Brevet FR2775825A1 — publié le 19990903

Etat de la technique L'invention concerne un procédé et un dispositif pour commander un appareil utilisateur en particulier une électrovanne, pour commander le dosage du carburant dans un moteur à combustion interne, avec au moins un premier moyen de commutation disposé entre un raccordement de l'appareil utilisateur et une tension d'alimentation, ainsi qu'un deuxième moyen de commutation qui relie un raccordement de l'appareil utilisateur à une deuxième source de tension pré- sentant une tension plus élevée que la tension d'alimenta- tion. On connaît un procédé et un dispositif pour com- mander un appareil utilisateur, par le document DE 195 39 071. Dans ce document est décrit un dispositif ser-15 vant à commander au moins un appareil utilisateur électroma- gnétique. L'électrovanne est utilisée pour commander le do- sage du carburant dans un moteur à combustion interne. Plu- sieurs appareils utilisateurs sont en liaison respectivement, au moyen d'un premier moyen de commutation, avec un premier raccordement à une tension d'alimentation et, au moyen d'un deuxième moyen de commutation commun, avec le deuxième rac- cordement à la tension d'alimentation. En outre les appareils utilisateurs sont en liaison, par un moyen de commutation avec un condensateur survolteur. Pour accélérer le branche- ment on applique à l'appareil utilisateur la tension qui existe sur le condensateur survolteur. Lors de l'ouverture du premier moyen de commutation, c'est à dire en particulier à la fin de l'injection et/ou lors du passage à une autre va- leur de l'intensité, on décharge l'énergie dans le condensa- teur survolteur qui est libérée lors du débranchement. Souvent l'énergie libérée lors du débranchement ne suffit pas pour charger le condensateur survolteur à une tension suffi- samment élevée qui est nécessaire pour avoir un processus de commutation rapide. On connaît, par le document DE 29 06 835, un pro- cédé et un système servant à brancher de façon sûre des appa- reils utilisateurs électromagnétiques. Pour obtenir un branchement sûr, l'appareil utilisateur est alimenté, avant la commande proprement dite, par une intensité qui est dimen- sionnée de telle sorte qu'elle ne conduise pas au branchement de l'appareil utilisateur. Objet de l'invention L'invention a pour objet, dans le cas d'un procé- dé et d'un dispositif servant à commander un appareil utili- sateur du type mentionné ci-dessus, de pouvoir obtenir un processus de branchement aussi rapide que possible de l'appa- reil utilisateur. A cet effet, l'invention concerne un procédé et un dispositif pour commander un appareil utilisateur caracté- risés en ce qu'avant le début de la commande l'appareil uti- lisateur est sollicité par une intensité de préalimentation et, au début de la commande, l'appareil est sollicité par une tension accrue. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: * la tension accrue est sensiblement plus grande qu'une ten- sion d'alimentation, * la valeur de préalimentation est dosée de telle façon qu'elle ne suffise pas à brancher l'appareil utilisateur, * la tension accrue est fournie par un condensateur qui est chargé au moyen de l'appareil utilisateur et/ou d'un trans- formateur de tension, * des moyens sont prévus, avant le début de l'amorçage, pour solliciter l'appareil utilisateur avec un courant de préa- limentation et, au début de l'amorçage, pour le relier à la deuxième source de tension, * dans le cas de la deuxième source de tension il s'agit d'un transformateur de tension. Avantages de l'invention Avec les mesures selon l'invention on peut rac- courcir sensiblement le temps de branchement de l'électro- vanne. Par ailleurs on peut réduire le coût en composants, car il est nécessaire d'avoir une tension plus basse sur le condensateur survolteur, pour obtenir un temps de branchement correspondant. On peut aussi utiliser un condensateur avec une capacité plus faible. En outre on réduit ainsi la perte de puissance dans le circuit. Dessins La présente invention va être décrite ci-après plus en détail à partir de plusieurs exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés lesquels: * la figure 1 montre circuit du système selon l'invention, et * la figure 2 montre différents signaux portés en fonction du temps. Description des exemples de réalisation Le système selon l'invention est utilisé de pré- férence dans le cas de moteurs à combustion interne. Dans de tels moteurs à combustion interne le dosage du carburant est réglé au moyen d'électrovannes. On désigne dans la suite ces électrovannes sous l'appellation d'appareils utilisateurs. L'invention n'est pas limitée à cette application, elle peut être utilisée dans tous les cas o l'on utilise des appareils utilisateurs électromagnétiques à brancher rapidement. Sur la figure 1 on a représenté les éléments es- sentiels du système selon l'invention. Dans le cas de la forme de réalisation représentée il s'agit d'un moteur à com- bustion interne à quatre cylindres. Dans ce cas on associe à chaque appareil utilisateur un injecteur et à chaque injec- teur un cylindre du moteur à combustion interne. Dans le cas d'un nombre plus élevé de cylindres du moteur à combustion interne, il y a lieu de prévoir de façon correspondante da- vantage d'électrovannes, de moyens de commutation et de dio- des. On a représenté sous les références 100, 101, 102 et 103 quatre appareils utilisateurs. Pour chaque raccorde- ment des appareils utilisateurs 100 à 103, chacun des appa- reils est en liaison par l'intermédiaire d'un moyen de commutation 115, d'une diode 110 et d'un moyen de mesure 125, avec une tension d'alimentation 105 La diode 110 est disposée de telle sorte qu'elle soit en liaison par son anode avec le moyen de commutation et par sa cathode avec les appareils utilisateurs (100 à 103). Dans le cas du moyen de commutation 115 il s'agit de préférence d'un transistor à effet de champ. Respectivement le deuxième raccordement des appa- reils utilisateurs 100 à 103 est en liaison respectivement, au moyen d'un deuxième moyen de commutation 120, 121, 122 et 123, avec un élément de résistance 125. Dans le cas du moyen de commutation 120 à 123 il s'agit également de préférence de transistors à effet de champ. Les moyens de commutations 120 à 123 sont désignés comme des commutateurs côté bas et le moyen de commutation 115 comme un commutateur côté haut. Le deuxième raccordement de l'élément de résistance 125 est en liaison avec le deuxième raccordement à la tension d'alimen- tation. A chaque appareil utilisateur 100 à 103 est asso- ciée une diode 130, 131, 132 et 133. Le raccordement d'anode des diodes est en contact avec le point de liaison qui est situé entre l'appareil utilisateur et le commutateur côté bas. Le raccordement de la cathode est en liaison avec un condensateur 145 ainsi qu'avec un autre moyen de commutation 140. Le deuxième raccordement du moyen de commutation 140 est en contact par l'intermédiaire d'une diode 142 avec les pre- miers raccordements des appareils utilisateurs 100 à 103. Dans le cas du moyen de commutation 140 il s'agit également de préférence d'un transistor à effet de champ. On désigne aussi ce moyen de commutation 140 comme un commutateur sur- volteur. Le deuxième raccordement du condensateur 145 est en liaison avec le deuxième raccordement de la tension d'alimen- tation 105. Le commutateur côté haut 115 est alimenté avec un signal de commande AH par une unité de commande 160. Le moyen de commutation 120 est alimenté par l'unité de commande 160 avec un signal de commande AL1, le moyen de commutation 121 est alimenté avec un signal de commande AL2, le moyen de com- mutation 112 est alimenté avec un signal de commande AL3, le moyen de commutation 123 est alimenté avec un signal de com- mande AL4 et le moyen de commutation 140 est alimenté avec un signal de commande AC. Entre le deuxième raccordement de la tension d'alimentation 105 et le point de liaison situé entre la diode 110 et les premiers raccordements des appareils utili- sateurs 100 à 103, on a branché une diode 150. Dans ce cas l'anode de la diode est reliée au deuxième raccordement de la tension d'alimentation 105. Au moyen de la résistance 125 on peut déterminer l'intensité qui passe à travers l'appareil utilisateur. Avec la disposition représentée ici il est seule- ment possible d'effectuer une mesure de l'intensité au moyen de la résistance 125 de mesure d'intensité, quand l'un des moyens de commutations 120 à 123 et l'un des commutateurs cô- té haut sont fermés. Pour pouvoir déterminer l'intensité même quand les commutateurs côté bas sont ouverts, on peut aussi disposer la résistance de mesure d'intensité en d'autres en- droits. Par exemple le deuxième raccordement du condensateur peut être relié au point de liaison situé entre le moyen de mesure d'intensité 125 et le moyen de commutation 120 à 123. Dans ce cas, il est également possible d'effectuer une mesure de l'intensité quand le commutateur côté bas est blo- qué. En outre le moyen de mesure d'intensité peut être dispo- sé entre l'alimentation en tension et le commutateur côté haut, ou dans le premier ou le deuxième raccordement des ap- pareils utilisateurs. A la place de la résistance 125 ou en plus de la résistance 125, on peut disposer une autre résistance 126 en- tre le premier raccordement à la tension d'alimentation 105 et le commutateur côté haut 115. Avec cette résistance 126 peut également avoir lieu une mesure de l'intensité. Le point de liaison entre le moyen de commutation et le condensateur 145 est en contact avec la cathode d'une autre diode 180. L'anode de la diode 180 est en liaison avec le point de liaison situé entre une inductance 170 et un autre moyen de commutation 175. Le moyen de commutation 175 est dé- signé aussi sous le nom d'interrupteur de charge. Un deuxième raccordement de l'autre moyen de commutation est en liaison avec le deuxième raccordement du condensateur 145 ou avec le deuxième raccordement de la tension d'alimentation 105. L'in- ductance 170 est en outre en liaison avec le premier raccor- dement de la tension d'alimentation. L'inductance 170, l'interrupteur de charge 175 et la diode 180 forment un transformateur de tension. A la place de ces éléments on peut aussi utiliser une autre configura- tion d'un transformateur de tension, en particulier d'un con- vertisseur continu - continu. L'interrupteur de charge est également alimenté, par l'unité de commande 160, avec un si- gnal de commande AS. Lors de chaque cycle de dosage, on distingue dif- férentes phases. Dans une phase 0, avant l'instant tl, qui se situe avant la commande de l'appareil utilisateur, l'étage final est débranché. Les signaux de commande AC, AH et AL se trouvent à un potentiel plus bas. Ceci signifie que le commu- tateur côté haut 115, les commutateurs côté bas 120 à 123 et le commutateur survolteur 140 bloquent le passage du courant. Il ne passe pas de courant à travers les appareils utilisa- teurs. Le condensateur 145 est chargé à sa tension maximale qui est de préférence supérieure à la tension d'alimentation Ubat. Cette tension prend par exemple une valeur d'environ 80 volt, alors que par contre la tension d'alimentation prend une valeur d'environ 12 volt. Dans une première phase comprise entre les ins- tants tl et t2, qui se trouve directement avant la commande proprement dite et est désignée comme phase de préalimenta- tion en courant, le signal de commande AC commutateur survol- teur 140 demeure à son niveau, de telle sorte que le commutateur 140 continue à fermer le circuit. Les signaux de commande AH et AL pour le commutateur côté haut 115 et le commutateur côté bas qui est associé à l'appareil utilisa- teur, sont mis sur des niveaux élevés, afin que ces commuta- teurs libèrent le passage du courant. De cette façon un courant revient à la source de tension 105 en partant de l'alimentation en tension 105 et en passant par le commuta- teur côté haut 115 via la diode 110, l'appareil utilisateur, le commutateur côté bas correspondant, et la résistance de mesure d'intensité, 125. En actionnant le commutateur côté haut on règle l'intensité détectée au moyen de la résistance de mesure d'intensité 125, sur une valeur que l'on peut défi- nir au préalable pour l'intensité de préalimentation en cou- rant IV. Ceci signifie que, quand on a atteint l'intensité de consigne IV pour l'intensité initiale de démarrage, le commu- tateur côté haut 115 est commandé de telle façon qu'il ferme le circuit. En tombant en dessous d'un autre seuil il est à nouveau libéré. La valeur de consigne pour l'intensité de préali- mentation IV est choisie de telle façon que s'établisse dans l'appareil utilisateur un champ magnétique qui toutefois ne suffit pas encore pour brancher l'appareil utilisateur. Dans le cas o le commutateur côté haut 115 est fermé, un circuit en roue libre fonctionne. L'intensité passe, à partir de l'appareil utilisateur, à travers le com- mutateur côté bas, la résistance 125 et la diode en roue li- bre 150. La première phase se termine par la commande pro- prement dite de l'appareil utilisateur à l'instant t2. Une deuxième phase est définie par les instants t2 et t3. La deuxième phase se situe au début de la commande et est dési- gnée aussi comme phase de survoltage. Dans cette phase on commande le commutateur côté bas qui est associé à l'appareil utilisateur devant doser le carburant. Ceci signifie que, dans la phase 1 le signal AL prend un niveau élevé. En même temps le signal de commande AC pour le commutateur survolteur prend un niveau élevé, qui commande le commutateur 140. La position du commutateur côté haut est sans importance. En règle générale le commutateur côté haut 115 n'est pas comman- dé, il bloque le circuit dans la deuxième phase. Cette commande des moyens de commutations agit de telle manière qu'un courant passe, à partir du condensateur , par l'intermédiaire du commutateur survolteur 140, de l'appareil utilisateur correspondant, du commutateur côté bas associé à l'appareil utilisateur et du moyen de mesure d'in- tensité 125. Dans cette phase, l'intensité I augmente très vite en raison de la tension élevée sur l'appareil utilisa- teur. Au début de la commande proprement dite, l'appareil utilisateur est alimenté par une tension accrue qui est sen- siblement plus grande que la tension d'alimentation. La ten- sion d'alimentation prend habituellement des valeurs d'environ 12 volts ou 24 volts, et la tension accrue prend5 des valeurs d'environ 60 à 100 volts. La deuxième phase se termine quand la tension appliquée sur le condensateur 145 tombe en dessous d'une valeur déterminée U2, ou quand l'in- tensité a atteint, dans l'appareil utilisateur, une valeur définie.10 Une troisième phase définie par les instants t3 et t4, est désignée comme phase de courant d'amorçage. Dans cette phase l'intensité de branchement est assumée par le commutateur côté haut 115 et le survolteur est désactivé. Dans la troisième phase le signal d'amorçage pour le commuta- teur survolteur 140 est supprimé, si bien que le commutateur bloque le circuit. Les signaux d'amorçage AH et AL pour le commutateur côté haut 115 et pour le commutateur côté bas associé à l'appareil utilisateur, sont mis sur un niveau éle- vé afin que ces commutateurs libèrent le passage du courant. De cette façon un courant revient à la source de tension 105, à partir la tension d'alimentation 105, par l'intermédiaire du commutateur côté haut 115, de la diode 110, de l'appareil utilisateur, du commutateur côté bas correspondant, et de la résistance de mesure de courant 125. En actionnant le commu- tateur côté bas le courant qui est détecté au moyen de la ré- sistance de mesure d'intensité 125 peut être réglé sur une valeur que l'on peut définir au préalable pour l'intensité d'amorçage IA. Cela signifie que, quand l'intensité de consi- gne IA pour l'intensité d'amorçage est atteinte le commuta- teur côté haut 115 est commandé de telle sorte qu'il bloque le circuit. En tombant en dessous d'un autre seuil le commu- tateur est à nouveau libéré. Quand le commutateur côté haut 115 est bloqué un circuit en roue libre opère. Le courant passe depuis l'appa- reil utilisateur, à travers le commutateur côté bas, la ré- sistance 125 et la diode en roue libre 150. La troisième phase se termine quand la fin de la phase d'amorçage est identifiée par l'unité de commande 160. Ceci peut être par exemple le cas quand un temps déterminé d'amorçage s'est écoulé, ou quand un système d'identification de l'instant de branchement a identifié le fait que l'arma- ture de l'électrovanne a atteint sa nouvelle position. Si l'appareil d'identification de l'instant de branchement n'a pas identifié, dans un temps prédéterminé, que l'armature de l'électrovanne a atteint sa nouvelle position, on a ainsi identifié un défaut. A la troisième phase fait suite une quatrième phase qui est définie par les instants t4 et t5, et qui est aussi désignée comme régulation du courant d'arrêt. D'une fa- çon qui correspond à la troisième phase, le signal d'amorçage pour le commutateur côté bas reste à son niveau élevé, c'est à dire que le commutateur côté bas qui est associé à l'appa- reil utilisateur, demeure fermé. En ouvrant et en fermant le commutateur côté haut 115, le courant qui passe à travers l'appareil utilisateur est réglé sur la valeur de consigne IH pour le courant d'arrêt. Quand le commutateur côté haut 115 est bloqué, un circuit en roue libre opère. Le courant passe, à partir de l'appareil utilisateur, à travers le commutateur côté bas, la résistance 125 et la diode en roue libre 150. La phase 4 se termine quand le processus d'injection est termi- né. La valeur de consigne IH pour l'intensité d'arrêt est choisie de telle façon qu'elle soit aussi petite que possible mais suffisante pour maintenir l'appareil utilisateur dans sa position. En particulier lors du débranchement de l'appa- reil utilisateur à l'instant t5, une extinction rapide a lieu. Lors du passage entre l'intensité d'amorçage à la phase 3 et l'intensité d'arrêt à la phase 4, une extinction rapide peut aussi avoir lieu. Lors de l'extinction rapide, le commu- tateur côté bas correspondant est débranché et le commutateur côté haut 115 reste commandé en position passante. De cette façon, l'intensité qui passe à travers l'appareil utilisa- teur, tombe vite à la valeur zéro. En même temps, la tension U appliquée sur le condensateur 145 augmente. L'énergie qui est libérée lors du débranchement est dans ce cas déchargée dans le condensateur 145, 146. Dans le cas d'une autre forme de réalisation de l'extinction rapide, les commutateurs côté haut et côté bas sont bloqués. Dans les phases 2 et 3 a lieu une régulation d'intensité obtenue en actionnant le commutateur côté haut. Quand le commutateur côté haut est bloqué, la diode en roue libre 150 est active. Dans ces phases l'intensité décroît. Ceci conduit à une fréquence de branchement plus faible. Dans une cinquième phase, entre les instants t5 et t6, l'étage final est inactif, c'est à dire qu'il ne se produit pas de dosage du carburant. Ceci signifie que le si- gnal d'amorçage AC pour le commutateur survolteur 140, le si- gnal d'amorçage AH pour le commutateur côté haut et le signal d'amorçage AL pour le commutateur côté bas prennent tous un niveau bas, et que tous les commutateurs sont en position de blocage. Le courant qui passe à travers l'appareil utilisa- teur reste à zéro. Dans une sixième phase, après l'amorçage, qui est définie par les instants t6 et t7 et qui est désignée aussi comme la phase de charge, le commutateur de charge 175 est mis dans son état conducteur par le signal d'amorçage AS. De cette façon on initialise un passage de courant dans l'induc- tance 170. Le courant passe de la source de tension 105, par l'intermédiaire du commutateur 175 et de l'inductance 170, dans la source de tension 105. Au bout d'un temps prédéfini, qui est choisi de telle façon qu'on accumule suffisamment d'énergie dans l'inductance, on commande le commutateur de charge de telle façon qu'il s'ouvre. Ceci provoque à son tour une extinction rapide de l'inductance 170, par l'intermé- diaire de la diode 180, dans le condensateur 145. De cette façon la tension qui est appliquée sur le condensateur 145 augmente. On répète ce processus jusqu'à ce que la tension sur le condensateur 145 ait atteint une valeur prédéfinie Ul. En variante on peut aussi prévoir qu'ait lieu un nombre pré- défini d'amorçages ou que le commutateur de charge 175 soit amorcé pour une durée prédéfinie, par un signal périodique, avec une fréquence et un taux d'impulsions défini au préala- ble. 1! Le convertisseur continu - continu, comme il n'utilise pas d'appareil consommateur pour la recharge, peut recharger à tout moment le condensateur. De préférence, on prévoit toutefois que, dans la phase de survolteur et dans la5 phase d'armement, c'est à dire entre les instants t2 et t4, le convertisseur continu - continu ne soit pas actif, car sans cela des valeurs d'intensité très élevées pourraient se produire. Dans la septième phase qui vient à la suite entre les instants t7 et t8, on retire tous les signaux d'amorçage et on met tous les commutateurs dans leur état de blocage. Cette phase correspond à la phase zéro. Dans le cas d'une configuration de l'invention, on peut aussi prévoir que l'énergie libérée lors du débran- chement ne soit pas déchargée dans le condensateur, celui-ci étant alors uniquement chargé par le transformateur de ten- sion. R E V E N DI C A T I ON S 1 ) Procédé pour commander un appareil utilisateur, en parti- culier une électrovanne servant à commander le dosage de car- burant dans un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que avant le début de la commande l'appareil utilisateur (100, 103) est sollicité par une intensité de préalimentation et, au début de la commande, l'appareil est sollicité par une tension accrue. 2 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tension accrue est sensiblement plus grande qu'une tension d'alimentation. 3 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur de préalimentation est dosée de telle façon qu'elle ne suffise pas à brancher l'appareil utilisateur (100, 103). 4 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, * caractérisé en ce que la tension accrue est fournie par un condensateur (145) qui est chargé au moyen de l'appareil utilisateur (100, 103) et/ou d'un transformateur de tension. ) Dispositif pour commander un appareil utilisateur (100, 103), en particulier une électrovanne, pour commander le do- sage du carburant dans un moteur à combustion interne, avec au moins un premier moyen de commutation (115) disposé entre un raccordement de l'appareil utilisateur et une tension d'alimentation (105), ainsi qu'un deuxième moyen de commuta- tion (120, 123) qui relie un raccordement de l'appareil uti- lisateur à une deuxième source de tension présentant une tension plus élevée que la tension d'alimentation, caractérisé en ce que des moyens sont prévus, avant le début de l'amorçage, pour solliciter l'appareil utilisateur avec un courant de préali- mentation et, au début de l'amorçage, pour le relier à la deuxième source de tension. 6 ) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans le cas de la deuxième source de tension il s'agit d'un transformateur de tension (170, 175, 180).