FR2843613A1 - Procede et dispositif pour ameliorer le redemarrage d'un moteur, par detection d'une position absolue d'un organe mobile - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne l'amélioration du fonctionnement d'un moteur à combustion interne pendant une phase de redémarrage intervenant après une phase d'arrêt de ce moteur, le moteur comprenant au moins un organe mobile (35) parmi ledit vilebrequin, des bielles, des pistons, un arbre à cames, des poussoirs de soupapes.Pour le redémarrage, on prend en compte la position de l'organe mobile, juste avant qu'il soit entraîné en mouvement pendant cette phase ; avant ce redémarrage, on détecte la position absolue de l'organe mobile, par l'intermédiaire d'une unité de détection (23) alimentée en énergie électrique, chaque position détectable, dans le sens considéré de déplacement, étant pour cela codée différemment des autres, et on conduit alors le redémarrage en fonction de cette position absolue ainsi détectée.
Description
i L'invention a pour objet un procédé et un dispositif pour améliorer le
fonctionnement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule lors des premiers tours de rotation d'un vilebrequin, ou des premiers mouvements de déplacement de pistons dans des cylindres, correspondant à une phase de redémarrage du moteur intervenant 5 après une phase d'arrêt de ce moteur, le moteur comprenant au moins un organe mobile parmi le vilebrequin, des bielles, des pistons, un arbre à cames, des poussoirs de soupapes. Actuellement, pour répondre à des normes environnementales de plus en plus contraignantes pour les émissions polluantes générées par les véhicules, et en 10 particulier les véhicules automobiles, les professionnels du secteur souhaitent améliorer
les conditions de démarrage du moteur.
En effet, c'est lors des démarrages (ou des redémarrages) que le niveau de pollution est typiquement le plus élevé, ceci venant en particulier du fait qu'il est nécessaire, pour synchroniser parfaitement les paramètres d'alimentation en carburant 15 (typiquement les conditions d'injection) et d'allumage, de faire faire un certain nombre de
tours au moteur.
Durant ces tours de réglage et de calibrage, la combustion n'est typiquement
pas encore optimisée car gérée alors par des paramètres pris "par défaut" et les niveaux de pollution sont alors bien supérieurs à ceux existant pendant le régime ultérieur de 20 fonctionnement établi du moteur.
Et ce problème devient d'autant plus important si l'on songe, comme actuellement, à faire que le moteur s'arrête en cas d'arrêt prolongé du véhicule
(encombrement routier, feux tricolores,...).
Or, dans les conditions actuelles de fonctionnement des moteurs, arrêter et 25 redémarrer fréquemment apporte plus de pollution que de faire fonctionner les moteurs
en continu.
L'invention a pour objet d'apporter une solution à ce problème de fonctionnement imparfait du moteur au moment de son démarrage (ou redémarrage) et
aux problème corollaires de pollution.
La solution proposée consiste globalement à connaître la position exacte du moteur (par exemple celle des pistons dans les cylindres, ou celle, angulaire, du vilebrequin) au moment du démarrage, ou du redémarrage, de celui-ci, afin d'en tirer
parti pour optimiser les premiers cycles d'allumage.
Dans ce contexte, la solution proposée prévoit en particulier que: - pour le redémarrage, on prend en compte la position de l'organe mobile, juste avant qu'il soit entraîné en mouvement pendant cette phase de redémarrage du moteur, - avant ce redémarrage, on détecte la position absolue de l'organe mobile, 5 par l'intermédiaire d'une unité de détection alimentée en énergie électrique, chaque position détectable, dans le sens considéré de déplacement, étant pour cela codée différemment des autres, - et on conduit alors le redémarrage en fonction de cette position absolue
ainsi détectée.
La détection de position absolue de l'organe mobile permet de s'affranchir de l'éventuelle difficulté liée à l'existence d'un nécessaire déplacement (mouvement) de cet
organe mobile pour que l'on puisse en détecter la position.
En d'autres termes, la solution ci-dessus permet de connaître la position exacte de l'organe mobile considéré du moteur au démarrage de ce moteur, sans avoir 15 eu nécessairement besoin de faire faire quelques tours au moteur pour en avoir relevé la position. Ce relevé (détection) de position peut ainsi en particulier s'effectuer automatiquement dès que l'utilisateur du véhicule a mis le contact (typiquement par sa
clef de contact) et qu'ainsi le système électrique général du véhicule est sous tension.
A cet égard, il est d'ailleurs envisagé dans l'invention que: a) I'unité de détection étant sous tension avant tout redémarrage, les positions absolues successives de l'organe mobile sont détectées, si celui-ci est alors en mouvement, et on conduit le redémarrage en fonction de la dernière position absolue ainsi détectée, b) autre possibilité alternative ou complémentaire de la précédente: - on équipe le véhicule d'un système électrique dont la mise sous tension, et donc le fonctionnement, conditionne tout démarrage ou redémarrage de ce véhicule, - et tant que ce système électrique est sous tension, la position absolue de l'organe mobile, tant que celui-ci est sensiblement immobile, ou de ses positions absolues successives, lorsqu'il est en mouvement, est (sont) détectée(s),. 30 c) autre possibilité supplémentaire, alternative de la précédente: - on équipe le véhicule d'un système électrique qui intervient dans le fonctionnement du moteur et dont la mise sous tension ou hors tension est déclenchée par l'utilisateur du véhicule, par l'intermédiaire d'un organe de contact, tel qu'une clé de contact, - et, si ce système électrique est mis hors tension, par coupure du contact, la détection de la position absolue de l'organe mobile, tant que celui-ci est sensiblement immobile, ou de ces positions absolues successives, lorsqu'il est en mouvement,
reprend lorsque le système électrique est remis sous tension.
Un autre aspect pris en compte dans l'invention concerne, une fois obtenues les données relatives à la position de l'organe mobile à considérer, comment conduire la mise en oeuvre opératoire au moins des premiers moments du redémarrage. A cet égard, une caractéristique de l'invention conseille qu'à partir de ladite détection effectuée de la position absolue de l'organe mobile à considérer pour le redémarrage, on détermine, pour ce redémarrage, un moment et/ou un cylindre plus favorable que les autres pour créer la première inflammation d'un mélange de carburant 10 et de comburant à enflammer, ou l'une au moins parmi quelques premières
inflammations du mélange pendant cette phase de redémarrage.
Pour satisfaire à cet aspect de la détermination des meilleures conditions opératoires, il est d'ailleurs également proposé que, pendant la phase de redémarrage du moteur, on commande, en fonction de la position de l'organe mobile à considérer 15 pour le redémarrage, I'une au moins des opérations suivantes: étincelle électrique à un moment et/ou dans un cylindre défini comme plus favorable, fermeture et ouverture des soupapes audit moment et/ou dans ledit cylindre défini comme plus favorable, injection d'une dose appropriée de carburant audit moment et/ou dans ledit cylindre défini comme
plus favorable.
Compte tenu de la qualité des conditions d'inflammation du mélange qui doivent
être obtenues compte tenu de la mise en oeuvre de l'invention lors au moins de ces premiers instants de redémarrage, une autre caractéristique de l'invention prévoit même qu'après qu'on ait donc détecté la position de l'organe mobile à considérer pour le redémarrage, I'inflammation d'un mélange de carburant et de comburant à enflammer 25 dans au moins un cylindre intervient en fonction de cette position, ce qui induit un autodémarrage du moteur, sans que l'on ait à solliciter de démarreur électrique.
Encore un autre aspect de l'invention concerne la manière d'obtenir la détection
de la position à considérer de l'organe mobile.
Pour cela, deux solutions ont plus particulièrement été retenues: a)- on équipe l'organe mobile retenu de moyens permettant de modifier le champ électromagnétique issu d'une unité d'émission, lequel est reçu par au moins un capteur qui occupe une position parmi deux possibles, suivant le champ magnétique reçu, lequel dépend de caractéristiques parmi: le temps d'émission, la fréquence entre deux émissions successives, la localisation 35 du champ, son intensité, b) - pour détecter la position de l'organe mobile: À on équipe l'organe mobile d'une cible fixée à lui, se déplaçant avec lui et pourvue d'un code optique qui dépend de la position de cet organe, on dispose à distance de la cible un capteur optique comprenant une cellule sensible à ce code, - et on fait détecter le code par la cellule. En ce qui concerne les moyens en eux-mêmes prévus dans l'invention, on peut noter que le dispositif proposé prévoit qu'on utilise: - une unité de détection, - et un calculateur embarqué sur le véhicule et relié à l'unité de détection pour 10 définir des conditions d'inflammation du mélange pendant la phase de démarrage du moteur et déclencher la mise en oeuvre de ces conditions afin de provoquer cette
inflammation, en fonction de la position absolue détectée dudit organe mobile.
et on fait détecter le code par la cellule. Concernant la mise en fonctionnement de l'unité de détection, ce dispositif 15 conseille que l'unité de détection soit alimentée en énergie électrique par un système électrique général d'alimentation du véhicule dont la mise sous tension conditionne le redémarrage, de sorte que la détection s'opère automatiquement lorsque ce système
électrique général est sous tension.
Concernant la manière de réaliser l'unité de détection, dans un souci d'efficacité 20 de cette détection, de fiabilité et de cot maîtrisés, quelques solutions privilégiées sont
plus particulièrement conseillées.
Dans la première, I'unité de détection comprend avantageusement: - sur l'un au moins des organes mobiles parmi le vilebrequin et l'arbre à cames, une cible codée par des trous, fixée audit organe et se déplaçant avec lui, de telle sorte 25 qu'à une position déterminée de l'organe mobile corresponde un code, le code changeant avec la position, - au moins un capteur sensible à une émission électromagnétique, disposé face à cette cible et présentant deux états électriques dont il occupe l'un ou l'autre en fonction du champ magnétique reçu à travers les trous de la cible, - et au moins un émetteur de champ magnétique disposé de telle sorte que la
cible modifie la valeur du champ lue par le capteur.
Dans la seconde solution, I'unité de détection comprend avantageusement: une cible fixée à l'organe mobile et se déplaçant avec lui, la cible étant pourvue d'un code optique qui dépend donc de la position de l'organe mobile, - au moins un capteur disposé à distance de la cible, le capteur comprenant des moyens d'illumination de la cible et une cellule détectant le code de cette cible lorsqu'elle est illuminée, - et au moins une fibre optique s'étendant entre la cible et le capteur pour
illuminer la cible et transmettre en retour vers la cellule le code détecté sur la cible.
Dans la troisième solution: - I'unité de détection comprend un capteur à effet capacitif et une unité électronique de mesure, - le capteur à effet capacitif comprend: une première partie électriquement conductrice fixée à l'organe mobile et se déplaçant avec lui, plusieurs deuxièmes parties électriquement conductrices fixes en 10 position et entre lesquelles est disposée et se déplace la première partie électriquement conductrice, les secondes parties électriquement conductrices s'étendant chacune suivant un axe principal transversal à l'axe de déplacement de l'organe mobile, les axes des secondes parties électriquement conductrices étant séparées angulairement entre eux, - et les secondes parties électriquement conductrices sont reliées à une unité électronique de traitement pour déterminer la valeur des différentes capacités créées par les positions relatives occupées par lesdites parties électriquement conductrices et pour en déduire la position de la première partie électriquement conductrice et donc celle de
l'organe mobile.
Dans la quatrième solution: - I'organe mobile dont ont détecte la position est animé d'un mouvement de rotation et correspond de préférence au vilebrequin ou à un arbre à cames, - et l'unité de détection comprend: des bobines d'induction enroulées chacune autour d'un axe transversal à 25 I'axe de rotation de l'organe mobile,. des cibles magnétiques alignées suivant l'axe de l'organe mobile et constituées successivement en spirale inversée, les cibles étant disposées chacune en regard d'une bobine et étant fixées à l'organe mobile pour se déplacer avec lui, et une unité électronique de traitement reliée aux bornes des 30 enroulements de chacune des bobines, de sorte que l'unité électronique de traitement définisse, par mesure différentielle des courants de Foucault circulant à travers les bobines, la position angulaire de l'organe mobile par rapport à une position angulaire de référence. Dans la cinquième solution I'organe mobile dont ont détecte la position est animé d'un mouvement de rotation et correspond de préférence au vilebrequin ou à un arbre à cames, - et l'unité de détection comprend: au moins une unité d'émission d'un champ électromagnétique fixée à l'organe mobile et se déplaçant avec lui, I'aimant étant disposé avec ses pôles alignés transversalement à l'axe de rotation de l'organe mobile, au moins un capteur magnéto-résistif fixe, pour détecter la direction du champ magnétique généré par l'aimant, sur un premier secteur angulaire,. au moins un capteur à effet Hall occupant une position parmi deux possibles, en fonction du champ magnétique généré, pour détecter la direction dudit champ magnétique sur un second secteur angulaire, une unité électronique de traitement reliée aux capteurs, pour définir, sur 10 au moins un tour complet sur lui-même de l'organe mobile, I'orientation angulaire de celui-ci par rapport à une position de référence, en fonction des données fournies par les capteurs. Dans la sixième solution, on prévoit que: - I'organe mobile dont on détecte la position est une nouvelle fois animé d'un 15 mouvement de rotation et correspond de préférence au vilebrequin ou à un arbre à cames, - et l'unité de détection comprend: au moins une unité d'émission d'un champ électromagnétique fixée à l'organe mobile et se déplaçant avec lui, I'aimant étant disposé avec ses pôles alignés 20 transversalement à l'axe de rotation de l'organe mobile, un groupe de capteurs parmi: au moins deux capteurs magnéto-résistifs disposés pour détecter, chacun sur un secteur angulaire, la direction du champ magnétique généré par l'aimant, de telle sorte qu'ensemble, ces capteurs magnéto-résistifs détectent des données 25 représentatives de la direction du champ magnétique généré par l'aimant sur au moins un tour effectué sur lui-même par ledit organe mobile, au moins deux capteurs à effet Hall, couvrant chacun un secteur angulaire et occupant une position parmi deux possibles en fonction du champ magnétique reçu, de telle sorte qu'ensemble, ils détectent des données représentatives de la direction du 30 champ magnétique, sur au moins un tour effectué autour de lui-même par l'organe mobile, - et une unité électronique de traitement reliée aux capteurs, de telle sorte
qu'elle définisse, sur au moins un tour complet autour de lui-même de l'organe mobile, l'orientation angulaire de celui-ci par rapport à une position de référence, en fonction des 35 données fournies par le capteur.
En plus de ce qui vient d'être présenté, un aspect supplémentaire de l'invention se rapporte au type de moteur plus particulièrement concerné, en particulier pour
favoriser la situation d'auto-démarrage déjà évoquée.
Dans ce contexte, il est ainsi conseillé d'appliquer tout ou partie des 5 caractéristiques de l'invention à un moteur à combustion interne et à injection directe comprenant: - le dispositif d'amélioration des conditions de (re)démarrage présenté ci avant, - des bougies d'allumage dans le cadre d'un moteur à essence, pour créer des 10 étincelles devant exploser dans les cylindres, ou de préchauffage, sur un moteur diesel,
- et des injecteurs injectant le carburant directement dans le cylindre.
Une description encore plus détaillée de l'invention va maintenant être 15 fournie en référence aux dessins annexés dans lesquels:
la figure 1 montre schématiquement quelques éléments caractéristiques d'un véhicule automobile (les éléments considérés du véhicule et leur possible liaison entre eux n'ayant été représentés que pour illustrer le propos de l'invention), la figure 2 montre, à nouveau très schématiquement, quelques éléments 20 caractéristiques d'un moteur de véhicule, tel qu'un véhicule automobile, la figure 3 montre schématiquement un vilebrequin équipé d'un système magnétique comprenant des moyens de modification du champ magnétique ambiant et des moyens de lecture, pour constituer une première unité de détection de position utilisable dans le cadre de l'invention, la figure 4 montre un exemple de réalisation de la cible réalisée en matériau magnétique de la figure 3, la figure 5 montre schématiquement un vilebrequin équipé d'un système optique comprenant des moyens d'illumination et des moyens de lecture, pour constituer une unité de détection de position utilisable dans le cadre de l'invention, la figure 6 montre encore une autre possibilité de réalisation de l'unité de détection de l'invention, de même que, toujours schématiquement, les figures 7, 8 et 10, la figure 9 schématisant les courbes de réponse de l'unité de capteurs à effet
magnétique montré sur la figure 8.
Sur la figure 1, une partie d'un véhicule automobile 1 a été représentée.
Le véhicule comprend un moteur 3 et une planche de bord 5. Une roue 7 du
véhicule est schématisée.
Un système électrique général globalement repéré 9 assure le
fonctionnement électrique d'ensemble du véhicule.
Le contact pour la mise sous tension du système électrique 9 est établi par
l'intermédiaire d'une clé 11 coopérant avec une serrure de sécurité 13, par exemple. 5 D'autres moyens existent, tels qu'une solution à carte électronique qui remplace la clé.
La serrure est électronique.
Le système électrique 9 comprend une batterie 14.
Sur la figure 1, la batterie 14 est reliée à l'unité de détection 23 qui permet de
relever la position de l'organe mobile choisi.
Cette batterie est par ailleurs reliée au calculateur 15, aux systèmes d'éclairage avant 25 et arrière 27 du véhicule (feux de signalisation, d'éclairage, clignotants,...), aux témoins indicateurs 29 du tableau de bord et à différents organes du moteur 3. A cet égard, on a schématisé l'alimentation à partir de la batterie 14 de bougies 31a, 31b, et d'un démarreur 33 lequel, s'il est prévu, est typiquement (à ce jour) 15 utilisé pour entraîner temporairement le vilebrequin 35 lors des phases de démarrage ou
de redémarrage du moteur.
Le système électrique 9 (schématisé notamment par une série de traits de liaison) permet en particulier de faire fonctionner les organes de traitement d'informations du véhicule qui assurent entre autres la gestion du fonctionnement du 20 moteur 3, celle du freinage, éventuellement de la direction assistée et de l'éclairage du véhicule. Bien qu'en réalité il existe sur le véhicule plusieurs unités de traitement d'informations et de calculs, suivant les fonctions à remplir, l'ensemble de ces fonctions
est par souci de simplification, réuni sur la figure 1, au sein du calculateur 15.
Ainsi, le calculateur 15 est relié au moteur 3 (sans qu'on entre dans le détail des organes moteur concernés), au système de freinage 17 agissant sur la roue 7, à l'unité de direction assistée 19, liée à la direction 21, et au boîtier de contact électrique
de la serrure 13.
Le calculateur 15 est également relié à l'unité de détection 23.
Dans la suite de la description, on considérera que le redémarrage du
moteur 3, c'est-à-dire les premiers tours de rotation de celui-ci, sera effectué en tenant compte de la position du vilebrequin 35, bien que d'autres organes mobiles du moteur
aient pu être utilisés à la place du vilebrequin.
Ainsi, pourrait-on tout à fait prévoir de détecter la position avant redémarrage 35 d'au moins un des pistons 36, d'un arbre à cames 38, d'une au moins des bielles 40, voire d'un au moins de poussoirs de soupapes 42, la figure 2 illustrant également schématiquement les soupapes d'admission et d'échappement (respectivement 44a, 44b), et un cylindre 46 dans lequel une bougie 31a crée les étincelles électriques nécessaires à l'inflammation du mélange carburant/comburant, dès lors qu'on suppose se trouver ici sur un moteur à explosion alimenté en essence, avec un injecteur 48 qui
injecte le carburant directement dans la tête de cylindre 46 (injection directe).
Avec une telle constitution de moteur, il va être en particulier possible d'injecter directement dans le cylindre moteur le plus approprié et/ou au moment le plus opportun. Au demeurant, si le cylindre (tel que 46) prêt à l'allumage parmi les différents cylindres, est connu ainsi que le prévoit l'invention, alors le calculateur de bord 15 pourra 10 entrer immédiatement en fonction, sans avoir à passer par les phases habituelles de calibrage et de mesures initiales typiques des moteurs jusqu'à présent proposés et
durant lesquels la pollution est accrue.
Il devrait même être possible de redémarrer sous le simple effet induit par la
première combustion déclenchée par la bougie.
Conformément au mode actuel de fonctionnement typique des véhicules, le calculateur de bord ne devrait pouvoir entrer en fonction que lors de la mise du contact c'est-à-dire, dans l'exemple retenu, une fois la clé 11 tournée dans la serrure 13, cette opération pouvant déclencher la mise sous tension, et donc la mise en état de
fonctionner, de l'unité de détection 23.
Ceci ne gêne a priori en rien, dès lors que la détection concerne une mesure
"absolue" de la position de l'organe mobile. Que l'organe bouge ou non, son relevé de position est accessible. Ainsi, cette position aura nécessairement été détectée avant, tout (re)démarrage. Si l'organe a bougé pendant la phase d'arrêt ou bouge au moment de la remise du contact (vitesse enclenchée par exemple), le détecteur de position le 25 relève et l'information antérieurement en mémoire est actualisée.
Toutefois, une alimentation autonome peut également avoir été prévue pour permettre à l'unité de détection 23 de fonctionner même lorsque le contact est coupé, c'est-à-dire notamment que lorsque l'utilisateur du véhicule l'a parquée pour un moment et en est sorti après l'avoir verrouillée, ou encore se trouve à l'intérieur, mais moteur 30 coupé et clé de contact en position "off" (arrêt), c'est-à-dire que tout contact électrique
est coupé en ce qui concerne le système électrique 9.
L'autonomie d'alimentation en énergie de l'unité de détection 23 peut
notamment être réalisée par connexion indépendante à la batterie 14 (ligne de connexion 37), ou encore par une source d'énergie additionnelle 39 (batterie 35 additionnelle, par exemple), indépendante de la batterie principale 14.
Dans sa représentation très schématique de la figure 1, I'unité de détection 23 comprend une unité de capteur repéré dans son ensemble 41 fonctionnant en liaison avec une unité cible repérée dans son ensemble 43 fixée à l'organe mobile considéré
(dans l'exemple, le vilebrequin 35) et se déplaçant donc avec lui.
Sur la figure 3, on retrouve ces pièces.
La cible 43 est représentée avec plus de détail sur la figure 4.
Il s'agit d'une cible codée par des trous ou fentes 45 qui traversent toute
l'épaisseur du disque, tel qu'illustré.
Ce disque est fixé au vilebrequin 35, coaxialement à son axe de rotation 35a
et tourne donc en même temps que le vilebrequin.
Face à ce disque est disposée une succession de capteurs matérialisés par 10 I'unité de capteur 41. En fonction de la rotation du vilebrequin, ces capteurs sont situés
face ou non aux trous du disque.
Les capteurs sont du type à effet Hall, de type "Switch" (commutateur), c'està-dire qu'ils peuvent occuper l'une ou l'autre parmi deux positions (états haut ou bas) en fonction du champ magnétique émis par un ou plusieurs émetteurs de champ, tels que la 15 ligne d'aimants fixes 47, disposés derrière la cible 43, de telle sorte qu'en fonction de la
rotation du vilebrequin, et donc du disque 43, un champ magnétique variable est émis en direction du système de capteur 41 et détecté. Une variante possible consiste à placer un ou plusieurs aimants 47 (une unité d'émission d'un champ magnétique de manière générale) du coté du ou des capteurs 41 et non plus derrière la cible 43. Le mouvement 20 de la cible 43 modifie alors le champ magnétique vu par le ou les capteurs 41.
Ainsi, suivant leur position (face ou non à un trou 45), les capteurs captent plus ou moins le champ magnétique et s'établissent donc dans l'un de leurs deux états électriques de sortie, selon qu'on se situe en dessous ou au-dessus de leur seuil de basculement. Grâce à cela, on obtient un "mot numérique" généré par les états haut ou
bas des capteurs, c'est-à-dire l'équivalent d'un code binaire.
La précision des mesures dépend directement du nombre de cellules à effet
Hall utilisé (chaque cellule représentant un bit).
Le code binaire du mot considéré est représentatif de la position angulaire du 30 vilebrequin.
En pratique, la conformation de la cible 43 dépendra du nombre de cylindres
du moteur et du degré de précision souhaité dans la mesure de déplacement.
Sur la figure 5, on a de nouveau très grossièrement schématisé le
vilebrequin en 35.
Sur l'axe de ce vilebrequin est monté une autre cible 43', avec ici un code optique, tel qu'un code à barres ou un code de couleurs, avec des couleurs différentes
pour chaque secteur angulaire correspondant à la précision de mesure souhaitée.
Ce code est lu par une cellule de lecture 51 correspondant à un capteur
optique, l'illumination de la cible 43' pouvant être effectuée par un laser 53.
Un traitement des données reçues par le capteur 51 après illumination de la cible par le laser peut être effectué dans une unité de traitement/calcul 55 o pourront être déterminées les données représentatives de la position angulaire du vilebrequin. On notera encore que pour lire le code optique sur le disque 43', il est conseillé d'utiliser une fibre optique 57 permettant de placer les organes 51, 53 et 55 à distance de la cible, les lecteurs optiques étant typiquement sensibles à des
températures supérieures à 85 C environ.
Sur la figure 6, un système de détection du type capteur à effet capacitif est
associé au vilebrequin 35.
Plus précisément, en bout de vilebrequin, toujours suivant l'axe 35a de celuici, est montée fixement une partie métallique conductrice, ou électrode, 58.
L'électrode 58, tourne entre deux autres parties métalliques conductrices 15 fixes, 59 et 61.
Les parties métalliques 58, 59 et 61 constituent des condensateurs (effet capacitif) et la valeur de la capacité est proportionnelle à la surface du condensateur formé. Une électronique de traitement associée, schématisée en 63 et reliée aux 20 électrodes 59, 61, permet d'interpréter la valeur des différentes capacités créées par ce
système d'électrodes pour fournir la position angulaire absolue de l'électrode 58.
Le décalage de 90 entre les deux électrodes 59 et 61 permet de déterminer la position exacte sur 360 de l'électrode mobile 58. Chacune de ces électrodes se présente ici comme un secteur angulaire, en l'espèce un demi-disque, les deux demi25 disques étant parallèles entre eux et donc décalés angulairement de 90 I'un par rapportà l'autre, sur la figure.
La solution illustrée sur la figure 7 fait appel à un capteur à courant de Foucault. Deux bobines 65, 67, sous la forme de deux disques d'axes parallèles entre 30 eux mais perpendiculaires à l'axe 35a du vilebrequin sont placées radialement en face
de deux cibles magnétiques 69, 71, en forme de spirales inversées fixées sur l'arbre 35.
Comme dans nombre des autres cas, les cibles 69 et 71 peuvent être
disposées soit à une extrémité, soit éventuellement en partie intermédiaire, de l'organe porteur concerné, en l'espèce le vilebrequin. Les cibles sont disposées avec leur axe 35 d'enroulement confondu avec l'axe 35a.
Suivant la position des spirales (donc suivant la valeur des entrefers vus par
les bobines), l'effet du courant de Foucault est plus ou moins important.
Par mesure différentiel de ces courants à travers les bobines et avec un circuit électronique adapté prévu dans l'unité de traitement associé 73 connecté aux
bobines, on peut connaître la position absolue de l'arbre 35.
Une seule bobine pourrait suffire, mais le système serait alors sensible aux variations d'entrefers (dues par exemple aux dilatations thermiques). Grâce à l'utilisation de deux bobines et une mesure différentielle via l'unité de
traitement 73, on s'affranchit efficacement de ces problèmes éventuels.
Sur la figure 8, c'est une solution à capteurs à effet magnétique qui est
considérée, avec un capteur magnéto-résistif combiné à un ou deux capteurs "Switch" à 10 effet Hall.
Une possibilité est ainsi de capter, avec un capteur magnéto-résistif 75, la direction du champ magnétique généré par un système magnétique 77 (aimant dont on a schématisé les pôles sud S et nord N), fixé coaxialement au vilebrequin et tournant donc
avec lui (voir axe 35a et flèche de rotation 79).
On obtient un signe de sortie dépendant de la direction du champ
magnétique sur 180 .
Afin d'étendre la mesure sur un intervalle de 360 , cette première mesure peut être combinée avec une cellule "Switch " à effet Hall, 81, consistant par exemple en un capteur "Hall 805" de la société "Micronas" ou bien encore deux cellules 81, 83 20 décalées angulairement, de quelques degrés, ceci afin de résoudre les problèmes
d'hystérésis de la première cellule.
Les cellules "Switch" à effet Hall (appelées également sonde Hall à basculeur) occupent l'une ou l'autre parmi deux positions possibles, comme indiqué précédemment. Mais le basculement depuis une position n'est pas immédiat et une 25 certaine hystérésis se présente typiquement dans le basculement. L'hystérésis étant néanmoins assez faible et afin de s'en affranchir totalement, deux cellules décalées
angulairement de quelques degrés suffisent.
Le traitement des données issues de ces mesures est effectué par une unité
électronique de traitement non représenté.
La figure 9 schématise en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin l'évolution des signaux de sortie, respectivement du capteur magnétorésistif 75 (courbe du haut), et des deux capteurs à effet Hall 81, 83 (courbes respectivement intermédiaire
et du bas).
Sur la figure 10, une solution a deux capteurs linéaires de type "Switch" à 35 effet Hall, qui pourraient être remplacés par deux capteurs linéaires de type GMR (Giant
Magneto Resistive), est illustrée.
On peut ainsi prévoir de travailler, en alternative des autres solutions, avec des capteurs ou cellules Hall ou GMR linéaires qui peuvent être coaxialement fixées au
vilebrequin 35.
Les capteurs sont respectivement repérés 85 et 87 sur la figure 10. Ils sont 5 décalés axialement et angulairement par rapport au système d'aimant 89 qui est disposé avec ses pôles perpendiculaires à l'axe 35a de rotation de l'organe mobile.
La tension de sortie aux bornes de chaque capteur Hall ou GMR donne
directement la valeur du champ magnétique mesuré.
Le champ magnétique généré fournit alors un signal sinusodal et donc une 10 identification de la position angulaire de la pièce 35, à 180 C près.
Le deuxième capteur mesure une autre composante du champ magnétique,
permettant ainsi d'étendre la mesure sur 360 .
Une électronique de mesure/traitement (non représentée) est
avantageusement associée aux capteurs pour traiter le signal à transmettre en vue du 15 redémarrage.
Au lieu d'être montés axialement (ici axe du vilebrequin), certains des systèmes de détection précédents pourraient être montés radialement (voir celui de la
figure 5, par exemple).
Par ailleurs, bien que non représenté sur les figures 3, 8 et 10, une 20 électronique de traitement est avantageusement associée aux capteurs prévus sur ces figures.
Claims (17)
1.- Procédé pour améliorer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule, lors des premiers tours de rotation d'un vilebrequin (35), ou des premiers mouvements de déplacement de pistons (36) dans des cylindres (46), correspondant à une phase de redémarrage du moteur intervenant après une phase d'arrêt de ce moteur, 5 le moteur comprenant au moins un organe mobile (35...) parmi ledit vilebrequin, des bielles, des pistons, un arbre à cames (38), des poussoirs de soupapes, le procédé comprenant des étapes dans lesquelles: - pour le redémarrage, on prend en compte la position de l'organe mobile, juste avant qu'il soit entraîné en mouvement pendant cette phase de redémarrage du moteur, 10 avant ce redémarrage, on détecte la position absolue de l'organe mobile, par l'intermédiaire d'une unité de détection (23) alimentée en énergie électrique, chaque position détectable, dans le sens considéré de déplacement, étant pour cela codée différemment des autres,
- et on conduit alors le redémarrage en fonction de cette position absolue ainsi 15 détectée.
2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, I'unité de détection (23) étant sous tension avant tout redémarrage, les positions absolues successives de l'organe mobile (35...) sont détectées, si celuici est alors en mouvement, et on conduit le redémarrage en fonction de la dernière position absolue ainsi détectée. 20 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que: - on équipe le véhicule d'un système électrique (9) dont la mise sous tension, et donc le fonctionnement, conditionne tout démarrage ou redémarrage de ce véhicule, - et tant que ce système électrique est sous tension, la position absolue de
l'organe mobile (35...), tant que celui-ci est sensiblement immobile, ou de ses positions 25 absolues successives, lorsqu'il est en mouvement, est (sont) détectée(s).
4.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que: - on équipe le véhicule d'un système électrique (9) qui intervient dans le fonctionnement du moteur et dont la mise sous tension ou hors tension est déclenchée par l'utilisateur du véhicule, par l'intermédiaire d'un organe de contact (11), tel qu'une clé 30 de contact, - et, si ce système électrique est mis hors tension, par coupure du contact, la détection de la position absolue de l'organe mobile (35...), tant que celui-ci est sensiblement immobile, ou de ces positions absolues successives, lorsqu'il est en
mouvement, reprend lorsque le système électrique est remis sous tension.
5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'à partir de
la détection de la position absolue de l'organe mobile (35...) à considérer pour le redémarrage, on détermine, pour ce redémarrage, un moment et/ou un cylindre (46) plus favorable que les autres pour créer la première inflammation d'un mélange de carburant et de comburant à enflammer, ou l'une au moins parmi quelques premières
inflammations du mélange pendant cette phase de redémarrage.
6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé
en ce qu'après détection de la position absolue de l'organe mobile (35...) à considérer pour le redémarrage, I'inflammation d'un mélange de carburant et de comburant à enflammer dans au moins un cylindre (46) intervient en fonction de cette position, ce qui induit un démarrage du moteur, sans que l'on ait à solliciter de démarreur électrique (33). 10 7. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce
que, pendant la phase de redémarrage du moteur, on commande, en fonction de la position de l'organe mobile (35...) à considérer pour le redémarrage, l'une au moins des opérations suivantes: étincelle électrique à un moment et/ou dans un cylindre (46) défini comme plus favorable, fermeture et ouverture des soupapes (44a, 44b) audit moment 15 et/ou dans ledit cylindre défini comme plus favorable, injection d'une dose appropriée de
carburant audit moment et/ou dans ledit cylindre défini comme plus favorable.
8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé
en ce que, pour détecter la position de l'organe mobile, on équipe l'organe mobile (35...) d'une unité d'émission sélective d'un champ électromagnétique (47), lequel est reçu par 20 au moins un capteur (41) qui occupe une position parmi deux possibles, suivant le champ magnétique reçu, lequel dépend de caractéristiques parmi: le temps d'émission,
la fréquence entre deux émissions successives, la localisation du champ, son intensité.
9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce
que: - pour détecter la position de l'organe mobile: on équipe l'organe mobile d'une cible (43') fixée à lui, se déplaçant avec lui et pourvue d'un code optique qui dépend de la position de cet organe, on dispose à distance de la cible un capteur optique (51) comprenant une cellule sensible à ce code,
- et on fait détecter le code par la cellule.
10.- Dispositif pour améliorer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule, lors des premiers tours de rotation d'un vilebrequin (35), ou des premiers mouvements de déplacement de pistons (36) dans des cylindres (46), correspondant à une phase de redémarrage du moteur intervenant après une phase 35 d'arrêt de ce moteur, le moteur comprenant au moins un organe mobile (35...) parmi ledit vilebrequin, des bielles, des pistons, un arbre à cames (38), des poussoirs de soupapes, le dispositif comprenant, pour que lors du redémarrage on prenne en compte la position de l'organe mobile, juste avant qu'il soit entraîné en mouvement pendant cette phase de redémarrage du moteur: - une unité de détection (23, 41) de position adaptée pour détecter la position absolue d'au moins un des organes mobiles (35...) avant ce redémarrage, - et un calculateur (15) embarqué sur le véhicule et relié à l'unité de détection pour définir des conditions d'inflammation du mélange pendant la phase de démarrage du moteur et déclencher la mise en oeuvre de ces conditions afin de provoquer cette
inflammation, en fonction de la position absolue détectée dudit organe mobile.
11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'unité de 10 détection (23) est alimentée en énergie électrique par un système électrique général (9) d'alimentation du véhicule dont la mise sous tension conditionne le redémarrage, de sorte que la détection s'opère automatiquement lorsque ce système électrique général
est sous tension.
12.- Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que 15 I'unité de détection comprend:
- sur l'un au moins des organes mobiles (35...) parmi le vilebrequin et l'arbre à cames, une cible (43) codée par des trous (45), fixée audit organe et se déplaçant avec lui, de telle sorte qu'à une position déterminée de l'organe mobile corresponde un code, le code changeant avec la position, - au moins un capteur (41) sensible à une émission électromagnétique, disposé face à cette cible et présentant deux états électriques dont il occupe l'un ou l'autre en fonction du champ magnétique reçu à travers les trous de la cible,
- et au moins un émetteur de champ magnétique (47).
13.- Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que l'unité de 25 détection comprend: - une cible (43') fixée à l'organe mobile et se déplaçant avec lui, la cible étant pourvue d'un code optique qui dépend donc de la position de l'organe mobile, - au moins un capteur (51, 53) disposé à distance de la cible, le capteur comprenant des moyens (53) d'illumination de la cible et une cellule (51) détectant le 30 code de cette cible lorsqu'elle est illuminée, - et au moins une fibre optique (57) s'étendant entre la cible et le capteur pour
illuminer la cible et transmettre en retour vers la cellule le code détecté sur la cible.
14.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé
en ce que: - I'unité de détection comprend un capteur à effet capacitif et une unité électronique de traitement (63), - le capteur à effet capacitif comprend: une première partie (58) électriquement conductrice fixée à l'organe mobile (35...) et se déplaçant avec lui, plusieurs deuxièmes parties (59, 61) électriquement conductrices fixes en position et entre lesquelles est disposée et se déplace la première partie 5 électriquement conductrice, les secondes parties électriquement conductrices s'étendant chacune suivant un axe principal transversal à l'axe de déplacement de l'organe mobile, les axes des secondes parties électriquement conductrices étant séparées angulairement entre eux, - et les secondes parties électriquement conductrices sont reliées à l'unité 10 électronique de traitement (63) pour déterminer la valeur des différentes capacités créées par les positions relatives occupées par lesdites parties électriquement conductrices et pour en déduire la position de la première partie électriquement
conductrice et donc celle de l'organe mobile.
15.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé 15 enceque:
- l'organe mobile dont ont détecte la position est animé d'un mouvement de rotation et correspond de préférence au vilebrequin (35) ou à un arbre à cames (38), - et l'unité de détection comprend: des bobines d'induction (65, 67) enroulées chacune autour d'un axe 20 transversal à l'axe de rotation de l'organe mobile, des cibles magnétiques (69, 71) alignées suivant l'axe de l'organe mobile et constituées successivement en spirale inversée, les cibles étant disposées chacune en regard d'une bobine et étant fixées à l'organe mobile pour se déplacer avec lui, et une unité électronique de traitement (73) reliée aux bornes des enroulements de chacune des bobines, de sorte que l'unité électronique de traitement définisse, par mesure différentielle des courants de Foucault circulant à travers les bobines, la position angulaire de l'organe mobile par rapport à une position angulaire de référence.
16.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé
en ce que: - l'organe mobile dont ont détecte la position est animé d'un mouvement de rotation et correspond de préférence au vilebrequin (35) ou à un arbre à cames (38), - et l'unité de détection comprend: 35. au moins un aimant (77) fixé à l'organe mobile et se déplaçant avec lui, l'aimant étant disposé avec ses pâles alignés transversalement à l'axe de rotation (35a) de l'organe mobile, au moins un capteur magnéto-résistif (81, 83) fixe, pour détecter la direction du champ magnétique généré par l'aimant, sur un premier secteur angulaire, au moins un capteur à effet Hall (75) occupant une position parmi deux possibles, en fonction du champ magnétique généré, pour détecter la direction dudit champ magnétique sur un second secteur angulaire,. une unité électronique de traitement reliée aux capteurs, pour définir, sur au moins un tour complet sur lui-même de l'organe mobile, I'orientation angulaire de celui-ci par rapport à une position de référence, en fonction des données fournies par les capteurs.
17.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé
en ce que: - I'organe mobile dont ont détecte la position est animé d'un mouvement de rotation et correspond de préférence au vilebrequin (35) ou à un arbre à cames (38), - et l'unité de détection comprend: 15. au moins un aimant (89) fixé à l'organe mobile et se déplaçant avec lui, l'aimant étant disposé avec ses pôles alignés transversalement à l'axe de rotation de l'organe mobile, un groupe de capteurs parmi: au moins deux capteurs magnéto-résistifs disposés pour 20 détecter, chacun sur un secteur angulaire, la direction du champ magnétique généré par l'aimant, de telle sorte qu'ensemble, ces capteurs magnéto-résistifs détectent des données représentatives de la direction du champ magnétique généré par l'aimant sur au moins un tour effectué sur lui-même par ledit organe mobile, au moins deux capteurs à effet Hall (85, 87), couvrant chacun un 25 secteur angulaire et occupant une position parmi deux possibles en fonction du champ magnétique reçu, de telle sorte qu'ensemble, ils détectent des données représentatives de la direction du champ magnétique, sur au moins un tour effectué autour de lui-même par l'organe mobile, - et une unité électronique de traitement reliée aux capteurs, de telle sorte 30 qu'elle définisse, sur au moins un tour complet autour de lui-même de l'organe mobile, l'orientation angulaire de celui-ci par rapport à une position de référence, en fonction des
données fournies par le capteur.
18.- Application du dispositif selon l'une des revendications 10 à 17, à un
moteur à essence à injection directe dans lequel, en fonction de la position prise en 35 compte de l'organe mobile au moment du redémarrage, l'inflammation du mélange dans au moins un cylindre intervient, ce qui induit un démarrage du moteur, sans que l'on ait à
solliciter de démarreur électrique.
19.-Moteur à combustion interne et à injection directe d'un carburant dans des cylindres du moteur, ce dernier comprenant:
- le dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 17,
- des bougies d'allumage (31a, 31b) dans le cadre d'un moteur à essence, pour 5 créer des étincelles devant exploser dans les cylindres, ou de préchauffage, sur un moteur diesel,
- et des injecteurs (48) injectant le carburant directement dans les cylindres.
Priority Applications (1)
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| FR0300957A FR2843613A1 (fr) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | Procede et dispositif pour ameliorer le redemarrage d'un moteur, par detection d'une position absolue d'un organe mobile |
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| FR0300957A FR2843613A1 (fr) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | Procede et dispositif pour ameliorer le redemarrage d'un moteur, par detection d'une position absolue d'un organe mobile |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR2843613A1 true FR2843613A1 (fr) | 2004-02-20 |
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