Brevet FR2908877A1 — publié le 20080523

La présente invention concerne une cible ferromagnétique ainsi qu'un dispositif de détermination de la position d'un arbre intégrant une telle cible ferromagnétique. Pour connaître la position d'un arbre, il est classique de fixer sur cet arbre une cible associée à un capteur électronique. La cible se présente sous la forme d'une roue dentée entraînée en rotation avec l'arbre dont on souhaite connaître la position. Les éléments dentés, appelés aussi rélucteurs, présentent des formes et/ou des espacements distincts de telle sorte que le capteur électronique puisse repérer la position exacte de la cible et donc aussi de l'arbre. Dans l'industrie automobile, et plus particulièrement dans les moteurs à combustion interne, il est important de connaître la position d'un arbre à cames. Un système de contrôle électronique de ce moteur permet alors, en connaissant l'angle de rotation de cet arbre à cames, d'identifier le phasage du moteur. Dans cette application automobile, la cible ferromagnétique associée à un arbre à cames est le plus souvent une roue dentée métallique présentant une succession de dents alternant avec des creux qui définissent un codage angulaire propre au système de contrôle moteur utilisé. Généralement, sur une même cible, se trouvent des creux de longueurs angulaires différentes. On trouve ainsi couramment sur une même cible des "petits creux" (d'une longueur angulaire par exemple inférieure à 20 ) ainsi que des "grands creux" (d'une longueur angulaire par exemple supérieure à 70 ). Un capteur de position est alors placé en regard de la cible ferromagnétique soit en position radiale (par rapport à l'axe de rotation de l'arbre à cames), soit en position axiale. Il comporte habituellement un airnant et un circuit intégré comprenant d'une part une cellule sensible captant l'induction magnétique et d'autre part un circuit électronique permettant de traiter le signal magnétique capté. Ce circuit intégré présente un seuil de commutation. Ce dernier est recalculé en permanence à partir des valeurs minimales et maximales de l'induction magnétique mesurée par la cellule. En général, ce seuil est placé à un certain pourcentage de l'amplitude totale de l'induction magnétique. Afin de réduire au maximum l'encombrement des divers composants dans un moteur, les concepteurs cherchent à diminuer la taille des composants. Ainsi, pour diminuer l'encombrement d'un dispositif de détermination de la position angulaire d'un arbre, on recherche à diminuer le diamètre de la cible ferromagnétique. Si alors en réduisant le diamètre de la cible on conserve un même codage angulaire, les longueurs développées des creux sont plus petites. Dans le cas d'une cible ferromagnétique de petit diamètre, par exemple inférieur à 50 mm, les "petits creux" peuvent avoir des longueurs 2908877 2 développées si faibles que le signal magnétique capté par la cellule lors du passage de ce "petit creux" présente un minimum beaucoup plus grand que lors du passage d'un "grand creux". Il convient alors de prévoir deux seuils de commutation distincts : un premier correspondant au minimum des "petits creux" et le second correspondant au minimum 5 des "grands creux". Une telle situation génère des instabilités de fonctionnement de l'algorithme du circuit intégré. Le passage d'un seuil de commutation à l'autre lors du fonctionnement normal du capteur conduit à des phénomènes de variation de la phase du signal de sortie qui sont gênants pour la calibration globale du système de contrôle du moteur. 10 Pour remédier à ces problèmes, une solution consiste à réduire la taille de l'aimant utilisé dans le capteur. Toutefois, cette solution conduit à une diminution de la sensibilité du capteur. La présente invention a alors pour but de proposer une solution permettant d'utiliser une cible de diamètre réduit tout en conservant une bonne sensibilité du capteur. 15 À cet effet, elle propose d'utiliser une cible ferromagnétique comportant d'une part une base circulaire ou similaire et d'autre part des dents faisant saillie de la base circulaire de telle sorte qu'à la périphérie de la base circulaire se trouve une succession de parties pleines correspondant aux dents et des parties creuses correspondant chacune à un espace libre entre deux dents, et de telle sorte qu'au moins deux parties creuses 20 présentent des longueurs angulaires différentes, caractérisée en ce qu'une partie creuse, de longueur angulaire supérieure à celle d'une partie creuse voisine, comporte une dent présentant au moins une dimension moindre par rapport aux dents entre lesquelles elle se trouve. En rajoutant de la matière dans un creux de longueur relativement importante, 25 il est possible d'influer sur le minimum d'induction magnétique mesuré par un capteur se trouvant face à la cible. La dent rajoutée est de dimension moindre de manière à pouvoir être plus éloignée du capteur mesurant l'induction magnétique. En adaptant la taille de la dent supplémentaire rajoutée, il est possible de faire sensiblement coïncider la valeur de l'induction magnétique mesurée lorsque la dent supplémentaire passe devant le capteur 30 avec celle correspondant au passage d'un creux de petite longueur angulaire. Dans une forme de réalisation préférée d'une cible ferromagnétique selon l'invention, la dent de dimension moindre s'étend sur toute la longueur cle la partie creuse dans laquelle elle se trouve et relie les deux dents délimitant cette partie creuse. Une dent supplémentaire est par exemple rajoutée dans tous les creux 35 présentant une "grande" longueur angulaire. On peut ainsi par exemple prévoir qu'une dent de dimension moindre est disposée dans chaque partie creuse présentant une longueur angulaire supérieure à 60 . 2908877 3 Lorsqu'une cible ferromagnétique selon l'invention est utilisée en coopération avec un capteur disposé axialement par rapport à la cible, la dent de dimension moindre présente avantageusement le même rayon extérieur que les dents entre lesquelles elle se trouve mais présente axialement une longueur moindre. La présente invention concerne 5 alors également un dispositif de détermination de la position angulaire d'un arbre comportant d'une part une telle cible et d'autre part un capteur de position présentant un aimant et une cellule mesurant une induction magnétique, le capteur étant disposé axialement par rapport à la cible. Lorsqu'une cible ferromagnétique selon l'invention est utilisée en coopération 10 avec un capteur disposé radialement par rapport à la cible, la dent de dimension moindre présente avantageusement axialement la même longueur que les dents entre lesquelles elle se trouve mais présente un rayon extérieur moindre. La présente invention concerne alors également un dispositif de détermination de la position angulaire d'un arbre comportant d'une part une telle cible et d'autre part un capteur de position présentant un 15 aimant et une cellule mesurant une induction magnétique, le capteur étant disposé radialement par rapport à la cible. De manière plus générale, la présente invention concerne tout dispositif de détermination de la position angulaire d'un arbre comportant d'une part une cible et d'autre part un capteur de position présentant un aimant et une cellule mesurant une 20 induction magnétique, caractérisé en ce que la cible est une cible telle que décrite ci-dessus. Elle concerne aussi un arbre à cames de moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il est muni d'une telle cible et un moteur à combustion interne comportant un tel arbre à cames. Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la 25 description qui suit, faite en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels : La figure 1 représente un dispositif de détermination de la position angulaire d'un arbre de l'art antérieur, La figure 2 est une figure correspondant à la figure 1 avec un dispositif selon l'invention, 30 La figure 3 représente une autre cible de l'art antérieur avec un capteur de position, La figure 4 correspond à la figure 3 avec une cible selon l'invention, et La figure 5 montre des courbes d'induction magnétique B avec un dispositif de l'art antérieur comparé à un dispositif selon l'invention. 35 La figure 1 montre une extrémité d'un arbre 2 sur laquelle est fixée une cible 4, cette dernière faisant face à un capteur 6. 2908877 4 L'arbre 2 est par exemple un arbre à cames d'un moteur à combustion interne. Le phasage d'un tel moteur est généralement identifié par l'angle de rotation de cet arbre à cames. La cible 4 représentée sur la figure 1 est une cible de l'art antérieur. Elle 5 comporte de manière classique une bague 8 de laquelle font saillies des dents 10. La bague 8 est adaptée à l'arbre 2 sur lequel elle est fixée. II faut que la cible 4 soit parfaitement entraînée par l'arbre 2. Une liaison par clavette (non représentée) peut être envisagée. Les dents 10 sont rattachées à la périphérie de la bague 8. Elles présentent 10 chacune une hauteur axiale, mesurée le long de l'axe 12 de l'arbre 2, et une largeur radiale. Chacune des dents 10 présente la même hauteur axiale et la même largeur radiale (ou le même rayon extérieur). Les faces frontales 14 des dents 10 de la cible 4 se trouvent toutes dans un même plan transversal (par rapport à l'axe 12). Les dents 10 se distinguent par leur longueur angulaire. Chaque dent 10 s'étend entre deux plans 15 radiaux (non représentés) et la longueur angulaire ^ des dents 10 correspond à l'angle formé par ces deux plans radiaux. Dans la forme de réalisation des figures 1 à 4, les dents 10 présentent deux à deux des longueurs angulaires identiques. On a donc deux "grandes dents" et deux "petites dents". Entre les dents 10 se trouvent des parties creuses appelées par la suite 20 creux 16. De même que les dents 10, les creux 16 ont chacun une longueur angulaire définie de la même manière que pour les dents 10. On retrouve ici aussi sur les figures 1 à 4 des creux 16 présentant deux à deux des longueurs angulaires identiques. On a ainsi deux "grands creux" et deux "petits creux". On remarque que les grands creux 16 sont diamétralement opposés aux grandes dents 10 et que les petits creux 16 sont 25 diamétralement opposés aux petites dents 10. Les figures 1 à 4 représentent chacune une cible 4 présentant quatre dents 10. Il est toutefois envisageable d'avoir un nombre de dents différent et une répartition différente des dents autour de la cible 4. Toutes les combinaisons de longueurs angulaires de dents et de creux peuvent être envisagées. 30 Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, le capteur 6 est un capteur axial car il est disposé axialement par rapport à l'axe 12. II est placé en vis-à-vis des faces frontales 14 des dents 10. Lorsque l'arbre 2 tourne, le capteur 6 détecte une alternance de dents 10 et de creux 16. Le capteur 6 comprend un aimant et un circuit intégré (non représentés). Le 35 circuit intégré comprend une cellule sensible captant l'induction magnétique et un circuit électronique permettant de traiter le signal magnétique capté par la cellule. Il a un seuil de commutation qui est recalculé en permanence en fonction des valeurs minimales et 2908877 5 maximales de l'induction magnétique mesurée par la cellule. Généralement, on a la formule suivante : Bseuil = Bmin + k (Bmax - Bmin) où : 5 Bseuil est la valeur de seuil de commutation, Bmin est la valeur minimale de l'induction magnétique, Bmax est la valeur maximale de l'induction magnétique, et k un nombre compris entre 0 et 1 correspondant au pourcentage de l'amplitude à laquelle est placé le seuil. 10 La courbe 18 de la figure 5 représente un exemple d'induction magnétique B exprimée par exemple en mT pouvant être mesurée par le capteur 6 de la figure 1 en fonction de l'angle de rotation 6 de la cible 4. Les valeurs minimales de la courbe 18 sont repérées par un rectangle 20. On remarque qu'un écart assez important peut séparer deux valeurs minimales de la courbe 18 comme représenté par la double flèche 21. 15 Compte tenu de l'écart important entre les valeurs minimales de la courbe 18, le circuit intégré du capteur 6 doit déterminer deux valeurs distinctes de seuil de commutation, l'un pour les petits creux et l'autre pour les grands creux. L'écart entre ces cieux seuils génère des instabilités de fonctionnement de l'algorithme du circuit intégré. La cible 4 de la figure 2 permet de réduire sensiblement l'écart entre les 20 minima constaté sur la courbe 18. On retrouve sur la figure 2 tous les éléments figurant sur la figure 1 avec les mêmes références. Par rapport à la figure 1, on remarque sur la figure 2 la présence de deux dents 22 supplémentaires. Ces dents 22 supplémentaires sont réalisées dans un matériau ferromagnétique, par exemple le même matériau que celui dans lequel sont 25 réalisées les dents 10. Les dents 22 supplémentaires se trouvent chacune dans un grand creux 16 et s'étendent sur toute la longueur angulaire du grand creux correspondant. Par rapport aux dents 10, les dents 22 supplémentaires de la figure 2 présentent une hauteur axiale moindre. Elles présentent toutefois la même hauteur radiale ou exprimé de manière 30 équivalente, le même rayon extérieur. Les deux dents 22 supplémentaires présentent elles aussi chacune une face frontale 24. Ces dernières se trouvent dans un même plan transversal mais ce plan transversal est décalé axialement par rapport au plan transversal contenant les faces frontales 14 des dents 10. Les faces frontales 24 sont plus éloignées du capteur 6 que les faces frontales 14. 35 Comme le représente la figure 5, cette nouvelle cible 4 perrnet au capteur de détecter les petites et grandes dents 10 ainsi que les petits et grands creux 16 mais les valeurs minimales de l'induction magnétique de la courbe 26 correspondant à la figure 2 2908877 6 ne présentent plus qu'un écart très réduit comme représenté par la double flèche 27. Les valeurs minimales sont entourées d'un rectangle 28 (deux rectangles 28 sont confondus avec des rectangles 20) sur la figure 5. Pour ce qui concerne les dents 10 et les petits creux 16, la courbe 26 est naturellement confondue avec la courbe 16 puisque dans la 5 zone des dents et des petits creux l'induction magnétique mesurée est la même pour les deux cibles des figures 1 et 2. Les figures 3 et 4 sont très proches des figures 1 et 2. La différence principale par rapport à ces dernières est que le capteur 6 est ici disposé radialernent par rapport à la cible 4 et à l'arbre 2. 10 La cible 4 de l'art antérieur représentée schématiquement sur la figure 3 est semblable à la cible 4 de la figure 1. On reprend sur les figures 3 et 4 les références déjà utilisées sur les figures 1 et 2 pour désigner des éléments similaires. Le capteur 6 étant en position radiale, il détecte non plus (cas des figures 1 et 2) les surfaces frontales des dents 10 mais les surfaces périphériques extérieures 30 15 de celles-ci. La courbe 18 de la figure 5 illustre également la variation de l'induction magnétique en fonction de l'angle de rotation de la cible 4 devant le capteur 6 de la figure 3. Pour limiter l'écart entre les minima relatifs constatés sur cette courbe 18 et repérés par les rectangles 20, on prévoit également des dents 23 supplémentaires 20 réalisées dans un matériau ferromagnétique, par exemple le même que celui utilisé pour réaliser les dents 10. Ces dents 23 supplémentaires sont également disposées chacune dans un grand creux 16 de la cible 4 et s'étendent sur toute la longueur angulaire de ce grand creux 16, c'est-à-dire que chaque dent 23 supplémentaire relie les deux dents 10 délimitant le grand creux 16 correspondant. 25 La forme des dents 23 supplémentaires diffère de celle des dents 22 supplémentaires. Les dents 23 supplémentaires présentent ici la mêrne hauteur axiale que les dents 10. Par contre, elles présentent une largeur axiale moindre par rapport aux dents 10. Les deux dents 23 supplémentaires présentent elles aussi chacune une surface périphérique extérieure 32 et ces deux surfaces périphériques extérieures 32 présentent 30 un rayon extérieur inférieur au rayon extérieur des surfaces périphériques extérieures 30 des dents 10. Les surfaces périphériques extérieures 32 sont plus éloignées du capteur 6 que les surfaces périphériques extérieures 30. Les dents supplémentaires 32 permettent de limiter les minima de l'induction magnétique mesurée par le capteur 6 lorsque la cible 4 tourne. On retrouve ici aussi une 35 courbe similaire à la courbe 26 de la figure 5. Le rajout de matière ferromagnétique dans les grands creux 16 de la cible 4, c'est-à-dire la présence des dents 22 ou 23 supplémentaires permet de rehausser la 2908877 7 valeur de l'induction magnétique jusqu'au niveau observé dans les petits creux 16 et donc de minimiser la différence entre le minimum d'induction magnétique mesuré lors du passage d'un petit creux devant le capteur 6 et le minimum d'induction magnétique mesuré lors du passage d'un grand creux devant le capteur 6. Ainsi, le circuit intégré du 5 capteur 6 ne voit que des valeurs de minima très proches. De ce fait le circuit intégré ne génère qu'une seule valeur de commutation lors d'une rotation de la cible 4 devant le capteur 6. Comme on peut le remarquer à la lumière de la description ci-dessus et des figures annexées, le diamètre de la cible 4 (et les autres dimensions extérieures de celle- 10 ci) n'est pas impacté par le rajout des dents supplémentaires si bien que l'encombrement d'une cible 4 selon l'invention est identique à celui d'une cible similaire de l'art antérieur. L'aimant du capteur 6 peut rester le même lorsque le capteur 6 est utilisé en combinaison avec une cible de l'art antérieur ou une nouvelle cible selon l'invention. De ce fait, la sensibilité globale du systèrne n'est pas diminuée. De même, les circuits 15 intégrés du capteur 6 peuvent rester inchangés et il est inutile de prévoir des filtres logiciels supplémentaires pour compenser la présence de deux seuils de commutation distincts. La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation et à leurs variantes décrites ci-dessus. Elle concerne également les autres variantes de réalisation à 20 la portée de l'homme du métier. La description ci-dessus prévoit que les dents supplémentaires ont une seule dimension réduite par rapport aux autres dents de la cible. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en prévoyant une dent supplémentaire qui serait plus petite selon deux (ou trois) dimensions par rapport aux autres dents de la cible. REVENDICATIONS 1/ Cible ferromagnétique (4) comportant d'une part une base circulaire (8) ou similaire et d'autre part des dents (10) faisant saillie de la base circulaire (8) de telle sorte qu'à la périphérie de la base circulaire (8) se trouve une succession de parties pleines correspondant aux dents (10) et des parties creuses (16) correspondant chacune à un espace libre entre deux dents (10), et de telle sorte qu'au moins deux parties creuses (16) présentent des longueurs angulaires différentes, caractérisée en ce qu'une partie creuse (16), de longueur angulaire supérieure à celle d'une partie creuse (16) voisine, comporte une dent (22 ; 23) présentant au moins une dimension moindre par rapport aux dents (10) entre lesquelles elle se trouve. 2/ Cible ferromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la dent (22 ; 23) de dimension moindre s'étend sur toute la longueur de la partie creuse (16) dans laquelle elle se trouve et relie les deux dents (10) délimitant cette partie creuse (16). 3/ Cible ferromagnétique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'une dent (22 ; 23) de dimension moindre est disposée dans chaque partie creuse (16) présentant une longueur angulaire supérieure à 60 . 4/ Cible ferromagnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la dent (22 ; 23) de dimension moindre présente le même rayon extérieur que les dents (10) entre lesquelles elle se trouve mais présente axialement une longueur moindre. 5/ Cible ferromagnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la dent (22 ; 23) de dimension moindre présente axialement la même longueur que les dents (10) entre lesquelles elle se trouve mais présente un rayon extérieur moindre. 6/ Dispositif de détermination de la position angulaire d'un arbre (2) comportant d'une part une cible (4) et d'autre part un capteur (6) de position présentant un aimant et une cellule mesurant une induction magnétique, caractérisé en ce que la cible (4) est une cible (4) selon l'une des revendications 1 à 5. 7/ Dispositif de détermination de la position angulaire d'un arbre (2) comportant d'une part une cible (4) et d'autre part un capteur (6) de position présentant un aimant et une cellule mesurant une induction magnétique, le capteur (6) étant disposé axialement par rapport à la cible (4), caractérisé en ce que la cible (4) est une cible (4) selon la revendication 4. 8/ Dispositif de détermination de la position angulaire d'un arbre (2) comportant d'une part une cible (4) et d'autre part un capteur (6) de position présentant un aimant et une cellule mesurant une induction magnétique, le capteur (6) étant disposé radialement par rapport à la cible (4), caractérisé en ce que la cible (4) est une cible (4) selon la revendication 5. 2908877 9 9/ Arbre à cames (2) de moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il est muni d'une cible (4) selon l'une des revendications 1 à 5. 10/ Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte un arbre à cames (2) selon la revendication 9. 5