Brevet FR2925754A1 — publié le 20090626

L'invention de la présente demande est née d'un problème de commande des soupapes des cylindres des moteurs à combustion interne sans arbre à cames, plus précisément par ce qu'on appelle un arbre à cames électromagnétique, qu'on qualifie de technologie sans came (camless). En référence à la figure 1, une soupape 1, qu'il s'agisse de l'admission ou de l'échappement, est rappelée sur son siège 5 par un ressort de soupape 20 monté autour d'une queue de soupape 3 et, sous l'action d'une palette d'électroaimant 12 en matériau magnétique, d'un ressort de palette 17 et d'un électroaimant d'ouverture 15, la soupape 1 est écartée de son siège 5 par une tige de la palette 9 repoussant la queue de soupape 3. L'électroaimant d'ouverture 15 est généralement associé à un électroaimant de fermeture 14, la palette 12 étant montée entre les deux électroaimants 14, 15. Lorsque l'électroaimant de fermeture 14 est activé, le ressort de soupape 20 entraîne la palette 12 qui vient au contact d'une partie du circuit magnétique de cet électroaimant 14, l'électroaimant de fermeture 14 guidant la palette 12 en fin de course. Ce déplacement entraîne un coulissement des tiges 3 et 9 tel que la tête de la soupape 1 est déplacée pour reposer sur son siège 5. La soupape 1 est alors fermée. Lorsque l'électroaimant d'ouverture 15 est activé, le ressort de palette 17 entraîne la palette 12 qui vient au contact d'une partie du circuit magnétique de ce second électroaimant, l'électroaimant d'ouverture 15 guidant la palette 12 en fin de course. Le déplacement de la palette entraîne les tiges 3 et 9, la tête de la soupape 1 s'éloignant par conséquent de son siège. La soupape 1 est alors en position ouverte. Quand aucun des deux électroaimants 14, 15 n'est activé, la palette 12 est 30 maintenue entre les deux par le ressort de soupape 20 et le ressort de palette 17 monté autour de sa tige 9. Les ressorts 17 et 20 sont associés au mouvement des tiges 9 et 3 en se comprimant ou en se détendant suivant les mouvements de ces dernières, un 35 système électromécanique résonnant étant ainsi formé. La soupape 1 et la palette 12 alternent ainsi des positions fixes, dites commutées, avec des déplacements transitoires entre ces deux positions. En référence à la figure 3, un électroaimant 14, (15) comprend classiquement un paquet de tôles empilées avec des aimants permanents 18 et une bobine 20, un tel électroaimant 14 permettant de générer des forces magnétiques de forte amplitude pour déplacer la palette 12 entre ses positions commutées. Afin de protéger les aimants 18 lors du contact avec la palette 12, l'électroaimant 14 est usiné afin que les aimants 18 soient en retrait par rapport aux zones de butée de la palette 12. En particulier, en référence aux figures 2 et 3, on usine des branches 141G, 141C, 141D dans le corps de l'électroaimant 14 pour protéger les aimants 18, la branche centrale 141C étant en retrait par rapport aux branches latérales 141G, 141D. Toujours en référence à la figure 2, l'électroaimant 14 peut commander simultanément deux palettes d'électroaimant 12 se liant respectivement aux branches de l'électroaimant disposées des deux cotés du plan (P). En référence à la figure 3, lorsque la palette 12 se déplace d'une position de fermeture à une position d'ouverture, celle-ci se "détache" de l'électroaimant de fermeture 14 pour s'attacher à l'électroaimant d'ouverture 15, un bord latéral 121G, 121D de la palette 12 se détachant plus vite que l'autre en fonction de la force magnétique exercée par chacune des branches latérales 141G, 141D de l'électroaimant 14. Toujours en référence à la figure 3, à titre d'exemple, lors du détachement de la palette 12 de l'électroaimant 14, la force magnétique exercée par l'électroaimant 14 décroît, la branche latérale gauche 141G de l'électroaimant 14 exerçant, dans cet exemple, une attraction magnétique supérieure au bord latéral droite 141D, entraînant ainsi un basculement de la palette 12 lors de sa descente alors que sa tige 9 est, quant à elle, guidée axialement dans son déplacement par une glissière 10. Il en résulte un basculement d'angle a entre la palette 12 et sa tige 9. Le basculement de la palette 12 suit différentes lois statistiques et ne peut être prédit de manière certaine, le bord gauche 121G de la palette 12 pouvant aussi bien se détacher avant le bord droite 121D. En outre, ce basculement apparaît aussi bien lors que la palette s'attache que lorsqu'elle se détache d'un électroaimant. Les basculements aléatoires de la palette 12, aussi bien à la fermeture qu'à l'ouverture, engendrent des difficultés pour établir les lois de contrôle commandant le fonctionnement des soupapes du moteur. Afin de résoudre ce problème, en référence à la figure 4, il est connu de confiner la zone aimantée 12C de la palette 12 à la partie axiale proche de la tige 9 afin de limiter la valeur de l'angle de basculement a entre la tige 9 et sa palette 12. Malgré cette modification,on ne peut pas prédire la manière dont la palette 12 va se détacher de l'électroaimant 14. Le caractère aléatoire de l'attachement/détachement de la palette 12 des électroaimants 14, 15 demeure un inconvénient majeur, empêchant de tirer pleinement profit de la commande individuelle des soupapes du moteur équipé d'un dispositif "camless". A cet effet, l'invention concerne un ensemble d'un électroaimant et d'une palette d'électroaimant adaptée pour se lier magnétiquement audit électroaimant, la palette comprenant un bord de liaison agencé pour se lier avec une branche de liaison formée dans l'électroaimant, ensemble caractérisé par le fait que la liaison entre ledit bord de liaison de la palette et ladite branche de liaison de l'électroaimant est asymétrique de manière à favoriser le basculement de la palette dans une direction prédéterminée lors de la rupture de la liaison magnétique. L'asymétrie de la liaison magnétique, entre la palette et l'électroaimant, force le basculement de la palette dans une direction déterminée, les basculements de la palette, lors de son attachement/détachement de l'électroaimant, n'étant plus aléatoires. Selon une première forme de réalisation de l'invention, la branche de liaison de l'électroaimant est usinée à une seule de ses extrémités afin de ménager un entrefer de basculement entre le bord de liaison de la palette et la branche de liaison de l'électroaimant. Avantageusement, la palette d'électroaimant n'est pas usinée ce qui permet d'utiliser des palettes standard avec des électroaimants usinés dans un même actionneur de soupape. De préférence, la branche de liaison de l'électroaimant se présente sous la forme d'un pavé rectangulaire comprenant un décrochement en marche d'escalier formant l'entrefer de basculement. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, un bord de basculement de la palette, perpendiculaire au bord de liaison de la palette, est usiné afin de ménager un entrefer de basculement entre le bord de liaison de la palette et la branche de liaison de l'électroaimant. Avantageusement, l'électroaimant n'est pas usiné ce qui permet d'utiliser des électroaimants standards avec une palette usinée dans un même actionneur de soupape. 15 De préférence, la palette se présente sous la forme d'un pavé comportant deux bords de liaison et deux bords de basculement perpendiculaires auxdits bords de liaison, les épaisseurs des bords de basculement étant différentes. Avantageusement, les deux bords de basculement de la palette permettent de se 20 relier magnétiquement à des palettes de fermeture et d'ouverture standard. De préférence encore, la différence d'épaisseur entre les bords de basculement de la palette est comprise entre 0.1 et 0.5 mm. 25 L'invention concerne également un actionneur de soupape comprenant un ensemble d'un premier électroaimant et d'une palette d'électroaimant, selon l'une des revendications précédentes, ainsi qu'un deuxième électroaimant, ledit bord de liaison de la palette étant agencé pour se lier magnétiquement à deux branches de liaison formées respectivement dans les premier et deuxième électroaimants. 30 De préférence, la liaison entre le bord de liaison et la branche de liaison du deuxième électroaimant est asymétrique de manière à favoriser le basculement de la palette dans une direction prédéterminée lors de la rupture de la liaison magnétique entre la palette et le deuxième électroaimant. 10 35 Un tel actionneur de soupape permet avantageusement de forcer le basculement de la palette aussi bien à l'ouverture qu'à la fermeture, le basculement de la palette étant maîtrisé et les lois de commande de l'actionneur améliorées. De préférence toujours, les premier et deuxième électroaimants comprennent respectivement un premier et un deuxième entrefers de basculement, le premier entrefer de basculement étant disposé au droit du deuxième entrefer de basculement. Un tel actionneur de soupape permet avantageusement de forcer le basculement de la palette selon le même bord de basculement de la palette. L'invention sera mieux comprise à l'aide du dessin annexé dans lequel : La figure 1 représente une vue en coupe d'un actionneur de soupape selon 15 l'art antérieur; - La figure 2 représente une vue en perspective d'un électroaimant de fermeture de l'actionneur de soupape de la figure 1; - La figure 3 représente schématiquement le basculement de la palette autour de sa tige lors de son détachement de l'électroaimant de la figure 2; 20 La figure 4 représente une vue de dessus d'une palette d'un actionneur de soupape selon un deuxième art antérieur; La figure 5 représente une vue en perspective d'un électroaimant de fermeture selon une première forme de réalisation de l'invention; Les figures 6A et 6B représentent respectivement une vue de face et une 25 vue de côté d'une partie de l'électroaimant de la figure 5 reliée à une palette d'électroaimant; La figure 7 représente une vue en perspective d'une palette d'électroaimant selon une deuxième forme de réalisation de l'invention; - Les figures 8A et 8B représentent respectivement une vue de face et une 30 vue de côté de la palette de la figure 7 reliée à un électroaimant. En référence à la figure 5, un électroaimant de fermeture 14 comprend cinq branches 141G, 141C, 141D, séparées par quatre espaces internes et s'étendant selon un axe vertical Z. L'électroaimant 14 est ici agencé pour commander 35 simultanément deux palettes d'électroaimant 12 disposées respectivement des deux côtés du plan de symétrie (P) de l'électroaimant 14. Par souci de clarté, l'électroaimant 14 n'est représenté que partiellement sur les figures 6A, 6B, 7A et 7B afin de décrire, de manière précise, son interaction avec une seule palette 12. En référence à la figure 6A, l'électroaimant 14 comprend successivement, dans le sens d'un axe orienté Y, une première branche de liaison gauche 141G, une branche centrale 141C et une deuxième branche de liaison droite 141D. Chaque branche de liaison 141G, 141D comprend une face 50 de contact avec la palette 12, cette face 50 comportant deux bords longitudinaux s'étendant selon la direction X et deux bords latéraux s'étendant selon la direction Y. L'électroaimant 14 comprend également un circuit magnétique interne, formé en partie d'aimants et agencé pour attirer magnétiquement la palette 12 d'un actionneur de soupape, en fin de course, lors de son déplacement La palette 12 se présente sous la forme d'un pavé, dont la longueur s'étend selon l'axe X et la largeur selon l'axe Y, comportant deux bords latéraux 121L et deux bords longitudinaux 121G, 121D, les bords longitudinaux 121G, 121D étant désignés, par la suite, bords de basculement. Comme représenté sur les figures 6A et 6B, les branches de liaison 141G, 141D de l'électroaimant 14 sont respectivement reliées magnétiquement avec les bords de basculement 121G, 121D de la palette 12 lorsque l'électroaimant 14 est activé magnétiquement cette dernière, la palette 12 et l'électroaimant 14 étant alors en contact selon la face de contact 50 des branches 141G, 141D. ^ Première forme de réalisation Selon une première forme de réalisation de l'invention, en référence aux figures 5, 6A et 6B, un bord latéral de la face de contact 50 de la branche de liaison 141G est ici usiné afin de ménager un entrefer de basculement 145 entre la palette 12 et l'électroaimant 14. En référence plus particulièrement à la figure 6B, la liaison entre la branche de liaison 141G de l'électroaimant 14 et le bord de basculement 121G de la palette 12 est asymétrique dans le plan (X,Z) par rapport à un plan médian parallèle au plan (Y,Z). En référence à la figure 6B, dans le plan (X,Z), la liaison entre la palette 12 et l'électroaimant 14 est asymétrique par rapport à un axe S1 du fait de la présence de l'entrefer 145. L'asymétrie est considérée dans un plan s'étendant sensiblement dans la longueur de la face de contact 50 de la branche de liaison 141G, ici le plan (X,Z), l'asymétrie étant appréciée par rapport à un plan médian de ladite branche, ici le plan (Y,Z). En référence à la figure 6B, dans le plan (X,Z), la liaison entre la palette 12 et l'électroaimant 14 est asymétrique par rapport à un axe S2 du fait de la présence de l'entrefer 145. Comme représenté sur la figure 5, les faces de contact 50 des branches de liaison 141G, 141D sont chacune usinées pour ménager un décrochement en "marche d'escalier" pour ménager l'entrefer 145. Afin d'encore mieux comprendre cette première forme de réalisation de l'invention, les interactions entre la palette 12 et l'électroaimant 14 vont être maintenant décrites. Lorsque l'électroaimant de fermeture 14 est activé, la palette 12 est déplacée par le ressort 20 et est attirée magnétiquement en contact avec les faces 50 des branches 141G, 141D de l'électroaimant 14. En référence à la figure 6B, la liaison entre l'électroaimant 14 et la palette 12 n'est pas symétrique, l'entrefer de basculement 145 étant ménagé sur le bord latéral de la branche de liaison 141G de l'électroaimant 14, le bord latéral étant destiné à se relier magnétiquement avec le bord de basculement 121G de la palette 12. Comme représenté sur la figure 6B, les interactions magnétiques entre le bord de basculement 121G de la palette 12 et l'électroaimant 14, représentées pas des flèches, sont plus fortes que les interactions entre le bord de basculement 121D de la palette 12 et l'électroaimant 14 en raison de la présence de l'entrefer 145. Lorsque l'électroaimant de fermeture 14 est désactivé, la force magnétique d'attraction de la palette 12 exercée par l'électroaimant 14 diminue progressivement, la palette 12 se détachant plus rapidement à son bord de basculement 121G qu'à son bord de basculement opposé 121D. Ainsi, lors du détachement de la palette 12 de l'électroaimant 14, la palette 12 bascule toujours en direction de son bord de basculement 121G. Le basculement est prédictible et répétitif, ce qui permet de l'anticiper. Ce basculement, qui était précédemment considéré comme un inconvénient de part son caractère aléatoire, permet de mettre en oeuvre des lois de commande des soupapes précises. De telles lois de commande sont plus performantes et permettent de tirer pleinement profit de la commande individualisée des soupapes. Il va de soi que d'autres usinages de l'électroaimant 14 pourraient également convenir pour forcer le basculement de la palette 12 dans une direction donnée. Ainsi, des perçages ou des lamages réalisés dans une face de contact 50 des branches de liaison de l'électroaimant 14 conviendraient également. Il va de soi qu'un électroaimant d'ouverture, non représenté, peut également comprendre de tels entrefers de basculement analogues à ceux de l'électroaimant de fermeture. Selon une forme de réalisation particulière d'un actionneur de soupape comprenant des électroaimants d'ouverture et de fermeture, les entrefers de l'électroaimant d'ouverture sont disposés au droit de l'électroaimant de fermeture de manière à ce que la palette 12 bascule toujours selon le même bord de basculement. ^ Deuxième forme de réalisation Selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, en référence aux figures 7, 8A et 8B, le bord de basculement 121G de la palette 12 est ici usiné sur sa face supérieure 122 afin de ménager un entrefer de basculement 145 entre la palette 12 et l'électroaimant 14. En référence plus particulièrement à la figure 8B, la liaison entre la branche de liaison 141G de l'électroaimant 14 et le bord de basculement 121G de la palette 12 est asymétrique dans le plan (X,Z) par rapport à un plan médian parallèle au plan (Y,Z). L'asymétrie est considérée dans un plan s'étendant sensiblement selon la face de 35 contact 50 de la branche de liaison 141G, ici le plan (X,Z), l'asymétrie étant appréciée par rapport à un plan médian de ladite branche, ici le plan (Y,Z). Comme représenté sur les figures 7 et 8B, le bord de basculement 121G de la palette 12 est usiné pour ménager un décrochement en "marche d'escalier" pour former l'entrefer de basculement 145. Afin d'encore mieux comprendre cette deuxième forme de réalisation de l'invention, les interactions entre la palette 12 et l'électroaimant 14 vont être maintenant décrites. Lorsque l'électroaimant de fermeture 14 est activé, la palette 12 est déplacée par le ressort 20 et est attirée magnétiquement avec les faces 50 des branches 141G, 141D de l'électroaimant 14. Comme représenté sur la figure 8B, les interactions magnétiques entre le bord de basculement 121G de la palette 12 et l'électroaimant 14, représentées par des flèches, sont plus fortes que les interactions entre le bord de basculement 121D de la palette 12 et l'électroaimant 14 en raison de la présence de l'entrefer 145. Lorsque l'électroaimant de fermeture 14 est désactivé, la force magnétique d'attraction de la palette 12 exercée par l'électroaimant 14 diminue progressivement, la palette 12 se détachant plus rapidement à son bord de basculement 121G, dans lequel est formé l'entrefer 145, qu'à son bord de basculement opposé 121D. Ainsi, lors du détachement de la palette 12 de l'électroaimant 14, la palette 12 bascule en direction de son bord de basculement 121G. Le basculement est prédictible et répétitif, ce qui permet de l'anticiper, voire de le compenser. Ce basculement, qui était précédemment considéré comme un inconvénient de part son caractère aléatoire, permet de prédire le comportement de la palette 12 et ainsi de mettre en oeuvre des lois de commande des soupapes précises. De telles lois de commande sont plus performantes et permettent de tirer pleinement profit de la commande individualisée des soupapes. Il va de soi que d'autres usinages de la palette 12 pourraient également convenir pour forcer le basculement de la palette 12 dans une direction donnée. Ainsi, des perçages ou lamages conviendraient également. En référence à la figure 7, le bord de basculement 121G de la palette 12 est usiné sur chacune de ses faces supérieure 122 et inférieure 123, l'épaisseur (e) du bord35 de basculement 121G de la palette 12 étant inférieure à l'épaisseur (D) de son bord opposé, la différence d'épaisseur entre les deux bords de basculement 121G, 121D étant de l'ordre du dixième de millimètre. Pour un actionneur de soupape, une telle palette 12, usinée sur ses deux faces 122, 123, permet de forcer le basculement de la palette avec un électroaimant de fermeture mais également avec un électroaimant d'ouverture. L'invention a été ici décrite pour une palette se détachant d'un électroaimant de fermeture. Il va de soi que l'invention s'applique également à une palette 10 s'attachant/se détachant d'un électroaimant d'ouverture/de fermeture. Revendications 1- Ensemble d'un électroaimant (14, 15) et d'une palette d'électroaimant (12) adaptée pour se lier magnétiquement audit électroaimant (14, 15), la palette (12) comprenant un bord de liaison (121L) agencé pour se lier avec une branche de liaison (141D, 141G) formée dans l'électroaimant (14, 15), ensemble caractérisé par le fait que la liaison entre ledit bord de liaison (121L) de la palette (12) et ladite branche de liaison (141D, 141G) de l'électroaimant (14, 15) est asymétrique de manière à favoriser le basculement de la palette (12) dans une direction prédéterminée lors de la rupture de la liaison magnétique. 2- Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la branche de liaison (141D, 141G) de l'électroaimant (14, 15) est usinée à une seule de ses extrémités afin de ménager un entrefer de basculement (145) entre le bord de liaison (121L) de la palette (12) et la branche de liaison (141D, 141G) de l'électroaimant (14). 3- Ensemble selon la revendication 2, dans lequel la branche de liaison (141D, 141G) de l'électroaimant (14, 15) se présente sous la forme d'un pavé rectangulaire comprenant un décrochement en marche d'escalier formant l'entrefer de basculement (145). 4- Ensemble selon la revendication 1, dans lequel un bord de basculement de la palette (121D, 121G), perpendiculaire au bord de liaison (121L) de la palette (12), est usiné afin de ménager un entrefer de basculement (145) entre le bord de liaison (121L) de la palette (12) et la branche de liaison (141D, 141G) de l'électroaimant (14). 5- Ensemble selon la revendication 4, dans lequel la palette (12) se présente sous la forme d'un pavé comportant deux bords de liaison (121L) et deux bords de basculement (121D, 121G) perpendiculaires auxdits bords de liaison (121L), les épaisseurs des bords de basculement (121D, 121G) étant différentes.35 6- Ensemble selon la revendication 5, dans lequel la différence d'épaisseur entre les bords de basculement (121D, 121G) de la palette (12) est comprise entre 0.1 et 0.5 mm. 7- Actionneur de soupape comprenant un ensemble d'un premier électroaimant (14) et d'une palette d'électroaimant (12), selon l'une des revendications précédentes, ainsi qu'un deuxième électroaimant (15), ledit bord de liaison (121L) de la palette (12) étant agencé pour se lier magnétiquement à deux branches de liaison formées respectivement dans les premier et deuxième électroaimants (14, 15). 8- Actionneur selon la revendication 7, dans lequel la liaison entre le bord de liaison (121L) et la branche de liaison du deuxième électroaimant (15) est asymétrique de manière à favoriser le basculement de la palette (12) dans une direction prédéterminée lors de la rupture de la liaison magnétique entre la palette (12) et le deuxième électroaimant (15). 9- Actionneur selon l'une des revendications 7 à 8, dans lequel les premier et deuxième électroaimants (14, 15) comprennent respectivement un premier et un deuxième entrefers de basculement (145), le premier entrefer de basculement (145) étant disposé au droit du deuxième entrefer de basculement (145).25