Brevet FR2906594A1 — publié le 20080404

La présente invention concerne le domaine technique des dispositifs adaptés pour assurer le déplacement linéaire d'un organe mobile dans le domaine automobile. L'objet de l'invention concerne plus précisément l'actionnement d'une soupape d'une vanne de sécurité et elle vise plus précisément l'actionnement d'une soupape d'une vanne de décharge d'un turbocompresseur. Selon l'application préférée de l'invention, la vanne de décharge d'un turbocompresseur est une soupape qui permet de réguler la vitesse de rotation du turbocompresseur en créant une fuite dérivant tout ou partie des gaz d'échappement depuis le collecteur vers la ligne d'échappement sans passer par la turbine du turbocompresseur. Cette soupape vient en appui sur un siège situé dans le conduit de dérivation des gaz d'échappement. La soupape est reliée à un dispositif d'actionnement piloté pour assurer son ouverture et sa fermeture. A faible régime et faible charge, la vanne de décharge est fermée imposant aux gaz de circuler dans la turbine. A forte charge et/ou à fort régime, le débit des gaz d'échappement est tel que la vitesse du turbocompresseur serait excessive si la totalité du flux était utilisé pour entraîner la turbine. Il est donc nécessaire d'ouvrir ou d'entrouvrir la vanne de décharge afin de limiter à la fois la vitesse de rotation du turbocompresseur (qui peut être destructive pour le turbo) et la pression de suralimentation (qui peut être destructive pour le moteur). Il doit être considéré qu'en position fermée de la soupape, la pression des gaz d'échappement tend à ouvrir la soupape. Le dispositif d'actionnement de la soupape doit donc être capable de fournir un effort de fermeture important en position fermée pour vaincre la contre-pression des. gaz. L'effort de fermeture nécessaire à l'actionnement de la vanne de décharge décroît rapidement dès que l'on s'éloigne de la position fermée dans la mesure où la pression des gaz est réduite grâce à leur possibilité de fuir par le conduit de dérivation. L'effort d'ouverture nécessaire est faible tout au long de la course puisque dans ce sens d'ouverture, le dispositif d'actionnement ne doit vaincre que les efforts de frottement. Par ailleurs, en cas de défaillance du système d'actionnement, la soupape en position fermée doit être ramenée en position ouverte ou entrouverte afin de protéger le turbocompresseur et le moteur contre un surrégime ou une 2906594 2 surpression. Cette notion de position de sécurité impose au système d'actionnement d'être capable de revenir dans une position prédéfinie autre que la position fermée quand la commande de l'actionneur est défaillante. Dans l'état de la technique, il est connu différents systèmes pour actionner 5 une vanne de décharge d'un turbocompresseur. La plupart des systèmes connus repose sur des systèmes pneumatiques mettant en oeuvre une membrane déformable localisée dans une capsule à pression ou à dépression, associée ou non à un ressort de rappel de fermeture agissant en parallèle entre le corps fixe de l'actionneur et sa partie mobile. Ces systèmes d'actionnement pneumatique 10 posent des problèmes de vitesse d'actionnement, de précision, de positionnement et nécessitent, en outre, un circuit pneumatique additionnel et parfois une pompe à vide. Afin d'accroître les performances des turbocompresseurs et de les piloter le plus finement possible dans les différentes plages de fonctionnement du moteur 15 thermique, l'état de la technique a proposé des systèmes d'actionnement électrique. Dans ce type de système, l'effort est fourni par un actionneur électrique ou électromagnétique qui agit directement ou indirectement sur la vanne de décharge. Dans le cas de la mise en oeuvre d'un moteur électrique rotatif associé à un 20 système de transformation de mouvements tel qu'une vis sans fin ou une crémaillère, la transformation de mouvements pose des problèmes de fiabilité mécanique et de réversibilité de l'effort. En effet, le moteur est apte à entraîner la soupape, mais cette dernière peut ne pas être capable de revenir dans une position de sécurité en cas de coupure d'alimentation, le système de 25 transformation de mouvement ne garantissant pas forcément la réversibilité du fonctionnement. Dans le cas d'un entraînement direct, l'actionneur linéaire fournit un mouvement de translation et agit soit directement sur la soupape, soit sur un bras d'un levier lié à la soupape. Une contrainte importante liée à l'actionnement 30 électrique réside dans la nécessité de consommer un courant moyen aussi limité que possible afin de réduire à la fois la consommation électrique du véhicule et l'échauffement de l'actionneur. Un actionneur électrique linéaire d'une vanne de sécurité doit donc fournir un effort de fermeture important en position fermée 2906594 3 sous une faible consommation d'énergie d'une part, et fournir un effort d'ouverture en position fermée en l'absence de courant de commande pour garantir le retour de la soupape en position de sécurité d'autre part. La difficulté provient de la contradiction du fait que l'actionneur en position fermée doit être 5 apte à fournir un effort de fermeture important en présence d'un courant limité, malgré un effort de rappel dans le sens d'ouverture en absence de courant. L'efficacité du courant en position fermée doit donc être très importante, ce qui conduit à un actionneur encombrant et lourd. La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés 10 ci-dessus en proposant un dispositif d'actionnement linéaire pour une soupape d'une vanne de sécurité notamment d'un turbocompresseur, présentant une faible consommation tout en autorisant un retour en position de sécurité, sans surdimensionnement de l'actionneur. Pour atteindre un tel objectif, l'invention concerne un dispositif 15 d'actionnement linéaire pour une soupape d'une vanne de sécurité notamment d'un turbocompresseur, apte à occuper une position de fermeture lorsqu'elle se trouve en appui sur un siège, ledit dispositif comprenant un actionneur linéaire électromagnétique comportant un organe mobile destiné à être relié à la soupape et à exercer un effort de fermeture dépendant notamment d'un courant de 20 commande. Selon l'invention, le dispositif comporte un ressort de rappel interposé entre l'organe mobile et la soupape et présentant un effort de compression compris, sur sa course de compression, entre l'effort de fermeture de l'actionneur lorsqu'il est alimenté par un courant de commande, et l'effort fourni par l'actionneur lorsqu'il n'est plus alimenté par un courant de commande, de sorte 25 que le ressort de rappel puisse exercer, en position de fermeture de la soupape et lorsque l'actionneur n'est plus alimenté par un courant de commande, un effort de rappel supérieur et de sens opposé à l'effort à courant nul présenté par l'actionneur dans ladite position de fermeture. Selon un exemple préféré, le ressort de rappel exerce, en position de 30 fermeture de la soupape et lorsque l'actionneur n'est plus alimenté par un courant de commande, un effort de rappel adapté pour placer l'actionneur dans une position où l'effort à courant nul présenté par l'actionneur permet de placer la soupape dans une position ouverte de sécurité. 2906594 4 Selon un mode de réalisation, le ressort de rappel est détendu tant que la soupape n'est pas en appui sur son siège. Selon un autre mode de réalisation, le ressort de rappel est précontraint avant que la soupape ne se trouve en appui sur son siège. 5 Avantageusement, l'organe mobile comporte des moyens de réglage de sa longueur. Par exemple, les moyens de réglage de la longueur de l'organe mobile sont disposés entre le ressort de rappel et la soupape ou entre le ressort de rappel et l'organe mobile. 10 De préférence, le dispositif comporte une butée pour l'organe mobile, correspondant à la position d'ouverture de la soupape ainsi qu'une butée pour l'organe mobile correspondant à la position de fermeture de la soupape. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple non limitatifs, 15 des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La Figure 1 est une vue schématique d'un exemple de réalisation d'un dispositif d'actionnement conforme à l'invention. Les Figures 2 et 3 sont des graphiques représentant les efforts fournis par l'actionneur en fonction de la position de l'actionneur, pour différents courants de 20 commande de l'actionneur. L'objet de l'invention concerne un dispositif 1 d'actionnement linéaire d'une vanne de sécurité 2 et en particulier d'une vanne de décharge d'un turbocompresseur. Cette vanne de décharge ou waste gate 2 comporte une soupape 3 destinée à être en appui sur un siège 4 délimitant une ouverture 5 25 aménagée dans un conduit 6 de dérivation des gaz d'échappement. La vanne de décharge 2 ne sera pas décrite plus précisément dans la mesure où elle ne fait pas partie de l'objet de l'invention et fait partie des connaissances techniques de l'homme du métier. Le dispositif d'actionnement 1 comporte un actionneur linéaire 7 qui est relié 30 à la soupape 3 de manière à assurer la mise en butée de la soupape 3 sur son siège 4 afin de permettre la fermeture de la vanne de décharge 2 et le dégagement de la soupape 3 par rapport au siège 4 de manière à assurer l'ouverture de la vanne de décharge 2. 2906594 5 Selon un exemple préféré de réalisation, l'actionneur linéaire 7 est du type électromagnétique de tout type connu en soi. Cet actionneur linéaire électromagnétique 7 comporte, d'une manière générale, une partie fixe 8 présentant par exemple un noyau magnétique et un ou plusieurs bobinages, en 5 regard desquels sous l'effet d'un courant de commande I, se déplace un organe mobile 9 comportant par exemple un ou plusieurs aimants et éventuellement une ou plusieurs parties ferromagnétiques. Avantageusement, l'organe mobile 9 est guidé en translation à l'intérieur de la partie fixe 8 et l'actionneur 7 est conçu de manière qu'en l'absence du courant de commande I, l'organe mobile 9 exerce sur 10 la soupape 3 un effort d'ouverture. Conformément à l'invention, le dispositif d'actionnement linéaire 1 comporte un ressort de rappel 12 interposé entre l'organe mobile 9 et la soupape 3. Le ressort de rappel 12 est monté de toute manière appropriée pour se trouver interposé en série entre l'organe mobile 9 et la soupape 3. Par exemple, l'organe 15 mobile 9 assure le coulissement d'un prolongement 13 fixé à la soupape 3 et sur lequel est monté le ressort 12. Le ressort de rappel 12 est monté entre l'organe mobile 9 et une butée présentée par le prolongement 13. Le fonctionnement du dispositif d'actionnement linéaire 1 est illustré par le graphique effort/course de la Fig. 2. L'axe des abscisses de ce graphique 20 représente la position de l'actionneur 7 avec la soupape 3 en position ouverte à gauche et en position fermée à droite tandis que l'axe des ordonnées présente l'effort fourni par l'actionneur 7 avec l'effort de fermeture en haut et l'effort d'ouverture en bas. Il doit être considéré que la position fermée de la soupape 3 est atteinte 25 avant que l'actionneur 7 soit arrivé dans une position de butée. La course de l'actionneur 7 correspondant à la course d de la soupape 3 est obtenue lors de l'alimentation de l'actionneur 7 par un courant I positif (courbe A). Entre la position soupape 3 fermée et la position actionneur 7 en butée, l'actionneur 7 comprime le ressort de rappel 12 qui exerce une force F (avec F = K.dL) contre 30 le siège 4 de la soupape 3 et contre l'actionneur 7. Du fait de la présence du ressort 12 en série sur l'organe mobile 9, la course de l'organe mobile 9 doit être supérieure à la course de la soupape 3. La course di de l'organe mobile 9 est égale à la course d de la soupape 3 augmentée de la course du ressort 12. 2906594 6 Quelque soit la position de l'organe mobile 9, l'actionneur 7 quand il est alimenté par un courant de commande I positif, doit fournir un effort au moins égal et de préférence supérieur à l'effort fourni par le ressort de rappel 12 représenté par la courbe d'effort B à la Fig. 2. Dans cet exemple, la courbe 5 d'effort B du ressort de rappel 12 démarre au terme de la course de la soupape 3 pour évoluer jusqu'au terme de la course di de l'actionneur. Selon une autre caractéristique de l'objet de l'invention, le dispositif d'actionnement 1 doit garantir le retour de la soupape 3 dans une position de sécurité non fermée lorsque le dispositif d'actionnement est défaillant, c'est-à-dire 10 lorsque le courant de commande I est égale à zéro (courbe C). Pour atteindre un tel objectif, la force F exercée par le ressort de rappel 12 doit être supérieure et de sens opposé à l'effort fourni par l'actionneur 7 lorsque ce dernier n'est plus alimenté par un courant de commande. Il apparaît clair que l'effort de compression du ressort de rappel 12 (courbe B) est sur sa course de compression 15 toujours supérieur et de sens opposé à l'effort de l'actionneur 7 qui n'est plus alimenté par un courant de commande (courbe C). Il ressort de la description qui précède que le dispositif 1 permet de fournir un effort de fermeture important en position fermée par la mise en série avec l'actionneur 7 d'un ressort de rappel 12 tout en permettant son ouverture par le 20 ressort de rappel 12 et sans nécessiter un fort courant de commande. A titre d'exemple, il peut être prévu de choisir un ressort de rappel 12 adapté pour fournir dans sa position comprimée, un effort de l'ordre de 110 N en considérant que la pression du gaz est de l'ordre de 100 N. L'actionneur 7 doit donc être capable de fournir un effort par exemple de 120 N pour assurer le maintien de la 25 soupape 3 sur son siège 4. Lorsque le courant de commande I est nul, l'effort de l'actionneur doit être inférieur à l'effort du ressort de rappel, par exemple de l'ordre de 80 N en tenant compte des frottements. Dans ces conditions, il apparaît possible d'obtenir cet écart de 40 N par un courant sans surdimensionner l'actionneur 7. 30 Il est à noter qu'il peut être prévu un courant de commande I négatif (courbe D) afin d'autoriser une ouverture commandée de la soupape 3. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le ressort de rappel 12 exerce en position de fermeture de la soupape 3 et lorsque l'actionneur 7 n'est 2906594 7 plus alimenté par un courant de commande I (courbe C), un effort de rappel adapté pour placer l'actionneur 7 dans une position où l'effort à courant nul présenté par l'actionneur 7 est un effort d'ouverture qui permet de placer la soupape 3 dans une position ouverte de sécurité. Il doit être compris qu'en 5 position fermée de la soupape 3 en butée sur son siège 4 et en l'absence de courant, l'effort à courant nul de l'actionneur 7 est inférieur et de sens opposé à l'effort exercé par le ressort. Dans ces conditions, le ressort de rappel 12 va pousser l'actionneur 7 hors de sa position de butée. L'actionneur 7 est repoussé par le ressort de rappel 12 jusqu'à un point pour lequel l'effort à courant nul de 10 l'actionneur est un effort d'ouverture. Au niveau de ce point, l'actionneur 7, grâce notamment à l'aimant, agit sur l'organe mobile 9 pour ouvrir la soupape 3. L'actionneur 7 est à même ainsi d'entraîner l'ensemble ressort 12 détendu et soupape 3 jusqu'à une position de sécurité butée ouverte ou point Peq tel qu'illustré à la Fig. 2. 15 Dans l'exemple illustré à la Fig.. 2, le ressort de rappel 12 est détendu tant que la soupape 3 n'est pas en appui sur son siège 4. Il est à noter qu'il peut être prévu de concevoir un dispositif dans lequel le ressort de rappel 12 est précontraint comme illustré par la courbe B à la Fig. 3, lors de la course de l'actionneur. Selon cette variante de réalisation, le ressort de rappel 12 est 20 précontraint avant que la soupape 3 ne se trouve en appui sur son siège 4. Afin de rendre le dispositif d'actionnement 1 adaptable à différentes applications et de réduire la plage de tolérance de montage et de fabrication, il peut être envisagé que le dispositif d'actionnement 1 comporte des moyens de réglage de la longueur de l'organe mobile 9. Les moyens de réglage de la 25 longueur de l'organe mobile 9 sont disposés soit entre le ressort 12 et la soupape 3 soit entre le ressort 12 et l'organe mobile 9. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le dispositif d'actionnement 1 comporte une butée 15 pour l'organe mobile 9 correspondant à la position d'ouverture de la soupape 3. De même, le dispositif d'actionnement 30 comporte de préférence une butée 17 pour l'organe mobile 9 correspondant à la position de fermeture de la soupape 3. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'actionnement linéaire pour une soupape (3) d'une vanne de sécurité (2) notamment d'un turbocompresseur, apte à occuper une position de fermeture lorsqu'elle se trouve en appui sur un siège (4), ledit dispositif comprenant un actionneur linéaire électromagnétique (7) comportant un organe mobile (9) destiné à être relié à la soupape (3) et à exercer un effort de fermeture dépendant notamment d'un courant de commande (I), caractérisé en ce qu'il comporte un ressort de rappel (12) interposé entre l'organe mobile (9) et la soupape (3) et présentant un effort de compression compris, sur sa course de compression, entre l'effort de fermeture de l'actionneur lorsqu'il est alimenté par un courant de commande, et l'effort fourni par l'actionneur lorsqu'il n'est plus alimenté par un courant de commande, de sorte que le ressort de rappel (12) puisse exercer, en position de fermeture de la soupape (3) et lorsque l'actionneur n'est plus alimenté par un courant de commande, un effort de rappel supérieur et de sens opposé à l'effort à courant nul présenté par l'actionneur dans ladite position de fermeture. 2 - Dispositif d'actionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort d'appel (12) exerce, en position de fermeture de la soupape (3) et lorsque l'actionneur (7) n'est plus alimenté par un courant de commande (I), un effort de rappel adapté pour placer l'actionneur (7) dans une position où l'effort à courant nul présenté par l'actionneur permet de placer la soupape (3) dans une position ouverte de sécurité. 3 - Dispositif d'actionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort de rappel (12) est détendu tant que la soupape (3) n'est pas en appui sur 25 son siège (4). 4 - Dispositif d'actionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort de rappel (12) est précontraint avant que la soupape (3) ne se trouve en appui sur son siège (4). 5 - Dispositif d'actionnement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé 30 en ce que l'organe mobile (9) comporte des moyens de réglage de sa longueur. 6 - Dispositif d'actionnement selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de réglage de la longueur de l'organe mobile (9) sont disposés entre le 2906594 9 ressort de rappel (12) et la soupape (3) ou entre le ressort de rappel (12) et l'organe mobile (9). 7 - Dispositif d'actionnement selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une butée pour l'organe mobile (9), correspondant à la 5 position d'ouverture de la soupape (3). 8 - Dispositif d'actionnement selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une butée pour l'organe mobile (9) correspondant à la position de fermeture de la soupape (3).