Brevet FR2445511A1 — publié le 19800725

L'invention se rapporte aux transducteurs de positier, elle concerne, plus précisément, un transducteur permettant de mesurer la positlon des pistons d'un moteur à combustion interne, et plus particulièrement un tel transducteur desti@@ à un moteur comprenant des circuits électriques d'avance auto- matique à l'allumage. En vue de contrôler le fonctionnement d'un moteur à combustion interne,-il est nécessaire de connaître l'instant de passage des pistons à un ou des points déterminés du déplacement de ces pistons à l'intérieur des cylindres du moteur, ceci. dans le but, notamment, de synchroniser le système d'ignition du mélange air/carburant, de contrôler l'instant et la durée d'ouverture des électrovalves d'injection du carburant et > le façon plus générale, de commander certains organe du moteur ; c'est la fonction du transducteur de position des pistons de fournir des signaux électriques qui représentent l'instant de passage des pistons en un point déterminé de leur déplacement.Ainsi, ce type de transducteur est habituellement disposé dans la partie inférieure du distributeur d'allimage qui comporte, de façon connue, un boitier cylindrique fixe solidaire du bloc moteur, ce boitier est traversé, tout au nions partiellement, par un arbre central accouplé à l'ar- bre de distribution du moteur, encore appelé arbre à cames à l'intérieur de ce boitier cylindrique, on trouve un roter entraîné par cet arbre central ; ce rotor est muni de dents pour constituer une roue polaire; solidaires du boitier et disposés en regard de la course des dents, des détecteurs électromagnétiques détectent l'instant de passage des dents du rotor. Dans les transducteurs de position des pistons de l'rt antérieur, le diamètre du rotor denté est notablement infé leur au diamètre intérieur du boitier cylindrique, de façon à ménager, entre ce rotor et la paroi interne du boitier, un emplacement suffisant permettant le logement des détecteurs I1 résulte de ce mode de construction de tels tranBducteurs que la précision de mesure de la position des pistons est limitée. De plus, le niveau des signaux fournis par les détecteurs électromagnétiques est relativement faible et varie proportionnellement à la vitesse angulaire du rotor denté, ce qui nécessite un traitement électronique ultérieur relativement onéreux.Pour pallier certains de ces inconvénients, notamment, la variation dLun niveau de sortie des détecteurs, il a été réalisé des transducteurs de position dans lesquels les détecteurs électromagnétiques ont été remplacés par des détecteurs électroniques à effet Hall. Be but de l'invention est un transducteur de position des pistons qui ne présente pas les inconvénients énumérés ci-dessus. Pour atteindre ce but, un transducteur comprenant un boitier cylindrique traversé, tout au moins partiellement, par un arbre central accouplé à l'arbre de distribution du moteur, selon l'invention, comporte - un rotor cylindrique dont le diamètre extérieur est sen siblement égal au diamètre intérieur du boiter, ce rotor étant formé d'éléments métalliques longitudinaux réguliè rement espacés, le nombre de ces éléments métalliques étant égal au nombre N de cylindres du moteur ; l'une des faces de ce rotor est libre tandis que la face oppo- sée fournit le moyen d'entraînement de ce rotor par l'arbre central ; la structure de ce rotor est à rapprocher de la structure en "cage d ' écureuil" de certains types de moteurs électriques, - à l'intérieur de ce rotor, sont disposés des détecteurs de proximité électroniques du type à autooscillateur amorti par la proximité d'un objet métallique, ces dé tecteurs de proximité sont fixes par rapport au boitier cylindrique et l'élément selfique de chacun de ces détec teurs est positionné de façon que le flux de fuite de ces éléments selfiques soit traversé par les éléments métalliques du roter lors du passage de ces derniers. Belon une configuration préférée, les éléments selfiques sont étagés à ltinté- rieur du rotor.Un tel transducteur, moyennant une différentiation mécanique des éléments métalliques, comme il sera décrit ultérieurement, peut délivrer des signaux qui portent une référence du cycle d'ignition du moteur. D'autres caractéristiques et avantages que procure l'invention apparaîtront dans la description détaillée d'un transducteur de position faite en regard des dessins annexés - la Figure la représente, sous une forme synoptique, un détecteur de proximité du type autooscillateur amorti, - la Figure lb représente les composants de l'élément selfique d'n détecteur ds proximité, - la Figure 2a représente, sous une forme schématique, la structure de base du transducteur de position selon l'inven tion, - la Figure 2b représente, sous une forme schématique, une coupe transversale du transducteur de position de la figure 2a, - la Figure 2c représente les formes d'ondes des signaux élec triques délivrés par le transducteur de position des figures 2a es 2o, - la Figure 2d représente une configuration partieulière des éléments métalliques du rotor du transducteur de position, - la Figure 2e représente les formes d'ondes des signaux délivrés par les détecteurs de proximité et l'information résultante complémentaire dans le cas du rotor de la figure 2d, - la Figure 2f représente une autre configuration particulière des éléments métalliques du rotor du transducteur de position, - la Figure 2g représente les formes d'ondes des signaux fournis par les détecteurs de proximité-et l'information supplémentaire résultante dans le cas du rotor de la figure 2h, - la figure 3a représente un mode de réalisation proféré d'un transducteur de position en vue d'une application spécifique, - la figure 3b représente une vue en coupe transversale du transducteur de position de la figure 3a. Avant d'aborder la description détaillée d'un transducteur de-position des pistons conforme à l'invention, on rappellera brièvement les éléments essentiels et les caractéristiques d'un capteur de proximité du type à autooscillateur amorti par la proximité d'un objet métallique. La figure la représente, sous la forme d'un schéma synoptique, un détecteur de proximité 1 comprenant, en série, les -léments subrants : un autooscillateur 2, un démodulatellr 3 et un comparateur 4; le circuit résonant qui détermine la fréquence d'oscillation Fo de l'autooscillateur est constitué par la capacité Co et l'élément selfique 5 lequel présente un flux de fuite. le signal de sortie Vout est disponible à la sortie du comparateur 4. le fonctionnement d'un tel détecteur de proximité est le suivant : lorsqu'un élément métallique (non représenté) est situé dans le flux de fuite de l'élément selfique 5, il se produit, sous l'effet des courants tourbil lonnaires induits dans cet élément métallique, un amortissement de l'autooscillateur avec, pour conséquence, un décrochage de ce dernier. le signal de sortie de l'autooscillateur de fréquence Fo est démodulé par le démodulateur 3 constitué par un détecteur d'amplitude ; le signal de sortie de ce démodulateur est appliqué à un comparateur de niveau 4 qui fournit un signal de sortie Veut à deux états représentatifs de la proximité ou non d'un élément métallique dans le flux de fuite de l'élément selfique 5. les éléments 2, 3 et 4, qui viennent d'être décrits, sont disponibles sous la forme d'un circuit intégré (c.I) standard, par exemple le C.I. Modèle ESM 1601 produit par la Division SESCOSEM de la Société THOMSON-CSF.Un tel détecteur de proximité peut opérer à une fréquence Fo de plusieurs Iz ; lorsque l'autooscillateur est amorti, le signal de sortie Vout est à un niveau haut de l'ordre de 6 volts, inversement, lorsque l'autooscillateur est désamorti, le signal de sortie est à un niveau bas de l'ordre de 1 volt. La durée de la transition entre le niveau bas et le niveau haut est indépendante de la vitesse de déplacement de l'élément métallique dans le flux de fuite de l'élé- ment selfique. La figure lb représente un mode de réalisation d'un tel élément selfique 5, celui-ci comprend un pot en ferrite 5a dans lequel est placé un bobinage 5b. le diamètre de l'élé- ment selfique 5 peut être de l'ordre de 10 mm ou moins ; le circuit est intégré, les composants électroniques extérieurs et l'élément selfique 5 peuvent etre moulés dans un matériau plastique pour constituer un détecteur de proximité, sous la forme d'un bloc unique comportant les connexions électriques suivantes : masse, alimentation V et signal de mesure Veut ec La figure 2a représente, de façon schématique, en vue latérale, la structure de base d'un transducteur de position selon l'invention. le transducteur comprend un boitier cylindrique 10, traversé par un arbre central 11 comportant des moyens d'accouplement à 11 arbre de distribution d'un moteur à combustion interne. Ce boitier cylindrique 10 comprend une embase 12 munie d'une collerette de fixation 12a sur le bloc moteur M, une paroi latérale 13 et un couvercle 14 dans lequel est ménagée une ouverture 15 permettant le passage de liaisons électriques 16.A l'intérieur de ce boitier 10 est disposé un rotor constitué par : un disque circulaire 17 mécaniquement solidaire de l'arbre central 11, une paroi cylindrique 18 réalisée en un matériau isolant; dans cette paroi sont disposés longitudinalement des éléments métalliques 19. A l'intérieur du rotor sont disposés, de façon étagée, des détecteurs de proximité, par exemple un premier détecteur la et un second détecteur lb, l'élément selfique 5 de ces détecteurs étant disposé de façon que leur flux de fuite soit disposé sur la course des éléments métalliques 19 ; ces détecteurs la et lb sont fixés mécaniquement sur un bossage 20 du couvercle 14.Si l'on considère à nouveau les détails de conception du rotor, le nombre des éléments métalliques 19 est égal au nombre C de cylindres du moteur, la longueur de ces éléments doit être suffisante pour courir les éléments selfiques des détecteurs de proximité, le diamètre extérieur du rotor peut être sensiblement égal au diamètre interne du boitier tout en autorisant la libre rotation de ce rotor. L'ensemble du boitier peut être réalisé en métal, un alliage léger, par exemple, toutefois la paroi latérale 15 peut être réalisée en un matériau isolant si nécessaire. La figure 2b représente, de façon schématique, une coupe transversale du transducteur de la figure 2a ; à titre d'exemple, la configuration des éléments métalliques 19 à 19d correspond à un moteur comportant quatre cylindres. les éléments métalliques 19 sont régulièrement espacés d'un angle 2 tr/C = 900, la largeur angulaire des éléments métalliques doit être suffisante pour permettre un amortissement suffisant des détecteurs de proximité, par exemple, quelques degrés. les détecteurs de proximité sont décalés angulairement d'un angle ss correspondant, par exemple, à l'angle maximal d'avance à l'allumage du moteur, compte tenu du sens de rotation du rotor indiqué par la flèche, le signal délivré par le détecteur la est en avance de phase sur le signal délivré par le détecteur lb. La figure 2c représente les formes d'ondes des signaux électriques délivrés par les détecteurs la et lb. En A, est représenté le chronogramme du signal fourni par le détecteur la et, en 2, le chronogramme du signal fourni par le détecteur lb. Ces signaux en créneaux ont une amplitude constante indépendante de la vitesse angulaire du rotor, la largeur des créneaux est proportionnelle à la largeur angulaire & des éléments métalliques 19 et fonction de la dimension électrique des éléments selfiques 5 des détecteurs de proximité. les deux séquences de signaux A et B sont décalées angulairement d'un angle ss ; les bransitions du niveau bas au niveau haut, représentées par des flèches, peuvent être exploitées pour indiquer les différentes positions des pistons dans leurs cylindres respectifs.Un transducteur de position tel que représenté sur les figures 2a et 2b fournit des signaux électriques permettant de synchroniser des circuits électroniques d'avance automatique à l'allumage, du type double canal, qui a déjå été décrit dans la demande de brevet français n 75.30894, déposée le 9 Octobre 1975. sa figure 2d représente uniquement, et de façon schématique, un rotor dans lequel un élément métallique 19a est différentié mécaniquement des autres éléments 19b à 19d par sa largeur angulaire 2 ,dans le but de fournir une information correspondant au cycle d'allumage du moteur. La valeur de l'angle &gamma;2 est supérieure à la valeur de l'angle #1 et sensiblement égale ou supérieure à l'angle relatif des détecteurs de proximité. la figure 2e représente, en C et D, les fermes d'ondes des signaux fournis respectivement par les détecteurs de pro ximité la et lb d'un transducteur de position muni d'un rotor identique à celui représenté sur la figure 3d ; le signal représenté en E correspond au produit logique des signaux C et D et peut être obtenu facilement par un opérateur logique, non représenté, du type ET (AND selon la convention américaine) ; pour ce signal E, la transition du niveau haut au niveau bas, représentée par une flèche peut, par exemple, être utilisée dans un système d'allumage électronique pour synchroniser un distributeur électronique qui distribue séquentiellement et de façon cyclique des signaux de déclenchement à quatre générateurs d'étincelles dont les sorties sont connec tées respectivement aux bougies d'ignition disposées dans les cylindres du moteur. La figure 2f représente uniquement, et de façon schématique, un rotor dans lequel deux éléments métalliques l9a et 19b, diamétralement opposés, sont différentiés mécanique ment des autres éléments métalliques 19c et 19d dans le but de permettre la synchronisation d'un système d'allumage électronique comprenant un générateur d'étincelles du type symétrique par groupe de deux cylindres. La figure 2g représente,en F et G,les formes d'ondes respectivement délivrées par les détecteurs de proximité la et lb d'un transducteur de position muni d'un roter dont les éléments métalliques ont la configuration représentée sur ia figure 2f. Le signal représenté en E correszord au produit logique des signaux représentés en y et G. Un système d'allumage électronique comprenant un distribueur électronique et des générateurs d'étincelles du type symétrique a été décrit dans la demande de brevet français NO 76.38128, déposée le 17 Décembre 1976. En se rapportant à nouveau à la figure 2a, on peut remarquer que la structure interne du transducteur de position peut être inversée. En effet, les détecteurs de proximité la et tb peuvent être fixés sur un bossage solidaire de l'embase 12 du boitier 10. Pour se faire, l'arbre central 11 doit être prolongé à l'intérieur de ce boitier et le disque 16 disposé alors en regard de la face interne du couvercle 14. Si l'en considère maintenant les modes de réalisation d'un transducteur de position, on peut tout d'abord concevoir que le rotor puisse être réalisé sous une forme monolithique, en partant d'une pièce cylindrique creuse en métal dont l'une des faces constitue le moyen de liaison avec l'arbre central, l'autre face étant libre et la paroi cylindrique étant ajourée afin de dégager des éléments métalliques longitudinaux 19 de largeur angulaire i . La structure de ce transducteur de position autorise l'adjonction d'un distributeur --carique des étincelles à très haute tension, si nécessaire, par exe- ple lorsque les éléments métalliques 19 du rotor s3n t tous identiques, comme représenté sur la figure 2b.Pour ce faire, le couvercle 14 comporte un trou central qui libère un passage pour l'arbre central 11, ainsi le transducteur peut etre coifé par un distributeur mécanique classique. D'autres configurations du boitier 10 sont possibles, par exemple, dans une première configuration, les perces 12 et 13 peuvent constituer une pièce unique et, inversement, dans une seconde configuration, les pièces 13 et 14 peuvent constituer une pièce unique. la figure 3a représente un mode de réalisation préféré d'un transducteur de position des pintons estinés à équiper un moteur à combustion interne standard, ce moteur comportant quatre cylindres et étant muni drun système électronique d'allumage comprenant, en série, des circuits électroniques d'avance automatique du type double canal et un distributeur électronique qui permet le déclenchement cyclique de deu > générateurs d'étincelles du. type symétrique. Sur cette figure 3a, le transducteur comprend : - un boitier métallique cylindrique 10 traversé par un arbre central Il ; à la base de ce boitier sont inclus des moyens classiques de roulement de cet arbre central et des moyens d'accouplement à l'arbre de distribution du moteur, - à l'intérieur de ce boitier, un rotor métallique onoli thique, claveté sur l'arbre central 11, - un couvercle 14 comportant : un bossage -20 dans lequel sont ménagées des alvéoles permettant le logement étagé des dé tecteurs de proximité la et lb, un étrier 21 muni d'une plaquette relais 21a entre les détecteurs de proximité et un cordon de sortie 16 traversant le passage 15, ce passage étant muni d'un passe-fil d'étanchéité 15a ; ce couvercle comporte des moyens de fixation 14a au boitier et des moyens d'étanchéité 14b de la liaison couvercle/boitier. lia figure 3b représente une vue transversale en coupe de la figure 3a permettant de voir la confi-uration décalée des deux détecteurs de proximité la et lb dans le bossage alvéolaire 20. On voit maintenant plus clairement les avantages que procure un transducteur de position selon l'invention : pour un diamètre déterminé du boîtier, le diamètre du rotor est maximal, la disposition étagée des détecteurs de proximité autorise des angles de décalage relatif ss de faible valeur ; en différentiant la largeur angulaire des éléments métalliques du rotor, une information complémentaire correspondant au cycle de rotation du moteur peut être obtenue facilement ; la performance de précision du tra:sduc teur ne conduit pas à un coût de fabrication supérieur à celui des transducteurs de l'art antérieur, enfin les structures directes ou inverse confèrent à ce transducteur une souplesse d'emploi. La description qui vent d'être faite de l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés ou décrits, notamment, le nombre de détecteurs de proximité peut être varié, les circuits électroniques assocs à l'élément selfique peuvent être différents, des moyens de réglage de la position relative des détecteurs et du rotor peuvent être inclus. Un transducteur, selon l'invention, trouve des applications, notamment, dans l'industrie des véhicules automobiles et, de façon plus générale, dans les machines rotatives. REVENDICATIONS 1. Transducteur de position pour moteur à combustion interne, comprenant : un boitier cylindrique traversé par un axe central accouplé à l'arbre de distribution du moteur, un rotor entraîné par l'axe central et des détecteurs fixes disposés en regard de ce rotor, caractérisé en ce que le rotor est constitué par des éléments métalliques disposés parallèlement à l'axe central sur un cercle dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre du boitier, 11 espacement angulaire relatif de ces éléments métalliques étant constant et le nombre de ces éléments étant égal au nombre de cylindres du moteur ; les détecteurs fixes sont du type autooscillateur à circuit résonant amorti par la proximité d'un objet métallique, et sont disposés à l'intérieur du rotor de façon telle que le flux de fuite de l'élément selfique du circuit résonant soit situé sur la course des éléments métalliques du rotor. 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des éléments métalliques du rotor est différen- tié mécaniquement des autres éléments métalliques par sa largeur. 3. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les détecteurs de proximité cont mécaniqusm.rt solidaires de la base du boitier. 4. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les détecteurs de proximité sont mécaniquement solidaires du couvercle du boîtier. 5. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les détecteurs de proximité sont disposés de façon étagée.