EP0139566B1 - Electro-hydraulic unit for the control of the valves of an internal-combustion engine - Google Patents
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- EP0139566B1 EP0139566B1 EP84401876A EP84401876A EP0139566B1 EP 0139566 B1 EP0139566 B1 EP 0139566B1 EP 84401876 A EP84401876 A EP 84401876A EP 84401876 A EP84401876 A EP 84401876A EP 0139566 B1 EP0139566 B1 EP 0139566B1
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- valve
- high pressure
- piston
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
Definitions
- the present invention relates to internal combustion engines, in particular diesel engines, and it relates to an electro-hydraulic valve control unit for engines of this kind provided with an electronic control system.
- valve opening law is mechanically fixed by the profile and timing of the cams which provide optimal operating conditions only for a well-defined operating point.
- the object of the present invention is to improve the operation of internal combustion engines by controlling and controlling the valve opening law by means of an electro-hydraulic control unit controlled by a control system.
- electronic said control block having a safe operation and a small footprint which allows the housing of two blocks (one for the intake and one for the exhaust) in a cylinder head of the existing engine.
- an electro-hydraulic valve control unit for an internal combustion engine provided with an electronic control system providing an electrical signal for opening the valve.
- This block comprises: a three-way solenoid valve, supply / purge, receiving said electrical signal; a three-way hydraulic distributor, supply / purge, the switching member of which is actuated by a hydraulic pilot cylinder connected to said electro-valve, said distributor comprising a first orifice connected to a high pressure source, a second orifice connected to a low pressure enclosure and a third use port; a hydraulic power cylinder whose working chamber is connected to the third orifice of the distributor; means for returning the piston of said cylinder to the rest position; means for pushing the rod of said cylinder with the rod of the valve to be controlled; the three organs: solenoid valve, hydraulic distributor and power cylinder being joined in a single block mounted on an engine member secured to the cylinder head of the engine.
- the present invention overcomes these drawbacks.
- the switching member of the hydraulic distributor consists of a slide valve in a distributor body, said drawer being hydraulically balanced.
- One end of said slide is permanently subjected to high pressure, while the other end, which constitutes the piston of the pilot cylinder, is selectively subjected, by means of the electro-valve, to high pressure in the rest position, or in the power jack supply position, at the low pressure established by means of the solenoid valve when the latter is excited by the electrical signal produced by the electrical control system of the motor.
- the electromagnet of the electro-valve is always only subjected to low pressure and, on the other hand, the electric signal of excitation of the electro-valve produces an electric signal pressure drop on the pilot cylinder of the distributor, which provides a faster response than a pressurization signal.
- the means for returning the power cylinder to the rest position are hydraulic means, the power cylinder being a differential cylinder, the second chamber of which, opposite the working chamber, is subjected permanently at high pressure.
- the control unit comprises three parts joined and assembled to each other: a solenoid valve 2, a hydraulic distributor 4 and a hydraulic power cylinder 6, this unit being mounted on the cylinder head cover 8 of the engine.
- the pusher 10 of the hydraulic cylinder acts in thrust on the rod 12 of a valve 14 which has been shown diagrammatically mounted in the cylinder head 16 of the engine and returned to the closed position by a valve spring 18.
- the solenoid 20 of the solenoid valve 2 receives its electrical excitation signals from an electronic control system, which is not part of the invention, and which is represented schematically by a sensor 22 of the speed and position of the motor shaft 24 and by a processing unit 26 which receives the information supplied by the sensor 22 as well as other information 28 relating to other operating parameters of the motor.
- the processing unit 26 prepares and conditions the opening control signals of the various valves, with their instant, their duration and their optimal shape, each signal being transmitted to the electro-valve concerned via an interface.
- power 30, transforming the signal received from the processing unit 26 into a power current compatible with the solenoid 20 of the solenoid valve 2.
- the control unit has an orifice 32 for supplying high pressure oil, preferably formed in the body 34 of the distributor 4.
- This orifice is connected to a high pressure source (for example of the order of 150 to 250 bars) comprising a pump 36, a hydraulic accumulator 38 and a reservoir 40.
- a filter 42 is interposed giving, for example, a filtration at 3 microns.
- the control unit also includes an orifice 44 for discharging low-pressure oil which is also preferably formed in the body 34 of the distributor.
- the electro-valve 2 is a three-way valve, supply / purge, the body 46 of which is attached to the body of the distributor 34.
- the body 46 comprises: a high pressure inlet 48 which is permanently connected to the high pressure orifice 32 by holes 50-52 drilled in the body 34 of the distributor; a low pressure outlet 54 which is permanently connected to the low pressure orifice 44 by a bore 56 drilled in the body 34; and a use orifice 58 which is in communication with a chamber 60 of the dispenser.
- the shutter member of the solenoid valve 2 is constituted by a valve, such as a ball 62, 1 on which the rod 64 of the solenoid 20 acts in thrust when the latter is excited. In the rest position (not excited) shown in the figure, the chamber 60 is under pressure. In the working position (excited), the ball 62 discovers the purge line 54 and closes the high pressure line 48, which puts the chamber 60 at low pressure.
- the solenoid 20 and its rod 64 are always subjected to low pressure, which avoids any system sealing and seals likely to increase friction in the solenoid valve.
- the electro-valve 2 plays the role of a low-flow servovalve controlling the distributor 4 which, in turn, is a high-flow power valve controlling the power cylinder 6.
- the distributor 4 is also a three-way valve which comprises, in addition to the two high pressure and low pressure orifices 32, 44 already mentioned, a third orifice 66, orifice for use, which is connected to the working chamber 68 of the jack power.
- the switching member of the distributor 4 is constituted by a slide 70 which slides in a bore 72 drilled in the body 34 of the distributor.
- the drawer 70 has four openings 74 1 , 74 2 , 74 3 , 74 4 sliding in leaktight manner in the bore 72 and delimiting the switching channels of the distributor.
- the actuation of the drawer 70 is hydraulically controlled by a pilot cylinder, the piston 76 of which is formed by one of the ends (the left end in FIG. 1) of the drawer which enters the chamber 60.
- the other end 78 of the drawer 70 also constitutes a piston, of smaller cross section than piston 76, which opens into a chamber 80 which is formed in the distributor body 34 and which is permanently subjected to high pressure by communication with a pipe 82 communicating with it. even with 50-32 holes.
- the power jack 6 comprises a jack body 86 in which a jack cylinder 88 is hollowed out receiving the piston 90 of the jack, which is connected to the pusher 10 by a jack rod 92.
- Return means are provided to return the piston 90 to the rest position shown in Figure 1. These return means may be constituted by a spring, but preferably a hydraulic return means is used.
- the chamber 93 located opposite the working chamber 60 relative to the piston is permanently subjected to high pressure by a line 94-96 which is pierced in the body of the jack 86 and which communicates with the high pressure line 50-32 of the distributor body.
- the cylinder 6 therefore functions as a double-acting differential cylinder and it is the difference in section between the piston 90 and the rod 92 which produces the displacement of the piston towards its working position.
- End-of-travel damping members are also provided for the piston of the jack, which will be described below with reference to FIG. 2.
- control unit The operation of the control unit is as follows: starting from the rest position shown in FIG. 1, with the high pressure supply in service, when the electronic control system 22, 24, 26, 30 issues an opening order of the valve, the finger 64 of the solenoid 20 pushes the ball 62 which closes the high pressure inlet 48 and places the line 58 in communication with the low pressure lines 54, 44.
- the chamber 60 of the pilot cylinder 76 of the distributor is thus brought to low pressure and the drawer 70 is unbalanced, that is to say it is pushed to the left by the high pressure exerted permanently on its end. 78.
- the opening order is an order to put the pilot cylinder 76 at low pressure, an order whose response is faster, at the high pressures used, than an order to increase in pressure. .
- the openings 74 2 , 74 3 of the drawer 70 put the orifice 66 of the dispenser into communication with the high pressure inlet 32 and isolate this orifice 66 from the low pressure outlet 44.
- the high pressure oil is thus introduced into the working chamber 68 of the power cylinder.
- the high pressure oil being on either side of the piston 90, in the chambers 68 and 93, it is the difference in section which creates the displacement of the assembly 90, 92, 10 and the force to be communicated to the valve 14 to open it, against the force of the valve spring 18.
- the electrical signal ceases and the solenoid 20 is no longer energized.
- the ball 62 closes the return 54, 44 at the low pressure and again admits this high pressure in the chamber 60 of the distributor.
- the drawer 70 is again unbalanced and moves to the right to the position of Figure 1 for which the working chamber 68 of the power cylinder is placed in communication with the low pressure.
- the chamber 93 is still under pressure, the piston 90 rises and returns to its rest position in which the valve is closed.
- the frequency of opening of the valves being relatively high (for example 20 to 30 Hz), one of the difficulties, for the proper functioning of a control unit according to the invention, consists in maintaining the integrity of the lines. and their correct filling, without oil emulsion or cavitation.
- the presence of the accumulator 38 in the high pressure supply circuit promotes control of the hydraulic lines, but it is also advantageous to provide for the maintenance of a residual pressure in the low pressure circuit.
- a tared retaining valve 98 (for example tared for 3 to 10 bars) is mounted on the low pressure outlet orifice 44, this valve preferably being incorporated in the distributor body 34.
- the purge oil from the pilot cylinder 76, 60 and from the power cylinder returns to a tank 100 at atmospheric pressure which can advantageously be formed, when the engine oil is used. even in the hydraulic circuit of the control unit, by the cylinder head, so as to grease the mechanical connection assemblies (ball joints, rocker arms, etc.) between the pusher 10 and the valves.
- control unit according to the invention makes it possible to obtain opening and closing speeds of the valves which would be mechanically impracticable, the mechanical system being limited by the accelerations linked to the profiles of the cams.
- FIG. 1 This figure is a partial sectional view of the central part of Figure 1.
- the piston 90 of the power cylinder 6 has, at its upper part, a projecting collar 102 which penetrates, with reduced clearance, into a bore 104 delimiting the working chamber 68 of the power cylinder, at the upper end of stroke of the piston 90.
- One or more slots 106 are provided in the flange 102 to produce a rolling of the oil discharged by the piston 90 when the latter rises to 'to its rest end position.
- a conical portion 108 is provided which, at the end of the low stroke of the piston 90, enters a damping ring 110.
- the internal bore 112 of this ring determines, with the conical portion 108, an annular slot with variable section for the rolling of the oil at the bottom end of the piston stroke. It should be noted that, in this ring 110 are pierced the passages 96 (see FIG. 1) for supplying high pressure oil to the lower chamber 93 of the power cylinder 6.
- damping systems it is possible to apply a high opening and closing speed to the valves, without shock to the end-of-travel components. This also makes it possible to carry out brief intermediate reopening of the exhaust valves at certain speeds to reduce the thermal load on the valves or to heat the intake air.
- FIG. 1 shows the control of a single valve by means of the control unit according to the invention.
- mechanical connections are provided by ball joints, similar to those of rocker arms or rocker rods, to avoid parasitic effects due to misalignments.
- control unit provides great security because, in the event of an operating anomaly (lack of hydraulic pressure, lack of electrical signal on the electro-valve), the unit always returns to the rest position shown in Figure 1, with the corresponding valve or valves in the closed position, which avoids any risk of valve / piston impact towards top dead center.
- control unit is very compact, which allows the accommodation of two assemblies (intake and exhaust) in an existing engine cylinder head.
- the assembly constituted by the solenoid valve 2 and the distributor 4 can be standard whatever the type of engine, which reduces the cost prices.
- the power cylinder 6 can also include a majority of standard components, the cylinder being simply adapted to the forces required by such or such type of motor by modification of its differential section, which allows adaptation to any existing motor.
- the invention makes it possible to obtain durations and instants of opening of the variable valves according to the most favorable valve lift law as a function of the various operating parameters of the engine (speed, power, etc.), which was impossible with cam operated valves. It is even possible, with a suitable program, to operate on a reduced number of cylinders at low load (without losses by transfer) and, also, a simple and immediate reversibility of the engine.
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Description
La présente invention concerne les moteurs à combustion interne, notamment les moteurs Diésel, et elle vise un bloc électro-hydraulique de commande des soupapes pour des moteurs de ce genre pourvus d'un système de contrôle électronique.The present invention relates to internal combustion engines, in particular diesel engines, and it relates to an electro-hydraulic valve control unit for engines of this kind provided with an electronic control system.
On a déjà proposé, par exemple dans le brevet français 2.339.748 déposé le 26 janvier 1977, de remplacer le contrôle mécanique classique, généralement obtenu au moyen de cames, de certaines fonctions des moteurs (commande des injecteurs, commande des soupapes, contrôle de la régulation) par un système de contrôle électronique comportant un ou plusieurs calculateurs dans lesquels sont introduits divers paramètres de fonctionnement du moteur et qui fournissent des signaux électriques de commande des organes intéressés du moteur.It has already been proposed, for example in French patent 2,339,748 filed on January 26, 1977, to replace the conventional mechanical control, generally obtained by means of cams, of certain functions of the engines (control of the injectors, control of the valves, control of regulation) by an electronic control system comprising one or more computers into which various operating parameters of the engine are introduced and which supply electrical signals for controlling the organs concerned of the engine.
De tels systèmes de contrôle électronique des moteurs ont surtout été appliqués jusqu'à présent au contrôle électronique de l'injection de combustible, mais il ne semble pas que le contrôle électronique de la levée des soupapes ait été couramment utilisé, par suite des difficultés pratiques de réalisation de telles commandes.Such electronic engine control systems have mainly been applied so far to electronic control of fuel injection, but it does not appear that electronic control of valve lift has been widely used, due to practical difficulties. of carrying out such orders.
Avec le système classique de commande des soupapes par cames, la loi d'ouverture des soupapes est figée mécaniquement par le profil et le calage des cames qui procurent des conditions optimales de fonctionnement seulement pour un point de fonctionnement bien déterminé.With the classic valve control system with cams, the valve opening law is mechanically fixed by the profile and timing of the cams which provide optimal operating conditions only for a well-defined operating point.
Or, les moteurs modernes, notamment les moteurs suralimentés, doivent avoir une très large plage d'utilisation (en vitesse et couple) et sont donc soumis à de très grandes variations des débits d'air et de combustible. Il en résulte qu'il est difficile d'obtenir un fonctionnement correct du moteur à certains régimes, à cause de la loi d'ouverture des soupapes fixée une fois pour toutes par les cames. On a proposé des systèmes mécaniques permettant de faire varier le point d'attaque des cames sur les poussoirs de soupapes, mais ces systèmes étaient compliqués et ne présentaient pas une fiabilité suffisante.However, modern engines, especially supercharged engines, must have a very wide range of use (in speed and torque) and are therefore subject to very large variations in air and fuel flow rates. As a result, it is difficult to obtain correct engine operation at certain speeds, because of the valve opening law fixed once and for all by the cams. Mechanical systems have been proposed making it possible to vary the point of attack of the cams on the valve tappets, but these systems were complicated and did not have sufficient reliability.
La présente invention a pour but d'améliorer le fonctionnement des moteurs à combustion interne grâce à la commande et à l'asservissement de la loi d'ouverture des soupapes au moyen d'un bloc électro-hydraulique de commande piloté par un système de contrôle électronique, ledit bloc de commande ayant un fonctionnement sûr et un faible encombrement qui permet le logement de deux blocs (un pour l'admission et un pour l'échappement) dans une culasse du moteur existant.The object of the present invention is to improve the operation of internal combustion engines by controlling and controlling the valve opening law by means of an electro-hydraulic control unit controlled by a control system. electronic, said control block having a safe operation and a small footprint which allows the housing of two blocks (one for the intake and one for the exhaust) in a cylinder head of the existing engine.
On connaît déjà, par exemple d'après la demande allemande 2.151.331, un bloc électro-hydraulique de commande de soupapes pour moteur à combustion interne pourvu d'un système de contrôle électronique fournissant un signal électrique d'ouverture de la soupape. Ce bloc comprend: une électro-valve à trois voies, alimentation/purge, recevant ledit signal électrique; un distributeur hydraulique à trois voies, alimentation/purge, dont l'organe de commutation est actionné par un vérin pilote hydraulique raccordé à ladite électro-valve, ledit distributeur comportant un premier orifice relié à une source haute pression, un deuxième orifice relié à une enceinte basse pression et un troisième orifice d'utilisation; un vérin hydraulique de puissance dont la chambre de travail est reliée au troisième orifice du distributeur; des moyens de rappel du piston dudit vérin en position de repos; des moyens de liaison en poussée de la tige dudit vérin avec la tige de la soupape à commander; les trois organes: électro-valve, distributeur hydraulique et vérin de puissance étant accolés en un seul bloc monté sur un organe du moteur solidaire de la culasse du moteur.Already known, for example from German application 2,151,331, an electro-hydraulic valve control unit for an internal combustion engine provided with an electronic control system providing an electrical signal for opening the valve. This block comprises: a three-way solenoid valve, supply / purge, receiving said electrical signal; a three-way hydraulic distributor, supply / purge, the switching member of which is actuated by a hydraulic pilot cylinder connected to said electro-valve, said distributor comprising a first orifice connected to a high pressure source, a second orifice connected to a low pressure enclosure and a third use port; a hydraulic power cylinder whose working chamber is connected to the third orifice of the distributor; means for returning the piston of said cylinder to the rest position; means for pushing the rod of said cylinder with the rod of the valve to be controlled; the three organs: solenoid valve, hydraulic distributor and power cylinder being joined in a single block mounted on an engine member secured to the cylinder head of the engine.
Dans un tel bloc de commande connu, le signal électrique d'excitation de l'électro-valve, constituant l'ordré d'ouverture de la soupape, provoque la mise en pression du vérin hydraulique pilote du distributeur. Un tel bloc de commande a une réponse insuffisamment rapide pour les moteurs Diésel modernes et il nécessite d'autre part un montage étanche de l'électroaimant de l'électro-valve qui est soumis à la haute pression.In such a known control block, the electrical signal for excitation of the solenoid valve, constituting the opening order of the valve, causes the pressurized hydraulic pilot cylinder of the distributor to be pressurized. Such a control unit has an insufficiently rapid response for modern diesel engines and it requires, on the other hand, a tight assembly of the electromagnet of the electro-valve which is subjected to high pressure.
La présente invention permet de remédier à ces inconvénients.The present invention overcomes these drawbacks.
Suivant l'invention, l'organe de commutation du distributeur hydraulique est constitué par un tiroir coulissant dans un corps de distributeur, ledit tiroir étant équilibré hydrauliquement. L'une des extrémités dudit tiroir est soumise en permanence à la haute pression, tandis que l'autre extrémité, qui constitue le piston du vérin pilote, est soumise sélectivement, par l'intermédiaire de l'électro-valve, à la haute pression en position de repos, ou bien, en position d'alimentation du vérin de puissance, à la basse pression établie par l'intermédiaire de l'électro-valve lorsque celle-ci est excitée par le signal électrique produit par le système de contrôle électrique du moteur.According to the invention, the switching member of the hydraulic distributor consists of a slide valve in a distributor body, said drawer being hydraulically balanced. One end of said slide is permanently subjected to high pressure, while the other end, which constitutes the piston of the pilot cylinder, is selectively subjected, by means of the electro-valve, to high pressure in the rest position, or in the power jack supply position, at the low pressure established by means of the solenoid valve when the latter is excited by the electrical signal produced by the electrical control system of the motor.
Gràce à cette disposition, d'une part, l'électroaimant de l'électro-valve est toujours seulement soumis à la basse pression et, d'autre part, le signal électrique d'excitation de l'électro-valve produit un signal électrique de baisse de pression sur le vérin pilote du distributeur, ce qui procure une réponse plus rapide qu'un signal de mise en pression.Thanks to this arrangement, on the one hand, the electromagnet of the electro-valve is always only subjected to low pressure and, on the other hand, the electric signal of excitation of the electro-valve produces an electric signal pressure drop on the pilot cylinder of the distributor, which provides a faster response than a pressurization signal.
De préférence les moyens de rappel du vérin de puissance en position de repos (correspondant à la fermeture de la soupape) sont des moyens hydrauliques, le vérin de puissance étant un vérin différentiel dont la deuxième chambre, opposée à la chambre de travail, est soumise en permanence à la haute pression.Preferably, the means for returning the power cylinder to the rest position (corresponding to the closing of the valve) are hydraulic means, the power cylinder being a differential cylinder, the second chamber of which, opposite the working chamber, is subjected permanently at high pressure.
On prévoit avantageusement, dans le circuit hydraulique haute pression d'alimentation du bloc un accumulateur hydraulique de pression et, sur chaque bloc, un clapet de retenue taré maintenant dans le bloc, une pression résiduelle de purge (basse pression) supérieure à la pression atmosphérique.Advantageously, provision is made in the circuit high pressure hydraulic supply to the block a hydraulic pressure accumulator and, on each block, a calibrated check valve now in the block, a residual bleed pressure (low pressure) higher than atmospheric pressure.
On prévoit également, sur le vérin de puissance, un système d'amortissement, par laminage d'huile, pour les fins de course d'ouverture et de fermeture de la soupape. Enfin il est avantageux, dans un bloc de commande électro-hydraulique suivant l'invention d'utiliser, comme fluide hydraulique, l'huile du moteur, convenablement filtrée, ce qui évite tout circuit hydraulique supplémentaire spécial.There is also provided, on the power cylinder, a damping system, by oil rolling, for the opening and closing limit switches of the valve. Finally it is advantageous, in an electro-hydraulic control unit according to the invention to use, as hydraulic fluid, the engine oil, suitably filtered, which avoids any special additional hydraulic circuit.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation de l'invention.
- La figure 1 est une vue en coupe du bloc de commande suivant l'invention.
- La figure 2 est une vue partielle agrandie de la partie centrale du bloc de la figure 1.
- La figure 3 est une vue schématique d'un bloc de commande unique commandant deux soupapes.
- Figure 1 is a sectional view of the control unit according to the invention.
- FIG. 2 is an enlarged partial view of the central part of the block of FIG. 1.
- Figure 3 is a schematic view of a single control unit controlling two valves.
Le bloc de commande comprend trois parties accolées et assemblées les unes aux autres: une électrovalve 2, un distributeur hydraulique 4 et un vérin hydraulique de puissance 6, ce bloc étant monté sur le capot de culasse 8 du moteur. Le poussoir 10 du vérin hydraulique agit en poussée sur la tige 12 d'une soupape 14 qu'on a représentée schématiquement montée dans la culasse 16 du moteur et rappelée en position fermée par un ressort de soupape 18.The control unit comprises three parts joined and assembled to each other: a
Le solénoïde 20 de l'électro-valve 2 reçoit ses signaux électriques d'excitation à partir d'un système de contrôle électronique, qui ne fait pas partie de l'invention, et qu'on a représenté schématiquement par un capteur 22 de la vitesse et de la position de l'arbre 24 du moteur et par une unité de traitement 26 qui reçoit les informations fournies par le capteur 22 ainsi que d'autres informations 28 relatives à d'autres paramètres de fonctionnement du moteur. L'unité de traitement 26 élabore et conditionne les signaux de commande d'ouverture des différentes soupapes, avec leur instant, leur durée et leur forme optimaux, chaque signal étant transmis à l'électro-valve concernée par l'intermédiaire d'une interface de puissance 30, transformant le signal reçu de l'unité de traitement 26 en un courant de puissance compatible avec le solénoïde 20 de l'électro-valve 2.The
Le bloc de commande comporte un orifice 32 d'alimentation en huile haute pression, de préférence ménagé dans le corps 34 du distributeur 4. Cet orifice est raccordé à une source haute pression (par exemple de l'ordre de 150 à 250 bars) comportant une pompe 36, un accumulateur hydraulique 38 et un réservoir 40. Dans le cas préféré où on utilise, comme fluide hydraulique pour le bloc de commande, l'huile du moteur, on interpose un filtre 42 donnant par exemple une filtration à 3 microns.The control unit has an
Le bloc de commande comporte également un orifice 44 d'évacuation d'huile basse pression qui est de préférence, lui aussi, ménagé dans le corps 34 du distributeur.The control unit also includes an
L'électro-valve 2 est une valve à trois voies, alimentation/purge, dont le corps 46 est accolé au corps du distributeur 34. Le corps 46 comporte: une entrée haute pression 48 qui est raccordée en permanence à l'orifice haute pression 32 par des perçages 50-52 percés dans le corps 34 du distributeur; une sortie basse pression 54 qui est raccordée en permanance à l'orifice basse pression 44 par un perçage 56 percé dans le corps 34; et un orifice d'utilisation 58 qui est en communication avec une chambre 60 du distributeur. L'organe obturateur de l'électro-valve 2 est constitué par un clapet, tel qu'une bille 62, 1sur laquelle agit en poussée la tige 64 du solénoïde 20 lorsque celui-ci est excité. Dans la position de repos (non excitée) représentée sur la figure, la chambre 60 est sous pression. Dans la position de travail (excitée), la bille 62 découvre la canalisation de purge 54 et obture la canalisation haute pression 48, ce qui met la chambre 60 à la basse pression.The electro-
Grâce à cette disposition de l'électro-valve (au repos dans la configuration "alimentation" et au travail dans la configuration "purge"), le solénoïde 20 et sa tige 64 sont toujours soumis à la basse pression, ce qui évite tout système d'étanchéité et de joints susceptible d'augmenter les frictions dans l'électro-valve.Thanks to this arrangement of the solenoid valve (at rest in the "supply" configuration and at work in the "purge" configuration), the
L'électro-valve 2 joue le rôle d'une servovalve à faible débit commandant le distributeur 4 qui, lui, est une valve de puissance à grand débit commandant le vérin de puissance 6.The electro-
Le distributeur 4 est également une valve à trois voies qui comporte, en plus des deux orifices haute pression et basse pression 32, 44 déjà mentionnés, un troisième orifice 66, orifice d'utilisation, qui est raccordé à la chambre de travail 68 du vérin de puissance.The
L'organe de commutation du distributeur 4 est constitué par un tiroir 70 qui coulisse dans un alésage 72 percé dans le corps 34 du distributeur. Le tiroir 70 présente quatre épanouissements 741, 742, 743, 744 coulissant de façon étanche dans l'alésage 72 et délimitant les voies de commutation du distributeur.The switching member of the
L'actionnement du tiroir 70 est commandé hydrauliquement par un vérin pilote dont le piston 76 est constitué par l'une des extrémités (l'extrémité gauche sur la figure 1) du tiroir qui pénètre dans la chambre 60. L'autre extrémité 78 du tiroir 70 constitue également un piston, de plus faible section que le piston 76, qui débouche dans une chambre 80 qui est ménagée dans le corps de distributeur 34 et qui est soumise en permanence à la haute pression par communication avec une canalisation 82 communiquant elle-même avec les perçages 50-32. En position de repos du distributeur, représentée sur la figure 1 (solénoide 20 non excité), les deux extrémités 76-80 du tiroir sont soumises à la haute pression, mais, par suite des différences de section des pistons 76, 78, le tiroir est maintenu vers la droite, position dans laquelle les épanouissements 742, 743 mettent en communication l'orifice d'utilisation 66 avec la sortie à basse pression 44 (position de purge). Un léger ressort 84 fixe cette position du tiroir, même en l'absence de pression dans le circuit de fluide haute pression 36, 38.The actuation of the
Le vérin de puissance 6 comprend un corps de vérin 86 dans lequel est creusé un cylindre de vérin 88 recevant le piston 90 du vérin, qui est relié au poussoir 10 par une tige de vérin 92.The
Des moyens de rappel sont prévus pour ramener le piston 90 dans la position de repos représentée sur la figure 1. Ces moyens de rappel peuvent être constitués par un ressort, mais on utilise de préférence un moyen de rappel hydraulique.Return means are provided to return the
La chambre 93, située à l'opposé de la chambre de travail 60 par rapport au piston est soumise en permanence à la haute pression par une canalisation 94-96 qui est percée dans le corps du vérin 86 et qui communique avec la canalisation haute pression 50-32 du corps du distributeur.The
Le vérin 6 fonctionne donc comme un vérin différentiel à double effet et c'est la différence de section entre le piston 90 et la tige 92 qui produit le déplacement du piston vers sa position de travail.The
Il est également prévu des organes d'amortissement de fin de course, pour le piston du vérin, qui seront décrits plus loin à propos de la figure 2.End-of-travel damping members are also provided for the piston of the jack, which will be described below with reference to FIG. 2.
Le fonctionnement du bloc de commande est le suivant: partant de la position de repos représentée sur la figure 1, avec l'alimentation haute pression en service, lorsque le système électronique de contrôle 22, 24, 26, 30 émet un ordre d'ouverture de la soupape, le doigt 64 du solénoïde 20 pousse la bille 62 qui vient obturer l'arrivée haute pression 48 et met en communication la canalisation 58 avec les canalisations basse pression 54, 44.The operation of the control unit is as follows: starting from the rest position shown in FIG. 1, with the high pressure supply in service, when the
La chambre 60 du vérin pilote 76 du distributeur est ainsi mise à la basse pression et le tiroir 70 est déséquilibré, c'est-à-dire qu'il est repoussé vers la gauche par la haute pression s'exerçant en permanence sur son extrémité 78. Comme on le voit ci-dessus, l'ordre d'ouverture est un ordre de mise à basse pression du vérin pilote 76, ordre dont la réponse est plus rapide, aux pressions élevées utilisées, qu'un ordre de montée en pression. Dans cette position "travail" du tiroir, les épanouissements 742, 743 du tiroir 70 mettent en communication l'orifice d'utilisation 66 du distributeur avec l'entrée haute pression 32 et isolent cet orifice 66 de la sortie basse pression 44. L'huile haute pression est ainsi introduite dans la chambre de travail 68 du vérin de puissance. L'huile haute pression étant de part et d'autre du piston 90, dans les chambres 68 et 93, c'est la différence de section qui crée le déplacement de l'ensemble 90, 92, 10 et la force à communiquer à la soupape 14 pour l'ouvrir, à l'encontre de la force du ressort de soupape 18.The
Lorsque l'ordre de fermeture de la soupape est donné, le signal électrique cesse et le solénoïde 20 n'est plus excité. Sous l'action de la pression haute pression, la bille 62 vient obturer le retour 54, 44 à la basse pression et admet à nouveau cette haute pression dans la chambre 60 du distributeur. Le tiroir 70 est à nouveau déséquilibré et se déplace vers la droite jusqu'à la position de la figure 1 pour laquelle la chambre de travail 68 du vérin de puissance est mise en communication avec la basse pression. La chambre 93 étant toujours sous pression, le piston 90 remonte et retrouve sa position de repos dans laquelle la soupape est fermée.When the order to close the valve is given, the electrical signal ceases and the
La fréquence d'ouverture des soupapes étant relativement élevée (par exemple 20 à 30 Hz), l'une des difficultés, pour le bon fonctionnement d'un bloc de commande suivant l'invention, consiste dans le maintien de l'intégrité des lignes hydrauliques et de leur bon remplissage, sans émulsion d'huile ni cavitation. La présence de l'accumulateur 38 dans le circuit d'alimentation haute pression favorise la maitrise des lignes hydrauliques, mais il est également avantageux de prévoir le maintien d'une pression résiduelle dans le circuit basse pression. Pour cela, on monte un clapet de retenu taré 98 (par exemple taré pour 3 à 10 bars) sur l'orifice de sortie basse pression 44, ce clapet étant de préférence incorporé au corps de distributeur 34.The frequency of opening of the valves being relatively high (for example 20 to 30 Hz), one of the difficulties, for the proper functioning of a control unit according to the invention, consists in maintaining the integrity of the lines. and their correct filling, without oil emulsion or cavitation. The presence of the accumulator 38 in the high pressure supply circuit promotes control of the hydraulic lines, but it is also advantageous to provide for the maintenance of a residual pressure in the low pressure circuit. For this, a tared retaining valve 98 (for example tared for 3 to 10 bars) is mounted on the low
Au-delà du clapet de retenue 98, l'huile de purge du vérin pilote 76, 60 et du vérin de puissance retourne à une bâche 100 à la pression atmosphérique qui peut être avantageusement constituée, lorsqu'on utilise l'huile du moteur elle-même dans le circuit hydraulique du bloc de commande, par la culasse, de façon à graisser les ensembles mécaniques de liaison (rotules, culbuteurs, etc.) entre le poussoir 10 et les soupapes. Dans ce cas, il est préférable de prévoir la sortie d'huile basse pression 44 à la partie inférieure du bloc de commande et débouchant directement à l'intérieur du capot de culasse 8, ce qui évite de faire traverser le capot de culasse par des canalisations d'huile.Beyond the
Il faut noter également que les trois organes principaux du bloc étant accolés les uns aux autres, comme représenté sur la figure 1, ou ayant des corps communs, il n'existe aucune canalisation de liaison longue susceptible d'apporter des retards de réponse à l'ouverture ou à la fermeture des soupapes.It should also be noted that the three main organs of the block being placed side by side, as shown in FIG. 1, or having common bodies, there is no long connection pipe capable of bringing delays in response to the opening or closing of the valves.
Le bloc de commande suivant l'invention permet d'obtenir des vitesses d'ouverture et de fermeture des soupapes qui seraient irréalisables mécaniquement, le système mécanique étant limité par les accélérations liées aux profils des cames.The control unit according to the invention makes it possible to obtain opening and closing speeds of the valves which would be mechanically impracticable, the mechanical system being limited by the accelerations linked to the profiles of the cams.
Les vitesses de déplacement du piston 90 du vérin de puissance étant très élevées, on prévoit des systèmes d'amortissement hydraulique des fins de course du vérin, par laminage d'huile, dont un mode de réalisation est représenté sur la figure 2.The displacement speeds of the
Cette figure est une vue partielle en coupe de la partie centrale de la figure 1. Le piston 90 du vérin de puissance 6 comporte, à sa partie supérieure, une collerette en saillie 102 qui pénètre, avec un jeu réduit, dans un alésage 104 délimitant la chambre de travail 68 du vérin de puissance, à la fin de course supérieure du piston 90. Une ou plusieurs fentes 106 sont ménagées dans la collerette 102 pour produire un laminage de l'huile refoulée par le piston 90 lorsque celui-ci remonte jusqu'à sa position de fin de course de repos.This figure is a partial sectional view of the central part of Figure 1. The
En-dessous du piston 90, sur la tige 92, on prévoit une portion conique 108 qui, en fin de course basse du piston 90, pénètre dans une bague d'amortissement 110. L'alésage intérieur 112 de cette bague détermine, avec la portion conique 108, une fente annulaire à section variable pour le laminage de l'huile en fin de course basse du piston. Il est à noter que, dans cette bague 110 sont percés les passages 96 (voir figure 1) d'alimentation en huile haute pression de la chambre inférieure 93 du vérin de puissance 6.Below the
Grâce à ces systèmes amortisseurs, il est possible d'appliquer une grande vitesse d'ouverture et de fermeture aux soupapes, sans choc des organes en fin de course. Ceci permet, en plus, d'effectuer des réouvertures intermédiaires brèves des soupapes d'échappement à certains régimes pour diminuer la charge thermique des soupapes ou réchauffer l'air admis.Thanks to these damping systems, it is possible to apply a high opening and closing speed to the valves, without shock to the end-of-travel components. This also makes it possible to carry out brief intermediate reopening of the exhaust valves at certain speeds to reduce the thermal load on the valves or to heat the intake air.
On a représenté sur la figure 1 la commande d'une seule soupape au moyen du bloc de commande suivant l'invention. Mais il est également possible, comme il est représenté schématiquement sur la figure 3, de commander deux soupapes d'admission 14, 14' (ou d'échappement) au moyen d'un seul bloc dont le poussoir 10 du vérin de puissance 6 agit en poussée sur un palonnier 112 dont les extrémités prennent appui sur les tiges 12, 12' des soupapes 14,14'. Bien entendu, on prévoit des liaisons mécaniques par rotules, analogues à celles des culbuteurs ou tiges de culbuteurs, pour éviter les effets parasites dus aux défauts d'alignement.FIG. 1 shows the control of a single valve by means of the control unit according to the invention. However, it is also possible, as shown diagrammatically in FIG. 3, to control two
Il est à noter que le bloc de commande suivant l'invention procure une grande sécurité car, en cas d'anomalie de fonctionnement (manque de pression hydraulique, manque de signal électrique sur l'électro-valve), le bloc revient toujours dans la position de repos représentée sur la figure 1, avec la ou les soupapes correspondantes en position de fermeture, ce qui évite tout risque de choc soupape/piston vers la point mort haut.It should be noted that the control unit according to the invention provides great security because, in the event of an operating anomaly (lack of hydraulic pressure, lack of electrical signal on the electro-valve), the unit always returns to the rest position shown in Figure 1, with the corresponding valve or valves in the closed position, which avoids any risk of valve / piston impact towards top dead center.
Comme il a été indiqué, le bloc de commande est très compact ce qui autorise le logement de deux ensembles (admission et échappement) dans une culasse de moteur existant. Au surplus, l'ensemble constitué par l'électro-valve 2 et le distributeur 4 peut être standard quel que soit le type du moteur, ce qui réduit les prix de revient. Le vérin de puissance 6 peut comporter aussi une majorité de constituants standard, le vérin étant simplement adapté aux efforts exigés par tel ou tel type de moteur par modification de sa section différentielle, ce qui permet l'adaptation sur tout moteur existant.As indicated, the control unit is very compact, which allows the accommodation of two assemblies (intake and exhaust) in an existing engine cylinder head. In addition, the assembly constituted by the
L'invention permet d'obtenir des durées et des instants d'ouverture des soupapes variables suivant la loi de levée des soupapes la plus favorable en fonction des divers paramètres de fonctionnement du moteur (vitesse, puissance, etc.), ce qui était impossible avec les soupapes commandées par came. On peut même obtenir, avec un programme convenable, la marche sur un nombre réduit de cylindres à faible charge (sans pertes par transvasement) et, également, une réversibilité du moteur simple et immédiate.The invention makes it possible to obtain durations and instants of opening of the variable valves according to the most favorable valve lift law as a function of the various operating parameters of the engine (speed, power, etc.), which was impossible with cam operated valves. It is even possible, with a suitable program, to operate on a reduced number of cylinders at low load (without losses by transfer) and, also, a simple and immediate reversibility of the engine.
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