Brevet FR2756591A1 — publié le 19980605

La présente invention concerne une installation pour réguler un moteur à combustion interne comprenant une installation de calcul qui détermine la position angulaire du vilebrequin et de l'arbre à cames par l'exploitation des si- gnaux de générateurs correspondants, pour former des signaux de commande destinés aux injecteurs et/ou au déclenchement des allumages, - pour générer les signaux de capteurs, une roue phonique KW est reliée au vilebrequin, avec au moins un repère de réfé- rence et une roue phonique NW coopérant avec l'arbre à ca- mes, et ayant un repère angulaire s'étendant sur 180 , détecté par un capteur Etat de la technique Dans le cas de moteurs à combustion interne à plusieurs cylindres, à injection et allumage à régulation électronique, l'appareil de commande calcule l'instant et la quantité de carburant à injecter dans chaque cylindre ainsi que l'instant approprié pour l'allumage. Pour effectuer cor- rectement ces calculs, il faut connaître la position respec- tive du vilebrequin ou du ou des arbres à cames du moteur à combustion interne; c'est pourquoi il est usuel, comme cela est par exemple décrit dans le document DE-OS 43 27 218, d'associer le vilebrequin et l'arbre à cames chacun à une roue phonique qui présente une surface caractéristique pour être détectée par un capteur. La roue phonique du vilebrequin comporte un grand nombre de repères angulaires identiques, équidistants, ainsi qu'un repère de référence correspondant à l'absence de deux repères angulaires. La roue phonique de l'arbre à cames comporte un seul repère angulaire occupant une plage de 180 . Les deux roues phoniques sont détectées par des capteurs appropriés dont les signaux de sortie sont exploités par l'appareil de commande. Après mise en marche du moteur à combustion in- terne, l'appareil de commande ne connaît pas la position an- gulaire du vilebrequin et de l'arbre à cames. Ce n'est qu'après que les deux axes aient tourné d'un certain angle et que le repère de référence ainsi qu'au moins un flanc de re- père angulaire de l'arbre à cames ait été reconnu, que la synchronisation peut se faire et que les impulsions de com- mande avec la phase correcte peuvent être fournies pour l'injection et l'allumage. Avantages de l'invention La présente invention concerne une installation du type défini ci-dessus caractérisée en ce que sur l'un des deux arbres à cames est disposée une roue phonique avec un repère angulaire qui s'étend sur 180 et les roues phoniques du vilebrequin et le premier arbre à cames, sont décalées l'une par rapport à l'autre d'un angle cxl et la roue phoni- que du premier arbre à cames et celle du second arbre à cames sont décalées d'un angle ct2. L'avantage de cette installation selon l'inven- tion est de permettre, dans le cas d'un moteur à combustion interne à deux arbres à cames, d'assurer une synchronisation particulièrement rapide car la disposition et la réalisation selon l'invention des roues phoniques sur le vilebrequin et les arbres à cames permettent de donner dans un seul cycle de travail du moteur à combustion interne, six points de syn- chronisation univoques. L'installation selon l'invention s'applique d'une manière particulièrement avantageuse à la reconnaissance de cylindres de moteurs à combustion interne dont les cylindres sont placés en V, et répartis en deux en- sembles de cylindres, chaque ensemble de cylindres ayant un arbre à cames et une roue phonique correspondante. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: * l'installation de calcul est l'appareil de commande du mo- teur à combustion interne et l'angle al entre le repère de référence de la roue phonique KW du vilebrequin et du flanc positif de la première roue phonique NW, est égal à 45 NW ou 90 KW et l'angle c2 entre les flancs positifs des roues phoniques des arbres à cames est de 90 NW ou 180 KW, * le moteur à combustion interne est un moteur en V avec deux ensembles de cylindres, et un arbre à cames est associé à chaque cylindre, * le moteur à combustion interne est un moteur à au moins deux arbres à cames qui sont ceux de l'admission et de l'échappement, * l'appareil de commande comporte des entrées indépendantes pour fournir les deux signaux de générateurs d'arbres à ca- mes et à côté de l'interrogation de niveau, on a également séparément l'information d'une détection d'interruption de l'alternance de plans pour les deux signaux des capteurs, * on effectue une reconnaissance de démarrage rapide et après avoir reconnu un premier point de synchronisation, on fait la synchronisation puis on tient compte des calculs sui- vants, * on effectue une reconnaissance d'erreur permettant de déce- ler une défaillance du générateur de vilebrequin et/ou d'un générateur d'arbre à cames et d'assurer la synchronisation en mettant les signaux résiduels en relation non équivoque pour générer des points de synchronisation, * l'appareil de commande traite la suite ininterrompue de changement de flancs positifs et négatifs des signaux des arbres à cames, décalés l'un par rapport à l'autre de KW et reconnaît une rotation en sens inverse lorsque les flancs alternés correspondant à l'angle 180 KW sont dé- calés, * dans un moteur à combustion interne à réglage permanent et/ou d'un diagnostic pour le réglage de l'arbre à cames, on détermine la valeur réelle du réglage en exploitant les deux signaux d'arbres à cames et on utilise cette valeur réelle pour la régulation servant au réglage permanent ou au diagnostic, * pour déterminer la valeur réelle du réglage de l'arbre à cames par tête de cylindre, on exploite deux flancs de si- gnaux. Il est particulièrement avantageux que la syn- chronisation entre le vilebrequin et les arbres à cames se fasse d'une part avec le repère de référence ou intervalle dans la roue phonique du vilebrequin et le niveau de phase correspondant du signal de l'arbre à cames de l'ensemble de cylindres 1 ou de l'ensemble de cylindres 2 ou encore par la synchronisation avec le flanc positif ou négatif de l'arbre à cames de l'ensemble de cylindres 1 ou 2. En cas de dé- faillance de l'un des générateurs de phase des arbres à cames (roues phoniques), on peut passer en fonctionnement de se- cours pour le générateur de phase; on synchronise alors avec le signal de phases d'arbres à cames qui reste actif, ce qui permet d'obtenir toujours quatre points de synchronisation univoques. En sélectionnant le générateur de vitesse de ro- l positifs ou négatifs des arbres à cames des ensembles de cy- lindres 1 ou 2. De plus, on utilise avantageusement 4 flancs pour actualiser la position du moteur pour le fonctionnement de secours du générateur de vitesse de rotation (générateur de régime). Au cas o le moteur tournerait en sens inverse, on peut avantageusement détecter la rotation inverse ce qui réduit le risque de barbotage de la tubulure d'aspiration. Si le moteur tourne en sens inverse, les alternances de flancs positifs et de négatifs du générateur de phase de l'arbre à cames sont décalées de 180 KW (angle du vilebrequin) ce qui permet d'en déduire que le moteur tourne en sens inverse. Dans le cas de moteurs à combustion interne à ré- glage variable de l'arbre à cames ou à diagnostic du réglage de l'arbre à cames, il est possible d'avoir une exploitation avantageuse car on dispose de deux flancs de signal par tête de cylindre, pour déterminer la valeur réelle de la position de l'arbre à cames. Cette valeur réelle peut servir à la ré- gulation du réglage constant de l'arbre à cames ou encore au diagnostic. Il est particulièrement avantageux que dans le cas de roues phoniques d'arbres à cames tournant en sens op- posé, on utilise deux roues phoniques dont la réalisation mé- canique est la même. Cela présente l'avantage de limiter la fabrication à un seul type de roue phonique puisqu'il n'y a pas de risque d'échange au montage. L'ensemble de l'instal- lation peut être prévu avantageusement comme système de dé- marrage rapide. Dessins Un exemple de réalisation de l'invention est re- présenté dans les dessins et sera décrit ci-après de manière plus détaillée. Ainsi: - la figure 1 est une vue d'ensemble de l'installation du vi- lebrequin et des arbres à cames ainsi que des capteurs cor- respondants et de l'appareil de commande effectuant des calculs pour réguler l'injection et l'allumage, - la figure 2 montre les chronogrammes des signaux en fonc- tion de l'angle du vilebrequin. Description A titre de remarque préliminaire on désignera par convention dans la présente description, les angles du vile- brequin ou d'un capteur qui lui est associé par le suffixe " KW " et les angles des arbres à cames ou de capteurs qui leur sont associés par " NW ". La figure 1 montre, à titre d'exemple, les compo- 2() sants d'un moteur à combustion interne, nécessaires à la des- cription de l'invention; la référence 10 se rapporte à une roue phonique solidaire en rotation du vilebrequin 11 du mo- teur à combustion interne; à sa périphérie, cette roue pho- nique comporte un grand nombre de repères angulaires 12, identiques. En plus de ces repères angulaires identiques 12, il y a un repère de référence 13 réalisé par exemple par la suppression de deux repères angulaires. Le nombre des repères angulaires est par exemple égal à (60-2). Une seconde roue phonique 14 est reliée au pre- mier arbre à cames 15 du moteur à combustion interne; sa pé- riphérie comporte un repère angulaire 16 occupant un angle de 1800. Une autre roue phonique 17 est reliée au second arbre à cames 18 du moteur à combustion interne et comporte à sa pé- riphérie, un repère angulaire 19 s'étendant également sur un angle de 180 . Les références 20 et 21 désignent les liaisons entre le vilebrequin et les arbres à cames. Les deux arbres à cames sont entraînés par le vilebrequin pour tourner à la moitié de la vitesse de rotation du vilebrequin. Dans le cas d'un moteur avec des cylindres disposés en V (moteur en V), un arbre à cames est associé à chaque ensemble de cylindres,. Pour d'autres moteurs à combustion interne à plu- sieurs arbres à cames par ensemble de cylindres, on peut éga- lement utiliser l'installation selon l'invention. Par exemple dans le cas de moteurs à combustion interne à réglage varia- ble des arbres à cames, avec un arbre à cames pour la com- mande des soupapes d'admission et un arbre à cames pour la commande des soupapes d'échappement, l'installation selon l'invention permet de déterminer en outre le réglage des ar- bres à cames. L'installation selon l'invention peut s'appliquer de manière générale à des moteurs ayant au moins deux arbres à cames, usuellement les arbres à cames d'admission et d'échappement. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 1, le montage des roues phoniques associées au vilebrequin et aux arbres à cames, donne les courbes de signaux représentées à la figure 2. La première roue phonique de l'arbre à cames est tournée d'un angle al par rapport à la roue phonique du vilebrequin. La seconde roue phonique de l'arbre à cames est tournée par rapport à la première roue d'un angle a2; a2 est avantageusement d'environ 1800. L'angle al est d'environ , cet angle est compris entre le début du repère d'angle 16 et la fin du repère d'angle 13. Pour la forme des signaux, on se reportera à la figure 2. Les roues phoniques 10, 14, 17 associées au vile- brequin et aux arbres à cames sont détectées avec des cap- teurs appropriés 22, 23, 24, par exemple des capteurs inductifs ou des capteurs à effet Hall; au passage des repè- res angulaires sur les capteurs, ceux-ci génèrent des signaux qui sont traités, soit directement pour alimenter un appareil de commande 25, soit par l'appareil de commande 25 lui-même. Cette préparation consiste à former de préférence des signaux rectangulaires dont les flancs montants correspondent au dé- but d'un repère angulaire et des flancs descendants à la fin d'un repère angulaire. Ces signaux ou la succession chronolo- gique des différentes impulsions des signaux sont exploités par l'appareil de commande 25 pour déterminer la vitesse de rotation ainsi que la position angulaire des arbres. L'appareil de commande 25 reçoit par différentes entrées dont une seule est représentée à la figure 1, d'autres grandeurs d'entrée nécessaires à la commande ou la régulation du moteur à combustion interne; ces grandeurs sont mesurées par différents capteurs 27. Comme exemple de tels capteurs, il convient de mentionner: le capteur de tem- pérature de moteur; le capteur de volet d'étranglement; le capteur de pression dans la tubulure d'aspiration. En outre l'entrée 28 reçoit un signal d'allumage fourni à la fermeture de l'interrupteur d'allumage 29 par la borne K1. 15 du con- tact d'allumage. En sortie, l'appareil de commande qui comprend des moyens de calcul et une mémoire non représentés, fournit des signaux d'allumage et d'injection portant les références et 31. L'alimentation en tension de l'appareil de commande se fait de manière usuelle à l'aide d'une batterie 32 re- liée par un interrupteur 33 à l'appareil de commande 25. A l'aide des grandeurs représentées à la figure 1, l'appareil de commande détermine à tout instant la position du vilebre- quin 11 et celle des arbres à cames 15, 18 pendant le fonc- tionnement du moteur à combustion interne. L'association entre le vilebrequin 11 et les arbres à cames 15, 18 étant connue comme l'association entre la position du vilebrequin et la position des différents cylindres, après détection d'un premier point de synchronisation, on peut synchroniser ou dé- tecter les cylindres et commander ou réguler de manière con- nue, l'injection et l'allumage. La figure 2 montre les signaux fournis par les capteurs 22, 23, 24, et déjà mis en forme de signaux rectan- gulaires exploités par l'appareil de commande; ces signaux sont représentés en degré d'angle en fonction de l'angle a en degré d'angle du vilebrequin (KW). De manière détaillée, la figure 2a montre le signal fourni par le générateur du vi- lebrequin; ce signal se produit lorsque la roue phonique utilisée est une roue ayant 60-2 repères d'angle. Le repère d'angle formé par l'absence de deux impulsions arrive une x fois par rotation du vilebrequin, c'est-à-dire deux fois par cycle de fonctionnement. La succession des nombres 1 à 6 dé- signe les six points de synchronisation dont on détaillera ci-après comment ils sont déterminés. Les figures 2b et 2c montrent les deux signaux fournis par les générateurs d'arbres à cames. La longueur de la phase " Haut " ou " Bas " est chaque fois égale à 360 KW car, comme cela est connu, l'arbre à cames tourne à la moitié de la vitesse du vilebrequin. L'angle ci rapporté au vile- brequin est égal à 90 KW; cet angle correspond effective- ment à un angle de 45 . La figure 2d indique le cylindre qui se trouve, selon un procédé de comptage interne au programme, au point mort haut d'allumage (ZOT); cette figure indique en outre le cylindre qui se trouve au point mort haut de changement de charge (LWOT). La figure 2e indique les phases dans lesquelles les soupapes d'admission des différents cylindres sont ouver- tes (EV1, EV2,...) et les flèches désignent les instants d'allumage. Les chronogrammes représentés à la figure 2 s'obtiennent comme déjà indiqué lorsque le moteur en V à six cylindres est équipé de deux arbres à cames dont chacun est associé à un ensemble de cylindres; on utilise une roue pho- nique ayant des repères angulaires de 180 . La position des deux roues phoniques par rapport au jeu de fonctionnement, d'un angle a2 est avantageusement 90 NW correspondant à 180 KW. La position du changement de segment par rapport aux ins- tants de synchronisation sur le vilebrequin, qui est formée à partir des seconds repères angulaires, après (60-2) interval- les, est décalée d'un angle défini el de préférence égal à NW ou 90 KW angulaires. Du côté de la saisie du signal dans l'appareil de commande 25, on fixe pour les deux signaux de capteurs de vi- lebrequin, deux entrées indépendantes qui, en plus de l'interrogation normale de niveau, permettent également une détection d'interruption du changement de flanc, séparément pour les deux signaux du générateur de vilebrequin. Cette installation permet d'obtenir six points de synchronisation non équivoques dans un cycle de travail (720 KW). On peut synchroniser sur le repère de référence (intervalle) du signal de vilebrequin en utilisant le niveau de phase correspondant du signal d'arbre à cames 1 ou 2, qui est alors associé à l'ensemble de cylindres 1 ou 2. D'autres synchronisations s'obtiennent avec un flanc positif ou un flanc négatif des signaux d'arbres à cames de l'ensemble de cylindres 1 ou 2. Globalement, on définit six points de synchroni- sation permettant avec le système décrit, d'assurer un démar- rage rapide car après l'apparition du premier des six repères de synchronisation, on peut effectuer une synchronisation. Si l'un des deux générateurs de phases des arbres à cames 23, 24 est défaillant, on peut néanmoins générer qua- tre points de synchronisation non équivoques en ce que le si- gnal de phase qui subsiste est exploité avec le signal de générateur de vilebrequin. On exploite alors de nouveau l'intervalle entre le signal du vilebrequin et l'arrivée d'un flanc positif ou négatif du signal d'arbre à cames. Si le générateur de vitesse de rotation c'est-à- dire le générateur de vilebrequin 22 est défaillant, on peut néanmoins générer quatre points de synchronisation en exploi- tant le signal de phase qui subsiste et le signal de généra- teur de vilebrequin. On exploite alors de nouveau l'intervalle du signal de vilebrequin et l'arrivée d'un flanc positif ou négatif du signal de vilebrequin. Si le générateur de vitesse de rotation, c'est-à- dire le générateur du vilebrequin 22 est défaillant, on peut obtenir quatre points de synchronisation non équivoques par l'exploitation des flancs positifs ou négatifs des deux si- gnaux du générateur d'arbre à cames. Dans ce cas, on dispose toujours du fonctionnement de secours du générateur de vi- tesse de rotation même si les flancs pour actualiser la posi- tion du moteur sont disponibles en fonctionnement de secours. L'installation selon l'invention permet en outre de reconnaître le sens de rotation inverse. Si le moteur tourne en sens inverse, par exemple après avoir calé, on ris- que des explosions dans la tubulure d'aspiration. En exploi- tant le changement de flancs positifs et négatifs des deux signaux de générateur d'arbre à cames, on peut reconnaître si la rotation inverse du changement de flanc a été décalée de 180 KW. Lorsqu'un tel décalage est reconnu, l'appareil de commande 25 peut en déduire que le moteur tourne en sens in- verse et qu'il faut prendre les mesures appropriées. Pour la rotation inverse, reconnue, on peut supprimer les autres in- jections de sorte que le moteur s'arrête relativement rapide- l) ment. Dans un moteur à réglage variable du ou des ar- bres à cames ou à diagnostic pour le réglage de l'arbre à ca- mes, on peut à l'aide de l'installation selon l'invention, déterminer la valeur réelle du réglage de l'arbre à cames, en mettant en rapport la succession chronologique des flancs des signaux des deux générateurs de signaux des arbres à cames. Par tête de cylindre, on dispose ainsi de deux flancs de si- gnaux, par lesquels on détermine la valeur réelle du réglage. Cette valeur réelle s'utilise pour la régulation servant au réglage permanent ou à des fins de diagnostic. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Installation pour réguler un moteur à combustion interne comprenant une installation de calcul qui détermine la posi- tion angulaire du vilebrequin et de l'arbre à cames par l'exploitation des signaux de générateurs correspondants, pour former des signaux de commande destinés aux injecteurs et/ou au déclenchement des allumages, - pour générer les signaux de capteurs, une roue phonique KW (10) est reliée au vilebrequin (11), avec au moins un re- père de référence (13) et une roue phonique NW (14) coopé- rant avec l'arbre à cames (15), et ayant un repère angulaire (16) s'étendant sur 180 , détecté par un capteur, caractérisée en ce qu' sur l'un des deux arbres à cames (18) est disposée une roue phonique (17) NW avec un repère angulaire (19) qui s'étend sur 180 et les roues phoniques du vilebrequin (11) et le premier arbre à cames (15), sont décalées l'une par rapport à l'autre d'un angle cil et la roue phonique (14) du premier arbre à cames (15) et celle (17) du second arbre à cames (19) sont décalées d'un angle aO2. ) Installation de régulation d'un moteur à combustion in- terne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation de calcul est l'appareil de commande du moteur à combustion interne et l'angle cal entre le repère de réfé- rence de la roue phonique KW du vilebrequin et du flanc posi- tif de la première roue phonique NW, est égal à 45 NW ou 90 KW et l'angle a2 entre les flancs positifs des roues phoni- ques des arbres à cames est de 90 NW ou 180 KW. 3 ) Installation de régulation d'un moteur à combustion in- terne selon une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le moteur à combustion interne est un moteur en V avec deux ensembles de cylindres, et un arbre à cames est associé à chaque cylindre. 4 ) Installation de régulation d'un moteur à combustion in- terne selon une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le moteur à combustion interne est un moteur à au moins deux arbres à cames qui sont ceux de l'admission et de l'échappement. ) Installation de régulation d'un moteur à combustion in- terne selon une quelconque des revendications 2, 3, 4, 1 et à côté de l'interrogation de niveau, on a également sépa- rément l'information d'une détection d'interruption de l'alternance de plans pour les deux signaux des capteurs. 6 ) Installation de régulation d'un moteur à combustion in- terne selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu' 2) on effectue une reconnaissance de démarrage rapide et après avoir reconnu un premier point de synchronisation, on fait la synchronisation puis on tient compte des calculs suivants. 7 ) Installation de régulation d'un moteur à combustion in- terne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu' on effectue une reconnaissance d'erreur permettant de déceler une défaillance du générateur de vilebrequin et/ou d'un géné- rateur d'arbre à cames et d'assurer la synchronisation en ) mettant les signaux résiduels en relation non équivoque pour générer des points de synchronisation. 8 ) Installation de régulation d'un moteur à combustion in- terne selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'appareil de commande traite la suite ininterrompue de chan- gement de flancs positifs et négatifs des signaux des arbres à cames, décalés l'un par rapport à l'autre de 180 KW et re- connaît une rotation en sens inverse lorsque les flancs al- ternés correspondant à l'angle 180 KW sont décalés. 9 ) Installation de régulation d'un moteur à combustion in- terne selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que dans un moteur à combustion interne à réglage permanent et/ou à diagnostic pour le réglage de l'arbre à cames, on détermine la valeur réelle du réglage en exploitant les deux signaux d'arbres à cames et on utilise cette valeur réelle pour la régulation servant au réglage permanent ou au diagnostic. ) Installation de régulation d'un moteur à combustion in- terne selon la revendication 8, caractérisée en ce que pour déterminer la valeur réelle du réglage de l'arbre à ca- mes par tête de cylindre, on exploite deux flancs des si- gnaux.