Brevet FR2538942A1 — publié le 19840706

Dispositif de commande d'organe(s) électromagnétique(s) à actionnement rapide, tel(s) qu1électrovanne(s) ou injecteur(s). L'invention se rapporte à un dispositif de commande d'organe(s) élec tromagnetique(s) nécessitant un actionnement rapide, tel(s) que des électrovannes de servo-commande ou de dosage d'un débit de fluide quelconque ou des injecteurs pour moteurs à combustion interne notamment. I1 est connu d'actionner de tels organes électromagnétiques par une commande électronique comportant pour chaque organe un circuit de puissance à interrupteur électronique répondant rapidement à des signaux de déclenchement de faible puissance pour alimenter l'enroulement d'actionnement dudit organe. Un problème important du point de vue performances, notamment cadence et précision, et d'établir rapidement le courant dans I'enroulement, On a déjà préconisé à cet effet d'associer à la commande un circuit d'accumulation énergie à charge de condensateur, qui est soumis à des moyens de commande de décharge en phase initiale de déclenchement du ou de chaque organe électromagnétique considéré. Cela permet d'obtenir undéclenchement rapide sous une tensfon de décharge que ne supporterait pas en permanence l'enroulement, comme étant bien supérieure à la tension d'alimentation normale de celui-ci, cette dernière ne devant suffire qugà assurer le maintien de l'organe élec tromagnétique dans son état d'actionnement rapide initial. tes commandes répondant à ce principe sont généralement complexes dans l'association faite du circuit d'accumulation énergie. La présente invention a pour objet d'en simplifier la réalisation et le court. Essentiellement, à cet effet le dispositif de commande d'organe électro- magnétique à actionnement rapide selon l'invention, comportant un circuit de puissance à interrupteur électronique répondant à des signaux externes de déclenchement de faible puissance pour alimenter ltenroulement d'actionnement dudit organe, et un circuit d'accumulation d'énergie à charge de condensateur soumis à des moyens de décharge en phase initiale d'actionnement de chaque organe électromagnétique, est caractérisé par le fait que ledit circuit d'accumulation d'énergie comprend aux bornes mêmes de l'enroulement dudit organe électromagnétique, un circuit de charge et décharge du condensateur precité, comprenant une voie de charge à diode passante pour le courant de self-induction engendré à la rupture d'alimentation dudit enroulement, et un circuit de commande de charge du condensateur à impulsions rapide d'excitation dudit interrupteur électronique d'alimentation, ces impulsions étant propres à permettre la charge du condensateur par le courant de self induction dudit enroulement mais impropres à provoquer l'actionnement de l'organe électromagnétique concerné, et la voie de décharge du condensateur comprenant un interrupteur électronique commandable en synchronisme avec lesdits signaux externes de déclenchement de l'interrupteur électronique précité d'alimenta- tion dudit organe électromagnétique pour au moins la phase initiale d'actionnement précitée. On notera qutil est ainsi avantageusement fait appel à l'enroulement lui-meme de l'organe électromagnétique à actionner comme enroulement de self du circuit d'accumulation d'énergie. Dans une commande commune a plusieurs organes électromagnétiques séquentiellement actionnés, l'enroulement d'un seul de ceux-ci peut être utilisé comme self ou tous peuvent l'erre très simplement si besoin, comme on le verra dans ce qui suit. Plusieurs formes de réalisation illustratives de l'invention sont en effet ci-après décrites à titre d'exemple et en référence au dessin annexé, dans lequel la fig. 1 est un schéma électrique de principe d'un dispositif de commande selon l'invention, la fig. 2 est une variante relative a la commande de plusieurs organes électromagnétiques; la fig. 3 est un chronogramme illustratif d'une séquence de signaux correspondants à un mode d'actionnement des organes électromagnétiques dans le cas des fig. l et 2; la fig. 4 est un schéma électrique d'une réalisation d'un dispositif de commande selon l'invention a pilotage en deux phases de chaque période d'actionnement de chacun des organes électromagnétiques concernés;; la fig. 5 est un chronogramme illustratif d'une séquence de signaux gouvernant le fonctionnement du dispositif de commande objet de la fig. 4. Dans le schéma de la fig. l, on a désigné par les symboles + et -les polarités d'une source de courant continu, telle qu'une batterie de véhicule à moteur, entre lesquelles sont reliés en série au travers d'une diode 1, un enroulement 2 d'un injecteur du combustible consommé par le moteur et un interrupteur électronique 3 à électrode de commande 4. Entre l'interrupteur 3 et la borne de l'enroulement 2 à laquelle il est relié, est prévue une dérivation 5 a diode 6, montée. passante vers un condensateur 7 d'accumulation d'énergie. Cette dérivation a un point commun 8 avec une autre dérivation 9 prévue en parallèle à l'enroulement 2 et pourvue d'un interrupteur électronique 10 à électrode de commande 11. Il est à voir que l'enroulement 2 est ici utilisé lui-même comme self de charge du condensateur 7 par-la voie de la dérivation 5 à diode 6, en dehors de la période d'actionnement effective de liniecteur, en excitant à la conduction à partir d'un générateur d'impulsions et par son électrode de commande 4, l'interrupteur 3, de manière impropre à provoquer l'actionnement de l'organe électromagnétique à-enroulement 2, mais suffisante pour permettre des impulsions répétées de courant de self induction dans l'enroulement 2, qui chargent le condensateur 7 au travers de la diode 6 en phase de coupure de l'interrupteur 3, à une tension bien supérieure à celle d'alimentation. Ladite fréquence d'excitation peut etre de l'ordre des kilohertz et notamment avec des interrupteurs de puissance de type MOS, de 150 kHz par exemple. Il est à voir alors que le condensateur 7 étant ainsi chargé, l'actionnement de l'injecteur à enroulement 2 peut etre provoqué en réponse à une impulsion de commande synchrone appliquée à la fois aux électrodes de commande 4 et il des interrupteurs 3 et 10, de sorte que : - dans une première phase, dite d'appel, le condensateur 7 se décharge au travers de l'enroulement 2 et de l'interrupteur 3, provoquant l'actionnement rapide désiré de l'in3ecteur, sous une tension décroissante jusqu'à celle de la batterie; - dans une seconde phase, dite de maintien, l'injecteur est maintenu ouvert par alimentation de son enroulement 2 sous la tension de la batterie et par la voie de l'interrupteur 3, aussi longtemps que celui-ci est sollicité à la fermeture par ladite impulsion de commande synchrone qui lui est appliquée. On a représenté en trait mixte-à la fig. 1 le montage éventuel d'autres enroulements 12, 13 d'injecteurs, chacun pourvus de leur propre interrupteur de commande d'actionnement 14, 15, dont il suffit que 1Pimpulsion -de commande appliquée à l'électrode correspondante 16, 17, soit synchrone avec une autre impulsion appliquée à l'électrode de commande il de l'interrupteur 10, pour obtenir dans la séquence voulue le meme fonctionnement d'injecteur que celui exposé précédemment, à la condition d'inhiber aussi dans chaque phase d9ac- tionnement ltexcitation en fréquence de l'interrupteur 3 servant à mettre en jeu l'enroulement 2 pour la charge du condensateur 7 par self-induction. On a représenté à la fig. 2 la possibilité, dans une commande d'Injec- teur multiples, d'utiliser tous les enroulements des injecteurs comme selfs de charge dú condensateur 7 en les reliant entre eux et au point commun 8, par l'intermédiaire de diodes 18, 19 passantes dans le sens de charge du condensateur 7. Le chronogramme de la fig. 3 illustre un exemple de signaux de commande assurant le fonctionnement pré-exposé dans le cas à plusieurs injecteurs des fig. 1 ou 2. ta ligne I correspond aux impulsions d'excitation précitées qui sont validées par l'état haut du signal de la ligne il, déterminant les phases de charge TC du condensateur 7 et appliquées à cet effet à la seule électrode de commande 4 de l'interrupteur 3 dans le cas de la fig 1 et aux électrodes de commande 4, 16, 17 des interrupteurs 3, 14, 15 dans le cas de la fig. 2. L'état bas du signal de la ligne II autorise les phases d'injection TI par son application à l' & ectrode de commande 11 de l'interrupteur 10, et les injecteurs sont actionnés séquentiellement par une impulsion synchrone individuelle appliquée à l'électrode de commande de leur interrupteur d'alimentation propre, comme l'indiquent les lignes -III, IV et V, étant entendu que l'état bas du signal de la ligne II correspond à une inhibition d'application des impulsions d'excitation précitées dont rend compte la ligne I. Dans le cadre de l'invention on peut aussi contrôler, si on le désire, les durées respectives desdites phases d'appel et de maintien ainsi que le niveau de courant entretenu dans la phase de maintien, comme l'illustre en exemple la réalisation objet de la fig. 4. Dans cette dernière, on a désigné par les mêmes chiffres de référence les éléments correspondant à ceux de la fig. 2. L'interrupteur électronique 10 est ici constitué par un thyristor dont la gâchette 11 est branchée sur la sortie d'un photocoupleur 20 dont a photodiode d'entrée 21 est soumise à un signal de commande d'injection C comme on le verra plus loin. Les interrup teurs électroniques 3 et 14 sont constitués par des éléments NOS de type N, dont les électrodes 4 et 16 provoquent la conduction lorsqu'elles sont à l'état haut de leur logique de commande.Cette dernière comprend pour l'interrupteur 3, trois portes NI 22, 23, 24, et pour l'interrupteur 16 trois portes NI 25, 26, 27, chaque groupe de portes étant en parallèle avec une résistance 28 alimentée sous une tension régulée +V inférieure à la tension batterie. La première porte de chaque groupe NI 22, NI 25, a ses deux entrées respectivement soumises, 1Dune aux impulsions d'excitation précitées de fréquence élevée, émanant d'une horloge, désignées par CK et illustrées à la ligne I de la fig. 5, l'autre au signal C illustré à la ligne II et validant à l'état bas les périodes de charge TC du condensateur 7 comme indiqué à la ligne III, tandis qusil valide à l'état haut les périodes d'injection TI. Il est applique aux deux entrées de la deuxième porte de chaque groupe, NI 23, NI 26, un signal synchrone avec le front montant du signal de commande C, désigné par Ca pour la porte NI 23 et par Ca' pour la porte NI 26, ces signaux étant illustrés aux lignes 4 et 6 du chronogramme de la fig. 5, et déterminant à leur état bas la durée de la phase respective d'appel de chaque injecteur à l'ouverture, sous l'énergie accumulée par le condensateur 7 et libérée par conduction du thyristor 10 en réponse au niveau haut du signal C. Il est applique à l'une des entrées de la troisième porte de chaque groupe9 un signal désigné par Cm pour la porte NI 24 et Cm' pour la porte NI 27, ces signaux étant illustrés aux lignes V et VII de la fig. 5, et relayant à leur état bas les signaux Ca, Ca', pour gouverner ladite phase de maintien à l'ouverture des injecteurs. Dans cette phase, le courant parcourant les enroulements considérés est alors limité par un circuit hacheur gouvernant la seconde entre de la porte correspondante NI 24 ou NI 27. Ce circuit hacheur comprend, pour chaque injecteur, un transistor 28 dont la base est reliée au conducteur d'alimentation de l'enroulement, entre l'interrupteur 3 ou 14 et une résistance 29, qui est choisie de valeur telle que lorsque le courant limite de maintien est atteint ou dépassé, le transistor 28 se trouve polarisé à la conduction. Le collecteur de ce dernier, relié à la source de tension +V par une résistance 30, est également relié aux deux entrées d'une porte NI 31, dont la sortie est reliee à la seconde entrée de la porte NI 24 ou 27 précitée. Ainsi, dans chaque période de maintien correspondant à l'un des signaux Cm ou Cm', lorsque le courant de maintien excède la-valeur choisie, le transistor 28 conduit, de sorte qu'un niveau bas se trouve alors appliqué aux entrées de ta porte NI 31 correspondante, dont la sortie passe à l'état haut, ce qui a pour effet de faire basculer à l'état bas la sortie de la porte NI 24 ou 27, de sorte que la conduction de l'interrupteur MOS correspondant 3 ou 14 est interrompue jusqu a reblocage du transistor 28, et le courant de maintien se trouve ainsi limité par un hachage répétitif dans cette deuxième période d'injection. Bien entendu, d'autres modes de commande que ceux décrits peuvent encore être imaginés sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande d'organe électromagnétique à actionnement rapide, tel qu'électrovanne ou injecteur, comportant un circuit de puissance à interrupteur électronique répondant à des signaux externes de déclenchement de faible puissance pour alimenter l'enroulement d'actionnement dudit organe, et un circuit d'accumulation d'énergie à charge de condensateur soumis à des moyens de décharge en phase initiale d'actionnement de chaque organe électro nagnétique, caractérisé par le fait que le circuit d'accumulation d'énergie comprend, aux bornes mêmes de lvenroulement (2) dudit organe électromagné- tique, un circuit de charge et de décharge du condensateur précité (7) comprenant une voie de charge à diode passante (6) pour le cburant de self induction engendré à la rupture d'alimentation dudit enroulement, et qu'il est prévu un circuit de commande de charge du condensateur à impulsions d'excitation dudit interrupteur électronique d'alimentation (3), ces impulsions etant propres à permettre la charge du condensateur par le courant de self induction dudit enroulement, mais impropres à provoquer l'actionnement de organe électromagnétique précité, la voie de décharge comprenant un interrupteur électronique (10) commandable en synchronisme avec lesdits signaux externes de déclenchement de l'interrupteur électronique précité (3) d'alimentation dudit organe électromagnétique, pour au moins la phase initiale d'actionnement précitée. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, pour équipement à organes électromagnétiques multiples, tels qu'électrovannes ou injecteurs, en particulier pour moteur à combustion interne, caractérisé par le fait que ledit circuit d'accumulation d'énergie est placé aux bornes d'un seul des enroulements desdits organes disposés en parallèle, l'interrupteur diali- mentation de cet enroulement étant -seul soumis audit circuit de commande de charge du condensateur, et chaque signal de déclenchement individuel de l'un desdits organes étant accompagné-d'un signal de déclenchement de l'interrupteur électronique (10) de la voie de décharge du circuit d'accumulation, assurant ainsi ladite phase initiale d'actionnement à haute énergie pour chaque organe considéré. 3. Dispositif de commande selon la revendication l, pour équipement à organes multiples, tels qu'éîectrovannes ou injecteurs, en particulier pour moteur à combustion interne, caractérisé par le fait que ledit circuit d'ac cumulation d'énergie est place aux bornes de tous les enroulement: (2, 12, 13) desdits organes disposés en parallèle, qui sont reliés entre eux et avec le condensateur (7) par des diodes (6, 8, 19) passantes pour le courant de self-induction et dont les interrupteurs d'alimentation (3, 14, 15) sont tous soumis audit circuit de commande de charge du condensateur, chaque signal de déclenchement individuel de l'un desdits organes étant accompagné d'un signal de déclenchement de l'interrupteur électronique (10) de la voie de décharge du circuit d'accumulation, assurant ainsi ladite phase initiale d'actionnement à haute énergie pour chaque organe considéré. 4. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit de commande du ou de chaque interrupteur électronique d'alimentation comprend une phase de maintien faisant suite à la phase initiale précitée et à courant limité obtenue à l'aide d'un circuit hacheur (28 à 31) répondant à une valeur limite de courant détectée dans le circuit d'alimentation de l'enroulement considéré.