FR2797022A1

FR2797022A1 - Solenoid valve and its controller for emptying fuel chambers in fuel-injected engines has an attractor and an holding winding, which has at least four times the number of turns of the attractor winding and is supplied separately

Info

Publication number: FR2797022A1
Application number: FR9909968A
Authority: FR
Inventors: Cyrille Vue
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-02-02
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: FR2797022B1

Abstract

The solenoid valve has magnetic circuit to open the valve against force of return spring. The magnetic circuit has two windings: attractor winding (20) and holding winding (22). The attractor winding has a reduced number of turns to reduce its inductance and thus speed its operation. The holding winding has four times the number of turns of the attractor winding and is supplied separately.

Description

ELECTROVANNE ET DISPOSITIFDE COMMANDE EN COMPORTANT APPLICATION La présente invention concerne les électrovannes et elle trouve une application particulièrement importante chaque fois que cette électrovanne doit être commandée avec un rapport cyclique d'ouverture variable dans un large domaine et avec une fréquence de répétition élevée. Parmi les applications de ce genre on peut notamment citer les électrovannes de vidange de canister prévues pour les moteurs thermiquesà injection directe d'essence, qui exigeront des fréquences de répétition de cycles dépassant60 Hz, au lieu de la fréquence de10 Hz qui est couramment utiliséeà l'heure actuelle et se traduit par une aspiration majoritaire de vapeurs d'essence par certains des cylindres dont les bougies s'encrassent. Classiquement une électrovanne, et notamment une électrovanne de purge de canister, comporte, dans un boîtier, un circuit magnétique portant une bobine et un clapet mobile entre une position d'appui sur un siège, vers laquelle il est sollicité par des moyens élastiques de rappel, et une position éloignée du siège dans laquelle il est maintenu par la bobine contre l'action des moyens élastiques, généralement un ressort. La dynamique d'une telle électrovanne est notamment limitée par l'inductance de la bobine unique qui assureà la fois l'appel du clapet vers la position éloignée (généralement de fermeture du circuit magnétique) et le maintien ultérieur du clapet. Le nombre important de spires de la bobine, nécessaire pour réduire le courant de maintien requis, se traduit par une impédance élevée qui ralentit la montée du courantà la mise sous tension, donc limite la fréquence maximale de répétition du cycle. Pour écarter ce problème, l'invention propose notamment une électrovanne dont le circuit magnétique porte également une bobine d'appel ayant un nombre de spires très inférieur (en général au moins quatre fois inférieur)à celui de la bobine de maintien et alimentable indépendamment de la bobine de maintien. En alimentant la bobine d'appel temporairement (éventuellement en même temps que la bobine de maintien) pour provoquer l'ouverture de l'électrovanne, on obtient une croissance rapide du courant et une force d'appel qui atteint rapidement sa valeur maximale, donc une diminution du temps de passage de la position de fermetureà la position de pleine ouverture. Une fois le clapet dans sa position de pleine ouverture, il suffit de maintenir dans la bobine de maintien un courant faible. L'invention propose également un dispositif de commande de passage de fluide ayant une électrovanne du genre ci-dessus et un module électronique d'alimentation des bobines, prévu pour alimenter les bobines suivant une séquence cyclique comprenant l'alimentation d'au moins la bobine d'appel pendant une première durée, suffisante pour décoller le clapet de sa position d'appui et l'amener vers la position éloignée, puis l'alimentation de la bobine de maintien seule pendant une seconde durée et enfin la coupure de l'alimentation des deux bobines pendant une troisième durée, une au moins des durées (en général la seconde) étant réglable pour ajuster le rapport cyclique d'ouverture de l'électrovanne. La première durée peut être juste suffisante pour obtenir le débit minimum requis et être suivie d'une seconde durée nulle dans certaines conditions. Dans le cas d'une électrovanne de purge de canister la bobine d'appel sera dimensionnée de façonà ouvrir complètement ou suffisamment la vanne même pendant le rapport cyclique d'ouverture le plus court prévu en fonctionnement. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieuxà la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donnéà titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures qui l'accompagnent, dans lesquelles: La figure1 est une vue en coupe de l'électrovanne - la figure 2 est un schéma de l'électronique d'un dispositif de commande utilisable pour alimenter une électrovanne de canister du genre montré en figure 1 , - la figure3 montre la variation dans le temps du courant de commande d'une électrovanne représentative,à partir de l'état de repos, - les figures3 et 4 montrent respectivement des lois de variation du courant représentatives de mise en oeuvre d'une électrovanne classique et d'une électrovanne suivant l'invention. The present invention relates to solenoid valves and finds a particularly important application whenever this solenoid valve must be ordered. with a variable opening duty cycle in a wide range and with a high repetition rate. Among the applications of this kind can be mentioned in particular the canister emptying solenoid valves intended for thermal engines to direct injection of gasoline, which will require cycle repetition rates in excess of 60 Hz, instead of the frequency of 10 Hz which is commonly used at the current time and results in a majority aspiration of gasoline vapors by some of the cylinders whose candles clog. Conventionally a solenoid valve, and especially a canister purge solenoid valve, comprises, in a housing, a magnetic circuit carrying a coil and a movable flap between a bearing position on a seat, to which it is biased by resilient return means and a position away from the seat in which it is held by the coil against the action of the resilient means, generally a spring. The dynamics of such a solenoid valve is particularly limited by the inductance of the single coil which ensures at both the call of the valve towards the remote position (generally closing the magnetic circuit) and the maintenance subsequent valve. The large number of turns of the coil, necessary to reduce the required holding current, results in a high impedance which slows the rise of the current to the power up, therefore limits the maximum frequency of repetition of the cycle. To avoid this problem, the invention proposes in particular a solenoid valve whose magnetic circuit also carries a call coil having a number of turns much lower (generally at least four times lower) to that of the holding coil and can be fed independently of the holding coil. By feeding the call coil temporarily (possibly together with the holding coil) to cause the opening of the solenoid valve, we obtain a rapid growth of the current and a call force which quickly reaches its maximum value, so a decrease in the time of passage from the closed position to the full open position. Once the valve in its fully open position, simply maintain in the holding coil a low current. The invention also proposes a fluid passage control device having a solenoid valve of the above kind and an electronic module for supplying the coils, designed to supply the coils in a cyclic sequence comprising feeding at least the coil call for a first time, sufficient to take off the valve from its support position and bring it to the remote position, then the supply of the only holding coil for a second duration and finally the power cut two coils for a third duration, at least one duration (usually the second) being adjustable to adjust the opening duty cycle of the solenoid valve. The first duration may be just sufficient to achieve the required minimum flow and be followed by a second zero time under certain conditions. In the case of a canister purge solenoid the call coil shall be dimensioned to open the valve completely or sufficiently even during the shortest opening duty cycle in operation. The above characteristics and others will appear better to the reading of the following description of a particular embodiment, given to title of non-limiting example . The description refers to the accompanying figures, in which : Figure 1 is a sectional view of the solenoid valve - Figure 2 is a diagram of the electronics of a controller operable to power a canister solenoid valve of the kind shown in FIG. 1, / B> shows the variation over time of the control current of a representative solenoid valve, to from the state of rest, - the figures 3 < / B and 4 respectively show current variation laws representative of implementation of a conventional solenoid valve and a solenoid valve according to the invention.

L'électrovanne montrée en figure1 est utilisable pour la purge d'un canister de moteurà essenceà injection directe dans les cylindres. Elle comporte un boîtier 10, généralement constitué de deux corps en matière plastique soudés l'unà l'autre par ultrasons et présentant une tubulure d'admission 12 et une tubulure 14 reliée au canister et dont l'extrémité constitue un siège. The solenoid valve shown in figure 1 can be used for purging a gasoline canister to direct injection into the cylinders. It comprises a housing 10, generally consisting of two plastic bodies welded one to the other by ultrasound and having an intake manifold 12 and a tubing 14 connected to the canister and whose end is a seat.

Dans le boîtier est fixé un noyau magnétique16. Un clapet17 en matériau ferro magnétique est déplaçable entre une position d'appui contre le siège, vers laquelle il est repoussé par un ressort18, et une position d'ouverture en appui contre le noyau16. In the housing is fixed a magnetic core 16. A valve 17 in ferro-magnetic material is movable between a position of support against the seat, to which it is pushed by a spring 18, and an open position bearing against the core 16.

Le noyau16 porte une bobine d'appel 20 et une bobine de maintien 22 concentriques l'uneà l'autre et maintenues par un mandrin 24. Ces bobines sont alimentées par l'intermédiaire de contacts26, dont un seul apparaît sur la figure 1. La bobine d'appel 20, placéeà l'intérieur de l'autre dans le mode de réalisation illustré, a un nombre de spires plus réduit que celui de la bobine de maintien et donc une inductance beaucoup plus faible. En général, le rapport entre les nombres de spires sera compris entre 4 et10. The core 16 carries a call coil 20 and a holding coil 22 concentric to each other and held by a mandrel 24. These coils are powered by through contacts 26, only one of which appears in Figure 1. The call coil 20, placed to within the other in the illustrated embodiment, has a smaller number of turns than that of the holding coil and therefore a much lower inductance. In general, the ratio between the number of turns will be between 4 and 10.

L'électronique de commande peut être celle montrée en figure 2; elle provoque successivement, au cours d'un cycle d'ouverture: - l'alimentation en parallèle des deux bobines 20 et 22 pendant une durée déterminée, suffisante pour provoquer l'ouverture complète ou suffisante du clapet, en fonction du débit souhaité, - l'alimentation de la bobine de maintien seule pendant la durée résiduelle requise pour arriver au temps d'ouverture prévu (cette durée résiduelle pouvant être nulle lorsque le rapport cyclique d'ouverture prévu est minimum) par exemple d'environ 4%. The control electronics can be the one shown in Figure 2 ; it successively causes, during an opening cycle : - supply in parallel of the two coils 20 and 22 for a determined period of time, sufficient to cause the complete or sufficient opening of the valve, depending on the desired flow rate, - the supply of the holding coil alone for the remaining time required to arrive at the expected opening time (this residual duration may be zero when the expected opening duty cycle is minimum) for example about 4%.

L'électronique représentée est prévue pour être alimentée par une source de courant continu30 telle que la batterie d'accumulateurs d'un véhicule. La bobine de maintien est placée dans un circuit d'alimentation qui se referme par un élémentà conduction unidirectionnelle 34 et le calculateur de commande moteur 32. La bobine d'appel 20 est reliéeà ce même calculateur par l'intermédiaire d'un transistor MOS de commutation36. A l'instant où le calculateur32 ferme le circuit d'alimentation, ce transistor est passant du fait que sa grille est portéeà la tension de la source par une résistance R4+R5. La grille du transistor36 est reliéeà un circuit de blocageà temporisation prévu pour bloquer le transistor et couper l'alimentation de la bobine d'appel au bout d'un temps fixe et déterminé. The electronics shown are intended to be powered by a DC power source such as the battery of a vehicle. The holding coil is placed in a supply circuit which closes by a unidirectional conducting element and the motor control computer 32. The call coil 20 is connected to this same computer via a switching MOS transistor 36. At the moment when the calculator 32 closes the supply circuit, this transistor is passing because its gate is brought to the voltage of the source by a resistance R4 + R5. The gate of transistor 36 is connected to a blocking circuit at scheduled delay to block the transistor and cut the power of the coil of call after a fixed and determined time.

Le circuit représenté comprend un comparateur de tension38 dont une entrée de référence est reliée au point milieu d'un pont diviseur constitué de résistances Rl, R2 et R5. La tension de référence est ainsi proportionnelleà la force électro-motrice de la source30. The circuit shown comprises a voltage comparator 38 whose reference input is connected to the midpoint of a divider bridge consisting of resistors R1, R2 and R5. The reference voltage is thus proportional to the electromotive force of the source 30.

L'autre entrée du comparateur est reliée au point intermédiaire d'un circuit RC constitué de la résistance R3 de forte valeur(100 kohms par exemple) en série avec la résistance R5 de beaucoup plus faible valeur(100 ohms par exemple) et d'un condensateur 40. La sortie du comparateur attaque la grille du transistor36. Une diode Zener 41 permet d'éliminer les surtensions élevées, par exemple dépassant18 Volts dans le cas d'une source de 14 Volts de tension nominale. Un tel montage permet d'obtenir une durée d'alimentation de la bobine d'appel sensiblement constante, en dépit des variations de la tension de la source30. The other input of the comparator is connected to the intermediate point of a circuit RC consisting of the resistance R3 of high value (100 kohms for example) in series with the resistor R5 of much lower value (100 ohms for example) and a capacitor 40. The output of the comparator drives the gate of the transistor 36. A Zener diode 41 makes it possible to eliminate the high overvoltages, for example exceeding 18 Volts in the case of a 14 Volt source of nominal voltage. Such an arrangement makes it possible to obtain a duration of supply of the substantially constant call coil, in spite of variations of the voltage of the source 30.

A titre d'exemple, on peut indiquer qu'un tel montage a été réalisé avec une bobine d'appel de11 mH et6 ohms, une bobine de maintien de 140 mH et 32 ohms et une durée d'alimentation de la bobine d'appel de 1,4 msec ; le courant maximum atteint dans la bobine d'appel était de1,7 A. A As an example, it can be said that such a montage was done with a call coil of 11 mH and 6 ohm , a hold coil of 140 mH and 32 ohms and a call coil feed duration of 1.4 msec ; the maximum current reached in the coil of appeal was 1.7 A.

A la mise sous tension, les deux bobines sont alimentées et la diode 34 interdit le passage d'un courant inverse dans la bobine de maintien par un phénomène d'auto-induction. Le courant total absorbé augmente rapidement du fait de la faible inductance de la bobine d'appel 20. Au bout du temps fixé par le circuit RC, le transistor36 se bloque. Le courant appelé diminue alors brutalement jusqu'au niveau correspondantà l'absorption par la bobine de maintien 22, puis reste sensiblement constant jusqu'à la coupure par le calculateur32. A power up, the two coils are powered and the diode 34 prohibits the passage of a reverse current in the holding coil by a phenomenon of self-induction. The total current absorbed increases rapidly due to the low inductance of the call coil 20. At the end of the time set by the RC circuit, the transistor 36 is blocked. The called current then decreases abruptly to the corresponding level at the absorption by the holding coil 22, then remains substantially constant until cut by the calculator 32.

Les différences de fonctionnement ressortent d'une comparaison entre les figures3 et 4. La figure3 montre la variation du courant absorbé par une électrovanne de type courantà l'heure actuelle, fonctionnantà une fréquence de 8 Hz et ayant une bobine unique dont la résistance dépasse 20 ohms. Le courant n'atteint sa valeur maximale, donc ne produit une force d'attraction maximale, qu'au bout de15 msec environ et la valeur maximale est maintenue pendant le reste de la durée d'ouverture, largement supérieurà la moitié du cycle même pour un rapport cyclique d'ouverture (RCO) de50% seulement. On constate également qu'il ne serait pas possible d'arriverà une fréquence de 64 Hz, c'est-à- dire à une durée de cycle de15,6 ms avec des RCO faibles sans augmenter notablement le courant de maintien.The differences in operation appear from a comparison between the figures 3 and 4. Figure 3 shows the variation of the current absorbed by a solenoid valve of the current type to < Currently, operating at a frequency of 8 Hz and having a single coil whose resistance exceeds 20 ohms. The current reaches its maximum value, therefore produces a maximum force of attraction, only after 15 msec approximately and the maximum value is maintained during the remainder of the duration of opening, much larger at half cycle even for an opening duty cycle (OCR) of 50% only. It is also noted that it would not be possible to arrive at at a frequency of 64 Hz, that is at a cycle time of 15.6 ms with low RCO without significantly increasing the holding current.

Dans le cas d'une électrovanne suivant l'invention (figure 4), le courant total absorbé atteint une valeur élevée, provoquant une force d'attraction importante, en un temps de l'ordre de la ms, suffisante pour provoquer l'ouverture complète ou l'ouverture minimum requise. Pendant la durée résiduelle, seule la bobine de maintien est alimentée, pendant une durée qui, pour un RCO de50 % et une fréquence de 64 Hz, représenteà peu près les trois quarts de la durée d'ouverture. L'électronique requise est simple: tous les éléments placés dans un cadre en traits mixtes sur la figure 2 peuvent être regroupés sur une carte contenue dans le boîtier. Pour un très faible RCO, il n'y a qu'un faible déplacement du clapet aui revient vers la position de fermeture dès coupure des deux bobinagesà la fois. On obtient ainsi un faible débit. In the case of a solenoid valve according to the invention (FIG. 4), the total current absorbed reaches a high value, causing a significant force of attraction, in a time of the order of one ms, sufficient to cause the opening complete or the minimum required opening. For the remaining time, only the holding coil is energized for a time which, for an RCO of 50% and a frequency of 64 Hz, represents to approximately three quarters of the opening time. The required electronics are simple : All elements placed in a phantom box in Figure 2 can be grouped on a card contained in the box. For a very low RCO, there is only a small displacement of the valve aui returns to the closed position as soon as the two coils to are cut. This gives a low flow.

Une comparaison fondée sur les régimes de fonctionnement attendus fait apparaître que le gain de rapidité par mise en oeuvre de l'invention est de l'ordre de50 % dans des conditions représentatives. A comparison based on the expected operating regimes shows that the speed gain by implementing the invention is of the order of 50% under representative conditions.

Claims

CLAIMS 1. Solenoid valve comprising, in a housing (10), a magnetic circuit carrying a coil and a movable flap between a bearing position on a seat to which it is biased by elastic return means and a position away from the seat in which it is held by the coil against the action of the elastic means, characterized in that the magnetic circuit also carries a call coil (20) having a number of turns at least four times smaller than that of the holding coil (22) which is capable of being powered independently of the call coil. 2. Solenoid valve according to claim 1, characterized in that the ratio between the numbers of turns of the holding coil and the call coil is between 4 and 10. 3.A solenoid valve according to claim 1, characterized in that the call coil (20) and the holding coil (22) are coaxial one to the other. 4. A fluid passage control device having a solenoid valve according to any one of the preceding claims and an electronic module for supplying the coils, characterized in that the module is designed to feed the coils in a cyclic sequence comprising the power supply. at least the call coil for a first time sufficient to take off the valve and bring it to the remote position, then the supply of the holding coil only for a second duration and finally the power supply cut off. two coils for a third duration, the second time at least being adjustable to adjust the opening duty cycle of the solenoid valve. 5. Device according to claim 4, characterized in that the call coil and the holding coil are simultaneously powered during the first duration. 6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the holding coil is placed in a supply circuit which is closed by a element to unidirectional conduction (34) and a motor control computer (32) and in that the call coil (20) is connected to the computer via a MOS transistor switching device (36) controlled by a blocking circuit to delay . . Device according to claim 6, characterized in that the blocking circuit to includes a comparator whose reference input is connected to the midpoint of a divider bridge consisting of resistors (RI - R2 and R5) and whose other input is connected to a RCx circuit, the bridge and the RC circuit being fed by the same source of direct current.