FR2829177A1

FR2829177A1 - VALVE CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: FR2829177A1
Application number: FR0111239A
Authority: FR
Inventors: Emmanuel Sedda
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2003-03-07
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: DE60209098D1; ATE317493T1; DE60209098T2; FR2829177B1; EP1288450A1; EP1288450B1

Abstract

The valve control for an internal combustion engine has an electromagnet (28) controlling the movement of an actuator rod (34) fixed to the valve. The drive is set to leave a play between the rod and valve when the latter is closed. A closure current is fed to the solenoid to exert a bias force on the valve after the commencement of the opening signal of the valve.

Description

SP 19393 JCISP 19393 JCI

DISPOSITIF DE COMMANDE DE SOUPAPE POUR MOLUK À COMBUSTION VALVE CONTROL DEVICE FOR COMBUSTION MOLUK

1NTE La présente invention est relative à un dispositif, de type électromagnétique, pour commander l'ouverture et la 1NTE The present invention relates to a device, of the electromagnetic type, for controlling the opening and

fermeture d'une soupape de moteur à combustion interne. closing of an internal combustion engine valve.

On sait qu'un moteur à combustion interne comporte une chambre de combustion dans laquelle est admis un mélange combustible à des moments choisis du cycle de fonctionnement. Ce cycle comporte, notamment, une période d' admission au cours de laquelle une (des) soupape(s) est (sont) ouverte(s) et une période de compression au cours de laquelle cette (ou ces) It is known that an internal combustion engine comprises a combustion chamber into which a combustible mixture is admitted at selected times of the operating cycle. This cycle includes, in particular, an intake period during which one (or more) valve (s) is (are) open and a compression period during which this (or these)

soupape(s) est (sont) fermée(s).valve (s) is (are) closed.

Dans les moteurs classiques, la commande d'ouverture et de fermeture des soupapes est obtenue par une synchronisation de type mécanique avec les autres organes du moteur tels que le vilabrequin. Dans la période récente sont apparues des soupapes dont la commande d'ouverture et de fermeture est effectuée de façon électrique, par exemple à l' aide d'un (ou deux) électroaimant(s) agissant sur une pièce mobile entraînant le mouvement d'ouverture et de fermeture de la soupape en In conventional engines, the valve opening and closing control is obtained by mechanical synchronization with the other engine components such as the crankshaft. In recent times, valves have appeared, the opening and closing control of which is carried out electrically, for example using one (or two) electromagnet (s) acting on a moving part causing the movement of opening and closing the valve in

combinaison avec un ou deux ressorts. combination with one or two springs.

Ainsi, la commande d'ouverture et de fermeture des soupapes peut être effectuce de façon électronique et, de ce fait, les moments d'ouverture et de fermeture peuvent être choisis à volonté, ce qui offre des possibilités supplémentaires de commande de fonctionnement des moteurs à combustion interne. La figure 1 représente un dispositif connu de commande Thus, the opening and closing control of the valves can be effected electronically and, therefore, the opening and closing times can be chosen at will, which offers additional possibilities of engine operation control. internal combustion. Figure 1 shows a known control device

de soupape.valve.

Dans ce dispositif connu, la soupape 10 est représentée en position fermée, c'est-à-dire appliquée contre son siège 12. Dans cette position, 1'intérieur 14 de la chambre In this known device, the valve 10 is shown in the closed position, that is to say applied against its seat 12. In this position, the interior 14 of the chamber

de combustion est isolé par rapport à la partie extérieure 16. combustion chamber is isolated from the external part 16.

De la tête de soupape 10 est solidaire une queue 18 formant une tige sortant de la chambre de combustion. La soupape est maintenue à l'état fermé, c'est-à-dire appliquée contre son siège 12, grâce à un ressort 20 dont une extrémité est solidaire d'une paroi externe de la chambre de combustion et dont l'autre extrémité 22 est en appui contre une butée 24 The valve head 10 is integral with a stem 18 forming a rod emerging from the combustion chamber. The valve is maintained in the closed state, that is to say applied against its seat 12, by means of a spring 20, one end of which is secured to an external wall of the combustion chamber and the other end of which 22 is in abutment against a stop 24

solidaire de la tige 18 au voisinage de son extrémité libre 26. secured to the rod 18 in the vicinity of its free end 26.

Pour la commande de l'ouverture et de la fermeture de la soupape 10, on prévoit, en outre, deux électroaimants 28 et qui commandent le déplacement d'un plateau magnétique mobile 32. Ce dernier est solidaire d'une tige 34 de même axe que la tige 18, et cette tige traverse les circuits magnétiques des For controlling the opening and closing of the valve 10, two electromagnets 28 are also provided, which control the movement of a movable magnetic plate 32. The latter is integral with a rod 34 of the same axis that the rod 18, and this rod crosses the magnetic circuits of the

deux électroaimants 28 et 30.two electromagnets 28 and 30.

2 5 L'électroaimant 28, le plus éloigné de la chambre de combustion, est destiné à attirer le plateau 32 de facon que, comme représenté, celui-ci soit appliqué contre une face 36 du circuit magnétique de cet électroaimant 28. Dans cette position, 1'extrémité 38 de la tige 34 qui est tournée vers la chambre est légèrement éloignée de l'extrémité 26 de la tige 18; ainsi la soupape 10 est maintenue en position fermée grâce à l' action du ressort 20. La séparation entre les tiges 34 et 18 par un jeu , appelé jeu de distribution, permet d' assurer la fermeture complète de la soupape, et cela malgré une dilatation thermique 3 5 qui peut être plus importante pour la tige 18, proche de la chambre de combustion, que pour le reste du dispositif de commande, cependant soumis à un échauffement par courants de Foucault. Ce jeu 40 permet aussi de s'affranchir, dans une certaine mesure, de tolérances de fabrication sur les longueurs des tiges 18 et 34. La seconde extrémité de la tige 34 est solidaire d'une butée 42 contre laquelle appuie un ressort 44 dont l'autre 2 5 The electromagnet 28, the furthest from the combustion chamber, is intended to attract the plate 32 so that, as shown, it is applied against a face 36 of the magnetic circuit of this electromagnet 28. In this position , The end 38 of the rod 34 which faces the chamber is slightly distant from the end 26 of the rod 18; thus the valve 10 is kept in the closed position by the action of the spring 20. The separation between the rods 34 and 18 by a clearance, called a distribution clearance, makes it possible to ensure complete closure of the valve, and this despite a thermal expansion 3 5 which may be greater for the rod 18, close to the combustion chamber, than for the rest of the control device, however subjected to heating by eddy currents. This clearance 40 also makes it possible to overcome, to a certain extent, manufacturing tolerances on the lengths of the rods 18 and 34. The second end of the rod 34 is integral with a stop 42 against which a spring 44 bears which l 'other

extrémité 46 présente une position fixe. end 46 has a fixed position.

Le second électroaimant 30 permet de commander la soupape 10 en position d'ouvèrture. A cet effet, la bobine de cet électroaimant 30 est activée après désactivation de la The second electromagnet 30 controls the valve 10 in the open position. To this end, the coil of this electromagnet 30 is activated after deactivation of the

bobine de l'électroaimant 28.solenoid coil 28.

Ainsi, pour l'ouverture de la soupape 10, l'électroaimant 28 est désactivé, ce qui permet de séparer le Thus, for the opening of the valve 10, the electromagnet 28 is deactivated, which makes it possible to separate the

plateau 32 de la face 36 du circuit magnétique de l'électro- plate 32 of the face 36 of the magnetic circuit of the electro-

aimant 28. Cette séparation est facilitée par l' action du ressort 44. Dans ces conditions, l'extrémité 38 de la tige 34 vient en contact avec 1'extrémité 26 de la tige 18, ou queue, de soupape. Ensuite, l'électroaimant 30 est activé pour attirer la plateau mobile 32 vers une face de son circuit magnétique, cette magnet 28. This separation is facilitated by the action of the spring 44. Under these conditions, the end 38 of the rod 34 comes into contact with the end 26 of the valve rod 18, or stem. Then, the electromagnet 30 is activated to attract the movable plate 32 towards a face of its magnetic circuit, this

attraction permettant de vaincre l' action du ressort 20. attraction to overcome the action of the spring 20.

Lors de la phase d'ouverture de la soupape 10, l'extrémité 38 de la tige 34 entre en contact avec l'extrémité 26 de la tige 18, ce qui provoque un bruit d' impact. Ce bruit d' impact, qui apparaît de façon réqulière, est désagréable pour l'utilisateur. During the opening phase of the valve 10, the end 38 of the rod 34 comes into contact with the end 26 of the rod 18, which causes an impact noise. This impact noise, which appears regularly, is unpleasant for the user.

L' invention remédie à cet inconvénient. The invention overcomes this drawback.

Elle est caractérisée en ce que le dispositif de commande comprend un moyen pour limiter la vitesse d' impact de la tige d'actionnement contre la tige solidaire de la soupape, ce moyen exercant une force de retenue sur la tige d'actionnement. Cette force de retenue est. par exemple, exercée grâce à une alimentation de l'électroaimant commandant la fermeture, après le début de la commande d'ouverture de la It is characterized in that the control device comprises means for limiting the speed of impact of the actuating rod against the rod integral with the valve, this means exerting a retaining force on the actuating rod. This restraining force is. for example, exercised by means of a supply to the electromagnet controlling the closing, after the start of the command to open the

3 5 soupape.3 5 valve.

La force de retenue, ainsi exercce sur la tige d'actionnement permet de diminuer la vitesse d' impact, par The retaining force thus exerted on the actuating rod makes it possible to reduce the speed of impact, by

exemple de 0,9 m/sec. à 0,25 m/sec. example of 0.9 m / sec. at 0.25 m / sec.

Dans une réalisation, l'intensité du courant électrique dans la bobine de l'électroaimant de commande de fermeture est réduite à zaro pendant une première période. Puis on applique ensuite une impuleion de courant d'intensité sensiblement inférieure à l'intensité prévue pour la commande de fermeture de la soupape, cette impuleion exergant ainsi la force In one embodiment, the intensity of the electric current in the coil of the closing control electromagnet is reduced to zaro during a first period. Then a current impulse of intensity substantially lower than the intensity provided for the valve closing control is then applied, this impulse thus exerting the force

de retenue qui limite la vitesse d' impact, et donc les bruits. of restraint which limits the speed of impact, and therefore the noise.

La position temporelle de l'impulsion de courant de retenue, son intensité et sa durée sont, par exemple, The time position of the holding current pulse, its intensity and duration are, for example,

déterminéss de façon empirique.empirically determined.

L'annulation du courant dans la bobine permet de s' assurer que le plateau mobile s'écarte de la face The cancellation of the current in the coil makes it possible to ensure that the movable plate moves away from the face

correspondante de l'électroaimant.electromagnet.

L' invention concerne, de façon générale, un dispositif de commande de soupape pour moteur à combustion interne, ce dispositif comprenant un moyen électromagnétique, tel qu'un électroaimant, commandant le déplacement d'un élément d'actionnement, tel qu'une tige, destiné à commander le déplacement d'une tige solidaire de la soupape, les positions de l'élément d'actionnement et de la tige solidaire de la soupape étant telles que, lorsque la soupape est en position fermoe, un jeu sépare une extrémité de l'élément d'actionnement d'une extrémité de la tige solidaire de la soupape, et ces extrémités entrent en contact lors de la commande d'ouverture de la soupape. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour limiter, lors de la phase d'ouverture de la soupape, la vitesse d' impact de l'extrémité de l'élément de commande The invention relates, in general, to a valve control device for an internal combustion engine, this device comprising an electromagnetic means, such as an electromagnet, controlling the movement of an actuating element, such as a rod. , intended to control the displacement of a rod integral with the valve, the positions of the actuating element and the rod integral with the valve being such that, when the valve is in the closed position, a clearance separates one end of the actuating element of one end of the rod integral with the valve, and these ends come into contact when the valve is opened to control. This device is characterized in that it comprises means for limiting, during the valve opening phase, the speed of impact of the end of the control element

contre l'extrémité de la tige solidaire de la soupape. against the end of the rod integral with the valve.

De préférence, le moyen de limitation de vitesse d' impact comprend un moyen pour exercer sur l'élément d'actionnement une force de retenue après le début de la Preferably, the impact speed limiting means comprises means for exerting on the actuating element a retaining force after the start of the

commande d'ouverture de soupape.valve opening control.

Le moyen pour exercer une force de retenue comprend, par exemple, un moyen pour alimenter en courant un électroaimant The means for exerting a retaining force includes, for example, means for supplying current to an electromagnet

destiné à la commande de fermeture. intended for the closing command.

Pour alimenter l'électroaimant de commande de fermeture, lors de la phase d'ouverture de la soupape, on peut prévoir un moyen qui, après 1'annulation du courant dans la To supply the closing control electromagnet, during the valve opening phase, provision may be made for means which, after the current has been canceled in the

bobine de l'électroaimant, produit une impulaion de retenue. solenoid coil, produces a retaining impulaion.

Dans une réalisation, l'intensité de l'impulsion du courant de retenue est sensiblement inférieure à l'intensité du courant alimentant l'électroaimant lorsque la soupape doit être In one embodiment, the intensity of the impulse of the holding current is substantially less than the intensity of the current supplying the electromagnet when the valve must be

maintenue en position fermée.held in the closed position.

Le dispositif comporte de préférence un ressort agissant sur la tige solidaire de la soupape pour maintenir The device preferably comprises a spring acting on the rod integral with the valve to maintain

cette dernière en position fermoe.the latter in the closed position.

L'élément d'actionnement comporte, selon une réalisation, une tige solidaire d'un plateau mobile sur lequel The actuating element comprises, according to one embodiment, a rod secured to a movable plate on which

agit un électroaimant de commande de fermeture de la soupape. acts as a solenoid for closing the valve.

Dans ce cas, on peut prévoir un électroaimant agissant sur le plateau mobile pour commander l'ouverture de la soupape. Un ressort peut être prévu pour pousser l'élément d'actionnement In this case, an electromagnet acting on the movable plate can be provided to control the opening of the valve. A spring can be provided to push the actuating element

vers la position de commande d'ouverture de la soupape. to the valve opening control position.

L' invention concerne aussi un moteur à combustion interne comportant un dispositif de commande de soupape du type ... The invention also relates to an internal combustion engine comprising a valve control device of the ...

defln1 cl-dessus.defln1 cl above.

D'autres caractéristiques et avantages de l' invention Other features and advantages of the invention

apparaîtront avec la description de certains de ses modes de will appear with the description of some of its modes of

réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ciannexés sur lesquels: la figure 1, déjà décrite, représente un dispositif de commande de soupape auquel s' applique l' invention, la figure 2 est un schéma d'un circuit d'asservissement utilisable dans le cadre de l' invention, et la figure 3 est un diagramme montrant certains embodiment, this being carried out with reference to the attached drawings in which: FIG. 1, already described, represents a valve control device to which the invention applies, FIG. 2 is a diagram of a circuit of servo-control usable within the framework of the invention, and FIG. 3 is a diagram showing certain

paramètres du dispositif de commande selon l'invention. parameters of the control device according to the invention.

La figure 2 est un schéma montrant un circuit d'asservissement du courant appliqué à la bobine de FIG. 2 is a diagram showing a circuit for controlling the current applied to the coil of

l'électroaimant 28 (figure 1).the electromagnet 28 (Figure 1).

Ce circuit 50 comporte une entrée 52 sur laquelle est appliquée une valeur iréf d'intensité de référence ou de consigne. Ce circuit comporte aussi une entrce 54 de rétroaction recevant un signal représentatif de l'intensité du courant dans la bobine de l'électroaimant 28; ce dernier est représenté par un bloc 56 sur la figure 2. Le signal d'erreur produit à partir du signal de consigne du signal i de rétroaction est appliqué à un bloc correcteur 58 qui fournit un signal de commande du bloc 56. Ce signal de commande est converti en un signal de puissance grâce à une commande de largeur d'impuleion 60 qui délivre un This circuit 50 has an input 52 to which an irref value of reference or reference current is applied. This circuit also includes a feedback input 54 receiving a signal representative of the intensity of the current in the coil of the electromagnet 28; the latter is represented by a block 56 in FIG. 2. The error signal produced from the setpoint signal of the feedback signal i is applied to a correction block 58 which provides a control signal for block 56. This signal command is converted into a power signal by means of a pulse width control 60 which delivers a

signal u à l'actionneur 56.signal u to actuator 56.

Pour limiter la vitesse d' impact de l'extrémité 38 de la tige 34 contre l'extrémité 26 de la tige 18 lors de la phase d'ouverture de la soupape 10, on applique une consigne de courant sur l'entrée 52 qui correspond à la consigne représentée par la courbe 64 de la figure 3. Cette figure est un diagramme sur lequel on a porté en abscisses le temps, en millisecondes, et en ordonnées l'intensité du courant dans la bobine de To limit the speed of impact of the end 38 of the rod 34 against the end 26 of the rod 18 during the opening phase of the valve 10, a current setpoint is applied to the input 52 which corresponds to the setpoint represented by curve 64 of FIG. 3. This figure is a diagram on which the time, in milliseconds, has been plotted on the abscissa, and the intensity of the current in the coil on the ordinates

l'électroaimant 28.the electromagnet 28.

Pour maintenir le plateau mobile 32 contre la face 36 du circuit magnétique de l'électroaimant 28, on applique un To hold the movable plate 32 against the face 36 of the magnetic circuit of the electromagnet 28, a

courant d'intensité I1 de l'ordre de 10 Ampères dans l'exemple. intensity current I1 of the order of 10 amperes in the example.

Ensuite, pour ouvrir la soupape 10, c'est-à-dire éloigner cette soupape 10 de son siège 12, on annule l'intensité du courant traversant la bobine, ce qui correspond au front descendant 66 de la courbe de consigne 64. Ensuite, environ 0, 5 ms après l'annulation de la consigne, on prévoit une impulsion de retenue d'intensité I2, sensiblement inférieure à l'intensité I1, de l'ordre de 3 A dans l'exemple, pendant une durée de l'ordre de 0,3 ms. Après cette impulsion 68, l ' intensité du courant dans la bobine de 1'électroaimant 28 est ramenée à zéro. Ensuite, après l' impact de l'extrémité 38 contre l'extrémité 26, c'est-à-dire l'annulation du jeu 40, l'électroaimant 30 est actionné pour continuer l' attraction du plateau mobile dans le sens de l'ouverture de la soupape 10. Etant donné que cette phase est Then, to open the valve 10, that is to say move this valve 10 away from its seat 12, the intensity of the current passing through the coil is canceled, which corresponds to the falling edge 66 of the setpoint curve 64. Then , approximately 0, 5 ms after the cancellation of the setpoint, a retaining pulse of intensity I2 is provided, substantially lower than the intensity I1, of the order of 3 A in the example, for a duration of l 0.3 ms. After this pulse 68, the intensity of the current in the coil of the electromagnet 28 is reduced to zero. Then, after the impact of the end 38 against the end 26, that is to say the cancellation of the clearance 40, the electromagnet 30 is actuated to continue the attraction of the movable plate in the direction of the opening of the valve 10. Since this phase is

classique, elle n'est pas décrite ici. classic, it is not described here.

Des expériences menées dans le cadre de l' invention ont montré que, sans la commande avec l'impuleion 68, représentée sur le diagramme de la figure 3, la vitesse d' impact est de l'ordre de 0,7 à 0,9 m/sec., alors qu'avec l'impuleion 68, on réduit cette vitesse d' impact à 0,2 m/sec. environ, ce Experiments carried out within the framework of the invention have shown that, without the control with the impuleion 68, represented in the diagram of FIG. 3, the speed of impact is of the order of 0.7 to 0.9 m / sec., whereas with impuleion 68, this impact speed is reduced to 0.2 m / sec. about, this

qui réduit sensiblement le bruit de l' impact. which significantly reduces the impact noise.

Sur le dessin de la figure 3, la courbe 70 en traits fins représente l'évolution réelle du courant dans la bobine de l'électroaimant 28. La différence entre la consigne 64 et l'intensité réelle 70 est. de façon classique, due au retard de l'asservissement et aux inductances, ainsi qu'à l' induction de forte intensité apparaissant pour les faibles valeurs d'entrefer. In the drawing of FIG. 3, the curve 70 in thin lines represents the real evolution of the current in the coil of the electromagnet 28. The difference between the setpoint 64 and the real intensity 70 is. conventionally, due to the delay of the servo-control and to the inductances, as well as to the high intensity induction appearing for the low air-gap values.

Claims

1. A valve control device for an internal combustion engine, this device comprising an electromagnetic means, such as an electromagnet (28), controlling the movement of an actuating element, such as a rod (34), intended controlling the displacement of a rod (26) integral with the valve, the positions of the actuating element and of the rod integral with the valve being such that, when the valve is in the closed position, a clearance (40) separates one end (38) of the actuating element (34) from one end (26) of the rod (18) integral with the valve (10), and these ends come into contact during the opening command of the valve, characterized in that it comprises means (50) for limiting, during the opening phase of the valve, the speed of impact of the end (38) of the element (34) of ordered

against the end (26) of the rod (18) integral with the valve.

2. Device according to claim 1, characterized in that the impact speed limiting means comprises means for exerting on the actuating element (34) a retaining force after the start of the opening command of valve

(10).

3. Device according to claim 2, characterized in that the means for exerting a retaining force comprises means for supplying current to an electromagnet (28) intended to

the closing command.

4. Device according to claim 3, characterized in that it comprises, for supplying the electromagnet (28) for closing control, during the valve opening phase, a means which, after the current is canceled in the solenoid coil (28), produces a retaining impulaion

(68).

5. Device according to claim 4, characterized in that the intensity of the impulse of the holding current is substantially less than the intensity of the current supplying the electromagnet when the valve (10) must be maintained in

closed position.

6. Device according to one of claims

previous, characterized in that it comprises a spring (20) acting on the rod integral with the valve to maintain

the latter in the closed position.

7. Device according to one of claims

previous, characterized in that the actuating element (34) comprises a rod integral with a movable plate (32) on which acts an electromagnet (28) for controlling the closing of the valve.

8. Device according to claim 7, characterized in that it comprises an electromagnet (30) acting on the plate

movable (32) to control the opening of the valve (10).

1S

9. Device according to claim 8, characterized in that it comprises a spring (44) for pushing the actuating element (34) towards the opening control position of

the valve (10).

10. Internal combustion engine comprising a

valve control device according to one of the claims