Brevet FR2897716A1 — publié le 20070824

L'invention concerne un procédé de gestion du dé-part d'un organe d'actionnement d'un actionneur électromagnétique de soupape. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION On connaît des actionneurs électromagnétiques de soupape qui comportent un organe d'actionnement de la soupape qui est mobile entre deux positions extrêmes sous l'action d'au moins un électroaimant en regard duquel s'étend une palette solidaire de l'organe d'actionnement pour être attirée sélectivement vers l'une ou l'autre des positions extrêmes, et d'un organe ressort définissant une position d'équilibre de l'organe d'actionnement intermédiaire entre les positions extrêmes. De tels actionneurs sont alimentés pour provoquer des transitions de l'organe d'actionnement de l'une des positions extrêmes formant une position de départ à l'autre des positions extrêmes formant une position d'arrivée en procédant, alors que l'organe d'actionnement est main-tenu à l'encontre de l'organe ressort par l'un des élec- troaimants en position de départ, à une modulation d'un courant d'alimentation de cet électroaimant pour provoquer un départ de l'organe d'actionnement sous l'action de l'organe ressort vers la position d'arrivée. Lors de telles transitions, l'actionneur déplace alors la soupape d'une position ouverte correspondant à l'une des positions extrêmes de l'organe d'actionnement à une position fermée correspondant à l'autre des positions extrêmes de l'organe d'actionnement, et vice-versa. En général, les modulations du courant d'alimen- tation consistent, pour les électroaimants dépourvus d'aimants permanents de maintien de la palette, à annuler brusquement le courant de maintien de la palette, ou, pour les électroaimants munis d'aimants permanents de maintien de la palette, à monter brusquement le courant d'alimentation de l'électroaimant à un niveau pour lequel 2 le flux de l'électroaimant contre le flux de l'aimant permanent de sorte que la palette ne soit plus maintenue. Cependant, l'expérience montre que ces conditions de fonctionnement peuvent conduire à des vitesses d'im- pact de l'organe d'actionnement lorsque celui-ci arrive dans l'une ou l'autre des positions extrêmes qui peuvent varier au cours du temps. La vitesse d'arrivée peut être plus importante que prévue, ce qui peut donner lieu à des bruits d'im- pacts qui, sans être dangereux, peuvent être ressentis comme désagréables. Au contraire, la vitesse d'arrivée peut être plus faible que prévue, ce qui oblige à suralimenter l'électroaimant qui attire l'organe d'actionnement vers sa position d'arrivée, générant une consommation de courant excessive. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un procédé de gestion de l'actionneur qui évite les inconvénients précités. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose selon l'invention d'adapter la modulation du courant d'alimentation lors du départ de l'organe d'actionnement de sorte que l'organe d'actionnement ait une vitesse de passage dans une position de contrôle sensiblement égale à une vitesse de passage nominale. Ainsi, en modifiant la modulation du courant d'alimentation de l'électroaimant qui maintient la palette, on modifie le travail des forces électromagnétiques qui s'exercent sur la palette sensiblement sur la première moitié de course de l'organe d'actionnement, ce qui permet de compenser le travail des forces élastiques et des forces externes pour rééquilibrer celui-ci et faire ainsi correspondre la vitesse de passage de l'organe d'actionnement dans la position de contrôle à la vi- tesse de passage nominale désirée. 3 Ainsi, en calibrant la vitesse de passage de l'organe d'actionnement dans la position de contrôle, on calibre l'énergie mécanique de l'organe d'actionnement, ce qui permet de garantir que l'organe d'actionnement ar-rivera en position d'arrivée avec une vitesse proche d'une vitesse d'impact nominale, et donc d'éviter tout à la fois des bruits d'impact indésirable et une surconsommation de courant. De préférence, la position de contrôle se situe au voisinage de la position d'équilibre définie par les ressorts. Dans cette position, l'énergie mécanique de l'organe d'actionnement ne comporte que de l'énergie cinétique et est donc directement proportionnelle au carré de la vitesse de passage de l'organe d'actionnement dans la position de contrôle, de sorte que l'on parvient à calibrer directement l'énergie mécanique de l'organe d'actionnement sans tenir compte de l'énergie potentielle développée par les ressorts. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures des dessins annexés parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un actionneur électromagnétique de soupape connu en soi ; - la figure 2 est un graphe montrant la modulation de courant d'alimentation de l'électroaimant maintenant la palette dans l'une des positions extrêmes en fonction du temps; - la figure 3 est un graphe montrant un schéma bloc d'un asservissement mettant en oeuvre le procédé de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, un actionneur élec- tromagnétigue 1 connu en soi est monté sur une culasse 2 de moteur à combustion pour manoeuvrer une soupape 3 montée mobile sur la culasse 2 selon l'axe X entre une position ouverte et une position fermée. L'actionneur comporte un organe d'actionnement, ici un poussoir 4 monté mobile selon l'axe X. Le poussoir 4 est solidaire d'une palette 5 qui s'étend entre deux électroaimants 6. Des ressorts 7 rappellent les extrémités en regard du poussoir 4 et de la soupape 3 l'une vers l'autre et définissent une position d'équilibre de l'ensemble soupape/poussoir/palette (ci-dessous appelé ensemble mobile) dans laquelle la palette 5 s'étend sensiblement à mi-chemin des électroaimants 6 (comme illustré ici). Chacun des électroaimants 6 comporte un noyau 8 pour canaliser un flux électromagnétique généré par une bobine 9 associée de sorte que le flux se referme dans la palette 5 et attire celle-ci vers la face d'extrémité 10 du noyau 8 correspondant. La butée de la palette 5 contre les faces d'extrémité 10 des noyaux 8 définit des posi- tions extrêmes correspondant respectivement, pour l'électroaimant 6 supérieur, à la position fermée de la soupape 3, et, pour l'électroaimant 6 inférieur, à la position ouverte de la soupape 3. Ici, les électroaimants 6 sont équipés d'aimants permanents 11 pour maintenir la palette 5 en butée contre la face d'extrémité 10 du noyau 8 associé sans que la bobine 9 associée ne soit alimentée. A cet effet, les aimants permanents 11 sont disposés dans le noyau 8 de sorte que le flux des aimants permanents 11 soient cana- lisés par le noyau pour se refermer dans la palette 5. L'actionneur est commandé par un calculateur 50 qui alimente les bobines 9 des électroaimants 6 pour provoquer des transitions de la soupape entre la position fermée et la position ouverte, et vice-versa. Partant par exemple de la position fermée dans laquelle la palette 5 est maintenue en butée contre la face d'extrémité 10 du noyau de l'électroaimant 6 supérieur, que l'on appellera pour la suite électroaimant de départ, le calculateur 50 procède à une modulation du 5 courant d'alimentation de la bobine 9 de l'électroaimant de départ afin que la bobine 9 génère un flux magnétique qui contre le flux magnétique des aimants permanents 11, de sorte que l'effort magnétique exercé sur la palette 5 par l'électroaimant de départ ne soit plus assez impor- tant pour retenir l'ensemble mobile à l'encontre des ressorts 7. La palette 5 est alors libérée, et les ressorts 7 propulsent l'ensemble mobile 3/4/5 vers l'électroaimant inférieur, ou électroaimant d'arrivée. La palette arrive alors sur la face d'extrémité 10 du noyau de l'électroaimant d'arrivée avec une certaine vitesse d'impact Vi, de sorte que l'impact donne lieu à un bruit d'impact. Sur la figure 2, on a illustré par la courbe 100 la modulation nominale du courant d'alimentation de la bobine de l'électroaimant de départ effectuée par le calculateur 50. Cette modulation consiste, en partant d'un niveau nul, à augmenter brusquement le courant d'alimentation à un niveau nominal. Le courant d'alimentation est maintenu au niveau nominal pendant un temps équivalent sensiblement à la durée que met la palette pour parcourir une demi-course entre les positions extrêmes. Puis le courant d'alimentation est ramené brusquement au niveau nul. Pour diverses raisons, il se peut que la vitesse d'impact de la palette sur le noyau de l'électroaimant d'arrivée varie et sorte d'une plage de vitesse d'impact admissibles. Si la vitesse d'impact est trop importante, elle donne lieu à un bruit d'impact non désiré. Si par contre la vitesse d'impact est trop faible, l'électroai- tuant d'arrivée doit développer un effort plus important, 6 ce qui entraîne une surconsommation de courant. Différentes causes sont à l'origine de la variation de la vitesse d'impact. Par exemple, il se peut que la position d'équilibre ne soit pas rigoureusement à mi- chemin entre les positions extrêmes définies par les électroaimants, de sorte que la palette arrive plus vite sur l'électroaimant dont la position extrême correspondante est plus proche de la position d'équilibre. Il se peut aussi que des perturbations comme des dilatations thermiques,, des frottements, influent sur le fonctionne-ment de l'actionneur et fassent varier la vitesse d'impact. Ces perturbations évoluent peu d'une transition à l'autre de sorte qu'elles peuvent être considérées, sur une durée de lors de quelques transitions, comme constan- tes. D'autres perturbations ont une évolution beaucoup plus rapide. Il peut s'agir par exemple de la contre-pression qui s'exerce sur la tête de la soupape et qui varie fortement lors d'une même transition. Se__on l'invention, on agit sur la première partie de la course de l'ensemble mobile 3/4/5 en adaptant la modulation de courant 100 de l'électroaimant de départ de façon que, compte tenu des perturbations prévisibles, la vitesse d'impact reste dans une plage de vitesses admis-Bibles. A cet effet, le calculateur 50 mesure la vitesse Vm de l'ensemble mobile lorsque celui-ci passe dans une position de contrôle sensiblement à mi-course, c'est-à-dire au voisinage de la position d'équilibre définie par les ressorts. Le calculateur 50 reçoit le signal d'un capteur de déplacement 12 (visible à la figure 1) qui me-sure la position du poussoir 4, par exemple un capteur à effet hall coopérant avec un petit aimant placé sur le poussoir 4, le calculateur 50 dérivant le signal du cap- teur de déplacement 12 selon des techniques numériques 7 connues en soi pour obtenir une estimation de la vitesse Vm de passage dans la position de contrôle à mi-course. Considérons le cas où la vitesse Vm de passage à mi-course ainsi estimée est plus importante qu'une vitesse de passage nominale Vnom, le calculateur 50 est programmé, selon l'invention, pour estimer une correction 102 de la modulation du courant d'alimentation de la bobine 9 l'électroaimant 6 de départ dans un sens tendant à diminuer la vitesse d'impact à venir. Comme cela est visible à la figure 2, la correction 102 cansiste à diminuer le niveau du courant d'alimentation de la bobine 9 en le faisant passer du niveau nominal à un niveau corrigé plus faible que le niveau nominal, comme illustré sur la figure 2 par la courbe 101 en traits pointillés. La diminution du courant d'alimentation provoque une diminution du flux de la bobine 9 (qui reste néanmoins suffisant pour contrer le flux des aimants permanents 11 de sorte que la palette 5 puisse décoller de l'électroaimant de départ sous l'action des ressorts 7). La somme des flux de la bobine 9 et des aimants permanents 11 est ainsi plus importante que lors de l'alimentation nominale, cette somme de flux génère donc sur la palette 5 un supplément d'effort magnétique qui produit un supplément de travail résistant qui a pour effet de ralentir la palette 5 de sorte que celle-ci arrive contre le noyau 8 de l'électroaimant d'arrivée avec une vitesse d'impact diminuée. Au contraire, lorsque la vitesse de passage mesu- rée dans la position de contrôle est inférieure à la vitesse nominale Vnom, le calculateur 50 est programmé pour corriger la modulation du courant d'alimentation de la bobine 9 l'électroaimant 6 de départ dans un sens tendant à augmenter la vitesse d'impact à venir. La correction consiste alors à augmenter le niveau du courant d'alimen- 8 tation de la bobine 9 en le faisant passer du niveau nominal à un niveau corrigé plus élevé que le niveau nominal. En référence à la figure 3, la correction est ré- alisée selon l'invention par la mise en oeuvre d'un asservissement de type PID 51 qui, à partir d'un écart centre la vitesse mesurée Vm et la vitesse nominale Vnom déduit une correction à apporter à la modulation de courant nominale. Ce type d'asservissement est très bien adapté pour tenir compte des perturbations lentes. Pour tenir compte des perturbations plus rapides, le calculateur met en oeuvre un prédicteur 52 qui, au moyen d'un modèle numérique qui estime les perturbations rapides (notamment la contre-pression agissant sur la soupape 3), permet de modifier la correction déterminée par le PID 51 pour tenir compte de l'effet de ces perturbations rapides sur la transition à venir. En ajoutant la correction 102 ainsi déterminée à la modulation nominale 100, le calculateur 50 détermine le courant d'alimentation i corrigé à fournir à l'électroaimant de départ. Bien sûr, la correction ainsi déterminée ne tient compte que des perturbations répétables, c'est-à-dire les perturbations qui sont prévisibles. Il a été ici considé- ré que les perturbations non-répétables sont négligeables. Cependant, si ce n'est pas le cas, il est alors possible de tenir compte au moins partiellement de l'effet des perturbations non-répétables par le moyen suivant: on programme le calculateur 50 pour enregistrer le comportement de l'ensemble mobile 3/4/5 pendant une transition précédente, par exemple en gardant en mémoire des échantillons du signal du capteur de déplacement 12 lors de la transition précédente. A l'aide du modèle numérique précité, le calcula-teur 50 estime les perturbations répétables (notamment la 9 contre-pression agissant sur la soupape 3) ayant influé sur la transition précédente, et retire de la transition précédente enregistrée l'effet de ces perturbations répétables. L'écart résiduel entre la transition ainsi re- traitée et la transition enregistrée est alors dû aux perturbations non répétables qui n'ont pas été prises en compte dans le modèle. On fait alors l'hypothèse que pour la transition à venir, l'effet des perturbations non répétables sera identique, et on en tient compte de cet effet pour ajuster la correction 102 à apporter à la modulation de courant 100. L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais bien au contraire englobe toute va- riante entrant dans le cadre défini par les revendications. En particulier, bien que l'on ait pris l'exemple d'une transition de l'ensemble mobile depuis la position extrême associée à l'électroaimant supérieur vers la po- sition extrême associée à l'électroaimant inférieur, il va de soi que l'invention s'applique également aux transitions inverses. En outre, bien qu'à titre d'exemple, la modulation du courant d'alimentation illustrée ici consiste en un simple passage d'un niveau nul à un niveau nominal non nul et constant, la modulation pourra prendre toute autre forme. De même, bien que la correction envisagée ici prend la forme d'un ajout au niveau nominal d'un incrément de courant (positif ou négatif), la correction pour- ra prendre toute autre forme. Bien que pour déterminer la correction à appliquer à la modulation du courant d'alimentation de l'électroaimant de départ, on utilise la vitesse de passage de la transition précédente, on pourra bien sûr utiliser les vitesses de passages de plusieurs autres transitions pré-10 cédentes, par exemple en faisant une moyenne des vitesses de passage des cinq ou dix transitions précédentes. En outre, bien que la position de contrôle dans laquelle on mesure la vitesse soit ici une position au voisinage de la position d'équilibre définie par les ressorts, on pourra prendre toute autre position de contrôle sur la course de L'ensemble mobile. Bien que l'invention ait été illustrée en relation avec un actionneur dont les électroaimants compor- tent des aimants permanents, l'invention s'applique également à u:Z actionneur dont les électroaimants ne comportent pas d'aimants permanents. Dans ce cas, la modulation consiste en général à faire passer brusquement le courant d'alimentation de l'électroaimant de départ d'un niveau de maintien à un niveau nul. Dans ce cas, la correction pourra consister à faire passer le courant d'alimentation du niveau de maintien à un niveau non nul. Enfin, bien que l'invention ait été illustrée en relation avec un actionneur à deux électroaimants perma- nents, l'invention s'applique à un actionneur à un seul électroaimant adapté à attirer la palette sélectivement vers l'une ou l'autre des positions extrêmes. REVENDICATIONS 1.Procédé de gestion du départ d'un organe d'actionnement mobile d'un actionneur électromagnétique de soupape, l'organe d'actionnement (4, 5) étant mobile entre deux positions extrêmes sous l'action d'au moins un électroaimant (6) en regard duquel s'étend une palette (5) solidaire de l'organe d'actionnement pour être attirée sélectivement vers l'une ou l'autre des positions ex- trêmes, et d'un organe ressort (7) définissant une position d'équilibre de l'organe d'actionnement intermédiaire entre les positions extrêmes; des transitions de l'organe d'actionnement de l'une des positions extrêmes formant une position de dé- part à l'autre des positions extrêmes formant une position d'arrivée étant provoquées en procédant, alors que l'organe d'actionnement est maintenu à l'encontre de l'organe ressort par l'électroaimant en position de dé-part, à une modulation (100) d'un courant d'alimentation de cet électroaimant pour provoquer un départ de l'organe d'actionnement sous l'action de l'organe ressort vers la position d'arrivée ; caractérisé en ce qu'il comporte l'étape d'adapter la modulation du courant d'alimentation de sorte que l'organe d'actionnement ait une vitesse de passage (Vm) dans une position de contrôle sensiblement égale à une vitesse de passage nominale (Vnom). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la position de contrôle est prise au voisinage de la po- sition d'équilibre définie par l'organe ressort. 3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel, pour adapter la modulation du courant d'alimentation pour la transition à venir, on ajoute à une modulation nominale (1001 une correction (102) fonction d'un écart (e,)entre la vitesse nominale (Vnom) et une vitesse mesu-rée (Vm) de passage dans la position de contrôle d'au moins une transition précédente. 4. Procédé de gestion selon la revendication 3 dans lequel, pour estimer la correction (102), on prédit (52) un effet de perturbations répétables qui sont susceptibles de perturber la vitesse de l'organe d'actionnement lors de la transition à venir. 5. Procédé de gestion selon la revendication 4, dans lequel, pour estimer la correction (102), on tient compte d'un effet de perturbations non-répétables qui ont affecté au moins une transition précédente. 6. Procédé de gestion selon la revendication 5, dans lequel, pour estimer l'effet des perturbations nonrépétables, on retire de la transition précédente l'effet des perturbations répétables ayant affecté cette transition.