Brevet FR2827007A1 — publié le 20030110

DISPOSITIF DE COMMANDE A ÉLECTROAIMANT, NOTAMMENT POUR UNE SOUPAPE DE MOTEUR À COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne un dispositif de commande de soupape pour un moteur à combustion interne ainsi qu'un moteur équipé d'un tel dispositif. Les soupapes sont des éléments essentiels des moteurs à combustion interne. Elles permettent le fonctionnement de ces derniers en alternant deux positions : Une première position dite"ouverte"permet des échanges entre l'intérieur et l'extérieur d'un cylindre utilisant cette soupape, par exemple pour injecter un carburant dans ce cylindre. Une deuxième position dite"fermée"empêche tout échange entre l'intérieur et l'extérieur de ce cylindre, par exemple pour permettre la compression de carburant injecté. Dans un moteur classique, les soupapes sont actionnées grâce à des liaisons mécaniques relativement complexes avec le reste du moteur. Dans la période récente, des moteurs à soupapes commandées électroniquement ont été développés, cette commande permettant de choisir à volonté les moments d'ouverture et de fermeture. Un tel dispositif comporte des ressorts et deux électroaimants, ces derniers recevant des signaux de commande pour positionner une soupape en position ouverte ou fermée. Un dispositif connu de ce type est représenté sur la figure 1. Il comprend un ressort 12 hélicoïdal entourant une tige 14 solidaire d'une soupape 10 et s'appuyant, d'un côté, contre une butée 16 solidaire de cette tige 14 et, d'un autre côté, contre une butée 18 d'une ouverture 20 solidaire du corps du cylindre 21 correspondant. La tige 14 est solidaire d'une autre tige 22 portant un plateau 26 en matériau magnétique. Entre les tiges 22 et 14, on prévoit une liaison 24 assurant un jeu permettant à la tige 22 de coulisser alors même que la tige 14 reste immobile. Le plateau 26 est installé entre deux électroaimants 28 et 30 traversés par la tige 22. L'extrémité 32 de la tige 22 qui est opposée à la liaison 24 coopère avec l'extrémité d'un autre ressort 34. La seconde extrémité de ce ressort 34 est fixée à un appui 36 solidaire d'un châssis 37. Les ressorts 34 et 12 maintiennent le plateau 26 équidistant des deux électroaimants 28 et 30 lorsque ces derniers ne génèrent pas de champ magnétique. Cette position peut être réglée en faisant varier la position de l'appui 36 par rapport au châssis 37. Lorsque l'électroaimant 28 est activé, il attire le plateau 26 et ce dernier vient au contact d'une partie du circuit magnétique de cet électroaimant 28. Ce déplacement entraîne un coulissement de la tige 22 et de la tige 14suivant un axe 27 confondu avec l'axe de ces tiges-tel que la tête 38 de la soupape 10 est amenée à reposer sur son siège. La soupape 10 est alors fermée. Lorsque l'électroaimant 30 est active, ce dernier attire le plateau 26 qui vient au contact d'une partie du circuit magnétique de ce second électroaimant, entraînant la tige 22 et la tige 14 suivant l'axe 27, la tête 38 s'éloignant par conséquent de son siège. La soupape 10 est alors en position ouverte. Les ressorts 12 et 34 sont associés au mouvement des tiges 14 et 22 en se comprimant ou en se détendant suivant les mouvements de ces dernières, un système électromécanique résonnant étant ainsi formé. La présente invention résulte de la constatation qu'un tel dispositif électromécanique n'est pas optimisé. En effet, une masse importante d'éléments-tiges, soupape, ressort-est déplacée lors des repositionnements de la soupape 10 alors que des ressorts de raideur élevée sont utilisés pour que la soupape 10 commute rapidement entre sa position ouverte et sa position fermée. Dès lors, le positionnement de la soupape 10 par les électroaimants 28 et 30 nécessite une consommation élevée d'énergie pour que ces derniers exercent une force supérieure à celles exercées par les ressorts. La présente invention remédie à ces inconvénients. Elle concerne un dispositif électromécanique de commande de soupape pour moteur à combustion interne qui est caractérisé en ce que le positionnement de la soupape en une première position est obtenu par la seule action de moyens mécaniques, le positionnement de la soupape dans la deuxième position étant obtenu par une action électromagnétique. La consommation en énergie électrique du dispositif est alors réduite par rapport à un dispositif connu puisque, dans une de ses positions, la soupape ne nécessite pas une alimentation électrique. Dans une réalisation préférée, le positionnement de la soupape dans la deuxième position s'effectue au moyen d'un électroaimant et les moyens mécaniques comprennent un ressort. Dans ce cas, il peut être envisagé que la soupape soit solidaire d'un plateau sur lequel agissent l'électroaimant et le ressort. Dans une réalisation, le plateau et les extrémités correspondantes du circuit magnétique de l'électroaimant présentent une forme tronconique. Selon un mode de réalisation, la première position (obtenue par une action mécanique) est la position ouverte et la deuxième position (obtenue par une action électromagnétique) correspond à une position fermée dans laquelle un entrefer subsiste entre le plateau et le circuit de l'électroaimant. Cet entrefer a alors le même rôle que le jeu 24 entre les tiges 14 et 22 de la figure 1, c'est-à-dire qu'il permet, malgré les dilatations thermiques des pièces, un positionnement hermétique de la tête de la soupape contre son siège. Cet entrefer est de réalisation moins complexe que le jeu 24 du dispositif de la figure 1. En outre cet entrefer évite les bruits de contact entre le plateau et le circuit magnétique. On prévoit aussi que, dans une réalisation, le dispositif comprenne une butée d'amortissement de fin de course du plateau repoussé par le ressort. Selon un mode de réalisation, l'électroaimant comporte un circuit magnétique en forme de U de-façon à limiter les fuites du champ magnétique qu'il transmet. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description faite ci-dessous, cette dernière étant effectuée à titre descriptif et non limitatif en faisant référence aux dessins ci-après sur lesquels : la figure 1, déjà décrite, représente un dispositif de commande de soupape connu, les figures 2a et 2b représentent un dispositif de commande de soupape en position respectivement ouverte et fermée selon une première réalisation de l'invention, et les figures 3a et 3b représentent un dispositif de commande de soupape en position respectivement ouverte et fermée selon une deuxième réalisation de l'invention. Dans une première réalisation de l'invention, une soupape est maintenue ouverte par la seule action d'éléments mécaniques du dispositif de commande tandis que la position fermée fait appel à un électroaimant. A cet effet, un tel dispositif de commande comprend une soupape 40 (figure 2a) avec une tige 42 solidaire d'un plateau 44 sur lequel agit une première extrémité d'un ressort 46. L'autre extrémité 47 du ressort 46 présente une position fixée. Ainsi, ce ressort 46 applique le plateau 44 contre une butée 45 solidaire du bord d'une ouverture 48 d'un cylindre 50 équipé de la soupape 40. Pour interrompre les échanges entre le cylindre 50 et l'extérieur, on déplace la soupape 40 suivant un axe 52 de telle sorte que la tête 51 de la soupape 40 vienne s'appuyer contre son siège 49 et bloque tout échange avec l'extérieur (figure 2b). A cet effet, on prévoit un électroaimant 150 qui génère un champ magnétique pour attirer le plateau 44 en matériau magnétique. L'action de l'électroaimant 150 doit être supérieure à l'action du ressort 46 pour obtenir un déplacement du plateau 44 et l'application de la tête 51 de soupape contre son siège 49. Il convient donc d'optimiser l'action de l'électroaiment. A cet effet, le circuit magnétique 57 de l'électroaimant 150 présente une forme en U qui engendre ainsi un champ magnétique en circuit fermé, ce circuit fermé comprenant le circuit 57 de l'électroaimant 150 et le plateau 44. L'utilisation d'une forme en U pour l'électroaimant 150 minimise les fuites des champs magnétiques. Dans l'exemple, la bobine 53 de l'électroaimant est solidaire de la base 59 du circuit 57 en U. Par ailleurs, l'action de cet électroaimant 150 sur le plateau 44 est suffisamment forte pour qu'un ressort visant à rapprocher ce plateau 44 de l'électroaimant 150 ne soit pas nécessaire. En d'autres termes, le plateau 44 se déplace suivant l'axe 52 jusqu'à ce que la tête 51 de la soupape 40 repose contre son siège 49 sous la seule action de l'électroaimant 150. Dans la réalisation représentée sur la figure 2b, on prévoit un entrefer 54 résiduel entre le plateau 44 et les extrémités des branches du circuit 57 en U de l'électroaimant 150 qui compense les usures et les différences de dilatation thermique entre ces derniers. En outre, l'entrefer résiduel 54 évite les chocs entre le plateau 44 et l'extrémité 55 du circuit magnétique 57, ce qui réduit les bruits de fonctionnement du moteur et améliore la fiabilité du dispositif de commande. La masse déplacée lors des repositionnements de la soupape 40 est faible et nécessite une consommation réduite par rapport à un dispositif connu (figure 1). En particulier, la tige 42 peut présenter une longueur plus faible que la longueur des tiges 14 et 22 du dispositif classique (figure 1). Dans l'exemple, le plateau 44 présente un rebord 60 tronconique et, de même, les extrémités 55 du circuit magnétique 57 en U présentent une forme complémentaire, ce qui permet d'augmenter les aires des surfaces en regard du circuit 57 en forme de U et du plateau mobile 44. Ainsi, pour un même courant dans la bobine 53, la force magnétique d'attraction entre ces deux éléments est accrue. La butée 45 peut être métallique ou, pour effectuer un amortissement du plateau 44, être en matériau élastique. Elle peut comporter des ressorts ou amortisseurs de façon à supprimer le bruit d'impact du plateau mobile contre ces butées lors de l'ouverture de la soupape. Dans une deuxième réalisation de l'invention, le maintien d'une soupape 72 (figure 3a) en position fermée est assuré par l'action mécanique d'un ressort 74 tandis que la position ouverte de cette soupape est obtenue au moyen d'un électroaimant 66. A cet effet, une extrémité 75 du ressort 74 s'appuie contre un plateau magnétique 76, tandis que l'autre extrémité 77 de ce ressort est solidaire d'une butée 78, elle même solidaire du cylindre 80 auquel est affectée la soupape 72. La tige 82 de cette soupape 72 étant solidaire du plateau 76, le ressort 74 maintient la soupape 72 contre son siège 73 lorsque ce ressort 74 est en position de repos. Lorsque l'électroaimant 66 génère un champ magnétique au moyen de sa bobine 84, une force magnétique entraîne le plateau 76 contre les extrémités 86 du circuit 68 de l'électroaimant 66, le plateau 76 se déplaçant suivant un axe 88 confondu avec l'axe de la tige 82 de la soupape commandée. Dans ce cas, comme représenté sur la figure 3b, la soupape 72 s'éloigne de son siège 73 et se situe en position ouverte. Le ressort 74 est alors comprimé. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de l'ouverture et de la fermeture d'une soupape (40 ; 72) de moteur à combustion interne, caractérisé en ce que le positionnement de la soupape (40 ; 72) en une première position (ouverte ou fermée) est obtenu par la seule action de moyens mécaniques (46 ; 74), le positionnement de la soupape (40 ; 72) dans la deuxième position (fermée ou ouverte) étant obtenu par une action électromagnétique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le positionnement de la soupape (40 ; 72) dans la deuxième position s'effectue au moyen d'un électroaimant (150 ; 66) et en ce que les moyens mécaniques comprennent un ressort (46 ; 74). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la soupape (40 ; 72) est solidaire d'un plateau (44 ; 76) sur lequel agissent l'électroaimant (150 ; 66) et le ressort (46 ; 74). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le plateau (44 ; 76) et les extrémités (55 ; 86) correspondantes du circuit magnétique (57 ; 68) de l'électroaimant (150 ; 66) présentent une forme tronconique. 5. Dispositif selon la revendication 2,3 ou 4 caractérisé en ce que la première position est la position ouverte et la deuxième position correspond à une position fermée dans laquelle un entrefer (54) subsiste entre le plateau (44) et le circuit (57) de l'électroaimant (150). 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comprend une butée (45) d'amortissement de fin de course du plateau (44) repoussé par le ressort (46). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'électroaimant (150,66) comporte un circuit (57 ; 68) magnétique en forme de U de façon à minimiser les fuites du champ magnétique qu'il transmet.