Brevet FR2841593A1 — publié le 20040102

L'invention concerne un procédé de commande de soupapes par multiactionnement. Sur les moteurs dont l'actionnement des soupapes est commandé par un ou des arbres à cames liés en rota5 tion au vilebrequin, les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement sont actionnées pour effectuer un déplacement aller et un déplacement retour entre une position de fermeture et une position d'ouverture lors d'un cycle de fonctionnement du moteur. Dans la plupart des moteurs de ce type, le point de déclenchement de l'actionnement de chacune des soupapes dans le cycle de fonctionnement du moteur ainsi que la durée de cet actionnement par rapport à la durée du cycle de fonctionnement du moteur sont fixés une fois pour toutes à la conception du moteur et sont donc invariants quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur. Il est parfois possible de décaler l'arbre à came par un dispositif qui reste néanmoins lié mécaniquement à la rotation du vilebrequin. Dans des moteurs plus récents, les soupapes sont actionnées par des actionneurs électromagnétiques dont la commande n'est pas liée mécaniquement à la rotation du vilebrequin. L'invention vise à exploiter les possibilités of25 fertes par ce type d'actionnement pour améliorer la gestion du moteur. A cet effet, le procédé d'actionnement de soupapes selon l'invention consiste, pendant au moins un cycle de fonctionnement du moteur, à effectuer plusieurs ac30 tionnements d'au moins une soupape. Ainsi, le procédé de l'invention permet de fractionner le temps d'ouverture de la soupape et de répartir celui-ci dans le cycle de fonctionnement concerné, ce qui offre des possibilités nouvelles de gestion du moteur. Le procédé de l'invention s'applique également à un moteur avec des cylindres ayant au moins deux soupapes d'admission ou d'échappement, et selon un aspect de l'invention, au moins l'un des actionnements d'une soupape présente un décalage temporel avec les actionnements de l'autre soupape, le décalage temporel pouvant être variable par rapport à une durée du cycle de fonctionnement du moteur, en relation avec au moins un paramètre de fonctionnement du moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui suit de modes de mise en oeuvre particuliers non limitatifs de l'invention, en référence aux figures des dessins annexés parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue en coupe d'un action15 neur électromagnétique de soupape connu en soi; - la figure 2 est un diagramme illustrant l'actionnement d'une soupape d'une part selon un procédé connu et d'autre part selon le procédé de l'invention, sur lequel l'axe horizontal représente la rotation du vilebrequin et l'axe vertical le déplacement de la soupape; - la figure 3 est un diagramme analogue à celui de la figure 2 illustrant l'application de l'invention à un moteur avec des cylindres comportant plusieurs soupa25 pes d'admission; - la figure 4 est un diagramme analogue à celui de la figure 2 illustrant un premier actionnement particulier de soupape utilisable selon l'invention; - la figure 5 est un diagramme analogue à celui de la figure 2 illustrant un deuxième actionnement particulier de soupape utilisable selon l'invention, ainsi que des variantes de cet actionnement; - la figure 6 est un diagramme analogue à celui de la figure 2 montrant un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention utilisant l'actionnement illustré en figure 5. L'invention est ici mise en oeuvre sur un moteur équipé d'un actionneur électromagnétique 10 de soupape tel que celui illustré à la figure 1. L'actionneur élec5 tromagnétique 10 est monté sur une culasse 4 d'un moteur pour actionner une soupape 1. De façon connue en soi, l'actionneur 10 comporte un organe d'actionnement comprenant un poussoir 12 qui coulisse coaxialement à la queue 3 de la soupape 1. L'extrémité de la queue 3 de la sou10 pape 1 et l'extrémité du poussoir 12 sont rappelées l'une vers l'autre par deux ressorts 7 et 15 antagonistes agissant respectivement sur le poussoir 12 et sur la queue 3 de la soupape. Les ressorts 7 et 15 définissent une position d'équilibre du poussoir 12, correspondant à la posi15 tion du poussoir 12 illustrée. Le poussoir 12 est solidaire d'une palette 13 montée pour se déplacer entre une bobine supérieure 14.1 et une bobine inférieure 14.2. La course du poussoir 12 est ainsi limitée entre une position extrême supérieure définie par la butée de la palette 13 contre le noyau de la bobine supérieure 14.1 et une position extrême inférieure définie par la butée de la palette 13 contre le noyau de la bobine inférieure 14.2, les deux positions extrêmes correspondant respectivement aux positions de fermeture et de pleine ouverture de la soupape. En référence à la figure 2, la commande classique de la soupape consiste, lors d'un cycle de fonctionnement du moteur, à actionner la soupape pour provoquer un déplacement aller (ouverture) et un déplacement retour (fermeture) de celle-ci entre la position de fermeture (référencée PF sur l'axe vertical) et la position de pleine ouverture (référencée PO), selon un actionnement classique 100. A cet effet, partant de la position de fermeture PF de la soupape pour laquelle la palette 13 est mainte- nue attirée contre la bobine supérieure 14.1 à l'encontre du ressort 15, l'actionnement classique 100 illustré par des tirets comprend tout d'abord un déplacement aller 101 de la soupape depuis la positon de fermeture PF jusqu'à la position de pleine ouverture PO. Ce déplacement aller est déclenché en coupant l'alimentation de la bobine supérieure 14. 1, ce qui entraîne la libération de la palette 13. L'ensemble mobile 19 est propulsé par les ressorts 7,15 vers la position de pleine ouverture PO. Pas10 sée la position d'équilibre, l'action des ressorts 7,15 s'inverse. La bobine inférieure 14.2 est alors alimentée à un niveau nominal suffisant pour contrer l'action du ressort 7 et immobiliser la palette 13 contre la bobine inférieure 14.2, de sorte que la soupape est maintenue en position de pleine ouverture PO. Puis l'actionnement classique 100 comprend un maintien 102 de la soupape en position de pleine ouverture PO au cours duquel la palette 13 est maintenue contre la bobine inférieure 14.2. Enfin, l'actionnement classique 100 comprend un déplacement retour 103 de la soupape vers la position de fermeture PF qui est symétrique du déplacement aller 101. L'invention consiste à commander la soupape pour provoquer plusieurs actionnements lors d'un même cycle de fonctionnement. Comme cela est illustré à la figure 2, la commande de la soupape selon l'invention comprend ici un premier actionnement 105 et un deuxième actionnement 106, les deux actionnements étant illustrés en traits pleins. Chacun des actionnements 105,106 est effectué comme précédemment expliqué. L'invention a ainsi pour effet de fractionner la durée d'ouverture de la soupape, ce qui permet de répartir celle-ci durant le cycle de fonctionnement du moteur. Ce fractionnement est spécialement intéressant dans le cas d'un moteur équipé d'un turbo, pour lequel il peut être intéressant d'ouvrir précocement la soupape d'échappement (lors du temps moteur) pour favoriser le lancement du turbo, puis d'ouvrir une deuxième fois la soupape d'échappement lors du temps d'échappement pour vidanger le cylindre. Ce fractionnement est également intéressant en ce qui concerne la phase d'admission du moteur, au cours de laquelle il est intéressant de réouvrir brièvement la soupape d'admission au moyen d'au moins deux actionnements au cours de la phase d'admission pour admettre dans le cylindre un flux d'air qui provoque ou entretient des turbulences favorisant le mélange gazeux dans le cylindre. Le rendement du moteur est ainsi amélioré. Pour compenser le fait que le premier actionnement 105 est plus court que l'actionnement classique 100, le premier actionnement 105 a un point de déclenchement situé avant le point de déclenchement 121 de l'actionnement classique 100 dans le cycle de fonctionne20 ment du moteur pour assurer la même quantité de gaz admis. La commande de l'actionneur n'étant pas liée à la rotation du vilebrequin, le point de déclenchement 120 du premier actionnement 105 est déplaçable dans le cycle de fonctionnement du moteur. Par exemple, lors d'une accélération, il peut être intéressant d'allonger la durée 122 du premier actionnement 105 pour admettre un peu plus d'air dans le cylindre du moteur afin d'augmenter le couple du moteur. A l'inverse, lorsque le moteur tourne au ralenti, on peut réduire la durée 122 du premier actionnement 105 pour n'admettre qu'une quantité d'air réduite juste suffisante pour maintenir le moteur en fonctionnement, et réduire la durée du deuxième actionnement au minimum. L'augmentation et la réduction de la durée d'un actionnement par rapport à la durée du cycle de fonctionnement sont réalisées par un déplacement des points de déclenchement ou de fin des actionnements dans le cycle de fonctionnement. L'invention est également applicable à un moteur avec des cylindres comportant plusieurs soupapes. Comme illustré à la figure 3, une première soupape est commandée pour lui imprimer un premier actionnement 112 et un second actionnement 113 (représentés en trait plein), tandis qu'une deuxième soupape est commandée pour présenter un premier actionnement 114 et un deuxième actionnement 115 (représentés selon des tirets). Le deuxième actionnement 115 de la deuxième soupape est sensiblement confondu avec le second actionnement 113 de la première soupape. Les instants de déclenchement des premiers actionnements 112, 114 des deux soupapes présentent un décalage 123, pour favoriser un mélange par turbulence dans le cylindre. Le décalage 123 peut être variable en relation avec un paramètre de fonctionnement du moteur. Il est intéressant par exemple de modifier ce décalage en fonction du régime moteur pour favoriser soit un mouvement turbulent dans le cylindre autour de l'axe du cylindre (swirl), soit un mouvement turbulent autour d'un axe per25 pendiculaire à l'axe du cylindre (tumble). Pour la mise en òuvre de l'invention, divers types d'actionnements sont envisageables. Il est bien sr possible d'utiliser des actionnements classiques, comprenant une immobilisation de la soupape dans les positions de fermeture et de pleine ouverture, tels que les actionnements illustrés aux figures 2 et 3. Il est par ailleurs possible d'utiliser des actionnements pour lesquels la position d'ouverture est une position d'ouverture partielle qui ne concide pas avec la position de pleine ouverture, ce qui permet d'éviter un bruit de choc de la palette 13 contre la bobine inférieure 14.2, rendant ainsi le fonctionnement du moteur plus silencieux. Un premier actionnement 140 de ce type, illustré à la figure 4, comprend un déplacement aller 141 et un déplacement retour 143 séparés par un maintien 142 de la soupape dans une position d'ouverture partielle qui correspond à la position d'équilibre PE de l'ensemble mobile 19. La position d'équilibre PE étant une position d équilibre stable, l'ensemble mobile s'y maintient sans qu'il soit besoin d'alimenter l'une ou l'autre des bobines 14.1, 14.2, ce qui permet de diminuer la consommation électrique de l'actionneur. Le déplacement aller 141 peut selon une première variante être obtenu en coupant l'alimentation de la bobine supérieure 14.1, et en s'abstenant d'alimenter la bobine inférieure 14.2 à un instant voisin du passage par la position de fermeture. En l'absence d'alimentation des bobines, l'ensemble mobile 19 se stabilise après quelques oscillations sous l'effet des ressorts 7,15 dans la position d'équilibre PE, au bout d'une durée qui dépend des frottements internes de l'actionneur. Le déplacement aller 141 peut également se faire en alimentant la bobine supérieure 14.1 avec un courant dégressif pour que la vitesse de passage de l'ensemble mobile par la position d'équilibre soit sensiblement réduite, ce qui diminue l'amplitude des oscillations de l'ensemble mobile autour de la position d'équilibre et concourt à la stabilisation rapide de l'ensemble mobile dans la position d'équilibre. L'alimentation des deux bobines 14.1, 14.2 peut en outre être organisée de sorte que chacune des bobines exerce un effort d'attraction s'opposant à un éloignement de la palette 13 par rapport à la bobine concernée jusqu'à ce que la palette 13 s'immobilise, ce qui permet un amortissement très rapide des oscillations de l'ensemble mobile 19. Cette variante est illustrée à la figure 4 o la stabilisation s'effectue en deux oscillations. Le déplacement retour 143 se fait en alimentant la bobine supérieure 14.1 à un niveau permettant l'attraction et le maintien de la palette 13 contre la bobine supérieure 14.1 Un deuxième actionnement à ouverture partielle est illustré à la figure 5 et consiste en un actionnement balistique 150 (en trait plein), c'est-à-dire qu'en partant de la position de fermeture PF, l'alimentation de la bobine supérieure 14. 1 est coupée et la bobine inférieure 14.2 n'est pas alimentée. La soupape subit un déplacement aller 151 lors duquel la palette 13 s'approche alors de la bobine inférieure 14.2, mais en raison des frottements et de l'action du ressort 7, elle rebrousse chemin avant de toucher la bobine inférieure 14.2 de sorte que le déplacement aller 151 se termine dans une position d'ouverture partielle voisine de la position de pleine ouverture PO. Le déplacement aller 151 est alors immédiatement suivi d'un déplacement retour 152 à la fin duquel on alimente la bobine supérieure 14.1 au niveau nominal pour attirer la palette 13 et ainsi maintenir la soupape en position fermée PF. Les déplacements 151, 152 de l'actionnement balistique 150 correspondent à un mouvement propre de l'ensemble mobile 19 soumis à l'action des ressorts 7,15, qui imposent la durée de l'actionnement. Selon une variante, cette durée peut être rallongée tout en restant dans un fonctionnement balistique, en alimentant la bobine inférieure 14.2 à un niveau inférieur au niveau nominal, suffisant néanmoins pour ralen35 tir le déplacement retour après passage par la position d'ouverture partielle sans toutefois immobiliser l'ensemble mobile 19. Le déplacement retour est alors modifié ainsi que cela est illustré par le déplacement retour 153 selon des tirets. On peut également alimenter la bobine inférieure 14.2 légèrement endessous de l'alimentation nominale pour immobiliser le mouvement de l'ensemble mobile dans la position d'ouverture partielle sans toutefois que la soupape parvienne dans la position de pleine ouverture Po, comme cela est illustré par le déplacement retour 154 en trait mixte. En répétant les actionnements balistiques 150 les uns à la suite des autres de sorte que le déplacement aller d'un actionnement soit effectué immédiatement après le déplacement retour de l'actionnement précédent, on obtient l'actionnement 160 selon l'invention illustré à la figure 6 au cours duquel les deux bobines 14.1 et 14.2 sont alimentées à un niveau inférieur au niveau nominal, mais néanmoins suffisant pour compenser les efforts de frottement qui tendent à freiner l'ensemble mobile 19. On provoque ainsi plusieurs actionnements consécutifs 160.1, 160.2... au cours desquels l'ensemble mobile 19 oscille entre des positions intermédiaires proches des positions de fermeture PF et de pleine ouverture Po au rythme de son mouvement propre, sans que la palette ne vienne en butée contre les bobines 14.1, 14.2. Les actionnements successifs 160.1, 160.2... se font immédiatement les uns à la suite des autres sans arrêt de l'ensemble mobile entre les actionnements. La durée des oscillations est contrô30 lée par l'impulsion que délivrent les bobines 14.1, 14.2 à l'ensemble mobile, à chaque fois que la palette 13 s'approche de l'une ou l'autre des bobines. Pendant toute la durée de l'actionnement 160, les bobines sont alimentées à un niveau inférieur au niveau nominal, ce qui permet une baisse de la consommation électrique de l'actionneur. Ce type d'actionnement convient bien par exemple au maintien du moteur aux régimes faibles o le bruit doit être minimal et o la demande de couple est supérieure à ce que peut permettre une ouver5 ture simple du type de la figure 5. En variante non représentée, l'un des actionnements de la soupape pourra consister en un déplacement connu en soi comprenant un déplacement aller obtenu en provoquant une légère diminution du courant d'alimentation de la bobine supérieure 14.1 par rapport au niveau nominal, un maintien de la soupape dans une position d'ouverture partielle proche de la position de fermeture, et un déplacement retour symétrique du déplacement aller. L'invention n'est pas limitée au mode particulier de réalisation qui vient d'être décrit, mais bien au contraire entend couvrir toute variante qui entre dans le cadre de l'invention tel que défini par les revendications. Bien que le procédé de commande de l'invention ait été illustré en relation avec un actionneur électromagnétique, l'invention pourra être mise en oeuvre avec tout type d'actionneur mécanique, hydraulique, électrique, pneumatique ou autre permettant d'effectuer plu25 sieurs actionnements d'une même soupape lors d'un cycle de fonctionnement du moteur. Bien que l'on ait indiqué que, d'un cycle de fonctionnement du moteur à l'autre, on pouvait modifier le point de déclenchement 120 ou la durée 122 du premier actionnement 105 de la soupape, on pourra dans le cadre de l'invention modifier le point de déclenchement et/ou la durée de l'un quelconque des actionnements de la soupape concernée. On pourra également modifier le point de déclenchement indépendamment de la durée de l'actionnement concerné. D'un cycle de fonctionnement du moteur à l'autre, on pourra selon l'invention modifier le point de déclenchement d'un des actionnements sans modifier les points de déclenchement des autres actionnements de la même sou5 pape, ou encore modifier les points de déclenchement de plusieurs des actionnements, pour adapter la répartition des actionnements de la soupape concernée dans le cycle de fonctionnement du moteur. On pourra selon l'invention modifier d'un cycle de fonctionnement du moteur à l'autre la durée d'un des actionnements sans modifier la durée des autres actionnements, ou encore modifier la durée de plusieurs des actionnements, toujours pour adapter au mieux la répartition des actionnements dans le cycle de fonctionnement du moteur. Bien que la possibilité soit ouverte par l'invention d'actionner plusieurs fois la soupape lors d'un cycle de fonctionnement, cette possibilité pourra n'être utilisée que pour certains cycles de fonctionne20 ments du moteur, selon les conditions de fonctionnement de celui-ci. Bien que dans le cas d'un moteur multisoupape, on ait indiqué que l'on pouvait décaler les premiers actionnements de chacun des soupapes, on pourra de façon plus générale décaler au moins l'un des actionnements d'une des soupapes par rapport aux actionnements correspondants des autres soupapes. Bien que l'invention ait été illustrée en relation avec un actionneur bibobine, l'invention peut égale30 ment être mise en oeuvre en relation avec un actionneur monobobine agencé pour exercer des efforts alternés sur la palette. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de soupapes d'un moteur, dans lequel on effectue un actionnement de la soupape pour lui imprimer un déplacement aller et un déplacement retour entre une position de fermeture (PF) et une position d'ouverture (PO), caractérisé en ce que, pendant au moins un cycle de fonctionnement du moteur, on effectue plusieurs actionnements (105,106) d'au moins une soupape. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'un des actionnements (105) a un point de déclenchement (120) qui est variable dans le cycle de fonctionnement du moteur en relation avec au moins un paramètre de fonctionnement du moteur. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'un des actionnements (105) a une durée (122) qui est variable par rapport à une durée du cycle de fonctionnement du moteur, en relation avec au moins un paramètre de fonctionnement du moteur. 4. Procédé selon la revendication 1, appliqué à un moteur avec un cylindre comportant au moins deux soupapes, caractérisé en ce qu'au moins l'un des actionnements (114) d'une soupape présente un décalage (123) avec un actionnement (112) de l'autre soupape. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le décalage (123) est variable par rapport à une durée du cycle de fonctionnement du moteur, en relation avec au moins un paramètre de fonctionnement du moteur. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux déplacements consécutifs sont effectués l'un immédiatement après l'autre.