Brevet FR3101375A1 — publié le 20210402

La présente demande concerne une roue dentée d’arbre à cames (2, 2a, 2b), formant une cible pour un capteur (1) de position d’arbre à cames, comprenant un corps circulaire pourvu deux faces principales opposées et étant munie sur sa circonférence d’une série de 6 dents minimum et 7 dents maximum, pour laquelle la série de dents comprend, dans un premier sens de rotation (3) donné de la roue, quatre dents (4, 5, 7, 9) dont les fronts montants espacés de 180°CRK constituent des fronts de référence pour déterminer la position en rotation d’un moteur 4 cylindre, pour laquelle le front descendant d’une première de ces dents constitue, avec deux fronts descendants de deux dents supplémentaires (6, 8), les fronts de référence espacés de 240°CRK pour déterminer la position en rotation d’un moteur 3 cylindres et pour laquelle la distance angulaire entre deux dents est supérieure ou égale à Arctan(4/(R+h)) °CAM et la largeur angulaire d’une dent est supérieure ou égale à Arctan(2,5/(R+h)) °CAM où R est le rayon de la roue hors dents et h est la hauteur de la dent exprimés en mm. L’invention s’applique à un système de commande moteur comportant un calculateur une cible vilebrequin et une cible arbre à cames. Figure 1 CIBLE D’ARBRE A CAMES REVERSIBLE La présente demande concerne une cible d’arbre à cames réversible destinée à être compatible avec des moteurs 3 ou 4 cylindres quatre temps de faible encombrement tels que des moteurs de véhicules deux ou trois roues par exemple des moteurs de motocyclettes ou scooters. Dans le cycle de fonction d’un moteur à combustion interne à quatre temps, il est nécessaire de connaitre avec précision la position du vilebrequin pour pouvoir synchroniser différentes actions telles que l’injection du carburant, le pilotage des bougies d’allumage, la gestion des organes de distribution, etc. Ceci permet d’optimiser l’efficacité de la combustion et de réduire la consommation de carburant et les émissions nocives. En d’autres termes, un moteur à combustion interne doit être synchronisé (phasé) afin de déterminer et d'optimiser le meilleur moment pour brûler le carburant dans le cylindre en vue de l’optimisation des émissions, de la consommation, etc… . La synchronisation ou phasage se réalise généralement en combinant des informations venant d’un capteur de position vilebrequin et d’un capteur de position arbre à cames qui détectent des cibles telles que des dents sur des roues dentées. Pour ce faire, un vilebrequin comporte classiquement une roue dentée, ou cible vilebrequin, qui comprend typiquement un ensemble de dents réparties régulièrement le long de sa circonférence (par exemple de 36 à 120 dents), et dont les dents sont détectées par un capteur appelé capteur CRK. La roue dentée solidaire du vilebrequin comporte une portion de référence dépourvue de dents sous forme d’un creux ou d’une dent longue, également appelée GAP terme utilisé ci-après. En détectant le passage des dents devant le capteur et en comptant le nombre de dents comptées depuis le gap lors de la rotation du moteur, il est possible de connaître la position du vilebrequin sur un tour de 360° vilebrequin autrement dit 360°CRK l’angle de rotation du vilebrequin étant exprimé en °CRK. La cible vilebrequin munie de dents, présente ainsi une asymétrie généralement appelée signature produite par le repère qui permet de connaitre la position moteur à 360° près. Or un cycle moteur correspond à deux rotations complètes du vilebrequin, et la connaissance de la position angulaire du vilebrequin est par conséquent insuffisante pour déterminer la position du moteur. Cette information est donc combinée à une information de position angulaire de l’arbre à cames, qui est entrainé en rotation par le vilebrequin, et qui comporte également une roue dentée dont les dents sont détectées par un capteur correspondant. Alors qu’un cycle moteur correspond à deux rotations de 360° du vilebrequin, il ne correspond qu’à une rotation de 360° de l’arbre à cames ou 360°CAM, l’angle de rotation de l’arbre à cames étant exprimé en °CAM. Par conséquent, la roue dentée de l’arbre à cames présente une asymétrie de rotation qui, croisée avec l’information sur la position du vilebrequin, permet de déduire avec précision l’état du cycle moteur. L'information supplémentaire de l'arbre à cames (avec sa révolution de 360°CAM égale à 720°CRK), permet de déterminer un phasage correct, c'est-à-dire, permet de connaître de manière certaine où se place chaque cylindre dans le cycle de combustion. La succession de signaux reçus par le capteur d'arbre à cames appelé CAM n'est pas régulière, mais suit un profil connu qui permet une connaissance plus précise de la position des cylindres dans le moteur. La méthode de synchronisation consiste, à chaque gap, de comparer les informations reçues par le capteur d'arbre à cames avec des informations théoriques, mémorisées dans le calculateur. Si ces informations sont semblables, le gap est reconnu, et la position moteur également. Ainsi, lors de chaque démarrage du moteur, le moteur est synchronisé lorsque le gap du vilebrequin combiné à la détection de l’état de la roue de l’arbre à cames est détecté. Afin de réduire la consommation de carburant ainsi que les émissions, la technologie de moteurs à distribution variable (connue sous l’acronyme VVT pour la dénomination « Variable Valve Timing » en anglais) selon laquelle on fait varier la position angulaire de l’arbre à cames d’admission et/ou de l’arbre à cames d’échappement pour provoquer dans les cylindres une recirculation des gaz d’échappement est de plus en plus employée. Pour piloter ces systèmes on utilise une cible de type roue dentée en bout d’arbre à cames (appelée cible CAM) qui comporte un arrangement de dents permettant de connaître l’angle du vilebrequin, et donc la position des pistons dans les cylindres dans le cycle moteur. Pour les capteurs CAM associés aux cibles CAM, deux technologies existent, à savoir : 1. Les capteurs TPO « True Power On en anglais» qui sont des capteurs adaptés pour détecter des niveaux haut ou bas correspondant respectivement à des creux et des dents sur la roue dentée. Ces capteurs présentent une précision moyenne au niveau de la détection d’un passage entre un creux et une dent ou un passage entre une dent et un creux mais permettent une synchronisation plus rapide du moteur du fait qu’ils peuvent être utilisés avec des cibles munies de dents de largeurs différentes (on appelle largeur la distance entre un front montant et un front descendant d’une dent) et permettent de reconnaitre ces dents ce qui permet une distance de synchronisation moyenne de 230°CRK. 2. Les capteurs Différentiels. Ces capteurs ne sont pas capables de lire le niveau des dents ou des creux d’une cible CAM mais détectent les fronts montants entre un creux et une dent ou les fronts descendants entre une dent et un creux. Ces capteurs possèdent une plus grande précision temporelle (détection sur front) mais possèdent une rapidité de synchronisation moyenne inférieure aux capteurs TPO avec les designs de cible actuelles en moyenne 280°CRK du fait qu’ils ne permettent pas de connaitre la largeur des dents ainsi que leurs niveaux haut ou bas. La demande FR18 55382 déposée le 19/06/2018 décrit une roue dentée d’arbre à cames, comprenant une pluralité de dents réparties sur sa circonférence, la roue dentée comprenant quatre groupes de dents tels que : un premier groupe comporte une dent, un deuxième groupe comporte deux dents, un troisième groupe comporte trois dents, et un quatrième groupe comporte quatre dents, les groupes de dents étant agencés de sorte que : les dents consécutives de chaque groupe comprenant au moins deux dents sont toutes espacées d’un même écart angulaire, la roue dentée comprend, entre deux groupes de dents consécutifs, une portion dépourvue de dents s’étendant sur au moins 35°CAM, il y ait quatre dents espacées de 90°CAM sur la circonférence de la roue dentée, et trois dents espacées de 120°CAM sur la circonférence de la roue dentée. Une telle roue dentée pour moteur de véhicule automobile traditionnel mesure de l’ordre de 50mm de diamètre et est bien adaptée à des moteurs de véhicules automobiles de 3 ou 4 cylindres. Toutefois elle n’est pas adaptée pour les moteurs de dimensions réduites tels que les moteurs de véhicules deux ou trois roues dont le diamètre des cibles CAM ne dépasse généralement pas 40mm du fait que le ou les caches culbuteurs sont de dimensions réduites. Problème technique Une telle cible n’est pas adaptée à une roue de diamètre plus réduit car la distance entre les fronts ne serait plus assez grande pour discriminer ces fronts. Par ailleurs, il est souhaitable pour les constructeurs de moteurs de deux roues de diminuer le nombre de références de cibles dans leur gamme de moteurs et notamment pouvoir utiliser une même cible pour des moteurs à trois ou quatre cylindres serait un avantage économique important. Dans ce contexte la présente demande propose une cible d’arbre à cames de diamètre réduit réversible compatible avec des moteurs de 3 ou 4 cylindres de faibles dimensions notamment des moteurs de motocyclettes. Plus précisément, la présente demande concerne une roue dentée d’arbre à cames, formant une cible pour un capteur de position d’arbre à cames, comprenant un corps circulaire pourvu deux faces principales opposées et étant munie sur sa circonférence d’une série de dents, pour laquelle ladite série de dents comprend six dents minimum et sept dents maximum réparties en trois groupes, pour laquelle dans un premier sens de rotation donné de la roue, quatre dents de ladite série dont les fronts montants espacés de 90°CAM soit 180°CRK constituent des fronts de référence pour déterminer la position en rotation d’un moteur 4 cylindres, pour laquelle le front descendant d’une première de ces quatre dents constitue, avec deux fronts descendants de deux dents supplémentaires de ladite série, les fronts de référence espacés de 120°CAM soit 240°CRK pour déterminer la position en rotation d’un moteur 3 cylindres et pour laquelle la distance angulaire entre deux dents est supérieure ou égale à Arctan(4/(R+h)) °CAM et la largeur angulaire d’une dent est supérieure ou égale à Arctan(2,5/(R+h)) °CAM où R est le rayon de la roue hors dents et h est la hauteur de la dent exprimés en mm. Outre le fait qu’elle est adaptée aux petits diamètres de roues dentées, la cible de la présente demande a l’avantage d’être réversible c’est-à-dire que dans un second sens de rotation inverse, les fronts montants deviennent les fronts utilisés pour déterminer la position en rotation d’un moteur 3 cylindres et les fronts descendants constituent des fronts de référence pour déterminer la position en rotation d’un moteur 4 cylindres Avec des capteurs traditionnels de type différentiel, une largeur de 4 mm entre les dents est la distance minimum pour discriminer l’existence de deux fronts successifs et une largeur de la partie haute des dents de 2,5 mm étant la distance minimum pour former une dent qui porte un front, tandis que la hauteur des dents est de l’ordre de 4 mm à 5 mm. De cette façon, les dents possèdent une hauteur et une largeur suffisantes pour détecter leurs fronts montants ou leurs fronts descendants selon le capteur. Préférablement, les dents de la série de dents sont regroupées selon trois groupes de dents pourvus successivement de une, deux et quatre dents ou de une, quatre et deux dents. Cette configuration permet d’avoir un nombre de dents réduit tout en simplifiant la détection de la séquence de dents de la roue. Avantageusement, pour une roue de diamètre extérieur 40mm avec les tolérances standards de l’automobile, la distance angulaire minimale entre deux fronts identiques est supérieure ou égale à Arctan(4/(R+h)) + Arctan(2,5/(R+h)) soit en arrondissant : 18,5°CAM ou 37°CRK avec R rayon de la roue hors dents de 15 mm et h hauteur de la dent de 5 mm. Ceci, permet une détection des intervalles entre les dents. Selon un mode avantageux de l’invention, les dents sont de largeur angulaire identique. De la sorte le calcul de synchronisation est simplifié. Selon un premier mode de réalisation pour lequel une dent de synchronisation est présente, dans ledit premier sens de rotation : le premier groupe de dents comporte une dent isolée dont le front montant correspond à un angle 0° moteur quatre cylindres et le front descendant correspond à un angle 0° moteur trois cylindres ; le deuxième groupe de dents comporte deux dents telles que le front montant de la première desdites deux dents correspond à un angle de 180° CRK moteur quatre cylindres et le front descendant de la seconde desdites deux dents correspond à un angle de 240° CRK moteur trois cylindres ; le troisième groupe de dents comporte quatre dents à égale distance angulaire les unes des autres telles que le front montant de la première desdites quatre dents correspond à un angle de 360° CRK moteur quatre cylindres, la deuxième desdites quatre dents est une dent de synchronisation pourvue d’un front montant à 420°CRK et un front descendant à 440°CRK, le front descendant de la troisième desdites quatre dents correspond à un angle de 480° CRK moteur trois cylindres et le front montant de la dernière desdites quatre dents correspond à un angle de 540° CRK moteur quatre cylindres. Selon un second mode de réalisation pour lequel une dent de synchronisation est présente, la roue dentée est telle que dans ledit premier sens de rotation : le premier groupe de dents comporte une dent isolée dont le front montant correspond à un angle 0° moteur quatre cylindres et le front descendant correspond à un angle 0° moteur trois cylindres ; le deuxième groupe de dents comporte quatre dents à égale distance angulaire les unes des autres telles que le front montant de la première desdites quatre dents correspond à un angle de 180° CRK moteur quatre cylindres, le front descendant de la deuxième desdites quatre dents correspond à un angle de 240° CRK moteur trois cylindres la troisième desdites quatre dents est une dent de synchronisation pourvue d’un front montant à 300°CRK et un front descendant à 320°CRK et le front montant de la quatrième desdites quatre dents correspond à un angle de 360° CRK moteur quatre cylindres ; le troisième groupe de dents comporte deux dents telles que le front descendant de la première desdites deux dents correspond à un angle de 480° CRK moteur trois cylindres et le front montant de la seconde desdites deux dents correspond à un angle de 540° CRK moteur quatre cylindres. Les trois groupes de dents de ces deux modes de réalisation sont aisément différentiés et la synchronisation du moteur est facilitée par la dent de synchronisation ajoutée. La largeur angulaire des dents est avantageusement de 10°CAM soit 20° CRK et les fronts descendants de référence à 120°CAM soit 240° CRK de position moteur trois cylindres selon le premier sens de rotation sont décalés de au moins Arctan(2,5/(R+h))°CAM et préférablement de +10°CAM soit +20° CRK par rapport aux fronts montants des dents correspondantes. L’invention traite en outre d’un système de commande moteur comportant un calculateur, une roue dentée vilebrequin et un capteur vilebrequin, une roue dentée d’arbre à cames selon l’invention et un capteur d’arbre à cames de type différentiel, pour lequel la roue dentée vilebrequin et la roue dentée arbre à cames sont calées angulairement de sorte que la roue dentée vilebrequin possède un repère (gap) calé dans un espace dénué de dents de la roue dentée arbre à cames et pour lequel le calculateur comporte un algorithme de synchronisation moteur adapté à reconnaître les séquences formées par les groupes de dents de la roue dentée arbre à cames et à en déduire la position moteur en temps réel. Le capteur d’arbre à cames différentiel du système étant choisi pour détecter les fronts montants, la roue dentée est, selon un premier mode de réalisation, montée dans ledit premier sens pour détecter les fronts à 180° CRK pour un moteur quatre cylindres et est montée dans le sens inverse du premier sens pour détecter les fronts à 240° CRK pour un moteur trois cylindres. Le capteur d’arbre à cames différentiel du système étant choisi pour détecter les fronts descendants, la roue dentée est, selon un second mode de réalisation, montée dans ledit premier sens pour détecter les fronts à 240° CRK pour un moteur trois cylindres et est montée dans le sens inverse du premier sens pour détecter les fronts à 180° CRK pour un moteur quatre cylindres. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés qui décrivent des exemples de réalisation non limitatifs utiles à la compréhension de l’invention et sur lesquels : montre une vue schématique d’une roue dentée d’arbre à cames selon un premier mode de réalisation de l’invention ; montre une vue schématique d’une roue dentée d’arbre à cames selon un deuxième mode de réalisation ; montre un diagramme temporel de la roue dentée de la figure 2 ; montre un diagramme temporel illustrant une synchronisation roue dentée d’arbre à cames/roue dentée vilebrequin selon le mode de réalisation de la figure 2 ; montre une vue schématique d’une roue dentée d’arbre à cames selon un troisième mode de réalisation ; montre un diagramme temporel de la roue dentée de la figure 5 ; montre une vue schématique d’un système de la demande. Roue dentée d’arbre à cames (2, 2a, 2b), formant une cible pour un capteur (1) de position d’arbre à cames, comprenant un corps circulaire pourvu deux faces principales opposées et étant munie sur sa circonférence d’une série de dents, caractérisée en ce que ladite série de dents comprend six dents minimum et sept dents maximum réparties en trois groupes, pour laquelle dans un premier sens de rotation (3) donné de la roue, quatre dents (4, 5, 7, 9) de ladite série dont les fronts montants espacés de 90°CAM soit 180°CRK constituent des fronts de référence pour déterminer la position en rotation d’un moteur 4 cylindres, pour laquelle le front descendant d’une première de ces quatre dents constitue, avec deux fronts descendants de deux dents supplémentaires (6, 8) de ladite série, les fronts de référence espacés de 120°CAM soit 240°CRK pour déterminer la position en rotation d’un moteur 3 cylindres et pour laquelle la distance angulaire entre deux dents est supérieure ou égale à Arctan(4/(R+h)) °CAM et la largeur angulaire d’une dent est supérieure ou égale à Arctan(2,5/(R+h)) °CAM où R est le rayon de la roue hors dents et h est la hauteur de la dent exprimés en mm. Roue dentée d’arbre à cames selon la revendication 1, pour laquelle les dents de la série de dents sont regroupées selon trois groupes de dents (10, 20, 30, 10’, 20’, 30’) pourvus successivement de une (11), deux (21, 22) et quatre (31, 32, 33, 34) dents ou de une (11’), quatre (21’, 22’, 23’, 24’) et deux (31’, 32’) dents. Roue dentée d’arbre à cames selon la revendication 1 ou 2, pour laquelle pour une roue de rayon de 15mm hors dents avec les tolérances standard automobiles, la distance angulaire minimale entre deux fronts identiques est supérieure ou égale à Arctan(4/(R+h)) + Arctan(2,5/(R+h))°CAM. Roue dentée d’arbre à cames selon la revendication 1, 2 ou 3, pour laquelle les dents sont de largeur angulaire identique. Roue dentée d’arbre à cames selon la revendication 4, pour laquelle dans ledit premier sens de rotation (3) : le premier groupe de dents comporte une dent isolée (11) dont le front montant correspond à un angle 0° moteur quatre cylindres et le front descendant correspond à un angle 0° moteur trois cylindres ; le deuxième groupe de dents comporte deux dents (21, 22) telles que le front montant de la première desdites deux dents correspond à un angle de 180° CRK moteur quatre cylindres et le front descendant de la seconde desdites deux dents correspond à un angle de 240° CRK moteur trois cylindres ; le troisième groupe de dents comporte quatre dents (31, 32, 33, 34) à égale distance angulaire les unes des autres telles que le front montant de la première desdites quatre dents correspond à un angle de 360° CRK moteur quatre cylindres, la deuxième (32) desdites quatre dents est une dent de synchronisation pourvue d’un front montant à 420°CRK et un front descendant à 440°CRK, le front descendant de la troisième (33) desdites quatre dents correspond à un angle de 480° CRK moteur trois cylindre et le front montant de la dernière (34) desdites quatre dents correspond à un angle de 540° CRK moteur quatre cylindres. Roue dentée d’arbre à cames selon la revendication 4, pour laquelle dans ledit premier sens de rotation (3) : le premier groupe de dents (10’) comporte une dent isolée (11’) dont le front montant correspond à un angle 0° moteur quatre cylindres et le front descendant correspond à un angle 0° moteur trois cylindres ; le deuxième groupe de dents comporte quatre dents (21’, 22’, 23’, 24’) à égale distance angulaire les unes des autres telles que le front montant de la première (21’) desdites quatre dents correspond à un angle de 180° CRK moteur quatre cylindres, le front descendant de la deuxième (22’) desdites quatre dents correspond à un angle de 240° CRK moteur trois cylindres la troisième (23’) desdites quatre dents est une dent de synchronisation pourvue d’un front montant à 300°CRK et un front descendant à 320°CRK et le front montant de la quatrième (24’) desdites quatre dents correspond à un angle de 360° CRK moteur quatre cylindres ; le troisième groupe de dents comporte deux dents telles que le front descendant de la première (31’) desdites deux dents correspond à un angle de 480° CRK moteur trois cylindres et le front montant de la seconde (32’) desdites deux dents correspond à un angle de 540° CRK moteur quatre cylindres. Roue dentée d’arbre à cames selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour laquelle la largeur angulaire des dents est de 10°CAM soit 20° CRK et pour laquelle les fronts descendants de référence à 120°CAM soit 240° CRK de position moteur trois cylindres selon le premier sens de rotation sont décalés de au moins Arctan(2,5/(R+h))°CAM et préférablement de +10°CAM soit +20° CRK par rapport aux fronts montants des dents correspondantes. Système de commande moteur comportant un calculateur (100) une roue dentée vilebrequin (70) et un capteur vilebrequin (71), une roue dentée (2) d’arbre à cames selon l’une quelconque des revendications précédentes et un capteur d’arbre à cames (1) de type différentiel, caractérisé en ce que la roue dentée vilebrequin et la roue dentée arbre à cames sont calées angulairement pour que la roue dentée vilebrequin possède un repère (gap) (81) calé dans un espace dénué de dents de la roue dentée arbre à cames et pour lequel le calculateur comporte un algorithme (110) de synchronisation moteur adapté à reconnaître les séquences formées par les groupes de dents de la roue dentée arbre à cames et à en déduire la position moteur en temps réel. Système de commande moteur selon la revendication 8, pour lequel, le capteur d’arbre à cames différentiel étant choisi pour détecter les fronts montants, la roue dentée est montée dans ledit premier sens pour détecter les fronts à 180° CRK pour un moteur quatre cylindres ou est montée dans le sens inverse du premier sens pour détecter les fronts à 240° CRK pour un moteur trois cylindres. Système de commande moteur selon la revendication 8, pour lequel, le capteur d’arbre à cames différentiel étant choisi pour détecter les fronts descendants, la roue dentée est montée dans ledit premier sens pour détecter les fronts à 240° CRK pour un moteur trois cylindres ou est montée dans le sens inverse du premier sens pour détecter les fronts à 180° CRK pour un moteur quatre cylindres.