FR2812121A1 - Actionneur lineaire electromagnetique de soupape comportant une seule bobine - Google Patents

Abstract

L'invention propose un actionneur lin eaire electromagn etique (10), comportant une bobine electromagn etique (18) qui est susceptible de cr eer un flux magn etique (phi) exerçant une force d'attraction magn etique sur une pièce de commutation (58) port ee par un organe mobile (12), caract eris e en ce qu'il comporte un circuit magn etique (16) formant un entrefer magn etique sup erieur et un entrefer magn etique inf erieur, et en ce que, lorsque l'on alimente la bobine (18) en courant electrique, la pièce de commutation (58) de l'organe mobile (12) est attir ee dans l'entrefer sup erieur, ou inf erieur, sous l'effet de l'attraction magn etique exerc ee par le champ magn etique r egnant dans l'entrefer, ce qui provoque le d eplacement de l'organe mobile (12) vers sa position haute, respectivement vers sa position basse.

Description

B721 "Actionneur linéaire électromagnétique de soupape comportant une

seule bobine" La présente invention concerne un actionneur linéaire électromagnétique. La présente invention concerne plus particulièrement un actionneur linéaire électromagnétique, notamment pour l'actionnement d'une soupape de moteur à combustion interne, comportant une bobine électromagnétique qui est susceptible de créer un flux magnétique exerçant une force d'attraction magnétique sur une pièce de commutation portée par un organe mobile, en vue de provoquer le déplacement de l'organe mobile, suivant un axe, entre une position haute et une position basse, du type dans lequel l'organe mobile comporte des moyens élastiques de rappel vers une position intermédiaire, ou position de repos,

située entre la position haute et la position basse.

Pour satisfaire les normes de dépollution et pour réduire la consommation des moteurs à combustion interne, les constructeurs automobiles ont développé des moteurs dans lesquels les soupapes sont commandées individuellement par des actionneurs linéaires électromagnétiques, par exemple du type

décrit dans le document WO-A-96/19643.

Généralement, les actionneurs électromagnétiques de soupapes comportent deux ressorts, un ressort de soupape et un

ressort d'actionneur.

Le corps de l'actionneur renferme deux électro-aimants supérieur et inférieur qui sont susceptibles d'agir sur une palette de commande qui est montée sur l'extrémité supérieure de la tige d'actionnement de la soupape. La palette de commande vient se coller alternativement sur les électro-aimants supérieur ou inférieur lorsque l'on commande respectivement la fermeture ou

l'ouverture de la soupape.

Ce type d'actionneur présente un coût élevé car il nécessite deux bobines comportant chacune un circuit

électronique de commande associe.

B721 De plus, le mode de fonctionnement de ces systèmes

implique une consommation élevée d'énergie électrique.

Le temps de réponse est trop important notamment en raison de la masse importante de l'équipage mobile, ce qui limite le régime des moteurs. Dans un tel système, la soupape ne peut pas tourner autour de l'axe de sa tige car elle est liée rigidement à la palette

de commande.

Les frottements mécanique internes étant importants, ils 0o provoquent des dysfonctionnements des actionneurs et

augmentent la consommation d'énergie électrique.

La présence de ressorts hélicoïdaux de rappel implique un encombrement en hauteur important, ce qui empêche l'intégration

de tels systèmes dans des moteurs d'architecture moderne.

Ces inconvénients sont actuellement trop pénalisants pour

permettre des applications industrielles à court terme.

L'invention vise à remédier à ces inconvénients.

Dans ce but l'invention propose un actionneur du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit magnétique qui comprend une branche principale traversant la bobine et qui comprend une branche ouverte supérieure et une branche ouverte inférieure, superposées axialement, formant respectivement un entrefer magnétique supérieur et un entrefer magnétique inférieur, de manière que le flux magnétique créé par la bobine dans le circuit se répartisse régulièrement dans les deux entrefers, et en ce que, lorsque l'on alimente la bobine en courant électrique, la pièce de commutation de l'organe mobile est attirée dans l'entrefer supérieur, ou inférieur, sous l'effet de l'attraction magnétique exercée par le champ magnétique régnant dans l'entrefer, ce qui provoque le déplacement de l'organe mobile vers sa position haute, respectivement vers sa position basse. Selon d'autres caractéristiques de l'invention B721

- chaque entrefer est délimité par deux surfaces en vis-à-

vis, ou surfaces d'entrefer, sensiblement symétriques par rapport à un plan axial, et la piece de commutation comporte une surface supérieure de commutation associée à chaque surface d'entrefer supérieur, et une surface inférieure de commutation associée à chaque surface d'entrefer inférieur; - chaque surface de commutation a une forme sensiblement complémentaire de la surface d'entrefer associée; - chaque surface d'entrefer est une surface plane 1o définissant un plan qui est incliné par rapport au plan axial et qui coupe le plan axial selon une droite transversale par rapport à l'axe de déplacement, et chaque surface d'entrefer supérieur est orientée globalement vers le bas et chaque surface d'entrefer inférieur est orientée globalement vers le haut, chaque surface de commutation étant sensiblement parallèle à la surface d'entrefer associée; - I'angle d'inclinaison des surfaces d'entrefer supérieur, par rapport au plan axial, est différent de l'angle d'inclinaison des surfaces d'entrefer inférieur, par rapport au plan axial, de manière que la force de traction, qui s'exerce sur l'organe mobile vers le haut et qui résulte de la force d'attraction magnétique exercée par l'entrefer supérieur, soit différente de la force de traction vers le bas, en vue de privilégier le déplacement de l'organe mobile depuis sa position intermédiaire vers la position haute ou basse; - la pièce de commutation est un aimant permanent polarisé suivant un axe sensiblement normal à une surface supérieure de commutation et à une surface inférieure de commutation, les deux surfaces de commutation étant opposées par rapport au plan axial, de manière que, selon un premier sens du courant dans la bobine, les surfaces de commutation polarisées soient attirées par les surfaces d'entrefer associées et, selon un deuxième sens du courant dans la bobine, les surfaces de commutation polarisées soient repoussées par les surfaces d'entrefer associées, et de manière que la position haute et la B721 position basse soient des états stables de l'organe mobile lorsque le courant dans la bobine est nul, ou lorsque la bobine est alimentée par un courant dans le premier sens, I'alimentation par un courant dans le deuxième sens provoquant alors le changement de position de l'organe mobile; - la pièce de commutation comporte deux aimants permanents qui sont polarisés suivant l'axe de déplacement et qui sont agencés de chaque côté du plan axial, et le sens de polarisation des deux aimants est opposé, de manière que, en lo fonction du sens du flux dans les entrefers, les surfaces supérieures de commutation soient attirées, ou repoussées, par les surfaces d'entrefer associées et les surfaces inférieures de commutation soient repoussées, respectivement attirées, par les surfaces d'entrefer associées, et de manière que la position haute et la position basse soient des états stables de l'organe mobile, l'inversion du sens du courant dans la bobine provoquant alors le changement de position de l'organe mobile; - dans la position haute de l'organe mobile, il existe un jeu entre chaque surface de commutation supérieure et la surface d'entrefer associée; - des conduits d'huile sont réalisés dans la branche inférieure du circuit et acheminent de l'huile au niveau des surfaces d'entrefer inférieur, en vue de les lubrifier et en vue d'amortir les chocs de la pièce de commutation sur les surfaces d'entrefer inférieur, lorsque l'organe mobile arrive en position basse; - les moyens élastiques de rappel comportent au moins un ressort à lame transversale; - chaque lame est montée solidaire en déplacement axial sur l'organe mobile, et ses bords d'extrémité libre sont montés articulés dans un support fixe, par rapport à l'organe mobile; - une lame supérieure de ressort est montée sur l'organe mobile, au-dessus de la pièce de commutation, et une lame B72 1 inférieure de ressort est montée sur l'organe mobile, au-dessous de la pièce de commutation; - la pièce de commutation est réalisée en deux parties sensiblement symétriques par rapport à un plan transversal à I'axe de déplacement, et une lame transversale de ressort est agencée entre les deux parties de la pièce de commutation et est montée articulée entre les deux branches superposées du circuit magnétique; - chacun des bords d'extrémité libre d'une lame est monté 0o articulé dans une fente aux bords arrondis; - chaque lame comporte deux bords d'extrémité libre, transversaux par rapport à l'axe de déplacement et parallèles au plan axial, qui portent chacun un cylindre, ou tourillon, d'orientation transversale et parallèle au plan axial formant un axe d'articulation de la lame lors du déplacement de l'organe mobile; - une soupape est montée libre en rotation, autour de son axe de déplacement, à l'extrémité axiale inférieure de l'organe mobile; - des paliers de guidage de l'organe mobile, qui sont réalisés en matériau amagnétique, sont agencés dans le circuit magnétique, au voisinage des entrefers;

- I'organe mobile est une tige axiale.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la

compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale qui représente un actionneur linéaire commandant le déplacement 3o d'une soupape selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en perspective qui représente les entrefers et l'organe mobile de l'actionneur de la figure 1; B721 - la figure 3 est un schéma qui représente les forces magnétiques s'appliquant à la pièce de commutation de l'actionneur de la figure 1 - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente la soupape dans la position haute; - la figure 5 est une vue similaire à la précédente qui représente la soupape dans la position basse; - la figure 6 est une vue similaire à la précédente qui représente un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel l'actionneur comporte une lame de ressort supérieure et une lame de ressort inférieure; - la figure 7 est un schéma qui illustre le sens de polarisation de l'aimant constituant la pièce de commutation d'une variante du deuxième mode de réalisation; - la figure 8 est un schéma similaire au précédent qui illustre le sens de polarisation des deux aimants constituant la pièce de commutation d'une autre variante du deuxième mode de réalisation; - la figure 9 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel les moyens de rappel élastiques sont agencés à l'extérieur

du boîtier de l'actionneur.

Dans la suite de la description, des éléments identiques ou

similaires seront désignés par des références identiques.

On définira arbitrairement, et à titre non limitatif, une direction axiale suivant l'axe de déplacement A-A qui est ici

verticale, conformément à la figure 1.

On note que l'orientation verticale de l'axe de déplacement A-A n'est pas nécessaire au fonctionnement du dispositif d'entraînement selon l'invention. L'axe de déplacement A-A pourrait par exemple être horizontal, donc perpendiculaire à

l'orientation de la gravité terrestre.

B721 On a représenté sur les figures 1 et 2 un actionneur 10 électromagnétique de soupape 12 selon un premier mode de

réalisation de l'invention.

L'actionneur 10 comporte un boîtier 14 contenant un circuit magnétique 16 et une bobine électromagnétique 18 qui commandent les déplacements de la soupape 12 suivant l'axe de

déplacement A-A.

Le circuit magnétique 16 comporte ici une branche principale 20, une branche ouverte supérieure 22 et une branche

i0 ouverte inférieure 24 qui sont superposées axialement A-A.

Le circuit magnétique 16 est réalisé par exemple en acier et chaque branche 20, 22, 24 a une section sensiblement rectangulaire. La bobine électromagnétique 18 est agencée autour de la branche principale 20 en vue de créer un flux magnétique 4 dans

le circuit magnétique 16.

L'axe B-B de la bobine 18 est sensiblement parallèle à la branche principale 20. L'axe B-B est ici perpendiculaire à l'axe de

déplacement A-A et il est contenu dans le plan de la figure 1.

L'axe B-B de la bobine 18 définit une direction dite longitudinale. La bobine 18 est alimentée en courant électrique par deux

fils 26 qui sont reliés à un circuit de commande (non représenté).

Chaque branche ouverte 22, 24 forme un entrefer magnétique Es, Ei dans lequel règne un champ magnétique Bs, Bi. Les branches ouvertes 22, 24 sont de formes et de dimensions sensiblement similaires, de manière que le flux magnétique ó créé par la bobine 18 se répartisse régulièrement

dans les deux entrefers Es, Ei.

Les deux branches ouvertes 22, 24 délimitent axialement A-A entre elles un espace 28 creux qui assure une répartition du B721 flux magnétique 3 dans les deux branches 22, 24 en deux flux

magnétiques indépendants 31, 32.

Le champ magnétique Bs régnant dans l'entrefer supérieur Es est donc sensiblement égal au champ magnétique Bi régnant dans l'entrefer inférieur Ei, et ils sont orientés dans le même sens

suivant la direction longitudinale B-B.

On définit une direction transversale C-C qui est perpendiculaire à la direction longitudinale B-B et à l'axe de

déplacement A-A.

io On définit aussi un plan axial Pa qui contient l'axe de déplacement AA et qui est parallèle à l'axe transversal C-C, donc

qui est ici perpendiculaire au plan de la figure 1.

Les surfaces globalement contenues dans des plans perpendiculaires à l'axe de déplacement A-A seront qualifiées de

s 5surfaces transversales.

Chaque entrefer Es, Ei d'une branche ouverte 22, 24 est délimité par deux surfaces 30, 32, 34, 36 en vis-à-vis, ou surfaces d'entrefer, qui sont sensiblement symétriques par rapport au plan

axial Pa.

Chaque surface d'entrefer 30, 32, 34, 36 est ici une surface plane qui définit un plan incliné par rapport au plan axial Pa. Chacun des plans inclinés coupe le plan axial Pa selon une

droite transversale C-C.

De plus, les surfaces d'entrefer supérieur 30, 32 sont globalement orientées vers le bas et les surfaces d'entrefer

inférieur 34, 36 sont globalement orientées vers le haut.

La soupape 12 est guidée en coulissement axial, suivant

l'axe A-A, dans les entrefers Es, Ei.

La tête 38 de la soupape 12 est située à l'extrémité axiale

inférieure de sa tige 40.

Le tronçon inférieur 42 de la tige 40 s'étend, vers le bas, à l'extérieur du boîtier 14, au travers d'un trou axial 44 de la paroi

transversale inférieure 46 du boîtier 14.

B721 Le tronçon inférieur 42 de la tige 40 est guidé en coulissement axial dans un palier inférieur 48 qui est monté dans le trou axial 44, contre une surface transversale d'épaulement 50

orientée vers le haut.

Le tronçon supérieur 52 de la tige 40 est guidé en coulissement axial dans un palier supérieur 54 qui est fixé sur la face transversale supérieure 56 de la branche ouverte supérieure 22. Les paliers inférieur 48 et supérieur 54 sont réalisés en 1o matériau amagnétique de manière qu'ils ne puissent fermer le

circuit magnétique 16 au niveau des entrefers Es, Ei.

La soupape 12 porte autour de sa tige 40 une pièce de commutation 58 qui est en appui axial vers le bas, par sa surface transversale inférieure, sur une surface transversale

d'épaulement 60, orientée vers le haut, de la tige 40.

La pièce de commutation 58 est ici constituée de deux prismes 62, 64 à section triangulaire isocèle qui comportent

chacun un trou axial 66 et qui sont empilés axialement.

Chaque prisme 62, 64 a deux faces 68, 70, 72, 74 de formes sensiblement complémentaires aux surfaces d'entrefer 30, 32, 34, 36 en vis-à-vis. Chacune des faces isocèles 68, 70 du prisme supérieur 62, ou surfaces supérieures de commutation, est sensiblement parallèle à la surface d'entrefer supérieur 30, 32 en vis-à-vis, et chacune des faces isocèles 72, 74 du prisme inférieur 64, ou surface inférieure de commutation, est sensiblement

parallèle à la surface d'entrefer inférieur 34, 36 en vis-à-vis.

On note que d'autres formes complémentaires peuvent remplacer les surfaces planes, par exemple les surfaces de commutation 68, 70, 72, 74 et les surfaces d'entrefer 30, 32, 34,

36 associées peuvent être de formes sphériques.

Dans la position intermédiaire Pi qui est représentée ici, chaque surface de commutation 68, 70, 72, 74 est séparée de la surface d'entrefer 30, 32, 34, 36 associée par un jeu, ou intervalle

I, sensiblement identique.

B721I On note que les faces opposées d'extrémité de chaque prisme 62, 64 sont perpendiculaires au plan axial Pa et parallèles

à l'axe de déplacement A-A.

Une entretoise 76 est empilée axialement sur le prisme supérieur 62, autour du tronçon supérieur 52 de la tige 40, et un écrou 78 est vissé à l'extrémité axiale supérieure de la tige 40 en vue de retenir axialement la pièce de commutation 58 et

l'entretoise 76 sur la tige 40.

Selon le premier mode de réalisation représenté ici, une o0 lame de ressort 80 est empilée axialement sur la tige 40, entre les

deux prismes 62, 64 de la pièce de commutation 58.

Dans la position intermédiaire Pi de la soupape 12, la lame

est sensiblement transversale à l'axe de déplacement A-A.

En se déformant élastiquement, la lame 80 assure le rappel de la soupape 12 depuis sa position haute Ph ou sa

position basse Pb vers sa position intermédiaire Pi.

Avantageusement, les bords d'extrémité libre 82, 84 de la lame 80 qui sont parallèles au plan axial Pa portent chacun un

cylindre 86, 88, ou tourillon, d'axe parallèle à l'axe transversal C-

C. Chaque tourillon 86, 88 comporte par exemple une fente , 92 dans laquelle est insérée le bord d'extrémité libre 82, 84 associé de la lame 80, et chaque tourillon 86, 88 est par exemple monté libre à rotation, par ses extrémités axiales, dans des

logements complémentaires (non représentés) du boîtier 14.

Chaque tourillon 86, 88 forme un axe d'articulation de la lame 80 lors de sa déformation de manière à diminuer les contraintes d'extension ou de traction qui s'appliquent sur la lame 80. Chaque tourillon 86, 88 est agencé dans l'un des fonds opposés 94, 96, par rapport au plan axial Pa, de l'espace 28 qui

sépare axialement les deux branches ouvertes 22, 24.

On note que les faces non isocèles 98, 100 des prismes 62, 64, qui sont en contact avec le tronçon central 102 de la lame B72 I Il , sont légèrement convexes vers la lame 80, ce qui crée un jeu entre le tronçon central 102 de la lame 80 et les bords transversaux 104, 106, 108, 110 des faces non isocèles 98, 100 des prismes 62, 64 qui permet à la lame 80 de se déformer sur toute sa longueur, y compris au niveau de son tronçon central 102. Des conduits 112, 114 sont réalisés longitudinalement dans la branche ouverte inférieure 24 en vue d'acheminer de l'huile (non représentée) sur les surfaces d'entrefer inférieur 34, 36. On décrira maintenant le fonctionnement de l'actionneur 10

selon le premier mode de réalisation qui vient d'être décrit.

Lorsque l'on alimente la bobine 18 en courant électrique, elle crée, dans le tronçon du circuit magnétique 16 qui est interne à la bobine 18, un champ magnétique B orienté suivant l'axe longitudinal B-B, et donc un flux magnétique 4 circule dans

l'ensemble du circuit magnétique 16.

En fonction du sens du courant dans la bobine 18, le flux magnétique 4 circule dans un premier sens ou dans un deuxième sens, par exemple il circule dans la branche principale 20 de la droite vers la gauche suivant la figure 1. Il se répartit ensuite régulièrement, en deux flux ó1, ó2 sensiblement égaux, dans les deux branches ouvertes 22, 24, puis il arrive dans la branche

principale 20 par son côté droit.

Le flux magnétique 41, 42 qui circule dans chaque entrefer Es, Ei produit une force d'attraction magnétique Fms, Fmi sur la pièce de commutation 58 qui tend à placer la pièce de commutation 58 dans un entrefer Es, Ei, chaque surface de commutation 68, 70, 72, 74 venant en contact avec la surface d'entrefer 30, 32, 34, 36 associée, pour fermer le circuit

magnétique 16.

Cependant, on constate que, si les surfaces d'entrefer supérieur 30, 32 et les surfaces d'entrefer inférieur 34, 36 sont B721 inclinées d'un même angle par rapport à l'axe de déplacement A-A, il n'est pas possible de faire sortir la soupape 12 de sa position intermédiaire Pi, car elle est soumise à des forces d'attraction Fms, Fmi de même valeur absolue et de sens opposés. On a représenté sur la figure 3 les forces magnétiques Fms, Fmi auxquelles est soumise la partie gauche de la pièce de

commutation 58.

La force d'attraction magnétique Fms exercée par la io surface d'entrefer supérieur 30 sur la surface supérieure de commutation 68 associée est perpendiculaire à la surface

d'entrefer supérieur 30.

La surface d'entrefer 30 décrit un angle ca1 avec l'axe de

déplacement A-A.

Si l'on définit un repère orthogonal R dans lequel l'axe des abscisses est l'axe longitudinal B-B et l'axe des ordonnées est l'axe de déplacement A-A, l'origine O étant le centre de gravité de la pièce de commutation 58, on peut alors décomposer la force d'attraction magnétique supérieure Fms selon une composante

axiale Fts, et selon une composante longitudinale Fh.

La composante longitudinale Fh n'intervient pas dans le bilan des forces puisque les deux composantes longitudinales des

deux forces magnétiques supérieures Fms s'annulent entre elles.

La composante axiale Fts représente la force de traction exercée vers le haut par la surface d'entrefer supérieur 30 sur la

pièce de commutation 58.

On démontre, grâce aux formules trigonométriques classiques, que: Fts = Fms * sin c1 De manière symétrique par rapport au plan transversal, la surface d'entrefer inférieur 34 décrit un angle a2 avec l'axe de déplacement A-A et on démontre que Fti = Fmi * sin o2 B721 Comme le flux magnétique est réparti régulièrement entre les deux branches ouvertes 22, 24, la force d'attraction magnétique supérieure Fms est égale à la force d'attraction

magnétique inférieure Fmi en valeur absolue.

On remarque donc que si l'angle c:2 a la même valeur absolue que l'angle cc1, alors:

sin c1l = sin c2, et donc: Fts = Fti.

Comme les forces de traction Fts, Fti sont opposées, la soupape est dans une position d'équilibre très stable, qui est 1o accentuée par la sollicitation de la lame de ressort 80 tendant à

maintenir la soupape 12 dans sa position intermédiaire Pi.

Par conséquent, on choisit d'augmenter la force de traction Fts, Fti exercée par l'un des entrefers Es, Ei sur la pièce de commutation, en adoptant un angle d'inclinaison cE1 des surfaces d'entrefer supérieur 30, 32 qui est légèrement différent de l'angle d'inclinaison cx2 des surfaces d'entrefer inférieur 34, 36, par exemple supérieur, en vue de privilégier le déplacement de la soupape 12, depuis sa position intermédiaire Pi, vers sa position

haute Ph ou basse Pb, ici vers sa position haute Ph.

Comme on l'a représenté à la figure 4, lorsque l'on alimente la bobine 18 en courant électrique, la force de traction supérieure Fts, qui s'exerce sur la pièce de commutation 58 vers le haut, est alors plus importante que la force de traction inférieure Fti, ce qui provoque le déplacement de la soupape 12 vers le haut, jusqu'à une position haute Ph dans laquelle les surfaces supérieures de commutation 68, 70 tendent à venir en

contact avec les surfaces d'entrefer associées 30, 32.

On note que la position haute Ph de la soupape 12 correspond à une position de fermeture dans laquelle la tête 38 de la soupape 12 est en appui axial vers le haut contre son siège 116. B721 Dans la position haute Ph, la lame de ressort 80 est déformée vers le haut et elle sollicite la soupape 12 vers le bas

en vue de la rappeler vers sa position intermédiaire Pi.

Dès que l'on coupe l'alimentation de la bobine 18 en courant, il n'y a plus de flux magnétique 4 dans le circuit magnétique 16 et les entrefers Es, Ei n'exercent plus de force

d'attraction magnétique Fms, Fmi sur la pièce de commutation 58.

Par conséquent, la force élastique de rappel de la lame de ressort

provoque le déplacement axial de la soupape 12 vers le bas.

Grâce à l'énergie cinétique emmagasinée par la soupape 12 au cours de son déplacement vers le bas, la soupape 12

dépasse, vers le bas, la position intermédiaire Pi.

On rétablit alors le courant dans la bobine 18 ce qui

rétablit le flux magnétique ó dans le circuit 16.

Comme la soupape 12 a dépassé la position intermédiaire Pi vers le bas, les surfaces inférieures de commutation 72, 74 sont proches des surfaces d'entrefer inférieur 34, 36. Par conséquent, la force d'attraction magnétique Fmi exercée sur la pièce de commutation 58 par l'entrefer inférieur Ei est plus importante que la force d'attraction magnétique Fms exercée sur

la pièce de commutation 58 par l'entrefer supérieur Es.

Les surfaces inférieures de commutation 72, 74 viennent alors " se coller " contre les surfaces d'entrefer inférieur 34, 36 pour fermer le circuit magnétique 16, ce qui correspond à la position basse Pb de la soupape 12 qui est représentée à la

figure 5.

On note que la position basse Pb correspond à une

position de pleine ouverture de la soupape 12.

Dans la position basse Pb, la lame de ressort 80 est déformée vers le bas et tend à rappeler la soupape 12 vers sa

position intermédiaire Pi, donc vers le haut.

Dès que l'on coupe l'alimentation de la bobine 18 en courant, la soupape 12 se déplace vers le haut, sous la B721 sollicitation de la lame de ressort 80, et elle dépasse la position

intermédiaire Pi, vers le haut, grâce à son énergie cinétique.

Si l'on rétablit le courant lorsque la soupape 12 dépasse la position intermédiaire Pi vers le haut, la soupape 12 reprend alors sa position haute Ph et l'actionneur peut continuer à fonctionner

de la manière indiquée précédemment.

Si l'on ne rétablit pas le courant, la soupape 12 dépasse la position intermédiaire Pi vers le haut, puis elle est rappelée vers le bas par la lame de ressort 80. La soupape 12 oscille donc 0o autour de sa position intermédiaire Pi pendant un court instant puis, en raison notamment des frottements, son énergie cinétique se dissipe et elle se stabilise alors dans sa position intermédiaire Pi. On note que le choix de la hauteur de l'entretoise 76 permet de déterminer le jeu de fonctionnement qui doit exister, dans la position haute Ph, entre les surfaces d'entrefer supérieur , 32 et les surfaces de commutation associées 68, 70, en vue d'assurer un appui axial suffisant de la tête 38 de soupape 12 sur son siège 116, garant d'une bonne étanchéité entre la tête 38 de

soupape 12 et son siège 116, lors de la fermeture.

Dans la position haute Ph, la face transversale supérieure de la pièce de commutation 58 est alors en appui axial vers le haut contre la face transversale inférieure du palier supérieur 54,

celui-ci formant une butée axiale supérieure.

Lorsque la soupape 12 occupe la position haute Ph, le flux magnétique ó1 circule dans la branche ouverte supérieure 22 en traversant la pièce de commutation 58. On peut mesurer dans le circuit électrique 26 alimentant la bobine 18 une valeur de réluctance, ou de self-inductance, qui dépendde la valeur du jeu de fonctionnement entre les surfaces d'entrefer supérieur 30, 32

et les surfaces de commutation associées 68, 70.

On peut donc connaître la valeur du jeu de fonctionnement

par la mesure de la réluctance dans le circuit électrique 26.

B72 I Dans la position basse Pb, les surfaces inférieures de commutation 72, 74 sont ici en contact avec les surfaces

d'entrefer inférieur 34, 36.

Grâce aux conduits 112, 114 on amène de l'huile sur les surfaces d'entrefer inférieur 34, 36 ce qui amortit les chocs entre les surfaces d'entrefer inférieur 34, 36 et les surfaces de

commutation associées 72, 74 à l'ouverture de la soupape 12.

Selon des variantes (non représentées) de réalisation de l'invention, on peut prévoir d'autres moyens connus de butée, vers le bas et vers le haut, en vue de soulager le palier supérieur

54 et les surfaces de commutation 68, 70, 72, 74.

On a représenté à la figure 6 un deuxième mode de

réalisation de l'invention.

Selon ce mode de réalisation, on a remplacé la lame de i5 ressort 80 par une lame supérieure de ressort 118 et une lame

inférieure de ressort 120 qui sont agencées respectivement au-

dessus de la branche ouverte supérieure 22 et au-dessous de la

branche ouverte inférieure 24.

La lame supérieure de ressort 118 est intercalée, sur la tige 40 de la soupape 12, entre l'écrou de blocage 78 et

l'entretoise 76.

La lame inférieure de ressort 120 est intercalée, sur la tige de la soupape 12, entre la surface transversale d'épaulement

de la tige 40 et une entretoise supplémentaire 122.

Les lames supérieure 118 et inférieure 120 de ressort sont similaires à la lame de ressort 80 du premier mode de réalisation

et elles portent des tourillons 86, 88 similaires.

Les tourillons 86, 88 sont par exemple montés libre à rotation dans des logements complémentaires (non représentés)

du boîtier 14.

Les lames inférieure 118 et supérieure 120 remplissent la même fonction que la lame de ressort 80 du premier mode de réalisation en concourant simultanément au rappel de la soupape 12 depuis sa position basse Pb ou sa position haute Ph vers sa

position intermédiaire Pi.

On remarque que la pièce de commutation 58 est réalisée ici en une seule partie. s L'absence de lame de ressort 80 entre les branches ouvertes supérieure 22 et inférieure 24 permet de diminuer la hauteur axiale de l'espace 28 qui les sépare. Selon une variante du deuxième mode de réalisation de l'invention qui est schématisée à la figure 7, la pièce de 0o commutation 58 est un aimant permanent qui est polarisé suivant un axe D-D sensiblement normal à une surface supérieure de commutation 68 et à une surface inférieure de commutation 74 qui

sont opposées par rapport au plan axial Pa.

Sur la figure 7, les pôles sud et nord sont identifiés

respectivement par les lettres " S " et " N ".

La pièce de commutation 58 a par exemple son pôle nord en bas à droite, au voisinage de la surface inférieure droite de commutation 74, et son pôle sud en haut à gauche, au voisinage

de la surface supérieure gauche de commutation 68.

Lorsque l'on alimente la bobine 18 en courant suivant un premier sens, le flux magnétique)1, 42 circule dans les entrefers Es, Ei suivant un premier sens, par exemple de la gauche vers la

droite sur la figure 7.

Les surfaces d'entrefer à gauche 30, 34 sont donc des pôles nord et les surfaces d'entrefer à droite 32, 36 sont des pôles sud. Par conséquent, le pôle nord de la pièce de commutation 58 se trouve en vis-à-vis d'un pôle sud, qui l'attire, et le pôle sud de la pièce de commutation se trouve en vis-à-vis

d'un pôle nord, qui l'attire.

Dans la position intermédiaire Pi, comme les angles d'inclinaison a1 des surfaces d'entrefer supérieur 30, 32 avec le plan axial Pa sont plus importants que les angles d'inclinaison oL2 des surfaces d'entrefer inférieur 34, 36, la soupape 12 se déplace vers la position haute Ph quand le courant est dans le premier sens. Lorsque l'on inverse le sens du courant dans la bobine 18, qui circule alors selon un deuxième sens, le flux magnétique)1, 42 circule dans les entrefers Es, Ei suivant un deuxième sens, ici de la droite vers la gauche, ce qui provoque une inversion de la

polarisation des surfaces d'entrefer 30, 32, 34, 36.

Les surfaces d'entrefer 30, 36 associées aux surfaces de commutation polarisées 68, 74 exercent alors une force de

répulsion magnétique sur la pièce de commutation 58.

Si l'on inverse le sens du courant, en le faisant circuler selon le deuxième sens, lorsque la soupape 12 est dans la position haute Ph, alors la force de répulsion magnétique provoque le déplacement de la soupape 12 vers sa position

intermédiaire Pi.

Si l'on rétablit le courant selon le premier sens, lorsque la soupape 12 dépasse sa position intermédiaire Pi, vers le bas,

alors la soupape 12 est attirée vers sa position basse Pb.

De manière similaire on peut déplacer la soupape 12

depuis sa position basse Pb vers sa position haute Ph.

Lorsque la soupape 12 est dans la position haute Ph ou basse Pb, en fonction de la puissance de l'aimant constituant la pièce de commutation 58 par rapport à la force de rappel des lames de ressort 118, 120, il est possible de diminuer, voire de couper, le courant alimentant la bobine 18, sans provoquer de

changement de position de la soupape 12.

La position haute Ph et la position basse Pb sont alors des positions stables de la soupape 12, puisque la force d'attraction magnétique Fm exercée par l'aimant suffit à maintenir les surfaces de commutation polarisées 68, 74 contre les surfaces

d'entrefer associées 30, 36.

On note qu'il est possible de positionner la soupape 12 dans sa position intermédiaire Pi au moyen d'une commande appropriée de l'alimentation en courant de la bobine 18, par exemple en alternant à fréquence élevée les deux sens du courant jusqu'à ce que la soupape 12 occupe la position

intermédiaire Pi.

Selon une autre variante du deuxième mode de réalisation de l'invention qui est représentée à la figure 8, la pièce de commutation 58 est réalisée en deux parties 124, 126

symétriques par rapport au plan axial Pa.

La partie gauche 124 de la pièce de commutation 58 est un aimant permanent polarisé suivant l'axe de déplacement A-A, son

io pôle sud étant situé en haut et son pôle nord en bas.

La partie droite 126 de la pièce de commutation 58 est aussi un aimant permanent mais il est pôlarisé en sens inverse

par rapport à la partie gauche 124.

Lorsque le courant circule dans la bobine 18 suivant le premier sens, tel qu'on l'a représenté sur la figure 8, les surfaces supérieures de commutation 68, 70 sont attirées par les surfaces d'entrefer associées 30, 32, alors que les surfaces inférieures de commutation 72, 74 sont repoussées par les surfaces d'entrefer associées 34, 36, ce qui provoque le déplacement de la soupape

12 vers le haut.

De manière opposée, lorsque l'on inverse le sens du courant, qui circule alors suivant le deuxième sens, la polarisation des surfaces d'entrefer 30, 32, 34, 36 s'inverse aussi, ce qui provoque le déplacement de la soupape 12 depuis sa position

haute Ph jusqu'à sa position basse Pb.

On a représenté à la figure 9 un troisième mode de

réalisation de l'invention.

Selon ce mode de réalisation on agence le dispositif de rappel élastique, ici des lames de ressort 128, 130, 132, en

dehors du boîtier 14 de l'actionneur 10.

Le circuit magnétique 16 est ici similaire aux circuits

magnétiques 16 des autres modes de réalisation.

La pièce de commutation 58 est ici réalisée en une seule pièce et elle a une forme hexagonale selon le plan de coupe de la figure. La pièce de commutation 58 est portée par une tige axiale 134 qui entraîne en déplacement axial une soupape 12 agencée à

l'extérieur du boîtier 14.

La tige 134 comporte une surface transversale d'épaulement 136 sur laquelle la pièce de commutation 58 est en

appui axial vers le bas.

Une entretoise 76 est interposée entre la face transversale supérieure de la pièce de commutation 58 et l'écrou de blocage 78 qui retient axialement la pièce de commutation 58 sur la tige 134. L'actionneur 10 comporte des paliers de guidage supérieur 54 et inférieur 48 qui sont similaires à ceux du premier mode de

réalisation et qui guident en coulissement axial la tige 134.

La tige 134 fait saillie à l'extérieur du boîtier 14 par le trou axial 44 et elle comporte à son extrémité axiale inférieure une bille de rotule 138 qui est montée libre à rotation à l'extrémité

axiale supérieure de la soupape 12.

Des lames de ressort supérieure 128, intermédiaire 130, et inférieure 132 sont empilées axialement sur le tronçon supérieur

52 de la tige 40 de soupape 12.

La lame inférieure 132 est retenue axialement sur le tronçon supérieur 52 entre la surface transversale d'épaulement

* orientée vers le haut et une entretoise inférieure 140.

L'entretoise inférieure 140 est interposée axialement entre

la lame inférieure 132 et la lame intermédiaire 130.

Une entretoise supérieure 142 est interposée axialement

entre la lame intermédiaire 130 et la lame supérieure 128.

Un écrou de blocage 144 est vissé à l'extrémité axiale supérieure de la tige 40 de soupape 12 en vue de retenir axialement les lames 128, 130, 132 et en vue de lier en

déplacement axial la tige 134 et la soupape 12.

L'écrou 144 comporte, à son tronçon supérieur 146, un logement 148 de forme complémentaire à la bille de rotule 138 de la tige 134, de manière que la soupape 12 soit libre à rotation, par

rapport à la tige 134, autour de l'axe de déplacement A-A.

Une telle caractéristique améliore l'étanchéité entre la tête 38 de soupape 12 et son siège 116 car la rotation de la soupape 12 au cours de ses déplacements produit un " auto-rodage " de

la tête 38 de soupape 12 sur son siège 116.

Les lames 128, 130, 132 sont montées articulées, par leurs io bords d'extrémité libre 82, 84, dans les fentes 150 de deux supports 152, 154 en vis-à-vis par rapport à l'axe longitudinal B-B. Les fentes 150 ont leurs bords arrondis en vue de faciliter la déformation des lames 128, 130, 132 tout en diminuant les

contraintes de traction auxquelles elle pourrait être soumise.

Les lames de ressort 128, 130, 132 concourent simultanément au rappel de la soupape 18 depuis sa position

haute Ph ou basse Pb vers sa position intermédiaire Pi.

Le fonctionnement de ce mode de réalisation est similaire

au fonctionnement du premier mode de réalisation.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Actionneur linéaire électromagnétique (10), notamment pour l'actionnement d'une soupape (12) de moteur à combustion interne, comportant une bobine électromagnétique (18) qui est susceptible de créer un flux magnétique (4) exerçant une force d'attraction magnétique (Fms, Fmi) sur une pièce de commutation (58) portée par un organe mobile (12, 134), en vue de provoquer le déplacement de l'organe mobile (12, 134), suivant un axe (A-A), entre une position haute (Ph) et une position basse (Pb), du type dans lequel l'organe mobile (12, 134) comporte des moyens élastiques de rappel (80, 118, 120, 128, 130, 132) vers une position intermédiaire (Pi), ou position de repos, située entre la position haute (Ph) et la position basse (Pb), caractérisé en ce qu'il comporte un circuit magnétique (16) qui comprend une branche principale (20) traversant la bobine (18) et qui comprend une branche ouverte supérieure (22) et une branche ouverte inférieure (24), superposées axialement, formant respectivement un entrefer magnétique supérieur (Es) et un entrefer magnétique inférieur (Ei), de manière que le flux magnétique (4) créé par la bobine (18) dans le circuit (16) se répartisse régulièrement (41, 42) dans les deux entrefers (Es, Ei), et en ce que, lorsque l'on alimente la bobine (18) en courant électrique, la pièce de commutation (58) de l'organe mobile (12, 134) est attirée dans l'entrefer supérieur (Es), ou inférieur (Ei), sous l'effet de l'attraction magnétique exercée par le champ magnétique (B) régnant dans l'entrefer (Es, Ei), ce qui provoque le déplacement de l'organe mobile (12, 134) vers sa

position haute (Ph), respectivement vers sa position basse (Pb).

2. Actionneur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque entrefer (Es, Ei) est délimité par deux surfaces (30, 32, 34, 36) en vis-à-vis, ou surfaces d'entrefer, sensiblement symétriques par rapport à un plan axial (Pa), et en ce que la pièce de commutation (58) comporte une surface supérieure de commutation (68, 70) associée à chaque surface d'entrefer supérieur (30, 32), et une surface inférieure de commutation (72, 74) associée à chaque surface d'entrefer inférieur (34, 36).

3. Actionneur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque surface de commutation (68, 70, 72, 74) a une forme sensiblement complémentaire de la surface

d'entrefer associée (30, 32, 34, 36).

4. Actionneur (10) selon l'une quelconque des

revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque surface

d'entrefer (30, 32, 34, 36) est une surface plane définissant un plan qui est incliné par rapport au plan axial (Pa) et qui coupe le plan axial (Pa) selon une droite transversale (C-C) par rapport à lI'axe de déplacement (A-A), et en ce que chaque surface d'entrefer supérieur (30, 32) est orientée globalement vers le bas et chaque surface d'entrefer inférieur (34, 36) est orientée globalement vers le haut, chaque surface de commutation (68, 70, 72, 74) étant sensiblement parallèle à la surface d'entrefer

2o associée (30, 32, 34, 36).

5. Actionneur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison (cO1) des surfaces d'entrefer supérieur (30, 32) , par rapport au plan axial (Pa), est différent de l'angle d'inclinaison (ci2) des surfaces d'entrefer inférieur (34, 36), par rapport au plan axial (Pa), de manière que la force de traction (Fts), qui s'exerce sur l'organe mobile (12, 134) vers le haut et qui résulte de la force d'attraction magnétique (Fms) exercée par l'entrefer supérieur (Es), soit différente de la force de traction (Fti) vers le bas, en vue de privilégier le déplacement de l'organe mobile (12, 134) depuis sa position

intermédiaire (Pi) vers la position haute (Ph) ou basse (Pb).

6. Actionneur (10) selon l'une quelconque des

revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la pièce de

commutation (58) est un aimant permanent polarisé suivant un axe sensiblement normal à une surface supérieure de commutation (68) et à une surface inférieure de commutation (74), les deux surfaces de commutation (68, 74) étant opposées par rapport au plan axial (Pa), de manière que, selon un premier sens du courant dans la bobine (18), les surfaces de commutation polarisées (68, 74) soient attirées par les surfaces d'entrefer associées (30, 36) et, selon un deuxième sens du courant dans la bobine (18), les surfaces de commutation polarisées (68, 74) soient repoussées par les surfaces d'entrefer associées (30, 36), io et de manière que la position haute (Ph) et la position basse (Pb) soient des états stables de l'organe mobile (12) lorsque le courant dans la bobine (18) est nul, ou lorsque la bobine (18) est alimentée par un courant dans le premier sens, I'alimentation par un courant dans le deuxième sens provoquant alors le

i5 changement de position de l'organe mobile (12).

7. Actionneur (10) selon l'une quelconque des

revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la pièce de

commutation (58) comporte deux aimants permanents (124, 126) qui sont polarisés suivant l'axe de déplacement (A-A) et qui sont agencés de chaque côté du plan axial (Pa), et en ce que le sens de polarisation des deux aimants (124, 126) est opposé, de manière que, en fonction du sens du flux (41,)2) dans les entrefers (Es, Ei), les surfaces supérieures de commutation (68, ) soient attirées, ou repoussées, par les surfaces d'entrefer associées (30, 32) et les surfaces inférieures de commutation (72, 74) soient repoussées, respectivement attirées, par les surfaces d'entrefer associées (34, 36), et de manière que la position haute (Ph) et la position basse (Pb) soient des états stables de l'organe mobile (12) , I'inversion du sens du courant dans la bobine (18) provoquant alors le changement de position de l'organe mobile (12).

8. Actionneur (10) selon l'une quelconque des

revendications 2 à 7, caractérisé en ce que, dans la position

haute (Ph) de l'organe mobile (12, 134), il existe un jeu entre chaque surface de commutation supérieure (68, 70) et la surface

d'entrefer associée (30, 32).

9. Actionneur (10) selon l'une quelconque des

revendications 2 à 8, caractérisé en ce que des conduits d'huile

(112, 114) sont réalisés dans la branche inférieure (24) du circuit (16) et acheminent de l'huile au niveau des surfaces d'entrefer inférieur (34, 36), en vue de les lubrifier et en vue d'amortir les chocs de la pièce de commutation (58) sur les surfaces d'entrefer inférieur (34, 36), lorsque l'organe mobile (12) arrive en position

1o basse (Pb).

10. Actionneur (10) selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens

élastiques de rappel comportent au moins un ressort à lame

transversale (80, 118, 120, 128, 130, 132).

11. Actionneur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque lame (80, 118, 120, 128, 130, 132) est montée solidaire en déplacement axial sur l'organe mobile (12, 134), et en ce que ses bords d'extrémité libre (82, 84) sont montés articulés dans un support fixe (14, 16, 152, 154), par

rapport à l'organe mobile (12, 134).

12. Actionneur (10) selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une lame

supérieure de ressort (118) est montée sur l'organe mobile (12), audessus de la pièce de commutation (58), et en ce qu'une lame inférieure de ressort (120) est montée sur l'organe mobile (12),

au-dessous de la pièce de commutation (58).

13. Actionneur (10) selon la revendication 12, caractérisé en ce que la pièce de commutation (58) est réalisée en deux parties (62, 64) sensiblement symétriques par rapport à un plan transversal à l'axe de déplacement (A-A), et en ce qu'une lame transversale de ressort (80) est agencée entre les deux parties (62, 64) de la pièce de commutation (58) et est montée articulée entre les deux branches superposées (22, 24) du circuit

magnétique (16).

14. Actionneur (10) selon l'une quelconque des

revendications 10 à 13, caractérisé en ce que chacun des bords

d'extrémité libre (82, 84) d'une lame (128, 130, 132) est monté

articulé dans une fente (150) aux bords arrondis.

15. Actionneur (10) selon l'une quelconque des

revendications 10 à 13, caractérisé en ce que chaque lame (80,

118, 120) comporte deux bords d'extrémité libre (82, 84), transversaux par rapport à l'axe de déplacement (A-A) et parallèles au plan axial (Pa), qui portent chacun un cylindre (86, 1o 88), ou tourillon, d'orientation transversale et parallèle au plan axial (Pa) formant un axe d'articulation de la lame (80, 118, 120)

lors du déplacement de l'organe mobile (12).

16. Actionneur (10) selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une soupape

(12) est montée libre en rotation, autour de son axe de déplacement (A-A), à l'extrémité axiale inférieure de l'organe

mobile (134).

17. Actionneur (10) selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que des paliers de

guidage (48, 54) de l'organe mobile (12, 134), qui sont réalisés en matériau amagnétique, sont agencés dans le circuit magnétique

(16), au voisinage des entrefers (Es, Ei).

18. Actionneur (10) selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe

mobile (134) est une tige axiale.