Brevet FR2708375A1 — publié le 19950203

" Procédé et installation de commande d'un utilisateur électromagnétique " L'invention concerne un procédé et une installa- tion de commande d'un utilisateur électromagnétique compre- nant un élément mobile, notamment une électrovanne d'une installation d'injection d'un moteur à combustion interne, l'instant de commutation au moment duquel l'élément mobile atteint une position de fin de course, se faisant par dé- tection du coude dans le chronogramme d'une grandeur qui correspond au courant traversant l'utilisateur électroma- gnétique. On connaît déjà un tel procédé et une telle ins- tallation de commande d'un utilisateur électromagnétique selon les documents DE-OS 34 26 799 (US-A 4 653 447) L'installation décrite dans ce document détecte les ins- tants de commutation et partant de ceux-ci, les instants de mise en marche et les instants d'arrêt de l'électrovanne. Partant du chronogramme de l'intensité traversant l'élec- trovanne, on détermine l'instant de commutation précis de l'électrovanne. De telles électrovannes s'utilisent de préférence pour commander l'injection de carburant dans des moteurs à essence et/ou des moteurs Diesel. Pour doser exactement même la quantité la plus faible à injecter, il est notam- ment intéressant d'avoir l'instant de commutation auquel l'induit de l'électrovanne alimentée atteint une de ces deux positions de fin de course. C'est pourquoi dans les systèmes connus, on part du fait que dans une fenêtre de temps à l'intérieur de laquelle se produit usuellement l'instant de commutation, on exploite la forme de l'intensité puis on définit alors le chronogramme de l'instant de commutation. La présente invention a pour but dans le cas d'un procédé et d'une installation de commande d'un utilisateur électromagnétique, correspondant au type défini ci-dessus, de permettre de définir l'instant de la communication en mettant en oeuvre des moyens réduits. A cet effet l'invention concerne un procédé cor- respondant au type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on détermine l'instant de commutation pendant une phase de roue libre. Avantages de l'invention Du fait que l'on détermine l'instant de commuta- tion pendant la phase de roue libre, il ne faut aucune ins- tallation pour réguler la tension au cours de la fenêtre de temps. En même temps, on diminue de manière significative la puissance perdue par rapport à une installation ayant une régulation de tension. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation représenté aux dessins dans lesquels: La figure 1 est un schéma par blocs de l'instal- lation selon l'invention. La figure 2 montre différents signaux tracés en fonction du temps. La figure 3 montre un ordinogramme. Description des exemples de réalisation Les exemples de réalisation décrits concernent une installation pour commuter un consommateur électroma- gnétique. En principe, les installations décrites s'utili- sent en liaison avec n'importe quel utilisateur électroma- gnétique sans être limitées à une application particulière. Toutefois, il est particulièrement avantageux de mettre en oeuvre l'installation selon l'invention en liaison avec des moteurs à combustion interne en particulier pour le dosage du carburant destiné à la chambre de combustion du moteur. Pour cela, on peut utiliser d'une manière particulièrement avantageuse, une électrovanne pour commander le dosage du carburant destiné au moteur. En particulier pour les faibles charges, il est nécessaire de doser aussi exactement que possible les très petites quantités à injecter. Pour cela, il est de nouveau nécessaire de connaître l'instant auquel l'induit de l'électroaimant alimenté en courant atteint une position de fin de course. Cet instant est usuellement désigné par le début de la période d'injection (en abrégé BIP). Cet ins- tant s'obtient en exploitant le chronogramme du courant traversant l'électrovanne. De manière préférentielle, on exploite le chronogramme de l'intensité à tension constante ou le chronogramme de la tension à courant constant, pour vérifier si le tracé présente un coude ou une variation es- sentiellement exploitable des quotients de différences des grandeurs envisagées. La figure 1 montre schématiquement les éléments principaux d'une installation de commande d'une installa- tion de dosage de carburant à commande par électrovanne. Un moyen de commutation 110 relie un utilisateur électromagné- tique 100 à une installation d'alimentation en tension (Ubat). Le moyen de commutation 110 est commandé par une installation de commande 120. L'installation de commande peut elle-même être reliée à une régulation d'intensité ou une régulation de tension 130. L'autre branchement de l'utilisateur électroma- gnétique est relié à la masse par l'intermédiaire d'un cap- teur 145. Le capteur 145 est relié à un circuit d'exploita- tion 140 et ce dernier est relié à la régulation de tension ou d'intensité 130. En parallèle au branchement en série de l'utilisateur électromagnétique et du capteur 145, il y a une installation de roue libre 150. Dans son mode de réali- sation le plus simple, cette installation de roue libre 150 se compose d'une diode branchée de manière correspondante. Le montage en série des composants comprend le moyen de commutation 110, l'utilisateur 100 et le capteur 145; ce montage peut également être différent. Il importe seulement que le capteur-145 soit monté pour que même lors- que le moyen de commutation 110 est ouvert, il soit direc- tement relié à l'utilisateur et que le courant passant, en phase de roue libre, ou la tension appliquée puisse être mesurés par le capteur. Le fonctionnement de l'installation sera décrit ci-après à l'aide de la figure 2. A la figure 2, la course H de l'aiguille de l'électrovanne est représentée en trait mixte. La tension UM appliquée à l'électrovanne est représentée par un trait plein et le courant IM traversant l'électrovanne est repré- senté par un trait en pointillé. Ces chronogrammes sont tracés à la figure 2 en fonction du temps. La figure 2a représente la situation dans le cas d'une installation à régulation de tension. Cet figure n'est donnée qu'à titre d'exemple. Les chronogrammes dépen- dent fortement du type d'électrovanne utilisé ainsi que de la tension appliquée. Au début, l'induit de l'électrovanne occupe sa première position de fin de course X1. Le courant IM aug- mente à partir de la valeur zéro et la tension UM appliquée à l'électrovanne prend également une première valeur Ul. A un instant donné T1, l'installation de commande 120 ferme le moyen de commutation 110. Il en résulte que la tension prend une seconde valeur U2. Cette valeur correspond à la tension de batterie Ubat. En même temps, le courant IM aug- mente en fonction du temps. L'induit de l'électrovanne ne présente tout d'abord aucune réaction. On reste dans cette situation jusqu'à ce que le courant traversant l'électromagnétique atteigne un seuil prédéterminé. Ce seuil se situe à environ 10 Ampères. Lors- que ce seuil est atteint, la régulation d'intensité 130 crée un signal correspondant et le transmet à l'installa- tion de commande 120. L'installation de commande 120 com- mande le moyen de commutation 110 qui s'ouvre. Ceci provoque la chute du courant traversant l'électrovanne. La régulation de courant 130 compare l'intensité détectée par le capteur 145 à un seuil prédéterminé et en fonction du résultat de cette comparaison, elle crée un signal appliqué à l'installation de commande 120. L'installation de commande 120 règle l'intensité ou la tension sur la valeur de consigne par l'ouverture et la fermeture du moyen de commutation 110. Cette valeur de consigne se situe selon le présent exemple de réalisation à environ 10 Ampères. A partir de l'instant auquel le seuil est atteint et que la régulation d'intensité est active, l'induit se déplace en direction de sa seconde position de fin de course X2. On prédétermine une fenêtre de temps qui définit une limite inférieure T2 et une limite supérieure T3. L'instant de commutation TBIp se présente probablement dans cette fenêtre de temps. Il est particulièrement avantageux que les limi- tes T2 et T3 de la fenêtre de temps dépendent des parame- tres de fonctionnement comme par exemple la vitesse de rotation, la quantité de carburant injectée ou d'autres grandeurs lues dans un champ de caractéristiques. Usuellement, à partir de l'instant T2, on passe d'une régulation d'intensité à une régulation de tension. Cela signifie que la régulation de tension 130 règle la tension d'ordre de l'électrovanne sur une valeur de tension prédéterminée, qui est de l'ordre de grandeur d'environ 4 à 9 Volts. L'intensité n'oscille plus entre deux seuils mais chute lentement selon ce mode de réalisation. L'induit poursuit ainsi son mouvement en direction de sa nouvelle position de fin de course X2. De ce fait, il n'est pas im- pératif que le courant diminue lentement. Suivant la réali- sation, le courant présente un profil différentiable en permanence de part et d'autre de l'instant TBIp. Pendant que l'induit se déplace, une tension est induite dans la bobine de l'utilisateur électromagnétique. A l'instant de commutation TBIp, l'induit arrive dans sa nouvelle position de fin de course et le mouvement se ter- mine. Il en résulte la disparition de la tension induite. En conséquence, le courant IM traversant la bobine présente une autre pente. Cette variation de la courbe de courant n'est détectée par le circuit d'exploitation 140. A la phase de la fenêtre de temps à l'instant T3, on passe au choix sur la régulation d'intensité ou on ouvre le commuta- teur 110 si T3 est égal à T4. A l'instant T4, on ouvre le commutateur 110 et la commande de l'électrovanne se ter- mine. Comme commutateur on utilise de préférence un transistor. Ce mode de commande se traduit par une perte de puissante importante du commutateur 110 pendant la régula- tion de tension. Pour augmenter l'efficacité générale du système d'injection et pour réduire la sollicitation ther- mique du commutateur 110, il est souhaitable de réduire cette puissance dissipée. Selon l'invention, on procède comme suit: pendant que le commutateur 110 est ouvert, l'installation de roue libre 150 fonctionne. Cela signifie que pour un commutateur ouvert 110, un courant traverse l'utilisateur 100 par la diode 150 et l'installation de mesure 145. Dans des condi- tions idéales, cela signifie que la résistance ohmique de l'utilisateur électromagnétique 100 ainsi que la tension aux bornes de la diode 150 sont nulles; l'induit ne se dé- place pas et le courant continue de passer de manière in- changée. Dans des conditions réelles, la résistance ohmique de l'utilisateur est différente de zéro et aux bornes de la diode il y a une tension de l'ordre de 1 volt; la courbe de courant présente une pente négative qui, sous l'in- fluence du mouvement ou de la tension négative induite, su- bit une diminution supplémentaire. Lorsque l'induit de l'utilisateur atteint sa nouvelle posi- tion de fin de course X2, la tension induite disparaît. Il en résulte que le courant diminue plus lentement et remonte même. Cette variation de la pente de la courbe de courant peut servir à la détection de l'instant de commutation TBIP. La figure 2b montre des conditions correspondan- tes. Jusqu'à l'instant T2 et à partir de l'instant T3, les courbes de signal correspondent à celles de la figure 2a. Selon l'invention, comme cela est représenté à la figure 2b, à l'instant T2, le commutateur 110 s'ouvre. Il en ré- sulte que le courant IM traversant l'électrovanne diminue en fonction du temps. Lorsque l'induit arrive dans sa nou- velle position de fin de course X2, le courant diminue avec une pente plus faible. Ce coude ou cette variation de la dérivée première de la courbe d'intensité est détecté par l'installation d'exploitation 140. La procédure selon l'invention sera explicitée à l'aide de l'ordinogramme de la figure 3. Dans une première étape, pendant la première phase de la commande, entre les instants Tl et T2, selon les différents paramètres de fonc- tionnement, on prédétermine une fenêtre de temps définie par les instants T2 et T3, fenêtre à l'intérieur de laquelle se produit usuellement l'instant de commutation. Puis, on incrémente un compteur de temps dans l'étape 310. Aussi longtemps que le compteur de temps n'a pas encore dépassé la limite inférieure T2 de la fenêtre de temps, on est en régulation d'intensité. Lorsque l'interro- gation 320 constate que le compteur de temps a atteint la limite inférieure T2 de la fenêtre de temps, dans l'étape 330 on commande le commutateur 110 pour qu'il s'ouvre. Puis, dans l'étape 340 on active l'installation d'exploita- tion 140 pour que celle-ci détecte l'instant de commutation TBIP. Dans l'étape 350, l'installation d'exploitation 140 définit l'instant de commutation. Cela signifie que l'instant de commutation a été déterminé à l'intérieur d'une fenêtre de temps au cours de laquelle la tension aux bornes de l'utilisateur est prati- quement constante. Lorsque l'interrogation 360 reconnaît que le compteur de temps a dépassé le second seuil de la fenêtre de temps T3, dans l'étape 370, on passe de nouveau à une régulation normale d'intensité. Aussi longtemps que le compteur de temps n'a pas encore dépassé le second seuil, le compteur de temps augmente dans l'étape 380 et il en suit une nouvelle interrogation 360. Selon une réalisation de l'invention, on peut prévoir que dès que l'on a détecté un instant de commuta- tion, on passe de nouveau sur la régulation d'intensité. Ainsi, selon l'invention, pendant la fenêtre de temps au cours de laquelle l'instant de commutation TBIp est prévisible, on fait abstraction d'une régulation d'in- tensité et on ouvre le commutateur 110. Pendant cette phase, par exploitation de la courbe d'intensité, on dé- tecte l'instant de la commutation. Cette procédure selon laquelle la détection de l'instant de la commutation se fait pendant la phase au cours de laquelle le circuit de roue libre est actif, offre entre autres l'avantage de ne pas nécessiter de régulation de tension. Cela réduit considérablement la mise en oeuvre de composants. La sollicitation du commutateur 110 au cours de la fenêtre de temps, est considérablement plus faible par la puissance dissipée. La courbe de courant, caracté- ristique qui s'établit, offre également pour des types d'électrovannes les plus différents, avec des paramètres -temps mécaniques, qu'électriques, très différents, la pos- sibilité d'une exploitation fiable et certaine et ainsi une détection de l'instant de la commutation. Un niveau de cou- rant correspondant à des conditions réelles, pendant la fe- nêtre de temps permet, du fait de la faible énergie stockée dans le circuit magnétique, lors de la coupure de l'élec- trovanne, d'inverser plus rapidement le sens de déplacement de l'induit ce qui est particulièrement avantageux pour ar- river à une durée d'injection courte, par comparaison à la durée actuelle. R E V E N D I C A T I O N S 1) Procédé de commande d'un utilisateur électro- magnétique comprenant un élément mobile, notamment une électrovanne d'une installation d'injection d'un moteur à combustion interne, l'instant de commutation au moment du- quel l'élément mobile atteint une position de fin de course, se faisant par détection du coude dans le chrono- gramme d'une grandeur qui correspond au courant traversant l'utilisateur électromagnétique, procédé caractérisé en ce qu'on détermine l'instant de commutation pendant une phase de roue libre. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prédétermine une fenêtre de temps à l'intérieur de laquelle se situe de manière prévisible l'instant de commutation. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fenêtre de temps est prédéterminée selon les paramètres de fonctionnement. 4) Procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'un circuit de roue libre est activé à l'intérieur de la fenêtre de temps en ce qu'on ou- vre un moyen de commutation branché en série sur l'utilisa- teur. ) procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'on détecte l'instant de commu- tation à l'aide d'une variation de la pente de la courbe de courant. 6) Installation pour l'exploitation d'un utilisa- teur électromagnétique comprenant un élément mobile, notam- ment une électrovanne d'une installation d'injection d'un moteur à combustion interne, à l'aide d'un moyen qui déter- mine l'instant de commutation auquel l'élément mobile at- teint une position de fin de course, par détection d'un coude dans le chronogramme d'une grandeur qui correspond au courant traversant l'utilisateur électromagnétique, instal- il lation caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens qui déterminent l'instant de commutation pendant une phase de roue libre.