WO1999002834A1 - Circuit de commande de puissance, pour actionneur electromagnetique tel qu'injecteur ou electrovanne - Google Patents

Circuit de commande de puissance, pour actionneur electromagnetique tel qu'injecteur ou electrovanne Download PDF

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WO1999002834A1
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Bernard Boucly
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Magneti Marelli France
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    • H01F2007/1822—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current making use of an energy accumulator using a capacitor to produce a boost voltage

Definitions

  • the invention relates to a power control circuit for supplying electric current to an actuating coil of at least one electromagnetic actuator, such as a solenoid valve or a fuel injector, in particular for a combustion engine. internal direct injection.
  • electromagnetic actuators such as solenoid valves, in particular for exhaust gas recirculation installations of internal combustion engine of motor vehicles, and fuel injectors of internal combustion engines, include coils or windings of 'actuations to be powered by high intensity inrush currents, quick establishment and cutoff, in order to obtain precise actuation times, in particular precise times of fuel injection by injectors.
  • an injection engine in terms of both the power delivered, the pollution and the consumption, supposes that the injectors have a very short response time at opening as at closing, so that the effective durations of the fuel injection phases by the injectors correspond as precisely as possible to the durations calculated by an electronic control and calculation unit, commonly called engine control computer, which notably controls the injection of fuel, and, if necessary, ignition from engine operating parameters, such as engine speed, air pressure at the intake manifold, engine coolant temperature, oxygen content in gases which are detected by appropriate detectors.
  • engine control computer which notably controls the injection of fuel, and, if necessary, ignition from engine operating parameters, such as engine speed, air pressure at the intake manifold, engine coolant temperature, oxygen content in gases which are detected by appropriate detectors.
  • the electromagnetic injectors are opened by the supply of electric current to their actuating coil so as to develop a sufficiently intense electromagnetic force on a movable member of the injector, called a needle, for the deviate, against return springs, from a seat against which it is kept applied with sealing by said springs in the closed position.
  • FR-A-2 425 137 such a power control circuit has been proposed with an energy accumulation stage by charging a self-induction coil connected to the low-voltage power source and associated with first switching means controlled on closing to charge the self induction coil, then on opening at the same time as second switching means, associated with the actuating coil of the electromagnetic actuator and previously opened are ordered to close, to discharge the self induction coil in the actuating coil and obtain in the latter the rapid establishment of a current d 'high appeal.
  • the actuating coil of the electromagnetic actuator is used directly as a self-induction coil for the accumulation of energy in the stage. booster, in order to simplify the implementation and reduce the cost of such power control circuits.
  • the problem underlying the invention is to improve these known power control circuits so that their energy storage stage can store and then discharge more energy than the known circuits in order to be able to actuate electromagnetic actuators.
  • the power control circuit of the invention is characterized in that said self-induction coil is distinct from said actuation coil, and in that after charging the capacitor and before supplying said actuating coil, said switching control unit controls the closing of said first switching means for charging said self induction coil, so that on closing of said second switching means, said actuating coil is supplied by the simultaneous discharge of said capacitor and said self induction coil.
  • the power control circuit of the invention is neither more complex nor significantly more expensive, and essentially requires a modification of the control mode of the switching means which is provided by the switching control unit.
  • This modification of the control mode is reduced to a modification of control software when, advantageously, the switching means comprise electronic switches, in particular transistorized switches, controlled by a logic command delivered by the switching control unit, which comprises at minus a microprocessor or microcontroller.
  • the circuit of the invention advantageously further comprises third switching means, interposed between the power source and the self-induction coil, and controlled by the closing control unit to ensure the initial charges of the capacitor and the self induction coil, then, after the closing of the second switching means, cyclically controlled at opening and closing to ensure in the actuating coil, a holding current of intensity lower than that of the resulting inrush current simultaneous discharge of the capacitor and the inductor coil.
  • the coil of self induction and the capacitor can, in combination with the third switching means, serve for the maintenance of a holding current, thanks to a structure of converter from direct current to direct current which has the advantage of being with low electromagnetic radiation, because it can operate in quasi-resonance, so that the power circuit of the invention can comply with the more stringent electromagnetic emission standards which will soon be in force, in particular for equipment on board vehicles automobiles, such as solenoid valves and injectors, in particular for direct fuel injection installations.
  • third switching means it is possible, after the closing of the second switching means controlling the simultaneous discharge of the capacitor and of the self-induction coil in the actuating coil, and before the delivery of the holding current, to cyclically control the third means switches on opening and closing by the switching control unit, so as to maintain the inrush current at an intensity close to that resulting from the simultaneous discharge of the capacitor and the self induction coil in the coil actuation.
  • This maintenance phase of the inrush current at a high level can thus take place between the initial phase of rapid establishment of the inrush current and the phase of establishment of the sustaining current at a lower level of intensity.
  • the third switching means are advantageously controlled by the control unit with a variable opening cyclic ratio to ensure the holding current and / or maintain the inrush current.
  • the second switching means are controlled on opening by the control unit, preferably when the actuating coil is traversed by the holding current, so as to quickly cancel the current in this coil, to obtain a brief cut in current, necessary to obtain good operating accuracy of the actuator.
  • the circuit of the invention is also advantageous in that the booster stage can supply the actuating coils of at least two electromagnetic actuators in parallel, and in particular the coils of all the injectors of a motor with internal combustion.
  • the second and third switching means can be controlled on closing so as to obtain a recovery of the supply durations of at least two actuating coils, which makes it possible to manage the recoveries of injection duration, with a single power circuit this, in the case of applications to injection engines.
  • the third switching means and the self-induction coil form a converter which advantageously ensures an increase in the holding current during these recoveries.
  • FIG. 1 is a block diagram of the circuit of the invention for the parallel supply of the actuating coils of four injectors of an internal combustion engine of a direct injection vehicle
  • - Figure 2 is a timing diagram representing the changes in the voltage Vout at the common terminal of the capacitor and the charging diode and in the current iL of the self-induction coil as a function of the logic command of the first switching means during the phase of successive charges of the capacitor
  • FIG. 3 is a timing diagram schematically representing the evolution of the current i in an injector coil and the logic control of the second and third switching means for maintaining the inrush current and then obtaining the holding current, until the current in this coil
  • FIG. 4 represents timing diagrams showing in superposition the evolution respectively of the current i in an injector coil and of the voltage V at the terminals of this coil, as a function of the logic control of the first switching means during the discharge phase,
  • FIG. 5 represents the evolution of the current iL in the self-induction coil during the discharge
  • FIG. 6 shows timing diagrams showing the evolution of the currents il and i2 in the case of overlapping of the supplies of two injector coils, thus that the current iL in the inductive coil as a function of the logic commands of the first and third switching means in the recovery phase.
  • the power control circuit of FIG. 1 comprises a self-induction coil 1 connected by one end in series with a switch 2 connected to the "+" terminal of a low voltage direct current power supply source Vbat, which is the battery of a motor vehicle, the "-" terminal of which is earthed.
  • Vbat low voltage direct current power supply source
  • the coil 1 is connected in parallel to another switch 4, connected to ground, and, via a diode 5, on the one hand to a terminal of a capacitor 6, of which the 'other terminal is connected to ground, and, secondly, to four actuator coils of injectors 7, 8, 9 and 10, which are connected in parallel with each other, and each of which is connected to ground via one of four power switches, respectively
  • each injector coil 7 to 10 being limited, for example to around 80V, by a Zenner diode 15 in parallel on the switch 11,
  • a capacitor 17, with a value of approximately 0.5 ⁇ F to approximately 5 ⁇ F, and a reverse diode 18 are each mounted in parallel on the switch 2, and the diode 18 may be the diode integrated in a switching transistor. type M0S channel P constituting the switch 2.
  • a reverse diode 19 is connected in parallel to the switch 4, and this diode can be the integrated diode of a switching transistor of the MOS type channel N constituting the switch 4 .
  • All the switches 2, 4, 11, 12, 13 and 14 are solid-state electronic switches controlled on opening and closing by logic control signals of low and high levels delivered by a logic switching control unit 16 to microprocessors or microcontrollers, and which is connected to each of the switches ters controlled by a command line.
  • the coil 1, for example having a self-induction coefficient of about 10 ⁇ H to about 50 ⁇ H, is an energy storage coil.
  • the capacitor 6, for example with a capacity of between 1 and 10 ⁇ F, is a capacitor of a technology other than chemical, preferably, for storing capacitive energy and for ensuring an energy transfer from the coil of self induction 1 to at least one injector coil 7 to 10.
  • the switch 4 is cyclically controlled on closing and opening by the unit 16 to ensure, when the switch 2 is closed, charging the coil 1, for a time varying from approximately 20 ⁇ s to approximately lOO ⁇ s, when the switch 4 is closed, then to ensure the charging of the capacitor 6 through the diode 5, by transfer of inductive energy originating from the coil 1, when switch 4 is open.
  • the switch 2 is also controlled to close by the unit 16 for a time of approximately 10 ⁇ s to approximately 70 ⁇ s, to ensure the charging of the coil 1, then, in a later phase explained below, the switch 2 is controlled cyclically upon closing and opening by the unit 16 to ensure that the current is maintained at a determined value, of approximately 3 to 5 A, in at least one of the injector coils 7 to 10 supplied by closing the corresponding switch 11 to 14. Indeed, each of the switches 11 to 14 is intended to ensure the conduction of the corresponding injector coil 7 to 10.
  • the diode 5 has the function of preventing the discharge of the capacitor 6 by the switches 2 and 4 when they are closed.
  • the operating sequence of the circuit, controlled by the unit 16 is as follows: the closing of the switches 2 and 4 causes the load of the coil 1, traversed by a current iL which increases linearly by 0 to approximately 15 A for a time of approximately 20 ⁇ s to approximately 100 ⁇ s.
  • the open The switch 4 causes the capacitor 6 to charge by energy transfer from the coil 1 to the capacitor 6, through the diode 5.
  • the voltage across the capacitor 6 increases in an exponential curve, at the same time as occurs a current peak.
  • This sequence comprising a charge of the coil 1 followed by a charge of the capacitor 6 is renewed a certain number of times until the capacitor 6 is charged at a voltage of approximately 80 V. This sequence of successive charges is represented in FIG.
  • one of the switches of injector for example the switch 11, is closed, while the switch 2 remains closed and the switch 4 is open (see FIGS. 3 and 4), so that discharge of the coil occurs simultaneously 1 and of the capacitor 6 in the injector coil 7, traversed by an intense inrush current, which reaches 15 to 20 A after a time of 30 to 50 ⁇ s, and corresponds to the sum of the currents resulting from the capacitive discharge of the capacitor 6 and the inductive discharge of the coil 1. This establishes The rapidity of an intense inrush current is visible on the curves of Figures 3 and 4.
  • the control unit 16 cyclically controls the switch 2 with a variable opening duty cycle, which is then lowered to decrease the current to an intensity of approximately 3 to 5 A , then maintain it around this value to ensure a maintenance current for the injector in its coil 7.
  • the booster stage comprising the coil 1, the diode 5, the switch 4 and the capacitor 6, supplies the injector coils 7 to 10 in parallel.
  • the switch 2 and the two switches, for example 11 and 12 of the two coils of injectors 7 and 8 to be supplied with recovery, are controlled on opening by the control unit 16 so as to ensure this recovery of the supply times.
  • the curves (a) and (b) of Figure 6 show the currents il and i2 in the injector coils 7 and 8 after the two time-shifted closings of switch 4 - see curve (d) - to charge the coil 1 just before the offset closings of switches 11 and 12, which are at the origin of the currents il and i2.
  • the charges of the coil 1 resulting from the closings of the switch 4 are visible on the curve (c) of FIG. 6, representing the current iL in this coil 1.
  • the control of the switch 2 with a variable duty cycle after the openings of the switch 4 allows the holding current to be maintained and then the holding current to be obtained.

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Abstract

Le circuit de commande de puissance, pour l'alimentation d'une bobine (7-10) d'au moins un actionneur tel qu'un injecteur de carburant, comprend un étage survolteur connecté à une source (3) d'alimentation à basse tension, et comportant un condensateur (6) et une bobine de self induction (1) destinés à accumuler de l'énergie, et des premiers commutateurs (4) cycliquement fermés et ouverts par une unité de commande (16) pour successivement et à plusieurs reprises charger la bobine (1) à partir de la source (3) puis charger le condensateur (6) à partir de la bobine (1), et enfin charger à nouveau la bobine (1) avant de fermer les seconds commutateurs (11-14) pour assurer l'alimentation d'au moins une bobine d'actionnement (7-10) par décharge simultanée du condensateur (6) et de la bobine de self induction (1). Application à l'alimentation électrique des actionneurs électro-magnétiques tels qu'électrovanne et injecteurs pour moteur à combustion interne à injection directe.

Description

"CIRCUIT DE COMMANDE DE PUISSANCE, POUR ACTIONNEUR ELECTRO-MAGNETIQUE TEL QU' INJECTEUR OU ELECTROVANNE"
L'invention concerne un circuit de commande de puissance, pour l'alimentation en courant électrique d'une bobine d'actionnement d'au moins un actionneur électromagnétique, tel qu'une électrovanne ou un injecteur de carburant, en particulier pour moteur à combustion interne à injection directe. II est connu que certains actionneurs électromagnétiques, tels que les électrovannes, notamment pour les installations de recirculation des gaz d ' échappement de moteur à combustion interne de véhicules automobiles, et les injecteurs de carburant de moteurs à combustion interne, comprennent des bobines ou enroulements d' actionnements devant être alimentés par des courants d ' appel de forte intensité, à établissement et à coupure rapides, afin d'obtenir des durées d'actionnement précises, en particulier des durées précises d'injection de carburant par des injecteurs.
En effet, le bon fonctionnement d'un moteur à injection, aux plans tout à la fois de la puissance délivrée, de la pollution et de la consommation, suppose que les injecteurs présentent un temps de réponse très court à l'ouverture comme à la fermeture, afin que les durées effectives des phases d'injection de carburant par les injecteurs correspondent aussi précisément que possible aux durées calculées par une unité électronique de commande et calcul, communément appelée calculateur de contrôle moteur, qui commande notamment l'injection du carburant, et, le cas échéant, l'allumage à partir de paramètres de fonctionnement du moteur, tels que régime de rotation du moteur, pression d'air au collecteur d'admission, température du fluide de refroidissement du moteur, teneur en oxygène dans les gaz d'échappement, qui sont détectés par des détecteurs appropriés. Il est de plus connu que les injecteurs électromagnétiques sont ouverts par 1 ' alimentation en courant électrique de leur bobine d ' actionnement de sorte à développer une force électro-magnétique suffisamment intense sur un organe mobile de l' injecteur, appelé aiguille, pour l'écarter, à l' encontre de ressorts de rappel, d'un siège contre lequel il est maintenu appliqué avec étanchéité par lesdits ressorts en position de fermeture.
Pour obtenir un actionnement rapide, en particulier à l'ouverture, d'un injecteur sous une tension d'alimentation de sa bobine d'actionnement que cette dernière ne supporterait pas en permanence comme étant bien supérieure à la tension d ' alimentation normale de cette bobine à partir d'une source d'alimentation conventionnelle à basse tension et à courant continu, telle qu'une batterie de véhicule automobile, et alors que la tension d'alimentation normale doit suffire à assurer le maintien de l' injecteur dans son état d'ouverture après une ouverture rapide initiale, il a déjà été proposé d'associer à la commande d'un injecteur électromagnétique un étage d'accumulation d'énergie, qui est soumis à des moyens de commande de décharge en phase initiale d'alimentation de la bobine d'actionnement de chaque injecteur considéré, afin d'obtenir, dans cette phase initiale, un courant d'appel élevé, capable d'assurer une ouverture rapide de l' injecteur, puis, dans une phase ultérieure, un courant de maintien d'intensité réduite par rapport à celle du courant d'appel, et permettant de maintenir l' injecteur ouvert par l'alimentation de sa bobine d ' actionnement . Par FR-A-2 425 137, on a proposé un tel circuit de commande de puissance avec étage d'accumulation d'énergie par charge d'une bobine de self induction raccordée à la source d ' alimentation à basse tension et associée à des premiers moyens commutateurs commandés à la fermeture pour charger la bobine de self induction, puis à l'ouverture en même temps que des seconds moyens commutateurs, associés à la bobine d ' actionnement de 1 ' actionneur électro-magnétique et préalablement ouverts sont commandés à la fermeture, pour décharger la bobine de self induction dans la bobine d'actionnement et obtenir dans cette dernière l'établisse- ment rapide d'un courant d'appel élevé.
Parallèlement aux circuits de commande de puissance à décharge selfique, il a été proposé des circuits analogues à décharge capacitive. En particulier, on connait par FR-A-2 538 942, EP-A-0 548 915 et FR-A-2 735 591 des circuits de commande de puissance, pour l'alimentation électrique d'une bobine d'actionnement d'au moins un actionneur électro-magnétique, tel qu'un injecteur de carburant, les circuits comprenant un étage d'accumulation d'énergie ou survolteur, connecté à une source d'alimenta- tion en courant continu à basse tension, telle qu'une batterie de véhicule automobile, et comportant un condensateur d'accumulation d'énergie, une bobine de self induction pour l'accumulation d'énergie, et des premiers moyens commutateurs, commandés cycliquement à la fermeture et à l'ouverture par une unité de commande de commutation, pour assurer en succession au moins deux séquences consistant chacune à charger la bobine de self induction à partir de ladite source d'alimentation, puis à charger le condensateur à partir de la bobine de self induction et au travers d'une diode, et des deuxièmes moyens commutateurs, commandés à la fermeture par ladite unité de commande pour assurer une alimentation de ladite bobine d ' actionnement par la décharge dudit condensateur, pour obtenir également l'établissement rapide d ' un courant d ' appel élevé . Dans les circuits de commande de puissance à décharge capacitive décrits dans les trois documents de brevet précités, on utilise la bobine d'actionnement de 1 ' actionneur électro-magnétique directement comme bobine de self induction pour l'accumulation d'énergie dans l'étage survolteur, afin de simplifier la réalisation et réduire le coût de tels circuits de commande de puissance. Le problème à la base de 1 ' invention est de perfectionner ces circuits de commande de puissance connus de sorte que leur étage d ' accumulation d ' énergie puisse stocker puis décharger davantage d'énergie que les circuits connus pour pouvoir actionner des actionneurs électro-magnétiques nécessitant une grande puissance de commande, tels que les injecteurs électro-magnétiques pour l'injection directe de carburant dans les chambres de combustion de moteurs diesel ou de moteurs à allumage commandé, dans lesquels les injecteurs sont alimentés en carburant à haute pression et sont rappelés en position de fermeture par des ressorts de rappel puissants, sans que les circuits de commande de puissance de 1 ' invention soient beaucoup plus complexes ni beaucoup plus coûteux que les circuits connus. A cet effet, le circuit de commande de puissance de l'invention, du type présenté ci-dessus et connu par les trois documents de brevet précités, se caractérise en ce que ladite bobine de self induction est distincte de ladite bobine d'actionnement, et en ce qu'après la charge du condensateur et avant 1 ' alimentation de ladite bobine d'actionnement, ladite unité de commande de commutation commande la fermeture desdits premiers moyens commutateurs pour charger ladite bobine de self induction, de sorte qu'à la fermeture desdits deuxièmes moyens commutateurs, ladite bobine d'actionnement est alimentée par la décharge simultanée dudit condensateur et de ladite bobine de self induction.
Le transfert à la bobine d'actionnement de l'énergie accumulée dans le condensateur et dans la bobine de self induction par des décharges capacitive et selfique simultanées permet la commande en courant de la bobine d ' actionnement avec un courant pic élevé établi plus rapidement qu'avec les circuits de commande de puissance de l'état de la technique. Par rapport à ces derniers, le circuit de commande de puissance de l'invention n'est pas plus complexe ni sensiblement plus coûteux, et nécessite essentiellement une modification du mode de commande des moyens commutateurs qui est assuré par l'unité de commande de commutation. Cette modification du mode de commande se réduit à une modification d'un logiciel de commande lorsque, avantageusement, les moyens commutateurs comprennent des commutateurs électroniques, notamment transistorisés, pilotés par une commande logique délivrée par l'unité de commande de commutation, qui comprend au moins un microprocesseur ou microcontrôleur.
Le circuit de 1 ' invention comprend avantageusement de plus des troisièmes moyens commutateurs, interposés entre la source d'alimentation et la bobine de self induction, et commandés par l'unité de commande à la fermeture pour assurer les charges initiales du condensateur et de la bobine de self induction, puis, après la fermeture des deuxièmes moyens commutateurs, commandés cycliquement à 1 ' ouverture et à la fermeture pour assurer dans la bobine d'actionnement, un courant de maintien d'intensité inférieure à celle du courant d'appel résultant de la décharge simultanée du condensateur et de la bobine de self induc- tion. Ainsi, non seulement la bobine de self induction et le condensateur sont utilisés, dans un premier temps, comme réservoir d'énergie, restituée dans un second temps pour fournir un courant d ' appel élevé avec un temps de montée très rapide, mais la bobine de self induction et le conden- sateur peuvent, en combinaison avec les troisièmes moyens commutateurs, servir à l'entretien d'un courant de maintien, grâce à une structure de convertisseur de courant continu en courant continu qui a 1 ' avantage d ' être à faible rayonnement électro-magnétique, car pouvant fonctionner en quasi résonnance, de sorte que le circuit de puissance de l'invention peut respecter les normes d'émission électro-magnétiques plus strictes qui seront prochainement en vigueur, notamment pour des équipements embarqués sur véhicules automobiles, tels qu ' électrovannes et injecteurs, en particulier pour installation d'injection directe de carburant. Avantageusement de plus, grâce à la présence des troisièmes moyens commutateurs, il est possible, après la fermeture des deuxièmes moyens commutateurs commandant la décharge simultanée du condensateur et de la bobine de self induction dans la bobine d'actionnement, et avant la délivrance du courant de maintien, de commander cycliquement les troisièmes moyens commutateurs à l'ouverture et à la fermeture par l'unité de commande de commutation, de sorte à entretenir le courant d'appel à une intensité voisine de celle résultant de la décharge simultanée du condensateur et de la bobine de self induction dans la bobine d'actionnement. Cette phase d'entretien du courant d'appel à un niveau élevé peut ainsi se dérouler entre la phase initiale d ' établissement rapide du courant d ' appel et la phase d'établissement du courant de maintien à un niveau inférieur d ' intensité.
A cet effet, les troisièmes moyens commutateurs sont avantageusement commandés par l'unité de commande avec un rapport cyclique d * ouverture variable pour assurer le courant de maintien et/ou entretenir le courant d'appel. En outre, les deuxièmes moyens commutateurs sont commandés à l'ouverture par l'unité de commande, de préférence lorsque la bobine d ' actionnement est parcourue par le courant de maintien, de sorte à annuler rapidement le courant dans cette bobine, pour obtenir une coupure brève du courant, nécessaire à l'obtention d'une bonne précision de fonctionnement de l' actionneur.
Le circuit de 1 ' invention est également avantageux par le fait que l'étage survolteur peut alimenter en parallèle les bobines d'actionnement d'au moins deux actionneurs électro-magnétiques, et en particulier les bobines de tous les injecteurs d'un moteur à combustion interne. A cet effet, les deuxièmes et troisièmes moyens commutateurs peuvent être commandés à la fermeture de façon à obtenir un recouvrement des durées d ' alimentation d ' au moins deux bobines d'actionnement, ce qui permet de gérer les recouvrements de durée d'injection, avec un seul circuit de puissan- ce, dans le cas des applications aux moteurs à injection.
Dans cette configuration de gestion du recouvrement des durées d'actionnement des actionneurs, les troisièmes moyens commutateurs et la bobine de self induction forment un convertisseur qui assure avantageusement une augmentation du courant de maintien pendant ces recouvrements .
D ' autres avantages et caractéristiques de 1 ' invention découleront de la description donnée ci-dessous, à titre non limitatif, d'un exemple de réalisation décrit en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est un schéma synoptique du circuit de l'invention pour l'alimentation en parallèle des bobines d'actionnement de quatre injecteurs d'un moteur à combustion interne de véhicule à injection directe, - la figure 2 est un chronogramme représentant les évolutions de la tension Vout à la borne commune du condensateur et de la diode de charge et du courant iL de la bobine de self induction en fonction de la commande logique des premiers moyens commutateurs pendant la phase de charges successives du condensateur, la figure 3 est un chronogramme représentant schématiquement 1 ' évolution du courant i dans une bobine d' injecteur et la commande logique des seconds et troisièmes moyens commutateurs pour l'entretien du courant d'appel puis l'obtention du courant de maintien, jusqu'à la coupure du courant dans cette bobine,
- la figure 4 représente des chronogrammes montrant en superposition l'évolution respectivement du courant i dans une bobine d' injecteur et de la tension V aux bornes de cette bobine, en fonction de la commande logique des premiers moyens commutateurs pendant la phase de décharge,
- la figure 5 représente 1 ' évolution du courant iL dans la bobine de self induction pendant la décharge, et
- la figure 6 représente des chronogrammes montrant l'évolution des courants il et i2 dans le cas du recouvrement des alimentations de deux bobines d' injecteur, ainsi que le courant iL dans la bobine de self induction en fonction des commandes logiques des premiers et troisièmes moyens commutateurs en phase de recouvrement .
Le circuit de commande de puissance de la figure 1 comprend une bobine de self induction 1 connectée par une extrémité en série avec un commutateur 2 relié à la borne "+" d'une source d'alimentation 3 en courant continu à basse tension Vbat, qui est la batterie d'un véhicule automobile, dont la borne "-" est mise à la masse. Par son autre extrémité, la bobine 1 est connectée en parallèle à un autre commutateur 4, relié à la masse, et, par l'intermédiaire d'une diode 5, d'une part à une borne d'un condensateur 6, dont l'autre borne est reliée à la masse, et, d'autre part, à quatre bobines d'actionnement d' injecteurs 7, 8, 9 et 10, qui sont branchées en parallèle les unes sur les autres, et dont chacune est reliée à la masse par 1 ' intermédiaire de l'un respectivement de quatre commutateurs d'alimentation
11, 12, 13 et 14, la surtension aux bornes de chaque bobine d' injecteur 7 à 10 étant limitée, par exemple à environ 80V, par une diode Zenner 15 en parallèle sur le commutateur 11,
12, 13 ou 14 correspondant.
Un condensateur 17, d'une valeur d'environ 0,5 μF à environ 5 μF, et une diode inverse 18 sont montés chacun en parallèle sur le commutateur 2, et la diode 18 peut être la diode intégrée à un transistor de commutation de type M0S canal P constituant le commutateur 2. De même, une diode inverse 19 est branchée en parallèle sur le commutateur 4, et cette diode peut être la diode intégrée d ' un transistor de commutation de type MOS canal N constituant le commuta- teur 4.
Tous les commutateurs 2, 4, 11, 12, 13 et 14 sont des commutateurs électroniques transistorisés pilotés à 1 ' ouverture et à la fermeture par des signaux de commande logiques de niveaux bas et haut délivrés par une unité de commande logique de commutation 16 à microprocesseurs ou microcontrôleurs, et qui est reliée à chacun des commuta- teurs commandés par une ligne de commande.
La bobine 1, ayant par exemple un coefficient d'auto-induction d'environ 10 μH à environ 50 μH, est une bobine d'accumulation d'énergie. Le condensateur 6, par exemple d'une capacité comprise entre 1 et 10 μF, est un condensateur d'une technologie autre que chimique, de préférence, pour stocker de l'énergie capacitive et pour assurer un transfert d'énergie de la bobine de self induction 1 vers au moins une bobine d' injecteur 7 à 10. Le commutateur 4 est commandé de façon cyclique à la fermeture et à l'ouverture par l'unité 16 pour assurer, lorsque le commutateur 2 est fermé, la charge de la bobine 1, pendant un temps variant d'environ 20μs à environ lOOμs, lorsque le commutateur 4 est fermé, puis pour assurer la charge du condensateur 6 au travers de la diode 5, par transfert d'énergie inductive provenant de la bobine 1, lorsque le commutateur 4 est ouvert. Le commutateur 2 est également commandé à la fermeture par l'unité 16 pendant un temps d'environ 10 μs à environ 70 μs, pour assurer la charge de la bobine 1, puis, dans une phase ultérieure expliquée ci-dessous, le commutateur 2 est commandé de façon cyclique à la fermeture et à l'ouverture par l'unité 16 pour assurer le maintien du courant à une valeur déterminée, d'environ 3 à 5 A, dans l'une au moins des bobines d'injec- teur 7 à 10 alimentées par la fermeture du commutateur 11 à 14 correspondant. En effet, chacun des commutateurs 11 à 14 est destiné à assurer la mise en conduction de la bobine d' injecteur 7 à 10 correspondante. La diode 5 a pour fonction d'éviter la décharge du condensateur 6 par les commutateurs 2 et 4 lorsqu'ils sont fermés.
Tous les commutateurs 11 à 14 étant ouverts, le séquencement de fonctionnement du circuit, commandé par l'unité 16 est le suivant : la fermeture des commutateurs 2 et 4 entraîne la charge de la bobine 1, parcourue par un courant iL qui croît linéairement de 0 à environ 15 A pendant un temps d'environ 20 μs à environ 100 μs . L'ouver- ture du commutateur 4 entraîne la charge du condensateur 6 par transfert d'énergie de la bobine 1 vers le condensateur 6, au travers de la diode 5. La tension aux bornes du condensateur 6 croît selon une courbe exponentielle, en même temps que se produit un pic de courant . Cette séquence comprenant une charge de la bobine 1 suivie d ' une charge du condensateur 6 est renouvelée un certain nombre de fois jusqu'à charger le condensateur 6 à une tension de 80 V environ. Cette séquence de charges successives est représen- tée sur la figure 2, dont les courbes (a) et (b) représentent la tension Vout au point A du circuit de la figure 1, qui est à la borne commune au condensateur 6 et à la diode 5, et le courant iL dans la bobine 1, en fonction de la commande logique du commutateur 4 ( courbe ( c ) ) , le commuta- teur 2 étant fermé et donc passant pendant cette phase. Le circuit, dans lequel la bobine 1, le commutateur 4, la diode 5 et le condensateur 6 constituent un étage survolteur, est ensuite en situation d'attente jusqu'à un instant précédent la fermeture de l'un au moins des commutateurs 11 à 14 pour alimenter au moins une bobine d' injecteur 7 à 10. Juste avant la commande d'un injecteur, le commutateur 4 est fermé, comme montré sur la figure 4, pour charger à nouveau la bobine 1. Puis l'un des commutateurs d' injecteur, par exemple le commutateur 11, est fermé, alors que le commuta- teur 2 reste fermé et que le commutateur 4 est ouvert (voir figures 3 et 4 ) , de sorte qu'il se produit simultanément une décharge de la bobine 1 et du condensateur 6 dans la bobine d' injecteur 7, parcourue par un courant d'appel intense, qui atteint de 15 à 20 A après un temps de 30 à 50 μs, et correspond à la somme des courants résultant de la décharge capacitive du condensateur 6 et de la décharge selfique de la bobine 1. Cet établissement rapide d'un courant d'appel intense est visible sur les courbes des figures 3 et 4.
L'entretien du courant d'appel est ensuite assuré par la commande cyclique du commutateur 2 pour ajuster le courant dans la bobine d' injecteur 7 à une valeur désirée et variant entre 15 et 20 A comme représenté sur la figure 3. L'unité de commande 16 commande cycliquement le commutateur 2 avec un rapport cyclique d'ouverture variable, qui est ensuite abaissé pour diminuer le courant à une intensité de 3 à 5 A environ, puis le maintenir autour de cette valeur pour assurer un courant de maintien de l' injecteur dans sa bobine 7.
Enfin, l'arrêt du courant dans la bobine d' injecteur 7 est obtenu par la commande de 1 ' ouverture du commutateur 11, entraînant l'annulation rapide du courant (figure 3).
Pendant la décharge simultanée du condensateur 6 et de la bobine 1 dans la bobine 7, le courant iL dans la bobine 1 évolue comme montré sur la figure 5.
Avec un seul circuit de puissance selon 1 ' invention, il est possible de commander simultanément l'alimentation de deux bobines d' injecteur telles que 7 et 8 par exemple. En effet, l'étage survolteur comprenant la bobine 1, la diode 5, le commutateur 4 et le condensateur 6, alimente en parallèle les bobines d' injecteurs 7 à 10. Le commutateur 2 et les deux commutateurs par exemple 11 et 12 des deux bobines d' injecteurs 7 et 8 à alimenter en recouvrement, sont commandés à l'ouverture par l'unité de commande 16 de façon à assurer ce recouvrement des durées d'alimentation. Les courbes (a) et (b) de la figure 6 montrent les courants il et i2 dans les bobines d' injecteur 7 et 8 après les deux fermetures décalées dans le temps du commutateur 4 - voir courbe (d) - pour charger la bobine 1 juste avant les fermetures décalées des commutateurs 11 et 12, qui sont à l'origine des courants il et i2. Les charges de la bobine 1 résultant des fermetures du commutateur 4 sont visibles sur la courbe (c) de la figure 6, représentant le courant iL dans cette bobine 1. Enfin, la commande du commutateur 2 avec un rapport cyclique variable après les ouvertures du commutateur 4 (voir courbe (e) de la figure 6) permet le maintien du courant d'appel puis l'obtention du courant de maintien. On constate pour la bobine 7, une augmentation du courant de maintien il fourni par le convertisseur constitué par la bobine 1 et le commutateur 2, dans un facteur de 2, comme représenté sur la courbe (a) de la figure 6, pendant la période de recouvrement, qui commence à l'établissement du courant i2 (fermeture du commutateur 12) et se termine à la coupure (non représentée sur la figure 6) du courant il (à l'ouverture du commutateur 11).

Claims

REVENDICATIONS
1. Circuit de commande de puissance, pour l'alimen- tation en courant électrique d'une bobine d'actionnement (7-
10) d'au moins un actionneur électro-magnétique, tel qu'un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne, le circuit comprenant un étage survolteur connecté à une source (3) d'alimentation en courant continu à basse tension, telle qu'une batterie de véhicule, et comportant un condensateur (6) d'accumulation d'énergie, une bobine de self induction (1) pour l'accumulation d'énergie, et des premiers moyens commutateurs ( 4 ) commandés cycliquement à la fermeture et à l'ouverture par une unité de commande de commutation (16), pour assurer en succession au moins deux séquences consistant chacune à charger la bobine de self induction (1) à partir de ladite source d'alimentation (3), puis à charger le condensateur (6) à partir de la bobine de self induction ( 1 ) et au travers d ' une diode ( 5 ) , et des seconds moyens commutateurs (11-14), commandés à la fermeture par ladite unité de commande (16) pour assurer l'alimentation de ladite bobine d'actionnement (7-10) par décharge dudit condensateur (6), caractérisé en ce que ladite bobine de self induction (1) est distincte de ladite bobine d'actionnement (7-10), et en ce qu'après la charge du condensateur (6) et avant l'alimentation de ladite bobine d'actionnement (7-10), ladite unité de commande de commutation (16) commande la fermeture desdits premiers moyens commutateurs ( 4 ) pour charger ladite bobine de self induction (1), de sorte qu'à la fermeture desdits deuxièmes moyens commutateurs (11-14), ladite bobine d'actionnement (7-10) est alimentée par la décharge simultanée dudit condensateur ( 6 ) et de ladite bobine de self induction (1).
2. Circuit de commande de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des troisièmes moyens commutateurs (2) interposés entre ladite source d'alimentation (3) et ladite bobine de self induction (1), et commandés par ladite unité de commande (16) à la fermeture pour assurer les charges initiales dudit condensateur (6) et de ladite bobine de self induction (1), puis, après la fermeture desdits deuxièmes moyens commutateurs (11-14), commandés cycliquement à l'ouverture et à la fermeture pour assurer dans ladite bobine d ' actionnement ( 7- 10), un courant de maintien d'intensité inférieure à celle du courant d ' appel résultant de la décharge simultanée dudit condensateur (6) et de ladite bobine de self induction (1).
3. Circuit de commande de puissance selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'après la fermeture desdits deuxièmes moyens commutateurs (11-14) commandant la décharge simultanée du condensateur ( 6 ) et de la bobine de self induction (1) dans la bobine d'actionnement (7-10), et avant la délivrance dudit courant de maintien, lesdits troisièmes moyens commutateurs ( 2 ) sont commandés cycliquement à l'ouverture et à la fermeture par ladite unité de commande (16) de sorte à entretenir le courant d'appel à une intensité voisine de celle résultant de la décharge simultanée du condensateur (6) et de la bobine de self induction (1) dans la bobine d'actionnement (7-10).
4. Circuit de commande de puissance selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les troisièmes moyens commutateurs (2) sont commandés par ladite unité de commande (16) avec un rapport cyclique d'ouverture variable pour assurer ledit courant de maintien et/ou entretenir ledit courant d'appel.
5. Circuit de commande de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens commutateurs (11-14) sont commandés à l'ouverture par ladite unité de commande (16) de sorte à annuler rapidement le courant d'alimentation de la bobine d'actionnement (7-10).
6. Circuit de commande de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens commutateurs (2, 4, 11-14) comprennent des commutateurs électroniques pilotés par une commande logique délivrée par ladite unité de commande de commutation (16), qui comprend au moins un microprocesseur ou microcontrôleur.
7. Circuit de commande de puissance selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'étage survolteur (1, 4, 5, 6)alimente en parallèle les bobines d'actionnement (7-10) d'au moins deux actionneurs électromagnétiques et lesdits deuxièmes (11-14) et troisiè- mes ( 2 ) moyens commutateurs sont commandés à la fermeture de façon à obtenir un recouvrement des durées d'alimentation d'au moins deux bobines d'actionnement (7-10).
8. Circuit de commande de puissance selon la revendication 7, caractérisé en ce que les troisièmes moyens commutateurs (2) et la bobine de self induction (1) forment un convertisseur assurant une augmentation du courant de maintien pendant un recouvrement de durées d ' alimentation d'au moins deux bobines d'actionnement (7-10).
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