EP0323318B1

EP0323318B1 - Dispositif de commande et de contrôle d'injecteurs de combustible d'un moteur à combustion interne multicylindre notamment à deux temps

Info

Publication number: EP0323318B1
Application number: EP19880403271
Authority: EP
Inventors: Jean Lazzarini
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1988-12-21
Publication date: 1992-05-06
Anticipated expiration: 2008-12-21
Also published as: FR2625260A1; FR2625260B1; DE3870844D1; EP0323318A1

Description

L'invention concerne un dispositif de commande et de contrôle d'injecteurs de combustible d'un moteur à combustion interne avantageusement multicylindre et notamment à deux temps, du type décrit dans la 1^ère partie de la revendication 1 (voir EP-A-34 076).
La différence entre les dispositifs de commande et de contrôle d'injecteurs selon l'invention et selon EP-A- 34 076 réside dans le fait que dans le dispositif connu un dispositif commutateur est monté en série avec la bobine d'injection correspondante, aussi bien dans le circuit de décharge du condensateur que dans le circuit de courant de prolongation, le dispositif commutateur étant commandé par un signal périodique relatif au fonctionnement du moteur.
Ceci signifie que le commutateur qui est formé par un circuit Darlington doit conduire à la fois le courant de pointe dû à la déchargfe du condensateur et le courant de maintien. Pour pouvoir accomplir cette fonction, il faut des transistors d'une technique délicate et couteuse.
L'invention a pour objectif de proposer un dispositif qui ne nécessite par l'utilisation de tels transistors spécifiques, coûteux et ainsi désavantageux.
L'invention permet d'atteindre ce but par les caractéristiques mentionnées dans la revendication 1.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels :

La figure 1 montre sous forme d'un schéma bloc, la structure générale d'un dispositif de commande et de contrôle selon l'invention ;
La figure 2 donne le schéma-bloc du bloc de commande 6 du dispositif représenté à la figure 1 ;
La figure 3 montre le montage électrique du circuit de charge du condensateur haute tension selon la présente invention ;
Les figures 4 et 5 illustrent le montage de deux modes de réalisation d'un circuit interrupteur selon la présente invention ; et
Les figures 6 et 7 montrent le montage électrique des modules de commande sélective des interrupteurs respectivement selon les figures 4 et 5.

La figure 1 montre à titre d'exemple la structure générale d'un dispositif de commande et de contrôle pour trois injecteurs 1, 2 et 3 équipant le moteur indiqué en 4. Ces injecteurs sont alimentés à partir d'une batterie 5 dont la borne de potentiel positif est reliée aux bornes A1, A2 et A3 respectivement des injecteurs 1, 2, 3 et commandés par le bloc de commande 6 auquel ils sont reliés par des bornes de sortie S1, S2 et S3. Le symbole de référence 7 désigne un calculateur qui est adapté pour donner au bloc de commande 6 les signaux de temps d'injection. Ces signaux sont appliqués aux entrées E1, E2 et E3 du bloc 6. On constate que la borne de potentiel positif A6 de la batterie 5 est également reliée à des bornes respectivement du bloc 6 et du calculateur 7.
La figure 2 représente la structure d'un bloc de commande 6 et comporte un convertisseur B destiné à charger un condensateur C à une haute tension de par exemple 250 volts à partir de la tension d'alimentation de la batterie 5 connectée entre les bornes A6 et de masse, trois circuits interrupteur I1, I2, I3 chacun relié par sa borne de sortie S1, S2 ou S3 respectivement aux injecteurs 1, 2, 3, et trois modules M1, M2, M3 de commande sélective respectivement des interrupteurs I1, I2 et I3. On constate que chaque module M1, M2, M3 est relié par ses sorties S6, S7 respectivement aux entrées E6 et E7 de l'interrupteur I1, I2, I3 auquel il est associé. Chaque module est connecté à une borne d'entrée E1, E2 ou E3 du bloc de commande 6 et par une borne de sortie S5 à une entrée E5 du convertisseur B. Chacun des interrupteurs I1, I2, I3 est relié par sa borne d'entrée E4 à la borne S4 du condensateur C. Chaque interrupteur et module est relié au potentiel positif A6 de la batterie 5. Les modules de commande présentent en outre une borne de mise à la masse.
La figure 3 montre le montage électrique du convertisseur B de charge du condensateur C à une haute tension de par exemple 250 volts, à partir de la tension de la batterie 5 de par exemple 12 volts. Le convertisseur a également pour fonction de maintenir chargé le condensateur C à cette haute tension. On constate que le condensateur C est monté dans le circuit de l'enroulement secondaire ES d'un transformateur TR comportant également une diode D3. On reconnaît dans ce circuit la borne S4 reliée aux entrées E4 des trois interrupteurs I1 I2, I3, comme cela ressort de la figure 2. L'enroulement primaire EP du transformateur TR est monté dans le circuit d'un organe de commande tel que le transistor T4. L'enroulement primaire EP est relié plus précisément entre la borne A6 de potentiel positif de la tension d'alimentation du convertisseur et l'électrode de drain du transistor. L'électrode de source de celui-ci est mise à la masse. Par son électrode de grille, le transistor T4 est relié aux émetteurs réunis de deux transistors T2, T3 de type de conductivité différente dont les collecteurs sont reliés respectivement à la borne A6 d'alimentation en tension continue de la batterie 5 et à la masse. La base du transistor T2 du type NPN est directement reliée à la base du transistor TS et par le montage en série d'une diode Zener Z4 et d'une diode D2 à l'électrode de drain du transistor T4. La base du transistor T2 est en outre reliée par une résistance R13, d'une litt, à la borne A6 par le montage en série de deux résistances R9, R10 et, d'autre part, aux sorties de deux comparateurs CO1, CO2. La sortie du comparateur CO2 est reliée à l'entrée de commande E5 connectée aux sorties S5 des trois modules de commande M1, M2, M3 (figure 2). L'entrée positive du comparateur CO2 est reliée, d'une part, à la masse par un condensateur C3 et, d'autre part, par une résistance R3 au point commun d'une résistance R2 et d'un potentiomètre R4. La borne libre de ce dernier est reliée au collecteur d'un transistor T1 et à la masse, par l'intermédiaire d'un condensateur C4. La base du transistor T1 est reliée à la masse par une résistance R5 et à la sortie du comparateur CO2 par une résistance R6. L'émetteur de T1 est mis à la masse. La borne libre de la résistance R2 est reliée à la borne d'alimentation A6 de la batterie 5 par une résistance R1. Une diode Zener Z2 est connectée entre la borne commune des résistances R1 et R2 et la masse. L'entrée négative du comparateur CO2 est reliée par un montage en parallèle d'une résistance R7 et d'une diode D1 à l'électrode de drain du transistor T4. De plus, une diode Zener Z3 est montée entre l'entrée négative du comparateur CO2 et la masse. Le comparateur CO1, également a deux entrées, est relié par l'intermédiaire d'une diode Zener Z1 à la borne de potentiel positif A6 et à la masse, par l'intermédiaire d'une résistance R14. Un condensateur C1 est connecté en parallèle à la diode Zener Z1. L'entrée positive du comparateur CO1 est reliée par une résistance R12 à la sortie S4 du condensateur C et, par une résistance R11, à la borne commune des deux résistances R9 et R10, ainsi que par un condensateur C2 à la borne A6.
Les figures 4 et 5 montrent deux modes de réalisation d'un circuit interrupteur I1 identique aux interrupteurs I2 ou I3. Le mode de réalisation selon la figure 6 utilise un photo-coupleur à thyristor TH1, par exemple du type H11 C6. L'émetteur du photo-coupleur est connecté entre la borne positive A6 de la batterie 5 et l'entrée E7 de l'interrupteur (figure 2), par l'intermédiaire d'une résistance R16 de limitation du courant. Le photo-thyristor récepteur est monté entre la borne d'entrée E4 et la borne de sortie S1 de l'interrupteur. Une résistance R17 est monté entre la gachette et la borne E4. L'entrée E6 de l'interrupteur est reliée à la borne de sortie S1 par un montage en série d'une résistance R18 et d'une diode D5. L'interrupteur selon la figure 5 utilise un transistor haute tension T6 du type C-MOS. Le circuit source-drain est relié entre les bornes d'entrée E4 et de sortie S1. La grille du transistor T6 est reliée, d'une part, par une diode Zener Z5 à la source du transistor et, d'autre part, par une résistance R19 au collecteur d'un transistor T7 dont l'émetteur est relié au potentiel positif A6 de la batterie 5. La base du transistor T7 est connectée par une résistance R20 à l'entrée E7 de l'interrupteur, et par une résistance R21 à la borne d'alimentation A6. L'entrée E6 de l'interrupteur est reliée à l'électrode de drain du transistor T6, à travers le montage en série de la diode D5 et de la résistance R18 de la figure 4.
La figure 6 montre le schéma électrique d'un module de commande M1 identique au module M2 ou M3, destiné à commander un interrupteur tel que représenté à la figure 4. Le module de commande comprend deux comparateurs CO3, CO4 dont les entrées respectivement négative et positive sont reliées, par l'intermédiaire d'un condensateur C6 à la borne d'entrée E1 qui reçoit le signal de temps d'injection en provenance du calculateur 7 (figure 1). ces entrées sont également connectées à la borne de potentiel positif A6 de la batterie 5, par un montage en parallèle d'une résistance R24 et d'une diode D6. Les bornes A6 et de masse du module sont reliées par un montage en série formé des trois résistances R25, R20 et R27. La borne commune des résistances R25 et R26 est reliée à l'entrée négative du comparateur CO4. tandis que la borne commune des résistances R26 et R27 est reliée à l'entrée positive du comparateur CO3. La sortie de ce dernier est reliée à la grille d'un transistor du type à effet de champ T9 connecté par ces électrodes de source et de drain respectivement à la masse et à la borne de sortie S7 de commande du circuit interrupteur associé. D'autre part, la sortie du comparateur CO3 est reliée à la borne A6 de potentiel d'alimentation positif, par une résistance R28. La sortie du comparateur CO4 est reliée à la borne de sortie S5 à connecter à l'entrée E5 du convertisseur 8 (figures 2, 3).
L'entrée E1 du module de commande est encore reliée par une résistance R29 à la grille d'un transistor à effet de champ T10. Cette grille est également reliée par une résistance R30 à la borne d'alimentation A6. Les électrodes de source et de drain du transistor T10 sont reliées respectivement à la masse et, par l'intermédiaire d'une résistance R31, à la borne A6. L'électrode de drain attaque en plus, par l'intermédiaire d'une résistance R32 la base d'un transistor T11 qui est relié par son émetteur à la masse et par son collecteur à la borne de sortie S6 du module de commande, destinée à être reliée à l'entrée E6 de l'interrupteur associé. La base et le collecteur des transistors T11 sont reliés par une diode Zener Z6.
la figure 7 montre un autre mode de réalisation d'un module de commande M1, M2 ou M3, par exemple du module M1 destiné à commander un interrupteur tel que représenté à la figure 5, qui se distingue du module de commande selon la figure 6 par le fait qu'il n'utilise qu'un seul comparateur CO5 dont l'entrée positive est reliée au condensateur C6, comme le comparateur CO4 de la figure 6. L'entrée négative du comparateur CO5 est connectée à la borne commune de deux résistances R33, R34 qui sont connectées par leurs bornes libres respectivement à la borne A6 d'alimentation et à la masse. La sortie du comparateur CO5 est directement reliée à la sortie S7 du module et, par l'intermédiaire d'une diode D7, à la sortie S5.
On décrira ci-après le fonctionnement du dispositif de commande et de contrôle d'une pluralité d'injecteurs, qui vient d'être décrit :
Le convertisseur haute tension 8 a pour fonction de charger le condensateur C à la haute tension et le maintenir chargé. Pour commander un des trois interrupteurs, par exemple l'interrupteur 1, le calculateur 7 applique un signal de temps d'injection SI à l'entrée E1 du bloc de commande 6. En réponse à ce signal, ce module ferme le circuit interrupteur I1, ce qui provoque la décharge du condensateur C à travers l'injecteur 1, via cet interrupteur, et le blocage du convertisseur 8 pendant le temps de cette décharge. Le module de commande M1 assure le maintien d'un courant dans l'injecteur durant tout le temps d'injection. A cette fin, même après la décharge du condensateur C, l'injecteur peut être traversé par un courant en provenance de la batterie 5 jusqu'à la fin du signal SI de temps d'injection. Ainsi la recharge du condensateur C pour la commande de l'interrupteur suivant peut déjà débuter avant la fin de l'injection précédente. Le cycle, qui vient d'être décrit, se répète successivement pour les autres injecteurs 2, 3 via les entrées E2 et E3 mettant en oeuvre respectivement les modules de commande M2, M3 et les interrupteurs I2 et I3, dans l'ordre imposé par le calculateur 7.
Concernant le fonctionnement du convertisseur 8, la charge du condensateur C se fait en plusieurs cycles. Au début d'un tel cycle, les comparateurs CO1 et CO2 ne conduisent pas. Par contre, le transistor T1 est conducteur et courtcircuite le condensateur C4. Le transistor T4 conduit également, via le transistor T2, polarisé par les résistances R13, R9 et R10. Un courant s'établit dans l'enroulement primaire EP du transformateur TR. Lorsque la tension drain-source V_DS du transistor T4, qui est égale au produit du courant traversant l'enroulement primaire par la résistance de T4, atteint la valeur $V_{i} {= V}_{Z2} X \frac{R4}{R2 + R4}$
le comparateur CO2 est rendu conducteur, ce qui provoque le blocage du transistor T4 à travers le transistor T3 polarisé par la résistance R13. La tension V_DS augmente et la diode Zener Z3 conduit à travers la résistance R7 en imposant cette tension à l'entrée négative du comparateur CO2. Le choix de la tension V_Z3 est la suivante : Vi < V_Z3 < V_Z2. Etant donné que le transistor T1 est aussi bloqué, le condensateur C4 se charge à travers les résistances R2, R4. Lorsque la tension de l'entrée positive du comparateur CO2 atteint la valeur V_Z3 de la diode Zener Z3, le comparateur ne conduit plus (le temps de charge du condensateur C4 donnant ainsi le temps de blocage du transistor T4), le transistor T4 redevient conducteur et la tension de l'entrée négative du comparateur CO2 devient égale à V_DS, la diode D1 servant à annuler l'effet de condensateur de la diode Z3. De même le transistor T1 est conducteur déchargeant le condensateur C4 et la tension de l'entrée positive du comparateur CO2 devient égale à Vi. Un nouveau cycle peut alors commencer.
Au blocage du transistor T4, l'énergie emmagasinée dans la self primaire de l'enroulement primaire ER du transformateur TR est transféré à l'enroulement secondaire ES de celui-ci et le condensateur C est chargé à travers la diode D3. La tension de charge du condensateur C est comparée, à travers le diviseur de tension R11, R12 à la tension V_Z1 de la diode Zener Z1, par le comparateur CO1. Lorsqu'il y a égalité des deux tensions à ces entrées, le comparateur CO1 devient conducteur, ce qui arrête le fonctionnement du convertisseur, tant que le condensateur C est suffisamment chargé. La combinaison des résistances R9, R10 donne la valeur de la tension d'hystéresis du comparateur CO1.
Lorsque le condensateur C se décharge lors de la fermeture d'un interrupteur I1, I2 ou I3, sous la commande du module de commande associé, l'entrée E5 est mise au niveau 0 par le signal produit à la sortie S5 du module de commande, ce qui assure le blocage du convertisseur le temps de cette décharge.
En se référant aux figures 4 et 6, on expliquera ci-après l'établissement du circuit de décharge du condensateur C du convertisseur 8 à travers l'injecteur 1, à la suite d'un signal appliqué à l'entrée E1 du bloc de commande 6 par le calculateur 7. Dans l'exemple représenté, le signal de temps d'injection Si se manifeste à l'entrée E1 par le passage à "0" du potentiel présent à cette entrée. Le signal Si provoque le blocage du transistor T10, ce qui rend conducteur le transistor T11. Par conséquent, un courant peut s'écouler à travers le transistor T11, la borne de sortie S6 du module M1, l'entrée E6 de l'interrupteur selon la figure 4, la borne de sortie S1 de l'interrupteur et l'injecteur 1 entre la masse et le pôle positif de la batterie 5. D'autre part, au moment de passage de l'entrée E1 à "0", le condensateur C6 se charge à travers la résistance R24. Pendant le temps mis par ce condensateur pour se charger à la tension égale à celle présente aux bornes de la résistance R27, le comparateur CO3 ne conduit plus et le transistor T9 devient conducteur, polarisé par la résistance R28, et produit un signal de commande à sa sortie S7. Ce signal sera transmis à l'entrée E7 de l'interrupteur I1 et active par exemple pendant 10 à 20 µsec l'émetteur du photo-thyristor TH1. Le récepteur du photo-thyristor devient conducteur et le restera tant que le condensateur C ne sera pas déchargé, ce qui établit le circuit de décharge du condensateur C à travers l'interrupteur I1 (figure 2). Le signal Si de temps d'injection à l'entrée E1 du module M1 provoque la conduction du comparateur CO4 pendant la durée de temps que met le condensateur C6 pour se charger à la tension à la borne commune des résistances R25 et R26. Pendant cet intervalle de temps, le comparateur CO4 produit à sa sortie S5 le signal de blocage du convertisseur 8, que celui-ci reçoit à son entrée E5 (figure 3).
Lorsque le signal Si de temps d'interruption cesse, le transistor T10 devient conducteur et bloque le transistor T11, la diode Zener Z6 protégeant celui-ci contre les surtensions. Le condensateur C6 se décharge à travers les résistances R30, R29 et la diode D6.
Dans le cas d'utilisation de l'interrupteur selon la figure 5 et d'un module de commande selon la figure 7, les opérations sont les mêmes. La différence réside uniquement au niveau de la structure des circuits. On constate notamment que le circuit du modules selon la figure 7 est simplifié par rapport au mode de réalisation représenté à la figure 6.
On comprend aisément que le dispositif selon l'invention permet de n'avoir qu'une seule source de tension élevée chargeant un condensateur unique pour alimenter plusieurs injecteurs. De plus, l'emploi d'interrupteurs haute tension tel que I1, I2, I3 permet d'isoler les injecteurs 1, 2, 3 de la source haute tension et de prolonger le passage du courant dans celui-ci à l'aide de la source basse tension alimentant ce dispositif en vue d'un maintien de l'injecteur. Par conséquent le passage d'un courant à travers un interrupteur et la recharge du condensateur haute tension C en vue de la commande d'un autre interrupteur peuvent donc se recouvrir partiellement lorsque le signal de temps d'injection du signal Si est supérieur à l'intervalle de temps de charge du condensateur C6 du module M1 correspondant à la tension du seuil du comparateur CO4. L'invention rend possible la variation du temps d'injection dans des limites importantes. Le dispositif selon l'invention peut facilement être commandé par un calculateur à base de micro-processeur. En outre la réalisation du dispositif selon l'invention ne nécessite pas l'emploi de composants coûteux.

Claims

1. Dispositif de commande et de contrôle d'injecteurs de combustible d'un moteur à combustion interne, avantageusement multicylindre et notamment à deux temps, par la décharge d'un condensateur dans le circuit de commande des injecteurs, du type comportant un seul condensateur (C) pour une pluralité d'injecteurs (1, 2, 3) qui est relié à un seul circuit de charge, un circuit interrupteur (I1, I2, I3) associé à chaque injecteur (1, 2, 3) et susceptible d'établir un circuit de décharge dudit condensateur (C) à travers le circuit de commande dudit injecteur, des moyens de commande sélective (M1, M2, M3) de chaque circuit interrupteur (I1, I2, I3) et un circuit pour l'écoulement d'un courant en provenance d'une source d'énergie électrique telle qu'une batterie, à travers chaque circuit de commande d'injecteur, susceptible de prolonger l'intervalle d'écoulement du courant de décharge dudit condensateur (C) et comprenant un organe commutateur (T11) pour l'ouverture ou la fermeture de ce circuit, caractérisé en ce que chaque circuit de courant de prolongation comprenant ledit organe commutateur (T11) et la partie du circuit de décharge du condensateur (C) correspondant, qui comprend le circuit interrupteur (I1, I2, I3) correspondant, sont montés en parallèle et se rejoignent à la sortie du circuit interrupteur, en amont du circuit de commande d'injecteur correspondant.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de charge précité comprend une batterie (5) de faible tension et un convertisseur de tension (8) adapté pour charger le condensateur (C) à une haute tension et pour maintenir celui-ci à cette tension, ladite batterie (5) de faible tension constituant avantageusement la source d'énergie électrique précitée.

3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le condensateur haute tension (C) se trouve dans le circuit d'un enroulement secondaire (ES) d'un transformateur (TR), caractérisé en ce que l'enroulement primaire (EP) est monté dans le circuit de courant d'un organe commutateur tel qu'un transistor (T4), commandé par un circuit générateur de signaux de commande périodique pour assurer la charge du condensateur (C) à la haute tension désirée par une suite de périodes de conduction dudit transistor.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de commande du transistor (T4) comporte un comparateur (CO2) à deux entrées reliées respectivement à la borne libre de l'enroulement primaire (EP) du transformateur (TR) et à un circuit de charge d'un condensateur (C4) ayant une constante de temps prédéterminée et pourvue d'un circuit de décharge rapide comportant un organe commutateur tel qu'un transistor (T1), la sortie du comparateur (CO2) commandant les transistors (T4 et T1).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le convertisseur (8) comporte un deuxième comparateur (CO1) dont une entrée est reliée à une tension de référence tandis qu'à l'autre entrée est appliquée une tension proportionnelle à la tension du condensateur haute tension (C) et un circuit d'arrêt dudit convertisseur en cas d'égalité des tensions aux deux entrées dudit comparateur (CO1).

6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande sélective (M1, M2 ou M3) d'un circuit interrupteur (I1, I2 ou I3) comporte une entrée réceptrice (E1) d'un signal de temps d'injection (Si) produit par un module de commande et de contrôle des injecteurs, tel qu'un calculateur (7), ledit module étant adapté pour produire en réponse à ce signal pendant des durées de temps prédéterminées des signaux respectivement de fermeture dudit circuit interrupteur (I1, I2 ou I3) et de blocage du convertisseur (8).

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un module de commande sélective (M1, M2 ou M3) comprend un organe commutateur (T11) et des moyens (T10) de commande de fermeture de celui-ci pendant la présence à l'entrée (E1) dudit signal de temps d'injection (Si), ce commutateur étant relié, d'une part, à la batterie (5) et, d'autre part, à la borne de sortie (S1) de l'interrupteur, qui est connectée à l'entrée du circuit de commande de l'injecteur (1, 2 ou 3) associé, de façon que la phase d'écoulement d'un courant à travers ledit circuit de commande d'injecteur, par la décharge du condensateur haute tension (C) puisse être prolongé par l'écoulement d'un courant en provenance de ladite batterie (5) en vue d'un maintien de l'injecteur.

8. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le temps de la présence à l'entrée (E1) d'un module de commande (M1, M2 ou M3) du signal de temps d'injection (Si) peut être supérieur à la durée du temps de blocage du convertisseur (8) et de fermeture d'un interrupteur (I1, I2 ou I3)