FR2894665A1 - Procede et dispositif de determination de la position d'une piece rotative, tel qu'un vilebrequin, d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de détermination de la position angulaire d'une pièce rotative, tel qu'un vilebrequin, d'un moteur à combustion interne, selon lequel on solidarise en rotation sur la dite pièce rotative une cible (1') dotée de repères angulaires dont un repère de référence, ménagés sur la périphérie de la dite cible, et on détecte les repères angulaires au moyen d'un capteur magnétique (2') positionné en regard des dits repères angulaires. Selon l'invention, on répartit, sur l'intégralité de la périphérie de la cible (1'), n repères angulaires présentant une même largeur, c'est-à-dire délimitant des secteurs angulaires de même valeur: (n -1) des repères angulaires (R'n) étant sensiblement identiques et adaptés pour permettre d'obtenir des signaux de détection présentant une signature similaire, et le nième repère angulaire formant le repère de référence (R'ref), présentant au moins une caractéristique différentielle adaptée pour permettre d'obtenir un signal de détection présentant une signature spécifique.

Description

L'invention concerne un procédé de détermination de la position angulaire

d'une pièce rotative, tel qu'un vilebrequin, d'un moteur à combustion interne. Elle s'étend à un dispositif de mise en ceuvre de ce procédé de détermination, ainsi, qu'à titre de moyen essentiel constitutif de ce dispositif, à une cible dotée de repères angulaires dont un repère de référence. Les calculateurs de contrôle des moteurs à combustion interne ( EMS pour "Engine Management Systems" ou ECU pour "Engine Control Units" en anglais) ont besoin de connaître avec précision la position longitudinale de chaque piston à l'intérieur de son cylindre, ainsi que le temps moteur (par exemple admission, compression, combustion, échappement, pour un moteur à quatre temps), afin d'assurer la gestion du fonctionnement des dits moteurs dans les meilleures conditions. De façon classique, ces informations sont obtenues en solidarisant sur le vilebrequin une cible dentée comportant des dents équidistantes de largueurs identiques. De plus, chaque disque est doté d'une zone de référence matérialisée par l'absence, en périphérie du dit disque denté, de x repères successifs, dents ou encoches. Une telle zone de référence a une fonction primordiale car elle permet de comptabiliser de façon certaine les tours complets effectués par le vilebrequin, et elle constitue le seul repère permettant de garantir la synchronisation des données. Selon ce principe, le disque denté tourne devant un capteur conçu pour 20 détecter les dents et permettre ainsi de déterminer la position angulaire du vilebrequin et donc la position des pistons reliés à ce dernier par des bielles. L'inconvénient majeur d'un tel principe résulte du fait qu'aucune information précise concernant la position angulaire du vilebrequin ne peut être transmise durant chaque laps de ternps où la zone de référence défile devant le capteur. 25 En vue de pallier cet inconvénient, des méthodes logicielles, tells que celles décrites dans FR 2 860 069, consistent, lors de la détection de la zone de référence, à simuler au moins une dent fictive qui permet de fournir des données concernant la position angulaire du vilebrequin lorsque le capteur se trouve en regard de la dite zone de référence. 30 Toutefois, il s'avère que les informations transmises concernant la position angulaire du vilebrequin, lorsque le capteur se trouve en regard de la zone de référence, s'avèrent d'une précision très relative. La présente invention vise à pallier cet inconvénient et a pour objectif essentiel de fournir un procédé permettant de déterminer avec une même précision la position angulaire d'une pièce rotative, tel du vilebrequin, quelle que soit la position angulaire relative entre la cible et le capteur. A cet effet, l'invention concerne un procédé de détermination de la position angulaire d'une pièce rotative, tel qu'un vilebrequin, d'un moteur à combustion interne, selon lequel on solidarise en rotation sur la dite pièce rotative une cible dotée de repères angulaires dont un repère de référence, ménagés sur la périphérie de la dite cible, et on détecte les repères angulaires au moyen d'un capteur magnétique positionné en regard des dits repères angulaires et adapté pour fournir un signal de détection apte à permettre notamment de discriminer le repère de référence des autres repères angulaires.

Selon l'invention, le procédé consiste à répartir, sur l'intégralité de la périphérie de la cible, n repères angulaires présentant une même largeur, c'est-à-dire délimitant des secteurs angulaires de même valeur : • (n -1) des repères angulaires, dits repères courants, étant sensiblement identiques et adaptés pour permettre d'obtenir des signaux de détection présentant une 15 signature similaire, • et le nième repère angulaire formant le repère de référence, présentant au moins une caractéristique différentielle adaptée pour permettre d'obtenir un signal de détection présentant une signature spécifique. Il est à noter que selon l'invention, par capteur magnétique on entend 20 définir de façon générale un capteur qui est monté devant la cible pour fournir les signaux nécessaires au calculateur et basés sur une variation du flux magnétique détecté. Les capteurs ci dessous sont usuels dans le domaine automobile : • Capteur magnétique à réluctance variable : C'est un capteur à noyau magnétique bobiné utilisant le principe de la loi 25 de Lenz selon la formule (A) cn e= dt où t est le temps, (D est le flux magnétique dans lequel est placé le capteur, e est la force électromotrice. Une dent ou un creux influence le champ magnétique différemment et la force électromotrice mesurée est ainsi variable. • Capteur Magnéto-résistif : (A) 30 35 Ce type de capteur est utilisé pour des mesures sans contact de vitesses de rotation sur matériaux ferromagnétiques, telles que les roues dentées. L'élément sensible du capteur est pré-polarisé par un aimant permanent. Une dent ou un creux influence le champ magnétique différemment. Ceci modifie la valeur des résistances du pont de mesure d'un capteur magnéto-résistif. Cette variation de champs magnétique est convertie en une différence de potentiel et traitée en conséquence. Le signal de sortie est du type carré et reflète les variations de champ magnétique. • Capteur à Effet HALL : Lorsqu'on approche un aimant de la plaquette comportant le capteur (plaquette de type semi conducteur), la différence de potentiel aux bornes de celle-ci augmente; c'est ce signal qui est détecté. Une dent ou un creux influence le champ magnétique différemment et donc le signal détecté. A l'encontre de toutes les solutions actuelles qui ont pour objectif d'effectuer des simulations permettant de fournir des données concernant la position angulaire du vilebrequin lorsque le capteur se trouve en regard de la zone de référence, l'invention a consisté à réaliser une cible présentant une zone de référence n'altérant en rien la précision des informations transmises. En effet, selon le principe de l'invention, la discrimination entre repère courant et repère de référence est basée sur une différence de caractéristique indépendante de la 20 largeur de ces repères. De plus, les n repères angulaires sont répartis sur l'intégralité de la périphérie de la cible, et tous ces repères angulaires, y compris celui constituant la zone de référence , délimitent un même secteur angulaire de sorte que la précision du procédé de détermination est identique quelle que soit la position relative de la cible par rapport au 25 capteur. En fait, la précision du procédé selon l'invention dépend uniquement du nombre de repères angulaires ménagés sur la cible. Il est à noter, en outre, que le procédé de l'invention n'entraîne aucune suggestion susceptible de provoquer un surcoût de production, et notamment un surcoût de fabrication de la cible. 30 Selon une première variante avantageuse de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on utilise une cible présentant une bordure périphérique crénelée formée d'une succession de dents et de creux définissant des repères angulaires dits mécaniques constitués chacun d'une dent et d'un creux : • les creux des repères courants présentant une profondeur uniforme 35 identique relativement à la dent adjacente, • et le creux du repère de référence présentant une profondeur différente de celle des creux des repères courants, De plus, on dispose alors le capteur magnétique de façon à fournir un signal de détection présentant une signature fonction de la profondeur du creux détecté. Selon cette première variante avantageuse visant des repères mécaniques, on peut ainsi avantageusement utiliser une cible présentant une bordure périphérique crénelée ménagée de façon que la profondeur des creux consiste en une dimension radiale. A titre de mode de mise en oeuvre avantageux, la cible peut ainsi présenter une bordure périphérique crénelée obtenue par découpe, en périphérie de la dite cible, d'échancrures radiales équidistantes et de même largeur, définissant chacune un creux 10 de repère angulaire. Toujours selon cette première variante avantageuse, on peut également avantageusement utiliser une cible présentant une bordure périphérique crénelée ménagée de façon à ce que la profondeur des creux consiste en une dimension perpendiculaire à la surface de la dite cible. 15 A titre de modes de mise en oeuvre avantageux, la cible peut ainsi présenter une bordure périphérique crénelée constituée : • soit d'un rebord périphérique perpendiculaire à la surface de la dite cible, dans lequel sont découpées des échancrures équidistantes et de même largeur, définissant chacune un creux de repère angulaire, 20 • soit d'entailles équidistantes et de même largeur creusées dans l'épaisseur de la dite cible, définissant chacune un creux de repère angulaire. Selon une seconde variante avantageuse de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on utilise une cible présentant des repères angulaires dits magnétiques comportant des pôles magnétiques équidistants de même largeur et même polarité : 25 • les pôles des repères courants présentant des caractéristiques de magnétisation identiques, • et le pôle du repère de référence présentant des caractéristiques de magnétisation différentes de celles des pôles des repères courants. De plus, on dispose alors le capteur magnétique de façon à fournir un signal 30 de détection présentant une signature fonction des caractéristiques de magnétisation du pôle détecté. L'invention s'étend à un dispositif de détermination de la position angulaire d'une pièce rotative, tel qu'un vilebrequin, d'un moteur à combustion interne, comportant une cible apte à être solidarisée en rotation sur la dite pièce rotative, dotée de repères 35 angulaires dont un repère de référence, ménagés sur la périphérie de la dite cible, un capteur magnétique de détection des repères angulaires, et des moyens d'analyse des signaux de détection délivrés par le capteur magnétique, aptes à permettre notamment de discriminer le repère de référence des autres repères angulaires. Selon l'invention, la cible de ce dispositif comprend n repères angulaires présentant une même largeur, c'est-à-dire délimitant des secteurs angulaires de même 5 valeur, répartis sur l'intégralité de la périphérie de la dite cible : • (n -1) des repères angulaires, dits repères courants, étant sensiblement identiques et adaptés pour permettre d'obtenir des signaux de détection présentant une signature similaire, • et le nième repère angulaire formant le repère de référence, présentant 10 au moins une caractéristique différentielle adaptée pour permettre d'obtenir un signal de détection présentant une signature spécifique. L'invention vise également, à titre de moyen essentiel constitutif du dispositif selon l'invention, aune cible pour la détermination de la position angulaire d'une pièce rotative, tel qu'un vilebrequin, d'un moteur à combustion interne, comportant, prises 15 seules ou en combinaison, l'une quelconque des caractéristiques de la cible telle que définie ci-dessus. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention, ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemples non limitatifs quatre modes de réalisation préférentiels. Sur ces dessins : 20 • la figure 1 est une vue schématique d'une première variante de réalisation d'un dispositif selon l'invention de détermination de la position angulaire d'une pièce rotative, tel qu'un vilebrequin, • la figure 2 est une vue dessus partielle à échelle agrandie d'une portion de la périphérie de la cible (portion repérée par un cercle à la figure 1) de cette première 25 variante de réalisation, • la figure 3 est une vue en perspective partielle schématique d'une seconde variante de réalisation d'un dispositif de détermination selon l'invention, • la figure 4 est une vue en perspective partielle schématique d'une troisième variante de réalisation d'un dispositif de détermination selon l'invention, 30 • et la figure 5 est une vue en perspective partielle schématique d'une quatrième variante de réalisation d'un dispositif de détermination selon l'invention. L'invention décrite ci-dessous en référence aux figures vise la détermination de la position angulaire d'une pièce rotative, tel qu'un vilebrequin, d'un moteur à combustion interne. 35 Ce procédé est mis en oeuvre au moyen d'un dispositif de détermination tel que représenté à la figure 1 comportant : • une cible 1 se présentant sous la forme d'un disque sur l'intégralité de la périphérie duquel sont répartis n repères angulaires présentant une même largeur, c'est-à-dire délimitant des secteurs angulaires de même valeur : (n -1) repères angulaires Rn, dits repères courants, et un repère angulaire Rref formant un repère de référence. • un capteur magnétique 2, tel qu'un capteur à reluctance variable, un capteur Magnéto résistif ou un capteur à Effet HALL), de détection des repères angulaires Rn, Rref, • et une unité de calcul 3 programmée pour analyser les signaux de détection délivrés par le capteur magnétique 2. 10 A titre d'exemple, le nombre total n de repères angulaires Rn, Rref peut être égal à 60 repères uniformément répartis, délimitant donc chacun un secteur angulaire de 6 . Selon les trois modes de réalisation de l'invention représentés respectivement aux figures 1-2, 3, et 4, les repères angulaires sont dits de type mécanique et sont 15 constitués chacun d'un créneau formé d'une dent et d'un creux réalisés par usinage. En premier lieu, le dispositif selon l'invention représenté aux figures 1 et 2 comporte un disque 1 comprenant une bordure périphérique crénelée formée d'une succession de dents et de creux définissant des repères angulaires mécaniques Rn, Rref constitués chacun d'une dent Dn, Dref et d'un creux Cn, Cref. 20 En l'exemple, cette bordure crénelée est obtenue par découpe d'échancrures radiales équidistantes et de même largeur, définissant chacune un creux Cn, Cref d'un repère angulaire Rn, Rref. De plus, tous les creux Cn des repères courants Rn présentent une même profondeur Pn, tandis que le creux Cref du repère de référence Rref présente une 25 profondeur Pref différente de la profondeur Pn, en l'exemple représenté telle que Pref > Pn. En outre, selon ce mode de réalisation, le capteur magnétique 2 est disposé de façon que son axe de mesure s'étende radialement par rapport au disque 1, en vue de fournir un signal de détection présentant une signature fonction de la profondeur Pn ou 30 Pref du creux Cn ou Cref détecté. Ainsi le repère de référence Rref est conçu pour permettre d'obtenir un signal de détection présentant une signature spécifique, permettant de discriminer ce repère de référence par rapport aux repères courants Rn. Le dispositif selon l'invention représenté à la figure 3 comporte un disque 1' 35 comprenant également une bordure périphérique crénelée formée d'une succession de dents et de creux définissant des repères angulaires mécaniques R'n, R'ref constitués chacun d'une dent D'n, D'ref et d'un creux C'n, C'ref.5 En l'exemple, cette bordure crénelée est constituée d'un rebord périphérique perpendiculaire à la surface du disque 1', dans lequel sont découpées des échancrures équidistantes et de même largeur, définissant chacune un creux C'n, C'ref d'un repère angulaire R'n, R'ref.

De plus, tous les creux C'n des repères courants R'n présentent une même profondeur P'n, tandis que le creux C'ref du repère de référence R'ref présente une profondeur P'ref différente de la profondeur P'n, en l'exemple telle que P'ref > P'n. En outre, selon ce mode de réalisation, le capteur magnétique 2' est disposé de façon que son axe de mesure s'étende perpendiculairement par rapport à la surface du disque 1', en vue de fournir, tel que précédemment, un signal de détection présentant une signature fonction de la profondeur P'n ou P'ref du creux C'n ou C'ref détecté. Le dispositif selon l'invention représenté à la figure 4 comporte un disque 1" comprenant également une bordure périphérique crénelée formée d'une succession de dents et de creux définissant des repères angulaires mécaniques R"n, R"ref constitués chacun d'une dent D"n, D"ref et d'un creux C"n, C"ref. Selon cet exemple, cette bordure crénelée est constituée d'entailles équidistantes et de même largeur creusées dans l'épaisseur du disque 1", à partir du bord périphérique de ce dernier, et définissant chacune un creux C"n, C"ref d'un repère angulaire R"n, R"ref.

De plus, tous les creux C"n des repères courants R"n présentent une même profondeur P"n, tandis que le creux C"ref du repère de référence R"ref présente une profondeur P"ref différente de la profondeur P"n, en l'exemple telle que P"ref > P"n. Enfin, selon ce mode de réalisation, le capteur magnétique 2" est disposé de façon à ce que son axe de mesure s'étende perpendiculairement par rapport à la surface du disque 1", en vue de fournir, tel que précédemment, un signal de détection présentant une signature fonction de la profondeur P"n ou P"ref du creux C"n ou C"ref détecté. En dernier lieu, selon le mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 5, le disque 1 m est pourvu de repères angulaires Rmn, Rmref dits magnétiques, constitués chacun de deux pôles magnétiques adjacents de polarités inverses, respectivement Dmn, Cmn, et Dmref, Cmref , disposés en périphérie du disque, et adaptés pour s'étendre chacun sur la moitié du secteur angulaire couvert par un repère angulaire Rmn, Rmref. De plus, les pôles magnétiques Dmn, Cmn des repères courants Rmn présentent une magnétisation identique, différente de la magnétisation des pôles 35 magnétiques Dmref, Cmref du repère de référence Rmref.

Selon ce principe, le capteur magnétique 2m fournit un signal de détection présentant une signature fonction des caractéristiques de magnétisation du repère angulaire détecté Rmn, Rmref, permettant de discriminer le pôle de référence Rmref. Selon le principe de l'invention, la précision de la détermination de la position d'une pièce rotative sur laquelle est monté un disque, est identique quelle que soit la position angulaire du dit disque, et dépend uniquement de la répartition et donc du nombre de repères angulaires ménagés sur le disque.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de détermination de la position angulaire d'une pièce rotative, tel qu'un vilebrequin, d'un moteur à combustion interne, selon lequel on solidarise en rotation sur la dite pièce rotative une cible (1 ; 1' ; 1" ; 1 m) dotée de repères angulaires dont un repère de référence, ménagés sur la périphérie de la dite cible, et on détecte les repères angulaires au moyen d'un capteur magnétique (2 ; 2' ; 2" ; 2m) positionné en regard des dits repères angulaires et adapté pour fournir un signal de détection apte à permettre notamment de discriminer le repère de référence des autres repères angulaires, le dit procédé étant caractérisé en ce qu'on répartit, sur l'intégralité de la périphérie de la cible (1 ; 1' ; 1' ; 1 m), n repères angulaires présentant une même largeur, c'est-à-dire délimitant des secteurs angulaires de même valeur : • (n -1) des repères angulaires, dits repères courants (Rn ; R'n ; R"n ; Rmn), étant sensiblement identiques et adaptés pour permettre d'obtenir des signaux de détection présentant une signature similaire, • et le nième repère angulaire formant le repère de référence (Rref ; R'ref ; R"ref ; Rmref), présentant au moins une caractéristique différentielle adaptée pour permettre d'obtenir un signal de détection présentant une signature spécifique.

2. Procédé de détermination selon la revendication 1 caractérisé en ce que : • on utilise une cible (1 ; 1' ; 1") présentant une bordure périphérique crénelée formée d'une succession de dents (Dn, Dref ; D'n, D'ref ; D"n, D"ref) et de creux (Cn, Cref ; C'n, C'ref ; C"n, C"ref) définissant des repères angulaires (Rn, Rref ; R'n, R'ref ; R"n, R"ref) dits mécaniques constitués chacun d'une dent et d'un creux : û les creux (Cn ; C'n ; C"n) des repères courants (Rn ; R'n ; R"n) présentant une profondeur uniforme identique (Pn ; P'n ; P"n) relativement à la dent (Dn ; D'n ; D"n) adjacente, û et le creux (Cref ; C'ref ; C"ref) du repère de référence (Rref ; R'ref ; R"ref) présentant une profondeur (Pref ; P'ref ; P"ref) différente de celle des creux Cn ; C'n ; C"n) des repères courants (Rn ; R'n ; R"n), • et on dispose le capteur magnétique (2 ; 2' ; 2") de façon à fournir un signal de détection présentant une signature fonction de la profondeur du creux (Cn, 30 Cref ; C'n, C'ref ; C"n, C"ref) détecté.

3. Procédé de détermination selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'on utilise une cible (1) présentant une bordure périphérique crénelée ménagée de façon que la profondeur (Pn, Pref) des creux (Cn, Cref) consiste en une dimension radiale.

4. Procédé de détermination selon la revendication 3 caractérisé en ce que 35 l'on utilise une cible (1) présentant une bordure périphérique crénelée obtenue pardécoupe, en périphérie de la dite cible, d'échancrures radiales équidistantes et de même largeur, définissant chacune un creux (Cn, Cref) de repère angulaire (Rn, Rref).

5. Procédé de détermination selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'on utilise une cible (1' ; 1") présentant une bordure périphérique crénelée ménagée de façon à ce que la profondeur des creux (C'n, C'ref ; C"n, C"ref) consiste en une dimension perpendiculaire à la surface de la dite cible.

6. Procédé de détermination selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'on utilise une cible (1') présentant une bordure périphérique crénelée constituée d'un rebord périphérique perpendiculaire à la surface de la dite cible, dans lequel sont découpées des échancrures équidistantes et de même largeur, définissant chacune un creux (C'n, C'ref) de repère angulaire (R'n, R"ref).

7. Procédé de détermination selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'on utilise une cible (1") présentant une bordure périphérique crénelée constituée d'entailles équidistantes et de même largeur creusées dans l'épaisseur de la dite cible, définissant chacune un creux (C"n) de repère angulaire (R"n).

8. Procédé de détermination selon la revendication 1 caractérisé en ce que : • on utilise une cible (1 m) présentant des repères angulaires dits magnétiques (Rmn, Rmref) comportant des pôles magnétiques équidistants (Dmn, Dmref) de même largeur et même polarité : û les pôles (Dmn) des repères courants (Rmn) présentant des caractéristiques de magnétisation identiques, û et le pôle (Dmref) du repère de référence (Rmref) présentant des caractéristiques de magnétisation différentes de celles des pôles (Dmn) des repères courants (Rmn), • et on dispose le capteur magnétique (2m) de façon à fournir un signal de détection présentant une signature fonction des caractéristiques de magnétisation du pôle (Dmn, Dmref) détecté.

9. Dispositif de détermination de la position angulaire d'une pièce rotative, tel qu'un vilebrequin, d'un moteur à combustion interne, comportant une cible (1 ; 1' ; 1' ; 1 m) apte à être solidarisée en rotation sur la dite pièce rotative, dotée de repères angulaires dont un repère de référence, ménagés sur la périphérie de la dite cible, un capteur magnétique (2 ; 2' ; 2" ; 2m) de détection des repères angulaires, et des moyens d'analyse des signaux de détection délivrés par le capteur magnétique, aptes à permettre notamment de discriminer le repère de référence des autres repères angulaires, le dit dispositif étant caractérisé en ce que la cible (1 ; 1' ; 1' ; 1m) comprend n repères angulaires présentant une même largeur, c'est-à-dire délimitant des secteurs angulaires de même valeur, répartis sur l'intégralité de la périphérie de la dite cible :• (n -1) des repères angulaires, dits repères courants (Rn ; R'n ; R"n ; Rmn), étant sensiblement identiques et adaptés pour permettre d'obtenir des signaux de détection présentant une signature similaire, • et le nième repère angulaire formant le repère de référence (Rref ; R'ref ; R"ref ; Rmref), présentant au moins une caractéristique différentielle adaptée pour permettre d'obtenir un signal de détection présentant une signature spécifique.

10. Cible (1 ; 1' ; 1' ; 1m) pour la détermination de la position angulaire d'une pièce rotative, tel qu'un vilebrequin, d'un moteur à combustion interne, dotée de repères angulaires dont un repère de référence, ménagés sur la périphérie de la dite cible, et adaptés pour être détectables par un capteur magnétique (2 ; 2' ; 2" ; 2m) positionné en regard des dits repères angulaires, la dite cible étant caractérisée en ce qu'il comporte n repères angulaires présentant une même largeur, c'est-à-dire délimitant des secteurs angulaires de même valeur, répartis sur l'intégralité de la périphérie de la dite cible : • (n -1) des repères angulaires, dits repères courants (Rn ; R'n ; R"n ; Rmn), étant sensiblement identiques et adaptés pour présenter une signature magnétique similaire, • et le nième repère angulaire formant le repère de référence (Rref ; R'ref ; R"ref ; Rmref), comportant au moins une caractéristique différentielle, adaptée pour que le dit repère angulaire présente une signature magnétique spécifique.20