WO2019243266A1 - Roue dentée d'arbre à cames pour moteur à trois ou quatre cylindres - Google Patents

Roue dentée d'arbre à cames pour moteur à trois ou quatre cylindres Download PDF

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WO2019243266A1
WO2019243266A1 PCT/EP2019/065903 EP2019065903W WO2019243266A1 WO 2019243266 A1 WO2019243266 A1 WO 2019243266A1 EP 2019065903 W EP2019065903 W EP 2019065903W WO 2019243266 A1 WO2019243266 A1 WO 2019243266A1
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WO
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teeth
group
camshaft
toothed wheel
crankshaft
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/065903
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Inventor
Fabien JOSEPH
Stéphane Eloy
Original Assignee
Continental Automotive France
Continental Automotive Gmbh
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • G—PHYSICS
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
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    • G—PHYSICS
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    • G01D5/2492—Pulse stream
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    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L2013/11—Sensors for variable valve timing
    • F01L2013/111—Camshafts position or phase

Definitions

  • the invention relates to a camshaft toothed wheel forming a target for a camshaft angular position sensor, for three or four cylinder engines.
  • the invention applies in particular to motors with variable distribution. State of the art
  • a crankshaft conventionally comprises a toothed wheel whose teeth are detected by a sensor.
  • the toothed wheel typically comprises a set of teeth distributed regularly along its circumference, with the exception of a reference portion devoid of teeth, also called gap.
  • This information is therefore combined with information on the angular position of the camshaft, which is rotated by the crankshaft and also includes a toothed wheel whose teeth are detected by a corresponding sensor.
  • the engine is synchronized when the crankshaft gap is detected, combined with the detection of the state of the camshaft wheel.
  • variable timing engine also called Variable Valve timing or VVT
  • the angular position of the crankshaft is shown on the abscissa in degrees (an angle of rotation of the crankshaft corresponding to twice the corresponding rotation of the camshaft), and on the ordinate the displacement of the intake valves or exhaust in millimeters.
  • a camshaft gear of a four-cylinder engine may have four fronts each spaced 90 °, the crossing of the sensor by each front corresponding to the same position of the piston in each respective cylinder.
  • a camshaft toothed wheel comprising only these teeth is not functional since it does not exhibit rotational asymmetry, and therefore does not make it possible, by combining its position with that of the crankshaft, to deduce therefrom. position in the engine cycle.
  • this document provides for adding a certain number of additional teeth in other wheel configurations.
  • the addition of too large a number of teeth degrades the performance of the synchronization by increasing the amount of data to be processed coming from the gear wheel position sensor.
  • an object of the invention is to provide a camshaft gear which is compatible with variable distribution engines comprising three or four cylinders.
  • Another object of the invention is to provide improved synchronization performance.
  • Another object of the invention is to reduce the amount of processing required on the signals emitted by a position sensor of the toothed wheel for achieving synchronization.
  • the subject of the invention is a camshaft gear wheel, forming a target for a camshaft rotation sensor, comprising a plurality of teeth distributed over its circumference,
  • the toothed wheel comprising four groups of teeth such as:
  • a first group includes a tooth
  • a second group has two teeth
  • a third group has three teeth
  • a fourth group has four teeth
  • the toothed wheel comprises four portions devoid of teeth extending over at least 35 °, each portion devoid of teeth being located between two groups of consecutive teeth, and
  • the gear wheel there are four teeth spaced 90 ° apart on the circumference of the gear wheel, and three teeth spaced 120 ° apart on the circumference of the gear wheel.
  • the angular difference between two consecutive teeth of a group comprising at least two teeth is between 10 and 17.5 °.
  • each portion devoid of teeth extends over at least 37.5 °.
  • the groups of teeth are ordered as follows: first group, followed by
  • the groups of teeth are ordered as follows: first group, followed by
  • the groups of teeth are ordered as follows: first group, followed by
  • the invention also relates to a camshaft comprising a toothed wheel according to the above description.
  • the invention also relates to an internal combustion engine with three or four cylinders, comprising a camshaft comprising a toothed wheel as described above.
  • the internal combustion engine is of variable distribution and further comprises:
  • crankshaft comprising a toothed wheel comprising a set of teeth regularly distributed around the circumference of the wheel and a reference space devoid of teeth
  • an angular position sensor of the crankshaft suitable for detecting the presence of a tooth of the crankshaft toothed wheel
  • an angular position sensor of the camshaft suitable for detecting the presence of a tooth of the gear wheel of the camshaft
  • a processing unit adapted to receive the position signals from the angular position sensor of the camshaft and the angular position sensor of the crankshaft, and to deduce therefrom a state of the engine cycle
  • the camshaft gearwheel according to the invention comprises a first set of teeth spaced 90 ° apart which makes it compatible with four-cylinder engines.
  • the second set of teeth spaced 120 ° apart also makes it compatible with three-cylinder engines.
  • the presence of portions devoid of teeth and at least 35 ° of angular range ensures that even in the event of phase shift of the camshaft for a variable-distribution engine, the front used for controlling the VVT does not is not in a gap area.
  • the toothed wheel according to the invention is advantageously used in a variable-distribution engine by positioning the portion devoid of teeth relative to the gap of the crankshaft wheel so that, even in the event of shifting of the camshaft, the gap of the crankshaft wheel always coincides with the portion without teeth.
  • the engine position being based on the analysis of the fronts of the crankshaft gear; the gap area generates greater inaccuracy.
  • the arrangement of the groups of one, two, three and four teeth makes it possible to keep a rotation asymmetry on the toothed wheel (rotation asymmetry at 180 ° CAM and 90 ° CAM), which makes it possible to determine the state of the engine cycle by combining the angular position information of this wheel with that of the crankshaft.
  • FIG. 1 already described, represents the displacement of the intake and exhaust valves as a function of the angular position of the camshaft to which they are linked,
  • FIG. 2 represents a camshaft gear wheel according to an embodiment of the invention.
  • FIGS. 3a to 3d respectively represent four exemplary embodiments of a toothed wheel according to the invention
  • Figures 4a to 4d schematically represent the arrangement of the toothed wheels according to Figures 3a to 3d respectively relative to a crankshaft gear.
  • FIG. 5 schematically represents an example of an internal combustion engine according to an embodiment of the invention.
  • a rotation of 1 ° CAM corresponds to a rotation of 2 ° CRK.
  • the toothed wheel 1 has the general shape of a disc having on its circumference a plurality of teeth 10, each tooth having a generally rectangular shape and successively forming, when it moves past a sensor 2, a rising edge 11 and a falling edge 12.
  • the teeth 10 of the toothed wheel 1 are all identical.
  • the sensor 2 comprises a detection cell (for example of the Hall effect cell, magneto-resistive cell type, etc.) which is adapted to precisely detect either the rising edge or the falling edge of a tooth.
  • a detection cell for example of the Hall effect cell, magneto-resistive cell type, etc.
  • the toothed wheel 1 has the following four groups of teeth:
  • a first group 13 comprising a single tooth
  • a second group 14 comprising two teeth
  • a third group 15 comprising three teeth
  • a fourth group 16 comprising four teeth.
  • the groups have no teeth in common.
  • the groups of teeth are arranged on the circumference of the toothed wheel so that there are four teeth which are spaced 90 ° from each other. Because of these intervals between the teeth, these form a reference for each of the cylinders of a four-cylinder engine.
  • the toothed wheel can then be positioned on the camshaft of a four-cylinder engine so that the detection of one of these four teeth corresponds to the top dead center of a respective cylinder.
  • the groups of teeth are also arranged so that there are three teeth which are spaced 120 ° CAM from each other. These teeth therefore form a reference for each of the cylinders of a three-cylinder engine.
  • the toothed wheel 1 is therefore compatible with three or four cylinder engines.
  • the groups of teeth are arranged so that there is an angular portion 17 of at least 35 ° CAM, and preferably at least 37.5 ° CAM (which corresponds to 75 ° CRK) between two groups of consecutive teeth.
  • At least a portion 17 devoid of tooth is positioned at an angular position where it is detected simultaneously with the detection of a gap of a crankshaft wheel by the corresponding sensor (see for example in Figures 4a to 4d).
  • the amplitude of 35 ° of this portion allows, even in the event of an angular offset of the camshaft to modify the angular zones of opening of the intake or exhaust valves, that the zone of the toothed wheel 1 detected by sensor 2 simultaneously with the detection of the crankshaft gap is always devoid of tooth.
  • each gap of the crankshaft toothed wheel must correspond to two portions devoid of tooth 17 diametrically opposite of the toothed wheel 1.
  • two consecutive teeth belonging to the same group of teeth comprising more than two teeth are all spaced by the same angular deviation, this angular deviation preferably being between 10 and 17.5 ° CAM, which corresponds to a range of crankshaft rotation between 20 and 35 ° CRK.
  • the angular deviation is considered between two consecutive identical fronts, that is to say two rising fronts or two falling fronts.
  • the gap between two fronts is large enough to allow good detection and be easily machinable, and it is small enough to guarantee the existence of the four portions 17 devoid of teeth.
  • Figures 4a to 4d are schematic representations of a crankshaft gear (top line - CRK) having two gap areas G without teeth, and a camshaft gear (bottom line - CAM , each figure indicated under an arrow represents a value of angle of rotation of the crankshaft, the value of angle of rotation of the camshaft, and therefore of the wheel, being equal to half of the value indicated), for the same position of the crankshaft.
  • a first toothed wheel 1 is shown in which the order of the groups of teeth is as follows: first group, then second group, then third group, then fourth group.
  • FIG. 4a which schematically represents, on the top line, a crankshaft gear wheel, and on the bottom line, a gear wheel of camshafts
  • two consecutive teeth of each group are spaced with an angular deviation of 15 ° CAM.
  • An example of tooth arrangement, given in ° CAM, is given below, giving the angle of each rising tooth front relative to a 0 ° reference positioned horizontally to the right, as visible in FIGS. 2a to 2d:
  • Second group 60 °, 75 °,
  • FIG. 3b shows a second toothed wheel 1 in which the order of the groups of teeth is as follows: first group, third group, second group, fourth group.
  • two consecutive teeth of each group are spaced with an angular difference of 15 ° CAM.
  • an example of positioning of the teeth is as follows:
  • Second group 0 °, 15 °,
  • Fourth group 75 °, 90 °, 105 °, 120 °.
  • a third toothed wheel 1 is shown in which the order of the groups of teeth is as follows: first group, fourth group, second group, third group.
  • an example of positioning can be as follows, with reference to FIG. 4c:
  • Second group 0 °, 15 °,
  • FIG. 3d a fourth example of a toothed wheel 1 is shown in which the order of the groups of teeth is as follows: first group, fourth group, third group, second group.
  • an example of positioning can be as follows, with reference to FIG. 4d:
  • Second group 105 °, 120 °.
  • the gear of the camshaft is positioned so that the gap zone (s) G of the crankshaft correspond to the portions 17 without teeth of the toothed wheel of the camshaft (an example is underlined in FIG. 4a).
  • FIG. 5 there is shown schematically an example of an internal combustion engine with variable distribution comprising a toothed wheel according to the preceding description.
  • the engine M comprises a crankshaft 9, driving in rotation by a timing belt 90 at least one camshaft 91, whose rotation successively causes the opening and closing of intake and exhaust valves 92.
  • the engine being variable distribution, it may further comprise angular offset means (not shown) of the camshaft to modify the opening times of the valves relative to an identical position of the crankshaft.
  • the maximum offset angle is around 25 ° CAM (50 ° CRK).
  • the engine may include an intake camshaft 91, controlling the opening and closing of the intake valves, and an exhaust camshaft 92, controlling the opening and closing of the exhaust valves.
  • the crankshaft 9 comprises a toothed wheel 93 comprising a set of teeth regularly distributed around its circumference, typically 36 or 60 teeth, with the exception of one or two gap zones, typically with one or two missing teeth.
  • the example taken in Figures 4a to 4b corresponds to 60 teeth with two gap zones of two missing teeth each.
  • a sensor 94 for the angular position of the crankshaft is positioned opposite the toothed wheel 93 and is adapted to detect the passage of each tooth of the wheel.
  • a gear wheel 1 is mounted on the camshaft 91 or on each camshaft.
  • a sensor 2 is positioned in front of the toothed wheel and is adapted to detect the passage of each tooth of the wheel, by detection of the rising edge or the falling edge.
  • the engine also includes a central processing unit 95 adapted to receive the detection signals from the angular position sensors of the crankshaft and the camshaft, and to deduce therefrom a state of the engine cycle at any time.
  • the gear wheel of the camshaft is positioned so that the range of the engine cycle during which the reference space devoid of teeth of the crankshaft gear wheel is opposite the angular position sensor of the crankshaft 94 is included in the range of the engine cycle during which a portion of at least 35 ° CAM devoid of teeth of the camshaft toothed wheel is opposite the angular position sensor 2 of the camshaft .
  • the offset of the intake camshaft and that of the exhaust camshaft are made in opposite directions to approximate the common opening angular ranges of the exhaust valves.
  • the gear wheels 1 corresponding to each camshaft are then advantageously positioned so that, over the entire angular offset range of each camshaft, the detection of the gap by the angular position sensor of the crankshaft corresponds to a detection of the portions 17 devoid of teeth of the two toothed wheels respectively of the intake camshaft and the exhaust camshaft.
  • the corresponding toothed wheel is advantageously positioned so that the range of angular positions of the crankshaft in which the gap zone of the crankshaft wheel is opposite the corresponding sensor is included in the range of angular positions of the crankshaft in which a toothless portion 17 of the camshaft toothed wheel is opposite the corresponding sensor, this range extending over at least 30 ° additional CAM in a counter-clockwise direction.
  • the range of angular positions of the crankshaft corresponding to a portion 17 devoid of teeth facing the sensor extends over at least 30 ° Additional CAM, clockwise, beyond the detection range of the gap area of the crankshaft gear.

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Abstract

La présente invention a pour objet une roue dentée (1) d'arbre à cames, comprenant une pluralité de dents (10) réparties sur sa circonférence, la roue dentée comprenant quatre groupes de dents tels que : - un premier groupe (13) comporte une dent, - un deuxième groupe (14) comporte deux dents, - un troisième groupe (15) comporte trois dents, et - un quatrième groupe (16) comporte quatre dents, les groupes de dents étant agencés de sorte que : les dents consécutives de chaque groupe comprenant au moins deux dents sont toutes espacées d'un même écart angulaire, la roue dentée comprenne, entre deux groupes de dents consécutifs, une portion dépourvue de dents (17) s'étendant sur au moins 35°, il y ait quatre dents espacées de 90° sur la circonférence de la roue dentée, et trois dents espacées de 120° sur la circonférence de la roue dentée.

Description

Roue dentée d'arbre à cames pour moteur à trois ou quatre cylindres
Domaine de l'Invention
L’invention concerne une roue dentée d’arbre à cames formant une cible pour un capteur de position angulaire d’arbres à cames, pour des moteurs à trois ou quatre cylindres. L’invention s’applique en particulier à des moteurs à distribution variable. Etat de la technique
Durant le cycle de fonctionnement d’un moteur à combustion interne, il est nécessaire de connaître avec précision la position du vilebrequin pour pouvoir synchroniser différentes actions telles que l’injection de 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.
Pour ce faire, un vilebrequin comporte classiquement une roue dentée dont les dents sont détectées par un capteur. La roue dentée comprend typiquement un ensemble de dents réparties régulièrement le long de sa circonférence, à l’exception d’une portion de référence dépourvue de dents, également appelée gap. En détectant le passage des dents devant le capteur et en comptant le nombre de dents écoulé depuis le gap, il est possible de connaître la position du vilebrequin sur un tour de 360°.
Or un cycle moteur correspond à deux rotations complètes du vilebrequin, et il est par conséquent insuffisant de déterminer la position du moteur uniquement à partir de la roue du vilebrequin.
Cette information est donc combinée à une information de position angulaire de l’arbre à cames, qui est entraîné en rotation par le vilebrequin et comporte également une roue dentée dont les dents sont détectées par un capteur correspondant.
Alors qu’un cycle moteur correspond à deux rotations de 360° du vilebrequin, il ne correspond qu’à une rotation de 360° de l’arbre à cames. Par conséquent, la roue dentée de l’arbre à cames doit présenter une asymétrie de rotation qui, croisée avec l’information sur la position du vilebrequin, permet de déduire avec précision l’état du cycle moteur.
Ainsi lors de chaque démarrage du moteur, le moteur est synchronisé lorsque le gap du vilebrequin est détecté, combiné à la détection de l’état de la roue de l’arbre à cames.
En référence à la figure 1 , dans le cas d’un moteur à distribution variable (également dénommée Variable Valve timing ou VVT), on peut prévoir de décaler la position angulaire de l’arbre à cames d’admission et/ou de l’arbre à cames d’échappement relativement au vilebrequin pour provoquer dans les cylindres une recirculation des gaz d’échappement, afin de réduire la consommation de carburant ainsi que les émissions. Sur la figure 1 , on a représenté en abscisses la position angulaire du vilebrequin en degrés (un angle de rotation du vilebrequin correspondant au double de la rotation correspondante de l’arbre à cames), et en ordonnée le déplacement des valves d’admission ou d’échappement en millimètres. On a représenté en traits pleins les déplacements des valves d’admission (courbe A) et d’échappement (courbe B) contrôlées respectivement par les arbres à cames d’admission et d’échappement par défaut, et en traits pointillés le décalage de la position angulaire des arbres à cames (courbe A’ pour les valves d’admission et B’ pour les valves d’échappement) pour permettre l’existence d’une plage de recouvrement entre les phases d’ouvertures des valves d’admission et d’échappement.
Pour améliorer les performances du contrôle de la distribution variable, il est connu de positionner sur la roue dentée de l’arbre à cames des dents formant des repères propres à chaque cylindre. Par exemple, une roue dentée d’arbre à cames d’un moteur à quatre cylindres peut comporter quatre fronts espacés chacun de 90°, le franchissement du capteur par chaque front correspondant à la même position du piston dans chaque cylindre respectif.
Or, le nombre de cylindres dans un moteur étant variable en fonction de la configuration du moteur, il en résulte une grande diversité des roues dentées d’arbres à cames, y compris pour un même constructeur automobile, ce qui augmente le coût de production de ces roues.
On connaît du document US2014/360254 une roue dentée d’arbre à cames qui comprend au moins une dent à chacune des positions suivantes de sa circonférence : 0°, 90°, 120°, 180°, 240° et 270°.
Ceci permet d’obtenir une roue unique qui est compatible à la fois avec des moteurs quatre cylindres (puisque les informations correspondant à chaque cylindres sont fournies par les dents 0°, 90°, 180° et 270°) et avec des moteurs trois cylindres (informations fournies par les dents 0°, 120°, et 240°).
Cependant une roue dentée d’arbre à cames comportant uniquement ces dents n’est pas fonctionnelle puisqu’elle ne présente pas d’asymétrie de rotation, et ne permet donc pas, en combinant sa position avec celle du vilebrequin, d’en déduire la position dans le cycle moteur.
Pour remédier à cet inconvénient, et également pour diminuer le temps de synchronisation, ce document prévoit d’ajouter un certain nombre de dents supplémentaires dans d’autres configurations de roues. Or, l’ajout d’un nombre de dents trop important dégrade les performances de la synchronisation en augmentant la quantité de données à traiter en provenance du capteur de position de la roue dentée.
De plus, si la roue dentée de l’arbre à cames présente un nombre de dents trop important, il existe un risque de non-synchronisation lors d’un déphasage d’un arbre à cames, puisque le signal détecté par le capteur de position de l’arbre à cames lors de la détection du gap du vilebrequin peut être différent du signal détecté en l’absence de déphasage.
Exposé de l'invention
Compte-tenu de ce qui précède, un but de l’invention est de proposer une roue dentée d’arbres à cames qui soit compatible avec des moteurs à distribution variable comprenant trois ou quatre cylindres.
Un autre but de l’invention est de proposer des performances de synchronisation améliorée.
Un autre but de l’invention est de réduire la quantité de traitement nécessaire sur les signaux émis par un capteur de position de la roue dentée pour la réalisation de la synchronisation.
A cet égard, l’invention a pour objet une roue dentée d’arbre à cames, formant une cible pour un capteur de rotation d’arbre à cames, comprenant une pluralité de dents réparties sur sa circonférence,
la roue dentée comprenant quatre groupes de dents tels que :
un premier groupe comporte une dent,
un deuxième groupe comporte deux dents,
un troisième groupe comporte trois dents, et
un quatrième groupe comporte quatre dents,
la roue dentée étant caractérisée en ce que les groupes de dents sont agencés de sorte que :
les dents consécutives de chaque groupe comprenant au moins deux dents sont toutes espacées d’un même écart angulaire,
la roue dentée comprenne quatre portions dépourvues de dents s’étendant sur au moins 35°, chaque portion dépourvue de dents étant située entre deux groupes de dents consécutifs, et
il y ait quatre dents espacées de 90° sur la circonférence de la roue dentée, et trois dents espacées de 120° sur la circonférence de la roue dentée. De préférence, l’écart angulaire entre deux dents consécutives d’un groupe comprenant au moins deux dents est compris entre 10 et 17,5°.
Avantageusement, chaque portion dépourvue de dents s’étend sur au moins 37,5°.
Dans un mode de réalisation, dans laquelle les groupes de dents sont ordonnés comme suit :
premier groupe, suivi de
deuxième groupe, suivi de
troisième groupe, suivi de
quatrième groupe.
Dans un autre mode de réalisation, les groupes de dents sont ordonnés comme suit : premier groupe, suivi de
troisième groupe, suivi de
deuxième groupe, suivi de
quatrième groupe.
Dans un autre mode de réalisation, les groupes de dents sont ordonnés comme suit : premier groupe, suivi de
quatrième groupe, suivi de
deuxième groupe, suivi de
troisième groupe.
Dans un autre mode de réalisation, les groupes de dents sont ordonnés comme suit : premier groupe, suivi de
quatrième groupe, suivi de
troisième groupe, suivi de
deuxième groupe.
L’invention a également pour objet un arbre à cames comprenant une roue dentée selon la description qui précède.
L’invention a également pour objet un moteur à combustion interne à trois ou quatre cylindres, comprenant un arbre à cames comprenant une roue dentée selon la description qui précède. Avantageusement, le moteur à combustion interne est à distribution variable et comprend en outre :
un vilebrequin, comprenant une roue dentée comprenant un ensemble de dents régulièrement réparties sur la circonférence de la roue et un espace de référence dépourvu de dents,
un capteur de position angulaire du vilebrequin, adapté pour détecter la présence d’une dent de la roue dentée du vilebrequin,
un capteur de position angulaire de l’arbre à cames, adapté pour détecter la présence d’une dent de la roue dentée de l’arbre à cames, et
une unité de traitement, adaptée pour recevoir les signaux de position du capteur de position angulaire de l’arbre à cames et du capteur de position angulaire du vilebrequin, et pour en déduire un état du cycle moteur,
dans lequel la roue dentée de l’arbre à cames est positionnée de sorte que la plage de positions angulaires du vilebrequin dans laquelle l’espace de référence dépourvu de dents de la roue dentée du vilebrequin est en regard du capteur de position angulaire du vilebrequin est incluse dans la plage de positions angulaires du vilebrequin dans laquelle une portion d’au moins 35° dépourvue de dents de la roue dentée d’arbres à cames est en regard du capteur de position angulaire de l’arbre à cames.
La roue dentée d’arbre à cames selon l’invention comprend un premier ensemble de dents espacées de 90° qui la rend compatible avec des moteurs à quatre cylindres. Le deuxième ensemble de dents espacées de 120° la rend également compatible avec des moteurs à trois cylindres. La présence de portions dépourvues de dents et d’au moins 35° de plage angulaire permet d’assurer que même en cas de déphasage de l’arbre à cames pour un moteur à distribution variable, le front utilisé pour le contrôle de la VVT ne se situe pas dans une zone de gap. En effet, la roue dentée selon l’invention est avantageusement utilisée dans un moteur à distribution variable en positionnant la portion dépourvue de dents relativement au gap de la roue du vilebrequin pour que, même en cas de décalage de l’arbre à cames, le gap de la roue du vilebrequin coïncide toujours avec la portion dépourvue de dents. La position moteur étant basée sur l’analyse des fronts de la roue dentée du vilebrequin ; la zone de gap génère une imprécision plus importante.
De plus, la disposition des groupes d’une, deux, trois et quatre dents permet de conserver à la roue dentée une asymétrie de rotation (asymétrie de rotation à 180°CAM et 90°CAM), qui permet la détermination de l’état du cycle moteur en combinant l’information de position angulaire de cette roue avec celle du vilebrequin. Brève description des dessins
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 , déjà décrite, représente le déplacement des valves d’admission et d’échappement en fonction de la position angulaire de l’arbre à cames auquel elles sont liées,
La figure 2 représente une roue dentée d’arbre à cames selon un mode de réalisation de l’invention.
Les figures 3a à 3d représentent respectivement quatre exemples de réalisation d’une roue dentée selon l’invention,
Les figures 4a à 4d représentent schématiquement la disposition des roues dentées selon respectivement les figures 3a à 3d relativement à une roue dentée de vilebrequin.
La figure 5 représente schématiquement un exemple de moteur à combustion interne selon un mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
Dans toute la suite, on notera des angles mesurés en degrés sur, ou concernant une position angulaire d’une roue dentée d’arbre à cames en « ° CAM », et des angles mesurés en degrés sur, ou concernant une position angulaire de roue dentée de vilebrequin en « °CRK ». Une rotation d’1 °CAM correspond à une rotation de 2° CRK.
En référence à la figure 2, on va maintenant décrire des exemples d’une roue dentée 1 d’arbre à cames, la roue dentée 1 formant une cible pour un capteur 2 de position angulaire de l’arbre à cames.
La roue dentée 1 présente la forme générale d’un disque ayant sur sa circonférence une pluralité de dents 10, chaque dent présentant une forme générale rectangulaire et formant successivement, lorsqu’elle défile devant un capteur 2, un front montant 11 et un front descendant 12. Les dents 10 de la roue dentée 1 sont toutes identiques.
Le capteur 2 comporte une cellule de détection (par exemple du type cellule à effet Hall, cellule magnéto-résistive, etc.) qui est adaptée pour détecter précisément soit le front montant, soit le front descendant d’une dent.
La roue dentée 1 comporte les quatre groupes de dents suivants :
- Un premier groupe 13 comprenant une seule dent,
Un deuxième groupe 14 comprenant deux dents, Un troisième groupe 15 comprenant trois dents, et
Un quatrième groupe 16 comprenant quatre dents.
Les groupes n’ont aucune dent en commun.
Les groupes de dents sont agencés sur la circonférence de la roue dentée de sorte qu’il existe quatre dents qui soient espacées de 90°CAM les unes des autres. Du fait de ces intervalles entre les dents, celles-ci forment une référence pour chacun des cylindres d’un moteur à quatre cylindres. Par exemple, la roue dentée peut ensuite être positionnée sur l’arbre à cames d’un moteur à quatre cylindres de sorte que la détection de l’une de ces quatre dents corresponde au point mort haut d’un cylindre respectif.
Les groupes de dents sont également agencés de sorte qu’il existe trois dents qui soient espacées de 120°CAM les unes des autres. Ces dents forment donc une référence pour chacun des cylindres d’un moteur à trois cylindres. La roue dentée 1 est donc compatible avec des moteurs à trois ou quatre cylindres. De plus, afin d’être compatible avec un moteur à distribution variable, les groupes de dents sont agencés de sorte qu’il existe une portion angulaire 17 d’au moins 35° CAM, et de préférence d’au moins 37,5° CAM (ce qui correspond à 75° CRK) entre deux groupes de dents consécutifs.
Comme décrit plus en détails ci-après, lors de l’installation de la roue dentée sur l’arbre à cames, au moins une portion 17 dépourvue de dent est positionnée à une position angulaire où elle est détectée simultanément à la détection d’un gap d’une roue de vilebrequin par le capteur correspondant (voir par exemple sur figures 4a à 4d). L’amplitude de 35° de cette portion permet, même en cas de décalage angulaire de l’arbre à cames pour modifier les zones angulaires d’ouverture des vannes d’admission ou d’échappement, que la zone de la roue dentée 1 détectée par le capteur 2 simultanément à la détection du gap du vilebrequin soit toujours dépourvue de dent. Ainsi, le risque de perte de repère lié à la détection d’une dent simultanément à la détection du gap du vilebrequin est évité.
La présence des quatre portions 17 dépourvues de dents, espacées de 90° CAM, rend la roue dentée adaptée à une utilisation avec une roue dentée de vilebrequin comprenant deux zones de gap, espacées de 180° CRK, pour de meilleures performances de synchronisation. Une rotation de l’arbre à cames correspondant à deux rotations du vilebrequin, chaque gap de la roue dentée du vilebrequin doit correspondre à deux portions dépourvues de dent 17 diamétralement opposées de la roue dentée 1.
La présence de quatre groupes de dents répartis sensiblement à chaque quart de la roue dentée confère à celle-ci une asymétrie de révolution, en permettant même de déterminer la position de l’arbre à cames en une rotation d’au plus 90° CAM (car tous les quarts de la roue dentée sont différents). De ce fait, le signal de position angulaire de l’arbre à cames, combiné à un signal de position angulaire du vilebrequin, permet une détermination rapide, et avec certitude, de l’état du cycle moteur.
Avantageusement, deux dents consécutives appartenant à un même groupe de dents comprenant plus de deux dents sont toutes espacées d’un même écart angulaire, cet écart angulaire étant de préférence compris entre 10 et 17,5° CAM, ce qui correspond à une plage de rotation du vilebrequin comprise entre 20 et 35° CRK. L’écart angulaire est considéré entre deux fronts identiques consécutifs c’est-à-dire deux fronts montants ou deux fronts descendants. Ainsi, l’écart entre deux fronts est suffisamment grand pour permettre une bonne détection et être facilement usinable, et il est suffisamment petit pour garantir l’existence des quatre portions 17 dépourvues de dents.
On va maintenant décrire des exemples de configurations de dents respectant ces différents critères, en référence aux figures 3a à 3d et 4a à 4d. Les figures 4a à 4d sont des représentations schématiques d’une roue dentée de vilebrequin (ligne du haut - CRK) comportant deux zones de gap G dépourvues de dents, et d’une roue dentée d’arbre à cames (ligne du bas - CAM, chaque chiffre indiqué sous une flèche représente une valeur d’angle de rotation du vilebrequin, la valeur d’angle de rotation de l’arbre à cames, et donc de la roue, étant égale à la moitié de la valeur indiquée), pour une même position du vilebrequin.
Sur la figure 3a, on a représenté une première roue dentée 1 dans laquelle l’ordre des groupes de dents est le suivant : premier groupe, puis deuxième groupe, puis troisième groupe, puis quatrième groupe.
Avantageusement, et comme visible sur la figure 4a, qui représente schématiquement, sur la ligne du haut, une roue dentée de vilebrequin, et sur la ligne du bas, une roue dentée d’arbres à cames, deux dents consécutives de chaque groupe sont espacées avec un écart angulaire de 15° CAM. On donne ci-dessous un exemple de disposition des dents, exprimé en °CAM, en donnant l’angle de chaque front montant de dent par rapport à une référence de 0° positionnée à l’horizontale à droite, comme visible sur les figures 2a à 2d :
- Premier groupe : -15° (ou 345°)
Deuxième groupe : 60°, 75°,
- Troisième groupe : 150°, 165°, 180° ;
Quatrième groupe : 255°, 270°, 285°, 300°. Sur la figure 3b, on a représenté une deuxième roue dentée 1 dans laquelle l’ordre des groupes de dents est le suivant : premier groupe, troisième groupe, deuxième groupe, quatrième groupe.
Avantageusement, et comme visible sur la figure 4b, deux dents consécutives de chaque groupe sont espacées avec un écart angulaire de 15° CAM. Avec les mêmes notations que précédemment, un exemple de positionnement des dents est le suivant :
Premier groupe : 180°,
- Troisième groupe : 240°, 255°, 270°,
Deuxième groupe : 0°, 15°,
Quatrième groupe : 75°, 90°, 105°, 120°.
Sur la figure 3c, on a représenté une troisième roue dentée 1 dans laquelle l’ordre des groupes de dents est le suivant : premier groupe, quatrième groupe, deuxième groupe, troisième groupe.
Avec un espacement des dents consécutives de chaque groupe de 15° CAM, un exemple de positionnement peut être le suivant, en référence à la figure 4c :
Premier groupe : 195°,
Quatrième groupe : 240°, 255°, 270°, 285°,
Deuxième groupe : 0°, 15°,
Troisième groupe : 90°, 105°, 120°.
On constate qu’en réalité cette configuration est identique à la configuration précédente, moyennant la position et le sens de rotation de la roue.
Sur la figure 3d, on a représenté un quatrième exemple de roue dentée 1 dans laquelle l’ordre des groupes de dents est le suivant : premier groupe, quatrième groupe, troisième groupe, deuxième groupe.
Avec un espacement des dents consécutives de chaque groupe de 15° CAM, un exemple de positionnement peut être le suivant, en référence à la figure 4d :
Premier groupe : -195°,
Quatrième groupe : 240°, 255°, 270°, 285°,
- Troisième groupe : 0°, 15°, 30°,
Deuxième groupe : 105°, 120°.
On constate que cette configuration est identique à la première configuration décrite, moyennant la position et le sens de rotation de la roue.
On remarque que pour toutes les configurations décrites ci-avant, la roue dentée de l’arbre à cames est positionnée de sorte que la ou les zones de gap G du vilebrequin correspondent aux portions 17 dépourvues de dents de la roue dentée de l’arbre à cames (un exemple est souligné sur la figure 4a).
En référence à la figure 5, 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, entraînant en rotation par une courroie de distribution 90 au moins un arbre à cames 91 , dont la rotation entraîne successivement l’ouverture et la fermeture de soupapes d’admission et d’échappement 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 de l’ordre de 25° CAM (soit 50°CRK).
Dans un cas non représenté, 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 92 d’échappement, commandant l’ouverture et la fermeture des soupapes d’échappement.
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 4a à 4b correspond à 60 dents avec deux zones de gaps de deux dents manquantes chacune.
Un capteur 94 de position angulaire du vilebrequin est positionné en regard de la roue dentée 93 et est adapté pour détecter le passage de chaque dent de la roue.
Sur l’arbre à cames 91 ou sur chaque arbre à cames est montée une roue dentée 1 . Un capteur 2 est positionné devant la roue dentée et est adapté pour détecter le passage de chaque dent de la roue, par détection du front montant ou du front descendant.
Le moteur 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.
Comme indiqué ci-avant, la roue dentée de l’arbre à cames est positionnée de sorte que la plage du cycle moteur lors de laquelle l’espace de référence dépourvu de dents de la roue dentée du vilebrequin est en regard du capteur de position angulaire du vilebrequin 94 est incluse dans la plage du cycle moteur lors de laquelle une portion d’au moins 35° CAM dépourvue de dents de la roue dentée d’arbres à cames est en regard du capteur de position angulaire 2 de l’arbre à cames. Plus avantageusement, dans le cas où le moteur comprend deux arbres à cames, comme visible sur la figure 1 le décalage de l’arbre à cames d’admission et celui de l’arbre à cames d’échappement sont faits dans des sens opposés pour rapprocher les plages angulaires d’ouverture communes des soupapes d’échappement.
On positionne alors avantageusement les roues dentées 1 correspondant à chaque arbre à cames de manière que, sur toute la plage de décalage angulaire de chaque arbre à cames, la détection du gap par le capteur de position angulaire du vilebrequin corresponde à une détection des portions 17 dépourvues de dents des deux roues dentées respectivement de l’arbre à cames d’admission et de l’arbre à cames d’échappement.
Ainsi, pour l’un des deux arbres à cames dont le décalage est réalisé dans le sens des aiguilles d’une montre (typiquement l’arbre à cames d’échappement), on positionne avantageusement la roue dentée correspondante de sorte que la plage de positions angulaires du vilebrequin dans laquelle la zone de gap de la roue du vilebrequin est en regard du capteur correspondant soit incluse dans la plage de positions angulaires du vilebrequin dans laquelle une portion 17 dépourvue de dents de la roue dentée de l’arbre à cames est en regard du capteur correspondant, cette plage s’étendant sur au moins 30° CAM supplémentaires dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.
Inversement, pour l’arbre à cames dont le décalage est réalisé dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, la plage de positions angulaires du vilebrequin correspondant à une portion 17 dépourvue de dents en regard du capteur s’étend sur au moins 30° CAM supplémentaires, dans le sens des aiguilles d’une montre, au-delà de la plage de détection de la zone de gap de la roue dentée du vilebrequin.

Claims

REVENDICATIONS
1. Roue dentée (1 ) d’arbre à cames, formant une cible pour un capteur de rotation (2) d’arbre à cames, comprenant une pluralité de dents (10) réparties sur sa circonférence, la roue dentée comprenant quatre groupes de dents tels que :
- un premier groupe (13) comporte une dent,
un deuxième groupe (14) comporte deux dents,
un troisième groupe (15) comporte trois dents, et
un quatrième groupe (16) comporte quatre dents,
la roue dentée étant caractérisée en ce que les groupes de dents sont agencés de sorte que :
les dents consécutives de chaque groupe (14, 15, 16) comprenant au moins deux dents sont toutes espacées d’un même écart angulaire,
la roue dentée (1 ) comprenne, quatre portions dépourvues de dents (17) s’étendant sur au moins 35°, chaque portion dépourvue de dents (17) étant située entre deux groupes de dents consécutifs, et
il y ait quatre dents espacées de 90° sur la circonférence de la roue dentée, et trois dents espacées de 120° sur la circonférence de la roue dentée.
2. Roue dentée (1 ) selon la revendication 1 , dans laquelle l’écart angulaire entre deux dents consécutives d’un groupe comprenant au moins deux dents est compris entre 10 et 17,5°.
3. Roue dentée (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle chaque portion dépourvue de dents (17) s’étend sur au moins 37,5°.
4. Roue dentée (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle les groupes de dents sont ordonnés comme suit :
premier groupe (13), suivi de
deuxième groupe (14), suivi de
troisième groupe (15), suivi de
quatrième groupe (16).
5. Roue dentée (1 ) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle les groupes de dents sont ordonnés comme suit :
premier groupe (13), suivi de
troisième groupe (15), suivi de deuxième groupe (14), suivi de
quatrième groupe (16).
6. Roue dentée (1 ) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle les groupes de dents sont ordonnés comme suit :
premier groupe (13), suivi de
quatrième groupe (16), suivi de
deuxième groupe (14), suivi de
troisième groupe (15).
7. Roue dentée (1 ) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle les groupes de dents sont ordonnés comme suit :
premier groupe (13), suivi de
quatrième groupe (16), suivi de
troisième groupe (15), suivi de
deuxième groupe (14).
8. Arbre à cames (91 ), comprenant une roue dentée (1 ) selon l’une des revendications qui précèdent.
9. Moteur (M) à combustion interne à trois ou quatre cylindres, comprenant un arbre à cames selon la revendication 8.
10. Moteur à combustion interne (M) selon la revendication précédente, le moteur étant à distribution variable et comprenant en outre :
un vilebrequin (9), comprenant une roue dentée (93) comprenant un ensemble de dents régulièrement réparties sur la circonférence de la roue et un espace de référence (G) dépourvu de dents,
un capteur de position angulaire (94) du vilebrequin, adapté pour détecter la présence d’une dent de la roue dentée (93) du vilebrequin,
un capteur de position angulaire (2) de l’arbre à cames, adapté pour détecter la présence d’une dent (10) de la roue dentée (1 ) de l’arbre à cames (91 ), et une unité de traitement (95), adaptée pour recevoir les signaux de position du capteur de position angulaire (2) de l’arbre à cames et du capteur de position angulaire (94) du vilebrequin, et pour en déduire un état du cycle moteur,
dans lequel la roue dentée (1 ) de l’arbre à cames (91 ) est positionnée de sorte que la plage de positions angulaires du vilebrequin dans laquelle l’espace de référence dépourvu de dents (G) de la roue dentée du vilebrequin est en regard du capteur de position angulaire du vilebrequin (94) est incluse dans la plage de positions angulaires du vilebrequin dans laquelle une portion (16) d’au moins 35° dépourvue de dents de la roue dentée (1 ) d’arbres à cames est en regard du capteur de position angulaire (94) de l’arbre à cames.
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