FR3094408A1 - Procédé de commande d’un injecteur de carburant haute pression - Google Patents

Procédé de commande d’un injecteur de carburant haute pression Download PDF

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Abstract

Procédé de commande d’un injecteur de carburant muni d’un solénoïde d’actionnement d’une aiguille ouvrant l’injecteur et d’un ressort de rappel de ladite aiguille en position fermée, le solénoïde étant alimenté par un moyen de commande comprenant un premier potentiel connecté au drain d’un premier transistor, la source du premier transistor étant connectée à l’anode d’une première diode, la cathode de la première diode étant connectée à la cathode d’une deuxième diode, à un premier connecteur du solénoïde et à la source d’un deuxième transistor, le drain d’un deuxième transistor étant connecté à un deuxième potentiel, l’anode de la deuxième diode étant connectée à la masse, le deuxième potentiel étant connecté à la masse par l’intermédiaire d’une capacité et à la cathode d’une troisième diode, l’anode de la troisième diode étant connectée à un deuxième connecteur du solénoïde et au drain d’un troisième transistor, la source du troisième transistor étant connectée à la masse. Pas de figure

Description

Procédé de commande d’un injecteur de carburant haute pression
L’invention a pour domaine technique la commande d’injecteurs de carburant à haute pression, en plus particulièrement, la génération des tensions de commande de tels injecteurs.
Les injecteurs de carburant à haute pression comprennent une aiguille actionnée par un solénoïde et par un ressort de rappel.
Afin de déclencher l’injection de carburant, l’aiguille est soulevée de sorte à ouvrir l’orifice de l’injecteur et à mettre en communication l’admission de carburant, tel qu’un rail commun d’injection, avec la chambre de combustion. Pour réaliser cela, on fait circuler un courant dans le solénoïde avec une intensité suffisante pour générer une force magnétique supérieure à la force de rappel du ressort.
Afin de stopper l’injection, l’aiguille doit être renfoncée dans l’injecteur de sorte à fermer l’orifice de l’injecteur. Pour réaliser cela, on interrompt la circulation de courant dans le solénoïde. La force magnétique étant interrompue, le ressort de rappel ramène l’aiguille dans sa position de repos, fermant l’orifice de l’injecteur.
Dans la suite de la description, on considérera de façon indistincte le solénoïde de l’injecteur ou l’injecteur dans le cadre de l’alimentation électrique et de la commande.
Plus précisément, l’ouverture d’un injecteur de carburant haute pression, nécessite un courant d’appel, ou courant pic noté PEAK dans la suite de la description, permettant de soulever l’aiguille jusqu’à la position d’ouverture. Une fois la position ouverte atteinte, on maintient l’ouverture grâce à des courants d’intensité inférieures présentant une première intensité et une deuxième intensité, et notés respectivement HOLD1 et HOLD2 dans la suite de la description. La figure 1 illustre ces différents courants lors d’une phase d’injection de carburant.
La génération du courant PEAK implique une régulation en courant à partir d’un potentiel Vboost.
La génération des courants HOLD1 et HOLD2 implique une régulation de courant. De par leur intensité et leur régulation, les courants HOLD1 et HOLD2 peuvent être obtenus à partir de la tension de batterie Vbat.
Lorsque le courant PEAK a été généré, la valeur du potentiel Vboost est réduite de sorte qu’il est nécessaire de la remonter avant une nouvelle génération de courant PEAK.
Pour réaliser cela, on commande généralement le moyen de commande de sorte à générer un courant de la batterie vers le potentiel Vboost. Un tel mécanisme implique que la tension de batterie Vbat est inférieure au potentiel Vboost.
Toutefois, dans certains véhicules, la batterie présente une tension de 48V pouvant varier dans une grande gamme de valeurs. La tension de batterie Vbat peut alors être supérieure au potentiel Vboost. Il est alors nécessaire d’employer un circuit abaisseur de tension, également appelé circuit buck, afin de régénérer le potentiel Vboost.
Dans le cas de l’alimentation d’un injecteur de carburant à partir d’une batterie automobile de 48V, le circuit abaisseur de tension requis est particulièrement imposant et coûteux.
Il existe un besoin pour une commande d’un injecteur de carburant à haute pression ne requérant pas de circuit abaisseur de tension distinct des moyens de commande afin de réduire l’encombrement et le coût de la commande d’injecteur de carburant.
Il n’existe pas de moyens de commande d’un injecteur de carburant à haute pression ne requérant pas de circuit abaisseur de tension distinct des moyens de commande.
Le problème technique identifié ci-dessus demeure.
L’invention a pour objet un procédé de commande d’un injecteur de carburant à haute pression pour un moteur à combustion interne d’un véhicule automobile, l’injecteur étant muni d’un solénoïde d’actionnement d’une aiguille ouvrant l’injecteur et d’un ressort de rappel de ladite aiguille en position fermée, le solénoïde de l’injecteur de carburant étant alimenté en courant par un moyen de commande comprenant un premier potentiel connecté au drain d’un premier transistor, la source du premier transistor étant connectée à l’anode d’une première diode, la cathode de la première diode étant connectée à la cathode d’une deuxième diode, à un premier connecteur du solénoïde de l’injecteur, et à la source d’un deuxième transistor de puissance, le drain d’un deuxième transistor étant connecté à un deuxième potentiel, l’anode de la deuxième diode étant connectée à la masse, le deuxième potentiel étant connecté à la masse par l’intermédiaire d’une capacité, le deuxième potentiel étant également connecté à la cathode d’une troisième diode, l’anode de la troisième diode étant connectée à un deuxième connecteur du solénoïde de l’injecteur et au drain d’un troisième transistor, la source du troisième transistor étant connectée à la masse par l’intermédiaire d’une résistance.
Le moyen de commande comprend en outre une diode additionnelle connectée par son anode à la source du deuxième transistor et par sa cathode au premier connecteur de l’injecteur,
le procédé de commande comprend les étapes suivantes :
  • on détermine si le deuxième potentiel est inférieur au seuil de potentiel permettant de générer un courant d’ouverture de l’aiguille de l’injecteur,
  • si tel est le cas, on détermine si le premier potentiel est supérieur au deuxième potentiel,
  • si tel est le cas, on détermine si une injection n’est pas requise,
  • si tel est le cas, on commande les transistors du moyen de commande d’abord dans un premier état dans lequel on commande le premier transistor passant et le deuxième transistor et le troisième transistor non passants puis après détection d’un courant de charge du solénoïde supérieur à un courant de référence à travers le premier transistor, on commande les transistors dans un deuxième état dans lequel on commande le premier transistor, le deuxième transistor et le troisième transistor non passants se sorte à obtenir un effet de transfert de charge entre le premier potentiel en entrée et le deuxième potentiel,
  • on attend une durée prédéterminée permettant au solénoïde de se décharger,
  • on détermine si le deuxième potentiel est inférieur au seuil de potentiel permettant de générer un courant d’ouverture de l’aiguille de l’injecteur,
  • si tel est le cas, le procédé reprend à la charge du solénoïde de l’injecteur.
Lorsque l’on a déterminé qu’une injection est requise, on peut déterminer si une régulation du courant circulant dans le solénoïde de l’injecteur est en cours,
  • si tel est le cas, lorsqu’une décroissance du courant régulé est requise, on commande le premier transistor non passant de sorte à décharger le solénoïde de l’injecteur en faisant circuler le courant dans la deuxième diode et la troisième diode, tout en commandant le deuxième transistor et troisième transistor non passants.
Le premier potentiel peut être égal au potentiel d’une batterie alimentant le véhicule automobile.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 illustre les principales évolutions du courant circulant dans le solénoïde de l’injecteur lors d’une injection,
La figure 2 illustre les principaux éléments d’un circuit abaisseur de tension,
La figure 3 illustre les principaux éléments d’un moyen de commande d’un injecteur,
La figure 4 illustre les principaux éléments d’un moyen de commande d’un injecteur modifié lorsque le deuxième potentiel est supérieur au premier puits de potentiel, et
La figure 5 illustre les principales étapes d’un procédé de commande d’un injecteur.
La figure 2 illustre un circuit abaisseur de tension employé pour régénérer le potentiel Vboost.
Le circuit abaisseur de tension 1 comprend une première entrée E1, une deuxième entrée E2, une première sortie S1 et une deuxième sortie S2.
Un transistor T est connecté par son drain à la première entrée E1 et par sa source à une extrémité de l’inductance L ainsi qu’à la cathode d’une diode d’entrée De.
L’autre extrémité de l’inductance L est connectée à l’anode d’une diode de sortie Ds. La cathode de la diode de sortie Ds est connectée à la première sortie S1 et à une extrémité d’une capacité Cs, l’autre extrémité de la capacité Cs étant connectée à la deuxième entrée E2, à la deuxième sortie S2 et à l’anode de la diode d’entrée De.
Une tension d’entrée Ve est appliquée entre les deux entrées E1, E2, alors que le transistor T est commandé fermé si la tension de sortie Vs est inférieure à sa tension nominale. Le courant dans l’inductance L augmente, jusqu'à sa valeur de charge.
Lorsque l’on commande l’ouverture du transistor T, l’inductance L est déchargée à travers la diode d’entrée De et les deux sorties S1,S2. La tension de sortie Vs inférieure à la tension d’entrée Ve précédemment appliquée permettant de fournir le courant continu demandé par une charge en sortie.
Il est à noter que le condensateur Cs est chargé durant la charge et la décharge de l’inductance L. Le condensateur Cs se décharge ensuite lorsque un courant additionnel est appelé en sortie. Le condensateur Cs permet de lisser la tension de sortie.
Le transistor T est commuté suffisamment rapidement de sorte à pouvoir charger rapidement la capacité en sortie pour fournir le courant à une charge.
Sur la figure 3, on peut voir la structure d’un moyen de commande 2 d’un injecteur de carburant à haute pression.
Le moyen de commande comprend un premier potentiel Vbat, connecté généralement à la batterie. Le premier potentiel Vbat est connecté au drain d’un premier transistor de puissance T1. La source du premier transistor de puissance T1 est connectée à l’anode d’une première diode D1. La cathode de la première diode D1 est connectée à la cathode d’une deuxième diode D2, à un premier connecteur de l’injecteur INJ, et à la source d’un deuxième transistor de puissance T2. Le drain du deuxième transistor de puissance T2 est connecté à un deuxième potentiel Vboost. Le deuxième potentiel Vboost est généralement connecté à un circuit élévateur de tension 1 tel qu’illustré par la figure 2.
L’anode de la deuxième diode D2 est connectée à la masse.
Le deuxième potentiel Vboost est connecté à la masse par l’intermédiaire d’une capacité C.
Le deuxième potentiel Vboost est également connecté à la cathode d’une troisième diode D3, l’anode de la troisième diode D3 étant connectée à un deuxième connecteur de l’injecteur INJ et au drain d’un troisième transistor de puissance T3. La source du troisième transistor de puissance T3 est connectée à la masse par l’intermédiaire d’une résistance R.
Le moyen de commande comprend également un moyen de mesure du premier potentiel Vbat, un moyen de mesure du second potentiel Vboost et un moyen de mesure de l’intensité circulant dans la résistance R.
La commande des trois transistors T1,T2,T3 permet de générer et réguler les différents courants alimentant l’injecteur INJ.
En particulier, si le premier transistor T1 est commandé non passant alors que le deuxième transistor T2 et le troisième transistor T3 sont commandés passants, un courant circule du deuxième potentiel Vboost à travers l’injecteur INJ et la résistance R vers la masse.
L’intensité obtenue correspond alors au courant PEAK. La génération d’un tel courant annule ou diminue fortement une grande partie du deuxième potentiel Vboost. Il est alors nécessaire de remonter le potentiel du deuxième potentiel Vboost jusqu’à un niveau prédéterminé permettant de générer le courant PEAK.
Si le premier transistor T1 et le deuxième transistor T2 sont commandés non passants alors que le troisième transistor T3 est commandé passant, un courant circule à travers la deuxième diode D2, l’injecteur INJ et la résistance R vers la masse.
L’intensité du courant circulant dans l’injecteur INJ décroît alors vers le courant HOLD1 qui est ensuite régulé.
Un mécanisme similaire est employé pour réguler l’intensité lorsque l’on passe d’un courant HOLD1 à un courant HOLD2, qui est ensuite régulé.
Si le premier transistor T1 et le troisième transistor T3 sont commandés passants alors que le deuxième transistor T2 est commandé non passant, un courant circule du premier potentiel Vbat à travers la première diode D1, l’injecteur INJ et la résistance R vers la masse.
L’intensité du courant circulant dans l’injecteur INJ croit alors vers le courant HOLD1. Une nouvelle phase pour faire décroître le courant est alors enclenchée comme décrit précédemment.
Un mécanisme similaire est employé pour faire croître l’intensité lorsque l’on régule l’intensité du courant autour d’une valeur spécifiée, par exemple autour HOLD 2.
Si le premier transistor T1, le deuxième transistor T2 et le troisième transistor T3 sont commandés non passants, un courant circule à travers la deuxième diode D2, l’injecteur INJ, la troisième diode D3, le deuxième potentiel Vboost, le condensateur C vers la masse.
L’intensité du courant circulant dans l’injecteur INJ décroît alors rapidement permettant d’atteindre une intensité nulle et de couper l’ouverture de l’injecteur et de transiter du courant HOLD2 à une intensité nulle.
L‘inventeur s’est aperçu que la structure du moyen de commande 2 de l’injecteur comprenait des éléments en commun avec la structure d’un circuit abaisseur de tension tel qu’illustré sur la figure 2.
On peut ainsi voir que le transistor T de la figure 2 correspond au premier transistor T1 de la figure 3, la diode d’entrée De de la figure 2 à la deuxième diode D2 de la figure 3, la diode de sortie Ds de la figure 2 à la troisième diode D3 de la figure 3, la capacité Cs de la figure 2 au condensateur C de la figure 3 et l’inductance L au solénoïde de l’injecteur INJ dans lequel le courant circule.
On peut utiliser le moyen de commande afin de remonter le deuxième potentiel Vboost jusqu’au potentiel requis pour obtenir le courant PEAK à partir d’une tension de batterie supérieure au potentiel requis pour obtenir le courant PEAK.
Pour réaliser cela, lorsque l’inductance de l’injecteur INJ est déchargée à une valeur nulle correspondant à une coupure de l’injecteur, on commande le premier transistor T1 passant de sorte à charger l’injecteur INJ, tout en commandant le deuxième transistor T2 et troisième transistor T3 non passants.
On génère ainsi un courant permettant de remonter le potentiel du deuxième potentiel Vboost.
La décharge de l’inductance peut être obtenue par le fonctionnement attendu du moyen de commande, notamment en commandant le premier transistor T1 et le deuxième transistor T2 non passants et le troisième transistor T3 non passant.
On obtient ainsi une diminution de la charge de l’injecteur de sorte à obtenir une topologie similaire à un circuit abaisseur de tension.
Toutefois, lorsque le potentiel Vbat est supérieur au potentiel Vboost, un courant inverse peut circuler à travers le deuxième transistor T2 lorsque le premier transistor T1 est commandé passant car cela a pour effet d’augmenter le potentiel Vboost au-dessus de la tension de fonctionnement du deuxième transistor T2. Afin d’éviter une telle situation préjudiciable une diode additionnelle Dadd est ajoutée de sorte à empêcher la circulation d’un courant du premier potentiel Vbat vers le deuxième potentiel Vboost à travers le deuxième transistor T2.
La diode additionnelle Dadd, doit être disposée de sorte que sa cathode soit connectée à la cathode de la première diode D1, à la cathode de la deuxième diode D2, et à l’injecteur INJ, tandis que son anode est connectée à la source du deuxième transistor T2. La figure 4 illustre un moyen de commande modifié comprenant une diode additionnelle Dadd.
Le moyen de commande de l’injecteur échange avec une unité de commande électronique des instructions de commutation des transistors T1, T2, T3 et transmet des valeurs des potentiels et courants mesurés. L’unité de commande électronique est ainsi apte à déterminer la phase courante de commande l’injecteur, selon les instructions reçues du contrôle moteur et en liaison avec l’évolution du courant circulant dans l’injecteur illustré par la figure 1.
Le procédé de commande l’injecteur s’applique ainsi au moyen de commande de l’injecteur et à son unité de commande électronique.
Sur la figure 5, on peut voir que le procédé de commande de l’injecteur comprend une première étape STEP1 au cours de laquelle on détermine la valeur du deuxième potentiel puis on détermine si le deuxième potentiel est inférieur à un seuil de potentiel prédéterminé, permettant de générer un courant PEAK d’ouverture de l’aiguille de l’injecteur.
Si tel n’est pas le cas, le deuxième potentiel est déjà au niveau requis pour générer le courant PEAK. Le procédé reprend alors à la première étape STEP1.
Si tel est le cas, le procédé se poursuit par une deuxième étape STEP2 au cours de laquelle on détermine la valeur du deuxième potentiel puis on détermine si le premier potentiel Vbat est supérieur au deuxième potentiel Vboost.
Si tel n’est pas le cas, le procédé reprend à la première étape STEP1.
Si tel est le cas, le procédé se poursuit par une troisième étape STEP3 au cours de laquelle on détermine si une injection n’est pas requise.
Si tel est le cas, le procédé se poursuit par une troisième étape STEP4 au cours de laquelle on commande les transistors d’abord dans un premier état du moyen de commande dans lequel on commande le premier transistor T1 passant et le deuxième transistor T2 et le troisième transistor T3 non passants lors d’une première sous-étape SS1 puis après détection d’un courant de charge de l’inductance supérieur à un courant de référence à travers le premier transistor T1 , on commande les transistors dans un deuxième état dans lequel on commande le premier transistor T1, le deuxième transistor T2 et le troisième transistor T3 non passants, lors d’une deuxième sous-étape SS2. Le procédé reprend alors à la première étape STEP1.
Lors du premier état, on charge l’inductance de l’injecteur avec un courant de référence inférieur au courant d’activation de l’injecteur alimenté par le premier potentiel Vbat de façon similaire à la charge d’un circuit abaisseur de tension.
Lors du deuxième état, on décharge l’inductance de l’injecteur dans le deuxième potentiel Vboost.
Au cours d’une troisième sous-étape SS3, on attend une durée prédéterminée permettant au solénoïde de se décharger. Il est à noter que le temps d’attente est égal à une valeur fixe permettant de définir une fréquence équivalente à la fréquence d’un circuit boost.
Au cours d’une quatrième sous-étape SS4, on détermine si le deuxième potentiel est inférieur au seuil de potentiel permettant de générer un courant d’ouverture de l’aiguille de l’injecteur.,
si tel est le cas, le procédé reprend à la charge du solénoïde de l’injecteur à l’étape SS1.
Si tel n’est pas le cas, le procédé reprend à l’étape STEP1.
Si, lors de la troisième étape STEP3, on a déterminé qu’une injection est requise, le procédé se poursuit par une quatrième étape STEP5, au cours de laquelle, lors d’une troisième sous-étape SS5, on détermine si une régulation du courant circulant dans l’injecteur est en cours.
Si tel n’est pas le cas, le procédé reprend à la première étape STEP1.
Si tel est le cas, au cours d’une quatrième sous-étape SS6, on détermine lorsqu’une décroissance du courant régulé est requise. Lorsque tel est le cas, on commande le premier transistor T1 non passant de sorte à décharger l’injecteur INJ dans le deuxième potentiel, tout en commandant le deuxième transistor T2 et troisième transistor T3 non passants. Le procédé reprend ensuite à la première étape STEP1.
Dès lors que l’on régule le courant circulant dans l’injecteur, on peut ainsi récupérer une fraction de l’énergie servant à décharger l’injecteur de sorte à remonter le deuxième potentiel vers la valeur prédéterminée, alors que la tension de batterie est supérieure au deuxième potentiel.
Le procédé de commande permet d’utiliser les composants du moyen de commande pour former un circuit abaisseur de tension afin de remonter le deuxième potentiel à partir d’une tension de batterie supérieure à la tension du deuxième potentiel. Si une injection est en cours, on réutilise l’énergie devant être fournie à l’injecteur afin d’en réguler le courant à une valeur de consigne, notamment HOLD1 et HOLD2. Si aucune injection n’est requise, on commande le moyen de commande de sorte à pouvoir charger le solénoïde de l’injecteur vers le deuxième potentiel sous la forme d’un circuit abaisseur de tension puis de le décharger classiquement.
Ainsi, on peut utiliser la structure du moyen de commande sur toutes les phases de fonctionnement de l’injecteur.

Claims (3)

  1. Procédé de commande d’un injecteur de carburant à haute pression pour un moteur à combustion interne d’un véhicule automobile, l’injecteur étant muni d’un solénoïde d’actionnement d’une aiguille ouvrant l’injecteur et d’un ressort de rappel de ladite aiguille en position fermée, le solénoïde de l’injecteur de carburant étant alimenté en courant par un moyen de commande comprenant un premier potentiel connecté au drain d’un premier transistor (T1), la source du premier transistor (T1) étant connectée à l’anode d’une première diode (D1), la cathode de la première diode (D1) étant connectée à la cathode d’une deuxième diode (D2), à un premier connecteur du solénoïde de l’injecteur, et à la source d’un deuxième transistor (T2) de puissance, le drain d’un deuxième transistor (T2) étant connecté à un deuxième potentiel, l’anode de la deuxième diode (D2) étant connectée à la masse, le deuxième potentiel étant connecté à la masse par l’intermédiaire d’une capacité (C), le deuxième potentiel étant également connecté à la cathode d’une troisième diode, l’anode de la troisième diode étant connectée à un deuxième connecteur du solénoïde de l’injecteur et au drain d’un troisième transistor (T3), la source du troisième transistor (T3) étant connectée à la masse par l’intermédiaire d’une résistance.
    caractérisé par le fait que le moyen de commande comprend en outre une diode additionnelle connectée par son anode à la source du deuxième transistor (T2) et par sa cathode au premier connecteur de l’injecteur,
    le procédé de commande comprenant les étapes suivantes :
    • on détermine si le deuxième potentiel est inférieur au seuil de potentiel permettant de générer un courant d’ouverture de l’aiguille de l’injecteur,
    • si tel est le cas, on détermine si le premier potentiel est supérieur au deuxième potentiel,
    • si tel est le cas, on détermine si une injection n’est pas requise,
    • si tel est le cas, on commande les transistors du moyen de commande d’abord dans un premier état dans lequel on commande le premier transistor (T1) passant et le deuxième transistor (T2) et le troisième transistor (T3) non passants puis après détection d’un courant de charge du solénoïde supérieur à un courant de référence à travers le premier transistor (T1), on commande les transistors (T1,T2,T3) dans un deuxième état dans lequel on commande le premier transistor (T1), le deuxième transistor (T2) et le troisième transistor (T3) non passants de sorte à d’obtenir un effet de transfert de charge entre le premier potentiel en entrée et le deuxième potentiel,
    • on attend une durée prédéterminée permettant au solénoïde de se décharger,
    • on détermine si le deuxième potentiel est inférieur au seuil de potentiel permettant de générer un courant d’ouverture de l’aiguille de l’injecteur,
    • si tel est le cas, le procédé reprend à la charge du solénoïde de l’injecteur.
  2. Procédé de commande selon la revendication précédente dans lequel, lorsque l’on a déterminé qu’une injection est requise, on détermine si une régulation du courant circulant dans le solénoïde de l’injecteur est en cours.
    • si tel est le cas, lorsqu’une décroissance du courant régulé est requise, on commande le premier transistor (T1) non passant de sorte à décharger le solénoïde de l’injecteur en faisant circuler le courant dans la deuxième diode (D2) et la troisième diode, tout en commandant le deuxième transistor (T2) et troisième transistor (T3) non passants.
  3. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier potentiel est égal au potentiel de la batterie alimentant le véhicule automobile.
FR1903118A 2019-03-26 2019-03-26 Procédé de commande d’un injecteur de carburant haute pression Active FR3094408B1 (fr)

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