FR3040431B1 - Systeme de refroidissement d'un actionneur electromagnetique pour une soupape d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

Un système (42) de refroidissement d'un actionneur (20) électromagnétique pour une soupape (9) d'un moteur (2) à combustion interne, le système comprenant au moins un bac (43) muni d'une entrée (54) d'huile et d'une sortie (55) d'huile, et dans lequel est monté l'actionneur électromagnétique.

Description

SYSTEME DE REFROIDISSEMENT D'UN ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIQUE POUR UNE SOUPAPE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE

[0001] L'invention a trait à la conception de la culasse de moteurs à combustion interne. Elle concerne, plus précisément, la conception des systèmes de distribution.

[0002] L'invention s'applique à un système de distribution n'utilisant pas d'arbres à cames pour actionner le mouvement de translation des soupapes, des actionneurs électromagnétiques assurant l'actionnement des soupapes.

[0003] Les actionneurs électromagnétiques présentent l'avantage d'une consommation d'énergie inférieure, par rapport à l'utilisation d'arbres à cames.

[0004] De plus, les actionneurs électromagnétiques permettent avantageusement d'implémenter une distribution variable. La distribution variable est une technologie permettant de faire varier plusieurs paramètres dans un moteur à combustion interne, comme la durée d'ouverture et/ou la levée des soupapes d'admission et d'échappement. Ces paramètres varient essentiellement en fonction du régime, de la charge et de la demande d'accélération. Les bénéfices de la distribution variable sont : un couple important à bas régime, une forte puissance à haut régime, un meilleur rendement et une moindre pollution.

[0005] Généralement, un actionneur électromagnétique est constitué d'un circuit magnétique avec un aimant permanent qui génère un champ magnétique d'entrefer. Dans ce champ magnétique est placée une bobine rigidement fixée à l'arbre transmetteur d'effort. Le courant qui circule dans la bobine réagit avec le champ magnétique, et génère une force magnétique qui est transmise au travers de l'arbre de commande et entraîne le mouvement de la soupape.

[0006] Le courant qui circule dans la bobine induit des pertes par effet Joule, qui se traduisent par un dégagement de chaleur dans l'entrefer de l'actionneur électromagnétique. Cette chaleur doit être évacuée par un circuit de refroidissement de l'actionneur électromagnétique.

[0007] Une technique pour refroidir un actionneur électromagnétique est connue du brevet Américain US 5 983 847, qui décrit un actionneur électromagnétique pour soupape de moteur à combustion interne, qui comprend : une armature définissant un circuit magnétique incluant un aimant ; au moins une pièce polaire ferromagnétique en contact avec l'aimant ; un noyau ferromagnétique définissant avec la pièce polaire ou l'aimant un entrefer primaire ; un équipage mobile incluant : o une carcasse munie d'un corps tubulaire plongé dans l'entrefer, o une bobine enroulée dans l'entrefer primaire sur le corps de la carcasse ; o une soupape solidaire de la carcasse ; o un conduit de refroidissement percé dans l'armature pour le refroidissement de la bobine, le conduit débouchant à l'intérieur de la carcasse de l'équipage mobile.

[0008] Un tel actionneur permet de réaliser un refroidissement de la bobine. Cependant, ce refroidissement a un effet limité, étant donné que le fluide de refroidissement est de l'air et qu'il se réchauffe avant d'atteindre la bobine. En effet, un compresseur d'air est nécessaire pour injecter de l'air en quantité suffisante dans le circuit de refroidissement, l'air étant sous pression.

[0009] De plus, l'injection d'air dans le circuit de refroidissement provoque des nuisances sonores.

[0010] Un objectif est de proposer un système de refroidissement d'un actionneur électromagnétique utilisant un autre fluide de refroidissement, ce fluide de refroidissement pouvant circuler à basse pression (notamment pression atmosphérique) dans le circuit de refroidissement.

[0011] Un deuxième objectif est de proposer un système de refroidissement d'un actionneur électromagnétique définissant avec l'actionneur électromagnétique un circuit de refroidissement ouvert. [0012] Un troisième objectif est réduire l'encombrement du moteur, plus particulièrement la culasse du moteur.

[0013] A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un système de refroidissement d'un actionneur électromagnétique pour une soupape d'un moteur à combustion interne, le système comprenant au moins un bac muni d'une entrée d'huile et d'une sortie d'huile, et dans lequel est monté l’actionneur électromagnétique.

[0014] Avantageusement, le système comprend un moyen de circulation d’huile relié à l'entrée d'huile et à la sortie d'huile, pour entretenir un bain d'huile circulant dans le bac.

[0015] Avantageusement, un tel système permet au moteur d'avoir un circuit de circulation d'huile indépendant, dédié au refroidissement d'un actionneur électromagnétique, le circuit de circulation étant protégé de l'apparition d'impuretés. Le système de refroidissement permet de refroidir efficacement un actionneur électromagnétique, dans un circuit de circulation d'huile ouvert d'un point de vue de l’actionneur, mais fermé d'un point de vue du moteur, ainsi, il n'y a pas d'huile dans la culasse du moteur.

[0016] Par ailleurs, ce système permet de réduire l'encombrement de la culasse du moteur.

[0017] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : l’actionneur comprend une armature, percée d’au moins un conduit de refroidissement ; l’actionneur comprend une carcasse primaire et une carcasse secondaire comprenant chacune une ceinture annulaire positionnée au droit d’un conduit de refroidissement ; le bac peut contenir plusieurs actionneurs électromagnétiques comprenant chacun une armature et deux équipages mobiles ; le bac est une extension de la culasse, de sorte que le bac et la culasse soient une unique pièce ; le bac comprend une paroi inférieure percée de trous pour le passage de goujons, de sorte à pouvoir solidariser le bac à une culasse du moteur à combustion interne ; le système comprend un joint, disposé entre la culasse et le bac ; le bac comprend des ergots, de sorte à monter un rail électrique permettant l'installation de matériel électronique.

[0018] Il est proposé, en second lieu, un moteur comprenant un tel système de refroidissement.

[0019] Il est proposé, en troisième lieu, un véhicule automobile comprenant un tel moteur.

[0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière concrète à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation, laquelle est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective de dessus d'un véhicule automobile muni d'un moteur à combustion interne ayant au moins un actionneur électromagnétique pour soupape ; la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un cylindre du moteur de la figure 1 ; la figure 3 est une vue éclatée en perspective de dessus de l'actionneur électromagnétique ; la figure 4 est une vue en coupe du système de refroidissement ; la figure 5 est une vue éclatée en perspective de dessus du moteur à combustion interne équipé du système de refroidissement selon un mode de réalisation.

[0021] Sur la figure 1 est représenté un véhicule 1 automobile (en traits pointillés) comprenant un moteur 2 à combustion interne. Il s'agit ici d'un véhicule particulier, mais il pourrait s'agir de tout autre type de véhicule : utilitaire, camion, engin de chantier.

[0022] On définit par rapport au véhicule 1 un repère orthogonal XYZ comprenant trois axes perpendiculaires deux à deux, à savoir : un axe X, définissant une direction longitudinale, horizontale, confondue avec la direction générale de déplacement du véhicule, un axe Y, définissant une direction transversale, horizontale, qui avec l'axe X définit un plan XY horizontal, un axe Z, définissant une direction verticale, perpendiculaire au plan XY horizontal.

[0023] Dans la suite de la description et en référence au repère défini ci-dessus, les termes « longitudinal » ou « longitudinalement » font référence à une direction confondue avec l'axe X, les termes « transversal » ou « transversalement » font référence à une direction confondue avec l'axe Y, et les termes « vertical » ou « verticalement » font référence à une direction confondue avec l'axe Z.

[0024] Comme on peut le voir sur la figure 2, le moteur 2 à combustion interne comprend au moins un cylindre 3 définissant une chambre 4 de combustion et dans lequel est monté coulissant un piston 5 lié, par une bielle 6, à un vilebrequin 7 dont la rotation entraîne les roues 8 du véhicule 1, via une transmission (non représentée).

[0025] Le moteur 2 comprend, pour chaque cylindre 3 au moins deux soupapes, à savoir une soupape 9 d'admission et une soupape 10 d'échappement.

[0026] Dans la suite de cette description, nous parlerons de soupapes 9, 10, sans faire de référence particulière à leur utilisation pour l'admission ou l'échappement.

[0027] Chaque soupape 9, 10 comprend une tige 11, 12 qui s'étend suivant un axe A, B central qui définit une direction axiale. A une extrémité de chaque tige 11, 12 est formée une tête 13, 14. Chaque soupape 9, 10 est mobile en translation par rapport à une culasse 15 du moteur 2 entre une position fermée dans laquelle les têtes 13, 14 des soupapes 9, 10 s'appuient contre des sièges 16, 17 pour obturer un conduit 18 d'admission et un conduit 19 d'échappement, et une position ouverte dans laquelle les têtes 13, 14 sont écartées des sièges 16, 17 pour mettre en communication le cylindre 3 avec le conduit 18 d'admission et le conduit 19 d'échappement.

[0028] Chaque soupape 9, 10 est commandée en position par un actionneur 20, 21 électromagnétique.

[0029] Comme illustré sur la figure 3, l'actionneur 20 électromagnétique comprend une armature 22 ainsi que deux équipages mobiles, à savoir un équipage 23 mobile primaire et un équipage 24 mobile secondaire.

[0030] L'armature 22 comprend : un aimant 25 pourvu de deux conduits 26, 27 de refroidissement débouchant dans un alésage 28 primaire et un alésage 29 secondaire, les deux alésages 28, 29 traversant l'armature 22 ; au moins une pièce 30 polaire ferromagnétique, et dans l'exemple illustré, une pièce 31 polaire supérieure et une pièce 32 polaire inférieure, entre lesquelles l'aimant 25 est pris en sandwich ; un noyau 33 primaire ferromagnétique de forme sensiblement cylindrique définissant, avec les pièces 30, 31 polaires, un entrefer primaire ; un noyau 34 secondaire ferromagnétique de forme sensiblement cylindrique définissant, avec les pièces 30, 31 polaires, un entrefer secondaire, et un couvercle 35 venant en prise avec les deux noyaux 33, 34.

[0031] L'équipage 23 mobile primaire comprend une carcasse 36 primaire, une bobine 37 primaire supérieure, une bobine 38 primaire inférieure et la soupape 9.

[0032] De même, l'équipage 24 mobile secondaire comprend une carcasse 39 secondaire, une bobine 40 secondaire supérieure, une bobine 41 secondaire inférieure et la deuxième soupape 10.

[0033] L'utilisation de courants électriques élevés, pour générer les efforts nécessaires au mouvement des soupapes 9, 10, entraine, dans certaines conditions d'utilisation de l’actionneur 20, 21 électromagnétique, un excès de chaleur et, ainsi, un échauffement de l’actionneur 20, 21 électromagnétique qui, combiné à la chaleur générée par le fonctionnement du moteur 2 lui-même, peut dégrader prématurément l’actionneur 20, 21 électromagnétique. Il convient donc d'évacuer cette chaleur.

[0034] Les carcasses 36, 39 primaire et secondaire sont alors pourvues d'une ceinture annulaire, sensiblement centrale, qui, lorsque l’actionneur 20, 21 électromagnétique est assemblé, est au droit des conduits 26, 27 de refroidissement, de sorte qu'un fluide de refroidissement, injecté dans l'armature 22, ne rencontre pas d'obstacle dès son entrée dans les alésages 28, 29 primaire et secondaire, et puisse refroidir les bobines 37, 38, 40, 41.

[0035] La ceinture annulaire est mobile car elle est solidaire de la soupape 9, elle est assez large pour toujours demeurer en face du conduit 26 de refroidissement.

[0036] Un système 42 de refroidissement, tel qu'illustré sur la figure 4, comprend un bac 43 pour stocker de l'huile (représentée en traits pointillés) et un moyen 44 de circulation d’huile permettant d'injecter de l'huile dans le bac 43, l'huile présente dans le bac 43 pouvant ainsi traverser les conduits 26, 27 de refroidissement puis la ceinture annulaire pour le refroidissement des bobines 37, 38, 40, 41.

[0037] Le terme « huile » employé ici ne doit pas être vu comme limitatif, d’autres fluides de refroidissement peuvent être envisagés, dès lors qu’ils permettent une circulation à faible pression, notamment la pression atmosphérique, dans le circuit de refroidissement.

[0038] Dans une variante de réalisation, non représentée, l’armature est dépourvue de conduits de refroidissement, et l’actionneur baigne dans le bac contenant le fluide de refroidissement.

[0039] Selon un mode de réalisation, le bac 43 peut contenir trois actionneurs 20, 21, 45 électromagnétiques comme illustré sur la figure 5, disposés les uns à côtés des autres, comprenant chacun une armature et deux équipages mobiles.

[0040] Le bac 43 présente en section transversale un rectangle ouvert, comprenant une paroi 46 inférieure, deux parois 47, 48 longitudinales et deux parois latérales.

[0041] Dans le mode de réalisation représenté, la paroi 46 inférieure est disposée sur la culasse 15 par le biais d'un joint 49, la paroi 46 inférieure étant percée de trous 50, des goujons 51, solidaires du moteur, assurant la mise en position et le maintien en place du bac 43 sur la culasse 15.

[0042] Dans d’autres réalisations, non représentées, le bac et la culasse forment une seule et même pièce, par exemple venue de matière.

[0043] La paroi 46 inférieure comprend également des cavités permettant l'introduction des soupapes 9, 10.

[0044] Le bac 43 comprend des ergots 52 s'étendant depuis la paroi 46 inférieure du bac 43 et permettant la pose et la fixation, par exemple au moyen de vis, d'un rail électrique. Le rail électrique permet d'installer tout équipement électronique nécessaire au fonctionnement des actionneurs 20, 21, 45 électromagnétiques, à savoir par exemple des capteurs de position et des connecteurs mobiles électrique.

[0045] Afin de cloisonner complètement le bac 43 et de prévenir la moindre fuite d'huile, un chapeau 53 est positionné sur le bac 43. Le chapeau est par exemple vissé à la fois sur les parois 47, 48 longitudinales et les parois latérales du bac 43, et sur chaque couvercle des armatures, ainsi, l'étanchéité du bac 43 est assurée.

[0046] Le bac 43 comprend une quantité suffisante d'huile afin d'immerger complètement les actionneurs 20, 21, 45 électromagnétiques. Une fois que les actionneurs 20, 21, 45 électromagnétiques sont totalement immergés, comme le montre la figure 4, l'huile va s'écouler naturellement par gravité dans les conduits 26, 27 de refroidissement des trois armatures pour finalement atteindre leurs ceintures annulaires, et ainsi refroidir toutes les bobines.

[0047] Cependant, l'huile stagnante se réchauffe vite et à besoin de circuler, faute de quoi le refroidissement des bobines cessera de faire effet. Ainsi, le bac 43 comprend une entrée 54 d'huile et une sortie 55 d'huile pour l'injection d'huile (comme le montre la flèche positionnée devant l'entrée 54 d'huile) et pour son évacuation (comme le montre la flèche positionnée sous la sortie 55 d'huile). Avantageusement, l'entrée 54 d'huile et la sortie 55 d'huile sont reliées au moyen 44 de circulation d’huile aux moyens de tuyaux 56, de sorte à faire circuler convenablement l'huile dans les actionneurs 20, 21, 45 électromagnétiques.

[0048] Selon un mode de réalisation, la culasse 15 comprend une extension correspondant au bac 43, ainsi, la culasse 15 et le bac 43 forment une unique pièce. Intégrer directement le bac 43 à la culasse 15 permet de réduire le nombre de pièces nécessaires à la mise en place et le maintien en place du bac 43, cela permet également d’assurer l’étanchéité du bac 43.

[0049] Selon un mode de réalisation, illustré en figure 5, le système 42 de refroidissement comprend deux bacs 43, 57, le premier étant associé à la phase d'admission du moteur 2 et le second étant associé à la phase d'échappement du moteur 2. Avantageusement, le moyen 44 de circulation d’huile est relié au deux bacs 43, 57.

[0050] Le système 42 de refroidissement qui vient d'être décrit présente les avantages suivants.

[0051] Premièrement, le système 43 de refroidissement permet de réduire globalement la surchauffe de plusieurs actionneurs électromagnétiques, dans un circuit ouvert d'un point de vue des actionneurs et fermé d'un point de vue de la culasse 15 du moteur 2 à combustion interne.

[0052] Deuxièmement, la culasse 15 ne contient plus d'huile pour le refroidissement des actionneurs électromagnétiques. La conception de la culasse 15 peut donc évoluer et son volume peut être ainsi réduit, dans le but de rendre le moteur 2 à combustion interne plus compact. [0053] Enfin, ce système 42 de refroidissement permet d'immerger des actionneurs électromagnétiques dans de l'huile circulant à pression atmosphérique. Les parties mobiles des actionneurs électromagnétiques n'étant pas soumises à des efforts de pression, leur consommation électrique est réduite.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Système (42) de refroidissement d'un actionneur (20) électromagnétique pour une soupape (9) d'un moteur (2) à combustion interne, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un bac (43) muni d'une entrée (54) d'huile et d'une sortie (55) d'huile, un chapeau (53) positionné sur le bac (43) cloisonnant complètement le bac (43) dans lequel est monté l'actionneur (20) électromagnétique.
2. 2. Système (42) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un moyen (44) de circulation d’huile relié à l'entrée (54) d'huile et à la sortie (55) d'huile pour entretenir un bain d'huile circulant dans le bac (43).
3. 3. Système (42) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’actionneur (20) comprend une armature (22) percée d’au moins un conduit (26, 27) de refroidissement.
4. 4. Système (42) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’actionneur (20) comprend une carcasse (36) primaire une carcasse (39) secondaire comprenant chacune une ceinture annulaire positionnée au droit d’un conduit (26, 27) de refroidissement.
5. 5. Système (42) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bac (43) peut contenir plusieurs actionneurs (20, 21, 45) électromagnétiques comprenant chacun une armature et deux équipages mobiles.
6. 6. Système (42) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bac (43) est une extension d’une culasse (15) du moteur (2), de sorte à ce que le bac (43) et la culasse (15) soient une unique pièce.
7. 7. Système (42) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bac (43) comprend une paroi (46) inférieure percée de trous (50) pour le passage de goujons (51), de sorte à pouvoir solidariser le bac (43) à une culasse (15) du moteur (2) à combustion interne.
8. 8. Système (42) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comprend un joint (49), disposé entre la culasse (15) et le bac (43).
9. 9. Système (42) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bac (43) comprend des ergots (52), de sorte à monter un rail électrique permettant l'installation de matériel électronique.
10. 10. Moteur (2) comprenant un système (42) selon l’une quelconque des revendications précédentes.