FR2637652A1 - Dispositif de reperage d'un cycle de fonctionnement d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

Le dispositif est conçu pour un moteur dont l'arbre de sortie effectue deux révolutions pendant un cycle complet. Des premier et deuxième 2'' disques comportant chacun une singularité à sa périphérie sont solidaires de l'arbre de sortie et d'un arbre tournant à vitesse moitié moindre, respectivement. Suivant l'invention le passage de la singularité du premier disque devant un capteur associé intervient lors du passage de la singularité 13 du deuxième disque devant un autre capteur associé à ce disque, pendant un tour du cycle, et en l'absence de singularité devant ce capteur, pendant l'autre tour du disque. Application à un calculateur de commande d'allumage et/ou d'injection pour moteur à combustion interne.

Description

La présente invention est relative F un dispositif de repérage d'un cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion interne etr plus particulièrement, un tel dispositif adapté å un moteur dont l'arbre de sortie effectue deux révolutions pendant un cycle de fonctionnement complet du moteur.

En électronique automobile il est nécessaire de repérer avec précision la position de l'arbre de sortie du moteur du véhicule pour déclencher, â des instants prédéterminés du cycle de fonctionnement du moteur, des actionneurs tels qu'une bobine d'allumage ou des injecteurs de carburant. Pour ce faire on utilise le plus souvent un disque, un volant ou une couronne solidaire en rotation du vilebrequin, constituant l'arbre de sortie du moteur, et présentant a sa périphérie une série de dents qui passent les unes la suite des autres devant un capteur à reluctance variable, par exemple, sensible au passage des dents pour former un signal périodique qui permet d'atteindre, par comptage de ces périodes, la position de l'arbre de vilebrequin sur un tour.Sur ce tour on constitue un repère absolu avec une dent plus longue que les autres ou une dent manquante, comme il est bien connu dans la technique.

Un tel repérage ne suffit cependant pas lorsqu'un cycle complet de fonctionnement de tous les cylindres du moteur s'étend sur deux tours du vilebrequin et non pas sur un seul. De tres nombreux moteurs à combustion interne fonctionnent sur ce principe, comme par exemple les moteurs a quatre temps. Dans ce cas il faut compléter la détermination de la "position" du moteur en disposant de moyens permettant d'identifier le premier tour et le second tour du vilebrequin, à l'intérieur d'un méme cycle de fonctionnement du moteur. A cet effet on utilise couramment une singularité formée sur un deuxième disque solidaire d'un arbre tournant å vitesse moitié moindre que celle du vilebrequin.Ainsi la singularité du deuxième disque passe-t-elle dans une position de référence absolue du cycle une fois tous les deux tours du vilebrequin. Ce passage est aussi repéré ordinairement à l'aide d'un capteur à reluctance variable qui forme un signal exploité par un dispositif électronique qui reçoit également le signal venu du capteur de rotation du vilebrequin. Par un traitement approprié de ces signaux, on peut connaître ainsi le point du cycle de fonctionnement du moteur qui est atteint a tout instant du cycle.

On a schématisé a la figure l du dessin annexé un tel dispositif de repérage de la technique antérieure. Des disques 1 et 2 tournant respectivement a des vitesses angulaires n et n/2 et solidaires respectivement de l'arbre de vilebrequin et d'un arbre tournant å vitesse moitié moindre, tel que l'arbre d'un distributeur d'étincelles d'allumage, sont associés a des capteurs a reluctance variable 3 et 4, respectivement placés dans le voisinage de leur périphérie. Les signaux formés par les capteurs 3 et 4 sont fournis à un circuit électronique 5 de traitement de ces signaux qui servent a repérer le point du cycle de fonctionnement du moteur qui est atteint a chaque instant par le moteur.Ce dispositif électronique est en général incorporé a un dispositif de commande électronique d'injection et/ou d'allumage du moteur d combustion interne. Comme représenté å la figure, le premier disque 1 porte une série de dents a sa périphérie, le nombre de ces dents étant égal en général à quelques dizaines. Le repérage sur un tour de la position de l'arbre de vilebrequin est obtenu grace a une singularité telle qu'une dent manquante 6 qui crée dans le signal délivré par le capteur 3 un accident qui se répète å chaque tour. Comme on l'a indiqué plus haut, cette dent manquante pourrait être remplacée par une dent "longue" qui créerait une déformation analogue du signal.

Le deuxième disque 2 fixé sur l'arbre tournant a vitesse moitié moindre comporte lui aussi une singularité 7 constituée par exemple par une dent unique ou tout autre moyen permettant de créer une discontinuité dans la périphérie du disque 2, discontinuité détectée par le capteur 4.

Le passage des singularités 6 et 7 devant les capteurs 3 et 4 correspond en général a des points caractéristiques du cycle de fonctionnement du moteur. On peut placer par exemple la singularité 6 b 90* en avant du point mort haut d'un cylindre particulier du moteur. La deuxième deuxième singularité 7 peut être placée de manière å engendrer un signal électrique de courte durée au point mort haut en compression de ce même cylindre, par exemple. On a représenté en B et C, la figure 4, les formes d'onde des signaux émis par les capteurs 3 et 4 au cours d'un cycle de fonctionnement du moteur dont l'étendue est représentée en A. A cette figure on a identifié le signal émis lors du passage de la singularité 7 du disque 2 devant le capteur 4 comme étant un signal de synchronisation.

Un tel dispositif de la technique antérieure présente plusieurs inconvénients.

Tout d'abord la détection du point mort haut du cylindre No. l å l'aide du signal de synchronisation souffre d'une imprécision importante due a des tolérances mécaniques inévitables impliquées notamment par la fixation du disque 2 sur l'arbre du distributeur.

En outre, l'acquisition du repérage angulaire au démarrage du moteur demande d'une part la détection de la singularité 6 sur le premier disque et, d'autre part la détection du signal de synchronisation formé lors du passage de la singularité 7 dans le capteur 4, ce passage exigeant le plus souvent un supplément de course angulaire après la détection de la première singularité.

En outre, en cas de défaut du signal provenant du premier capteur 3, la seule information disponible pour un repérage angulaire de secours est le signal de synchronisation, qui n'apparaît qu'une fois tous les deux tours du moteur. On peut, par des moyens électroniques d'interpolation, estimer les positions angulaires intermédiaires, mais les résultats obtenus sont d'une précision médiocre.

La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif de repérage d'un cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion interne, du type décrit plus haut mais ne présentant pas les inconvénients exposés ci-dessus.

En particulier, la présente invention a pour but de fournir un tel dispositif autorisant des tolérances mécaniques importantes sur le positionnement angulaire du deuxième disque, une acquisition rapide du repérage angulaire sur un cycle de fonctionnement complet du moteur au moment du démarrage du véhicule, et un repérge angulaire de secours de bonne précision en cas de défaut du signal délivré par le capteur associé au premier disque.

On atteint ces but de l'invention avec un dispositif de repérage d'un cycle de fonctionnement d'un moteur a combustion interne comprenant un arbre de sortie qui effectue deux révolutions pendant un cycle complet du moteur, du type qui comprend des premier et deuxième disques comportant chacun au moins une singularité a sa périphérie et solidaires en rotation respectivement de l'arbre de sortie du moteur et d'un deuxième arbre positivement couplé a l'arbre de sortie de manière à tourner à vitesse moitié, des premier et deuxième capteurs fixes associés aux premier et deuxième disques respectivement, pour former des signaux significatifs du passage des singularités devant ces capteurs, des moyens électroniques pour traiter ces signaux de manière déterminer à chaque instant la position du moteur a l'intérieur d'un cycle, ce dispositif étant caractérisé en ce que les disques sont fixés sur leurs arbres respectifs de manière que le passage de la singularité du premier disque devant le capteur associé intervient lors du passage de la singularité du deuxième disque devant son capteur associé pendant un tour du cycle, et en l'absence de singularité devant ce capteur, pendant l'autre tour du cycle.

Suivant un premier mode de réalisation de l'invention la singularité périphérique du deuxième disque s'détend sur la moitié de la circonférence du disque, entre deux points dont les passages devant les capteurs associés se situent, dans la course angulaire de 72Q' du cycle du moteur, & 180' environ en avant et en arrière respectivement, du passage de la singularité du premier disque devant le capteur associé.

Suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention, le deuxième disque comprend autant de dents que le moteur compte de cylindres, les flancs avant et arrière de toutes les dents etant régulièrement répartis sur la circonférence du disque å l'exception d'un flanc, avant ou arrière d'une dent prédéterminée, qui constitue la singularité du disque.

Au dessin annexé donné seulement a titre d'exemple
la figure I est un schéma d'un dispositif de repérage d'un cycle de fonctionnement d'un moteur å combustion interne de la technique antérieure, que la présente invention vise a perfectionner,
la figure 2 est une vue en plan d'un disque qui se substitue au disque 2 du dispositif de la figure 1, suivant un premier mode de réalisation du dispositif de repérage suivant l'invention,
la figure 3 est une vue en plan d'un autre disque qui se substitue au disque 2 du dispositif de la figure 1, suivant un deuxième mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, et
les figures 4, 5 et 6 représentent des ensembles de forme d'ondes qui sont utiles à la description des fonctionnements du dispositif de la technique antérieure représentée å la figure 1 et des dispositifs suivant l'invention, correspondant aux figures 2 et 3, respectivement.

Le dispositif suivant l'invention comprend un premier disque 1 fixé par exemple sur l'arbre 14 du vilebrequin d'un moteur combustion interne, et un deuxième disque 2 fixé sur un axe 15 tournant vitesse moitié, tel que l'axe d'un distributeur d'étincelles d'allumage par exemple, tout comme le dispositif de la technique antérieure représenté å la figure 1.

Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, le dispositif suivant l'invention se distingue du dispositif de la figure 1 en ce qu'il comprend, a la place du disque 2, un disque 2' tel que représenté a la figure 2. Sur cette figure, il apparaît que le disque 2' présente une dent périphérique 7' s'étendant sur la moitié de sa circonférence, l'autre moitié de celle-ci correspondant alors à un "creux séparant les deux flancs diamétralement opposés 8 et 9 de la dent 7'.Suivant la présente invention encore, ces deux flancs 8 et 9 sont positionnés angulairement par rapport à la singularité 6 du premier disque denté l comme illustré sur les formes d'onde de la figure 5 ou l'on a repéré, en degrés de la rotation de l'arbre de sortie du moteur, les passages des dents et singularités des disques 1 et 2' devant leurs capteurs, en A et B, respectivement. Ces formes d'onde A et B correspondent à celles des signaux émis par les capteurs 3 et 4, respectivement. On a représenté classiquement la singularité 6 90' en avant du point mort haut du cylindre No. 1 du moteur (PMH1C). A la figure 5 les positions angulaires des flancs 8 et 9 de la dent 7' du disque 2' sont mesurées en degrés de la course angulaire correspondante du disque 1.Comme ce dernier tourne deux fois plus vite que le disque 2', une rotation angulaire de 90- du disque 2' correspond a une rotation angulaire de 180- du disque 1, et un tour complet du disque 2' correspond donc a deux tours du disque 1 soit 72O. Ainsi repérés, les deux flancs 8 et 9 de la dent du disque 2' sont écartés d'une course angulaire de 360 du disque 1, soit un tour moteur. Suivant la présente invention, on positionne les flancs 8 et 9 å environ 180' "moteur" de la singularité 6 du disque 1.Ce couplage mécanique des positions angulaires relatives des disques 1 et 2' peut etre obtenu par tout moyen de couplage mécanique positif entre les arbres qui portent les deux disques, tel que courroie, train d'engrenage, ou autres moyens mécaniques de couplage bien connus dans la technique.

Les avantages apportés par l'utilisation d'un disque tel que le disque 2' et du couplage mécanique décrit cidessus de ce disque avec le disque 1 porté par l'arbre moteur sont les suivants.

Tout d'abord il apparaît que le passage de la singularité du premier disque devant le capteur 3 associé intervient lors du passage de la singularité du deuxième disque devant le capteur 4, pendant un tour du cycle, et en l'absence de singularité devant le capteur 4 pendant l'autre tour du cycle. Deux passages successifs de la singularité 1 devant le capteur 3 s'opèrent alors au cours de deux demi-périodes successives du signal issu du capteur 4. Ainsi, l'acquisition du repérage angulaire au démarrage est la plus rapide possible. Le dispositif électronique doit simplement lire l'état O ou 1 d'un signal logique à deux niveaux engendré par le capteur 4 et qui est une image de la périphérie du disque 2', au moment où le dispositif détecte la singularité 6 de la couronne 1.On supprime ainsi le délai nécessaire a l'acquisition du signal fourni par le capteur 4 dans le cadre de l'utilisation du disque 2 du dispositif de la technique antérieure représenté a la figure 1, délai qui est dû à la rotation supplémentaire de la singularité étroite 7 qui doit suivre la détection de la singularité 6 par le capteur 3. Gracie au rapport de périodicité temporelle des signaux reçus des capteurs 3 et 4, le calculateur électronique sait ainsi à tout instant s'ii est dans le premier ou dans le deuxième tour du cycle du moteur, et ceci sans-délai.

En outre, pour un moteur donné en phase de démarrage, si un repérage angulaire approximatif est suffisant, les deux flancs diamétralement opposés de la singularité 7' du disque 2' apparaissent idéalement disposés par rapport å la singularité 6' du disque 1 pour réduire au minimum la course angulaire nécessaire l'acquisition du repérage angulaire.

Un dispositif suivant l'invention équipé du disque de la figure 2 autorise une grande tolérance sur le positionnement angulaire mécanique de ce disque par rapport au disque l.

Le dispositif suivant l'invention apporte encore un autre avantage. En cas de défaillance de l'ensemble de détection constitué par le disque 1 et le capteur 3, une information concernant la "position" du moteur reste disponible partir de l'ensemble de détection 2', 4 à chaque tour moteur environ. Ceci permet d'obtenir un repérage, encore médiocre, mais amélioré par rapport à celui obtenu avec solution habituelle représentée a la figure 1.

I1 apparaît aussi que le dispositif suivant l'invention peut être utilisé avec tout type de moteur dont le cycle s'étend sur deux tours tels que par exemple les moteurs å quatre temps a trois, quatre, cinq ou six cylindres.

On a représenté à la figure 3 un deuxième disque 2" conçu pour se substituer au disque 2 du dispositif de la figure 1. Suivant ce deuxième mode de réalisation, ce deuxième disque comprend autant de dents que le moteur compte de cylindres, les flancs avant et arrière de toutes les dents étant régulièrement répartis par paire sur la circonférence du disque, a l'exception d'un flanc d'une dent prédéterminée qui constitue la singularité du disque.

Ainsi par exemple, pour un moteur å quatre cylindres, le disque 2" de la figure 3 comporte quatre dents 10, 11, 12 et 13, dont l'une 13 occupe une distance circonférentielle plus longue que les autres. Le sens de la rotation du disque 2" étant repéré par la flèche F, il apparaît que les flancs avant 10', 11', 12' et 13' des dents 10, 11, 12 et 13 sont régulièrement distribués sur la circonférence du disque, * 90' les uns des autres. Il en est de meme des flancs arrière 10", 11" et 12" tandis que le flanc arrière 13" de la dent 13 est plus rapproché du flanc avant contigu de la dent 12 que ne le sont les flancs arrière des dents 10, 11 et 12 par rapport au flanc avant de la dent contiguë.La dent 13 constitue ainsi une singularité en forme de dent longue dont le passage est détectable à l'aide du capteur 4 associé a la roue 2". Le flanc avant de chaque dent correspond a un point mort haut en compression ou à un décalage angulaire fixe par rapport à ce point, pour chaque cylindre du moteur. En outre, suivant l'invention, le disque 2" est mécaniquement couplé au disque 1 par tout moyen bien connu dans la technique, de manière que la singularité 6 passe devant le capteur 3 associé pendant le passage de la dent longue 13 du disque 2" devant le capteur 4 pour un tour sur deux du cycle moteur, et passe devant le capteur 3 pendant le passage d'un creux entre deux dents du disque 2", pendant l'autre tour du cycle moteur.Le débattement angulaire correspondant à ce deuxième passage est repéré par a a la figure 3.

On se réfère a la figure 6, analogue å la figure 5, où l'on a représenté en B la forme d'onde associée au disque 2 n conçu pour un moteur à quatre temps et à quatre cylindres, en face de la forme d'onde A associée au disque 1. Il apparaît sur ces deux formes d'onde que la singularité 6 du disque 1 coïncide une fois sur deux avec la dent longue 13 et l'autre fois, avec un creux séparant deux dents.

Ce mode de réalisation conserve les avantages du mode de réalisation de la figure 2.

En particulier, la tolérance sur le positionnement angulaire du disque 2" reste grande bien qu'elle soit limitée par le débattement angulaire de la partie repérée a la figure 3, débattement égal à l'angle au centre de la dent 13.

L'acquisition du repérage angulaire au démarrage est aussi rapide que possible, le dispositif électronique ayant seulement * lire l'état O ou 1 du signal logique fourni par le capteur 4 au moment où le capteur 3 détecte la singularité du disque 1.

En cas de défaillance de l'ensemble de détection (1,3), une information concernant -la "position angulaire" du moteur est disponible à partir de l'ensemble détecteur (2", 4) et ceci pour chaque cylindre. Le dispositif électronique associé est conçu pour discriminer la dent longue du disque 2" par comparaison des durées des dents successives. On obtient ainsi un repérage angulaire de secours plus précis qu'avec le mode de réalisation de la figure 2.

On a représenté en C et D à la figure 6 les formes d'ondes associées, ou circonférences développées de disques, à substituer au disque 2" pour des dispositifs suivant l'invention destinés à des moteurs six cylindres et à cinq cylindres, respectivement. Outre la conservation du repérage immédiat du tour moteur du cycle moteur courant, on observera sur les circonférences développées
B, C et D que la multiplication des transitions du signal fourni par le capteur 4 dû au passage des dents du disque ainsi que la répartition régulière de ces transitions, permet d'obtenir une information de secours plus riche en ce qui concerne le repérage du point de fonctionnement courant dans le cycle du moteur qu'avec le mode de réalisation de la figure 2, en cas de panne de l'ensemble de détection (1,3).

Dans tout ce qui précède, on a décrit des disques munis de dents pour détecter le passage des disques dans des positions angulaires caractéristiques. I1 est clair que lesdites positions pourraient être détectées par le passage de creux à ces positions, ou de tout autre discontinuité physique ou de composition de matière des disques utilisés, discontinuités à détecter avec des capteurs adaptes dont l'homme de métier connaît de nombreux types, capteurs de proximité à effet capacitif, transducteurs photoéîectriques, etc... outre les capteurs electromagnetiques a réluctance variable qui sont très largement utilisés en électronique automobile.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de repérage d'un cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion interne comprenant un arbre de sortie (14) qui effectue deux révolutions pendant un cycle complet du moteur, du type qui comprend des premier (1) et deuxième (2', 2") disques comportant chacun au moins une singularité 8 sa périphérie et solidaires en rotation respectivement de l'arbre de sortie (14) du moteur et d'un deuxième arbre (15) positivement couplé à l'arbre de sortie du moteur de manière à tourner à vitesse moitié, des premier et deuxième capteurs fixes (3, 4) associés aux premier (1) et deuxième (2'; 2") disques respectivement, pour former des signaux significatifs du passage des singularités devant ces capteurs, des moyens électroniques (5) pour traiter ces signaux de manière à déterminer à chaque instant la position du moteur à l'intérieur d'un cycle, ce dispositif étant caractérisé en ce que les disques (1; 2'; 2") sont fixés sur leurs arbres respectifs de manière que le passage de la singularité (6) du premier disque devant le capteur (3) associé intervient lors du passage de la singularité 7l; 13) du deuxième disque devant son capteur (4) associé pendant un tour du cycle, et en l'absence de singularité devant ce capteur, pendant l'autre tour du cycle.

2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la singularité périphérique (7') du deuxième disque s'étend sur la moitié de la circonférence du disque (2'), entre deux points dont les passages devant le capteur associé se situent, dans la course angulaire de 720' du cycle du moteur, à 180 environ en avant et en arrière respectivement, du passage de la singularité du premier disque devant le capteur associé.

3. Dispositif conforme å la revendication 1 ou 2, caractérise en ce que la singularité du deuxième disque prend la forme d'une dent (7') et d'un creux périphérique, chacun s'étendant sur environ la moitié de la circonférence du disque.

4. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième disque (2") comprend autant de dents (10, 11, 12, 13) que le moteur compte de cylindres, les flancs avant et arrière de toutes les dents étant régulièrement répartis par paire sur la circonférence du disque à l'exception d'un flanc (13") d'une dent prédéterminée, qui constitue la singularité du disque.

5. Dispositif conforme å la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins une partie de ladite dent prédéterminée est symétrique, par rapport au centre du disque, d'une partie (a) dtun creux séparant deux dents consécutives.

6. Dispositif conforme à ltune quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que chaque dent (10, 11, 12, 13) du deuxième disque est placée dans une position prédéterminée par rapport au point mort haut du cylindre correspondant.

7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les singularités des premier et deuxième disques sont disposées dans une relation prédéterminée par rapport au point mort haut d'un des cylindres du moteur.

8. Dispositif conforme * l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier disque (1) prend la forme d'une roue dentee de manière que le capteur associé (3) fournisse un signal propre å assurer un repérage fin de la position de l'arbre (14) du moteur sur un tour, caractérisé en ce que les moyens électroniques (5) pour traiter les signaux délivrés par les capteurs comprennent des moyens sensibles aux transitions du signal délivre par le deuxième capteur pour élaborer un repérage de secours du cycle du moteur, en cas de défaillance de l'ensemble de detection (1,3) constitué par le premier disque (1) et le premier capteur (3).