EP1450010B1 - Actionneur électromécanique de soupape pour moteur à combustion interne et moteur à combustion interne muni d'un tel actionneur - Google Patents

Actionneur électromécanique de soupape pour moteur à combustion interne et moteur à combustion interne muni d'un tel actionneur Download PDF

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EP1450010B1
EP1450010B1 EP04300048.8A EP04300048A EP1450010B1 EP 1450010 B1 EP1450010 B1 EP 1450010B1 EP 04300048 A EP04300048 A EP 04300048A EP 1450010 B1 EP1450010 B1 EP 1450010B1
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electromagnet
plate
actuator
stop
situated
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Emmanuel Sedda
Christophe Fageon
Stéphane Guerin
Jean-Paul Yonnet
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PSA Automobiles SA
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
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    • F01L9/21—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids
    • F01L2009/2132—Biasing means
    • F01L2009/2134—Helical springs
    • F01L2009/2136—Two opposed springs for intermediate resting position of the armature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L9/21—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids
    • F01L2009/2146—Latching means
    • F01L2009/2148—Latching means using permanent magnet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F01L9/21—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids
    • F01L2009/2151—Damping means

Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical valve actuator for an internal combustion engine and to an internal combustion engine provided with such an actuator.
  • An electromechanical actuator 100 ( figure 1a ) valve 110 includes mechanical means, such as springs 102 and 104, and electromagnetic means, such as electromagnets 106 and 108, for controlling the position of the valve 110 by means of electrical signals.
  • the tail of the valve 110 is applied against the rod 112 of a magnetic plate 114 located between the two electromagnets 106 and 108.
  • EP1122748 A1 discloses an actuator comprising an elastic stop anchored and glued to the coil via the resin in which the electric winding is embedded.
  • the simultaneous displacement of the rod 112 allows the spring 102 to place the valve 110 in the closed position, the head of the valve 110 coming against its seat 111 and preventing the exchange of gas between the inside and the outside of the cylinder 116.
  • the electromagnet 108 when a current flows in the coil 107 of the electromagnet 106, (the electromagnet 108 is deactivated), the latter is activated and attracts the plate 114 which comes into contact with it and moves the rod 112, using the spring 104, so that the rod 112 acts on the valve 110 and places it in the open position, the valve head being moved away from its seat 111 to allow, for example, an admission or an injection of gas into the cylinder 116.
  • valve 110 When the electromechanical actuator 100 is operating correctly, the valve 110 alternates open or closed fixed positions, said switched, with transient movements between these two positions. Thereafter, the term “switched state” the state of an open or closed valve.
  • an actuator 150 ( figure 1b ) can be provided with magnets 168 (electromagnet 158) and 166 (electromagnet 156) for reducing the energy required to maintain the plate 164 in a switched position, that is to say in contact with one of the electromagnets.
  • each magnet for example the magnet 166 is located between two sub-elements 156a and 156b of the electromagnet 156 so that its magnetic field combines with the field created by the electromagnet.
  • An electromagnet provided with a magnet is hereinafter referred to as polarized electromagnet.
  • the present invention results from the observation that the contacts between a magnetic plate and an electromagnet, made at each valve switching, generate a noise whose intensity generally increases when the contact surface between the plate and the electromagnet increases, this noise which represents a significant part of the operating noise of an engine.
  • the invention also results from the observation that the use of a polarized electromagnet increases the range of the action exerted by the latter on the associated plate so that the control of the plate by the electromagnet can be realized with a limited supply of the actuator despite the presence of the air gap generated by a stop.
  • the invention relates to an electromechanical valve actuator for an internal combustion engine, comprising an electromagnet and a movable magnetic plate intended to come into contact with a member of this electromagnet, at least one stop being located on the electromagnet or on the plate to limit the contact surface between the plate and the electromagnet, characterized in that the electromagnet comprises a magnet in its magnetic circuit.
  • the invention therefore makes it possible to reduce the contact surface between the plate and the electromagnet, and consequently the engine operating noise, while the use of a magnet makes it possible to compensate for the air gap generated by the abutment.
  • this noise gain has advantages, especially related to passenger comfort, while the increase in the electromagnet's electrical consumption, caused by the presence of an additional air gap generated by the stop, is compensated by the presence of a magnet increasing the range of the electromagnet.
  • the stop is substantially located in the center of the surface of the electromagnet.
  • the stop is located on a collinear axis with the axis of translation of the plate.
  • a plurality of stops being located on the electromagnet and / or on the plate, the latter are arranged symmetrically with respect to the translation axis of the plate.
  • the electromagnet being formed by a support E three branches, the stop is located at the end of one of the branches of the support.
  • the stop when the electromagnet and the plate are in contact, the stop maintains an air gap between each end branch of the electromagnet support and the plate.
  • the magnet is located on the surface of one of the branches of the support, opposite the magnetic plate.
  • the stop is fixed between these two magnets.
  • the stop is made of magnetic material.
  • the stop is made of an elastic material, for example of the elastomer type.
  • the invention also relates to an internal combustion engine provided with an electromechanical valve actuator comprising an electromagnet and a movable magnetic plate coming into contact with the electromagnet.
  • the actuator of such a motor is in accordance with one of the embodiments of actuators described below.
  • This figure 2 is a diagram representing the force of attraction (y-axis 200, in N / m) exerted by a active polarized electromagnet (curve 202), that is to say generating a magnetic field by means of its coil, or inactive (curve 204), and a non-polarized electromagnet (curve 206) on a magnetic plate according to the air gap e separating the electromagnet considered plateau.
  • the range of action exerted by the polarized electromagnet (curve 202) is greater than the range of the unpolarized electromagnet. More specifically, the action exerted by the polarized electromagnet on the magnetic plate with a gap of 3 mm is equivalent to the action exerted by the unpolarized electromagnet with a gap of 1.7 mm.
  • FIG. 3a and 3b is represented a first embodiment of an electromechanical actuator 300, according to the invention, according to a view from above ( figure 3a ) or a side view ( figure 3b ).
  • a single abutment B 300 intended to maintain a gap between the support 304 of the electromagnet 301 and the plate 306, is disposed on the support 304 between two magnets 302 disposed on the same surface.
  • the end branches E 300 of the support 304 are limited so as to maintain an air gap e between the surface of the plate 306 and the surface of these branches E 300 of the support.
  • the abutment serving as contact point is made of magnetic material, so as not to generate an additional gap.
  • the abutment is made of elastomer material in order to absorb energy during contact between the plate and the abutment, thus limiting the noise generated.
  • these stops are distributed symmetrically with respect to the central axis C of the surface of the support 404 which is collinear with the axis of translation of the magnetic plate 406 controlled by this electromagnet.
  • five stops B 500 are used in the actuator 500 to further improve the contact between the plate 506 and the support 504 of the electromagnet 501 by combining a central stop, as shown in FIGS. Figures 3a and 3b , with four peripheral stops, as shown to Figures 4a and 4b .
  • actuators represented in FIGS. 3a, 3b, 4a, 4b, 5a and 5b are polarized by means of a magnet located on the support of an electromagnet E, vis-à-vis relative to the magnetic plate which facilitates the fixing and / or replacement of these magnets.

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Description

  • La présente invention se rapporte à un actionneur électromécanique de soupape pour moteur à combustion interne et à un moteur à combustion interne muni d'un tel actionneur.
  • Un actionneur 100 électromécanique (figure 1a) de soupape 110 comporte des moyens mécaniques, tels que des ressorts 102 et 104, et des moyens électromagnétiques, tels que des électroaimants 106 et 108, pour commander la position de la soupape 110 au moyen de signaux électriques.
  • A cet effet la queue de la soupape 110 est appliquée contre la tige 112 d'un plateau magnétique 114 situé entre les deux électroaimants 106 et 108.
  • Lorsqu'un courant circule dans la bobine 109 de l'électroaimant 108, ce dernier est activé et attire le plateau magnétique 114 qui vient à son contact. IL est connu par exemple du document DE19646937 de disposer des butées sur le plateau.
  • Le document EP1122748 A1 décrit un actionneur comprenant une butée élastique ancrée et collée à la bobine par l'intermédiaire de la résine dans laquelle l'enroulement électrique est noyé.
  • Le déplacement simultané de la tige 112 permet au ressort 102 de placer la soupape 110 en position fermée, la tête de la soupape 110 venant contre son siège 111 et empêchant les échanges de gaz entre l'intérieur et l'extérieur du cylindre 116.
  • De façon analogue (non représentée), lorsqu'un courant circule dans la bobine 107 de l'électroaimant 106, (l'électroaimant 108 étant désactivé), ce dernier est activé et attire le plateau 114 qui vient à son contact et déplace la tige 112, à l'aide du ressort 104, de telle sorte que cette tige 112 agit sur la soupape 110 et place cette dernière en position ouverte, la tête de la soupape étant éloignée de son siège 111 pour permettre, par exemple, une admission ou une injection de gaz dans le cylindre 116.
  • Lorsque l'actionneur électromécanique 100 fonctionne correctement, la soupape 110 alterne des positions ouvertes ou fermées fixes, dites commutées, avec des déplacements transitoires entre ces deux positions. Par la suite, on dénommera « état commuté » l'état d'une soupape ouverte ou fermée.
  • Par ailleurs, il est connu du document EP1174595 un actionneur 150 (figure 1b) peut être muni d'aimants 168 (électroaimant 158) et 166 (électroaimant 156) destinés à réduire l'énergie nécessaire au maintien du plateau 164 dans une position commutée, c'est-à-dire en contact contre un des électroaimants.
  • A cet effet, chaque aimant, par exemple l'aimant 166 est situé entre deux sous éléments 156a et 156b de l'électroaimant 156 de façon à ce que son champ magnétique se combine au champ créé par l'électroaimant. Un électroaimant muni d'un aimant est dénommé par la suite électroaimant polarisé.
  • La présente invention résulte de la constatation que les contacts entre un plateau magnétique et un électroaimant, réalisés à chaque commutation de soupape, génèrent un bruit dont l'intensité croît généralement lorsque la surface de contact entre le plateau et l'électroaimant augmente, ce bruit de contact représentant une partie importante du bruit de fonctionnement d'un moteur.
  • L'invention résulte aussi de la constatation que l'utilisation d'un électroaimant polarisé accroît la portée de l'action exercée par ce dernier sur le plateau associé de telle sorte que le contrôle du plateau par l'électroaimant peut être réalisé avec une alimentation limitée de l'actionneur malgré la présence de l'entrefer généré par une butée.
  • C'est pourquoi, l'invention concerne un actionneur électromécanique de soupape pour moteur à combustion interne, comprenant un électroaimant et un plateau magnétique mobile destiné à entrer en contact avec un organe de cet électroaimant, au moins une butée étant située sur l'électroaimant ou sur le plateau pour limiter la surface de contact entre le plateau et l'électroaimant, caractérisé en ce que l'électroaimant comporte un aimant dans son circuit magnétique.
  • L'invention permet donc de réduire la surface de contact entre le plateau et l'électroaimant, et par conséquent le bruit de fonctionnement du moteur, tandis que l'utilisation d'un aimant permet de compenser l'entrefer généré par la butée.
  • De fait, ce gain de bruit présente des avantages, notamment liés au confort des passagers, tandis que l'augmentation de la consommation électrique de l'électroaimant, provoquée par la présence d'un entrefer supplémentaire généré par la butée, est compensée par la présence d'un aimant augmentant la portée de l'électroaimant.
  • Selon une réalisation, la butée est sensiblement située au centre de la surface de l'électroaimant.
  • Dans une réalisation, la butée est située sur un axe colinéaire avec l'axe de translation du plateau.
  • Selon une réalisation, une pluralité de butées étant situées sur l'électroaimant et/ou sur le plateau, ces dernières sont disposées de façon symétrique par rapport à l'axe de translation du plateau.
  • Dans une réalisation, l'électroaimant étant formé par un support en E à trois branches, la butée est située à l'extrémité d'une des branches du support.
  • Selon une réalisation, lorsque l'électroaimant et le plateau sont en contact, la butée maintient un entrefer entre chaque branche extrême du support de l'électroaimant et le plateau.
  • Dans une réalisation, l'aimant est situé sur la surface d'une des branches du support, en vis-à-vis du plateau magnétique.
  • Selon une réalisation, deux aimants étant situés sur la surface du support, la butée est fixée entre ces deux aimants.
  • Dans une réalisation, la butée est en matériau magnétique.
  • Selon une réalisation, la butée est en matériau élastique, par exemple du type élastomère.
  • L'invention concerne aussi un moteur à combustion interne muni d'un actionneur électromécanique de soupape comprenant un électroaimant et un plateau magnétique mobile venant au contact de l'électroaimant. Conformément à l'invention, l'actionneur d'un tel moteur est conforme à l'une des réalisations d'actionneurs décrites ci-dessous.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description effectuée ci-dessous à titre d'exemple non limitatif en faisant référence aux dessins ci-joints sur desquels :
    • les figures 1a et 1b, déjà décrites, représentent des actionneurs électromécaniques connus,
    • la figure 2 est un diagramme de différentes actions exercées par un électroaimant polarisé et par un électroaimant non polarisé sur un plateau magnétique,
    • les figures 3a, 3b, 4a, 4b, 5a et 5b représentent différentes variantes de l'invention.
  • La description de l'invention décrite ci-dessous est relative à des électroaimants polarisés. De fait, de tels électroaimants polarisés présentent l'avantage d'exercer une action moins sensible à la variation de l'entrefer entre le plateau magnétique et l'électroaimant que des électroaimants non polarisés, comme montré sur la figure 2.
  • Cette figure 2 est un diagramme représentant la force d'attraction (axe des ordonnées 200, en N/m) exercée par un électroaimant polarisé actif (courbe 202), c'est-à-dire générant un champ magnétique au moyen de sa bobine, ou inactif (courbe 204), et un électroaimant non polarisé (courbe 206) sur un plateau magnétique en fonction de l'entrefer e séparant l'électroaimant considéré du plateau.
  • On constate que la portée de l'action exercée par l'électroaimant polarisé (courbe 202), est supérieure à la portée de l'électroaimant non polarisé. Plus précisément, l'action exercée par l'électroaimant polarisé sur le plateau magnétique avec un entrefer de 3 mm est équivalente à l'action exercée par l'électroaimant non polarisé avec un entrefer de 1,7 mm.
  • Sur les figures 3a et 3b est représentée une première réalisation d'un actionneur électromécanique 300, conforme à l'invention, selon une vue de haut (figure 3a) ou une vue de côté (figure 3b).
  • Dans cette première réalisation, une unique butée B300, destinée à maintenir un entrefer entre le support 304 de l'électroaimant 301 et le plateau 306, est disposée sur le support 304 entre deux aimants 302 disposés sur cette même surface.
  • Comme montré sur la figure 3b, les branches extrêmes E300 du support 304 sont limitées de façon à maintenir un entrefer e entre la surface du plateau 306 et la surface de ces branches E300 du support.
  • Ainsi, lorsque le plateau 306 vient en contact avec la butée B300, aucun contact n'est effectué avec ses branches E300, limitant ainsi la surface de contact entre le plateau 306 et le support 304.
  • Il convient de signaler que, pour protéger les aimants 302 des chocs, un entrefer doit aussi être maintenu entre ces aimants et le plateau 306.
  • Dans cette réalisation, la butée servant de point de contact est en matériau magnétique, de façon à ne pas générer un entrefer supplémentaire.
  • Toutefois, dans une variante, la butée est en matériau élastomère afin d'absorber de l'énergie lors du contact entre le plateau et la butée, limitant ainsi le bruit généré.
  • Sur les figures 4a (vue de haut) et 4b (vue de face) est représentée une deuxième variante de l'invention telle que quatre butées B400 sont situées sur la surface du support 404 de l'électroaimant 401 d'un actionneur 400.
  • L'utilisation d'un nombre élevé de butées permet d'assurer le parallélisme entre la surface du plateau 406 et la surface du support 404 lorsque ces derniers viennent en contact.
  • Pour cela, on répartit ces butées symétriquement par rapport à l'axe C central de la surface du support 404 qui est colinéaire avec l'axe de translation du plateau 406 magnétique contrôlé par cet électroaimant.
  • Dans une variante représentée aux figures 5a et 5b, cinq butées B500 sont utilisées dans l'actionneur 500 pour améliorer à nouveau le contact entre le plateau 506 et le support 504 de l'électroaimant 501 en combinant une butée centrale, telle que montrée aux figures 3a et 3b, avec quatre butées périphériques, telles que montrées aux figures 4a et 4b.
  • Il convient de signaler que les actionneurs représentés aux figures 3a, 3b, 4a, 4b, 5a et 5b sont polarisés au moyen d'un aimant situé sur le support d'un l'électroaimant en E, en vis-à-vis par rapport au plateau magnétique ce qui facilite la fixation et/ou le remplacement de ces aimants.

Claims (7)

  1. Actionneur (300 ; 400 ; 500) électromécanique de soupape pour moteur à combustion interne, comprenant un électroaimant (301 ; 401 ; 501) et un plateau (306 ; 406 ; 506) magnétique mobile destiné à entrer en contact avec un organe de cet électroaimant, au moins une butée (B300 ; B400 ; B500) étant située sur l'électroaimant (301 ; 401 ; 501) pour limiter la surface de contact entre le plateau (306 ; 406 ; 506) et l'électroaimant (301 ; 401 ; 501), caractérisé en ce que l'électroaimant (301 ; 401 ; 501) comporte un circuit magnétique en forme de E, un aimant dans son circuit magnétique, la butée (B300 ; 8400 ; B500) étant située à l'extrémité d'une des trois branches sensiblement parallèles du E et l'aimant est situé sur la surface d'une des trois branches sensiblement parallèles du circuit en E, en vis-à-vis du plateau magnétique.
  2. Actionneur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la butée (B300) est sensiblement située au centre de la surface de contact entre l'électroaimant (300) et le plateau.
  3. Actionneur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la butée (B300) est située sur un axe colinéaire avec l'axe de translation du plateau (306).
  4. Actionneur selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que, une pluralité de butées (B400 ; B500) étant situées sur l'électroaimant (401 ; 501) ces dernières sont disposées de façon symétrique par rapport à l'axe de translation du plateau (406 ; 506).
  5. Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque l'électroaimant (301 ; 401 ; 501) et le plateau (306 ; 406 ; 506) sont en contact, la butée maintient un entrefer entre chaque branche extrême du circuit magnétique de l'électroaimant et le plateau.
  6. Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, deux aimants étant situés sur la surface du circuit en E, la butée se trouve entre ces deux aimants.
  7. Moteur à combustion interne muni d'un actionneur (300 ; 400 ; 500) électromécanique de soupape pour moteur à combustion interne, comprenant un électroaimant (301 ; 401 ; 501) et un plateau (306 ; 406 ; 506) magnétique mobile venant au contact de cet électroaimant, caractérisé en ce que l'actionneur est conforme à l'une des revendications précédentes.
EP04300048.8A 2003-02-18 2004-01-27 Actionneur électromécanique de soupape pour moteur à combustion interne et moteur à combustion interne muni d'un tel actionneur Expired - Lifetime EP1450010B1 (fr)

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FR0301945 2003-02-18

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Publication Number Publication Date
EP1450010A2 EP1450010A2 (fr) 2004-08-25
EP1450010A3 EP1450010A3 (fr) 2008-12-31
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