FR2827007A1

FR2827007A1 - Internal combustion engine valve control/mechanism having valve first position action mechanical only and second position electromagnetic action obtained

Info

Publication number: FR2827007A1
Application number: FR0108992A
Authority: FR
Inventors: Emmanuel Sedda
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-01-10
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: FR2827007B1

Abstract

The valve opening and closing mechanism has a valve (40) in a first position obtained only by a mechanical mechanism (46). The valve second position is obtained by electromagnetic action.

Description

DISPOSITIF DE COMMANDE A ÉLECTROAIMANT, NOTAMMENT POUR UNE
SOUPAPE DE MOTEUR À COMBUSTION INTERNE
La présente invention concerne un dispositif de commande de soupape pour un moteur à combustion interne ainsi qu'un moteur équipé d'un tel dispositif. ELECTRIC MAGNET CONTROL DEVICE, PARTICULARLY FOR A
VALVE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE
The present invention relates to a valve control device for an internal combustion engine as well as an engine equipped with such a device.

Les soupapes sont des éléments essentiels des moteurs à combustion interne. Elles permettent le fonctionnement de ces derniers en alternant deux positions :
Une première position dite"ouverte"permet des échanges entre l'intérieur et l'extérieur d'un cylindre utilisant cette soupape, par exemple pour injecter un carburant dans ce cylindre. Valves are essential parts of internal combustion engines. They allow the operation of the latter by alternating two positions:
A first position called "open" allows exchanges between the inside and the outside of a cylinder using this valve, for example to inject fuel into this cylinder.

Une deuxième position dite"fermée"empêche tout échange entre l'intérieur et l'extérieur de ce cylindre, par exemple pour permettre la compression de carburant injecté. A second position called "closed" prevents any exchange between the inside and the outside of this cylinder, for example to allow the compression of injected fuel.

Dans un moteur classique, les soupapes sont actionnées grâce à des liaisons mécaniques relativement complexes avec le reste du moteur. Dans la période récente, des moteurs à soupapes commandées électroniquement ont été développés, cette commande permettant de choisir à volonté les moments d'ouverture et de fermeture. In a conventional engine, the valves are actuated by relatively complex mechanical connections with the rest of the engine. In recent times, electronically controlled valve engines have been developed, this control allowing the choice of opening and closing times at will.

Un tel dispositif comporte des ressorts et deux électroaimants, ces derniers recevant des signaux de commande pour positionner une soupape en position ouverte ou fermée. Such a device comprises springs and two electromagnets, the latter receiving control signals for positioning a valve in the open or closed position.

Un dispositif connu de ce type est représenté sur la figure 1. Il comprend un ressort 12 hélicoïdal entourant une tige 14 solidaire d'une soupape 10 et s'appuyant, d'un côté, contre une butée 16 solidaire de cette tige 14 et, d'un autre côté, contre une butée 18 d'une ouverture 20 solidaire du corps du cylindre 21 correspondant. A known device of this type is shown in FIG. 1. It comprises a helical spring 12 surrounding a rod 14 integral with a valve 10 and bearing, on one side, against a stop 16 integral with this rod 14 and, on the other hand, against an abutment 18 of an opening 20 secured to the body of the corresponding cylinder 21.

La tige 14 est solidaire d'une autre tige 22 portant un plateau 26 en matériau magnétique. Entre les tiges 22 et 14, on prévoit une liaison 24 assurant un jeu permettant à la tige 22 de coulisser alors même que la tige 14 reste immobile. The rod 14 is integral with another rod 22 carrying a plate 26 of magnetic material. Between the rods 22 and 14, there is provided a connection 24 ensuring a clearance allowing the rod 22 to slide even while the rod 14 remains stationary.

Le plateau 26 est installé entre deux électroaimants 28 et 30 traversés par la tige 22. L'extrémité 32 de la tige 22 qui est opposée à la liaison 24 coopère avec l'extrémité d'un autre ressort 34. The plate 26 is installed between two electromagnets 28 and 30 crossed by the rod 22. The end 32 of the rod 22 which is opposite the link 24 cooperates with the end of another spring 34.

La seconde extrémité de ce ressort 34 est fixée à un appui 36 solidaire d'un châssis 37. Les ressorts 34 et 12 maintiennent le plateau 26 équidistant des deux électroaimants 28 et 30 lorsque ces derniers ne génèrent pas de champ magnétique. Cette position peut être réglée en faisant varier la position de l'appui 36 par rapport au châssis 37. The second end of this spring 34 is fixed to a support 36 integral with a chassis 37. The springs 34 and 12 hold the plate 26 equidistant from the two electromagnets 28 and 30 when the latter do not generate a magnetic field. This position can be adjusted by varying the position of the support 36 relative to the chassis 37.

Lorsque l'électroaimant 28 est activé, il attire le plateau 26 et ce dernier vient au contact d'une partie du circuit magnétique de cet électroaimant 28. Ce déplacement entraîne un coulissement de la tige 22 et de la tige 14suivant un axe 27 confondu avec l'axe de ces tiges-tel que la tête 38 de la soupape 10 est amenée à reposer sur son siège. La soupape 10 est alors fermée. When the electromagnet 28 is activated, it attracts the plate 26 and the latter comes into contact with part of the magnetic circuit of this electromagnet 28. This displacement causes the rod 22 and the rod 14 to slide along an axis 27 coinciding with the axis of these rods-such that the head 38 of the valve 10 is brought to rest on its seat. The valve 10 is then closed.

Lorsque l'électroaimant 30 est active, ce dernier attire le plateau 26 qui vient au contact d'une partie du circuit magnétique de ce second électroaimant, entraînant la tige 22 et la tige 14 suivant l'axe 27, la tête 38 s'éloignant When the electromagnet 30 is active, the latter attracts the plate 26 which comes into contact with part of the magnetic circuit of this second electromagnet, driving the rod 22 and the rod 14 along the axis 27, the head 38 moving away

par conséquent de son siège. La soupape 10 est alors en position ouverte. therefore from his seat. The valve 10 is then in the open position.

Les ressorts 12 et 34 sont associés au mouvement des tiges 14 et 22 en se comprimant ou en se détendant suivant les mouvements de ces dernières, un système électromécanique résonnant étant ainsi formé. The springs 12 and 34 are associated with the movement of the rods 14 and 22 by compressing or relaxing according to the movements of the latter, a resonant electromechanical system being thus formed.

La présente invention résulte de la constatation qu'un tel dispositif électromécanique n'est pas optimisé. The present invention results from the observation that such an electromechanical device is not optimized.

En effet, une masse importante d'éléments-tiges, soupape, ressort-est déplacée lors des repositionnements de la soupape 10 alors que des ressorts de raideur élevée sont utilisés pour que la soupape 10 commute rapidement entre sa position ouverte et sa position fermée. Dès lors, le positionnement de la soupape 10 par les électroaimants 28 et 30 nécessite une consommation élevée d'énergie pour que ces derniers exercent une force supérieure à celles exercées par les ressorts. Indeed, a large mass of rod elements, valve, spring-is displaced during repositioning of the valve 10 while high stiffness springs are used so that the valve 10 quickly switches between its open position and its closed position. Consequently, the positioning of the valve 10 by the electromagnets 28 and 30 requires a high consumption of energy so that the latter exert a force greater than those exerted by the springs.

La présente invention remédie à ces inconvénients. The present invention overcomes these drawbacks.

Elle concerne un dispositif électromécanique de commande de soupape pour moteur à combustion interne qui est caractérisé en ce que le positionnement de la soupape en une première position est obtenu par la seule action de moyens mécaniques, le positionnement de la soupape dans la deuxième position étant obtenu par une action électromagnétique. It relates to an electromechanical valve control device for an internal combustion engine which is characterized in that the positioning of the valve in a first position is obtained by the sole action of mechanical means, the positioning of the valve in the second position being obtained by an electromagnetic action.

La consommation en énergie électrique du dispositif est alors réduite par rapport à un dispositif connu puisque, dans une de ses positions, la soupape ne nécessite pas une alimentation électrique. The electrical energy consumption of the device is then reduced compared to a known device since, in one of its positions, the valve does not require an electrical supply.

Dans une réalisation préférée, le positionnement de la soupape dans la deuxième position s'effectue au moyen d'un électroaimant et les moyens mécaniques comprennent un ressort. In a preferred embodiment, the positioning of the valve in the second position is carried out by means of an electromagnet and the mechanical means comprise a spring.

Dans ce cas, il peut être envisagé que la soupape soit solidaire d'un plateau sur lequel agissent l'électroaimant et le ressort. In this case, it can be envisaged that the valve is integral with a plate on which the electromagnet and the spring act.

Dans une réalisation, le plateau et les extrémités correspondantes du circuit magnétique de l'électroaimant présentent une forme tronconique. In one embodiment, the plate and the corresponding ends of the magnetic circuit of the electromagnet have a frustoconical shape.

Selon un mode de réalisation, la première position (obtenue par une action mécanique) est la position ouverte et la deuxième position (obtenue par une action électromagnétique) correspond à une position fermée dans laquelle un entrefer subsiste entre le plateau et le circuit de l'électroaimant. Cet entrefer a alors le même rôle que le jeu 24 entre les tiges 14 et 22 de la figure 1, c'est-à-dire qu'il permet, malgré les dilatations thermiques des pièces, un positionnement hermétique de la tête de la soupape contre son siège. According to one embodiment, the first position (obtained by a mechanical action) is the open position and the second position (obtained by an electromagnetic action) corresponds to a closed position in which an air gap remains between the plate and the circuit of the electro magnet. This air gap then has the same role as the clearance 24 between the rods 14 and 22 of Figure 1, that is to say that it allows, despite the thermal expansions of the parts, a hermetic positioning of the valve head against his seat.

Cet entrefer est de réalisation moins complexe que le jeu 24 du dispositif de la figure 1. This air gap is less complex than the clearance 24 of the device in FIG. 1.

En outre cet entrefer évite les bruits de contact entre le plateau et le circuit magnétique. In addition, this air gap prevents contact noise between the plate and the magnetic circuit.

On prévoit aussi que, dans une réalisation, le dispositif comprenne une butée d'amortissement de fin de course du plateau repoussé par le ressort. It is also expected that, in one embodiment, the device comprises an end-of-travel damping stop for the plate pushed back by the spring.

Selon un mode de réalisation, l'électroaimant comporte un circuit magnétique en forme de U de-façon à limiter les fuites du champ magnétique qu'il transmet. According to one embodiment, the electromagnet comprises a U-shaped magnetic circuit so as to limit the leakage of the magnetic field which it transmits.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description faite ci-dessous, cette dernière étant effectuée à titre descriptif et non limitatif en faisant référence aux dessins ci-après sur lesquels : la figure 1, déjà décrite, représente un dispositif de commande de soupape connu, les figures 2a et 2b représentent un dispositif de commande de soupape en position respectivement ouverte et fermée selon une première réalisation de l'invention, et les figures 3a et 3b représentent un dispositif de commande de soupape en position respectivement ouverte et fermée selon une deuxième réalisation de l'invention. Other characteristics and advantages of the invention will appear with the description given below, the latter being carried out by way of description and without limitation, with reference to the drawings below in which: FIG. 1, already described, represents a device known valve control, Figures 2a and 2b show a valve control device in the respectively open and closed position according to a first embodiment of the invention, and Figures 3a and 3b show a valve control device in the respectively open position and closed according to a second embodiment of the invention.

Dans une première réalisation de l'invention, une soupape est maintenue ouverte par la seule action d'éléments mécaniques du dispositif de commande tandis que la position fermée fait appel à un électroaimant. In a first embodiment of the invention, a valve is kept open by the sole action of mechanical elements of the control device while the closed position uses an electromagnet.

A cet effet, un tel dispositif de commande comprend une soupape 40 (figure 2a) avec une tige 42 solidaire d'un plateau 44 sur lequel agit une première extrémité d'un ressort 46. To this end, such a control device comprises a valve 40 (FIG. 2a) with a rod 42 secured to a plate 44 on which a first end of a spring 46 acts.

L'autre extrémité 47 du ressort 46 présente une position fixée. Ainsi, ce ressort 46 applique le plateau 44 contre une butée 45 solidaire du bord d'une ouverture 48 d'un cylindre 50 équipé de la soupape 40. The other end 47 of the spring 46 has a fixed position. Thus, this spring 46 applies the plate 44 against a stop 45 secured to the edge of an opening 48 of a cylinder 50 fitted with the valve 40.

Pour interrompre les échanges entre le cylindre 50 et l'extérieur, on déplace la soupape 40 suivant un axe 52 de telle sorte que la tête 51 de la soupape 40 vienne s'appuyer contre son siège 49 et bloque tout échange avec l'extérieur (figure 2b). To interrupt the exchanges between the cylinder 50 and the outside, the valve 40 is displaced along an axis 52 so that the head 51 of the valve 40 comes to bear against its seat 49 and blocks any exchange with the outside ( Figure 2b).

A cet effet, on prévoit un électroaimant 150 qui génère un champ magnétique pour attirer le plateau 44 en matériau magnétique. To this end, an electromagnet 150 is provided which generates a magnetic field to attract the plate 44 made of magnetic material.

L'action de l'électroaimant 150 doit être supérieure à l'action du ressort 46 pour obtenir un déplacement du plateau 44 et l'application de la tête 51 de soupape contre son siège 49. The action of the electromagnet 150 must be greater than the action of the spring 46 in order to obtain a displacement of the plate 44 and the application of the valve head 51 against its seat 49.

Il convient donc d'optimiser l'action de l'électroaiment. A cet effet, le circuit magnétique 57 de l'électroaimant 150 présente une forme en U qui engendre ainsi un champ magnétique en circuit fermé, ce circuit fermé comprenant le circuit 57 de l'électroaimant 150 et le plateau 44. L'utilisation d'une forme en U pour l'électroaimant 150 minimise les fuites des champs magnétiques. It is therefore necessary to optimize the action of the electromagnet. To this end, the magnetic circuit 57 of the electromagnet 150 has a U-shape which thus generates a magnetic field in a closed circuit, this closed circuit comprising the circuit 57 of the electromagnet 150 and the plate 44. The use of a U-shape for the electromagnet 150 minimizes leakage of the magnetic fields.

Dans l'exemple, la bobine 53 de l'électroaimant est solidaire de la base 59 du circuit 57 en U. In the example, the coil 53 of the electromagnet is integral with the base 59 of the circuit 57 in a U shape.

Par ailleurs, l'action de cet électroaimant 150 sur le plateau 44 est suffisamment forte pour qu'un ressort visant à rapprocher ce plateau 44 de l'électroaimant 150 ne soit pas Furthermore, the action of this electromagnet 150 on the plate 44 is strong enough so that a spring aimed at bringing this plate 44 closer to the electromagnet 150 is not

nécessaire. En d'autres termes, le plateau 44 se déplace suivant l'axe 52 jusqu'à ce que la tête 51 de la soupape 40 repose contre son siège 49 sous la seule action de l'électroaimant 150. necessary. In other words, the plate 44 moves along the axis 52 until the head 51 of the valve 40 rests against its seat 49 under the sole action of the electromagnet 150.

Dans la réalisation représentée sur la figure 2b, on prévoit un entrefer 54 résiduel entre le plateau 44 et les extrémités des branches du circuit 57 en U de l'électroaimant 150 qui compense les usures et les différences de dilatation thermique entre ces derniers. En outre, l'entrefer résiduel 54 évite les chocs entre le plateau 44 et l'extrémité 55 du circuit magnétique 57, ce qui réduit les bruits de fonctionnement du moteur et améliore la fiabilité du dispositif de commande. In the embodiment shown in FIG. 2b, a residual air gap 54 is provided between the plate 44 and the ends of the branches of the circuit 57 in U of the electromagnet 150 which compensates for the wear and the differences in thermal expansion between the latter. In addition, the residual air gap 54 prevents shocks between the plate 44 and the end 55 of the magnetic circuit 57, which reduces the operating noise of the motor and improves the reliability of the control device.

La masse déplacée lors des repositionnements de la soupape 40 est faible et nécessite une consommation réduite par rapport à un dispositif connu (figure 1). En particulier, la tige 42 peut présenter une longueur plus faible que la longueur des tiges 14 et 22 du dispositif classique (figure 1). The mass displaced during repositioning of the valve 40 is low and requires reduced consumption compared to a known device (Figure 1). In particular, the rod 42 may have a shorter length than the length of the rods 14 and 22 of the conventional device (Figure 1).

Dans l'exemple, le plateau 44 présente un rebord 60 tronconique et, de même, les extrémités 55 du circuit magnétique 57 en U présentent une forme complémentaire, ce qui permet d'augmenter les aires des surfaces en regard du circuit 57 en forme de U et du plateau mobile 44. Ainsi, pour un même courant dans la bobine 53, la force magnétique d'attraction entre ces deux éléments est accrue. In the example, the plate 44 has a frustoconical rim 60 and, likewise, the ends 55 of the magnetic circuit 57 in U have a complementary shape, which makes it possible to increase the areas of the surfaces facing the circuit 57 in the form of U and the movable plate 44. Thus, for the same current in the coil 53, the magnetic force of attraction between these two elements is increased.

La butée 45 peut être métallique ou, pour effectuer un amortissement du plateau 44, être en matériau élastique. Elle peut comporter des ressorts ou amortisseurs de façon à supprimer le bruit d'impact du plateau mobile contre ces butées lors de l'ouverture de la soupape. The stop 45 can be metallic or, to effect a damping of the plate 44, be made of elastic material. It may include springs or dampers so as to suppress the impact noise of the movable plate against these stops when the valve is opened.

Dans une deuxième réalisation de l'invention, le maintien d'une soupape 72 (figure 3a) en position fermée est assuré par l'action mécanique d'un ressort 74 tandis que la position ouverte de cette soupape est obtenue au moyen d'un électroaimant 66. In a second embodiment of the invention, the maintenance of a valve 72 (FIG. 3a) in the closed position is ensured by the mechanical action of a spring 74 while the open position of this valve is obtained by means of a electromagnet 66.

A cet effet, une extrémité 75 du ressort 74 s'appuie contre un plateau magnétique 76, tandis que l'autre extrémité 77 To this end, one end 75 of the spring 74 bears against a magnetic plate 76, while the other end 77

de ce ressort est solidaire d'une butée 78, elle même solidaire du cylindre 80 auquel est affectée la soupape 72. of this spring is secured to a stop 78, itself secured to the cylinder 80 to which the valve 72 is assigned.

La tige 82 de cette soupape 72 étant solidaire du plateau 76, le ressort 74 maintient la soupape 72 contre son siège 73 lorsque ce ressort 74 est en position de repos. The rod 82 of this valve 72 being integral with the plate 76, the spring 74 holds the valve 72 against its seat 73 when this spring 74 is in the rest position.

Lorsque l'électroaimant 66 génère un champ magnétique au moyen de sa bobine 84, une force magnétique entraîne le plateau 76 contre les extrémités 86 du circuit 68 de l'électroaimant 66, le plateau 76 se déplaçant suivant un axe 88 confondu avec l'axe de la tige 82 de la soupape commandée. When the electromagnet 66 generates a magnetic field by means of its coil 84, a magnetic force drives the plate 76 against the ends 86 of the circuit 68 of the electromagnet 66, the plate 76 moving along an axis 88 coincident with the axis of the rod 82 of the controlled valve.

Dans ce cas, comme représenté sur la figure 3b, la soupape 72 s'éloigne de son siège 73 et se situe en position ouverte. Le ressort 74 est alors comprimé. In this case, as shown in FIG. 3b, the valve 72 moves away from its seat 73 and is in the open position. The spring 74 is then compressed.

Claims

1. Device for controlling the opening and closing of a valve (40; 72) of an internal combustion engine, characterized in that the positioning of the valve (40; 72) in a first position (open or closed) ) is obtained by the only action of mechanical means (46; 74), the positioning of the valve (40; 72) in the second position (closed or open) being obtained by an electromagnetic action.

2. Device according to claim 1, characterized in that the positioning of the valve (40; 72) in the second position is effected by means of an electromagnet (150; 66) and in that the mechanical means comprise a spring (46; 74).

3. Device according to claim 2, characterized in that the valve (40; 72) is integral with a plate (44; 76) on which act the electromagnet (150; 66) and the spring (46; 74).

4. Device according to claim 3, characterized in that the plate (44; 76) and the corresponding ends (55; 86) of the magnetic circuit (57; 68) of the electromagnet (150; 66) have a frustoconical shape.

5. Device according to claim 2,3 or 4 characterized in that the first position is the open position and the second position corresponds to a closed position in which an air gap (54) remains between the plate (44) and the circuit (57 ) of the electromagnet (150).

6. Device according to claim 5 characterized in that it comprises a stop (45) of end-of-travel damping of the plate (44) pushed back by the spring (46).

7. Device according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the electromagnet (150,66) comprises a U-shaped magnetic circuit (57; 68) so as to minimize the leakage of the magnetic field that it transmits.