FR2940395A3

FR2940395A3 - Controllable valve for circular sectioned cylindrical air duct of petrol engine of motor vehicle, has return unit comprising two magnetic elements, where default position of valve corresponds to optimal alignment of two magnetic elements

Info

Publication number: FR2940395A3
Application number: FR0858933A
Authority: FR
Inventors: Olivier Saugoux; Guillaume Tuffier; Francois Colet
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-06-25

Abstract

The valve (1) has a controllable drive motor (4) i.e. electric motor, driving a throttle shutter i.e. butterfly flap (5), between a maximum extreme opening position (16) and an extreme closed position (15). A return unit returns the shutter to an intermediate default position (21) between the extreme positions when the motor is not activated. A magnetic element (8) i.e. polarized permanent magnet, of the return unit is fixed to the shutter, and magnetic element (9) is affixed in a body (3) of the valve, where default position of the valve corresponds to an optimal alignment of the elements.

Description

B08-1662FR - EGA/EVH Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Vanne pour canalisation d'air de moteur de véhicule automobile à retour amélioré en position par défaut. Invention de : COLET François SAUGOUX Olivier TUFFIER Guillaume B08-1662EN - EGA / EVH Simplified joint stock company known as: RENAULT s.a.s. Motor vehicle air line valve with improved return to default position. Invention of: COLET François SAUGOUX Olivier TUFFIER Guillaume

Vanne pour canalisation d'air de moteur de véhicule automobile à retour amélioré en position par défaut. L'invention concerne le domaine des vannes pour canalisation d'air dans un moteur de véhicule automobile. En cas de panne majeure des moyens de commande électroniques du moteur, on cherche, pour des raisons de sécurité, à ce que celui-ci puisse garer le véhicule sur la bande d'arrêt d'urgence ou ramener le véhicule à l'atelier de réparation. Motor vehicle air line valve with improved return to default position. The invention relates to the field of valves for ducting air in a motor vehicle engine. In the event of major failure of the electronic control means of the engine, it is sought, for safety reasons, that it can park the vehicle on the emergency stop band or bring the vehicle back to the workshop. repair.

Dans les moteurs à essence, le composant déterminant pour garantir un couple minimal est la vanne d'admission d'air. En effet, la richesse du mélange air/essence lors de l'explosion est voisine de l'unité. L'ouverture de la vanne d'admission conditionne le couple fourni. Ceci n'est pas le cas dans les moteurs de type Diesel où la richesse du mélange air/gasoil est souvent inférieure à l'unité. Les chambres de combustion des moteurs Diesel sont saturées d'oxygène. Le couple généré est principalement déterminé par l'injection de gasoil. L'invention concerne donc plus particulièrement le domaine des boîtiers à papillon pour circuit d'admission de moteur à essence. De tels moteurs ont besoin d'une vanne pilotable électriquement revenant automatiquement dans une position par défaut en cas de panne du système de pilotage. Cette position par défaut est une position de sécurité, également appelée position de limp home . In petrol engines, the critical component to ensure minimal torque is the air intake valve. Indeed, the richness of the air / fuel mixture during the explosion is close to unity. The opening of the intake valve conditions the torque supplied. This is not the case in Diesel type engines where the richness of the air / fuel mixture is often less than unity. The combustion chambers of diesel engines are saturated with oxygen. The generated torque is mainly determined by the fuel injection. The invention therefore relates more particularly to the field of throttle bodies for gasoline engine intake circuit. Such engines need an electrically controllable valve automatically returning to a default position in case of failure of the control system. This default position is a safe position, also called limp home position.

Il existe des boîtiers à papillon dont le volet mobile en rotation est équipé d'un ressort de rappel. Cependant ce ressort est continuellement sollicité lorsque le moteur fonctionne normalement. Le ressort de rappel peut frotter dans son logement. Cela peut provoquer une usure qui dégrade la fiabilité du système de rappel. There are throttle bodies whose rotating flap is equipped with a return spring. However, this spring is continuously solicited when the engine is operating normally. The return spring can rub in its housing. This can cause wear that degrades the reliability of the return system.

L'invention propose d'améliorer la fiabilité des vannes pilotables présentant un retour en position par défaut en cas de panne du système de pilotage. The invention proposes to improve the reliability of controllable valves having a return to default position in case of failure of the control system.

Selon un mode de réalisation, la vanne pour canalisation d'air de moteur de véhicule automobile comprend un obturateur, mobile entre une position extrême d'ouverture maximum et une position extrême d'obturation. Un moteur d'entraînement pilotable est apte à entraîner l'obturateur sur toute la course entre les deux positions extrêmes. La vanne comprend un moyen de rappel apte, lorsque le moteur d'entraînement n'est pas actionné, à ramener l'obturateur dans une position par défaut, intermédiaire entre les deux positions extrêmes. Le moyen de rappel comprend un premier élément magnétique fixé à l'obturateur et un deuxième élément magnétique fixé dans un corps de la vanne. Au moins l'un des éléments magnétiques est un aimant permanent. La position par défaut de l'obturateur correspond à l'alignement optimal des premier et deuxième éléments magnétiques. According to one embodiment, the valve for motor vehicle engine air duct comprises a shutter, movable between an extreme position of maximum opening and an extreme position of shutter. A controllable drive motor is capable of driving the shutter over the entire race between the two extreme positions. The valve comprises a return means adapted, when the drive motor is not actuated, to return the shutter in a default position, intermediate between the two extreme positions. The biasing means comprises a first magnetic element attached to the shutter and a second magnetic element fixed in a body of the valve. At least one of the magnetic elements is a permanent magnet. The default position of the shutter corresponds to the optimal alignment of the first and second magnetic elements.

Les deux éléments magnétiques engendrent des forces qui, lorsque le moteur n'entraîne pas l'obturateur, déplacent l'obturateur dans la position d'alignement optimal. Lorsque le moteur est actionné, il est apte à générer des forces supérieures à celles engendrées entre les deux éléments magnétiques, de manière à arracher l'obturateur de sa position par défaut. La fiabilité d'une telle vanne est améliorée par le fait que le moyen de rappel n'engendre aucune déformation de pièces susceptibles de frotter sur d'autres pièces, de se fatiguer ou de s'user. L'invention convient pour n'importe quelle technique d'obturation comprenant une chaîne cinématique réversible entre le moteur d'entraînement et l'obturateur. Une telle chaîne cinématique permet au moyen de rappel de déplacer l'obturateur lorsque le moteur n'est plus actionné. Le déplacement de l'obturateur peut être une translation et/ou une rotation. L'obturateur peut être une soupape, un volet guillotine, un clapet articulé sur un côté ou un volet papillon. Avantageusement, l'obturateur est un volet papillon monté sur un arbre de rotor, mobile en rotation autour d'un axe de rotation du rotor. Cela présente l'avantage que l'effort d'entraînement et l'effort de rappel de l'obturateur sont indépendants du débit d'air. The two magnetic elements generate forces which, when the motor is not driving the shutter, move the shutter to the optimum alignment position. When the motor is actuated, it is able to generate forces greater than those generated between the two magnetic elements, so as to pull the shutter from its default position. The reliability of such a valve is improved by the fact that the biasing means does not cause any deformation of parts likely to rub on other parts, to get tired or wear. The invention is suitable for any shutter technique comprising a reversible drive train between the drive motor and the shutter. Such kinematic chain allows the biasing means to move the shutter when the motor is no longer actuated. The displacement of the shutter can be a translation and / or a rotation. The shutter can be a valve, a guillotine flap, a flap hinged on one side or a butterfly flap. Advantageously, the shutter is a butterfly flap mounted on a rotor shaft, rotatable about an axis of rotation of the rotor. This has the advantage that the driving force and the shutter return force are independent of the air flow.

Avantageusement, le premier élément magnétique est monté fixe en extrémité de l'arbre du rotor et présente, de préférence, une forme symétrique par rapport à l'axe de rotation du rotor. Ainsi, l'effort engendré par les éléments magnétiques ne fait pas fléchir l'arbre du rotor. Les éléments magnétiques engendrent un couple de rappel quasiment sans effort tranchant sur l'arbre du rotor. Selon une autre variante, le premier élément magnétique est un aimant polarisé de manière permanente et le deuxième élément magnétique est en matière polarisable, non polarisée de manière permanente. Selon une variante, le deuxième élément magnétique comprend un aimant permanent. C'est-à-dire que ledit aimant permanent est fixé dans le corps de la vanne. Cela facilite le refroidissement de l'élément permanent. Advantageously, the first magnetic element is fixedly mounted at the end of the rotor shaft and preferably has a symmetrical shape with respect to the axis of rotation of the rotor. Thus, the force generated by the magnetic elements does not bend the rotor shaft. The magnetic elements generate a torque almost without shearing force on the rotor shaft. According to another variant, the first magnetic element is a permanently polarized magnet and the second magnetic element is in polarizable material, permanently unpolarized. According to one variant, the second magnetic element comprises a permanent magnet. That is, said permanent magnet is fixed in the body of the valve. This facilitates the cooling of the permanent element.

Avantageusement, le deuxième élément magnétique comprend deux masses magnétiques d'extrémité disposées dans le corps de manière à être simultanément en regard avec des extrémités correspondantes du premier élément magnétique. Avantageusement, les deux masses magnétiques d'extrémité du deuxième élément magnétique sont reliées entre elles par de la matière magnétique de liaison. Cela permet de minimiser les zones où le flux magnétique se referme à travers une couche d'air. Cela améliore la durée de vie de l'élément permanent. Selon une variante, les deux masses magnétiques et la matière magnétique de liaison forment ensemble un unique aimant permanent. Selon une autre variante, les deux masses magnétiques d'extrémité du deuxième élément magnétique comprennent chacune un aimant permanent. Avantageusement, le corps de la vanne est en matériau non magnétique et de préférence non électriquement conducteur. Ainsi, les mouvements rapides de l'obturateur n'engendrent pas de dissipation d'énergie sous forme électromagnétique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé selon lequel : - la figure 1 est une vue schématique en coupe de la vanne selon le plan I-I de la figure 2 ; et - la figure 2 est une vue schématique transversale selon le plan II-II de la figure 1. Comme illustré sur la figure 1, la vanne 1 est montée sur une canalisation d'air 2 cylindrique à section sensiblement circulaire. La vanne 1 comprend un corps 3 entourant la canalisation d'air 2 ainsi qu'un moteur d'entraînement 4. Un volet à papillon 5 présente une forme discale correspondant sensiblement à la section intérieure de la canalisation d'air 2. Le volet à papillon 5 est monté sur un arbre 6 (visible en figure 2) tournant autour d'un axe de rotation 7. Un premier élément magnétique 8 est fixé sur l'arbre 6 et présente une forme allongée perpendiculaire à l'axe de rotation 7. Le premier élément magnétique 8 est un aimant permanent présentant un pôle magnétique nord et un pôle magnétique sud, situés chacun d'un côté de la forme allongée. Le premier élément magnétique 8 est mobile en rotation par rapport au corps 3. Advantageously, the second magnetic element comprises two end magnetic masses disposed in the body so as to be simultaneously facing corresponding ends of the first magnetic element. Advantageously, the two magnetic end masses of the second magnetic element are interconnected by magnetic bonding material. This minimizes the areas where the magnetic flux closes through a layer of air. This improves the life of the permanent element. According to one variant, the two magnetic masses and the magnetic bonding material together form a single permanent magnet. According to another variant, the two magnetic end masses of the second magnetic element each comprise a permanent magnet. Advantageously, the body of the valve is of non-magnetic material and preferably non-electrically conductive. Thus, the rapid movements of the shutter do not generate energy dissipation in electromagnetic form. Other features and advantages of the invention will appear on reading the detailed description of an embodiment taken by way of non-limiting example and illustrated by the appended drawing in which: - Figure 1 is a schematic view of section of the valve according to the plane II of Figure 2; and - Figure 2 is a schematic transverse view along the plane II-II of Figure 1. As shown in Figure 1, the valve 1 is mounted on a cylindrical air pipe 2 of substantially circular section. The valve 1 comprises a body 3 surrounding the air duct 2 and a drive motor 4. A butterfly flap 5 has a disc shape corresponding substantially to the inner section of the air duct 2. The flap to 5 is mounted on a shaft 6 (visible in Figure 2) rotating about an axis of rotation 7. A first magnetic element 8 is fixed on the shaft 6 and has an elongate shape perpendicular to the axis of rotation 7. The first magnetic element 8 is a permanent magnet having a north magnetic pole and a south magnetic pole, each located on one side of the elongated form. The first magnetic element 8 is rotatable relative to the body 3.

Un deuxième élément magnétique 9 est constitué de deux masses magnétiques 10 et 11 reliées entre elles par une masse magnétique de liaison 12. Le deuxième élément magnétique 9 est un ensemble rigide monté fixe dans le corps 3 de la vanne 1. Le deuxième élément magnétique 9 a une forme générale en C dont les masses magnétiques 10 et 11 forment les extrémités. Le premier élément magnétique 8 présente une extrémité 8a et une extrémité 8b opposées ayant chacune la forme d'un arc de cylindre centré autour de l'axe de rotation 7. Le deuxième élément magnétique 9 présente deux surfaces 9a, 9b opposées l'une à l'autre, et ayant chacune la forme d'un arc de cylindre concave centré autour de l'axe de rotation 7. Lorsque le volet à papillon 5 est dans sa position de sécurité dite de limp home , les extrémités 8a et 9a sont en regard l'une de l'autre et forment un entrefer d'air de faible épaisseur. Simultanément, les extrémités 8b et 9b des premier et deuxième éléments magnétiques sont également en regard l'une de l'autre et forment un deuxième entrefer constitué d'une couche d'air de faible épaisseur. Ainsi, la position illustrée sur la figure 1 correspond à la position d'alignement optimal des premier et deuxième éléments magnétiques 8, 9. La position d'alignement optimal des éléments magnétiques 8 et 9 correspond à la position par défaut de la vanne 1. La canalisation d'air 2 présente sur sa surface intérieure deux sièges d'étanchéité 13 et 14 faisant chacun saillie de la paroi de la canalisation 2 vers l'intérieur de la canalisation, et présentent chacun une forme de demi cercle. Le volet à papillon 5 présente une position extrême d'obturation 15 dans laquelle la forme discale du volet à papillon 5 est sensiblement perpendiculaire à l'axe 2a de la canalisation 2. Les sièges d'étanchéité 13 et 14 sont dans une position axiale le long de l'axe 2a de la canalisation 2 telle qu'ils sont simultanément en contact avec deux côtés opposés du volet à papillon 5 lorsque celui-ci est dans la position extrême d'obturation 15. Autrement dit, l'un des sièges d'étanchéité 13 est situé légèrement en amont de l'axe de rotation 7 tandis que l'autre siège d'étanchéité 14 est situé légèrement en aval de l'axe de rotation, et distant axialement d'une valeur correspondant à l'épaisseur du volet à papillon 5. La vanne 1 présente également une position extrême d'ouverture maximum 16, dans laquelle le plan du volet à papillon 5 est parallèle à l'axe 2a de la canalisation à air. On va maintenant décrire à l'aide de la figure 2, des moyens d'entraînement du volet à papillon 5 autour de l'axe de rotation 7. Le corps de vanne 3 présente un palier supérieur 17 et un palier inférieur 18 recevant chacun une extrémité de l'arbre 6 de manière à bloquer toute translation du volet à papillon et à ne laisser libre que la seule rotation autour de l'axe de rotation 7. Une roue d'engrenage 19 est montée sur l'arbre 6 du côté de l'extrémité opposée au premier élément magnétique 8. Le moteur d'entraînement 4 est un moteur électrique dont le rotor entraîne une roue d'engrenage 20 engrenant avec la roue 19. Les roues d'engrenage 19 et 20 constituent une chaîne cinématique réversible entre le moteur d'entraînement 4 et le volet à papillon 5. Lorsque le moteur 4 est alimenté en énergie, celui-ci génère un couple d'entraînement supérieur au couple de rappel magnétique entre les premier et deuxième éléments magnétiques 8 et 9. Le moteur d'entraînement 4 sert de frein lorsque le volet à papillon s'approche de la position par défaut 21, soit en phase d'ouverture, lorsque le volet à papillon 5 quitte la position extrême d'obturation 15, soit en phase de fermeture lorsque le volet à papillon quitte la position extrême d'ouverture 16. Le moteur d'entraînement 4 génère un couple d'entraînement supérieur au couple de rappel des premier et deuxième éléments magnétiques 8 et 9, lorsque le volet à papillon s'éloigne de la position par défaut 21, soit en phase d'ouverture, soit en phase de fermeture. A second magnetic element 9 consists of two magnetic masses 10 and 11 interconnected by a magnetic connecting mass 12. The second magnetic element 9 is a fixed rigid assembly in the body 3 of the valve 1. The second magnetic element 9 has a general shape C whose magnetic masses 10 and 11 form the ends. The first magnetic element 8 has an opposite end 8a and an end 8b each having the shape of a cylinder arc centered around the axis of rotation 7. The second magnetic element 9 has two surfaces 9a, 9b opposite each other. the other, and each having the shape of a concave cylinder arc centered around the axis of rotation 7. When the butterfly flap 5 is in its so-called limp home security position, the ends 8a and 9a are in look at each other and form a thin air gap. Simultaneously, the ends 8b and 9b of the first and second magnetic elements are also facing one another and form a second air gap consisting of a thin layer of air. Thus, the position illustrated in FIG. 1 corresponds to the optimal alignment position of the first and second magnetic elements 8, 9. The optimum alignment position of the magnetic elements 8 and 9 corresponds to the default position of the valve 1. The air duct 2 has on its inner surface two sealing seats 13 and 14 each protruding from the wall of the pipe 2 towards the inside of the pipe, and each have a half-circle shape. The butterfly flap 5 has an extreme closure position 15 in which the disc shape of the butterfly flap 5 is substantially perpendicular to the axis 2a of the pipe 2. The sealing seats 13 and 14 are in an axial position on the along the axis 2a of the pipe 2 as they are simultaneously in contact with two opposite sides of the butterfly flap 5 when the latter is in the extreme position of shutter 15. In other words, one of the seats d 13 is located slightly upstream of the axis of rotation 7 while the other sealing seat 14 is located slightly downstream of the axis of rotation, and axially spaced from a value corresponding to the thickness of the butterfly flap 5. The valve 1 also has a maximum open position 16, in which the plane of the butterfly flap 5 is parallel to the axis 2a of the air duct. FIG. 2 will now describe means for driving the butterfly flap 5 about the axis of rotation 7. The valve body 3 has an upper bearing 17 and a lower bearing 18 each receiving a end of the shaft 6 so as to block any translation of the butterfly flap and to leave free only the rotation about the axis of rotation 7. A gear wheel 19 is mounted on the shaft 6 on the side of the opposite end to the first magnetic element 8. The drive motor 4 is an electric motor whose rotor drives a gear wheel 20 meshing with the wheel 19. The gear wheels 19 and 20 constitute a reversible kinematic chain between the driving motor 4 and the butterfly flap 5. When the motor 4 is energized, it generates a driving torque greater than the magnetic return torque between the first and second magnetic elements 8 and 9. The motor to Trailing 4 serves as a brake when the butterfly flap approaches the default position 21, either in the opening phase, when the butterfly flap 5 leaves the extreme shutter position 15, or in the closing phase when the flap The drive motor 4 generates a driving torque greater than the return torque of the first and second magnetic elements 8 and 9, when the butterfly flap moves away from the position by means of a throttle valve. fault 21, either during the opening phase or during the closing phase.

Claims

REVENDICATIONS1. Valve (1) for a motor vehicle air duct (2) comprising a shutter movable between a maximum open position (16) and an end position (15), a drive motor ( 4) controllable capable of driving the shutter over the entire race between the two extreme positions and a return means capable, when the drive motor (4) is not actuated, to return the shutter to a default position (21), intermediate between the two extreme positions (15, 16), characterized in that the return means comprises a first magnetic element (8) fixed to the shutter and a second magnetic element (9) fixed in a body (3) of the valve (1), at least one of the magnetic elements (8, 9) being a permanent magnet, the default position (21) of the shutter corresponding to the optimal alignment of the first and second elements magnetic (8, 9).

2. Valve according to claim 1, wherein the shutter is a butterfly flap (5) mounted on a rotor shaft (6), rotatable about an axis (7) of rotation of the rotor.

3. Valve according to claim 2, wherein the first magnetic element (8) is fixedly mounted at the end of the rotor shaft (6) and preferably has a symmetrical shape with respect to the axis (7) of rotation of the rotor.

4. Valve according to one of the preceding claims, wherein the first magnetic element (8) is a permanently biased magnet and the second magnetic element (9) is of polarizable material, permanently unpolarized.

5. Valve according to one of claims 1 to 3, wherein the second magnetic element (9) comprises a permanent magnet.

Valve according to one of the preceding claims, in which the second magnetic element (9) comprises two magnetic end masses (10, 11) arranged in the body (3) so as to be simultaneously facing corresponding ends. (8a, 8b) of the first magnetic element (8).

7. Valve according to claim 6, wherein the two magnetic end masses (10, 11) of the second magnetic element (9) are interconnected by magnetic connecting material (12).

8. Valve according to claim 7, wherein the two magnetic masses (10, 11) and the magnetic connecting material (12) together form a single permanent magnet.

9. Valve according to claim 6 or 7, wherein the two magnetic end masses (10, 11) of the second magnetic element (9) each comprise a permanent magnet.

10. Valve according to one of the preceding claims, wherein the body (3) of the valve is non-magnetic material.