Brevet FR3039215A1 — publié le 20170127

L'invention concerne la détermination de l'état de rotation d'un arbre à cames, dans un moteur de véhicule. Plus précisément, le procédé de détermination de l'état de rotation d'un arbre à cames, selon l'invention, a pour objectif une détermination améliorée, plus rapide et plus précise, de l'état de rotation de l'arbre à cames, et par voie de conséquence une connaissance plus précise de l'état de fonctionnement du moteur. Il est bien connu de l'homme du métier qu'un système de motorisation de véhicule est notamment fondé sur un vilebrequin, auquel est couplée une roue de vilebrequin, et un arbre à cames, auquel est couplée une roue d'arbre à cames. Le vilebrequin transforme le mouvement rectiligne des pistons en un mouvement de rotation d'entrainement de l'arbre moteur. L'arbre à cames, comme son nom l'indique, est muni de cames, et sa fonction est de transformer le mouvement de rotation de l'arbre moteur, imprimé par le vilebrequin, en un mouvement alterné, soit de translation, par exemple pour des soupapes, soit de rotation, par exemple pour des culbuteurs. Dans ce contexte, l'une des fonctions du contrôle moteur d'un véhicule à moteur thermique, consiste à gérer l'injection d'essence et l'allumage du moteur. Les moteurs thermiques actuels comprennent plusieurs cylindres et leur principe de fonctionnement est bien connu de l'homme du métier. Le contrôle moteur doit permettre l'injection de la bonne quantité d'essence au bon moment, dans le bon cylindre, afin d'optimiser la souplesse et la puissance du moteur et de minimiser la pollution induite. A cette fin, il est nécessaire de connaître précisément la position angulaire de l'arbre moteur afin de s'assurer que l'injection d'essence soit réalisée dans le cylindre qui se trouve en phase d'admission. Tout ce processus de détermination du cylindre qui se trouve en phase d'admission, et dans lequel doit s'effectuer l'injection d'essence, correspond à ce que l'on appelle la synchronisation du moteur. Ainsi, pour assurer un contrôle moteur adéquat, la connaissance de l'état de rotation du moteur est indispensable. Ce dernier peut prendre trois valeurs : i) soit le moteur est en rotation, lorsqu'il tourne à une vitesse comprise dans son domaine de fonctionnement, c'est-à-dire supérieure à la vitesse minimale supportée par le moteur, en deçà de laquelle le contrôle moteur n'est plus possible ; il est alors « en rotation » ; ii) soit le moteur ne tourne pas du tout, il est alors « à l'arrêt » ; soit l'état de rotation est indéterminé, parce qu'il ne peut être déterminé ni qu'il est « en rotation », ni qu'il est « à l'arrêt » ; il est alors « en train de caler ». Il est à noter que par l'expression 3039215 2 « en train de caler » on entend un moteur qui, en raison de sa faible inertie, présente un comportement très imprévisible, comprenant un mouvement de rotation avant ou arrière, un acyclisme très important, la possibilité d'arrêt brutal ...etc. Cet 5 état de rotation « en train de caler » est atteint, en particulier, lorsque le régime moteur atteint un seuil de calage à partir et en dessous duquel le moteur se trouve dans un état dans lequel son comportement devient donc imprévisible. Pour connaître l'état de rotation du moteur, il est connu de s'intéresser à l'état 10 de rotation de la roue de vilebrequin, qui est également celui du vilebrequin, et à l'état de rotation de la roue d'arbre à cames, qui est aussi celui de l'arbre à cames. En effet, pour des raisons de fiabilité, l'arrêt de rotation du moteur est basé sur la vérification de la double-information selon laquelle le vilebrequin est arrêté et l'arbre à cames est arrêté. 15 Comme cela est connu de l'homme du métier, l'état de rotation du vilebrequin peut être connu par l'observation de la roue de vilebrequin. La roue de vilebrequin est une roue dentée dont la fonction principale est de permettre la détermination de la position angulaire du vilebrequin. A cette fin, la roue de vilebrequin comprend une pluralité de dents, numérotées à partir d'une référence correspondant par exemple à l'absence d'au 20 moins une dent sur le pourtour de la roue. Typiquement, une roue de vilebrequin d'un moteur de véhicule comprend 60 dents réparties sur son pourtour, et un gap de deux dents manquantes. Le gap de deux dents manquantes sert de référence pour la détermination de la position angulaire de la roue de vilebrequin. Des moyens de détection adaptés, disposés à proximité de la roue de vilebrequin, détectent le passage des fronts 25 des dents de la roue de vilebrequin, étant entendu que lesdits moyens de détections sont configurés pour détecter soit les fronts montant exclusivement, soit les fronts descendant exclusivement. L'état de rotation du vilebrequin est alors déterminé en fonction du temps écoulé depuis la dernière détection d'un front de dent de la roue de vilebrequin. 30 Le principe est alors que si les moyens de détection voient défiler des fronts de dents de la roue de vilebrequin, alors le vilebrequin est « en rotation ». Lorsque les moyens de détection ne voient plus défiler de fronts de dents de la roue de vilebrequin, alors le vilebrequin est « à l'arrêt ». De façon intermédiaire, lorsque le temps depuis la dernière détection d'un front de dent s'allonge, le vilebrequin est « en train de caler », le 35 moteur étant en train de caler. En pratique, les moteurs présentent des contraintes relatives au régime moteur, en vue de s'assurer de son fonctionnement normal. En dehors d'une fourchette 3039215 3 de valeurs normales, le contrôle moteur est inopérant. On considère que les informations issues des moyens de détection permettant l'évaluation de l'état de rotation du vilebrequin ne sont pas fiables. En particulier, il est généralement défini, pour tout moteur, un régime moteur minimal supporté par le moteur, le régime moteur minimal étant défini comme le 5 régime moteur en dessous duquel le moteur se trouve dans des conditions de fonctionnement dans lesquelles son comportement devient totalement imprévisible et où il n'est plus possible d'assurer un contrôle moteur efficace ; ce régime correspond au seuil de calage, conformément à la définition donnée précédemment de l'état de rotation « en train de caler ». 10 Le critère pour vérifier l'état de rotation du vilebrequin consiste donc, conformément à l'état de la technique, à évaluer le temps écoulé depuis la dernière détection d'un front de dent de la roue de vilebrequin. Tant que ce temps est inférieur au temps théorique Tvil cal mis par la roue de vilebrequin pour parcourir, à une vitesse correspondant au régime moteur minimal supporté, une distance angulaire correspondant 15 à la distance angulaire entre deux fronts successifs de dent de la roue de vilebrequin susceptibles d'être détectés par les moyens de détection, le vilebrequin est considéré « en rotation ». Dès que la durée écoulée depuis la dernière détection d'un front de dent de la roue de vilebrequin devient supérieur à Tvil cal, le vilebrequin est considéré « en train de caler ». Quand la même durée devient supérieure à une durée Tvil stop, 20 supérieure à Tvil cal, objet d'une calibration, le vilebrequin est déterminé comme étant « à l'arrêt ». Ainsi, Tvil cal est une valeur de mise au point qui permet de suspecter un arrêt du moteur imminent, se traduisant par l'état de rotation « en train de caler », en l'espèce, du vilebrequin, et un comportement imprévisible du moteur, alors que Tvil stop est une valeur de mise au point qui permet d'avoir la certitude que le vilebrequin est à 25 l'arrêt complet. De manière générale, lorsqu'il n'est pas possible de déterminer si le vilebrequin est « en rotation » ou « à l'arrêt », alors ledit vilebrequin est considéré « en train de caler ». A titre d'illustration, si l'on considère une roue de vilebrequin doté de 60 dents 30 régulièrement réparties sur son pourtour, alors l'écart angulaire entre deux fronts de dent successifs est de 6°. A un régime moteur minimum sLpporté de 22 tours/min, Tvil cal est égal à 0,045 sec. Alors, Tvil stop est typiquement de l'ordre de 0,3 sec. La machine d'états représentée à la figure 1 montre une machine d'états représentant les différents états de rotation du vilebrequin, tels que déterminés par le 35 procédé connu décrit ci-dessus. Comme cela est connu, pour s'assurer que l'information relative à l'état de rotation du vilebrequin est correcte et que ledit état de rotation peut permettre de 3039215 4 déterminer l'état de fonctionnement du moteur, il est nécessaire de vérifier la « proposition » d'état de rotation déterminée à partir du suivi du défilement des dents de la roue de vilebrequin en déterminant l'état de rotation de l'arbre à cames. L'état de rotation du vilebrequin peut en effet être déterminé de façon erronée, 5 pour de multiples raisons : dent cassée de la roue de vilebrequin, dysfonctionnement des moyens de détection des fronts de dent de la roue de vilebrequin ...etc. L'arbre à cames est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un pignon qui lui transmet le mouvement de rotation du vilebrequin. En outre, l'arbre à cames présente des cames, qui permettent de transformer le mouvement de rotation de l'arbre moteur en un 10 mouvement alterné, et ainsi de commander les soupapes. L'arbre à cames comporte également une roue d'arbre à cames visant à permettre la détermination de la position angulaire de l'arbre à came. Cependant, il est possible, par des moyens similaires à ceux mis en oeuvre pour la roue de vilebrequin, c'est-à-dire à l'aide d'un capteur détectant le passage des 15 fronts des dents de la roue d'arbre à cames, de tenter de déterminer si l'arbre à cames est « en rotation » ou « à l'arrêt ». Selon l'état de l'art, le principe permettant la détermination de l'état de rotation de l'arbre à cames consiste, comme pour le vilebrequin, à évaluer le temps écoulé depuis la dernière détection d'un front de dent de la roue d'arbre à cames. Tant que ce temps est inférieur au temps théorique Tcam mis par la 20 roue d'arbre à cames pour parcourir, à une vitesse correspondant au régime moteur minimal supporté, une distance angulaire correspondant à la distance angulaire maximale entre deux fronts de dent de la roue d'arbre à cames, susceptibles d'être détectés par le capteur prévu à cet effet, l'arbre à cames est considéré « en rotation ». Dès que la durée écoulée depuis la dernière détection d'un front de dent de la roue d'arbre à cames devient 25 supérieure à Tcam, l'arbre à cames est considéré « à l'arrêt ». Lorsqu'il n'est pas possible de déterminer si l'arbre à cames est « en rotation » ou « à l'arrêt », alors ledit arbre à cames est considéré « en train de caler ». Il est à noter cependant que, dans l'état de la technique, l'état de rotation de l'arbre à cames, conformément à la machine d'états représenté à la figure 1, peut passer de l'état 30 « à l'arrêt » à l'état « en train de caler » après détection d'un premier front de dent de la roue d'arbre à cames et avant détection d'un second front de dent, puis passe à l'état « en rotation » après détection du second front de dent de la roue d'arbre à cames. Dans l'autre sens, partant de l'état de rotation « en rotation », la roue d'arbre à cames ne peut passer qu'a l'état « à l'arrêt », dès lors que le temps écoulé depuis la dernière détection 35 d'un front de dent de la roue d'arbre à cames dépasse Tcam. 3039215 5 S'il est déterminé que le vilebrequin et l'arbre à cames sont « en rotation » ou « à l'arrêt », nul doute que l'on peut déduire que le moteur lui-même est, respectivement, « en rotation » ou « à l'arrêt ». Cependant, un défaut de cette technique connue réside dans le fait que la 5 roue d'arbre à cames présente peu de dents, typiquement au nombre de quatre. De ce fait, deux fronts de dent successifs sont séparés d'un degré angulaire important que la roue d'arbre à cames parcourt, à une vitesse de rotation correspondant au régime moteur minimal supporté par le moteur, en un temps assez long. Ainsi, le temps de détection de l'arrêt de rotation de l'arbre à cames est très 10 long, quelles que soient les conditions de fonctionnement dans lesquelles se trouve le moteur. A titre d'illustration, au régime moteur minimal de 22 tours/min, pour un arbre à cames standard, dont la dent la plus longue mesure 146°, Tcam est égal à 1,11 sec. Il existe donc un besoin pour un procédé de détermination de l'état de rotation 15 de l'arbre à cames en un temps réduit, au moins dans des conditions de fonctionnement particulières du moteur. Dans ce contexte, la présente invention vise un procédé permettant de déterminer l'état de rotation de l'arbre à cames, dans certaines conditions, en un temps beaucoup plus court que dans l'état de la technique. 20 A cette fin, le procédé de détermination de l'état de rotation de l'arbre à cames, selon l'invention, prévoit la détermination d'un ensemble de conditions dans lesquelles il est acceptable de définir un temps de parcours de la distance angulaire entre deux fronts de dent successifs de la roue d'arbre à cames beaucoup plus court, en considérant une vitesse de rotation de l'arbre à cames supérieure à celle correspondant 25 au régime moteur minimal supporté par le moteur. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de détermination de l'état de rotation d'un arbre à cames d'un moteur de véhicule, ledit moteur présentant un régime moteur et un régime moteur minimal supporté et ledit moteur comprenant : 30 - un vilebrequin, présentant un état de rotation, - des moyens de détection de l'état de rotation du vilebrequin, notamment comme pouvant être « à l'arrêt », - un arbre à cames, - une roue d'arbre à cames couplée audit arbre à cames, ladite roue d'arbre à 35 cames comprenant une pluralité de dents présentant un degré angulaire séparant deux fronts de dent successifs dont la valeur la plus élevée est appelée degré angulaire maximal, 3039215 6 - un capteur prévu en vis-à-vis de la roue d'arbre à cames et apte à détecter le passage devant ledit capteur de tout front de dent de la roue d'arbre à cames, ledit arbre à cames présentant un état de rotation, notamment caractérisé par le fait que ledit arbre à cames tourne ou ne tourne pas, ledit arbre à cames étant par conséquent 5 apte à présenter les états de rotation « en rotation » ou « à l'arrêt ». Le procédé est remarquable en ce que, - le moteur n'étant pas synchronisé, et - le vilebrequin étant détecté comme étant « à l'arrêt » ou le moteur n'étant pas engagé dans un processus de synchronisation, 10 et la roue d'arbre à cames présentant initialement l'état de rotation « en rotation », ledit procédé de détermination de l'état de rotation de l'arbre à cames détermine que l'état de rotation de l'arbre à cames est : - « en rotation », tant que la durée écoulée depuis la dernière détection d'un front de dent de la roue d'arbre à cames par le capteur n'atteint pas la 15 durée Tcam cal, Tcam cal étant définie comme la durée théorique nécessaire pour que la roue d'arbre à cames parcourt une distance angulaire égale à la distance angulaire maximale séparant deux fronts de dents successifs de la roue d'arbre à cames à une vitesse de rotation de l'arbre à cames correspondant à un régime moteur bas prédéterminé, supérieur au régime moteur minimal supporté 20 par ledit moteur, - « à l'arrêt », lorsque la durée écoulée depuis la dernière détection d'un front de dent de la roue d'arbre à cames par le capteur devient supérieure à la durée Tcam, Tcam étant définie comme la durée théorique nécessaire pour que la roue d'arbre à cames parcourt une distance angulaire égale à la distance 25 angulaire maximale séparant deux fronts de dents successifs de la roue d'arbre à cames à une vitesse de rotation de l'arbre à cames correspondant au régime moteur minimal supporté par ledit moteur, et en ce que ledit procédé de détermination de l'état de rotation d'un arbre à cames détermine que l'état de rotation de l'arbre à cames est « en train de caler », 30 correspondant à un état de rotation intermédiaire, lorsque la durée écoulée depuis la dernière détection d'un front de dent de la roue d'arbre à cames par le capteur devient supérieure à Tcam cal, avec Tcam cal REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de l'état de rotation d'un arbre à cames d'un moteur de véhicule, ledit moteur présentant un régime moteur et un régime moteur minimal supporté et ledit moteur comprenant : - un vilebrequin, présentant un état de rotation, - des moyens de détection de l'état de rotation du vilebrequin, notamment comme pouvant être « à l'arrêt », - un arbre à cames, - une roue d'arbre à cames couplée audit arbre à cames, ladite roue d'arbre à cames comprenant une pluralité de dents présentant un degré angulaire séparant deux fronts de dent successifs dont la valeur la plus élevée est appelée degré angulaire maximal, - un capteur prévu en vis-à-vis de la roue d'arbre à cames et apte à détecter le passage devant ledit capteur de tout front de dent de la roue d'arbre à cames, - ledit arbre à cames présentant un état de rotation, notamment caractérisé par le fait que ledit arbre à cames tourne ou ne tourne pas, ledit arbre à cames étant par conséquent apte à présenter les états de rotation « en rotation » ou « à l'arrêt », caractérisé en ce que, - le moteur n'étant pas synchronisé, et - le vilebrequin étant détecté comme étant « à l'arrêt » ou le moteur n'étant pas engagé dans un processus de synchronisation, et la roue d'arbre à cames présentant initialement l'état de rotation « en rotation », ledit procédé de détermination de l'état de rotation de l'arbre à cames détermine que l'état de rotation de l'arbre à cames est : - « en rotation », tant que la durée écoulée depuis la dernière détection d'un front de dent de la roue d'arbre à cames par le capteur n'atteint pas la durée Tcam cal, Tcam cal étant définie comme la durée théorique nécessaire pour que la roue d'arbre à cames parcourt une distance angulaire égale à la distance angulaire maximale séparant deux fronts de dents successifs de la roue d'arbre à cames à une vitesse de rotation de l'arbre à cames correspondant à un régime moteur bas prédéterminé, supérieur au régime moteur minimal supporté par ledit moteur, 3039215 13 - « à l'arrêt », lorsque la durée écoulée depuis la dernière détection d'un front de dent de la roue d'arbre à cames par le capteur devient supérieure à la durée Tcam, Tcam étant définie comme la durée théorique nécessaire pour que la roue d'arbre à cames parcourt une distance angulaire égale à la distance angulaire 5 maximale séparant deux fronts de dents successifs de la roue d'arbre à cames à une vitesse de rotation de l'arbre à cames correspondant au régime moteur minimal supporté par ledit moteur, et en ce que ledit procédé de détermination de l'état de rotation d'un arbre à cames détermine que l'état de rotation de l'arbre à cames est « en train de caler », 10 correspondant à un état de rotation intermédiaire, lorsque la durée écoulée depuis la dernière détection d'un front de dent de la roue d'arbre à cames par le capteur devient supérieure à Tcam cal, avec Tcam cal 2. Procédé détermination de l'état d'un arbre à cames d'un moteur de véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que Tcam cal est égal au temps mis par la 15 roue d'arbre à cames pour parcourir une distance angulaire égale à la distance angulaire maximale séparant deux fronts de dents successifs de la roue d'arbre à cames à une vitesse de rotation correspondant à un régime moteur bas prédéterminé. 3. Procédé détermination de l'état d'un arbre à cames d'un moteur de véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que le régime bas prédéterminé est supérieur 20 au régime minimal supporté par le moteur. 4. Procédé détermination de l'état d'un arbre à cames d'un moteur de véhicule selon la revendication 3, le moteur étant un moteur thermique de véhicule, caractérisé en ce que le régime minimal supporté par le moteur est environ égale à 22 tours/min. 5. Procédé détermination de l'état d'un arbre à cames d'un moteur de véhicule 25 selon l'une des revendications précédentes, le moteur étant un moteur thermique de véhicule, caractérisé en ce que le régime bas prédéterminé est environ égal à 200 tours/min. 6. Procédé détermination de l'état d'un arbre à cames d'un moteur de véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que Tcam cal est environ 30 égal à 0,12 sec.