Brevet FR2533263A1 — publié le 19840323

Dispositif de commande d'organes électromagnétiques a actionnement rapide, tels qu'électrovannes ou injecteurs pour moteurs à combustion interne. L'invention se rapporte a un dispositif de commande d'organes électromagnétiques à actionnement rapide, tels qu'électrovannes ou injecteurs pour moteurs à combustion interne. Elle est plus spécialement conçue et applicable, en particulier - aux moteurs à allumage par compression (Diesel) à injection directe, qui nécessitent des hautes pressions d'injection à faible charge et au ralenti pour pulvériser convenablement de faibles quantités de gazole, et à fortes charges pour introduire dans le cylindre de fortes quantités de gazole dans des temps très courts; - aux moteurs a allumage par étincelle qui nécessitent un temps d'injection très court pour les très faibles quantités injectées. En effet, l'augmentation des taux de suralimentation sur les moteurs de véhicules industriels et l'augmentation de la vitesse de rotation sur les moteurs de voitures particulières et de motocyclettes conduisent à laugmentation-des taux d'introduction du combustible. Les systèmes d'-injection classiques apportent une solution en augmentant les pressions maximales d'injection; ce'qui nécessite le renforcement des pièces constituant le système d'injection. Les systèmes d'injection électronique de type Wpression-temps" permettent un h chage de la pression (800 a 1000 bars et plus pour les moteurs Diesel) présente en permanence dans le système, ce qui permet d'injecter à pression constante pendant toute la durée de l'injection et obtenir cette haute pression pour les faibles quantités injectées. Un temps de commutation (ouverture + fermeture) très court est nécessaire pour obtenir les faibles quantités précitées.De plus, pour éviter les dispersions entre injecteurs fonctionnant sur différents cylindres d'un même moteur, il faut assu rer pendant ce temps une commutation totale (pour éviter la dispersion due au fonctionnement en balistique) de l'élément mobile de l'électrovanne ou de l'aiguille de l'injecteur. Pour les moyennes et fortes charges, une ouverture franche permet 1-' établissement du taux d'introduction maximum dans des délais très brefs et une fermeture franche réduit les émissions de polluants et d'imbrlés; Toutes ces dispositions conduisent à une meilleure qualité de la combustion assurant une économie de carburant et une moindre fatigue du moteur. Une solution consiste a assurer l'ouverture de l'injecteur par l'intermédiaire d'une électrovanne et d'en assurer la fermeture par l'intermédiaire d'une seconde électrovanne. L'invention se rapporte à une solution de commande à actionnement rapide d'une seule électrovanne ou aiguille d'injecteur en vue d'assurer une commutation suffisamment rapide d'ouverture et de fermeture pour l'injection dans chaque cylindre. Pour'obtenir une levée rapide, il est nécessaire de saturer le matériau magnétique constituant l'électroaimant de l'organe commandé dans un temps très court et donc de fournir une puissance transitoire élevée, qui est.appelée phase d'appel de la commande. A cet effet, le dispositif de commande selon l'invention; comportant un circuit de puissance à semi-conducteur pour l'actionnement desdits organes électromagnétiques répondant à des signaux externes de déclenchement de faible puissance, est caractérisé en ce que ledit circuit de puissance comprend un circuit d'accumulation d'énergie à deux condensateurs ayant un point commun avec une self, le premier de ces condensateurs étant relié du côté opposé audit point commun aux organes lectromagnétiques par 1 'intermédiaire d'interrupteurs électro- niques d'actionnement de ces derniers, et le second condensateur étant en parallèle avec la self qui, avec ledit point commun, est en série entre deux interrupteurs électroniques amorçables simultanément pour alimenter ledit circuit d'accumulation d'énergie et dont l'un, dit premier interrupteur, est blocable pour créer un courant d'induction chargeant les deux condensateurs ensemble, puis chargeant le second pendant une demi-période d'oscillation au travers du second interrupteur blocable en fin de cette demi-période, de sorte que les condensateurs se trouvent chargés de façon à être déchargeables en série pendant au moins la phase de courant d'appel à chaque activation de l'un desdits organes électromagnétiques. Comme il est usuel, une fois l'ouverture obtenue, il faut diminuer l'énergie consommée en maintenant l'effort, la force développée par l'organe électromagnétique servant à maintenir la vanne ou l'injecteur ouvert à entrefer minimal, cette phase étant appellee phase de maintien. A cet effet, le dispositif de commande selon l'invention, est caractérisé en ce qu'il comporte entre le premier interrupteur électronique précité et ledit point commun, une voie de charge unidirectionnelle des deux condensateurs et, en parallèle à celle-ci et connectée auxdits interrupteurs d'actionnement des organes Electromagné- tiques, une voie unidirectionnelle d'alimentation de ceus-ci en courant de maintien. En outre, pour annuler comme il est souhaitable la valeur du courant circulant dans l'organe électromagnétique concerné de façon rapide pour permettre une bonne fermeture il est prévu, dans l'invention, outre l'action desdits condensateurs, -entre le premier condensateur et lesdits interrupteurs d'ac- tionnement des organes électromagnétiquès, un circuit de coupure rapide à semi-conducteurs en parallèle sur l'ensemble des organes électromagnétiques. Plus particulièrement, sur véhicule automobile, un tel dispositif alimenté par une batterie va pouvoir assurer un fonctionnement correct en cas de variation de la tension de ladite batterie et, à cet effet, le dispositif selon l'invention est alors caractérisé en ce que ladite voie unidirectionnelle d'alimentation en courant de maintien comporte un regula- teur de courant. On comprendra ainsi que le dispositif selon l'invention permet de n'utiliser qu'un seul circuit spécial pour un nombre quelconque d'injecteurs indépendants, ce nombre n'étant pratiquement pas limité. Il permet de commander des électroaimants de type E, feuilletés ou non, ainsi que des électroaimants axisymétriques ou tout autre type d'électroaimants. En outre pour obtenir une souplesse d'utilisation, une facilité de mise en oeuvre et une très bonne sécurité, une borne de la bobine de chaque électroaimant est prévue pour etre liée à la source négative de l'alimentation. De plus, un fonctionnement sans bobine ou avec une ou plusieurs bobines se trouvant en courtcircuit (les deux bornes reliées entre elles) n'entraîne aucun dommage ou danger. Plusieur formes de réalisation de dispositif de commande selon l'invention sont d'ailleurs ci-après décrites, à titre d'exemple, et en référence au dessin annexé dans lequel les figures 1 à 3 sont trois schémas électriques de commande d'organes électromagnétiques à actionnement rapide selon l'invention. Dans le schéma de la figure 1, la source de tension du dispositif de commande, constituée rar la batterie du véhicule dans l'exemple considéré d'un véhicule à moteurs injection; est branchée par son pôle positif à l'émetteur d'un transistor pnp Tl, dont le collecteur est connecté par l'intermédiaire d'une diode Di, à un point C commun aux armatures de deux condensateurs Ci, C2.L'armature du condensateur Cl opposée à celle connectée au point C, est reliée par le conducteur 2 à plusieurs branches, en nombre correspondant à celui des organes électromagnétiques à actionner et qui sont dispo sées en parallèle. Chaque branche comporte un thyristor en série avec l'enroulement de l'organe electromagnetique corres- pond-ant, ici les thyristors Thl, Th2 ou autres et les enroulements Li, L2 ou autres d'électrovannes ou injecteurs, qui sont finalement reliés à la polarité négative d'alimentation. En parallèle au condensateur C2 dont l'armature opposée à celle connectée au point C et reliée à la polarité négative, est disposée une self S à noyau B, en série avec un triac Trl par ailleurs relié à la polarité négative. En outre, le collecteur du transistor Tl est relié en parallèle à la diode Dl et au condensateur Ci, par l'intermédiaire d'une résistance R et d'une diode D2, au conducteur 2. Entre ce dernier et la polarité négative d'alimentation, en parallèle aux branches compo- tant les thyristors et enroulements précités, est disposé un circuit comportant une diode zener Zl et une diode D3 disposées de façon à être passantes pour le courant de rupture survenant à la coupure dalimentation des enroulements Ll, L2 ou autres. Le schéma de la figure 2 correspond à une variante selon laquelle il est substitué à la diode zener de la figure l u triac Tr2 à commande synchrone avec celle du triac Tri. La figure 3 correspond à une autre variante dans laquellè le triac Trl des réalisations précédentes, est remplacé par un thyristor Th'l en parallèle avec une diode D4 montée en opposition, tandis que la branche à diode D3 est remplacée par une branche comportant un thyristor Th'2 à commande synchrone avec celle du thyristor Th'l. Le fonctionnement de ces dispositifs est le suivant. Le transistor Ti à sa base soumise à un signal externe de commande de saturation, à la fois pendant-les phase d'in3ec- tion (activation des enroulements Li, L2 ou autres) et dans les intervalles entre phases d'injection, pour la charge des condensateurs Cl et C2. Pour-cette phase de charge des condensateurs, le transistor T1 est saturé et en même temps le triac Tri (figure l ou 2) ou le thyristor Th'1 (figure 3) sontfamorces par un signal externe appliqué sur leur gâchette de commande, de sorte qu'un courant continu s'établi au travers de la self S accompagnée d'une certaine charge positive des condensateurs Cl, C2 du côté du point C Le transistor Ti n'est alors saturé que pendant un temps donné correspondant à l'établissement d'un courant prédéterminé.Ainsi dès que le transistor Ti est rebloqué, l'effet de self induction entraîne dans la boucle constituée par la self S et le trias Trl ou thyristor Th'1, et par les branches en parallèle à condensateur C2 et à condensateur Ci, diode D3j diode zener Zi (figure l) ou Cl, D3, Tr2 (figure 2) ou Ci, Th'2 (figure 3) une forte charge des condensateurs Cl, C2 ayant pour effet de porter le point C à un potentiel négatif bien plus élevé que celui de la tension de la batterie formant source d'alimentation.Puis la branche à condensateur C2 constitue avec la self S et le triac Trl (figure l ou 2) ou la diode D4 (figure 3) un circuit oscillant à inversion de courant rechargeant à un potentiel positif l'armature du condensateur C2 relié au point C. L'amorçage du triac Trl (figure l ou 2) est interrompu en fin de ladite période d'oscillation correspondant à la charge positive precitee du condensateur C2, celui du thyristor Th'l pouvant 1 'être avant, de sorte que le condensateur C2 se retrouve de ce fait chargé en série avec le condensateur Cl resté chargé par blocage comme il l'était précédemment, pendant cette demi-période d'oscillation, du fait du blocage par les diodes D2, D3 ou le thyristor Th'2.Il én résulte que le potentiel de charge du condensateur Cl peut être par exemple de plus 150 V côté conducteur 2 et celui du condensateur C2, du côté du point commun C, être à un niveau intermédiaire entre +150 V et la masse. Les caractéristiques des éléments de commande et commandés en cause sont choisis de façon à avoir un temps de charge compatible avec la période minimale d'intervalle entre les injections successives prévues. Chaque phase d'injection est déclenchée par un signal externe de commande de saturation du transistor Tl et par un signal externe simultané d'amorçage du thyristor Thl ou Th2 ou autre correspondant à l'enroulement Li, L2 ou autre de l'organe électromagnétique d'injection à actionner. Cela donne lieu à ladite première phase d'appel, dans laquelle les condensateurs Ci, C2 chargés en série se déchargent ensemble dans l'enroulement considéré Li ou L2 ou autre, pour obtenir un actionnement rapide de l'organe électromagnétique d'injection correspondant.Puis cette phase d'appel à décharge des condensateurs Ci, C2 est suivie de ladite phase de maintien, pour laquelle le courant de maintien est fourni par la source de tension de batterie et au travers du transistor Tl de la résistance R ou du régulateur de courant RG, et de la diode D2, à l'anode du thyristor amorcé Tel, ou Th2 ou autre. La fin d'injection est commandée par l'interruption du signal externe d'injection appliqué à la base du transistor Ti, ainsi qu'au thyristor correspondant Thi, Th2 ou autre, et le courant engendré par self induction dans l'enroulement correspondant Ll, L2 ou autre, est alors-amené à circuler soit dans la boucle que forme dans le cas de la figure l la branche Thl, Li ou Th2, L2, ou autre avec les condensateurs Cl, C2 et avec la branche D3, Zi, dont la tension d'avalanche de Zi favorise la chute de courant. Soit dans la boucle d'amortissement que forment dans le cas des figures 2 et 3 les condensateurs Cl et C2 avec la branche Thl, Li ou Th2, L2 ou autre (le triac Tr2 ou le thyristor Th'2 entant alors bloque). Dans le cas où les organes électromagnétiques n'auraient pas les mêmes caractéristiques électriques ou mécaniques, ce qui entraînerait des dispersions de débit, il est possible avec un dispositif de calcul approprié non représenté ici, d'ajuster pour chaque injecteur la charge des condensateurs Cl et C2 en faisant varier le temps pendant lequel le transistor Tl est saturé pendant chaque phase de charge de ces derniers. Bien entendu diverses variantes peuvent encore être imaginées sans pour autant sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS l. Dispositif de commande d'organes électromagnétiques a actionnement rapide, tels qu'électrovannes ou injecteurs pour moteurs à combustion intérne, comportant un circuit de puissance à semiconducteurs pour l'actionnement desdits organes répondant à des signaux externes de déclenchement de faible puissance, caractérisé en ce que ledit circuit de puissance comprend un circuit d'accumulation d'énergie à deux condensateurs (Cl, C2) ayant un point commun (C) avec une self (S), lex premier (Cl) des condensateurs étant relié du côté opposé audit point commun (C) aux organes électromagnétiques (Li, L2) par l'intermédiaire d'interrupteurs électroniques (Thl, Th2) d'actionnement de ces derniers, et le second condensateur (C2) étant disposé en parallèle à la self (S) qui; avec ledit point commun (C), est en sérieentre deux interrupteurs électroni- ques (Tl, Trl ou Th'l) amorçables simultanément pour alimenter ledit circuit d'alimentation d'accumulation d'énergie, et dont l'un dit, premier interrupteur (Ti), est blocable pour créer un courant d'induction chargeant les deux condensateurs, puis oscillant et chargeant le second condensateur (C2) pendant une demi-période d'oscillation au travers de l'autre interrupteur blocable en fin de cette demi-période, de sorte que les condensateurs (Cl, C2) se trouvent chargés et déchargeables en série pendant au moins la phase de-courant d'appel à chaque activation de l'un desdits organes électromagnétiques. 2. Dispositif de commande selon la revendication l, caractérisé en ce qu'il comporte entre le premier interrupteur électronique (Tl) et le point commun (C) une voie de charge unidirectionnelle (Dl) des deux condensateurs (Cl et C2) et, en parallèle à celle-ci et connectée auxdits interrupteurs d'actionnement (Thl, Th2) des organes électromagnétiques (Li, L2), une voie unidirectionnelle (D2) d'alimentation de ces derniers en courant de maintien. 3. Dispositif de commande selon la revendications 2, caractérisé en ce que ladite voie unidirectionnelle d'alimentation en courant de maintien comporte est un régulateur de courant (RG). 4. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, connecte en parallèle aux organes électromagnétiques (Li, L2) et aux interrupteurs électroniques (Thl, Th2) d'actionnement de ceux-ci, outre les deux condensateurs (Cl, C2), un circuit de coupure rapide à semi-conducteurs comportant une diode zener (Zl) passante à la coupure et une diode de blocage (D3) du sens de décharge desdits condensateurs. 5. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en que le second interrupteur (Trl) est un triac commandé. 6. Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier condensateur (Cl) comprend une voie de charge selfigue à diode (D3) passante en série avec un triac (Tr2) à commande synchrone avec celle du triac commandé précité (Tr1). 7. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications l à.4, caractérisé en ce que le second interrupteur électronique est un thyristor commandé (Thil) doublé en parallèle d'une diode (D4) en opposition, formant circuit à conduction bidirectionnelle. 8. Dispositif de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier condensateur (Cl) comprend une voie de charge selfique à thyristor (Th'2) à commande synchrone avec celle du thyristor- précité (Th'1).