Brevet FR2756627A1 — publié le 19980605

La présente invention concerne une installation de détection de l'angle de phase et/ou de la course de sou- pape d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres comprenant au moins une soupape d'admission par cylindres, un vilebrequin et un arbre à cames entraînée avec une phase pré- déterminée par le vilebrequin ainsi qu'un autre arbre à cames entraîné à partir du premier arbre à cames par des moyens de couplage comprenant au moins un autre arbre, la rotation re- lative des deux arbres à cames étant définie l'une par rap- port à l'autre et les deux arbres à cames déterminent la fonction d'ouverture et de fermeture pour qu'une rotation re- lative des deux arbres à cames l'un par rapport à l'autre permette de modifier la course et/ou la durée d'ouverture des soupapes. Etat de la technique Il est connu, dans des moteurs à combustion in- terne à plusieurs cylindres ayant au moins une soupape d'admission par cylindre, de commander les soupapes à l'aide de deux arbres à cames; l'un des deux arbres à cames est par exemple commandé par le vilebrequin pour l'ouverture des sou- papes alors que le second arbre à cames, relié au premier ar- bre à cames par des moyens de couplage, commande la fermeture des soupapes. Ces moyens de couplage sont conçus pour permet- tre une rotation relative des arbres à cames qui tournent à la même vitesse de rotation; cela permet de modifier la course des soupapes dans des plages très étendues. Un dispo- sitif permettant un tel réglage des arbres à cames est par exemple connu selon le document PCT/DE 93/01248. Dans ce dispositif connu de réglage, les arbres à cames sont reliés par une transmission de couplage à quatre pignons; un pignon de la transmission de couplage est relié solidairement au premier arbre à cames entraîné par le vile- brequin et par les deux pignons intermédiaires, on entraîne le pignon de sortie et ainsi le second arbre à cames. En ré- glant en rotation le couplage entre les deux arbres à cames autour de l'axe du premier arbre à cames, on réalise un angle de rotation entre l'arbre à cames d'entraînement et l'arbre à cames entraîné. L'association biunivoque entre la position de couplage et l'angle de rotation et ainsi la course des soupa- pes permet grâce à une rotation relative des deux arbres à cames, de modifier la course et/ou la durée d'ouverture des soupapes dans une plage très large. Le débattement du moyen5 de liaison peut se faire à l'aide d'un capteur de position, par exemple d'un capteur angulaire de type potentiomètre et finalement de l'exploiter pour déterminer la course des sou- papes. Le dispositif connu constitue un système à méca- nisme de course de soupapes variable (encore appelé système (VVH)) permettant de régler les soupapes d'admission d'un axe de réglage commun à toutes les soupapes. La présente invention a pour but de détecter la course d'une soupape sans nécessiter de capteur de position. Avantages de l'invention: La présente invention concerne une installation du type défini ci-dessus caractérisée en ce qu'au moins deux des arbres, le vilebrequin ou le premier arbre à cames ou le second arbre à cames ou un arbre des moyens de couplage com- portent une roue phonique détectée par un capteur pour géné- rer un signal de sortie permettant de connaître la position angulaire respective de l'arbre concerné et l'angle de rota- tion entre les deux arbres à cames se détermine à partir des positions angulaires mesurées et des relations d'angle de phase prédéterminées entre les arbres concernés. L'installation selon l'invention offre l'avantage de ne pas nécessiter de capteur de position pour détecter le débattement de la bielle mais d'utiliser les capteurs exis- tants déjà pour déterminer la position angulaire du vilebre- quin et des arbres à cames en vue de la saisie de l'angle de rotation. A partir de l'angle de rotation relatif des deux arbres à cames, on détermine la course des soupapes grâce au couplage prédéterminé. Dans une telle installation, on détermine l'angle de rotation ou la course des soupapes pour un moteur à com- bustion interne à plusieurs cylindres à au moins une soupape d'admission par cylindre, en déterminant la position angu- laire du vilebrequin par détection d'une roue phonique reliée au vilebrequin. En outre, le second arbre à cames comporte une roue phonique détectée à l'aide d'un second capteur pour dé- terminer la phase (position angulaire) du second arbre à ca- mes. Les relations et conditions de phase entre le vilebrequin, le premier et le second arbre à cames et le cas échéant également un axe d'un moyen de couplage entre le pre- mier et le second arbre à cames étant prédéterminées comme cela est connu, on peut calculer l'angle de rotation entre les arbres à cames à partir des positions angulaires obtenues pour le vilebrequin et le second arbre à cames. Comme en outre, il est connu que le premier arbre à cames commande la fonction d'ouverture des soupapes d'admission et que le second arbre à cames commande la fonc- tion de fermeture, la connaissance de l'angle de rotation permet de conclure sans équivoque quant à la course de la soupape. Suivant une autre caractéristique avantageuse, dans un premier développement intéressant, à la place de la roue phonique du vilebrequin, on monte une seconde roue pho- nique de phase sur le premier arbre à cames. L'exploitation commune des signaux de sortie des deux capteurs des arbres à cames permet une détection avantageuse de l'angle de rotation (phase) et de la course des soupapes. Selon un autre développement avantageux de l'invention, le second arbre à cames est équipé d'une roue phonique détectée par un capteur et cette seconde roue est reliée à la roue d'entraînement d'une transmission de cou- plage coopérant comme moyen d'entraînement de l'arbre à ca- mes, et cette roue est munie d'au moins un repère exploité à l'aide d'un capteur indépendant. Selon un autre développement avantageux, on sup- prime la roue phonique du vilebrequin et on utilise une autre roue phonique de phase, montée sur le premier arbre à cames et de plus un repère prévu sur la roue d'entraînement de la transmission de couplage, ce repère étant détecté à l'aide d'un capteur supplémentaire. En cas de fonctionnement non stationnaire du moteur à combustion interne, une solution particulièrement avantageuse se dégage notamment si, en plus, on détecte à l'aide d'un autre capteur, les dents de la roue de sortie de la transmission et on mesure ainsi l'angle de5 rotation instantané. Une exploitation particulière simple est égale- ment possible si le nombre de repères d'angle de la roue de sortie et de la roue phonique du vilebrequin se correspondent ou si le nombre des repères angulaires de la roue de sortie10 est un multiple entier du nombre de repères d'angle de la roue du capteur de vilebrequin ou inversement. Cela s'applique également de façon correspondante aux autres réa- lisations. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses: * la course de soupape est déterminée à partir de l'angle de rotation par une formule donnant la relation entre la course de soupapes et l'angle de rotation ou par un champ de courbes caractéristiques donnant la relation entre la courbe de soupape et l'angle de rotation. * les calculs nécessaires sont effectués dans l'appareil de commande. * la roue phonique du moyen de couplage est la roue d'entraînement de la transmission de couplage ou la roue de sortie de la transmission de couplage, la roue d'entraînement ou la roue de sortie ayant au moins un re- père angulaire supplémentaire. * le nombre des repères angulaires de la roue de sortie et le nombre des repères angulaires de la roue phonique du vile- brequin se correspondent ou représentent un multiple entier l'un par rapport à l'autre. * le nombre des repères angulaires sur la roue d'entraînement et de la roue phonique reliée au premier arbre à cames se correspondent directement ou suivant un multiple entier. * l'installation est appliquée à un moteur à combustion in- terne qui comporte en outre un capteur détectant la course de soupapes, et compare le signal de sortie du capteur dé- tectant la course de soupapes et la course de soupapes cal- culée à partir de l'angle de phase et, en cas de différence entre la course de soupapes mesurée et la course de soupa- pes calculée, elle considère qu'il y a défaillance du cap- teur de position et passe en mode de secours en utilisant la course de soupapes obtenue à partir de l'angle de phase comme signal réel pour la régulation de position du méca- nisme de réglage de la course de soupapes. * dans des conditions de fonctionnement prédéterminées du mo- teur à combustion interne, notamment en cas de ralenti et/ou de charges partielles, la course de soupapes obtenue à partir de l'angle de phase est utilisée pour la régula- tion et pour les autres conditions de fonctionnement du mo- teur à combustion interne, la valeur réelle de la course de soupapes obtenue à partir du capteur de course de soupapes est utilisée pour la régulation. Un exemple de réalisation de l'invention sera dé- crit ci-après à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique du vilebrequin et des arbres à cames ainsi que des moyens de couplage correspon- dants, - la figure 2 montre un schéma par blocs du système de sou- pape à variation mécanique, - la figure 3 montre les courbes de la course de soupape en fonction de l'angle du vilebrequin pour différents angles de phase entre les deux arbres à cames. Description: La figure 1 montre les composants d'un moteur à combustion interne nécessaires à la compréhension de l'invention appliquée à un moteur à double arbre à cames, à course de soupape variable. Les deux arbres à cames 10, 11 sont reliés par une transmission de couplage à quatre pignons 12, 13, 14, 15; le premier pignon 15 de la transmission de couplage est solidaire du premier arbre à cames 10 entraîné par le vilebrequin 19; les deux pignons intermédiaires 13, 14 entraînent la roue de sortie 12 et ainsi le second arbre à cames 11. Pour le réglage en rotation du moyen de couplage 16 autour de l'axe de l'arbre à cames 10, on a un angle de rota- tion (angle de phase) entre l'arbre à cames moteur et l'arbre à cames entraîné. L'association biunivoque de la position de couplage et l'angle de phase et ainsi la course des soupapes permet d'utiliser le débattement du moyen de couplage 16 comme mesure de la course des soupapes. La présente invention permet d'utiliser une autre solution pour détecter la course d'une soupape. Comme cela est indiqué à la figure 1, une roue phonique 17 de phase est reliée solidairement à l'arbre à cames 11 et tourne ainsi avec cet arbre à cames 11. A sa périphérie, la roue phonique 17 comporte un nombre prédéterminé de repères détectés par le détecteur de phase 18. Le détecteur de phase 18 est par exem- ple un capteur inductif ou un capteur à effet Hall ou encore un capteur optique émettant une impulsion de tension au pas- sage de chaque repère angulaire de la roue phonique 17. Ce capteur permet de déterminer l'angle de la roue phonique 1715 et ainsi de l'arbre à cames 11. En parallèle au capteur de phase 18, un capteur de vitesse de rotation 20 associé au vilebrequin 19 détecte la position du vilebrequin 19 par exemple par détection d'une roue phonique 21 solidaire du vilebrequin, et ayant à sa sur- face un grand nombre de repères angulaires de même nature, équidistants; un repère de référence est formé par la sup- pression d'un ou deux repères d'angle. Les trous ainsi réali- sés sont détectés de manière connue par l'appareil de commande 22 qui reçoit les signaux des différents capteurs. L'appareil de commande 22 exploite les signaux et effectue des calculs pour la saisie des angles de rotation ou la sai- sie des courses de soupape. A l'aide d'un algorithme comme celui par exemple servant à un réglage variable d'arbres à cames, on exploite les signaux des capteurs dans l'appareil de commande 22 et on détermine l'association entre la roue phonique d'arbre à ca- mes ou roue phonique de phase 17 et la roue phonique 21 du vilebrequin. La relation de phase ainsi obtenue correspond à un angle de rotation entre le premier arbre à cames 10 et le second arbre à cames 11 dans l'hypothèse o l'arbre à cames est relié rigidement en phase au vilebrequin 19. L'association entre la relation de phase mesurée et l'angle de rotation est prédéterminée de manière biunivoque si le montage du capteur et des arbres est donné de manière biuni- voque. Si cette condition est remplie, il est possible de dé- terminer cette course de soupapes à partir de la phase mesurée en utilisant la relation fixe, connue, entre l'angle5 de phase entre les deux arbres à cames et la course des sou- papes. Si à la place de la roue phonique de vilebrequin 21, on fixe une seconde roue phonique de phase ou roue phoni- que d'arbre à cames 23 sur le premier arbre à cames 10 et que l'on détecte cette roue à l'aide de son propre capteur 24, on peut utiliser les signaux de sortie de ce capteur pour l'exploitation. A partir des signaux de sortie de cet autre capteur, on peut déterminer la position angulaire du premier arbre à cames et ainsi, en tenant compte de la position angu- laire obtenue à partir du second arbre à cames, on peut en déduire la course de soupapes. Selon un autre développement de l'invention, on combine la roue phonique de phase 17 à la roue de sortie 12 de la transmission de couplage, roue assurant l'entraînement de l'arbre à cames 11; pour cela, on prévoit un repère angu- laire sur cette roue de sortie 12 qui est détecté par un cap- teur de phase 18 ou 27 placé à un emplacement approprié; le signal de sortie de ce capteur est exploité par l'appareil de commande 22. Au cas o à la place de la roue phonique de vi- lebrequin 21, on utilise une autre roue phonique de phase 23 sur l'arbre à cames 10, on peut avoir la réalisation sui- vante: la roue de phase supplémentaire 23 peut être combinée à la roue d'entraînement 15 de la transmission de couplage en prévoyant un repère sur cette roue d'entraînement 15 détecté par le capteur de phase 24 supplémentaire pour générer un si- gnal de sortie que peut exploiter l'appareil de commande 22. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, on détecte les repères d'angle de la roue de sortie 12 à l'aide d'un autre capteur 24a. Le signal de sor- tie correspondant permet de déterminer dans l'appareil de commande 22 ainsi l'angle de rotation instantané de la roue de sortie. Cette procédure convient tout particulièrement pour le fonctionnement non stationnaire du moteur à combus- tion interne. L'exploitation est particulièrement simple, si le nombre de repères angulaires de la roue de sortie 12 et de la roue phonique de vilebrequin 21 se correspondent ou si le nombre des repères angulaires de la roue de sortie 12 est un multiple entier du nombre des repères angulaires de la roue phonique de vilebrequin 21 ou inversement. Cela s'applique de manière correspondante si à la place de la roue phonique de vilebrequin 19, la roue d'entraînement 15 de la transmission de couplage, reliée à l'arbre à cames 10 est utilisée pour l'exploitation. La détermination de la course de soupapes à par- tir de l'angle de rotation entre les deux arbres à cames sera décrite ci-après à l'aide des figures 2 et 3. Selon la figure 2, on décompose le système de soupapes variables de la culasse du moteur à combustion in- terne en deux systèmes partiels à savoir la transmission de couplage 25 et l'entraînement de soupape 26. La relation fonctionnelle entre la transmission de couplage 25 et l'entraînement de soupape 26 se représente suivant la chaîne indiquée à la figure 2. Selon cette figure, la position du moyen de couplage 16 de la transmission de couplage 25 fixe l'angle de phase ou de rotation entre le premier arbre à ca- mes 10 et le second arbre à cames 11. La position de couplage KS influence directement la transmission de couplage 25. L'angle de rotation VW représente la courbe de contour de came des deux arbres à cames. Dans le cas de l'entraînement variable de soupape 26, la forme du contour de l'arbre à ca- mes 10 s'ajoute à la forme de contour de l'arbre à cames 11 par un mécanisme particulier pour donner une courbe de soulè- vement de soupapes. On obtient de cette manière, un faisceau continu de courbes de soulèvement de soupapes. La figure 3 montre ces courbes de soulèvement des soupapes. La figure 3 représente la course de soupapes VH en millimètre en fonction de l'angle de vilebrequin en degrés (kW). Le faisceau de courbes représente les fonctions de la course d'admission; le paramètre du faisceau est l'angle de phase ou angle de rotation entre le premier arbre à cames 10 et le second arbre à cames 11. L'angle de phase définit ainsi de manière biunivoque la courbe de soulèvement de soupapes et la course de soupapes. La relation angle de rotation/course de soupapes se détermine soit sous la forme d'une formule, soit comme cela est représenté à la figure 3 par un champ de courbes caractéristiques. La connaissance de l'angle de phase suffit ainsi pour obtenir la course de soupapes VH à l'aide d'une formule appropriée ou en utilisant le champ de courbes caractéristiques. Le calcul ou l'exploitation sont faits par l'appareil de commande 22 du moteur à combustion interne. Le champ de courbes caractéristiques nécessaire à l'exploitation est enregistré dans une mémoire du processeur de l'appareil de commande. A côté du faisceau de courbes représentant les fonctions de la course d'admission avec réglage variable des arbres à cames, la figure 3 montre également une fonction de courbe d'admission pour une commande classique KSt, c'est-à- dire sans réglage des arbres à cames. Cette figure montre également le changement de charge OT et le point mort bas UT ainsi que la durée d'ouverture de soupape OD en degrés KW. La course de soupapes mesurée comme cela a été décrit ci-dessus peut s'utiliser comme signal de référence dans une installation ayant un capteur de position pour le mécanisme de réglage de l'arbre à cames, pour calibrer ce capteur de position. Pour une telle opération de calibrage, il n'existe pas de solution simple et pratique. De plus, la détection selon l'invention de la course de soupapes peut servir de signal de comparaison pour le signal du capteur de position dans le cadre d'un concept de sécurité. Lors de la commande du remplissage des cylindres exclusivement par la course de soupape, la surveillance des signaux réels de la course de soupapes a une grande importance. Cette sur- veillance se réalise de manière simple en ce que la course de soupapes calculée à partir de l'angle de rotation est compa- rée à la course de soupapes mesurée et en cas de déviation prédéterminée, on considère qu'il y a un défaut. Un système équipé d'un capteur de position permet un fonctionnement de secours en cas de détection de la dé- faillance du capteur de position; pour cela, on utilise comme signal réel de la.régulation de position du mécanisme de réglage de la course de soupapes, le premier signal de course de soupapes obtenu selon l'invention. La détection se- lon l'invention de la course de soupapes peut également rem-5 placer complètement les capteurs de position utilisés actuellement. Cette possibilité est particulièrement impor- tante si à cause de la construction, le mécanisme de réglage de l'arbre à cames ne permet qu'une position du capteur de position dans la culasse, liée à des conditions d'utilisation10 extrêmes telles qu'une température élevée et la circulation d'huile du moteur. Lorsque le moteur à combustion interne tourne au ralenti ou à charge partielle, il faut selon l'expérience, une régulation du remplissage des cylindres ayant un pouvoir de résolution élevé. Pour cela, il faut un signal réel de la course de soupape étalée de manière correspondante pour la régulation du mécanisme de réglage de la course de soupapes. Si le signal fourni par le capteur de position ne satisfait pas à ces conditions dans la plage de charge partielle consi- dérée, il faut prendre des mesures supplémentaires comme par exemple appliquer au signal de sortie du capteur de position un coefficient d'amplification plus important. Ces moyens supplémentaires peuvent être éliminés si la saisie selon l'invention de la course de soupapes présente la résolution déjà demandée. Dans ce cas, pour la régulation du mécanisme de réglage de la course de soupapes au ralenti et en charges partielles, on utilise avantageusement le signal réel de la course de soupapes obtenue par le capteur de phase ou le moyen de rotation. ]11 R E V E N D I C A T IONS 1 ) Installation de détection de l'angle de phase et/ou de la course de soupape d'un moteur à combustion interne à plu- sieurs cylindres comprenant au moins une soupape d'admission5 par cylindres, un vilebrequin et un arbre à cames entraînée avec une phase prédéterminée par le vilebrequin ainsi qu'un autre arbre à cames entraîné à partir du premier arbre à ca- mes par des moyens de couplage comprenant au moins un autre arbre, la rotation relative des deux arbres à cames étant dé-10 finie l'une par rapport à l'autre et les deux arbres à cames déterminent la fonction d'ouverture et de fermeture pour qu'une rotation relative des deux arbres à cames l'un par rapport à l'autre permette de modifier la course et/ou la du- rée d'ouverture des soupapes,15 caractérisée en ce qu' au moins deux des arbres, le vilebrequin ou le premier arbre à cames (10) ou le second arbre à cames (11) ou un arbre des moyens de couplage comportent une roue phonique (17) détectée par un capteur pour générer un signal de sortie permettant de connaître la position angulaire respective de l'arbre concer- né et l'angle de rotation (VW) entre les deux arbres à cames se détermine à partir des positions angulaires mesurées et des relations d'angle de phase prédéterminées entre les ar- bres concernés. 2 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la course de soupape (VH) est déterminée à partir de l'angle de rotation (VW) par une formule donnant la relation entre la course de soupapes et l'angle de rotation ou par un champ de courbes caractéristiques donnant la relation entre la courbe de soupape et l'angle de rotation. 3 ) Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les calculs nécessaires sont effectués dans l'appareil de commande. 4 ) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la roue phonique du moyen de couplage est la roue d'entraînement de la transmission de couplage ou la roue de sortie de la transmission de couplage, la roue d'entraînement ou la roue de sortie ayant au moins un repère angulaire sup- plémentaire. 5 ) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le nombre des repères angulaires de la roue de sortie et le nombre des repères angulaires de la roue phonique du vilebre- quin se correspondent ou représentent un multiple entier l'un par rapport à l'autre. 6 ) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le nombre des repères angulaires sur la roue d'entraînement et de la roue phonique reliée au premier arbre à cames (10) se correspondent directement ou suivant un multiple entier. 7 ) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'installation est appliquée à un moteur à combustion interne qui comporte en outre un capteur détectant la course de sou- papes, et compare le signal de sortie du capteur détectant la course de soupapes et la course de soupapes calculée à partir de l'angle de phase et, en cas de différence entre la course de soupapes mesurée et la course de soupapes calculée, elle considère qu'il y a défaillance du capteur de position et passe en mode de secours en utilisant la course de soupapes obtenue à partir de l'angle de phase comme signal réel pour la régulation de position du mécanisme de réglage de la course de soupapes. 8 ) Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que - dans des conditions de fonctionnement prédéterminées du mo- teur à combustion interne, notamment en cas de ralenti et/ou de charges partielles, la course de soupapes obtenue à partir5 de l'angle de phase est utilisée pour la régulation et pour les autres conditions de fonctionnement du moteur à combus- tion interne, la valeur réelle de la course de soupapes obte- nue à partir du capteur de course de soupapes est utilisée pour la régulation.