coûts d'assemblage. Egalement, la bobine de mesure utilisée comme élément de mesure peut être enroulée sur l'induit, ce qui facilite la fabrication. Des procédés de fixation appropriés viendront à l'esprit de l'homme de l'art, par exemple par crabot, par insertion à force et/ou par brasage, en utilisant un adhésif, etc. L'élément de mesure est disposé, de préférence, sur une surface externe de l'induit de manière à ce que, lors de l'arrivée de l'induit sur la face polaire de l'unité électromagnétique, il vienne se loger dans un évidement de la face polaire, dans lequel est disposé un enroulement de l'unité électromagnétique. Des évidements additionnels ne sont pas nécessaires et de la place additionnelle pour d'autres éléments n'est pas non plus nécessaire. Les données saisies par l'élément de mesure peuvent être transmises par différents moyens de transmission appropriés connus de l'homme de l'art, depuis l'induit mobile jusqu'à une unité de saisie dans un logement fixe, par exemple par des signaux radio, par des signaux infrarouges, par des balais de contact, etc. Toutefois, lorsque l'induit est agencé pour être oscillant, on peut facilement réaliser une construction assurant une transmission des données par l'axe d'oscillation de l'induit et par des lignes de données. D'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit faite à l'aide de dessins. Dans les dessins, on a représenté des exemples d'exécution de l'invention. La description et les revendications contiennent de nombreuses caractéristiques combinées. L'homme de l'art pourra utiliser ces caractéristiques de manière avantageuse isolément et également les utiliser dans d'autres combinaisons. Dans ces dessins: La fig. 1 est un actionneur électromagnétique en coupe longitudinale, la fig. 2 est une vue en coupe selon la ligne Il - Il de la fig. 1, la fig. 3 est une variante de l'actionneur, en coupe longitudinale, avec un induit oscillant et la fig. 4 est une vue en coupe selon la ligne IV - IV de la fig. 3. La fig. 1 est une vue en coupe d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile avec un piston élévateur 19 guidé dans un carter 18 et une tête de cylindre 20 sur le carter 18. Dans la tête de cylindre 20, il y a une commande de soupape avec un actionneur électromagnétique pour la commande d'une soupape de changement des gaz 21. L'actionneur comprend une unité électromagnétique 16 avec un premier aimant d'ouverture 23 fonctionnant dans la direction de l'ouverture 22 et un second aimant de fermeture 25, fonctionnant dans la direction de la fermeture 24, entre lesquels est disposé coaxialement un induit 12. L'induit 12 agit via une tige 27 d'induit guidée par un guide 26 pour la tige de l'induit, un élément hydraulique 28 d'équilibrage du jeu, sur une tige 29 de soupape qui est guidée par un guide 30 pour la tige, agencé dans la tête de cylindre 20. Par ailleurs, la tige 29 de soupape agit sur un mécanisme à ressorts 31 avec un ressort de soupape supérieur 32 agissant dans la direction de l'ouverture 22 et un ressort de soupape inférieur 33 agissant dans la direction de la fermeture 24. Le ressort 33 de soupape agissant dans la direction de la fermeture 24 se trouve dans un compartiment 34 pour le ressort situé sur le côté de l'aimant d'ouverture 23 faisant face à la soupape de changement des gaz 21, il est supporté par un anneau 35 sur la tête de cylindre 20 et il agit via un appui 36 pour le ressort dans la direction de la fermeture 24 sur la tige 29 de soupape. Le ressort de soupape 32 agissant dans la direction de l'ouverture 22 se trouve du côté de l'aimant de fermeture 25, opposé à la soupape de changement des gaz 21, il est supporté par le couvercle supérieur 37 fixé sur la tête 20 du cylindre, et il agit via un appui 38 pour le ressort faisant face à la soupape de changement des gaz 21 sur une tige 39 de ressort guidée par un guide 40 dans l'aimant de fermeture 21 et agissant par son côté avant orienté dans la direction de la soupape de changement des gaz 21 sur une face avant de la tige 27 de l'induit. Pour sortir l'induit 12 de sa position d'équilibre entre les électroaimants 23, 25 au démarrage du moteur à combustion interne, soit I'aimant de fermeture 25, soit l'aimant d'ouverture 23 est surexcité pendant un court moment de temps ou encore l'induit 12 est mis en oscillation à sa fréquence de résonance avec une routine de mise en oscillation. Dans la position fermée de la soupape de changement des gaz 21, l'induit 12 est en appui sur une face polaire de l'aimant de fermeture 25 alimenté en courant et il est retenu par celui-ci. L'aimant de fermeture exerce une force sur le ressort 32 de soupape agissant dans la direction de l'ouverture 22. Pour ouvrir la soupape de changement des gaz 21, l'aimant de fermeture 25 est désactivé et l'aimant d'ouverture 23 est activé. Le ressort 32 de soupape agissant dans la direction de l'ouverture 22 accélère l'induit 12 au droit de la position d'équilibre, de sorte que celui-ci est attiré par l'aimant d'ouverture 23 et le ressort 33 agissant dans la direction de la fermeture 24 est mis sous tension. L'induit 12 vient heurter une face polaire de l'aimant d'ouverture 23 et il est retenu par cette dernière. Pour fermer complètement la soupape de changement des gaz 21, I'aimant d'ouverture 23 est désactivé et l'aimant de fermeture 25 est activé. Le ressort 33 de soupape agissant dans la direction de la fermeture accélère l'induit 12 au droit de la position d'équilibre vers l'aimant de fermeture 25. L'induit 12 est attiré par l'aimant de fermeture 25 et vient heurter la face polaire de l'aimant de fermeture 25 et est retenu par celle-ci. Pour pouvoir contrôler et réguler de manière appropriée les mouvements de l'induit 12, la position de celui-ci, sa vitesse et son accélération sont saisies conformément à l'invention, grâce aux éléments de mesure inductifs 10, 14 réalisés sous la forme de bobines de mesure ayant une pluralité de spires. Un des éléments de mesure 10 est solidaire de l'induit 12 et l'autre élément de mesure 14 est fixé sur le côté, qui fait face à la soupape de changement des gaz 21, du guide 40 de la tige 39 du ressort, dans l'aimant de fermeture 25 près de la face polaire de celui- ci. Les données saisies par l'élément de mesure 14 disposé dans l'aimant de fermeture 25 sont acheminées par une ligne de données (non représentée) et les données saisies par l'élément de mesure 10 de l'induit 12 sont transmises via quatre émetteurs à infrarouges 42 répartis régulièrement suivant la circonférence de l'induit 12, vers une unité de saisie et d'exploitation 41 (figs. 1 et 2). La fig. 3 représente une autre variante de l'actionneur électromagnétique servant à la commande d'une soupape de changement de gaz 43 d'un moteur à combustion interne (non représenté). L'actionneur comprend une unité électromagnétique 17 avec deux électroaimants 44, 45, dont un aimant d'ouverture 44 et un aimant de fermeture 45. Chacun des électroaimants 44, 45 comprend une bobine magnétique 67, 68 enroulée sur un support de bobine (non représenté) avec un noyau de bobine 69, 70 à deux branches, dont les faces frontales constituent les faces polaires. Entre les faces polaires, il y a un induit oscillant 13 pouvant effectuer un mouvement oscillant de va-et- vient autour d'un axe. L'induit oscillant 13 comporte une saillie 72 par laquelle il agit sur une tige 48 d'une soupape de changement des gaz 43 (figs. 3 et 4). La tige 48 de la soupape est logée de manière à pouvoir se mouvoir axialement, dans un guide 49 de tige dans la tête 50 de cylindre du moteur à combustion interne. En outre, l'actionneur comprend un mécanisme à ressorts, avec deux ressorts 51, 52 de soupape sous contrainte, dont un 51 est réalisé comme une barre de torsion agissant dans la direction de l'ouverture 53 est l'autre 52 est réalisé comme un ressort de pression hélicoïdal agissant dans la direction de la fermeture 54. L'induit oscillant 13 est rendu solidaire par soudage d'un axe d'oscillation creux 55 (fig. 4). L'axe d'oscillation 55 est monté en un premier point d'appui 56 par un premier palier lisse 57 sur un tourillon 58 solidaire d'une première paroi 59 d'un logement 60 de l'actionneur et en un second point d'appui 61 par un second palier lisse 62 sur le ressort à barre de torsion solidaire d'une seconde paroi 63 du logement 60 de l'actionneur. Le ressort à barre de torsion est fixé solidement par une extrémité à la paroi 63 du logement et agit par une paroi de séparation 64 fixée solidement à l'axe d'oscillation 55, par l'axe d'oscillation 55, par I'induit oscillant 13 et par la tige 48 de soupape, sur la soupape 43 de changement des gaz. Le ressort de pression hélicoïdal prend appui sur un premier appui 65 pour ressort sur la tête de cylindre et il agit via un deuxième appui 66 pour ressort et via la tige 48 de soupape sur la soupape 43 de changement des gaz (fig. 3). Lorsque les électroaimants 44, 45 ne sont pas excités, l'induit oscillant 13 se trouve, du fait de l'action des ressorts 51, 52 de soupape en une position d'équilibre entre les faces polaires des électroaimants 23, 25. L'actionneur est démarré de la même manière que l'actionneur des figs. 1 et 2. Pour pouvoir contrôler et réguler de manière appropriée le mouvement de l'induit oscillant 13, sa position, sa vitesse et son accélération sont saisies par les éléments de mesure inductifs 11, 15 réalisés sous la forme de bobines de mesures ayant une pluralité de spires. Le premier élément de mesure 11 est installé sur l'induit oscillant 13 et l'autre élément de mesure 15 est fixé dans l'aimant de fermeture 45 sur le côté de la bobine d'aimant 68 faisant face à la soupape de changement de gaz 43. Les données saisies par l'élément de mesure 15 agencé dans l'aimant de fermeture 45 sont envoyées via une ligne de données (non représentée) et les données de l'élément de mesure 11 fixé sur l'induit 12 sont envoyées via une ligne 71 de données vers une unité de saisie et d'exploitation 73. La ligne 71 de données est amenée depuis l'élément de mesure 11 par un alésage 46 aménagé suivant la direction de mouvement de l'induit oscillant 13 et par un alésage 47 perpendiculaire à la direction de mouvement de l'induit oscillant 13 vers l'axe oscillant creux 55, d'o la ligne 71 de données est dirigée par un alésage 74 dans le tourillon 58, vers l'unité de saisie et d'exploitation 73. Lorsque l'induit oscillant 13 arrive sur les faces polaires de l'aimant de fermeture 45, l'élément de mesure 11 se place entre les branches de l'aimant de fermeture 45 et lorsque l'induit oscillant 13 arrive sur les faces polaires de l'aimant d'ouverture 44, I'élément de mesure 11 se place entre les branches de l'aimant d'ouverture 44. Revendications 1. Dispositif avec un actionneur électromagnétique pour la commande d'un organe de réglage, en particulier une soupape de changement des gaz d'un moteur à combustion interne, comprenant une unité électromagnétique, grâce à laquelle un induit, logé de manière mobile, peut être déplacé avec l'organe de réglage avec lequel il coopère et avec un dispositif de mesure qui comprend au moins un élément de mesure inductif pour au moins déterminer la position de l'induit et, plus particulièrement, un mécanisme à ressorts agissant sur l'organe de réglage, caractérisé en ce qu'au moins un élément de mesure inductif (10, 11) est solidaire de l'induit (12,13). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un élément de mesure inductif (14, 15) est solidaire de l'unité électromagnétique (16, 17). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de mesure (10, 11) solidaire de l'induit (12, 13) est réalisé sous la forme d'une bobine de mesure. 20.4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bobine de mesure comporte une pluralité de spires. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de mesure inductif (10) est incorporé au moins partiellement dans l'induit (12). 6. Dispositif selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que la bobine de mesure est enroulée sur l'induit (13). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'induit (13) est réalisé de manière à pouvoir osciller.