FR2955516A1

FR2955516A1 - Procede de commande d'un outil a moteur a combustion interne et l'outil ainsi commande

Info

Publication number: FR2955516A1
Application number: FR1050525A
Authority: FR
Inventors: Pascale Grandjean; Pierre Cordeiro; Jean-Michel Dreveton
Original assignee: Societe de Prospection et dInventions Techniques SPIT SAS
Current assignee: Societe de Prospection et dInventions Techniques SPIT SAS
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-07-29
Anticipated expiration: 2030-01-26
Also published as: CN102189530A; JP5797903B2; PL2347863T3; NZ590451A; CN102189530B; AU2011200067B2; EP2347863A1; CA2729529C; EP2347863B1; CA2729529A1; TW201128058A; US20120138655A1; FR2955516B1; US8701957B2; AU2011200067A1; JP2011152638A

Abstract

L'invention concerne la commande d'un outil pour l'entraînement d'éléments de fixation par mise à feu d'un combustible. Un clapet, à chaque tir, s'ouvre par un courant (IA) dans un composant (15) créé par une commande d'injection en tension (Uv). Lors d'un premier d'une série de tirs et après la commande, on détecte l'instant to d'une chute du courant dans un organe de mesure lors de la montée transitoire du courant et, la durée d'ouverture To du clapet étant prédéterminée, on déclenche la fin de la commande d'injection à l'instant td , après une durée To , suivant l'instant to , diminuée d'une durée TOFF , d'une première remontée de la commande d'injection en tension suivant le début de la chute du courant ou d'une remontée, suivant le début de sa chute, du courant.

Description

Procédé de commande d'un outil à moteur à combustion interne et l'outil ainsi commandé

L'invention a pour origine le problème des réponses aux impulsions de commande des électrovannes d'injection et de dosage du combustible d'entraînement dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne des outils de fixation dits à gaz agencés pour entraîner des éléments de fixation du genre clou ou agrafe dans des matériaux supports.

Une telle électrovanne agit comme un robinet, disposé entre une cartouche de combustible et la chambre de combustion, qu'on ouvre pendant un certain temps pour qu'une dose appropriée de combustible s'écoule de la cartouche dans la chambre de combustion.

Schématiquement, une électrovanne peut comporter un noyau magnétique percé d'un canal d'écoulement s'étendant entre un embout d'admission et un embout d'éjection, avec une cavité intermédiaire dans laquelle se trouve une membrane ressort portant un clapet d'obturation de l'embout d'éjection et se déformant sous l'action d'un champ magnétique créé dans le noyau par un courant traversant une bobine qui entoure le noyau. Au repos, la membrane n'est pas déformée et son clapet obture l'embout d'éjection. Quand la bobine est sous tension et parcourue par un courant, la membrane se déforme et son clapet découvre l'orifice d'écoulement de l'embout d'éjection ; alors la vanne s'ouvre.

La commande d'une électrovanne, c'est-à-dire la commande de son ouverture, s'effectue par un créneau de tension sensé, par son front montant, ouvrir la vanne et la refermer par son front descendant. En pratique (figures 1 et 2) le courant commence à s'établir dans la bobine, à l'instant tm , au front montant du créneau de commande, pour augmenter progressivement pendant une montée transitoire pendant laquelle le noyau reste en état de repos. Ce n'est qu'après une petite chute de courant, pratiquement instantanée, à un instant t0, que le noyau atteint son état activé, à partir duquel il faut considérer la vanne ouverte. Après cette chute de courant, la valeur du courant remonte pour atteindre rapidement son niveau haut auquel il se maintient jusqu'au front descendant du créneau de tension de commande, à l'instant td. La vanne reste encore ouverte au- delà, car le front descendant du créneau de tension est suivi d'une remontée de la tension jusqu'à son niveau neutre ; en deux temps, séparés par une petite chute qui se termine à l'instant tf , instant où se ferme la vanne, si la décharge de la bobine de l'électrovanne est stabilisée par un circuit comprenant une diode Zener. Sinon, c'est le signal de courant dans la bobine qui, à l'instant tf, subit une petite remontée après le début de sa chute. La vanne reste donc ouverte pendant la durée To

T0 = tf - t0 Finalement, les fronts montant et descendant du créneau de commande en tension ont lieu aux instants tm et td et la vanne reste ouverte de l'instant to à l'instant tf. Comme le dosage de combustible dans la chambre de combustion de l'outil dépend de la durée d'ouverture de la vanne et donc également des intervalles de temps ToN= to û tm et TOFF = tf- td , le problème qui est à l'origine de l'invention de la présente demande est la dispersion des intervalles TON et ToFF qui varient d'une électrovanne à l'autre, pour des raisons aussi bien électriques que mécaniques.

En d'autres termes, la demanderesse s'est posé le problème de la compensation de la dérive des durées d'ouverture des électrovannes et donc de la maîtrise des dosages de combustible dans la chambre de combustion des outils de fixation dits à gaz. Au-delà, c'est le problème plus général de la dérive des dispositifs électriques d'admission de combustible dans la chambre de combustion des outils de fixation à gaz que s'est posé la demanderesse, dispositif qui comporte un clapet qui s'ouvre sous l'action d'un courant dans un composant créé par un signal de commande en tension. C'est en effet le cas encore d'un injecteur piézoélectrique. On remarquera que le quartz d'un injecteur piézoélectrique est à l'injecteur ce que la bobine est à l'électrovanne.

Ainsi l'invention concerne, tout d'abord, un procédé de commande d'un outil à main à moteur à combustion interne, pour l'entraînement dans un matériau support d'éléments de fixation sous l'action, lors d'un tir, de la mise à feu, dans une chambre de combustion du moteur, d'un combustible d'entraînement transféré dans la chambre depuis une cartouche de combustible par un dispositif électrique (1) d'admission de combustible, le dispositif (1) comportant un clapet qui à chaque tir s'ouvre en position d'admission, sous l'action d'un courant (IA) dans un composant créé par un signal de commande d'injection en tension (U,), procédé caractérisé par le fait que, lors d'un premier d'une série de tirs et après le début du signal de commande, on détecte l'instant t0 d'une chute du courant au cours de la montée transitoire du courant et, la durée d'ouverture T0 du clapet étant prédéterminée, on déclenche la fin du signal de commande d'injection à l'instant td , après une durée T0 , suivant l'instant t0 , diminuée d'une durée estimée TOFF , d'une première remontée du signal de commande d'injection en tension suivant le début de la chute du signal de courant dans ledit composant ou d'une remontée, suivant le début de la chute du signal de courant dans ledit composant.

Selon que la décharge de la bobine de l'électrovanne - le composant dont le courant ouvre le clapet - est stabilisée ou non par un circuit de réglage en tension comprenant par exemple une diode Zener, la durée ToFF commence à l'instant td et finit soit à la première remontée du signal de commande de l'injection en tension, soit à la petite remontée du signal de courant dans la bobine suivant sa chute.

Dans le premier cas de la stabilisation en tension, comme parfaitement décrit dans le brevet français 2 887 958, s'il s'agit d'une diode Zener, qui devient passante dès que sa tension de seuil est franchie, elle provoque une décharge rapide de la bobine et une remontée rapide du signal de commande en tension : la durée ToFF est courte et pratiquement constante d'un tir à l'autre. La dispersion de ToFF est très faible.

A la place d'une diode Zener, on pourrait proposer une pluralité de diodes de réglage.

Par contre, dans le deuxième cas, sans diode Zener de stabilisation, le signal de commande en tension remonte très lentement. A l'instant tf du contact de fermeture, le clapet se ferme, d'où la légère remontée du courant dans la bobine.

On notera qu'en pratique, le temps de réponse du clapet des dispositifs électriques d'admission de combustible ne change pas significativement d'un tir à l'autre, si bien qu'il suffit effectivement de ne mettre en oeuvre le procédé de commande de l'invention que de temps en temps et non à chaque tir, mais ce qui serait toutefois possible. On notera encore que la durée de la petite chute de tension qui suit la première remontée, dans le cas de la stabilisation par diode Zener, peut être considérée comme négligeable.

Dans le cas où la décharge du composant, du dispositif électrique d'admission de combustible et dont le courant ouvre le clapet, est stabilisée, on déclenche la fin du signal de commande d'injection à l'instant td, après une durée T0, suivant l'instant to , diminuée d'une durée quasi-constante TOFF d'une première remontée du signal de commande d'injection en tension.

Si la décharge du composant, du dispositif électrique d'admission de combustible et dont le courant ouvre le clapet, n'est pas stabilisée, on déclenche la fin du signal de commande d'injection à l'instant td , après une durée To suivant l'instant to , diminuée d'une durée estimée ToFF , d'une remontée, suivant le début de sa chute, du signal de courant dans ledit composant.

Dans ce cas, on mesure la durée vraie ToFF de la remontée du signal de courant dans ledit composant suivant le début de sa chute à l'instant td et on la substitue à la durée estimée ToFF au moins pour le tir suivant de la série de tirs.

Le signal de commande d'injection en tension U, est un créneau ; le signal de commande peut être l'enveloppe d'une série d'impulsions, notamment d'un générateur PWM (modulation de largeur d'impulsion).

Grâce à l'invention, les modifications, dérives et autres altérations des électrovannes et injecteurs piézoélectriques sont bien compensées. Leurs ouvertures d'injection et de dosage sont optimisées.

L'invention concerne également un outil à main à moteur à combustion interne, pour l'entraînement dans un matériau support d'éléments de fixation sous l'action, lors d'un tir, de la mise à feu, dans une chambre de combustion du moteur, d'un combustible d'entraînement transféré dans la chambre depuis une cartouche de combustible par un dispositif électrique d'admission de combustible, le dispositif comportant un clapet qui, à chaque tir, s'ouvre en position d'admission sous l'action d'un courant (IA) dans un composant créé par un signal de commande d'injection en tension (U,), outil caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un organe de mesure de courant en série avec le dispositif électrique d'admission de combustible et un microcontrôleur agencé pour recevoir le signal de sortie de l'organe de mesure de courant et le signal de commande d'injection (U~) du dispositif d'admission et calculer le temps d'ouverture du dispositif d'admission de combustible.

De préférence, le microcontrôleur comporte un circuit de traitement pour détecter l'ouverture et la fermeture mécaniques du dispositif électrique d'admission.

Avantageusement, le dispositif d'admission de combustible est commandé par un étage de puissance contrôlé par un circuit du microcontrôleur de calcul du temps d'ouverture du dispositif d'admission et relié, en entrée, au circuit de traitement du microcontrôleur.

Dans le cas où le dispositif d'admission de combustible est une 15 électrovanne, comprenant une bobine, l'organe de mesure de courant est en série avec la bobine.

Avantageusement, il est prévu un circuit de protection et de réglage en tension et de stabilisation en parallèle sur le dispositif d'admission, qui peut 20 comporter une diode de décharge et une diode Zener de réglage en tension, les deux pouvant être montés en série.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la mise en oeuvre du procédé de commande et de la forme de réalisation préférée de 25 l'outil à main de l'invention, en référence au dessin en annexe sur lequel - la figure 1 est le diagramme d'un créneau de commande en tension, d'ouverture du clapet du dispositif d'admission de combustible dans la chambre de combustion de l'outil à main et le diagramme du signal de courant qui en résulte dans le composant qui commande directement le 30 clapet, la décharge de ce composant étant stabilisée par une diode Zener ; - la figure 2 est le diagramme d'un créneau de commande en tension, d'ouverture du clapet du dispositif d'admission de combustible dans la chambre de combustion de l'outil à main et le diagramme du signal de courant qui en résulte dans le composant qui commande directement le 35 clapet, la décharge de ce composant n'étant pas stabilisée; - la figure 3 représente le schéma û blocs du circuit de commande du dispositif d'admission de combustible de l'outil et - la figure 4 est le diagramme d'un créneau de commande en tension, d'ouverture du clapet du dispositif d'admission de combustible dans la chambre de combustion de l'outil à main et le diagramme du signal de pression qui en résulte dans un capteur de pression en sortie du dispositif d'admission de combustible.

La figure 1 a déjà été décrite plus haut. Qu'il soit ici seulement précisé que sur les deux diagrammes qui y sont représentés, celui de l'impulsion de tension et celui de l'impulsion de courant, le temps y est représenté en abscisses en secondes (s) et en ordonnées, le courant I y est représenté en ampères (A), à gauche, pour l'impulsion de courant IA, la tension U y est représentée en volts (V), à droite, pour l'impulsion de tension U.

L'outil, dont on va maintenant décrire le circuit de commande du dispositif électrique d'admission de combustible dans la chambre de combustion et donc le procédé de sa commande, est un outil à main du type cloueur, avec une électrovanne d'admission de combustible 1, comportant une bobine 15 qui provoque l'ouverture de l'électrovanne et l'admission dans la chambre de combustion de l'outil à partir d'une cartouche de gaz 16 par l'intermédiaire d'une tubulure d'admission 17.

On notera que l'invention s'applique tout aussi bien à une agrafeuse, perceuse, voire même à un injecteur de résine d'ancrage. L'invention s'applique à une électrovanne mais à tout autre dispositif d'admission comportant un clapet d'admission, comme par exemple un injecteur piézoélectrique.

Pour reprendre l'exemple de l'électrovanne 1, elle est donc commandée par un microcontrôleur 2. Elle est montée en série, en l'espèce sa bobine 15, avec un organe de mesure de courant 3 et commandée en tension par un étage de puissance 4.

L'étage de puissance 4 est monté, en sortie, en parallèle sur l'ensemble en série de l'électrovanne 1 et de l'organe de mesure de courant 3, aux bornes 5, 6 de la batterie de l'outil en entrée. On notera que la borne 6 de la batterie se trouve à la masse. Un circuit de protection et de réglage de tension 7 est monté en parallèle sur l'ensemble 1, 3 ainsi que sur l'étage de puissance 4. L'étage de puissance 4 est ici un étage à transistor de puissance. Le circuit 7 comporte ici une diode 18 de protection de l'étage de puissance 4, dans laquelle la bobine 15 peut se décharger, et, ici encore, une diode Zener 19 de réglage de tension, en série avec la diode de décharge 18 pour réduire la durée de la décharge et bien la stabiliser. Ce montage est parfaitement décrit dans le brevet français 2 887 958..

L'organe de mesure de courant 3 comprend essentiellement une résistance. Le microcontrôleur 2 comporte un convertisseur analogique-numérique 8, un circuit 9 de traitement du signal et un circuit 10 de calcul du temps d'ouverture de l'électrovanne 1.

Le circuit de calcul 10 est relié, en sortie, à l'entrée de commande 13 de l'étage de puissance 4, et, en entrée, au circuit de traitement (9). L'organe de mesure de courant 3, qui délivre un signal de courant, est relié à l'une 11 des entrées du convertisseur 8, une autre entrée 12 du convertisseur étant reliée à la sortie de commande 14 de l'étage de puissance 4 qui délivre un signal de tension.

Après conversion des valeurs de courant lA et de tension Uv, le circuit de traitement 9 détermine, à chaque tir, l'instant to et l'instant td qui en découle, connaissant To et ayant au premier tir, ou au premier d'une série, déterminé la valeur quasi constante de ToFF Si le circuit 7 n'avait pas comporté de diode Zener, le circuit de traitement 9, à chaque tir ou, mieux, à chaque tir d'une série de tirs, aurait mesuré la durée vraie ToFF pour le tir suivant .

En d'autres termes, le circuit de traitement 9, détecterait l'ouverture et la fermeture mécaniques de l'électrovanne 1 aux instants to et tf. Quant au circuit de calcul 10, il calculerait pour l'instant td de déclenchement du front descendant de l'impulsion de commande de l'étage de puissance 4 par la formule td=t0 + T0 - TOFF

En variante, et dans le cadre d'un concept identique strictement le même, pour appréhender l'instant to , à partir duquel il faut considérer la vanne ouverte, l'instant tf , où se ferme la vanne, et l'instant td où on doit déclencher la fin du signal de commande d'injection, on peut procéder, non plus avec les signaux de courant/tension, mais avec les signaux délivrés par un capteur de pression en sortie du dispositif d'admission détectant la sortie du combustible.

Dans le cas d'un capteur de pression 20 monté dans la tubulure 17 (figures 3, 4), à l'instant to , la pression augmente puisque le clapet de l'électrovanne 1 s'ouvre et à l'instant tf , la pression commence à diminuer puisque l'électrovanne se ferme.

Ainsi, l'invention concerne également un procédé de commande d'un outil à main à moteur à combustion interne, pour l'entraînement dans un matériau support d'éléments de fixation sous l'action, lors d'un tir, de la mise à feu, dans une chambre de combustion du moteur, d'un combustible d'entraînement transféré dans la chambre depuis une cartouche de combustible par un dispositif électrique d'admission de combustible, le dispositif comportant un clapet qui à chaque tir s'ouvre en position d'admission, sous l'action d'un courant (IA) dans un composant créé par un signal de commande d'injection en tension (U,), et un capteur de pression étant monté en sortie du dispositif d'admission, procédé caractérisé par le fait que, lors d'un premier d'une série de tirs et après le début du signal de commande, on détecte l'instant to de l'ouverture du clapet en détectant son ouverture par augmentation de la pression en sortie du dispositif d'admission, et, la durée d'ouverture To du clapet étant prédéterminée, on déclenche la fin du signal de commande d'injection, à l'instant td , après une durée T0 , suivant l'instant to , diminuée d'une durée estimée TOFF , qui s'écoule depuis la fin du signal de commande d'injection jusqu'à l'instant tf de fermeture du clapet qu'on détecte par la baisse de la pression en sortie du dispositif d'admission, on mesure la durée vraie ToFF de la baisse de la pression suivant le début de la chute de courant (td) et on la substitue à la durée estimée ToFF au moins pour le tir suivant de la série de tirs.

Le signal de commande d'injection en tension reste de même nature que précédemment.

L'invention concerne également l'outil décrit ci-dessus avec en plus le capteur de pression en sortie de l'électrovanne. 35

Claims

Revendications1- Procédé de commande d'un outil à main à moteur à combustion interne, pour l'entraînement dans un matériau support d'éléments de fixation sous l'action, lors d'un tir, de la mise à feu, dans une chambre de combustion du moteur, d'un combustible d'entraînement transféré dans la chambre depuis une cartouche de combustible (16) par un dispositif électrique (1) d'admission de combustible, le dispositif (1) comportant un clapet qui à chaque tir s'ouvre en position d'admission, sous l'action d'un courant (IA) dans un composant (15) créé par un signal de commande d'injection en tension (U,), procédé caractérisé par le fait que, lors d'un premier d'une série de tirs et après le début du signal de commande, on détecte l'instant to d'une chute du courant au cours de la montée transitoire du courant et, la durée d'ouverture To du clapet étant prédéterminée, on déclenche la fin du signal de commande d'injection à l'instant td , après une durée To , suivant l'instant to , diminuée d'une durée ToFF, d'une première remontée du signal de commande d'injection en tension suivant le début de la chute du signal de courant dans ledit composant (15) ou d'une remontée, suivant le début de sa chute, du signal de courant dans ledit composant (15).
2- Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est mis en oeuvre à chaque tir.
3- Procédé de commande selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la décharge du composant, du dispositif électrique d'admission de combustible et dont le courant ouvre le clapet, étant stabilisée, on déclenche la fin du signal de commande d'injection à l'instant td , après une durée To , suivant l'instant to diminuée d'une durée quasi constante ToFF d'une première remontée du signal de commande d'injection en tension.
4- Procédé de commande selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la décharge du composant, du dispositif électrique d'admission de combustible et dont le courant ouvre le clapet, n'étant pas stabilisée, on déclenche la fin du signal de commande d'injection à l'instant td, après une durée To suivant l'instant to , diminuée d'une durée estimée ToFF , d'une remontée, suivant le début de sa chute, du signal de courant dans ledit composant.
5- Procédé de commande selon la revendication 4, dans lequel on mesure la durée vraie ToFF de la remontée du signal de courant dans le dit composant suivant le début de sa chute à l'instant td et on la substitue à la durée estimée ToFF au moins pour le tir suivant de la série de tirs.
6- Procédé de commande d'un outil à main à moteur à combustion interne, pour l'entraînement dans un matériau support d'éléments de fixation sous l'action, lors d'un tir, de la mise à feu, dans une chambre de combustion du moteur, d'un combustible d'entraînement transféré dans la chambre depuis une cartouche de combustible (16) par un dispositif électrique (1) d'admission de combustible, le dispositif (1) comportant un clapet qui à chaque tir s'ouvre en position d'admission, sous l'action d'un courant (IA) dans un composant (15) créé par un signal de commande d'injection en tension (U,) et un capteur de pression (20) étant monté en sortie du dispositif d'admission (1), procédé caractérisé par le fait que, lors d'un premier d'une série de tirs et après le début du signal de commande, on détecte l'instant to de l'ouverture du clapet en détectant son ouverture par augmentation de la pression en sortie du dispositif d'admission, et, la durée d'ouverture To du clapet étant prédéterminée, on déclenche la fin du signal de commande d'injection, à l'instant td , après une durée T0 , suivant l'instant to , diminuée d'une durée estimée TOFF , qui s'écoule depuis la fin du signal de commande d'injection, jusqu'à l'instant tf de fermeture du clapet qu'on détecte par la baisse de la pression en sortie du dispositif d'admission (1), on mesure la durée vraie ToFF de la baisse de la pression suivant le début de la chute de courant (td) et on la substitue à la durée estimée ToFF au moins pour le tir suivant de la série de tirs.
7- Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le signal de commande d'injection en tension (U~) est un créneau.
8- Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le signal de commande d'injection en tension ( Uv) est l'enveloppe d'une série d'impulsions.
9- Outil à main à moteur à combustion interne, pour l'entraînement dans un matériau support d'éléments de fixation sous l'action, lors d'un tir, de la mise à feu d'un combustible d'entraînement dans une chambre de combustion du moteur, transféré dans la chambre depuis une cartouche de combustible (16) par un dispositif électrique (1, 15) d'admission de combustible, le dispositif (1) comportant un clapet qui à chaque tir s'ouvre en position d'admission sous l'action d'un courant (IA) dans un composant (15) créé par un signal de commande d'injection en tension (U,), outil caractérisé par le fait qu'il comporte, en outre, un organe de mesure de courant (3) en série avec le dispositif électrique d'admission de combustible (1) et un microcontrôleur (2) agencé pour recevoir le signal de sortie de l'organe de mesure de courant (3) et l'impulsion (U,) decommande du dispositif d'admission (1) et calculer (10) le temps d'ouverture du dispositif d'admission de combustible (1).
10- Outil à main selon la revendication 9, dans lequel le microcontrôleur (2) comporte un circuit de traitement (9) pour détecter l'ouverture et la fermeture mécanique du dispositif électrique d'admission (1).
11- Outil à main selon la revendication 10, dans lequel le dispositif d'admission de combustible (1) est commandé par un étage de puissance (4) contrôlé par un circuit (10) du microcontrôleur (2) de calcul du temps d'ouverture du dispositif d'admission et relié, en entrée, au circuit de traitement (9) du microcontrôleur (2).
12- Outil à main selon l'une des revendications 9 à 11, dans lequel le dispositif d'admission de combustible est une électrovanne (1) comprenant une bobine (15) et l'organe de mesure de courant (3) est en série avec la bobine (15).
13- Outil à main selon l'une des revendications 9 à 12, dans lequel il est prévu un circuit de protection et de réglage en tension et de stabilisation (7) en parallèle sur le dispositif d'admission (1).
14- Outil à main selon la revendication 13, dans lequel le circuit de protection et de réglage comporte une diode Zener (19) de réglage en tension et de stabilisation.
15- Outil à main selon la revendication 14, dans lequel la diode Zener (19) est montée en série avec une diode de décharge (18).
16- Outil à main selon l'une des revendications 8 à 14, dans lequel il est prévu un capteur de pression (20) en sortie du dispositif d'admission de combustible (1). 30 35