FR3047271A1

FR3047271A1 - Moteur a combustion interne a actionneur electromagnetique refroidi

Info

Publication number: FR3047271A1
Application number: FR1650672A
Authority: FR
Inventors: Frederic Dufour
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2017-08-04

Abstract

L'invention concerne un moteur (1) à combustion interne comprenant : -une (4) de passage d'air destiné à participer à la combustion, -un actionneur (3) électromagnétique, -une conduite (4) de passage d'air de refroidissement de l'actionneur électromagnétique relié à une extrémité (5) à l'actionneur (3), caractérisé en ce que la conduite (4) de passage d'air est reliée à l'autre extrémité à un piquage sur la ligne (2) d'admission d'air choisi de sorte que lorsque le moteur (1) fonctionne, l'écart de pression d'air entre les deux extrémités (5 ; 6) de la conduite (4) génère un flux d'air de refroidissement au niveau de l'actionneur (3) électromagnétique.

Description

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIQUE

REFROIDI

La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne. L’invention concerne plus particulièrement le refroidissement d’actionneur électromagnétique équipant ces moteurs à combustion interne.

La commande des soupapes d’un moteur à combustion interne doit satisfaire les contraintes suivantes. D’abord, le mouvement des soupapes doit être rapide et précis, pour faciliter l’admission, respectivement l’évacuation, des gaz. Ensuite, la course des soupapes doit être suffisante pour garantir un débit important des gaz, qu’il s’agisse de l’admission ou de l’évacuation. Enfin, les efforts transmis aux soupapes doivent être importants (notamment à l’évacuation), pour vaincre la pression régnant dans la chambre de combustion.

Traditionnellement, la commande des soupapes dans les moteurs à combustion interne est réalisée mécaniquement par un système de distribution comprenant un ou plusieurs arbre(s) à cames qui entraînent les soupapes, soit directement, soit indirectement par l’intermédiaire de culbuteurs. Un arbre à cames est couplé en rotation au vilebrequin par une courroie ou une chaîne de distribution.

Une technique alternative de commande des soupapes est l’actionnement électromagnétique. Dans cette technique, chaque soupape est entraînée au moyen d’un actionneur électromagnétique. Un ou plusieurs aimants génèrent un champ électromagnétique apte à mouvoir, par la force de Laplace, un support sur lequel est enroulée une bobine parcourue par un courant électrique et dont est solidaire la soupape.

Cette technique est notamment connue du document US5983847, qui décrit un actionneur électromagnétique pour soupape de moteur à combustion interne, qui comprend une armature ferromagnétique soutenant un aimant et définissant un entrefer dans lequel est présente une bobine enroulée sur le corps d’une carcasse elle-même solidaire d’une soupape. Un conduit de refroidissement est percé pour le refroidissement de la bobine. Le document US5983847 propose d’alimenter le conduit de refroidissement par de l’air comprimé issu d’un réservoir ou d’une pompe à air, cependant un tel agencement requiert l’ajout au moteur d’un réservoir ou d’une pompe à air, ce qui augmente le coût du moteur.

Par conséquent, le problème à la base de l’invention est d’assurer efficacement le refroidissement de la bobine sans requérir à l’ajout au moteur à combustion interne d’un réservoir ou d’une pompe à air.

Pour résoudre ce problème, il est prévu selon l’invention un moteur à combustion interne comprenant : -une ligne d’admission d’air destiné à participer à la combustion, -un actionneur électromagnétique, -une conduite de passage d’air de refroidissement de l’actionneur électromagnétique reliée à une de ses extrémités à l’actionneur, caractérisé en ce que la conduite de passage d’air est reliée à une autre extrémité à un piquage sur la ligne d’admission d’air choisi de sorte que lorsque le moteur fonctionne, l’écart de pression d’air entre les deux extrémités de la conduite génère un flux d’air de refroidissement au niveau de l’actionneur électromagnétique. L’effet technique est d’obtenir un système de refroidissement sans l’ajout au moteur à combustion interne d’un réservoir ou d’une pompe à air.

Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :

Dans une variante, la ligne d’admission comprend une vanne de dosage d’air d’admission et le piquage sur la ligne d’admission est réalisé en aval de cette vanne de dosage.

De préférence, la ligne d’admission comprend en aval de la vanne de dosage un répartiteur d’air d’admission et le piquage de la conduite de passage d’air sur la ligne d’admission est réalisé niveau de ce répartiteur d’air d’admission.

Dans une autre variante, le moteur comprend des moyens de suralimentation d’air disposés dans la ligne d’admission et le piquage de la conduite de passage d’air sur la ligne d’admission est réalisé en aval de ces moyens de suralimentation.

De préférence, la conduite de passage comprend un dispositif à effet Venturi pour le refroidissement de l’air issu des moyens de suralimentation traversant la conduite.

En variante, le moteur comprend un refroidisseur d’air de suralimentation disposé dans la ligne d’admission en aval des moyens de suralimentation d’air et le piquage de la conduite de passage d’air sur la ligne d’admission est réalisé en aval de ce refroidisseur d’air.

En variante, l’actionneur électromagnétique comprend un aimant permanent présentant un alésage intérieur destiné à recevoir un équipage mobile comprenant un bobinage, cet aimant comprenant un conduit de refroidissement débouchant par une de ses extrémités dans l’alésage et étant raccordé par l’autre de ses extrémités à la conduite de passage d’air.

En variante encore, l’actionneur électromagnétique est relié à une soupape d’admission ou d’échappement dudit moteur. L’invention a aussi pour objet un procédé de refroidissement d’un moteur à combustion interne de l’invention, caractérisé en ce que l’actionneur électromagnétique est refroidi par un flux d’air généré par un écart de pression d’air entre l’actionneur électromagnétique et la ligne d’admission d’air lorsque le moteur à combustion interne est en fonctionnement. D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique d’un premier mode de réalisation de l’invention. - La figure 2 est une représentation schématique d’un second mode de réalisation de l’invention. - La figure 3 est une représentation schématique d’un troisième mode de réalisation de l’invention. - La figure 4 est une vue éclatée en perspective d’un actionneur électromagnétique mis en œuvre dans l’invention.

La figure 1 présente un premier mode de réalisation de l’invention. Dans ce premier mode de réalisation, le moteur à combustion interne 1 comprend une ligne 2 d’admission d’air. Cet air admis est destiné à participer à la combustion dans le moteur 1 à combustion interne. Dans ce premier mode de réalisation, le moteur à combustion interne 1 est dit atmosphérique car il ne comprend pas de moyens de suralimentation en air d’admission.

Le moteur à combustion interne comprend encore au moins un actionneur électromagnétique, en particulier un actionneur 3 électromagnétique pour une soupape d’admission d’air ou une soupape d’échappement des gaz brûlés.

Pour assurer le refroidissement de l’actionneur 3 électromagnétique, il est prévu une conduite 4 de passage d’air dont un piquage 5 est réalisé à une extrémité sur l’actionneur 3 et l’autre piquage 6 est réalisé sur la ligne 2 d’admission.

Dans ce premier mode de réalisation, la ligne 2 d’admission d’air comprend une vanne 26 de dosage de la quantité d’air admise, encore désignée vanne papillon et le piquage 6 est réalisé en aval de la vanne papillon 26. L’aval est ici défini relativement au sens d’écoulement de l’air dans la ligne d’admission.

En effet, lorsque le moteur 1 fonctionne, la pression, Padm, dans la ligne d’admission en aval de la vanne papillon 26 est significativement inférieure à la pression atmosphérique, Patmo en raison de la perte de charge créée par la position du papilllon. L’actionneur 3 étant soumis à la pression atmosphérique, Patmo, l’écart de pression entre les deux extrémités de la conduite de passage d’air génère un débit créant ainsi, par aspiration, un flux d’air, F1, qui va passer dans l’actionneur 3 et refroidir les bobinages de l’actionneur 3. Cet air va ensuite se retrouver dans la ligne 2 d’admission et être utilisé pour l’admission d’air moteur.

La ligne 2 d’admission comprend encore un plénum 7, autrement dit un répartiteur d’air d'admission et pour une implantation plus aisée, on peut prévoir de réaliser le piquage 6 plus particulièrement sur ce répartiteur d’air.

La figure 2 présente maintenant un second mode de réalisation de l’invention. Dans ce second mode de réalisation, le moteur à combustion interne 1 est dit suralimenté car il comprend des moyens 8 de suralimentation en air d’admission, tel qu’un turbocompresseur.

Dans ce second mode de réalisation, pour assurer le refroidissement de l’actionneur 3 électromagnétique, il est prévu une conduite 4’ de passage d’air dont un piquage 5’ est réalisé à une extrémité sur l’actionneur 3 et l’autre piquage 6’ est réalisé sur la ligne 2 d’admission, à la sortie des moyens 8 de suralimentation en air, où la pression d’air d’admission, Padm, est supérieure à la pression atmosphérique, Patmo. L’air en provenance des moyens de suralimentation en air ayant été chauffé par la compression, pour permettre un refroidissement efficace de l’actionneur 3, il est d’abord prévu de refroidir l’air traversant le passage d’air en intégrant un dispositif 9 à effet Venturi dans la conduite 4’ de passage d’air, de manière à refroidir l’air avant qu’il arrive à l’actionneur 3.

Lorsque le moteur 1 fonctionne, la pression d’air, Padm, à la sortie des moyens 8 de suralimentation en air est supérieure à la pression atmosphérique, Patmo. L’actionneur 3 étant soumis à la pression atmosphérique, Patmo, l’écart de pression d’air entre les deux extrémités 5’, 6’ de la conduite 4’ génère un débit créant ainsi par soufflage un flux d’air, F2, un flux d’air de refroidissement au niveau de l’actionneur 3 électromagnétique qui va passer dans l’actionneur 3 et refroidir les bobinages. Cet air va ensuite retourner à l’air libre.

La figure 3 présente maintenant un troisième mode de réalisation. Dans ce troisième mode de réalisation, le moteur à combustion interne 1 est également suralimenté des moyens 8 de suralimentation en air d’admission.

Dans cet exemple, la ligne 2 d’admission d’air comprend un refroidisseur 10 d’air de suralimentation, tel qu’un échangeur air /air ou air /eau, pour refroidir l’air comprimé par les moyens 8 de suralimentation, avant son admission dans le moteur 1. Ce refroidisseur 10 est disposé dans la ligne 2 d’admission en aval des moyens 8 de suralimentation. L’amont et l’aval sont ici définis relativement au sens d’écoulement de l’air dans la ligne 2 d’admission. Dans cet exemple, pour assurer le refroidissement de l’actionneur 3 électromagnétique, il est prévu une conduite 4” de passage d’air dont un piquage 5” est réalisé à une extrémité sur l’actionneur 3 et l’autre piquage 6” est réalisé sur la ligne 2 d’admission, à la sortie, autrement dit en aval, du refroidisseur 10 de suralimentation, où la pression d’air d’admission, Padm, est supérieure à la pression atmosphérique, Patmo. Dans ce cas, l’air ayant été refroidi par le refroidisseur 10, la présence d’un dispositif à effet Venturi dans la conduite 4” n’est pas nécessaire.

Dans une variante de l’exemple de la figure 3, on peut prévoir de connecter la conduite 4” de passage d’air à la ligne 2 d’admission d’air non plus en aval du refroidisseur 10 mais entre les moyens 8 de suralimentation et le refroidisseur 10. Dans cette variante, l’air passant dans la conduite 4” n’ayant pas été refroidi par le refroidisseur 10, la présence d’un dispositif à effet Venturi dans la conduite 4” est requise.

La figure 4 est représenté un actionneur 3 électromagnétique. L’actionneur 3 électromagnétique comprend une armature 11 et un équipage mobile 12. L’armature 11 comprend : -un aimant permanent 13, -une pièce polaire ferromagnétique supérieure 14a et une pièce polaire ferromagnétique inférieure 14b entre lesquelles l’aimant permanent est pris en sandwich, -un noyau 15 ferromagnétique de forme extérieure sensiblement cylindrique, -un couvercle 16 en forme de doigt venant en prise sur le noyau 15. L’armature 19 comprend un alésage 17 pratiqué conjointement dans les pièces polaire 14a, 14b et l’aimant 13, cet alésage 17 étant destiné à recevoir le noyau 15. La différence entre le diamètre de l’alésage et celui du noyau 15 définit l’entrefer. L’équipage mobile 12 comprend une carasse 18 présentant un corps tubulaire 19 ouvert à une extrémité supérieure 20 et présentant un fond 23 à l’autre extrémité sur lequel est fixé, par exemple par vissage une soupape 24. Le corps tubulaire 19 est pourvu d’une rainure annulaire supérieure et une rainure annulaire inférieure dans lesquelles sont respectivement logées un bobinage 21 supérieur et un bobinage 22 inférieur.

En fonctionnement, un courant électrique est transmis aux bobinages 21, 22 afin d’interagir avec le champ magnétique généré par l’aimant 13 visant à faire translater l’équipage mobile 12 dans l’alésage 17 de l’armature 11. L’utilisation de courants électriques élevés pour générer les efforts nécessaires au mouvement de la soupape 24, peur générer un excès de chaleur et ainsi un échauffement de l’actionneur 3 électromagnétique qui, combiné à la chaleur du moteur lui-même, peut dégrader l’actionneur 3 électromagnétique.

Afin de refroidir l’actionneur 3 électromagnétique l’aimant 13 est pourvu d’un conduit 25 de refroidissement débouchant par une de ses extrémités dans l’alésage 17 intérieur. L’autre extrémité du conduit 25 de refroidissement est raccordée à la conduite 4, 4’, 4” de passage d’air. Ce raccordement constitue le piquage 5, 5’, 5” de la conduite à l’actionneur. Ainsi l’air circule dans l’entrefer, au plus près des bobinages 21, 22, ce qui permet un refroidissement efficace de ces derniers.

Le moteur 1 à combustion interne peut équiper un véhicule automobile, mais il pourrait s’agir de tout autre type de véhicule : utilitaire, camion, engin de chantier, ou encore un moteur d’installation stationnaire. L’invention permet un refroidissement à air simple et efficace, ce qui permet de s’affranchir d’un système de refroidissement à huile de conception plus complexe et coûteuse.

Claims

Revendications

1. Moteur (1 ) à combustion interne comprenant : -une ligne (2) d’admission d’air destiné à participer à la combustion, -un actionneur (3) électromagnétique, -une conduite (4, 4’, 4”) de passage d’air de refroidissement de l’actionneur électromagnétique reliée à une de ses extrémités (5, 5’, 5”) à l’actionneur (3), caractérisé en ce que la conduite (4) de passage d’air est reliée à une autre extrémité à un piquage (6, 6’, 6”) sur la ligne (2) d’admission d’air choisi de sorte que lorsque le moteur (1) fonctionne, l’écart de pression d’air entre les deux extrémités (5, 5’, 5”; 6, 6’, 6”) de la conduite (4) génère un flux d’air de refroidissement au niveau de l’actionneur (3) électromagnétique.
2. Moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne (2) d’admission comprend une vanne (26) de dosage d’air d’admission et le piquage (6) sur la ligne (2) d’admission est réalisé en aval de cette vanne (26) de dosage.
3. Moteur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ligne (2) d’admission comprend en aval de la vanne (26) de dosage un répartiteur (7) d’air d’admission et le piquage (6) de la conduite (4) de passage d’air sur la ligne (2) d’admission est réalisé niveau de ce répartiteur (7) d’air d’admission.
4. Moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens (8) de suralimentation d’air disposés dans la ligne (2) d’admission et le piquage (6’, 6”) de la conduite (4’, 4”) de passage d’air sur la ligne (2) d’admission est réalisé en aval de ces moyens (8) de suralimentation.
5. Moteur (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la conduite (4’) de passage comprend un dispositif à effet Venturi pour le refroidissement de l’air issu des moyens (8) de suralimentation traversant la conduite (4’).
6. Moteur (1) selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce qu’il comprend un refroidisseur (10) d’air de suralimentation disposé dans la ligne (2) d’admission en aval des moyens (8) de suralimentation d’air et le piquage (6”) de la conduite (4”) de passage d’air sur la ligne (2) d’admission est réalisé en aval de ce refroidisseur (10) d’air.
7. Moteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’actionneur (3) électromagnétique comprend un aimant permanent (13) présentant un alésage (17) intérieur destiné à recevoir un équipage (12) mobile comprenant un bobinage (21, 22), cet aimant (13) comprenant un conduit (25) de refroidissement débouchant par une de ses extrémités dans l’alésage (17) et étant raccordé par l’autre de ses extrémités à la conduite (4, 4’, 4”) de passage d’air.
8. Moteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’actionneur (3) électromagnétique est relié à une soupape (25) d’admission ou d’échappement dudit moteur (1).
9. Procédé de refroidissement d’un moteur (1) à combustion interne selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’actionneur (3) électromagnétique est refroidi par un flux d’air généré par un écart de pression d’air entre l’actionneur (3) électromagnétique et la ligne (2) d’admission d’air lorsque le moteur (1) à combustion interne est en fonctionnement.