FR2784222A1 - Electromagnetic actuator for IC engine valve, comprises armature fixed on valve stem, stabilized by springs, which is displaced magnetically between fully open and closed positions - Google Patents
Electromagnetic actuator for IC engine valve, comprises armature fixed on valve stem, stabilized by springs, which is displaced magnetically between fully open and closed positions Download PDFInfo
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Abstract
Description
II
ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIQUE DE SOUPAPE ELECTROMAGNETIC VALVE ACTUATOR
L'invention concerne les actionneurs électromagnétiques destinés à déplacer en translation une soupape pour l'amener alternativement dans une position d'ouverture et une position de fermeture. Elle trouve une application particulièrement importante dans la commande des soupapes d'un moteur à combustion interne, à The invention relates to electromagnetic actuators intended to move a valve in translation in order to bring it alternately into an open position and a closed position. It finds a particularly important application in the control of the valves of an internal combustion engine, with
allumage par étincelles ou par compression. spark or compression ignition.
A l'heure actuelle, les soupapes de la plupart des moteurs à combustion interne sont actionnées par un arbre à cames entraîné par le moteur. Les vitesses d'ouverture et de fermeture des soupapes commandée par l'arbre à cames sont faibles lorsque le moteur est à bas régime, notamment au démarrage, ce qui est At present, the valves of most internal combustion engines are actuated by a camshaft driven by the engine. The opening and closing speeds of the valves controlled by the camshaft are low when the engine is at low speed, in particular when starting, which is
défavorable au remplissage des chambres de combustion. unfavorable for filling the combustion chambers.
On a également déjà proposé (US-A-4 614 170) des actionneurs Actuators have also already been proposed (US-A-4,614,170)
électromagnétiques permettant de réduire les inconvénients ci- electromagnetic to reduce the above drawbacks
dessus, ayant une palette en matériau ferromagnétique fixée à la queue de soupape, des moyens de rappel élastiques prévus pour maintenir au repos la soupape dans une position médiane entre les position d'ouverture complète et de fermeture, et des moyens électromagnétiques permettant d'amener alternativement les soupapes dans les deux positions. Les moyens électromagnétiques above, having a pallet of ferromagnetic material fixed to the valve stem, elastic return means provided to keep the valve at rest in a middle position between the fully open and closed positions, and electromagnetic means making it possible to bring alternately the valves in the two positions. Electromagnetic means
décrits dans le document US-A-4 614 170 ont un premier électro- described in document US-A-4 614 170 have a first electro-
aimant à noyau ferromagnétique placé d'un côté de la palette et dont l'excitation attire la palette dans un sens tendant à fermer la soupape et un second électro-aimant, placé de l'autre côté de la palette, dont l'excitation tend à amener la soupape dans la magnet with ferromagnetic core placed on one side of the pallet and whose excitation attracts the pallet in a direction tending to close the valve and a second electromagnet, placed on the other side of the pallet, whose excitation tends to bring the valve into the
position de pleine ouverture.full opening position.
L'ensemble soupape-ressort constitue un système oscillant The valve-spring assembly constitutes an oscillating system
excité par alimentations périodiques alternées des électro- excited by alternating periodic supplies of electro-
aimants. L'électro-aimant agissant sur la palette dans le sens de l'ouverture de la soupape commence à être alimenté alors que la palette approche d'un emplacement o elle vient se coller sur le magnets. The electromagnet acting on the pallet in the direction of opening of the valve begins to be supplied as the pallet approaches a location where it comes to stick on the
noyau de l'électro-aimant.core of the electromagnet.
L'invention vise notamment à fournir un actionneur électromagnétique répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, en particulier du fait qu'il a un The invention aims in particular to provide an electromagnetic actuator which better meets those previously known to the requirements of practice, in particular because it has a
encombrement et une connectique réduits. reduced footprint and connectivity.
Pour cela, les moyens électromagnétiques comprennent une bobine unique montée sur un circuit ferromagnétique de constitution telle qu'il présente, en combinaison avec la palette, deux cheminements stables de flux magnétique correspondant l'un et For this, the electromagnetic means comprise a single coil mounted on a ferromagnetic circuit of constitution such that it has, in combination with the pallet, two stable paths of magnetic flux corresponding one and
l'autre à une valeur faible (généralement nulle) d'entrefer. the other at a low (generally zero) air gap value.
L'une des configurations correspond à l'ouverture complète One of the configurations corresponds to full opening
et l'autre à la fermeture.and the other at closure.
Dans son état initial, en position médiane, la palette présentera en général un léger déséquilibre de position ou de circuit magnétique qui fait que le sens dans lequel elle sera attirée à la première mise sous tension de la bobine est In its initial state, in the middle position, the pallet will generally have a slight imbalance in position or magnetic circuit which means that the direction in which it will be attracted when the coil is first energized is
prédéterminé. Ce déséquilibre peut être délibérément provoqué. predetermined. This imbalance can be deliberately caused.
Lorsque par exemple les moyens élastiques de rappel sont constitués de deux ressorts placés chacun d'un côté de la palette, ces deux ressorts peuvent être tels qu'ils donnent à la palette au repos une position dans laquelle la force résultant de l'alimentation de la bobine s'exerce dans un sens déterminé et qu'ils présentent la même énergie potentielle de compression dans les positions de fermeture et de pleine ouverture. Une autre façon de déséquilibrer les forces magnétiques exercées vers le haut et le bas est de dessymétriser les flux dans la partie centrale en When for example the elastic return means consist of two springs each placed on one side of the pallet, these two springs can be such that they give the pallet at rest a position in which the force resulting from the supply of the coil is exerted in a determined direction and that they present the same potential energy of compression in the closed and full opening positions. Another way to unbalance the upward and downward magnetic forces is to desymetize the fluxes in the central part by
jouant sur un profil d'encoche de tôle. playing on a sheet metal notch profile.
L'actionneur, ayant une seule bobine, est plus compact que les actionneurs antérieurs. Son circuit électrique et sa commande The single coil actuator is more compact than previous actuators. Its electrical circuit and its control
sont plus simples et moins coûteux. are simpler and less expensive.
Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres, avantageusement utilisables en liaison avec les précédentes mais pouvant l'être indépendamment, apparaîtront mieux à la lecture de The above characteristics, as well as others, which can advantageously be used in conjunction with the preceding ones but which can be used independently, will appear better on reading
la description qui suit de modes particuliers de réalisation, the following description of particular embodiments,
donnés à titre d'exemples non limitatifs. given by way of nonlimiting examples.
La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans The description refers to the accompanying drawings, in
lesquels: - la figure 1 montre un actionneur de soupape selon un mode de réalisation, en coupe suivant un plan passant par l'axe de la soupape; les figures 2 et 3 sont des coupes partielles de la partie which: - Figure 1 shows a valve actuator according to one embodiment, in section along a plane passing through the axis of the valve; Figures 2 and 3 are partial sections of the part
électromagnétique suivant les lignes II-II et III-III. electromagnetic along lines II-II and III-III.
L'actionneur 10 montré en figures 1 à 3 est constitué d'un ensemble destiné à être monté sur la culasse 12 d'un moteur. Il comporte un boîtier constitué de plusieurs pièces 14 et 16 empilées et assemblées par des moyens non représentés, tels que des vis. Ces pièces sont en matériau non ferromagnétique, par exemple en alliage léger. Le boîtier peut être fixé sur la culasse 12 par l'intermédiaire d'une cale 20 également en matériau non The actuator 10 shown in Figures 1 to 3 consists of an assembly intended to be mounted on the cylinder head 12 of an engine. It comprises a housing made up of several pieces 14 and 16 stacked and assembled by means not shown, such as screws. These parts are made of non-ferromagnetic material, for example a light alloy. The housing can be fixed on the cylinder head 12 by means of a shim 20 also made of non-material
ferromagnétique.ferromagnetic.
L'actionneur comporte une palette 22 en matériau ferromagnétique, avantageusement feuilleté pour réduire les pertes, fixée sur une tige 24 d'entraînement de la soupape 25. En général, plusieurs soupapes sont montées côte-à-côte et on ne dispose que d'une largeur faible pour chaque actionneur dans la direction perpendiculaire à celui de la figure 1. Cela conduit à donner à la palette une forme rectangulaire. La palette ne peut pas tourner dans la pièce 16. La tige 24 peut être fixée à la palette par soudure et guidée par une autre bague 26 fixée à un The actuator comprises a pallet 22 made of ferromagnetic material, advantageously laminated to reduce losses, fixed on a rod 24 for driving the valve 25. In general, several valves are mounted side by side and there are only a small width for each actuator in the direction perpendicular to that of Figure 1. This leads to give the pallet a rectangular shape. The pallet cannot rotate in the part 16. The rod 24 can be fixed to the pallet by welding and guided by another ring 26 fixed to a
prolongement annulaire de la pièce 16. annular extension of the part 16.
Dans le mode de réalisation illustré, la queue de la soupape est séparée de la tige 24. Elle est guidée par une bague fixée In the illustrated embodiment, the valve stem is separated from the rod 24. It is guided by a fixed ring
à la culasse et peut tourner dans celle-ci. to the cylinder head and can turn in it.
Deux ressorts de rappel 28a et 28b sont prévus pour maintenir la soupape au repos dans une position sensiblement médiane entre la position de fermeture et la position de pleine ouverture. Un des ressorts 28a est comprimé entre un plateau 30 fixé à la tige 24 et le prolongement de la pièce 16. L'autre ressort 28b est comprimé entre un plateau 31 fixé à la queue de soupape et le fond du puits de soupape ménagé dans la culasse. Le jeu de distribution Two return springs 28a and 28b are provided to keep the valve at rest in a substantially middle position between the closed position and the fully open position. One of the springs 28a is compressed between a plate 30 fixed to the rod 24 and the extension of the part 16. The other spring 28b is compressed between a plate 31 fixed to the valve stem and the bottom of the valve well formed in the cylinder head. The distribution game
entre la tige levée et la soupape fermée garantit l'étanchéité. between the lifted rod and the closed valve guarantees tightness.
L'actionneur peut tout aussi bien être utilisé avec un ressort unique travaillant en traction/compression et complété d'un amortisseur élastique assurant l'étanchéité à la fermeture de la soupape, comme indiqué dans le brevet français No. 98 11 670. La The actuator can just as easily be used with a single spring working in tension / compression and supplemented with an elastic damper ensuring the tightness when the valve is closed, as indicated in French patent No. 98 11 670. The
tige peut être alors d'une seule pièce avec la soupape. rod can then be in one piece with the valve.
Le boîtier contient un noyau en matériau ferromagnétique 36, avantageusement feuilleté, délimitant un circuit ferromagnétique avec la palette, et une bobine 38 placée dans le noyau. Le noyau représenté peut être en deux parties complémentaires, en appui l'une contre l'autre dans un plan 40 ou d'un seul tenant. Les tôles constitutives de chaque moitié du noyau sont en forme de E (figures 2 et 3). Les branches supérieures 42 s'engagent dans la The housing contains a ferromagnetic material core 36, advantageously laminated, delimiting a ferromagnetic circuit with the pallet, and a coil 38 placed in the core. The core shown may be in two complementary parts, bearing against one another in a plane 40 or in one piece. The sheets constituting each half of the core are E-shaped (Figures 2 and 3). The upper branches 42 engage in the
bobine 36 qu'elles supportent par l'intermédiaire d'un mandrin 44. coil 36 which they support via a mandrel 44.
Les deux autres branches de chaque moitié délimitent un volume de débattement de la palette. L'appui de la palette contre le fond 46 The two other branches of each half define a volume of movement of the pallet. The support of the pallet against the bottom 46
du volume définit la position de pleine ouverture de la soupape. of volume defines the fully open position of the valve.
Le plafond 48 du volume est à un emplacement par rapport au siège de soupape tel que l'entrefer soit pratiquement nul lorsque la soupape est fermée. Une encoche médiane 49, correspondant à la position de repos de la palette 22, peut être prévue dans la chambre, de longueur légèrement supérieure à l'épaisseur de la palette. En-dessus et en-dessous de l'encoche, la paroi du volume ne laisse que le jeu nécessaire au débattement. Le noyau peut aussi bien être d'une seule pièce et bobiné sur machine automatique, ce qui évite la présence d'un entrefer et garantit la précision des encoches 49. L'ensemble constitué par la palette, la soupape et le ressort constitue un système oscillant ayant une fréquence propre. Au cours d'une phase initiale de fonctionnement, l'équipage mobile constitué par la soupape et la palette est alternativement attiré vers le haut et vers le bas, par application à la bobine d'impulsions électriques à une fréquence proche de la fréquence propre du système. La bobine 38 est initialement alimentée pendant une durée correspondant avantageusement au quart de la fréquence propre, ce qui provoque un déplacement de faible amplitude de la palette. Si le système présente une légère dissymétrie dans le placement des encoches 49, le sens de déplacement initial de la palette est imposé. Dans le cas contraire, les vibrations toujours présentes écartent légèrement la palette de sa position médiane, de sorte qu'une force apparaîtra dans tous les cas. Pour provoquer un mouvement en sens inverse de la palette, l'alimentation de la bobine est coupée. Elle est rétablie au bout d'un quart de période, c'est-à-dire à partir du moment o la force électromagnétique exercée sur la palette s'inverse. On obtient ainsi une augmentation de l'élongation. Le processus est poursuivi jusqu'à ce que l'amplitude du mouvement soit tel que la palette vient pratiquement se coller contre la culasse. A partir de ce moment, et en régime permanent, il suffira d'alimenter la bobine à pleine puissance uniquement pendant le temps nécessaire pour ramener l'équipage mobile dans sa position extrême puis sous un courant de maintien plus faible, jusqu'à ce qu'on provoque le The ceiling 48 of the volume is at a location relative to the valve seat such that the air gap is practically zero when the valve is closed. A central notch 49, corresponding to the rest position of the pallet 22, can be provided in the chamber, of length slightly greater than the thickness of the pallet. Above and below the notch, the volume wall leaves only the clearance necessary for the travel. The core may as well be in one piece and wound on an automatic machine, which avoids the presence of an air gap and guarantees the precision of the notches 49. The assembly constituted by the pallet, the valve and the spring constitutes a system oscillating having a natural frequency. During an initial phase of operation, the moving element constituted by the valve and the pallet is alternately attracted up and down, by applying to the coil of electric pulses at a frequency close to the natural frequency of the system. The coil 38 is initially supplied for a period advantageously corresponding to a quarter of the natural frequency, which causes a small amplitude displacement of the pallet. If the system has a slight asymmetry in the placement of the notches 49, the initial direction of movement of the pallet is imposed. Otherwise, the vibrations still present slightly move the pallet from its middle position, so that a force will appear in all cases. To cause the pallet to move in the opposite direction, the coil supply is cut off. It is restored after a quarter of a period, that is to say from the moment when the electromagnetic force exerted on the pallet is reversed. An increase in elongation is thus obtained. The process is continued until the amplitude of the movement is such that the pallet practically sticks against the cylinder head. From this moment, and in steady state, it will suffice to supply the coil at full power only for the time necessary to return the moving element to its extreme position and then under a lower holding current, until 'we cause the
déplacement de l'équipage mobile dans l'autre sens. movement of the moving part in the other direction.
Lorsque le sens initial de déplacement de la palette est indéterminé, un capteur est prévu pour indiquer ce sens à un calculateur 50 qui commande l'alimentation de la bobine 38 par un amplificateur 54. Ce capteur 52 peut être porté par le boîtier 16 et faire saillie vers le bas, de façon à détecter le rapprochement du plateau 30, constitué à cet effet en matériau magnétique. A partir du signal de sortie du capteur 52, le calculateur 50, qui peut être le calculateur de contrôle moteur, détermine quelle position extrême est atteinte par l'équipage mobile et si elle correspond à l'état ouvert ou fermé de la soupape. Il peut alors envoyer une dernière impulsion, si nécessaire pour que toutes les soupapes du moteur soient dans l'état permettant le lancement du moteur. Le capteur 50 permet également, par la variation du signal qu'il fournit, de déterminer l'instant auquel l'équipage mobile When the initial direction of movement of the pallet is undetermined, a sensor is provided to indicate this direction to a computer 50 which controls the supply of the coil 38 by an amplifier 54. This sensor 52 can be carried by the housing 16 and make protruding downward, so as to detect the approach of the plate 30, made for this purpose of magnetic material. From the output signal from the sensor 52, the computer 50, which can be the engine control computer, determines which extreme position is reached by the moving element and whether it corresponds to the open or closed state of the valve. It can then send a last pulse, if necessary so that all the engine valves are in the state allowing the engine to start. The sensor 50 also makes it possible, by varying the signal that it provides, to determine the moment at which the moving assembly
arrive dans sa position externe.arrives in its external position.
L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. Les ressorts 28a et 28b peuvent être placés par The invention is susceptible of numerous variant embodiments. The springs 28a and 28b can be placed by
exemple l'un dans l'autre du boîtier pour réduire l'encombrement. example one inside the other of the housing to reduce the bulk.
Claims (10)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| TP | Transmission of property | ||
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20090630 |