FR2761410A1 - Dispositif de commande de soupape d'etranglement - Google Patents

Dispositif de commande de soupape d'etranglement Download PDF

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Masanobu Matsusaka
Mazaru Shimizu
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Abstract

Un dispositif de commande d'étranglement est prévu grâce auquel la quantité d'admission d'air dans un moteur à combustion interne est commandée ou déterminée sur la base d'un degré d'ouverture d'une soupape d'étranglement. La soupape d'étranglement est constituée par un corps de soupape monté de façon fixe sur un arbre de soupape supporté en rotation dans un logement. L'arbre de soupape est connecté via un mécanisme de réduction à un arbre de sortie d'un moteur DC sans noyau disposé dans le logement. Le moteur DC est mis en rotation pour ouvrir (fermer) pour augmenter (diminuer) la quantité d'admission d'air dans le moteur sur la base d'un changement de position d'une pédale d'accélération, par exemple, en faisant tourner le corps de soupape via l'arbre de soupape d'un angle correspondant au changement de position de la pédale. L'utilisation d'un tel moteur sans noyau DC permet à la soupape d'étranglement de répondre très rapidement au positionnement de la pédale d'accélération avec une grande précision.

Description

DISPOSITIF DE COMMANDE DE SOUPAPE D'ETRANGLEMENT
CONTEXTE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un dispositif de commande de soupape d'étranglement (ou de papillon des gaz), et en particulier un appareil de commande de soupape d'étranglement qui commande un moteur en fonction de l'enfoncement d'une pédale d'accélérateur et d'une valeur d'ordre issue d'une unité de commande de moteur (ECU), afin d'ouvrir et de fermer une valve d'étranglement, commandant ainsi la quantité d'arrivée d'air d'un moteur à combustion interne.
Dans un dispositif de commande de soupape d'étranglement conventionnel décrit dans la demande de brevet japonaise NO 7-97950, un moteur DC est utilisé pour établir des positions d'une soupape d'étranglement en réponse à la position de la pédale d'accélérateur correspondante. En effet, un tel moteur DC peut rapidement fonctionner sur la base du transfert de la position de pédale d'accélérateur, mais le positionnement résultant de la soupape d'étranglement n'est pas satisfaisant du fait de la constitution du moteur DC dans lequel de nombreuses fentes sont formées dans un noyau d'armature.
D'un autre côté, un autre appareil de commande de soupape d'étranglement décrit dans la demande de brevet japonais 5-163988 utilise un moteur pas à pas au lieu d'un moteur DC. Ce dispositif, à la différence du dispositif mentionné au-dessus, peut fournir un positionnement de soupape d'étranglement avec une grande précision. Cependant, un tel positionnement très précis de la soupape d'étranglement ne peut pas être établi rapidement en réponse à la position de la pédale d'accélérateur correspondante, du fait que le moteur pas à pas ne tourne pas à haute vitesse.
RESUME DE L'INVENTION
Ainsi, un des objets de la présente invention est de,proposer un dispositif de soupape d'étranglement qui peut prévoir un positionnement très précis d'une soupape d'étranglement, qui est établi rapidement.
Afin d'atteindre l'objectif mentionné au-dessus, le dispositif de commande de soupape d'étranglement pour le contrôle de la quantité d'air injectée dans le moteur à combustion interne comporte : un logement ayant à l'intérieur un coeur de soupape qui est en communication hydraulique avec le moteur à combustion interne; un arbre de soupape monté en rotation sur le logement et traversant le coeur de soupape le long de son diamètre, un corps de soupape monté de façon fixe sur l'arbre de soupape afin de tourner avec lui dans le coeur de soupape et constituant une soupape d'étranglement dont les degrés variables d'ouverture déterminent la quantité de gaz injecté dans le moteur à combustion interne; et un moteur DC sans noyau comportant un arbre de sortie connecté à l'arbre de soupape via un mécanisme de réduction et mettant l'arbre de soupape en rotation pour ajuster le degré d'ouverture de la soupape d'étranglement.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'objet mentionné au-dessus ainsi que d'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront plus apparents à partir de la description détaillée suivante à titre d'exemple d'un mode de réalisation préféré, de la présente invention, illustré par les figures jointes dans lesquelles
La Figure 1 représente une vue fragmentaire d'un mode de réalisation d'un dispositif de commande de soupape d'étranglement selon la présente invention;
La Figure 2 représente un schéma sous forme de blocs d'un dispositif de commande (ou contrôleur) qui est un élément essentiel du dispositif de commande de soupape d'étranglement représenté sur la Figure 1; et
La Figure 3 représente un diagramme de circuit d'un circuit d'entraînement bi-directionnel qui est un autre élément essentiel du dispositif de commande de soupape d'étranglement représenté sur la Figure 1.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Un mode de réalisation préféré de la présente invention sera décrit ci-après en détail en référence aux figures jointes.
En se référant d'abord à la Figure 1, est illustrée une partie essentielle ou principale d'un dispositif de commande de soupape d'étranglement. Ce dispositif de commande de soupape d'étranglement commande un moteur 3 en fonction de l'enfoncement d'une pédale d'accélérateur 99 (représentée sur la Figure 2) afin d'ouvrir et de fermer une soupape d'étranglement comportant un corps de soupape 21, contrôlant ainsi la quantité d'air admis dans le moteur à combustion interne 95.
Le 'dispositif de commande de soupape d'étranglement comporte un logement 1 qui est fait d'un alliage d'aluminium ou d'un autre matériau tel que de l'acier ou de la céramique, et qui comporte un logement de soupape 11 dans lequel est formé un cceur de soupape ou coeur 10. Le coeur de soupape 10 est disposé entre le moteur à combustion interne 95 et un collecteur d'admission 90. Le logement l comporte aussi à lune de ses parties d'extrémité un cadre d'extrémité 12 qui ferme une ouverture du logement de soupape 1.
Un arbre de soupape ou d'étranglement 2 est supporté en rotation sur ses parties d'extrémités opposées au logement de soupape 11 via respectivement un palier 22 et un autre palier 23. Sur l'arbre d'étra-.slement 2, est monté de façon fixe un élément de soupape o un corps 21 qui est positionné dans le noyau de soupape 10. Ainsi, le corps de soupape 10 peut être mis en rotation dans le coeur de soupape 10. A une partie d'extrémité de l'arbre d'étranglement 2, est prévu un capteur d'étranglement 5 qui sert à la détection d'un angle de rotation ou d'une position angulaire de l'arbre d'étranglement 2 par rapport à un plan traversant la cceur au niveau de l'axe de l'arbre d'étranglement 2, détectant ainsi un degré d'ouverture du corps de soupape 21 par rapport au noyau de soupape 10. La position angulaire de l'arbre d'étranglement 2, telle que détectée par les capteurs 5, indique la quantité d'arrivée d'air du moteur à combustion interne 95. Sur l'autre partie d'extrémité de l'arbre d'étranglement 2, est monté de façon fixe un embrayage de sortie 41 d'un mécanisme de réduction 44 comportant plusieurs embrayages de type connu. L'arbre à étranglement 2 est pressé par un ressort de retour 6 afin que le corps de soupape 21 ferme pour diminuer la quantité d'arrivée d'air. L'arbre d'étranglement 2 est aussi forcé par un ressort d'ouverture 7 comportant une force de pression pour que le corps de soupape 10 s'ouvre pour augmenter la quantité d'admission d'air. La valeur de la force de pression du ressort d'ouverture 7 est déterminée de manière à ce qu'un degré d'ouverture du corps de soupape 10, tandis qu'aucun courant n'est appliqué au moteur 3, soit légèrement plus grand que celui lorsque le moteur est dans une condition de ralenti.
Dans une partie inférieure du logement de soupape 11, est prévu un noyau 14 qui a la forme d'un noyau aveugle cylindrique, et qui s'étend parallèlement à l'arbre de soupape et le moteur 3 est disposé à l'intérieur. Le moteur 3 est de la forme d'un moteur DC sans noyau et comporte un collier 31 qui est constitué d'acier doux, formé dans une configuration cylindrique comportant des extrémités d'ouverture opposées, une bobine d'induit 32 comportant une configuration compliquée avec une extrémité ouverte, un aimant de champ magnétique 33 fait d'un aimant permanent et formé dans une configuration cylindrique avec des extrémités opposées ouvertes, un arbre de moteur 34, et une plaque d'extrémité plaquée fine 35.
La plaque d'extrémité 35 est connectée au logement de soupape 11 afin de fermer complètement une ouverture du noyau 14. Une partie d'extrémité de l'arbre de moteur 34 est supportée via un coussinet 36 à une partie d'une surface interne de la partie de base de l'aimant de champ magnétique 33, tandis que l'autre partie d'extrémité de l'arbre du moteur 34 est supportée à la plaque d'extrémité 35 via un palier 37.
Excepté pour la partie d'extrémité de l'aimant de champ magnétique 33, un espace ou gap est défini entre la surface interne de l'aimant de champ magnétique 33 et une surface externe de l'arbre du moteur 34. La partie de base de l'aimant de champ magnétique 33 s'emboîte parfaitement dans un fond étagé du noyau 14 dans lequel le moteur 3 est disposé, avec comme résultat que l'aimant de champ magnétique 33 est supporté par le logement de soupape 11 de façon encastrée.
Sur l'arbre du moteur 34, est montée parfaitement une partie de la bobine d'induit 32 dont la partie principale s'étend parallèlement à l'arbre du moteur 34. La partie principale de la bobine d'induit 32 comporte une bobine de fil formée dans une configuration cylindrique, dans laquelle les deux parties d'extrémité sont connectées à des commutateurs 38 qui sont isolés électriquement l'un de l'autre. Les commutateurs 38 sont respectivement connectés à des fils 40 (seulement un seul est représenté) pour recevoir un courant.
Une partie d'extrémité du collier 31 est ajustée dans une cavité 13 du noyau 14, tandis que l'autre partie d'extrémité du collier 31 est ajustée avec une partie étagée de la plaque d'extrémité 35. Aucune autre explication concernant le moteur DC sans noyau ne sera donnée, du fait que le moteur 3 en lui-même est bien connu dans sa disposition, fonctionnement et fonction.
Sur l'autre partie d'extrémité de l'arbre du moteur 34 qui s'étend à l'extérieur de la plaque d'extrémité 35, est montée de façon fixe une roue solaire 42. La roue solaire 42, un embrayage intermédiaire 43 connecté en rotation au logement de soupape 11 par une broche 44, et l'engrenage extérieur 41, sont disposés de manière à ce que chaque embrayage adjacent soit en engagement d'accouplement l'un avec 1' autre.
Un contrôleur 8 comportant un microprocesseur 81 (voir Figure 2), comme composant principal, est réalisé pour établir une commande de retour ou une commande PID sur la base du capteur d'étranglement 5 indiquant le degré d'ouverture du corps de soupape 21.
Ci-après, la façon dont le dispositif de commande d'étranglement comportant la structure précédente est commandé, est décrite en détail en référence à la Figure 2 dans laquelle un schéma sous forme de blocs est illustré.
Un signal reçu du capteur de pédale d'accélération 98 qui indique un degré d'enfoncement ou de position d'une pédale d'accélérateur 99, est rentré dans une unité de commande de moteur ou ECU 9. De plus, l'ECU 9 est ajusté pour recevoir des informations concernant le moteur, telles qu'une température de moteur. A l'intérieur de 1'ECU 9, sur la base du signal et de l'information concernant le moteur, un degré-cible de signal d'ouverture est déterminé, et le signal résultant est sorti vers le microprocesseur 81. Le signal indiquant le degré réel d'ouverture de l'arbre de moteur 24, sorti du capteur d'étranglement 5, est converti au niveau d'un convertisseur A/N 82 en un signal numérique, et le signal résultant est envoyé au microprocesseur 81.
Dans le microprocesseur 81, une déviation entre le degré-cible du signal d'ouverture et le degré réel du signal d'ouverture est calculée, et la valeur résultante est amplifiée à une valeur. Sur la base d'une telle valeur, des signaux d'entraînement V1, V2, V3 et V4 sont envoyés au circuit d'entraînement bidirectionnel 83, et sur la base des signaux d'entraînement V1, V2, V3 et V4, les circuits d'entraînement bidirectionnels 83 établissent une commande PWM (Modulation par Impulsions de Largeur Variable) par rapport à un courant fourni à la bobine d'induit 32 du moteur 3. Ainsi, le corps de soupape 21 sur l'arbre d'étranglement 2 est maintenu au degré-cible d'ouverture qui est fixé ou déterminé par 1'ECU 9 grâce à la commande de retour.
Sur la figure 3, un diagramme de circuit du circuit d'entraînement bidirectionnel 83 est illustré.
Une première connexion en série d'un transistor MOS à canal N 831 et un transistor MOS à canal N 833 sont connectés en parallèle à une seconde connexion en série d'un transistor MOS à canal N 832 et d'un transistor MOS à canal N 834. Chacun des transistors 831 à 834 est connecté en parallèle à une diode à effet de volant D. A la place de cette diode, la diode parasite correspondante de chaque transistor est disponible.
Les transistors 831 et 832 sont supposés agir respectivement comme un commutateur côté haut et un commutateur côté bas, et ces transistors constituent un inverseur ou un circuit d'entraînement. De façon similaire, les transistors 833 et 834 sont supposés agir respectivement comme un interrupteur côté haut et un interrupteur côté bas, et ces transistors constituent un autre inverseur ou un autre circuit d'entraînement. La bobine d'induit du moteur 3 est disposée entre des points de sortie des circuits inverseurs.
La façon dont le microprocesseur 81 commande le circuit d'entraînement bidirectionnel 83 est expliquée ci-après. Lorsque le corps de bobine 21 s'ouvre, les tensions de sortie V2, V3, V4 et V1 sont ajustées respectivement pour être à un niveau bas, niveau bas, niveau haut et tension PWM (Modulation en Largeur d'Impulsions). Le rapport d'utilisation de fonctionnement de la tension PWM varie en fonction de la déviation entre les degrés-cibles d'ouverture et les degrés réels d'ouverture. Ainsi, les transistors 832 et 833 sont rendus normalement non passants (OFF), le transistor 832 est ajusté pour être normalement passant (ON), et le transistor 831 est commandé pour être sous commande PWM, le corps de soupape 21 est ouvert à la valeur-cible.
Au contraire, lorsque le corps de soupape 21 se ferme, les tensions de sortie V1, V4, V3 et V2 sont respectivement ajustées pour être à un niveau bas, niveau bas, niveau haut et tension PWM (Modulation par
Impulsions de Largeur Variable). Le rapport de fonctionnement de la tension PWM varie en fonction de la déviation entre les degrés-cibles d'ouverture et les degrés réels d'ouverture. Ainsi, à l'intérieur du circuit d'entraînement bidirectionnel 83, les transistors 831 et 834 sont rendus normalement à l'état non-passant (OFF), le transistor 833 est rendu à l'état normalement passant (ON), le transistor 832 est commandé pour être sous commande PWM, le corps de soupape 21 est fermé à la valeur-cible.
Le dispositif de commande d'étranglement comportant la structure mentionnée au-dessus présente les mérites et avantages suivants.
(1) L'utilisation du moteur DC sans coeur 3 ne
comporte pas ou peu d'inertie, et le couple
permet d'atténuer la force de pression du
ressort de rappel 6, il en résulte une
moindre sortie du moteur 3. Ainsi, la
miniaturisation et la diminution en poids de
chacune des parties concernées amène à une
réponse rapide du corps de soupape, et à la
prévention de pompage dans la commande de
retour.
(2) La miniaturisation et la diminution en poids
des éléments permettent une flexibilité dans
l'assemblage du dispositif de commande
d'étranglement.
(3) Le support direct de l'aimant de champ
magnétique 33 par le logement de soupape 11
rend sa partie d'extrémité distale libre
d'amplification de vibration de résonance.
Ainsi, un maintien stable de l'aimant de
champ magnétique peut être obtenu.
(4) Le support de l'arbre de moteur 34 par le
logement de soupape 11 sans un logement,
rend le moteur 3 en lui-même plus léger.
(5) Le logement du moteur 3 à l'intérieur du
logement de soupape 11 signifie que le bruit
électromagnétique possible causé par les
bougies au niveau du commutateur du moteur
3, est évité à l'extérieur du logement de
soupape 11 (appelé "effet bouclier"). Ainsi,
l'unité de commande du moteur et les
dispositifs électriques équipant le véhicule
ne sont pas perturbés par le bruit
électromagnétique.
L'invention a ainsi été représentée et décrite en référence à un mode de réalisation particulier.
Cependant, il est à noter que l'invention n'est pas limitée au détail de la structure illustrée mais aux changements et modifications qui peuvent être faits sans sortir de l'étendue de protection des revendications cijointes.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1 - Un dispositif de commande d'étranglement pour commander une quantité d'admission d'air dans un moteur à combustion interne, caractérisé par
un logement (1) comportant à l'intérieur un noyau de soupape (10) qui est en communication hydraulique avec le moteur (95) à combustion interne;
un arbre de soupape (2) monté en rotation sur le logement (1) et traversant le noyau de soupape (10) le long de son diamètre;
un corps de soupape (21) monté de façon fixe sur l'arbre de soupape (2) afin d'être mis en rotation avec lui à l'intérieur du noyau de soupape (10), et constituant une soupape d'étranglement dont les degrés variables d'ouverture déterminent la quantité d'admission d'air à l'intérieur du moteur à combustion interne (95); et
un moteur (3) sans noyau DC comportant un arbre de sortie (34) connecté à l'arbre de soupape (2) via un mécanisme de réduction (44), et tournant, qui met en rotation l'arbre de soupape (2) pour ajuster le degré d'ouverture de la soupape d'étranglement.
2 - Un dispositif de commande d'étranglement selon la revendication 1, caractérisé en outre par un ressort de rappel (6) pour forcer l'arbre dans une direction pour fermer la soupape.
3 - Un dispositif de commande d'étranglement selon la revendication 1, caractérisé en outre par un détecteur d'étranglement (5) qui détecte une position angulaire de l'arbre de soupape (2) par rapport à un plan passant au travers du diamètre du coeur (10) au niveau de l'axe de l'arbre de soupape (2), et qui émet un signal indiquant la position angulaire détectée de l'arbre de soupape (2), et un dispositif de commande (8) établissant une commande sur la base de retour du moteur sans noyau DC (3), sur la base du signal obtenu à partir du capteur (5).
4 - Un dispositif de commande d'étranglement selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le moteur sans noyau DC (3) est un moteur prévu avec un commutateur (38), et comporte un stator comportant un aimant de champ magnétique (33) de forme cylindrique connecté au logement (11) de façon encastrée et logé dans la bobine d'induction, et un collier (31) entourant la bobine d'induction (32).
5 - Un dispositif de commande d'étranglement selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'une partie d'extrémité de l'arbre de sortie (34) est connectée en rotation au logement (11) via l'aimant de champ magnétique (33), tandis que l'autre partie d'extrémité de l'arbre de sortie (34) est connectée au logement (11) via une plaque d'extrémité (35) qui ferme une partie d'extrémité ouverte du logement (11).
6 - Un dispositif de commande d'étranglement selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'aimant de champ magnétique (33) comporte une partie d'extrémité proche qui est connectée directement au logement (11).
7 - Un dispositif de commande d'étranglement selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'une partie extérieure de la partie d'extrémité proche de l'aimant de champ magnétique (33) est parfaitement emboîtée dans le logement (11).
8 - Dispositif de commande d'étranglement selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un moteur (3) sans coeur DC est disposé dans le logement.
9 - Un dispositif de commande d'étranglement pour commander la quantité d'admission d'air dans un moteur à combustion interne (95) caractérisé par
un logement (1) ayant à l'intérieur un coeur de soupape (10) qui est en communication hydraulique avec le moteur à combustion interne (95);
un arbre de soupape (2) monté en rotation sur le logement et traversant le coeur de soupape (10) le long de son diamètre;
un corps de soupape (21) monté de façon fixe sur l'arbre de soupape (2) afin d'être mis en rotation avec lui à l'intérieur du coeur de soupape (10), et constituant une soupape d'étranglement dont le degré variable d'ouverture détermine le volume d'admission d'air dans le moteur à combustion interne (95); et
un moteur sans coeur DC (3) comportant un arbre de sortie (34) connecté à l'arbre de soupape (2) via un mécanisme de réduction (44) pour mettre en rotation l'arbre de soupape (2), l'arbre de sortie (34) ayant deux parties d'extrémité, une partie d'extrémité de l'arbre de sortie (34) étant connectée en rotation au logement (11), l'autre partie d'extrémité de l'arbre de sortie étant connecté en rotation à une plaque d'extrémité (35) qui ferme une partie d'extrémité ouverte du logement (11).
10 - Un dispositif de commande d'étranglement selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le moteur sans coeur DC (3)est prévu avec un commutateur (38), est disposé dans le logement (11), et comporte un stator ayant un aimant de forme cylindrique (33) connecté au logement (11) de façon encastrée et disposé dans la bobine d'induit (32), et un collier entourant la bobine d'induit.
11 - Un dispositif de commande d'étranglement pour commander la quantité d'admission d'air dans un moteur à combustion interne (95) caractérisé par
un logement (11) ayant à l'intérieur un noyau de soupape (10) qui est en communication hydraulique avec le moteur à combustion interne (95);
un arbre de soupape (2) monté en rotation sur le logement (11) et s'étendant au travers de son diamètre;
un corps de soupape (21) monté de façon fixe sur l'arbre de soupape (2) afin d'être mis en rotation avec lui à l'intérieur du coeur de soupape (10), et constituant une soupape d'étranglement dont le degré variable d'ouverture détermine l'admission d'air dans le moteur à combustion interne (95);
un noyau aveugle (14) formé dans le logement (11) de façon à ce qu'il s'étende parallèlement à l'arbre de soupape (2), le noyau aveugle (14) comportant une partie d'extrémité ouverte et une partie d'extrémité de fond positionnées au niveau de l'une et l'autre parties d'extrémité du logement;
une plaque d'extrémité (35) fermant la partie d'extrémité ouverte du coeur aveugle (14);
un moteur DC sans noyau (3) disposé dans le coeur aveugle (14) de manière à ce que les deux côtés d'extrémité du moteur sans noyau, sauf pour son arbre de sortie (34), soient respectivement supportées de façon fixe par la plaque d'extrémité (35) et la partie de fond du noyau aveugle (14), une partie d'extrémité de l'arbre de sortie (34) s'étendant à l'extérieur du noyau aveugle après être passée au travers de la plaque d'extrémité; et
un mécanisme de réduction (44) disposé entre une partie d'extrémité de l'arbre de sortie (34) et une partie d'extrémité de l'arbre de soupape (2).
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