Brevet FR3036549A1 — publié le 20161125

Actionneur électrique pour un système fonctionnant à proximité des gaz d'échappement Domaine technique La présente invention se rapporte au domaine des systèmes fonctionnant à proximité des gaz d'échappement dans les moteurs à combustion. L'invention concerne plus particulièrement les actionneurs utilisés dans ces dispositifs. Etat de la technique Dans les moteurs à combustion, on utilise des systèmes fonctionnant proche des gaz d'échappement, par exemple dans un turbocompresseur afin d'améliorer les performances du moteur, ou dans un collecteur d'admission afin de réduire les émissions d'oxyde d'azote. A titre d'exemple, on connait ainsi les turbocompresseurs équipés d'une turbine à géométrie variable (TGV), dans lesquels le flux de gaz d'échappement est guidé jusqu'à une turbine par des ailettes dont on peut faire varier l'ouverture afin d'élargir la plage du régime d'utilisation des turbocompresseurs. On connait également les turbocompresseurs équipés d'une soupape de décharge, plus connue sous le nom de « waste gate », qui permet de limiter la pression du flux de gaz d'échappement qui est guidé jusqu'à une turbine, notamment afin d'éviter d'alimenter les turbocompresseurs avec une pression de suralimentation trop élevée. A titre d'exemple différent, on connait aussi les moteurs équipés d'une recirculation du flux de gaz d'échappement (RGE), qui permet de rediriger une partie de ce flux dans un collecteur d'admission afin de réduire les émissions d' oxyde d' azote. Tous ces dispositifs sont pilotés par une électronique de commande qui permet notamment dans le cas d'une nécessité de régulation du flux de gaz d'échappement de faire varier l'ouverture des vannes ou l'inclinaison des ailettes des turbines à travers les gaz d'échappement s'écoulent. L'ouverture des vannes ou l'inclinaison des ailettes des turbines est effectuée par des actionneurs électriques. 3036549 -2- Ces actionneurs électriques comportent des moteurs électriques à aimants permanents qui sont connus pour être très sensibles à la température, notamment du fait que l'assemblage des aimants permanents dans les moteurs électriques est dégradé en cas de forte chaleur. Alors que l'électronique de commande des actionneurs peut être éloignée de moteur du véhicule, les actionneurs eux-mêmes doivent être situés à proximité du moteur. Puisque la température à proximité du moteur peut être très élevée, il est habituellement nécessaire de prévoir un écrantage thermique autour des actionneurs afin de les protéger. Description de l'invention L'objet de la présente invention vise par conséquent à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant de remplacer les actionneurs électriques comportant des moteurs électriques à aimants permanents par des actionneurs électriques comportant des moteurs électriques qui ne sont pas détériorés par les températures rencontrées à proximité des gaz d'échappement. Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un actionneur électrique un système fonctionnant dans une zone située à proximité des gaz d'échappement d'un moteur à combustion. Ce type de système comporte une vanne à ouverture variable et/ou une turbine à ailettes à inclinaison variable, les gaz d'échappement s'écoulant à travers ladite vanne et/ou turbine. Ce dispositif se caractérise en ce qu'il comporte les moyens suivants : - un carter monté à distance du moteur à combustion ; - un circuit électronique de commande logé dans le carter ; - un moteur électrique logé dans le carter ; - une tige d'actionnement comportant une première extrémité logée dans le carter et une seconde extrémité faisant saillie en dehors du carter (20). Complémentairement la première extrémité de la tige d'actionnement comporte une vis actionnée en rotation par le moteur électrique de sorte de déplacer la tige d'actionnement en translation rectiligne. De plus, la seconde extrémité de la tige d'actionnement est reliée à la vanne à ouverture variable et/ou 3036549 -3- à la turbine à ailettes afin de faire varier l'ouverture de la vanne à ouverture variable et/ou l'inclinaison de la turbine à ailettes à inclinaison variable par des mouvements de traction et de poussée de la tige d'actionnement. Grâce à la tige d'actionnement, l'actionneur de l'invention peut être éloigné du moteur à combustion, dont la température élevée est susceptible de détériorer les éléments constitutifs les plus fragiles de l'actionneur. Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la tige d'actionnement est flexible, ce qui permet de positionner et d'orienter librement l'actionneur par rapport au dispositif de recirculation des gaz d'échappement. Selon un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, la tige d'actionnement comporte un câble métallique logé à coulissement dans une gaine, par exemple la gaine est un fil métallique roulé, un tube métallique ou un tube en plastique. Le câble métallique peut ainsi librement coulisser dans la gaine et être guidé par celle-ci. Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la gaine comporte une patte de fixation au niveau de son extrémité libre distant du carter, cette patte de fixation étant prévue pour être fixée sur le système fonctionnant proche des gaz d'échappement. Cette patte de fixation permet un meilleur guidage de la tige d'actionnement et permet de s'assurer que celle-ci ne se courbe pas lors de ses mouvements de traction et de poussée. Selon un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, la seconde extrémité de la tige d' actionnement est reliée à la vanne à ouverture variable et/ou à la turbine à ailettes par l'intermédiaire d'un levier de commande, ce qui permet de raccorder rapidement et facilement l'actionneur aux éléments à géométrie variable du dispositif de recirculation des gaz d'échappement. Selon un exemple supplémentaire de mise en oeuvre de l'invention, le moteur électrique ne comporte pas d'aimants permanents, il peut s'agir par exemple d'un moteur à réluctance variable. Puisque les moteurs à réluctance variable sont moins sensibles à la dégradation par les températures élevées rencontrées à proximité des moteurs, l'actionneur électrique selon l'invention n'a pas besoin d'écrantage thermique. Il en résulte une économie en coût et en poids, 3036549 -4- et l'actionneur électrique est beaucoup plus facile d'accès en cas de maintenance. En outre, les moteurs à réluctance variable sont moins onéreux que les moteurs à aimants permanents habituellement utilisés. Dans le domaine des actionneurs fonctionnant proche des gaz d'échappement, les moteurs à aimants permanents sont utilisés depuis toujours, avec les contraintes évoquées plus haut, qui limitent leur utilisation à des fortes températures rencontrées à proximité des moteurs à combustion. L'idée de remplacer ces moteurs à aimants permanents par des moteurs à réluctance variable est non seulement nouvelle, mais particulièrement astucieuse car elle va à l'encontre des enseignements habituels. En effet, les moteurs à réluctance variable, même s'ils sont moins couteux que les moteurs à aimants permanents, sont également moins puissants. Le fait que ces moteurs à réluctance variable ne nécessitent plus d' écrantage thermique représente cependant un avantage suffisant pour justifier le choix de leur utilisation. Avec l'invention, il est dorénavant possible de positionner les actionneurs n'importe où, sans se préoccuper de la possibilité ou non de le protéger de la chaleur, ce qui permet notamment de gagner en compacité pour les systèmes fonctionnant proche des gaz d'échappement. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels : la figure 1 est une vue d'ensemble de profil de l'actionneur selon l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de l'actionneur selon l'invention ; la figure 3 est une vue de face de l'actionneur selon l'invention ; et la figure 4 est une vue en coupe transversale de l'actionneur selon l'invention. Mode(s) de réalisation de l'invention Les éléments structurellement et fonctionnellement identiques présents sur plusieurs figures distinctes, sont affectés d'une même référence numérique ou 3036549 -5- alphanumérique. L'actionneur électrique (10) selon l'invention est prévu pour un système fonctionnant dans une zone à température élevée, par exemple située à proximité des gaz d'échappement d'un moteur à combustion. La source de chaleur peut provenir d'un turbocompresseur ou d'une recirculation du flux de gaz d'échappement. Ce type de système comporte classiquement une vanne à ouverture variable et/ou une turbine à ailettes à inclinaison variable à travers lesquelles s'écoulent les gaz d'échappement. L'actionneur électrique (10) selon l'invention comprend un carter (20) monté à distance du moteur à combustion et pouvant comporter un écran thermique (30) afin de protéger les éléments qu'il renferme. Le carter peut également comporter une patte de fixation (40) prévu par exemple pour le fixer sur le système situé à proximité des gaz d'échappement. L'actionneur électrique (10) selon l'invention comprend également un moteur électrique (50) logé dans le carter (20). Ce moteur électrique (50) ne comporte préférentiellement pas d'aimants permanents afin de ne pas être dégradé par la chaleur du moteur à combustion. Il s'agit préférentiellement d'un moteur à réluctance variable (60) à la place du moteur à aimants permanents habituel. Il peut ainsi être situé à proximité du moteur à combustion et ne nécessite pas d'écrantage thermique. Le moteur électrique (50) de l'invention comporte un rotor (70) entouré par un stator (80), lui-même bordé par une bobine (90). L'actionneur électrique (10) selon l'invention comprend également un circuit électronique de commande (100) logé dans le carter (20) ou déporté et prévu pour recevoir des instructions de régulation de puissance du moteur à combustion et transmettre, en réponse à celles-ci, des instructions de commande au moteur électrique (50). L'actionneur électrique (10) selon l'invention comprend également une tige d'actionnement (110) comportant une première extrémité (120) logée dans le carter (20) et une seconde extrémité (130) faisant saillie en dehors du carter (20). La première extrémité (120) de la tige d'actionnement (110) comporte une 3036549 -6- vis (140) actionnée en rotation par le rotor (70) du moteur électrique (50) par l'intermédiaire d'un écrou (150) de sorte de déplacer la tige d'actionnement (110) en translation rectiligne. L'écrou (150) est guidé en rotation par un roulement à billes (160) logé dans le carter (20) et monté sur une partie de l'écrou (150) faisant saillie à l'arrière du moteur électrique (50). En sortie du carter (20), la tige d'actionnement (110) est guidée par un palier (170). La seconde extrémité (130) de la tige d'actionnement (110) est reliée à la vanne à ouverture variable et/ou à la turbine à ailettes du dispositif de recirculation afin de faire varier l'ouverture de la vanne à ouverture variable et/ou l'inclinaison de la turbine à ailettes à inclinaison variable par des mouvements de traction et de poussée de la tige d'actionnement (110). Cette seconde extrémité (130) de la tige d'actionnement (110) peut être reliée à la vanne à ouverture variable et/ou à la turbine à ailettes par l'intermédiaire d'un levier de commande (180). La tige d'actionnement (110) est préférentiellement flexible. Elle peut comporter un câble métallique (190) logé à coulissement dans une gaine (200) La gaine (200) est préférentiellement un fil métallique roulé, un tube métallique ou un tube en plastique. Prévue au niveau de son extrémité libre distante du carter (20), la gaine (200) peut comporter une patte de fixation (210) qui est prévue pour être fixée sur le dispositif de recirculation des gaz d'échappement. Il est évident que la présente description ne se limite pas aux exemples explicitement décrits, mais comprend également d'autres modes de réalisation et/ou de mise en oeuvre. Ainsi, une caractéristique technique décrite peut être remplacée par une caractéristique technique équivalente sans sortir du cadre de la présente invention et une étape décrite de mise en oeuvre du procédé peut être remplacée par une étape équivalente sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Actionneur électrique (10) pour un système fonctionnant dans une zone située à proximité des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, ce système comportant une vanne à ouverture variable et/ou une turbine à ailettes à inclinaison variable, les gaz d'échappement s'écoulant à travers ladite vanne et/ou turbine, caractérisé en ce qu'il comporte les moyens suivants : - un carter (20) monté à distance du moteur à combustion ; - un circuit électronique de commande (100) logé dans le carter (20) ; - un moteur électrique (50) logé dans le carter (20) ; - une tige d'actionnement (110) comportant une première extrémité (120) logée dans le carter (20) et une seconde extrémité (130) faisant saillie en dehors du carter (20) ; en ce que la première extrémité (120) de la tige d'actionnement (110) comporte une vis (140) actionnée en rotation par le moteur électrique (50) pour déplacer la tige d'actionnement (110) en translation rectiligne ; et en ce que la seconde extrémité (130) de la tige d'actionnement (110) est reliée à la vanne à ouverture variable et/ou à la turbine à ailettes afin de faire varier l'ouverture de la vanne à ouverture variable et/ou l'inclinaison de la turbine à ailettes à inclinaison variable par des mouvements de traction et de poussée de la tige d'actionnement (110). 2. Actionneur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige d'actionnement (110) est flexible. 3. Actionneur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige d'actionnement (110) comporte un câble métallique (190) logé à coulissement dans une gaine (200). 4. Actionneur (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gaine (200) est un fil métallique roulé, un tube métallique ou un tube en plastique. 5. Actionneur (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gaine (200) comporte une patte de fixation (210) prévue au niveau de son extrémité libre distante du carter (20), ladite patte de fixation (210) étant prévue pour être fixée sur un dispositif de recirculation des gaz d'échappement. 3036549 -8- 6. Actionneur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde extrémité (130) de la tige d'actionnement (110) est reliée à la vanne à ouverture variable et/ou à la turbine à ailettes par l'intermédiaire d'un levier de commande (180). 7. Actionneur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur électrique (50) ne comporte pas d'aimants permanents. 8. Actionneur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur électrique (50) est un moteur à réluctance variable (60).