La présente invention concerne un capteur de vi- tesse d'un organe mobile utilisable notamment dans les moteurs thermiques à soupapes pour mesurer la vitesse de déplacement des soupapes et/ou des organes mobiles d'actionnement de ces soupapes, plus particulièrement dans le cas des soupapes actionnées par des moyens élec- tromagnétiques.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION On connaît des actionneurs électromagnétiques de soupapes qui comportent des moyens électromagnétiques pour déplacer, entre une position de fermeture de la sou- pape et une position d'ouverture de la soupape, un organe mobile comportant une palette solidaire d'une tige reliée à la queue de la soupape. Les moyens électromagnétiques sont commandés via un asservissement notamment en fonc- tion de la position de l'organe mobile et en tenant comp- te de la vitesse de l'organe mobile. La vitesse de l'organe mobile est obtenue par une différenciation numé- rique de la position fournie par un capteur de position tel qu'un capteur à effet Hall. Ce type de capteurs fonc- tionne grâce à des aimants permanents fixés à la tige. La mise en place de ces aimants est toutefois très délicate.

La complexité de ces capteurs limite de plus leur fiabi- lité. En outre, ces capteurs de position comportent des éléments actifs qui doivent d'tre alimentés en énergie électrique pour fonctionner.

OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de fournir un moyen d'évaluation de la vitesse d'un organe mobile, qui soit simple fiable et peu gourmand en énergie électrique.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un capteur de vitesse d'un organe mobile, le capteur compre- nant un moyen pour constituer une singularité magnétique sur une partie de l'organe mobile et un fourreau recevant

à coulissement cette partie et comportant au moins une bobine annulaire et un aimant permanent annulaire dispo- sés coaxialement entre des pièces polaires annulaires.

Par singularité magnétique on entend une modifi- cation locale d'une caractéristique magnétique de l'organe mobile. Le flux magnétique fournit par l'aimant permanent dépend directement de la position de la singu- larité magnétique par rapport à l'aimant de sorte que le déplacement de cette singularité magnétique dans le four- reau va provoquer une variation du champ magnétique pro- duit par l'aimant permanent. La variation du flux magné- tique induit une tension dans la bobine qui est sensible- ment proportionnelle à la vitesse de déplacement de la singularité magnétique dans le fourreau. Ainsi, le cap- teur de l'invention a une structure relativement simple et ne nécessite aucune alimentation en énergie électri- que.

Par ailleurs, la différenciation numérique réali- sée à partir du signal de position fourni par le capteur à effet Hall de l'art antérieur est généralement effec- tuée en soustrayant l'une de l'autre les deux positions mesurées à des instants donnés, puis en divisant le ré- sultat de cette soustraction par l'intervalle de temps séparant les mesures des positions. Or, l'intervalle de temps a en général une durée très faible de sorte que la division par cet intervalle de temps occasionne une am- plification des erreurs de mesure de la position engen- drant une fluctuation importante de la vitesse calculée.

Cette fluctuation rend la vitesse calculée difficilement exploitable, obligeant à recourir à un important traite- ment qui est relativement complexe et coûteux.

De préférence, la singularité magnétique, la bo- bine et l'aimant permanent sont agencés pour que la bo- bine fournisse un signal linéaire indépendamment de la position de l'organe mobile.

En d'autres termes, la singularité magnétique, l'aimant permanent et la bobine sont agencés pour que le taux de variation du flux magnétique en fonction de la vitesse de l'organe mobile soit sensiblement constant quelle que soit la position de l'organe mobile (c'est-à- dire sur toute la course utile de celui-ci) et pour que la bobine délivre une information, à savoir la tension, qui est proportionnelle au taux de variation du flux ma- gnétique (et donc à la vitesse de l'organe mobile) selon un rapport sensiblement constant sur toute la course utile de l'élément mobile. Le traitement à réaliser pour obtenir la vitesse est dès lors relativement simple et ne nécessite pas de ressources informatiques particulière- ment importantes.

Avantageusement alors, le fourreau comprend deux bobines et un corps tubulaire dans lequel sont montés en opposition deux ensembles magnétiques coaxiaux, qui sont séparés par une entretoise et qui comprennent chacun une des bobines et à l'opposé de l'entretoise une des pièces polaires de telle manière que l'entretoise, les bobines et les pièces polaires forment un logement pour recevoir à coulissement la partie de l'organe mobile présentant la singularité magnétique.

Ceci permet d'obtenir une linéarité relativement bonne sut toute la course utile de l'organe mobile tout en conservant un capteur d'encombrement réduit.

Avantageusement encore, le fourreau comprend deux aimants permanents, chaque ensemble magnétique comportant un des aimants permanents et l'aimant permanent étant monté autour de la bobine.

Selon un premier mode de réalisation de la singu- larité magnétique, le moyen pour constituer la singulari- té magnétique comprend un insert ferromagnétique soli- daire d'une partie amagnétique de l'organe mobile.

Ce mode de réalisation permet au capteur d'avoir

une sensibilité relativement bonne.

Selon un deuxième mode de réalisation de la singularité magnétique, le moyen pour constituer la singularité magnétique comprend une gorge réalisée dans une partie ferromagnétique de l'organe mobile.

Ce mode de réalisation est particulièrement simple.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'une culasse d'un moteur thermique à quatre temps, - la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe du capteur de vitesse utilisé dans ce mode de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 3 est une vue schématique partielle d'une variante de réalisation de la singularité magnéti- que.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, l'invention est ici décrite en application à l'actionnement d'une soupape 1 d'un moteur thermique portant la référence générale 2.

. La soupape 1 possède une queue 3 et est montée sur une culasse 4 du moteur thermique 2 pour coulisser entre une position de fermeture dans laquelle la soupape 1 est appliquée contre un siège 5 de la culasse 4, et une position d'ouverture dans laquelle la soupape 1 est dé- collée du siège 5 de la culasse 4.

La soupape 1 est actionnée entre ces deux posi- tions par l'intermédiaire d'un actionneur généralement désigné en 6 monté sur la culasse 4 du moteur thermique

2.

L'actionneur 6 comprend un corps 7 dans lequel est monté pour coulisser un organe mobile généralement désigné en 8 comportant une tige 9 en matériau amagnéti- que ayant une première extrémité agencée pour prendre ap- pui sur une extrémité libre de la queue 3 de la soupape 1 et une deuxième extrémité solidaire d'une palette 10 re- çue dans un logement 11 du corps 7 pour coulisser paral- lèlement à la tige 9.

Le corps 7 incorpore de façon connue en elle-mme des moyens électromagnétiques de déplacement de l'organe mobile 8. Les moyens électromagnétiques comportent un électroaimant 12 de maintien de la palette 10 dans une première position correspondant à la position de ferme- ture de la soupape 1, et un électroaimant 13 de maintien de la palette 10 dans une position correspondant à la po- sition'd'ouverture de la soupape 1. Les électroaimants 12,13 débouchent sur deux faces opposées du logement 11 du corps 7 et sont commandés de façon connue en elle-mme via des moyens non représentés d'asservissement à partir d'un courant de consigne et d'une vitesse de déplacement de l'organe mobile 8, ainsi que de positions de celui-ci.

Ce mode d'asservissement, connu en lui-mme, est ici as- suré par une unité dédiée, couramment appelée unité de contrôle soupape, qui reçoit les ordres d'ouverture et de fermeture de l'unité de contrôle moteur. En variante, l'unité de contrôle moteur peut assurer l'asservissement de l'actionneur électromagnétique.

. L'actionneur 6 comprend également de façon connue en soi des moyens élastiques de déplacement de l'organe mobile 8. Les moyens élastiques de déplacement compren- nent de façon connue en elle-mme un ressort 14 de rappel de la soupape 1 dans sa position de fermeture et de la palette 10 vers sa première position et un ressort 15 de rappel. de la palette 10 dans sa deuxième position.

Un capteur généralement désigné en 16 est monté sur la culasse 4 ou, comme ici, sur un élément solidaire de celle-ci comme le corps 7 de l'actionneur 6. Le cap- teur 16 forme un fourreau recevant à coulissement la tige 9 de l'organe mobile 8.

En référence à la figure 2, le capteur 16 com- prend un corps tubulaire 17 en matériau amagnétique qui est pourvu d'une embase permettant sa fixation au corps 7 de l'actionneur 6.

Deux ensembles magnétiques généralement désignés en 18,19 sont montés symétriquement et coaxialement dans le corps tubulaire 17 de part et d'autre d'une entretoise 28 annulaire en matériau ferromagnétique comme un acier doux.

Chaque ensemble magnétique 18,19 comprend une bobine schématisée en 20,21 annulaire, un aimant perma- nent 22,23 annulaire monté coaxialement autour de la bo- bine 20,21, et une pièce polaire 24,25 annulaire dispo- sée à l'opposé de l'entretoise 28.

Les aimants permanents 22,23 sont disposés de manière à produire des champs magnétiques opposés suivant l'axe central du capteur. Ces champs sont schématisés en 30, 31 sur la figure 2.

Comme schématisé sur la figure 2, les bobines 20, 21 sont reliées électriquement en série l'une à l'autre de telle manière que l'une des bornes de la bobine 20 soit reliée à la borne de signe opposée de la bobine 21, les bornes restantes de la bobine 20 et de la bobine 21 étant alors reliées au module d'acquisition de données 33 de l'unité de contrôle soupape 32 par des conducteurs 29.

Ces bornes peuvent également tre reliées au module d'acquisition de données de l'unité de contrôle moteur.

Les bobines 20,21 sont agencées et dimensionnées (notam- ment nombre de tours de l'enroulement, diamètre du fil...) en particulier pour fournir une résolution et un rapport

signal bruit suffisants pour permettre une exploitation ultérieure du signal. Par exemple, pour une résolution en vitesse de 0,05 m. s-1, les bobines sont agencées pour fournir une tension de 5 volts par m. s 1.

Les ensembles magnétiques 18,19 sont ainsi mon- tés en opposition.

L'entretoise 28, les bobines 20,21 et les pièces polaires 24,25 forment un logement 26 pour recevoir à coulissement la tige 9 de l'organe mobile 8.

Un insert ferromagnétique 27, ici un anneau en matériau ferromagnétique, est monté sur la tige 9 de l'organe mobile 8. L'insert ferromagnétique 27 constitue une singularité magnétique, c'est-à-dire une modification locale d'une caractéristique magnétique de la tige 9 de l'organe mobile de l'organe mobile.

L'insert ferromagnétique 27, les bobines 20,21 et les aimants permanents 22,23 sont agencés pour que les bobines 20,21 fournissent un signal linéaire indé- pendamment de la position de l'organe mobile 8. En d'autres termes, l'insert ferromagnétique 27, les bobines 20,21 et les aimants permanents 22,23 sont agencés pour que le taux de variation du flux magnétique en fonction de la vitesse de l'organe mobile 8 soit sensiblement constant quelle que soit la position de l'organe mobile 8 (c'est-à-dire sur toute la course utile de celui-ci) et pour que les bobines 20,21 délivrent une tension qui est proportionnelle au taux de variation du flux magnétique (et donc à la vitesse de l'organe mobile) selon un rap- port sensiblement constant sur toute la course utile de l'élément mobile. lors du fonctionnement du moteur, le mouvement de coulissement de l'organe mobile 8 provoque le déplacement de la soupape 1 entre ses positions d'ouverture et de fermeture. L'insert ferromagnétique 27 solidaire de la tige 9 de l'organe mobile 8 perturbe le champ magnétique

fourni par l'aimant permanent 22, 23 à proximité duquel il se trouve (ou les champs magnétiques des deux aimants) de sorte que le déplacement de l'insert ferromagnétique 27 va engendrer des variations des flux magnétiques pro- duits par les aimants permanents 22,23.

Cette variation du flux magnétique va induire dans les bobines 20,21 une variation de tension qui est proportionnelle à la vitesse de déplacement de l'insert ferromagnétique 27 et donc à la vitesse de déplacement de l'organe mobile 8. Compte tenu du branchement des bobines l'une à l'autre, c'est la différence entre la tension dans là bobine 20 et la tension dans la bobine 21 qui est transmise au module d'acquisition.

La tension est mesurée périodiquement selon un intervalle de temps déterminé par le module d'acquisition de données et est ensuite utilisée par l'unité de con- trôle soupape où elle est convertie (multiplication par le facteur de proportionnalité) pour tre exploitable en tant que vitesse de l'organe mobile 8.

Pour améliorer la linéarité, il est possible de jouer sur les dimensions axiales des bobines 20,21, les pièces polaires 22,23, l'entretoise 28 et de l'insert ferromagnétique 27. A titre d'exemple, les dimensions axiales de ces éléments sont de : - 6, 75 mm pour les bobines 20,21, - 1 mm pour chaque pièce polaire 22,23 d'extrémité, - 4, 5 mm pour l'entretoise 28, - 7 mm pour l'insert ferromagnétique 27.

Des positions de l'organe mobile 8 sont obtenues à partir de la vitesse de déplacement de celui-ci.

Pour illustrer l'obtention de ces positions, nous allons considérer une série de mesures de vitesse effec- tuées à des instants tn séparés par des intervalles dé- terminés At depuis une position connue de l'organe mobile

8, telle que sa première ou sa deuxième position.

A l'instant to, l'organe mobile 8 est par exemple dans sa première position, soit xo, où nous savons que sa vitesse vo est nulle.

A l'instant tl, il est effectué une mesure de la vitesse v1 de l'organe mobile 8. La position Xi de l'organe mobile 8 à l'instant tl est évaluée en ajoutant à xo l'estimation de la distance parcourue par l'organe mobile 8 pendant l'intervalle de temps At soit le produit de la vitesse v1 et de l'intervalle de temps At. On ob- tient alors la formule Xi = xo + vl*At.

Il est alors possible à partir de la nouvelle po- sition connue Xi et de la mesure de la vitesse v2 à l'instant t2, d'évaluer la position x2 de l'organe mobile 8 à l'instant t2 en appliquant la formule x2 = Xi + v2*At.

On utilise ainsi la formule générale suivante : Xn+l = Xn + Vn+l* (tn+l-tn) qui correspond à une intégration de la vitesse en fonc- tion du temps et à partir d'une position xn connue ou es- timée par calcul.

Ce procédé d'évaluation de positions permet de n'utiliser qu'un seul capteur qui va permettre d'obtenir une mesure précise de la vitesse de l'organe mobile 8 à partir de laquelle, grâce au procédé, il sera possible de calculer de manière relativement simple et fiable les po- sitions de l'organe mobile 8.

Ces vitesses et positions sont ensuite utilisées par l'unité de contrôle moteur notamment pour commander les moyens électromagnétiques de l'actionneur 6.

Dans la variante de la figure 3, la tige 9 de l'organe mobile 8 est réalisée en matériau ferromagnéti- que et comporte une gorge externe 34 qui constitue une singularité magnétique, c'est-à-dire une modification lo- cale d'une caractéristique magnétique de la tige 9 de l'organe mobile de l'organe mobile.

Comme dans le mode de réalisation précédent, la gorge externe 34 perturbe le champ magnétique fourni par l'aimant permanent 22,23 à proximité duquel il se trouve (ou les champs magnétiques des deux aimants) de sorte que le déplacement de la gorge externe 34 va engendrer des variations des flux magnétiques produits par les aimants permanents 22,23.

Cette variation du flux magnétique va induire dans les bobines 20,21 une variation de tension qui est proportionnelle à la vitesse de déplacement de la gorge externe 34 et donc à la vitesse de déplacement de l'organe mobile 8.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des va- riantes de réalisation sans sortir du cadre de l'inven- tion tel que défini par les revendications.

En particulier, le capteur est également utilisa- ble avec les actionneurs électromagnétiques ne comportant qu'un électroaimant et par exemple ceux utilisant une pa- lette basculante.

En outre, bien que le capteur ait été décrit en application à la mesure de vitesse d'un organe mobile d'actionneur électromagnétique de soupape, le capteur est également utilisable pour mesurer la vitesse de la sou- pape elle-mme, ou d'un organe mobile allongé ou plus gé- néralement de tout organe mobile d'un dispositif quel qu'il soit et pas seulement dans le domaine automobile.

En outre, les dimensions axiales des constituants peuvent tre modifiées, par exemple pour modifier la sen- sibilité du capteur ou pour respecter un encombrement donné.

L'organe mobile peut comprendre une portion ferromagnétique et une portion amagnétique pour constituer la singularité magnétique.

Bien que le capteur ait été décrit avec deux ai-

mants permanents, le capteur peut comprendre un seul ai- mant permanent annulaire radialement polarisé et disposé autour d'une entretoise, deux bobines annulaires dispo- sées coaxialement de part et d'autre de l'aimant perma- nent et de l'entretoise, et des pièces polaires annulai- res disposées du côté des bobines opposé à l'aimant per- manent. Le capteur peut également comprendre un seul ai- mant permanent annulaire axialement polarisé et disposé autour d'une bobine annulaire. Il est possible d'utiliser plusieurs moyens pour améliorer la linéarité de la mesure sur toute la course de l'organe mobile par exemple en prévoyant des dimensions axiales de la bobine, de l'aimant et de la singularité magnétique relatives par rapport à la course de l'organe mobile de telle manière que la mesure de vitesse soit réalisée dans une zone du capteur ou le taux de variation du champ magnétique en fonction de la vitesse et la réponse de la bobine ou des bobines sont relativement constants, soit en prévoyant des formes particulières notamment de la bobine afin d'éviter les effets de bords.

D'autres modes d'intégration peuvent également tre utilisés pour obtenir les positions de l'organe mo- bile à partir des vitesses fournies par le capteur. Ain- si, par exemple, l'intégration peut tre réalisée à par- tir d'une moyenne des vitesses sur l'intervalle de temps considéré en utilisant la formule suivante : Xn+l = xn + ((vn+l+vn)/2) * (tn+l-tn).