WO2021165181A1 - Roue dentee pour arbre a cames et procede de synchronisation mettant en œuvre une telle roue - Google Patents

Roue dentee pour arbre a cames et procede de synchronisation mettant en œuvre une telle roue Download PDF

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WO2021165181A1
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WO
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camshaft
tooth
cam
arctan
teeth
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PCT/EP2021/053593
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Fabien JOSEPH
Stéphane Eloy
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Vitesco Technologies GmbH
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    • F02D2041/0092—Synchronisation of the cylinders at engine start

Definitions

  • the present application relates to a toothed wheel for a camshaft and a synchronization method implementing such a wheel.
  • Engine synchronization or phasing is generally achieved by combining information from a crankshaft position sensor and a camshaft position sensor which detects targets such as teeth on toothed wheels.
  • a crankshaft conventionally comprises a toothed wheel, or crankshaft target, which typically comprises a set of teeth distributed regularly along its circumference (for example from 36 to 120 teeth), and whose teeth are detected by a sensor called a CRK sensor.
  • the toothed wheel integral with the crankshaft comprises a reference portion devoid of teeth in the form of a hollow or a long tooth, also called GAP term used hereinafter.
  • crankshaft target provided with teeth thus has an asymmetry, also called signature, produced by the mark which makes it possible to know the engine position within 360 ° CRK.
  • an engine cycle for an engine called a 4-stroke engine takes place over two complete rotations of the crankshaft and knowledge of the angular position of the crankshaft is consequently insufficient to determine the position of the engine with respect to an engine cycle.
  • the additional information of the camshaft makes it possible to determine a correct phasing, that is to say, makes it possible to know with certainty where each cylinder is placed in the combustion cycle. and which also comprises a toothed wheel whose teeth are detected by a corresponding sensor.
  • the angle of rotation of the camshaft being expressed in ° CAM, we then notice that a revolution of 360 ° CAM is equivalent to 720 ° CRK.
  • the succession of signals received by the camshaft sensor called CAM is generally not regular but follows a known profile which allows more precise knowledge of the position of the cylinders in the engine.
  • a known synchronization method consists, at each GAP, of comparing the information received by the camshaft sensor with theoretical information stored in the computer. If this information is similar, the GAP is recognized and the engine position also.
  • the engine is synchronized when the GAP of the crankshaft combined with the detection of the condition of the camshaft wheel is detected.
  • variable-timing engines In order to reduce fuel consumption as well as the pollutant emissions of an engine, the technology of variable-timing engines (known under the abbreviation WT for the name “Variable Valve Timing” in English, that is to say variable program timing) according to which the angular position of the intake camshaft and / or of the shaft is varied Exhaust cams to induce recirculation of the exhaust gases in the cylinders is increasingly used.
  • WT variable Valve Timing
  • CAM target a toothed wheel type target mounted at the end of the camshaft which comprises an arrangement of teeth making it possible to know (with the information coming from the crankshaft position) the position of each of the pistons in the corresponding cylinders.
  • Two technologies are mainly used to produce CAM sensors intended to be associated with CAM targets, namely:
  • TPO sensors that is to say, the signal of which can be interpreted as soon as the initialization phase of the sensor is completed
  • TPO sensors which are sensors suitable for detecting levels top or bottom corresponding respectively to hollows and teeth on the toothed wheel.
  • These sensors have average accuracy in detecting a passage between a pit and a tooth or a passage between a tooth and a pit, but allow faster motor synchronization because they can be used with targets equipped.
  • teeth of different lengths called length the distance between a rising edge and a falling edge of a tooth
  • make it possible to recognize these teeth which allows an average synchronization distance of 230 ° CRK.
  • [0014] 2. differential sensors. These sensors are not always able to read the first level of teeth or pits of a CAM target. In order to reduce this inconvenience at start-up, the teeth facing the target are designed to be as small as possible and all equivalent. These sensors have greater temporal precision (detection on edge) but have a lower average synchronization speed than TPO sensors with current target designs averaging 280 ° CRK due to the fact that only the number and position of the teeth can be recognized, and not the information relating to the size of the teeth.
  • Prior art Document US-2014/0360254 relates to a toothed wheel for a camshaft having a plurality of teeth irregularly spaced from each other but with a front at 0 °, 90 °, 120 °, 180 °, 240 ° and 270 ° CAM.
  • Document US-6,474,278 relates to a control device for an internal combustion engine which also comprises a toothed wheel associated with a camshaft.
  • the toothed wheel illustrated in Figure 3 has nine teeth.
  • a variable timing system for an internal combustion engine comprises at least one actuator for modifying the position of at least one camshaft.
  • a "classic" system uses a hydraulic actuator and checking the camshaft position every 180 ° CRK is sufficient.
  • a VVT system using an electric actuator requires having a greater number of teeth on the target of the corresponding camshaft (generally at the intake).
  • a sensor in particular a TPO sensor, requires, on the one hand, a sufficient level difference between a hollow and a tooth in order to distinguish the passage from a tooth to a hollow and vice versa, and, on the other hand , a minimum peripheral tooth and pit length to detect a tooth or pit.
  • a TPO type sensor is able to recognize the high levels corresponding to a tooth and the low levels corresponding to a trough, but is generally more precise in recognizing a falling edge than a rising edge. It is therefore generally planned to interpret only the falling edges with such a sensor.
  • the object of the present invention is therefore to provide, for a variable-timing motor using an electric actuator and a TPO-type sensor, a target of reduced size and making it possible to achieve good synchronization.
  • the present disclosure improves the situation.
  • camshaft toothed wheel forming a target for a camshaft position sensor, comprising a circular body provided with two opposite main faces and being provided on its circumference with a series of teeth.
  • This camshaft toothed wheel is such that said series of teeth comprises eight teeth, each tooth having for a first given direction of rotation of the wheel a rising edge and a falling edge and two neighboring teeth being separated by a hollow part,
  • the angular length of the recessed parts is greater than or equal to Arctan (Lbas / R) ° CAM, where R is the radius expressed in mm of the wheel with the teeth and Lbas is the minimum distance between the edges of two consecutive teeth delimiting an interval allowing detection of the low level between these edges by the sensor, except for a recessed part, and
  • angular length of a tooth is greater than or equal to Arctan (Lhaut / R) ° CAM except for a tooth, Lhaut being the minimum distance between the edges of a tooth allowing detection of the high level between the two edges by the sensor.
  • a target is thus produced which comprises, on the one hand, a tooth which is not visible by a PTO type sensor at the start (first turn) of an initialization of this sensor and, on the other hand, a hollow part which is not seen by this sensor.
  • the sensor not seeing the tooth identifies a long recessed part and likewise it identifies a long tooth instead of the two teeth separated by a recessed part.
  • An asymmetry is thus created in the target which can be used for the synchronization of the motor.
  • the angular values of the teeth and of the recessed parts are chosen to be seen or not to be seen by a TPO type sensor during the first rotation of the target in front of the sensor.
  • the sensor is located opposite the target, as close as possible to it, taking care to maintain a space (airgap) between the teeth and the sensor.
  • the sensor “sees” whether the periphery of the target, at a distance R from the center of the target, is full (presence of a tooth) or empty (presence of a hollow). The length of a tooth is then measured as well as of a hollow at the level of the outer diameter (2 * R) of the target.
  • the front of a first type associated with the recessed portion of angular length less than Arctan (Lbas / R) ° CAM and the front of a first type associated with the tooth of angular length less than Arctan (Lhaut / R) ° CAM are for example diametrically opposed.
  • a preferred embodiment provides that six teeth have the same angular length, preferably between Arctan (Lhaut / R) and Arctan (Lhaut * 1, 3 / R) ° CAM.
  • Two features are thus produced on the target offset by substantially 180 ° CAM, that is to say 360 ° CRK, and these features can be made to coincide with a gap of a crankshaft target.
  • the present disclosure also relates to an engine control system comprising a computer, a crankshaft toothed wheel and a crankshaft sensor, a camshaft toothed wheel according to any one of the preceding claims and a camshaft sensor TPO type.
  • a TPO type sensor is a sensor which supplies a “true” signal, that is to say an interpretable signal, as soon as it is switched on (hence the English name “true power on”).
  • crankshaft toothed wheel and the camshaft toothed wheel are angularly wedged so that the crankshaft sprocket has a mark (GAP) wedged either in the space between the recessed portion of angular length less than Arctan (Lbas / R) ° CAM and the front of the next first type, i.e. in the space between the tooth of angular length less than Arctan (Lhaut / R) ° CAM and the front of the next first type, and for which the computer comprises an engine synchronization algorithm adapted to recognize the sequences formed by the teeth and recessed parts of the camshaft toothed wheel and to deduce therefrom the engine position in real time.
  • GAP mark
  • the crankshaft toothed wheel may for example have a mark (GAP) wedged both in the space between the recessed portion of angular length less than Arctan (Lbas / R) ° CAM and the next first type front, and in the space between the tooth of angular length less than Arctan (Lhaut / R) ° CAM and the next first type front.
  • GAP mark
  • an engine control system described above then advantageously comprises two camshaft toothed wheels as described above, said toothed wheels being similar.
  • the present disclosure also proposes a method of synchronization between a signal supplied by the crankshaft sensor of a system as described above and a signal supplied by a camshaft sensor of the TPO type of a system as described. above, the camshaft sensor signal being compared to a stored signal pattern corresponding to a target shape.
  • the camshaft sensor when the engine is started, during the first revolution of the camshaft toothed wheel, the camshaft sensor operates with a first sensitivity which does not allow it not to detect the presence of the hollow part of angular length less than Arctan (Lbas / R) ° CAM nor the tooth of angular length less than Arctan (Lhaut / R) ° CAM and the signal obtained is compared to a first model of memorized signal corresponding to a target with six teeth including one tooth longer than the others and with six hollow parts including a hollow part longer than the others, and during the following revolutions, the camshaft sensor operates with a second sensitivity greater and more precise than the first sensitivity allowing it to detect the presence of the hollow part of angular length less than Arctan (Lbas / R) ° CAM as well as the tooth of angular length less than Arctan (Lhaut / R) ° CAM, the signal then being compared to a second stored signal model corresponding
  • the present disclosure also relates to an engine with a variable program timing, characterized in that it comprises an engine control system described above.
  • a TPO type sensor can recognize the presence of a tooth if the length of the latter on the periphery of the target is at least Lhaut which has for currently known sensors a value of d 'about 3 mm.
  • the detection of a recessed part by a TPO sensor requires a length of this part called Lbas which is greater than Lhaut.
  • the value of Lbas is of the order of 9 mm for current TPO sensors.
  • a camshaft toothed wheel is then proposed, forming a target for a camshaft position sensor, comprising a circular body provided with two opposite main faces and being provided on its circumference with a series of teeth.
  • said series of teeth comprises eight teeth, each tooth having for a first given direction of rotation of the wheel a rising edge and a falling edge and two neighboring teeth being separated by a recessed part; the fronts of a first type, rising or falling, are evenly distributed around the periphery of the toothed wheel; the angular length of the recessed parts is greater than or equal to Arctan (8 / R) ° CAM, where R is the radius expressed in mm of the wheel with the teeth, except for a recessed part, and the angular length of a tooth is greater than or equal to Arctan (2.5 / R) ° CAM except for one tooth.
  • the front of a first type associated with the recessed portion of angular length less than Arctan (8 / R) ° CAM and the front of a first type associated with the tooth of angular length less than Arctan (2.5 / R) ° CAM are for example diametrically opposed.
  • the fronts of a first type are the falling edges.
  • the present disclosure also relates to another engine control system comprising a computer, a crankshaft toothed wheel and a crankshaft sensor, a camshaft toothed wheel as described above and a camshaft sensor.
  • TPO type provision is made for the crankshaft toothed wheel and the camshaft toothed wheel to be angularly wedged so that the crankshaft toothed wheel has a mark (GAP) wedged either in the space between the recessed portion of angular length.
  • the computer includes a synchronization algorithm engine adapted to recognize the sequences formed by the teeth and hollow parts of the camshaft toothed wheel and to deduce the engine position therefrom in real time.
  • the crankshaft toothed wheel may for example have a mark (GAP) wedged both in the space between the recessed portion of angular length less than Arctan (8 / R) ° CAM and the next first type front, and in the space between the tooth of angular length less than Arctan (2.5 / R) ° CAM and the next first type front.
  • GAP mark
  • an engine control system described above then advantageously comprises two camshaft toothed wheels as described above, said toothed wheels being similar.
  • the present disclosure also proposes a method of synchronization between a signal supplied by the crankshaft sensor of an engine control system as described above and a signal supplied by a camshaft sensor of the TPO type of a system. engine control as described above, the camshaft sensor signal being compared to a stored signal pattern corresponding to a target shape.
  • the camshaft sensor when starting the engine, during the first revolution of the camshaft toothed wheel, the camshaft sensor operates with a first sensitivity that does not allow it to detect the presence of the recessed part.
  • the camshaft sensor operates with a second sensitivity more precise than the first sensitivity allowing it to detect the presence of the hollow part of angular length less than Arctan (8 / R) ° CAM as well as the tooth of angular length less than Arctan (2,5 / R) ° CAM, the signal then being compared to a second stored signal model corresponding to a target eight prongs with downward edges evenly distributed around the periphery of the target.
  • the present disclosure also relates to an engine with a variable program timing, and an engine control system described above.
  • a computer program comprising instructions for the implementation of all or part of a synchronization method as defined above when this program is executed by a processor.
  • a non-transient, computer-readable recording medium on which such a program is recorded.
  • FIG. 1 schematically shows a camshaft gear according to the invention and an embodiment thereof.
  • FIG. 2 schematically shows an example of the relative position of the fronts of the toothed wheel of Figure 1 with the fronts of a crankshaft wheel.
  • FIG. 3 is a view corresponding to Figure 2 showing the fronts seen by a sensor associated with the toothed wheel of Figure 1 in the initialization phase.
  • FIG. 4 shows an engine incorporating an engine control system using a toothed wheel such as that for example illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 1 The following description relates more particularly to a camshaft toothed wheel 1 and such a wheel is shown schematically in FIG. 1.
  • the toothed wheel 1 of Figure 1 has eight teeth. Despite its relatively large number of teeth, it is intended to cooperate with a TPO type sensor and can moreover be of a relatively small diameter, small enough to be able also to be used on engines intended to equip motorcycles.
  • This toothed wheel 1 is thus intended to form a target for a camshaft position sensor of the TPO type (from English True Power On).
  • This wheel is formed from a circular disc having two opposite main faces that are substantially parallel.
  • the disc has for example an outer radius R, for example (purely by way of illustration and not limiting) of 20 or 25 mm.
  • R outer radius
  • Its peripheral surface is then machined to form teeth, a recessed part each time separating two neighboring teeth.
  • Each tooth has flanks, called fronts, which each correspond to a machinable face of the corresponding tooth and which extends substantially radially relative to the circular disc.
  • Each tooth also has a top face which corresponds to the initial shape of the disc, that is to say here a circular cylindrical surface area of radius R.
  • the recessed parts also appear as a circular cylindrical surface area (with possibly a rounded connection towards the sides of the teeth).
  • the radius of curvature of these recessed parts corresponds to the radius R of the base disc minus a height h, also called tooth height. It is assumed here that all the teeth of the toothed wheel have the same height.
  • the drawing of the toothed wheel 1 shown in Figure 1 corresponds to a camshaft target able to cooperate with a TPO type sensor to detect low levels (corresponding to a recessed part) and levels Tops (corresponding to a tooth). It makes it possible to ensure synchronization with a "conventional" signal supplied by a sensor associated with a crankshaft toothed wheel (for example toothed wheel with 60 teeth minus two forming a GAP) and to give a signal every 90 ° CRK to control precisely a variable program timing (WT).
  • WT variable program timing
  • this type of sensor requires having, on the one hand, a sufficiently large space between the teeth to be able to detect a first edge after initialization of the sensor. Indeed, depending on the air gap distance between the target (here the toothed wheel 1) and the sensor, an air gap distance also called “air gap", the magnetic field detected by the sensor can vary too weakly to be able to detect the first. hollow part.
  • a tooth must have a minimum length Lhaut (which is generally of the order of 3 mm measured on the periphery of the target) to be correctly detected from the first turn during an initialization of the sensor while that a recessed part must for its part have a minimum length Lbas which is generally of the order of 9 mm. This last length is measured for example at the level of the periphery of the target.
  • the original proposal made here is to provide, on the one hand, a hollow part having an angular length less than Arctan (8 / R) and a tooth with an angular length less than Arctan (2.5 / R) to ensure that this indentation and tooth will not be detected after initialization of the sensor.
  • the values 8 and 2.5 are chosen slightly lower than 9 and 3, that is to say respectively Lbas and Lhaut, as a margin to make the system more robust.
  • the signal from the sensor at this zone corresponds substantially to that of a tooth of great length.
  • the signal from the sensor at this zone corresponds to that of a large recess.
  • a short tooth 10 with an angular length of 4.5 ° CAM ie 9 ° CRK
  • Such a hollow part 16 forms with a “normal” tooth 6 a zone of an angular length of 45 ° CAM, that is to say one eighth of a turn; - a short recessed portion 18 with an angular length of 7 ° CAM.
  • This short hollow portion 18 forms with the long tooth 8 a zone of an angular length of 45 ° CAM, that is to say one eighth of a turn; and
  • This long recessed portion 20 forms with the short tooth 10 a zone of an angular length of 45 ° CAM, that is to say an eighth of a turn.
  • the teeth are arranged as follows: if we consider that the TPO sensor identifies with greater precision the falling edges, that is to say that it better identifies the passage from one tooth to another. a hollow part, all the falling edges of the teeth are evenly distributed around the periphery of the target and are therefore offset with respect to each other by 45 ° CAM (ie 90 ° CRK).
  • the position of the edges is for example the following (in ° CRK):
  • R 25mm
  • D 9 ° CRK.
  • E which corresponds to the angular length of the short recessed portion 18 is chosen less than arctan (Lbas / R).
  • Lbas 9 mm
  • R 25mm
  • E 17 ° CRK.
  • the periphery of the target (toothed wheel 1) is developed flat and presented in the form of a signal (filtered) which could come from a sensor placed opposite the target.
  • This target periphery, or signal is put in parallel with a similar diagram corresponding to a crankshaft target.
  • a crankshaft makes two revolutions while a camshaft makes only one.
  • FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 2: the top line corresponding to the crankshaft is similar to that of FIG. 2.
  • the bottom line illustrates what a TPO sensor associated with the target of FIG. 1 during the initialization of this sensor, on the first revolution of the corresponding camshaft after starting the engine.
  • Figure 2 shows what the TPO sensor sees the following revolutions of the camshaft.
  • the short tooth 10 and the short recess 18 have been designed so that they are not detected by the camshaft sensor.
  • the sensor “sees” a single “very” long tooth in place of a “normal” tooth 6 and of the long tooth 8 and a single “very” long hollow part instead of a hollow part 16 “Normal” and the long recessed portion 20.
  • the synchronization is such that each GAP at the level of the crankshaft coincides with this “very” long tooth and this “very” long recessed portion. This asymmetric signal thus makes it possible to achieve synchronization.
  • FIG. 4 there is schematically shown an example of a variable-timing internal combustion engine comprising a toothed wheel according to the above description.
  • the engine M comprises a crankshaft 9, driving in rotation by a timing belt 90 at least one camshaft 91, the rotation of which successively causes the opening and closing of the intake and exhaust valves by means of cams 92.
  • the engine being with variable distribution, it can also include angular shifting means (not shown) of the camshaft to modify the opening times of the valves with respect to an identical position of the crankshaft.
  • the maximum offset angle is generally around 25 ° CAM (or 50 ° CRK).
  • the engine may include an intake camshaft 91, controlling the opening and closing of the intake valves, and an exhaust camshaft 91, controlling the opening and closing of the valves. exhaust.
  • these two camshafts 91 are merged, one hiding the other which has the same shape.
  • 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 2 and 3 corresponds to 60 teeth with two GAP areas of two missing teeth each.
  • a sensor 94 of the angular position of the crankshaft 9 is positioned opposite a toothed wheel 93 associated with the crankshaft 9 and is suitable for detecting the passage of each tooth of the toothed wheel 93.
  • a toothed wheel 1 On the camshaft 91 or on each camshaft is mounted a toothed wheel 1.
  • a sensor 2 is positioned in front of each toothed wheel 1 and is suitable for detecting the passage of each tooth of the corresponding toothed wheel 1, by detecting the rising edge or the falling edge, in the case described above, the falling edge.
  • the toothed wheels of the camshafts can either be similar or different. It is possible to use one type of toothed wheel on one camshaft and another type on the other camshaft. Likewise, the sensors 2 can be similar or different.
  • At least one camshaft 91 is equipped with a toothed wheel 1 as described above (or with similar characteristics).
  • this toothed wheel 1 is mounted on the camshaft 91 cooperating with the intake valves of the engine M and furthermore, still preferably, the associated sensor 2 is of the TPO type.
  • the two camshaft targets are similar and the two associated sensors are also similar.
  • the engine M also comprises a central processing unit 95 adapted to receive the detection signals from the angular position sensors of the crankshaft and of the camshaft, and to deduce therefrom a state of the engine cycle at each instant.
  • the central processing unit 95 manages in particular the synchronization of the engine. To achieve this synchronization, the variable program timing system is deactivated and the camshafts 91 remain in a position predetermined, or neutral position.
  • each camshaft 91 makes a first revolution.
  • the sensor 2 associated with the camshaft 91 (or each camshaft) provided with a toothed wheel 1 similar to that illustrated in FIG. 1 operates with a first sensitivity which does not allow it to distinguish, on the one hand , the short tooth 10 and, on the other hand, the short recessed part 18.
  • the sensor 2 considered sees the passage of five similar teeth and a longer tooth, as well as he sees five similar hollow parts and a longer hollow part.
  • the central processing unit 95 compares it with a first signal model corresponding to the signal supposed to be supplied by a target with five similar teeth and a longer tooth.
  • the signal supplied by the sensor 2 is recognized by the central processing unit 95 and the synchronization with the signal received by the angular position sensor 94 of the crankshaft 9.
  • the longer tooth is detected simultaneously when passing a first GAP. of the toothed wheel 93 associated with the crankshaft 9 while the longer recessed part is detected simultaneously with the passage of a second GAP of the toothed wheel 93. In this way, it is possible to distinguish the passage of the first GAP from the passage of the second GAP and thus to know precisely the position of the engine on 720 ° CRK.
  • the sensitivity of the sensor 2 associated with the camshaft 91 provided with a toothed wheel 1 similar to that illustrated in FIG. 1 is increased so that the sensor 2 associated identifies the passage, on the one hand, of the short tooth 10 and, on the other hand, of the short recessed part 18.
  • the eight falling edges of the toothed wheel 1 are identified on each rotation of the corresponding camshaft 91 and the variable program timing (WT) receives a signal every 90 ° CRK for its control.
  • WT variable program timing
  • the signal from sensor 2 is compared in central processing unit 95 to a second signal pattern with a falling edge every 90 ° CRK.
  • two signal models (or targets) are stored in the central processing unit 95.
  • TPO sensor was considered to provide rapid synchronization as it allows level detection but does not allow rapid control of a variable program timing.
  • a first registered model is used for the first round of the target and a second registered model is used subsequently.
  • the proposed solution also exhibits good synchronization performance since different tooth levels are placed opposite the GAPs marked on the crankshaft.
  • a synchronization can be carried out on average over 230 ° CRK also thanks to the use of two separate models for synchronization.
  • the use of a target which would comprise eight teeth distributed around the periphery of the target and a ninth tooth to create an asymmetry in the profile of the target would lead a priori to an average value of the order of 360 ° CRK to achieve a engine synchronization.
  • the proposed solution can be proposed both on a camshaft controlling intake valves as well as exhaust valves. It is possible in the same engine to have two similar targets on the camshafts and two sensors associated with said similar targets as well. Thus the number of separate parts in the engine is limited, which is favorable because it allows to reduce costs without compromising in terms of quality.

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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.

Description

Description
Titre : Roue dentée pour arbre à cames et procédé de synchronisation mettant en œuvre une telle roue
[0001] La présente demande concerne une roue dentée pour arbre à cames et un procédé de synchronisation mettant en œuvre une telle roue.
Domaine technique
[0002] 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..
[0003] 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.
[0004] 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. [0005] La cible vilebrequin munie de dents, présente ainsi une asymétrie, appelée aussi signature, produite par le repère qui permet de connaître 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.
[0006] 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 entraîné 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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 WT 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.
[0011] 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.
[0012] Deux technologies sont principalement utilisées pour réaliser des capteurs CAM destinés à être associés à des cibles CAM, à savoir :
[0013] 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 reconnaître ces dents, ce qui permet une distance de synchronisation moyenne de 230°CRK.
[0014] 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.
Technique antérieure [0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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 WT à actionneur électrique, il convient de prévoir d’avoir un signal tous les 90°CRK.
[0019] 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).
[0020] 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 reconnaître les niveaux hauts correspondant à une dent et les niveaux bas correspondant à un creux mais est généralement plus précis pour reconnaître un front descendant qu’un front montant. Il est donc généralement prévu de n’interpréter que les fronts descendants avec un tel capteur.
[0021] Il est connu d’avoir une cible avec neuf dents comme dans l’art antérieur présenté plus haut.
[0022] 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.
[0023] 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
[0024] La présente divulgation vient améliorer la situation.
[0025] 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.
[0026] 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,
[0027] telle que les fronts d’un premier type, montant ou descendant, sont équirépartis à la périphérie de la roue dentée,
[0028] 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
[0029] 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.
[0030] 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.
[0031] 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.
[0032] 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.
[0033] 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.
[0034] 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. [0035] 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 »).
[0036] 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.
[0037] 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.
[0038] 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.
[0039] 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.
[0040] 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.
[0041] 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.
[0042] Selon une forme de réalisation particulière, un capteur de type TPO peut reconnaître 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. [0043] 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.
[0044] 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.
[0045] 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.
[0046] 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.
[0047] 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.
[0048] 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.
[0049] 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.
[0050] 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.
[0051] 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. [0052] Enfin, la présente divulgation concerne aussi un moteur avec une distribution à programme variable, et un système de commande moteur décrit plus haut.
[0053] Selon un autre aspect, il est proposé un programme informatique comportant des instructions pour la mise en oeuvre 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.
Brève description des dessins
[0054] 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
[0055] [Fig. 1] montre schématiquement une roue dentée d’arbre à cames selon l’invention et un mode de réalisation de celle-ci.
Fig. 2
[0056] [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
[0057] [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
[0058] [Fig. 4] montre un moteur intégrant un système de commande moteur mettant en oeuvre une roue dentée telle celle par exemple illustrée sur la figure 1.
Description des modes de réalisation
[0059] 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. [0060] 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.
[0061] 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 .
[0062] 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.
[0063] 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 25 mm. 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.
[0064] 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 (WT).
[0065] 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.
[0066] De manière classique, une dent doit présenter une longueur minimale Lhaut (qui est généralement de l’ordre de 3 mm 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 9 mm. La mesure de cette dernière longueur se fait par exemple au niveau de la périphérie de la cible.
[0067] 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 :
[0068] - Arctan(Lhaut/R) pour une dent, et
[0069] - Arctan(Lbas/R) pour une partie en creux.
[0070] Le résultat étant un angle mesuré directement sur la roue dentée, il s’agit donc de °CAM.
[0071] À titre d’exemples numériques non limitatifs, pour une cible de rayon R=25 mm :
[0072] - une partie en creux doit alors une longueur angulaire de 19,8°CAM=Arctan(9/25)
[0073] - une dent doit alors une longueur angulaire de 6,84°CAM=Arctan(3/25). [0074] Pour une cible d’un rayon de 20 mm : [0075] - une partie en creux doit posséder une longueur angulaire de Arcta n ( 9/20 ) ° C AM , soit 24,23°CAM=48,46°CRK.
[0076] - une dent doit posséder une longueur angulaire de Arctan(3/20)°CAM, soit 8,53°CAM=17,06°CRK.
[0077] 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.
[0078] 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.
[0079] 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 :
[0080] - 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=25 mm (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 ;
[0081] - une longue dent 8 avec une longueur angulaire de 38°CAM (soit 76°CRK) ;
[0082] -une dent courte 10 avec une longueur angulaire de 4,5°CAM (soit 9°CRK) ;
[0083] - 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 ; [0084] - 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
[0085] - 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.
[0086] 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).
[0087] En résumé, la position des fronts (alternance de fronts montants et descendants, le premier front étant montant) est par exemple la suivante(en °CRK):
[0088] 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.
[0089] Ces valeurs sont choisies de telle sorte que les fronts descendants (x+B) soient équidistants de 90°CRK.
[0090] 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.
[0091] 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.
[0092] Enfin, E qui correspond à la longueur angulaire de la courte partie en creux 18 est choisi inférieur à arctan(Lbas/R). Pour Lbas=9 mm, 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.
[0093] 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.
[0094] Il s’agit ici bien entendu d’une forme de réalisation préférée avec des valeurs numériques données à titre illustratif et non limitatif.
[0095] 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.
[0096] Sur le haut de la figure 2, on reconnaît 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.
[0097] 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.
[0098] 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. [0099] 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.
[0100] 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.
[0101] 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.
[0102] 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 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).
[0103] 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. [0104] 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.
[0105] 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.
[0106] 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.
[0107] 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.
[0108] 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 connaître précisément la position du moteur sur 720°CRK.
[0109] 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 (WT) 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.
Application industrielle [0110] 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.
[0111] 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.
[0112] 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.
[0113] 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.
[0114] 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

Revendications
[Revendication 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.
[Revendication 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.
[Revendication 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.
[Revendication 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.
[Revendication 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.
[Revendication 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.
[Revendication 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.
[Revendication 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.
[Revendication 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.
[Revendication 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.
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