Brevet FR2735591A1 — publié le 19961220

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande auto survolteur pour un actionneur comportant une self inductance. Un tel actionneur est, par exemple, un injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne. La présente invention s'applique cependant à la commande de tout actionneur mis en mouvement à l'aide d'une self inductance. Un actionneur est un dispositif capable d'agir en réponse à une commande électrique. Généralement, ces actionneurs sont munis d'une self inductance qui, lorsqu'elle est parcourue par un courant, provoque le déplacement d'un organe d'action (par exemple ouverture d'une vanne de carburant). De manière à accélérer la commande de l'actionneur, il est connu d'appliquer une surtension aux bornes de la self inductance, pour provoquer une mise en action plus rapide de l'actionneur. De nombreux dispositifs générateur de surtension existent sur le marché et sont généralement constitués, d'une self inductance commandée par un circuit de puissance, alimenté sous basse tension et d'un moyen de stockage de la surtension (généralement une capacité). Les impératifs de diminution de coût et d'encombrement de l'électronique de commande embarquée sur un véhicule automobile, étant de plus en plus draconiens, on cherche à réaliser ces dispositifs générateur de surtension avec le moins d'éléments électroniques possible et de la façon la moins encombrante possible. La présente invention a donc pour objet un dispositif générateur de surtension employant un nombre de composants réduit, tout en permettant une commande fiable d'un actionneur comportant une self inductance. A cet effet la présente invention conceme un dispositif de commande auto survolteur pour un actionneur comportant une self inductance, le dit dispositif comportant au moins un circuit de puissance adapté pour piloter l'actionneur, des moyens de stockage d'une surtension adaptés pour fournir cette surtension à la self inductance lors de la mise en action de l'actionneur et une source basse tension alimentant le circuit de puissance, le dit dispositif étant caractérisé en ce que le circuit de puissance est, en outre, adapté pour générer la surtension au moyen de la self inductance de l'actionneur lui même. Ainsi selon l'invention la self inductance de l'actionneur permet non seulement de mettre en action l'actionneur mais aussi génère la surtension nécessaire à cette mise en action. II n'est donc plus nécessaire d'utiliser un circuit supplémentaire dont la fonction n'est que de générer la surtension, puisque la self inductance de l'actionneur, lui même, assure cette fonction. La présente invention concerne également un procédé de commande d'un actionneur comportant une self inductance, dans lequel on utilise de manière avantageuse un courant découpé pour l'alimentation de la self. II est ainsi possible de recharger la capacité de stockage de la surtension, alors que l'actionneur est actif et de poursuivre cette recharge pendant la mise en repos de l'actionneur. Selon l'invention le découpage du courant dans la self crée une succession de cycles pendant lesquels l'intensité du courant traversant la self croit puis décroît. Le transfert de l'énergie dans le moyen de stockage est effectué pendant les phases de décroissance. Pendant les phases de croissance de l'intensité du courant, la self est rechargée en énergie. Le pilotage du niveau du courant est utilisé pour maintenir l'actionneur dans son état (actif ou repos). Avantageusement la présente invention est également applicable à une pluralité d'actionneurs. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui suit et en référence aux dessins annexés dans lesquels: - Les figures 1, 2a et 2b, sont des vues schématiques représentant un dispositif de commande selon l'invention, selon un premier mode de réalisation, - Les figures 3a et 3b, représentent les variations de l'intensité du courant traversant la self de l'actionneur, respectivement selon la technique antérieure connue et selon la présente invention, - La figure 4, est une vue schématique montrant un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention - La figure 5, est une vue schématique d'un dispositif de commande selon un troisième mode de réalisation de l'invention, dans lequel le courant traversant la self est bidirectionnel, - Les figures 6a à 6c, sont des vues schématiques représentant un dispositif selon l'invention associé à une pluralité d'actionneurs selon trois modes de réalisation distincts, - La figure 7, est une vue schématique montrant un cas particulier dans lequel quatre actionneurs sont utilisés. Selon la forme de réalisation représenté aux figures 1, 2a et 2b, le dispositif de commande 10 selon l'invention comporte: - un circuit de puissance Il adapté pour commander un actionneur 12, comportant une self 13 (cet actionneur n'est représenté à titre d'information qu'à la figure 1), - un moyen de stockage 14 d'une surtension, et - une source de basse tension 15. Le circuit de puissance Il est un simple pont de diodes D1, D2 et de moyens d'interruption S1, S2. On appelle branche 1, la branche du pont portant la diode D1 et l'interrupteur S1. La branche 2 porte la diode D2 et l'interrupteur S2. On notera que la source de basse tension 15 est placée dans une des branches du pont. Le moyen de stockage de la surtension est une capacité dite de stockage. Tout d'abord nous rappellerons le fonctionnement classique d'un actionneur à self en se référant à la figure 3a. Un tel actionneur présente trois étapes de fonctionnement à savoir: - une étape I de mise en action, pendant laquelle une surtension est appliquée aux bornes de la self 13 de l'actionneur. Durant cette étape l'intensité I du courant traversant la self augmente rapidement jusqu'à une valeur de courant d'appel la, - une étape Il, de maintien en action pendant laquelle l'intensité du courant traversant la self est maintenue supérieure à un seuil de maintien en action Im, de sorte que l'actionneur reste actif, et - une étape d'arrêt III pendant laquelle l'intensité du courant traversant la self est nulle, de sorte que l'actionneur est à l'état de repos. Comme montré à la figure 3a, on remarquera que pendant l'étape Il, il est connu soit de maintenir le courant au dessus d'un courant de maintien Im (courbe a), soit de scinder cette étape en deux parties (courbe b). Dans une première partie le courant n'est maintenu au niveau d'appel que pendant un temps déterminé puis, dans une seconde partie, ce courant est simplement maintenu légèrement au dessus du courant de maintien Im. Selon la présente invention les variations de l'intensité traversant la self de l'actionneur sont modifiées, pendant les étapes Il et III. En effet, pendant l'étape de maintien en action Il, I'intensité du courant est découpée en une pluralité de cycles comprenant chacun une phase croissante C et une phase décroissante D (encore appelée phase de charge). Lorsque l'intensité du courant décroît (cas représenté à la figure 2a), la source de basse tension 15 alimente la capacité de stockage 14. On reconstitue ainsi peu à peu la surtension utilisée lors de l'étape I. Lors de la phase croissante C suivante, le schéma de circulation du courant dans le dispositif selon l'invention, est celui représenté à la figure 1. Par cette phase croissante on maintien le courant au niveau désiré afin de maintenir l'actionneur en action et on recharge la self en énergie. Après un certain nombre de cycles de décroissance / croissance de l'intensité du courant on poursuit, ou non, la charge de la capacité en maintenant le courant à une intensité moindre, mais néanmoins supérieure au courant de maintien Im. Pour maintenir le courant à l'intensité désirée, et contrôler la charge de la capacité (sans saturation), on substitue à la phase de charge (figure 2a), une phase de roue libre (figure 2b). Selon l'invention grâce au découpage de l'intensité du courant traversant la self en des cycles de croissance puis de décroissance du courant, il est possible de recharger la capacité de stockage pendant l'étape de maintien en action de l'actionneur, en utilisant la self de l'actionneur. A l'ordre (02) d'arrêt de l'actionneur le courant traversant la self est ramené à zéro. En outre le découpage de l'intensité du courant peut être également repris pendant l'étape III d'arrêt de l'actionneur. Dans ce cas on maintien l'intensité moyenne du courant traversant la self au dessous d'une intensité de seuil Is de non mise en action. On notera que la création de la surtension peut être effectuée simultanément au déroulement des étapes de maintien en action (II) et d'arrêt (111). Lorsque l'actionneur est en étape d'arrêt, on maintient la charge de la capacité de stockage 14 en effectuant en continu, ou de temps en temps, quelques cycles de croissance et décroissance de l'intensité du courant traversant la self 13 de l'actionneur. Ainsi, dés que la capacité de stockage 14 est saturée, les cycles de croissance/ décroissance sont effectués uniquement de temps en temps, juste pour entretenir la charge de la capacité pendant la durée de l'étape d'arrêt. Comme cela est montré aux figures 1, 2a et 2b, les phases de croissance, de charge et de roue libre, sont avantageusement réalisées par ouverture ou fermeture de deux interrupteurs S1 et S2. Ainsi, en phase de croissance l'interrupteur S1 est fermé et S2 est ouvert, en phase de charge les interrupteurs S1 et S2 sont ouverts et en phase de roue libre on ouvre SI et on ferme S2. Ainsi par un simple jeu d'interrupteurs, il est possible de gérer la phase de charge de la capacité et le niveau de l'intensité du courant traversant la self. La figure 4 montre un second mode de réalisation de l'invention dans lequel la source de basse tension 15 est placée dans une branche différente du circuit de puissance. Selon l'invention, il est important que cette source de basse tension 15 soit placée dans une des branches du pont réalisé par le circuit de puissance. Bien entendu, la source pourrait être placée dans d'autres branches que celles représentées aux figures 1 et 4, sans que cela ne sorte du domaine de l'invention. La figure 5 montre quel est le schéma du circuit de puissance 11, lorsque le courant traversant la self doit être bidirectionnel. Dans ce cas, aussi, on retrouve un circuit de puissance présentant la forme d'un pont, alimenté par une source de basse tension placée dans une des branches du pont. Ce circuit de puissance commande la self d'un actionneur (non représenté) qu'il utilise pour charger une capacité de stockage de la surtension. Le fonctionnement du dispositif est par ailleurs analogue à celui détaillé en référence aux figures 1 et 2a à2b. Les figures 6a à 6c montrent des variantes de réalisation de l'invention permettant de commander une pluralité d'actionneurs, de manière séquentielle. Dans les cas représentés, une capacité de stockage commune 14 à l'ensemble des actionneurs et une source d'alimentation basse tension 15 commune sont utilisées. Dans ces figures les éléments dont la fonction est analogue à ceux décrits aux figures 1 à 5, sont primés. Les éléments identiques portent, quant à eux les mêmes références. Dans le cas représenté à la figure 6a la branche 1 du circuit de puissance représenté aux figures 1 et 2 est prise comme branche commune à l'ensemble des actionneurs. Dans le cas représenté à la figure 6b, c'est la branche 2 du circuit de puissance qui est mise en commun. Dans le cas de la figure 6c chacune des branches 1 et 2 est mise en commun à tour de rôle. On remarquera que lorsque l'on a deux actionneurs (figures 1 à 4), il est nécessaire d'utiliser deux interrupteurs et deux diodes pour chacun. Lorsque l'on utilise n actionneurs, les figures 6a à 6c permettent avantageusement d'utiliser n+l interrupteurs et n+1 diodes. La figure 7 représente un schéma de montage d'un circuit de puissance optimisé, dans lequel quatre actionneurs sont utilisés. Ce schéma permet, par exemple, de gérer le temps d'ouverture de quatre injecteurs de carburant pour un moteur à combustion interne. Ce schéma est optimisé de manière à utiliser, pour la réalisation du circuit de puissance un nombre minimum de composants électroniques, puisque pour quatre actionneurs il emploie quatre interrupteurs et huit diodes, au lieu de cinq interrupteurs et cinq diodes. On remplace ainsi avantageusement un interrupteur par trois diodes ce qui réduit le coût du dispositif. Le procédé de commande d'un actionneur comportant une self inductance mettant en oeuvre le dispositif ci - dessus détaillé comporte les étapes suivantes: - (I) mise en action de l'actionneur par utilisation d'une surtension appliquée au dit actionneur - (II) maintien en action de l'actionneur, et - (III) arrêt de l'actionneur, le dit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de: - régénération de la surtension simultanément à la mise en oeuvre des étapes de maintien en action (II) et d'arrêt (III) de l'actionneur, ladite surtension étant crée par la self de l'actionneur lui même. Avantageusement la surtension est crée en appliquant à la self de l'actionneur, un courant dont l'intensité varie cycliquement. Ainsi l'intensité de ce courant présente une succession de cycles à intensité croissante (C) puis décroissante (D). La surtension est générée pendant les phases de décroissance du courant. On notera que l'étape de maintien en action (II) de l'actionneur peut être découpée en deux parties. Une première partie pendant laquelle, I'intensité traversant la self de l'actionneur est voisine du courant d'appel la et une seconde partie pendant laquelle, I'intensité du courant traversant la self est légèrement supérieure, au courant de seuil Im. Pendant la première partie l'intensité moyenne du courant est élevée, ce qui permet une charge rapide de la capacité de stockage. Pendant la seconde partie l'intensité du courant moyen traversant la self est moindre, ce qui autorise une charge plus lente. Bien entendu pour assurer des recharges rapides et complètes de la capacité de stockage on a tout intérêt à prolonger le plus longtemps possible, la première partie de charge, jusqu'au moment où la capacité de stockage est saturée. On notera qu'il est possible d'avoir des niveaux de courant différents avant une mise en arrêt. Ainsi le courant peut être voisin de (la) au moment de l'ordre (02) d'arrêt (figure 3b), ou bien être voisin de (Im). Ceci implique que la durée de coupure n'est guère constante. Cette durée de coupure est égale au temps de passage de l'étape de maintien Il à l'étape d'arrêt III. Or certains actionneurs (tels que les injecteurs par exemple) ont besoin d'une durée de coupure constante. Pour pallier ce problème on s'accorde un délai constant 62, entre l'ordre d'arrêt (02) et la coupure (C2) de manière, le cas échéant, à se ramener toujours au même niveau de courant, lorsque cette coupure est réellement effectuée.En effet pendant le temps 62, aucune nouvelle impulsion de courant n'est donnée de manière à être certain qu'au moment de la coupure C2, quelque soit la valeur initiale du courant (la ou Im), I'intensité du courant soit Im. De même, à l'ordre (01) de mise en action, on s'accorde un autre délai 61 constant, avant la mise en action (AI), de manière, le cas échéant, à toujours se ramener à un courant nul, et à un état magnétique de repos, avant la mise en action réelle. On notera qu'après la mise à l'arrêt de l'actionneur, on attend pendant un temps 63, jusqu'à obtention d'un repos complet de l'actionneur avant de reprendre éventuellement la charge de la capacité. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisations ci dessus décrits et englobe toutes variantes à la portée de l'homme de l'art. Ainsi, la génération d'une surtension pendant l'étape de repos de l'actionneur peut être effectuée par des impulsions de courant dont l'intensité dépasse l'intensité du courant d'appel la, mais dont la durée est suffisamment brève pour ne pas provoquer la mise en action de l'actionneur. REVENDICATIONS 1] Dispositif de commande auto survolteur (10) pour un actionneur (12) comportant une self inductance (13), le dit dispositif comportant au moins un circuit de puissance (11) adapté pour piloter l'actionneur (12), des moyens de stockage (14) d'une surtension adaptés pour fournir cette surtension à la self inductance (13), lors de la mise en action de l'actionneur et une source basse tension (15) alimentant le circuit de puissance (11), le dit dispositif étant caractérisé en ce que le circuit de puissance (11) est, en outre, adapté pour générer la surtension au moyen de la self inductance (13) de l'actionneur lui même. 2] Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de puissance (11) est constitué sous la forme d'un pont. 3] Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la source de tension (15) est disposée dans l'une des branches du pont. 4] Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de circuit de puissance (10') adaptés pour commander une pluralité d'actionneurs (12'), les dits circuits de puissance (11') étant alimentés par une source de basse tension commune (15) et étant associés à un moyen de stockage de surtensions commun (14). 5] Procédé de commande d'un actionneur selfique mettant en oeuvre le dispositif (10, 10') selon l'une des revendications précédentes, le dit procédé comportant les étapes suivantes: - (I) mise en action de l'actionneur (12) par utilisation d'une surtension appliquée au dit actionneur, - (II) maintien en action de l'actionneur, et - (III) arrêt de l'actionneur, le dit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de: - régénération de la surtension simultanément à la mise en oeuvre des étapes de maintien en action (II) et d'arrêt (III) de l'actionneur, ladite surtension étant crée par la self (13) de l'actionneur lui même. 6] Procédé de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surtension est crée par application à la self (13) d'un courant dont l'intensité varie cycliquement selon des phases dites décroissante (D) et croissante (C). 7] Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surtension est générée pendant les phases de décroissance (D) de l'intensité du courant. 8] Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le contrôle de la charge de la capacité est réalisé, en substituant à une phase de charge, une phase de roue libre. 9] Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'étape de maintien en action (II) de l'actionneur est scindée en au moins deux parties, une première partie pendant laquelle l'intensité moyenne du courant circulant dans la self de l'actionneur est élevée et une seconde partie pendant laquelle l'intensité moyenne du courant circulant dans la self est légèrement supérieure à un courant de maintien Im. 10] Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on prolonge la première partie à intensité élevée jusqu'à ce que le moyen de stockage (14) de la surtension soit saturé. 11] Procédé selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que l'on retarde l'arrêt (C2) de l'actionneur d'un délai constant (62) afin de se ramener, le cas échéant, toujours dans les mêmes conditions avant de couper. 12] Procédé selon l'une des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que l'on retarde la mise en action (Al) de l'actionneur d'un délai constant (61), afin de se ramener, le cas échéant, toujours dans le même état magnétique de repos avant la mise en action de l'actionneur. 13] Procédé selon l'une des revendications 5 à 12, caractérisé en ce qu'il consiste à attendre (63) après la mise à l'arrêt de l'actionneur, jusqu'à obtention d'un repos complet de l'actionneur avant de reprendre éventuellement la charge de la capacité.