Brevet FR2876741A1 — publié le 20060421

Procédé de pilotage d'un circuit de commande et dispositif d'actionnement. L'invention se rapporte au domaine de la commande d'injection de carburant pour moteur à combustion interne destiné par exemple à équiper un véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement une commande d'injection de carburant permettant d'atomiser le carburant injecté sous forme de très fines gouttelettes. Les dispositifs d'injection de carburant utilisés aujourd'hui sur les moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles ou routiers, fonctionnent classiquement sur le modèle d'une vanne dont on commande en permanence l'état ouvert ou fermé, le dosage du carburant injecté se faisant alors directement par le temps d'ouverture. De tels systèmes d'injection comprennent une pompe électrique d'alimentation en carburant qui alimente, par le canal d'une rampe de distribution, l'ensemble des injecteurs sous une pression présentant une différence constante avec la pression régnant dans le collecteur d'admission grâce à un régulateur de pression. En contrôlant électroniquement l'électro-aimant actionnant la soupape de chaque injecteur, on commande le début et la durée d'ouverture de celle-ci et on détermine alors un débit précis de carburant pour chacun des injecteurs. Ainsi, la quantité de carburant injectée dépend uniquement du temps d'ouverture des électro-injecteurs. Les injecteurs du type à aiguille commandée électromagnétiquement, qui sont les plus communément employés, présentent toutefois des limites qui freinent l'amélioration des performances des moteurs, notamment en terme de dépollution. En particulier, les temps mis pour ouvrir ou fermer les aiguilles sont encore trop élevés, environ 1 à 2 ms, ce qui empêche de répartir correctement l'injection sur tout le temps d'ouverture de la soupape. De plus, le temps minimum d'ouverture, qui détermine la dose minimale de carburant pouvant être injecté, est encore trop important pour certains points de fonctionnement du moteur. Les injecteurs à aiguille connus présentent par ailleurs des orifices d'injection de diamètres relativement importants pour permettre de débiter les quantités requises de carburant pour les fonctionnements à pleine charge et hauts régimes des moteurs. Cette disposition génère des jets de carburant présentant des gouttes de fortes dimensions, ce qui freine la vaporisation du carburant (et donc la préparation du mélange carburé) et est à même de favoriser le phénomène de mouillage de paroi. En effet, le carburant non vaporisé tend à se déposer sur les parois du conduit d'admission ou de la chambre de combustion en injection directe. Un tel dépôt entraîne des problèmes de dosage, particulièrement aigus dans les transitoires par manque de connaissance de la quantité de carburant qui rentre effectivement dans la chambre de combustion correspondante. Ce phénomène de mouillage des parois est l'une des causes importantes des fortes émissions de polluants lors des démarrages à froid des moteurs. Par ailleurs, avec un injecteur classique à aiguille, à l'ouverture de l'aiguille lorsque cette dernière commence à quitter son siège, il se forme une bulle de liquide qui disparaît lorsque l'aiguille est complètement levée, l'écoulement du fluide se régularisant alors. Ce changement dans la nature de l'écoulement rend impossible tout contrôle précis du débit instantané de l'injecteur. Certains ont cherché à résoudre ces différents problèmes, en développant des injecteurs utilisant des actuateurs piézo-électriques pour manoeuvrer l'aiguille de façon à abaisser la durée d'ouverture et de fermeture de l'aiguille, mais de tels systèmes qui fonctionnent toujours selon le principe d'une vanne, conservent des inconvénients importants liés notamment à la dispersion importante affectant la taille des gouttes dans le jet de carburant au sortir du nez de l'injecteur. L'ensemble des problèmes cités précédemment se solde donc par une vaporisation du carburant pouvant être incomplète et non homogène lors de la préparation du mélange carburé dans la chambre de combustion, des dosages imprécis, avec pour conséquence une combustion incomplète se traduisant par la formation d'une quantité élevée de gaz polluants et un déficit énergétique altérant le rendement du moteur. Le document FR-A-2 801 346 décrit un dispositif d'injection de carburant pour moteur à combustion interne équipé d'un injecteur comportant une buse alimentée en carburant et à l'extrémité de laquelle est ménagé un orifice d'injection, des moyens de mise en vibration cyclique de la buse tels qu'un transducteur piloté en durée et en intensité par le système électronique de contrôle moteur, et des moyens obturateurs rappelés par des moyens élastiques de rappel contre l'extrémité de la buse, lesdits moyens élastiques de rappel étant formés par une tige traversant le corps de l'injecteur jusqu'à une cavité située à l'extrémité opposée par rapport à l'orifice d'injection, ladite tige coopérant avec une masse et des moyens d'amortissement logés dans ladite cavité, la mise en vibration de la buse et des moyens d'actionnement muni d'un actionneur, d'une topologie électronique de pilotage de l'actionneur comprenant un circuit en pont avec une source obturateurs assurant l'éjection d'une quantité de carburant prédéterminée. FR-A-2 846 808 décrit un dispositif Le document continue entre les première et deuxième bornes du circuit, l'actionneur étant connecté entre les troisième et quatrième bornes du circuit, présentant un interrupteur connecté entre les première et troisième bornes et un interrupteur connecté entre les deuxième et quatrième bornes. Le circuit en pont présente en outre une première diode connectée entre les première et quatrième bornes et une deuxième diode connectée entre les deuxième et troisième bornes. Un tel dispositif d'actionnement est relativement simple. Toutefois, le besoin est apparu d'améliorer la précision de la commande en position. Le procédé de pilotage d'un circuit de commande est destiné à un dispositif d'actionnement muni d'au moins un actionneur présentant une pièce actionnée et un organe électrique de commande de déplacement de la pièce actionnée, le circuit de commande comprenant un pont, l'organe électrique de commande étant connecté dans ledit pont. Le procédé comprend les étapes consistant à : alimenter le pont produire au moins un signal de mesure représentatif de la position de la pièce actionnée interrompre sélectivement la conduction dans au moins une branche du pont en fonction du signal de mesure pour le maintenir sensiblement dans une zone de fonctionnement définie entre un seuil bas et un seuil haut pendant un phase d'activation de l'organe électrique de commande et dans lequel: on interrompt la conduction dans au moins une branche de façon à placer l'organe électrique de commande en court-circuit par l'intermédiaire de deux branches du pont lorsque le signal de mesure atteint au moins un seuil déterminé situé au-dessus du seuil bas. On peut ainsi obtenir un courant de forme proche d'une sinusoïde dans l'organe électrique de commande. 2876741 5 Dans un mode de réalisation de l'invention, on place l'organe électrique de commande en court-circuit lorsque le signal de mesure atteint ou dépasse ledit seuil déterminé. Dans un mode de réalisation de l'invention, on place l'organe électrique de commande en court-circuit lorsque le signal de mesure passe en dessous dudit seuil déterminé. Dans un mode de réalisation de l'invention, on place l'organe électrique de commande en court-circuit lorsque le signal de mesure atteint le seuil haut. Dans un mode de réalisation de l'invention, on place l'organe électrique de commande en court-circuit lorsque le signal de mesure passe un seuil intermédiaire situé entre le seuil haut et le seuil bas. Dans un mode de réalisation de l'invention, on interrompt la conduction dans au moins une branche en fonction d'un signal de base de temps. Dans un mode de réalisation de l'invention, on interrompt la conduction dans au moins une branche de façon à appliquer l'alimentation aux bornes de l'organe électrique de commande de sorte que le signal de mesure rejoigne la zone de fonctionnement lorsque le signal de mesure si situe en dessous du seuil bas et que le signal de base de temps indique une unité de temps. Dans un mode de réalisation de l'invention, on interrompt la conduction dans au moins une branche de façon à appliquer l'alimentation aux bornes de l'organe électrique de commande de sorte que le signal de mesure rejoigne le seuil bas lorsque le signal de mesure se situe dans la zone de fonctionnement et que le signal de base de temps indique une unité de temps. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est un schéma électrique du dispositif d'actionnement selon un aspect de l'invention; - la figure 2 est un diagramme temporel du déplacement du dispositif de la figure 1; - la figure 3 est un chronogramme des différents signaux du dispositif de la figure 1; -la figure 4 est une machine d'état du dispositif d'actionnement de la figure 1; et - la figure 5 est un diagramme temporel du courant dans l'actionneur. L'invention propose un dispositif d'actionnement présentant une topologie électronique de pilotage d'un actionneur à la structure et au pilotage simplifiés. Une ou deux diodes en antiparallèle sont utilisées dans un circuit en pont, d'où une diminution du nombre d'interrupteurs actifs et une simplification de la commande. Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif 15 d'actionnement 1 comprend un circuit en pont 2, une unité de pilotage 3 et un ensemble de détection 4. Le circuit en pont 2 comprend quatre bornes 5, 6, 7, 8, une source de tension continue 9, par exemple une batterie ou un convertisseur de puissance alternatif continu connecté aux première et deuxième bornes 5 et 6 du pont 2 et fournit une tension continue. En variante, on peut prévoir que la source 9 fournisse une intensité continue. L'organe électrique de commande 10 permettant de commander l'actionneur est connecté entre les troisième et quatrième bornes 7 et 8 du circuit en pont 2. En termes électriques, l'organe électrique de commande 10 est assimilé à une inductance. Un premier interrupteur 11 est connecté entre les première et troisième bornes 5 et 7 et un deuxième interrupteur 12 est connecté entre les deuxième et quatrième bornes 6 et 8. Le circuit en pont 2 peut se présenter sous la forme d'un circuit intégré dans lequel sont ménagés les transistors de type MOS qui peuvent être utilisés comme interrupteurs 11 et 12. On peut également utiliser d'autres types d'interrupteurs, comme des transistors IGBT. La commutation des interrupteurs 11 et 12 est commandée par l'intermédiaire de l'unité de pilotage 3, à laquelle les bornes de commande desdits interrupteurs 11 et 12 sont reliées. Le circuit en pont 2 présente en outre des première et deuxième diodes 13 et 14. La première diode 13 est connectée entre les deuxième et troisième bornes 6 et 7, la cathode de la diode 13 étant raccordée à la troisième borne 7. La deuxième diode 14 est reliée entre les première et quatrième bornes 5 et 8, la cathode de la deuxième diode 14 étant connectée à la première borne 5. L'utilisation de diodes 13 et 14 simplifie la structure de l'unité de pilotage 3 et le procédé de pilotage des interrupteurs. Les diodes 13 et 14 peuvent être de tout type approprié. On utilise de préférence des transistors MOS montés en diode afin de faciliter l'intégration de la topologie électronique de pilotage et d'en réduire le coût. L'ensemble de détection 4 comprend une sonde de courant 15 montée sur une ligne électrique disposée entre la quatrième borne 8 et l'organe électrique de commande 10. Bien entendu, la sonde de courant 15 pourrait également être montée entre la troisième borne 7 et l'organe électrique de commande 10. L'ensemble de détection 4 comprend également trois comparateurs 16, 17 et 18, par exemple sous la forme d'amplificateurs opérationnels, ayant chacun une première entrée reliée à la sortie de la sonde de courant 15 et une sortie reliée à une entrée spécifique de l'unité de pilotage 3. La deuxième entrée de chaque comparateur 16, 17, 18 est reliée à une référence spécifique de tension 19, 20, 21, respectivement, fournissant chacune une référence de niveau haut, de niveau bas et de niveau très bas, respectivement. Dans l'application du procédé à un injecteur de moteur à combustion interne, on souhaite notamment réaliser une séquence de pilotage de l'actionneur en fonction du temps entre une position d'obturation de l'injecteur et une position de consigne d'injection. L'aiguille peut être déplacée initialement de la position d'obturation à la position de consigne d'injection avec une amplitude maximale, puis se déplacer alternativement avec une faible amplitude dau, et ce, de façon périodique. L'aiguille peut ultérieurement être ramenée à la position d'obturation ou être maintenue à la position de consigne d'injection. On peut également prévoir que le déplacement alternatif ne suive pas immédiatement le déplacement vers la position de consigne d'injection et que l'aiguille soit maintenue pendant une certaine durée à la position de consigne d'injection. Une telle séquence peut correspondre soit à une séquence d'injection, soit à une séquence préalable à l'injection. On peut notamment prévoir que la position de consigne d'injection soit une position d'ouverture de l'aiguille dans le cas où le déplacement alternatif est utilisé pendant l'injection. On peut également prévoir que la position de consigne d'injection soit une position d'obturation et que le déplacement alternatif par rapport à la position de consigne d'injection soit généré juste avant l'ouverture de l'aiguille. Sur la figure 3 sont illustrés les chronogrammes de différents signaux de pilotage appliqués par l'unité de pilotage 3 et des signaux appliqués aux bornes de l'organe électrique de commande 10. L'organe électrique de commande 10 est assimilé électriquement à une inductance. La source électrique continue 9 applique un potentiel continu. Le niveau de tension appliqué sur la grille des transistors formant les interrupteurs 11 et 12 correspond à leur position de commutation. Pendant une première phase, les interrupteurs 11 et 12 sont ouverts et le courant dans l'organe électrique de commande 10 est nul. Dans une deuxième phase, un ordre de mise en fonctionnement intervient (signal F) et les interrupteurs 11 et 12 sont fermés, par mise en conduction du transistor correspondant. Le courant commence alors à croître. Dans une troisième phase, le comparateur 18 détecte que le seuil très bas est atteint. Dans une troisième phase, les interrupteurs 11 et 12 restent fermés et le comparateur 17 détecte que le seuil de courant bas est atteint. Le courant continue à croître de façon sensiblement linéaire. Dans la phase suivante, le comparateur 16 détecte que le seuil de courant haut est atteint. L'unité de pilotage 3 commande l'ouverture de l'interrupteur 11, ce qui provoque la mise en conduction de la diode 13. Le courant dans l'organe électrique de commande 10 décroît lentement. Dans la phase suivante, l'unité de pilotage 3 reçoit un signal d'horloge H et commande l'ouverture de l'interrupteur 12, d'où une décroissance rapide du courant I qui doit alors passer par les diodes 13 et 14. Puis, le comparateur 17 détecte que le courant a atteint le seuil de niveau bas. L'unité de pilotage 3 commande alors la fermeture de l'interrupteur 12, ce qui provoque une décroissance lente du courant dans l'organe électrique de commande 10. Les deux phases de décroissance lente présentent des pentes de décroissance similaires. Dans la phase suivante, l'unité de pilotage 3 reçoit un signal d'horloge H et commande la fermeture de l'interrupteur 11, d'où une croissance du courant I. Le comparateur 17 détecte que le courant franchit à la hausse le seuil de niveau bas. Le comparateur 16 détecte que le courant franchit à la hausse le seuil de niveau haut. L'unité de pilotage 3 commande alors l'ouverture de l'interrupteur 11. Les quatre dernières phases peuvent ensuite être répétées un certain nombre de fois. Comme illustré, l'ordre de fin de commande d'actionnement intervient dans une phase de décroissance du courant dans l'organe électrique de commande 10, l'interrupteur 11 étant ouvert et l'interrupteur 12 étant fermé. A réception d'une commande de fin d'actionnement, l'unité de pilotage 3 commande l'ouverture de l'interrupteur 12, ce qui provoque la mise en conduction de la diode 14, la diode 13 étant déjà en conduction. Le courant dans l'organe électrique de commande 10 diminue alors fortement. Le comparateur 17 détecte le franchissement à la baisse du seuil de niveau bas. Puis, le comparateur 18 détecte le franchissement à la baisse du seuil de niveau très bas. Les différents états du dispositif sont illustrés sur la figure 4. A l'état 0, les interrupteurs 11 et 12 sont ouverts. Le dispositif passe à l'état 1 dès la mise en marche. Si une erreur est détectée, le passage à l'état 7 est commandé. Dans l'état 1, les interrupteurs 11 et 12 sont fermés. En cas d'arrêt, le dispositif passe à l'état 6. En cas d'erreur ou de signal d'horloge H, le dispositif passe à l'état 7. En cas de détection de franchissement du seuil bas à la hausse DSB, le dispositif passe à l'état 2. A l'état 2, les interrupteurs 11 et 12 sont fermés. En cas d'arrêt, le dispositif passe à l'état 6. En cas d'erreur ou de signal d'horloge H, le dispositif passe à l'état 7. En cas de détection du seuil haut à la hausse DSH, le dispositif passe à l'état 3. A l'état 3, l'interrupteur 11 est ouvert et l'interrupteur 12 est passant. En cas d'arrêt, le dispositif passe à l'état 6. En cas d'erreur, le dispositif passe à l'état 7. En cas de signal d'horloge H, le dispositif passe à l'état 4. A l'état 4, les interrupteurs 11 et 12 sont ouverts. En cas de détection du seuil de niveau bas à la baisse DSB, le dispositif passe à l'état 5. En cas d'arrêt, le dispositif passe à l'état 6. En cas d'erreur, le dispositif passe à l'état 7. En cas de signal d'horloge H, le dispositif repasse à l'état 2. A l'état 5, l'interrupteur 11 est ouvert et l'interrupteur 12 est passant. En cas d'arrêt, le dispositif passe à l'état 6. En cas d'erreur, le dispositif passe à l'état 7. En cas de signal d'horloge H, le dispositif repasse à l'état 1. A l'état 6, les interrupteurs 11 et 12 sont ouverts. En cas de détection de franchissement à la baisse du seuil très bas DSTB, le dispositif passe à l'état 0. En cas d'erreur, le dispositif passe à l'état 7. A l'état 7, les interrupteurs 11 et 12 sont ouverts. Le dispositif repasse à l'état 0 sur réception d'un signal d'initialisation. La détection du seuil très bas permet de repérer le moment où le courant dans la bobine s'est annulé après la fin de la commande de marche du dispositif. On peut ainsi attendre que le seuil de courant très bas ait été franchi pour ensuite remettre en marche le dispositif. On évite ainsi des erreurs de fonctionnement, ce qui accroît la fiabilité et la robustesse du dispositif. L'invention permet de contrôler de façon précise le mouvement de l'actionneur, ce qui permet de mieux découper le jet de carburant dans le cas d'un injecteur et d'améliorer la pulvérisation de carburant lors de l'injection. Sur la figure 5, est illustrée la forme d'onde du courant 1 avec une commande à trois niveaux de courant haut, bas et intermédiaire. Il est prévu un comparateur supplémentaire 19 représenté en pointillés sur la figure 1 afin de détecter le seuil de courant intermédiaire. La forme d'onde du courant est alors proche d'une sinusoïde. REVENDICATIONS 1-Procédé de pilotage d'un circuit de commande d'un dispositif d'actionnement (1) muni d'au moins un actionneur présentant une pièce actionnée et un organe électrique de commande (10) de déplacement de la pièce actionnée, le circuit de commande comprenant un pont (2), l'organe électrique de commande (10) étant connecté dans ledit pont, le procédé comprenant les étapes consistant à : alimenter le pont (2) produire au moins un signal de mesure représentatif de la position de la pièce actionnée interrompre sélectivement la conduction dans au moins une branche du pont (2) en fonction du signal de mesure pour le maintenir sensiblement dans une zone de fonctionnement définie entre un seuil bas et un seuil haut pendant un phase d'activation de l'organe électrique de commande (10) et dans lequel: on interrompt la conduction dans au moins une branche de façon à placer l'organe électrique de commande (10) en court-circuit par l'intermédiaire de deux branches du pont (2) lorsque le signal de mesure atteint au moins un seuil déterminé situé au-dessus du seuil bas. 2-Procédé selon la revendication 1, dans lequel on place l'organe électrique de commande (10) en court-circuit lorsque le signal de mesure atteint ou dépasse ledit seuil déterminé. 3-Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on place l'organe électrique de commande (10) en court-circuit lorsque le signal de mesure passe en dessous dudit seuil déterminé. 4-Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on place l'organe électrique de commande (10) en court-circuit lorsque le signal de mesure atteint le seuil haut. 5-Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on place l'organe électrique de commande (10) en court-circuit lorsque le signal de mesure passe un seuil intermédiaire situé entre le seuil haut et le seuil bas. 6-Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on interrompt la conduction dans au moins une branche en fonction d'un signal de base de temps. 7-Procédé selon la revendication 6, dans lequel on interrompt la conduction dans au moins une branche de façon à appliquer l'alimentation aux bornes de l'organe électrique de commande (10) de sorte que le signal de mesure rejoigne la zone de fonctionnement lorsque le signal de mesure si situe en dessous du seuil bas et que le signal de base de temps indique une unité de temps. 8-Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel on interrompt la conduction dans au moins une branche de façon à appliquer l'alimentation aux bornes de l'organe électrique de commande (10) de sorte que le signal de mesure rejoigne le seuil bas lorsque le signal de mesure se situe dans la zone de fonctionnement et que le signal de base de temps indique une unité de temps.