L'invention concerne un procédé de commande d'un actionneur de soupape et un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.

On connaît du document FR-A-2 849 101 des actionneurs de soupape pour moteur thermique de type CAMLESS, c'est-à-dire permettant un actionnement direct des soupapes sans arbre à cames. Un exemple d'actionneur 1 est illustré en figure 1 et comporte un poussoir 2 agissant sur une soupape 3. Le poussoir 2 est associé à une palette 4 déplacée sous l'effet de deux électroaimants 5 et 6 et de ressorts 7 et 8 définissant un point d'équilibre du poussoir 2 entre deux positions extrêmes correspondant aux positions d'ouverture et de fermeture de la soupape 3.

Le poussoir 2, la palette 4 et la soupape 3 sont guidés en translation dans le corps de l'actionneur par des paliers 10 et 11 lubrifiés par de l'huile.

Lors d'un démarrage à froid, l'actionneur peut être soumis à des températures très basses, proches de -30°C ou de -40°C, qui entraînent un figeage de l'huile de lubrification des paliers 10 et 11 et donc une augmentation des frottements fluides incompatible avec les exigences de fonctionnement de l'actionneur.

Il est connu de réchauffer l'huile de lubrification pour diminuer les frottements fluides en chauffant l'actionneur par des moyens électriques de chauffage externes à l'actionneur. Toutefois, la mise en oeuvre de ces moyens de chauffage externes est difficile et coûteuse. En effet, les moyens externes de chauffage sont volumineux et sont difficiles à disposer sur la culasse.

Il est également connu d'utiliser les électroaimants 5, 6 de l'actionneur 1 pour produire de la chaleur par effet Joule en alimentant les bobines des électroaimants 5, 6 par des courants de formes diverses (constant, sinus, carré...) ayant une intensité maximale insuffisante ou incompatible pour déplacer la palette 4.

La chaleur dégagée est généralement suffisante pour réchauffer le palier de la palette 4 et le palier 11 du poussoir 2 situés à proximité des électroaimants. Ce chauffage est cependant peu efficace et reste insuffisant pour réchauffer le palier 10 de la soupape 3, éloigné des électroaimants.

Le document US6216652 B1 propose l'application d'un courant permettant le chauffage des bobines avant le démarrage. Le document EP1160421 A1 propose une augmentation du courant d'alimentation de la bobine proportionelle à la baisse de température afin de diminuer la viscosité de l'huile tout en conservant la même levée de soupape, et le document JP 2001050065 A propose d'amener la soupape jusqu'à une position intermédiaire par le biais d'un ressort lorsque la température de l'huile est trop basse.

Aucune des solutions ci-dessus ne permet un démarrage efficace du moteur lorsque l'huile est figée du fait de la température.

L'invention a pour objet un procédé de commande d'un actionneur de soupape permettant un démarrage efficace du moteur à basses températures, notamment lorsque l'huile du moteur est figée.

L'invention concerne, selon l'un de ses aspects, un procédé de commande, lors du démarrage d'un moteur, notamment d'un véhicule, d'un actionneur électromagnétique d'au moins une soupape, notamment du véhicule, l'actionneur comprenant au moins une bobine d'actionnement d'une palette solidaire d'un poussoir de soupape,
procédé dans lequel, pour réaliser la phase d'ouverture de soupape, on alimente la bobine pour amener la soupape jusqu'à une position intermédiaire entre une position d'ouverture et une position de fermeture de la soupape lorsqu'une condition prédéfinie est satisfaite.

Le moteur est notamment un moteur thermique.

Le déplacement de la soupape jusqu'à la position intermédiaire est alors suffisant pour obtenir une ouverture du conduit associé tout en ne nécessitant qu'une énergie limitée pour vaincre les frottements s'opposant au déplacement de la soupape vers sa position intermédiaire d'ouverture.

La soupape est agencée pour ouvrir et fermer un conduit et la position d'ouverture de la soupape correspond à la position dans laquelle le conduit est complètement ouvert tandis que la position de fermeture correspond à la position dans laquelle le conduit est complètement fermé.

La soupape peut ensuite être ramenée depuis cette position intermédiaire à la position de fermeture, le cas échéant après avoir été maintenue dans la position intermédiaire.

Le déplacement de la soupape entre la position intermédiaire et la position de fermeture peut être poursuivi tant que la condition prédéfinie n'est pas satisfaite.

La condition prédéfinie se rapporte par exemple au résultat de la comparaison entre une valeur mesurée et une valeur de seuil en deça ou au-delà de laquelle le procédé de commande lors du démarrage est mis en oeuvre. La valeur mesurée est par exemple la température ambiante. En variante, il peut s'agir de la température de l'huile dans le moteur ou de la température du liquide de refroidissement.

Dans d'autres exemples, la valeur mesurée peut correspondre au temps écoulé depuis le dernier fonctionnement du moteur, par exemple depuis son dernier démarrage ou depuis son arrêt.

Dans d'autres exemples encore, la valeur mesurée peut correspondre à la viscosité de l'huile dans le moteur.

En variante encore, la valeur mesurée peut être fournie par un capteur de position de la soupape et la détection de la condition prédéfinie consiste à déterminer le retard entre une position de consigne et la position mesurée. On peut ainsi estimer les frottements fluides, sachant qu'à inertie des pièces constante, le retard est dû aux frottements fluides dans les paliers.

En variante encore, la valeur mesurée peut être fournie par un capteur de vitesse de la soupape et on détecte si la condition prédéfinie est satisfaite en comparant une vitesse de consigne et la vitesse mesurée.

D'autres valeurs peuvent être utilisées pour vérifier si la condition prédéfinie est satisfaite.

Lorsque cette condition prédéfinie n'est pas satisfaite, la phase d'ouverture de soupape peut être effectuée en alimentant la bobine pour déplacer la palette de manière à amener successivement le poussoir dans une position d'ouverture et une position de fermeture de la soupape, selon un mode nominal de fonctionnement

En position intermédiaire, la soupape peut présenter une levée égale à au plus 15%, notamment 10%, de la levée pleine qui est atteinte lorsque la soupape est en position d'ouverture. La levée en position intermédiaire est par exemple comprise entre 5 et 10%, étant par exemple de l'ordre de 8,5% de la levée pleine.

Selon une application particulière, la soupape est une soupape d'admission du moteur qui est un moteur thermique rotatif à combustion interne à piston alternatif ayant un mode de nominal fonctionnement avec un point mort haut d'admission et un point mort bas d'admission. Lorsque la condition prédéfinie est satisfaite, la phase d'ouverture de soupape peut être retardée ou avancée par rapport au point mort haut admission. La phase d'ouverture de soupape est par exemple retardée par rapport au point mort haut d'admission d'une valeur angulaire correspondant à l'angle du vilebrequin pour respecter un consigne imposée par l'unité de commande moteur (ECU).

La soupape peut être amenée jusqu'à la position intermédiaire, maintenue dans cette position intermédiaire pour une plage de valeurs donnée pour l'angle de vilebrequin, puis ramenée vers la position de fermeture. La vitesse de la soupape lorsqu'elle passe de la position de fermeture vers la position intermédiaire peut être égale à celle lorsqu'elle passe de la position intermédiaire à la position de fermeture. Ces vitesses peuvent être faibles ou importantes, une levée intermédiaire de moins d'1 mm étant par exemple atteinte au bout d'une durée comprise entre 2 et 20 ms.

La vitesse de la soupape lorsqu'elle passe de la position de fermeture vers la position intermédiaire peut être supérieure, notamment le double, à la vitesse de la soupape lorsqu'elle passe de la position intermédiaire à la position de fermeture. Par exemple, lors de l'ouverture de la soupape, le passage de la position de fermeture à la position dans laquelle la soupape a une levée intermédiaire d'1 mm peut être atteinte au bout d'une durée comprise entre 2 et 5 ms. Lors de la fermeture de la soupape, le passage de la position dans laquelle la soupape a la levée intermédiaire de 1 mm à la position de fermeture peut se faire en une durée comprise entre 10 et 20 ms.

La soupape peut rester ouverte, lors de son aller-retour de la position de fermeture vers la position intermédiaire, pendant une durée pendant laquelle la position du vilebrequin varie d'au moins 180°.

En position intermédiaire d'ouverture, la soupape peut ou non avoir une levée maximale comprise entre environ 0,4 mm et environ 1,3 mm, notamment égale à 1 mm ou 0,7 mm environ.

Le ou les premiers déplacements de la soupape vers sa position intermédiaire d'ouverture peuvent permettre le démarrage du moteur qui va rapidement monter en température et réchauffer l'ensemble des composants qui lui sont associés. Le procédé passe alors en mode de fonctionnement nominal. La chaleur nécessaire au réchauffage de l'huile des paliers est donc produite par le moteur lui-même. Le procédé ne nécessite pas de chauffage externe.

L'invention a également pour objet un dispositif de commande pour la mise en oeuvre de ce procédé.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention.

Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :

• la figure 1 illustre un dispositif d'actionnement de soupape connu dont la programmation permet la mise en oeuvre de l'invention ;
• la figure 2 est un diagramme montrant le profil de levée de la soupape dans le mode de démarrage à froid du dispositif piloté conformément à un exemple de mise en oeuvre de l'invention, avec l'angle de vilebrequin en abscisse et la position de la soupape en ordonnée.

L'exemple de mise en oeuvre de l'invention décrit ci-après concerne un procédé de commande d'un actionneur de déplacement d'une soupape 3 d'un véhicule comprenant un moteur thermique lors du démarrage du moteur. Le procédé est appliqué dans l'exemple décrit à la commande d'une soupape d'admission d'un moteur thermique rotatif à combustion interne à piston alternatif. Le piston entraîne en rotation un vilebrequin. Le moteur fonctionne de façon connue en elle-même selon un cycle à quatre temps et possède un mode nominal de fonctionnement avec un point mort haut d'admission et un point mort bas d'admission définis en fonction de la position angulaire du vilebrequin sur un cycle de deux tours soit 720°. Le point mort haut d'admission et le point mort bas d'admission sont sensiblement à 0° et 180° respectivement.

La soupape 3 est agencée pour ouvrir et fermer un conduit d'admission 9 ménagé dans une culasse du moteur et est à cette fin montée sur la culasse pour coulisser entre une position d'ouverture et une position de fermeture.

La figure 1 illustre un actionneur de soupape 1 comprenant une bobine d'actionnement proximale 6 et une bobine d'actionnement distale 5 qui sont disposées dans un corps d'actionneur. Une palette 4 s'étend entre les bobines d'actionnement 5, 6. La palette 4 est solidaire d'un poussoir 2 de déplacement de la soupape 3.

La figure 1 illustre l'actionneur 1 en position neutre, c'est-à-dire que la palette 4 est à égale distance entre les bobines 5 et 6 et que la soupape 3 est en position intermédiaire entre la position d'ouverture dans laquelle le conduit d'admission 9 est complètement ouvert et la position de fermeture dans laquelle le conduit d'admission 9 est complètement fermé. Le poussoir 2 est guidé en translation dans le corps de l'actionneur 1 par un palier d'actionneur 11 et peut être déplacé entre la position d'ouverture par la bobine proximale 6 alimentée pour attirer la palette 4 et la position de fermeture par la bobine distale 5 alimentée pour attirer la palette 4.

Lorsque la palette 4 est attirée par la bobine proximale 6, le poussoir 2 pousse la soupape 3, aidé par un ressort de poussée 7, ce qui entraîne le déplacement de la soupape 3 et l'ouverture du conduit d'admission 9.

Lorsque la palette 4 est attirée par la bobine distale 5, le poussoir 2 libère la soupape 3 qui ferme le conduit d'admission 9 sous l'effort d'un ressort de rappel 8.

Les déplacements du poussoir 4 et de la soupape 3 sont guidés respectivement par le palier d'actionneur 11 et par le palier de soupape 10, qui sont lubrifiés par un film d'huile.

Les bobines d'actionnement 5, 6 sont reliées à une unité de commande de l'actionneur, comprenant un dispositif de commande incorporant, de façon connue en elle-même, un processeur exécutant un programme de commande mettant en oeuvre le procédé de l'invention. L'unité de commande peut être une unité de commande dédiée (par exemple de type VCU de l'anglais « valve control unit ») ou l'unité de commande moteur (ou de type ECU de l'anglais « engine control unit »).L'unité de commande peut également contrôler des composants d'électronique de puissance embarqués dans le véhicule.

L'actionneur peut être réalisé selon l'enseignement de la demande déposée par la Demanderesse en France le 27 juin 2011 sous le numéro 1155718.

Dans une phase de fonctionnement nominal, la palette 4 est déplacée par les bobines 5 et 6 successivement entre la position d'ouverture et la position de fermeture afin d'ouvrir et de fermer le conduit d'admission 9 par la soupape 3. La levée maximale de la soupape en mode nominal de fonctionnement, lorsqu'elle est dans la position d'ouverture est dans l'exemple considéré de 0,55 mm Pour conserver la synchronisation des soupapes du moteur entre elles, la position de la soupape 3 est suivie par l'unité de commande qui est reliée à des capteurs de position de la soupape 3 et/ou de la palette 4. Ces capteurs sont connus en eux-mêmes et sont reliés au dispositif de commande. Ainsi, le programme de commande est agencé de telle manière que le signal de commande des bobines 5, 6 soit assujetti à la position de la palette 4 et/ou de la soupape 3 afin de compenser l'inertie des pièces et les frottements fluides.

Le procédé de commande de l'invention comprend un mode de démarrage à froid préalable au mode de fonctionnement nominal. La nécessité de recourir au mode de démarrage à froid est par exemple déterminée par rapport à la vérification d'une condition prédéfinie. Cette condition prédéfinie porte par exemple sur la température ambiante et on peut alors utiliser un capteur de la température ambiante et comparer la valeur fournie par ce capteur avec un seuil de température prédéterminé.

Dans le mode de démarrage à froid, la bobine 5 est alimentée pour lâcher la palette 4 de manière à amener ladite palette 4 au plus dans une position intermédiaire d'ouverture pour réaliser la phase d'ouverture de la soupape 3 puis à la rappeler en position de fermeture selon un profil généralement désigné en A sur la figure 2. En position intermédiaire d'ouverture, la soupape 3 a une levée comprise entre 0,4 mm et 0,7 mm environ et, de préférence, en position intermédiaire d'ouverture, la soupape a une levée de 0,7 mm.

L'unité de commande pilote l'actionneur de telle manière que la phase d'ouverture soit décalée par rapport au point mort haut admission, ce décalage pouvant correspondre à un retard ou une avance par rapport au point haut d'admission et la valeur de ce décalage est par exemple fournie par l'ECU. L'unité de commande pilote l'actionneur de telle manière que le profil A comporte une relativement faible vitesse d'ouverture (représentée par la pente B sur la figure 2) et une relativement faible vitesse de fermeture (représentée par la pente C sur la figure 2).

Lorsque l'unité de commande détecte que le maintien du mode de démarrage à froid n'est plus nécessaire, lorsque la condition prédéfinie n'est plus satisfaite, par exemple parce que le régime moteur a dépassé le régime auto-entretenu de ralenti ou parce que la valeur des frottements visqueux détectés est inférieure à une valeur de seuil prédéterminé, l'unité de commande provoque le passage du dispositif de commande dans le mode nominal de fonctionnement.

L'actionneur est alors piloté conformément au mode de fonctionnement nominal du procédé de commande qui comprend l'étape d'alimenter les bobines 5, 6 pour attirer la palette 4 successivement vers l'une et l'autre bobine 5, 6 de manière à amener le poussoir 2 dans une position d'ouverture et une position de fermeture de la soupape 3 pour réaliser la phase d'ouverture de soupape selon le mode nominal de fonctionnement.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode particulier de réalisation qui vient d'être décrit mais englobe toute variante entrant dans le cadre de l'invention telle que définie par les revendications.

Ainsi, le procédé n'est pas limité aux actionneurs bi-bobines tel celui illustré en figure 1 mais est également utilisable pour des actionneurs à simple bobine.

Le procédé de commande est utilisable pour l'actionnement de soupape(s) utilisée(s) dans un véhicule, notamment à moteur thermique. Il peut s'agir de soupape(s) d'admission et/ou de(s) soupape(s) d'échappement.