EP1568858A2 - Dispositif d'actionnement électromagnétique de soupape pour moteur à combustion interne - Google Patents

Dispositif d'actionnement électromagnétique de soupape pour moteur à combustion interne Download PDF

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EP1568858A2
EP1568858A2 EP05300061A EP05300061A EP1568858A2 EP 1568858 A2 EP1568858 A2 EP 1568858A2 EP 05300061 A EP05300061 A EP 05300061A EP 05300061 A EP05300061 A EP 05300061A EP 1568858 A2 EP1568858 A2 EP 1568858A2
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EP
European Patent Office
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parts
magnetic circuit
pallet
magnets
magnet
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EP05300061A
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German (de)
English (en)
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EP1568858B1 (fr
EP1568858A3 (fr
Inventor
Emmanuel Sedda
Christophe Fageon
Christian Chillet
Jean-Paul Yonnet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Publication of EP1568858A3 publication Critical patent/EP1568858A3/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuation device of valve (s) for internal combustion engine.
  • valves minus one per cylinder, for the admission or exhaust of gases. These valves are controlled in synchronism with the operation of the engine. Their opening or closing moment must be checked from very precise way.
  • These electromechanical type control devices for opening or valve closure include a pallet or magnetic tray cooperating with one or two electromagnets and springs.
  • the palette is moves between the two electromagnets.
  • One end of the race of the pallet corresponds to the closed position of the valve and the other end of the race corresponds to the open position. In each of the positions end, a spring is compressed and another spring is relaxed.
  • the electromagnet serves to hold the pallet in each end position while the springs help move the pallet from one end from his race to the next.
  • a particularly simple type of actuating device has been described in European Patent No. 1,174,596.
  • This device is shown on the In this known embodiment, there is provided a single electromagnet 1 to inside which is disposed a permanent magnet 5.
  • the magnetic circuit of the electromagnet comprises in section, symmetrically with respect to the axis of a rod 16, on the one hand, two branches 8 and 9 against the ends which comes into contact with a magnetic pallet 15 for the position valve 17 and, on the other hand, branches 10 and 11 against the ends of which the pallet is applied for the open position of the valve.
  • the magnetic induction created by the permanent magnet 5 holds the pallet In each of the end positions, either against the ends of the branches 8 and 9, against the ends of the branches 10 and 11.
  • a coiled coil 2 is fed around a branch of the magnetic circuit so as to create a field magnetic which opposes the effect of the magnet.
  • the compressed spring pushes the pallet 15 towards the other end position.
  • the spring 18 compressed pushes the pallet 15 towards the ends of the branches 10 and 11.
  • This actuating device is particularly simple and the Electricity consumption is low.
  • this structure has a footprint that is not easily compatible with compactness sought for the realization of engines.
  • the startup is difficult from the halfway position which corresponds to the position of balance of the springs.
  • the object of the invention is to enable the realization of a device polarized type (ie permanent magnet) reduced size and which is easily manufactured in large series.
  • the actuating device comprises two parts substantially C-shaped ferromagnets in planes different and separated by two permanent magnets whose fields are substantially parallel and in the same direction, the plans of the two ferromagnetic parts in C being parallel or forming a angle, the pallet being arranged to be able to move between ends of said branches of the two parts in C and a coil is wrapped around a branch of each C, preferably around the main branch, the windings of these two coils being in sense inverses.
  • the C magnetic parts have good rigidity, which is important for motor vehicle parts.
  • the magnet or magnets are between the parts Magnetic C, it can (or they can) extend into a larger volume important than in the known structure. It follows that the field Remanent magnet (or magnets) may be weaker. In addition, the structure can be such that the magnet can be easily replaced.
  • the structure of the actuating device is also such that the pallet is of a size and therefore of a reduced weight.
  • the C-shaped magnetic parts are produced in laminated sheets.
  • the device comprises a second magnet connecting the faces lateral to both parts.
  • the first and / or second coil is, for example, on a branch opposite to the open branch of the first or second part.
  • the magnet (or magnets) has (s) at least one substantially co-planar slice (52, 54) with slices of the two parts of the magnetic circuit.
  • the two parts of the magnetic circuit are, preferably, sheet metal flaky.
  • the pallet has two end portions of which each has the same shape and dimensions as the slices corresponding ends of the open branches of the circuit parts magnetic in C.
  • Each of the two parts of the magnetic circuit presents in a embodiment a substantially flat shape and these two planar parts, separated by one or two magnets, are substantially parallel.
  • the two parts of the magnetic circuit can be practically identical and arranged symmetrically with respect to a median plane parallel to these two parts.
  • the two full branches of each C part of the magnetic circuit are opposite each other in projection on a plane parallel to the two parts.
  • each of the two parts of the magnetic circuit has a substantially flat shape and these two flat parts are separated by one or two magnets and form between them an acute angle of way that the distance separating the ends of the open branches of the C lower than the distance between the major branches of the parts in C.
  • each of the two parts of the circuit C-shaped magnet has a substantially shaped first section plane and parallel to the corresponding section of the other part, the magnet or the magnets being disposed between these two parallel sections and a second section of form and layout such as the distance separating ends of the open branches of the C be lower than the distance separating the major branches of the two parts in C.
  • At least one face of the pallet may have at least one shoulder to which corresponds a shoulder of one end of an open branch part of the C-circuit.
  • the shoulder may extend as rectilinear or curvilinear direction.
  • the pallet may have a generally rectangular, orthogonal or circular.
  • the section of the magnet or magnets in contact with both parts of magnetic circuit is for example greater than the section of the ends two open branches of the two parts C of the magnetic circuit.
  • the magnet or magnets are (are) ferrite.
  • the invention also relates to a set of at least two devices valve actuators arranged in such a way that the coils of the two actuators are moved away from each other.
  • the invention also relates to an internal combustion engine comprising at least one actuating device of the type defined above.
  • the valve actuator shown in FIGS. 2 and 3 comprises a magnetic circuit formed of two pieces 30 and 32 each of which has the form
  • the two magnetic pieces 30 and 32 are made of laminated sheet and are identical. Each of them has a branch central coil around which is wound a coil 34, 36. These two coils have windings that generate fields magnetic in opposite directions.
  • the open branch 38 of the C spans a space 40 in which is disposed a magnetic pallet 42 for moving in this space (air gap) 40 in a direction parallel to the main branches of C.
  • the two parts 30 and 32 have flat lateral faces. They are arranged parallel to each other and, in the example, so that the four edges of the wafer are aligned. For example, the edge 44 1 of the piece 30 is aligned with the edge 44 2 of the piece 32.
  • the actuating device has two permanent magnets, respectively 46 and 48, which are identical and whose magnetizations are in the same direction.
  • Each of the magnets presents a slice in the same plane as the slice upper or lower C parts and another slice in the same plane as the outer edge of the C-pieces.
  • upper 52 of the magnet 46 is coplanar with the upper slices parts 30 and 32 and the outer vertical edge 54 of the magnet 46 is coplanar with the vertical outer edge of the C 30 and 32 pieces.
  • Both magnets 46 and 48 play a similar role in creating the magnetic field of polarization.
  • a single magnet is used (46 for example) that can be achieved by a single magnet or by several magnets magnetized in the same direction.
  • the parts magnetic circuits 30 and 32 may be made from plates relatively thin. Magnets 46 and 48 also have a thickness moderate.
  • This device is easily industrializable by making parts magnetic laminated material. We can use magnets from relatively small residual field because, compared to the magnet shown in Figure 1, they occupy a substantially larger volume. In in addition, in the structure shown in FIG. 2, the magnets are not surrounded by the coils 34 and 36 and are accessible from outside the structure. As a result, they are easily replaceable.
  • the actuator is installed in the direction shown, its bulk in the direction f 1 ( Figure 2) is low, which allows to use it in combination with another actuator of the same type for a multi-valve motor in which the distance between the valves is relatively small.
  • the structure is such that the pallet 40 has a small footprint and therefore a low mass, which minimizes the operating energy of the device.
  • An advantage of making the magnetic parts 30 and 32 in laminated sheet lies in the fact that the induction created by the coils 34 and 36 is in the plane of these sheets (as shown in Figure 2) and, consequently, the induced currents are in the perpendicular direction, that is to say they are cut by the open circuits between sheets.
  • FIG. 3 shows the rod 50 integral with the pallet 42 which cooperates with the valve stem (not shown in Figures 2 and 3).
  • the magnetic fields produced by the magnets 46 and 48 are represented by double arrows while magnetic fields produced by the coils 34 and 36 are represented by a simple arrow.
  • the magnetic flux created by the magnets is added to the pallet 40.
  • the polarization magnetic circuit created by the magnets
  • the magnetic induction B a is maximum while in the lower air gap, between the pallet 40 and the circuits C 30 and 32, the magnetic induction created by the magnets is zero.
  • the magnets 46 and 48 play a similar role in the creation of the polarization magnetic field.
  • a single magnet 46 for example
  • a single magnet 46 for example
  • the magnetic flux created by the coils 34, 36 passes through the closed gap and an air gap 52 of the order of 8 mm.
  • the induction created by coils remains weak but sufficient to allow operation.
  • part of the coil flow closes directly between the laminated magnetic circuits at magnets 46 and 48.
  • FIG. 5 shows a variant in which, as in the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the two magnetic circuits in C 30 1 and 32 1 are flat parts also in laminated sheet and these flat parts are in substantially parallel planes. .
  • the main branches are not close but opposite. It is the same with the coils 34 1 , 36 1 .
  • the magnets 46 1 and 48 1 have substantially the width of the open branches of the C and connect the facing faces of these C.
  • the magnet 46 1 has an upper edge 60 aligned with the upper edge 62 of the part 30 1 on the side of the open branch of C.
  • the other upper edge 64 of the magnet 46 1 is aligned with the upper edge 66 of the C side of the part 32 1 .
  • the magnet 48 1 is arranged in a similar manner to the magnet 46 1 . However, it has an opening (not shown) for passing the valve stem or the stem of the pallet 42 1 , this tail or this rod also not being shown in FIG. 5.
  • the parts magnets are farther apart, which reduces leakage magnetic field. Indeed, in the embodiment shown in FIG. there may be magnetic leakage between the parts 68 of the parts 30 and 32 which are not separated by the magnets 46 and 48.
  • FIGS. 6, 7 and 8 differs from that shown in FIGS. 2 and 3 in that the magnetic parts 30 2 and 32 2 are not parallel but form an acute angle in such a way that they are close to the side of the open branch of the C to minimize the size and therefore the mass of the pallet 42 2 .
  • the coils 76 and 78 are wound around the central part of the full branch of each C-piece.
  • the pallet 42 2 has, in the example, in plan a shape adapted to that of the ends facing the open branches of the C-shaped pieces.
  • the part 42 2 has a central portion 76 in the form of trapezoid whose non-parallel sides are the short sides of rectangles, respectively 78, 80.
  • the rectangle 78 corresponds to the facing ends 82 1 , 82 2 of the open branches of the C of the part 2 and the rectangle 80 corresponds to the corresponding ends for room 32 2 .
  • the mass of the pallet can be further reduced by optimization surfaces facing the magnetic circuits.
  • the small size of the pallet makes it possible to install the device valve actuation for engines whose spacing between valves is weak. We can also, with this realization, maximize the power of the actuating device for a given distance between valves.
  • the magnets are thick, which makes it possible to confer significant efforts to maintain the magnets in the open position of valve or in the closed valve position.
  • each circuit in C has two parts forming between them an obtuse angle, namely a first part 92 having the solid branch around which is wound the corresponding coil 94 and the beginning 96 of the branches perpendicular and, on the other hand, a portion 98 comprising the branch C open (not shown) between which the pallet 100 moves ( Figures 9 and 10).
  • the pallet 100 has a trapezoidal shape as shown in FIG. its two ends corresponding to the ends in the form of parallelograms 102 and 104 of the free ends of the open branches of C.
  • FIGS. 9 and 10 presents the same the advantages shown in Figures 6, 7 and 8. However, the Making the magnet is simpler.
  • the embodiment shown in FIG. 11 differs from that shown in FIG. 3 in that the ends 106, 108 and 110, 112 open branches of each C-shaped magnetic piece form beaks so that these ends are closer to one another than magnetic parts. Under these conditions, the pallet 114 can be of smaller dimension.
  • the pallet magnetic 116 has shoulders 118 and 120 and the ends open branches of the C pieces have shoulders correspondents.
  • the purpose of this provision is to linearize the effort attraction of the magnetic parts on the pallet 116 according to the air gap.
  • the pallet 116 has a greater thickness in its central part and smaller thicknesses at the ends thus providing four shoulders 118, 120, 118 1 , 120 1 .
  • the ends of the C-shaped magnetic parts have shoulders complementary.
  • the end 122 of one of the open branches 124 of a magnetic piece C 126 has a shoulder 128 for come next to the corresponding shoulder 118 when the pallet is attracted to the top.
  • the shoulders 118, 120 and the shoulders 118 1 and 128 1 are straight, while in the example shown in Figure 14, the shoulders 118 ', 120' are curved. It is of course also the corresponding shoulders on the ends of the magnetic parts in "C".
  • the pallet is no longer sensitive to angular offsets of this palette.
  • the shape of the pallet is not limited to that described. So, another example in which the pallet is shown in FIG. has an octagonal section. Such an octagonal palette will be moreover preferred to a rectangular pallet because with such a geometry, it can be shown that for the same mass, the forces exerted on the palette are more important than in the case of a shape pallet rectangular. We can also reduce the weight of the pallet by force of identical attraction.
  • Figures 3a, 3b, 3c and 3d illustrate arrangements for making low-remanent magnetization magnets, particularly ferrite magnets, while generating high levels of induction in the magnetic circuit and in the air gap, in order to optimize the force of attraction and to minimize the mass of the magnetic circuit.
  • the principle of the flux concentration is used which consists in conferring a section S a (FIG. 3b) of magnet greater than the section of the ferromagnetic circuits S f (FIGS. 3a, 3c and 3d) and that of the air-gaps .
  • the length of the pallet is reduced in the same proportions as the distance between the lateral faces external parts of the two magnetic parts.
  • FIG. 16 shows two control devices of the type of those described in relation to FIGS. 2 and 3, one of which, 130, is intended for order a first valve and the other, 132, is intended for order a second valve near the first.
  • These two control devices are arranged so that the plans of the parts magnetic are parallel. However, the main branches of magnetic circuits and therefore the coils are in opposite positions.
  • the distance L between the axes of the two valves, controlled by devices 130 and 132 is substantially equal to the thickness e of a device of control without taking into account the overthickness of the coils 134.
  • the thickness e is the distance separating the external faces of the two parts magnetic devices of a control device.
  • Figure 17 is a figure similar to that of Figure 16 but in the case where two control devices 136 and 138 of the type of those shown in Figure 5.
  • FIG. 18 shows two control devices 140 and 142 of the type shown in Figures 6 and 7. It can be seen that compared to Figures 16 and 17, it is possible to reduce the distance between two valves. This achievement is therefore particularly interesting for equipping a small displacement engine or to obtain significant efforts, for example in the case of actuators for the exhaust.

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  • Magnetically Actuated Valves (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'actionnement de soupape de moteur à combustion interne comprenant une palette magnétique (42) commandant la position de la soupape et coopérant, à cet effet, avec au moins un circuit magnétique comportant au moins un aimant pour attirer la palette alternativement vers une première position d'extrémité pour laquelle la soupape est en position fermée et une seconde position d'extrémité, pour laquelle la soupape est en position ouverte. Une bobine à ressorts commandant le déplacement de la palette d'une extrémité à l'autre.
Le circuit magnétique comporte deux parties (30, 32) non-coplanaires dont chacune a une forme sensiblement en C.
Une première bobine (34) entoure la branche principale de la première partie et une seconde bobine (36) entoure la branche principale de la seconde partie.
Au moins un aimant (46, 48) relie des faces latérales en regard des deux parties. Les extrémités correspondantes des branches ouvertes sont sensiblement coplanaires.

Description

L'invention est relative à un dispositif d'action-nement électromagnétique de soupape(s) pour moteur à combustion interne.
On sait qu'un moteur à combustion interne comporte des soupapes, au moins une par cylindre, pour l'admission ou l'échappement des gaz. Ces soupapes sont commandées en synchronisme avec le fonctionnement du moteur. Leur moment d'ouverture ou de fermeture doit être contrôlé de façon très précise.
Jusqu'à présent, la commande d'ouverture ou de fermeture des soupapes est effectuée principalement de façon mécanique. Mais depuis quelques années, on a proposé une commande d'ouverture ou de fermeture de soupape de type électromécanique qui permet une simplification de la réalisation du moteur et des fonctions supplémentaires de commande du moteur puisque la commande des soupapes peut être effectuée à volonté grâce à des moyens électroniques de commande, indépendamment de la structure du moteur.
Ces dispositifs de commande de type électromécanique d'ouverture ou fermeture de soupape comportent une palette ou plateau magnétique coopérant avec un ou deux électroaimants et des ressorts. La palette se déplace entre les deux électroaimants. Une extrémité de la course de la palette correspond à la position fermée de la soupape et l'autre extrémité de la course correspond à la position ouverte. Dans chacune des positions d'extrémité, un ressort est comprimé et un autre ressort est détendu. L'électroaimant sert à maintenir la palette dans chaque position d'extrémité alors que les ressorts aident au déplacement de la palette d'une extrémité de sa course à l'autre.
Un type de dispositif d'actionnement particulièrement simple a été décrit dans le brevet européen n° 1 174 596. Ce dispositif est représenté sur la figure 1. Dans cette réalisation connue, on prévoit un seul électroaimant 1 à l'intérieur duquel est disposé un aimant permanent 5. Le circuit magnétique de l'électroaimant comporte en coupe, symétriquement par rapport à l'axe d'une tige 16, d'une part, deux branches 8 et 9 contre les extrémités desquelles vient en contact une palette magnétique 15 pour la position fermée de la soupape 17 et, d'autre part, des branches 10 et 11 contre les extrémités desquelles la palette s'applique pour la position ouverte de la soupape.
L'induction magnétique créée par l'aimant permanent 5 maintient la palette 15 dans chacune des positions d'extrémité, soit contre les extrémités des branches 8 et 9, soit contre les extrémités des branches 10 et 11.
Pour passer d'une position à l'autre, on alimente une bobine 2 enroulée autour d'une branche du circuit magnétique de façon à créer un champ magnétique qui s'oppose à l'effet de l'aimant. Dans ces conditions, le ressort comprimé repousse la palette 15 vers l'autre position d'extrémité. Dans la position représentée sur la figure 1, le ressort 18 comprimé repousse la palette 15 vers les extrémités des branches 10 et 11.
La structure de ce dispositif d'actionnement est particulièrement simple et la consommation en énergie électrique est faible. Cependant, cette structure présente un encombrement difficilement compatible avec la compacité recherchée pour la réalisation de moteurs. De plus, le démarrage est difficile à partir de la position mi-course qui correspond à la position d'équilibre des ressorts.
L'invention a pour but de permettre la réalisation d'un dispositif d'actionnement de type polarisé (c'est-à-dire à aimant permanent) d'encombrement réduit et qui soit aisément fabriqué en grande série.
Le dispositif d'actionnement selon l'invention comprend deux pièces ferromagnétiques sensiblement en forme de C se trouvant dans des plans différents et séparées par deux aimants permanents dont les champs magnétiques sont sensiblement parallèles et dans le même sens, les plans des deux pièces ferromagnétiques en C étant parallèles ou formant un angle aigu, la palette étant disposée pour pouvoir se déplacer entre les extrémités desdites branches des deux pièces en C et une bobine est enroulée autour d'une branche de chaque C, de préférence autour de la branche principale, les enroulements de ces deux bobines étant en sens inverses.
On comprend que, par rapport à la structure représentée sur la figure 1, l'encombrement est fortement diminué puisque avec la structure de l'invention, le circuit magnétique est replié autour de l'axe central, celui de la tige de soupape.
Les pièces magnétiques en C présentent une bonne rigidité, ce qui est important pour des pièces de véhicule automobile.
Etant donné que l'aimant ou les aimants se trouve(nt) entre les pièces magnétiques en C, il peut (ou ils peuvent) s'étendre dans un volume plus important que dans la structure connue. Il en résulte que le champ rémanent de l'aimant (ou des aimants) peut être plus faible. En outre, la structure peut être telle que l'aimant peut être remplacé aisément.
La structure du dispositif d'actionnement est également telle que la palette est d'un encombrement et donc d'un poids réduit.
Dans une réalisation préférée, les pièces magnétiques en C sont réalisées en tôles feuilletées.
L'invention concerne de façon générale un dispositif d'actionnement de soupape de moteur à combustion interne comprenant une palette magnétique commandant la position de la soupape et coopérant, à cet effet, avec au moins un circuit magnétique comportant au moins un aimant pour attirer la palette alternativement vers une première position d'extrémité pour laquelle la soupape est en position fermée et une seconde position d'extrémité pour laquelle la soupape est en position ouverte, au moins une bobine et des moyens élastiques, notamment à ressort(s), étant prévus pour commander le déplacement de la palette d'une position d'extrémité à l'autre qui est caractérisé en ce que :
  • le circuit magnétique comporte deux parties non-coplanaires dont chacune a une forme sensiblement en C,
  • une première bobine entoure la branche principale de la première partie,
  • une seconde bobine entoure la branche principale de la seconde partie,
  • au moins un aimant relie des faces latérales en regard des deux parties, et
  • les deux parties sont disposées de façon telle que les extrémités correspondantes des branches ouvertes soient sensiblement coplanaires, la palette magnétique étant disposée entre les paires d'extrémités.
Dans un exemple, le dispositif comprend un second aimant reliant les faces latérales en regard des deux parties.
La première et/ou la seconde bobine est, par exemple, sur une branche opposée à la branche ouverte de la première ou seconde partie.
Dans une réalisation, l'aimant (ou les aimants) présente(nt) au moins une tranche (52, 54) sensiblement co-planaire avec des tranches des deux parties du circuit magnétique.
Les deux parties du circuit magnétique sont, de préférence, en tôle feuilletée.
Dans une réalisation, la palette présente deux parties d'extrémité dont chacune a la même forme et les mêmes dimensions que les tranches d'extrémités correspondantes des branches ouvertes des parties du circuit magnétique en C.
Chacune des deux parties du circuit magnétique présente selon un mode de réalisation une forme sensiblement plane et ces deux parties planes, séparées par un ou deux aimants, sont sensiblement parallèles. Dans ce cas, les deux parties du circuit magnétique peuvent être pratiquement identiques et disposées symétriquement par rapport à un plan médian parallèle à ces deux parties. En variante, les deux branches pleines de chaque partie en C du circuit magnétique sont à l'opposé l'une de l'autre en projection sur un plan parallèle aux deux parties.
Suivant une réalisation, chacune des deux parties du circuit magnétique présente une forme sensiblement plane et ces deux parties planes sont séparées par un ou deux aimants et forment entre elles un angle aigu de façon que la distance séparant les extrémités des branches ouvertes du C soit plus faible que la distance séparant les grandes branches des parties en C.
Suivant une autre réalisation, chacune des deux parties du circuit magnétique en C présente une première section de forme sensiblement plane et parallèle à la section correspondante de l'autre partie, l'aimant ou les aimants étant disposé(s) entre ces deux sections parallèles et une seconde section de forme et disposition telles que la distance séparant les extrémités des branches ouvertes du C soit plus faible que la distance séparant les grandes branches des deux parties en C.
Au moins une face de la palette peut présenter au moins un épaulement auquel correspond un épaulement d'une extrémité d'une branche ouverte d'une partie du circuit en C. L'épaulement peut s'étendre selon une direction rectiligne ou curviligne.
La palette peut présenter une forme générale rectangulaire, orthogonale ou circulaire.
La section de l'aimant ou des aimants en contact avec les deux parties de circuit magnétique est par exemple supérieure à la section des extrémités des deux branches ouvertes des deux parties en C du circuit magnétique.
Dans une réalisation, l'aimant ou les aimants est (sont) en ferrite.
L'invention concerne aussi un ensemble d'au moins deux dispositifs d'actionnement de soupape disposés de façon telle que les bobines des deux dispositifs d'actionnement soient éloignées les unes des autres.
L'invention concerne également un moteur à combustion interne comprenant au moins un dispositif d'actionnement du type défini ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront avec la description de certains de ses modes de réalisation, cette description étant effectuée en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1, déjà décrite, correspond à une structure de dispositif d'actionnement connue,
  • la figure 2 est un schéma en perspective d'un dispositif d'actionnement conforme à l'invention,
  • la figure 3 est une vue selon la flèche f de la figure 2,
  • les figures 3a et 3b sont des coupes selon les lignes AA et BB respectivement de la figure 3,
  • les figures 3c et 3d sont des vues analogues à celles de la figure 3a illustrant un procédé d'optimisation d'une structure conforme à l'invention,
  • la figure 4 est un schéma destiné à expliquer le fonctionnement du dispositif représenté sur les figures 2 et 3,
  • la figure 5 est un schéma en perspective, analogue à celui de la figure 2, pour une variante de dispositif selon l'invention,
  • la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 3 pour une seconde variante,
  • la figure 7 est une vue selon la flèche f1 de la figure 6,
  • la figure 8 représente une réalisation de palette pour le dispositif montré sur les figures 6 et 7,
  • la figure 9 est une vue analogue à celle de la figure 7 pour une variante,
  • la figure 10 représente une palette pour le dispositif montré sur la figure 9,
  • la figure 11 est également une vue analogue à celle de la figure 6 pour encore une autre variante,
  • la figure 12 est également une vue analogue à celle de la figure 6 pour une autre variante,
  • la figure 13 montre une palette pour le dispositif de la figure 12,
  • la figure 14 représente une autre configuration de palette pour le dispositif de la figure 12,
  • la figure 15 montre une autre réalisation de palette utilisable pour tous les dispositifs d'actionnement selon l'invention,
  • la figure 16 montre une structure conforme à l'invention d'implantation de deux dispositifs d'actionnement conformes à l'invention, et
  • les figures 17 et 18 sont des vues analogues à celles de la figure 16 pour des variantes.
    • L'actionneur de soupape représenté sur les figures 2 et 3 comprend un circuit magnétique formé de deux pièces 30 et 32 dont chacune a la forme générale d'un C. Ces deux pièces magnétiques 30 et 32 sont réalisées en tôle feuilletée et sont identiques. Chacune d'elles comporte une branche centrale autour de laquelle est enroulée une bobine 34, 36. Ces deux bobines présentent des enroulements qui génèrent des champs magnétiques en sens contraires.
    La branche ouverte 38 du C ménage un espace 40 dans lequel est disposée une palette magnétique 42 destinée à se déplacer dans cet espace (entrefer) 40 selon une direction parallèle aux branches principales du C.
    Cette palette coopère avec des tiges et une queue de soupape ainsi qu'avec des ressorts comme décrit en relation avec la figure 1. Ces éléments n'ont donc pas été représentés sur les figures 2 et 3.
    Les deux pièces 30 et 32 ont des faces latérales planes. Elles sont disposées parallèlement l'une à l'autre et, dans l'exemple, de façon que les quatre arêtes de la tranche soient alignées. Par exemple l'arête 441 de la pièce 30 est alignée avec l'arête 442 de la pièce 32.
    Entre les faces en regard des pièces 30 et 32, le dispositif d'actionnement comporte deux aimants permanents, respectivement 46 et 48, qui sont identiques et dont les aimantations sont dans le même sens. Chacun des aimants présente une tranche dans le même plan que la tranche supérieure ou inférieure des pièces en C et une autre tranche dans le même plan que la tranche extérieure des pièces en C. Ainsi, la tranche supérieure 52 de l'aimant 46 est coplanaire avec les tranches supérieures des pièces 30 et 32 et la tranche verticale extérieure 54 de l'aimant 46 est coplanaire avec la tranche extérieure verticale des pièces en C 30 et 32.
    Les deux aimants 46 et 48 jouent un rôle similaire dans la création du champ magnétique de polarisation. En variante, on utilise un seul aimant (46 par exemple) qui peut être réalisé par un aimant unique ou par plusieurs aimants aimantés dans la même direction.
    On obtient ainsi une structure particulièrement compacte puisque les pièces magnétiques en C 30 et 32 peuvent être constituées à partir de plaques relativement peu épaisses. Les aimants 46 et 48 ont aussi une épaisseur modérée. Ce dispositif est aisément industrialisable en réalisant des pièces magnétiques en matériau feuilleté. On peut faire appel à des aimants de champ rémanent relativement faible car, par rapport à l'aimant représenté sur la figure 1, ils occupent un volume sensiblement plus important. En outre, dans la structure représentée sur la figure 2, les aimants ne sont pas entourés par les bobines 34 et 36 et sont accessibles de l'extérieur de la structure. Il en résulte qu'ils sont aisément remplaçables.
    Si l'actionneur est installé dans la direction représentée, son encombrement dans la direction f1 (figure 2) est faible, ce qui permet de l'utiliser en combinaison avec un autre actionneur du même type pour un moteur à plusieurs soupapes dans lequel la distance entre les soupapes est relativement faible. En outre, la structure est telle que la palette 40 est d'un encombrement réduit et donc d'une masse faible, ce qui minimise l'énergie de fonctionnement du dispositif.
    Un avantage de réaliser les pièces magnétiques 30 et 32 en tôle feuilletée réside dans le fait que l'induction créée par les bobines 34 et 36 est dans le plan de ces tôles (comme montré sur la figure 2) et, en conséquence, les courants induits sont dans la direction perpendiculaire, c'est-à-dire qu'ils sont coupés par les circuits ouverts entre tôles.
    On a montré sur la figure 3 la tige 50 solidaire de la palette 42 qui coopère avec la queue de soupape (non montrée sur les figures 2 et 3).
    On va maintenant décrire, à l'aide de la figure 4, le fonctionnement du dispositif décrit en relation avec les figures 2 et 3.
    Sur cette figure 4, les deux pièces magnétiques 30 et 32 ont été représentées dans le même plan et les aimants 46 et 48, entre les pièces magnétiques 30 et 32, sont également montrés dans le même plan.
    Les champs magnétiques produits par les aimants 46 et 48 sont représentés par des doubles flèches tandis que les champs magnétiques produits par les bobines 34 et 36 sont représentés par une simple flèche.
    On voit que les flux magnétiques créés par les aimants s'ajoutent dans la palette 40. Ainsi, quand la palette 40 est en position haute (sur la figure 4), le circuit magnétique de polarisation (créé par les aimants) est complètement fermé et l'induction magnétique Ba est maximale tandis que dans l'entrefer inférieur, entre la palette 40 et les circuits en C 30 et 32, l'induction magnétique créée par les aimants est nulle.
    Comme précédemment, les aimants 46 et 48 jouent un rôle similaire dans la création du champ magnétique de polarisation. En conséquence, on utilise un seul aimant (46 par exemple) qui peut être réalisé par un aimant unique ou par plusieurs aimants aimantés dans la même direction.
    Le flux magnétique créé par les bobines 34, 36 traverse l'entrefer fermé et un entrefer 52 de l'ordre de 8 mm. Il en résulte que l'induction créée par les bobines reste faible mais suffisante pour permettre le fonctionnement. De plus, une partie du flux des bobines se referme directement entre les circuits magnétiques feuilletés au niveau des aimants 46 et 48.
    La figure 5 montre une variante dans laquelle, comme dans la réalisation représentée sur les figures 2 et 3, les deux circuits magnétiques en C 301 et 321 sont des pièces plates également en tôle feuilletée et ces pièces plates sont dans des plans sensiblement parallèles. Toutefois, à la différence du mode de réalisation montré sur les figures 2 et 3, les branches principales ne sont pas rapprochées mais opposées. Il en est donc de même des bobines 341, 361.
    Les aimants 461 et 481 ont sensiblement la largeur des branches ouvertes des C et relient les faces en regard de ces C. Ainsi, l'aimant 461 présente une arête supérieure 60 alignée avec l'arête supérieure 62 de la pièce 301 du côté de la branche ouverte du C. De façon analogue, l'autre arête supérieure 64 de l'aimant 461 est alignée avec l'arête supérieure 66 du côté du C de la pièce 321.
    L'aimant 481 est disposé de façon analogue à l'aimant 461. Toutefois, il présente une ouverture (non montrée) pour laisser passer la queue de soupape ou la tige de la palette 421, cette queue ou cette tige n'étant également pas représentée sur la figure 5.
    Par rapport à la réalisation représentée sur les figures 2 et 3, les pièces magnétiques sont plus éloignées l'une de l'autre, ce qui diminue les fuites de champ magnétique. En effet, dans la réalisation montrée sur la figure 2, il peut se produire des fuites magnétiques entre les parties 68 des pièces 30 et 32 qui ne sont pas séparées par les aimants 46 et 48.
    Ainsi, du fait de la diminution des fuites, le maintien de la palette 421 contre les pièces magnétiques sera plus efficace que dans la réalisation présentée sur la figure 2. Mais, il faudra, de ce fait, un courant plus important pour passer de l'état ouvert à l'état fermé et réciproquement.
    Le mode de réalisation représenté sur les figures 6, 7 et 8 se distingue de celui représenté sur les figures 2 et 3 par le fait que les pièces magnétiques 302 et 322 ne sont pas parallèles mais forment un angle aigu de façon telle qu'elles soient rapprochées du côté de la branche ouverte du C afin de minimiser la dimension et donc la masse de la palette 422. Dans cet exemple, on prévoit deux aimants ayant, en coupe parallèle à la partie plate de la palette, une forme de trapèze. Ces aimants portent les références 72 et 74.
    Comme dans les autres exemples, les bobines 76 et 78 sont enroulées autour de la partie centrale de la branche pleine de chaque pièce en C.
    Comme montré sur la figure 8, la palette 422 présente, dans l'exemple, en plan une forme adaptée à celle des extrémités en regard des branches ouvertes des pièces en C. Ainsi, la pièce 422 présente une partie centrale 76 en forme de trapèze dont les côtés non parallèles sont les petits côtés de rectangles, respectivement 78, 80. Le rectangle 78 correspond aux extrémités en regard 821, 822 des branches ouvertes du C de la pièce 302 et le rectangle 80 correspond aux extrémités correspondantes pour la pièce 322.
    Ainsi, la masse de la palette peut encore être réduite par une optimisation des surfaces en regard des circuits magnétiques.
    Le faible encombrement de la palette permet d'installer le dispositif d'actionnement de soupape pour des moteurs dont l'écartement entre soupapes est faible. On peut aussi, avec cette réalisation, maximiser la puissance du dispositif d'actionnement pour un entraxe donné entre soupapes. En outre, les aimants sont épais , ce qui permet de conférer des efforts importants de maintien des aimants en position d'ouverture de soupape ou en position de fermeture de soupape.
    L'exemple représenté sur la figure 9 se rapporte à une autre variante dans laquelle, pour réaliser des aimants parallélépipédiques 90, chaque circuit en C présente deux parties formant entre elles un angle obtus, à savoir une première partie 92 comportant la branche pleine autour de laquelle est enroulée la bobine correspondante 94 et le début 96 des branches perpendiculaires et, d'autre part, une partie 98 comportant la branche ouverte du C (non montrée) entre lesquelles se déplace la palette 100 (figures 9 et 10).
    La palette 100 a une forme trapézoïdale comme montrée sur la figure 10, ses deux extrémités correspondant aux extrémités en forme de parallélogrammes 102 et 104 des extrémités libres des branches ouvertes du C.
    Ce mode de réalisation montré sur les figures 9 et 10 présente les mêmes avantages que celui représenté sur les figures 6, 7 et 8. Toutefois, la réalisation de l'aimant est plus simple.
    L'exemple de réalisation représenté sur la figure 11 se distingue de celui montré sur la figure 3 par le fait que les extrémités 106, 108 et 110, 112 des branches ouvertes de chaque pièce magnétique en C forment des becs afin que ces extrémités soient plus rapprochées l'une de l'autre que les pièces magnétiques. Dans ces conditions, la palette 114 peut être de dimension plus réduite.
    Dans les exemples montrés sur les figures 12, 13 et 14, la palette magnétique 116 présente des épaulements 118 et 120 et les extrémités des branches ouvertes des pièces en C comportent des épaulements correspondants. Le but de cette disposition est de linéariser l'effort d'attraction des pièces magnétiques sur la palette 116 en fonction de l'entrefer.
    Ainsi, la palette 116 présente une plus grande épaisseur dans sa partie centrale et des épaisseurs plus réduites aux extrémités ménageant ainsi quatre épaulements 118, 120, 1181, 1201.
    Les extrémités des pièces magnétiques en C présentent des épaulements complémentaires. Ainsi, l'extrémité 122 d'une des branches ouvertes 124 d'une pièce magnétique en C 126 présente un épaulement 128 destiné à venir en regard de l'épaulement correspondant 118 quand la palette est attirée vers le haut.
    Dans l'exemple représenté sur la figure 13, les épaulements 118, 120 ainsi que les épaulements 1181 et 1281 sont rectilignes, tandis que dans l'exemple montré sur la figure 14, les épaulements 118', 120' sont courbes. Il en est bien entendu de même des épaulements correspondants sur les extrémités des pièces magnétiques en « C ».
    Avec la réalisation montrée sur la figure 14, la palette n'est plus sensible à des décentrages angulaires de cette palette.
    En variante, on prévoit plusieurs épaulements formant des escaliers et/ou des formes en V sur la palette et les circuits ferromagnétiques.
    Bien entendu, la forme de la palette n'est pas limitée à celle décrite. Ainsi, on a représenté sur la figure 15, un autre exemple dans lequel la palette présente une section octogonale. Une telle palette octogonale sera d'ailleurs préférée à une palette rectangulaire car avec une telle géométrie, on peut montrer que pour une même masse, les efforts exercés sur la palette sont plus importants que dans le cas d'une palette de forme rectangulaire. On peut aussi diminuer la masse de la palette à force d'attraction identique.
    Les figures 3a, 3b, 3c et 3d illustrent des dispositions permettant de faire appel à des aimants d'aimantation rémanente faible, notamment des aimants en ferrite, tout en générant des niveaux d'induction élevés dans le circuit magnétique et dans l'entrefer, afin d'optimiser la force d'attraction et de minimiser la masse du circuit magnétique.
    A cet effet, on utilise le principe de la concentration de flux qui consiste à conférer une section Sa (figure 3b) d'aimant supérieure à la section des circuits ferromagnétiques Sf (figures 3a, 3c et 3d) et à celle des entrefers.
    Dans l'exemple montré sur la figure 3c, on fait appel à des parties magnétiques en C d'épaisseur réduite et dans l'exemple de la figure 3d, la largeur l des extrémités des branches ouvertes (la largeur l est la dimension dans la direction perpendiculaire à la grande branche du C) est réduite.
    Ainsi, dans l'exemple de la figure 3c, la longueur de la palette est réduite dans les mêmes proportions que la distance séparant les faces latérales externes des deux pièces magnétiques.
    On a représenté sur la figure 16 deux dispositifs de commande du type de ceux décrits en relation avec les figures 2 et 3 dont l'un, 130, est destiné à commander une première soupape et dont l'autre, 132, est destiné à commander une seconde soupape à proximité de la première. Ces deux dispositifs de commande sont disposés de façon que les plans des pièces magnétiques soient parallèles. Cependant, les branches principales des circuits magnétiques et donc les bobines sont en des positions opposées. Ainsi, la distance L entre les axes des deux soupapes, commandées par dispositifs 130 et 132, est sensiblement égale à l'épaisseur e d'un dispositif de commande sans tenir compte de la surépaisseur des bobines 134. L'épaisseur e est la distance séparant les faces externes des deux pièces magnétiques d'un dispositif de commande.
    La figure 17 est une figure analogue à celle de la figure 16 mais dans le cas où l'on prévoit deux dispositifs de commande 136 et 138 du type de ceux représentés sur la figure 5.
    Sur la figure 18, on a représenté deux dispositifs de commande 140 et 142 du type de ceux représentés sur les figures 6 et 7. On constate que, par rapport aux figures 16 et 17, on peut réduire dans des proportions importantes la distance séparant deux soupapes. Cette réalisation est donc particulièrement intéressante pour équiper un moteur de faible cylindrée ou pour obtenir des efforts importants, par exemple dans le cas d'actionneurs pour l'échappement.

    Claims (19)

    1. Dispositif d'actionnement de soupape de moteur à combustion interne comprenant une palette magnétique commandant la position de la soupape et coopérant, à cet effet, avec au moins un circuit magnétique comportant au moins un aimant pour attirer la palette alternativement vers une première position d'extrémité pour laquelle la soupape est en position fermée et une seconde position d'extrémité pour laquelle la soupape est en position ouverte, au moins une bobine et des moyens élastiques, notamment à ressort(s), étant prévus pour commander le déplacement de la palette d'une position d'extrémité à l'autre, caractérisé en ce que :
      le circuit magnétique comporte deux parties (30, 32) non-coplanaires dont chacune a une forme sensiblement en C,
      une première bobine (34) entoure la branche principale de la première partie,
      une seconde bobine (36) entoure la branche principale de la seconde partie,
      au moins un aimant (46, 48) relie des faces latérales en regard des deux parties, et
      les deux parties sont disposées de façon telle que les extrémités correspondantes des branches ouvertes soient sensiblement coplanaires, la palette magnétique (42) étant disposée entre les paires d'extrémités.
    2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un second aimant reliant les faces latérales en regard des deux parties.
    3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première et/ou la seconde bobine est disposée sur une branche opposée à la branche ouverte de la première ou seconde partie.
    4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'aimant (ou les aimants) présente(nt) au moins une tranche (52, 54) sensiblement co-planaire avec des tranches des deux parties du circuit magnétique.
    5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux parties du circuit magnétique sont en tôle feuilletée.
    6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la palette présente deux parties d'extrémité dont chacune a la même forme et les mêmes dimensions que les tranches d'extrémités correspondantes des branches ouvertes des parties du circuit magnétique en C.
    7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des deux parties du circuit magnétique présente une forme sensiblement plane et en ce que ces deux parties planes, séparées par un ou deux aimants, sont sensiblement parallèles.
    8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux parties du circuit magnétique sont pratiquement identiques et disposées symétriquement par rapport à un plan médian parallèle à ces deux parties.
    9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux branches pleines de chaque partie en C du circuit magnétique sont à l'opposé l'une de l'autre en projection sur un plan parallèle aux deux parties.
    10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que chacune des deux parties du circuit magnétique présente une forme sensiblement plane et en ce que ces deux parties planes sont séparées par un ou deux aimants et forment entre elles un angle aigu de façon que la distance séparant les extrémités des branches ouvertes du C soit plus faible que la distance séparant les grandes branches des parties en C.
    11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chacune des deux parties du circuit magnétique en C présente une première section de forme sensiblement plane et parallèle à la section correspondante de l'autre partie, l'aimant ou les aimants étant disposé(s) entre ces deux sections parallèles et une seconde section de forme et disposition telles que la distance séparant les extrémités des branches ouvertes du C soit plus faible que la distance séparant les grandes branches des deux parties en C.
    12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une face de la palette présente au moins un épaulement auquel correspond un épaulement d'une extrémité d'une branche ouverte d'une partie du circuit en C.
    13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'épaulement s'étend selon une direction rectiligne.
    14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'épaulement s'étend selon une direction curviligne.
    15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la palette présente une forme générale rectangulaire, orthogonale ou circulaire.
    16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section de l'aimant ou des aimants en contact avec les deux parties de circuit magnétique est supérieure à la section des extrémités des deux branches ouvertes des deux parties en C du circuit magnétique.
    17. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aimant ou les aimants est (sont) en ferrite.
    18. Ensemble d'au moins deux dispositifs d'actionnement de soupape selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux dispositifs sont disposés de façon telle que les bobines des deux dispositifs d'actionnement soient éloignées les unes des autres.
    19. Moteur à combustion interne comprenant au moins un dispositif d'actionnement selon l'une des revendications 1 à 17.
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