FR3052184A1 - Systeme d’actionnement d’une soupape de moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

Système d'actionnement d'une soupape comprenant un actionneur (19) électromagnétique et un dispositif (20) de commande pilotant l'actionneur; le dispositif de commande comprenant un circuit d'alimentation (25) de l'actionneur, un circuit de récupération d'énergie (24) et un circuit de commande (22) pouvant fonctionner selon un mode Boost comprenant : - une configuration active de charge de la bobine dans laquelle le circuit d'alimentation alimente la bobine pour accumuler de l'énergie dans la bobine, le circuit de récupération d'énergie étant alors déconnecté du circuit d'alimentation ; et - une configuration passive de récupération de l'énergie dans laquelle la bobine est mise en série avec le circuit d'alimentation pour additionner la force électromotrice de l'actionneur avec celle du circuit d'alimentation, et le circuit de récupération de l'énergie recueille l'énergie accumulée dans la bobine sous forme d'énergie inductive et d'énergie cinétique.

Description

SYSTEME D’ACTIONNEMENT D’UNE SOUPAPE DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE

[0001] La présente invention concerne de manière générale la commande des soupapes dans un moteur à combustion interne. Elle concerne plus précisément, un système d’actionnement d’une soupape dans un tel moteur.

[0002] Un moteur à combustion interne est alimenté lors de chaque cycle par un mélange comprenant de l'air et du carburant (ou mélange carburé). Un tel moteur comprend au moins un cylindre définissant une chambre de combustion, cette chambre de combustion étant délimitée, dans une partie supérieure, par une culasse, et dans une partie inférieure, par un piston mobile au sein du cylindre.

[0003] Le moteur comprend, pour chaque cylindre, au moins une soupape d’admission et une soupape d’échappement. Une soupape comprend une tige au bout de laquelle est formée une tête. Chaque soupape est mobile en translation par rapport à la culasse du moteur entre une position fermée dans laquelle la tête de la soupape s’appuie contre un siège pour obturer un conduit d’admission (ou, respectivement, un conduit d’échappement) et une position ouverte dans laquelle la tête est écartée du siège pour mettre en communication la chambre de combustion avec le conduit d’admission (ou, respectivement avec le conduit d’échappement).

[0004] La commande des soupapes 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. De plus, les efforts transmis aux soupapes doivent être importants (notamment à l’évacuation) pour vaincre la pression régnant dans la chambre de combustion. Enfin, le système de commande doit être fiable pour éviter notamment toutes pertes de puissance dues à un dysfonctionnement de celui-ci.

[0005] Traditionnellement, la commande des soupapes dans les moteurs à combustion interne est réalisée mécaniquement par un système d’actionnement 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.

[0006] Cette technique a fait ses preuves mais elle présente un inconvénient majeur : Elle ne permet pas à la base une modification dynamique du profil d’ouverture et fermeture des soupapes en fonction des modes de fonctionnement du moteur, certains dispositifs mécaniques supplémentaires permettent certaines modifications du profil mais entraînent des coûts supplémentaires (actionneur, capteur, stratégie de commande).

[0007] Une technique alternative de commande des soupapes est l’actionnement électromagnétique. Dans cette technique, chaque soupape est entraînée au moyen d’un actionneur électromagnétique. Chaque actionneur comprend ainsi un ou plusieurs aimants qui génèrent un champ magnétique au sein duquel se trouve une bobine parcourue par un courant électrique, la soupape étant ainsi apte à se mouvoir linéairement dans un sens, par la force de Laplace, lorsque la bobine est alimentée par un courant positif et respectivement dans le sens inverse lorsqu’elle est alimentée par un courant négatif.

[0008] Un système d’actionnement commande l’ensemble des soupapes du moteur, ce système d’actionnement comprenant, pour chaque soupape, un actionneur électromagnétique actionnant la soupape et un dispositif de commande pilotant cet actionneur. Les différents dispositifs de commande associés aux soupapes du moteur sont eux-mêmes sous contrôle d’un calculateur (également appelé contrôle moteur). Le calculateur est relié à différents capteurs qui lui fournissent en temps réel des données sur le moteur et notamment sur la position du vilebrequin et la position de chaque soupape par rapport à la culasse. Le dispositif d’actionnement permet de synchroniser les soupapes avec les autres éléments du moteur tels que les pistons.

[0009] Lorsque l’actionnement est électromagnétique, les motoristes distinguent quatre phases lors de la commande d’une soupape au cours d’un cycle de levée, ce cycle correspondant à l’ouverture de la soupape c’est à dire au passage de la soupape d’une position fermée à une position ouverte, et à la fermeture de la soupape c'est-à-dire au passage de la soupape de la position ouverte à la position fermée.

[0010] Afin d’expliciter ces quatre phases, on suppose par exemple que l’alimentation de la bobine avec un courant positif permet le déplacement de la soupape de la position fermée vers la position ouverte, et inversement, l’alimentation de la bobine avec un courant négatif permet le déplacement de la soupape de la position ouverte vers la position fermée, ces quatre phases étant ainsi définis de la manière suivante : une première phase dans laquelle on alimente la bobine de l’actionneur avec un courant positif pour procurer l’accélération de la soupape en direction de la position ouverte ; une deuxième phase dans laquelle on n’alimente pas électriquement la bobine, en amont de la position ouverte, pour recueillir un courant négatif induit issu de l’inertie emmagasinée par la soupape, ce courant négatif permettant réciproquement de décélérer la soupape ; une troisième phase dans laquelle on alimente la bobine de l’actionneur avec un courant négatif pour procurer l’accélération de la soupape en direction de la position fermée ; une quatrième phase dans laquelle on n’alimente pas électriquement la bobine, en amont de la position fermée, pour recueillir un courant positif induit issu de l’inertie emmagasinée par la soupape, ce courant positif permettant réciproquement de décélérer la soupape.

[0011] On retrouve par exemple ce système d’actionnement dans le document US 2004/1 13731 A1. L’actionneur électromagnétique décrit au sein de ce document comprend une bobine fixe par rapport à la culasse, cette bobine entourant un aimant mobile sur lequel est fixée la soupape. Ce document décrit un système d’actionnement comprenant un circuit de commande utilisé pour commander un électroaimant et contrôler la position d’une soupape et un circuit électronique de récupération d’énergie pour récupérer l’énergie de la bobine.

[0012] Le circuit de commande basé sur un pont en H (figure 13 de ce document) est composé par les diodes D1, D2, D3, D4 et les transistors correspondant Q1, Q2, Q3, Q4. Ce circuit sert à piloter le sens du courant qui traverse l’actionneur. La fonction de récupération dans la figure 13 est faite par les éléments D5, D6 et Q5 et est une fonction de récupération d’énergie inductive (courant stocké dans l’inductance de l’actionneur).

[0013] Cette architecture ne va pas sans inconvénients. L’énergie inductive ainsi récupérée par la fonction de récupération est relativement faible. De plus, la mise en mouvement de chaque soupape nécessite une forte quantité d’énergie étant donné la masse de l’équipage mobile composé de l’aimant et de la soupape. Le besoin énergétique nécessaire à la commande de l’ensemble des soupapes requiert l’implantation d’une batterie haute capacité plus onéreuse et plus volumineuse que les batteries classiques. D’autre part, la masse importante de l’équipage mobile, rend problématique la décélération de celui-ci, notamment à haut régime moteur où l’inertie de l’équipage est telle que l’effort produit, issu du courant induit, pour décélérer la soupape est insuffisant, avec pour principale conséquence l’apparition de chocs lorsque la soupape arrive en fin de course. La répétition des chocs engendre une dégradation prématurée de l’équipage mobile nécessitant le remplacement de(s) l’équipage(s) mobile(s) défectueux, ou le remplacement du moteur complet dans le cas d’une casse d’un équipage mobile lorsque le moteur est en fonctionnement.

[0014] De manière plus générale, les procédés dans l’art antérieur concernant la commande d’actionneurs à aimants mobiles et bobines fixes et les stratégies des contrôleurs sont concentrées sur le suivi des consignes à des niveaux intermédiaires de position des levées des soupapes et des stratégies d’amortissements spécifiques, liées au besoin d’amortir une masse mobile en générale de quelques centaines de grammes, constituée par les aimants mobiles, les soupapes et un ressort de compression pour le stockage d’énergie.

[0015] Les inconvénients et problèmes de commande qu’ils engendrent sont directement liés au design des actionneurs à aimants mobiles et ressorts de stockage car les modèles sont non-linéaires. Les problématiques suivantes sont rencontrées : difficulté de précision dans le suivi de la consigne de levée de soupape ; non-respect des critères acoustiques de niveau de bruit (claquements) lors des mouvements des aimants permanents et lors de l’accostage des soupapes sur les sièges de soupapes lors de la fermeture.

[0016] Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l’art antérieur mentionné ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de fournir un système d’actionnement de soupape fiable et ayant une faible consommation en électricité et qui soit simple à mettre en œuvre. Ce système d’actionnement doit permettre d’assurer le suivi de la consigne variable en fonction du régime et des fonctions de combustion, d’utiliser l’énergie juste nécessaire dans la commande des différentes soupapes et d’optimiser la récupération d’énergie issue de l’actionneur électromagnétique.

Pour cela, un premier aspect de l’invention concerne un système d’actionnement d’une soupape de moteur à combustion interne, ce système comprenant un actionneur électromagnétique et un dispositif de commande pilotant l’actionneur, cet actionneur comprenant un aimant fixe générant un champ magnétique et une bobine mobile plongée dans le champ magnétique raccordée électriquement au dispositif de commande ; le dispositif de commande comprenant un circuit d’alimentation de l’actionneur, un circuit de récupération d’énergie, caractérisé en ce que le circuit de commande peut fonctionner en outre selon un mode convertisseur Boost comprenant : une configuration active de charge de la bobine dans laquelle le circuit d’alimentation alimente électriquement la bobine pour accumuler de l’énergie magnétique dans la bobine, le circuit de récupération d’énergie étant alors déconnecté du circuit d’alimentation ; et une configuration passive de récupération de l’énergie dans laquelle la bobine est mise en série avec le circuit d’alimentation pour additionner la force électromotrice de l’actionneur avec la force électromotrice du circuit d’alimentation, et le circuit de récupération de l’énergie recueille l’énergie magnétique accumulée dans la bobine sous forme d’énergie inductive et d’énergie cinétique.

[0017] Un tel système d’actionnement permet l’utilisation de l’actionneur électromagnétique dans un mode convertisseur Boost permettant d’optimiser la récupération d’énergie ainsi que dans un mode de fonctionnement usuel pour l’actionnement de la soupape, à savoir une configuration active dans laquelle le circuit d’alimentation alimente électriquement la bobine pour procurer une accélération à la soupape ; et une configuration passive dans laquelle le circuit d’alimentation n’alimente pas électriquement la bobine pour procurer une décélération à la soupape, et le circuit de récupération d’énergie recueille une énergie électrique induite par la bobine.

[0018] De cette manière, dans la configuration passive du mode convertisseur Boost, le circuit de récupération d’énergie recueille non seulement l’énergie inductive stockée dans la bobine mais également l’énergie cinétique liée au mouvement de cette dernière. On entend par convertisseur Boost, une alimentation à découpage qui convertit la tension du circuit d’alimentation en une autre tension de plus forte valeur.

[0019] Contrairement au document US 2004/1 13731, cela est rendu possible tout d’abord par l’utilisation d’un actionneur dont la conception de son circuit magnétique comprend un ou des aimants permanents fixes, avec des pièces ferromagnétiques fixes et des bobines solidaires aux soupapes mobiles, et en outre par l’utilisation d’un mode convertisseur Boost assurant la mise en série du circuit d’alimentation avec la bobine et additionnant ainsi les forces électromotrices de la bobine et de l’alimentation.

[0020] Avantageusement, le circuit de commande est un circuit de transistors sous forme d’un pont en H comprenant : un premier couple de transistors permettant de contrôler le passage d’un courant positif à travers la bobine ; et un deuxième couple de transistors permettant de contrôler le passage d’un courant négatif à travers la bobine ; et caractérisé en ce que dans le mode convertisseur Boost : durant la configuration active de charge de la bobine, l’un d’entre le premier couple de transistors ou le deuxième couple de transistors est commandé en mode passant et l’autre d’entre le premier couple de transistors et le deuxième couple de transistors est commandé en mode bloqué ; et durant la configuration passive de récupération d’énergie, un transistor de chaque couple de transistors est commandé en mode passant et l’autre transistor de chaque couple de transistors est commandé en mode bloqué de sorte à court-circuiter l’actionneur.

[0021] L’utilisation d’un circuit de commande sous forme d’un pont en H permet de passer d’un mode de commande usuel à un mode convertisseur Boost en changeant simplement les commandes appliquées aux deux couples de transistors.

[0022] Avantageusement, dans le mode convertisseur Boost, durant la configuration active de charge de la bobine, le couple de transistors commandés en mode passant est commandé en mode saturé. L’intérêt d’une commande en mode saturé pour assurer la fermeture du circuit lors de la phase de charge de la bobine est de réduire les pertes par échauffement et surtout de permettre de récupérer de l’énergie même pour de faibles valeurs de force électromotrice.

[0023] Avantageusement, les transistors sont commandés deux par deux. L’utilisation d’un circuit de commande sous forme d’un pont en H permet une simplification du contrôle en commandant les transistors deux par deux que ce soit pour le mode usuel ou pour le mode convertisseur Boost.

[0024] Avantageusement, le circuit de transistors en forme de pont en H est commandé avec des signaux modulés en largeur d’impulsion. Lorsque de tels signaux sont appliqués à un des couples de transistors tandis que l’autre couple de transistors opposé est en conduction, le pont permet de faire varier la puissance moyenne transmise à l’actionneur.

[0025] Avantageusement dans le mode convertisseur Boost, durant la configuration passive de récupération d’énergie, le circuit de récupération d’énergie recueille dans une capacité l’énergie cinétique générée par la tension dans la bobine due à la vitesse de la soupape et via un transistor additionnel l’énergie inductive par régulation du courant stocké dans la bobine. L’énergie ainsi récupérée peut être utilisée à la décélération de la soupape.

[0026] Avantageusement, le système d’actionnement comprend plusieurs actionneurs électromagnétiques actionnant chacun une soupape et pilotés chacun par un dispositif de commande, un dispositif de commande utilisant l’énergie recueillie lors d’une phase de récupération d’énergie en mode convertisseur Boost pour alimenter électriquement un autre actionneur associé à une autre soupape. L’énergie ainsi récupérée peut être utilisée pour l’actionnement des autres soupapes du moteur.

[0027] Avantageusement, la soupape comprend une tête et est mobile, par rapport à une culasse du moteur, entre une position fermée dans laquelle la tête s’appuie contre un siège de la culasse et une position ouverte dans laquelle la tête est écartée du siège, ce système d’actionnement étant caractérisé en ce que la bobine est solidaire de la soupape et l’aimant est fixe par rapport à la culasse.

[0028] De manière générale, le système d’actionnement selon le premier aspect est simple à mettre en œuvre, permet d’éviter le risque d’inverser le sens du courant dans l’actionneur si la consigne des signaux modulés en largeur d’impulsion est trop grande, d’optimiser la récupération d’énergie dans la bobine de l’actionneur même pour des faibles valeurs de force électromotrice ainsi que réduire les pertes d’énergie dans le circuit de commande lors de la configuration active de charge de la bobine.

[0029] Un second objectif est de proposer un véhicule automobile comprenant un système d’actionnement répondant à l’objectif ci-dessus exprimé.

[0030] Selon un deuxième aspect, la présente invention concerne un véhicule comprenant un système d’actionnement selon le premier aspect.

[0031 ] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les 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 partielle d’un cylindre du moteur de la figure 1, équipé de soupapes commandées par un système d’actionnement ; la figure 3 est une représentation schématique du dispositif de commande de l’actionneur ; la figure 4 est une représentation schématique du fonctionnement d’un convertisseur Boost ; les figures 5A et 5B représentent schématiquement le fonctionnement du circuit de commande de la figure 3 dans un mode Boost ; les figures 6A et 6B représentent des diagrammes comparatifs du bilan énergétique entre une soupape traditionnelle et une soupape avec récupération d’énergie selon la présente invention.

[0032] Sur la figure 1 est représenté un véhicule 1 automobile -ici un véhicule 1 particulier mais il pourrait s’agir de tout autre type de véhicule 1 : utilitaire, camion, engin de chantier ou hélicoptère.

[0033] Le véhicule 1 est équipé d’un moteur 2 à combustion interne muni de cylindres 3 (illustrés sur la figure 2) définissant des chambres 4 de combustion et dans lesquels sont montés coulissants des pistons 5 liés, par des bielles 6, à un vilebrequin 7 dont la rotation entraîne les roues 8 du véhicule 1 via une transmission (non représentée).

[0034] Tel qu’illustré sur la figure 2, le moteur 2 comprend, pour chaque cylindre 3, au moins une soupape 9 d’admission et une soupape 10 d’échappement. Chaque soupape 9, 10 comprend une tige 11 qui s’étend suivant un axe X central qui définit une direction axiale. A une extrémité de la tige 11 est formée une tête 12. Chaque soupape 9, 10 est mobile en translation par rapport à une culasse 13 du moteur 2 entre une position fermée PF dans laquelle la tête 12 de la soupape 9, 10 s’appuie contre un siège pour obturer un conduit 15 d’admission (ou, respectivement, un conduit 16 d’échappement) et une position ouverte PO dans laquelle la tête 12 est écartée du siège pour mettre en communication la chambre 4 de combustion avec le conduit 15 d’admission (ou, respectivement, avec le conduit 16 d’échappement).

[0035] Dans l’exemple illustré, le moteur 2 est du type diesel à injection directe et comprend, à cet effet, un injecteur 17 qui débouche directement dans la chambre 4 de combustion, mais il pourrait s’agir de tout autre type de moteur 2 à combustion interne : essence, à injection indirecte, hybride.

[0036] Tel qu’illustré sur la figure 2, un système d’actionnement 18 commande l’ensemble des soupapes 9, 10 du moteur 2 à combustion interne. Ce système d’actionnement 18 comprend, pour chaque soupape 9, 10, un actionneur 19 électromagnétique actionnant la soupape 9, 10 et un dispositif 20 de commande pilotant cet actionneur 19. Les différents dispositifs 20 de commande associés aux soupapes 9, 10 du moteur 2 étant eux-mêmes sous contrôle d’un calculateur 21 (également appelé contrôle moteur).

[0037] Dans le cas où le cylindre 3 est associé à plusieurs soupapes 9 d’admission (ou respectivement plusieurs soupapes 10 d’échappement), et notamment deux, un unique dispositif 20 de commande peut commander les actionneurs 19 électromagnétiques associés, chacun, à une soupape 9, 10.

[0038] Chaque actionneur 19 électromagnétique comprend au moins un aimant fixe par rapport à la culasse 13 générant un champ magnétique et au moins une bobine, plongée dans ce champ, raccordée électriquement au dispositif 20 de commande, cette bobine étant solidaire de la soupape 9, 10.

[0039] La figure 3 est une représentation schématique du dispositif électronique 20 de commande de l’actionneur 19. Le dispositif 20 de commande comprend un circuit 22 de commande de l’actionneur, un circuit 25 d’alimentation et un circuit 24 de récupération d’énergie.

[0040] L’actionneur 19 est représenté sous la forme d’une bobine 23 ou inductance, une résistance intérieure 26 et d’une source de tension ou force électromotrice 27.

[0041] Le circuit 22 de commande de l’actionneur est avantageusement réalisé au moyen d’un circuit de quatre éléments de commutation disposés autour de l’actionneur sous la forme d’un pont en H. Les éléments de commutation sont de préférence des transistors MOSFETs T1, T2, T3 et T4 représentés sur la figure 3 avec leurs diodes parasites correspondantes D1, D2, D3 et D4.

[0042] Les transistors T1-T4 sont avantageusement commandés avec des signaux modulés en largeur d'impulsion (PWM1, PWM2), de sorte que les couples de transistors T1-T4 et T2-T3 permettent de contrôler le sens du courant dans l’actionneur et les signaux modulés en largeur d’impulsion permettent d’activer les deux branches du circuit de commande. Les signaux PWM1 et PWM2 sont contrôlés de façon à rendre possible la récupération d’énergie cinétique dans le mode Boost comme cela sera expliquer plus en détail par la suite.

[0043] Le circuit 25 d’alimentation comprend par exemple une batterie 12V modélisée avec une inductance L en série et un transistor T5 qui contrôle la fourniture de l’alimentation en tension à l’actionneur 19 (via le pont en H).

[0044] Le circuit 24 de récupération d’énergie est basé sur la récupération d’énergie cinétique et inductive lors de la décélération de la soupape (par la loi de Lenz-Faraday). La décélération s’opère par l’inversion du signe du courant au travers de l’actionneur 19. Le principe et les phases récupératrices sont expliqués ci-après.

[0045] Ce circuit de récupération d’énergie peut par exemple comprendre un transistor T6 qui récupère l’énergie inductive par régulation de la vidange du courant stocké dans la bobine 23 (ou inductance) de l’actionneur 19 et un ou plusieurs condensateurs pour récupérer l’énergie cinétique dans le mode Boost. Alternativement ou en supplément, il est également possible de prévoir que le circuit de récupération d’énergie transmette directement l’énergie cinétique et/ou inductive récupérée aux dispositifs de commande des autres soupapes.

[0046] Revenant au mode de fonctionnement du circuit 22 de commande, suivant les différentes combinaisons d’actionnement des transistors T1-T4 du pont, on obtient la commande voulue. Dans le mode usuel de fonctionnement, le circuit de commande comprend : une première phase dans laquelle un premier couple de transistors T1 et T4 est commandé dans un mode passant et le deuxième couple de transistors T2 et T3 est commandé dans un mode bloqué de sorte que le circuit d’alimentation 25 alimente électriquement la bobine 23 de l’actionneur avec un courant positif pour procurer l’accélération de la soupape 9, 10 en direction de la position ouverte ; une deuxième phase dans laquelle les transistors T1 et T4 sont commandés en mode bloqué de sorte que le circuit d’alimentation 25 n’alimente pas électriquement la bobine 23, en amont de la position ouverte, pour recueillir via le circuit 24 de récupération d’énergie un courant négatif induit issu de l’inertie emmagasinée par la soupape 9, 10, ce courant négatif permettant réciproquement de décélérer la soupape ; une troisième phase dans laquelle le premier couple de transistors T1 et T4 est commandé dans un mode bloqué et le deuxième couple de transistors T2 et T3 est commandé dans un mode passant de sorte que le circuit d’alimentation 25 alimente électriquement la bobine 23 de l’actionneur avec un courant négatif pour procurer l’accélération de la soupape 9, 10 en direction de la position fermée ; une quatrième phase dans laquelle les transistors T1 et T4 sont commandés en mode bloqué de sorte que le circuit d’alimentation 25 n’alimente pas électriquement la bobine 23, en amont de la position fermée, pour recueillir via le circuit 24 de récupération d’énergie un courant positif induit issu de l’inertie emmagasinée par la soupape, ce courant positif permettant réciproquement de décélérer la soupape.

[0047] Pour récupérer l’énergie cinétique de l’actionneur 19 en plus de l’énergie inductive stockée dans l’inductance 23 de l’actionneur, il faut que la force électromotrice 27 (FEM) de l’actionneur soit non nulle et donc que sa vitesse soit non nulle.

[0048] Pour ce faire, dans le cadre de la présente invention, le circuit de commande 22 est agencé pour également fonctionner dans un mode convertisseur Boost, appelé tout simplement mode Boost, c’est-à-dire une alimentation à découpage qui convertit la tension continue du circuit d’alimentation en une autre tension continue de plus forte valeur. Cette utilisation en mode Boost permet de récupérer l’énergie cinétique générée par la tension dans la bobine 23 due à la vitesse de la soupape 9, 10. Le mode Boost est induit par les transistors du pont H, comme cela est expliqué plus en détail avec les figures 5A et 5B.

[0049] Avant de détailler la mise en œuvre du mode Boost au moyen du circuit de commande 22, on rappellera brièvement ici le principe de fonctionnement d’un tel convertisseur Boost en lien avec la figure 4.

[0050] La figure 4 représente schématique un convertisseur Boost comprenant, d’une part, une source d’alimentation représentée par une force électromotrice (FEM) en série avec une inductance (L), et, d’autre part, une charge (BusDC) pouvant être connecté ou non à la source d’alimentation à travers un dispositif de commande représenté par les transistors PWM et PWM.

[0051] Dans le mode Boost, le transistor PWM est utilisé comme commutateur et le transistor PWM est utilisé comme diode. Dans un mode non synchrone, le rôle de la diode est assuré par la diode interne du transistor P WM. Dans un mode synchrone, le rôle de la diode est assuré par une commande inverse entre le transistor PWM et le transistor PWM.

[0052] Le fonctionnement d'un tel convertisseur Boost peut être divisé en deux phases distinctes selon l'état de commande des transistors PWM et PWM : une première phase d'accumulation d'énergie P1 (représentée par le trait pointillé continu) : lorsque le transistor PWM est en mode passant, cela entraîne l'augmentation du courant dans l'inductance L donc le stockage d'une quantité d'énergie sous forme d'énergie magnétique. Le transistor PWM est en mode bloqué de sorte que la charge BusDC est alors déconnectée de l'alimentation FEM ; une deuxième phase de récupération d’énergie P2 (représentée par le trait pointillé mixte) : lorsque le transistor PWM est en mode bloqué, l'inductance L se trouve alors en série avec le générateur et sa force électromotrice FEM s'additionne à celle du générateur provoquant un effet survolteur. Le courant traversant l'inductance traverse ensuite le transistor PWM qui est en mode passant pour transférer l'énergie accumulée dans l'inductance vers la capacité.

[0053] Les figures 5A et 5B représentent schématiquement le fonctionnement du circuit de commande 22 de la figure 3 dans un mode Boost. Comme indiqué ci-dessus en lien avec la figure 4, le mode Boost comprend deux phases, une première phase P1 ou configuration active de charge de la bobine, et une deuxième phase P2 ou configuration passive de récupération d’énergie.

[0054] Si l’on transpose le schéma de la figure 4 à celui des figures 5A et 5B, le circuit de transistors T1-T4 en forme de pont en H remplace les transistors de commande PWM et P WM. Sur ces figures 5A et 5B, l’actionneur 19 est représenté schématiquement par son inductance 23 et sa force électromotrice 27.

[0055] Sur la figure 5A, la première phase de charge P1 (représentée par les pointillés continus), pendant laquelle la bobine 23 de l’actionneur est traversée d’un courant positif, est obtenue par l’application des signaux de commande suivants : T1 et T4 sont commandés en mode passant ; et T2 et T3 sont commandés en mode bloqué.

[0056] La deuxième phase de récupération d’énergie P2 (représentée par les pointillés mixtes) est obtenue par l’application des signaux de commande suivants : T1 et T3 sont commandés en mode passant ; et T2 et T4 sont commandés en mode bloqué, avantageusement au moyen de signaux modulés en largeur d'impulsion.

[0057] Cette deuxième phase P2 permet de récupérer l’énergie accumulée dans la bobine 23 par sa mise en série avec l’alimentation (Vbatt) et en conséquence de l’accumulation de la force électromotrice 27 de l’inductance avec la force électromotrice de l’alimentation FEM (non représentée sur cette figure).

[0058] Avantageusement, lors de la phase de charge P1, la fermeture du circuit est assurée par la commande des deux transistors T1 et T4 en mode saturé, ce qui réduit les pertes par échauffement et surtout qui permet de récupérer de l’énergie même pour de faibles valeurs de force électromotrice. De plus les deux transistors sont commandés en même temps, ce qui simplifie d’autant la gestion des signaux de commande.

[0059] Alternativement sur la figure 5B, la phase de charge P1 (pointillés continus) pendant laquelle la bobine 23 est traversée par un courant négatif, est obtenue par une commande des transistors T2 et T3 en mode passant et des transistors T1 et T4 en mode bloqué. La phase de récupération P2 (pointillés mixte), est obtenue par la commande des transistors T1 et T3 en mode passant et des transistors T2 et T4 en mode bloqué.

[0060] Alternativement, au mode Boost présenté aux figures 5A et 5B, il est également possible pour la deuxième phase de récupération d’énergie de commander les transistors T1 et T3 en mode bloqué et les transistors T2 et T4 en mode passant.

[0061] Le système de récupération d'énergie de la soupape ainsi réalisé est d’une nature active et peut être considéré comme un ressort électrique communicant entre les différentes soupapes du moteur. Le potentiel de gain est illustré aux figures 6A et 6B sur lesquelles est comparé le bilan énergétique sans (Figure 6A) et avec (Figure 6B) un tel ressort électrique.

[0062] La courbe Cec de la figure 6A est représentative de l’énergie consommée pour accélérer et décélérer les soupapes.

[0063] La courbe C1 de la figure 6B est représentative des phases consommatrices pour assurer l’accélération des soupapes et la courbe C2 est représentative du surplus d’énergie généré par la décélération des soupapes et pouvant être stocké ou envoyé à d’autres consommateurs (ex. dispositifs de commande des autres soupapes).

[0064] On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l’invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1. Système (18) d’actionnement d’une soupape (9, 10) de moteur (2) à combustion interne, ce système (18) comprenant un actionneur (19) électromagnétique et un dispositif (20) de commande pilotant l’actionneur, cet actionneur comprenant un aimant fixe générant un champ magnétique et une bobine (23) mobile plongée dans le champ magnétique raccordée électriquement au dispositif de commande ; le dispositif de commande comprenant un circuit d’alimentation (25) de l’actionneur, un circuit de récupération d’énergie (24) et un circuit de commande (22), caractérisé en ce que le circuit de commande peut fonctionner selon un mode convertisseur Boost comprenant : une configuration active de charge (P1) de la bobine dans laquelle le circuit d’alimentation alimente électriquement la bobine pour accumuler de l’énergie magnétique dans la bobine, le circuit de récupération d’énergie étant alors déconnecté du circuit d’alimentation ; et une configuration passive de récupération de l’énergie (P2) dans laquelle la bobine est mise en série avec le circuit d’alimentation pour additionner la force électromotrice de l’actionneur avec la force électromotrice du circuit d’alimentation, et le circuit de récupération de l’énergie recueille l’énergie magnétique accumulée dans la bobine sous forme d’énergie inductive et d’énergie cinétique.
2. 2. Système d’actionnement (18) selon la revendication 1, dans lequel le circuit de commande (22) est un circuit de transistors sous forme d’un pont en H comprenant : un premier couple de transistors (T 1, T4) permettant de contrôler le passage d’un courant positif à travers la bobine ; et un deuxième couple de transistors (T2, T3) permettant de contrôler le passage d’un courant négatif à travers la bobine ; et caractérisé en ce que dans le mode convertisseur Boost : durant la configuration active de charge (P1) de la bobine, l’un d’entre le premier couple de transistors (T1, T4) ou le deuxième couple de transistors (T2, T3) est commandé en mode passant et l’autre d’entre le premier couple de transistors et le deuxième couple de transistors est commandé en mode bloqué ; et durant la configuration passive de récupération d’énergie (P2), un transistor (T1, T3) de chaque couple de transistors est commandé en mode passant et l’autre transistor (T2, T4) de chaque couple de transistors est commandé en mode bloqué de sorte à court-circuiter l’actionneur (19).
3. 3. Système d’actionnement (18) selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans le mode convertisseur Boost, durant la configuration active de charge (P1) de la bobine, le couple de transistors (T1, T4 ; T2, T3) commandés en mode passant est commandé en mode saturé.
4. 4. Système d’actionnement (18) selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que les transistors (T1-T4) sont commandés deux par deux.
5. 5. Système d’actionnement (18) selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le circuit de transistors (T1-T4) en forme de pont en H est commandé avec des signaux modulés en largeur d'impulsion (PWM1, PWM2).
6. 6. Système d’actionnement (18) selon l’une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que dans le mode convertisseur Boost, durant la configuration passive de récupération d’énergie (P2), le circuit de récupération d’énergie (24) recueille dans une capacité (C) l’énergie cinétique générée par la tension dans la bobine (23) due à la vitesse de la soupape (9, 10) et via un transistor additionnel (T6) l’énergie inductive par régulation du courant stocké dans la bobine.
7. 7. Système d’actionnement (18) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d’actionnement comprend plusieurs actionneurs (19) électromagnétiques actionnant chacun une soupape (9, 10) et pilotés chacun par un dispositif (20) de commande, un dispositif de commande utilisant l’énergie recueillie lors d’une phase de récupération d’énergie (P2) en mode convertisseur Boost pour alimenter électriquement un autre actionneur associé à une autre soupape.
8. 8. Système d’actionnement (18) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la soupape (9, 10) comprend une tête (12) et est mobile, par rapport à une culasse (13) du moteur (2), entre une position fermée dans laquelle la tête (12) s’appuie contre un siège de la culasse (13) et une position ouverte dans laquelle la tête (12) est écartée du siège, ce système d’actionnement étant caractérisé en ce que la bobine (23) est solidaire de la soupape (9, 10) et l’aimant est fixe par rapport à la culasse (13).
9. 9. Véhicule (1) comprenant un système d’actionnement (18) selon l’une des revendications précédentes.