FR2899685A1

FR2899685A1 - Timing belt functioning control device for e.g. internal combustion engine, has sensor delivering signal of measurement of tension of belt, and controller delivering alarm signal if sliding or tension value of belt exceeds respective values

Info

Publication number: FR2899685A1
Application number: FR0651263A
Authority: FR
Inventors: Joseph Koenig
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2007-10-12
Anticipated expiration: 2026-04-07
Also published as: FR2899685B1

Abstract

The device has a force sensor (44) delivering a signal of measurement of tension of a timing belt (12) of an engine of a motor vehicle. A logic controller (48) is connected to the sensor and detectors (62, 64). The controller determines sliding of the belt by comparing speeds of a drive pulley and the belt of the engine. The controller delivers an alarm signal when a sliding value of the belt exceeds a preset sliding value and/or when a tension value of the belt is less than or greater than a preset minimum or maximum tension value, respectively.

Description

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Dispositif de contrôle du fonctionnement d'une courroie Device for controlling the operation of a belt

La présente invention concerne un dispositif de contrôle du fonctionnement d'une courroie d'entraînement, plus particulièrement du contrôle de la tension et du glissement éventuel de la courroie, laquelle peut par exemple être une courroie de distribution ou d'entraînement de l'alternateur du moteur d'un véhicule automobile. Pour fonctionner correctement, une courroie doit être tendue. La tension de doit pas être trop forte, ce qui provoquerait une fatigue et une usure importante des axes et des roulements à billes des poulies soutenant la courroie, ni trop faible ce qui pourrait amener le saut de la courroie hors de la gorge d'une poulie ou un glissement de la courroie dans la gorge de la poulie d'entraînement (la poulie mettant en mouvement la courroie). La tension de la courroie peut se dérégler par exemple à cause d'une déficience du mécanisme mettant la courroie en tension ou à cause d'une température trop élevée ou trop basse. A remarquer que le glissement d'une courroie peut avoir une origine autre qu'une tension trop faible, comme par exemple la présence d'huile dans la gorge de la poulie d'entraînement ou de l'huile s'écoulant sur la courroie, due par exemple à une fuite d'huile du moteur. The present invention relates to a device for controlling the operation of a drive belt, more particularly to the control of the tension and any slippage of the belt, which may for example be a timing belt or an alternator driving belt. the engine of a motor vehicle. To work properly, a belt must be stretched. The tension should not be too strong, which would cause fatigue and significant wear of the pins and ball bearings of the pulleys supporting the belt, nor too low which could cause the jump of the belt out of the throat of a pulley or slip of the belt in the groove of the drive pulley (the pulley setting the belt in motion). The tension of the belt can be disrupted for example because of a deficiency of the mechanism putting the belt in tension or because of a temperature too high or too low. Note that the slipping of a belt may have an origin other than a tension too low, such as the presence of oil in the groove of the drive pulley or the oil flowing on the belt, due for example to an oil leak from the engine.

Le glissement de la courroie provoque son usure, puis éventuellement sa rupture. Quand la courroie concernée est la courroie de distribution, un tel incident provoque la désynchronisation des soupapes et des pistons, ce qui peut conduire à la casse du moteur. Lorsque la courroie commence à glisser, le phénomène va en s'amplifiant car le glissement provoque le lustrage de la courroie qui glisse alors de plus en plus. Il est donc primordial de déceler rapidement le glissement de la courroie. Quand il s'agit de la courroie de l'alternateur, ce dernier fonctionne au ralenti ou plus du tout, provoquant la décharge de la batterie et l'arrêt du moteur. Il est donc important de disposer de moyens permettant de contrôler le bon fonctionnement de la ou des courroies, et donc de contrôler la tension et le glissement éventuel, et d'émettre un signal d'alarme en cas de fonctionnement défectueux. 2 Slipping of the belt causes it to wear, then eventually breaking. When the belt concerned is the timing belt, such an incident causes the desynchronization of the valves and the pistons, which can lead to the breakage of the engine. When the belt begins to slide, the phenomenon is increasing because sliding causes the belt to shine, which then slips more and more. It is therefore essential to quickly detect the slipping of the belt. When it comes to the alternator belt, it is idling or not at all, causing the battery to discharge and stop the engine. It is therefore important to have means for controlling the proper operation of the belt or belts, and therefore to control the tension and possible sliding, and to issue an alarm signal in case of malfunction. 2

Les dispositifs de l'art antérieur apportent des solutions au problème, soit de la tension, soit du glissement d'une courroie. Ils fournissent donc des solutions incomplètes puisqu'ils ne contrôlent pas les deux phénomènes, mais un seul. The devices of the prior art provide solutions to the problem of either the tension or the slippage of a belt. They therefore provide incomplete solutions since they do not control the two phenomena, but only one.

Ainsi, le brevet FR 2 605 110 décrit un dispositif de détection du glissement d'une courroie d'entraînement d'un alternateur, la courroie étant entraînée par un moteur à combustion interne. Le dispositif comporte des moyens de détection et de mesure des vitesses de rotation du moteur et de l'axe de l'alternateur. La détection de la vitesse du moteur est réalisée par un capteur connecté au circuit de rupture d'allumage du moteur. Cette façon de procéder n'est plus possible sur les moteurs actuels, n'utilisant plus de rupteur d'allumage. La demande de brevet JP2000131055 a également pour objet un dispositif de mesure du glissement d'une courroie, comportant deux lasers émettant des faisceaux lumineux en direction de la courroie et de la poulie de transmission. La mesure des vitesses est effectuée par effet Doppler. Ce type de mesure par effet Doppler a pour inconvénient de provoquer un élargissement des raies spectrales avec pour conséquence une perte de directivité des faisceaux laser. Les dispositifs décrits dans ces deux documents ne fournissent aucune indication sur la tension de la courroie. La demande de brevet EP 0 985 918 Al et le brevet FR 2 617 282 ont pour objet chacun un dispositif de mesure de la tension d'une courroie, mais ne mesure pas le glissement de la courroie. La présente invention propose une solution complète permettant la mesure de la tension et la détection du glissement éventuel d'une courroie, plus particulièrement pour la ou les courroies d'un moteur de véhicule automobile. De façon plus précise, l'invention a pour objet un dispositif de contrôle du fonctionnement d'une courroie entraînant au moins une poulie et entraînée par une poulie d'entraînement mise en rotation par un moteur, le dispositif comportant des moyens de mise sous tension de la courroie comprenant : 3 Thus, patent FR 2 605 110 discloses a device for detecting the slippage of an alternator drive belt, the belt being driven by an internal combustion engine. The device comprises means for detecting and measuring the rotational speeds of the motor and the axis of the alternator. The detection of the motor speed is performed by a sensor connected to the ignition circuit of the engine. This way of proceeding is no longer possible on current engines, no longer using an ignition switch. The patent application JP2000131055 also relates to a device for measuring the slippage of a belt, comprising two lasers emitting light beams in the direction of the belt and the transmission pulley. The velocity measurement is performed by Doppler effect. This type of measurement by Doppler effect has the disadvantage of causing a widening of the spectral lines with consequent loss of directivity of the laser beams. The devices described in these two documents provide no indication of the belt tension. The patent application EP 0 985 918 A1 and the patent FR 2 617 282 each have a device for measuring the tension of a belt, but does not measure the slippage of the belt. The present invention proposes a complete solution for the measurement of the tension and the detection of the possible slip of a belt, more particularly for the belt or belts of a motor vehicle engine. More specifically, the subject of the invention is a device for controlling the operation of a belt driving at least one pulley and driven by a driving pulley rotated by a motor, the device comprising tensioning means of the belt comprising: 3

- un bras pivotant autour d'un axe fixe, - un galet tendeur fixé sur le bras en liaison pivot, la jante du galet tendeur appuyant sur la courroie entre les deux poulies, et û des moyens élastiques en contact avec l'extrémité du bras opposée au galet tendeur, pressant la jante du galet contre la courroie. Selon l'invention, le dispositif comporte : - des moyens de mesure de la tension de la courroie interposés entre les moyens élastiques et l'extrémité du bras opposée au galet tendeur, les moyens de mesure délivrant un signal de mesure de la tension de la courroie, - des moyens de mesure de la vitesse de la poulie d'entraînement et des moyens de mesure de la vitesse de la courroie, chacun desdits moyens comportant : * une source lumineuse émettant un faisceau de lumière, * un détecteur associé à la source lumineuse, et * une cible solidaire de la courroie ou de la poulie d'entraînement réfléchissant le faisceau de lumière vers le détecteur à chaque tour de la courroie ou de la poulie d'entraînement, le détecteur délivrant un signal de passage à chaque réflexion du faisceau par la cible, et, - un calculateur relié d'une part aux moyens de mesure de la tension de la courroie et d'autre part aux détecteurs, le calculateur déterminant : * l'intervalle de temps séparant deux signaux de passage successifs pour chacune des deux cibles, * les vitesses de la poulie d'entraînement et de la courroie à partir des intervalles de temps déterminés, et * le glissement de la courroie par la comparaison des vitesses de la poulie d'entraînement et de la courroie. Le calculateur délivre un signal d'alarme quand la valeur du glissement dépasse une valeur de glissement prédéterminée et/ou lorsque la valeur de la tension de la courroie est inférieure ou supérieure à une 4 an arm pivoting about a fixed axis, a tensioning roller fixed on the arm in pivot connection, the rim of the tensioning roller pressing on the belt between the two pulleys, and elastic means in contact with the end of the arm. opposite the tensioner roller, pressing the wheel rim against the belt. According to the invention, the device comprises: means for measuring the tension of the belt interposed between the elastic means and the end of the arm opposite to the tensioning roller, the measuring means delivering a signal for measuring the tension of the belt. belt, means for measuring the speed of the drive pulley and means for measuring the speed of the belt, each of said means comprising: a light source emitting a beam of light, a detector associated with the source light, and * a target secured to the belt or the drive pulley reflecting the light beam to the detector at each revolution of the belt or the drive pulley, the detector delivering a passing signal at each reflection of the beam by the target, and, - a computer connected on the one hand to the means for measuring the tension of the belt and on the other hand to the detectors, the calculator determining: * the time interval sep two successive passing signals for each of the two targets, the speeds of the drive pulley and the belt from the determined time intervals, and the sliding of the belt by the comparison of the speeds of the pulley. drive and belt. The calculator outputs an alarm signal when the slip value exceeds a predetermined slip value and / or when the value of the belt tension is less than or greater than a 4

valeur de tension prédéterminée respectivement minimale ou maximale. predetermined or minimum voltage value.

Selon un mode de réalisation, les moyens élastiques comportent un ressort comprimé entre une partie fixe et l'extrémité du bras pivotant opposée au galet tendeur et avantageusement un système vis-écrou intercalé entre la partie fixe et le ressort, permettant de régler la tension de la courroie. Les moyens de mesure de la tension de la courroie comportent de 10 préférence un capteur d'effort placé entre l'extrémité du bras pivotant opposée au galet tendeur et le ressort. La source lumineuse est avantageusement une diode laser. De préférence, le dispositif de contrôle du fonctionnement de la courroie comporte un dispositif d'alarme recevant le signal d'alarme délivré 15 par le calculateur. According to one embodiment, the resilient means comprise a spring compressed between a fixed part and the end of the pivoting arm opposite the tensioning roller and advantageously a screw-nut system interposed between the fixed part and the spring, for adjusting the tension of the belt. The belt tension measuring means preferably comprises a force sensor placed between the end of the pivoting arm opposite the tensioner roller and the spring. The light source is advantageously a laser diode. Preferably, the device for controlling the operation of the belt comprises an alarm device receiving the alarm signal delivered by the computer.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin de la figure 1 annexée, 20 qui illustre de façon générale le dispositif objet de l'invention. Other advantages and features of the invention will become apparent from the following description of an embodiment of the invention, given by way of non-limiting example, with reference to the drawing of the appended FIG. illustrates in a general manner the device object of the invention.

Le mode de réalisation représenté schématiquement sur la figure 1 concerne un dispositif 10 de contrôle de la tension et du glissement éventuel de la courroie 12 de distribution du moteur (non représenté) d'un véhicule 25 automobile. La courroie est entraînée par une poulie d'entraînement 14 munie d'une gorge dans laquelle se loge la courroie 12. L'axe de rotation de la poulie d'entraînement 14 est solidaire du vilebrequin du moteur. La courroie s'enroule également autour d'une poulie 16 libre en rotation autour de son axe et utilisée pour la tension de la courroie, d'une poulie 18 dont 30 l'axe de rotation est solidaire de l'arbre à cames du moteur et d'une poulie 20 dont l'axe de rotation est solidaire de l'arbre de l'alternateur du moteur. La rotation de la courroie, provoqué par la rotation de la poulie d'entraînement 14, elle-même résultant de la mise en marche du moteur, entraîne la rotation de la poulie 16, de la poulie 18 mettant l'arbre à cames en rotation, et de la poulie 20 mettant l'axe de l'alternateur en rotation. Le dispositif 10 comporte des moyens 22 de contrôle et de réglage de 5 la tension de la courroie 12. Ils sont constitués d'un bras 24 (de préférence un bras de levier) monté en rotation autour d'un axe fixe 26, d'un galet presseur 28 libre en rotation autour de son axe 30 fixé au bras de levier 24, et d'un ressort 32 solidaire d'une partie fixe 34 et en appui sur le capteur d'effort 44 opposée au galet presseur 28. Le ressort 32, logé dans un guide 38, exerce une force motrice sur l'extrémité 36 du bras de levier ce qui pousse la jante du galet tendeur 28 contre la courroie 12. La jante est munie d'une gorge dans laquelle passe la courroie. Un système de vis 40 et d'écrou/contre-écrou 42, monté sur la partie fixe 34, permet d'agir sur la compression du ressort 32 et ainsi de régler la force d'application de la jante du galet tendeur 28 contre la courroie et donc de régler la tension de la courroie. Un capteur de force 44, tel qu'une jauge de contrainte, est intercalée entre l'extrémité 36 du bras de levier et le ressort. Ce capteur délivre un signal correspondant à la force exercée par le ressort 32 sur l'extrémité 36 du bras de levier. Ce signal est donc représentatif de la tension de la courroie. Il est envoyé sur l'entrée 46 d'un calculateur 48. Le dispositif 10 comporte également des moyens pour mesurer les vitesses de la courroie et de la poulie d'entraînement. A cette fin, une cible 50 est fixée sur la courroie et une cible 52 est fixée sur la jante de la poulie d'entraînement 14. Par vitesse , on désigne le rapport de la longueur du chemin parcouru par la cible pendant un tour de courroie ou de poulie au temps employé pour le parcourir. La longueur du chemin parcouru sur un tour est égale, pour la courroie, à la longueur de la courroie ou, pour la poulie, à la distance entre la cible de la poulie et son axe de rotation multiplié par 2rr. Pour alléger l'exposé, on parlera de vitesse de la courroie et de vitesse de la poulie d'entraînement, bien qu'il s'agisse en fait des vitesses des cibles. 6 The embodiment shown diagrammatically in FIG. 1 relates to a device 10 for checking the tension and any slippage of the engine timing belt 12 (not shown) of a motor vehicle. The belt is driven by a drive pulley 14 provided with a groove in which is housed the belt 12. The axis of rotation of the drive pulley 14 is integral with the crankshaft of the engine. The belt is also wound around a pulley 16 free to rotate about its axis and used for the belt tension, a pulley 18 whose axis of rotation is integral with the engine camshaft and a pulley 20 whose axis of rotation is integral with the shaft of the engine alternator. The rotation of the belt, caused by the rotation of the drive pulley 14, itself resulting from the starting of the motor, causes the rotation of the pulley 16, the pulley 18 rotating the camshaft and the pulley 20 rotating the axis of the alternator. The device 10 comprises means 22 for controlling and adjusting the tension of the belt 12. They consist of an arm 24 (preferably a lever arm) mounted to rotate about a fixed axis 26, a pressure roller 28 free in rotation about its axis 30 fixed to the lever arm 24, and a spring 32 secured to a fixed portion 34 and bearing on the force sensor 44 opposite the pressure roller 28. The spring 32, housed in a guide 38, exerts a driving force on the end 36 of the lever arm which pushes the rim of the tensioner roller 28 against the belt 12. The rim is provided with a groove in which the belt passes. A system of screw 40 and nut / locknut 42, mounted on the fixed part 34, acts on the compression of the spring 32 and thus to adjust the force of application of the rim of the tensioner roller 28 against the belt and therefore adjust the tension of the belt. A force sensor 44, such as a strain gauge, is interposed between the end 36 of the lever arm and the spring. This sensor delivers a signal corresponding to the force exerted by the spring 32 on the end 36 of the lever arm. This signal is therefore representative of the tension of the belt. It is sent to the input 46 of a computer 48. The device 10 also comprises means for measuring the speeds of the belt and the drive pulley. To this end, a target 50 is attached to the belt and a target 52 is attached to the rim of the drive pulley 14. By speed is meant the ratio of the length of the path traveled by the target during a lap belt or pulley at the time used to browse it. The length of the path traveled on one turn is equal, for the belt, to the length of the belt or, for the pulley, to the distance between the target of the pulley and its axis of rotation multiplied by 2rr. To ease the presentation, we will talk about speed of the belt and speed of the drive pulley, although it is actually the target speeds. 6

Une source lumineuse 54 ou 56 émet un faisceau lumineux respectivement 58 ou 60, réfléchi à chaque tour par la cible 50 ou 52. Les sources lumineuses sont avantageusement des diodes laser émettant un faisceau lumineux directionnel. Un détecteur 62 ou 64, associé à la source lumineuse respectivement 54 ou 56, reçoit à chaque tour la lumière réfléchie par la cible respectivement 50 ou 52 et émet un signal de passage en recevant la lumière réfléchie. Les cibles 50 et 52 peuvent être par exemple des petits miroirs plans orientés de sorte que la cible 50 réfléchit le faisceau lumineux 58 vers le détecteur 62, mais pas vers le détecteur 64 et, inversement, la cible 52 réfléchit le faisceau lumineux 60 vers le détecteur 64, mais pas vers le détecteur 62. Une autre solution consiste à choisir les deux sources lumineuses 54 et 56 de sorte qu'elles émettent un faisceau lumineux à des longueurs d'onde différentes et à munir la face avant des détecteurs 62 et 64 de filtres optiques, le détecteur 62 étant passant pour les longueurs d'onde de la lumière émise par la source lumineuse 54 et opaque pour les longueurs d'onde de la lumière émise par la source lumineuse 56 et, inversement, le filtre associé au détecteur 64 étant passant pour les longueurs d'onde de la lumière émise par source lumineuse 56 et opaque pour les longueurs d'onde de la lumière émise par la source 54 . A light source 54 or 56 emits a light beam respectively 58 or 60, reflected at each turn by the target 50 or 52. The light sources are advantageously laser diodes emitting a directional light beam. A detector 62 or 64, associated with the light source respectively 54 or 56, receives at each turn the light reflected by the target respectively 50 or 52 and emits a passing signal by receiving the reflected light. The targets 50 and 52 may for example be small flat mirrors oriented so that the target 50 reflects the light beam 58 to the detector 62, but not to the detector 64 and, conversely, the target 52 reflects the light beam 60 towards the detector 64, but not to the detector 62. Another solution is to choose the two light sources 54 and 56 so that they emit a light beam at different wavelengths and to provide the front face of the detectors 62 and 64 of optical filters, the detector 62 being conducting for the wavelengths of the light emitted by the light source 54 and opaque for the wavelengths of the light emitted by the light source 56 and, conversely, the filter associated with the detector 64 being passing for the wavelengths of the light emitted by light source 56 and opaque for the wavelengths of the light emitted by source 54.

Le calculateur 48 reçoit les signaux de passage émis par le détecteur 62 ou 64 sur ses entrées respectivement 66 ou 68. Le calculateur détermine les vitesses de la poulie d'entraînement vp et de la courroie vc en chronométrant, pour chaque tour, l'intervalle de temps At séparant deux signaux de passage consécutifs émis d'une part par le détecteur 64 et par le détecteur 62 et en divisant la longueur du chemin parcouru par At. Une différence des vitesses vp et vc , aux erreurs de mesure près, indique que la courroie glisse dans la gorge de la poulie d'entraînement 14. Le calculateur compare périodiquement la différence des vitesses vp et vc et si cette différence est supérieure à une valeur de seuil de glissement prédéterminée, le calculateur envoie un signal d'alarme à un dispositif 7 The computer 48 receives the passage signals emitted by the detector 62 or 64 on its inputs respectively 66 or 68. The computer determines the speeds of the drive pulley vp and the belt vc by timing, for each revolution, the interval of time At separating two consecutive passage signals emitted by the detector 64 and by the detector 62 and by dividing the length of the path traversed by At. A difference in speeds vp and vc, to the measurement errors, indicates that the belt slides in the groove of the drive pulley 14. The computer periodically compares the difference of the speeds vp and vc and if this difference is greater than a predetermined slip threshold value, the computer sends an alarm signal to a device 7

d'alarme 70, lequel peut être par exemple un avertisseur lumineux qui s'allume au tableau de bord du véhicule ou un avertisseur sonore signalant au conducteur le fonctionnement défectueux de la courroie. De plus, le calculateur compare le signal reçu sur son entrée 46, signal représentatif de la tension de la courroie, à une valeur de tension maximale prédéterminée et à une valeur de tension minimale prédéterminée. Si la valeur mesurée de la tension de la courroie est supérieure à la valeur maximale ou inférieure à la valeur minimale, le calculateur émet un signal d'alarme vers le dispositif d'alarme 70. L'alarme est ainsi actionnée en cas de glissement de la courroie et/ou en cas de tension défectueuse de la courroie. alarm 70, which can be for example a warning light which lights up on the dashboard of the vehicle or a buzzer signaling to the driver the faulty operation of the belt. In addition, the computer compares the signal received on its input 46, a signal representative of the voltage of the belt, to a predetermined maximum voltage value and a predetermined minimum voltage value. If the measured value of the belt tension is greater than the maximum value or less than the minimum value, the computer sends an alarm signal to the alarm device 70. The alarm is thus actuated in the event of a slip of the belt and / or in case of defective belt tension.

Claims

1. Device for controlling the operation of a belt (12) driving at least one pulley (16) and driven by a drive pulley (14) rotated by a motor, the device comprising means (22) for setting under tension of the belt comprising: - an arm (24) pivoting about a fixed axis (26), - a tensioner roller (28) fixed rotatably on the arm, the rim of the tensioner roller pressing on the belt between the two pulleys (14, 16), and elastic means (32) in contact with the end (36) of the arm opposite the tensioning roller, pressing the wheel rim against the belt, the device being characterized in that comprises: - means for measuring the tension of the belt (44) interposed between the elastic means (32) and the end (36) of the arm opposite to the tensioning roller, the measuring means delivering a voltage measurement signal of the belt, - means for measuring the speed of the drive pulley (14) and the means for measuring the velocity of the belt (12), each of said means comprising: a light source (54 or 56) emitting a beam of light (58 or 60), a detector (62 or 64) associated with the source (54 or 56), and * a target (50 or 52) integral with the belt or drive pulley reflecting the light beam towards the detector at each revolution of the belt or the drive pulley, the detector delivering a passing signal at each reflection of the beam by the target, and 9 - a computer (48) connected on the one hand to the means for measuring the tension of the belt and on the other hand to the detectors, the calculator determining : * the time interval separating two successive crossing signals for each of the two targets, * the speeds of the driving pulley and the belt from the determined time intervals, and * the sliding of the belt by the comparison speeds of the drive pulley and the belt, the computer delivering an alarm signal when the slip value exceeds a predetermined slip value and / or when the value of the belt tension is less than or greater than a predetermined minimum or maximum tension value respectively .

2. Device according to claim 1 characterized in that the elastic means comprise a spring (32) compressed between a fixed portion (34) and the end (36) of the pivoting arm opposite the tensioner roller.

3. Device according to claim 2 characterized in that the elastic means further comprises a screw-nut system (40, 42) interposed between the fixed part and the spring, for adjusting the tension of the belt.

4. Device according to one of the preceding claims characterized in that the means for measuring the tension of the belt comprises a force sensor (44) placed between the end of the pivoting arm opposite the tensioner roller and the spring.

5. Device according to one of the preceding claims characterized in that the light source is a laser diode.

6. Device according to one of the preceding claims characterized in that it comprises an alarm device (70) receiving the alarm signal issued by the computer.