Brevet FR2230967A1 — publié le 19741220

On sait que lton a souvent besoin de repérer avec précision la position angulaire d'un arbre de rotation par rapport à un repère fie dans une gamme étendue de vitesse de rotation de l'arbre. Ceproblème se pose particulièrement pour la commande de l'allumage d'un moteur à combustion interne, destiné en particulier aux véhicules automobiles, où lton cherche, à partir des indications données par un capteur magnétique fixe, à définir la position angulaire d'un arbre d'allumeur dont la rotation est entratnée par celle du vilebrequin du moteur ; on peut ainsi déterminer, par les indications du capteur, le moment où l'un des pistons passe par son point mort haut ou toute position décalée par rapport à ce point tort haut dans le sens de l'avance ou du retard, ce qui permet de déclencher ltétincelle d'allumage au moment désiré lorsqu'on s'est fixé la valeur de l'avance ou du retard. Etant donné que la position du piston et celle de l'arbre de l'allumeur se correspondent, il suffit de disposer d'un repérage de la position de l'arbre de l'allumeur pour assurer le déclenchement de l'étin- celle d'allumage au moment choisi en tenant compte de la valeur de l'avalée ou du retard. Dans les capteurs magnétiques actuellement connus, on utilise en général, un aimant permanent générateur de champ magnétique, ledit aimant générant un flux magnétique dans un circuit magnétique où est introduit une came solidaire de l'arbre de l1allu- meur, la partie fixe du circuit magnétique étant séparée de la came précitée par au moins un entrefer ; une bobine électromagnétique entoure une partie du circuit magnétique et permet de recueillir à sas bornes, une tension induite par les variations du flux dans le circuit. L'inconvénient essentiel d'un tel disposvitif pro- vitesse de vient du fait que la tension induite est proportionnelle à laXva- riation du flux --------------------- de sorte que le signal obtenu a une forme et une amplitude qui sont fonctions de la vitesse de rotation de l'arbre. Or, la tension produite par un tel capteur au moment du passage d'un bossage de la came mobile au droit d'une dent fixe du capteur, est repérée par comparaison avec un seuil de tension fixe prédéterminé de sorte qutil existe un décalage entre le moment, où le seuil est atteint et ou le dispositif génère un signal, et le moment où le bossage de la came se trouve exactement en vis-à-vis de la dent fixe du capteur ; étant donné que les courbes de variation de la tension aux bornes de la bobine du capteur en fonction du temps, sont variables en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre, le décalage précité se trouve être variable en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre et il en résulte une erreur sur le moment où le système génère un signal. Pour tenter de diminuer l'influence de la source d'erreur ci-dessus indiquée, on a cherché à rendre aussi faible que possible, le seuil de détection qui, lorsqu'il est atteint par la tension induite dans la bobine du capteur, permet de générer le signal produit par le capteur. En effet, la diminution de la valeur de ce seuil permet de diminuer, en valeur absolue, le décalage existant entre le moment de la coZncidence exacte du bossage de la came et de la dent fixe du capteur et le moment où la tension induite atteint le seuil de repérage ; il en résulte que la variation de ce décalage, si en valeur relative elle reste la meme en fonction de la vitesse de rotation, diminue considérablement en valeur absolue, ce qui permet de faire diminuer terreur de repérage due àla variation du décalage en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre. Cependant, le fait d'adopter un repérage à un seuil de tension très bas, nécessite l'utilisation d'ampliRica- donc sensibles aux parasites et teurs à grand gain/ particulièrement onereux.Il en résulte que, pratiquement, les capteurs magnétiques basés sur la comparaison de la tension induite dans une bobine par rapport à un seuil de tension prédéterminée, sont ou bien trop onéreux, ou bien trop imprécis et ne donnent pas entièrement satisfaction. La présente invention a pour but de décrire un capteur magnétique permettant d'éviter les inconvénients précités et ne mettant pourtant en oeuvre aucun organe ayant un prix de revient élev6. On a constaté, en effet, que si les courbes de variation en fonction du temps de la tension induite dans la bobine électromagnétique d'un capteur magnétique variaient en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre, par contre la courbe donnant, en fonction d'un angle de repérage de la position angulaire de l'arbre, la valeur du flux magnétique traversant le circuit magnétique, était totalement indépendante de la vitesse de rotation.On a donc imaginé, selon l'invention, de repérer non plus la tension induite dans la bobine mais la valeur de l'intégrale de cette fonction par rapport au temps, valeur qui représente le flux magnétique et qui n'est plus fonction que de la position angulaire de par par rapport à un repère fixe lié au capteur, indépendam- ment de toute influence de la vitesse de rotation de l'arbre. La présente invention a donc pour objet le produit indus triel nouveau que constitue un capteur magnétique comportant un circuit magnétique où i'on génère un flux magnétique, par exemple au moyen d'un aimant permanent, une partie du circuit magnétique étant constituée par au moins une partie de came solidaire d'un arbre de rotation et séparée de la partie fixe du circuit magnétique par au moins un entrefer variable, au moins une bobine électromagnétique étant disposée sur une zone du circuit magnétique, caractérisé par le fait que les bornes de la bobine électromagné- tique du capteur sont reliées aux entrées d'un circuit intégrateur, les bornes de sortie dudit circuit constituant les bornes sur lesquelles est généré le signal électrique permettant de reparer la position angulaire de l'arbre de rotation par rapport à un repère fixe. Il est clair que le signal de sortie est une fonction périodique puisque, quelle que soit la forme de la came portée par l'arbre de rotation et insérée dans le circuit magnétique, la position dans î'espace des différents organes se retrouve identiquement après une rotation de 3600 de l'arbre de rotation.Dans le cas des arbres d'allumeur destinés à des moteurs à quatre cylindres et quatre temps, la came comporte quatre secteurs identiques, de sorte que la période est de 9Oo Etant donné que le signal de sortie délivré par le capteur magnétique selon l'invention est périodique et uniquement fonction de la position angulaire de l'arbre de rotation, on a pensé, selon l'invention, qu'il pourrait entre particulièrement intéressant, à l'intérieur d'une meAme période, de faire en sorte qu'au moins pendant une partie de la période, le signal de sortie soit proportionnel à un angle de repérage défi- nissant la position angulaire de l'arbre de rotation. En effet, dans ce cas, si le déclenchement de l'allumage, dans un cylindre de moteur à combustion interne, doit steèctuer pour une certaine position angulaire de l'arbre de l'allumeur, fonction d'un certain nombre de paramètres dont la vitesse de rotation de l'arbre, le déclenchement de l'allumage s'effectuera lorsque la valeur du signal de sortie du capteur sera égale, à un coefficient de proportionnalité près, à ladite fonction. On constate que le capteur magnétique selon l'invention peut donc autre avantageusement utili sé pour commander un dispositif d'allumage électronique destiné aux moteurs de véhicules automobiles. En conséquence, dans un mode préféré de réalisation, le capteur selon l'invention comporte une came mobile dont le profil permet, au moins dans une zone de chaque période du signal pério dique de sortie, l'obtention d'une tension proportionnelle à un angle de repérage de la position angulaire de L'arbre ; à l'intérieur de chaque période, la forme de la courbe de variation du signal de sortie du capteur en fonction de l'angle de repérage de la position angulaire de l'arbre est dissymétrique et présente la forme d'une dent de scie. Dans le capteur selon l'invention, l'entrefer existant entre la came mobile et la partie du capteur qui lui fait vis-àvis, peut eAtre disposé de façon que les lignes de flux soient perpendiculaires à l'axe de l'arbre de rotation ou parallèles à cet axe.Dans le cas où les lignes de flux de ltentrefer sont sensiblement perpendiculaires à l'axe de l'arbre de rotation,la partie fixe du capteur est portée par un plateau centré sur la came de l'arbre de rotation; le plateau comporte deux flasques entre lesquels sont disposés les organes fixes du circuit magnétique; les organes fixes du circuit magnétique sont disposés sensiblement symétriquement par rapport à la came de l'arbre de rotation,lesdits organes comportant deux dents diamétralement opposées, symétriques par rapport à î'axe de l'arbre de rotation et placées en vis-à-vis de la came mobile ; les organes fixes du circuit magnétique du capteur sont disposés symétriquement par rapport au plan moyen d'un aimant permanent, ces organes constituant deux branches autour de l'une desquelles est disposée une bobine électromagnétique; la came mobile portée par l'arbre de rotation comporte quatre bossages reliés entre eux par des zones sensiblement planes; la came mobile portée par l'arbre de rotation comporte quatre bossages reliés entre eux par des profils tous identiques, chaque profil comportant, vu en coupe perpendiculairement à l'axe de l'arbre de rotation, une zone de creux voisine de l'un des bossages0 La présente invention a également pour objet,le produit industriel nouveau que constitue un allumeur destiné en particulier à assurer l'allumage d'un moteur de véhicule automobile,cet allumeur comportant un arbre de rotation porteur d'une came magnétique, caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur magnétique tel que ci-dessus défini. Dans un mode préféré de réalisation, le plateau porte-capter est relié à la tige de manoeuvre d'une pompe à dépression; le sommet de l'arbre d'allumeur porte un doigt de disrupture permettant la distribution du courant haute tension d'allumage aux divers plus correspondant à chacune des bougies d'allumage du moteur auquel est associé l'allumeur. Pour mieux faire comprendre ltobJet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, deux modes de réalisation représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente, en coupe axiale schématique, un distributeur d'allumage comportant un capteur magnétique selon l'invention; - la figure 2 représente, vu en plan, l'allumeur de la figure 1 supposé non équipé de la pompe à dépression correspondante - la figure 3 représente la courbe de variation du flux pl qui traverse le circuit magnétique en fonction de l'angle 8 de repérage de la position angulaire de l'arbre de rotation pour le dispositif de la figure 2 ; - la figure 4 représente une vue analogue à la figure 2 pour une variante comportant une came mobile de forme différente ; - la figure 5 représente la courbe analogue à celle de la figure 3 pour la variante de la figure 4 ;; - la figure 6 représente le schéma d'un circuit intégrateur associé à la sortie de la bobine électromagnétique du capteur selon l'invention En se référant au dessin, on voit que l'on a désigné par 1 le capteur de l'allumeur selon l'invention Le capteur 1 comporte, à sa partie inférieure, un manchon à l'intérieur duquel est disposé un arbre de rotation 2 entratné par le moteur auquel est associé allumeur décrit.L'arbre 2 tourillonne à l'intérieur de paliers 3 et porte à sa partie supérieure un profil de came 4. Audessus du profil de came 4, l'arbre 2 comporte une portée cylindrique 5 sur laquelle est enfoncé l'évidement cylindrique d'un doigt de disrupture 6. Le doigt de disrupture 6 est solidaire en rotation de l'arbre 2 grabce à un ergot radial 7. A l'intérieur du capteur 1 est disposé un plateau portecapteur 8 constitué d'un flasque supérieur et d'un flasque inférieur sensiblement parallèles, les deux flasques pouvant tourillonner autour du profil de came 4, L'ensemble des deux flasques constituant le plateau porte-capteur 8, comporte une encoche 9 où est disposée la tete 10 de la tige de manoeuvre d'une pompe à dépression non représentée sur le dessin. La pompe à dépression peut, par l'intermédiaire de la texte 10, entratner la rotation du plateau 8 autour de la came 4. Entre les deux flasques du plateau 8, on a disposé les organes d'un circuit magnétique constituant les éléments rixes du capteur selon l'invention. Ces éléments fixes comportent, de part et d'autre d'un aimant permanent 11, deux bras 12 terminés chacun par une dent d'extrémité 12a placée en vis-à-vis du profil de came 4. Le circuit magnétique comporte, en conséquence, deux entrefers disposés entre chacune des dents 12a et le profil de came 4. L'intér8t de cette disposition symétrique est de permettre l'élimination de l'influence du Jeu du plateau 8 par rapport au profil 4 car, si un certain jeu se manifeste, l'augmentation de l'un des entrefers se traduit par la diminution de l'autre entrefer diamétralement opposé, dtoù une constance de l'entrefer total. Sur l'un des bras 12, se trdoufgOObobinée une bobine électroma gnétique 13 constituée parexempM/spires de fil de cuivre de8/Loemm de diamètre. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, la came 4 comporte quatre bossages 14 séparés les uns des autres par des plans 15. Pendant la rotation de l'arbre 2, la variation du flux magnétique / en fonction d'un angle de repérage 8 de la po s2tbon de l'arbre 2, est représentée par la courbe 16 sur la figure 3. Les parties 17 correspondent au passage des bossages 14 en vis-à-vis des dents 12a ; la partie 18 correspond au passage de la zone médiane de chaque plan 15 en vis-à-vis d'une dent 12a. Le signal électrique obtenu aux bornes de la bobine 13, est traité par un circuit intégrateur représenté sur la figure 6. Dans ce circuit, l'intégration est réalisée par un amplificateur 19 dont les entrées sont alimentées par les deux bornes de sortie de la bobine 13 avec interposition d'une résistance 20 de 10 KR sur chacune des entres. L'amplificateur 19 19 est un amplificateur opérationnel classique, par exemple du type 2709 ou 2741 vendu par la Société française tSESCOSEM". L'amplificateur 19 est alimenté par ses bornes l9a, 19b en courant continu stabilisé de 5+6 volts obtenu à partir de l'alimentation 12 volts provenant de la batterie du véhicule, ladite alimentation correspondant pour la polarité négative à la masse du véhicule et pour la polarité positive à la borne d'entrée 21. L'alimentation stabilisée est obtenue au moyen d'un transistor 22 et d'une diode Zener 23, la tension d'alimentation stabilisée à 5,6 volts représentant la somme de la tension correspondant à la diode Zener 23 (5,1 volts) et de la tension de seuil du transistor 22 (0,5 volt). Le circuit comporte également trois résistances 24, 25, 26 dont les valeurs sont respectivement 47Q 33Oflet 330 2. La sortie de l'amplificateur 19 est constituée par les bornes 27 et 28, la borne 28 étant reliée à la masse du véhicule. Entre la borne 27 et l'entrée positive de l'amplificateur 19, on a interposé en parallèle, une résistance 29 de 1 megohm et un condensateur 30 de 0,3 microfarad. Ce circuit intégrateur de type classique permet d'obtenir entre les bornes 27 et 28, la valeur intégrée en fonction du temps du signal électrique produit aux bornes de la bobine 13. Or, la tension induite dans la bobine 13 est égale à la dérivée par rapport au temps du flux / traversant la bobine ; il en résulte que le signal électrique produit entre les bornes 27 et 28, a une valeur égale au flux et par conséquent, compte tenu de la courbe de la figure 3, une valeur sensiblement proportionnelle à l'angle de positionnement 8 dans chaque zone sensiblement linéaire de la courbe 16. Sur la figure 4, on a représenté une variante de réalisation du capteur selon l'invention, cette variante portant sur la forme adoptée peur le profil de came 4. En effet, dans cette variante, la came constituée de quatre zones identiques comporte entre deux bossages 31 successifs, une zone profilée dissymétrique où l'on a ménagé un creux 32 au voisinage de l'un des bossages et une forme profilée 33 entre le creux 32 et l'autre bossage 31. n résulte de cette dissymétrie qu'à l'intérieur d'une mtme période, la variation du flux dans le circuit magnétique du capteur est dissymétrique, comme le montre la courbe 34 représentée sur la figure 5. Sur cette courbe, les zones 35 correspondent au passage des bossages 31 au droit des dents 12a et la zone 36 correspond au passage des creux 32 au droit des dents 12a.On voit que la dissymétrie adoptée pour le profil de came permet d'obtenir une courbe 34 en forme de dent de scie, l'une des branches ayant une courte durée angulaire alors que l'autre branche a une forte durée angulaire. Sur cette deuxième branche qui, sur la figure 5 a une pente positive, on peut aisément, en jouant sur le profil 33, obtenir une zone médiane parfaitement linéaire comprise entre les limites 37 et 38. On voit donc que le capteur selon cette variante de l'invention permet, sans difficulté, d'obtenir, dans une zone d'amplitude importante, une variation de flux parfaitement proportionnelle à l'angle e de positionnement de l'arbre 2, ctest-à-dire un signal de sortie aux bornes 27 et 28 parfaitement proportionnel à l'angle de positionnement e de l'arbre de rotation 2 et, en particulier, tout à fait indépendant de la vitesse de rotation de cet arbre. Il est clair que ce type de capteur permet de supprimer les erreurs de positionnement dues aux variations de réponse des capteurs classiques en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de rotation. Il est clair également, que ce type de capteur peut avantageusement être utilisé en combinaison avec un dispositif d'allumage électronique pour véhicule automobile. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Capteur magnétique comportant un circuit magnétique où l'on génère un flux magnétique, par exemple au moyen d'un aimant permanent, une partie du circuit magnétique étant constituée par au moins une partie de came solidaire d'un arbre de rotation et séparée de la partie fixe du circuit magnétique par au moins un entrefer variable, au moins une bobine électromagnétique étant disposée sur une zone du circuit magnétique, caractérisé par le fait que les bornes de la bobine électromagnétique du capteur sont reliées aux entrées d'un circuit intégrateur, les bornes de sortie dudit circuit constituant les bornes sur lesquelles est généré le signal électrique permettant de repérer la position angulaire de l'arbre de rotation par rapport à un repère fixe. 2 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'entrefer existant entre la came mobile et la partie du capteur qui lui fait vis-à-vis est disposé de façon que les lignes de flux soient perpendiculaires à l'axe de l'arbre de rotation ou parallèles à cet axe. 3 - Capteur selon la revendication 2 dans lequel les lignes de flux de l'entrefer sont sensiblement perpendiculaires à l'axe de l'arbre de rotation, caractérisé par le fait que la partie fixe du capteur est portée par un plateau centré sur la came de l'arbre de rotation. 4 - Capteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le plateau comporte deux plaques entre lesquelles sont disposés les organes fixes du circuit magnétique. 5 - Capteur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que les organes fixes du circuit magnétique sont disposés sensiblement symétriquement par rapport à la came de l1ar- bre de rotation, lesdits organes comportant deux dents diamétralement opposées, symétriques par rapport à l'axe de l'arbre de rotation et placées en vis-à-vis de la came mobile. 6 - Capteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les organes fixes du circuit magnétique du capteur sont disposés symétriquement par rapport au plan moyen d'un aimant permanent, ces organes constituant deux branches autour de l'une desquelles est disposée une bobine électromagnétiqueO 7 - Capteur selon l'une des revendications 1 à 6, ca aet4- risé par le fait que la came mobile portée par l'arbre de rotation comporte quatre bossages reliés entre eux par des zones sensible ment planes. 8 - Capteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la came mobile portée par 11 arbre de rotation comporte quatre bossages reliés entre eux par des profils tous identiques, chaque profil comportant, vu en coupe perpendiculairement à l'axe de l'arbre de rotation, une zone de creux voisine de l'un des bossages. 9 - Allumeur destiné en particulier à assurer l'allumage d'un moteur de véhicule automobile, cet allumeur comportant un arbre de rotation porteur d'une came magnétique, caractérisé par le fait qutil comporte un capteur magnétique selon l'une des revendications 1 à 8, 10 - Allumeur selon la revendication 9 équipé d'un capteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le plateau porte-capteur est relié à la tige de manoeuvre d'une pompe à dépression.