FR2843614A1 - Procede et dispositif pour ameliorer le redemarrage du moteur, par detection d'une position relative d'un organe mobile - Google Patents
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Abstract
L'invention vise à améliorer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule lors des premiers tours de rotation d'un vilebrequin (35), ou des premiers mouvements de déplacement de pistons (37) dans des cylindres (47), correspondant à une phase de redémarrage du moteur intervenant après une phase d'arrêt de ce moteur, le moteur comprenant au moins un organe mobile parmi ledit vilebrequin, des bielles, des pistons, un arbre à cames, des poussoirs de soupapes.Selon l'invention, on détecte des positions relatives de l'organe mobile (35 ...) lorsqu'il se déplace, en faisant pour cela effectuer un comptage incrémental des déplacements de l'organe mobile, et on conduit le redémarrage en fonction soit de la dernière position ainsi détectée de l'organe mobile, soit d'une position telle que définie par un calculateur embarqué (15), indépendamment des détections de position par ailleurs effectuées.
Description
L'invention a pour objet un procédé et un dispositif pour améliorer le
fonctionnement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule lors des premiers tours de rotation d'un vilebrequin, ou des premiers mouvements de déplacement de pistons dans des cylindres, correspondant à une phase de redémarrage du moteur intervenant 5 après une phase d'arrêt de ce moteur, le moteur comprenant au moins un organe mobile parmi le vilebrequin, des bielles, des pistons, un arbre à cames, des poussoirs de soupapes. Actuellement, pour répondre à des normes environnementales de plus en plus contraignantes pour les émissions polluantes générées par les véhicules, et en 10 particulier les véhicules automobiles, les professionnels du secteur souhaitent améliorer
les conditions de démarrage du moteur.
En effet, c'est lors des démarrages (ou des redémarrages) que le niveau de pollution est typiquement le plus élevé, ceci venant en particulier du fait qu'il est nécessaire, pour synchroniser parfaitement les paramètres d'alimentation en carburant 15 (typiquement les conditions d'injection) et d'allumage, de faire faire un certain nombre de
tours au moteur.
Durant ces tours de réglage et de calibrage, la combustion n'est typiquement
pas encore optimisée car gérée alors par des paramètres pris "par défaut" et les niveaux de pollution sont alors bien supérieurs à ceux existant pendant le régime ultérieur de 20 fonctionnement établi du moteur.
Et ce problème devient d'autant plus important si l'on songe, comme actuellement, à faire que le moteur s'arrête en cas d'arrêt prolongé du véhicule
(encombrement routier, feux tricolores,...).
Or, dans les conditions actuelles de fonctionnement des moteurs, arrêter et 25 redémarrer fréquemment apporte plus de pollution que de faire fonctionner les moteurs
en continu.
L'invention a pour objet d'apporter une solution à ce problème de fonctionnement imparfait du moteur au moment de son démarrage (ou redémarrage) et
aux problème corollaires de pollution.
La solution proposée consiste globalement à connaître la position exacte du moteur (par exemple celle des pistons dans les cylindres, ou celle, angulaire, du vilebrequin) au moment du démarrage, ou du redémarrage, de celui-ci, afin d'en tirer parti
pour optimiser les premiers cycles d'allumage.
Dans ce contexte, la solution proposée prévoit en particulier que: - on détecte des positions relatives de l'organe mobile lorsqu'il se déplace, en faisant pour cela effectuer un comptage incrémental des déplacements de l'organe mobile, - et on conduit le redémarrage en fonction: 5. soit de la dernière position ainsi détectée de l'organe mobile,
soit d'une position telle que définie par un calculateur embarqué, indépendamment desdites détections de position par ailleurs effectuées.
Pour quantifier le comptage incrémental effectué, il est prévu, lors de la détection de toute modification de position de l'organe mobile, de détecter si nécessaire 10 tant l'amplitude que le sens de déplacement de cet organe par rapport à une position de référence. Typiquement, si l'on veut prendre en compte les capteurs de position existant actuellement, la référence peut être fournie par une zone de denture manquante sur une
roue dentée constituant une cible pour le capteur.
Comme on l'a compris de ce qui précède, la détection de position relative de 15 I'organe mobile telle que prévue ne peut s'opérer que lors des déplacements de cet organe mobile, aucun comptage incrémental ne pouvant intervenir lorsque l'organe est fixe. Compte tenu de cela, c'est en particulier lors des phases de fonctionnement du moteur, en régime établi, que la détection pourra intervenir, bien entendu à chaque 20 fois antérieurement à la phase d'arrêt qui précède immédiatement la phase de
redémarrage concernée.
On précise ici que l'on appelle "régime de fonctionnement établi du moteur" la
phase qui suit un démarrage antérieur, pendant laquelle le démarreur n'intervient pas (plus) et o les inflammations successives du mélange carburant/comburant apporté 25 dans les cylindres génèrent un autoentraînement du moteur.
Ainsi, une caractéristique complémentaire de l'invention conseille-t-elle que, pour conduire le redémarrage en fonction de la dernière position détectée de l'organe mobile: - pendant une phase de fonctionnement du moteur précédant la phase 30 considérée de redémarrage, on détecte des positions relatives de l'organe mobile et on conserve au moins une donnée représentative de la dernière position détectée de cet organe, - et on conduit la phase de redémarrage en fonction de cette dernière position conservée. Toutefois, si à l'arrêt le véhicule a par exemple été poussé, la position de
l'organe mobile issue de la première étape risque de devoir être actualisée.
On peut prévoir de faire intervenir l'électronique embarquée pour obtenir alors une valeur de position prédefinie à partir d'une ou plusieurs valeurs pré-enregistrées en mémoire. Une autre solution prévoit toutefois que: - pendant une phase de fonctionnement du moteur précédant la phase considérée de redémarrage, on détecte des positions relatives de l'organe mobile et on conserve au moins une donnée représentative de la dernière position détectée de l'organe mobile, - pendant la phase ultérieure d'arrêt du moteur précédant également la phase 10 considérée de redémarrage, on maintient sous tension l'unité de détection, pour qu'elle poursuive sa détection de position relative de l'organe mobile en cas de mouvement de ce dernier, - et on conduit la phase de redémarrage en fonction: soit de la dernière position détectée pendant ladite phase d'arrêt 15 du moteur, lorsqu'un mouvement de l'organe mobile a été détecté par l'unité de détection pendant cette phase d'arrêt,
soit de la dernière position de l'organe mobile détectée, pendant la phase précédente "de fonctionnement établi" du moteur, et conservée.
Une autre caractéristique à laquelle se réfère l'invention concerne la manière 20 de gérer l'inflammation du mélange carburant/comburant lors des premiers moments du redémarrage, quelles qu'aient pu être les conditions d'acquisition des positions détectées
de l'organe mobile.
L'émission et la constitution des polluants en dépendent directement.
Ainsi, il est conseillé dans l'invention qu'au moment du redémarrage, on 25 détermine un moment et/ou un cylindre plus favorable que les autres pour créer la première inflammation du mélange, ou l'une au moins parmi quelques premières inflammations de ce mélange, en fonction de ladite dernière position détectée par
l'organe mobile.
Par ailleurs, selon encore une autre caractéristique se rapportant également 30 aux conditions d'inflammation du mélange à ce moment, il est aussi prévu dans l'invention que, toujours pendant la phase de redémarrage du moteur, on commande, en fonction de la position considérée de l'organe mobile, l'une au moins des opérations suivantes: étincelle(s) électrique(s) à un moment et/ou dans un cylindre défini comme plus favorable, fermeture et ouverture des soupapes audit moment et/ou dans ledit 35 cylindre défini comme plus favorable, injection d'une dose appropriée de carburant audit
moment et/ou dans ledit cylindre défini comme plus favorable.
Comme on l'a dès à présent compris, I'invention permet de régler précisément les conditions de la (voire des) première(s) inflammation(s) du mélange dans
les cylindres.
C'est d'ailleurs en relation avec cela qu'il est aussi prévu qu'après 5 détermination de la position de l'organe mobile devant être considérée pour le redémarrage, une inflammation de ce mélange dans le cylindre intervient en fonction de cette position, ce qui induit un auto-démarrage du moteur, sans que l'on ait à solliciter de
démarreur électrique.
Dans ce qui précède, on a indiqué que le moteur étant à l'arrêt, I'organe 10 mobile "de référence" utilisé pour améliorer le redémarrage peut s'être déplacé depuis l'enregistrement de position effectué lors de la fin de la période précédente de
fonctionnement du moteur.
Or, ce déplacement inopiné a en particulier pu survenir après que l'utilisateur
du véhicule a retiré la clé de contact, ce qui a mis hors tension le système électrique 15 général du véhicule.
Pour éviter qu'en particulier dans une telle situation le redémarrage intervienne dans des conditions inappropriées, il est prévu dans l'invention de fournir à l'unité de détection de position utilisée, une source d'alimentation autonome, c'est-à-dire indépendante du système électrique général du véhicule, pour que l'unité soit en mesure 20 de détecter lesdites positions, indépendamment de la mise sous tension ou hors tension
du système électrique du véhicule.
Un autre aspect de l'invention concerne la manière d'effectuer les relevés de position de l'organe mobile dans des conditions opératoires, à des cots et avec une
fiabilité appropriés.
A cet égard, deux possibilités ont spécifiquement été explorées: a) tout d'abord, on peut équiper l'organe mobile d'une unité d'émission d'un champ électromagnétique, lequel est reçu par au moins un capteur et varie à chaque incrémentation, de telle sorte que le capteur occupe successivement une position puis l'autre parmi deux possibles, suivant le champ magnétique reçu. Une alternative consiste 30 à placer l'unité d'émission d'un champ magnétique sur le moteur - près du capteur par exemple - et de venir perturber le champ magnétique détecté par le capteur à l'aide d'une roue dentée réalisée en matériau magnétique, b) selon la seconde possibilité proposée, on équipe au contraire l'organe mobile d'une cible fixée à lui, se déplaçant avec lui, et pourvue d'un code optique qui 35 dépend de la position de cet organe, on dispose à distance de la cible un capteur optique
comprenant une cellule sensible à ce code, et on fait détecter le code par la cellule.
Pour maintenant préciser avec plus de détail la constitution du dispositif en lui-même prévu dans l'invention pour gérer de façon plus appropriée les conditions de (re)démarrage, on peut indiquer que ce dispositif comprend: - I'unité de détection de position choisie, - et un calculateur embarqué sur le véhicule et relié à l'unité de détection pour définir des conditions d'inflammation du mélange carburant/comburant pendant la phase de redémarrage du moteur et déclencher la mise en oeuvre de ces conditions afin de provoquer cette inflammation, en fonction de la position dudit organe mobile, soit telle que détectée, 10. soit telle que fournie sous la forme d'une donnée non issue de la
détection mais déterminée par le calculateur.
Avantageusement, pour optimiser la sécurité du système, I'unité de détection
de position étant à ce jour une unité fonctionnant électriquement, on conseille que lorsque cette unité est sous tension, la détection intervienne automatiquement, dès que 15 l'organe mobile considéré se déplace.
Ainsi, soit au moment de la remise du contact par l'utilisateur du véhicule
(étape à ce jour impérative avant tout redémarrage possible), soit potentiellement en permanence (si l'unité de détection est alimentée par une source électrique autonome), la détection de la position réelle de l'organe mobile juste avant le redémarrage va être 20 possible.
En particulier, dans le cas d'une alimentation autonome (reliée ou non à la batterie du véhicule), il est ainsi avantageusement prévu que: - le véhicule est équipé d'un système électrique que l'utilisateur du véhicule place automatiquement sous tension ou hors tension lorsqu'il met ou coupe le contact, - l'unité de détection fonctionne même lorsque le système électrique est mis hors tension, par coupure du contact du véhicule, - la détection de position de l'organe mobile est déclenchée lorsque celui-ci bouge, - pour toute variation de position détectée de l'organe mobile, l'unité de 30 détection fournit des données pour en définir l'amplitude et le sens, - et si une telle variation de position de cet organe mobile par rapport à une position préalablement détectée est elle-même détectée avant le redémarrage, la nouvelle position détectée est alors prise en compte pour définir les conditions de redémarrage. On notera toutefois que cette solution est conditionnée par l'utilisation d'une unité de détection "intelligente", c'est-à-dire qui soit en mesure, en relation avec une unité de traitement associée, d'effectuer une remise à jour de la position d'arrêt antérieurement fournie lors de l'arrêt précédent du moteur, ou du véhicule, et de détecter et quantifier
tout nouveau mouvement intervenu sur l'organe mobile.
Dans une solution moins élaborée, il est proposé que, I'unité de détection fonctionnant toujours de façon autonome avec sa propre alimentation électrique, si une 5 nouvelle position est détectée par rapport à une position préalablement détectée, un message d'alerte est transmis vers le calculateur qui fournit alors pour le redémarrage une dite donnée représentative de la position de l'organe mobile, indépendamment des
détections de positions effectuées.
Concernant maintenant les types d'unité de détection utilisés, trois montages 10 sont plus particulièrement conseillés: a) dans le premier, on prévoit: - sur l'un au moins des organes mobiles parmi le vilebrequin et l'arbre à cames, une cible en matériau magnétique présentant des dents sur son pourtour, fixée audit organe et se déplaçant avec lui, - des capteurs à effet Hall sensibles à l'émission électromagnétique de la cible, disposés face à cette cible et présentant deux états électriques dont ils occupent l'un ou l'autre en fonction du champ magnétique reçu à travers la denture de la cible, ces capteurs détectant ainsi le passage d'une dent à un creux, et inversement, et étant montés pour qu'on détecte le sens de rotation de l'organe mobile par le déphasage entre 20 les signaux qu'ils transmettent. Une variante consiste à placer l'unité d'émission d'un champ magnétique sur le moteur- près du capteur par exemple - et de venir modifier le champ magnétique détecté par le capteur à l'aide d'une roue dentée réalisée en matériau magnétique, b) dans le second, on prévoit: une cible fixée à l'organe mobile et se déplaçant avec lui, la cible étant pourvue d'un code optique qui dépend donc de la position de l'organe mobile, - au moins un capteur disposé à distance de la cible, le capteur comprenant des moyens d'illumination de la cible et une cellule détectant le code de cette cible lorsqu'elle est illuminée, - et au moins une fibre optique s'étendant entre la cible et le capteur pour illuminer la cible et transmettre en retour vers la cellule le code détecté sur la cible, c) dans le troisième, on prévoit: - une succession de pôles magnétiques fixés à l'organe mobile et se déplaçant avec lui, - au moins deux capteurs différentiels à effet Hall montés pour capter les transitions entre les pôles et pour qu'on détecte le sens de déplacement de l'organe mobile par le déphasage entre les signaux qu'ils transmettent, - et une unité électronique de traitement reliée aux capteurs, de telle sorte qu'elle définisse la position de l'organe mobile par rapport à une position de référence, en
fonction des données fournies par les capteurs.
Dans le cadre de la deuxième solution b), il est même avantageusement prévu, par souci combiné d'efficacité/fiabilité/cots maîtrisés, que: - la cible comprend uniquement deux segments de couleur se succédant alternativement, - au moins deux dits capteurs sont prévus qui détectent le passage d'un
segment de couleur à un autre et transmettent des signaux déphasés pour qu'on détecte 10 le sens de déplacement de l'organe mobile.
On notera encore que les conditions d'auto-démarrage du moteur qui devraient pouvoir être obtenues grâce à l'invention, sans que l'on ait à solliciter (du moins dans les mêmes conditions qu'actuellement) de démarreur électrique, sont prévues comme devant être d'autant plus réalisées sur un moteur à combustion interne et à 15 injection directe comprenant: - le dispositif de l'invention, - soit des bougies d'allumage pour créer des étincelles d'allumage d'un mélange devant exploser dans les cylindres, sur un moteur à essence, soit des bougies de préchauffage, sur un moteur diesel, - et des injecteurs injectant le carburant directement dans les cylindres du moteur.
Une description plus détaillée de l'invention va maintenant être fournie en
référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et dans lesquels la figure 1 montre schématiquement quelques éléments caractéristiques d'un véhicule automobile (les éléments considérés du véhicule et leur possible liaison entre eux n'ayant été représentés que pour illustrer le propos de l'invention), La figure 2 est une vue agrandie de détail d'une zone de l'illustration schématique de la figure 1, la figure 3 montre, à nouveau très schématiquement, quelques éléments caractéristiques d'un moteur de véhicule, tel qu'un véhicule automobile, la figure 4 montre schématiquement un vilebrequin équipé d'un système magnétique à roue dentée et de cellules sensibles pour constituer une première unité de détection de position utilisable dans le cadre de l'invention, la figure 5 montre schématiquement à plus grande échelle une autre réalisation possible de l'unité de détection de la figure 4, la figure 6 montre schématiquement une alternative de réalisation de la solution de la figure 4, la cible magnétique périphériquement dentée étant remplacée par une cible optique comportant une succession de secteurs s'étendant sur un tour complet du disque et définissant un code binaire, et la figure 7 montre les signaux qui peuvent être obtenus avec le système de capteur double déphasé, en fonction de l'angle de rotation détecté de l'organe mobile retenu.
Sur la figure 1, une partie d'un véhicule automobile 1 a été représentée.
Le véhicule comprend un moteur 3 et une planche de bord 5. Une roue 7 du 10 véhicule est schématisée.
Un système électrique général globalement repéré 9 assure le
fonctionnement électrique d'ensemble du véhicule.
Le contact pour la mise sous tension du système électrique 9 est établi par
l'intermédiaire d'une clé 11 coopérant avec une serrure de sécurité 13, par exemple. 15 Le système électrique 9 comprend une batterie 14.
Sur la figure 1, la batterie 14 est reliée à l'unité de détection 23 qui permet de
relever la position de l'organe mobile choisi.
Cette batterie est par ailleurs reliée au calculateur 15, aux systèmes d'éclairage avant 25 et arrière 27 du véhicule (feux de signalisation, d'éclairage, 20 clignotants,...), aux témoins indicateurs 29 du tableau de bord et à différents organes du moteur 3. A cet égard, on a schématisé l'alimentation à partir de la batterie 14 de bougies 31a, 31b, et d'un démarreur 33 lequel, s'il est prévu, est typiquement (à ce jour) utilisé pour entraîner temporairement le vilebrequin 35 lors des phases de démarrage ou de
redémarrage du moteur.
Le système électrique 9 (schématisé notamment par une série de traits de liaison) permet en particulier de faire fonctionner les organes de traitement d'informations du véhicule qui assurent entre autres la gestion du fonctionnement du moteur 3, celle du
freinage, éventuellement de la direction assistée et de l'éclairage du véhicule.
Bien qu'en réalité il existe sur le véhicule plusieurs unités de traitement 30 d'informations et de calculs, suivant les fonctions à remplir, l'ensemble de ces fonctions
est, par souci de simplification, réuni sur la figure 1 au sein du calculateur 15.
Ainsi, le calculateur 15 est relié au moteur 3 (sans qu'on entre dans le détail
des organes moteur concernés), au système de freinage 17 agissant sur la roue 7, à l'unité de direction assistée 19, liée à la direction 21, et au boîtier de contact électrique de 35 la serrure 13.
Le calculateur 15 est également relié à l'unité de détection 23.
Dans la suite de la description, on considérera que le redémarrage du moteur
3, c'est-à-dire les premiers tours de rotation de celui-ci, sera effectué en tenant compte de la position du vilebrequin 35, bien que d'autres organes mobiles du moteur aient pu
être utilisés à la place du vilebrequin.
Ainsi, pourrait-on tout à fait prévoir de détecter la position avant redémarrage d'au moins un des pistons 37, d'un arbre à cames 39, d'une au moins des bielles 41, voire d'un au moins de poussoirs de soupapes 43, la figure 3 illustrant également schématiquement les soupapes d'admission et d'échappement (respectivement 45a, 45b), et un cylindre 47 dans lequel une bougie 31a crée les étincelles électriques 10 nécessaires à l'inflammation du mélange carburant/comburant, dès lors qu'on suppose se trouver ici sur un moteur à explosion alimenté en essence, avec un injecteur 49 qui
injecte le carburant directement dans la tête de cylindre 47 (injection directe).
Avec une telle constitution de moteur, il va être en particulier possible
d'injecter directement dans le cylindre moteur le plus approprié et/ou au moment le plus 15 opportun.
Au demeurant, si le cylindre (tel que 47) prêt à l'allumage parmi les différents
cylindres, est connu ainsi que le prévoit l'invention, alors le calculateur de bord 15 pourra entrer immédiatement en fonction, sans avoir à passer par les phases habituelles de calibrage et de mesures initiales typiques des moteurs jusqu'à présent proposés et 20 durant lesquels la pollution est accrue.
Il devrait même être possible de redémarrer sous le simple effet induit par la
première combustion déclenchée par la bougie.
Conformément au mode actuel de fonctionnement typique des véhicules, le calculateur de bord ne devrait pouvoir entrer en fonction que lors de la mise du contact 25 c'est-à-dire, dans l'exemple retenu, une fois la clé 11 tournée dans la serrure 13, cette
opération pouvant déclencher la mise sous tension, et donc la mise en état de fonctionner, de l'unité de détection 23. Dans un tel contexte, on peut en particulier prévoir qu'avant l'arrêt du moteur et/ou la coupure du contact, la position de ce moteur est détectée et stockée dans une mémoire électronique, afin d'être si nécessaire disponible 30 lors de la remise du contact et utilisée lors du redémarrage.
Toutefois, comme déjà indiqué, une alimentation autonome aura de préférence été prévue pour permettre à l'unité de détection 23 de fonctionner même lorsque le contact est coupé en ce qui concerne le système électrique 9, c'est-à-dire notamment lorsque l'utilisateur du véhicule l'a parquée pour un moment et en est sorti 35 après l'avoir verrouillée, ou encore se trouve à l'intérieur, mais moteur coupé et clé de
contact en position "off" (arrêt) ou enlevée.
L'autonomie d'alimentation en énergie de l'unité de détection 23 peut notamment être réalisée par connexion indépendante à la batterie 14 (ligne de connexion 36), ou encore par une source d'énergie additionnelle 14a (batterie additionnelle, par
exemple), indépendante de la batterie principale 14.
Avec un telle alimentation autonome, la détection pourra être opérationnelle en permanence. Ainsi, tout mouvement de l'organe mobile concerné pourra être détecté
et pris en compte lors du redémarrage suivant.
Bien entendu, si l'ensemble des capteurs utilisables dans l'unité de détection peut de cette manière être alimenté en permanence, alors même que le calculateur 10 (également appelé E.C.U. - Electronic Control Unit) est hors tension et la clef de contact enlevée, le système pourra être informé des éventuelles modifications de position
survenues au moteur, même moteur coupé.
A noter toutefois que les capteurs actuellement connus et usuellement utilisés fournissent une donnée à l'E.C.U. qui se charge d'en tirer les informations et opérations à 15 appliquer. Néanmoins, dans notre cas, un capteur intelligent peut être envisagé, tel que celui intégrant des moyens de traitement pour compter le nombre de déplacements détectés. En liaison avec une alimentation indépendante,. le capteur pourra alors réaliser deux fonctions additionnelles outre celles décrites précédemment: - une fonction d'alarme en détectant un mouvement dans la position du
moteur, mouvement qui n'a pas pu être détecté par l'E.C.U. qui n'est pas sous tension.
Le capteur peut donc envoyer à l'E.C.U. une alerte pour lui signaler que la position en mémoire (celle de l'arrêt ou de la coupure du contact) n'est plus correcte. Ceci est le niveau le plus simple. Le calculateur embarqué peut alors être sollicité pour fournir la 25 donnée de position de l'organe mobile qui doit être prise en compte pour le redémarrage.
Il peut s'agir d'une donnée prise par défaut dans une unité mémoire reliée au calculateur et o une ou plusieurs telles données auront été préalablement enregistrées à partir de situations pré-établies, - une fonction d'alarme et de remise à jour de la position d'arrêt si le capteur 30 est suffisamment intelligent pour pouvoir détecter un mouvement et en quantifier l'amplitude et le sens. Ceci est le niveau plus avancé et permet de s'affranchir d'un capteur absolu sans pour autant prendre le risque de redémarrer le moteur sur une base erronée suite à un déplacement de l'organe mobile durant l'intervalle de temps o
l'E.C.U. (l'électronique embarquée de manière générale) n'est pas active.
Dans sa représentation très schématique de la figure 2, l'unité de détection 23 comprend une unité de capteur repéré dans son ensemble 41 fonctionnant en liaison avec une unité cible repérée dans son ensemble 43 fixée à l'organe mobile considéré 1 1 (dans l'exemple, le vilebrequin 35) et se déplaçant donc avec lui. Une unité de traitement/calcul 42 peut être associée à l'unité de capteur(s) 41 pour fournir la dernière donnée de position relative de l'organe mobile sans avoir nécessairement à passer par le
calculateur 15 (lequel peut, au moment de la détection, être hors tension) .
Sur la figure 4, on retrouve ces pièces, à l'exception de l'unité 42 qui peut être
non présente.
Dans ce cas, l'unité cible est un disque en acier (ou un autre matériau magnétique) fixé coaxialement au vilebrequin, et s'étend perpendiculairement à son extrémité. Le disque présente des dents en forme de créneaux 43a sur tout son pourtour, 10 hormis en un endroit définissant la position angulaire de référence dans le cadre du
calcul d'angle. L'unité de capteurs comprend deux capteurs 41a, 41b, consistant en deux cellules à effet Hall différentielles qui mesurent le passage d'une dent à un creux, et inversement, au fur et à mesure de la rotation de la cible provoquée par le mouvement du vilebrequin. La détection est basée sur la modification du champ magnétique créé par 15 I'unité d'émission (non représentée) lors du passage des dents à proximité des capteurs.
Le décalage angulaire entre les deux capteurs permet non seulement de déterminer
l'amplitude angulaire de la rotation, mais également de connaître le sens de rotation.
La figure 5 montre l'organe mobile (en l'espèce à nouveau le vilebrequin35) à une extrémité duquel est coaxialement monté un disque ou cible magnétique 50 20 constitué d'une succession de pôles magnétiques 52, 54 deux à deux inverses, successivement, dont les transitions sont captées par deux cellules (ou capteurs) à effet Hall différentielles 56a, 56b; de manière à pouvoir ainsi détecter tant l'amplitude de
rotation que le sens de cette rotation.
Les pôles magnétiques tels que 52, 54 sont des aimants alternativement 25 polarisés qui sont disposés de façon adjacente deux à deux, à la manière de secteurs angulaires, jusqu'à définir le tour complet de la cible. Ainsi, lorsque le vilebrequin tourne, les capteurs 56a, 56b voient passer successivement un pôle nord puis un pôle sud, le comptage incrémental des alternances de pôles détectés et l'utilisation des deux cellules différentielles permettant d'obtenir ainsi les caractéristiques préférentielles tant 30 d'amplitude que de sens de la rotation. Une unité de traitement 58, reliée aux capteurs 56a, 56b et au calculateur est de préférence utilisée à cet effet. Une telle unité peut
également être prévue en liaison avec les capteurs 41a, 41b de la figure 4.
Sur la figure 6, c'est donc une solution à cible optique avec fibres et système
optique qui est schématisée.
On a de nouveau très grossièrement schématisé le vilebrequin en 35.
Coaxialement au vilebrequin, la cible 43' fixée à lui présente un code optique, tel qu'un code à barres ou un code de couleurs disposé sur une série de secteurs angulaires d'angles correspondant à la précision de mesure souhaitée. La cible peut ne comporter que deux types de segments de couleurs (ou tout autre indicateur binaire) alternativement disposés sur la série de secteurs et optiquement détectables par de
préférence deux cellules 51 a, 51b.
Les deux cellules, décalées angulairement, fournissent les informations
nécessaires pour calculer la position relative de la cible à tout instant. L'une des cellules permet de "compter" le déplacement de la cible. La combinaison avec l'autre fournit le sens de rotation du vilebrequin, du fait du déphasage entre les cellules. Chaque cellule consiste en un capteur optique, l'illumination de la cible 43' pouvant être effectuée par un 10 laser 53.
Un traitement des données reçues par les cellules optiques 51a, 51b, après illumination de la cible par le laser, peut être effectué dans une unité de traitement/calcul 55 o pourront être déterminées les données représentatives de la position angulaire du vilebrequin. On notera encore que pour lire le code optique sur le disque 43, il est conseillé d'utiliser une fibre optique 57 permettant de placer les organes 51 a, 51 b, 53 et 55 à distance de la cible, les lecteurs optiques étant typiquement sensibles à des
températures supérieures à 85 C environ.
Sur la figure 7, les deux signaux en créneaux (signaux carrés) illustrés 20 montrent, en fonction de l'angle de rotation de l'organe mobile, l'évolution des signaux
obtenus en sortie de chacun des deux capteurs différentiels employés, que l'on considère la solution avec système magnétique (figures 4 et 5) ou avec système optique (figure 6), le décalage dans les signaux entre les signaux S1 (capteur amont par rapport au sens de rotation) et S2 (capteur aval) montrant que le décalage angulaire prévu entre ces 25 capteurs se traduit bien dans les signaux de sortie obtenus.
A noter au demeurant que l'utilisation de deux capteurs tels que prévus ci avant permet non seulement de déterminer le sens de rotation du moteur, mais d'obtenir
une précision plus importante sur la mesure angulaire, en combinant les deux signaux.
En effet, si deux capteurs sont effectivement prévus et que le dispositif avec 30 un seul capteur permettent de mesurer une résolution angulaire de x , le fait de placer le second capteur à une distance angulaire de x /2 permet, outre d'accéder à une détection
du sens de rotation du moteur, d'obtenir une résolution de x 12.
A toutes fins, on rappellera que le sens de rotation est a priori important en ce que le moteur peut être amené à voir la position de ses cylindres varier tant dans un sens 35 qu'en sens contraire. C'est pourquoi il est fait ici référence à des unités de détection de
préférence autres que des simples compteurs.
Claims (19)
1.- Procédé pour améliorer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule lors des premiers tours de rotation d'un vilebrequin (35), ou des premiers mouvements de déplacement de pistons (37) dans des cylindres (47), correspondant à une phase de redémarrage du moteur intervenant après une phase 5 d'arrêt de ce moteur, le moteur comprenant au moins un organe mobile parmi ledit vilebrequin, des bielles, des pistons, un arbre à cames, des poussoirs de soupapes, le procédé comprenant des étapes dans lesquelles: - on détecte des positions relatives de l'organe mobile (35...) lorsqu'il se déplace, en faisant pour cela effectuer un comptage incrémental des déplacements de 10 I'organe mobile, - et on conduit le redémarrage en fonction: soit de la dernière position ainsi détectée de l'organe mobile,. soit d'une position telle que définie par un calculateur embarqué
(15), indépendamment des détections de position par ailleurs effectuées.
2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour conduire le redémarrage en fonction de la dernière position détectée de l'organe mobile (35...): - pendant une phase de fonctionnement du moteur précédant la phase considérée de redémarrage, on détecte des positions relatives de l'organe mobile et on conserve au moins une donnée représentative de la dernière position détectée de cet 20 organe, - et on conduit la phase de redémarrage en fonction de cette dernière position conservée.
3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour conduire le redémarrage en fonction de la dernière position détectée de l'organe mobile (35....): - pendant une phase de fonctionnement du moteur précédant la phase considérée de redémarrage, on fait détecter des positions relatives de l'organe mobile par une unité de détection (23) et on conserve au moins une donnée représentative de la dernière position détectée de l'organe mobile, - pendant la phase ultérieure d'arrêt du moteur précédant également la phase 30 considérée de redémarrage, on maintient sous tension l'unité de détection (23), pour qu'elle poursuive sa détection de position relative de l'organe mobile en cas de mouvement de ce dernier, - et on conduit la phase de redémarrage en fonction: soit de la dernière position détectée pendant ladite phase d'arrêt 35 du moteur, lorsqu'un mouvement de l'organe mobile a été détecté par l'unité de détection pendant cette phase d'arrêt,
soit de la dernière position de l'organe mobile détectée préalablement, pendant la phase de fonctionnement du moteur, et conservée.
4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que:
- on conduit le redémarrage en fonction de la dernière position détectée de I'organe mobile, - et, au moment du redémarrage, on détermine un moment et/ou un cylindre (47) plus favorable que les autres pour créer la première inflammation du mélange, ou l'une au moins parmi quelques premières inflammations de ce mélange, en fonction de
ladite dernière position détectée par l'organe mobile (35....).
5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en
ce que: - on équipe le véhicule d'un système électrique (9), - on fait détecter les positions relatives de l'organe mobile par une unité de détection, - on fournit à l'unité de détection une source d'alimentation autonome (36, 14a) pour qu'elle soit apte à détecter lesdites positions, indépendamment de la mise sous tension ou hors tension du système électrique du véhicule, - et l'unité de détection (23) détecte les positions relatives successives de
l'organe mobile lorsque celui-ci bouge.
6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en
ce que le redémarrage s'opérant par inflammation d'un mélange de carburant et de comburant dans au moins un cylindre (47), après détermination de la position de l'organe mobile (35...) devant être considérée pour le redémarrage, une inflammation de ce mélange dans le cylindre intervient en fonction de cette position, ce qui induit un auto25 démarrage du moteur, sans que l'on ait à solliciter de démarreur électrique.
7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en
ce que, pendant la phase de redémarrage du moteur, on commande, en fonction de la position considérée de l'organe mobile (35...), I'une au moins des opérations suivantes: étincelle électrique à un moment et/ou dans un cylindre (47) défini comme plus favorable, 30 fermeture et ouverture des soupapes (45a, 45b) audit moment et/ou dans ledit cylindre défini comme plus favorable, injection d'une dose appropriée de carburant audit moment
et/ou dans ledit cylindre défini comme plus favorable.
8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que: - pour détecter la position de l'organe mobile, on place une unité (52, 54) d'émission d'un champ électromagnétique, lequel est reçu par au moins un capteur (41a, 41b; 56a, 56b) et varie en fonction de la position de l'organe mobile (43, 50), de telle sorte que le capteur occupe successivement une position puis l'autre parmi deux
possibles, suivant le champ magnétique reçu.
9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en
ce que: - pour détecter la position de l'organe mobile: on l'équipe d'une cible (43') fixée à lui, se déplaçant avec lui et pourvue d'un code optique qui dépend de la position de cet organe, on dispose à distance de la cible un capteur optique (51a, 51b) comprenant une cellule sensible à ce code,
- et on fait détecter le code par la cellule.
10.- Dispositif pour améliorer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule lors des premiers tours de rotation d'un vilebrequin (35), ou des premiers mouvements de déplacement de pistons (37) dans des cylindres (47), correspondant à une phase de redémarrage du moteur intervenant après une phase 15 d'arrêt de ce moteur, le moteur comprenant au moins un organe mobile parmi ledit vilebrequin, des bielles, des pistons, un arbre à cames, des poussoirs de soupapes, le dispositif comprenant: - une unité de détection de position (23) qui détecte, lors des déplacements d'au moins un des organes mobiles (35...), la position relative de cet organe, par 20 comptage incrémental de ses déplacements, avec détermination de l'amplitude et de préférence du sens de déplacement de l'organe, - et un calculateur (15) embarqué sur le véhicule et relié à l'unité de détection (23) pour définir des conditions d'inflammation du mélange carburant/comburant pendant la phase de redémarrage du moteur et déclencher la mise en oeuvre de ces conditions 25 afin de provoquer cette inflammation, en fonction de la position dudit organe mobile, soit telle que détectée,
soit telle que fournie sous la forme d'une donnée non issue de la détection mais déterminée par le calculateur.
11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que, lorsque l'unité 30 de détection (23) est sous tension, la détection intervient automatiquement dès que
l'organe mobile se déplace.
12.- Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que
l'unité de détection comprend: - sur l'un au moins des organes mobiles parmi le vilebrequin (35) et l'arbre à 35 cames (39), une cible (43) des dents sur son pourtour, fixée audit organe et se déplaçant avec lui, - Une unité d'émission d'un champ magnétique, - des capteurs à effet Hall (41a, 41b) sensibles à une émission
électromagnétique, disposés face à cette cible et présentant deux états électriques dont ils occupent l'un ou l'autre en fonction du champ magnétique reçu et modifié par la denture de la cible, ces capteurs détectant ainsi le passage d'une dent à un creux, et 5 inversement, et étant montés pour qu'on détecte le sens de rotation de l'organe mobile par le déphasage entre les signaux qu'ils transmettent.
13.- Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que
l'unité de détection comprend: - une cible (43') fixée à l'organe mobile et se déplaçant avec lui, la cible étant 10 pourvue d'un code optique qui dépend donc de la position de l'organe mobile, - au moins un capteur disposé à distance de la cible, le capteur comprenant des moyens (53) d'illumination de la cible et au moins une cellule (51a, 51 b) détectant le code de cette cible lorsqu'elle est illuminée,
- et au moins une fibre optique (57) s'étendant entre la cible et le capteur pour 15 illuminer la cible et transmettre en retour vers la cellule le code détecté sur la cible.
14-Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que: - la cible (43') comprend uniquement deux segments de couleur se succédant alternativement, - au moins deux dites cellules (51a, 51b) sont prévues qui détectent le 20 passage d'un segment de couleur à un autre et transmettent des signaux déphasés pour
qu'on détecte le sens de déplacement de l'organe mobile.
15.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11,
caractérisé en ce que l'unité de détection comprend: - une succession de pôles magnétiques (52, 54) fixés à l'organe mobile et se 25 déplaçant avec lui, - au moins deux capteurs différentiels à effet Hall (56a, 56b) montés pour capter les transitions entre les pôles et pour qu'on détecte le sens de déplacement de l'organe mobile par le déphasage entre les signaux qu'ils transmettent, - et une unité électronique de traitement (58) reliée aux capteurs, de telle 30 sorte qu'elle définisse la position de l'organe mobile par rapport à une position de
référence, en fonction des données fournies par les capteurs.
16.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé
en ce que: - le véhicule est équipé d'un système électrique (9) que l'utilisateur du 35 véhicule place automatiquement sous tension ou hors tension lorsqu'il met ou coupe le contact, - I'unité de détection (23) comprend sa propre alimentation électrique (36, 14a) de manière qu'elle fonctionne même lorsque le système électrique est mis hors tension, par coupure du contact du véhicule, - la détection de position de l'organe mobile est déclenchée lorsque celui-ci bouge, - pour toute variation de position détectée de l'organe mobile, l'unité de détection fournit des données pour en définir l'amplitude et le sens, - et si une telle variation de position de cet organe mobile par rapport à une position préalablement détectée est elle-même détectée avant le redémarrage, la 10 nouvelle position détectée est alors prise en compte pour définir les conditions de redémarrage.
17.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé
en ce que: - le véhicule est équipé d'un système électrique (9) que l'on utilise pour faire 15 fonctionner le calculateur, - I'unité de détection comprend sa propre alimentation électrique (36, 14a) de manière qu'elle fonctionne même lorsque le système électrique est mis hors tension, par coupure du contact (11, 13) du véhicule, - la détection de position de l'organe mobile est déclenchée lorsque celui-ci 20 bouge, - si une nouvelle position de cet organe mobile est détectée par rapport à une position préalablement détectée, un message d'alerte est transmis vers le calculateur (15) qui fournit alors pour le redémarrage une dite donnée représentative de la position
de l'organe mobile, indépendamment des détections de positions effectuées.
18.- Application du dispositif selon l'une des revendications 10 à 17, à un
moteur à essence à injection directe dans lequel, en fonction de la position prise en compte de l'organe mobile au moment du redémarrage, I'inflammation du mélange dans au moins un cylindre (47) intervient, ce qui induit un auto-démarrage du moteur, sans que
l'on ait à solliciter de démarreur électrique.
19.- Moteur à combustion interne et à injection directe, comprenant:
- le dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 17,
- soit des bougies d'allumage (31a, 31b) pour créer des étincelles d'allumage d'un mélange devant exploser dans les cylindres, soit des bougies de préchauffage, sur un moteur diesel, - et des injecteurs (49) injectant le carburant directement dans les cylindres
du moteur.
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Publications (1)
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