Brevet FR2969694A1 — publié le 20120629

L'invention concerne un procédé de commande d'un actionneur de soupape et un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION On connaît du document FR-A-2 849 101 des actionneurs de soupape pour moteur thermique de type CAMLESS, c'est-à-dire permettant un actionnement direct des soupapes sans arbre à cames. Un exemple d'actionneur 1 est illustré en figure 1 et comporte un poussoir 2 agissant sur une soupape 3. Le poussoir 2 est associé à une palette 4 déplacée sous l'effet de deux électroaimants 5 et 6 et de ressorts 7 et 8 définissant un point d'équilibre du poussoir 2 entre deux positions extrêmes correspondant aux positions d'ouverture et de fermeture de la soupape 3. Le poussoir 2, la palette 4 et la soupape 3 sont guidés en translation dans le corps de l'actionneur par des paliers 10 et 11 lubrifiés par de l'huile. Lors d'un démarrage à froid, l'actionneur peut être soumis à des températures très basses, proches de -40°C, qui entraînent un figeage de l'huile de lubrification des paliers 10 et 11 et donc une augmentation des frottements fluides incompatible avec les exigences de fonctionnement de l'actionneur. Il est connu de réchauffer l'huile de lubrification pour diminuer les frottements fluides en chauffant l'actionneur par des moyens électriques de chauffage externes à l'actionneur. Toutefois, la mise en oeuvre de ces moyens de chauffage externes est difficile et coûteuse. En effet, les moyens de chauffage externes sont volumineux et sont difficiles à disposer sur la culasse. Il est également connu d'utiliser les électroaimants 5, 6 de l'actionneur 1 pour produire de la chaleur par effet Joule en alimentant les bobines des électroaimants 5, 6 par des courants de formes diverses (constant, sinus, carré...) ayant une intensité maximale insuffisante ou incompatible pour déplacer la palette 4. La chaleur dégagée est généralement suffisante pour réchauffer le palier de la palette et le palier 11 du poussoir 2 situés à proximité des électroaimants. Ce chauffage est cependant peu efficace et reste insuffisant pour réchauffer le palier 10 de la soupape 3, éloigné des électroaimants. Aucun de ces modes de chauffage n'est donc satisfaisant pour réchauffer l'huile des paliers lors d'un démarrage à froid. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un procédé de commande d'un actionneur de soupape permettant de résoudre au moins en partie les problèmes précédents. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de commande d'un actionneur électromagnétique de soupape, comprenant deux bobines d'actionnement entre lesquelles s'étend une palette solidaire du poussoir de soupape. Le procédé comprend une phase de fonctionnement nominal comprenant l'étape d'alimenter les bobines pour attirer la palette successivement vers l'une et l'autre bobine de manière à amener le poussoir dans une position d'ouverture et une position de fermeture de la soupape. Le procédé comporte une phase de préchauffage comprenant l'étape de faire osciller la palette avec une amplitude inférieure à un déplacement du poussoir entre les positions d'ouverture et de fermeture de la soupape. Le réchauffement proposé par mouvement alterné permet de coupler les effets de plusieurs phénomènes : des pertes joules par le passage de courant dans la résistance formée par chaque bobine, des pertes par courant de Foucault liées à la consommation de courant engendrant des champs magnétiques ne créant pas de force magnétique et des pertes par frottement notamment dans les paliers. En outre, ces mouvements de faible amplitude occasionnent une rupture du film d'huile formé à froid. La chaleur nécessaire au réchauffage de l'huile des paliers est donc produite par effet joule, par pertes par induction dans les bobines et par les frottements produits lors du déplacement de la palette et du poussoir. Le procédé ne nécessite pas de chauffage externe et permet de produire de la chaleur à proximité des paliers. Avantageusement, le procédé comporte des étapes, préalables à l'oscillation de la palette, de : - déterminer la position de la soupape ; - en déduire un mode d'oscillation de la palette et du poussoir. Il est ainsi possible d'optimiser la production de chaleur en fonction de la position de la palette avant la phase de préchauffage. Lorsque la palette est proche d'une des bobines, l'actionneur est commandé pour faire osciller la palette au voisinage de ladite bobine, préférentiellement avec un signal de commande à basse fréquence, ce qui permet de privilégier la production de chaleur par effet joule. Lorsque la palette est proche d'une position neutre, c'est-à-dire intermédiaire entre les bobines, l'actionneur est commandé pour faire osciller la palette au voisinage de la position neutre, préférentiellement avec un signal de commande à haute fréquence, ce qui permet de privilégier la production de chaleur par des courants de Foucault. Suivant la position initiale de la palette, il est ainsi possible d'optimiser la production de chaleur et donc de diminuer le temps de préchauffage. L'invention a également pour objet un dispositif de commande pour la mise en oeuvre de ce procédé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 illustre un actionneur de soupape connu permettant la mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 2 illustre un logigramme de choix du mode d'oscillation de la palette ; - les figures 3 et 4 illustrent des représentations graphiques des modes d'oscillation de la palette, en représentant le déplacement de la palette par rapport aux bobines d'actionnement (en ordonnée) en fonction du temps (en abscisse). DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de commande d'un actionneur de déplacement d'une soupape 3 de moteur thermique. La soupape 3 est agencée pour ouvrir et fermer un conduit d'admission 9 ménagé dans une culasse du moteur 20 et est à cette fin montée sur la culasse pour coulisser entre une position d'ouverture et une position de fermeture. La figure 1 illustre un actionneur de soupape 1 comprenant une bobine d'actionnement proximale 6 et une 25 bobine d'actionnement distale 5 qui sont disposées dans un corps d'actionneur. Une palette 4 s'étend entre les bobines d'actionnement 5, 6. La palette 4 est solidaire d'un poussoir 2 de déplacement de la soupape 3. La figure 1 illustre l'actionneur 1 en position 30 neutre, c'est-à-dire que la palette 4 est à égale distance entre les bobines 5 et 6 et que la soupape 3 est en position intermédiaire entre la position d'ouverture dans laquelle le conduit d'admission 9 est complètement ouvert et la position de fermeture dans laquelle le conduit 35 d'admission 9 est complètement fermé. Le poussoir 2 est 15 guidé en translation dans le corps de l'actionneur 1 par un palier d'actionneur 11 et peut être déplacé entre une position d'ouverture par la bobine proximale 6 alimentée pour attirer la palette 4 et une position de fermeture par la bobine distale 5 alimentée pour attirer la palette 4. Lorsque la palette 4 est attirée par la bobine proximale 6, le poussoir 2 pousse la soupape 3, aidé par un ressort de poussée 7, ce qui entraîne le déplacement de la soupape 3 et l'ouverture du conduit d'admission 9. Lorsque la palette 4 est attirée par la bobine distale 5, le poussoir 2 libère la soupape 3 qui ferme le conduit d'admission 9 sous l'effort d'un ressort de rappel 8. Le ressort de rappel 8 est agencé pour exercer un effort légèrement supérieur à l'effort exercé par le ressort de poussée 7 afin de permettre une fermeture automatique du conduit d'admission 9 en l'absence d'efforts de la palette 4. Ainsi, les efforts exercés par les ressorts 7 et 8 se compensent sensiblement, l'effort nécessaire pour ouvrir le conduit d'admission est donc faible. Les déplacements du poussoir 4 et de la soupape 3 sont guidés respectivement par le palier d'actionneur 11 et par le palier de soupape 10, qui sont lubrifiés par un film d'huile. Les bobines d'actionnement 5, 6 sont reliées à des moyens de commande de l'actionneur, comprenant un dispositif de commande incorporant, de façon connue en elle-même, un processeur exécutant un programme de commande mettant en oeuvre le procédé de l'invention. Dans une phase de fonctionnement nominal, la palette 4 est déplacée par les bobines 5 et 6 successivement entre la position d'ouverture et la position de fermeture afin d'ouvrir et de fermer le conduit d'admission 9 par la soupape 3. Pour garder la synchronisation des soupapes du moteur entre elles, la position de la soupape 3 est suivie par les moyens de commande qui comprennent des capteurs de position de la soupape 3 et/ou de la palette 4. Ces capteurs sont connus en eux-mêmes et sont reliés au dispositif de commande. Ainsi, le programme de commande est agencé de telle manière que le signal de commande des bobines 5, 6 soit assujetti à la position de la palette 4 et/ou de la soupape 3 afin de compenser l'inertie des pièces et les frottements fluides. Les moyens de commande permettent en outre d'estimer les frottements fluides en mesurant le retard entre la position de consigne et la position mesurée. A inertie des pièces constante, le retard est dû aux frottements fluides dans les paliers. Le procédé de commande de l'invention comprend une phase de réchauffage préalable à la phase de fonctionnement nominal. Selon l'invention, en faisant osciller la palette 4 avec une faible amplitude, c'est-à-dire avec une amplitude inférieure à l'amplitude nécessaire pour passer de la position d'ouverture à la position de fermeture, l'actionneur 1 produit de la chaleur. L'oscillation de la palette 4 crée deux sources de chaleur. La première est constituée des bobines 5 et 6 qui, sous l'effet de la consigne de commande, dégagent de la chaleur par effet joule ou par l'effet des courants de Foucault. La deuxième source de chaleur est constituée par les paliers 10 et 11 du poussoir 2 et de la soupape 3 qui, lors des déplacements de la palette 4, engendrent des frottements. Une partie de l'énergie mécanique produite par le déplacement de la palette 4 est ainsi convertie par frottement en chaleur qui réchauffe directement l'huile responsable des frottements fluides. Lors de l'arrêt du moteur, la palette 4 peut être arrêtée dans son déplacement en trois positions : une position distale, dans laquelle la palette 4 est proche de la bobine distale, une position proximale, dans laquelle la palette 4 est proche de la bobine proximale, et une position neutre (illustrée en figure 1) dans laquelle la palette 4 est sensiblement à égale distance de chacune des bobines. Lors du démarrage du moteur, la palette 4 est donc arrêtée dans l'une des trois positions possibles. Il est préférable lors de la phase de réchauffage d'opter pour un mode d'oscillation de la palette 4 en fonction de ladite position. La figure 2 illustre un logigramme décrivant le processus de choix du mode d'oscillation suivant la position de la palette 4. Dans une première étape, on détermine la position de la palette 4 par rapport aux bobines 5, 6, grâce aux moyens de commande. Cette première étape est divisée en deux étapes intermédiaires 15a et 15b dans lesquelles sont vérifiées respectivement la proximité de la palette 4 avec la bobine distale 6 et la proximité de la palette 4 avec la bobine proximale 5. Si la palette 4 n'est proche d'aucune des bobines 5 ou 6, alors la palette 4 est en position neutre. Dans une deuxième étape 16, on alimente la ou les bobines selon un mode d'oscillation correspondant à la position de la palette 4 déterminée lors de la première étape. Selon un premier mode d'oscillation 15a correspondant à une palette 4 proche de la bobine distale 5, la bobine distale 5 est alimentée avec un courant à basse fréquence 20 entraînant l'oscillation de la palette 4 sur une faible amplitude, toujours à proximité de la bobine distale 5. Ce mode d'oscillation 20, représenté en figure 3, permet de privilégier la production de chaleur par effet joule et par frottement. La palette 4 est assujettie à rester dans une zone de forte autorité dans laquelle la bobine distale 5 exerce sur la palette 4 une force nominale. Dans un deuxième mode d'oscillation 16b, la palette 4 est proche de la bobine proximale 6. Comme pour le premier mode d'oscillation, la bobine proximale 6 est alimentée par un courant à basse fréquence 20 afin de privilégier la production de chaleur par effet joule et par frottement. Dans un troisième mode d'oscillation 16c, la palette est à distance égale des bobines 5 et 6, c'est-à-dire en position neutre, en dehors des zones de haute autorité des bobines 5 et 6. Les bobines 5 et 6 sont alors de préférence alimentées par des courants à haute fréquence 21 pour faire osciller la palette 4 autour de la position neutre. Cette oscillation est plus particulièrement illustrée en figure 4. Ce dernier mode d'oscillation privilégie la production de chaleur par courant de Foucault En outre, quel que soit le mode d'oscillation de la palette 4, le déplacement de la palette 4 entraîne le déplacement du poussoir 2 et de la soupape 3 dont les paliers 10 et 11 produisent de la chaleur par frottement. L'oscillation est poursuivie jusqu'à obtention d'une valeur de frottements fluides prédéterminée. Un test 15d est effectué périodiquement lors des oscillations de la palette 4 pour déterminer la valeur des frottements fluides. Dans le cas d'une détermination des frottements fluides par la mesure du retard entre la position de consigne et la position mesurée de la palette 4, l'arrêt des oscillations est obtenu dès que la valeur nominale du retard est atteinte. Dans une troisième étape 17, lorsque la valeur des frottements fluides prédéterminée est atteinte, c'est-à-dire lorsque la température de l'huile de lubrification a atteint une valeur satisfaisante, le démarrage du moteur 17a est initié. L'actionneur est alors piloté conformément à la phase de fonctionnement nominal du procédé de commande. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode particulier de réalisation qui vient d'être décrit mais englobe toute variante entrant dans le cadre de l'invention telle que définie par les revendications. Ainsi, le procédé n'est pas limité aux actionneurs bi-bobines tel celui illustré en figure 1 mais est également utilisable pour des actionneurs à simple bobine. Le choix du mode d'oscillation se fera alors en fonction de la position de la palette par rapport à la bobine. L'estimation des frottements fluides peut être réalisée par une mesure de la température des paliers. En effet, il est connu que la viscosité de l'huile est fonction de sa température. Par conséquent, une mesure de la température des paliers permet d'évaluer les frottements fluides en se basant sur une courbe de viscosité étalonnée préalablement dans les conditions d'opération du moteur. Le procédé de commande est utilisable pour l'actionnement des soupapes d'admission et/ou des soupapes d'échappement. La phase de réchauffage peut ne posséder qu'un seul mode d'oscillation si la palette se trouve toujours dans la même position à l'arrêt du moteur. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un actionneur (1) électromagnétique de soupape (3), comprenant deux bobines d'actionnement (5, 6) entre lesquelles s'étend une palette (4) solidaire d'un poussoir (2) de soupape (3), le procédé comprenant une phase de fonctionnement nominal comprenant l'étape d'alimenter les bobines (5, 6) pour attirer la palette (4) successivement vers l'une et l'autre bobine (5, 6) de manière à amener le poussoir (2) dans une position d'ouverture et une position de fermeture de la soupape (3), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte une phase de préchauffage comprenant l'étape de faire osciller la palette (16) avec une amplitude inférieure à un déplacement du poussoir (2) entre les positions d'ouverture et de fermeture de la soupape (3). 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes de : - évaluer les frottements fluides pendant l'oscillation de la palette ; - arrêter les oscillations lorsque les frottements fluides atteignent une valeur prédéterminée (16d). 5. Procédé selon la revendication 2 dans lequel les frottements fluides sont évalués à partir de la mesure du retard entre la position de consigne et la position mesurée de la palette ( 4) . 6. Procédé selon la revendication 2 comportant, préalablement à l'oscillation de la palette (4), les étapes de . - déterminer la position de la soupape (15a, 15b) ; - en déduire un mode d'oscillation de la palette et du poussoir. 5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel au moins une des bobines est commandée pour faire osciller lapalette au voisinage de ladite bobine pendant la phase de préchauffage (16a, 6b). 6. Procédé selon la revendication 3, dans lequel au moins une des bobines est commandée pour faire osciller la palette autour d'une position neutre (16c). 7. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le mode d'oscillation comporte majoritairement une composante basse fréquence (20). 8. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le mode d'oscillation comporte majoritairement une composante haute fréquence ( 21) . 9. Dispositif d'actionnement de soupape programmé pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes.