Brevet FR2865501A1 — publié le 20050729

L'invention concerne un dispositif pour déterminer la position d'un moteur à combustion interne comprenant un organe rotatif. Plus précisément l'invention vise à améliorer le démarrage des moteurs à combustion interne à plusieurs cylindres afin de réduire le temps de démarrage de ces moteurs, voire à permettre le démarrage direct du moteur sans démarreur, par une meilleure connaissance de la position de chaque piston afin de sélectionner les cylindres à alimenter en carburant. Dans les moteurs à combustion interne à plusieurs cylindres dont l'injection et l'allumage sont régulés électroniquement, des moyens de contrôle moteur calculent la quantité de carburant à injecter, le moment où elle doit être injectée dans chaque cylindre et le moment où l'allumage doit être commandé. Pour ce faire, la position du moteur doit être déterminée avec précision. EP-A-O 017 933 décrit un dispositif comprenant des capteurs sans contact de type incrémentai montés sur un vilebrequin et sur un arbre à cames de moteur à combustion interne. Ces capteurs comprennent chacun un disque dont la surface.présente des marques régulièrement disposées (décalées angulairement d'un incrément) et des marques de référence. Des sondes détectent le passage des marques successives relatives à une rotation d'un incrément du vilebrequin et de l'arbre à cames et des marques de référence. Toutefois, après avoir coupé le moteur, la position du moteur n'est plus connue, de sorte qu'il est nécessaire d'effectuer une procédure de synchronisation comprenant au moins une rotation du vilebrequin moteur. D'autre part, on connaît des dispositifs comprenant un capteur sans contact de type absolu. Un tel dispositif permet de connaître à tout moment la position de l'organe rotatif sur 360 , sans avoir besoin de faire tourner le moteur dans la mesure où les signaux émis par les sondes sont directement fonction de la position du moteur. DE-A-197 22 016 décrit un dispositif comprenant un capteur de ce type comportant une sonde de type effet Hall et une sonde de type magnéto-résistif disposées en bout d'arbre à cames et soumises à un champ magnétique tournant avec l'arbre à cames. 2865501 2 Toutefois, un dispositif de ce type ne permet pas de connaître avec précision la position du vilebrequin dans la mesure où d'une part il existe un jeu dans le mécanisme reliant l'arbre à cames et le vilebrequin et où d'autre part l'arbre à cames et le vilebrequin peuvent se retrouver décalés angulairement l'un par rapport à l'autre pour les moteurs munis d'un dispositif de variation du temps et de l'amplitude d'ouverture des soupapes. L'invention vise donc à proposer un dispositif d'un coût modéré résolvant les problèmes précités et permettant en particulier de connaître avec précision la position du vilebrequin à tout moment y compris après un arrêt prolongé du moteur. Pour ce faire, conformément à l'invention, le dispositif comprend: un capteur de type incrémentai comportant une partie rotative liée à l'organe rotatif et une partie fixe comprenant: É des premiers moyens pour détecter une position de référence de l'organe rotatif et détecter la rotation d'un incrément entre la partie mobile et la partie fixe, lesdits premiers moyens générant un premier signal, É des deuxièmes moyens pour détecter le sens de rotation entre la partie mobile et la partie fixe générant un deuxième signal, É des moyens d'analyse reliés aux premiers moyens et aux deuxièmes moyens pour déterminer la position angulaire de l'organe rotatif par rapport à la position de référence, à partir du premier signal et du deuxième signal, et générer un troisième signal fonction de ladite position angulaire de l'organe rotatif, des moyens de contrôle moteur reliés aux moyens d'analyse du capteur, lesdits moyens de contrôle moteur comprenant un état de repos dans lequel ils ne sont pas alimentés électriquement et un état de fonctionnement sous tension durant lequel ils génèrent des actions sur des organes de fonctionnement du moteur, tels que des injecteurs de carburant ou des bougies d'allumage, en fonction du troisième signal, 2865501 3 dans lequel dispositif le capteur est alimenté électriquement de manière permanente, y compris lorsque les moyens de contrôle sont dans l'état repos. Un dispositif de type incrémentai peut être mis en place plus aisément sur le vilebrequin qu'un dispositif de type absolu qui ne peut être positionné qu'en bout de vilebrequin. En maintenant les moyens d'analyse du capteur alimentés électriquement indépendamment des moyens de contrôle moteur, on continue de suivre l'évolution de la position du moteur en permanence, y compris après arrêt de l'alimentation du moteur en carburant sans consommer excessivement d'énergie électrique. Afin de réduire encore la consommation d'énergie électrique entre deux périodes de fonctionnement du moteur, conformément à une caractéristique avantageuse de l'invention, le capteur comprend: un mode de fonctionnement économique comportant successivement et à intervalles réguliers une phase d'activité pendant laquelle les premiers moyens et les deuxièmes moyens sont alimentés électriquement et une phase d'inactivité pendant laquelle les premiers moyens et les deuxièmes moyens ne sont pas alimentés électriquement et un mode dé fonctionnement normal au cours duquel les premiers moyens et les deuxièmes moyens sont alimentés électriquement de manière continue. La rotation du moteur est sensée être réduite lorsque le capteur est en mode de fonctionnement économique que lorsque le capteur est en mode de fonctionnement normal, les moyens de contrôle moteur n'étant d'ailleurs avantageusement pas alimentés électriquement lorsque le capteur est en mode de fonctionnement économique. Les premiers moyens et les deuxièmes moyens peuvent par conséquent fonctionner par intermittence pour consommer moins d'électricité sans pour autant qu'un déplacement du moteur leur échappe. De préférence, lorsque le capteur est en mode de fonctionnement économique, la durée des. phases d'inactivité est au moins 10 fois plus 2865501 4 longue que la durée des phases d'activité et la durée d'une phase d'activité ajoutée à celle d'une phase d'inactivité consécutive est inférieure à 1 seconde. Avantageusement, les moyens d'analyse ne génèrent le troisième 5 signal qu'après réception d'un quatrième signal émis par les moyens de contrôle moteur. Ainsi, on réduit le travail des moyens d'analyse et leur consommation électrique au minimum. En complément, les moyens d'analyse transmettent aux moyens de contrôle moteur un signal correspondant au premier signal. Ainsi, les moyens de contrôle moteur peuvent connaître le déplacement du moteur par rapport à la position transmise par le troisième signal et ainsi en déduire la position du moteur en temps réel. Selon une réalisation avantageuse conforme à l'invention, le dispositif présente les caractéristiques suivantes: le premier signal comprend au moins deux niveaux, le capteur comprend en outre un compteur incrémenté ou décrémenté à chaque changement de niveau du premier signal selon le sens de rotation détecté par les deuxièmes moyens, et le compteur est remis à zéro après détection par les premiers moyens de la position de référence de l'organe rotatif. Cette solution est simple, fiable et peu onéreuse. Avantageusement, de manière complémentaire, le moteur à combustion interne comprend un vilebrequin, l'organe rotatif est constitué par le vilebrequin du moteur, le compteur n'est remis à zéro qu'une fois sur deux après détection par les premiers moyens de la position de référence de l'organe rotatif. Ainsi, la position du vilebrequin est connue sur 720 , par conséquent 30 la position du moteur est parfaitement connue. 2865501 5 Selon une alternative également conforme à l'invention, bien que moins avantageuse a priori, le dispositif présente les caractéristiques suivantes: le moteur à combustion interne comprend un vilebrequin et un 5 arbre à cames, - l'organe rotatif est constitué par le vilebrequin du moteur, le dispositif comprend en outre un capteur de position angulaire placé sur l'arbre à cames générant un signal binaire. Ainsi, en combinant la position sur 360 du vilebrequin déterminée 7o par le capteur de type incrémentai et le signal binaire généré par le capteur de position angulaire monté sur l'arbre à cames, la position du moteur peut être connue sur 720 du vilebrequin. L'invention va apparaître encore plus clairement dans la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif conforme à l'invention, comprenant notamment un capteur et une unité de contrôle moteur, la figure 2 est une vue détaillée de la partie fixe du capteur appartenant au dispositif représenté à la figure 1, la figure 3 représente la consommation en courant du capteur, la figure 4 représente des signaux transmis par le capteur à l'unité de contrôle moteur, la figure 5 illustre une variante de réalisation du dispositif de la figure 1. La figure 1 illustre un dispositif 1 comprenant essentiellement un capteur 2 et une unité 4 de contrôle moteur. Le capteur 2 est relié à l'unité 4 de contrôle moteur par un unique fil 48. L'unité 4 de contrôle moteur est reliée à des organes de fonctionnement du moteur, tel que les bougies d'allumage 50 et les injecteurs 52. Le capteur 2 comprend une partie rotative 8 solidaire d'un vilebrequin de moteur et une partie fixe 6 destinée à relever les 2865501 6 déplacements de la partie rotative 8 et représentée plus précisément à la figure 2. La partie rotative est constituée par un disque 8 constitué d'une succession de 60 dents et 60 creux uniformément répartis, de sorte que les dents (respectivement les creux) sont disposés en périphérie du disque tous les 6 degrés, ce qui correspond à un incrément de déplacement du vilebrequin. En fait, deux dents ont été retirées au disque 8 afin de repérer une position de référence 24 du vilebrequin. La partie fixe 6 comprend un ensemble 10 de détection du déplacement de la partie rotative 8, une unité d'analyse 12 et une mémoire 14. L'unité d'analyse 12 intègre des moyens de traitement des signaux analogiques, un microprocesseur, un programme d'analyse, un compteur interne et une horloge. L'ensemble 10 de détection du déplacement de la partie rotative 8 comprend un aimant 16, trois sondes 18, 20, 22 et un montage de conditionnement du signal 26. L'aimant 16 génère un champ magnétique qui est modifié par la présence des dents du disque 8, de sorte que la tension relevée par les sondes 18, 20, 22, ici de type à effet Hall, est fonction de la présence ou non d'une dent en regard de la sonde. Les sondes 18 et 20 sont décalées d'une distance inférieure à la largeur d'une dent. Les tensions issues des sondes 18 et 20 sont entrées dans une première partie du montage de conditionnement du signal 26, lequel transmet à l'unité d'analyse 12 un premier signal 28 présentant une première valeur lorsque les sondes 18, 20 sont en regard d'une dent et une deuxième valeur lorsque les sondes 18, 20 sont en regard d'un creux. Les moyens de traitement des signaux analogiques, le microprocesseur et le programme d'analyse de l'unité d'analyse 12 traitent le signal 28 et détectent le passage du signal 28 de la première valeur à la deuxième valeur correspondant à une rotation d'un incrément du vilebrequin. En outre, le traitement du premier signal 28 par l'unité d'analyse 12 permet de détecter la position 24 de référence. La sonde 22 est décalée d'une distance inférieure à la largeur d'une dent par rapport à la sonde 20. Les tensions issues des sondes 20 et 22 2865501 7 sont entrées dans une deuxième partie du montage de conditionnement du signal 26, lequel transmet à l'unité d'analyse 12 un deuxième signal 30 présentant une première valeur lorsque les sondes 20, 22 sont en regard d'une dent et une deuxième valeur lorsque les sondes 20, 22 sont en regard d'un creux. Le programme d'analyse et le processeur de l'unité d'analyse 12 traitent les signaux 28, 30 et déterminent le sens de rotation du vilebrequin. En fonction du sens de rotation déterminé, l'unité d'analyse 12 incrémente ou décrémente le compteur interne conformément au déplacement du vilebrequin d'un incrément. Lorsque le compteur interne atteint une valeur correspondant sensiblement à deux tours de vilebrequin, le compteur interne est ramenée à une valeur initiale déterminée (avantageusement nulle) lors de la détection de la position de référence 24. Ainsi, si une erreur se produit lors d'un comptage, elle est corrigée par la détection de la position de référence 24 et n'influence pas le comptage suivant. Tel qu'illustré à la figure 1, l'alimentation de l'unité de contrôle moteur 4 est coupée lorsque l'utilisateur du véhicule sur lequel le dispositif est monté coupe le contact 32, en revanche le capteur 2 est en permanence alimenté en courant provenant de la batterie 34 du véhicule. Plus précisément, l'unité d'analyse 12 est en permanence alimentée par la batterie du véhicule et gère l'alimentation électrique 36, 37 de l'ensemble 10 de détection du déplacement de la partie rotative 8 et de la mémoire 14. Lorsque le moteur est en fonctionnement, l'unité 4 de contrôle moteur est alimentée électriquement, de même que l'ensemble 10 de détection du déplacement de la partie rotative 8 et la mémoire 14. En revanche, lorsque l'unité 4 de contrôle moteur n'est plus alimentée électriquement, le moteur s'arrête et après une durée déterminée pendant laquelle aucune rotation du moteur n'est détectée à partir du signal 28, l'unité d'analyse 12 stocke la valeur du compteur interne dans la mémoire 14, puis place le capteur dans un mode de fonctionnement économique 38. Tel qu'illustré à la figure 3, dans le mode de fonctionnement économique 38 du capteur 2, l'ensemble 10 de détection du déplacement de 2865501 8 la partie rotative 8 est périodiquement alimenté électriquement pendant un temps t avantageusement ici environ de 100 s, puis non alimentée pendant un temps T avantageusement ici environ de 10ms. Si l'unité d'analyse 12 ne détecte aucune rotation du vilebrequin à partir du premier signal 28, le mode de fonctionnement économique est poursuivi. Par contre, si un déplacement du vilebrequin est détecté, l'unité d'analyse 12 place le capteur 2 en mode de fonctionnement normal 40, l'ensemble 10 de détection du déplacement de la partie rotative 8 et la mémoire 14 étant alors alimentés électriquement en permanence, la valeur de la mémoire 14 est lue, modifiée en fonction du o déplacement détecté et transmise au compteur interne. L'unité d'analyse place à nouveau le capteur 2 en mode de fonctionnement économique après la durée déterminée pendant lequel aucune rotation du vilebrequin n'est détectée à partir du premier signal 28. Lorsque l'unité d'analyse 12 reçoit un signal déterminé de l'unité 4 de contrôle moteur, avantageusement juste avant démarrage du moteur, l'unité d'analyse 12 transmet pendant un cours instant 42 la valeur 46 du compteur interne, ici encadrée par deux bits de parité, à l'unité 4 de contrôle moteur. Afin de compter les 116 positions du disques (58 dents sur deux tours), le compteur comporte ici 7 bits. Pendant le fonctionnement 44 du moteur à combustion interne, l'unité d'analyse 12 transmet à l'unité 4 de contrôle moteur un signal carré 54 (présentant alternativement deux valeurs) correspondant sensiblement au signal 28 ou au signal 30 reçu du montage de conditionnement du signal 26, chaque front descendant du signal carré 54 représentant un incrément de déplacement du vilebrequin détecté par l'ensemble 10 de détection du déplacement de la partie rotative 8. L'unité de contrôle moteur 4 connaît ainsi toujours précisément la position du moteur avant d'agir sur les organes de fonctionnement dudit moteur. Si l'unité d'analyse 12 détecte une coupure de l'alimentation 30 électrique, lorsqu'il reçoit le signal déterminé de l'unité 4, au lieu de transmettre la valeur du compteur, il transmet un signal défini à cet effet (par 2865501 9 exemple la valeur 116 ou la valeur 127 en binaire) à l'unité 4 de contrôle moteur, afin d'effectuer une procédure d'initialisation préalable. Avantageusement, la mémoire 14 est de type mémoire morte afin de ne pas consommer de courant lorsque le capteur est en mode de fonctionnement économique. On pourrait toutefois également prévoir une mémoire de type mémoire vive basse consommation que l'on alimenterait électriquement en permanence. La figure 5 illustre un dispositif 101. Ce dispositif 101 se distingue du dispositif 1 représenté aux figures 1 à 4 en ce que qu'il comprend en outre o un capteur de position angulaire 156 présentant une partie mobile 158 liée à l'arbre cames du moteur et une partie fixe 160 telle qu'une sonde à effet Hall disposée en regard de la partie mobile. Les autres éléments étant inchangés, leur repère a été conservé. Le capteur de position angulaire 156 est relié à l'unité 4 de contrôle moteur. La partie mobile 158 présentant une forme en demi-lune, le capteur de position angulaire 156 génère un signal binaire 162 présentant une première valeur lorsque l'arbre à cames occupe une position comprise entre 0 et 180 et une deuxième valeur lorsque l'arbre à cames occupe une position comprise entré 180 et 360 . Ainsi, en combinant la position sur 360 du vilebrequin déterminée par le capteur 2 de type incrémentai et la valeur binaire 162 générée par le capteur de position angulaire 156 monté sur l'arbre à cames, l'unité 4 de contrôle moteur un signal connaît la position du moteur sur 720 du vilebrequin. Le compteur interne est donc réinitialisé (par exemple remis à zéro) à chaque passage par la position de référence. Revendications 1. Dispositif (1, 101) pour déterminer la position d'un moteur à combustion interne comprenant un organe rotatif, ledit dispositif comprenant: un capteur (2) de type incrémental comportant une partie rotative (8) liée à l'organe rotatif et une partie fixe (6) comprenant: É des premiers moyens (16, 18, 20, 26) pour détecter une position de référence (24) de l'organe rotatif et détecter la rotation d'un incrément entre la partie mobile (8) et la partie fixe (6), lesdits premiers moyens générant un premier signal (28), É des deuxièmes moyens (16, 22, 26) pour détecter le sens de rotation entre la partie mobile (8) et la partie fixe (6) générant un deuxième signal (30), É des moyens d'analyse (12) reliés aux premiers moyens et aux deuxièmes moyens pour déterminer la position angulaire de l'organe rotatif par rapport à la position de référence, à partir du premier signal (28) et du deuxième signal (30), et générer un troisième signal (42) fonction de ladite position angulaire de l'organe rotatif, des moyens (4) de contrôle moteur reliés aux moyens d'analyse (12) du capteur (2), lesdits moyens (4) de contrôle moteur comprenant un état de repos dans lequel ils ne sont pas alimentés électriquement et un état de fonctionnement sous tension durant lequel ils génèrent des actions sur des organes de fonctionnement du moteur, tels que des injecteurs (50) de carburant ou des bougies d'allumage (52), en fonction du troisième signal, dans lequel dispositif le capteur (2) est alimenté électriquement (34) de manière permanente, y compris lorsque les moyens (4) de contrôle moteur sont dans l'état repos. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 30 capteur comprend: 2865501 11 un mode de fonctionnement économique (38) comportant successivement et à intervalles réguliers (T) une phase d'activité pendant laquelle les premiers moyens et les deuxièmes moyens sont alimentés électriquement et une phase d'inactivité pendant laquelle les premiers moyens (16, 18, 20, 26) et les deuxièmes moyens (16, 22, 26) ne sont pas alimentés électriquement, et un mode de fonctionnement normal (40) au cours duquel les premiers moyens et les deuxièmes moyens sont alimentés électriquement de manière continue. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lorsque le capteur (2) est en mode de fonctionnement économique, la durée (T) des phases d'inactivité est au moins 10 fois plus longues que la durée (t) des phases d'activité. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou la revendication 3, 15 caractérisé en ce que la durée d'une phase d'activité (t) et d'une phase d'inactivité (T) consécutive est inférieure à 1 seconde. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lorsque le capteur (2) est en mode économique (38), les moyens (4) de contrôle moteur ne sont pas alimentés électriquement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (12) ne génèrent le troisième signal (42) qu'après réception d'un quatrième signal émis par les moyens (4) de contrôle moteur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'en outre les moyens d'analyse (12) transmettent aux moyens (4) de contrôle moteur un signal (54) correspondant sensiblement au premier signal (28). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: le premier signal comprend au moins deux niveaux, 2865501 12 le capteur comprend en outre un compteur incrémenté ou décrémenté à chaque changement de niveau du premier signal selon le sens de rotation détecté par les deuxièmes moyens, et le compteur est remis à une valeur déterminée après détection 5 par les premiers moyens (16, 18, 20, 26) de la position de référence (24) de l'organe rotatif. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que: le moteur à combustion interne comprend un vilebrequin, l'organe rotatif est constitué par le vilebrequin du moteur, o le compteur n'est remis à la valeur déterminée qu'une fois sur deux après détection par les premiers moyens (16, 18, 20, 26) de la position de référence (24) du vilebrequin. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que: le moteur à combustion interne comprend un vilebrequin et un 15 arbre à cames, l'organe rotatif est constitué par le vilebrequin du moteur, le dispositif comprend en outre. un capteur (156) de position angulaire placé sur l'arbre à cames générant un signal binaire (162).