Brevet FR2941575A1 — publié le 20100730

DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT D'UN ELEMENT TEL UNE SOUPAPE. pool] La présente invention concerne un dispositif d'actionnement d'un élément tel que par exemple une soupe d'un moteur à combustion. [0002] Il est connu d'utiliser des dispositifs d'actionnement de soupapes sans came, dit � camless �. Ces dispositifs sont destinés à se substituer aux dispositifs mécaniques conventionnels de levée de soupapes qui comportent par exemple au moins un arbre à cames agissant directement ou indirectement sur les queues de soupapes. [0003] De façon connue, un dispositif d'actionnement de soupape de moteur sans came comporte un ressort de rappel permettant de maintenir contre son siège ladite soupape. Le dispositif d'actionnement comporte un actionneur commandé par un distributeur pouvant être par exemple un circuit hydraulique, qui appuie sur la soupape. La levée de soupape, c'est-à-dire le moment où la soupape se lève de son siège et ouvre le conduit qu'elle obstrue, est provoquée lorsque l'actionneur engendre un mouvement de la queue de la soupape. [0004] L'avantage bien connu de tels dispositifs � camless � est de pouvoir bénéficier de différentes lois de levée de soupapes, qui sont déterminées par un calculateur en fonction du régime de rotation du moteur et de la charge demandée au moteur de manière à optimiser le fonctionnement dudit moteur sur toute l'amplitude du régime moteur. [0005] Dans certaines situations de vie d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, il est nécessaire de maintenir dans une position donnée certains actionneurs du moteur durant de longues périodes, typiquement des périodes de l'ordre de plusieurs minutes, lors des phases de régénération. [0006] La phase d'ouverture et la phase de maintien, dans une position donnée, des actionneurs sont pilotées au moyen de moteurs électriques. [0007] Cependant, l'échauffement de ce type de moteur pendant les longues périodes de maintien en position des actionneurs, impliquant une ouverture des soupapes, obligent les constructeurs automobiles à sous-dimensionner la puissance de ces moteurs de façon à diminuer les effets thermiques non désirés. [0008] Durant l'utilisation du moteur du véhicule automobile, certains organes du moteur, tels que les soupapes, s'encrassent continuellement. La contrainte de s o u s-dimensionnement des moteurs de pilotage des actionneurs coopérant avec les queues de soupapes empêche les moteurs de fournir une puissance suffisante permettant de répondre aux aspects dynamiques d'ouverture dans de telle situation d'encrassement. [0009] Dans ce contexte, l'invention vise à fournir un dispositif d'actionnement d'une soupape de véhicule permettant le maintien en position de la soupape permettant de s'affranchir des inconvénients définis ci-dessus. polo] A cette fin, l'invention propose un dispositif d'actionnement d'un élément stable dans une première position de repos, ledit dispositif comportant un moteur électrique et un actionneur apte à transmettre le mouvement dudit moteur électrique vers ledit élément caractérisé en ce qu'il comporte une empreinte représentant une cinématique de déplacement dudit élément (10), un pointeur interagissant avec ladite empreinte (20) de sorte que : • un premier déplacement de l'élément (10) positionne ledit pointeur (3) dans une première zone de ladite empreinte (20) correspondant à une seconde position stable de l'élément (10), un deuxième déplacement de l'élément (10) positionne ledit pointeur (3) dans une deuxième zone (25) de ladite empreinte correspondant à une position instable de l'élément (10), dans laquelle il est soumis à des moyens pour le retour dudit élément (10) dans une position initiale de repos. [0011] Dans une variante, les moyens pour le retour dudit élément dans ladite position initiale de repos comportent un ressort de rappel. [0012] Dans une variante, l'élément comporte une queue de soupape, et l'empreinte est usinée sur un méplat préalablement usiné sur le pourtour périphérique de ladite queue. Avantageusement, ledit actionneur transmet un déplacement en translation de l'élément. [0013] Dans une variante, l'élément comporte une queue de soupape, et l'empreinte est usinée sur le pourtour périphérique de ladite queue. [0014] Dans une variante, l'élément comporte une queue de soupape, et l'empreinte est usinée sur une extrémité de ladite queue, ladite extrémité étant une surface plane perpendiculaire à l'axe de rotation de ladite queue. [0015] Dans une variante, ledit actionneur engendre un déplacement angulaire dudit élément. [0016] La présente invention a également pour objet un véhicule automobile comportant au moins un dispositif d'actionnement tel que défini précédemment, en particulier un dispositif d'actionnement d'une vanne dite EGR, destinée à contrôler le flux de gaz d'échappement réadmis à l'admission d'un moteur à combustion. [0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : • la figure 1 est une représentation partielle schématisant un dispositif d'actionnement d'une soupape d'un moteur de véhicule automobile selon l'invention ; la figure 2 est une représentation illustrant particulièrement une zone de la queue de soupape représentée à la figure 1 ; • la figure 3 est un deuxième mode de réalisation de l'empreinte illustrée à la figure 2; • la figure 4 est un troisième mode de réalisation de l'empreinte illustrée à la figure 2; [0018] Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence sauf précision contraire. [0019] La figure 1 est une représentation partielle schématisant un dispositif d'actionnement associé à un véhicule automobile. [0020] La figure 1 représente un élément 10 comportant une queue de soupape 1, coulissant verticalement dans un corps 6 fixe. Il sera détaillé plus tard un autre mode de réalisation dans lequel la queue de soupape effectue un déplacement angulaire. [0021] L'élément 10 est équipé d'un moyen élastique de rappel (non représenté) maintenant l'élément 10 sur son siège lorsqu'il n'y a pas de sollicitations sur la queue de soupape 1, ou bien lorsque l'effort appliqué sur la queue de soupape 1 est inférieur à l'effort généré par le moyen élastique de rappel. On parle alors de position de repos lorsque L'élément 10 est en position haute. [0022] Lorsque l'effort est supérieur à l'effort généré par le moyen élastique de rappel, la soupape se lève de son siège et ouvre un conduit qu'elle obstrue en position initiale de repos ; l'élément 10 est alors en position basse. [0023] Le dispositif d'actionnement (non représenté) de l'élément 10 se fixe de façon classique sur le bloc moteur et comporte un moyen pour coopérer avec la queue de soupape 1, de sorte que le mouvement de l'actionneur génère un déplacement de ladite queue de soupape 1. [0024] Selon le type d'élément l'actionneur coopère avec la queue de 25 soupape de façon à créer soit un déplacement vertical, horizontal ou encore une rotation de la soupape. [0025] Selon ce premier mode de réalisation de l'invention, la queue de soupape 1 comporte dans sa partie supérieure un méplat 2 sur lequel une empreinte 20 est usinée, illustrée à la figure 2, définissant un guide pour le 30 déplacement vertical dudit élément 10. [0026] Le corps 6 maintenu fixe par rapport à l'élément 10 au moyen par exemple du bloc moteur ou de tout d'autre moyen, comporte un pointeur 3 en métal monté, sur ressort, perpendiculairement à la direction du déplacement de l'élément, et de façon à pouvoir s'enfoncer dans ladite empreinte 20. Le pointeur 3 est fixe par rapport au sens Y longitudinal de la soupape et est libre de déplacement dans le sens transverse X. [0027] Avantageusement, le pointeur 3 peut être bordé par un rail autorisant un déplacement dans le sens transversal X. [0028] La figure 2 est une représentation illustrant particulièrement une zone 10 de la queue de soupape représentée à la figure 1. [0029] La figure 2 détaille plus précisément l'empreinte 20 usinée sur le méplat 2 de la queue de soupape 1. [0030] L'empreinte 20 illustrée comporte différentes zones usinées plus ou moins profondément dans la queue de soupape 1 formant une succession de 15 chemins. Les différents chemins répartis en six zones remplissent chacun une fonction particulière. [0031] La première zone 21 et la deuxième zone 22 sont des zones usinées avec une même profondeur d'usinage, de faible profondeur. La première zone 21 comporte un traitement de surface conducteur de façon à créer un contact 20 électrique entre le pointeur 3 métallique et la première zone 21. Le contact électrique permet à des moyens logiciels d'identifier la position du pointeur 3 dans la première zone 21 correspondant à l'état de L'élément 10 dans une position initiale de repos. [0032] La deuxième zone 22 comporte un traitement de surface isolant. 25 [0033] Une troisième zone 23 est usinée plus profondément que la première et la deuxième zone 21, 22 et est recouverte d'une surface isolante. [0034] Une quatrième zone 24 est usinée plus profondément que la première, deuxième et troisième zone 21, 22, 23 et comporte un traitement de surface conducteur de façon à créer un contact électrique entre ladite 30 quatrième zone 24 et le pointeur 3, de sorte que les moyens logiciels identifient la position de l'élément 10 correspondant à une position d'ouverture bloquée. [0035] Une cinquième zone 25 est usinée à la même profondeur d'usinage que la quatrième zone et comporte un traitement de surface isolant. [0036] Une sixième zone 26 est usinée plus profondément que la quatrième et la cinquième zone 24, 25 et est recouverte d'une surface isolante. [0037] L'usinage de la sixième zone 26 est réalisé de façon à générer une pente permettant de disposer d'une profondeur d'usinage plus importante que la profondeur de la cinquième zone 25, au niveau de la jonction entre la cinquième zone 25 à la sixième zone 26, et d'une profondeur d'usinage moins importante que la profondeur d'usinage de la deuxième zone 22, au niveau de la jonction entre la sixième zone 26 à la deuxième zone 22. [0038] Le parcours des différentes zones de l'empreinte 20 par le pointeur 3 est réalisé selon le sens indiqué par les flèches représentées sur la figure 2. L'élément 10 est en position initiale de repos, correspondant à sa position haute, lorsque le pointeur 3 est dans la première zone 21. [0039] Dans cette position initiale de repos de l'élément 10, un contact électrique existe entre le pointeur 3 et la zone 21 permettant au dispositif, via les moyens logiciels, de détecter que l'élément 10 est bien dans sa position initiale de repos. [0040] Lors de l'application d'un signal électrique de type par exemple PWM (Pulse Width Modulation) à un moteur électrique pilotant l'actionneur, l'actionneur coopérant avec la queue de soupape 1 déplace verticalement dudit élément 10. I1 est aussi possible d'appliquer une tension variable et un courant variable [0041] Tant que le signal est inférieur à un seuil limite déterminé, par exemple 95% d'une valeur définie par le constructeur, la queue de soupape 1 peut revenir dans sa position initiale de repos dès que le signal électrique du moteur est coupé. Tant que le signal électrique ne dépasse pas 95% de la valeur définie, le pointeur 3 reste dans la deuxième zone 22. [0042] Lorsque le signal électrique est supérieur au seuil limite, c'est-à-dire supérieur à 95% de la valeur définie, le déplacement de l'élément 10 fait passer le pointeur 3 dans la troisième zone 23 de l'empreinte 20. Le retour du pointeur 3 dans la deuxième zone 22 n'est plus possible car la zone 23 est usinée plus profondément que la zone 22, le pointeur 3 vient de franchir le point de non retour 27. [0043] Lorsque le signal électrique dépasse le seuil de 95% de la valeur définie, les moyens logiciels coupent l'alimentation du moteur électrique de façon à ce que le ressort de rappel de l'élément 10 déplace verticalement la soupape dans le sens contraire au déplacement engendré par l'actionneur de façon à ce que le pointeur 3 soit bloqué dans la quatrième zone 24. La quatrième zone 24 comportant un revêtement conducteur, un contact électrique s'établit entre le pointeur 3 et la zone 24, de façon à confirmer la position du pointeur 3 ainsi que l'arrêt d'alimentation du moteur. [0044] Il est possible de programmer les moyens logiciels de sorte que la confirmation de la position du pointeur 3 dans la zone 24, indiquant la position d'ouverture de l'élément 10, intervienne dans un délai de quelques millisecondes après l'arrêt de l'alimentation du moteur, suite au dépassement du seuil limite de 95% de la valeur définie. Il est prévu dans le cas où cette confirmation ne se réalise pas dans le délai imparti, que les moyens logiciels signalent une erreur de commande. [0045] Lorsque le pointeur 3 est dans la zone 24, l'élément 10 est bloqué dans une position d'ouverture correspondant à la libération du conduit qu'elle obstrue lorsque l'élément 10 est dans sa position initiale de repos. Les moteurs électriques pilotant les actionneurs sont coupés et ne s'échauffe pas. [0046] Pour sortir de cet état bloqué, il est nécessaire de fournir au moteur électrique un signal PWM supérieur au seuil limite défini précédemment, c'est-à-dire par exemple supérieur à 95% d'une valeur définie par le constructeur, pour que le déplacement de la soupape permette le passage du pointeur 3 dans la sixième zone 26. [0047] Lors du passage du pointeur 3 dans la sixième zone 26, le retour du pointeur 3 dans la cinquième zone 25 n'est plus possible car la zone 26 est usinée plus profondément que la zone 25 ; dans cette situation, le pointeur 3 franchit le point de retour 28. [0048] Lorsque le point de retour 28 est franchi, les moyens logiciels détectant un dépassement de la valeur seuil limite du signal électrique, coupent l'alimentation du moteur électrique afin le ressort de rappel ramène l'élément 10 dans sa position initiale de repos. Durant la phase de retour de la soupape, le pointeur 3 passe de la zone 26 à la zone 22 puis à la zone 21. [0049] L'usinage en pente de la zone 26, défini précédemment, permet d'éviter les passages non désirés du pointeur 3 de la zone 22 à la zone 26. [0050] Selon un autre mode de réalisation, il est possible de s'affranchir de la difficulté de réalisation de l'usinage de la zone 26 en optimisant l'usinage de la deuxième zone 22 de façon à limiter l'occurrence du pointeur 3 à partir du mauvais coté à chaque début de cycle. [0051] II est également possible selon un autre mode de réalisation de provoquer une résistance au glissement du pointeur 3 de façon à ce qu'il conserve sa position en X, de façon à éviter le passage de la zone 22 à la zone 26 en début de cycle. [0052] L'empreinte 20, détaillée en figure 2, correspond au mouvement d'une soupape dont la position de repos est en position haute et la position d'ouverture est en position basse. [0053] La forme de l'empreinte est également applicable à une soupape, un doseur ou à une vanne dont la position de repos correspond à une position basse et la position d'ouverture correspond à une position haute. Dans cette situation, l'empreinte 20 détaillée en figure 2 doit être inversée, c'est-à-dire qu'il suffit d'effectuer une rotation de 180° de l'usinage de l'empreinte. [0054] La figure 3 est un deuxième mode de réalisation de l'empreinte 20, illustrée à la figure 2, réalisée sur une soupape dont l'ouverture est réalisée par un déplacement angulaire. [0055] C'est le cas par exemple de soupape comportant un obturateur de type volet ou encore papillon connu dans le domaine automobile. [0056] Dans ce mode de réalisation, l'empreinte 20 est réalisée sur la surface périphérique d'un axe 31 de façon à permettre l'ouverture d'un volet 32 par la rotation de l'axe 31. [0057] L'usinage de l'empreinte 20 est réalisé sur la surface périphérique de l'axe 31 de façon à ce que le parcours suive la rotondité de l'axe 31. [oo58] De façon identique à la description faite à la figure 2, l'ouverture de la soupape 30 est réalisée au moyen d'un moteur électrique. Dans ce mode de 10 réalisation l'actionneur coopère avec la soupape 30 de façon à permettre une rotation de l'axe 31. [0059] Lorsque le signal électrique PWM dépasse par exemple 95% d'une valeur définie, le moteur électrique est coupé et la soupape 30 est bloquée en position d'ouverture correspondant à un certain degré de rotation par rapport 15 à la position initiale de repos. [0060] Le déblocage de la soupape 30 et le retour à la position initiale de repos s'effectue lorsque le signal électrique dépasse de nouveau 95% de la valeur définie et au moyen d'un ressort de rappel, de façon similaire à la description de l'élément 10 illustrée en référence à la figure 1. 20 [oos1] Le pointeur 3 solidaire du corps de soupape est en contact tangentiellement avec la surface périphérique de l'axe 31 de la soupape 30. [0062] La figure 4 est un troisième mode de réalisation de l'empreinte 20 illustrée à la figure 2 réalisée sur une soupape dont l'ouverture est réalisée par un déplacement angulaire. 25 [0063] De façon similaire à la description faite à la figure 3, l'usinage de l'empreinte 20 est réalisé de façon à permettre l'ouverture de la soupape par rotation de l'axe 31. [0064] Dans ce mode de réalisation, l'empreinte 20 est réalisée sur une surface plane de l'axe située à chaque extrémité dudit axe 31 ; le pointeur solidaire du corps de soupape étant situé perpendiculairement à la surface plane de façon à suivre le parcours de l'empreinte 20. [0065] Ainsi, le dispositif d'actionnement d'une soupape de véhicule automobile permet de maintenir en position d'ouverture ladite soupape par des moyens mécaniques permettant de s'affranchir de l'échauffement des moteurs électriques. [0066] De ce fait, il n'est plus nécessaire de sous-dimensionner les moteurs électriques pilotant les actionneurs des dispositifs d'actionnement et les moteurs électriques pourront être dimensionnés de façon à répondre aux besoins provoqués par l'encrassement des éléments, durant la vie du véhicule. [0067] Selon une autre représentation de l'invention, les moyens logiciels peuvent être remplacés par des circuits électriques spécifiques. Les autres avantages de l'invention sont notamment les suivants : - fiabilisation des dispositifs d'actionnements ; - amélioration du bilan électrique ; - réduction des consommations électriques ; - dimensionnement de l'élément électrique pour répondre aux aspects dynamiques de la soupape.20 Revendications1. Dispositif d'actionnement d'un élément (10) stable dans une première position de repos, ledit dispositif comportant un moteur électrique et un actionneur apte à transmettre le mouvement dudit moteur électrique vers ledit élément (10) caractérisé en ce qu'il comporte une empreinte (20) représentant une cinématique de déplacement dudit élément (10), un pointeur interagissant avec ladite empreinte (20) de sorte que : • un premier déplacement de l'élément (10) positionne ledit pointeur (3) 10 dans une première zone de ladite empreinte (20) correspondant à une seconde position stable de l'élément (10), • un deuxième déplacement de l'élément (10) positionne ledit pointeur (3) dans une deuxième zone (25) de ladite empreinte correspondant à une position instable de l'élément (10), dans laquelle il est soumis à des 15 moyens pour le retour dudit élément (10) dans une position initiale de repos. 2. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens pour le retour dudit élément (10) dans ladite position initiale de repos comportent un ressort de rappel. 20 3. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'élément (10) comporte une queue de soupape (1), caractérisé en ce que ladite empreinte (20) est usinée sur un méplat (2) préalablement usiné sur le pourtour périphérique de ladite queue (1). 4. Dispositif d'actionnement selon la revendication 3, caractérisé en ce 25 que ledit actionneur transmet un déplacement en translation de l'élément (10) 5. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'élément (10) comporte une queue de soupape (1), caractériséen ce que ladite empreinte (20) est usinée sur le pourtour périphérique de ladite queue (1). 6. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'élément (10) comporte une queue de soupape (1), caractérisé en ce que ladite empreinte est usinée sur une extrémité de ladite queue (1), ladite extrémité étant une surface plane perpendiculaire à l'axe de rotation de ladite queue (1). 7. Dispositif d'actionnement selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que ledit actionneur engendre un déplacement angulaire 10 dudit élément. 8. Véhicule automobile comportant au moins un dispositif d'actionnement selon une quelconque des revendications précédentes. 9. Véhicule selon la revendication 8, dans lequel ledit dispositif d'actionnement est un dispositif d'actionnement d'une vanne EGR.