FR2901575A1 - Dispositif de commande d'un injecteur piezo-electique ultrasonore - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de commande électronique d'au moins un injecteur piézo-électrique ultrasonore, piloté par un calculateur de contrôle et alimenté par une source tension continue, comportant :- un premier étage d'amplification de ladite tension continue délivrant un signal de haute tension continue ;- un deuxième étage de génération d'un courant de charge des injecteurs, composé d'une inductance reliée à un interrupteur de découpage et devant réaliser un circuit oscillant avec chaque injecteur piloté ;- un troisième étage de sélection des injecteurs à piloter, comprenant un interrupteur de sélection en série avec chaque injecteur ;caractérisé en ce que le troisième étage de sélection comporte, pour chaque injecteur, une cellule d'amortissement de l'énergie résiduelle stockée dans chaque ledit injecteur en fin de commande d'injection et provoquant des surtensions alternatives aux bornes dudit injecteur.Application aux véhicules automobiles.
Description
forme de tensions importantes. Ledit interrupteur de sélection étant
ouvert à l'arrêt de la commande d'injection, des surtensions supérieures à la tension d'avalanche de ce transistor apparaissent à ses bornes et peuvent l'endommager car l'énergie absorbée par cet interrupteur est alors trop importante pour les jonctions, ce qui cause leur destruction ou diminue leur espérance de vie. Actuellement, il n'y a pas de solution connue à ce problème car, pour les injecteurs piézo-électriques de l'art antérieur, la charge à commander est purement capacitive. Les temps caractéristiques de commande sont plus importants, car il y a une charge en début d'injection et une décharge en fin d'injection. L'énergie envoyée à chaque injection est récupérée par des convertisseurs de type buck-boost . Le but de l'invention est donc d'absorber, en la dissipant, l'énergie stockée dans un injecteur piézo-électrique ultrasonore en fin de commande d'injection pour protéger l'interrupteur de sélection qui lui est associé, et diminuer le temps de fermeture de l'injecteur.
Pour cela, l'objet de l'invention est un dispositif de commande électronique d'au moins un injecteur piézo-électrique ultrasonore, piloté par un calculateur de contrôle et alimenté par une source tension continue, comportant : - un premier étage d'amplification de ladite tension continue délivrant un signal de haute tension continue ; - un deuxième étage de génération d'un courant de charge des injecteurs, composé d'une inductance reliée à un interrupteur de découpage et devant réaliser un circuit oscillant avec chaque injecteur piloté ; - un troisième étage de sélection des injecteurs à piloter, comprenant un interrupteur de sélection en série avec chaque injecteur ; caractérisé en ce que le troisième étage de sélection comporte, pour chaque injecteur, une cellule d'amortissement de l'énergie résiduelle stockée dans ledit injecteur en fin de commande d'injection. Selon une caractéristique du dispositif de commande, la cellule 30 d'amortissement est montée en parallèle de l'injecteur, qu'elle court-circuite en fin de commande d'injection. Selon une caractéristique du dispositif de commande, la cellule d'amortissement est composée d'une diode montée en série avec une résistance et dans le sens bloqué pendant les alternances positives du signal de commande 35 d'injection, et est disposée en parallèle de chaque injecteur. 25 Selon une caractéristique du dispositif de commande, la cellule d'amortissement est composée d'un transistor monté en parallèle avec chaque injecteur et piloté à la fermeture quand l'interrupteur de sélection est commandé à l'ouverture lors de la fin de la commande d'injection, de façon à le court-circuiter, sa diode de roue libre étant montée en anti-parallèle. Selon une caractéristique du dispositif de commande, la cellule d'amortissement est montée en parallèle de l'interrupteur de sélection de l'injecteur. Selon une caractéristique du dispositif de commande, la cellule d'amortissement est composée d'une diode Zéner haute tension, montée en anti- parallèle de l'interrupteur et dont la tension est choisie supérieure à la tension de commande de l'injecteur. Selon une caractéristique du dispositif de commande, la cellule d'amortissement est composée d'un circuit RC parallèle, soit une résistance et une capacité montées en parallèle et dont la valeur RC est inférieure au 1/10 de la période du signal de commande des injecteurs, la valeur de la résistance étant de plus voisine de l'impédance des injecteurs à leur fréquence de résonance. Selon une caractéristique du dispositif de commande, il est embarqué dans un véhicule automobile, dont le moteur est contrôlé notamment par un calculateur électronique d'injection, qui pilote les injecteurs piézo-électriques ultrasonores ainsi que les transistors des cellules d'amortissement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de quatre variantes de réalisation d'un dispositif de commande d'un actionneur piézo-électrique, illustrée par les figures 2 à 5, outre la figure 1 déjà décrite. Les éléments portant les mêmes références sur les différentes figures remplissent les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats. Comme le montre le schéma de la figure 2, le premier étage E, d'amplification de la tension continue E comprend une première branche en parallèle de la source de tension B, composée d'une première inductance L, reliée à un interrupteur T, de découpage avec une diode d, de roue libre montée en anti-parallèle. Une deuxième branche est montée en parallèle sur l'interrupteur T, de découpage et comprend une diode D de redressement reliée à une capacité C, de filtrage aux bornes de laquelle ce premier étage délivre une haute tension Vboost qui alimente un deuxième étage E2. Celui-ci est constitué d'une première branche, comprenant une deuxième inductance L2 reliée à un deuxième interrupteur T2 de découpage avec une diode d2 de roue libre montée en anti-parallèle, et d'une deuxième branche en parallèle dudit transistor T2 et constituée d'une deuxième capacité C2 d'adaptation d'impédance.
L'inductance L2 est déterminée afin de réaliser un circuit, résonant avec chaque injecteur l; sélectionné et piloté, auquel elle délivre un courant ir d'alimentation. Chaque injecteur piézo-électrique l; est relié à un interrupteur Si de sélection, commandable par un calculateur électronique de contrôle, par exemple le calculateur d'injection du moteur thermique d'un véhicule. Un tel interrupteur peut être par exemple un transistor de type MOS, ou bien de type bipolaire à grille isolée IGBT avec une diode montée en anti-parallèle. L'invention consiste à insérer, dans l'étage de sélection, une cellule d'amortissement de l'énergie résiduelle stockée dans chaque injecteur en fin de commande d'injection, afin de le protéger des surtensions importantes provoquées à ses bornes par l'ouverture de l'interrupteur Si de sélection qui lui est associé. Dans les deux premières variantes de réalisation, les cellules d'amortissement sont montées chacune en parallèle d'un injecteur piézo-électrique. Dans cette première variante de réalisation, l'étage de commande comporte une cellule A; d'amortissement, disposée en parallèle de chaque injecteur I; et composée d'une diode D; montée en série avec une résistance R; . La diode D; est montée dans le sens bloqué, pendant les alternances positives du signal de commande d'injection. Lors de la commande de l'injection par un injecteur sélectionné, la cellule d'amortissement A, qui lui est associée est inactive car la tension aux bornes de la diode D; est négative, donc elle est bloquée et aucun courant ne passe. Par contre, lors de la commande de fin d'injection, l'ouverture de l'interrupteur Si de sélection correspondant à l'injecteur I; sélectionné, provoque des surtensions importantes à ses bornes se présentant sous la forme d'oscillations positives et négatives. La cellule d'amortissement A; écrête les alternances négatives de ces surtensions, qui correspondent à des surtensions positives sur le point froid F de l'injecteur, relié à l'interrupteur de sélection S,, car sa diode D; est alors passante. La cellule RD court-circuite l'injecteur en fin d'injection sur les alternances positives entre le point F et la masse, qui sont susceptibles de détruire l'interrupteur de sélection Si. Ainsi, les cellules d'amortissement A;, associées chacune aux différents injecteurs montés en parallèle, remplissent deux fonctions : elles protègent les transistors de sélection S; contre les surtensions d'une part en court-circuitant les injecteurs et absorbent par leur résistance R; une grande partie de l'énergie résiduelle stockée dans les injecteurs. Le schéma de la figure 3 représente une deuxième variante du dispositif de commande de plusieurs injecteurs piézo-électriques, comprenant, dans l'étage de sélection, une cellule d'amortissement A; de l'énergie stockée dans chaque injecteur en fin de commande d'injection, qui est composée d'un transistor T;cc monté en parallèle avec chaque injecteur I; de façon à le court-circuiter lors de la fin de la commande d'injection. Ce transistor Tic, est commandé, par le calculateur électronique, à la fermeture quand l'interrupteur S; de sélection est commandé à l'ouverture, en fin de commande d'injection de carburant par l'injecteur l; initialement sélectionné. Il est doté d'une diode d; de roue libre montée en anti-parallèle de telle sorte qu'elle ne soit pas passante pendant la commande de l'injection. En fin d'injection, la commande du transistor Tic, court-circuite l'injecteur sur les deux alternances, indépendamment de la présence de la diode d; de roue libre. Selon cette variante, l'énergie résiduelle stockée dans l'injecteur en fin d'injection est dissipée par le transistor Tic,. Dans les deux premières variantes de réalisation, les cellules d'amortissement sont montées chacune en parallèle d'un injecteur piézo-électrique. Dans les deux variantes suivantes, les cellules d'amortissement sont montées chacune en parallèle de l'interrupteur de sélection.
Le schéma de la figure 4 représente une troisième variante du dispositif de commande, dans laquelle chaque cellule d'amortissement A'; est composée d'une diode Zéner Z; haute tension placée en parallèle d'un interrupteur de sélection Si. Dans le cas où un tel interrupteur est de type transistor IGBT, elle est placée entre le collecteur et l'émetteur, et dans le cas d'un transistor MOSFET, elle est placée entre le drain et la source. Dans tous les cas, cette diode Zéner est montée en anti-parallèle de l'interrupteur Si comme sa diode de roue libre, et sa tension doit être déterminée légèrement supérieure à la tension de commande de l'injecteur pour qu'elle soit sans effet pendant la commande d'injection. Il peut être utile parfois de placer plusieurs diodes Zéner en série pour que la tension totale à leurs bornes dépasse la tension de commande de l'injecteur. A l'ouverture de l'interrupteur de sélection Si en fin de commande d'injection, la diode Zéner Z; écrête les surtensions positives à ses bornes, ce qui le protège, car il ne doit pas supporter des tensions supérieures à sa tension d'isolation. Dans ce cas, c'est la diode Zéner qui absorbe l'énergie résiduelle.
Selon une quatrième variante représentée schématiquement par la figure 5, la cellule A'; d'amortissement montée en parallèle de l'interrupteur Si de sélection est composée d'un circuit RC parallèle, c'est-à-dire d'une résistance R' et d'une capacité C' montées en parallèle. Cette solution permet de dimensionner la quantité d'énergie absorbée après chaque injection et les temps caractéristiques d'amortissement de l'injecteur. La valeur du produit RC de la résistance par la capacité doit être inférieure au 1/10 de la période T du signal de commande des injecteurs, qui est donc la période des valeurs crêtes de la tension d'excitation Vp;. De plus, la valeur de la résistance R' doit être proche de l'impédance de l'injecteur à sa fréquence de résonance, dans les conditions d'utilisation typiques. Ainsi, les cellules d'amortissement du dispositif de commande des injecteurs piézo-électriques ultrasonores ont l'avantage d'amortir les surtensions provenant des oscillations résiduelles des injecteurs en fin d'injection, notamment celles qui sont supérieures à la tension d'isolation de l'interrupteur de sélection, sans amortir les tensions de commande pendant l'injection. De plus, certaines variantes permettent une dissipation rapide de l'énergie résiduelle et donc une fermeture de l'injecteur en un temps suffisamment court.
Claims (8)
1. Dispositif de commande électronique d'au moins un injecteur piézo-électrique ultrasonore, piloté par un calculateur de contrôle et alimenté par une source tension continue, comportant : - un premier étage d'amplification de ladite tension continue délivrant un signal de haute tension continue ; - un deuxième étage de génération d'un courant de charge des injecteurs, composé d'une inductance reliée à un interrupteur de découpage et devant réaliser un circuit oscillant avec chaque injecteur piloté ; - un troisième étage de sélection des injecteurs à piloter, comprenant un interrupteur de sélection en série avec chaque injecteur ; caractérisé en ce que le troisième étage de sélection comporte, pour chaque injecteur, une cellule d'amortissement de l'énergie résiduelle stockée dans chaque ledit injecteur en fin de commande d'injection et provoquant des surtensions alternatives aux bornes dudit injecteur.
2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule d'amortissement (A;) est montée en parallèle de l'injecteur (I;), qu'elle court-circuite en fin de commande d'injection.
3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cellule d'amortissement (A;) est composée d'une diode (D;) montée en série avec une résistance (Ri) et dans le sens bloqué pendant les alternances positives du signal de commande d'injection, et est disposée en parallèle de chaque injecteur (Ii).
4. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cellule d'amortissement (A;) est composée d'un transistor (T;oe) monté en parallèle avec chaque injecteur (l;) et piloté à la fermeture quand l'interrupteur (Si) de sélection est commandé à l'ouverture lors de la fin de la commande d'injection, de façon à le court-circuiter, sa diode de roue libre étant montée en anti-parallèle.
5. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule d'amortissement (A';) est montée en parallèle de l'interrupteur de sélection (Si) de l'injecteur (I;).
6. Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que la cellule d'amortissement (A';) est composée d'une diode Zéner (Z;) haute tension, montée en anti-parallèle de l'interrupteur et dont la tension est choisie supérieure à la tension de commande de l'injecteur. 8
7. Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que la cellule d'amortissement (A';) est composée d'un circuit RC parallèle, soit une résistance (R') et une capacité (C') montées en parallèle et dont la valeur RC est inférieure au 1/10 de la période du signal de commande des injecteurs, la valeur de la résistance (R') étant de plus voisine de l'impédance des injecteurs à leur fréquence de résonance.
8. Dispositif de commande selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est embarqué dans un véhicule automobile, dont le moteur est contrôlé notamment par un calculateur électronique d'injection, qui pilote les injecteurs piézo- électriques ultrasonores (I;) ainsi que les transistors (T;,c) des cellules d'amortissement (A).
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