WO2003038918A2 - Dispositif de commande d'un actuateur piezo-electrique - Google Patents

Dispositif de commande d'un actuateur piezo-electrique Download PDF

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Arnaud Dal
Jean-Michel Muguet
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Renault S.A.S.
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Definitions

  • Control device for an electronically controlled piezoelectric ultrasonic actuator and its implementation method.
  • the present invention relates to a device for controlling an electronically controlled piezoelectric ultrasonic actuator, and more particularly a piezoelectric stage fuel injector controlled by the electronic injection computer of an internal combustion engine in a motor vehicle. It also relates to a method of implementing said device. More specifically, the problem which the invention aims to solve is the excitation of the piezoelectric cells to vibrate the structure of an injector described in the French patent application, filed under number 99 14548 in the name of the Applicant. This type of injector is intended to spray the fuel very finely, with calibrated droplets to ensure precise dosing and small enough to ensure complete and homogeneous vaporization of the injected fuel.
  • Such an injector comprises inter alia a cylindrical nozzle supplied with fuel and at the end of which is an injection orifice, and means for cyclically vibrating the nozzle, such as a transducer, comprising a ceramic stage piezoelectric at the terminals of which the electrical voltage is varied to modify its thickness between two extreme positions corresponding to the opening and closing of the injector, to within a reduction ratio.
  • a piezoelectric injector ceramic is equivalent, in the first order, to a capacity with a high charging voltage, greater than a hundred volts.
  • This transducer is controlled in duration and intensity by the electronic engine control system to produce an oscillating opening at ultrasonic frequency from the nozzle nose.
  • the object of the present invention is to generate an alternating signal of high frequency to excite the piezoelectric cells from a source of direct voltage.
  • the battery supplies a supply voltage of 12 or 42 volts, which implies increasing this voltage by a DC-DC voltage step-up converter powered by the low voltage of the battery.
  • a first object of the invention is a device for controlling at least one ultrasonic piezoelectric actuator, electronically controlled from a control computer and from a DC voltage source, characterized in that it includes a voltage step-up converter DC / AC powered by the DC voltage source, the high voltage output of which is connected to an oscillating circuit consisting of the actuator and a resonance inductor, said converter being composed of an assembly with at least one transformer at at least one primary winding connected to the voltage source by at least one controllable switch and a single secondary winding delivering an alternating excitation signal from the piezoelectric actuator.
  • the voltage step-up converter is composed of a bridge mounting to at least one transformer, having at least one primary winding, produced from a first arm made up of two bridge switches in series and at least one second arm in parallel with the first arm and also consisting of two bridge switches in series, the midpoint of the second arm being connected to the midpoint of the first arm by a load consisting of the primary winding of the transformer whose secondary winding is connected to the oscillating circuit consisting of a resonance inductor and at least one piezoelectric actuator.
  • the voltage step-up converter is composed of a bridge assembly with at least one transformer, having at least one primary winding, produced from a first arm made up of two bridge switches in series and at least one second arm in parallel with the first arm and also consisting of two bridge switches in series, the midpoint of the second arm being connected to the midpoint of the first arm by a load comprising the primary winding of the transformer and a resonance inductor, the secondary winding of the transformer then being connected to at least one piezoelectric actuator to be excited.
  • the voltage step-up converter is composed of a Push-Pull type assembly with at least one transformer, having two primary windings wound in opposite directions on the same core and mounted in parallel across the terminals of the voltage source by two alternately controllable winding selection switches, the single secondary winding of the transformer being connected the oscillating circuit formed by a resonance inductor and at least one piezoelectric actuator.
  • the voltage step-up converter is composed of a push-pull type assembly with at least one transformer having two primary windings wound in opposite directions on the same core and mounted in parallel across the terminals of the voltage source, connected in series with the resonance inductor, by means of two alternately controllable winding selection switches, the single secondary winding of the transformer being connected to a piezoelectric actuator selected by the computer control.
  • a second object of the invention is a method of implementing a control device for at least one piezoelectric ultrasonic actuator, composed of a bridge mounting, characterized in that, for controlling a given actuator, the control computer controls on the one hand the closing of the selection means connected to said actuator and on the other hand simultaneously, in a first phase the closing of a first pair of bridge switches consisting of a first switch of the first arm and of a second switch of a second arm and the opening of the second pair formed by the two other switches of said arms, and in a second phase the switching of said four switches in an opposite position so as to obtain a periodic voltage across the secondary winding of the transformer, these two phases being repeated a determined number of times during the operating time of the actuator to generate a high voltage signal on and high frequency on the piezoelectric actuator from the DC voltage source.
  • the pilot control computer in a first phase the simultaneous closing of a first pair of bridge switches consisting of a first switch of the first arm and of a second switch of a second arm and the opening of the second pair formed by the two other switches of said arms, and in a second phase the switching of said four switches in a reverse position so as to obtain a periodic voltage across the terminals of the secondary winding of the transformer, these two phases being repeated a determined number of times during the duration of operation of the actuator to generate a high voltage and high frequency signal on the piezoelectric actuator from the DC voltage source.
  • the method of implementing a device for controlling at least one ultrasonic piezoelectric actuator, composed of a Push-Pull type assembly is characterized in that, for the command of a given actuator, the pilot control computer in a first phase, on the one hand the closing of one of the selection switches of the transformer corresponding to the actuator to be excited, and on the other hand the closing of a first selection switch for the primary winding to be supplied and the opening of the second selection switch, and in a second phase, the opening of the first selection switch and the closing of the second switch to obtain a periodic voltage across the terminals of the secondary winding of the transformer, these two phases being repeated a determined number of times during the injection time.
  • FIGS. 1 to 4 the electronic diagram of several embodiments of a first structure to a transformer of a control device according to the invention
  • the invention consisting in generating a high voltage sinusoidal signal, greater than one hundred volts, and high frequency, greater than ten kilohertz, on the piezoelectric cell of each fuel injector of a vehicle from a DC voltage source, either the battery or the output of a power DC converter, it offers different topologies ensuring the excitation of said piezoelectric ceramics, through an inductor to form a resonant circuit.
  • These structures are valid from 1 to N injectors, N being an integer preferably equal to 4, 5, 6, 8, 10 or 12.
  • the number of injectors ordered is 4 in the following description.
  • All the topologies described represent structures with at least one transformer having only one winding at the secondary and one or two windings at the primary.
  • the device for controlling a piezoelectric actuator I among 4, i integer varying from 1 to 4, comprises a source B of direct voltage E - a battery or the output of a DC-DC converter for example -, whose terminal (-) is connected to ground and whose terminal (+) is connected to a bridge assembly whose middle load is l primary winding L, of a transformer.
  • This transformer includes two windings wound around the same core, as shown by the stars on the diagram, a primary winding L, and a secondary winding L 2 , whose high voltage output v s is connected to an oscillating circuit consisting of piezoelectric ceramic I, and with an inductance L of resonance. This resonance inductance is determined as a function of the operating frequency of the piezoelectric injector.
  • This bridging is carried out from two arms mounted in parallel at the terminals of the voltage source B and each consisting of two bridge switches P, and P 2 in series controllable alternately, respectively P 3 and P 4 , whose midpoints J 1 ( respectively J 2 , are connected to the two terminals of the primary winding L.,.
  • the diagram represents four piezoelectric ceramics I ,, ..., 1 ;, ..., I 4 which are mounted in parallel and, according to a first mode of realization, chosen successively by means of a controllable selection switch K; mounted in series with each of them.
  • injectors having simple electrical insulation that is to say that one of the two electrodes of the piezoelectric cell is connected to the metal ground or to a fixed potential, one of their terminals is connected to the mass.
  • the switch K is controlled by a logic signal from the injection computer , so that the high voltage output v s of the transformer is precisely connected to this injector.
  • this control circuit is as follows, depending on the control of the various switches.
  • the control signal sent by the injection computer controls on the one hand the closing of the selection switch K, connected to the injector I, chosen and on the other hand the simultaneous closing of the switching switches bridge P n and P 4 , thus connecting the terminal J-, of the primary winding L 1 to the terminal (+) of the battery B and its terminal J 2 to the terminal (-) of the battery.
  • the voltage v, at the terminals of the primary winding L is equal to + E, so that the voltage v s at the terminals of the secondary winding L 2 is positive and equal to + mE by the effect of the transformation ratio, to allow the charge through the resonance inductance L of the actuator I, selected by the switch K,, controlled by the computer.
  • the signal commands the opening of the switches P 1 and P 4 and the simultaneous closing of the two switches P 2 and P 3 , thus connecting terminal J, from the primary winding to terminal (-) of battery B and its terminal J 2 to terminal (+) and the voltage v 1 at its negative terminals is equal to -E.
  • the voltage v s at the terminals of the secondary winding L 2 becomes negative and equal to -mE.
  • the voltage v ci at the terminals of the injector l j is then a sinusoidal signal of the same period as the voltage v s at the terminals of the secondary winding L 2 , as shown in FIG. 5b, oscillating between a maximum value + v m and a minimum value -v m .
  • the injection computer then successively controls the other injectors I, - connected in parallel.
  • the four injectors I are linked in pairs by a relay R 5 and R 6 respectively, each connected to a terminal of a selection switch K 5 and K 6 respectively, the other terminal of which is connected to the resonance inductor L intended to constitute an oscillating circuit with each injector successively.
  • the injection computer first controls the relays then simultaneously the selection and bridge switches to select the injector to be controlled.
  • the operation of the control device is as follows illustrated by the graphical representations of the different voltages as a function of time which are the subject of FIGS. 6a to 6i.
  • the computer controls the resting of the relay R 5 (FIG. 6a) towards the injector I., while the relay R 6 is in the rest position, as well as the closing of the switch K 5 (figure (6b) and the opening of the switch K 6 (figure 6d), for the purpose of connecting the actuator I., to the resonant inductor L. , between the instants t 0 and t ,, the voltage v s at the terminals of the secondary winding L 2 is a square periodic signal, oscillating between the extreme values + mE and -mE (FIG.
  • each selection switch corresponds to the injection time, which can vary between 100 ⁇ s and 5 ms for an engine with four injectors.
  • the period T Pi of the square signal v s at the terminals of the secondary winding of each transformer depends exclusively on the structure of the injectors, the resonant frequency F Pi varying between 10 kHz and 1 MHz.
  • the computer controls at the instant t 2 the switching of the second relay R 6 to the working position in the purpose of being able to excite the injector l 3 , at the next instant t 3 (FIG. 6c).
  • the relay R 5 is switched to the working position while the relay R 6 is always switched to the working position towards the injector l 3 , and simultaneously the switch K 6 is closed until l 'instant t 4 while the switch K 5 is open from instant t , so that the voltage v s at the terminals of the secondary winding L 3 causes the resonance of the oscillating circuit constituted by the inductance L and l injector l 3 to which it is then connected.
  • the voltage signal v c3 at the terminals of the injector l 3 is a sinusoid of maximum amplitude mGE between the following instants t 3 and t 4 (FIG. 6h).
  • the switch K 5 is again closed and the switch K 6 is open, but the relay R 5 is switched to the injector l 2 therefore its control is the reverse of that existing between instants t 0 and t ,.
  • the voltage signal v c2 at the terminals of the injector l 2 is a sinusoid of maximum amplitude mGE between the following instants t 5 and t 6 (FIG. 6g).
  • the switch K 6 is again closed while the switch K 5 is open, and the two relays R 5 and R 6 are in the rest position, therefore the relay R 6 is switched towards the injector l 4 , and its command is the reverse of that existing between the instants t 3 and t 4 .
  • the voltage signal v c4 at the terminals of the injector l 4 is a sinusoid of maximum amplitude mGE between the following instants t 7 and t 8 (FIG. 6i).
  • the transformer of the control device has two windings 5? and - ⁇ f in the primary constituting a Push-Pull type assembly with the secondary circuit.
  • These two primary windings wound in opposite directions on the same core as shown by the stars in the diagram, are mounted in parallel at the terminals of the voltage source B, each by a controllable switch for selecting the winding, P 5 and P 6 respectively.
  • the secondary winding L 2 is connected to the oscillating circuit consisting of the resonance inductor L and each of the injectors li alternately.
  • this control device depends on the injection computer which successively controls the switches P 5 and P 6 so that the voltage from the voltage source B supplies each of the primary windings .S? and .Sf one after the other.
  • the closure of the switch P 5 is controlled at the same time as the opening of the switch P 6, the voltage v 1 at the terminals of the winding A.
  • the voltage + E is equal to the voltage + E, and creates a voltage v s at the terminals of the secondary winding L 2 equal to + mE, and when the closing of the switch P 6 is in turn controlled at the same time as the opening of the switch P 5 , then the voltage v 2 across the winding . ⁇ is equal to the voltage -E, and creates a voltage v s across the secondary winding L 2 equal to -mE, to achieve excitation by a square alternating voltage of the oscillating circuit formed by the resonance inductor L and the injector l ⁇ controlled by the computer by command of the switch PC, corresponding selection.
  • the fourth embodiment shown in FIG. 4, relates to a control device according to the invention produced by a Push-Pull type assembly, comprising a transformer with three windings as described above, but of which the four injectors l
  • the resonance inductor L placed in the secondary circuit of the transformer to the primary circuit, as shown by the two nonlimiting examples shown in FIGS. 7 and 8.
  • the inductor L is placed in series with the primary winding L, of the transformer between the two junction points J, and J 2 of the switch bridge, so that the tension at the terminals of this winding is sinusoidal.
  • the resonance inductor L is mounted between the terminal (+) of the voltage source B and the junction point of the two primary windings .S? and . ⁇ f constituting a Push-Pull type assembly. It is possible to replace the resonance inductor L, placed at the primary as at the secondary of the transformer, by the leakage inductance of the latter.
  • another version can use several inductors in series with each of the injectors.
  • control device can be produced according to a second structure with several transformers, in particular with a number N of transformers equal to the number of actuators to be controlled.
  • FIG. 10 shows an example of bridge mounting with four transformers, wound on four different cores and each having a primary winding L to L 14 and a secondary winding L 21 to L 24 wound as indicated by the signs appearing in the diagram.
  • Each secondary winding L 2i is connected to the terminals of a fuel injector l
  • a voltage source B delivers a direct voltage E at the terminals of a circuit with four bridges in parallel, produced from a first arm common to the four bridges and consisting of two bridge switches ⁇ and $ in series controllable alternately, and four other second arms in parallel, also made up of two switches P Vl and P 2i in series.
  • the midpoint J 2i of each second arm is connected to the midpoint of the first arm by a load comprising the primary winding L Vt of one of the transformers in series with an inductance L of resonance.
  • junction point J 3 is the two bridge switches S and S $ is connected to a terminal of an inductance L of resonance, the other terminal of which is connected to the first terminal J common to the four primary windings L 1r
  • Each of their second respective terminals J 2l is connected to the junction point J 2 , of the corresponding second arm, mounted in parallel with the two switches ⁇ and ⁇ of the first arm.
  • a variant consists in replacing the load inductor located on the primary circuits of the transformers by four inductors each placed between the secondary winding of each transformer and each injector with which it constitutes an oscillating circuit.
  • This variant preferably uses the leakage inductors of the secondary windings.
  • this control circuit is as follows, depending on the control of the various switches.
  • the control signal sent by the injection computer for the excitation of an injector I, controls the simultaneous closing of the bridge switches ⁇ f and P 2
  • the voltage v 1 ( at the terminals of the primary winding L , is equal to + GE, so that the voltage v s at the terminals of the secondary winding L 2 , has an amplitude equal to + mGE by the effect of the transformation ratio to allow the excitation of actuator I, selected by the computer.
  • the signal commands the simultaneous closing of the other two switches ⁇ and P 1 ( of the two arms and the opening of the two switches @ and P 2
  • becomes negative and equal to -mGE.
  • FIG. 11 shows a second example of a Push-Pull mounting arrangement with four separate transformers, each having two primary windings L ,, and L,, i integer varying from 1 to 4, wound around the same core in opposite directions and one winding secondary L 21 to L 24 wound like show the different signs shown in the diagram.
  • Each secondary winding L 2i is connected to a resonance inductor L Ri producing an oscillating circuit with the fuel injector l
  • This resonance inductance L Ri can advantageously be the leakage inductance of the secondary winding.
  • a voltage source B delivers a direct voltage E across the terminals of four double branches mounted in parallel, each consisting of a switch S, - for selecting the transformer intended to excite the chosen injector, in series with the two primary windings Lu and L ' r ⁇ mounted in parallel and intended to be supplied alternately by the voltage source by means of two winding selection switches X ⁇ e, controllable and connected to earth.
  • a first terminal common to the two primary windings L, j and L ' Vl in parallel is connected to a transformer selection switch S j , and the other terminal is connected for one to a first selection switch 3T of the winding and the other to a second selection switch AXX.
  • this circuit depends on the command of the various switches, sent by the injection computer.
  • the control signal controls on the one hand the closing of one of the selection switches of the transformer, S., for example, to choose the transformer corresponding to the injector I, to be excited, and on the other hand apart from the closing of a first selection switch t of the winding L adoptedfor example and the opening of the second switch A? X 2 to apply a voltage v tone across the terminals of the first primary winding L 1
  • the voltage v s1 across the secondary winding L 21 is equal to + mE.
  • FIG. 12 shows a variant of the second mounting example of Push-Pull type with four transformers, in which the resonance inductors L Ri connected to each injector are replaced by inductors L ' Ri placed in the primary circuit of each transformer, a of their terminals being connected to the controllable switch S
  • placed in the primary circuit of each transformer by two resonance inductors each placed in series with one of the primary windings L. ,, and L ' Yl , in particular produced by the leakage inductances of said windings.
  • control device can be produced according to a third bridge structure with two transformers, ie a transformer which can be connected to two actuators to be controlled, chosen by a relay.
  • FIG. 13 shows an example of bridge mounting with two transformers wound on two different cores, each having a single primary winding XX and a single secondary winding Xf ⁇ , i integer equal to
  • the primary circuit comprises an assembly with two bridges in parallel across the terminals of a voltage source B delivering a direct voltage E across the terminals of a first arm common to the two bridges, consisting of two bridge switches, and in series controllable alternately and two other second arms in parallel also made up of two bridge switches ⁇ and ⁇ in series.
  • each second arm is connected to the midpoint J 4 of the first arm by a load consisting of the primary winding XT ⁇ in series with an inductance L of resonance.
  • the junction point J 4 of the two bridge switches L Z and ⁇ in series is connected to a first terminal of the resonance inductor L, the other terminal of which is connected to the terminal ⁇ common to the two primary windings. S, and XZ 2 .
  • Each secondary winding -Sf. is connected for example to a relay R 7 , respectively R 8 , alternately controllable, capable of connecting to two injectors I, and l 2 , respectively l 3 and l 4 .
  • the engine control computer determines the injector to be excited and simultaneously controls the relay which must connect it to the corresponding transformer and the switches of the bridge which must connect said transformer to the voltage source B.
  • the relay R 7 is closed on said injector, and to supply the secondary winding -S ⁇ of the corresponding transformer, on the one hand the switch ⁇ of the first arm is closed while the other switch ê ⁇ is open and on the other hand the switch t 2 of the second arm is closed so that the voltage v -,., at the terminals of the primary winding - ⁇ , is equal to + E, and therefore the voltage v s at the terminals of the secondary winding Ax ⁇ is equal to + mE.
  • the control signal from the computer controls the opening of the switch.
  • FIG. 14 represents a second embodiment of a bridge assembly with two transformers, each having a single primary winding. and a single secondary winding Sf journeyi integer equal to 1 or 2, in which the resonance inductor L is not mounted at the primary of the transformers but is replaced by a resonance inductor L R2
  • the selection switches K of the actuators and 3X of the primary windings of the transformers are bidirectionally current controllable, and for this can be produced from two semiconductors connected in series or in parallel. It can for example be two MOSFET transistors connected in series.
  • the actuator selection relays R are of the electromechanical type, monostable and having a break contact and a work contact.
  • P and ⁇ * bridge switches if they are placed directly behind the battery, they are of the N-channel MOSFET type, preferably for their low voltage drops. When placed behind a DC-DC converter, these switches can be of the MOSFET type or
  • transformer selection switches S they are preferably of the P channel MOSFET type, for their low voltage drops.
  • the load inductance constituting a resonant circuit with an injector is determined so as to give the maximum resonance at the excitation frequency.

Abstract

L'invention concerne un dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore, piloté électroniquement à partir d'un calculateur de contrôle et d'une source de tension continue, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur-élévateur de tension continue/alternative alimenté par la source (B) de tension continue, constitué d'un montage en pont ou de type Push-Pull, dont la sortie haute tension est reliée à un circuit oscillant constitué de l'actuateur (Ii) et d'une inductance (L) de résonance, ledit convertisseur étant composé d'un montage avec au moins un transformateur à au moins un enroulement primaire relié à la source de tension (B) par au moins un interrupteur commendable et un enroulement secondaire unique délivrant un signal alternatif haute tension et haute fréquence d'excitation de l'actuateur piézo-électrique. Elle concerne également un procédé de mise en oeuvre du dispositif. Application aux injecteurs piézo-électriques ultrasonores, pour l'injection de carburant dans un moteur thermique de véhicule automobile.

Description

Titre : Dispositif de commande d'un actuateur piézo-électrique ultrasonore piloté électroniquement, et son procédé de mise en œuvre.
La présente invention concerne un dispositif de commande d'un actuateur piézo-électrique ultrasonore piloté électroniquement, et plus particulièrement d'un injecteur de carburant à étage piézo-électrique piloté par le calculateur d'injection électronique d'un moteur à combustion interne dans un véhicule automobile. Elle concerne également un procédé de mise en œuvre dudit dispositif. Plus précisément, le problème que vise à résoudre l'invention est l'excitation des cellules piézo-électriques pour faire vibrer la structure d'un injecteur décrit dans la demande de brevet français, déposée sous le numéro 99 14548 au nom de la Demanderesse. Ce type d'injecteur est destiné à pulvériser très finement le carburant, avec des gouttelettes calibrées pour assurer un dosage précis et suffisamment petites pour assurer la vaporisation complète et homogène du carburant injecté. Un tel injecteur comporte entre autres une buse cylindrique alimentée en carburant et à l'extrémité de laquelle est ménagé un orifice d'injection, et des moyens de mise en vibration cyclique de la buse, tel qu'un transducteur, comportant un étage en céramique piézo- électrique aux bornes de laquelle on fait varier la tension électrique pour modifier son épaisseur entre deux positions extrêmes correspondant à l'ouverture et à la fermeture de l'injecteur, à un rapport de démultiplication près. Une céramique piézo-électrique d'injecteur est équivalente, au premier ordre, à une capacité dont la tension de chargement est élevée, supérieure à une centaine de volts. Ce transducteur est piloté en durée et en intensité par le système électronique de contrôle moteur pour réaliser une ouverture oscillante à fréquence ultrasonore du nez de la buse.
Le but de la présente invention est de générer un signal alternatif de fréquence élevée pour exciter les cellules piézo-électriques à partir d'une source de tension continue. Dans un véhicule automobile, la batterie fournit une tension d'alimentation de valeur 12 ou 42 volts, ce qui implique d'augmenter cette tension par un convertisseur-élévateur de tension en courant continu DC-DC alimenté par la basse tension de la batterie.
Pour cela, un premier objet de l'invention est un dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore, piloté électroniquement à partir d'un calculateur de contrôle et d'une source de tension continue, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur-élévateur de tension continue/alternative alimenté par la source de tension continue, dont la sortie haute tension est reliée à un circuit oscillant constitué de l'actuateur et d'une inductance de résonance, ledit convertisseur étant composé d'un montage avec au moins un transformateur à au moins un enroulement primaire relié à la source de tension par au moins un interrupteur commandable et un enroulement secondaire unique délivrant un signal alternatif d'excitation de l'actuateur piézo-électrique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le convertisseur-élévateur de tension est composé d'un montage en pont à au moins un transformateur, ayant au moins un enroulement primaire, réalisé à partir d'un premier bras constitué de deux interrupteurs de pont en série et d'au moins un deuxième bras en parallèle avec le premier bras et constitué aussi de deux interrupteurs de pont en série, le point milieu du deuxième bras étant relié au point milieu du premier bras par une charge constituée de l'enroulement primaire du transformateur dont l'enroulement secondaire est relié au circuit oscillant constitué d'une inductance de résonance et d'au moins un actuateur piézoélectrique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le convertisseiir-élévateur de tension est composé d'un montage en pont à au moins un transformateur, ayant au moins un enroulement primaire, réalisé à partir d'un premier bras constitué de deux interrupteurs de pont en série et d'au moins un deuxième bras en parallèle avec le premier bras et constitué aussi de deux interrupteurs de pont en série, le point milieu du deuxième bras étant relié au point milieu du premier bras par une charge comprenant l'enroulement primaire du transformateur et une inductance de résonance, l'enroulement secondaire du transformateur étant alors relié à au moins un actuateur piézo-électrique à exciter.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le convertisseur-élévateur de tension est composé d'un montage de type Push-Pull à au moins un transformateur, ayant deux enroulements primaires bobinés en sens inverse sur le même noyau et montés en parallèle aux bornes de la source de tension par deux interrupteurs de sélection de l'enroulement commandables alternativement, l'enroulement secondaire unique du transformateur étant relié au circuit oscillant formé d'une inductance de résonance et d'au moins un actuateur piézo-électrique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le convertisseur-élévateur de tension est composé d'un montage de type Push-Pull à au moins un transformateur ayant deux enroulements primaires bobinés en sens inverse sur le même noyau et montés en parallèle aux bornes de la source de tension, montée en série avec l'inductance de résonance, par l'intermédiaire de deux interrupteurs de sélection de l'enroulement commandables alternativement, l'enroulement secondaire unique du transformateur étant relié à un actuateur piézo-électrique sélectionné par le calculateur de contrôle.
Un second objet de l'invention est un procédé de mise en œuvre d'un dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore, composé d'un montage en pont, caractérisé en ce que, pour la commande d'un actuateur donné, le calculateur de contrôle pilote d'une part la fermeture des moyens de sélection reliés audit actuateur et d'autre part simultanément, dans une première phase la fermeture d'un premier couple d'interrupteurs de pont constitué d'un premier interrupteur du premier bras et d'un second interrupteur d'un second bras et l'ouverture du second couple formé des deux autres interrupteurs desdits bras, et dans une seconde phase la commutation desdits quatre interrupteurs dans une position inverse de façon à obtenir une tension périodique aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur, ces deux phases étant répétées un nombre déterminé de fois pendant la durée de fonctionnement de l'actuateur pour générer un signal haute tension et haute fréquence sur l'actuateur piézo-électrique à partir de la source de tension continue.
Selon une autre caractéristique de l'invention, pour la commande d'un actuateur donné, le calculateur de contrôle pilote, dans une première phase la fermeture simultanée d'un premier couple d'interrupteurs de pont constitué d'un premier interrupteur du premier bras et d'un second interrupteur d'un second bras et l'ouverture du second couple formé des deux autres interrupteurs desdits bras, et dans une seconde phase la commutation desdits quatre interrupteurs dans une position inverse de façon à obtenir une tension périodique aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur, ces deux phases étant répétées un nombre déterminé de fois pendant la durée de fonctionnement de l'actuateur pour générer un signal haute tension et haute fréquence sur l'actuateur piézo-électrique à partir de la source de tension continue.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé de mise en œuvre d'un dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore, composé d'un montage de type Push-Pull, est caractérisé en ce que, pour la commande d'un actuateur donné, le calculateur de contrôle pilote dans une première phase, d'une part la fermeture d'un des interrupteurs de sélection du transformateur correspondant à l'actuateur à exciter, et d'autre part la fermeture d'un premier interrupteur de sélection de l'enroulement primaire à alimenter et l'ouverture du second interrupteur de sélection, et dans une seconde phase, l'ouverture du premier interrupteur de sélection et la fermeture du second interrupteur pour obtenir une tension périodique aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur, ces deux phases étant répétées un nombre déterminé de fois pendant la durée d'injection.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de plusieurs modes de réalisation d'un dispositif de commande d'un actionneur piézo-électrique, illustrée par les figures suivantes qui sont : les figures 1 à 4 : le schéma électronique de plusieurs modes de réalisation d'une première structure à un transformateur d'un dispositif de commande selon l'invention ; les figures 5a et 5b, 6a à 6i : les variations temporelles des tensions aux bornes des différents éléments d'un dispositif de commande selon l'invention ; les figures 7 à 9 : le schéma électronique de différentes variantes de la première structure d'un dispositif de commande selon l'invention ; les figures 10 à 12 : le schéma électronique de plusieurs modes de réalisation d'une deuxième structure à quatre transformateurs d'un dispositif de commande selon l'invention ; les figures 13 et 14 : le schéma électronique de plusieurs modes de réalisation d'une troisième structure à deux transformateurs d'un dispositif de commande selon l'invention. Pour ces exemples non limitatifs de modes de réalisation, les éléments portant les mêmes références sur les différentes figures remplissent les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats.
L'invention consistant à générer un signal sinusoïdal haute tension, supérieure à une centaine de volts, et haute fréquence, supérieure à une dizaine de kilohertz, sur la cellule piézo-électrique de chaque injecteur de carburant d'un véhicule à partir d'une source de tension continue, soit la batterie, soit la sortie d'un convertisseur DC de puissance, elle propose différentes topologies assurant l'excitation desdites céramiques piézoélectriques, à travers une inductance pour constituer un circuit résonant. Ces structures sont valables de 1 à N injecteurs, N étant un entier préférentiellement égal à 4, 5, 6, 8, 10 ou 12. A titre d'exemple non limitatif, le nombre d'injecteurs commandés est 4 dans la description suivante.
Toutes les topologies décrites représentent des structures avec au moins un transformateur n'ayant qu'un seul enroulement au secondaire et un ou deux enroulements au primaire.
Selon une première structure avec un seul transformateur, comme le montre le schéma de la figure 1 , le dispositif de commande d'un actuateur piézo-électrique I, parmi 4, i entier variant de 1 à 4, comporte une source B de tension continue E - une batterie ou la sortie d'un convertisseur DC-DC par exemple -, dont la borne (-) est reliée à la masse et dont la borne (+) est reliée à un montage en pont dont la charge du milieu est l'enroulement primaire L, d'un transformateur. Ce transformateur comprend deux enroulements bobinés autour d'un même noyau, comme le montrent les étoiles sur le schéma, un enroulement primaire L, et un enroulement secondaire L2, dont la sortie haute tension vs est reliée à un circuit oscillant constitué de la céramique piézo- électrique I, et d'une inductance L de résonance. Cette inductance de résonance est déterminée en fonction de la fréquence de fonctionnement de l'injecteur piézo-électrique.
Ce montage en pont est réalisé à partir de deux bras montés en parallèle aux bornes de la source de tension B et constitués chacun de deux interrupteurs de pont P, et P2 en série commandables alternativement, respectivement P3 et P4, dont les points milieux J1 ( respectivement J2, sont reliés aux deux bornes de l'enroulement primaire L.,.
Dans le cas d'un moteur thermique de véhicule automobile nécessitant quatre injecteurs, le schéma représente quatre céramiques piézo-électriques I,,... ,1;, ..., I4 qui sont montées en parallèle et, selon un premier mode de réalisation, choisies successivement grâce à un interrupteur de sélection commandable K; monté en série avec chacune d'elles. Dans le cas d'injecteurs ayant une simple isolation électrique, c'est-à-dire qu'une des deux électrodes de la cellule piézo-électrique est reliée à la masse métallique ou à un potentiel fixe, une de leurs bornes est connectée à la masse. En fonction de l'injecteur piézo-électrique qui doit être ouvert pendant les intervalles d'activité pour assurer l'alimentation en carburant du cylindre correspondant du moteur, l'interrupteur K, est commandé par un signal logique en provenance du calculateur d'injection, pour que la sortie haute tension vs du transformateur soit connectée précisément à cet injecteur.
Le fonctionnement de ce circuit de commande est le suivant, en fonction de la commande des différents interrupteurs. Dans une première phase, le signal de commande envoyé par le calculateur d'injection pilote d'une part la fermeture de l'interrupteur de sélection K, relié à l'injecteur I, choisi et d'autre part la fermeture simultanée des interrupteurs de pont Pn et P4, reliant ainsi la borne J-, de l'enroulement primaire L1 à la borne (+) de la batterie B et sa borne J2 a la borne (-) de la batterie. Pendant cet intervalle de temps entre les instants T0 et T-,, la tension v, aux bornes de l'enroulement primaire L, est égale à +E, de sorte que la tension vs aux bornes de l'enroulement secondaire L2 est positive et égale à +mE par l'effet du rapport de transformation, pour permettre la charge à travers l'inductance de résonance L de l'actuateur I, sélectionné par l'interrupteur K, , piloté par le calculateur. Puis, dans une deuxième phase pendant l'intervalle de temps suivant entre les instants T, et T2, le signal commande l'ouverture des interrupteurs P1 et P4 et la fermeture simultanée des deux interrupteurs P2 et P3, reliant ainsi la borne J, de l'enroulement primaire à la borne (-) de la batterie B et sa borne J2 à la borne (+) et la tension v1 à ses bornes négative est égale à -E. Ainsi, la tension vs aux bornes de l'enroulement secondaire L2 devient négative et égale à -mE. Ces deux phases sont répétées un grand nombre de fois pendant la durée d'injection, entre 100 μs et 8 ms. La tension périodique vs aux bornes de l'enroulement secondaire L2 en fonction du temps est représentée graphiquement sur la figure 5a. La tension vci aux bornes de l'injecteur lj est alors un signal sinusoïdal de même période que la tension vs aux bornes de l'enroulement secondaire L2, comme le montre la figure 5b, oscillant entre une valeur maximale + vm et une valeur minimale -vm. Le calculateur d'injection commande ensuite successivement les autres injecteurs I,- montés en parallèle.
Selon un deuxième mode de réalisation, représenté par le schéma de la figure 2, les quatre injecteurs I, sont reliés deux à deux par un relais R5 et R6 respectivement, reliés chacun à une borne d'un interrupteur de sélection K5 et K6 respectivement, dont l'autre borne est connectée à l'inductance L de résonance destinée à constituer un circuit oscillant avec chaque injecteur successivement. Le calculateur d'injection pilote tout d'abord les relais puis simultanément les interrupteurs de sélection et de pont pour sélectionner l'injecteur à commander. Le fonctionnement du dispositif de commande est le suivant illustré par les représentations graphiques des différentes tensions en fonction du temps faisant l'objet des figures 6a à 6i.
Pour l'excitation de l'injecteur I, entre les instants t0 et t le calculateur pilote la mise au repos du relais R5 (figure 6a) vers l'injecteur I., alors que le relais R6 est en position repos, ainsi que la fermeture de l'interrupteur K5 (figure (6b) et l'ouverture de l'interrupteur K6 (figure 6d), dans le but de connecter l'actuateur I., à l'inductance L de résonance. Ainsi, entre les instants t0 et t,, la tension vs aux bornes de l'enroulement secondaire L2 est un signal périodique carré, oscillant entre les valeurs extrêmes +mE et -mE (figure 6e), et la tension vc1 aux bornes de l'actuateur I, est un signal sinusoïdal oscillant entre les valeurs extrêmes +mGE et -mGE (figure 6f), G étant le gain à la résonance entre l'inductance de résonance L et le modèle de l'injecteur, alors que les trois autres injecteurs ne reçoivent aucune tension. La durée TKi de fermeture de chaque interrupteur de sélection correspond au temps d'injection, pouvant varier entre 100 μs et 5 ms pour un moteur à quatre injecteurs. La période TPi du signal carré vs aux bornes de l'enroulement secondaire de chaque transformateur dépend exclusivement de la structure des injecteurs, la fréquence FPi de résonance variant entre 10kHz et 1 MHz. Le basculement de la position repos à la position travail d'un relais étant plus long que l'ouverture ou la fermeture d'un interrupteur, le calculateur pilote à l'instant t2 le basculement du second relais R6 en position travail dans le but de pouvoir exciter l'injecteur l3 , à l'instant suivant t3 (figure 6c).
A l'instant t3, le relais R5 est basculé vers la position travail alors que le relais R6 est toujours basculé dans la position travail vers l'injecteur l3, et simultanément l'interrupteur K6 est fermé jusqu'à l'instant t4 alors que l'interrupteur K5 est ouvert depuis l'instant t,, de sorte que la tension vs aux bornes de l'enroulement secondaire L3 provoque la résonance du circuit oscillant constitué par l'inductance L et l'injecteur l3 auquel elle est alors connectée. Le signal de tension vc3 aux bornes de l'injecteur l3 est une sinusoïde d'amplitude maximale mGE entre les instants suivants t3 et t4 (figure 6h).
Entre les instants suivants t5 et t6, l'interrupteur K5 est à nouveau fermé et l'interrupteur K6 est ouvert, mais le relais R5 est basculé vers l'injecteur l2 donc sa commande est l'inverse de celle existant entre les instants t0 et t,. Ainsi, le signal de tension vc2 aux bornes de l'injecteur l2 est une sinusoïde d'amplitude maximale mGE entre les instants suivants t5 et t6 (figure 6g).
Entre les instants suivants t7 et t8, l'interrupteur K6 est à nouveau fermé alors que l'interrupteur K5 est ouvert, et les deux relais R5et R6 sont en position repos, donc le relais R6 est basculé vers l'injecteur l4, et sa commande est l'inverse de celle existant entre les instants t3 et t4. Ainsi, le signal de tension vc4 aux bornes de l'injecteur l4 est une sinusoïde d'amplitude maximale mGE entre les instants suivants t7 et t8 (figure 6i).
Selon un troisième mode de réalisation, représenté sur le schéma de la figure 3, le transformateur du dispositif de commande comporte deux enroulements 5? et -≤f au primaire constituant un montage de type Push-Pull avec le circuit secondaire. Ces deux enroulements primaires, bobinés en sens inverse sur le même noyau comme le montrent les étoiles sur le schéma, sont montés en parallèle aux bornes de la source de tension B, chacun par un interrupteur commandable de sélection de l'enroulement, P5 et P6 respectivement. L'enroulement secondaire L2 est relié au circuit oscillant constitué par l'inductance de résonance L et chacun des injecteurs li alternativement.
Le fonctionnement de ce dispositif de commande dépend du calculateur d'injection qui pilote successivement les interrupteurs P5 et P6 pour que la tension issue de la source de tension B alimente chacun des enroulements primaires .S? et .Sf l'un après l'autre. Quand la fermeture de l'interrupteur P5 est commandée en même temps que l'ouverture de l'interrupteur P6, la tension v1 aux bornes de l'enroulement A. est égale à la tension +E, et crée une tension vs aux bornes de l'enroulement secondaire L2 égale à +mE, et quand la fermeture de l'interrupteur P6 est commandée à son tour en même temps que l'ouverture de l'interrupteur P5, alors la tension v2 aux bornes de l'enroulement .≤ est égale à la tension -E, et crée une tension vs aux bornes de l'enroulement secondaire L2 égale à -mE, pour réaliser l'excitation par une tension alternative carrée du circuit oscillant formé de l'inductance de résonance L et de l'injecteur lι piloté par le calculateur par commande de l'interrupteur PC, de sélection correspondant.
Le quatrième mode de réalisation, représenté sur la figure 4, concerne un dispositif de commande selon l'invention réalisé par un montage de type Push-Pull, comportant un transformateur à trois enroulements comme décrit précédemment, mais dont les quatre injecteurs l| sont reliés deux à deux par un relais R5 et R6, reliés chacun à l'inductance L de résonance par un interrupteur de sélection commandable K5 et K6 respectivement, comme décrit dans la figure 2.
Selon une autre variante de la première structure de l'invention, il est possible de ramener l'inductance de résonance L placée dans le circuit secondaire du transformateur vers le circuit primaire, comme le montrent les deux exemples non limitatifs représentés sur les figures 7 et 8. Sur le schéma du mode de réalisation de la figure 7, l'inductance L est placée en série avec l'enroulement primaire L, du transformateur entre les deux points de jonction J, et J2 du pont d'interrupteurs, de sorte que la tension
Figure imgf000011_0001
aux bornes de cet enroulement est sinusoïdale. Sur le schéma de la figure 8, l'inductance de résonance L est montée entre la borne (+) de la source B de tension et le point de jonction des deux enroulements primaires .S? et .≤f constituant un montage de type Push-Pull. Il est possible de remplacer l'inductance L de résonance, placée au primaire comme au secondaire du transformateur, par l'inductance de fuite de ce dernier. De même, une autre version peut utiliser plusieurs inductances en série avec chacun des injecteurs.
Dans le cas d'injecteurs à cellules piézo-électriques à double isolation, c'est-à-dire que les deux électrodes de chaque cellule sont isolées de la masse métallique, il est également possible d'intervertir les injecteurs l| et les interrupteurs de sélection K|, dans le circuit secondaire du transformateur. Comme le montre le schéma de la figure 9 selon le deuxième mode de réalisation décrit à propos de la figure 2, où les injecteurs ont une double isolation, ils peuvent donc avoir une de leurs bornes reliées directement à l'inductance de résonance L, et les interrupteurs K5 et K6 ont une de leurs bornes reliée à la masse.
Selon l'invention, le dispositif de commande peut être réalisé selon une deuxième structure avec plusieurs transformateurs, notamment avec un nombre N de transformateurs égal au nombre d'actuateurs à commander.
La figure 10 montre un exemple de montage en pont à quatre transformateurs, bobinés sur quatre noyaux différents et ayant chacun un enroulement primaire L à L14 et un enroulement secondaire L21 à L24 bobinés comme l'indiquent les signes figurant sur le schéma. Chaque enroulement secondaire L2i est connecté aux bornes d'un injecteur de carburant l|, dont une borne est reliée à la masse.
Au niveau du circuit primaire, une source de tension B délivre une tension continue E aux bornes d'un montage à quatre ponts en parallèle, réalisés à partir d'un premier bras commun aux quatre ponts et constitué de deux interrupteurs de pont ^ et $ en série commandables alternativement, et de quatre autres seconds bras en parallèle, constitués également de deux interrupteurs PVl et P2i en série. Le point milieu J2i de chaque second bras est relié au point milieu du premier bras par une charge comprenant l'enroulement primaire LVt d'un des transformateurs en série avec une inductance L de résonance. Ainsi, le point de jonction J3 es deux interrupteurs de pont S et S$ est relié à une borne d'une inductance L de résonance, dont l'autre borne est reliée à la première borne J commune aux quatre enroulements primaires L1r Chacune de leur seconde borne respective J2l est reliée au point de jonction J2, du deuxième bras correspondant, monté en parallèle avec les deux interrupteurs ^ et ^ du premier bras.
Une variante consiste à remplacer l'inductance de charge située aux circuits primaires des transformateurs par quatre inductances placées chacune entre l'enroulement secondaire de chaque transformateur et chaque injecteur avec lequel elle constitue un circuit oscillant. Cette variante utilise préférentiellement les inductances de fuite des enroulements secondaires.
Le fonctionnement de ce circuit de commande est le suivant, en fonction de la commande des différents interrupteurs. Dans une première phase, le signal de commande, envoyé par le calculateur d'injection en vue de l'excitation d'un injecteur I, , pilote la fermeture simultanée des interrupteurs de pont ^f et P2|, reliant ainsi la borne J2| de l'enroulement L1( à la borne (-) de la batterie B, par l'intermédiaire de l'inductance L de résonance ou directement selon la variante de réalisation. Pendant cet intervalle de temps, la tension v1( aux bornes de l'enroulement primaire L,, est égale à +GE, de sorte que la tension vs aux bornes de l'enroulement secondaire L2, a une amplitude égale à +mGE par l'effet du rapport de transformation pour permettre l'excitation de l'actuateur I, sélectionné par le calculateur. Puis, dans une seconde phase pendant l'intervalle de temps suivant, le signal commande la fermeture simultanée des deux autres interrupteurs ^ et P1( des deux bras et l'ouverture des deux interrupteurs @ et P2| précédemment fermés, reliant ainsi la borne J2| de l'enroulement L,, à la borne (+) de la batterie, par l'intermédiaire de l'inductance L ou directement selon la variante de réalisation, et l'amplitude de la tension v„ à ses bornes devient égale à -GE. Ainsi, l'amplitude de la tension vs aux bornes de l'enroulement secondaire L2| devient négative et égale à -mGE. Ces deux phases sont répétées un grand nombre de fois pendant la durée d'injection, entre 100 μs et 8 ms. Le calculateur d'injection commande ensuite un autre injecteur en choisissant le transformateur correspondant.
La figure 11 montre un deuxième exemple de montage de type Push- Pull à quatre transformateurs distincts, ayant chacun deux enroulements primaires L,, et L , , i entier variant de 1 à 4, bobinés autour du même noyau en sens inverse et un enroulement secondaire L21 à L24 bobinés comme le montrent les différents signes figurant sur le schéma. Chaque enroulement secondaire L2i est connecté à une inductance de résonance LRi réalisant un circuit oscillant avec l'injecteur de carburant l| correspondant, dont une borne est reliée à la masse. Cette inductance de résonance LRi peut être avantageusement l'inductance de fuite de l'enroulement secondaire. On peut extrapoler ce montage à N transformateurs, correspondant chacun à un des N injecteurs à exciter.
Au niveau du circuit primaire, une source de tension B délivre une tension continue E aux bornes de quatre branches doubles montées en parallèle, constituées chacune d'un interrupteur S,- de sélection du transformateur destiné à exciter l'injecteur choisi, en série avec les deux enroulements primaires Lu et L'rι montés en parallèle et destinés à être alimentés alternativement par la source de tension grâce à deux interrupteurs de sélection Xζύe l'enroulement, commandables et connectés à la masse. Ainsi, une première borne commune aux deux enroulements primaires L,j et L'Vl en parallèle est reliée à un interrupteur Sj de sélection du transformateur, et l'autre borne est connectée pour l'un à un premier interrupteur de sélection 3T de l'enroulement et l'autre à un second interrupteur de sélection AXX.
Le fonctionnement de ce circuit dépend de la commande des différents interrupteurs, envoyée par le calculateur d'injection. Dans une première phase, le signal de commande pilote d'une part la fermeture d'un des interrupteurs de sélection du transformateur, S., par exemple, pour choisir le transformateur correspondant à l'injecteur I, à exciter, et d'autre part la fermeture d'un premier l'interrupteur de sélection t de l'enroulement L„ par exemple et l'ouverture du second interrupteur A?X2 pour appliquer une tension v„ aux bornes du premier enroulement primaire L1 Ainsi la tension vs1 aux bornes de l'enroulement secondaire L21 est égale à +mE. Puis, dans une seconde phase, le premier interrupteur ^" de sélection est ouvert et le second interrupteur 3 es\ fermé pour appliquer une tension v12 aux bornes du second enroulement primaire L',, et obtenir ainsi une tension vs1 négative aux bornes de l'enroulement secondaire L21 et égale à -iτiE. Ces deux phases sont répétées un grand nombre de fois pendant la durée d'injection, entre 100 μs et 8 ms. Le calculateur d'injection commande ensuite un autre injecteur en choisissant le transformateur correspondant. La figure 12 montre une variante du deuxième exemple de montage de type Push-Pull à quatre transformateurs, dans laquelle les inductances de résonance LRi connectées à chaque injecteur sont remplacées par des inductances L'Ri placées dans le circuit primaire de chaque transformateur, une de leurs bornes étant reliée à l'interrupteur commandable S| correspondant et l'autre borne étant reliée soit aux enroulements primaires L^ et L'Vl , soit à la borne (+) de la batterie B.
Il est également possible de remplacer chacune des quatre inductances L'R| placées dans le circuit primaire de chaque transformateur par deux inductances de résonance placées chacune en série avec un des enroulements primaires L.,, et L'Yl, en particulier réalisées par les inductances de fuite desdits enroulements.
Selon l'invention le dispositif de commande peut être réalisé selon une troisième structure en pont avec deux transformateurs, soit un transformateur pouvant être connecté à deux actuateurs à commander, choisis par un relais.
La figure 13 montre un exemple de montage en pont à deux transformateurs bobinés sur deux noyaux différents, ayant chacun un seul enroulement primaire XX et un seul enroulement secondaire Xf^, i entier égal à
1 ou 2, bobinés comme le montrent les signes figurant sur le schéma. Le circuit primaire comporte un montage à deux ponts en parallèle aux bornes d'une source de tension B délivrant une tension continue E aux bornes d'un premier bras commun aux deux ponts, constitué de deux interrupteurs de pont , et ^ en série commandables alternativement et de deux autres seconds bras en parallèle constitués également de deux interrupteurs de pont ^ et ^ en série.
Le point milieu ^ de chaque second bras est relié au point milieu J4 du premier bras par une charge constituée de l'enroulement primaire XT^ en série avec une inductance L de résonance. Ainsi, le point de jonction J4 des deux interrupteurs de pont L Z et ^ en série est relié à une première borne de l'inductance L de résonance, dont l'autre borne est reliée à la borne ^commune aux deux enroulements primaires .S , et XZ2.
Chaque enroulement secondaire -Sf.,, respectivement ,≤f2, est connecté par exemple à un relais R7, respectivement R8, commandable alternativement, susceptible de se connecter à deux injecteurs I, et l2, respectivement l3et l4. Le calculateur de contrôle moteur détermine l'injecteur à exciter et pilote simultanément le relais qui doit le connecter au transformateur correspondant et les interrupteurs du pont devant relier ledit transformateur à la source de tension B. Pour exciter l'injecteur I, par exemple, dans une première phase, le relais R7 est fermé sur ledit injecteur, et pour alimenter l'enroulement secondaire -S^ du transformateur correspondant, d'une part l'interrupteur ^ du premier bras est fermé pendant que l'autre interrupteur ê^ est ouvert et d'autre part l'interrupteur t 2 du deuxième bras est fermé pour que la tension v-,., aux bornes de l'enroulement primaire -≤ , soit égale à +E, et donc la tension vs aux bornes de l'enroulement secondaire Ax^ soit égale à +mE. Puis dans une seconde phase, le signal de commande du calculateur pilote l'ouverture de l'interrupteur . et la fermeture de l'autre interrupteur ^, en même temps que la fermeture de l'interrupteur LΨ du deuxième bras et l'ouverture de l'interrupteur f2. Ainsi, la tension v^ aux bornes de l'enroulement primaire jg?-, est égale à -E, et donc la tension vs aux bornes de l'enroulement secondaire X^ est égale à -tτiE. Comme précédemment, ces deux phases sont répétées un nombre déterminé de fois pendant la durée d'injection pour générer un signal haute tension et haute fréquence sur l'injecteur piézo-électrique à partir de la source de tension continue B, et le calculateur d'injection commande ensuite un autre injecteur en choisissant le transformateur correspondant.
La figure 14 représente un deuxième mode de réalisation d'un montage en pont à deux transformateurs, ayant chacun un seul enroulement primaire .S . et un seul enroulement secondaire Sf„ i entier égal à 1 ou 2, dans lequel l'inductance L de résonance n'est pas montée au primaire des transformateurs mais est remplacée par une inductance de résonance LR2| connectée en série à chaque enroulement secondaire -Sf-,, respectivement .≤f2, et à un relais R7, respectivement R8, susceptible de se connecter à deux injecteurs I, et l2) respectivement l3et l4.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les interrupteurs de sélection K des actuateurs et 3X des enroulements primaires des transformateurs sont commandables bidirectionnellement en courant, et pour cela peuvent être réalisés à partir de deux semi-conducteurs montés en série ou en parallèle. Ce peut être par exemple deux transistors de type MOSFET montés en série. Les relais R de sélection des actuateurs sont de type électromécanique, monostables et possédant un contact de repos et un contact de travail.
A propos des interrupteurs de pont P et §* s'ils sont placés directement derrière la batterie, ils sont du type MOSFET à canal N de préférence pour leurs faibles chutes de tension. Dans le cas où ils sont placés derrière un convertisseur DC-DC, ces interrupteurs peuvent être de type MOSFET ou
IGBT.
Quant aux interrupteurs S de sélection des transformateurs, ils sont préferentiellement de type MOSFET à canal P, pour leurs faibles chutes de tension.
Dans tous les modes de réalisation, l'inductance de charge constituant un circuit résonant avec un injecteur est déterminée de façon à donner le maximum de résonance à la fréquence d'excitation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore, piloté électroniquement à partir d'un calculateur de contrôle et d'une source de tension continue, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur-élévateur de tension continue/alternative alimenté par la source (B) de tension continue, dont la sortie haute tension est reliée à un circuit oscillant constitué de l'actuateur (I,) et d'une inductance (L) de résonance, ledit convertisseur étant composé d'un montage avec au moins un transformateur à au moins un enroulement primaire relié à la source de tension (B) par au moins un interrupteur commandable et un enroulement secondaire unique délivrant un signal alternatif haute tension et haute fréquence d'excitation de l'actuateur piézo-électrique.
2. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le convertisseur- élévateur de tension est composé d'un montage en pont à au moins un transformateur, ayant au moins un enroulement primaire, réalisé à partir d'un premier bras constitué de deux interrupteurs de pont en série commandables alternativement et d'au moins un deuxième bras en parallèle avec le premier bras et constitué aussi de deux interrupteurs de pont en série commandables alternativement, le point milieu du deuxième bras étant relié au point milieu du premier bras par une charge constituée de l'enroulement primaire du transformateur dont l'enroulement secondaire est relié au circuit oscillant constitué d'une inductance (L) de résonance et d'au moins un actuateur piézoélectrique.
3. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le convertisseur- élévateur de tension est composé d'un montage en pont à au moins un transformateur ayant au moins un enroulement primaire, réalisé à partir d'un premier bras, constitué de deux interrupteurs de pont en série et d'au moins un deuxième bras en parallèle avec le premier bras et constitué de deux interrupteurs de pont en série, le point milieu du deuxième bras étant relié au point milieu du premier bras par une charge comprenant l'enroulement primaire du transformateur et une inductance (L) de résonance de l'actuateur, l'enroulement secondaire du transformateur étant alors relié directement à au moins un actuateur à exciter.
4. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le convertisseur-élévateur de tension est composé d'un montage en pont à un seul transformateur ayant un enroulement primaire (L^ unique et un enroulement secondaire (L2) unique bobinés sur le même noyau-, réalisé à partir de deux bras montés en parallèle aux bornes de la source de tension (B) et constitués chacun de deux interrupteurs de pont (P.,, P2) et (P3, P4) commandables alternativement, montés en série, dont les points milieux ( , et J2) sont reliés aux deux bornes de l'enroulement primaire (L.,).
5. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le convertisseur-élévateur de tension est composé d'un montage en pont à N transformateurs, N étant un nombre entier égal au nombre d'actuateurs piézoélectriques à exciter, bobinés sur N noyaux différents et ayant chacun un enroulement primaire (L1() unique et un enroulement secondaire (L2|) unique, réalisé à partir d'un premier bras commun aux N ponts et constitué de deux interrupteurs de pont (ëï , @$) montés en série commandables alternativement et de N autres seconds bras en parallèle constitués également de deux interrupteurs de pont (Pu, P2l) montés en série commandables alternativement, le point milieu (J2|) de chaque second bras étant relié au point milieu du premier bras par une charge comprenant l'enroulement primaire (L d'un des transformateurs en série.
6. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le convertisseur-élévateur de tension est composé d'un montage en pont à deux transformateurs sur deux noyaux distincts et ayant chacun un enroulement primaire (.≤ , et ≤ 2) unique, et un enroulement secondaire (≤ , et -Sf2) unique, réalisé à partir d'un premier bras commun aux deux ponts et comprenant deux interrupteurs de pont (P3, P4) montés en série commandables alternativement et de deux autres seconds bras en parallèle constitués aussi de deux interrupteurs de pont (^„ @ξ montés en série commandables alternativement, le point milieu {JQ de chaque second bras étant relié au point milieu (J4) du premier bras par une charge comprenant l'enroulement (.S?,) d'un des transformateurs.
7. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le convertisseur- élévateur de tension est composé d'un montage de type Push-Pull à au moins un transformateur, ayant deux enroulements primaires bobinés en sens inverse sur le même noyau et montés en parallèle aux bornes de la source de tension (B) par deux interrupteurs (P5, P6) de sélection de l'enroulement commandables alternativement, l'enroulement secondaire unique du transformateur étant relié au circuit oscillant formé d'une inductance (L) de résonance et d'au moins un actuateur piézo-électrique.
8. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le convertisseur- élévateur de tension est composé d'un montage de type Push-Pull à au moins un transformateur ayant deux enroulements primaires bobinés en sens inverse sur le même noyau et montés en parallèle aux bornes de la source de tension (B), montée en série avec l'inductance (L) de résonance, par l'intermédiaire de deux interrupteurs de sélection de l'enroulement commandables alternativement, l'enroulement secondaire unique du transformateur étant relié à un actuateur piézo-électrique sélectionné par le calculateur de contrôle.
9. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 7, caractérisé en ce que le convertisseur- élévateur de tension est composé d'un montage de type Push-Pull à N transformateurs distincts, N étant un nombre entier égal au nombre d'actuateurs piézo-électriques à exciter, tels qu'ils ont chacun deux enroulements primaires (L,,, L' bobinés autour du même noyau en sens inverse, ledit montage comprenant N branches doubles montées en parallèle et constituées chacune d'un interrupteur (S,) de sélection du transformateur destiné à exciter l'injecteur (I,) choisi, en série avec les deux enroulements primaires montés en parallèle et destinés à être alimentés alternativement par la source de tension grâce à deux interrupteurs de sélection (A ) de l'enroulement, commandables et connectés à la masse, et tels que leur enroulement secondaire (L2l) unique est connecté à une inductance de résonance (LR|) réalisant un circuit oscillant avec l'actuateur à exciter.
10. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 8, caractérisé en ce que le convertisseur- élévateur de tension est composé d'un montage de type Push-Pull à N transformateurs distincts, N étant un nombre entier égal au nombre d'actuateurs piézo-électriques à exciter et tels qu'ils ont chacun deux enroulements primaires (L^, L'-,,) bobinés autour du même noyau en sens inverse, ledit montage comprenant N branches doubles montées en parallèle et constituées chacune d'un interrupteur (S,) de sélection du transformateur destiné à exciter l'injecteur (I,) choisi, en série avec une inductance de résonance (LR|) et avec les deux enroulements primaires montés en parallèle et destinés à être alimentés alternativement par la source de tension grâce à deux interrupteurs de sélection (^Jde l'enroulement, commandables et connectés à la masse, et tels que leur enroulement secondaire (L2l) unique est connecté à l'actuateur (I,) à exciter formant un circuit oscillant avec l'inductance de résonance (LR|) .
1 1. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'inductance de résonance destinée à former un circuit oscillant avec l'actuateur piézo-électrique sélectionné par le calculateur de contrôle, est réalisée par l'inductance de fuite de l'enroulement primaire comme de l'enroulement secondaire du transformateur correspondant, alimenté par la source de tension (B).
12. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon l'une des revendications 1 , 4, 6, 7, 8, caractérisé en ce que dans le cas d'un ensemble de N actuateurs (I,) piézo-électriques placés dans un moteur thermique et devant être excités alternativement dans un ordre déterminé par le calculateur de contrôle, N étant un entier au moins égal à 4, lesdits actuateurs sont montés en parallèle aux bornes de l'enroulement secondaire d'au moins un transformateur par l'intermédiaire de moyens de sélection commandables, montés en série avec chacun des actuateurs.
13. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de sélection des actuateurs (I,) à exciter alternativement sont réalisés par des interrupteurs (K,) de sélection commandables, montés chacun en série avec un desdits actuateurs.
14. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de sélection des actuateurs (I,) à exciter alternativement sont réalisés par des relais (R,) reliés à deux actuateurs, chaque relais étant lui-même connecté à un interrupteur (K,) de sélection commandable.
15. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de tension (B) est une batterie basse tension.
16. Dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de tension (B) est un convertisseur DC-DC.
17. Procédé de mise en œuvre du dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon les revendications 2 à 4, 6, 11 à 15, caractérisé en ce que, pour la commande d'un actuateur (I,) donné, le calculateur de contrôle pilote d'une part la fermeture des moyens de sélection reliés audit actuateur et d'autre part simultanément, dans une première phase la fermeture d'un premier couple d'interrupteurs de pont constitué d'un premier interrupteur du premier bras et d'un second interrupteur d'un second bras et l'ouverture du second couple formé des deux autres interrupteurs desdits bras, et dans une seconde phase la commutation desdits quatre interrupteurs dans une position inverse de façon à obtenir une tension périodique (vs) aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur, ces deux phases étant répétées un nombre déterminé de fois pendant la durée de fonctionnement de l'actuateur pour générer un signal haute tension et haute fréquence sur l'actuateur piézo-électrique à partir de la source de tension continue (B).
18. Procédé de mise en œuvre du dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon l'une des revendications 5, 11 , 15 et 16, caractérisé en ce que, pour la commande d'un actuateur (I,) donné, le calculateur de contrôle pilote, dans une première phase la fermeture simultanée d'un premier couple d'interrupteurs de pont constitué d'un premier interrupteur SX du premier bras et d'un second interrupteur (P2i) d'un second bras et l'ouverture du second couple formé des deux autres interrupteurs (^ et Pu) desdits bras, et dans une seconde phase la commutation desdits quatre interrupteurs dans une position inverse de façon à obtenir une tension périodique (vs) aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur, ces deux phases étant répétées un nombre déterminé de fois pendant la durée de fonctionnement de l'actuateur pour générer un signal haute tension et haute fréquence sur l'actuateur piézo-électrique à partir de la source de tension continue (B).
19. Procédé de mise en œuvre du dispositif de commande d'au moins un actuateur piézo-électrique ultrasonore selon l'une des revendications 7 à 16, caractérisé en ce que, pour la commande d'un actuateur (I;) donné, le calculateur de contrôle pilote dans une première phase, d'une part la fermeture d'un des interrupteurs (S,) de sélection du transformateur correspondant à l'actuateur à exciter, et d'autre part la fermeture d'un premier interrupteur de sélection (XX) de l'enroulement primaire à alimenter et l'ouverture du second interrupteur de sélection (3 ), et dans une seconde phase, l'ouverture du premier interrupteur (,7X de sélection et la fermeture du second interrupteur (A ) pour obtenir une tension périodique (vs) aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur, ces deux phases étant répétées un nombre déterminé de fois pendant la durée d'injection.
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