FR3107302A1 - Roue dentée pour arbre à cames et procédé de synchronisation mettant en œuvre une telle roue - Google Patents

Abstract

Il est proposé une roue dentée formant une cible pour capteur de position d’arbre à cames. Elle comprend un corps circulaire pourvu deux faces principales opposées et est munie sur sa circonférence de dents. Ladite série de dents comprend huit dents, chaque dent présentant pour un premier sens de rotation donné de la roue un front montant et un front descendant et deux dents voisines étant séparées par une partie en creux. Les fronts d’un premier type, montant ou descendant, sont équirépartis à la périphérie de la roue dentée. La longueur angulaire des parties en creux est supérieure ou égale à Arctan(Lbas/R)°CAM, avec R rayon et Lbas est la distance minimale entre deux dents pour détecter un niveau bas, sauf pour une partie en creux, et la longueur angulaire d’une dent est supérieure à Arctan(Lhaut/R)°CAM sauf pour une dent, avec Lhaut longueur minimale d’une dent permettant une détection. Figure de l’abrégé : Figure 1

Description

Roue dentée pour arbre à cames et procédé de synchronisation mettant en œuvre une telle roue

La présente demande concerne une roue dentée pour arbre à cames et un procédé de synchronisation mettant en œuvre une telle roue.

Dans un cycle de fonction d’un moteur à combustion interne à quatre temps, il est nécessaire de connaître avec précision la position du vilebrequin pour pouvoir synchroniser différentes actions telles que l’injection du carburant, le pilotage des bougies d’allumage, la gestion des organes de distribution, etc.. Ceci permet d’optimiser l’efficacité de la combustion et de réduire la consommation de carburant et les émissions nocives. En d’autres termes, un moteur à combustion interne doit être synchronisé (phasé) afin de déterminer et d'optimiser le meilleur moment pour brûler le carburant dans le cylindre en vue de l’optimisation des émissions, de la consommation, etc..

Une synchronisation ou phasage du moteur se réalise généralement en combinant des informations venant d’un capteur de position vilebrequin et d’un capteur de position arbre à cames qui détectent des cibles telles que des dents sur des roues dentées.

Pour ce faire, un vilebrequin comporte classiquement une roue dentée, ou cible vilebrequin, qui comprend typiquement un ensemble de dents réparties régulièrement le long de sa circonférence (par exemple de 36 à 120 dents), et dont les dents sont détectées par un capteur appelé capteur CRK. La roue dentée solidaire du vilebrequin comporte une portion de référence dépourvue de dents sous forme d’un creux ou d’une dent longue, également appelée GAP terme utilisé ci-après. En détectant le passage des dents devant le capteur et en comptant le nombre de dents depuis le GAP lors de la rotation du moteur, il est possible de connaître la position du vilebrequin sur un tour de 360° vilebrequin autrement dit 360°CRK, l’angle de rotation du vilebrequin étant exprimé en °CRK.

La cible vilebrequin munie de dents, présente ainsi une asymétrie, appelée aussi signature, produite par le repère qui permet de connaitre la position moteur à 360°CRK près. Or un cycle moteur (pour un moteur dit moteur 4 temps) se déroule sur deux rotations complètes du vilebrequin et la connaissance de la position angulaire du vilebrequin est par conséquent insuffisante pour déterminer la position du moteur par rapport à un cycle moteur.

Il est alors connu de combiner l’information obtenue à partir de la rotation du vilebrequin à une information de position angulaire correspondant à un arbre à cames, qui est entrainé en rotation par le vilebrequin avec un rapport de réduction de 2 si bien que l’arbre à cames réalise une rotation complète lorsque le vilebrequin en réalise deux. Ainsi, l'information supplémentaire de l'arbre à cames permet de déterminer un phasage correct, c'est-à-dire, permet de connaître de manière certaine où se place chaque cylindre dans le cycle de combustion.et qui comporte également une roue dentée dont les dents sont détectées par un capteur correspondant. L’angle de rotation de l’arbre à cames étant exprimé en °CAM, on remarque alors qu’une révolution de 360°CAM équivaut à 720°CRK. En positionnant alors une roue dentée sur l’arbre à cames qui présente elle aussi une asymétrie de rotation, l’information correspondante, croisée avec l’information sur la position du vilebrequin, permet de déduire avec précision l’état du cycle moteur.

La succession de signaux reçus par le capteur d'arbre à cames appelé CAM n'est généralement pas régulière mais suit un profil connu qui permet une connaissance plus précise de la position des cylindres dans le moteur.

Une méthode de synchronisation connue consiste, à chaque GAP, de comparer les informations reçues par le capteur d'arbre à cames avec des informations théoriques, mémorisées dans le calculateur. Si ces informations sont semblables, le GAP est reconnu et la position moteur également.

Ainsi, lors de chaque démarrage du moteur, le moteur est synchronisé lorsque le GAP du vilebrequin combiné à la détection de l’état de la roue de l’arbre à cames est détecté.

Afin de réduire la consommation de carburant ainsi que les émissions polluantes d’un moteur, la technologie de moteurs à distribution variable (connue sous le sigle VVT pour la dénomination « Variable Valve Timing » en anglais c’est-à-dire distribution à programme variable) selon laquelle on fait varier la position angulaire de l’arbre à cames d’admission et/ou de l’arbre à cames d’échappement pour provoquer dans les cylindres une recirculation des gaz d’échappement est de plus en plus employée.

Pour de tels moteurs, il est connu d’utiliser une cible de type roue dentée montée en bout d’arbre à cames (appelée cible CAM) qui comporte un arrangement de dents permettant de connaître (avec l’information provenant de la position du vilebrequin) la position de chacun des pistons dans les cylindres correspondants.

Deux technologies sont principalement utilisées pour réaliser des capteurs CAM destinés à être associés à des cibles CAM, à savoir :

1.: des capteurs TPO « True Power On en anglais » (c’est-à-dire dont le signal est interprétable dès que la phase d’initialisation du capteur est achevée) qui sont des capteurs adaptés pour détecter des niveaux haut ou bas correspondant respectivement à des creux et des dents sur la roue dentée. Ces capteurs présentent une précision moyenne au niveau de la détection d’un passage entre un creux et une dent ou un passage entre une dent et un creux mais permettent une synchronisation plus rapide du moteur du fait qu’ils peuvent être utilisés avec des cibles munies de dents de longueurs différentes (on appelle longueur la distance entre un front montant et un front descendant d’une dent) et permettent de reconnaitre ces dents, ce qui permet une distance de synchronisation moyenne de 230°CRK.

2.: des capteurs différentiels. Ces capteurs ne sont pas toujours capables de lire le premier niveau des dents ou des creux d’une cible CAM. Afin de réduire cet inconvénient au démarrage, les dents en regard sur la cible sont conçues pour être les plus petites possible et toutes équivalentes. Ces capteurs possèdent une plus grande précision temporelle (détection sur front) mais possèdent une rapidité de synchronisation moyenne inférieure aux capteurs TPO avec les designs de cible actuelles en moyenne 280°CRK du fait que seuls le nombre et la position des dents peuvent être reconnus, et non pas l’information relative à la taille des dents.

Le document US-2014/0360254 concerne une roue dentée pour arbre à cames présentant une pluralité de dents irrégulièrement espacées les unes des autres mais avec un front à 0°, 90°, 120°, 180°, 240° et 270°CAM.

Le document US-6,474,278 concerne un dispositif de contrôle pour un moteur à combustion interne qui comporte lui aussi une roue dentée associée à un arbre à cames. Ici la roue dentée illustrée sur la figure 3 comporte neuf dents.

De manière connue, un système de distribution variable pour un moteur à combustion interne comporte au moins un actionneur pour modifier la position d’au moins un arbre à cames. Un système «classique» utilise un actionneur hydraulique et un contrôle de la position de l’arbre à cames tous les 180°CRK est suffisant.

Toutefois, de plus en plus souvent, des actionneurs électriques sont utilisés, notamment pour un arbre à cames commandant des soupapes d’admission. Avec de tels actionneurs, un contrôle plus précis de la position de l’arbre à cames est nécessaire car l’arbre à cames oscille plus rapidement vers sa position de consigne. Ce contrôle requiert alors un plus grand nombre de fronts régulièrement espacés afin de permettre de déclencher des tâches à des positions moteur prédéterminées. Avec un système VVT à actionneur électrique, il convient de prévoir d’avoir un signal tous les 90°CRK.

En conclusion, un système VVT utilisant un actionneur électrique nécessite d’avoir un plus grand nombre de dents sur la cible de l’arbre à cames correspondant (en général à l’admission).

Le problème qui se pose alors est d’arriver à réaliser la synchronisation évoquée plus haut. Cette synchronisation est basée sur une asymétrie dans la répartition des dents à la périphérie de la cible. De plus, la place disponible pour la cible est limitée. En outre, un capteur, notamment un capteur TPO, nécessite, d'une part, une différence de niveau suffisante entre un creux et une dent afin de distinguer le passage d’une dent à un creux et inversement, et, d'autre part, une longueur périphérique de dents et de creux minimale pour détecter une dent ou un creux. Enfin, un capteur de type TPO sait bien reconnaitre les niveaux hauts correspondant à une dent et les niveaux bas correspondant à un creux mais est généralement plus précis pour reconnaitre un front descendant qu’un front montant. Il est donc généralement prévu de n’interpréter que les fronts descendants avec un tel capteur.

Il est connu d’avoir une cible avec neuf dents comme dans l’art antérieur présenté plus haut.

Une solution alternative est de prévoir deux cibles distinctes mais cette solution nécessite l’emploi de deux capteurs (et de deux cibles). Cette solution est onéreuse et n’est donc pas privilégiée.

La présente invention a alors pour but de fournir pour un moteur à distribution variable utilisant un actionneur électrique et un capteur de type TPO une cible de dimension réduite et permettant de réaliser une bonne synchronisation.

Résumé

La présente divulgation vient améliorer la situation.

Il est proposé ici une roue dentée d’arbre à cames, formant une cible pour un capteur de position d’arbre à cames, comprenant un corps circulaire pourvu deux faces principales opposées et étant munie sur sa circonférence d’une série de dents.

Cette roue dentée d’arbre à cames est telle que ladite série de dents comprend huit dents, chaque dent présentant pour un premier sens de rotation donné de la roue un front montant et un front descendant et deux dents voisines étant séparées par une partie en creux,

telle que les fronts d’un premier type, montant ou descendant, sont équirépartis à la périphérie de la roue dentée,

telle que la longueur angulaire des parties en creux est supérieure ou égale à Arctan(Lbas/R)°CAM, où R est le rayon exprimé en mm de la roue avec les dents et Lbas est la distance minimale entre les bords de deux dents consécutives délimitant un intervalle permettant une détection du niveau bas entre ces bords par le capteur, sauf pour une partie en creux, et

telle que la longueur angulaire d’une dent est supérieure ou égale à Arctan(Lhaut/R)°CAM sauf pour une dent, Lhaut étant la distance minimale entre les bords d’une dent permettant une détection du niveau haut entre les deux bords par le capteur.

On réalise ainsi une cible qui comporte, d'une part, une dent qui n’est pas visible par un capteur de type PTO au début (premier tour) d’une initialisation de ce capteur et, d'autre part, une partie en creux qui n’est pas vue par ce capteur. Ainsi, au début de l’initialisation, le capteur ne voyant pas la dent identifie une longue partie en creux et de même il identifie une longue dent à la place des deux dents séparées par une partie en creux. Une asymétrie est ainsi créée dans la cible qui peut être mise à profit pour la synchronisation du moteur.

Les valeurs angulaires des dents et des parties en creux sont choisies pour être vues ou ne pas être vues par un capteur de type TPO lors de la première rotation de la cible devant le capteur. Le capteur se trouve en vis-à-vis de la cible, au plus près possible de celle-ci en veillant à maintenir un espace (airgap) entre les dents et le capteur. Le capteur « voit » si la périphérie de la cible, à une distance R du centre de la cible, est pleine (présence d’une dent) ou vide (présence d’un creux). On mesure alors la longueur d’une dent aussi bien que d’un creux au niveau du diamètre extérieur (2*R) de la cible.

Selon une forme de réalisation avantageuse de cette roue dentée d’arbre à cames, le front d’un premier type associé à la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lbas/R)°CAM et le front d’un premier type associé à la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lhaut/R)°CAM sont par exemple diamétralement opposées. On réalise ainsi deux particularités sur la cible décalées de sensiblement 180°CAM, c’est-à-dire 360°CRK et on peut faire coïncider ces particularités avec un gap d’une cible de vilebrequin.

Une forme de réalisation préférée prévoit que six dents présentent une même longueur angulaire, de préférence comprise entre Arctan(Lhaut/R) et Arctan(Lhaut*1,3/R)°CAM. On réalise ainsi deux particularités sur la cible décalées de sensiblement 180°CAM, c’est-à-dire 360°CRK et on peut faire coïncider ces particularités avec un gap d’une cible de vilebrequin.

Pour favoriser la détection des fronts d’un premier type par un capteur de type TPO, les fronts d’un premier type sont les fronts descendants.

La présente divulgation concerne aussi un système de commande moteur comportant un calculateur, une roue dentée vilebrequin et un capteur vilebrequin, une roue dentée d’arbre à cames selon l’une quelconque des revendications précédentes et un capteur d’arbre à cames de type TPO. Un capteur de type TPO est un capteur qui fournit un signal « vrai », c’est-à-dire interprétable, dès sa mise sous tension (d’où le nom anglais « true power on »).

Il est alors prévu que la roue dentée vilebrequin et la roue dentée arbre à cames sont calées angulairement pour que la roue dentée vilebrequin possède un repère (GAP) calé soit dans l’espace entre la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lbas/R)°CAM et le front de premier type suivant, soit dans l’espace entre la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lhaut/R)°CAM et le front de premier type suivant, et pour lequel le calculateur comporte un algorithme de synchronisation moteur adapté à reconnaître les séquences formées par les dents et parties en creux de la roue dentée arbre à cames et à en déduire la position moteur en temps réel.

Dans un tel système de commande moteur, la roue dentée vilebrequin peut par exemple posséder un repère (GAP) calé à la fois dans l’espace entre la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lbas/R)°CAM et le front de premier type suivant, et dans l’espace entre la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lhaut/R)°CAM et le front de premier type suivant.

Pour un moteur comportant un double arbre à cames, un système de commande moteur décrit ci-dessus comporte alors avantageusement deux roues dentées d’arbre à cames telles que décrites plus haut, lesdites roues dentées étant similaires.

La présente divulgation propose aussi un procédé de synchronisation entre un signal fourni par le capteur vilebrequin d’un système tel que décrit ci-dessus et un signal fourni par un capteur arbre à cames de type TPO d’un système tel que décrit ci-dessus, le signal du capteur arbre à cames étant comparé à un modèle mémorisé de signal correspondant à une forme de cible. Selon ce procédé, lors de la mise en marche du moteur, lors du premier tour de la roue dentée d’arbre à cames, le capteur arbre à cames fonctionne avec une première sensibilité ne lui permettant pas de détecter la présence de la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lbas/R)°CAM ni la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lhaut/R)°CAM et le signal obtenu est comparé à un premier modèle de signal mémorisé correspondant à une cible à six dents dont une dent plus longue que les autres et à six parties en creux dont une partie en creux plus longue que les autres, et lors des tours suivants, le capteur arbre à cames fonctionne avec une seconde sensibilité plus grande et précise que la première sensibilité lui permettant de détecter la présence de la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lbas/R)°CAM ainsi que la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lhaut/R)°CAM, le signal étant alors comparé à un second modèle de signal mémorisé correspondant à une cible à huit dents avec des fronts descendants équirépartis à la périphérie de la cible.

Avec ce procédé de synchronisation, lors de la première rotation de la cible d’arbre à cames, les dents trop courtes et les creux trop courts ne sont pas vus car le champ magnétique varie moins que les seuils prédéfinis dans le capteur pour les détections de fronts. Ainsi un désavantage d’un capteur TPO est ici utilisé comme un avantage.

Enfin, la présente divulgation concerne aussi un moteur avec une distribution à programme variable, caractérisé en ce qu’il comporte un système de commande moteur décrit plus haut.

Selon une forme de réalisation particulière, un capteur de type TPO peut reconnaitre la présence d’une dent si la longueur de celle-ci sur la périphérie de la cible est au moins Lhaut qui présente pour les capteurs connus actuellement une valeur d’environ 3 mm. La détection d’une partie en creux par un capteur TPO nécessite une longueur de cette partie appelée Lbas qui est plus grande que Lhaut. La valeur de Lbas est de l’ordre de 9 mm pour les capteurs TPO actuels. Ainsi, dans la définition de la cible proposée plus haut, on peut alors prévoir d’avoir au moins une dent de longueur inférieure à 2,5 mm (mesurée à la périphérie extérieure de la cible) pour être sûr de ne pas la détecter et d’avoir une partie en creux de longueur inférieure à 8 mm (mesurée à la périphérie extérieure de la cible) pour être sûr de ne pas la détecter également.

Il est alors proposé une roue dentée d’arbre à cames, formant une cible pour un capteur de position d’arbre à cames, comprenant un corps circulaire pourvu deux faces principales opposées et étant munie sur sa circonférence d’une série de dents.

Dans cette forme de réalisation, ladite série de dents comprend huit dents, chaque dent présentant pour un premier sens de rotation donné de la roue un front montant et un front descendant et deux dents voisines étant séparées par une partie en creux; les fronts d’un premier type, montant ou descendant, sont équirépartis à la périphérie de la roue dentée; la longueur angulaire des parties en creux est supérieure ou égale à Arctan(8/R)°CAM, où R est le rayon exprimé en mm de la roue avec les dents, sauf pour une partie en creux, et la longueur angulaire d’une dent est supérieure ou égale à Arctan(2,5/R)°CAM sauf pour une dent.

Selon une forme de réalisation avantageuse de cette roue dentée d’arbre à cames, le front d’un premier type associé à la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(8/R)°CAM et le front d’un premier type associé à la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(2,5/R)°CAM sont par exemple diamétralement opposées.

Pour cette forme de réalisation, on peut aussi prévoir que six dents présentent une même longueur angulaire, de préférence comprise entre Arctan(2,5/R) et Arctan(4/R)°CAM.

Pour favoriser la détection des fronts d’un premier type par un capteur de type TPO, les fronts d’un premier type sont les fronts descendants.

La présente divulgation concerne aussi un autre système de commande moteur comportant un calculateur, une roue dentée vilebrequin et un capteur vilebrequin, une roue dentée d’arbre à cames telle que décrite ci-dessus et un capteur d’arbre à cames de type TPO. Selon cette variante de réalisation, il est prévu que la roue dentée vilebrequin et la roue dentée arbre à cames sont calées angulairement pour que la roue dentée vilebrequin possède un repère (GAP) calé soit dans l’espace entre la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(8/R)°CAM et le front de premier type suivant, soit dans l’espace entre la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(2,5/R)°CAM et le front de premier type suivant, et pour lequel le calculateur comporte un algorithme de synchronisation moteur adapté à reconnaître les séquences formées par les dents et parties en creux de la roue dentée arbre à cames et à en déduire la position moteur en temps réel.

Dans un tel système de commande moteur, la roue dentée vilebrequin peut par exemple posséder un repère (GAP) calé à la fois dans l’espace entre la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(8/R)°CAM et le front de premier type suivant, et dans l’espace entre la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(2,5/R)°CAM et le front de premier type suivant.

Pour un moteur comportant un double arbre à cames, un système de commande moteur décrit ci-dessus comporte alors avantageusement deux roues dentées d’arbre à cames telles que décrites plus haut, lesdites roues dentées étant similaires.

La présente divulgation propose aussi un procédé de synchronisation entre un signal fourni par le capteur vilebrequin d’un système de commande moteur tel que décrit ci-dessus et un signal fourni par un capteur arbre à cames de type TPO d’un système de commande moteur tel que décrit ci-dessus, le signal du capteur arbre à cames étant comparé à un modèle mémorisé de signal correspondant à une forme de cible. Selon ce procédé, lors de la mise en marche du moteur, lors du premier tour de la roue dentée d’arbre à cames, le capteur arbre à cames fonctionne avec une première sensibilité ne lui permettant pas de détecter la présence de la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(8/R)°CAM ni la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(2,5/R)°CAM et le signal obtenu est comparé à un premier modèle mémorisé de signal correspondant à une cible à six dents dont une dent plus longue que les autres et à six parties en creux dont une partie en creux plus longue que les autres, et lors des tours suivants, le capteur arbre à cames fonctionne avec une seconde sensibilité plus précise que la première sensibilité lui permettant de détecter la présence de la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(8/R)°CAM ainsi que la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(2,5/R)°CAM, le signal étant alors comparé à un second modèle mémorisé de signal correspondant à une cible à huit dents avec des fronts descendants équirépartis à la périphérie de la cible.

Enfin, la présente divulgation concerne aussi un moteur avec une distribution à programme variable, et un système de commande moteur décrit plus haut.

Selon un autre aspect, il est proposé un programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre de tout ou partie d’un procédé de synchronisation tel que défini plus haut lorsque ce programme est exécuté par un processeur. Selon un autre aspect, il est proposé un support d’enregistrement non transitoire, lisible par un ordinateur, sur lequel est enregistré un tel programme.

D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des figures annexées, sur lesquelles:

Fig. 1

montre schématiquement une roue dentée d’arbre à cames selon l’invention et un mode de réalisation de celle-ci.

Fig. 2

montre schématiquement un exemple de position relative des fronts de la roue dentée de la figure 1 avec les fronts d’une roue de vilebrequin.

Fig. 3

est une vue correspondant à la figure 2 montrant les fronts vus par un capteur associé à la roue dentée de la figure 1 en phase d’initialisation.

Fig. 4

montre un moteur intégrant un système de commande moteur mettant en œuvre une roue dentée telle celle par exemple illustrée sur la figure 1.

Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l’essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente divulgation, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.

Dans la description qui suit, on utilise à la fois des angles mesurés au niveau d’un arbre à cames et appelés degrés CAM ou °CAM et des angles mesurés au niveau d’un vilebrequin et appelés degrés CRK ou °CRK. On a l’égalité 1°CAM=2°CRK puisque la vitesse de rotation d’un arbre à cames est la moitié de la vitesse de rotation d’un vilebrequin sur tous les moteurs à combustion interne à quatre temps.

La description qui suit concerne plus particulièrement une roue dentée 1 d’arbre à cames et une telle roue est montrée schématiquement sur la figure 1.

La roue dentée 1 de la figure 1 comporte huit dents. Malgré son nombre de dents relativement important, elle est destinée à coopérer avec un capteur de type TPO et peut de plus être d’un diamètre relativement réduit, assez réduit pour pouvoir aussi être utilisée sur des moteurs destinés à équiper des motos.

Cette roue dentée 1 est ainsi destinée à former une cible pour un capteur de position d’arbre à cames de type TPO (de l’anglais True Power On). Cette roue est formée à partir d’un disque circulaire comportant deux faces principales opposées sensiblement parallèles. Le disque présente par exemple un rayon R extérieur, par exemple (à titre purement illustratif et non limitatif) de 20 ou 25mm. Sa surface périphérique est alors usinée pour former des dents, une partie en creux séparant à chaque fois deux dents voisines. Chaque dent comporte des flancs, appelés fronts, qui correspondent chacun à une face qui peut être usinée de la dent correspondante et qui s’étend sensiblement radialement par rapport au disque circulaire. Chaque dent présente aussi une face haute qui correspond à la forme initiale du disque, c’est-à-dire ici une zone de surface cylindrique circulaire de rayon R. Les parties en creux se présentent également comme une zone de surface cylindrique circulaire (avec éventuellement un raccord arrondi vers les flancs des dents). Le rayon de courbure de ces parties en creux correspond au rayon R du disque de base diminué d’une hauteur h, appelée aussi hauteur de dent. On suppose ici que toutes les dents de la roue dentée présentent une même hauteur.

Le dessin de la roue dentée 1 présenté sur la figure 1 correspond à une cible d’arbre à cames apte à coopérer avec un capteur de type TPO permettant de déceler des niveaux bas (correspondant à une partie en creux) et des niveaux hauts (correspondant à une dent). Il permet d’assurer une synchronisation avec un signal «classique» fourni par un capteur associé à une roue dentée de vilebrequin (par exemple roue dentée avec 60 dents moins deux formant un GAP) et de donner un signal tous les 90°CRK pour piloter de manière précise une distribution à programme variable (VVT).

L’utilisation de ce type de capteur impose d’avoir, d'une part, un espace suffisamment important entre les dents pour pouvoir détecter un premier front après l’initialisation du capteur. En effet, selon la distance d’entrefer entre la cible (ici la roue dentée 1) et le capteur, distance d’entrefer appelée aussi «air gap», le champ magnétique détecté par le capteur peut varier trop faiblement pour pouvoir détecter la première partie en creux.

De manière classique, une dent doit présenter une longueur minimale Lhaut (qui est généralement de l’ordre de 3mm mesurée sur la périphérie de la cible) pour être correctement détectée dès le premier tour lors d’une initialisation du capteur tandis qu’une partie en creux doit présenter quant à elle une longueur minimale Lbas qui est généralement de l’ordre de 9mm. La mesure de cette dernière longueur se fait par exemple au niveau de la périphérie de la cible.

Pour être détectée par un capteur de type TPO dès le premier tour de la cible, il convient donc d’avoir une longueur minimale théorique de:

– Arctan(Lhaut/R) pour une dent, et

– Arctan(Lbas/R) pour une partie en creux.

Le résultat étant un angle mesuré directement sur la roue dentée, il s’agit donc de °CAM.

À titre d’exemples numériques non limitatifs, pour une cible de rayon R=25mm:

– une partie en creux doit alors une longueur angulaire de 19,8°CAM=Arctan(9/25)

– une dent doit alors une longueur angulaire de 6,84°CAM=Arctan(3/25).

Pour une cible d’un rayon de 20mm:

- une partie en creux doit posséder une longueur angulaire de Arctan(9/20)°CAM, soit 24,23°CAM=48,46°CRK.

- une dent doit posséder une longueur angulaire de Arctan(3/20)°CAM, soit 8,53°CAM=17,06°CRK.

La proposition originale faite ici est de prévoir, d'une part, une partie en creux présentant une longueur angulaire inférieure à Arctan(8/R) et une dent avec une longueur angulaire inférieure à Arctan(2,5/R) pour s’assurer que cette partie en creux et cette dent ne seront pas détectées après l’initialisation du capteur. Les valeurs 8 et 2,5 sont choisies légèrement inférieures à 9 et 3, c’est-à-dire respectivement Lbas et Lhaut, comme marge pour rendre le système plus robuste.

Ainsi, si une partie en creux n’est pas détectée lors de la première rotation de la cible d’arbre à cames, le signal du capteur au niveau de cette zone correspond sensiblement à celui d’une dent de grande longueur. De même, si la dent de faible longueur n’est pas détectée au cours de cette première rotation, le signal du capteur au niveau de cette zone correspond alors à celui d’une grande partie en creux.

On a ainsi sur la figure 1, une roue dentée 1 formant une cible d’arbre à cames destinée à coopérer avec un capteur de type TPO avec:

– six dents 6 «normales» destinées à être vues par le capteur TPO lors de l’initialisation. Ces dents 6 présentent chacune une longueur angulaire supérieure à Arctan(Lhaut/R). Ainsi par exemple pour R=25mm (on a alors Arctan(Lhaut/R)=Arctan(3/25)=6,84°CAM), on choisit par exemple, comme illustré sur la figure 1, une longueur angulaire de dent de 7°CAM c’est-à-dire 14°CRK;

–une longue dent 8 avec une longueur angulaire de 38°CAM (soit 76°CRK);

–une dent courte 10 avec une longueur angulaire de 4,5°CAM (soit 9°CRK);

–six parties en creux 16 «normales» avec une longueur angulaire de 38°CAM. Une telle partie en creux 16 forme avec une dent 6 «normale» une zone d’une longueur angulaire de 45°CAM, c’est-à-dire un huitième de tour;

– une courte partie en creux 18 avec une longueur angulaire de 7°CAM. Cette courte partie en creux 18 forme avec la longue dent 8 une zone d’une longueur angulaire de 45°CAM, c’est-à-dire un huitième de tour ; et

- une longue partie en creux 20 avec une longueur angulaire de 41,5°CAM. Cette longue partie en creux 20 forme avec la dent courte 10 une zone d’une longueur angulaire de 45°CAM, c’est-à-dire un huitième de tour.

Les dents sont disposées de la manière suivante: si l’on considère que le capteur TPO identifie avec une plus grande précision les fronts descendants, c’est-à-dire qu’il identifie mieux le passage d’une dent à une partie en creux, tous les fronts descendants des dents sont équirépartis à la périphérie de la cible et sont donc décalés les uns par rapport aux autres de 45°CAM (soit 90°CRK).

En résumé, la position des fronts (alternance de fronts montants et descendants, le premier front étant montant) est par exemple la suivante(en °CRK):

30; 30+B; 120; 120+B; 210; 210+B; 210+B+E; 300+B; 390; 390+B; 480; 480+B; 570+B-D; 570+B; 660; 660+B.

Ces valeurs sont choisies de telle sorte que les fronts descendants (x+B) soient équidistants de 90°CRK.

Dans l’exemple illustré, B est choisi comme étant le plus petit possible mais suffisamment grand pour permettre une détection lors d’une initialisation, c’est-à-dire supérieur à arctan(Lhaut/R), soit pour R=25 et Lhaut=3, B>arctan(3/25) (°CAM) ou encore B>13,69°CRK.

D correspond à la longueur angulaire de la dent courte 10. Il est choisi inférieur à arctan(Lhaut/R). Pour Lhaut=3, D sera par exemple de préférence choisi inférieur à arctan(2,5/R), c’est-à-dire pour R=25mm inférieur à 13,69°CRK, de préférence inférieur à 11,42°CRK. Ici, dans l’exemple donné pour R=25mm, on a pris D=9°CRK.

Enfin, E qui correspond à la longueur angulaire de la courte partie en creux 18 est choisi inférieur à arctan(Lbas/R). Pour Lbas=9mm, on prend de préférence E encore inférieur à arctan(8/R), c’est-à-dire pour R=25mm inférieur à 39,61°CRK, de préférence inférieur à 35,49°CRK. Ici, dans l’exemple donné pour R=25mm, on a pris E=17°CRK.

Dans le sens de rotation illustré sur la figure 1 par la flèche 4, on a une succession de parties en creux et de dents de telle sorte que la longueur angulaire d’une partie en creux et de la dent qui suit est de 45°CAM. En outre, la zone de 45°CAM formée par la courte partie en creux 18 et la longue dent 8 est diamétralement opposée à la zone de 45°CAM (comportant une partie en creux 16 «normale» et une dent 6 «normale») suivant la longue partie en creux 20 et la dent courte 10.

Il s’agit ici bien entendu d’une forme de réalisation préférée avec des valeurs numériques données à titre illustratif et non limitatif.

Sur la figure 2, la périphérie de la cible (roue dentée 1) est développée à plat et présentée sous forme d’un signal (filtré) qui pourrait provenir d’un capteur disposé en regard de la cible. Cette périphérie de cible, ou signal, est mise en parallèle avec un schéma similaire correspondant à une cible de vilebrequin. Comme déjà mentionné, un vilebrequin fait deux tours pendant qu’un arbre à cames en fait un seul. On a donc en haut de la figure 2 une représentation sur 720°CRK pour une représentation en bas sur 360°CAM.

Sur le haut de la figure 2, on reconnait tout d’abord des créneaux correspondant à des dents (on a ici 58 dents) et un GAP correspondant à deux dents. On a aussi représenté la position des points morts hauts TDC (pour un moteur 3 cylindres, c’est-à-dire à 0°, 240° et 480°CRK.

Sur la figure 2, on prévoit une synchronisation entre le vilebrequin et l’arbre à cames de telle sorte que le GAP se trouve soit après la courte partie en creux 18 et avant le front descendant qui suit, soit après la dent courte 10 et avant le front descendant qui suit.

Sur cette figure 2, on a ainsi une représentation schématique d’un signal de capteur vilebrequin (en haut) et d’un capteur d’arbre à cames (en bas) après initialisation du capteur d’arbre à cames.

La figure 3 est un schéma correspondant à la figure 2: la ligne du haut correspondant au vilebrequin est similaire à celle de la figure 2. Par contre, la ligne du bas illustre ce que voit un capteur TPO associé à la cible de la figure 1 lors de l’initialisation de ce capteur, au premier tour de l’arbre à cames correspondant après la mise en route du moteur. La figure 2 montre ce que voit le capteur TPO les tours suivants de l’arbre à cames.

Comme évoqué plus haut, la dent courte 10 et la courte partie en creux 18 ont été dessinées de telle sorte qu’elles ne soient pas détectées par le capteur d’arbre à cames. Ainsi le capteur «voit» une seule «très» longue dent à la place d’une dent 6 «normale» et de la longue dent 8 et une seule «très» longue partie en creux à la place d’une partie en creux 16 «normale» et la longue partie en creux 20. La synchronisation est telle que chaque GAP au niveau du vilebrequin vienne coïncider avec cette «très» longue dent et cette «très» longue partie en creux. Ce signal asymétrique permet ainsi de réaliser la synchronisation.

En référence à la figure 4, on a représenté schématiquement un exemple de moteur à combustion interne à distribution variable comprenant une roue dentée selon la description qui précède.

Le moteur M comprend un vilebrequin 9, entrainant en rotation par une courroie de distribution 90 au moins un arbre à cames 91, dont la rotation entraine successivement l’ouverture et la fermeture de soupapes d’admission et d’échappement par des cames 92. Le moteur étant à distribution variable, il peut en outre comprendre des moyens de décalage angulaire (non représentés) de l’arbre à cames pour modifier les temps d’ouverture des soupapes par rapport à une position identique du vilebrequin. L’angle de décalage maximal est en général de l’ordre de 25°CAM (soit 50°CRK).

Le moteur peut comprendre un arbre à cames 91 d’admission, commandant l’ouverture et la fermeture des soupapes d’admission, et un arbre à cames 91 d’échappement, commandant l’ouverture et la fermeture des soupapes d’échappement. Dans la vue de la figure 4, ces deux arbres à cames 91 sont confondus, l’un cachant l’autre qui présente une même forme.

Le vilebrequin 9 comporte une roue dentée 93 comprenant un ensemble de dents régulièrement réparties à sa circonférence, typiquement 36 ou 60 dents, à l’exception d’une ou deux zones de GAP, typiquement avec une ou deux dents manquantes. L’exemple pris sur les figures 2 et 3 correspond à 60 dents avec deux zones GAP de deux dents manquantes chacune.

Un capteur 94 de position angulaire du vilebrequin 9 est positionné en regard d’une roue dentée 93 associée au vilebrequin 9 et est adapté pour détecter le passage de chaque dent de la roue dentée 93.

Sur l’arbre à cames 91 ou sur chaque arbre à cames est montée une roue dentée 1. Un capteur 2 est positionné devant chaque roue dentée 1 et est adapté pour détecter le passage de chaque dent de la roue dentée 1 correspondante, par détection du front montant ou du front descendant, dans le cas décrit plus haut, le front descendant. Dans le cas où le moteur comprend deux arbres à cames, ce qui est le plus fréquent pour un moteur à distribution à programme variable, les roues dentées des arbres à cames peuvent soit être semblables, soit différentes. Il est possible d’utiliser un type de roue dentée sur un arbre à cames et un autre type sur l’autre arbre à cames. De même, les capteurs 2 peuvent être similaires ou différents. On suppose ici qu’au moins un arbre à cames 91 est équipé d’une roue dentée 1 telle que décrite plus haut (ou avec des caractéristiques similaires). De préférence, cette roue dentée 1 est montée sur l’arbre à cames 91 coopérant avec des soupapes d’admission du moteur M et de plus, toujours de manière préférée, le capteur 2 associé est de type TPO. La forme de réalisation préférée est celle où les deux cibles d’arbre à cames sont semblables et les deux capteurs associés sont également semblables.

Le moteur M comprend également une unité centrale de traitement 95 adaptée pour recevoir les signaux de détection des capteurs de position angulaire du vilebrequin et de l’arbre à cames, et pour en déduire un état du cycle moteur à chaque instant.

L’unité centrale de traitement 95 gère notamment la synchronisation du moteur. Pour réaliser cette synchronisation, le système de distribution à programme variable est désactivé et les arbres à cames 91 restent dans une position prédéterminée, ou position neutre. Au démarrage du moteur, chaque arbre à cames 91 fait un premier tour. Le capteur 2 associé à l’arbre à cames 91 (ou chaque arbre à cames) muni d’une roue dentée 1 similaire à celle illustrée sur la figure 1 fonctionne avec une première sensibilité qui ne lui permet pas de distinguer, d'une part, la dent courte 10 et, d'autre part, la courte partie en creux 18. Ainsi, lors de ce premier tour, le capteur 2 considéré voit le passage de cinq dents semblables et d’une dent plus longue, de même qu’il voit passer cinq parties en creux semblables et une partie en creux plus longue. Pour reconnaître ce signal fourni par le capteur 2, l’unité centrale de traitement 95 le compare à un premier modèle de signal correspondant au signal sensé être fourni par une cible avec cinq dents semblables et une dent plus longue. Ainsi le signal fourni par le capteur 2 est reconnu par l’unité centrale de traitement 95 et la synchronisation avec le signal reçu par le capteur 94 de position angulaire du vilebrequin 9. La dent plus longue est détectée simultanément au passage d’un premier GAP de la roue dentée 93 associée au vilebrequin 9 tandis que la partie en creux plus longue est détectée simultanément au passage d’un second GAP de la roue dentée 93. De la sorte, il est possible de distinguer le passage du premier GAP du passage du second GAP et ainsi de connaitre précisément la position du moteur sur 720°CRK.

Lors du deuxième tour d’arbre à cames, la sensibilité du capteur 2 associé à l’arbre à cames 91 muni d’une roue dentée 1 similaire à celle illustrée sur la figure 1 est augmentée de telle sorte que le capteur 2 associé identifie le passage, d'une part, de la dent courte 10 et, d'autre part, de la courte partie en creux 18. Ainsi, par la suite, les huit fronts descendants de la roue dentée 1 sont identifiés à chaque rotation de l’arbre à cames 91 correspondant et la distribution à programme variable (VVT) bénéficie d’un signal tous les 90°CRK pour son pilotage. Pour ce deuxième tour et les suivants, le signal du capteur 2 est comparé dans l’unité centrale de traitement 95 à un second modèle de signal avec un front descendant tous les 90°CRK. De manière originale, deux modèles de signaux (ou de cibles) sont enregistrés dans l’unité centrale de traitement 95.

La solution technique décrite ci-dessus met à profit un inconvénient des capteurs de type TPO pour proposer un dessin de roue dentée qui soit à la fois compact et qui permet de fournir un signal tous les 90°CRK.

Lors d’un premier passage, selon la distance d’entrefer entre le capteur et la cible (appelée air gap), le champ magnétique détecté par le capteur varie trop faiblement pour pouvoir détecter tous les fronts. Un apprentissage interne dans le capteur 2 est réalisé pour permettre une détection correcte à partir de la deuxième révolution de l’arbre à cames (et de sa cible associée). Cette caractéristique des capteurs de type TPO est en général considérée comme une faiblesse car elle impose de prendre de la marge dans le dimensionnement des cibles afin de pouvoir à coup sûr détecter le passage des dents, notamment la première dent. Une mauvaise détection génère généralement une défaillance dans le procédé de synchronisation car la succession de fronts détectés ne correspond pas au modèle enregistré et qui aurait dû être détecté. Jusqu’à présent, il était considéré que l’utilisation d’un capteur TPO permettait une synchronisation rapide car il permet une détection des niveaux mais ne permettait pas de réaliser un contrôle rapide d’une distribution à programme variable. Ici de manière originale, un premier modèle enregistré est utilisé pour le premier tour de la cible et un second modèle enregistré est utilisé par la suite.

La solution proposée présente en outre de bonnes performances de synchronisation car des niveaux de dent différents sont disposés en regard des GAP repérés sur le vilebrequin. Ainsi une synchronisation peut être effectuée en moyenne sur 230°CRK grâce aussi à l’utilisation de deux modèles distincts pour la synchronisation. L’utilisation d’une cible qui comporterait huit dents réparties à la périphérie de la cible et une neuvième dent pour créer une asymétrie dans le profil de la cible conduirait a priori à une valeur moyenne de l’ordre de 360°CRK pour réaliser une synchronisation du moteur.

La solution proposée peut être proposée aussi bien sur un arbre à cames commandant des soupapes d’admission que des soupapes d’échappement. On peut dans un même moteur avoir deux cibles semblables sur les arbres à cames et deux capteurs associés auxdites cibles semblables également. Ainsi le nombre de pièces distinctes dans le moteur est limité, ce qui est favorable car cela permet de réduire les coûts sans concession en termes de qualité.

La présente divulgation ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits et évoqués ci-avant, seulement à titre d’exemples, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée.

Claims (10)

1. Roue dentée d’arbre à cames, formant une cible pour un capteur de position d’arbre à cames, comprenant un corps circulaire pourvu deux faces principales opposées et étant munie sur sa circonférence d’une série de dents, caractérisée en ce que ladite série de dents comprend huit dents, chaque dent présentant pour un premier sens de rotation donné de la roue un front montant et un front descendant et deux dents voisines étant séparées par une partie en creux,
   en ce que les fronts d’un premier type, montant ou descendant, sont équirépartis à la périphérie de la roue dentée,
   en ce que la longueur angulaire des parties en creux est supérieure ou égale à Arctan(Lbas/R)°CAM, où R est le rayon exprimé en mm de la roue avec les dents et Lbas est la distance minimale entre les bords de deux dents consécutives délimitant un intervalle permettant une détection du niveau bas entre ces bords par le capteur, sauf pour une partie en creux, et
   en ce que la longueur angulaire d’une dent est supérieure ou égale à Arctan(Lhaut/R)°CAM sauf pour une dent, Lhaut étant la distance minimale entre les bords d’une dent permettant une détection du niveau haut entre les deux bords par le capteur.
2. Roue dentée d’arbre à cames selon la revendication 1, caractérisée en ce que le front d’un premier type associé à la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lbas/R)°CAM et le front d’un premier type associé à la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lhaut/R)°CAM sont diamétralement opposées.
3. Roue dentée d’arbre à cames selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que six dents présentent une même longueur angulaire, de préférence comprise entre Arctan(Lhaut/R) et Arctan(Lhaut*1,3/R)°CAM.
4. Roue dentée d’arbre à cames selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les fronts d’un premier type sont les fronts descendants.
5. Roue dentée d’arbre à cames selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la longueur angulaire des parties en creux est supérieure ou égale à Arctan(8/R)°CAM sauf pour une partie en creux, et
   en ce que la longueur angulaire d’une dent est supérieure ou égale à Arctan(2,5/R)°CAM sauf pour une dent.
6. Système de commande moteur comportant un calculateur, une roue dentée vilebrequin et un capteur vilebrequin, une roue dentée d’arbre à cames selon l’une quelconque des revendications précédentes et un capteur d’arbre à cames de type TPO, caractérisé en ce que la roue dentée vilebrequin et la roue dentée arbre à cames sont calées angulairement pour que la roue dentée vilebrequin possède un repère (GAP) calé soit dans l’espace entre la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lbas/R)°CAM et le front de premier type suivant, soit dans l’espace entre la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lhaut/R)°CAM et le front de premier type suivant, et pour lequel le calculateur comporte un algorithme de synchronisation moteur adapté à reconnaître les séquences formées par les dents et parties en creux de la roue dentée arbre à cames et à en déduire la position moteur en temps réel.
7. Système de commande moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la roue dentée vilebrequin possède un repère (GAP) calé à la fois dans l’espace entre la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lbas/R)°CAM et le front de premier type suivant, et dans l’espace entre la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lhaut/R)°CAM et le front de premier type suivant.
8. Système de commande moteur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu’il comporte deux roues dentées d’arbre à cames selon l'une des revendications 1 à 5, lesdites roues dentées étant similaires.
9. Procédé de synchronisation entre un signal fourni par le capteur vilebrequin d’un système selon l'une des revendications 6 à 8 et un signal fourni par un capteur arbre à cames de type TPO d’un système selon l'une des revendications 6 à 8 dans lequel le signal du capteur arbre à cames est comparé à un modèle mémorisé de signal correspondant à une forme de cible,
   caractérisé en ce que lors de la mise en marche du moteur, lors du premier tour de la roue dentée d’arbre à cames, le capteur arbre à cames fonctionne avec une première sensibilité ne lui permettant pas de détecter la présence de la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lbas/R)°CAM ni la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lhaut/R)°CAM et le signal obtenu est comparé à un premier modèle de signal mémorisé correspondant à une cible à six dents dont une dent plus longue que les autres et à six parties en creux dont une partie en creux plus longue que les autres, et en ce que lors des tours suivants, le capteur arbre à cames fonctionne avec une seconde sensibilité plus grande et précise que la première sensibilité lui permettant de détecter la présence de la partie en creux de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lbas/R)°CAM ainsi que la dent de longueur angulaire inférieure à Arctan(Lhaut/R)°CAM, le signal étant alors comparé à un second modèle de signal mémorisé correspondant à une cible à huit dents avec des fronts descendants équirépartis à la périphérie de la cible.
10. Moteur avec une distribution à programme variable, caractérisé en ce qu’il comporte un système de commande moteur selon l'une des revendications 6 à 8.