Brevet FR2458812A1 — publié le 19810102

l On connaît de nombreux systèmes pour mesurer la vitesse de rotation d'une pièce mobile telle que le vilebrequin d'un moteur. Par exemple,un tachymètre ordinaire donne une indication de la vitesse moyenne de rotation du moteur. Cependant, dans certains cas, il est nécessaire^ d'avoir une indication de la vitesse instantanée du moteur et les systèmes décrits dans le brevet américain 4 055 993 et dans le brevet britannique l 400 614 sont prévus pour effectuer une telle mesure. Brièvement, un système décrit dans ces deux brevets comporte un détecteur magnétique monté au voisinage des dents de la couronne dentée du volant d'un moteur et chaque dent passant devant le capteur engendre une impulsion. Un circuit relié au capteur est sensible aux impulsions et fournit une indication de l'intervalle de temps entre les dents successives passant devant le capteur, et cet intervalle de temps est fonction de la vitesse de la couronne et du moteur. Etant donné qu'il y a beaucoup de dents sur la couronne chaque intervalle de temps fournit une indication sensiblement instantanée de la vitesse de rotation du moteur. Un tel système s'est révélé en pratique peu satisfaisant, d'abord parce que la couronne n'est pas une pièce fabri- quée avec précision et que le système requiert des dents sensiblement identiques afin d'effectuer des me- sures précises. La taille et l'espacement des dents, ou pas, ne sont pas toujours constants et certaines zones de la couronnesont plus sujettes à usure et défor- mation que d'autres. En effet, parfois, une dent complète peut manquer.Il en résulte une indication erronée de la vitesse du moteur, qui à son tour entraîne des résul- tats erronés dans les autres contrôles basés sur la vitesse de rotation instantanée du moteur. 1 L'objet général de la présente invention est de fournir un système nouveau et perfectionné de mesure de la vitesse de rotation d'un moteur, qui élimine les diffi- cultés mentionnées ci-dessus. L'appareil de mesure de la vitesse de rotation selon l'invention comporte un capteur constitué de deux élé- ments détecteurs espacés. Le capteur est monté au voisi- nage de la périphérie de la partie rotative d'un moteur et lesdits éléments sont écartés en direction du mouve- ment d'un index marqué sur ladite partie rotative. Les deux éléments sont utilisés pour déterminer l'intervalle de temps requis pour que l'index passe de l'un des éléments à l'autre et cet intervalle de temps est une fonction de la vitesse de rotation de l'index et donc de la partie rotative qui le porte. Les deux éléments détectent le même index en mesurant l'intervalle de temps. La partie rotative peut avoir un grand nombre d'index séparés et le détecteur peut détecter les vites- ses des points successifs et être donc utilisé pour déterminer la vitesse de rotation instantanée de la partie rotative sur un cycle total ou partiel. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre un moteur équipé d'un système confor- me à la présente invention. La figure 2 est un schéma synoptique du système selon l'invention, plus détaillé. La figure 3 est un diagramme temporel de signaux, illus- trant le fonctionnement du système selon l'invention. 1 Les figures 4A et 4B sont des schémas fonctionnels du fonctionnement du système selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un moteur 10 qui peut être un moteur à combustion interne classique, par exemple à six cylindres en ligne, du type NH diesel fabriqué par la déposante. Un tel moteur comporte une culasse 11, un bloc moteur 12, un carter d'huile 13 et un carter de culbuteurs 14 fixé à la partie supérieure de la culasse 11. Les pistons (non représentés) du moteur sont animés d'un mouvement de va-et-vient à l'intérieur des cylindres (également non représentés)et sont reliés pour entraîner un vilebrequin 66 en rotation. Un volant est monté sur ce vilebrequin et comporte une couronne dentée 62, dont les dents 63 peuvent sélectivement être engagées par le démarreur (non représenté) afin de lancer le moteur. Une pluralité d'injecteurs de carburant 16 injecte des quantités mesurées de liquide dans les cylindres après que l'air admis dans les cylindres ait été suffisamment comprimé pour entraîner la combustion du mélange en résultant. Les injecteurs 16 peuvent être du type de ceux décrits dans le brevet américain 3 351 288. Une ligne caOnone 17 d'alimentation en carburant relie les injec- teurs 16 au système d'alimentation en carburant compor- tant une pompe 18 par exemple du type décrit dans le brevet américain 3 139 875. La pompe 18 aspire le carbu- rant 19 dans un réservoir 21 et forme une source régu- lière pour amener le carburant a la ligne 17. Un papillon 1&a est incorporé dans la pompe 18 et permet à l'opérateur faisant fonctionner le moteur de réguler la pression de carburant délivré aux injecteurs. Une ligne de retour 24 est également reliée à chacun des injecteurs 16, 1 Cette ligne ramenant le carburant des injecteurs 16 au réser- voir 21. Le moteur 10 comporte un système de lubrification pour faire circuler un lubrifiant tel que de l'huile à travers les différentes parties en mouvement du moteur. Le systè- me de lubrification comporte une pompe 41 qui aspire le lubrifiant contenu dans un réservoir du carter 13 et le fait circuler sous pression à travers un passage 42 du bloc moteur. La pression dans le passage 42 est régulée par une vanne régulatrice 43, montée dans une liqne de déri- vation 44,qui est branchée en parallèle sur la pompe 41. Une pluralité de couplages mécaniques, illustrés par les lignes pointillées de la figure 1 et portant les réfé- rences 67 et 69, relient le vilebrequin 66 à la pompe de carburant 18 et à la pompe de lubrifiant 41, respec- tivement. Un système selon la présente invention est prévu et il comporte un détecteur 51 qui est de préférence monté dans le carter de culbuteurs14 et est sensible au mou- vement d'une partie mobile du moteur. Par exemple, le capteur 51 peut être du type capteur de proximité à bobine magnétique qui est monté au voisinage du bras de culbuteur qui actionne l'injecteur 16- du cylindre numéro 1; Ce bras de culbuteur pivote pendant l'injec- tion qui se produit en direction de l'extrémité de la course de compression du piston du cylindre numéro 1 et ce mouvement permet au détecteur 51 d'engendrer un signalcorrespondant à l'extrémité de la course de compression du piston du cylindre numéro 1. Ce signal est utilisé comme l'un des paramètres du moteur. 24588 12 1 Le système comporte de plus une pluralité de détecteurs comportant un détecteur de pression de carburant 27 relié à la ligne 17, un détecteur de pression de lubrifiant 46 relié au passage- 42 et un détecteur 34 de pression d'air relié au collecteur d'admission. Le détecteur 51 est relié à un module 22 de comptage de temps et les détecteurs 27, 34 et 46 sont reliés à un convertisseur alternatif-continu 23, les composants 22 et 23 étant reliés au processeur 29. Le processeur 29 comporte des sorties en direction du dispositif de lecture 70 qui peut fournir, par exemple, des indications visuelles et des enregistrements permanents. Le moteur comprend de plus un système de mesure de la vitesse de rotation du moteur selon la présente inven- tion, qui est particulièrement utile en combinaison avec les sytèmes de test du moteur qui utilisent les détec- teurs 27, 34 et 46. Ce système mesure la vitesse de rotation d'une partie mobile du moteur, cette partie portant au moins une et de préférence une série d'index identifiables. Dans l'exemple représenté, cette partie mobile est la couronne dentée du volant du moteur 10. Comme on le sait, la couronne dentée 62 est relative- ment grande et comporte une pluralité de dents 63 à sa périphérie, les dents formant la série des index. Comme on le verra par la suite, le système dbmesure de la vitesse de rotation comporte un détecteur 61 qui répond au mouvement des dents 63 qui défilent devant lui et le détecteur 61 engendre des signaux qui apparais- sent sur une ligne qui relie le détecteur 61 au module de comptage de temps 22 et au processeur 29. Comme le montre la figure 2, selon la présente inven- tion, le détecteur 61 comporte deux éléments sensibles espacés qui dans le présent exemple sont des pôles ou 2 458812 1- noyaux magnétiques 71 et 72 sur lesquels sont enroulées des bobines 73 et 74. Les bobines 73 et 74 sont montées entre des conducteurs 76 et 77 et une connexion de masse ou à la terre 78. Le détecteur 61 est monté de façon que l'une des extrémités de chacun des éléments 71 et 72 soit positionnée au voisinage de la périphérie exté- rieure des dents 63 de la couronne 62. La couronne 62 est en une matière magnétique telle que l'acier et lorsque l'une des dents 63 passe devant l'un de ces éléments, elle modifie le champ magnétique à travers la bobine de cet élément ce qui engendre une impulsion électrique. Comme représenté sur la figure 2, le détecteur 61 est monté de façon que les deux éléments 71 et 72 soient écartés dans le sens du mouvement de la dent 63 lorsque la couronne dentée 62 tourne, et en conséquence lorsque chaque dent 63 passe devant le détecteur 61, celui-ci engendre une impulsion électrique ou un signal d'abord dans la bobine 73 et ensuite dahs la bobine 74, en supposant que la couronne 62 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre lorsque l'on regarde la figure 2. Les deux conducteurs 76 et 77 sont respectivement reliés aux entrées de deux circuits de mise en forme 81 et 82 qui convertissent'les impulsions en créneaux. En se repor- tant à la figure 3,les signaux A et B représentent les sorties des bobines 73 et 74, respectivement, et les signaux C et D représentent les sorties des deux cir- cuits de mise en forme 81 et 82. Ainsi, les circuits A, B, C et D de la figure 3 représentent les variations de tension par rapport au temps aux entrées et aux sorties des circuits 81 et 82 lorsque la couronne 62 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre.Comme on peut le voir sur la figure 3, le signal engendré dans la bobine 74 est déphasé en arrière par rapport au signal engendré dans la bobine 73. Ce déphasage 1 est indiqué par le symbole At sur la figure 3 et est égal à. la différence de temps entre les bords montants 83 et 84 des signaux aux sorties des circuits 81 et 82, respectivement, lorsqu'une seule dent 63 passe d'abord devant l'élément 71 et ensuite devant l'élément 72. Le système de mesure de la vitesse de rotation comporte de plus un oscillateur horloge 86 qui engendre un signal de fréquence fixe désigné par le signal E sur la figure 3. On notera que la fréquence de l'oscillateur 86 est beaucoup plus grande que celle des impulsions des signaux A,B,C et D. Le signal provenant de l'oscillateur 86 est transmis à l'entrée d'un registre-compteur 87 qui fonctionne sous le contrôle d'un circuit de commande de temps 88. Le circuit 88 comporte deux entrées 91 et 92 reliées aux sorties des circuits de mise en forme 81 et 82 et le circuit de commande 88 engendre des signaux de mise en marche et d'arrêt sur les sorties 93 et 94 qui sont reliées au compteur 87. Lorsqu'un signal "marche" apparaît sur la sortie 93, le compteur 87 reçoit et compte les impulsions de l'oscillateur 86 et lorsqu'un signal "arrêt" apparaît sur la sortie 94, le compteur 87 arrête le comptage des impulsions de l'oscillateur 86. Le circuit 88 engendre un signal "marche" sur la ligne 93 en phase avec le bord montant 83 du signal C et il engen- dre un signal arrêt à la sortie 94 en phase avec le bord descendant 84 du signal B. Comme illustré par la signal F, on voit donc que le compteur 87 reçoit et compte des portions de cycles ou groupes d'impulsions prove- nant de l'oscillateur 86, chacun de ces groupes d'impulsions étant indiqué par la référence 96 sur le signal F. Puisque la durée d'un groupe 96 est égale à l'intervalle de temps At, on voit que le comptage du compteur 87 est une fonction directe de la durée de l'intervalle de temps At et de la fréquence de l'oscillateur 86 (qui est connue). 1 Le comptage du compteur 87 est transmis au processeur 29 à la fin de ce comptage par un bord 84 et le compteur 87 est remis à zéro après chaque lecture. Comme il sera décrit en liaison avec le schéma de la figure 4, le processeur 29 calcule la vitesse de rotation Vr du vile- brequin en tours par minute et engendre également un signal représentatif de l'intervalle de temps At, et ces paramètres sont utilisés dans les différents compo- sants tels que les systèmes de carburant et de lubri- fication, la balance de puissance des cylindres et les performances du turbocompresseur. Le processeur 29 peut calculer la vitesse de l'engin selon deux méthodes (1) en utilisant les indications du compteur 87, le rayon R séparant le centre de la couronne 62 et les éléments 71 et 72 et l'espace X entre les deux éléments 71 et 72, les paramètres X et R étant connus et introduits dans le processeur par l'opérateur du système, ou (2) en utilisant le comptage d'intervalle de temps et un facteur qui est automatiquement calculé par le processeur 29 basé sur le comptage d'intervalle de temps et des signaux reçus du détecteur 51. Comme mentionné ci-dessus, le détecteur 51 est sensible à une partie rotative du moteur se déplaçant de façon cyclique telle qu'un bras de culbuteur pour l'injecteur de l'un des cylindres. Le bras de culbuteur se déplace pour injecter du carburant une fois à chaque cycle du moteur, pour un moteur à quatre temps, c'est-à-dire une fois pour deux révolutions de la couronne 62. Comme le montre la figure 2, un autre compteur 98 est prévu dans le module 22, et ce compteur 98 compte égale- ment les cycles de l'oscillateur d'horloge. Dans le présent exemple, la sortie de l'oscillateur-86 est reliée à un diviseur 99 et ensuite au compteur 98. Les signaux provenant du détecteur 51 sont transmis à un circuit de mise en forme 101 et à un circuit de 1 commande 102 et commande la marche et l'arrêt du compteur 98. Des lignes de lecture et de remise à zéro relient le compteur 98 au processeur 29. Une impulsion provenant du détecteur 51 entraîne la lecture du compteur 98 par le processeur 29, qui immédiatement remet à zéro le compteur 98. Ainsi, le comptage du compteur 98 représente l'intervalle de temps entre les signaux du détecteur 51 qui concerne la vitesse de rotation du moteur. Ce comptage est également, bien entendu, une fonction de la fréquence de l'oscillateur 86 et du facteur du diviseur 99, qui sont bien connus. Comme le montre la figure 4A, au début de l'étape 106, une pluralité de paramètres sont définis. Les paramètres sont décrits ci-après. Pendant l'étape 107 le système questionne pour savoir si le moteur fonctionne et ceci peut être déterminé par le fait de savoir si des indications sont lues à la sortie du compteur 87. Si le moteur ne fonctionne pas, l'étape 108 incite l'opérateur à démarrer le moteur et à la faire fonctionner à vide. Un dispositif tenu à la main ou interface d'opérateur (non représenté) qui forme une partie du système de lecteur 70 peut être prévu pour indiquer les incitations et autres données et pour recevoir les instructions de l'opérateur, le dispositif tenu à la main étant d'un type connu. Si le moteur tourne à vide, le processus passe à l'étape 109 o il est déterminé si le CALFLAG a été établi. Le CALFLAG est établi lorsqu'un facteur de conversion (CNVNFAC) est disponible dans le système, ce facteur étant une constante utilisée dans le calcul de la vitesse de rotation instantanée du moteur, comme il sera décrit ci-après. 24.58812 1 La constante CNVNFAC peut être déterminée automatiquement par le système ou à partir d'informations fournies manuel- lement au système par l'opérateur. En supposant d'abord la situation o CALFLAG a été établi, le processus passe à l'étape 111 o une série de lecture PPCNTR sont prélevées au compteur 87 qui mesure l'intervalle A t pour le passage d'une dent 63 d'un élément 73 à un autre élément 74. Pendant l'étape 111, des signaux de sortie représentant A t sont également engendrés, ces signaux étant de préférence sous forme binaire utilisable par le processeur 29. Le comptage de A t passe alors à l'étape 112 o la vitesse instantanée du moteur est calculée en divisant le facteur CNVNFAC par A t lu dans le registre 37. La notation PP COUNT indique que cette lecture est dérivée du comptage pole-pole. La valeur de la vitesse de rotation est affichée pendant l'étape 113, par exemple sur uni écran visuel du dispositif tenu à la main. Si le CALFLAG n'a pas été établi indiquant que le CNVNFAC n'est pas dans le système, le processus passe à l'étape 116 o l'opérateur est incité à entrer soit les dimensions X et R (voir la figure 2), soit NUL. Le système lit la réponse de l'opérateur pendant l'étape 117 et à l'étape 118 le système questionne pour savoir si la réponse de l'opérateur était NUL. Si la décision est NONle système passe à l'étape de calibration manuelle 119 o CNVNFAC est calculé à partir des valeurs X et R rentrées par l'opérateur à l'étape 116. CNTRFRQ est la fréquence de l'oscillateur 87. Le système établit ensuite CALFLG à l'étape 120 et revient à l'étape 109, et la vitesse de rotation est calculée aux étapes 111, 112, et 113. 1 Si la réponse de l'opérateur est NUL, le processus passe de l'étape 118 à une routine de calibration automatique, commençant à l'étape 122, o CEMCTR démarre. C'est le compteur 98 (figure 2) qui compte les impulsions prove- nant du diviseur 99 qui apparaissent pendant les signaux du détecteur 51. Le compteur 98 comporte égale- ment un registre pour ces signaux qui enregistre un comptage,tandis que le comptage suivant est fait et lorsqu'un comptage est enregistré, le registre engendre un signal prêt qui apparaît à l'instant de réception d'un signal du détecteur 51. Ce signal prêt est détecté aux étapes 123 et 124 et une routine de calibration est effectuée pendant l'étape 124 en vidant ledit registre et en faisant un index I égal à zéro. A l'étape 126, le compteur PPCNTR 87 est mis en route pour effec- tuer des lectures successives continues des cycles d'oscillateurs pendant A t. Pendant les étapes 127 à.130, une série de comptages A t sont lus et le nombre I de lecture est compté entre deux signaux successifs du détecteur 51, les comptages A t étant emmagasinés dans une mémoire TIMINT. Les lectures commencent à un signal du détecteur 51 et le système se boucle à travers les étapes 127 à 130 jusqu'à ce que le second signal provenant du détecteur 51 soit reçu, indiquant que le vilebrequin a effectué deux révolutions ou un cycle de moteur complet. A l'étape 132, le CEMCNTS provenant du registre 98 est lu, ce qui indique le temps d'un cycle du moteur. A l'étape 133, la valeur moyenne A t (AVGCTS) pour le cycle du moteur est calculée en totalisant les va- leurs A t et en divisant par le nombre I de lecture entre deux signaux du détecteur 51. Pendant l'étape 134 le facteur CNVNFAC est calculé par les équations 1 indiquées. La fréquence d'impulsion provenant du diviseur 99 est CNTRFRQ2. A l'étape suivante 135, le CALFLG est établi et le système passe à l'étape 109. Le module 22 et le processeur 29 peuvent être des com- posants usuels. Le processeur 29 est programmé selon, des techniques de programmation standards à partir des schémas et de la description indiquée. Le système a été décrit selon une variante de réalisa- tion o les deux éléments 71 et 72 sont espacés d'une distance inférieure à la distance entre deux dents 63 successives de la couronne 62. Des éléments sont de préférence placés très près pour obtenir une vitesse instantanée plus proche. Les éléments 71 et 72 pourraient, cependant, avoir un espacement plus grand que le pas des dents 63, et dans ce cas on pourrait employer plusieurs compteurs et multi-vibrateurs, de sorte que les compteurs soient mis en marche et arrêtés par le premier et le second des signaux provenant d'une dent particulière. Dans les différentes formes de l'in- vention, la durée nécessaire à chaque dent pour se déplacer d'un élément à un autre est détectée et mesurée pour en tirer la vitesse instantanée de rotation du moteur. Alors que l'on a décrit des détecteurs de proximité magnétique, il est évident que l'on pourrait utiliser d'autres types de détecteurs, par exemple, on pourrait utiliser des cellules photoélectriques. Le détecteur pourrait être utilisé avec une partie de moteur autre que la couronne de démarreur et il serait seulement nécessaire de prévoir au moins un index sur cette partie. De plus, on pourrait fixer une partie sur le moteur telle qu'un disque comportant une série de trous ou de marques. 1 3 1 Il apparaîtra clairement de la description précédente que l'on a créé un système nouveau et efficace de mesure de la vitesse instantanée d'un moteur. Puisque chacun des éléments 71 et 72 du détecteur 61 engendre un signal en réponse au passage d'un seul index, les mesures sont relativement insensibles aux variations entre les points successifs. De plus, même si un index d'une série de points manquait, le système fourni- rait une mesure précise de la vitesse instantanée du moteur. Dans la présente description et/ou sur les dessins, les abréviations CEM, CALFLAG et CEMCNTS ont les significations suivantes CEM désigne le signal de Marquage d'Evènement de Cycle émis par le détecteur 51. - CEMCNTS est une abréviation pour le comptage du signal CEM, effectué par le compteur 98. - CALFLAG désigne le calibrage de l'indicateur d'identi- fication du microprocesseur. -14- R E V E N D I C A T I O N S 1.- Système pour mesurer la vitesse de rotation d'un moteur (10) comprenant une partie (62) qui se déplace à une vitesse représentative de la vitesse du moteur, la partie (62) comportant au moins un index (63) et ledit système comprenant un détecteur (61) susceptible d'être monté sur le moteur au voisinage de la partie mobile (62), caractérisé en ce que ledit détecteur (61) comporte deux éléments sensibles (71) et (72) espacés, ledit détecteur 61) étant adapté pour être monté de façon que ses deux éléments (71) et (72) soient espacés l'un de l'autre dans le sens du mouve- ment de l'index (63) lorsque ladite partie se déplace, chacun desdits éléments engendrant un signal lorsque l'index (63) passe devant lui, et un circuit (22) relié auxdits éléments (71) et (72) et sensible à l'inter- valle de temps entre lesdits signaux. 2.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits éléments comporte un détecteur de proximité magnétique. 3.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit comprend un oscillateur (86), un calculateur (87) relié audit oscillateur pour compter des cycles d'oscillateur, et des moyens de comptage et de commande (88) sensibles auxdits signaux et commandant le fonctionnement dudit compteur, lesdits moyens de commande (88) faisant démarrer un cycle de comptage en réponseà un signal provenant de l'un desdits éléments (71), (72) et arrêtant le cycle de comptage en réponse au signal provenant de l'autre desdits éléments (71), (72), ledit index (63) passant d'abord devant le premier desdits éléments et ensuite devant -15- le second. 4.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie mobile (62) est solidaire en rotation du volant du moteur et présente une pluralité d'index (63) espacés. 5.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie (62) est la couronne coopérant avec le démarreur et en ce que lesdits index (63) sont les dents de la couronne. 6.- Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le chiffre compté dans lesdits moyens de comptage (87) est une fonction dudit intervalle de temps et en ce que l'on prévoit de plus un processeur (29) sensi- ble audit chiffre compté pour le calcul de la vitesse du moteur. 7.- Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite partie (62) tourne autour d'un axe et en ce que lesdits éléments (71) et (72) sont espacés d'une distance R à partir dudit axe et sont espacés d'une distance X l'un de l'autre et en ce que ledit processeur (29) calcule la vitesse du moteur à partir dudit comptage et des dimensions R et X. 8.Système selon la revendication 7, dans lequel ladite partie (62) tourne avec le moteur, caractérisé en ce que ledit système comporte de plus des moyens détecteurs (51) sensibles à une partie du moteur se déplaçant de façon cyclique en vue d'engendrer des signaux CEM et en ce que le processeur (29) calcule la vitesse du moteur à partir dudit comptage et la vitesse moyenne du moteur entre deux signaux CEM successifs. -16- 9.- Procédé pour obtenir une indication sur la vitesse de rotation d'un moteur comportant une partie mobile (62) pourvue d'au moins un index (63), caractérisé en ce que l'on détecte l'instant ou l'index (63) passe devant un premier élément (71), en ce que l'on détecte lorsque l'index (63) passe devant un second élément (72) qui est espacé dudit premier élément (71) et en ce que l'on fournit une indication de l'intervalle de temps pour que ledit index se déplace du premier élément au second. 10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la vitesse du moteur est calculée à partir dudit intervalle de temps.