WO2010012870A1 - Unité de commande d'un ou plusieurs actionneurs électromagnétiques de soupape de moteur thermique, et différents ensembles de telles unités de commande et de tels actionneurs électromagnétiques - Google Patents

Unité de commande d'un ou plusieurs actionneurs électromagnétiques de soupape de moteur thermique, et différents ensembles de telles unités de commande et de tels actionneurs électromagnétiques Download PDF

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Ronan Danioux
Boris Bouchez
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Definitions

  • the present invention relates to a control unit of one or more electromagnetic valve actuators of a heat engine, such as those used to move motor vehicles. It also relates to different sets of such control units and such electromagnetic actuators.
  • a heat engine generally comprises cylinders which define combustion chambers closed on one side by a cylinder head and on the other by an alternating piston connected to a crankshaft.
  • the engine comprises fuel intake ducts in the combustion chambers and flue gas exhaust ducts, these ducts being respectively equipped with intake valves and exhaust valves.
  • the intake and exhaust valves are actuated to obtain a four-cycle engine operating cycle, namely for each combustion chamber, an intake phase in which air and fuel are introduced into the combustion chamber. combustion, a compression phase of the mixture of air and fuel, an expansion phase in which the burnt gases resulting from the combustion of the mixture relax and an exhaust phase in which the flue gases are discharged out of the chamber of combustion, successive phases in each cylinder on two turns of crankshaft.
  • a control unit of one or more electromagnetic actuators of the engine valve said control unit being adapted to be connected by connecting means to a main management unit of the heat engine, the control unit acting under the effect of at least a first control program for controlling the actuator (s) as a function of a signal transmitted to the control unit by the main management unit via the connecting means.
  • the control unit comprises a memory containing palliative information and, in case of interruption of the signal, the control unit implements a second control program for controlling the actuators or actuators as a function of the palliative information.
  • control unit can continue to drive the actuator thus allowing the vehicle to operate and for example to win a garage for a repair.
  • the actuator then behaves in fact like a conventional camshaft providing control of the actuator according to a fixed control profile.
  • the palliative information comprises the opening and closing angles of the valve as a function of a speed of the heat engine.
  • Said control unit may comprise an internal processing unit making it possible to convert a valve opening / closing order into an electric current, said primary, said instruction depending on said signal transmitted to the control unit by the main unit or in case of interruption of the signal, said palliative information.
  • Said control unit operates permanently, for example, either in slave mode with respect to the main management unit, or in stand-alone mode, in the event of signal interruption.
  • the invention also relates to a set of pairs consisting of a said control unit as described above and a said electromagnetic actuator controlled by said control unit.
  • said set comprises means for synchronizing the control units of said pairs.
  • the invention further relates to an assembly of a unit control unit as described above and said electromagnetic actuators, controlled by said control unit.
  • said control unit of said set is provided remote from said actuators.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a heat engine according to the invention
  • FIG. 2 is a partial schematic cross sectional view of this engine.
  • each combustion chamber 5 open an intake duct 11 and an exhaust duct 12 which are formed in the cylinder head 6.
  • the intake duct 11 and the exhaust duct 12 are respectively equipped with a gas valve.
  • intake 13 and an exhaust valve 14 moved between two open and closed positions by electromagnetic actuators 15, 16 respectively.
  • Each electromagnetic actuator 15, 16 is controlled by a control unit symbolized at 19, 20. In in another embodiment, such actuators may be provided only at the inlet or only at the exhaust.
  • a spark plug 17 is mounted on the cylinder head 6 to open into the combustion chamber 5.
  • the spark plug 17 is connected to an ignition circuit known in itself and not shown here.
  • An injector 18 of a fuel supply device is also mounted on the cylinder head 6.
  • the engine further comprises a main management unit (or ECU, "Engine Control Unit”).
  • This main management unit represented with the reference 21, is connected in particular to the injectors 18, the electromagnetic actuators 15, 16, and the ignition circuit for controlling them.
  • the management unit 21, itself known, comprises, for example, a processing module 22 or calculation module such as a processor associated with a memory 23 containing programs executed by the processing module 22.
  • each of the cylinders is a four-stroke cycle comprising an intake phase (or time), a compression phase, an expansion phase and an exhaust phase.
  • Each phase represents a quarter cycle of operation, ie a half-turn of crankshaft.
  • the management unit 21, which is connected by connecting means 24, 25 to the control units 19, 20 of the electromagnetic actuators 15, 16, transmits to the control units 19, 20 a signal which determines angles of opening and closing of the concerned valve on a cycle of 720 °, the water and oil temperatures, a reference top of a top dead center ... to allow the control units 19 , 20 to control the electromagnetic actuators 15, 16 according to the information contained in the received signal.
  • control unit comprises a memory 26, 27 containing palliative information including, in particular, angles of opening and closing of the valve as a function of the engine speed.
  • the control unit 19, 20 executes a specific control program in using the palliative information contained in the memories 26, 27.
  • the palliative information makes it possible to drive the actuators in a profile corresponding to a standard pipe, that is to say resulting from a compromise between fuel consumption and performances.
  • the control unit is an intelligent unit, always active, operating, for example, either in slave mode relative to the main management unit, or in standalone, in case of interruption of the signal.
  • Said control unit further comprising, for example, an internal processing unit for converting a valve opening / closing command, into an electrical current, said primary, said current depending on said signal transmitted to the control unit by the main unit or, in case of interruption of the signal, said palliative information.
  • Said control unit may also include, a voltage converter, capable of delivering to said one or more actuators a secondary current whose value of the voltage depends on the voltage value of said primary current.
  • Said control unit may, according to a first example, not shown, be the same for all the actuators. It is provided remotely and connected by an electrical connection, for currents intended to feed a coil of an electromagnet, to each of the actuators.
  • the memory 26, 27 may contain several control programs and different palliative information.

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Abstract

L'invention concerne une unité de commande (19, 20) d'un ou plusieurs actionneurs (15, 16) électromagnétiques de soupape (13, 14) de moteur thermique, ladite unité de commande étant apte à être reliée par des moyens de liaison (24, 25) à une unité principale de gestion (21) du moteur thermique, l'unité de commande (19, 20) agissant sous l'effet d'au moins un premier programme de pilotage pour piloter l'actionneur en fonction d'un signal transmis à l'unité de commande par l'unité principale de gestion via les moyens de liaison. Selon l'invention, l'unité de commande comprend une mémoire (26, 27) contenant des informations de secours et, en cas d'interruption du signal, l'unité de commande met en œuvre un second programme de pilotage pour piloter l'actionneur en fonction des informations palliatives. Elle concerne aussi différents ensembles de telles unités de commande et de tels actionneurs électromagnétiques.

Description

Unité de commande d'un ou plusieurs actionneurs électromagnétiques de soupape de moteur thermique, et différents ensembles de telles unités de commande et de tels actionneurs électromagnétiques.
La présente invention concerne une unité de commande d'un ou plusieurs actionneurs électromagnétiques de soupape de moteur thermique, tels que ceux utilisés pour mouvoir les véhicules automobiles. Elle concerne aussi différents ensembles de telles unités de commande et de tels actionneurs électromagnétiques.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Un moteur thermique comprend généralement des cylindres qui définissent des chambres de combustion fermées d'un côté par une culasse et de l'autre par un piston alternatif relié à un vilebrequin. Le moteur comprend des conduits d'admission de combustible dans les chambres de combustion et des conduits d'échappement des gaz brûlés, ces conduits étant respectivement équipés de soupapes d'admission et de soupapes d'échappement. Les soupapes d'admission et d'échappement sont actionnées pour obtenir un cycle de fonctionnement du moteur à quatre temps, à savoir pour chaque chambre de combustion, une phase d'admission dans laquelle l'air et le carburant sont introduits dans la chambre de combustion, une phase de compression du mélange d'air et de carburant , une phase de détente dans laquelle les gaz brûlés résultant de la combustion du mélange se détendent et une phase d'échappement dans laquelle les gaz brûlés sont évacués hors de la chambre de combustion, phases qui se succèdent dans chaque cylindre sur deux tours de vilebrequin .
Pour actionner chaque soupape, il est connu de recourir à un actionneur électromagnétique de soupape piloté par une unité de commande reliée par des moyens de liaison à une unité principale de gestion du moteur thermique, à savoir l'unité de contrôle moteur ou ECU (de l'anglais "Engine Control Unit") qui dispose en mémoire de plusieurs cartographies en fonction par exemple de la température extérieure, de la charge du moteur, de modes de conduite... L'unité de commande agit sous l'effet d'un programme de pilotage pour piloter l'actionneur électromagnétique en fonction d'un signal de pilotage transmis par l'unité principale de gestion via les moyens de liaison. Le signal de pilotage détermine des angles d'ouverture et de fermeture dans un cycle de 720° du vilebrequin après un point mort haut de référence du piston du cylindre concerné, et également la température d'eau, la température d'huile, le régime moteur...
Ce système permet l'obtention de meilleures performances pour le moteur. Toutefois, en cas d'absence de signal provenant de l'unité principale de gestion, par exemple en raison d'une rupture de la liaison entre l'unité principale de gestion et l'unité de commande, l'unité de commande ne peut piloter l'actionneur, engendrant ainsi un arrêt du moteur thermique.
OBJET DE L'INVENTION
II serait donc intéressant de disposer d'un moyen permettant d'améliorer la fiabilité du moteur thermique.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, on' prévoit, selon l'invention, une unité de commande d'un ou plusieurs actionneurs électromagnétiques de soupape de moteur thermique, ladite unité de commande étant apte à être reliée par des moyens de liaison à une unité principale de gestion du moteur thermique, l'unité de commande agissant sous l'effet d'au moins un premier programme de pilotage pour piloter le ou les actionneurs en fonction d'un signal transmis à l'unité de commande par l'unité principale de gestion via les moyens de liaison. L'unité de commande comprend une mémoire conte- nant des informations palliatives et, en cas d'interruption du signal, l'unité de commande met en œuvre un second programme de pilotage pour piloter les ou les actionneurs en fonction des informations palliatives.
Ainsi, en cas d'absence de signal, l'unité de commande peut continuer à piloter l'actionneur en permettant ainsi au véhicule de fonctionner et par exemple de gagner un garage pour une réparation. L'actionneur se comporte alors en fait comme un arbre à came classique assurant le pilotage de l'actionneur selon un profil de commande fixe.
Selon un mode de réalisation, les informations palliatives comprennent les angles d'ouverture et de fermeture de la soupape en fonction d'un régime du moteur thermique.
Ladite unité de commande pourra comprendre une unité de traitement interne permettant de convertir un ordre d' ouverture/fermeture de soupape, en un courant électrique, dit primaire, ladite instruction dépendant dudit signal transmis à l'unité de commande par l'unité principale ou, en cas d'interruption du signal, desdites informations palliatives .
Ladite unité de commande fonctionne en permanence, par exemple, soit en mode esclave par rapport à l'unité' principale de gestion, soit en autonome, en cas d'interruption du signal.
L'unité pourra en outre comprendre un convertisseur de tension, apte à délivrer audit ou auxdits actionneurs un courant secondaire dont la valeur de la tension dépend de la valeur de tension dudit courant primaire.
L'invention concerne aussi un ensemble de paires constituée d'une dite unité de commande telle que décrite plus haut et d'un dit actionneur électromagnétique piloté par ladite unité de commande .
Selon un mode de réalisation, ledit ensemble comprend des moyens de synchronisation des unités de commande desdites paires.
L'invention concerne encore un ensemble d'une unité de commande telle que décrite plus haute et de dits action- neurs électromagnétiques, pilotés par ladite unité de commande .
Selon un mode de réalisation, la dite unité de commande dudit ensemble est prévue distantes desdits action- neurs .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en œuvre particulier non limitatif de 1 ' invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
II sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un moteur thermique conforme à l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe transversale de ce moteur.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures, le moteur thermique conforme à l'invention comporte un bloc 10 délimitant quatre cylindres 1, 2, 3, 4 en ligne. Chaque cylindre 1, 2, 3, 4 définit une chambre 5 fermée d'un côté par une culasse 6 et de l'autre côté par un piston 7 mobile à coulissement dans le cylindre 1, 2, 3, 4 entre deux positions extrêmes (point mort haut et point mort bas) et reliée par une bielle 8 à un vilebrequin 9 monté à pivotement dans le bloc 10.
Dans chaque chambre de combustion 5, débouchent un conduit d'admission 11 et un conduit d'échappement 12 qui sont ménagés dans la culasse 6. Le conduit d'admission 11 et le conduit d'échappement 12 sont équipés respectivement d'une soupape d'admission 13 et d'une soupape d'échappement 14 déplacées entre deux positions d'ouverture et de fermeture par des actionneurs électromagnétiques 15, 16 respectivement. Chaque actionneur électromagnétique 15, 16 est piloté par une unité de commande symbolisée en 19, 20. Dans un autre mode de réalisation, il pourra être prévu de tels actionneurs uniquement à l'admission ou uniquement à 1 ' échappement .
Une bougie 17 est montée sur la culasse 6 pour déboucher dans la chambre de combustion 5. La bougie 17 est reliée à un circuit d'allumage connu en lui-même et non représenté ici.
Un injecteur 18 d'un dispositif d'alimentation en carburant est monté également sur la culasse 6.
Le moteur comprend en outre une unité principale de gestion (ou ECU, "Engine Control Unit") . Cette unité principale de gestion, représentée avec la référence 21, est reliée notamment aux injecteurs 18, aux actionneurs électromagnétiques 15, 16, et au circuit d'allumage pour commander ceux-ci. L'unité de gestion 21, connue en elle-même, comprend par exemple un module de traitement 22 ou de calcul tel qu'un processeur associé à une mémoire 23 contenant des programmes exécutés par le module de traitement 22.
De façon connue en soi, le cycle de fonctionnement de chacun des cylindres est un cycle à quatre temps comportant une phase (ou temps) d'admission, une phase de compression, une phase de détente et une phase d'échappement. Chaque phase représente un quart de cycle de fonctionnement, soit un demi-tour de vilebrequin.
En mode de fonctionnement normal, l'unité de gestion 21, qui est reliée par des moyens de liaison 24, 25 aux unités de commande 19, 20 des actionneurs électromagnétiques 15, 16, transmet aux unités de commande 19, 20 un signal qui détermine des angles d'ouverture et de fermeture de la soupape concernée sur un cycle de 720°, les températures d'eau et d'huile, un top de référence d'un point mort haut... afin de permettre aux unités de commande 19, 20 de piloter les actionneurs électromagnétiques 15, 16 en fonction des informations contenues dans le signal reçu.
Selon l'invention, l'unité de commande comprend une mémoire 26, 27 contenant des informations palliatives corn- portant, notamment, des angles d'ouverture et de fermeture de la soupape en fonction du régime moteur.
En cas d'absence de signal, par exemple en raison d'une rupture de liaison entre l'unité de commande 19, 20 et l'unité de gestion 21, l'unité de commande 19, 20 exécute un programme de pilotage spécifique en utilisant les informations palliatives contenues dans les mémoires 26, 27. De préférence, les informations palliatives permettent un pilotage des actionneurs selon un profil correspondant à une conduite standard, c'est-à-dire résultant d'un compromis entre la consommation de carburant et les performances.
L'unité de commande est une unité intelligente, toujours active, fonctionnant, par exemple, soit en mode esclave par rapport à l'unité principale de gestion, soit en autonome, en cas d'interruption du signal. Ladite unité de commande comprenant en outre, par exemple, une unité de traitement interne permettant de convertir un ordre d'ouverture/fermeture de soupape, en un courant électrique, dit primaire, ledit courant dépendant dudit signal transmis à l'unité de commande par l'unité principale ou, en cas d'interruption du signal, desdites informations palliatives .
Ladite unité de commande pourra aussi comprendre, un convertisseur de tension, apte à délivrer audit ou aux- dits actionneurs un courant secondaire dont la valeur de la tension dépend de la valeur de tension dudit courant primaire .
Ladite unité de commande pourra, selon un premier exemple, non représenté, être la même pour tous les actionneurs. Elle est prévue distante et reliée par une connexion électrique, pour de courants destinés à alimenté une bobine d'un électro-aimant, à chacun des actionneurs.
Selon un autre mode de réalisation correspondant à celui illustré, elle pourra être prévue au niveau de chaque actionneur. Des moyens de synchronisation, non représentés, sont prévus pour assurer le mode de fonctionnement voulu du moteur sur l'ensemble des cylindres, par exemple en mettant en relation les unités de traitement interne de chacune desdites unités de commande qui pourront ainsi être cadencées les unes par rapport aux autres .
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre' de l'invention tel que défini par les revendications.
En particulier, sur les véhicules sportifs, les informations palliatives peuvent être orientées vers un profil de pilotage de l'actionneur correspondant à une conduite sportive, c'est-à-dire optimisé pour privilégier les performances du moteur.
En outre, la mémoire 26, 27 peut contenir plusieurs programmes de pilotage et des informations palliatives différentes .

Claims

REVENDICATIONS
1. Unité de commande (19, 20) d'un ou plusieurs ac- tionneurs (15, 16) électromagnétiques de soupape (13, 14) de moteur thermique, ladite unité de commande étant apte à être reliée par des moyens de liaison (24, 25) à une unité principale de gestion (21) du moteur thermique, l'unité de commande agissant sous l'effet d'au moins un premier programme de pilotage pour piloter le ou les actionneurs en fonction d'un signal transmis à l'unité de commande par l'unité principale de gestion via les moyens de liaison, caractérisé en ce que l'unité de commande comprend une mémoire (26, 27) contenant des informations palliatives et en ce que, en cas d'interruption du signal, l'unité de commande met en œuvre un second programme de pilotage pour piloter les ou les actionneurs en fonction des informations palliatives .
2. Unité de commande selon la revendication 1, dans lequel les informations palliatives comprennent les angles d'ouverture et de fermeture de la soupape en fonction d'un régime du moteur thermique.
3. Unité de commande selon la revendication 1 ou 2 comprenant en outre une unité de traitement interne permettant de convertir un ordre d'ouverture/fermeture de soupape, en un courant électrique, dit primaire, ledit courant dépendant dudit signal transmis à l'unité de commande par l'unité principale ou, en cas d'interruption du signal, desdites informations palliatives.
4. Unité de commande selon la revendication 3 dans laquelle ladite unité de traitement fonctionne en permanence, soit en mode esclave par rapport à l'unité principale de gestion, soit en autonome, en cas d'interruption du signal .
5. Unité de commande selon les revendications 3 ou 4 comprenant, en outre, un convertisseur de tension, apte à délivrer audit ou auxdits actionneurs un courant secondaire dont la valeur de la tension dépend de la valeur de tension dudit courant primaire.
6. Ensemble de paires constituée d'une dite, unité de commande selon l'une quelconque des revendication précédentes et d'un dit actionneur électromagnétique piloté par ladite unité de commande.
7. Ensemble selon la revendication 5 comprenant des moyens de synchronisation des unités de commande desdites paires .
8. Ensemble d'une unité de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes et de dits ac- tionneurs électromagnétiques, pilotés par ladite unité de commande .
9. Ensemble selon la revendication 7 dans laquelle la dite unité de commande est prévue distantes desdits ac- tionneurs .
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