FR2633694A1

FR2633694A1 - Electrically controlled rotary valve

Info

Publication number: FR2633694A1
Application number: FR8808760A
Authority: FR
Inventors: Roger Labouesse
Original assignee: Solex SA
Current assignee: Solex SA
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1990-01-05
Anticipated expiration: 2008-06-29
Also published as: GB2220302A; DE8907897U1; GB8914852D0; IT8948145A0; GB2220302B; FR2633694B1; ES2013568A6; IT1231625B

Abstract

The valve, which can be used particularly on an air supply duct to an internal combustion engine, comprises a casing in which equipment may rotate between a first position and a second position. A return spring 56 forces the equipment into a closed position. The equipment is brought into the open position by exciting a coil 20 for creating an axial magnetic field which coil is associated with a magnetic circuit having a tubular stator 28 surrounding the coil 20 and a rotor 54 belonging to the rotary equipment, the stator and the rotor including interacting teeth 30, 44 the cut of which is such that the magnetic circuit has a minimum reluctance in the open position.

Description

Vanne rotative à commande électrique.Electrically operated rotary valve.

L'invention concerne les vannes à commande élec- The invention relates to electrically operated valves

trique, dites souvent électrovannes, du type comprenant un bottier muni de passages d'entrée et de sortie et un équipage mobile entre une première position o il met en communication les passages et une seconde position o il sépare les passages, équipage sollicité vers une des positions par un ressort de rappel et amené dans l'autre position par des moyens de création de champ magnétique stick, often called solenoid valves, of the type comprising a shoemaker provided with inlet and outlet passages and a movable assembly between a first position where it connects the passages and a second position where it separates the passages, crew requested towards one of the positions by a return spring and brought into the other position by means of creating a magnetic field

lorsque ces derniers sont alimentés. when they are powered.

L'invention trouve une application particulière- The invention finds a particular application-

ment importante, bien que non exclusive, dans les sys- important, although not exclusive, in systems

tèmes d'alimentation de moteur à combustion interne à injection ou à carburation. Les systèmes d'alimentation supply stages of internal combustion engine with injection or carburetion. Power systems

du moteur de véhicules munis d'accessoires à alimenta- the engine of vehicles fitted with fuel accessories

tion électrique, tels que climatiseur, direction assistée, éclairage de forte puissance, etc... doivent souvent comporter un canal d'amenée d'air en dérivation sur le papillon actionné par le conducteur. Ce canal est muni d'une vanne commandée par un circuit sensible à la vitesse du moteur. Lorsque ce dernier est au ralenti, le circuit commande la vanne pour admettre un débit d'air suffisant pour empécher la vitesse de descendre en dessous d'une valeur déterminée en cas de surcharge du moteur, due par exemple à la mise en action d'un accessoire. L'augmentation du débit d'air entraîne à son Electric tion, such as air conditioning, power steering, high-powered lighting, etc., must often have a bypass air intake channel on the throttle actuated by the driver. This channel is provided with a valve controlled by a circuit sensitive to the speed of the motor. When the latter is idling, the circuit controls the valve to admit an air flow sufficient to prevent the speed from falling below a determined value in the event of an engine overload, due for example to the actuation of an accessory. The increase in air flow results in its

tour celle du débit de combustible. that of the fuel flow.

Certaines des vannes à commande électrique utilisées pour ces applications comportent un équipage déplaçable en translation. Mais dans beaucoup de cas, l'obtention de la précision de réglage requise exige Some of the electrically operated valves used for these applications include a unit movable in translation. But in many cases, obtaining the required adjustment accuracy requires

d'utiliser une vanne à équipage rotatif. Les électro- use a rotary valve. Electro-

vannes à équipage rotatif comportent, à l'heure actuel- rotary valves have, at present

le, des bobinages complexes, de constitution comparable à celle des enroulements de moteur électrique, et d'encombrement élevé. Celles de ces vannes o le bobinage est porté par l'équipage mobile nécessitent de the, complex windings, of constitution comparable to that of the windings of an electric motor, and of high bulk. Those of these valves where the winding is carried by the moving assembly require

plus des contacts glissants relativement fragiles. plus relatively fragile sliding contacts.

La présente invention vise à fournir une vanne à commande électrique répondant mieux que celles antérieu- rement connues aux exigences de la pratique, notamment en ce que son encombrement est faible, en ce que les The present invention aims to provide an electrically controlled valve which responds better than those previously known to the requirements of practice, in particular in that its size is small, in that the

moyens permettant de créer le couple de commande élec- means for creating the electrical control torque

trique sont de cot faible et ne présentent qu'un encom- are very low cost and have only a small amount

brement réduit et en ce que l'équipage rotatif a une severely reduced and in that the rotary crew has a

inertie compatible avec les applications usuelles. inertia compatible with usual applications.

Dans ce but l'invention propose une vanne du type ci-dessus défini, caractérisée en ce que les moyens de création du champ magnétique de commande comprennent une bobine fixe de création d'un champ magnétique axial For this purpose the invention provides a valve of the type defined above, characterized in that the means for creating the magnetic control field comprise a fixed coil for creating an axial magnetic field

associé à un circuit magnétique ayant un stator tubu- associated with a magnetic circuit having a tubular stator

laire entourant la bobine et un rotor appartenant à l'équipage rotatif, le stator et le rotor comportant des dents coopérantes dont la découpe est telle que le circuit magnétique présente une réluctance minimale dans laire surrounding the coil and a rotor belonging to the rotary assembly, the stator and the rotor comprising cooperating teeth whose cutting is such that the magnetic circuit has a minimum reluctance in

ladite autre position.said other position.

Le stator peut notamment être constitué par un The stator can in particular be constituted by a

tube ayant au moins une dent délimitée dans le sens cir- tube having at least one tooth delimited in the circular direction

conférentiel par deux arêtes de profondeur différente, deux arêtes successives dans le sens circonférentiel, de profondeur différente, étant reliées par une partie oblique; la dent ou chaque dent du rotor est découpée de façon à venir s'appuyer sur toute la hauteur de l'arête associée & la dent et sur une fraction de la partie oblique lorsque l'équipage est dans ladite autre position. Dans la pratique, le stator comporte en général deux dents et le rotor est alors constitué d'un étrier comportant également deux dents. Pour éviter les risques de collage dû à l'aimantation résiduelle du circuit magnétique, une couche mince de matériau conducteur non ferro-magnétique est avantageusement prévue sur l'une des dents fixes et mobiles de façon à constituer un entrefer sur le circuit magnétique lorsque l'équipage conferential by two edges of different depth, two successive edges in the circumferential direction, of different depth, being connected by an oblique part; the tooth or each tooth of the rotor is cut so as to come to bear on the entire height of the edge associated with the tooth and on a fraction of the oblique part when the crew is in said other position. In practice, the stator generally comprises two teeth and the rotor then consists of a stirrup also comprising two teeth. To avoid the risks of sticking due to the residual magnetization of the magnetic circuit, a thin layer of non-ferro-magnetic conductive material is advantageously provided on one of the fixed and movable teeth so as to constitute an air gap on the magnetic circuit when the 'crew

est dans ladite autre position.is in said other position.

Le débit moyen de passage A travers l'électro- vanne suivant l'invention sera en général commandé en appliquant à la bobine des impulsions électriques de The average flow rate through the solenoid valve according to the invention will generally be controlled by applying electrical impulses to the coil.

rapport cyclique variable, A fréquence fixe ou variable. variable duty cycle, fixed or variable frequency.

Lorsque l'électrovanne est utilisée dans un système d'alimentation de moteur à combustion interne, on donne généralement au moment d'inertie de l'équipage rotatif une valeur suffisante pour que l'équipage mobile prenne une position moyenne d'équilibre qui est fonction du When the solenoid valve is used in an internal combustion engine supply system, the moment of inertia of the rotary assembly is generally given a value sufficient for the moving assembly to assume an average position of equilibrium which is a function of

rapport cyclique des impulsions de courant (A l'intensi- duty cycle of the current pulses (At the intensity

té constante de ces impulsions) même pour une fréquence faible, en général comprise entre 50 et 100 Hz. On peut ainsi commander la position de l'électrovanne, donc le - débit qui la traverse, par modulation de largeur des impulsions appliquées aux moyens de création de champ constant t of these pulses) even for a low frequency, generally between 50 and 100 Hz. It is thus possible to control the position of the solenoid valve, therefore the - flow passing through it, by modulation of the width of the pulses applied to the means of field creation

magnétique.magnetic.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de The invention will be better understood on reading

la description qui suit d'un mode particulier de réali- the following description of a particular mode of realization

sation, donné à titre d'exemple non limitatif. La sation, given by way of nonlimiting example. The

description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, description refers to the accompanying drawings,

dans lesquels: - la figure 1 montre une électrovanne suivant l'invention, en coupe suivant la ligne I-I de la figure 2; in which: - Figure 1 shows a solenoid valve according to the invention, in section along the line I-I of Figure 2;

- la figure 2 est une vue d'avant de l'électro- - Figure 2 is a front view of the electro-

vanne, suivant la direction de la flèche II sur la figure 1; valve, in the direction of arrow II in Figure 1;

- la figure 3 est une vue schématique en pers- - Figure 3 is a schematic perspective view

pective montrant les composants essentiels du circuit ferromagnétique de 1'électrovanne des figures 1 et 2; - la figure 4 est un schéma développé montrant pective showing the essential components of the ferromagnetic circuit of the solenoid valve of FIGS. 1 and 2; - Figure 4 is a developed diagram showing

la forme des dents du stator.the shape of the stator teeth.

L'électrovanne montrée schématiquement en figu- The solenoid valve shown schematically in fig-

res 1 et 2 comporte un boitier 10 en plusieurs pièces res 1 and 2 includes a box 10 in several pieces

assemblées, par exemple en alliage à base d'aluminium. assembled, for example of aluminum-based alloy.

Ce boitier porte un élément de butée 12 sur lequel s'appuie et tourne un équipage rotatif 14 qui peut être This case carries a stop element 12 on which a rotary assembly 14 which can be supported and rotates

considéré comme constitué d'une partie motrice appar- considered to consist of a driving part

tenant au circuit magnétique des moyens de création de relating to the magnetic circuit means for creating

champ et d'une partie de commande de débit de fluide. field and a fluid flow control part.

Le boitier peut être regardé comme comportant une partie arrière contenant la partie motrice de l'équipage rotatif 14 et une partie avant 17 délimitant une chambre logeant la partie de commande. La partie avant est percée de passages d'entrée et de sortie 15a The box can be viewed as comprising a rear part containing the driving part of the rotary assembly 14 and a front part 17 delimiting a chamber housing the control part. The front part is pierced with inlet and outlet passages 15a

et 15 b.and 15 b.

La partie arrière du bottier se compose d'une chemise 26 et d'un fond 16 traversé par des fils isolés 18 d'alimentation d'une bobine 20 de type solénoïde portée par un mandrin 22 en matière plastique. Entre la bobine 20 et une chemise latérale 26, appartenant au bottier 10 et fixée au fond par des vis, est interposé un stator tubulaire 28 en matériau ferromagnétique retenu en rotation par rapport au bottier. Ce stator tubulaire 28 prend appui à l'arrière sur le fond 16. A l'avant il présente une découpe particulière destinée à former des dents en saillie axiale vers l'avant par rapport au mandrin 22 de la bobine 20. A l'intérieur du The rear part of the case consists of a jacket 26 and a bottom 16 crossed by insulated wires 18 supplying a coil 20 of the solenoid type carried by a mandrel 22 made of plastic. Between the coil 20 and a side jacket 26, belonging to the boot 10 and fixed to the bottom by screws, is interposed a tubular stator 28 of ferromagnetic material retained in rotation relative to the boot. This tubular stator 28 is supported at the rear on the bottom 16. At the front it has a particular cutout intended to form teeth projecting axially towards the front relative to the mandrel 22 of the coil 20. Inside of

mandrin 22 est placée une pièce en matériau ferro- mandrel 22 is placed a piece of ferro- material

magnétique 29 de fermeture du flux. magnetic 29 closing the flow.

Dans le mode de réalisation représenté, mieux visible sur les figures 3 et 4, on voit que le,stator tubulaire 28 présente deux dents. Chaque dent 30 peut être regardée comme limitée par une arête avant 32, une arête circonférentielle 34 située nettement au delà du mandrin 22, un pan oblique 36 qui croise le niveau de la face terminale du mandrin et une arête arrière 38 qui se prolonge axialement vers l'intérieur de la bobine au delà de l'arête avant 32. Deux dents successives 34 sont raccordées par une arête circonférentielle 40 partant d'une arête arrière 38, suivie d'un redan et d'une } In the embodiment shown, better visible in Figures 3 and 4, we see that the tubular stator 28 has two teeth. Each tooth 30 can be viewed as limited by a front edge 32, a circumferential edge 34 located clearly beyond the mandrel 22, an oblique face 36 which crosses the level of the end face of the mandrel and a rear edge 38 which extends axially towards the inside of the coil beyond the front edge 32. Two successive teeth 34 are connected by a circumferential edge 40 starting from a rear edge 38, followed by a step and a}

partie oblique 42 rejoignant l'arête avant. oblique part 42 joining the front edge.

Cette disposition donne aux lignes de force du champ magnétique oréé par la bobine 20 une forme différente de celle qu'elles auraient normalement. Le champ créé par un solénoïde a normalement des lignes de force dont chacune est entièrement contenue dans un plan passant par l'axe de la bobine. Du fait de la présence des dents 30 et de leur coopération avec des dents 44 This arrangement gives the lines of force of the magnetic field formed by the coil 20 a shape different from that which they would normally have. The field created by a solenoid normally has lines of force, each of which is entirely contained in a plane passing through the axis of the coil. Due to the presence of teeth 30 and their cooperation with teeth 44

portées par l'équipage rotatif et dont il sera fait men- worn by the rotary crew and which will be made men-

tion plus loin, les lignes de force prennent, à l'inté- tion further, the lines of force take, inside the

rieur des dents, une inclinaison qui leur fait traverser les arêtes avant 32, notamment lorsque les dents 44 de laughing teeth, an inclination which makes them cross the front edges 32, especially when the teeth 44 of

l'équipage rotatif sont contre les arêtes avant 32. the rotary crew are against the front edges 32.

Pour éviter que les dents ne restent collées les unes aux autres dans cette position, une couche mince 46 de. matériau non ferro-magnétique est avantageusement prévue sur les arêtes avant 32; cet entrefer peut To prevent the teeth from sticking together in this position, a thin layer 46 of. non-ferromagnetic material is advantageously provided on the front edges 32; this air gap can

également être réalisé par un dispositif de butée. also be realized by a stop device.

La partie motrice de l'équipage rotatif 14 com- The driving part of the rotary crew 14 comprises

porte un noyau 48 en matériau ferro-magnétique sur lequel est emmanchée une tige 50 appartenant aux moyens de commande du débit, qui s'appuie sur la butée 12. Le noyau 48 tourne sur une bille 52 en matériau isolant en appui contre la pièce 29 sur laquelle elle est appliquée par la butée 12. Au noyau est fixé un rotor 54 en forme d'étrier, terminé par les deux dents 44 coopérant avec les dents 30 du stator. Les dents 44 ont une forme telle que la réluotance du circuit magnétique soit minimale lorsqu'elles sont appliquées contre les arêtes avant des dents 30 (comme indiqué en tirets sur la figure 4) et maximale lorsqu'elles sont au voisinage des arêtes carries a core 48 of ferro-magnetic material on which is fitted a rod 50 belonging to the flow control means, which rests on the stop 12. The core 48 rotates on a ball 52 of insulating material bearing against the part 29 on which it is applied by the stopper 12. To the core is fixed a stirrup-shaped rotor 54, terminated by the two teeth 44 cooperating with the teeth 30 of the stator. The teeth 44 have a shape such that the reluotance of the magnetic circuit is minimal when they are applied against the front edges of the teeth 30 (as indicated in dashes in FIG. 4) and maximum when they are in the vicinity of the edges

arrières 38.rear 38.

Un ressort de rappel doit dans ce cas être prévu pour écarter les dents de la position montrée en figure 4 et les amener vers la position o elles sont montrées In this case, a return spring must be provided to separate the teeth from the position shown in FIG. 4 and bring them to the position where they are shown.

en traits pleins sur la figure 2. Dans le mode de réali- in solid lines in FIG. 2. In the embodiment

sation représenté, ce ressort de rappel 56 constitue également obturateur, la partie avant de l'équipage rotatif 14 ayant une constitution similaire à celle décrite et revendiquée dans la demande de brevet FR 88 01577 de la demanderesse. Le ressort 56 est constitué par une lame enroulée en spirale, dont l'extrémité externe est fixée au boîtier par une tige 58 et dont l'extrémité interne est engagée dans une fente de la As shown, this return spring 56 also constitutes a shutter, the front part of the rotary assembly 14 having a constitution similar to that described and claimed in the patent application FR 88 01577 of the applicant. The spring 56 is constituted by a blade wound in a spiral, the external end of which is fixed to the housing by a rod 58 and the internal end of which is engaged in a slot in the

tige 50 appartenant à l'équipage rotatif. rod 50 belonging to the rotary crew.

Dans le cas illustré, le ressort de rappel 56 a une forme au repos telle qu'il tend à venir s'appliquer contre l'ouverture 15b, en entraînant l'équipage rotatif vers la position montrée en traits pleins en figure 2, opposée à celle de la figure 4. Lorsque la bobine 20 est In the illustrated case, the return spring 56 has a shape at rest such that it tends to come to bear against the opening 15b, driving the rotary assembly towards the position shown in solid lines in FIG. 2, opposite to that of FIG. 4. When the coil 20 is

alimentée en permanence, elle amène au contraire l'équi- permanently supplied, it brings on the contrary the equi-

- page rotatif dans la position montrée en figure 4, le ressort 56 prenant alors la position montrée en traits mixtes sur la figure 2 et libérant une section maximum - rotary page in the position shown in Figure 4, the spring 56 then taking the position shown in broken lines in Figure 2 and freeing a maximum section

de passage.of passage.

On voit qu'une telle vanne est fermée au repos. We see that such a valve is closed at rest.

Lorsqu'elle est alimentée par des créneaux de courant, ayant typiquement une fréquence de 50 à 100 Hz et un rapport cyclique de 20 A 80 %, l'équipage mobile prend une position d'équilibre moyenne intermédiaire, fonction du rapport cyclique et permettant de régler le débit When powered by current slots, typically having a frequency of 50 to 100 Hz and a duty cycle of 20 to 80%, the moving body takes a position of intermediate average equilibrium, function of the duty cycle and allowing adjust the flow

traversant l'électrovanne.through the solenoid valve.

L'invention ne se limite pas au mode particulier db réalisation qui a été représenté et décrit & titre The invention is not limited to the particular embodiment db which has been shown and described & title

d'exemple. Elle est au contraire susceptible de nombreu- example. On the contrary, it is susceptible to numerous

ses variantes de réalisation portant aussi bien sur les moyens de commande de section de passage de fuite que sur la constitution et le nombre de dents du circuit magnétique. its alternative embodiments relating both to the means for controlling the leakage passage section as well as the constitution and the number of teeth of the magnetic circuit.

Claims

1. Electrically controlled valve comprising a housing (10) provided with inlet and outlet passages (15a and 15b) and an assembly (14) rotating between a first position where it connects the passages and one. second position where it separates passages, crew

biased towards one of the positions by a return spring

pel (56) and brought into the other position by means of creation of magnetic field when the latter * 10 are supplied, characterized in that the means of creation of the magnetic control field comprise a fixed coil (20) of creation of '' an axial magnetic field associated with a magnetic circuit having a tubular stator (28) surrounding the coil (20) and a rotor (54) belonging to the rotary assembly, the stator and the rotor comprising cooperating teeth (30,44) the cut of which is such that the magnetic circuit has a minimum reluctance

in said other position.

2. Valve according to claim 1, characterized in that the stator (28) consists of a tube having at least one tooth directed longitudinally, delimited in the circumferential direction by two edges (32,38-) of different depth, two edges successive in the circumferential direction being connected by a part

oblique (42).

3. Valve according to claim 2, characterized in that the tooth or each tooth (44) of the rotor is cut so as to come to bear on the entire height of the associated edge (32) of the tooth or each tooth of the stator and on a fraction of the oblique part (42)

when the crew is in said other position.

4. Valve according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the stator has two teeth and in that the rotor (54) then consists of a stirrup

also having two teeth.

5. Valve according to any one of the claims.

tions above, characterized in that a thin layer (46) of non-ferromagnetic material is provided on one of the fixed and movable teeth to constitute an air gap when the crew is in said other position.

6. Valve according to any one of the claims.

previous tions, characterized in that the rotary assembly has a moment of inertia such that it takes an average equilibrium position when the coil (20) is supplied by current pulses having a variable duty cycle, at a frequency understood

between 50 and 100 Hz.

7. Valve according to any one of the claims.

tions above, characterized in that the return spring (56) consists of a spiral spring fixed to the rotary assembly and to the shoemaker, placed so as to be applied against at least one of the passages (15b) and has the close in one of the two extreme positions of

the rotary crew.